CN106708058A - 一种基于ros的机器人物品传送方法和控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ROS的机器人物品传送方法和控制系统，方法包括如下步骤：步骤1、Nvidia Jetson TK1内安装ROS操作系统，利用ROS操作系统建立二维导航地图；步骤2、服务器接收并转发客户端传来的位置信息至Nvidia Jetson TK1；步骤3、Nvidia Jetson TK1将位置信息与二维导航地图中的位置数据进行匹配、路径规划，并生成序列操作指令；步骤4、单片机接收Nvidia Jetson TK1的序列操作指令并控制机器人以完成取件和送件操作，完成客户端指定操作后，机器人返回初始位置；步骤5、通过服务器向客户端推送取件和送件完成信息。本发明通过客户端输入位置信息，ROS生成规划路径，机器人完成取件和送件任务并返回初始位置，方便小范围物品传送。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人物品传送方法和控制系统，特别是一种基于ROS（RobotOperating System，机器人操作系统）的机器人物品传送方法和控制系统，属于机器人操作系统应用技术领域。
背景技术
信息的传送在移动互联网的发展推动下得到了快速的发展，人们可以方便地利用社交软甲、电子邮件等方式进行信息的交流，相比之下，以人工为主的实物交付方式与当今信息社会的发展极不相称。人工派送货运时间长，时效性差，工作效率低下。经济的发展、生活水平的提高使得物件传送的需求在人们的日常生活中越来越高，现代物件的运送情况主要表现为远距离传送和近距离传送交付两种方式。
远距离的物件传送主要依托于铁路、公路、航空等公共交通网络，随着人们网购热情的提升，快递行业在近几年得到了迅猛的发展，但其受到“隔夜送达难”、“服务态度难保证”以及“人力成本高”等因素的制约，无法满足现代人快节奏、高质量生活水平的需求。相比之下，小物件、近距离、高频次的物件传送需求在人们的日常生活中则显得更加迫切，办公室、学校、医院等室内环境以及楼宇之间频繁的物件交付很大程度上影响了人们的工作效率，迫切需要一种更加便捷智能的物件传送方式来将人们从繁琐的实物交付工作中解脱出来。
针对上述更加便捷智能的物件传送方式，无人机派送是人们所做的一次尝试。无人机配送作为一种创意配送方式还未真正投入商业使用，近日亚马逊“无人机配送”或将结合货车配送，从而有望让无人机送货成为现实。无人机配送具有速度快等优点，但是在操作、成本和管制方便还存在诸多问题。无人机的运载能力仅为几斤，而网点对网点之间的准运需求以百斤计，且室内的实物交付不可能通过无人机实现；而且无人机续航能力仅20分钟上下，配送范围很受限制。此外，天气影响、电磁干扰、安全问题等都是需要考虑的因素。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于ROS的机器人物品传送方法和控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于ROS的机器人物品传送方法，包括如下步骤：
步骤1、Nvidia Jetson TK1中安装ROS操作系统，利用Kinect获取带有深度信息的RGB-D图像，在ROS中利用RTAB-Map算法进行处理建立二维导航地图，将二维导航地图存储到Nvidia Jetson TK1中；
步骤2、在客户端中输入自己的位置和目的地位置，并将位置信息传送服务器，服务器将位置信息发送到Nvidia Jetson TK1；
步骤3、Nvidia Jetson TK1将位置信息与二维导航地图中的位置数据进行匹配，得到匹配结果后利用Dijkstra算法生成规划路径，并根据规划路径生成序列操作指令；
步骤4、Nvidia Jetson TK1将生成的序列操作指令发送到单片机，单片机根据序列操作指令控制机器人按序列执行命令，以完成客户端指定的取件和送件操作，完成客户端指定操作后，机器人返回初始位置；
步骤5、通过服务器向客户端推送取件和送件完成信息；
步骤6、通过机器人携带的Kinect检测机器人在按序执行命令过程中碰到的障碍物，并将数据发送给Nvidia Jetson TK1，Nvidia Jetson TK1中的ROS操作系统利用动态窗口法（DWA）来进行局部路径规划，以避开障碍物。
进一步的，客户端界面，通过输入自己和目的地的位置，以发送请求指令至服务器，服务器接收指令后发送至Nvidia Jetson TK1，Nvidia Jetson TK1根据指令改变机器人的行走方向，完成到指定地点取件和送件的动作。
进一步的，在步骤3中，Nvidia Jetson TK1获取服务器发送的文本指令中的位置信息后与后台储存的二维导航地图中的位置数据进行匹配，得到匹配结果后生成规划路径，并根据规划路径生成序列操作指令。
进一步的，在步骤6中，Nvidia Jetson TK1获取Kinect的RGB-D图像数据、单片机的里程计数据， ROS操作系统根据读取的数据利用动态窗口法（DWA）来进行局部路径规划并将发送路径信息给单片机，单片机根据路径信息和IMU惯性测量单元的机器人姿态数据运用PID算法进行运算，将计算得到的PWM值赋予给电机以调整驱动轮的转速，以控制机器人的行走速度和转向。
进一步的，在客户端输入自己的位置和目的地位置，并将位置信息发送到服务器，服务器根据机器人的状态将调度命令发送给机器人，Nvidia Jetson TK1将调度信息中的位置信息和后台存储的二维导航地图中的位置数据进行匹配，得到匹配结果后生成规划路径并根据规划路径生成序列操作指令；Nvidia Jetson TK1将序列操作指令发送给单片机，单片机根据指令和姿态信息生成控制信息，控制机器人按序执行命令到达指定位置完成取件送件的任务，完成任务后返回初始位置待命。
另外，本发明提供了一种实现机器人物品传送方法的机器人物品传送控制系统，包括客户端、服务器，以及安装于机器人上的Nvidia Jetson TK1、Kinect传感器和扬声器，还包括控制机器人姿态的Arduino UNO单片机、IMU惯性测量单元和履带车，所述客户端与所述服务器通讯，所述服务器与所述Nvidia Jetson TK1通讯，所述Nvidia Jetson TK1分别与所述Kinect传感器、扬声器和Arduino UNO单片机相连接，所述Arduino UNO单片机分别与所述IMU惯性测量单元和履带车相连接。
进一步的，所述履带车由底座、支撑装置、物件存放装置、转向装置和行进装置组成，所述支撑装置与所述底座、物件存放装置、行进装置和转向装置相连接，所述行进装置由电机和驱动轮组成，所述Arduino UNO单片机与所述电机相连接，所述电机与驱动轮相连接。
进一步的，所述机器人还安装有GPRS模块，所述Nvidia Jetson TK1与所述GPRS模块相连接，所述机器人通过GPRS模块与所述服务器通讯。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明利用Kinect双目摄像头通过搜集所有视线范围内的点形成一副景深图像，用来表示周围环境，这种景深图像相对于RGB彩色图像，深度图像具有不受阴影、光照、色度等因素影响的优点，并且能直接反应出物体表面的三维特征信息。
本发明采用RTAB-Map算法在ROS操作系统中进行处理建立二维导航地图，相比于经常使用的GMAPPING算法，该算法是一种基于全局贝叶斯闭环检测的RGB-D Graph SLAM方法，它可以用Kinect的深度信息结合Kinect变换得到的激光数据进行即时定位与建图，而GMAPPING算法只用到了Kinect转换得到的激光数据，丢失了深度信息。
本发明在进行控速处理时，通过编码器对机器人的轮转数进行计数，并保存在单片机中，之后使用增量式PID算法计算出实际速度值，在此过程中需要不断地调试PID参数以获得能使实际速度稳定在预设速度值的PID参数。相比起普通控速算法，本系统使用的控速处理大大提升了系统的稳定性，使得机器人在摩擦力不同的地方做跟随处理时仍能稳定的维持在预设速度值。
本发明适用于小范围内物品传送，在物品传送过程中完全是通过客户端指令控制机器人，相比人力参与的物品传送，本发明拥有智能、方便、快捷等优点，大大提高近距离、高频次物品传送的效率。
附图说明
图1为本发明实施例的框架原理图。
具体实施方式
下面结合附图对发明进一步的说明，但不用来限制本发明的范围。
实施例：本发明提供了一种基于ROS的机器人物品传送方法，包括如下步骤：
步骤1、Nvidia Jetson TK14中安装ROS操作系统，利用Kinect3获取带有深度信息的RGB-D图像，在ROS中利用RTAB-Map算法进行处理建立二维导航地图，将二维导航地图存储到Nvidia Jetson TK14中；
步骤2、在客户端1中输入自己的位置和目的地位置，并将位置信息传送服务器2，服务器2将位置信息发送到Nvidia Jetson TK14；
步骤3、Nvidia Jetson TK14将位置信息与二维导航地图中的位置数据进行匹配，得到匹配结果后利用Dijkstra算法生成规划路径，并并根据规划路径生成序列操作指令；
步骤4、Nvidia Jetson TK14将生成的序列操作指令发送到单片机6，单片机6根据序列操作指令控制机器人按序列执行命令，以完成客户端1指定的取件和送件操作，完成客户端1指定操作后，机器人返回初始位置；
步骤5、通过服务器2向客户端推送取件和送件完成信息；
步骤6、通过机器人携带的Kinect3检测机器人在按序执行命令过程中碰到的障碍物，并将数据发送给Nvidia Jetson TK14，Nvidia Jetson TK14中的ROS操作系统利用动态窗口法（DWA）来进行局部路径规划，以避开障碍物。
客户端1界面，通过输入自己和目的地的位置，以发送请求指令至服务器2，服务器2接收指令后发送至Nvidia Jetson TK14，Nvidia Jetson TK14根据指令改变机器人的行走方向，完成到指定地点取件和送件的动作。通过客户端1可以实现控制机器人到指定地点取件，将物品送至指定目的地，在客户端1实时显示物品的传送状态。
在步骤3中，Nvidia Jetson TK14获取服务器2发送的文本指令中的位置信息后与后台储存的二维导航地图中的位置数据进行匹配，得到匹配结果后生成规划路径，并根据规划路径生成序列操作指令。
在步骤6中，Nvidia Jetson TK14获取Kinect3的RGB-D图像数据、单片机6的里程计10数据， ROS操作系统根据读取的数据利用动态窗口法（DWA）来进行局部路径规划并将发送路径信息给单片机6，单片机6根据路径信息和IMU惯性测量单元8的机器人姿态数据运用PID算法进行运算，将计算得到的PWM值赋予给电机以调整驱动轮的转速，以控制机器人的行走速度和转向。
在客户端1输入自己的位置和目的地位置，并将位置信息发送到服务器2，服务器2根据机器人的状态将调度命令发送给机器人，Nvidia Jetson TK14将调度信息中的位置信息和后台存储的二维导航地图中的位置数据进行匹配，得到匹配结果后生成规划路径并根据规划路径生成序列操作指令；Nvidia Jetson TK14将序列操作指令发送给单片机6，单片机6根据指令和姿态信息生成控制信息，控制机器人按序执行命令到达指定位置完成取件送件的任务，完成任务后返回初始位置待命。
另外，如图1所示，本发明提供了一种实现机器人物品传送方法的机器人物品传送控制系统，包括客户端1、服务器2，以及安装于机器人上的Nvidia Jetson TK14、Kinect传感器3和扬声器5，还包括控制机器人姿态的Arduino UNO单片机6、IMU惯性测量单元8和履带车9，所述客户端1与所述服务器2通讯，所述服务器2与所述Nvidia Jetson TK14通讯，所述Nvidia Jetson TK14分别与所述Kinect传感器3、扬声器5和Arduino UNO单片机6相连接，所述Arduino UNO单片机6分别与所述IMU惯性测量单元8和履带车9相连接。
本发明机器人物件传送控制系统的所述履带车9由底座、支撑装置、物件存放装置、转向装置和行进装置组成，所述支撑装置与所述底座、物件存放装置、行进装置和转向装置相连接，所述行进装置由电机和驱动轮组成，所述Arduino UNO单片机6与所述电机相连接，所述电机与所述驱动轮相连接。
本发明机器人物件传送控制系统的所述机器人还安装有GPRS模块7，所述NvidiaJetson TK14与所述GPRS模块相连接，所述机器人通过GPRS模块7与所述服务器通讯。
通过以下实施例进行具体说明：
一、要求机器人从自己这里拿东西去某地：在客户端1输入起始地和目的地的，服务器2获取到位置信息，根据各机器人的状态进行机器人的调度，将位置信息发送给相应的机器人；Nvidia Jetson TK14将调度信息中的位置信息和后台存储的二维导航地图中的位置数据进行匹配，得到匹配结果后生成规划路径并根据规划路径生成序列操作指令；机器人根据序列操作指令到达起始地后，取得物品并根据序列指令到达目的地，此时，客户端1显示送件完成信息，机器人返回初始位置。
二、要求机器人从某地拿东西给自己：在客户端1输入起始地和目的地的，服务器2获取到位置信息，根据各机器人的状态进行机器人的调度，将位置信息发送给相应的机器人，对应人员的客户端1会通知取件，进行信息提醒；Nvidia Jetson TK14将调度信息中的位置信息和后台存储的二维导航地图中的位置数据进行匹配，得到匹配结果后生成规划路径并根据规划路径生成序列操作指令；机器人根据序列操作指令到达起始地后，取得物品并根据序列指令到达目的地，此时，对应人员的客户端1显示送件完成信息，机器人返回初始位置。
Claims (4)
1.一种基于ROS的机器人物品传送方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、Nvidia Jetson TK1中安装ROS操作系统，利用Kinect获取带有深度信息的RGB-D图像，在ROS中利用RTAB-Map算法进行处理建立二维导航地图，将二维导航地图存储到Nvidia Jetson TK1中；
步骤2、在客户端中输入自己的位置和目的地位置，并将位置信息传送服务器，服务器将位置信息发送到Nvidia Jetson TK1；
步骤3、Nvidia Jetson TK1将位置信息与二维导航地图中的位置数据进行匹配，得到匹配结果后利用Dijkstra算法生成规划路径，并根据规划路径生成序列操作指令；
步骤4、Nvidia Jetson TK1将生成的序列操作指令发送到单片机，单片机根据序列操作指令控制机器人按序列执行命令，以完成客户端指定的取件和送件操作，完成客户端指定操作后，机器人返回初始位置；
步骤5、通过服务器向客户端推送取件和送件完成信息；
步骤6、通过机器人携带的Kinect检测机器人在按序执行命令过程中碰到的障碍物，并将数据发送给Nvidia Jetson TK1，Nvidia Jetson TK1中的ROS操作系统利用动态窗口法来进行局部路径规划，以避开障碍物。
2.一种采用权利要求1所述的基于ROS的机器人物品传送方法的机器人物品传送控制系统，其特征在于：包括客户端、服务器，以及安装于机器人上的Nvidia Jetson TK1、Kinect传感器和扬声器，还包括控制机器人姿态的Arduino UNO单片机、IMU惯性测量单元和履带车，所述客户端与所述服务器通讯，所述服务器与所述Nvidia Jetson TK1通讯，所述Nvidia Jetson TK1分别与所述Kinect传感器、扬声器和Arduino UNO单片机相连接，所述Arduino UNO单片机分别与所述IMU惯性测量单元和履带车相连接。
3.根据权利要求2所述的机器人物品传送控制系统，其特征在于，所述履带车由底座、支撑装置、物件存放装置、转向装置和行进装置组成，所述支撑装置与所述底座、物件存放装置、行进装置和转向装置相连接，所述行进装置由电机和驱动轮组成，所述Arduino UNO单片机与所述电机相连接，所述电机与所述驱动轮相连接。
4.根据权利要求2所述的机器人物品传送控制系统，其特征在于，所述机器人还安装有GPRS模块，所述Nvidia Jetson TK1与所述GPRS模块相连接，所述机器人通过GPRS模块与所述服务器通讯。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20170524 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |