CN107450571A - 一种基于ros的agv小车激光导航系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,包括自带ROS的上位机及安装在AGV小车内的下位机,上位机与下位机内分别设置有用于进行数据信息交换的无线通讯模块,用户通过上位机向AGV小车的下位机发送指令控制AGV小车运行状态,下位机包括自带ROS的决策模块、激光导航模块、电源管理模块、安全保护模块、驱动模块,决策模块通过无线通讯模块与上位机连接;同时在上位机与下位机之间安装有路由器,并将上位机系统的ROS_MASTER_URI与下位机系统的ROS_MASTER_URI设置相同参数,以实现上位机与下位机的消息发布与订阅;该导航系统利用ROS分布式架构及开源代码,有效降低AGV的开发难度、加快开发进程。

Description

一种基于ROS的AGV小车激光导航系统
技术领域
本发明涉及移动机器人导航技术领域,尤其涉及一种基于ROS的AGV小车激光导航系统。
背景技术
自动导向小车(Automated Guided Vehicle,AGV)是移动机器人的一种,是现代制造业中的重要设备,主要用来搬运物品;AGV小车的自动导航需要借助电磁或光学等设备沿固定的路径行驶,激光导引是九十年代中期采用的一种导航方式,但目前大多数的AGV激光导航需要在AGV运行周围安装反光板作为定位设备,导致应用场景受到很大的限制。而对于无反光板的激光导航方式,由于没有轨道,没有辅助定位设备,行驶路径灵活多变,AGV沿任意路径自由稳定的运动仍是一个亟待解决的技术难题。
机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)起源于斯坦福大学与机器人技术公司Willow Garage的个人机器人项目,它提供类似操作系统所提供的功能、一个分布式架构以及可以实现各种功能的开源代码,因此将ROS应用于AGV小车有广泛的应用前景。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,包括自带ROS的上位机及安装在AGV小车内的下位机,其中,上位机与下位机内分别设置有用于进行数据信息交换的无线通讯模块,用户通过上位机向AGV小车的下位机发送指令控制AGV小车运行状态,下位机包括自带ROS的决策模块、激光导航模块、电源管理模块、安全保护模块、驱动模块,激光导航模块、电源管理模块、安全保护模块、驱动模块分别与决策模块双向连接,决策模块通过无线通讯模块与上位机连接;同时在上位机与下位机之间安装有路由器,并将上位机系统中的ROS_MASTER_URI与下位机系统中的ROS_MASTER_URI设置相同参数,以实现上位机与下位机的消息发布与订阅。
在本发明中,上位机为PC平板电脑,显示器带触屏功能,操作系统为windows系统和ROS,PC平板电脑界面上设置有地图显示与操作界面、控制界面、位置属性编辑界面及状态属性。
在本发明中,驱动模块包括控制器、电机和编码器,控制器与编码器连接,编码器与电机连接,电机与AGV小车的左轮与右轮连接。
在本发明中,电源管理模块包括电池、稳压模块和电压监控系统,电池与稳压模块连接,稳压模块与电压监控系统连接,电压监控系统与决策模块连接。
在本发明中,安全保护模块包括安装在AGV小车车体前方的激光传感器和安装在AGV车体后方的红外传感器。
在本发明中,决策模块通过采集激光导航模块、电源管理模块、安全保护模块、驱动模块和上位机的信息,根据预先设定条件做出相应的决策;激光导航模块利用ROS中开源功能包,调用gmapping功能包利用slam技术实现在未知环境中实时定位与地图创建,调用navigation功能包订阅激光数据和已知地图信息,在利用蒙特卡罗定位算法实现定位功能、利用A*算法实现全局路径规划、利用dwa算法实现局部路径规划,最后将路径规划信息转化为线速度和角速度形式发布给驱动模块;驱动模块的控制器订阅激光导航模块发布的速度指令后,通过动力学模型计算AGV小车左轮与右轮的差速,从而控制AGV小车沿规划的路径行驶;同时,控制器读取编码器的数值并将该信息反馈给激光导航模块;在AGV小车运动过程中,激光传感器提前检测AGV小车与前方障碍物的距离,在AGV小车后退过程中,红外传感器检测AGV小车与后方障碍物的距离,从而将周围环境信息发送给决策模块以做出减速或者避障的操作;当AGV小车电池电量低于设定值时,电压监控系统将信息反馈给决策模块,决策模块通过无线通讯模块向上位机发送充电指令。
在本发明中,当出现紧急状况时,用户通过上位机介入AGV小车的下位机系统,避免危险事故发生。
有益效果:本发明通过上位机远程操控AGV小车以对AGV小车自由路径导航,同时还可监控AGV小车的运动状态,当出现紧急情况时可通过上位机介入AGV下位机系统,避免危险情况的发生,在节约大量劳动成本的同时,提高了AGV的易用性与安全性;同时该导航系统利用ROS的分布式架构以及开源代码,有效降低了AGV的开发难度、加快了开发进程。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例的原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
参见图1所示的一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,包括上位机及安装在AGV小车内的下位机,并在上位机与下位机内分别设置有无线通讯模块,用户通过上位机向AGV小车的下位机发送指令,同时还可监控AGV小车的位置、状态以及电压状态,当出现紧急状况时,用户可通过上位机介入AGV小车的下位机系统,避免危险事故发生;
在本实施例中,上位机为PC平板电脑,显示器带触屏功能,操作系统为windows系统和ROS,PC平板电脑界面上设置有以下模块:
地图显示与操作界面:显示室内导航地图、AGV小车位置、目标点位置、导航路径;
控制界面:发送导航过程中的各个命令给下位机;
位置属性编辑界面:为地图中定义不同位置提供编辑窗口;
状态属性:显示当前控制指令及AGV小车位置属性和目标位置属性、电池实时监测结果;
无线通讯模块:利用无线局域网实现,用于上位机与下位机之间进行数据信息交换,并在上位机与下位机之间安装路由器,设置上位机系统中的ROS_MASTER_URI与下位机相同,即可实现上位机与下位机的消息发布与订阅;
下位机包括决策模块、激光导航模块、电源管理模块、安全保护模块、驱动模块;
决策模块:采用研华工控机,操作系统为Ubuntu系统和ROS,决策模块是AGV小车激光导航系统中的核心部件,该模块通过采集激光导航模块、电源管理模块、安全保护模块、驱动模块和上位机的信息,根据预先设定条件做出相应的决策;
激光导航模块:利用ROS中开源功能包,调用gmapping功能包利用slam技术实现在未知环境中实时定位与地图创建,调用navigation功能包订阅激光数据和已知地图信息,在利用蒙特卡罗定位算法实现定位功能,利用A*算法实现全局路径规划,利用dwa算法实现局部路径规划,并将路径规划信息转化成线速度和角速度形式发布给驱动模块;
驱动模块:包括控制器、电机和编码器,驱动模块订阅激光导航模块发布的速度指令后,通过动力学模型计算AGV小车左轮与右轮的差速,从而控制AGV小车沿规划的路径行驶;同时,驱动模块读取编码器的数值并将该信息反馈给激光导航模块;
电源管理模块:包括电池、稳压模块和电压监控系统,当电池电量低于设定值时,电压监控系统将信息反馈给决策模块,决策模块通过无线通讯模块向上位机发送充电指令;
安全保护模块:包括安装在AGV小车车体前方的一个激光传感器和安装在AGV车体后方的3个红外传感器,在AGV小车运动过程中,激光传感器提前检测AGV小车与前方障碍物的距离,在AGV小车后退过程中,红外传感器检测AGV小车与后方障碍物的距离,从而将周围环境信息发送给决策模块以做出减速或者避障的操作。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,其特征在于,包括自带ROS的上位机及安装在AGV小车内的下位机,其中,上位机与下位机内分别设置有用于进行数据信息交换的无线通讯模块,用户通过上位机向AGV小车的下位机发送指令控制AGV小车运行状态,下位机包括自带ROS的决策模块、激光导航模块、电源管理模块、安全保护模块、驱动模块,激光导航模块、电源管理模块、安全保护模块、驱动模块分别与决策模块双向连接,决策模块通过无线通讯模块与上位机连接;同时在上位机与下位机之间安装有路由器,并将上位机系统中的ROS_MASTER_URI与下位机系统中的ROS_MASTER_URI设置相同参数,以实现上位机与下位机的消息发布与订阅。
2.根据权利要求1所述的一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,其特征在于,上位机为PC平板电脑,显示器带触屏功能,操作系统为windows系统和ROS,PC平板电脑界面上设置有地图显示与操作界面、控制界面、位置属性编辑界面及状态属性。
3.根据权利要求1所述的一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,其特征在于,驱动模块包括控制器、电机和编码器,控制器与编码器连接,编码器与电机连接,电机与AGV小车的左轮与右轮连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,其特征在于,电源管理模块包括电池、稳压模块和电压监控系统,电池与稳压模块连接,稳压模块与电压监控系统连接,电压监控系统与决策模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,其特征在于,安全保护模块包括安装在AGV小车车体前方的激光传感器和安装在AGV车体后方的红外传感器。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,其特征在于,决策模块通过采集激光导航模块、电源管理模块、安全保护模块、驱动模块和上位机的信息,根据预先设定条件做出相应的决策;激光导航模块利用ROS中开源功能包,调用gmapping功能包利用slam技术实现在未知环境中实时定位与地图创建,调用navigation功能包订阅激光数据和已知地图信息,在利用蒙特卡罗定位算法实现定位功能、利用A*算法实现全局路径规划、利用dwa算法实现局部路径规划,最后将路径规划信息转化为线速度和角速度形式发布给驱动模块;驱动模块的控制器订阅激光导航模块发布的速度指令后,通过动力学模型计算AGV小车左轮与右轮的差速,从而控制AGV小车沿规划的路径行驶;同时,控制器读取编码器的数值并将该信息反馈给激光导航模块;在AGV小车运动过程中,激光传感器提前检测AGV小车与前方障碍物的距离,在AGV小车后退过程中,红外传感器检测AGV小车与后方障碍物的距离,从而将周围环境信息发送给决策模块以做出减速或者避障的操作;当AGV小车电池电量低于设定值时,电压监控系统将信息反馈给决策模块,决策模块通过无线通讯模块向上位机发送充电指令。
7.根据权利要求1所述的一种基于ROS的AGV小车激光导航系统,其特征在于,当出现紧急状况时,用户通过上位机介入AGV小车的下位机系统,避免危险事故发生。
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