CN108375979A - 基于ros的自动导航机器人通用控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ROS的自动导航机器人通用控制系统，包括核心控制器、人机交互界面、图像采集装置、控制终端；所述核心控制器包括Slam模块、导航模块、上位机驱动模块和上位机通讯模块，所述人机交互界面由操纵模块、Slam可视化模块、导航监控模块、交互界面通讯模块、警告模块构成，所述控制终端中，所述下位机通讯模块实现与核心控制器的信息通讯；所述图像数据采集模块与图像数据通讯模块连接，实现信息通讯；本发明可适用于室内环境的路径规划机器人，保持原有ROS导航包的高精度定位和路径规划的功能，并可应用与市场上常见的控制终端，使其实现导航功能。从而能够完美的将ROS导航包运用于各种移动机器人终端，提高ROS导航包的兼容性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人智能导航领域，更具体的说，尤其涉及一种基于ROS的自动导航机器人通用控制系统。
背景技术
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。机器人控制系统及其控制终端是机器人的重要组成部分。ROS(Robot Operating System)是一款新的机器人控制系统，它能为异质计算机集群提供类似操作系统的功能。如今随着功能包的扩充，ROS系统已经能够解决大多数机器人领域的问题。其中的导航功能包是其最具特色的包之一，能够实现精确定位和路径规划。但由于新兴功能包的特殊性，其实现对控制终端有着较为苛刻的要求。当前还没有对各类控制终端都兼容的自动导航机器人通用控制系统。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的ROS导航功能包对多种控制终端兼容性差的问题，提出了一种基于ROS的自动导航机器人通用控制系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于ROS的自动导航机器人通用控制系统，包括核心控制器、人机交互界面、图像采集装置、控制终端；
所述核心控制器包括Slam模块、导航模块、上位机驱动模块和上位机通讯模块，所述上位机通讯模块由人机交互界面通讯模块、图像数据通讯模块、控制终端通讯模块组成，
所述人机交互界面由操纵模块、Slam可视化模块、导航监控模块、交互界面通讯模块、警告模块构成，通过交互界面通讯模块与人机交互界面通讯模块实现信息交互；
所述图像采集装置通过图像数据通讯模块与核心控制器实现信息通讯；
所述控制终端包括下位机通讯模块、下位机驱动模块、下位机反馈模块组成，所述下位机通讯模块与控制终端通讯模块实现信息通讯；
所述Slam模块由数据采集模块和建图模块构成，所述数据采集模块由下位机反馈数据接受模块和图像数据采集模块构成，所述下位机反馈数据接受模块与下位机反馈模块连接，实现信息通讯，所述图像数据采集模块与图像数据通讯模块连接，实现信息通讯；所述建图模块通过对下位机反馈数据接受模块、图像数据采集模块采集的数据进行分析，建立可视化地图；所述导航模块由Amcl模块、Move_base模块、速度发送模块构成，所述Amcl模块用于机器人的初始位置和方向的确定，所述Move_base模块包括全局路径导航模块和局部路径导航模块，用于规划行进路径，同时与Amcl模块连接，所述速度发送模块同时与Move_base模块连接；所述驱动模块用于接受导航模块中速度发送模块所发送的速度，并通过换算转化为具体的命令传递给控制终端通讯模块；
所述人机交互界面中，操纵模块主要实现对机器人的基本控制，所述Slam可视化模块用于显示建图模块建立的可视化地图；所述导航监控模块用于显示所发送的速度信息；所述交互界面通讯模块主要用于人机交互界面其他模块与核心控制器的信息通讯；所述警告模块对各类可能引起系统崩溃和机器人破坏的操作进行警告提醒；
所述控制终端中，所述下位机通讯模块实现与核心控制器的信息通讯；下位机驱动模块用于对下位机通讯模块接受到的速度信息进行加工，成为可供实际机器人可用的驱动信息；所述下位机反馈模块可将采集到的位置信息通过下位机通讯模块传输给下位机反馈数据接受模块。
进一步的，所述操纵模块对机器人的基本控制包括启动/停止开关、导航/建图选择开关、加速/减速开关。
本发明的工作原理在于：
本发明主要实现的工作为建图和导航：
1、建图原理
在操纵模块输入指令，使系统进入建图模式。通过操纵模块继续输入规定的指令，发送速度信息，通过交互界面通讯模块传输给人机交互界面通讯模块，通过导航模块传输给上位机驱动模块，通过控制终端通讯模块和下位机通讯模块发送给控制终端，通过下位机驱动模块对速度信息的计算加工，传输给机器人实现移动。从而可以控制终端在实际空间的运行。
图像采集装置会把所拍摄的图像信息通过图像数据通讯模块传输给Slam模块中的图像数据采集模块。随着操纵模块控制机器人的运行，控制终端的下位机反馈模块不断采集实时位移数据并通过下位机通讯模块和控制终端通讯模块发送给Slam模块中的下位机反馈数据采集模块。
建图模块综合图像数据采集模块和下位机反馈数据采集模块接受到的信息，进而出绘制出地图。通过人机交互界面通讯模块传输给人机交互模块中的Slam可视化模块，在操纵模块输入指令，保存地图。
2、导航原理
在操纵模块输入指令，使系统进入建图模式。在操纵模块输入导航初始化指令，确定的起始位置和方向，输入导航终点指令，确定目标位置和方向。通过人机交互界面通讯模块传输给导航模块中的Amcl模块，核心控制器1会调用Move_base模块全局路径导航模块和局部路径导航模块结合得到路径，同时通过速度发送模块发送指令。通过上位机驱动模块对速度信息转化，通过控制终端通讯模块发送给下位机通讯模块，在下位机驱动模块的作用下，实现机器人从规定起始点到目标点的运行。
如若在导航过程中出现路径规划超时、无法找到路径。核心控制器会发布警告信息，通过人机交互界面通讯模块传输到人机交互界面中警告模块，发出警告信息，同时终止控制终端运动，以防出现安全事故。
3、兼容性提高原理
本发明在核心控制器中单独分出了上位机驱动模块和上位机通讯模块14。这样，Move_base模块122发送的速度指令就会先通过上位机驱动模块和13上位机通讯模块14对数据进行修改，得到控制终端4所需求的数据格式，而又不影响ROS导航包的基本功能，又能实现对多种控制终端4的控制。从而提高ROS导航包对不同控制终端的兼容性。
本发明的整体工作过程：
首先将该控制系统放置在所需自主导航工作空间上。通过人机交互界面中操纵模块输入指令进入建图模式，通过操纵界面让机器人在整个空间进行图像信息和位移信息的采集，并在人机交互界面中的Slam可视化模块出可视化平面地图，储存在控制系统中供导航使用。
通过人机交互界面中操纵模块输入指令进入导航模式，将控制终端放置在所需要的起始位置，通过操纵模块输入指令确定起始点、目标点位置及方向，通过到导航模块中Move_base模块得到路径，通过速度发送模块得到速度，通过上位机驱动模块和控制终端通讯模块发送指令给控制终端，控制机器人自动运行到指定点。
本发明的有益效果在于：本发明可适用于室内环境的路径规划机器人，保持原有ROS导航包的高精度定位和路径规划的功能，并可应用与市场上常见的控制终端，使其实现导航功能。从而能够完美的将ROS导航包运用于各种移动机器人终端，提高ROS导航包的兼容性。
附图说明
图1是本发明基于ROS的自动导航机器人通用控制系统的系统总体结构图
图2是本发明的slam模块结构图
图3是本发明的导航模块结构图
图4是本发明的人机交互界面结构图
图5是本发明的控制终端结构图
图6是本发明的建图功能原理图
图7是本发明的导航功能原理图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～7所示，本发明所述的基于ROS的自动导航机器人通用控制系统，其特征在于：其特征在于：包括核心控制器1、人机交互界面2、图像采集装置3、控制终端4。所述核心控制器1由Slam(Simultaneous Localization And Mapping即时定位与地图构建)模块11、导航模块12、上位机驱动模块13、上位机通讯模块14组成，所述上位机通讯模块14由人机交互界面通讯模块141、控制终端通讯模块142、图像数据通讯模块143组成。所述人机交互界面2由操纵模块21、Slam可视化模块22、导航监控模块23、交互界面通讯模块24、警告模块25构成，通过交互界面通讯模25块与人机交互界面通讯模141块实现信息交互。所述图像采集装置3通过图像数据通讯模块143与核心控制器1实现信息通讯。所述控制终端4包括下位机通讯模块41、下位机驱动模块42、下位机反馈模块43组成。所述下位机通讯模块41与控制终端通讯模块142实现信息通讯。
所述核心控制器1中，所述Slam模块11由数据采集模块111和建图模块112构成。所述数据采集模块111由图像数据采集模块1111和下位机反馈数据接受模块1112构成，所述图像数据采集模块1111与图像数据通讯模块143连接，实现信息交互，所述下位机反馈数据接受模块1112与下位机通讯模块41连接，实现信息交互。所述建图模块112通过对图像数据采集模块1111、下位机反馈数据接受模块1112采集的数据进行分析，建立可视化地图。所述导航模块12由Amcl(Adaptive Monte Carlo Localization蒙特卡洛定位方法)模块、Move_base(ROS系统专用计算模块)模块122、速度发送模块123构成。所述Amcl模块121用于机器人的初始位置和方向的确定。所述Move_base模块122包括全局路径导航模块1221和局部路径导航模块1222，用于规划行进路径，同时与Amcl模块121连接，所述速度发送模块123与Move_base模块122连接。所述上位机驱动模块13用于接受导航模块12中速度发送模块123所发送的速度，并通过换算转化为具体的命令传递给控制终端通讯模块142。
所述人机交互界面2中，所述操纵模块21主要实现对机器人的基本控制：由启动/停止开关、导航/建图选择开关、加速/减速开关等构成。所述Slam可视化模块22用于显示建图模块建立的可视化地图。所述导航监控模块23用于显示所发送的速度信息。所述交互界面通讯模块24主要用于人机交互界面其他模块与核心控制器1的信息通讯。所述警告模块25对各类可能引起系统崩溃和机器人破坏的操作进行警告提醒。
所述控制终端4中，所述下位机通讯模块41实现与核心控制器1的信息通讯。下位机驱动模块42用于对下位机通讯模块41接受到的速度信息进行加工，成为可供实际机器人可用的驱动命令。所述下位机反馈模块43可将采集到的位置信息通过下位机通讯模块41传输给下位机反馈数据接受模块1112。
本发明的工作原理在于：
本发明主要实现的工作为建图和导航：
1、建图原理
在操纵模块21输入指令，使系统进入建图模式。通过操纵模块21继续输入规定的指令，发送速度信息，通过交互界面通讯模块24传输给人机交互界面通讯模块141，通过导航模块12传输给上位机驱动模块13，通过控制终端通讯模块142和下位机通讯模块41发送给控制终端4，通过下位机驱动模块42对速度信息的计算加工，传输给机器人实现移动。从而可以控制终端在实际空间的运行。
图像采集装置3会把所拍摄的图像信息通过图像数据通讯模块143传输给Slam模块11中的图像数据采集模块1111。随着操纵模块21控制机器人的运行，控制终端4的下位机反馈模块43不断采集实时位移数据并通过下位机通讯模块41和控制终端通讯模块142发送给Slam模块11中的下位机反馈数据采集模块1112。
建图模块113综合图像数据采集模块1111和下位机反馈数据采集模块1112接受到的信息，进而出绘制出地图。通过人机交互界面通讯模块141传输给人机交互模块2中的Slam可视化模块22，在操纵模块21输入指令，保存地图。
2、导航原理
在操纵模块21输入指令，使系统进入建图模式。在操纵模块21输入导航初始化指令，确定的起始位置和方向，输入导航终点指令，确定目标位置和方向。通过人机交互界面通讯模块141传输给导航模块12中的Amcl模块121，核心控制器1会调用Move_base模块122全局路径导航模块1221和局部路径导航模块1222结合得到路径，同时通过速度发送模块123发送指令。通过上位机驱动模块13对速度信息转化，通过控制终端通讯模块142发送给下位机通讯模块41，在下位机驱动模块42的作用下，实现机器人从规定起始点到目标点的运行。
如若在导航过程中出现路径规划超时、无法找到路径。核心控制器1会发布警告信息，通过人机交互界面通讯模块141传输到人机交互界面2中警告模块25，发出警告信息，同时终止控制终端运动，以防出现安全事故。
3、兼容性提高原理
本发明在核心控制器1中单独分出了上位机驱动模块13和上位机通讯模块14。这样，Move_base模块122发送的速度指令就会先通过上位机驱动模块和13上位机通讯模块14对数据进行修改，得到控制终端4所需求的数据格式，而又不影响ROS导航包的基本功能，又能实现对多种控制终端4的控制。从而提高ROS导航包对不同控制终端的兼容性。
本发明的整体工作过程：
首先将该控制系统放置在所需自主导航工作空间上。通过人机交互界面2中操纵模块21输入指令进入建图模式，通过操纵界面21让机器人在整个空间进行图像信息和位移信息的采集，并在人机交互界面2中的Slam可视化模块22出可视化平面地图，储存在控制系统中供导航使用。
通过人机交互界面2中操纵模块21输入指令进入导航模式，将控制终端放置在所需要的起始位置，通过操纵模块21输入指令确定起始点、目标点位置及方向，通过到导航模块12中Move_base模块122得到路径，通过速度发送模块123得到速度，通过上位机驱动模块13和控制终端通讯模块142发送指令给控制终端4，控制机器人自动运行到指定点。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于ROS的自动导航机器人通用控制系统，其特征在于：包括核心控制器、人机交互界面、图像采集装置、控制终端；
所述核心控制器包括Slam模块、导航模块、上位机驱动模块和上位机通讯模块，所述上位机通讯模块由人机交互界面通讯模块、图像数据通讯模块、控制终端通讯模块组成，
所述人机交互界面由操纵模块、Slam可视化模块、导航监控模块、交互界面通讯模块、警告模块构成，通过交互界面通讯模块与人机交互界面通讯模块实现信息交互；
所述图像采集装置通过图像数据通讯模块与核心控制器实现信息通讯；
所述控制终端包括下位机通讯模块、下位机驱动模块、下位机反馈模块组成，所述下位机通讯模块与控制终端通讯模块实现信息通讯；
所述Slam模块由数据采集模块和建图模块构成，所述数据采集模块由下位机反馈数据接受模块和图像数据采集模块构成，所述下位机反馈数据接受模块与下位机反馈模块连接，实现信息通讯，所述图像数据采集模块与图像数据通讯模块连接，实现信息通讯；所述建图模块通过对下位机反馈数据接受模块、图像数据采集模块采集的数据进行分析，建立可视化地图；所述导航模块由Amcl模块、Move_base模块、速度发送模块构成，所述Amcl模块用于机器人的初始位置和方向的确定，所述Move_base模块包括全局路径导航模块和局部路径导航模块，用于规划行进路径，同时与Amcl模块连接，所述速度发送模块同时与Move_base模块连接；所述驱动模块用于接受导航模块中速度发送模块所发送的速度，并通过换算转化为具体的命令传递给控制终端通讯模块；
所述人机交互界面中，操纵模块主要实现对机器人的基本控制，所述Slam可视化模块用于显示建图模块建立的可视化地图；所述导航监控模块用于显示所发送的速度信息；所述交互界面通讯模块主要用于人机交互界面其他模块与核心控制器的信息通讯；所述警告模块对各类可能引起系统崩溃和机器人破坏的操作进行警告提醒；
所述控制终端中，所述下位机通讯模块实现与核心控制器的信息通讯；下位机驱动模块用于对下位机通讯模块接受到的速度信息进行加工，成为可供实际机器人可用的驱动信息；所述下位机反馈模块可将采集到的位置信息通过下位机通讯模块传输给下位机反馈数据接受模块。
2.根据权利要求1所述的基于ROS的自动导航机器人通用控制系统，其特征在于：所述操纵模块对机器人的基本控制包括启动/停止开关、导航/建图选择开关、加速/减速开关。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180807 |
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