CN108873911A - 一种基于ros的自动跟随行李箱及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ROS的自动跟随行李箱,包括LCD、Kinect视觉传感器、行李箱外壳、上位机、移动机器人底座,移动机器人底座置于行李箱外壳下部,上位机和Kinect视觉传感器都置于行李箱外壳内部,LCD置于行李箱外壳顶部;Kinect视觉传感器和上位机分别通过USB串口与移动机器人底座进行通信,移动机器人底座与上位机连接,LCD与上位机连接。本发明还公开了一种基于ROS的自动跟随行李箱的控制方法,包括:初始化;获取信息;目标锁定;全局路径规划和局部路径规划进行跟踪,完成跟踪任务。本发明实现了机器人自动跟随使用者,加强人机交互,应对突发事件等功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于ROS的自动跟随行李箱及其控制方法,属于自动化与机电技术领域。
背景技术
近年来,随着科学技术的不断发展,尤其是移动机器人技术迅速发展,移动机器人已经应用到越来越多的领域,极大的方便了人们的生活。当今社会,生活压力日增,人们需要服务机器人能够提供更加优质的服务并且解放劳动力,本发明基于移动机器人得到自动跟随行李箱可为出行旅游的人带来极大方便。根据目前市场数据显示,在众多机器人中,大部分是工业机器人,或者是一些没有解决突发事件的能力,缺乏人机交互的服务机器人,他们大多只能按照预先设定的命令完成任务。针对传统服务机器人的这些不足之处,研发出一款具有丰富的人机交互能力与自主导航能力的服务机器人成为社会发展的必然趋势。
发明内容
本发明的目的在于,克服现有技术存在的缺陷,提出一种基于ROS的自动跟随行李箱及其控制方法,实现机器人自动跟随使用者,加强人机交互,应对突发事件等功能。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案,一种基于ROS的自动跟随行李箱,其特征在于,包括LCD、Kinect视觉传感器、行李箱外壳、上位机、移动机器人底座,移动机器人底座置于行李箱外壳下部,上位机和Kinect视觉传感器都置于行李箱外壳内部,LCD 置于行李箱外壳顶部;Kinect视觉传感器和上位机分别通过USB串口与移动机器人底座进行通信并由机器人底座的电池变压后供电,移动机器人底座中的HDMI接口与上位机的HDMI接口连接,LCD的Touch接口与上位机的USB接口连接。
优选地,所述移动机器人底座采用TurtleBot2机器人平台,其底面安装主动轮和从动轮作为驱动轮, 驱动轮中利用弹簧实现悬挂功能,跟随过程中稳定性好。
优选地,所述移动机器人底座中设置有内置3D陀螺仪和距离传感器,均匀的分散在机器人底座的正前方,防止自身在导航的过程中发生碰撞。
优选地,所述上位机采用树莓派并且装有Ubuntu操作系统和ROS操作系统。
优选地,所述Kinect视觉传感器嵌入到所述行李箱外壳内部, 可起到保护作用。
本发明还提供一种基于ROS的自动跟随行李箱的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)初始化:启动移动机器人底座TurtleBot2和上位机,打开Kinect视觉传感器;
2)获取信息:Kinect通过红外线获取深度图像,如果拍摄到人体,建立其人体骨架图并发送信息到上位机;
3)目标锁定:当Kinect识别到拍手动作时,仅锁定目标人体即使用者,同时获取周围障碍物信息;
4) Kinect不断将使用者的动态信息发送到上位机,进行数据处理,上位机将目标信息与预设置的信息进行比较处理,当发现坐标偏移时,使用ROS的navigation功能包,完成在全局范围内的路径规划,规划出一条从出发点到目标点的无障碍路线;
5) 当机器人没有遇到步骤4)中地图上未显示的障碍物时,则按照步骤4)规划出的路线行走,到达目标位置,直至目标信息与预设置的信息相似即已经追踪到目标,结束跟踪任务;若机器人遇到步骤4)中地图上未显示的障碍物时,则转入步骤6);
6) 上位机(4)运用ROS的base_local_planner包实现局部路径规划,实时规划出一条从出发点到目标点的无障碍轨迹,按新轨迹行走,到达目标位置,结束跟踪任务;如果到达目的地之前再次遇到障碍物,重复步骤6);
7) 重复步骤4)到步骤6)进行下一次跟随任务。
优选地,在步骤4)中,3D可视化工具RVIZ加载的动态地图显示在LCD上,并可拓展功能在LCD进行触屏操作。
本发明所达到的有益效果:本发明实现机器人自动跟随使用者的功能,加强人机交互功能,提高应对突发事件的能力,在跟随过程中实现自主导航、自主避障等功能;采用目前流行的机器人操作系统ROS,由于其本身的开源性,使得机器人软件系统对环境的适应性更强;使用Kinect视觉传感器的激光检测环境中的障碍物信息,检测精度高,速度快,抗干扰能力强,得到深度图像;使用触摸屏显示器,使用者可以查看其它信息,加强了人机交互功能,并且还可以进行拓展开发;在导航过程中采用了全局路径规划与局部路径规划相结合的方式,能够有效的实现机器人在跟随过程中自主避障的功能。
附图说明
图1是本发明的一种基于ROS的自动跟随行李箱的结构示意图;
图2是本发明移动机器人底座的结构示意图;
图3是本发明的一种基于ROS的自动跟随行李箱的控制方法流程图。
图中标记的含义:1- LCD,2- Kinect视觉传感器,3-行李箱外壳,4-上位机,5-移动机器人底座,6-主动轮,7-从动轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示,本发明提出一种基于ROS的自动跟随行李箱,包括LCD1、Kinect视觉传感器2、行李箱外壳3、上位机4、移动机器人底座5, 移动机器人底座5置于行李箱外壳3下部,上位机2和Kinect视觉传感器5都置于行李箱外壳3内部,LCD 1置于行李箱外壳3顶部。Kinect视觉传感器2和上位机4分别通过USB串口与移动机器人底座5进行通信并由机器人底座5的电池变压后供电,移动机器人底座5中的HDMI接口与上位机4的HDMI接口连接,LCD1的Touch接口与上位机4的USB接口连接。
作为一种较佳的实施例,所述移动机器人底座5采用TurtleBot2机器人平台,其底面安装主动轮6和从动轮7作为驱动轮,底座示意图如附图2所示。驱动轮中利用弹簧实现悬挂功能,自动跟随过程中稳定性好。
作为一种较佳的实施例,所述移动机器人底座5中设置有内置3D陀螺仪和距离传感器,均匀的分散在机器人底座的正前方,防止自身在导航的过程中发生碰撞。
作为一种较佳的实施例,上位机采用树莓派并且装有Ubuntu操作系统和ROS操作系统。
作为一种较佳的实施例,Kinect视觉传感器(2)嵌入到行李箱外壳(3)内部,可起到保护作用。
如图2所示,本发明还提出一种基于ROS的自动跟随行李箱的控制方法,包括以下步骤:
1)初始化:启动移动机器人底座5和上位机4,打开Kinect视觉传感器2;
2)获取信息:Kinect通过红外线获取深度图像,如果拍摄到人体,建立其人体骨架图并发送信息到上位机4;
3)目标锁定:当Kinect识别到拍手动作时,仅锁定目标人体即使用者,同时获取周围障碍物信息;
4) Kinect不断将使用者的动态信息发送到上位机,进行数据处理,上位机将目标信息与预设置的信息进行比较处理,当发现坐标偏移时,使用ROS的navigation功能包,完成在全局范围内的路径规划,规划出一条从出发点到目标点的无障碍路线;
5) 当机器人没有遇到步骤4)中地图上未显示的障碍物时,则按照步骤4)规划出的路线行走,到达目标位置,直至目标信息与预设置的信息相似即已经追踪到目标,结束跟踪任务;若机器人遇到步骤4)中地图上未显示的障碍物时,则转入步骤6);
6) 上位机4运用ROS的base_local_planner包实现局部路径规划,实时规划出一条从出发点到目标点的无障碍轨迹,按新轨迹行走,到达目标位置,结束跟踪任务。base_local_planner包使用Trajectory Rollout 和Dynamic Window approaches算法计算机器人每个周期内应该行驶的速度和角度(dx,dy,dtheta velocities),base_local_planner包根据地图数据,由算法搜索到达目标的多条路经,利用一些评价标准(是否会撞击障碍物,所需要的时间等等)选取最优的路径,并且计算所需要的实时速度和角度;
其中,Trajectory Rollout 和Dynamic Window approaches算法的设计方案如下:(1)采样机器人当前的状态,即速度和角度(dx,dy,dtheta);(2)针对每个采样的速度,计算机器人以该速度行驶一段时间后的状态,得出一条行驶的路线;(3) 利用一些评价标准(是否会撞击障碍物,所需要的时间等)为多条路线打分;(4) 根据打分,选择最优路径;(5) 重复上面过程。如果到达目的地之前再次遇到障碍物,重复步骤6);
7) 重复步骤4)到步骤6)进行下一次跟随任务。
作为一种较佳的实施例,在步骤4)中,3D可视化工具RVIZ加载的动态地图显示在LCD1上,并可拓展功能在LCD进行触屏操作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于ROS的自动跟随行李箱,其特征在于,包括LCD(1)、Kinect视觉传感器(2)、行李箱外壳(3)、上位机(4)、移动机器人底座(5),移动机器人底座(5)置于行李箱外壳(3)下部,上位机(4)和Kinect视觉传感器(2)都置于行李箱外壳(3)内部,LCD (1)置于行李箱外壳(3)顶部;Kinect视觉传感器(2)和上位机(4)分别通过USB串口与移动机器人底座(5)进行通信并由机器人底座(5)的电池变压后供电,移动机器人底座(5)中的HDMI接口与上位机(4)的HDMI接口连接,LCD(1)的Touch接口与上位机(4)的USB接口连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于ROS的自动跟随行李箱,其特征在于,所述移动机器人底座(5)采用TurtleBot2机器人平台,其底面安装主动轮和从动轮作为驱动轮。
3.根据权利要求1所述的一种基于ROS的自动跟随行李箱,其特征在于,所述移动机器人底座(5)中设置有内置3D陀螺仪和距离传感器,均匀的分散在机器人底座的正前方。
4.根据权利要求1所述的一种基于ROS的自动跟随行李箱,其特征在于,所述上位机(4)采用树莓派并且装有Ubuntu操作系统和ROS操作系统。
5.根据权利要求1所述的一种基于ROS的自动跟随行李箱,其特征在于,所述Kinect视觉传感器(2)嵌入到所述行李箱外壳(3)内部。
6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的基于ROS的自动跟随行李箱的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)初始化:启动移动机器人底座(5)TurtleBot2和上位机(4),打开Kinect视觉传感器(2);
2)获取信息:Kinect通过红外线获取深度图像,如果拍摄到人体,建立其人体骨架图并发送信息到上位机(4);
3)目标锁定:当Kinect识别到拍手动作时,仅锁定目标人体即使用者,同时获取周围障碍物信息;
4) Kinect不断将使用者的动态信息发送到上位机,进行数据处理,上位机将目标信息与预设置的信息进行比较处理,当发现坐标偏移时,使用ROS的navigation功能包,完成在全局范围内的路径规划,规划出一条从出发点到目标点的无障碍路线;
5) 当机器人没有遇到步骤4)中地图上未显示的障碍物时,则按照步骤4)规划出的路线行走,到达目标位置,直至目标信息与预设置的信息相似即已经追踪到目标,结束跟踪任务;若机器人遇到步骤4)中地图上未显示的障碍物时,则转入步骤6);
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7.根据权利要求1所述的基于ROS的自动跟随行李箱的控制方法,其特征在于,在步骤4)中,3D可视化工具RVIZ加载的动态地图显示在LCD(1)上,并可拓展功能在LCD进行触屏操作。
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