CN112099487A - 基于ros的地图构建与同时定位方法 - Google Patents

基于ros的地图构建与同时定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于ROS的地图构建与同时定位系统，该基于地图构建系统包括ROS平台、遥控模块、地图构建模块和工作模块，所述ROS平台包括移动传输模块、建模接收模块、建模修改模块、修改传输模块、建模标点模块、设定传输模块和工况接收模块，所述遥控模块包括移动接收模块、路线规划模块和移动模块，所述地图构建模块包括深度传感器、建模模块和建模传输模块，所述工作模块包括动作设定模块、扫描模块、动作模块和记录模块，本发明通过ROS平台控制和设置机器人，使用深度传感器进行地图构建和机器人定位，并且将建模地图和机器人设置可以通过ROS平台传输至其他机器人，具有准确定位和使用方便的特点。

Description

基于ROS的地图构建与同时定位方法
技术领域
本发明涉及建模和定位技术领域，具体为基于ROS的地图构建与同时定位方法。
背景技术
现有机器人在室内或复杂环境中工作室时，由于地图复杂，机器人需要对自己进行准确定位，对于当今普遍都在使用的定位系统，比如说GPS，如果前方出现遮挡物或者在室外地形复杂的环境中执行任务，经常会出现定位模糊的情况，不能确定自己在哪里等一系列的复杂问题，这就导致机器人在不断移动的过程中无法精准的对自己的位置做出很好的判定。
现有技术方案：在《基于仿生的机器人室内地图构建方法的研究》中，提出了一种仿生的室内地图构建方法.该方法通过仿生人眼对周围环境的获取与处理，进行路径识别与路径测距.通过仿生人类对距离模糊处理的特点，运用模糊集方法进行距离判定与表示.采用二维码对环中的标志物进行标注，形成地图定位点，通过数据库实现了地图拓扑构建与存储。
目前较为普遍的以声呐技术为基础的SLAM算法可以计算出机器人和障碍物之间的间隙，像是蝙蝠那样，但这种方法有弊端，误差比较大；机器人的工作程序设置也十分复杂，同时对于多个机器人需要分别编辑程序，很不方便，因此，设计可以准确定位和使用方便的基于ROS的地图构建与同时定位方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供线控底盘建模系统与位置跟踪仿真方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于ROS的地图构建与同时定位系统包括ROS平台、遥控模块、地图构建模块和工作模块，所述遥控模块、地图构建模块和工作模块分别与ROS平台无线连接，通过无线连接，使用者可以远程操控机器人。
根据上述技术方案，所述ROS平台包括移动传输模块、建模接收模块、建模修改模块、修改传输模块、建模标点模块、设定传输模块和工况接收模块，所述ROS平台用于遥控机器人移动及设定机器人的工作方式，移动传输模块用于控制机器人的移动，建模接收模块、建模修改模块和修改传输模块用于对机器人的建模进行确认及修改，建模标点模块和设定传输模块用于对机器人工作进行设定，工况接收模块用于监视机器人工作状况，通过ROS平台可以远程操控机器人、及时修改建模地图、轻松编辑机器人工作流程、实时监管工作状况并且将建模地图和工作流程同步至多个机器人，使机器人的使用十分方便。
根据上述技术方案，所述遥控模块包括移动接收模块、路线规划模块和移动模块，所述遥控模块用于机器人的移动，移动接收模块用于接收ROS平台的控制信号，路线规划模块可以使机器人工作时自动根据建模地图规划路线。
根据上述技术方案，所述地图构建模块包括深度传感器、建模模块和建模传输模块，所述地图构建模块用于机器人对周围环境的建模，建模模块通过深度传感器感知周围环境，自动进行建模，使机器人可以自主适应复杂的工作环境。
根据上述技术方案，所述工作模块包括动作设定模块、扫描模块、动作模块和记录模块，所述工作模块用于设定机器人在指定位置对指定物体做出指定动作，并记录反馈给ROS平台，动作设定模块内保存有机器人的基础动作，当扫描模块找到目标物体后，动作模块根据设定做出动作，记录模块将机器人工作状况反馈至ROS平台进行监控。
根据上述技术方案，基于ROS地图构建系统与同时定位方法包括以下步骤：
S1.使用者通过ROS平台操控机器人对工作范围进行扫描建模；
S2.使用者通过建模标点模块对指定地点进行指定；
S3.使用者通过设定传输模块在指定地点绑定一个动作组；
S4.设定传输模块将指定地点传输给路线规划模块，将动作组传输至动作设定模块；
S5.路线规划模块根据深度传感器确定机器人所在位置，规划出移动路线并传输给移动模块；
S6.移动模块使机器人移动至指定位置，使用扫描模块找出目标物体，对目标物体做出指定动作；
S7.机器人根据设定重复S5-S6的步骤完成下一个指令；
S8.记录模块将机器人工作状况记录并反馈至工况接收模块。
根据上述技术方案，所述步骤S1中，机器人使用深度传感器对工作环境进行扫描建模，使用者可用建模修改模块对工作环境进行修正，首先使用者通过移动传输模块和移动接收模块遥控机器人的移动模块，使机器人在工作范围内移动，移动的同时深度传感器会感知周围的情况，通过建模模块建立工作环境的建模地图，并发送至ROS平台，在ROS平台中，使用者可通过建模修改模块和修改传输模块对较小的环境变化进行建模地图的修正，对于较大的环境变化，可以重新进行自动建模，通过深度传感器建模及定位，可以使机器人快速适应复杂的工作环境。
根据上述技术方案，所诉步骤S3和S4中，动作设定模块内保存有机器人的基础动作，所诉设定传输模块中只需将动作组合为动作组并与指定地点绑定，设定传输模块可以和将动作设定模块内的基础动作组合为动作组，与指定地点绑定后，机器人便能够在指定地点找到目标物体后，做出指定动作。
根据上述技术方案，所诉步骤S6中，若扫描模块没有找到目标物体，会反馈给记录模块提醒使用者，当扫描模块扫描不到目标物体，说明工作已经完成，将通过ROS平台提醒使用者进行补充。
根据上述技术方案，所述步骤S5中，路线规划模块根据深度传感器确定机器人所在位置，深度传感器通过扫描机器人周围的环境，与建模地图进行对比，可以准确得出机器人所在的位置，解决了GPS定位和超声波定位的定位模糊问题。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，
(1)通过设置有深度传感器和建模模块，使用者操控机器人移动的同时，深度传感器会感知周围的情况，通过建模模块建立工作环境的建模地图，并发送至ROS平台，在ROS平台中，使用者可通过对较小的环境变化进行建模地图的修正，对于较大的环境变化，可以重新进行自动建模，通过深度传感器建模及定位，可以使机器人快速适应复杂的工作环境；
(2)通过设置有建模标点模块和设定传输模块，使用者可以在ROS上对建模地图进行标点和动作绑定，是机器人自动前往指定地点完成指定动作，使用方便；
(3)通过设置有设定传输模块和动作设定模块，动作设定模块内保存有机器人的基础动作，设定传输模块中只需将动作组合为动作组并与指定地点绑定，设定传输模块可以和将动作设定模块内的基础动作组合为动作组，与指定地点绑定后，机器人便能够在指定地点找到目标物体后，做出指定动作，减少了使用者的使用难度；
(4)通过设置有深度传感器，机器人在工作室时通过深度传感器感知周围的情况，与建模地图进行对比，确认出自己的位置，解决了GPS定位和超声波定位的定位模糊问题；
(5)通过设置有ROS平台，通过ROS平台可以远程操控机器人、及时修改建模地图、轻松编辑机器人工作流程、实时监管工作状况并且将建模地图和工作流程同步至多个机器人，使机器人的使用十分方便。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的地图建模方法示意图；
图3是本发明的定位方法示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供技术方案：基于ROS的地图构建与同时定位系统，该基于地图构建系统包括ROS平台、遥控模块、地图构建模块和工作模块，遥控模块、地图构建模块和工作模块分别与ROS平台无线连接，通过无线连接，使用者可以远程操控机器人；
如图1，ROS平台包括移动传输模块、建模接收模块、建模修改模块、修改传输模块、建模标点模块、设定传输模块和工况接收模块，ROS平台用于遥控机器人移动及设定机器人的工作方式，移动传输模块用于控制机器人的移动，建模接收模块、建模修改模块和修改传输模块用于对机器人的建模进行确认及修改，建模标点模块和设定传输模块用于对机器人工作进行设定，工况接收模块用于监视机器人工作状况，通过ROS平台可以远程操控机器人、及时修改建模地图、轻松编辑机器人工作流程、实时监管工作状况并且将建模地图和工作流程同步至多个机器人，使机器人的使用十分方便；
如图1，遥控模块包括移动接收模块、路线规划模块和移动模块，遥控模块用于机器人的移动，移动接收模块用于接收ROS平台的控制信号，路线规划模块可以使机器人工作时自动根据建模地图规划路线；
如图1，地图构建模块包括深度传感器、建模模块和建模传输模块，地图构建模块用于机器人对周围环境的建模，建模模块通过深度传感器感知周围环境，自动进行建模，使机器人可以自主适应复杂的工作环境；
如图1，工作模块包括动作设定模块、扫描模块、动作模块和记录模块，工作模块用于设定机器人在指定位置对指定物体做出指定动作，并记录反馈给ROS平台，动作设定模块内保存有机器人的基础动作，当扫描模块找到目标物体后，动作模块根据设定做出动作，记录模块将机器人工作状况反馈至ROS平台进行监控；
如图3，基于ROS地图构建系统与同时定位方法，其特征在于；该定位方法包括以下步骤：
S1.使用者通过ROS平台操控机器人对工作范围进行扫描建模；
S2.使用者通过建模标点模块对指定地点进行指定；
S3.使用者通过设定传输模块在指定地点绑定一个动作组；
S4.设定传输模块将指定地点传输给路线规划模块，将动作组传输至动作设定模块；
S5.路线规划模块根据深度传感器确定机器人所在位置，规划出移动路线并传输给移动模块；
S6.移动模块使机器人移动至指定位置，使用扫描模块找出目标物体，对目标物体做出指定动作；
S7.机器人根据设定重复S5-S6的步骤完成下一个指令；
S8.记录模块将机器人工作状况记录并反馈至工况接收模块。
如图2，步骤S1中，机器人使用深度传感器对工作环境进行扫描建模，使用者可用建模修改模块对工作环境进行修正，首先使用者通过移动传输模块和移动接收模块遥控机器人的移动模块，使机器人在工作范围内移动，移动的同时深度传感器会感知周围的情况，通过建模模块建立工作环境的建模地图，并发送至ROS平台，在ROS平台中，使用者可通过建模修改模块和修改传输模块对较小的环境变化进行建模地图的修正，对于较大的环境变化，可以重新进行自动建模，通过深度传感器建模及定位，可以使机器人快速适应复杂的工作环境，并准确定位，解决了GPS和超声波定位模糊的问题；
步骤S3和S4中，动作设定模块内保存有机器人的基础动作，设定传输模块中只需将动作组合为动作组并与指定地点绑定，设定传输模块可以和将动作设定模块内的基础动作组合为动作组，与指定地点绑定后，机器人便能够在指定地点找到目标物体后，做出指定动作；
步骤S6中，若扫描模块没有找到目标物体，会反馈给记录模块提醒使用者，当扫描模块扫描不到目标物体，说明工作已经完成，将通过ROS平台提醒使用者进行补充；
步骤S5中，路线规划模块根据深度传感器确定机器人所在位置，深度传感器通过扫描机器人周围的环境，与建模地图进行对比，可以准确得出机器人所在的位置，解决了GPS定位和超声波定位的定位模糊问题。
工作原理：遥控模块、地图构建模块和工作模块分别与ROS平台无线连接，通过无线连接，使用者可以远程操控机器人，移动传输模块用于控制机器人的移动，建模接收模块、建模修改模块和修改传输模块用于对机器人的建模进行确认及修改，建模标点模块和设定传输模块用于对机器人工作进行设定，工况接收模块用于监视机器人工作状况，移动接收模块用于接收ROS平台的控制信号，路线规划模块可以使机器人工作时自动根据建模地图规划路线，建模模块通过深度传感器感知周围环境，自动进行建模，使机器人可以自主适应复杂的工作环境，动作设定模块内保存有机器人的基础动作，当扫描模块找到目标物体后，动作模块根据设定做出动作，记录模块将机器人工作状况反馈至ROS平台进行监控，首先使用者通过移动传输模块和移动接收模块遥控机器人的移动模块，使机器人在工作范围内移动，移动的同时深度传感器会感知周围的情况，通过建模模块建立工作环境的建模地图，并发送至ROS平台，在ROS平台中，使用者可通过建模修改模块和修改传输模块对较小的环境变化进行建模地图的修正，对于较大的环境变化，可以重新进行自动建模，通过深度传感器建模及定位，可以使机器人快速适应复杂的工作环境，随后使用者在建模标点模块中指定地点，动作设定模块内保存有机器人的基础动作，在设定传输模块中将动作组合为动作组并与指定地点绑定，设定传输模块可以和将动作设定模块内的基础动作组合为动作组，与指定地点绑定，之后设定传输模块将指定地点传输给路线规划模块，将动作组传输至动作设定模块，路线规划模块根据深度传感器确定机器人所在位置，深度传感器通过扫描机器人周围的环境，与建模地图进行对比，可以准确得出机器人所在的位置，解决了GPS定位和超声波定位的定位模糊问题，规划出移动路线并传输给移动模块，移动模块使机器人移动至指定位置，使用扫描模块找出目标物体，对目标物体做出指定动作，当扫描模块扫描不到目标物体，说明工作已经完成，将通过ROS平台提醒使用者进行补充，通过ROS平台可以远程操控机器人、及时修改建模地图、轻松编辑机器人工作流程、实时监管工作状况并且将建模地图和工作流程同步至多个机器人，使机器人的使用十分方便。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于ROS的地图构建与同时定位系统，其特征在于：该基于地图构建系统包括ROS平台、遥控模块、地图构建模块和工作模块，所述遥控模块、地图构建模块和工作模块分别与ROS平台无线连接。
2.根据权利要求1所述的地图构建与同时定位系统，其特征在于：所述ROS平台包括移动传输模块、建模接收模块、建模修改模块、修改传输模块、建模标点模块、设定传输模块和工况接收模块，所述ROS平台用于遥控机器人移动及设定机器人的工作方式。
3.根据权利要求1所述的地图构建与同时定位系统，其特征在于：所述遥控模块包括移动接收模块、路线规划模块和移动模块，所述遥控模块用于机器人的移动。
4.根据权利要求1所述的地图构建与同时定位系统，其特征在于：所述地图构建模块包括深度传感器、建模模块和建模传输模块，所述地图构建模块用于机器人对周围环境的建模及动作位置的设定。
5.根据权利要求1所述的地图构建与同时定位系统，其特征在于：所述工作模块包括动作设定模块、扫描模块、动作模块和记录模块，所述工作模块用于设定机器人在指定位置对指定物体做出指定动作，并记录反馈给ROS平台。
6.基于ROS地图构建系统与同时定位方法，其特征在于；该定位方法包括以下步骤：
S1.使用者通过ROS平台操控机器人对工作范围进行扫描建模；
S2.使用者通过建模标点模块对地点进行指定；
S3.使用者通过设定传输模块在指定地点绑定一个动作组；
S4.设定传输模块将指定地点传输给路线规划模块，将动作传输至动作设定模块；
S5.路线规划模块根据机器人所在位置，规划出移动路线并传输给移动模块；
S6.移动模块使机器人移动至指定位置，使用扫描模块找出目标物体，对目标物体做出指定动作；
S7.机器人根据设定重复S5-S6的步骤完成下一个指令；
S8.记录模块将机器人工作状况记录并反馈至工况接收模块。
7.根据权利要求6所述的基于ROS地图构建系统与同时定位方法，其特征在于：所述步骤S1中，机器人使用深度传感器对工作环境进行扫描建模，使用者可用建模修改模块对工作环境进行修正。
8.根据权利要求6所述的基于ROS地图构建系统与同时定位方法，其特征在于：所述步骤S3和S4中，动作设定模块内保存有机器人的基本动作，设定传输模块中只需将动作组合为动作组并与指定地点绑定。
9.根据权利要求6所述的基于ROS地图构建系统与同时定位方法，其特征在于：所述步骤S6中，若扫描模块没有找到目标物体，会反馈给记录模块提醒使用者。
10.根据权利要求6所述的基于ROS地图构建系统与同时定位方法，其特征在于：所述步骤S5中，路线规划模块根据深度传感器确定机器人所在位置。
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