作品包括:

Word版说明书1份，共57页，约21000字

任务书一份

开题报告一份

外文翻译一份

CAD版本图纸，共4张

摘要

全球科学技术迅速发展，我国在许多领域已然走在世界前沿，人民的生活也因此越来 越丰富、便利。生活中还出现了各种各样智能的服务型机器设备，扫地机器人，饭店里的 送餐机器人、迎宾机器人等等。智能机器人最让人惊艳的特点之一便是它的自主移动，这 也是它智能的体现。本文研究的课题就是在室内环境下的机器人路径导航系统的相关设计。本次设计是基于开源的机器人操作系统 ROS 去研究讨论路径导航问题。 

ROS 是被很多相关开发者使用的最为普遍的机器人软件平台， ROS 开发运维的目的之一就是提升代码的复用率。基于此平台，再结合导航技术、路径规划技术、激光雷达传感器测量技术，分析并设计路径导航的系统。 

分析研究路径规划的两种类型，全局路径规划和局部路径规划，采用全局和局部路径导航的相关算法。选用最广泛的二轮差速驱动类型的机器人去研究路径导航问题。主要是从硬件控制系统到软件的控制系统来实现路径导航，涉及硬件层面的运动控制和软件层面的路径规划和导航的控制。 

关键词：ROS；自主移动机器人；SLAM；路径导航；激光雷达传感器

目 录

1 前 言 .......................................................................... 1 

1.1 课题背景和意义 ........................................................... 1 

1.2 海内外相关技术的研究现状 ................................................. 2 

1.2.1 ROS 的发展现状 ..................................................... 2 

1.2.2 导航方式的现状 ..................................................... 4 

1.2.3 SLAM 的研究现状 .................................................... 5 

1.2.4 路径规划的研究现状 ................................................. 5 

1.3 论文主要内容 ............................................................. 6 

2 相关技术的研究 ................................................................. 7 

2.1 ROS 的介绍 ................................................................ 7 

2.2 路径规划及导航的分析介绍 ................................................. 10 

2.2.1 全局路径规划 ...................................................... 10 

2.2.2 局部路径规划 ...................................................... 10 

2.2.3 导航方式的介绍 .................................................... 11 

2.3 激光雷达传感器的介绍和原理 .............................................. 12 

2.3 坐标的转换 ............................................................... 14 

2.4 二轮差速驱动的机器人运动模型分析 ........................................ 15 

3 硬件的选型 .................................................................... 18 

3.1 电动机 .................................................................. 18 

3.1.1 电动机的分类和选型 ................................................ 18 

3.1.2 电动机驱动器的选型 ................................................ 20 

3.2 控制器 .................................................................. 24 

3.2.1 驱动控制器 Arduino ................................................ 24 

3.2.2 上位机树莓派 3B ................................................... 27 

3.3 稳压降压直流电源模块 .................................................... 29 

3.4 机器人整体的结构 ........................................................ 30 

4 控制系统的设计 ................................................................ 31 

4.1 硬件控制系统的设计 ...................................................... 31 

4.1.1 PWM 调速 .......................................................... 31 

4.1.2 激光雷达的组装接线 ................................................ 36 

 4.1.3 超声波的主动避障 .................................................. 37 

4.1.4 光电编码器的反馈机制 .............................................. 37 

4.1.5 硬件控制架构 ...................................................... 40 

4.2 软件控制系统的设计 ...................................................... 41 

4.2.1 软件控制架构 ...................................................... 41 

4.2.2 软件控制实例 ...................................................... 42 

5 仿真与测试 .................................................................... 45 

5.1 仿真 .................................................................... 45 

5.2 测试 .................................................................... 48 

6 结 论 ......................................................................... 50 

参考文献 ........................................................................ 51 

致 谢 ........................................................................... 53 

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