緒論：寫(xiě)作既是個(gè)人情感的抒發(fā)，也是對(duì)學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的1篇ROS的自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文，希望它們能為您的寫(xiě)作提供參考和啟發(fā)。

1自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人

1.1背景及意義

伴隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，智能終端、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和機(jī)器人等各項(xiàng)技術(shù)得到突破性進(jìn)展。如今，越來(lái)越多的自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人具備視覺(jué)跟隨、自主巡航和語(yǔ)音交互等新型控制方式，人機(jī)交互方式愈來(lái)愈人性化，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)或生活的各領(lǐng)域，給社會(huì)帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，受到人們的廣泛關(guān)注。隨著娛樂(lè)機(jī)器人、陪伴機(jī)器人和運(yùn)貨機(jī)器人等各類(lèi)服務(wù)機(jī)器人不斷出現(xiàn)，不同類(lèi)型的機(jī)器人編寫(xiě)控制程序這一工作變得越來(lái)越繁重。主要是由于不同類(lèi)型的機(jī)器人設(shè)計(jì)方案不同,底層各種接口也大不盡相同，但是不管何種類(lèi)型的機(jī)器人其基本算法和控制機(jī)制是一致的，因此設(shè)計(jì)一種易于擴(kuò)展的自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)框架，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2相關(guān)技術(shù)及介紹

ros機(jī)器人軟件平臺(tái)。ROS(RobotOperatingSystem）是一個(gè)機(jī)器人軟件平臺(tái)，其前身是斯坦福人工智能實(shí)驗(yàn)室為了支持斯坦福智能機(jī)器人STAIR而建立的交換庭(switchyard）項(xiàng)目，它是一種分布式模塊化的開(kāi)源軟件框架,提供一些標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)服務(wù)。其目的在于提高軟件代碼的復(fù)用率,基本服務(wù)包括硬件抽象，底層設(shè)備控制，進(jìn)程間消息以及數(shù)據(jù)包管理等常用功能，很好的解決了機(jī)器人控制程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中代碼冗余、移植性差等問(wèn)題。目前ROS主要支持Ubuntu。ROS可以分成兩層，底層是操作系統(tǒng)層，實(shí)現(xiàn)上面所述基本服務(wù)功能。高層則是應(yīng)用層，為廣大用戶(hù)群貢獻(xiàn)的實(shí)現(xiàn)不同功能的各種軟件包，例如定位繪圖，行動(dòng)規(guī)劃，感知和模擬功能包等等。

2三層體系架構(gòu)

2.1總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為滿(mǎn)足自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人人機(jī)交互、數(shù)據(jù)處理和移動(dòng)避障等等各種通用功能，基于處理器的不同運(yùn)算能力，設(shè)計(jì)了一種易于擴(kuò)展的三層結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)框架。人機(jī)交互前端層采用具備簡(jiǎn)單運(yùn)算能力的普通平板電腦，負(fù)責(zé)人機(jī)交互，包括語(yǔ)音、視頻、圖片和文字信息交互，接受和反饋系統(tǒng)信息；核心中間層采用具備較強(qiáng)運(yùn)算能力的小型電腦，安裝Ubuntu系統(tǒng)并搭建ROS機(jī)器人軟件平臺(tái),負(fù)責(zé)機(jī)器人算法計(jì)算；硬件驅(qū)動(dòng)底層采用較低運(yùn)算能力的STM32控制器,通過(guò)程序設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)采集、硬件驅(qū)動(dòng)和機(jī)器人開(kāi)關(guān)機(jī)等任務(wù)。基于以上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行擴(kuò)充。比如通過(guò)添加攝像頭得到周?chē)膱D像數(shù)據(jù)，傳輸?shù)胶诵闹虚g層采用較高運(yùn)算能力的小型電腦進(jìn)行分析，并可以完成地圖構(gòu)建、尋跡和避障等復(fù)雜計(jì)算功能。同時(shí)還可在根據(jù)用戶(hù)需求,由簡(jiǎn)單運(yùn)算能力的普通平板電腦完成視頻監(jiān)控、傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)控、人臉識(shí)別、機(jī)器人控制等前端功能,實(shí)現(xiàn)易于擴(kuò)展的自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的平臺(tái)。

2.2人機(jī)交互前端層

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最前端是人機(jī)交互平臺(tái)，由普通平板電腦、高清攝像頭、觸摸傳感器、聲音收集和播放等設(shè)備構(gòu)成；普通平板電腦主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互，包括人臉識(shí)別、語(yǔ)音交流以及觸摸界面文字圖片等功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和呈現(xiàn)，并通過(guò)Wi-Fi與云端服務(wù)器、核心中間層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.3核心中間層

核心中間層主要是由一臺(tái)較強(qiáng)運(yùn)算能力的小型電腦（迷你PC）組成，是自主移動(dòng)機(jī)器人的策略中心，數(shù)據(jù)處理和算法核心都在該P(yáng)C上實(shí)現(xiàn)。通過(guò)基于ROS的程序設(shè)計(jì),完成傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理與信息融合、地圖構(gòu)建、自主移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制和避障算法、各類(lèi)串口數(shù)據(jù)接收與解析、數(shù)據(jù)打包與串口發(fā)送等功能。該P(yáng)C上安裝Ubuntu系統(tǒng)并搭建ROS機(jī)器人軟件平臺(tái)，并通過(guò)Wi-Fi與云服務(wù)器、人機(jī)交互前端層的普通平板電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.4硬件驅(qū)動(dòng)底層

硬件驅(qū)動(dòng)底層為自主移動(dòng)機(jī)器人的執(zhí)行單元，包含了底層STM32控制器、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制器和傳感器等其他硬件驅(qū)動(dòng)。控制器STM32通過(guò)程序設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人開(kāi)關(guān)機(jī)、電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)、利用機(jī)器人中各中傳感器驅(qū)動(dòng)程序完成數(shù)據(jù)收集等功能。

3結(jié)束語(yǔ)

人工智能是引領(lǐng)未來(lái)的戰(zhàn)略性技術(shù)，目前我國(guó)正在加緊出臺(tái)規(guī)劃和政策，圍繞核心技術(shù)、頂尖人才、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等強(qiáng)化部署，力圖在新一輪國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)中掌握主導(dǎo)權(quán)。繼2017年7月國(guó)務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》后，2018年4月教育部《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，也就是說(shuō)在未來(lái)十年內(nèi)，“信息技術(shù)”必然被“人工智能技術(shù)”所取代。目前，具備視覺(jué)跟隨、自主巡航和語(yǔ)音交互等新型控制方式的自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用越來(lái)越廣泛，本文設(shè)計(jì)的易于擴(kuò)展的三層自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)框架，為自主移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用發(fā)展，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王興偉.基于ROS的臨場(chǎng)移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研宄[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2017.

[2]陳賢,武延軍.基于ROS的云機(jī)器人服務(wù)框架.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2016,25(10).

[3]郭欣桐,戰(zhàn)藝.基于ROS的服務(wù)型機(jī)器人新型控制方式.電子世界,2016,(11).

作者:孟清 斯琴高娃 單位:海南職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)與信息學(xué)院