隨著經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展,人們的平均壽命迅速提高,但人口出生率卻不斷下降,人口結(jié)構(gòu)老齡化現(xiàn)象嚴重。現(xiàn)今中國還沒有完全實現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè),大力發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)是解決人口老齡化下勞動力不足問題的一種有效解決方案。目前市場上在用的機器人大部分為工業(yè)機器人,隨著機器人研究工作的深入以及人們對機器人功能需求的不斷提高,國內(nèi)外公司與研究機構(gòu)紛紛對服務機器人展開研發(fā)。本論文針對機器人在家庭場景下的應用需求,設(shè)計了一款基于嵌入式GPU的家庭服務機器人軟件,該軟件具有定位導航、目標識別與測量以及人機交互等功能,具有良好的實際應用價值。論文的主要工作和成果如下:（1）分析家庭服務機器人軟件的功能與性能需求,選用Turtlebot移動平臺與Nvidia TX2嵌入式GPU開發(fā)板作為硬件開發(fā)平臺;考慮到機器人軟件中多傳感器數(shù)據(jù)采集和運動控制等模塊的實現(xiàn),選用機器人操作系統(tǒng)ROS作為軟件開發(fā)平臺;搭建軟硬件開發(fā)環(huán)境,并給出了基于ROS的軟件總體設(shè)計。（2）定位導航模塊研發(fā)。通過對比當前主流SLAM建圖算法的優(yōu)缺點,選擇適用于家庭環(huán)境的GMapping算法作為建圖算法,并采用AMCL算法進行機器人的定位。為了實現(xiàn)機器人... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

JetsonTX2開發(fā)板Figure2-1.JetsonTX2developmentkit

基于嵌入式GPU的家庭服務機器人軟件設(shè)計15①在Linux操作系統(tǒng)下，ROS的開發(fā)環(huán)境搭建較為方便；②JetsonTX2的官方發(fā)行版基于Ubuntu16.04。Ubuntu16.04下的ROSKinetic發(fā)行版本位于ROS的長期支持名單內(nèi)；③在Ubuntu16.04上進行ROS研發(fā)的學者眾多，該平臺上ROS的軟件功能包發(fā)行數(shù)量最多；④ROS只針對Debian與RPM系列的Linux發(fā)行版本進行二進制包分發(fā)，在其他Linux發(fā)行版本上，ROS需要自己編譯，編譯安裝過程會十分耗時還會出現(xiàn)依賴庫的ABI不兼容問題；因此本論文最終選用通過使用JetPack3.2刷入Ubuntu16.04系統(tǒng)，然后安裝ROSKinetic來完成ROS開發(fā)環(huán)境的搭建。另外，由于選用了IntelRealSense系列深度相機，還需要要安裝IntelRealSense相機驅(qū)動以及相關(guān)ROS功能包。圖2-3JetPackL4T3.2組件管理界面Figure2-3.JetPackL4T3.2componentsmanageinterface(1)JetPack軟件安裝由于JetsonTX2開發(fā)板默認安裝的是一個純凈的Ubuntu14.04版本，并不具備軟件所需的開發(fā)環(huán)境且該版本號過低，已經(jīng)不在ROS的長期支持系列中，所以在拿到該開發(fā)板時，首先需要從官網(wǎng)中下載刷機套件，升級JetsonTX2的Ubuntu版本至16.04。在升級過程中，應當選擇軟件開發(fā)過程中所需要的功能包，如CUDA、cuDNN等。本論文使用了JetPack3.2刷機套件進行JetsonTX2的刷機工作，具體步驟如下：①在裝有Ubuntu的臺式機或筆記本上下載JetPack-L4T3-2.run這一刷機套件執(zhí)行文件，并賦予該文件執(zhí)行權(quán)限；②在命令行執(zhí)行文件后，會出現(xiàn)名為JetPackL4T3.2ComponentsManage

基于嵌入式GPU的家庭服務機器人軟件設(shè)計21SLAM的可靠性會受到影響，會出現(xiàn)視覺特征的提取與匹配復雜度高，運算復雜度大等問題。因此本論文選用了可靠性更高、技術(shù)更為成熟、計算量更少的激光雷達建圖法。表3-1是激光雷達建圖與視覺建圖的優(yōu)劣勢對比。表3-1激光雷達建圖與視覺建圖優(yōu)劣勢對比Table3-1.Comparisonofadvantagesanddisadvantagesbetweenlaserradarmappingandvisualmapping優(yōu)/劣勢激光雷達建圖視覺建圖優(yōu)可靠性高，技術(shù)成熟結(jié)構(gòu)簡單，安裝方式多元建圖直觀，精度高無傳感器探測距離限制，成本低地圖可用于路徑規(guī)劃可提取大量語義信息劣受雷達探測范圍限制環(huán)境光照變化劇烈時可靠性不高安裝有結(jié)構(gòu)要求運算負荷大，構(gòu)建的地圖本身難以直接用于路徑規(guī)劃與導航地圖缺乏深層次語義信息算法效率有待提高，地圖構(gòu)建時會存在累計誤差圖3-1室內(nèi)環(huán)境建圖結(jié)果Figure3-1.IndoorenvironmentmappingresultsROS框架中，已有軟件包實現(xiàn)了三種激光雷達建圖方法：GMapping、HectorSLAM與Cartographer。其中GMapping基于里程計與激光雷達信息，可以在室內(nèi)小場景情形下時，進行實時的地圖構(gòu)建，并且該算法計算量較小且精度高。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]景深約束下的深度強化學習機器人路徑規(guī)劃[J]. 王珂,卜祥津,李瑞峰,趙立軍.  華中科技大學學報(自然科學版). 2018(12)
[2]移動機器人的智能路徑規(guī)劃算法綜述[J]. 王春穎,劉平,秦洪政.  傳感器與微系統(tǒng). 2018(08)
[3]我國醫(yī)用機器人的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 田偉.  骨科臨床與研究雜志. 2018(04)
[4]穿越稠密障礙物的自適應動態(tài)窗口法[J]. 王永雄,田永永,李璇,李梁華.  控制與決策. 2019(05)
[5]達芬奇手術(shù)機器人的應用進展與前景展望[J]. 侯娟茹,周珊,張紅梅,郭秀英,成小燕.  現(xiàn)代醫(yī)學與健康研究電子雜志. 2017(04)
[6]淺談服務機器人的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J]. 王玉山,王偉,李仲陽,李超藝,李昕達,褚凌慧,宋家洛,吳海超.  機電工程技術(shù). 2017(02)
[7]虛擬現(xiàn)實技術(shù)在老年癡呆患者認知功能訓練中的研究進展[J]. 陳妞,陸萍靜,陳雪梅,孫瑩,劉晗.  護理學雜志. 2017(03)
[8]基于眼動測試的產(chǎn)品人機界面交互設(shè)計研究[J]. 謝偉,辛向陽,丁靜雯.  機械設(shè)計. 2015(12)
[9]圖像物體分類與檢測算法綜述[J]. 黃凱奇,任偉強,譚鐵牛.  計算機學報. 2014(06)
[10]服務機器人的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 宋章軍.  集成技術(shù). 2012(03)

碩士論文
[1]利用局部傳感器的移動機器人路徑規(guī)劃研究[D]. 陳安媛.武漢工程大學 2015
[2]自主車路徑規(guī)劃及避障技術(shù)研究[D]. 孫麗娜.青島科技大學 2013
[3]考慮權(quán)重的車輛路徑問題的建模與蟻群算法[D]. 關(guān)靖.東北大學 2012
[4]蟻群優(yōu)化算法及其應用研究[D]. 張頻捷.中南大學 2010
[5]面向智能交通系統(tǒng)的多模式人機交互技術(shù)研究[D]. 張海鵬.上海交通大學 2007



本文編號：3289801