基于激光雷达的室内外巡检移动机器人原型设计与实现

【摘要】：伴随着我国社会经济稳步增长,越来越多的巨型企业厂区、高新园区、巨型商场不断的出现在国民生活中,然而这些场所对安全保卫工作提出了新的特殊需求。通常情况下这些场所中的安保任务都是由人类保安来完成,但是随着巡检范围不断扩大,室内外混合环境,用人成本的持续走高等因素。仅仅依靠人类保安已经不能满足日益复杂化的安保需求。另外在一些危险的环境中,人类保安也不适合执行巡检工作,比如在变电所厂区,到处都是高压电弧,对人类来说十分的危险。然而这样类似的场所又关系到一个社区,甚至一个城市的正常生活,需要时时刻刻的安全保卫工作。这一切都催生了一种特殊服务型巡检移动机器人的出现。本课题的设计目标就是设计一种既能够在人工控制下执行室外巡检工作任务,又能够自主完成室内巡检工作的移动机器人原型解决方案。为了实现我们的设计目标,主要完成了以下研究设计内容。首先,根据我们的课题目标,设计制作巡检移动机器人硬件平台。其中包括设计制作移动机器人机械硬件结构、外围硬件电路设计、传感器等设备接口设计、开发基于Linux系统的Omap平台下的eHRPWM驱动和eQep编码计数器驱动。其次,完成室外环境中人工控制的移动巡检机器人系统软件设计与实现。主要包括五个方面的内容,第一,基于IVA-HD硬件图像编码技术的远程实时图像监控软件。第二,基于遥控手柄远程遥控巡检移动机器人执行巡检任务软件。第三,基于GPS技术的远程实时可视化移动机器人位置监控软件。第四,基于Hog特征的人体目标检测与 CamShift目标跟踪算法检测外来人体目标并实时在PC控制终端跟踪显示。第五,基于激光雷达传感器检测障碍的避免意外碰撞巡检辅助功能。最后,完成室内环境中自主巡检移动机器人雏形系统软件设计与实现。其中包括如下两个方面的内容,第一,基于ROS机器人软件包处理激光雷达传感器数据自主构建室内局部地图。第二,基于室内局部地图数据,在完成巡检任务,自主路径规划、自主走出室内环境的软件与实现。基于激光雷达的室内外巡检移动机器人原型完成开发设计以后,对各功能进行了验证与测试,验证结果表明,移动巡检机器人系统硬件和软件均能够按照设计需求进行有效的工作,且运行状态良好,达到了预期的设计目的。对以后深入研究基于GPS和激光雷达等传感器的全自主导航、全智能的室内外移动巡检机器人的研究提供了理想可靠的研究实验基础平台。