[发明专利]一种基于Xtion设备的多功能六足机器人的远程控制系统

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于Xtion设备的多功能六足机器人远程控制系统。

背景技术

六足机器人地形适用性较强，可用于复杂地形，适用范围广，可用于星球探测、灾后救援等领域，除此之外，还可用于家庭服务，如照顾老人、残疾人。总之，六足机器人在生产、生活中有广泛应用。

六足机器人完成较复杂任务，其控制系统起重要作用，然而，现有操作系统对各功能的集成度不高，导致六足机器人的功能有限，无法完成复杂任务。如，现有六足机器人未将SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，同时定位及地图创建)、动作编辑、人机交互、承载能力等功能集合起来，从而使机器人不能完成某些复杂任务。另外，某些机器人操作系统虽然能完成一定较复杂任务，但使用特定控制系统，通用性差。

目前腿式机器人SLAM面临实时性差，建图精度低的缺点，并且，区别于轮式机器人，六足腿式机器人无法用轮式里程计计算自身位移，以辅助定位。因此，本发明中的SLAM模块设计了基于多传感器信息融合的SLAM系统，提高了感知的准确性、快速性和可靠性。

发明内容

本发明提供一种基于Xtion设备的多功能六足机器人的远程控制系统，将六足机器人的SLAM、动作编辑、手势识别和语音识别的功能集合在一起，增加了六足机器人的功能。为了提高系统的通用性，本发明基于ROS(Robot Operating System,ROS)，同时，将手势识别、语音识别、动作编辑和SLAM结合在一起，以便更好完成任务。

一种基于Xtion设备的多功能六足机器人的远程控制系统，其特征在于：包括无线网络模块、运动控制单元、动作编辑模块、SLAM模块、手势识别单元和语音识别模块。

所述无线网络模块实现远程控制系统与六足机器人的控制主板通过PCI-E接口通讯，节进而实现远程控制系统对六足机器人的控制。

运动控制单元包括运动模式控制单元与舵机控制单元；其中，运动模式控制单元用来控制六足机器人的运行模式，包括轮行运动、腿式行走和轮腿切换；舵机控制单元用来控制各个驱动舵机上电，进而控制六足机器人开始行走、停止和运动方向。

所述动作编辑模块用来编辑六足机器人的运动动作，包括机器人模型显示子模块、动作设定子模块与操作子模块与动作编辑界面；其中，机器人模型显示子模块用来实时显示由机器人运动状态；动作设定子模块包括条腿足底三轴方向位移设定、绕髋关节、膝关节和踝关节的旋转角度设定与分段时间设定，实现对六足机器人的动作编辑；操作子模块包括姿势预览操作、重置操作、开始控制线程操作、结束控制线程操作、添加姿势操作、删除姿势操作、角度到姿势转换计算操作、生成子轨迹操作、生成轨迹操作、运行轨迹操作、保存轨迹操作、删除轨迹操作与下载轨迹操作。

所述手势识别单元包括手势控制单元与运动控制单元，实现对腿轮复合机器人的手势控制。

所述语音识别模块中预定义有语音指令及与机器人动作的映射关系，通过语音控制六足机器人前进、后退、左转、右转、停止、原地顺时针旋转和原地逆时针旋转运动。

所述的SLAM模块用于六足机器人定位和创建环境地图；SLAM模块包括SLAM模型子模块、二维SLAM子模块和三维SLAM子模块。

所述SLAM模型子模块使用Xtion Pro Live作为视觉传感器，采集的环境信息作为主要信息源，以IMU的惯性信息作为补偿，建立机器人的运动模型和相机模型，进而设计多传感器信息融合模型。

二维SLAM子模块和三维SLAM子模块均以机器人运动模型、相机模型以及多传感器信息融合模型为基础，使用二维SLAM算法和三维SLAM算法构建分别进行二维SLAM和三维SLAM。

所述二维SLAM算法中，令机器人感知到的环境障碍物表面均与地面垂直，由此通过平面栅格地图表示环境信息，采用二维激光扫描仪数据重建环境中物体表面，然后通过匹配算法将单次扫描结果依次拼接、融合，形成整个环境的地图。

所述三维SLAM算法通过将两帧二维图像提取特征并匹配的方式映射到三维点集，据此计算运动变换；然后采用图优化模型对估计的整体轨迹进行优化，输出最终的地图。

本发明的优点在于：

1、本发明基于Xtion设备的多功能六足机器人远程控制系统，基于ROS，可移植性强；在六足机器人平台集成了无线网络连接、SLAM、动作编辑器、手势识别和语音识别功能，使六足机器人能够更好完成任务。