[发明专利]一种基于ROS的居家整理移动机器人

说明书

本发明公开了一种基于ROS的居家整理移动机器人，涉及机器人技术领域；包括如下方法：步骤一：定位与建图算法；步骤二：路径规划方法；步骤三：ROS机器人建模与仿真：在Rviz、Gazebo中仿真，实现建图、自动导航、机械臂抓取目标物；步骤四：机器人构成；步骤五：视觉识别；步骤六：建立机械臂：采用ROS Moveit!作为机械臂运动规划的软件包；本发明实现单目视觉拍摄物体获得匹配图像对，进行图像预处理，立体匹配，实现对目标物体的准确定位，结合深度学习实现对目标垃圾的识别；使用机器人对室内环境进行地图构建，自动导航以及垃圾抓取的功能测试。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于ROS的居家整理移动机器人。

背景技术

近年来，随着现代科学技术的不断发展，服务类型机器人逐渐的开始进入市场，像是有智能的送餐机器人，客服机器人，医疗机器人，陪护机器人，扫地机器人等等。服务机器人是庞大机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义。根据其用途不同，可以划分为保洁机器人、教育机器人、医疗机器人、家用机器人、服务型机器人及娱乐机器人，应用范围非常广泛。目前，教育机器人市场份额约为16%，客服机器人份额约7%，医疗、清洁用服务机器人占比均在4%左右。

扫地机器人作为服务型机器人的一种，它的出现将人们从繁重的家庭清洁劳动中解放出来，释放了我们的双手，让我们能够将精力放在更重要的领域之中，提高我们的生活质量和工作效率。

扫地机器人在应用中会面对一些问题，由于扫地机器人底盘低、吸口小，饮料瓶、废弃纸团、香蕉皮、塑料袋这样的大垃圾，就让扫地机器人无法清理，只能人工清扫。中关村在线测试过几十款扫地机器人，它们能够处理的最大垃圾是狗粮、小积木颗粒这种大小的垃圾。当前的扫地机器人仅能清理灰尘、毛发此类的小垃圾，无法清理一些像废弃纸团这样较大的垃圾。此外，在清扫过程中碰到的物件都会直接清扫，比如说小巧的玩具等，一旦被扫地机器人遇到，就会直接处理，扫地机器人会尝试清扫或者拖拽它们，结果对机器人和个人物品都会造成一定的损伤。

针对现有扫地机器人能够清理的垃圾种类大小有限的缺点，希望通过移动机器人，识别较大垃圾，玩具积木以及玩具汽车等物品，并通过抓取目标物，移动到垃圾桶或者玩具箱进行分类放置，以提高打扫室内卫生的质量和工作效率。

发明内容

为解决现有扫地机器人能够清理的垃圾种类大小有限的缺点的问题；本发明的目的在于提供一种基于ROS的居家整理移动机器人。

本发明的一种基于ROS的居家整理移动机器人，包括如下方法：

步骤一：定位与建图算法：

SLAM包括特征提取，数据关联，状态估计，状态更新以及特征更新；采用2D激光SLAM；2D激光SLAM的输入：IMU数据、里程计数据、2D激光雷达数据；

Cartographer算法：通过激光测距仪等传感器测量的数据生成分辨率为５cm的实时栅格地图；Cartographer采用基于图优化方法的SLAM理论框架，分为前端和后端两部分：前端主要负责Scan-to-Submap和回环检测，将处理后的激光雷达数据与子图进行匹配，同时当生成一个子图且没有新的数据帧插入的时候会进行局部回环检测；子图创建完成后，如果找到了与当前估计位姿最佳的匹配结果，则将其添加到回环约束中；后端主要负责对位姿估计进行优化，采用分支定界和预先计算的网格来实现全局闭环检测；

步骤二：路径规划方法：

使用A*算法搜索出一条可行的无碰撞路径，A*算法是一种启发式搜索算法，就是在状态空间中的搜索对每一个搜索的位置进行评估，得到最好的位置，再从这个位置进行搜索直到目标；在A*算法中，使用连接点之间的距离作为边缘点的权重，使用到目标点之间的距离作为启发函数。

步骤三：ROS机器人建模与仿真：

在Rviz、Gazebo中仿真，实现建图、自动导航、机械臂抓取目标物；

步骤四：机器人构成：