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摘 要

本课题设计了一种移动机器人，该机器人能够构建环境地图，并能实时在地图中定位自己的位置。此外，当给出目标点之后，移动机器人可以规划出从起点到目标点的最优路线，并在前进过程中能够对障碍物进行避开。

技术要求主要有这三点：完成基于Arduino的机器人底层控制程序，能通过无线键盘远程控制机器人的运动，能和PC机通信；实现基于激光雷达的激光SLAM算法，能对结构化环境进行构图；实现自主导航功能，可以进行路径规划和避障，机器人实际到达位置与目标位置的误差小于10cm。本文介绍了实现技术要求的软硬件设计，硬件部分主要有机关雷达、Arduino开发板、稳压模块和电机驱动模块，而软件部分主要分为两大块，下位机和上位机，其中下位机主要是围绕Arduino部分，上位机是基于ROS机器人操作系统平台。最后通过实验对移动机器人进行了验证和分析，并进行了总结并对未来的工作做出展望。

关键词：移动机器人，激光SLAM，自主导航，机器人操作系统

ABSTRACT

This topic has designed a mobile robot, the robot can build an environmental map, and can be real-time in the map to locate their own location. In addition, when the target point is given, the mobile robot can plan the optimal route from the starting point to the target point, and can avoid the obstacle during the advancement process.

The technical requirements mainly have these three points: to complete the Arduino-based robot bottom control program, through the wireless keyboard remote control robot movement, and PC communication; to achieve laser-based laser SLAM algorithm, can be structured environment composition; to achieve autonomous navigation function, you can carry out path planning and obstacle avoidance, the actual arrival of the robot and the target location of the error is less than 10cm.This article describes the technical requirements of the hardware and software design, the hardware part of the main organs radar, Arduino development board, regulator module and motor drive module，the software part is mainly divided into two blocks, the next bit machine and the host computer, which is mainly around the lower part of the Arduino part, the host computer is based on ROS robot operating system platform. Finally, the mobile robot is verified and analyzed by experiment, and the future work is prospected.

KEY WORDS: mobile robot, laser SLAM, autonomous navigation, robot operating system

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2移动机器人研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究状况 2

1.3 设计方案 3

1.4 课题的主要工作及论文结构安排 4

第二章 移动机器人的硬件设计 5

2.1 硬件平台设计 5

2.2 激光雷达 5

2.3 Arduino开发板 6

2.4稳压模块 7

2.4.1 24V稳压模块 7

2.4.2 24V转5V降压模块 8

2.5 电机驱动模块 9

2.5.1 L298N驱动模块 9

2.5.2 24V电机驱动模块 10

2.6 24V驱动电机 12

2.7 本章小结 12

第三章 移动机器人的软件设计 13

3.1 软件功能与结构 13

3.2 下位机程序设计 13

3.2.1 编码器求转速程序 14

3.2.2 速度指令转换程序 15

3.3 上位机程序设计 17

3.3.1 ROS平台介绍 17

3.3.2 惯性测量单元程序 18

3.3.3 键盘无线遥控 20

3.3.4 SLAM 21

3.3.5 定位和路径规划 22

3.4 本章小结 23

第四章 实验过程及结果分析 24

4.1 调试准备 24

4.1.1 激光雷达 24

4.1.2 里程计 25

4.2 参数说明 25

4.3 构图 26

4.4 自主导航 27

4.5 本章小结 29

第五章 总结与展望 30

5.1 课题总结 30

5.2 工作展望 30

致 谢 32

参考文献 33

1. 绪论

1.1 研究背景及意义

近年来，模式识别和人工智能等技术发展得如火如荼，工业自动化中智能机器人的使用逐渐普及。它能够代替工人在对人体不适的环境下进行进行简单重复枯燥的生产工序，提高生产效率和生产质量。而要想生产效率和生活质量能够得到进一步的提升，移动机器人的适应性和自主性都需要得到重用的提升。

移动机器人完成任务的先决条件是要求其在情况不明的环境中，仍然能够自主定位、导航。移动机器人作业时，十分依赖定位构图，只有了解周围环境的准确信息，才能安全快捷地进行作业。然而在实际工作中，由于环境是未知复杂的，机器人本身的位置也是多变的，定位构图可以说是一体，这让研究人员十分头疼。因此，目前国内外的研究人员都把SLAM看作解决问题的关键点和突破点，密切关注着。

现在移动机器人首先需要研究的问题是如何提高自主定位与自主导航的能力，即SLAM导航。在有的情况中，机器认无法预先获取未知的复杂环境，没办法构图和定位导航。SLAM可以让移动机器人在运动中，根据传感器确定周围的环境并进行定位，也就是增量式构建环境地图。目前，移动机器人的研究热点，就是能够解决自主定位导航问题的SLAM。

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