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品牌：理工伟业 咨询电话：010-82827827 82827835
一、产品概述
机器人是综合自动控制、微电子、信息技术、以及机械结构于一体的多学科交叉的综合产物。随着近年来现代工业、服务业的智能化产业不断升级，以移动机器人为载体的智能控制、传感器融合、信息处理以及协同作业发展迅速，正逐步成为高端智能化研究的热点与难点。本产品以移动机器人为载体，配置视觉、激光雷达、语音、运动、超声波等各类传感器，使得机器人具备环境感知、路径规划、智能控制等多重功能。通过对该系统的应用与操作，可以帮助学生掌握机器人运动控制、姿态控制、传感器感知、自主决策等领域的相关知识与实践方法。
二、产品功能和特点
1.ROS机器人操作系统
ROS（Robot Operating System）是一个适用于机器人的开源操作系统。该系统提供了包括硬件抽象、底层设备控制、常用函数的实现、进程间消息传递等系统级服务，可为机器人应用和开发提供极具开放性和拓展性的支持。
2.移动机器人姿态控制
机器人内置陀螺仪、加速度计等，可实时采集机器人的速度、位置以及航向角、俯仰角等姿态数据，并据此实现对自身状态的实时监测和调整。
3.激光SLAM建图与导航
采用高精度激光雷达，通过每秒8000次的激光测距，为机器人实现半径12米内的环境感知，从而构建实时精准的地图基础数据。
4.多传感器环境感知
内置标准通讯协议，为视觉、语音、超声波传感器、运动传感器等多种感知单元提供统一的接口，从而构建多源信息综合处理系统，实现对机器人自身和环境状态的全方位感知。
三、主要硬件参数
1.系统性能
系统采用运动控制处理器与中央处理器构建双处理器模块，完成小车任务规划与系统运动控制。内置Ubuntu操作系统，通过ROS有效完成对机器人的多任务进行实时管理，同时提供通信、数据采集、人机交互以及外围传感器拓展的接口。
2.运动控制模块
在机器人中用到很多控制器和外设,包括：处理器、激光雷达，STM32控制器，电机、编码器、双路驱动、蓝牙、PS2有线手柄、航模遥控、陀螺仪等，同时提供了串口1和CAN接口方便用户拓展控制。
3.ROS操作系统
ROS操作系统内置于中央处理器内，通过RTOS完成系统任务调度与管理。具体任务调度管理流程如图所示。RTOS任务调度器根据任务的优先级决定任务的执行顺序，每个任务执行的时间很短，因此几乎等效于所有任务同时执行，期间如果发生中断则去响应中断。串口2中断用于APP蓝牙控制，串口3中断用于接收ROS传过来的信息。
4.激光雷达和SLAM建图
激光雷达是一种采用非接触激光测距技术的扫描式传感器，通过发射激光光束来探测目标，并通过搜集反射回来的光束来形成点云和获取数据。这些数据经光电处理后可生成为精确的三维立体图像，能够准确的获取高精度的物理空间环境信息，测距精度可达厘米级；它犹如一双“眼睛”，让机器人拥有实时感知环境的能力。
本系统采用国产激光雷达，为机器人完成测量半径12米内的环境感知，雷达通过每秒8000次激光测距，可提供实时精准的地图构建基础数据。此外，系统采用光磁融合技术彻底解决了传统激光雷达因物理接触磨损导致电气连接失效、激光雷达寿命短的问题。
5.视觉识别系统
视觉识别系统采用一颗200万像素网络摄像头，可兼容ubuntu，linux和树莓派等操作系统。与移动机器人协同使用时，可实现对视野中的环境信息的成像、分析和判断，并根据判断结果对机器人的动作进行引导，如减速、转向、直行等，从而完成多种丰富的功能。
6.姿态与环境传感系统
姿态与环境传感系统主要由陀螺仪、超声波传感器、行人检测传感器、温湿度传感器、气压传感器、声音检测传感器、光线检测传感器等组成。每一个传感器均可与车载处理终端连接，根据用户编辑的功能执行相应的动作。
7.车载处理单元
车载处理单元采用NVIDIA公司的Jetson Nano处理器，该处理器作为移动机器人的核心模块，预装Linux操作系统，部署所有智能产品模块所需的全部软件框架和SDK，并提供通用的通讯接口。
四、实验项目
1、ROS机器人操作系统
（1）ROS简介
（2）Linux系统与代码操作
（3）ROS功能包的创建及编译
（4）ROS的launch文件演示
（5）ROS话题通讯
（6）ROS服务通讯
（7）ROS参数服务器
（8）ROS激光雷达认识
（9）ROS导航的概念
（10）激光雷达SLAM建图
（11）ROS导航Navigation使用
2、移动机器人运动控制
（1）移动机器人认知
（2）ROS操作系统配置实验
（3）移动机器人基础操作实验
（4）激光雷达跟随运动目标实验
（5）激光雷达SLAM建图实验
（6）激光雷达SLAM导航实验
（7）利用陀螺仪进行上下坡辅助实验
（8）视觉跟随实验
（9）交通标志识别实验
（10）移动机器人自动导航实验
（11）手势控制移动机器人运动实验
（12）语音控制移动机器人运动实验
（13）移动机器人超声波避障实验
3、移动机器人传感器感知
（1）智能传感系统认知
（2）Arduino编程环境的搭建
（3）OLED显示
（4）温湿度检测
（5）气压检测
（6）声音检测
（7）光照检测
（8）人体雷达检测
（9）超声波测距仪
五、综合实训项目
1.机器人姿态控制实践
采用机器人配置的超声波传感器、声音检测传感器等，实时感知障碍物或者追踪对象，并将感知结果反馈给主控单元，进而控制运动部件的运动，如跟随热源运动、按照声音指令运动等。通过车载的陀螺仪，监测机器人的姿态，当机器人在上下坡时，通过陀螺仪的监测结果，控制机器人执行上下坡减速、驻车的动作。
2.采用视觉进行颜色或运动目标追踪
机器人配置可见光视觉成像系统和行人检测传感器，可以实现对前方静态物体的识别、分析，以及运动目标的检测。通过在机器人控制系统中定义需要追踪物体的特征，比如颜色、形状大小，采用视觉系统进行识别，判断该目标相对于机器人的位置，控制机器人转向、前进或后退，实现机器人颜色或运动目标追踪的功能。
3.车辆定位与导航
车辆在行驶时，摄像头完成对如左转、右转、直行、红绿灯等各类交通标识的实时图像采集，并进行准确识别，车载处理单元根据交通标识的内容，控制车辆执行相应的行驶动作，实现自动导航。激光雷达可实时进行机器人的定位，在遇到障碍物时，可自动避障。