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LGGY-BL12X型基于视觉的移动抓取机器人
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等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，以机械手臂为车载执行单元，并配置视觉、激光雷达、运动、语音、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、移动抓取、物流输送等多重功能。通过对该系统的应用与操作，可以帮助学生掌握基于人工智能技术的机器人运动控制、传感器感知、机械臂和机器人协同控制、视觉巡检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.AI+物流搬运
依托激光雷达，预先建立室内地图，通过移动机器人、机械手臂与视觉系统三者结合，使得机器人可以自主完成将物体在多点之间搬运的功能。
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.视觉感知系统
视觉感知系统采用一颗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.机械手臂
通过机械手臂的参与，可使得移动机器人在环境中运动的同时，还可以实现与环境的交互，如目标抓取、物流搬运等。
7.车载处理单元
车载处理单元采用NVIDIA公司的Jetson Nano处理器，该处理器作为实验箱的核心模块，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、基于视觉的机器人物流搬运
（1）机械臂认知和基础操作
（2）机械臂示教和运动控制
（3）机械臂与视觉系统标定
（4）基于视觉的机械臂目标分类
（5）基于视觉的机械臂垃圾分拣
（6）基于视觉的机器人物流输送
五、综合实训项目
1.机械臂的控制
机械臂主要由五路舵机和金属结构组成，通过对单个或多个舵机进行控制，运动到指定角度，即实现机械臂的控制。机械臂安装于底座上方，可在底座舵机的驱动下进行180°的旋转，机械臂自身可在空间中执行任意点的运动，同时，机械臂自带有夹爪，可完成对指定物体的抓取。实训中，通过对舵机和夹爪的控制，可操作机械臂完成各种丰富的动作。
2.机器人视觉移动抓取
针对智慧物流的场景，机器人运动到指定坐标后，通过车载处理单元向视觉系统发送指令，如识别视野中的红色目标，视觉系统根据该信息，对当前视野中的物体进行图像采集，识别其中具备红色特征的物体，并控制机械臂对该物体完成抓取，随后，机器人运动，将该物体搬运到指定目的地。
3.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、运动传感器等，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。