ROS服务机器人是一款为ROS机器人算法开发量身打造的机器人平台,拥有硬件里程计、激光测距雷达、立体视觉相机和语音输入输出阵列等一系列硬件配置,完美适配ROS的TF、Navigation、Actionlib和Pluginlib子系统,是深入学习ROS和开发验证高级机器人算法的理想平台。

机械结构

1.便携性设计

ROS服务机器人采用模块化可折叠式设计,整个机构可以很方便的收纳和展开。部署高效,携带方便,非常适合异地参赛使用。

2.底盘

ROS服务机器人采用了三轮全向式移动底盘,相比传统的双轮差动底盘,拥有更多的自由度。全向底盘可以在不改变朝向的情况下往水平面上的任何方向移动,这在进行目标跟踪和运动避障时,可以减少机体位置调整的步骤,减少调节时间,提高执行效率。

3.主体

ROS服务机器人的主体机身为一个铝合金层叠结构,可以方便的进行各类传感器的搭载和安装,为机器人平台的应用扩展预留了极大的空间。

4.头部

ROS服务机器人的头部安装了一台RGB-D立体相机,并按照需要进行安装角度的调节。立体相机可同时获得所处环境的彩色平面图像信息和三维点云数据,可以很方便的识别和定位视野范围内的目标物体。

5.手爪(选配)

ROS服务机器人可以扩展安装升降机械臂。该机械臂分为折叠和伸展两种状态,不使用时折叠收纳,避免磕碰。需要使用时向前伸展,进行物品抓取。伸展状态时,机械臂具备升降功能,可以在一个连续高度范围内动态调整手爪高度。结合机器人头部立体相机的点云分析,完成三维空间内的物品分割、识别和抓取等一系列任务。

传感器

1.激光雷达

ROS服务机器人的底盘上安装了一枚红外激光雷达,该雷达的扫描角度为360°,能够很高效的检测出周围的障碍物分布,并可以通过SLAM技术进行机器人的自身定位,为机器人的移动导航提供数据基础。

2.姿态测量系统

ROS服务机器人的底盘内置了一个三轴姿态测量系统,可以实时检测机体的朝向、翻滚及俯仰角度。为机器人的导航及行进提供重要数据,并让机器人在运动过程中发现倾倒风险,及时采取紧急措施。

3.立体相机

ROS服务机器人的头部安装了最新一代的RGB-D立体相机,可通过机械旋钮调节其视角,以便对准需要进行视觉识别的目标区域。立体相机可以输出RGB彩色视频流和Depth深度数据三维点云,借助OpenCV和PCL等开源图像库,可以对目标物进行准确识别和定位,以便进行后续的任务。

整机参数

名称 数量 参数
操作系统 1 ROS

主控器

1
Intel I3处理器、4G内存、120GSSD、触摸屏、键盘
激光雷达 1 360°无死角、最大距离8米
视觉传感器 1 Kinect 2
伺服电机模块 3 20W伺服电机、内置驱动
轮子 3 3个全向轮
电池 1 24V3.5AH锂离子动力电池

【软件特性】

1.URDF模型描述——ROS服务机器人具备完整的URDF模型描述,可以在ROS系统里直接加载。

2.电机码盘里程计——ROS服务版装备了带编码器的直流伺服电机,可以在ROS里接收电机码盘计数,从而推算出机器人的移动里程信息。

3.IMU姿态传感——ROS服务机器人置了一枚六轴的IMU单元,可以实时获取机器人的滚转、倾斜和朝向信息,为机器人的上层控制算法提供数值依据。

4.三维立体视觉——ROS服务机器人采用最新一代的TOF立体相机,探测距离达到8米,最大视角70°,适用于对室内环境的三维模型重构。

5.SLAM环境建图——AI服务服务机器人装备了新一代的360°激光雷达,可以实时扫描机器人周围的障碍物分布状况,借助HectorSLAM和GMapping算法,创建环境地图。

6.自主定位导航——ROS服务机器人将激光雷达扫描的距离信息与电机里程计数据进行融合,使用AMCL方法进行地图定位,结合ROS的move_base进行自主导航。

7.动态目标跟随——ROS服务机器人可以快速锁定一个跟踪目标,保持指定距离,一直尾随目标物进行移动。

8.物品检测——ROS服务机器人通过立体相机获得三维点云,对点云中的物品进行检测、匹配和轮廓辨识,计算每个物品的外形尺寸和三维空间坐标。

9.物品抓取——ROS服务机器人可扩展安装模块化机械臂,在物品检测的基础上实现物品抓取功能。

10.人脸检测——ROS服务机器人支持Haar特征级联分类器,结合机器人头部的高分辨率摄像机,对环境中的人脸特征进行检测,并根据立体相机采集的点云,计算其三维空间坐标。

11.传感器融合——ROS服务机器人可以将立体相机三维点云和激光雷达SLAM二维地图进行融合,更好整合环境信息。

12.语音识别——ROS服务机器人使用科大讯飞语音识别和语音合成引擎,完美支持中文和英文语音交互模式。同时提供多种方言优化识别和多样化的音色语音合成,方便个性化定制。

13.脚本系统——ROS服务机器人采用独创的任务脚本系统,将ROS服务机器人的各项基本功能封装为单个独立的行为单元,通过自由组合实现复杂的任务流程。

教学资源

ROS服务机器人配备实验指导书,设计了16个课程实验,所有实验均进行了详细实验步骤图文描述,方便用户老师进行课程编排。

实验一、ROS初体验 实验九、RGB-D相机的数据获取
实验二、Node、Topic和Launch文件 实验十、人脸检测Node的编程实现
实验三、速度控制Node的编程实现 实验十一、物体检测Node的编程实现
实验四、激光雷达的数据获取 实验十二、机械臂控制Node的编程实现
实验五、ROS的SLAM建图系统 实验十三、物品抓取Node的编程实现
实验六、ROS的Navigation导航系统 实验十四、语音识别Node的编程实现
实验七、导航控制Node的编程实现 实验十五、任务脚本系统的使用
实验八、MapTools插件的使用 实验十六、服务机器人综合实验

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