基于机器人操作系统的机器人定位导航系统实现

龙源期刊网 基于机器人操作系统的机器人定位导航系统实现

作者：姜楚乔孙焜范光宇张鹏飞

来源：《科学大众》2019年第09期

摘 ; 要：轮式机器人的定位导航技术是当前业界的研究热点。目前，大多机器人是在室内进行工作，定位导航是保证机器人能在室内正常工作的关键技术之一。文章采用当前流行的机器人操作系统，通过激光雷达等传感器对环境进行扫描，并基于扫描点云数据匹配实现室内定位和导航，通过ROS和程序实现结果验证该系统具有良好的定位导航效果。

关键词：轮式机器人;机器人操作系统;激光雷达;SLAM;最短路径

自1959年世界第一台机器人诞生至今，机器人在市场上占有越来越重要的地位。从最初大型工厂的工业机器人，到现今走入千家万户的扫地机器人，机器人越来越贴近人类的日常生活。在众多种类的机器人中，轮式机器人占有较大份额。2014—2019年的全球機器人市场规

模平均增长率约为12.3%，在机器人市场结构中，服务机器人占比约为1/3。在我国，由于国家对公共基础建设投资力度强，所以服务机器人的市场需求尤为显著。2019年，我国服务机

器人市场规模有望达到22亿美元，高于全球服务机器人市场增速[1]。

在服务机器人的开发中，为达到自由移动、服务于多数人的目的，大多采用轮式机器人，且多属于室内服务机器人。场景多用于仓库搬运、室内引导、室内物品采集传递等。为保证机器人在一定空间内可以顺利地完成各项工作，机器人的精准定位和导航成为研究轮式机器人首要攻克难点。

机器人操作系统（Robot Operating System，ROS）是当前流行的机器人开发环境平台，该平台采用分布式架构，集成了底层驱动程序管理、程序发行包管理、程序间传递消息、硬件描述等相关服务[2]。由于该操作系统是开源操作系统，采用分布式架构，可扩展性高，因而可

单独设计每个运行程序，同时运行程序又具有松散耦合性。因此，自2010年正式发布以来，ROS操作系统受到众多机器人开发者的喜爱。

目前，机器人主要采用激光雷达作为定位导航的主要硬件，常见的激光雷达主要采用斜射式激光三角测距技术，雷达通过激光器扫描周围物体，当扫描到目标检测物体时，激光会发生反射和散射，反射光线经过接收器的透镜汇聚为光斑，光斑成像在感光耦合组件（Charge-coupled Device，CCD）的位置传感器上，机器人能更快速、精确地建图。当目标物体移动时，雷达内部嵌入式芯片，通过接收到的角度信息和距离信息，结合光斑的移动来计算目标物体的移动。