机械5

基于ROS的跟踪机器人的设计 摘要 本课题内容主要是基于ROS的跟踪机器人的设计，首先从跟踪机器人的研究背景出发，从而明确研究机器人的意义和前人为机器人的研发的苦痛历程。之后对跟踪机器人的核心技术背景进行分析，从而思考核心技术的原理及进步历程，明白前人思维，对于技术有着更为深刻的理解。随后我从前人研究机器人的方法运用到我的跟踪机器人的设计中。 跟踪机器人的整个机体需要最先进行了设计。这设计将成为一栋高楼大厦坚实的地基,一切完善的设计都在沿它的建设而出现,可以说种种精密的设计都是为了跟踪机器人在不偏离整体的前提下进行发展。它就是一幅完美的蓝图。 在机体设计完成后，跟踪机器人的硬件部分的分析选型紧随其后。而硬件将会成为整体大厦中的种种设施，大厦的壮丽与否取决于硬件的各项性能是否达到完善的地步。而这正是我们所要解决的问题。电机的性能是否强悍，影响着整个机体中的各项功能能否正常运转；而上位机的性能是否精密，控制着机体中各个部件能否进行精密的工作；其中下位机的性能是否优越，决定着机体中各个传感器能否进行完美的运行...... 各个部件的选型结束后，跟踪机器人的核心算法也将进行设计。如若说硬件是大厦壮丽的外观，那么软件就是大厦中华美的内饰，它决定着整个机体的性能是否充足乃至破格的发挥作用。这正是我对其进行重点设计的根本原因。目标跟踪算法是否优越，掌控着机体跟踪功能的强大与否；超声波避障算法是否完善，决定着机体避障功能的准确与否...... 在一切设计完成后，将整篇设计说明书进行了明确的梳理，整理了设计的思路，系统地书写了之前各项部件的情况，为我以后的进一步发展奠定了基矗 关键词：ROS；目标跟踪；超声波避障；跟踪机器人；运动控制 目录 1绪论1 1.1课题研究目的及意义1 1.2国内外研究现状和发展趋势3 1.2.1移动机器人研究现状3 1.2.2目标跟踪与行人检测研究现状及发展态势6 1.3主要内容及章节安排8 2跟踪机器人的机械硬件设计及分析10 2.1跟踪机器人的底盘结构对比及设计10 2.2传感器的布局设计14 2.2.1视觉传感器14 2.2.2超声波传感器15 2.3本章小结16 3跟踪机器人的控制硬件设计17 3.1跟踪机器人的硬件系统框图17 3.2跟踪机器人硬件设备及其选型18 3.2.1上位机18 3.2.2下位机19 3.2.3电机及电机驱动模块20 3.3总体接口设计22 3.4本章小结24 4跟踪机器人的软件系统设计25 4.1机器人操作系统(ROS)简介25 4.2卷积神经网络简介29 4.3跟踪算法研究30 4.3.1基于YOLOv3和Deep SORT的行人检测与跟踪30 4.3.2以维纳滤波理论为基础的Kalma
n滤波跟踪37 4.4跟踪机器人的定位与建图39 4.5跟踪机器人的传感器研究40 4.5.1基于匹配逻辑的多相机多目标匹配40 4.5.3超声波避障算法42 4.6跟踪机器人的全局路径规划RRT算法43 4.6.1改进RRT算法44 4.6.2算法前后仿真实验45 4.7本章小结53 5总结54 参考文献55 致谢57