一种基于树莓派的博物馆导览机器人及其使用方法与流程

本发明涉及一种基于树莓派的博物馆导览机器人及其使用方法，属于机器人技术领域。

背景技术：

近年来，随着科学技术的不断发展，尤其是机器人技术迅速发展，机器人已经应用到越来越多的领域，极大的方便了人们的生活。当今社会，人们需要服务机器人能够提供更加优质的服务并且解放劳动力。根据目前市场数据显示，在众多机器人中，大部分是工业机器人，或者是一些没有解决突发事件的能力，缺乏人机交互的服务机器人，他们大多只能按照预先设定的命令完成任务。针对传统服务机器人的这些不足之处，研发出一款具有丰富的人机交互能力与自主导航能力的服务机器人成为社会发展的必然趋势。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出一种基于树莓派的博物馆导览机器人及其使用方法，实现机器人自动引导参观者的目标，加强人机交互功能，提高应对突发事件的能力，在导航过程中实现自主导航、自主避障等功能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种基于树莓派的博物馆导览机器人，包括视觉传感器、音响、lcd、人形外壳、树莓派和移动机器人底座，视觉传感器和主控机器人底座中通过usb串口与树莓派进行通信，视觉传感器和树莓派由机器人底座的电池变压后供电，音响与树莓派通过音频线连接，lcd的hdmi接口与树莓派的hdmi接口连接，lcd的touch接口与树莓派的usb接口连接，视觉传感器置于机器人眼部。

优选地，所述主控机器人底座采用turtlebot2机器人平台，其底面安装两个驱动轮、一个从动轮，驱动轮中利用弹簧实现悬挂功能，导航过程中稳定性好。

优选地，所述视觉传感器采用kinectv2，并且嵌入机器人头部。

优选地，所述树莓派装有ubuntu操作系统和ros操作系统。

优选地，所述lcd采用微雪7inchcapacitivetouchlcd(d)。

本发明还提出一种基于权利要求1所述的一种基于树莓派的博物馆导览机器人及其使用方法，包括如下步骤：

1)初始化：启动树莓派和机器人底座，打开视觉传感器，设置自动加载初始化命令。

2)获取信息：控制其移动，视觉传感器获取室内地图，保存地图到树莓派；

3)在lcd上的3d可视化工具rviz中加载建立的二维地图，显示在lcd中，确定初始状态后，在lcd中设置目的地；

4)树莓派运用ros的navigation功能包，完成在全局范围内的路径规划，规划出一条从出发点到目标点的无障碍路线；

5)当机器人没有遇到步骤3)中地图上未显示的动态障碍物时，则按照步骤4)规划出的路线行走，到达目标位置，完成导航，任务结束，转入步骤8)，若机器人遇到步骤3)中地图上未显示的动态障碍物时，则转入步骤6)；

6)树莓派运用ros的base_local_planner包实现局部路径规划，实时规划出一条从出发点到目标点的无障碍轨迹，按新轨迹行走，到达目标位置，完成导航，任务结束，转入步骤7)；如果到达目的地之前再次遇到地图上未显示的动态障碍物，重复步骤6)；

7)到达目的地后，树莓派通过音响播放指定的音频，进行讲解。

8)重复步骤5)到步骤7)进行下一次任务。

在步骤3)中，3d可视化工具rviz加载的室内地图显示在lcd上，使用者在3d可视化工具rviz的工作界面上设定目标位置。

发明所达到的有益效果：本发明实现机器人自主导航导览的目标，加强人机交互功能，提高应对突发事件的能力，在引导过程中实现自主导航、自主避障等功能；采用目前流行的机器人操作系统ros，由于其本身的开源性，使得机器人软件系统对环境的适应性更强；使用kinect视觉传感器的激光检测环境中的障碍物信息，检测精度高，速度快，抗干扰能力强，得到深度图像；使用触摸屏显示器，使用者可以设定目标，加强了人机交互功能，提高了应对突发事件的能力；在导航过程中采用了全局路径规划与局部路径规划相结合的方式，能够有效的实现机器人在导航过程中自主避障的功能。

附图说明

图1是本发明的机器人的结构示意图；

图2是机器人底座的结构示意图；

图3是本发明的一种基于树莓派的博物馆导览机器人的使用方法的流程图。

图中标记的含义：1-视觉传感器，2-音响，3-lcd，4-人形外壳，5-树莓派，6-移动机器人底座，7-主动轮，8-从动轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明的一种基于树莓派的博物馆导览机器人的结构示意图。本发明提出一种基于树莓派的博物馆导览机器人，包括视觉传感器1、音响2、lcd3、人形外壳4、树莓派5和移动机器人底座6，视觉传感器1和主控机器人底座6中通过usb串口与树莓派5进行通信，视觉传感器1和树莓派5由机器人底座6的电池变压后供电，音响2与树莓派5通过音频线连接，lcd3的hdmi接口与树莓派5的hdmi接口连接，lcd3的touch接口与树莓派5的usb接口连接，视觉传感器1置于机器人眼部。

作为一种较佳的实施例，所述主控机器人底座6，其底面安装两个驱动轮7、一个从动轮8，底座示意图如图2所示。

作为一种较佳的实施例，所述树莓派5装有ubuntu操作系统和ros。

作为一种较佳的实施例，所述视觉传感器1采用kinectv2。

作为一种较佳的实施例，所述lcd3采用微雪7inchcapacitivetouchlcd(d)。

图3是本发明的一种基于树莓派的博物馆导览机器人的使用方法的流程图，本发明还提出一种基于树莓派的博物馆导览机器人的使用方法，包括以下步骤：

1)初始化：启动树莓派5和机器人底座6，打开kinect视觉传感器1，设置自动加载初始化命令。

2)获取信息：控制其移动，视觉传感器1获取室内地图，保存地图到树莓派5。

3)在lcd3上的3d可视化工具rviz中加载建立的二维地图，显示在lcd(3)中，确定初始状态后，在lcd中设置目的地；3d可视化工具rviz加载的室内地图显示在lcd上，使用者在3d可视化工具rviz的工作界面上设定目标位置。

4)树莓派(5)运用ros的navigation功能包，完成在全局范围内的路径规划，规划出一条从出发点到目标点的无障碍路线。

5)当机器人没有遇到步骤3)中地图上未显示的动态障碍物时，则按照步骤4)规划出的路线行走，到达目标位置，完成导航，任务结束，转入步骤8)，若机器人遇到步骤3)中地图上未显示的动态障碍物时，则转入步骤6)。

6)树莓派(5)运用ros系统的base_local_planner包实现局部路径规划，实时规划出一条从出发点到目标点的无障碍轨迹，按新轨迹行走，到达目标位置，完成导航，任务结束，转入步骤7)，base_local_planner包使用trajectoryrollout和dynamicwindowapproaches算法计算机器人每个周期内应该行驶的速度和角度（dx，dy，dthetavelocities），base_local_planner包根据地图数据，由算法搜索到达目标的多条路经，利用一些评价标准（是否会撞击障碍物，所需要的时间等等）选取最优的路径，并且计算所需要的实时速度和角度；

其中，trajectoryrollout和dynamicwindowapproaches算法的设计方案如下：(1)采样机器人当前的状态,即速度和角度（dx,dy,dtheta）；(2)针对每个采样的速度，计算机器人以该速度行驶一段时间后的状态，得出一条行驶的路线；(3)利用一些评价标准（是否会撞击障碍物，所需要的时间等）为多条路线打分；(4)根据打分，选择最优路径；(5)重复上面过程；

如果到达目的地之前再次遇到地图上未显示的动态障碍物，重复步骤6)。

7)到达目的地后，树莓派(5)通过音响(2)播放指定的音频，进行讲解。

8)重复步骤5)到步骤7)进行下一次任务。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。