本發(fā)明涉及移動(dòng)機(jī)器人自主定位導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種基于ros2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：

1、在巡檢機(jī)器人領(lǐng)域，常見的技術(shù)包括使用基本的傳感器進(jìn)行環(huán)境感知，存在局限性?，F(xiàn)有的巡檢機(jī)器人往往按照預(yù)定線路或遠(yuǎn)程控制執(zhí)行任務(wù)，缺乏針對(duì)實(shí)際設(shè)備狀況的靈活調(diào)整能力，固定的路線容易受工作環(huán)境的限制，同時(shí)容易發(fā)生碰撞，不靈活的特點(diǎn)使得其并不便于使用，在復(fù)雜的環(huán)境中也不便于自主導(dǎo)航和穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致效率低下。

2、現(xiàn)有技術(shù)方案通常是通過(guò)傳感器獲取環(huán)境信息，然后基于預(yù)設(shè)的規(guī)則和算法進(jìn)行地圖構(gòu)建和路徑規(guī)劃?，F(xiàn)有一些巡檢機(jī)器人系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的建圖算法，如基于柵格的地圖構(gòu)建方法。在路徑規(guī)劃方面，可能采用較為簡(jiǎn)單的全局路徑規(guī)劃算法，如dijkstra算法，局部路徑規(guī)劃則可能依賴簡(jiǎn)單的避障規(guī)則。

3、但是現(xiàn)有的巡檢機(jī)器人系統(tǒng)建圖算法不夠先進(jìn)，難以處理復(fù)雜環(huán)境和大量數(shù)據(jù)，導(dǎo)致地圖精度和完整性不足，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)導(dǎo)航時(shí)，固定的路線容易受工作環(huán)境的限制，同時(shí)容易發(fā)生碰撞，難以滿足復(fù)雜環(huán)境的巡檢任務(wù)需求。而且路徑規(guī)劃算法的效率和適應(yīng)性較差，在復(fù)雜環(huán)境中可能無(wú)法找到最優(yōu)路徑或及時(shí)應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)障礙物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種基于ros2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法，引入先進(jìn)的cartographer算法進(jìn)行建圖，結(jié)合a*算法和teb算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，并實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)導(dǎo)航，使機(jī)器人能夠更快速、靈活地應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境，滿足多樣化的巡檢任務(wù)需求。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種基于ros2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法，步驟一：配置系統(tǒng)所需的ubuntu?22.04系統(tǒng)，ros發(fā)行版本humble及系統(tǒng)環(huán)境；利用gazebo軟件搭建三維仿真世界模型，建立的工作環(huán)境，編寫配置文件以搭建好實(shí)際移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、多線激光雷達(dá)以及深度攝像機(jī)供實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真；

4、步驟二：下載cartographer算法功能包ros-humble-cartographer和ros-humble-cartographer-ros，安裝cartographer算法到步驟一建立的工作環(huán)境中并編譯算法功能包；

5、步驟三：下載安裝編譯ros-humble-navigation2包，并建立完整的工作環(huán)境，配置相關(guān)參數(shù)完成；

6、步驟四：利用cartographer算法建立地面地圖，運(yùn)行多線激光雷達(dá)驅(qū)動(dòng)程序與激光點(diǎn)云三維線束轉(zhuǎn)換成二維線束程序，以便更充分地提取周圍環(huán)境特征，配置話題名稱和功能包參數(shù)，運(yùn)行移動(dòng)機(jī)器人底盤驅(qū)動(dòng)程序并做好底盤與雷達(dá)之間的位姿轉(zhuǎn)換關(guān)系，運(yùn)行cartographer程序并驅(qū)動(dòng)底盤進(jìn)行二維建圖；

7、步驟五：選擇并配置定位算法、全局路徑規(guī)劃算法和局部路徑規(guī)劃算法；

8、步驟六：設(shè)置多點(diǎn)導(dǎo)航任務(wù)，通過(guò)調(diào)用ros2中nav2_util功能包獲取多個(gè)巡檢目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，并導(dǎo)入開發(fā)的控制功能包，執(zhí)行功能包控制機(jī)器人模型依次到達(dá)多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。

9、優(yōu)選的，步驟二中還包括：將所測(cè)得雷達(dá)點(diǎn)云圖點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與上一次掃描所獲得的子圖進(jìn)行比對(duì)，若匹配成功則插入到上一次的子圖中進(jìn)行更新優(yōu)化，并生成下一個(gè)子圖；隨著機(jī)器人在目標(biāo)區(qū)域移動(dòng)，不斷重復(fù)獲得子圖；當(dāng)沒(méi)有新的子圖插入時(shí)，即完成完整子圖的構(gòu)建。

10、優(yōu)選的，當(dāng)完成多個(gè)子圖的構(gòu)建以后，后端開始進(jìn)行回環(huán)檢測(cè)，每一個(gè)子圖構(gòu)建完成后都會(huì)與之前所有的經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)過(guò)濾后的點(diǎn)云幀進(jìn)行匹配，進(jìn)行回環(huán)優(yōu)化，消除累計(jì)誤差。

11、優(yōu)選的，步驟三中還包括：nav2導(dǎo)航內(nèi)部分為bt導(dǎo)航服務(wù)器，根據(jù)xml格式的行為樹描述文件，配置調(diào)用下列三個(gè)服務(wù)器模塊完成對(duì)機(jī)器人的行為控制：

12、規(guī)劃器服務(wù)器，負(fù)責(zé)全局路徑規(guī)劃，負(fù)責(zé)規(guī)劃從出發(fā)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的路徑；

13、控制服務(wù)器，根據(jù)全局路徑，結(jié)合實(shí)時(shí)障礙物和局部代價(jià)地圖完成機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制；

14、恢復(fù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)在機(jī)器人遇到路徑堵塞、卡住等特殊情況時(shí)，進(jìn)行轉(zhuǎn)向、后退等恢復(fù)操作，并通知規(guī)劃服務(wù)器，更新全局路徑。

15、優(yōu)選的，步驟五中還包括：配置cartographer算法參數(shù)文件提供定位功能，加載之前構(gòu)建好的二維的pbstream格式地圖；全局路徑規(guī)劃算法選擇a*算法，局部路徑規(guī)劃配置teb算法，調(diào)整代價(jià)地圖與路徑規(guī)劃參數(shù)文件。

16、優(yōu)選的，步驟六中還包括：在到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)發(fā)出提示語(yǔ)音。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、1、采用完善的系統(tǒng)配置和環(huán)境搭建，包括特定版本的ubuntu系統(tǒng)、ros?2發(fā)行版以及相關(guān)軟件和硬件的協(xié)同配置，為整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

19、2、采用先進(jìn)的cartographer算法進(jìn)行建圖，其高效的數(shù)據(jù)處理和子圖比對(duì)、更新及回環(huán)檢測(cè)機(jī)制，提高了地圖的精度和完整性，能夠更準(zhǔn)確地反映復(fù)雜的巡檢環(huán)境，而現(xiàn)有技術(shù)建圖精度低，難以呈現(xiàn)環(huán)境細(xì)節(jié)。

20、3、融合a*算法和teb算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，a*算法保證全局路徑的最優(yōu)解，teb算法確保局部路徑的動(dòng)態(tài)避障和高效計(jì)算，兩者結(jié)合提升了路徑規(guī)劃的整體性能。

21、4、實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)導(dǎo)航功能，通過(guò)特定的控制包和坐標(biāo)獲取方式，使機(jī)器人能夠依次精確到達(dá)多個(gè)巡檢目標(biāo)點(diǎn)，更復(fù)雜多樣的巡檢任務(wù)需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于ros2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法，其特征在于：包括以下步驟，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ros2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法，其特征在于：步驟二中還包括：將所測(cè)得雷達(dá)點(diǎn)云圖點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與上一次掃描所獲得的子圖進(jìn)行比對(duì)，若匹配成功則插入到上一次的子圖中進(jìn)行更新優(yōu)化，并生成下一個(gè)子圖；隨著機(jī)器人在目標(biāo)區(qū)域移動(dòng)，不斷重復(fù)獲得子圖；當(dāng)沒(méi)有新的子圖插入時(shí)，即完成完整子圖的構(gòu)建。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ros2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法，其特征在于：當(dāng)完成多個(gè)子圖的構(gòu)建以后，后端開始進(jìn)行回環(huán)檢測(cè)，每一個(gè)子圖構(gòu)建完成后都會(huì)與之前所有的經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)過(guò)濾后的點(diǎn)云幀進(jìn)行匹配，進(jìn)行回環(huán)優(yōu)化，消除累計(jì)誤差。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ros2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法，其特征在于：步驟三中還包括：nav2導(dǎo)航內(nèi)部分為bt導(dǎo)航服務(wù)器，根據(jù)xml格式的行為樹描述文件，配置調(diào)用下列三個(gè)服務(wù)器模塊完成對(duì)機(jī)器人的行為控制：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ros2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法，其特征在于：步驟五中還包括：配置cartographer算法參數(shù)文件提供定位功能，加載之前構(gòu)建好的二維的pbstream格式地圖；全局路徑規(guī)劃算法選擇a*算法，局部路徑規(guī)劃配置teb算法，調(diào)整代價(jià)地圖與路徑規(guī)劃參數(shù)文件。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ros2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法，其特征在于：步驟六中還包括：在到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)發(fā)出提示語(yǔ)音。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于ROS2的巡檢機(jī)器人建圖與多點(diǎn)導(dǎo)航方法，引入先進(jìn)的Cartographer算法進(jìn)行建圖，結(jié)合A*算法和TEB算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，并實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)導(dǎo)航，使機(jī)器人能夠更快速、靈活地應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境，滿足多樣化的巡檢任務(wù)需求。同時(shí)，采用完善的系統(tǒng)配置和環(huán)境搭建，包括特定版本的Ubuntu系統(tǒng)、ROS?2發(fā)行版以及相關(guān)軟件和硬件的協(xié)同配置，為整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

技術(shù)研發(fā)人員：李坤,王偉,朱旭烽,周泉,駱翔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江精工集成科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9