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第04期
2020年2月No.04February，2020
近年来，随着计算机视觉和人工智能等高新技术的逐渐成熟，其被越来越广泛地应用于人们生活中的每个角落。移动机器人在各个领域都有着很大的市场需求，使得相关技术有着更深入地研究和应用。在国防领域里，无人战机、无人执勤车等被用于情报收集和地形勘探，减少战争风险。在家庭和商业中心，扫地机器人、服务机器人和安保机器人给人们带来便捷服务的同时还可以减少人力成本。在物流领域里，搬运小车更是成为当中不可或缺的一部分，主要应用于物流的分拣和搬运以及机场港口的行李货柜搬运。其中，最转椅底盘
被人熟知的就是在亚马逊物流中心工作的Kiva 机器人[1]
污泥脱水剂。目前有超过15 000台被派驻到10个物流中心进行工作。Kiva 系统将物流中心的储存能力相较传统仓库提高了50%以上[2]。
即时定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping ，SLAM ）技术可以很精确地实现环境的地图构建，定位以及多点导航。目前SLAM 技术可以分为激光SLAM 和视觉SLAM ，激光SLAM 采用的传感器为激光雷达，而视觉激光则采用深度摄像头。激光SLAM 技术较为成熟、误差少，且足以满足当前环境的使用，所以本项目采用了此项技术。 当机器人有了SLAM 的功能，就相当于机器人有了一双眼睛。其可以扫描未知环境从而获取地图，以及实时获取自己的当前位置；可以自行路径规划到达指定地图上的地点。如智能扫地机就可以通过SLAM 实现精准的地面避障遍历，又自行回到充电地点。在无人驾驶以及无人机上亦同样适用，其需要实现一个共同的目的：避障、定位、路径规划。为了让机器人更加智能化，可在实现此项技术上再加上手机APP 的控制和语音识别控制。2 硬件系统设计2.1 机器人平台
选择机器人平台需要考虑的关键因素是稳定性，减少机械结构问题带来的数据误差，微小的误差在定位和导航上都会造成错误。同时，亦需要考虑定位性能，这是机器人可以
根据自身运动进行位置估算的重要标准。定位导航算法需
要获取机器人的里程计信息，所以在控制平台上必须具有记录行驶路程以及方位的功能。机器人动力系统使用两个390线的码盘电机，使用码盘作为机器人的里程计，通过两轮差速实现转向，并使用九轴陀螺仪控制方位。
在定位导航上的测量单元主要有激光测量、图像测量。其中激光测距单元比较精确、高效，并且其输出不需要太多的处理。激光SLAM 在构建地图的时候精度较高，思岚科技的RPLIDAR 系列构建的地图精度可达到2 cm 左右，而半径可达到12 m ，足以在室内环境下使用。
底层控制板是STM32F1系列，用于控制运动装置以及获取码盘和陀螺仪信息。上层控制板则是运行Linux 系统的树莓派，再执行次级系统机器人操作系统（Robot Operating System ，ROS ），激光雷达扫描室内环境返回数据信息传输到PC 端进行建图、定位和导航。机器人实物如图1所示。
图1 机器人实物
保护架作者简介：王林荣（1997— ），男，广东湛江人，本科生；研究方向：物联网应用。
*通信作者：黄涛（1972— ），男，广东清远人，讲师，硕士；研究方向：网络数据库，网络程序应用。
smartthreads摘 要：文章基于Linux 系统上的ROS 平台实现基本的SLAM 算法，机器人可以实现构建室内地图、室内自动避障导航及
室内定位等功能。底层主要以STM32和树莓派为核心，通过陀螺仪和码盘电机得到机器人方位和行走里程，使用激光雷达获取室内地图信息。在ROS 上执行相应脚本，调用Gmapping ，ACML 算法实现室内地图构建和定位。关键词：即时定位与地图构建；机器人操作系统；建图；导航；定位基于ROS的激光SLAM室内建图
定位导航智能机器人设计
王林荣，黄 涛*
（肇庆学院 计算机科学与软件学院，广东 肇庆 526000）空烟卷
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