基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人及巡检方法技术方案

基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人及巡检方法，涉及巡检机器人技术领域，其中的巡检机器人包括机器人终端；远程终端，用于和机器人终端通信连接以实现远程监测和远程操控；飞控系统，设置于机器人终端并与远程终端连接，用于接收卫星定位信号以控制车体运动；自主导航系统，设置于机器人终端，用于通过激光雷达进行环境感知，并利用Hector建图模块进行实时地图构建以实现无卫星定位信号环境下的自主导航。本发明专利技术提高了巡检机器人的实用性和应用范围，减少了人工巡检的时间和劳动力成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人及巡检方法


[0001]本专利技术涉及巡检机器人
，尤其指一种基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人及巡检方法。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展和科技的不断进步，巡检机器人技术在各行各业逐渐融合渗透，为新一轮的科技革命和产业变革奠定了基础。巡检机器人能够替代人力完成各种复杂、危险、或需要长时间进行的任务，如巡查、卫星定位、航线规划等。
[0003]目前，美国、德国、日本等发达国家已经在工业生产线上广泛采用巡检机器人进行生产线巡检和质量检测，以提高生产效率和产品质量。例如，美国的GE公司已经开发出一款名为“Predix”的智能巡检机器人。该机器人能够通过传感器和高清摄像头对生产线上的设备进行全方位监测，对设备的故障进行预测，提前进行维修，从而避免生产线因设备故障而停工的情况。此外，在医疗领域，也有基于巡检的智能车应用。例如，日本的山梨县医疗中心使用名为“Whiz”的智能巡检车，可以自主地在医院内部巡检，自动检测房间内的温度、湿度、光照等环境参数，并能够自主调节房间内的温度和湿度，提高了医院内部的舒适性和环境品质。
[0004]然而，现有的巡检机器人在一些特定应用场景下尚存在等多方面的不足。例如，许多当前的巡检机器人主要依赖于全球定位系统(GPS)进行定位和航线规划，由于某些环境下（如建筑屋内、山区、隧道内等）无法接收到卫星信号，传统的基于GPS的导航方法在这些情况下可能无法正常工作。此外，这些传统的巡检机器人常常无法实时地构造和更新环境地图，这将限制其在复杂、变化的环境中进行高效、便捷的自动导航。
[0005]例如中国专利CN 111300372 A公开了一种空地协同式智能巡检机器人，其综合运用物联网、人工智能、云计算、大数据等技术，集成环境感知、动态决策、行为控制和报警装置来实现巡检机器人的行走和交流等能力，以完成相关安保工作，但该巡检机器人必须依靠物联网等终端提供的网络信号来实现运行，一旦脱离信号则无法再进行正常工作。
[0006]因此，急需一种可以在多种场景下进行自主巡检，且能在GPS无信号时依然能进行自主导航和环境感知的巡检机器人，以提高其应用范围。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，以便于在无信号环境下也能够实现自主导航。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，包括机器人终端；远程终端，用于和机器人终端通信连接以实现远程监测和远程操控；飞控系统，设置于机器人终端并与远程终端连接，用于接收卫星定位信号以控制车体运动；自主导航系统，设置于机器人终端，用于通过激光雷达进行环境感知，并利用Hector建图模块进行实时地图构建以实现无卫星定位信号环境下的自主导航。
[0009]优选地，所述机器人端包括车体以及设置于车体的摄像头、扬声器、麦克风、主控制器、无线数据终端、电源以及行走机构。
[0010]更优选地，所述主控制器选用树莓派控制芯片，所述飞控系统选用PIXHAWK控制芯片。
[0011]更优选地，所述飞控系统与主控制系统通过串口进行通信连接，使用MAVLink协议和ROS协议实现数据传输和控制指令的交互。
[0012]更优选地，所述飞控系统还设有能够用于手动控制飞行状态的切换开关。
[0013]更优选地，所述机器人终端上还设有继电器和空气开关。
[0014]更优选地，所述行走机构为通用MINI PLUS履带车底盘总成。
[0015]更优选地，所述远程终端与机器人终端之间连接有能够通过使用FPR实现内网穿透的云服务器。
[0016]另外，本专利技术还提供一种基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检方法，其包括上述的基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，于巡检过程中，在有卫星定位信号的环境下，通过飞控系统接收卫星定位信号，获取车辆的准确位置和姿态信息，规划车辆的行线并实施调整飞行参数；在无卫星定位信号的环境下，通过激光雷达进行环境感知，并利用Hector建图模块进行实时地图构建以实现无卫星定位信号环境下的自主导航。
[0017]其中，利用Hector建图模块进行实时地图构建的方法包括：
[0018]S1、初始地图创建：创建一个空的栅格地图，该地图用于存储环境的特征和障碍物信息。
[0019]S2、激光扫描匹配：通过激光雷达获取环境的扫描数据，使用扫描匹配技术将当前的激光扫描数据与先前的地图进行匹配，从而估计机器人的位置，匹配过程通过寻找最佳的旋转和平移变换，将激光扫描数据与地图上的特征匹配。
[0020]S3、地图更新：在进行扫描匹配后，根据匹配结果更新地图，已匹配的激光束将用于更新地图中对应栅格的属性，通过对匹配结果的处理，地图中的特征信息逐渐增加，同时更新机器人周围环境的障碍物信息。
[0021]S4、位置估计和粒子滤波：根据激光扫描匹配的结果，使用粒子滤波方法采样和更新机器人的位置概率分布，通过不断采样和更新，以获得机器人当前位置的概率分布，用于实时定位和建图。
[0022]S5、循环更新：以周期性的方式执行上述步骤，持续地接收激光扫描数据并更新地图，通过不断的扫描匹配和地图更新，以实时构建环境的二维地图。
[0023]与现有技术相比，本专利技术通过在机器人终端设置自主导航系统，使得机器人终端在无法接收到卫星定位信号时，也能够通过激光雷达进行环境感知，并利用Hector建图模块进行实时地图构建以实现自主导航，提高了巡检机器人的实用性和应用范围，减少了人工巡检的时间和劳动力成本。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的系统网络拓扑结构示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例中的机器人终端示意图。
具体实施方式
[0026]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。
[0027]基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，包括机器人终端；远程终端，用于和机器人终端通信连接以实现远程监测和远程操控；飞控系统，设置于机器人终端并与远程终端连接，用于接收卫星定位信号以控制车体运动；自主导航系统，设置于机器人终端，用于通过激光雷达进行环境感知，并利用Hector建图模块进行实时地图构建以实现无卫星定位信号环境下的自主导航。
[0028]在上述结构中，机器人端包括车体以及设置于车体的摄像头、扬声器、麦克风、主控制器、无线数据终端、电源以及行走机构。
[0029]主控制器选用树莓派控制芯片，即Raspberry Pi 3 model B Linux，能够实现高度灵活和可定制的控制系统。树莓派提供的计算能力和丰富的接口，可以方便地与其他硬件设备进行连接和通信，实现多种功能的集成。Raspberry Pi 3 model B Linux主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，其特征在于，包括：机器人终端；远程终端，用于和机器人终端通信连接以实现远程监测和远程操控；飞控系统，设置于机器人终端并与远程终端连接，用于接收卫星定位信号以控制车体运动；自主导航系统，设置于机器人终端，用于通过激光雷达进行环境感知，并利用Hector建图模块进行实时地图构建以实现无卫星定位信号环境下的自主导航。2.根据权利要求1所述的基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，其特征在于：所述机器人端包括车体以及设置于车体的摄像头、扬声器、麦克风、主控制器、无线数据终端、电源以及行走机构。3.根据权利要求2所述的基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，其特征在于：所述主控制器选用树莓派控制芯片，所述飞控系统选用PIXHAWK控制芯片。4.根据权利要求3所述的基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，其特征在于：所述飞控系统与主控制系统通过串口进行通信连接，使用MAVLink协议和ROS协议实现数据传输和控制指令的交互。5.根据权利要求4所述的基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，其特征在于：所述飞控系统还设有能够用于手动控制飞行状态的切换开关。6.根据权利要求1所述的基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，其特征在于：所述机器人终端上还设有继电器和空气开关。7.根据权利要求1所述的基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，其特征在于：所述行走机构为通用MINI PLUS履带车底盘总成。8.根据权利要求1所述的基于ROS系统与PIXHAWK的多场景巡检机器人，其特征在于：所述远程终端与机器人终端之间连...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡恩博，高峰，赵迪，高坤，
申请(专利权)人：湖南第一师范学院，
类型：发明
国别省市：