一、 系統(tǒng)設(shè)計

關(guān)鍵部件：

器件選型

2 關(guān)鍵技術(shù)選型

2.1 基于二維碼+輪子里程計的機(jī)器人定位方案

主流方案效果

循線	根據(jù)電磁線行走存在路線固定的問題
純視覺	室內(nèi)相似場景較多，存在重定位問題
純激光	成本高，存在漂移，環(huán)境中移動物體過多時容易出錯
UWB	定位誤差十幾厘米，信號容易遮擋
視覺二維碼 + 輪子里程計

對比后最優(yōu)方案是 視覺二維碼+輪子里程計

基于二維碼+輪子里程計方法，主要的傳感器數(shù)據(jù)來源是機(jī)器人頂部的攝像頭采集到的二維碼圖像信息以及輪子里程計在一個時間片內(nèi)的脈沖數(shù)。輪子里程計信息屬于高頻信息，圖像為低頻信息。
根基機(jī)器人運(yùn)動學(xué)來將輪子信息計算得到機(jī)器人的速度和位置，從圖像信息中提取二維碼的ID與位置，同時結(jié)合之前的二維碼信息以及上一時刻的機(jī)器人位置來估計機(jī)器人坐標(biāo)與新觀測到的二維碼坐標(biāo)。
估計二維碼的坐標(biāo)通常采集的兩幅圖像之間會有十幾幀輪子的信息，為降低計算量，我們可以采用滑動窗口的方法將采集的圖像與輪子里程計數(shù)據(jù)放入窗口內(nèi)，假設(shè)一個窗口中總共有十幀有效圖像，將窗口中的機(jī)器人基于圖像推測的狀態(tài)和基于輪子信息推測的狀態(tài)進(jìn)行最小二乘優(yōu)化，為降低計算量，可以采用谷歌的ceres庫和eigen庫來進(jìn)行計算。

2.2 機(jī)器人建圖方案

所謂建圖就是定一個原點(diǎn)，然后測量出室內(nèi)所有二維碼標(biāo)簽相對于原點(diǎn)的空間坐標(biāo)。
在選擇機(jī)器人的位置后，通過控制機(jī)器人在室內(nèi)移動，來實(shí)時計算機(jī)器人的位置以及室內(nèi)二維碼的位置，實(shí)現(xiàn)二維碼slam的過程。
將機(jī)器人走的軌跡以及二維碼坐標(biāo)都保存在圖片中。

建圖技巧：在建圖時最好讓機(jī)器人走的軌跡形成一個閉環(huán)，這樣slam算法會將機(jī)器人位置與整個地圖中的二維碼標(biāo)簽坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高地圖的精度。同時在建圖過程中先讓機(jī)器人走一些小環(huán)，然后再走一些大環(huán)，會比只走一個大環(huán)的效果要好。建圖過程中走的軌跡要盡量遠(yuǎn)離障礙物，

2.3 機(jī)器人避障方案

方案一： 深度相機(jī)
在機(jī)器人下方安裝深度相機(jī)，保證深度相機(jī)的視野可以覆蓋機(jī)器人下一個控制周期內(nèi)可以到達(dá)的位置空間。為了充分利用深度相機(jī)的視野，通常將相機(jī)斜向上30-45度安裝，可以檢測到地面以上的障礙物和空中的干擾物體。

方案二：激光雷達(dá)

2.4 主控系統(tǒng)方案

方案一：采用工控機(jī) + linux + ros + qt，該方案適合應(yīng)用于前期的功能驗(yàn)證，但是后期隨著附加功能增多，開發(fā)效率會降低，成本變大。
方案二：全志arm主板+android + app，該方案便于后期的運(yùn)維以及良好的人機(jī)交互體驗(yàn)，基于Java開發(fā)app也可以簡單快捷。將上面開發(fā)的機(jī)器人定位導(dǎo)航系統(tǒng)打包成可執(zhí)行程序，然后將機(jī)器人位置以及相關(guān)交互信息通過Restful接口與應(yīng)用層程序進(jìn)行通信。
在android中通過開發(fā)者模式進(jìn)入調(diào)試工具中來調(diào)試日志，用戶模式來給用戶進(jìn)行人臉識別，點(diǎn)餐送餐，點(diǎn)歌曲等app的使用。

2.5 機(jī)器人底盤方案

底盤包括電氣控制和機(jī)械結(jié)構(gòu)。
采用單片機(jī)作為底盤的嵌入式控制器，以說stm32f4系列為例，需要具備電機(jī)編碼器接口，CAN接口，串口，電源管理系統(tǒng)，電機(jī)控制接口等。

2.6 相機(jī)自標(biāo)定系統(tǒng)（應(yīng)用于大批量生產(chǎn)中）

2.7 機(jī)器人定位校準(zhǔn)系統(tǒng)（應(yīng)用于大批量生產(chǎn)中）

2.8 機(jī)器人建圖交互和地圖修改軟件（應(yīng)用于大規(guī)模推廣中）

2.9 配送app開發(fā)（餐廳實(shí)際使用中）

2.10 多機(jī)調(diào)度系統(tǒng)（應(yīng)用于多機(jī)器人在擁擠室內(nèi)工作）

2.11 機(jī)器人大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（將機(jī)器人日常的數(shù)據(jù)采集到云端)

總結(jié)

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