[发明专利]一种基于ROS架构的教育娱乐机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于ROS架构的教育娱乐机器人。

背景技术

随着智能技术的飞速发展与教育理念的不断更新，机器人技术综合信息技术、电子工程、机械工程、控制理论、传感技术以及人工智能等前沿科技在为教育改革贡献力量。机器人操作系统（Robot Operating System，ROS）是一种开源机器人操作系统，2010年由Willow Garage公司发布，主要能够提供类似操作系统的功能，为机器人应用系统提供硬件抽象、底层驱动、消息传递、包管理及用于辅助开发的工具，例如建立、编写和运行多机通信系统整合的程序，ROS设计目标是为提高代码的复用性，采用一种分布式的进程架构，使得程序具有高度的独立性和低耦合性。

国内机器人教育属于一个比较新的领域，但可使用的资源非常少，能够利用ROS的分布式架构以及开源代码，为学习者提供一个既可以二次开发又可娱乐的ROS平台少之又少；市面上的机器人教育平台普遍存在以下问题：功能简单，扩展性差，智能水平不高，用户群体受限，且普遍都只能给出应用层面的代码，并不能提供核心的代码和资料，这样用户很难了解机器人原理，更难在此基础上进行二次开发。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于ROS架构的教育娱乐机器人，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于ROS架构的教育娱乐机器人，包括自带ROS的人机交互平台、语音识别模块、电源管理模块、传感器模块、通讯模块、自带ROS的决策模块、功能模块及运动控制模块，其中，语音识别模块、电源管理模块、传感器模块、功能模块及运动控制模块分别与决策模块连接，人机交互平台通过通讯模块与决策模块连接；同时在人机交互平台与决策模块的Raspberry Pi 3上配置相同的ROS master，以实现人机交互平台上的节点与机器人上的节点的相互通讯；通讯模块包括USB通讯端和数据传输通讯端，用户操作人机交互平台通过数据传输通讯端向机器人发送指令，以启动功能模块，进而实现底层驱动控制、远程遥控、自主避障、自主巡线、自动跟随、花样LED灯控制、多路信号采集和超声波测距等功能。

在本发明中，语音识别模块包括与机器人连接的蓝牙耳机，蓝牙耳机启动后，用户通过蓝牙耳机向机器人发送语音指令，如：左转、右转、前进、后退、停止、避障、跟随、巡线、测距、流水灯和呼吸灯等功能，机器人接到语音指令后执行相应的动作。

在本发明中，数据传输通讯端包括WiFi通讯端与蓝牙通讯端，用于人机交互平台与决策模块之间的通讯。

在本发明中，功能模块包括实现自主巡线、自主避障、自动跟随、运动控制、花样流水灯控制、超声波测距、多路信号采集与LED显示，自主巡线状态下，机器人订阅红外信息，沿地面铺设好的黑色轨迹行驶；自主避障状态下，机器人订阅超声波信息判断周围环境状态，并以最短距离躲避障碍物继续运动；自动跟随状态下，机器人订阅超声波信息，跟随前方特定物体并保持一定距离移动；花样流水灯控制状态下，通过接收人机交互平台的指令实现LED灯以不同的速度花样闪烁；多路信号采集状态下，通过接收人机交互平台的指令，采集八路模拟信号电压值并在LCD显示屏显示相应数值；超声波测距状态下，通过接收人机交互平台的指令，订阅超声波传感器消息，计算出机器人左前方、正前方和右前方障碍物的距离，并将其显示在LCD显示屏上。

在本发明中，传感器模块包括安装在机器人底部的红外传感器和安装在机器人正前方的超声波传感器，红外传感器用于获取地面黑色引导信息，超声波传感器用于检测机器人左、中、右三个方位障碍物离机器人的距离。

在本发明中，运动控制模块包括两个L298N电机驱动板及四个驱动轮，订阅决策模块与语音识别模块发布的速度。

在本发明中，显示模块包括LED灯和LCD显示屏，LED灯订阅决策模块信息，以实现按不同指令花样闪烁，还可用于机器人左转向或右转向指示灯；LCD显示屏显示多路信号采集的电压值、超声波传感器测得的障碍物距离、机器人当前速度以及电源电压值。

在本发明中，电源管理模块包括稳压器与电压监控器，稳压器将电源分配给机器人的不同组件，电压监控器监控当前电压值并在LCD显示屏上显示。

有益效果：本发明基于ROS架构，通过人机交互平台向机器人发送指令，进而实现底层驱动控制、远程遥控、自主避障、自主巡线、自动跟随、花样LED灯控制、多路信号采集和超声波测距等功能，结构简单，且采用开源代码，有利于二次开发，有效降低开发难度、加快开发进程。