论文总字数：18239字

摘 要

无人驾驶技术，这个曾经出现在科幻片里的技术，如今正逐步走向现实。无人驾驶已经越来越多的出现在人们的生活中，小到家里的扫地机器人，大到港口的无人牵引卡车。这项技术的初衷就是取代人力，更快速、更高效的完成指定任务。无人驾驶技术是现代科学高度结合的产物，一个无人车底盘搭配了不同的传感器、功能模块、机械装置可以应对更多复杂的任务，甚至比人类做的更好，总有一天，满大街的车都是都会搭载无人驾驶系统。

本文主要讲解了如何设计一个通过ROS将雷达、工控机、红外避障模块、差速底盘结合，从而实现自主导航、定位、避障的扫地机器人。本设计可以自主避障，自主规划路线，也可遥控，按指定路线行驶。

关键词：无人驾驶；扫地机器人；自主导航

Design and Implementation of Sweeping Robot Microcomputer Taximeter

Abstract

Driverless technology, which once appeared in science fiction movies, is now gradually moving towards reality. Driverless has been more and more appeared in people's lives, from small home sweeping robot to large port driverless truck. The original intention of this technology is to replace human resources and complete the assigned tasks more quickly and efficiently. Driverless technology is the product of the combination of modern science. A driverless chassis with different sensors, functional modules and mechanical devices can cope with more complex tasks, even better than human beings. One day, all the cars on the street will be equipped with driverless system.

This paper mainly explains how to design a sweeping robot which combines radar, industrial computer, infrared obstacle avoidance module and differential chassis through ROS to realize autonomous navigation, positioning and obstacle avoidance. This design can avoid obstacles independently, plan the route independently, and drive according to the designated route by remote control.

Key words: Driverless, Sweeping robot, autonomous navigation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 Arduino概述 1

1.2 ROS概述 1

1.3 扫地机器人概述 2

第二章 总体设计方案 3

2.1 设计任务 3

2.2 设计要求 3

2.3 设计的主要功能 3

2.4 方案的选取 3

2.4.1 硬件设计方案 3

2.4.2 软件设计方案 4

第三章 硬件设计 5

3.1 Arduino mega2560 5

3.1.1 输入输出 5

3.1.2 电源 6

3.2 L298N电机驱动模块 6

3.2.1 PWM直流电机控制 6

3.2.2 H桥直流电机控制 7

3.3 编码器 8

3.4 红外避障模块 8

3.5 继电器 9

3.6 PID控制 9

第四章 软件设计 10

4.1 系统安装 10

4.1.1 Linux 10

4.1.2 Ubuntu 10

4.1.3 安装Ubuntu16.04 10

4.2 ROS安装 10

4.3 Arduino IDE 11

4.3.1 Arduino IDE介绍 11

4.3.2 Arduino IDE安装 11

4.4 Arduino板程序 12

4.4.1 Arduino语言介绍 12

4.4.2 Arduino程序结构 12

4.4.3 Arduino程序设计 12

4.5 ros_arduino_bridge 12

4.5.1 ros_arduino_bridge简介 12

4.5.2 ros_arduino_bridge安装 12

4.6 udev 13

4.7 TF 13

4.8 其他软件设计 14

第五章 功能设计 15

5.1 SLAM（同步定位与建图） 15

5.2 navigation路径规划 15

5.3 开机自启 15

5.4 开启风扇命令 15

5.5 使用gmapping建图 16

5.6 绘制watpoint路线 16

5.7 执行预定路线 16

5.8 远程控制 17

5.9 手柄遥控 17

第六章 结论 18

致谢 19

参考文献 20

附录 21

第一章 引言

当今社会，越来越多人的工作被机器人取代，因为机器人很多时候可以比人类做的更快更好。不仅如此，人们家里的家电也越来越智能化、无人化。房间的打扫一直是一件非常劳累、耗时的家务。所以，世界上第一台应用于家庭清扫的扫地机器人在1997年出现在人们的视野中。这台由瑞典伊莱克斯三叶虫专业家电制造商制造的扫地机器人虽然有很多缺陷，但也开启了扫地机器人进化的序章。经过二十多年的更新换代，扫地机器人已经非常完善，并且走进了家家户户，成为了每个家庭不可或缺的实用型家用电器。

• 1. Arduino概述

Arduino,作为一款入门门槛低，使用灵活高效且开源的电子原型平台。Arduino本身在硬件方面有历代不断升级的Arduino板，软件则有配套的Arduino IDE。Arduino的一切都是开源的，在网上，你可找到海量的Arduino教程、电路图、电路板图、源代码、用户论坛和所有的一切。

Arduino平台有很多优点：兼容性好、简洁明了、完全开源、发展前景广阔。

• 1. ROS概述

ROS（Robot Operating System），中文名称为机器人操作系统。ROS诞生的初衷就是提高代码的复用率。因为全部是开源的，所以所有人都可以很轻易的获取其他人的研究成果，以便更快的在前人的基础上加以创新、改进。这也是ROS自2007年诞生，仅仅十几年的时间就有空前发展的原因。

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