0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
电子发烧友
开通电子发烧友VIP会员 尊享10大特权
海量资料免费下载
精品直播免费看
优质内容免费畅学
课程9折专享价
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

RDK X3暴改機器人:手搓能爬樓的AI快遞員會爬樓能嘮嗑

地瓜機器人 ? 2025-02-28 18:12 ? 次閱讀

隨著城市化進程的加快,高樓越來越多,高層建筑的多層和高人口密度讓物品配送變得復(fù)雜。雖然配送機器人可以解決“最后一公里”的問題,但現(xiàn)有的機器人主要依賴電梯跨樓層。電梯高峰時段效率低,且占用電梯資源,遇到?jīng)]有電梯的樓宇更是束手無策。因此,既能搭電梯又能爬樓的配送機器人,正是市場上急需的創(chuàng)新。

一、項目介紹:

這款作品是基于 RDK X3開發(fā)板打造的跨樓層智能配送機器人,能輕松切換行駛模式和爬樓模式。配備可伸縮的爬樓輪結(jié)構(gòu),不論樓梯多陡或多窄,它都能“爬得上去”,跨層配送so easy!不僅如此,機器人還內(nèi)建視覺識別和語音識別功能,可以和你“無聲無息”地互動,快遞送到手,連說話都能省力!——哈爾濱工程大學(xué) 碧海小隊

二、創(chuàng)新點:

目前市場上的配送機器人依賴電梯跨樓層,還需要人工手動輸入地址,這讓配送變得既不高效又不智能。為了彌補這些不足,本作品著重解決了這些“老大難”問題:

  1. 爬樓難題: 針對現(xiàn)有機器人無法爬樓梯的缺點,我們設(shè)計了一個四片分離式變形輪,電動推桿一拉一縮,輪轂翻轉(zhuǎn)伸展,輕松上下樓梯。簡直是機器人中的“樓梯小能手”!
  2. 智能配送: 擺脫手動輸入地址的繁瑣,我們通過OCR、NLP、ASR技術(shù),操作人員只需拍照或者說話,機器人就能自動獲取配送地址。語音反饋當(dāng)前任務(wù)信息,跟機器人聊天就能完成配送任務(wù),人機交互走向“智慧時代”!
  3. 路徑規(guī)劃: 通過激光雷達建圖與障礙物檢測,對A*算法進行了優(yōu)化,提高了路徑規(guī)劃效率和質(zhì)量,讓機器人不再繞路而是“直達目標(biāo)”。

三、原理分析 :

變形輪

為了提高配送效率并避免占用電梯空間,機器人需要能夠上下樓梯和行走。我們設(shè)計了可擴式四輪結(jié)構(gòu),結(jié)合電動推桿和電機的運動,使機器人能夠輕松應(yīng)對樓梯。

當(dāng)需要爬樓梯時,電動推桿調(diào)整輪轂角度并向外擴張,提供支撐力;下樓時,輪轂自動調(diào)整,保持穩(wěn)定。通過這種設(shè)計,機器人能適應(yīng)不同樓梯的高度和角度,確保順利完成樓層間的配送任務(wù)。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=YmQ1YTliNjNiZmJlOGVmMjM0ZWJkNTUyNDAzYWJjMDlfV0RDNTdPbnYyM2ppWk8wTnhDWU1OMUx6TU5uaE1Ed2NfVG9rZW46RWR5dWJvZU5Ob1cyaHZ4VHB6UWNITTB4bkViXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

具體來說,每個移動單元由三篇分離式輪轂組成,為了應(yīng)對不同高度和寬度 的樓梯,我們采用四桿機構(gòu),通過四桿機構(gòu)的的運動調(diào)整輪轂伸縮的距離及角度。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NGJhYjE2ZDY1N2VlNDQ5ODNlOWJiZWNjNWY4NWQ1NTdfMEx5WDNobjlzMW8xc1BMc0pmT1dXWWs2M2U4MnZ2YnFfVG9rZW46U0txU2JsVGxOb0t4d3R4cnFmeWNabjY5bjhiXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNAhttps://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=Y2E4YmM3YWZiYmJiYzk2Njc2MDMzYTAyMTcyM2VlODJfc0pIRUx3SGZPMlViQkt2T3NudldRcTI0M0lvYks3d1BfVG9rZW46S1ppVWJwR2RBb3RqYjR4c1Q2TmNMSFJFbjZmXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

上樓梯時:向里側(cè)電動推桿施加正向電流,使得電動推桿伸長,通過左側(cè)三 角板帶動連桿向上運動,從而將輪轂翻轉(zhuǎn)一定角度并向外擴張一定距離以適應(yīng)樓 梯的高度和寬度。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=M2Y0ODYyYzg1Nzc4ZWE4ZDMyMDgwMDRlNzE2Mzg3MWRfbUNrN3gzOTR1ekNyWDMzUlRNNlZoMnpyRk5jMlBsRkZfVG9rZW46RDRDRGI3NUFIb1d4UzV4YzVGN2N6RnJXbkljXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

下樓梯時:向外側(cè)電動推桿施加反向電流,使得推桿收縮,通過右側(cè)三角板 帶動連桿向下運動,從而將輪轂反方向翻轉(zhuǎn)一定角度并向外擴張一定距離以適應(yīng) 樓梯的高度和寬度。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NTg5ZGMwNTRhZTkwODIzOGVmMzJhYTE5N2M3N2FjNGZfWVEzNEdrbDNsZ0dLMGJXUTVzZXhxMDJlNWoxaEhqWkdfVG9rZW46QjljZ2JrRnBvbzg3V3R4eG40V2N6Ulp6bk9oXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

行走時:上側(cè)電機通過皮帶帶動右側(cè)輪轂及三角板一起旋轉(zhuǎn),從而使得機器 人向前運動

路徑規(guī)劃原理

A算法是一種啟發(fā)式搜索算法,通過從起點開始擴展鄰域節(jié)點,比較節(jié)點的代價值,選擇代價最小的節(jié)點繼續(xù)擴展,直到找到目標(biāo)點,從而避開障礙物,找到最佳路徑。傳統(tǒng)的A算法存在節(jié)點過多、路徑冗余以及不夠平滑等問題,這不僅影響機器人的穩(wěn)定性,還降低了路徑規(guī)劃的效率。我們做了以下優(yōu)化。

1、傳統(tǒng)的 A-star算法只考慮了距離問題,沒有考慮環(huán)境地圖上的許多實際因 素。因此 我們在傳統(tǒng) A*算法評價函數(shù)的基礎(chǔ)上,通過引入節(jié)點到起始點和目標(biāo) 點連線的夾角,對評價函數(shù)進行改進。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=MTUyZjZjMjFhNGE2Nzg1MmRjNDUzZWIxZmYxMjJmM2Jfb2lLTFdFV0VHSlAwTGk2djdTUFdRUnJWbGY0aUFRcGxfVG9rZW46R1RIaGJwODZBb3lyN3R4M0xWamNka0RDbmhiXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNAhttps://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=OGZiZWU1YjI4NzBiMWE1NGYyNDgxZWNiNGU0ODYxNjRfMXJrbXUzcXdWbmJoSmdqMDZ2eWIzeGo3NDliVG9oQ3FfVG9rZW46TjFwUGJqck5Hb01OZVF4Qmd1bWNuU2xSbk9lXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

2、引入雙向搜索策略。在大規(guī)模搜索空間下,傳統(tǒng)的 A*算法采用的單向搜索策略存在搜索效率低 搜索節(jié)點數(shù)量多等問題。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NGMzMTc1Zjk0ZWFkY2RhZjU1MGNkNjNhYTUyMjkzZWNfdEtjYW9xVTdOTDFEYWxOeFM2NWUzT1lvNFhtc0JhZk5fVG9rZW46Um5EWmIwa2Rib01BTmJ4M05tYWMxNnRPbnBZXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

當(dāng)計算出的中間點位于障礙物內(nèi)部時,無法有效搜索到起點和目標(biāo)點,因此需要選擇新的中間點。具體步驟如下:

  1. 確定中間點的位置。
  2. 在中間點處繪制一條水平線和一條豎直線。
  3. 計算水平線和豎直線穿越障礙物的跨越長度。
  4. 選擇跨越長度較長的方向,并找出最早穿越障礙物的點。
  5. 將最早穿越障礙物的點作為優(yōu)化后的中間點。

3、去除冗余節(jié)點,在路徑規(guī)劃中,冗余節(jié)點可能導(dǎo)致內(nèi)存占用過多和頻繁調(diào)整機器人運動。為了解決這個問題,我們采用了一種路徑優(yōu)化方法來去除冗余節(jié)點。具體步驟如下:

  1. 將起始點作為開始節(jié)點。
  2. 沿路徑預(yù)定方向逐一連接起始點與路徑中的各個節(jié)點。
  3. 如果連接線段與障礙物相交,保留相交節(jié)點的前一個節(jié)點,移除與該節(jié)點之間的所有節(jié)點,并繼續(xù)連接后續(xù)節(jié)點。
  4. 如果連接線段不與障礙物相交,直到目標(biāo)點,保留目標(biāo)點并移除起始點與目標(biāo)點之間的節(jié)點。
  5. 將保留的節(jié)點依次連接,形成優(yōu)化后的路徑。

人機交互部分

本項目的人機交互部分包括視覺識別和語音識別。首先,通過OCR技術(shù)識別配送單據(jù)并提取信息,再利用NLP技術(shù)獲取最終配送地址。也可以通過語音指令下單,語音識別技術(shù)將語音轉(zhuǎn)為文本,NLP技術(shù)提取出地址信息,并通過語音合成技術(shù)將地址反饋給操作員確認。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=ZDU0Y2U0YjI3ZDg5Mzg2NmUwMTYyNWRiZjc2OWNmNGZfUnUybHZLR1k3bzltR0NRREd0cnRVbjdNS0oybGJkRHlfVG9rZW46WkhxQ2JSQllOb3BFTmJ4ZjhtWmNOdTMybkpiXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

四、硬件系統(tǒng)設(shè)計 :

4.1硬件選型

4.1.1 RoboMaster M2006本作品中,電機采用 RoboMaster M2006直流無刷電機,其作用主要是控制 機器人的移動,控制機器人運動到達指定位置并實時反饋運動狀態(tài)信息。 RoboMaster M2006使用C610電調(diào)進行驅(qū)動,使用CAN通信協(xié)議發(fā)送接收數(shù)據(jù), 電機內(nèi)置位置傳感器,實時反饋轉(zhuǎn)子機械角度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等信息。

4.1.2電動推桿 在本作品中,一個變形輪需要兩個電動推桿,電動推桿又有兩種狀態(tài)——伸 出和縮回。一根推桿的伸縮控制變形輪的變大程度,另一根推桿的伸縮控制變形 輪的旋轉(zhuǎn)角度。作用是通過推桿的伸縮使輪子達到特定的擴大程度和旋轉(zhuǎn)角度。

4.1.3 TFT-LCD觸摸屏 在本作品中,LCD觸摸屏的主要作用是顯示經(jīng) RDK X3 分析處理后的配送 地址,取件碼等信息。本作品采用的是正點原子 2.8寸的 TFTLCD液晶屏。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=ODFiN2NkZjA2NmQ1YzY2NTU3OTQyZTlmYzhmYjNlOGRfQjJHYTZRMTVvR3ZzUkpzTlFpTTFoZjJ2MEtIRnZiQmFfVG9rZW46VFNMZmJzdkNOb3hpMDl4anR1T2Mwc0dVbktoXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

4.3硬件電路設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件連接方式如下:樹莓派負責(zé)讀取相機圖像數(shù)據(jù)和地圖建模,并將里程計數(shù)據(jù)發(fā)送給STM32來控制機器人移動。RDK X3主要處理語音交互和視覺識別,并在屏幕和觸摸屏上顯示結(jié)果。STM32控制機器人的底盤運動,通過CAN總線控制電機轉(zhuǎn)動,通過PWM波控制電動推桿的伸縮,并與樹莓派實時通信,反饋機器人運動狀態(tài)信息。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=MWE1OGE5N2MzNDRmY2IyNWE0Y2VlNDI1NzgzMGYyMzlfcU8yOVNyY21kWnptQ1lxdmNKWGI2ZU5PRTc4cU40QUZfVG9rZW46Q1Y1d2I4RmJBb0FJamd4WUhUOGNZTG41blZnXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNAhttps://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NmExNTIxMzRjOTY0MzE3NGJkMzk4NzIyNWQxMDEwZDJfc1ZKYXNKSkRKOHdvSHJnOXNnaEtjMEtwWGx1Yk0wRkNfVG9rZW46SjhLeGJpc2xJb05aSkt4VHF4MWNpMHg2bjlMXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

五、軟件設(shè)計與流程

5.1建圖與規(guī)劃流程

SLAM建圖使用三種地圖:點云圖、柵格圖和八叉樹地圖。雖然激光雷達只能在二維場景中建圖,但它具有較高精度和更遠的建圖范圍,且受外界環(huán)境影響較小。路徑規(guī)劃中采用2D占用柵格圖模式。激光雷達提供精確的二維信息,而深度相機提供三維信息。為了提高地圖精度,本設(shè)計結(jié)合了激光雷達和RGBD相機的信息來建立柵格圖,使用激光雷達和深度相機的融合數(shù)據(jù),生成2D柵格地圖,并與Cartgrapher算法建立的地圖融合,得到最終的綜合地圖。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=Y2U3ZmNhZjkwNDg0ZjNkNWExMjBlMjRkMTU5NGZiZWVfZ3Yzb29nWFBQeDQ5SVpGcjIzdVVLZ0hUZGN1eXM5Rk1fVG9rZW46WjlscWJudDU0b01xd0Z4ZFpwa2NQNzZxbjJkXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

5.2人機交互流程 本項目的人機交互過程如圖所示,通過視覺或語音方式識別出最終配送地點 并傳輸給樹莓派作為最終導(dǎo)航地點。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NGQ3MGNlM2JjNzQ1YTJkM2Y1ZmNkNjFhOGE2OTc1MTlfMzJDZW8yYkNuVktOQ3lpVGM1aENZcWs5S3dCNUxlWUpfVG9rZW46RFRRMWJHWWg2b3dLT2l4WVJHd2M1OE9vbnVoXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

5.3底盤控制軟件流程 在本作品中,底盤控制采用 STM32單片機作為主控芯片,其程序結(jié)構(gòu)圖如 圖所示。當(dāng)機器人在運動的過程中,會不斷檢測前方是否有樓梯,沒有檢測到樓 梯,變形輪不變形維持原狀;當(dāng)檢測到樓梯,根據(jù)測量的樓梯尺寸,STM32控制 變形輪變形到特定的擴大程度和旋轉(zhuǎn)角度后,開始爬樓。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=ZDE1NTY3MzQ0M2E2MTYzNmEyOWRiYjZmZmQ3N2Q5YzZfaU00UE5LZTJVZVh2cHptUlMxbGtyRmZaSkRhTXd0dGdfVG9rZW46STcyTGJmNFYzb3ZnUEh4azRxOGNQRWcwbjFiXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

六、系統(tǒng)測試

6.1機械結(jié)構(gòu)測試

驗證機械結(jié)構(gòu)可行性、操作穩(wěn)定性及功能完備性。測試確認:

變形輪通過電動推桿伸縮實現(xiàn)輪轂角度與擴張距離調(diào)節(jié),滿足樓梯尺寸自適應(yīng)需求。

結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,通過仿真與實際測試驗證,可穩(wěn)定完成爬樓與行走模式切換。

6.2目標(biāo)檢測測試

流程與結(jié)果:

數(shù)據(jù)集構(gòu)建:采集圖像并標(biāo)注,轉(zhuǎn)換為YOLOv5s適配格式(圖片+txt)。

模型訓(xùn)練:基于YOLOv5s,訓(xùn)練后輸出評估指標(biāo):

  1. Precision: 0.6086
  2. Recall: 0.5641
  3. mAP@0.5: 0.5703
  4. mAP@0.5:0.95: 0.3221

實測效果:成功檢測目標(biāo),滿足基礎(chǔ)需求,但精度待優(yōu)化。

5.3底盤控制測試

電動推桿:PWM控制精度達標(biāo),可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)變形輪擴張與角度。

里程計:STM32實時讀取速度、加速度、位置信息,誤差<5%。

結(jié)論:底盤控制穩(wěn)定,滿足多模式運動需求。

5.4 SLAM建圖測試

方法對比:

激光雷達:建圖范圍廣,但易受環(huán)境縫隙干擾。

RGBD相機:受光照影響,邊界模糊。

融合方案:激光雷達+RGBD投影融合,生成高精度2D柵格地圖,消除縫隙干擾,邊界清晰。

5.5路徑規(guī)劃測試

改進A*算法(對比傳統(tǒng)A*):

搜索節(jié)點數(shù)減少30%,路徑長度縮短15%,規(guī)劃時間降低25%。

冗余節(jié)點去除后,路徑平滑度提升,內(nèi)存占用減少20%。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=OTkzZjRkYzdmYmI1ZDg4NTdlZDRkMDU1YjkxNDBjNDBfWFFrY0JoYnJiZUtnWDQ2WUZnd1dsS0xuRmg4VzNzcGNfVG9rZW46STJwU2JCb0NHbzM2VjF4Sm9vVGNxeXo4bmNlXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

5.6人機交互測試

OCR+NLP:成功從虛擬配送單提取地址,準(zhǔn)確率>85%。

ASR+NLP:語音指令中地址抽取準(zhǔn)確率>80%,支持模糊語義(如“送到三號樓二層”)。

語音反饋:合成語音播報任務(wù)信息,用戶可確認指令正確性。


關(guān)鍵結(jié)論

  • 各模塊功能均通過測試,滿足跨樓層配送需求。
  • 目標(biāo)檢測與路徑規(guī)劃精度待優(yōu)化,可通過擴展數(shù)據(jù)集與算法調(diào)參進一步提升。

隨著城市化進程的加快,高樓越來越多,高層建筑的多層和高人口密度讓物品配送變得復(fù)雜。雖然配送機器人可以解決“最后一公里”的問題,但現(xiàn)有的機器人主要依賴電梯跨樓層。電梯高峰時段效率低,且占用電梯資源,遇到?jīng)]有電梯的樓宇更是束手無策。因此,既能搭電梯又能爬樓的配送機器人,正是市場上急需的創(chuàng)新。

一、項目介紹:

這款作品是基于 RDK X3開發(fā)板打造的跨樓層智能配送機器人,能輕松切換行駛模式和爬樓模式。配備可伸縮的爬樓輪結(jié)構(gòu),不論樓梯多陡或多窄,它都能“爬得上去”,跨層配送so easy!不僅如此,機器人還內(nèi)建視覺識別和語音識別功能,可以和你“無聲無息”地互動,快遞送到手,連說話都能省力!——哈爾濱工程大學(xué) 碧海小隊

二、創(chuàng)新點:

目前市場上的配送機器人依賴電梯跨樓層,還需要人工手動輸入地址,這讓配送變得既不高效又不智能。為了彌補這些不足,本作品著重解決了這些“老大難”問題:

  1. 爬樓難題: 針對現(xiàn)有機器人無法爬樓梯的缺點,我們設(shè)計了一個四片分離式變形輪,電動推桿一拉一縮,輪轂翻轉(zhuǎn)伸展,輕松上下樓梯。簡直是機器人中的“樓梯小能手”!
  2. 智能配送: 擺脫手動輸入地址的繁瑣,我們通過OCR、NLP、ASR技術(shù),操作人員只需拍照或者說話,機器人就能自動獲取配送地址。語音反饋當(dāng)前任務(wù)信息,跟機器人聊天就能完成配送任務(wù),人機交互走向“智慧時代”!
  3. 路徑規(guī)劃: 通過激光雷達建圖與障礙物檢測,對A*算法進行了優(yōu)化,提高了路徑規(guī)劃效率和質(zhì)量,讓機器人不再繞路而是“直達目標(biāo)”。

三、原理分析 :

變形輪

為了提高配送效率并避免占用電梯空間,機器人需要能夠上下樓梯和行走。我們設(shè)計了可擴式四輪結(jié)構(gòu),結(jié)合電動推桿和電機的運動,使機器人能夠輕松應(yīng)對樓梯。

當(dāng)需要爬樓梯時,電動推桿調(diào)整輪轂角度并向外擴張,提供支撐力;下樓時,輪轂自動調(diào)整,保持穩(wěn)定。通過這種設(shè)計,機器人能適應(yīng)不同樓梯的高度和角度,確保順利完成樓層間的配送任務(wù)。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=YmQ1YTliNjNiZmJlOGVmMjM0ZWJkNTUyNDAzYWJjMDlfV0RDNTdPbnYyM2ppWk8wTnhDWU1OMUx6TU5uaE1Ed2NfVG9rZW46RWR5dWJvZU5Ob1cyaHZ4VHB6UWNITTB4bkViXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

具體來說,每個移動單元由三篇分離式輪轂組成,為了應(yīng)對不同高度和寬度 的樓梯,我們采用四桿機構(gòu),通過四桿機構(gòu)的的運動調(diào)整輪轂伸縮的距離及角度。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NGJhYjE2ZDY1N2VlNDQ5ODNlOWJiZWNjNWY4NWQ1NTdfMEx5WDNobjlzMW8xc1BMc0pmT1dXWWs2M2U4MnZ2YnFfVG9rZW46U0txU2JsVGxOb0t4d3R4cnFmeWNabjY5bjhiXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNAhttps://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=Y2E4YmM3YWZiYmJiYzk2Njc2MDMzYTAyMTcyM2VlODJfc0pIRUx3SGZPMlViQkt2T3NudldRcTI0M0lvYks3d1BfVG9rZW46S1ppVWJwR2RBb3RqYjR4c1Q2TmNMSFJFbjZmXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

上樓梯時:向里側(cè)電動推桿施加正向電流,使得電動推桿伸長,通過左側(cè)三 角板帶動連桿向上運動,從而將輪轂翻轉(zhuǎn)一定角度并向外擴張一定距離以適應(yīng)樓 梯的高度和寬度。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=M2Y0ODYyYzg1Nzc4ZWE4ZDMyMDgwMDRlNzE2Mzg3MWRfbUNrN3gzOTR1ekNyWDMzUlRNNlZoMnpyRk5jMlBsRkZfVG9rZW46RDRDRGI3NUFIb1d4UzV4YzVGN2N6RnJXbkljXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

下樓梯時:向外側(cè)電動推桿施加反向電流,使得推桿收縮,通過右側(cè)三角板 帶動連桿向下運動,從而將輪轂反方向翻轉(zhuǎn)一定角度并向外擴張一定距離以適應(yīng) 樓梯的高度和寬度。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NTg5ZGMwNTRhZTkwODIzOGVmMzJhYTE5N2M3N2FjNGZfWVEzNEdrbDNsZ0dLMGJXUTVzZXhxMDJlNWoxaEhqWkdfVG9rZW46QjljZ2JrRnBvbzg3V3R4eG40V2N6Ulp6bk9oXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

行走時:上側(cè)電機通過皮帶帶動右側(cè)輪轂及三角板一起旋轉(zhuǎn),從而使得機器 人向前運動

路徑規(guī)劃原理

A算法是一種啟發(fā)式搜索算法,通過從起點開始擴展鄰域節(jié)點,比較節(jié)點的代價值,選擇代價最小的節(jié)點繼續(xù)擴展,直到找到目標(biāo)點,從而避開障礙物,找到最佳路徑。傳統(tǒng)的A算法存在節(jié)點過多、路徑冗余以及不夠平滑等問題,這不僅影響機器人的穩(wěn)定性,還降低了路徑規(guī)劃的效率。我們做了以下優(yōu)化。

1、傳統(tǒng)的 A-star算法只考慮了距離問題,沒有考慮環(huán)境地圖上的許多實際因 素。因此 我們在傳統(tǒng) A*算法評價函數(shù)的基礎(chǔ)上,通過引入節(jié)點到起始點和目標(biāo) 點連線的夾角,對評價函數(shù)進行改進。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=MTUyZjZjMjFhNGE2Nzg1MmRjNDUzZWIxZmYxMjJmM2Jfb2lLTFdFV0VHSlAwTGk2djdTUFdRUnJWbGY0aUFRcGxfVG9rZW46R1RIaGJwODZBb3lyN3R4M0xWamNka0RDbmhiXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNAhttps://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=OGZiZWU1YjI4NzBiMWE1NGYyNDgxZWNiNGU0ODYxNjRfMXJrbXUzcXdWbmJoSmdqMDZ2eWIzeGo3NDliVG9oQ3FfVG9rZW46TjFwUGJqck5Hb01OZVF4Qmd1bWNuU2xSbk9lXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

2、引入雙向搜索策略。在大規(guī)模搜索空間下,傳統(tǒng)的 A*算法采用的單向搜索策略存在搜索效率低 搜索節(jié)點數(shù)量多等問題。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NGMzMTc1Zjk0ZWFkY2RhZjU1MGNkNjNhYTUyMjkzZWNfdEtjYW9xVTdOTDFEYWxOeFM2NWUzT1lvNFhtc0JhZk5fVG9rZW46Um5EWmIwa2Rib01BTmJ4M05tYWMxNnRPbnBZXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

當(dāng)計算出的中間點位于障礙物內(nèi)部時,無法有效搜索到起點和目標(biāo)點,因此需要選擇新的中間點。具體步驟如下:

  1. 確定中間點的位置。
  2. 在中間點處繪制一條水平線和一條豎直線。
  3. 計算水平線和豎直線穿越障礙物的跨越長度。
  4. 選擇跨越長度較長的方向,并找出最早穿越障礙物的點。
  5. 將最早穿越障礙物的點作為優(yōu)化后的中間點。

3、去除冗余節(jié)點,在路徑規(guī)劃中,冗余節(jié)點可能導(dǎo)致內(nèi)存占用過多和頻繁調(diào)整機器人運動。為了解決這個問題,我們采用了一種路徑優(yōu)化方法來去除冗余節(jié)點。具體步驟如下:

  1. 將起始點作為開始節(jié)點。
  2. 沿路徑預(yù)定方向逐一連接起始點與路徑中的各個節(jié)點。
  3. 如果連接線段與障礙物相交,保留相交節(jié)點的前一個節(jié)點,移除與該節(jié)點之間的所有節(jié)點,并繼續(xù)連接后續(xù)節(jié)點。
  4. 如果連接線段不與障礙物相交,直到目標(biāo)點,保留目標(biāo)點并移除起始點與目標(biāo)點之間的節(jié)點。
  5. 將保留的節(jié)點依次連接,形成優(yōu)化后的路徑。

人機交互部分

本項目的人機交互部分包括視覺識別和語音識別。首先,通過OCR技術(shù)識別配送單據(jù)并提取信息,再利用NLP技術(shù)獲取最終配送地址。也可以通過語音指令下單,語音識別技術(shù)將語音轉(zhuǎn)為文本,NLP技術(shù)提取出地址信息,并通過語音合成技術(shù)將地址反饋給操作員確認。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=ZDU0Y2U0YjI3ZDg5Mzg2NmUwMTYyNWRiZjc2OWNmNGZfUnUybHZLR1k3bzltR0NRREd0cnRVbjdNS0oybGJkRHlfVG9rZW46WkhxQ2JSQllOb3BFTmJ4ZjhtWmNOdTMybkpiXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

四、硬件系統(tǒng)設(shè)計 :

4.1硬件選型

4.1.1 RoboMaster M2006本作品中,電機采用 RoboMaster M2006直流無刷電機,其作用主要是控制 機器人的移動,控制機器人運動到達指定位置并實時反饋運動狀態(tài)信息。 RoboMaster M2006使用C610電調(diào)進行驅(qū)動,使用CAN通信協(xié)議發(fā)送接收數(shù)據(jù), 電機內(nèi)置位置傳感器,實時反饋轉(zhuǎn)子機械角度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等信息。

4.1.2電動推桿 在本作品中,一個變形輪需要兩個電動推桿,電動推桿又有兩種狀態(tài)——伸 出和縮回。一根推桿的伸縮控制變形輪的變大程度,另一根推桿的伸縮控制變形 輪的旋轉(zhuǎn)角度。作用是通過推桿的伸縮使輪子達到特定的擴大程度和旋轉(zhuǎn)角度。

4.1.3 TFT-LCD觸摸屏 在本作品中,LCD觸摸屏的主要作用是顯示經(jīng) RDK X3 分析處理后的配送 地址,取件碼等信息。本作品采用的是正點原子 2.8寸的 TFTLCD液晶屏。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=ODFiN2NkZjA2NmQ1YzY2NTU3OTQyZTlmYzhmYjNlOGRfQjJHYTZRMTVvR3ZzUkpzTlFpTTFoZjJ2MEtIRnZiQmFfVG9rZW46VFNMZmJzdkNOb3hpMDl4anR1T2Mwc0dVbktoXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

4.3硬件電路設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件連接方式如下:樹莓派負責(zé)讀取相機圖像數(shù)據(jù)和地圖建模,并將里程計數(shù)據(jù)發(fā)送給STM32來控制機器人移動。RDK X3主要處理語音交互和視覺識別,并在屏幕和觸摸屏上顯示結(jié)果。STM32控制機器人的底盤運動,通過CAN總線控制電機轉(zhuǎn)動,通過PWM波控制電動推桿的伸縮,并與樹莓派實時通信,反饋機器人運動狀態(tài)信息。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=MWE1OGE5N2MzNDRmY2IyNWE0Y2VlNDI1NzgzMGYyMzlfcU8yOVNyY21kWnptQ1lxdmNKWGI2ZU5PRTc4cU40QUZfVG9rZW46Q1Y1d2I4RmJBb0FJamd4WUhUOGNZTG41blZnXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNAhttps://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NmExNTIxMzRjOTY0MzE3NGJkMzk4NzIyNWQxMDEwZDJfc1ZKYXNKSkRKOHdvSHJnOXNnaEtjMEtwWGx1Yk0wRkNfVG9rZW46SjhLeGJpc2xJb05aSkt4VHF4MWNpMHg2bjlMXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

五、軟件設(shè)計與流程

5.1建圖與規(guī)劃流程

SLAM建圖使用三種地圖:點云圖、柵格圖和八叉樹地圖。雖然激光雷達只能在二維場景中建圖,但它具有較高精度和更遠的建圖范圍,且受外界環(huán)境影響較小。路徑規(guī)劃中采用2D占用柵格圖模式。激光雷達提供精確的二維信息,而深度相機提供三維信息。為了提高地圖精度,本設(shè)計結(jié)合了激光雷達和RGBD相機的信息來建立柵格圖,使用激光雷達和深度相機的融合數(shù)據(jù),生成2D柵格地圖,并與Cartgrapher算法建立的地圖融合,得到最終的綜合地圖。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=Y2U3ZmNhZjkwNDg0ZjNkNWExMjBlMjRkMTU5NGZiZWVfZ3Yzb29nWFBQeDQ5SVpGcjIzdVVLZ0hUZGN1eXM5Rk1fVG9rZW46WjlscWJudDU0b01xd0Z4ZFpwa2NQNzZxbjJkXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

5.2人機交互流程 本項目的人機交互過程如圖所示,通過視覺或語音方式識別出最終配送地點 并傳輸給樹莓派作為最終導(dǎo)航地點。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=NGQ3MGNlM2JjNzQ1YTJkM2Y1ZmNkNjFhOGE2OTc1MTlfMzJDZW8yYkNuVktOQ3lpVGM1aENZcWs5S3dCNUxlWUpfVG9rZW46RFRRMWJHWWg2b3dLT2l4WVJHd2M1OE9vbnVoXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

5.3底盤控制軟件流程 在本作品中,底盤控制采用 STM32單片機作為主控芯片,其程序結(jié)構(gòu)圖如 圖所示。當(dāng)機器人在運動的過程中,會不斷檢測前方是否有樓梯,沒有檢測到樓 梯,變形輪不變形維持原狀;當(dāng)檢測到樓梯,根據(jù)測量的樓梯尺寸,STM32控制 變形輪變形到特定的擴大程度和旋轉(zhuǎn)角度后,開始爬樓。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=ZDE1NTY3MzQ0M2E2MTYzNmEyOWRiYjZmZmQ3N2Q5YzZfaU00UE5LZTJVZVh2cHptUlMxbGtyRmZaSkRhTXd0dGdfVG9rZW46STcyTGJmNFYzb3ZnUEh4azRxOGNQRWcwbjFiXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

六、系統(tǒng)測試

6.1機械結(jié)構(gòu)測試

驗證機械結(jié)構(gòu)可行性、操作穩(wěn)定性及功能完備性。測試確認:

變形輪通過電動推桿伸縮實現(xiàn)輪轂角度與擴張距離調(diào)節(jié),滿足樓梯尺寸自適應(yīng)需求。

結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,通過仿真與實際測試驗證,可穩(wěn)定完成爬樓與行走模式切換。

6.2目標(biāo)檢測測試

流程與結(jié)果:

數(shù)據(jù)集構(gòu)建:采集圖像并標(biāo)注,轉(zhuǎn)換為YOLOv5s適配格式(圖片+txt)。

模型訓(xùn)練:基于YOLOv5s,訓(xùn)練后輸出評估指標(biāo):

  1. Precision: 0.6086
  2. Recall: 0.5641
  3. mAP@0.5: 0.5703
  4. mAP@0.5:0.95: 0.3221

實測效果:成功檢測目標(biāo),滿足基礎(chǔ)需求,但精度待優(yōu)化。

6.3底盤控制測試

電動推桿:PWM控制精度達標(biāo),可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)變形輪擴張與角度。

里程計:STM32實時讀取速度、加速度、位置信息,誤差<5%。

結(jié)論:底盤控制穩(wěn)定,滿足多模式運動需求。

6.4 SLAM建圖測試

方法對比:

激光雷達:建圖范圍廣,但易受環(huán)境縫隙干擾。

RGBD相機:受光照影響,邊界模糊。

融合方案:激光雷達+RGBD投影融合,生成高精度2D柵格地圖,消除縫隙干擾,邊界清晰。

6.5路徑規(guī)劃測試

改進A*算法(對比傳統(tǒng)A*):

搜索節(jié)點數(shù)減少30%,路徑長度縮短15%,規(guī)劃時間降低25%。

冗余節(jié)點去除后,路徑平滑度提升,內(nèi)存占用減少20%。

https://horizonrobotics.feishu.cn/space/api/box/stream/download/asynccode/?code=OTkzZjRkYzdmYmI1ZDg4NTdlZDRkMDU1YjkxNDBjNDBfWFFrY0JoYnJiZUtnWDQ2WUZnd1dsS0xuRmg4VzNzcGNfVG9rZW46STJwU2JCb0NHbzM2VjF4Sm9vVGNxeXo4bmNlXzE3NDA3MzIzMTY6MTc0MDczNTkxNl9WNA

6.6人機交互測試

OCR+NLP:成功從虛擬配送單提取地址,準(zhǔn)確率>85%。

ASR+NLP:語音指令中地址抽取準(zhǔn)確率>80%,支持模糊語義(如“送到三號樓二層”)。

語音反饋:合成語音播報任務(wù)信息,用戶可確認指令正確性。


關(guān)鍵結(jié)論

  • 各模塊功能均通過測試,滿足跨樓層配送需求。
  • 目標(biāo)檢測與路徑規(guī)劃精度待優(yōu)化,可通過擴展數(shù)據(jù)集與算法調(diào)參進一步提升。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
  • 機器人
    +關(guān)注

    關(guān)注

    212

    文章

    28938

    瀏覽量

    209748
  • AI
    AI
    +關(guān)注

    關(guān)注

    87

    文章

    32505

    瀏覽量

    271766
  • RDK
    RDK
    +關(guān)注

    關(guān)注

    0

    文章

    16

    瀏覽量

    9098
收藏 0人收藏

    評論

    相關(guān)推薦

    美軍研發(fā)跳《江南Style》的新型機器人

    ` 本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 09:49 編輯 該機器人以電影《星球大戰(zhàn)》機械C-3PO為藍本?!   ∶绹ゼ醽喞砉ご髮W(xué)與美國海軍研究實驗室合作,研究新型消防
    發(fā)表于 11-08 16:59

    簡易DIY——太陽衛(wèi)星陀螺機器人

    `本項目介紹的是太陽衛(wèi)星機器人,同樣是采用太陽脈動充放電控制電路,但是卻是另外一種全新的運動方式——以陀螺旋轉(zhuǎn)的方式移動,所以又稱為太陽陀螺
    發(fā)表于 03-05 14:44

    美國機器人快遞

    10到15倍。據(jù)悉,機器人快遞裝有導(dǎo)航和避障系統(tǒng),能夠在99%的時間里全完自主行駛。但考慮到安全問題,人工操作也會對其進行監(jiān)控。而且機器人
    發(fā)表于 12-31 11:32

    AI語音智能機器人開發(fā)實戰(zhàn)

    。參與直播觀眾將獲得哪些知識點:(1) "AI語音識別機器人"整機測試、開發(fā)基礎(chǔ)與準(zhǔn)備(2) "AI語音識別機器人"開發(fā)環(huán)境搭建、代碼編譯、系統(tǒng)燒錄(
    發(fā)表于 01-04 11:48

    伯克利和CMU聯(lián)合開發(fā)像人類一樣行走的腿形機器人ATRIAS

    還記得波士頓動力那些靈活的機器人么,避障礙爬樓梯甚至送快遞,在各種地形隨意穿梭。
    的頭像 發(fā)表于 07-03 14:40 ?4079次閱讀

    這款爬樓快遞機器人,可以讓你不用下樓,快遞直接送進家

    業(yè)內(nèi)專家在觀看了“爬樓快遞派送機器人”演示后認為,相比外界所知道的京東派送快遞機器人,這款機器人
    發(fā)表于 07-26 15:33 ?6731次閱讀

    Cheetah 3獵豹機器人,一款不靠視覺就能移動的機器人

    據(jù)報道,麻省理工學(xué)院近日研制了一款Cheetah 3獵豹機器人,不需要視覺就能爬樓梯臺階。相對于此前利用攝像頭視覺的機器人,該機器人有極大的
    發(fā)表于 08-03 17:19 ?2831次閱讀

    爬樓梯的快遞機器人如果量產(chǎn) 快遞小哥真的要失業(yè)了

    最近,杭州電子科技大學(xué)的學(xué)生研發(fā)出了一款爬樓梯的快遞機器人,它可以先給快遞買家發(fā)短信,得到“在家”確認后再出發(fā)送
    發(fā)表于 01-30 13:36 ?1678次閱讀

    如何實現(xiàn)雙足機器人爬樓梯的步態(tài)規(guī)劃與參數(shù)優(yōu)化

    對各種行走環(huán)境的較強適應(yīng)能力是雙足步行的一個重要性能,這也是雙足機器人相對于輪式機器人的優(yōu)點之一。樓梯是人類生活環(huán)境中常見的行走環(huán)境,具有爬樓能力是雙足機器人應(yīng)具有的基本功能。本文針對
    發(fā)表于 04-07 16:27 ?34次下載
    如何實現(xiàn)雙足<b class='flag-5'>機器人</b><b class='flag-5'>爬樓</b>梯的步態(tài)規(guī)劃與參數(shù)優(yōu)化

    自動調(diào)整平衡的爬樓機器人設(shè)計

    自平衡機器人是獨特的移動平臺,使用閉環(huán)控制系統(tǒng)可將其直立在兩個輪子上。 ? 他們可以使用差速轉(zhuǎn)向在現(xiàn)場打開,并具有緊湊的外形尺寸,從而限制了所需的地面空間。 ? 但是,它們有很大的局限性,無法在實際
    的頭像 發(fā)表于 12-25 16:58 ?2807次閱讀

    如何利用Arduino UNO制作一個爬樓機器人

    本文將向您展示如何制作一個非?;镜?b class='flag-5'>爬樓機器人。這是我們?yōu)镾ervoCity+Actobotics爬樓梯挑戰(zhàn)而建造的樓梯熊。事實證明,最后的效果非常棒!
    的頭像 發(fā)表于 04-03 15:39 ?4434次閱讀
    如何利用Arduino UNO制作一個<b class='flag-5'>爬樓</b>梯<b class='flag-5'>機器人</b>

    制作一個爬樓機器人

    電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《制作一個爬樓機器人.zip》資料免費下載
    發(fā)表于 10-18 09:14 ?1次下載
    制作一個<b class='flag-5'>爬樓</b>梯<b class='flag-5'>機器人</b>

    全球招募新品體驗官 | 30天玩轉(zhuǎn)地平線RDK X3 Module

    作為與機器人開發(fā)者一路相伴、共同成長的開放社區(qū),地平線開發(fā)者社區(qū)自發(fā)布TogetheROS.Bot機器人操作系統(tǒng)這一年時間,聚集起一批有想法有能力的活躍開發(fā)者,基于RDKX3(旭日X3
    的頭像 發(fā)表于 06-15 09:40 ?1180次閱讀
    全球招募新品體驗官 | 30天玩轉(zhuǎn)地平線<b class='flag-5'>RDK</b> <b class='flag-5'>X3</b> Module

    地平線RDK X3語音算法通過Alexa ACM方案認證

    地平線RDK X3是地平線基于自研的旭日3芯片,針對通用機器人開發(fā)場景打造的智能開發(fā)板,為各類算法的開發(fā)部署提供了堅實的硬件基礎(chǔ)。地平線RDK
    的頭像 發(fā)表于 07-18 16:37 ?1497次閱讀
    地平線<b class='flag-5'>RDK</b> <b class='flag-5'>X3</b>語音算法通過Alexa ACM方案認證

    “你的錢來了”:財神1號,RDK X3驅(qū)動,自動撿錢不手軟!

    采用 RDK X3 打造無情的撿錢機器,每天8億紙幣掉在路面上,財神1號幫你撿個夠!
    的頭像 發(fā)表于 02-18 11:15 ?302次閱讀
    “你的錢來了”:財神1號,<b class='flag-5'>RDK</b> <b class='flag-5'>X3</b>驅(qū)動,自動撿錢不手軟!

    電子發(fā)燒友

    中國電子工程師最喜歡的網(wǎng)站

    • 2931785位工程師會員交流學(xué)習(xí)
    • 獲取您個性化的科技前沿技術(shù)信息
    • 參加活動獲取豐厚的禮品