專利名稱：一種安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該實(shí)用新型涉及一種安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，屬于電子技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了多種新的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。其中具有代表性的有蘋果公司iPad平板電腦使用的iOS操作系統(tǒng)、摩托羅拉公司Xoom平板電腦使用的安卓操作系統(tǒng)。隨著這類帶有新型操作系統(tǒng)平板電腦的流行，傳統(tǒng)的采用Windows操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)控制移動(dòng)機(jī)器人的方式已經(jīng)無(wú)法滿足新的要求。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提出一種安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)。一種安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)硬件主要包括Kinect攝像頭(I)、iPad平板電腦(2)、不銹鋼框架(3)、塑料支撐架(4)、上層有機(jī)玻璃板(5)、URG-04LX激光測(cè)距儀
(6)、右支撐架(7)、下層有機(jī)玻璃板(8)、Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人(9)、Mobotix Q24 360°全景攝像頭(10)、橫梁(11)、微型計(jì)算機(jī)FUPC2供電電源(12)、微型計(jì)算機(jī)FitPC2(13)、左支撐架(14)、迷你冷卻風(fēng)扇(15) ^Motorola Xoom平板電腦(45)。Kinect攝像頭(I)固定在塑料支撐架(4)的頂端。Kinect攝像頭(I)是一種網(wǎng)絡(luò)型的攝像頭，它是微軟的一款游戲設(shè)備Xbox 360操控臺(tái)的一個(gè)外部設(shè)備，通過(guò)USB 口與計(jì)算機(jī)相連。這種攝像頭整合了幾項(xiàng)技術(shù)，包括3D成像、音頻處理和馬達(dá)控制。本系統(tǒng)只用到Kinect攝像頭(I)部分，它由以色列公司PrimeSense公司開(kāi)發(fā)的RGB攝像頭和深度傳感器發(fā)展而來(lái)。它的有效感應(yīng)范圍在0.4米到4米之內(nèi)，視角垂直范圍是±43°，水平范圍±57°，幀頻(深度及色彩)30fpSt)PiOneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人(9)上部有一個(gè)兩層的有機(jī)玻璃支撐臺(tái)。利用左右兩根鋼鐵支撐桿(14) (7)將上層玻璃擋板(5)和下層玻璃擋板(8)垂直連接并固定在Pioneer3DX移動(dòng)機(jī)器人(9)上。固定在橫梁(11)上的是Mobotix Q24 360°全景攝像頭(10)。Mobotix Q24 360°全景攝像頭(10)能提供不同視圖，包括全景圖，因此它能覆蓋移動(dòng)平臺(tái)周圍的環(huán)境。攝像頭能提供最高3百萬(wàn)像素，另外彩色圖像的分辨率可以從160X 120增加到2048X 1536。它使用一種基于以太網(wǎng)的界面，攝像頭的特征(包括分辨率、幀速率等)可以通過(guò)發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求調(diào)整。另外，攝像頭本身就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，因此活動(dòng)目標(biāo)影像流可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)連接插口來(lái)獲得；固定在上層有機(jī)玻璃板(5)上的是URG-04LX激光測(cè)距儀(6)，它的測(cè)量范圍在20_到4094mm之間，掃描范圍240°，掃描速率100 ms/scan，距離精確度±3%，角分辨率為0. 36° ;固定在上層有機(jī)玻璃擋板(5)和下層有機(jī)玻璃擋板(8)之間的是微型計(jì)算機(jī)FUPC2的供電電源(12);固定在下層有機(jī)玻璃擋板(8)和Pioneer3DX移動(dòng)機(jī)器人(9)之間的是微型計(jì)算機(jī)FUPC2 (13)，它是一臺(tái)輕巧的微處理計(jì)算機(jī)；由于微型計(jì)算機(jī)FitPC2(13)內(nèi)部沒(méi)有散熱風(fēng)扇，無(wú)法散熱。因此為其配備一臺(tái)冷卻風(fēng)扇(15)，使其能長(zhǎng)時(shí)間工作。冷卻風(fēng)扇(15)固定在Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人(9)上；Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人(9)是一種商業(yè)化的移動(dòng)平臺(tái)。它通過(guò)串口讀取傳感器數(shù)據(jù)和發(fā)送對(duì)移動(dòng)機(jī)器人馬達(dá)的控制命令。Motorola Xoom平板電腦(45)是摩托羅拉公司研發(fā)的一款平板電腦，采用Android3. 0操作系統(tǒng)、Nvidia Tegra 3雙核處理器、十英寸觸摸屏，具有WiFi無(wú)線上網(wǎng)功能并且能下載并使用大量的免費(fèi)應(yīng)用程序。一種安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)軟件部分由機(jī)器人操作系統(tǒng)(RobotOperating System, ROS)構(gòu)成。這是一種開(kāi)源的元操作系統(tǒng)，它提供的服務(wù)類似于真實(shí)操作系統(tǒng)，包括硬件抽象、低端設(shè)備控制、常用函數(shù)實(shí)現(xiàn)、進(jìn)程之間的信息傳輸以及軟件包管理。ROS有兩個(gè)基本的部分，一部分是ROS的核心部分，它的作用相當(dāng)于一個(gè)“操作系統(tǒng)”。這部分的基本功能是可以跟一臺(tái)帶有無(wú)線通信功能并運(yùn)行ROS操作系統(tǒng)的電腦進(jìn)行無(wú)線通信，并能遠(yuǎn)程遙控移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。另一個(gè)部分的程序包是為整個(gè)ROS社區(qū)服務(wù)。ROS社區(qū)指的是所有使用ROS操作系統(tǒng)的個(gè)人、研究團(tuán)體和科研院所都可以將開(kāi)源的代碼共享到ROS社區(qū)中。并且這些代碼可以很容易的下載并移植到其他移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)或傳感器平臺(tái)上。利用這些代碼就能在這個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)追蹤、目標(biāo)識(shí)別、定位、建圖以及自動(dòng)導(dǎo)航等功能。該裝置的有益之處是設(shè)計(jì)一種使用安卓操作系統(tǒng)來(lái)控制移動(dòng)機(jī)器人的平臺(tái)。由于已經(jīng)為Kinect攝像頭(I)和Mobotix Q24 360°攝像頭編寫(xiě)了在機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS中的驅(qū)動(dòng)，因此它們可以在機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS中正常使用。這個(gè)平臺(tái)使用TOsjava編寫(xiě)的基于安卓操作系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人控制程序。另外，以安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人作為基礎(chǔ)，可以為移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別、目標(biāo)追蹤、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)導(dǎo)航以及人機(jī)協(xié)作等提供一種新的研究和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。圖I安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖；圖2 Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人主視圖和底部俯視圖；圖3微型計(jì)算機(jī)FitPC2的主視圖和背面的主視圖；圖4 Kinect攝像頭左視圖；圖5 Mobotix Q24 360°全景攝像頭主視圖和背面的主視圖；圖6 URG-04LX激光測(cè)距儀左視圖；圖7 iPad平板電腦俯視圖；圖8安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)示意圖；圖9 Xoom平板電腦控制界面示意圖。圖中1是Kinect攝像頭，2是iPad平板電腦，3是不銹鋼框架，4是塑料支撐架，5是上層有機(jī)玻璃板，6是URG-04LX激光測(cè)距儀，7是右支撐架，8是下層有機(jī)玻璃板，9是Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人，10是Mobotix Q24 360°全景攝像頭，11是橫梁，12是微型計(jì)算機(jī)FUPC2供電電源，13是微型計(jì)算機(jī)FUPC2，14是左支撐架，15是迷你冷卻風(fēng)扇，16是控制面板、17是前部環(huán)形聲納、18是驅(qū)動(dòng)輪、19是尾輪、20是蓄電池檢修門、21是后部環(huán)形聲納、22是插口、23是電源開(kāi)關(guān)，24是SD存儲(chǔ)卡卡槽，25是RS232接口，26是微型USB接口，27是電源，28是無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)，29是語(yǔ)音輸出，30是網(wǎng)口，31是語(yǔ)音輸入，32是USB口，33是重置鍵，34是數(shù)字視頻系統(tǒng)，35是3D深度傳感器，36是RGB攝像頭，37是多聲道麥克風(fēng)，38是可移動(dòng)底座，39是360°鏡片組，40是揚(yáng)聲器，41是USB連接口，42是網(wǎng)絡(luò)連接，43是總線,44是USB連接線,45是Xoom平板電腦,46是Xoom平板電腦軟件示意圖,47是應(yīng)用程序，48是用rosjava編寫(xiě)的Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人控制程序,49是安卓操作系統(tǒng)內(nèi)核，50是WiFi無(wú)線通信，51是移動(dòng)機(jī)器人定位與建圖及控制的軟件示意圖，52是同步定位與建圖程序，53是坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換程序，54是攝像頭驅(qū)動(dòng)程序，55是URG-04LX激光測(cè)距儀掃描程序，56是Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)程序，57是機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的啟動(dòng)程序，58是Xoom平板電腦控制界面，59是kinect攝像頭獲得的環(huán)境圖像，60是Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人在地圖中的位置，61是使用URG-04LX激光測(cè)距儀掃描獲取的環(huán)境2D地圖，62是操控移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)的觸摸式按鈕，63是電池電量顯示，64是使用Mobotix Q24 360°全景攝像頭攝像頭獲取的環(huán)境圖像。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)附圖，包括安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的Kinect攝像頭(I)包括 3D深度傳感器(35)、RGB攝像頭(36) ；Mobotix Q24 360°全景攝像頭(10)包括360°鏡片組(39)、USB連接口(41)、網(wǎng)絡(luò)連接(42);微型計(jì)算機(jī)FUPC2 (13)包括電源開(kāi)關(guān)(23)、電源(27)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN) (28)、網(wǎng)口 (30)、USB 口 (32) ;URG_04LX激光測(cè)距儀(6)包括USB接口(44)。在存在無(wú)線局域網(wǎng)(50)的條件下，啟動(dòng)微型計(jì)算機(jī)FitPC2(13)，啟動(dòng)Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人(9)，開(kāi)啟Kinect攝像頭(I) ,Mobotix Q24 360°全景攝像頭(10)和URG-04LX激光測(cè)距儀￠)，打開(kāi)iPad平板電腦(2)和Xoom平板電腦(45)。在微型計(jì)算機(jī)FUPC2 (13)的機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS中運(yùn)行同步定位與建圖程序和Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制程序，打開(kāi)Kinect攝像頭(I)或Mobotix Q24 360°全景攝像頭(10)中的任一個(gè)攝像頭。在Xoom平板電腦(45)打開(kāi)移動(dòng)機(jī)器人控制界面，從界面中可以看到移動(dòng)機(jī)器人在地圖中所處的位置。使用觸摸按鈕￠2)即可控制移動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)、后退、向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)。隨著機(jī)器人的移動(dòng)，機(jī)器人在地圖中的位置也會(huì)隨之改變。另外，根據(jù)實(shí)際需要，可以選擇使用Kinect攝像頭(I)或Mobotix Q24 360°全景攝像頭(10)進(jìn)行環(huán)境觀測(cè)。如圖9所示。另外,這個(gè)平臺(tái)還具有視頻語(yǔ)音功能。在Xoom平板電腦(45)上打開(kāi)Skype視頻通話軟件，撥打iPad平板電腦(2)的Skype號(hào)碼，iPad平板電腦(2)接受視頻請(qǐng)求后就可以進(jìn)行視頻和語(yǔ)音了。增加了 iPad平板電腦的移動(dòng)機(jī)器人就可以用于遠(yuǎn)程遙控監(jiān)視或作為導(dǎo)游服務(wù)平臺(tái)使用。本實(shí)施例中，上層擋板(5)和下層擋板(8)均為有機(jī)玻璃制成，具有堅(jiān)固和重量輕的特點(diǎn)。根據(jù)需要可以不斷增加擋板的數(shù)量，以便放置更多的硬件設(shè)備。本實(shí)施例中，Kinect攝像頭(I)采用Microsoft公司生產(chǎn)的三攝像頭。本實(shí)施例中，URG-04LX激光測(cè)距儀(6)采用Hokuyo公司的LRF URG-04LX型激光測(cè)距儀。本實(shí)施例中，全景攝像頭(10)采用M0B0TIX公司生產(chǎn)的半球形Q24 360°全景攝像頭。本實(shí)施例中，微型計(jì)算機(jī)(13)采用CompuLab公司生產(chǎn)的FitPC2微型計(jì)算機(jī),該型計(jì)算機(jī)能運(yùn)行Windows和Linux兩類操作系統(tǒng)。這里的FitPC2微型計(jì)算機(jī)(13)用到了Linux UbuntulO. 04版本的操作系統(tǒng)來(lái)運(yùn)行機(jī)器人操作系統(tǒng)R0S。本實(shí)施例中，F(xiàn)UPC2微型計(jì)算機(jī)(13)采用12V直流電源供電；Kinect攝像頭(I)、URG-04LX激光測(cè)距儀(6)和Mobotix Q24 360°全景攝像 頭(10)采用USB接口供電。
權(quán)利要求1.一種安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，其特征是該裝置包括Kinect攝像頭(I)、iPad平板電腦(2)、不銹鋼框架(3)、塑料支撐架(4)、上層有機(jī)玻璃板(5)、URG-04LX激光測(cè)距儀(6)、右支撐架(7)、下層有機(jī)玻璃板(8) ^Pioneer 3DX移動(dòng)機(jī)器人(9)、MobotixQ24 360°全景攝像頭(10)、橫梁(11)、微型計(jì)算機(jī)FUPC2供電電源(12)、微型計(jì)算機(jī)FitPC2(13)、左支撐架(14)、迷你冷卻風(fēng)扇(15)、平板電腦(45)。
2.權(quán)利要求I所述的一種安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，其特征是平板電腦上具有移動(dòng)機(jī)器人控制界面，從該界面中可以看到移動(dòng)機(jī)器人在環(huán)境地圖中所處的位置并控制移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
專利摘要該實(shí)用新型涉及一種安卓操作系統(tǒng)控制的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，該裝置主要包括Kinect攝像頭(1)、URG-04LX激光測(cè)距儀(6)、MobotixQ243600全景攝像頭(10)、微型計(jì)算機(jī)FitPC2(13)和Xoom平板電腦；在微型計(jì)算機(jī)FitPC2(13)的機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS中運(yùn)行同步定位與建圖程序和Pioneer3DX移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制程序，打開(kāi)Kinect攝像頭(1)或全景攝像頭(10)中的任一個(gè)攝像頭；在Xoom平板電腦上打開(kāi)移動(dòng)機(jī)器人控制界面，從界面中可以看到移動(dòng)機(jī)器人在地圖中所處的位置；使用Xoom平板電腦的觸摸按鈕即可控制移動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)、后退、向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)；隨著機(jī)器人的移動(dòng)，機(jī)器人在地圖中的位置也會(huì)隨之改變；另外，這個(gè)平臺(tái)還具有視頻語(yǔ)音功能；增加了iPad平板電腦的移動(dòng)機(jī)器人就可以用于遠(yuǎn)程遙控監(jiān)視或作為導(dǎo)游服務(wù)平臺(tái)使用。
文檔編號(hào)H04N5/225GK202494922SQ201220084128
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者陶重犇 申請(qǐng)人:陶重犇