移动式座便器机器人无轨导航系统设计与实现.pdf

根据文件内容，本文介绍的是一项关于移动式座便器机器人的无轨导航系统设计与实现的研究。这种机器人旨在解决失能患者在床上大小便困难和护理人员工作负担重的问题。研究团队包括曹宇、李奇林、王丹、张天成、俞成涛和刘凯磊，来自江苏理工学院机械工程学院。 研究提出了一种基于激光雷达、惯性测量单元（IMU）和里程计的移动式座便器机器人，它可以无轨自主导航至护理床下与排便口对接。文中提到机器人采用了cartographer算法进行建图，同时使用ROS（Robot Operating System）导航功能包进行轨迹规划。作者特别强调了该系统的优点，包括降低护理难度、提高患者舒适度和减轻护理人员的负担。 在具体技术上，研究中提到机器人采用双直流无刷电机驱动的差速运动方式，这样的设计使得机器人可以进行精确的运动控制。文中还介绍了一个对应的机器人运动学模型，通过这个模型可以对机器人的运动进行离散化编程，使其能够根据传感器的输入数据和运动学的计算，精准移动到目标位置。 此外，研究还涉及到SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即同步定位与地图构建）技术。SLAM技术是机器人领域的一项关键技术，允许机器人在未知环境中实现定位和构建环境地图的功能。文中提到了基于回环检测的cartographer算法和基于RBPF滤波与scanmatch的gmapping算法，这些算法都是当前SLAM领域的研究热点。路径规划方面，文中提到了D*算法、A*算法等，这些都是用于指导机器人在已知地图中寻找最短路径或者最优路径的算法。 该研究得到了江苏省科技计划社会发展项目和江苏理工学院社科基金项目的支持，表明它受到了政策和财政上的重视。 在应用层面，本文设计的移动式座便器机器人系统若投入实际应用，将具有重要的社会价值，特别是在老龄化社会的背景下，可显著提高失能老人的生活质量，同时减轻护理人员的工作压力。 本文还提供了详细的技术参数和模型，包括机器人底盘模型和运动学模型，以及机器人如何根据传感器数据来控制其速度和角度的具体计算方法，这些都为后续的开发和研究工作奠定了基础。通过实验验证，研究证明了所设计系统的可行性，机器人能够准确建图并选择最优路径，有效规避障碍物，达到预期的导航效果。