<p><em>  简要介绍作品： 基于ROS机器人室内slam定位以及配合无人机惯性导航进行精确空投的自主运输物流模式。 </em>  一、作品详情；  国内目前的物流模式大部分由人工进行中远程距离的运输，很少有更加智能的物流模式，本物流模式的设计有效地减少的人为运输过程中可能出现的危险以及失误，从而降低了损失。全过程实现由无人机携带物品起飞精确识别到地面ROS机器人并进行定点空投，由slam进行精确室内建图使物品自动归类。全过程路线可自主优化得出。（详情见项目文档） *  二、描述作品所面临的挑战及所解决的问题； 解决的问题：         从技术能力方面来讲，以前集装箱、自动化设备等物流技术的发展均对物流行业产生了根本性的影响。未来，技术对物流的改变主要体现在三方面。其一，无人驾驶、无人仓等智能设备将在下一阶段极大地促进物流行业发展——提高效率、降低错误率；其二，大数据和互联网会改变物流协同的方式，目前货车帮、运满满、新达达等创业物流企业均在做这些尝试；其三，人工智能将全链条优化物流。       该作品可以广泛应用在行李搬运，医疗、冷链大型机械等的运输，具有着高效率、低成本、精细化、错误率低，应用范围广等众多优势       我国智能物流行业2008年起进入快速发展时期，市场规模由620亿元提升至2019年的3380亿元复合年增长率21%，并有望于2020年达到5850亿持续保持高速增长。       从国外的角度来看，如日本、美国等发达国家都已经成为智慧物流产业的领导者，而随着国内市场规模的变化，一些技术水平也已经达到了国际水平，并且也形成了较完善的产业链条，不但减少了物流成本，还实现了产业的升级。从物联网技术的角度来看，美国的沃尔玛、德国的麦德龙等大型零售企业都有属于自己的RFID 计划，并且也在准备进行巨额投资。联邦包裹、联邦快递等大型的物流公司，其在监控技术和物流跟踪上也投入了使用，从而形成RFID 的巨大市场和较为健全的产业链。一些发达国家的管理部门也为智慧物流发展提供了一个很好的环境，第一，即利用当地政府和企业的合作投资来完善运营体系、运行网络等方面的建设。第二，即开放市场，为行业竞争创建一个公平的市场环境。第三，可以适当地给予一些政策支持，这样可以促进国家和企业之间的协调合作，从而让物流体系变得更规范。</p> <p>无人机： （1）、 飞控算法：传感器滤波、传感器校准、姿态解算、惯性导航、控制算法、视觉算法，系统工程缺一不可。 （2）、 无人机机架动力学模型设计与仿真：根据所运输物品的重量、大小、形态设计出适应不同种类物品结构的机架，确保物品在运输过程中不会出现失误。 （3）、 GPS：精确室外定位导航并且划定无人机航线。 注： 详细传感器使用及过程描述见项目文档</p> <p>ROS机器人： （1）、 ROS系统构架设计与安装 （2）、 Ubuntu VMware Workstation软件的开发与利用ROS库及launch启动文件等进行ROS机器人的实物开发。 （3）、 ROS机器人建模与仿真 （4）、 ROS机器人slam建图与自主导航 注： 详细使用及过程描述见项目文档 面临的挑战：         此物流模式的应用需要相关部门进行无人机低空航线的规划，我们组在拍摄视频的过程中由于受限于环境、资金、法律以及场地因素的限制，无法进行室外长远距离的无人机航线规划，更无法录制相应视频。        视频内容仅限于在室内模拟此物流模式全过程流程。这种物流模式更加智能化，有效减少人为失误。高效、便捷，适用于大型物流公司、前景可观。 *  三、描述作品硬件、软件部分涉及到的关键点； 硬件： (1)无人机： 本系统采用了TI芯片作为核心处理器，进行姿态解算、图像识别、定高测距、GPS定位等功能；采用MPU60500实时探测飞机加速度、陀螺等姿态信息；采用了OpenMV实时识别无人机在飞行当中的物体；采用了超声波来对无人机进行测距；采用了光流模块来对无人机来进行定高；采用了GPS模块来进行定位。系统总体设计框图如图2.1， 具体的设计模块的指标如下表：表2.1（各模块选型及技术指标）</p> <table> <tr> <th></th> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td>模块的名称</td> <td>模块的型号</td> <td>模块的指标</td> </tr> <tr> <td>陀螺仪加速度计</td> <td>MPU6050</td> <td>数据传输速率：400kHz；供电范围：2.375~3.46V；工作电流：3.6mA</td> </tr> <tr> <td>图像传感器</td> <td>OpenMV</td> <td>主频：216MHZ；帧率：85~90帧；传输速率：48Mbps；像素：640×480灰度；存储温度：－40℃~125℃</td> </tr> <tr> <td>超声波模块</td> <td>US100</td> <td>电压：5V；静态电流：小于2mA;感应角度：0~15°探测距离：2cm~450cm</td> </tr> <tr> <td>光流模块</td> <td>LC306</td> <td>供电电压：1.5V~3.6V；温度测量：-40℃~105℃；消耗功率：2.7µW；测量时间：50ms；响应时间5s</td> </tr> <tr> <td>GPS模块</td> <td>ATGM332D</td> <td>跟踪灵敏度：-162dBm；定位精度：2.5米；工作电压：3.3V</td> </tr> <tr> <td>微处理器</td> <td>TM4C123GLAUNCHPAD</td> <td>输入通道：12；分辨率：12位；使用电压：3~5V；主频80MHz，256kB Flash，32kB SRAM</td> </tr> </table> <p>(2)ROS机器人： 本系统是以树莓派3B为核心的处理器，进行运动解算、定位导航等功能；采用了IMU测量ROS机器人的三轴姿态角；采用RPLIDAR对ROS进行定位导航；采用STM32F103对ROS机器人的电机驱动。系统的总体框图如图2.1所示，各个模块选型及其技术指标如表2.1。图2.1系统总框图具体的模块技术指标如下表：表2.1模块的技术指标：</p> <table> <tr> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td>模块名称</td> <td>模块的具体指标</td> </tr> <tr> <td>IMU</td> <td>分辨率：128RGB× 128DOT；供电电压：3.7V；电流：40mA</td> </tr> <tr> <td>RPLIDAR</td> <td>测量角度：360°；扫描频率：5.5Hz；功率：小于5mW</td> </tr> <tr> <td>STM32F103电机驱动板</td> <td>RAM容量：20K×8；电压：2~3.6V；工作温度：-40℃~80℃</td> </tr> <tr> <td>树莓派3B</td> <td>电压：5V；电流：2.5A；最大功耗7.2W；工作温度：小于50℃</td> </tr> </table> <p>软件： (1)无人机： 飞控算法：传感器滤波、传感器校准、姿态解算、惯性导航、控制算法、视觉算法 (2)ROS机器人： Ubuntu VMware Workstation软件的开发与利用ROS库及launch启动文件等核心算法进行SLAM室内建图定位</p> <p>*  四、作品材料清单； 无人机：</p> <table> <tr> <th></th> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td>模块的名称</td> <td>模块的型号</td> <td>模块的指标</td> </tr> <tr> <td>陀螺仪加速度计</td> <td>MPU6050</td> <td>数据传输速率：400kHz；供电范围：2.375~3.46V；工作电流：3.6mA</td> </tr> <tr> <td>图像传感器</td> <td>OpenMV</td> <td>主频：216MHZ；帧率：85~90帧；传输速率：48Mbps；像素：640×480灰度；存储温度：－40℃~125℃</td> </tr> <tr> <td>超声波模块</td> <td>US100</td> <td>电压：5V；静态电流：小于2mA;感应角度：0~15°探测距离：2cm~450cm</td> </tr> <tr> <td>光流模块</td> <td>LC306</td> <td>供电电压：1.5V~3.6V；温度测量：-40℃~105℃；消耗功率：2.7µW；测量时间：50ms；响应时间5s</td> </tr> <tr> <td>GPS模块</td> <td>ATGM332D</td> <td>跟踪灵敏度：-162dBm；定位精度：2.5米；工作电压：3.3V</td> </tr> <tr> <td>微处理器</td> <td>TM4C123GLAUNCHPAD</td> <td>输入通道：12；分辨率：12位；使用电压：3~5V；主频80MHz，256kB Flash，32kB SRAM</td> </tr> </table> <p>ROS机器人：</p> <table> <tr> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td>模块名称</td> <td>模块的具体指标</td> </tr> <tr> <td>IMU</td> <td>分辨率：128RGB× 128DOT；供电电压：3.7V；电流：40mA</td> </tr> <tr> <td>RPLIDAR</td> <td>测量角度：360°；扫描频率：5.5Hz；功率：小于5mW</td> </tr> <tr> <td>STM32F103电机驱动板</td> <td>RAM容量：20K×8；电压：2~3.6V；工作温度：-40℃~80℃</td> </tr> <tr> <td>树莓派3B</td> <td>电压：5V；电流：2.5A；最大功耗7.2W；工作温度：小于50℃</td> </tr> </table> <p>*  五、作品图片上传；（PCB上须有大赛logo标识并拍照上传，若无视为放弃参赛） PCBlogo： ![]TEEMOCELPP@XX<a href="//image.lceda.cn/pullimage/r0IYXZ6Bhp5IqRRTknLzmhnsMbHNpWL8Chi7A1hK.jpeg" target="_blank">)YFVVE3D.jpg</a></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/VimN7MQCFyJ1y9yWwEifjhzLTtPFC1Y7ObmJ8mxF.png" alt="VZ8Z80(S($E9G%3STCN)@%3.png"> 无人机：</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Y2O6cGepVvgwMkwt0OKOdKJxxetoAPC1DbGzQFEC.jpeg" alt="无人机1.jpg"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/LQGFDa0z8UcRUwPBXMOPbx6Qi2l0qvgkAvS6nuqx.jpeg" alt="无人机2.jpg"> ROS机器人： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/HFjv16mofsKBiYS2fhoPTZRXr1qtqb9WKiLvwD2O.jpeg" alt="ROS机器人1.jpg"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/EUsoMtStT2Eh6gU0tjiYMuEQIlUFF6wZushkSWEt.jpeg" alt="ROS机器人2.jpg"></p> <p>*  六、演示您的作品并录制成视频上传；（视频内容须包含：作品介绍；功能演示；性能测试；PCB上大赛logo标识特写镜头，若无视为放弃参赛） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/htmcCHHgvzbDOdR514Nh6Vl37qiG390Qa6OyuQ9a.jpeg" alt="QQ图片20190901201507.jpg"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/fkPB2tBcVFHLg4wBgnEPkuRziBfuXkt6PN6iYSIQ.png" alt="QQ图片20190901201023.png"></p> <p>(详细视频资料见项目附件中。)</p> <p>七、开源文档。 无人机：                                                                                                              目录 <a href="#_Toc7927_WPSOffice_Level1" target="_blank">1. 系统的设计功能指标 </a> <a href="#_Toc31188_WPSOffice_Level1" target="_blank">2.设计方案工作原理 </a> <a href="#_Toc2583_WPSOffice_Level1" target="_blank">3.具体系统设计 </a> <a href="#_Toc31188_WPSOffice_Level2" target="_blank">3.1硬件电路设计 </a> <a href="#_Toc31188_WPSOffice_Level3" target="_blank">3.1.1传感器模块 </a> <a href="#_Toc2583_WPSOffice_Level3" target="_blank">3.1.2图像传感器 </a> <a href="#_Toc14354_WPSOffice_Level3" target="_blank">3.1.3超声波模块 </a> <a href="#_Toc17351_WPSOffice_Level3" target="_blank">3.1.4光流模块 </a> <a href="#_Toc2538_WPSOffice_Level3" target="_blank">3.1.5GPS模块 </a> <a href="#_Toc15660_WPSOffice_Level3" target="_blank">3.1.6微处理器 </a> <a href="#_Toc2583_WPSOffice_Level2" target="_blank">3.2软件算法的程序设计 </a> <a href="#_Toc3606_WPSOffice_Level3" target="_blank">3.2.1 姿态解算算法 </a> <a href="#_Toc10300_WPSOffice_Level3" target="_blank">3.2.2基于OpenMV识别算法 </a> <a href="#_Toc3147_WPSOffice_Level3" target="_blank">3.2.3 无人机软件控制流程 </a> <a href="#_Toc14354_WPSOffice_Level1" target="_blank">4.试验检测 </a> <a href="#_Toc17351_WPSOffice_Level1" target="_blank">5.参考文献</a> 1.系统的设计功能指标 无人机自主空投，自动返航，配合地面机器人进行物品移自动分类。 2.<strong><strong>设计方案工作原理</strong></strong> 本系统采用了TI芯片作为核心处理器，进行姿态解算、图像识别、定高测距、GPS定位等功能；采用MPU60500实时探测飞机加速度、陀螺等姿态信息；采用了OpenMV实时识别无人机在飞行当中的物体；采用了超声波来对无人机进行测距；采用了光流模块来对无人机来进行定高；采用了GPS模块来进行定位。系统总体设计框图如 图2.1（系统总体设计框图）具体的设计模块的指标如下表：表2.1（各模块选型及技术指标）</p> <table> <tr> <th></th> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td>模块的名称</td> <td>模块的型号</td> <td>模块的指标</td> </tr> <tr> <td>陀螺仪加速度计</td> <td>MPU6050</td> <td>数据传输速率：400kHz；供电范围：2.375~3.46V；工作电流：3.6mA</td> </tr> <tr> <td>图像传感器</td> <td>OpenMV</td> <td>主频：216MHZ；帧率：85~90帧；传输速率：48Mbps；像素：640×480灰度；存储温度：－40℃~125℃</td> </tr> <tr> <td>超声波模块</td> <td>US100</td> <td>电压：5V；静态电流：小于2mA;感应角度：0~15°探测距离：2cm~450cm</td> </tr> <tr> <td>光流模块</td> <td>LC306</td> <td>供电电压：1.5V~3.6V；温度测量：-40℃~105℃；消耗功率：2.7µW；测量时间：50ms；响应时间5s</td> </tr> <tr> <td>GPS模块</td> <td>ATGM332D</td> <td>跟踪灵敏度：-162dBm；定位精度：2.5米；工作电压：3.3V</td> </tr> <tr> <td>微处理器</td> <td>TM4C123GLAUNCHPAD</td> <td><strong><strong>3.具体系统设计</strong></strong>********3.1硬件电路设计****<strong>****</strong>3.1.1传感器模块<strong>****</strong>传感器模块分为加速度计陀螺仪MPU6050和气压计SPL06构成。MPU6050由三个独立的振动MEMS速率陀螺仪组成，可检测旋转角度X轴，Y轴和Z轴。SPL06是歌尔推出气压传感器，定位精度可达5cm。在此无人机巡线时能够帮助无人机计算飞行途中的加速度，偏转、倾斜时的转动角速度，来判断无人机在三维空间的运动轨迹，从而帮助无人机完成巡线任务。电路图如图3.1所示，实物图如3.2所示。</td> </tr> </table> <p>ROS机器人：</p> <p>目录 <a href="#_Toc32656_WPSOffice_Level1" target="_blank">1.系统的任务指标 </a> <a href="#_Toc15112_WPSOffice_Level1" target="_blank">2.设计方案的工作原理 </a> <a href="#_Toc15112_WPSOffice_Level2" target="_blank">2.1系统总体设计方案 </a> <a href="#_Toc8852_WPSOffice_Level2" target="_blank">2.2方案的分析 </a> <a href="#_Toc8852_WPSOffice_Level1" target="_blank">3.具体系统设计 </a> <a href="#_Toc24252_WPSOffice_Level2" target="_blank">3.1IMU </a> <a href="#_Toc29258_WPSOffice_Level2" target="_blank">3.2RPLIDAR A1 </a> <a href="#_Toc15929_WPSOffice_Level2" target="_blank">3.3SLAM导航 </a> <a href="#_Toc27285_WPSOffice_Level2" target="_blank">3.4 STM32F103电机驱动板 </a> <a href="#_Toc2363_WPSOffice_Level2" target="_blank">3.5树莓派3B </a> <a href="#_Toc24252_WPSOffice_Level1" target="_blank">4.试验的检测</a> 1.系统的任务指标<strong><strong>无人机空投物品至ROS机器人上，ROS机器人SLAM见图自主导航至指定仓库，实现物品自动分类功能。</strong></strong> 2.设计方案的工作原理<strong><strong>2.1系统总体设计方案</strong></strong>本系统是以树莓派3B为核心的处理器，进行运动解算、定位导航等功能；采用了IMU测量ROS机器人的三轴姿态角；采用RPLIDAR对ROS进行定位导航；采用STM32F103对ROS机器人的电机驱动。系统的总体框图如图2.1所示，各个模块选型及其技术指标如表2.1。  图2.1系统总框图具体的模块技术指标如下表：表2.1模块的技术指标：</p> <table> <tr> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td>模块名称</td> <td>模块的具体指标</td> </tr> <tr> <td>IMU</td> <td>分辨率：128RGB× 128DOT；供电电压：3.7V；电流：40mA</td> </tr> <tr> <td>RPLIDAR</td> <td>测量角度：360°；扫描频率：5.5Hz；功率：小于5mW</td> </tr> <tr> <td>STM32F103电机驱动板</td> <td>RAM容量：20K×8；电压：2~3.6V；工作温度：-40℃~80℃</td> </tr> <tr> <td>树莓派3B</td> <td>电压：5V；电流：2.5A；最大功耗7.2W；工作温度：小于50℃</td> </tr> </table> <p>注：具体图片由于格式问题无法显示，详细开源文档内容以及视频资料见项目附件内 注：具体图片由于格式问题无法显示，详细开源文档内容以及视频资料见项目附件内 注：具体图片由于格式问题无法显示，详细开源文档内容以及视频资料见项目附件内</p>