写在前面

在我的想象中机器人首先应该能自由的走来走去，然后应该能流利的与主人对话。朝着这个理想，我准备设计一个能自由行走，并且可以与人语音对话的机器人。实现的关键是让机器人能通过传感器感知周围环境，并通过机器人大脑处理并输出反馈和执行动作。本章节涉及到的传感器有激光雷达、IMU、轮式里程计、麦克风、音响、摄像头，和用于处理信息的嵌入式主板。关于传感器的ROS驱动程序开发和在机器人上的使用在后面的章节会展开，本章重点对机器人传感器和嵌入式主板进行讲解，主要内容：

1.ydlidar-x4激光雷达

2.带自校准九轴数据融合IMU惯性传感器

3.轮式里程计与运动控制

4.音响麦克风与摄像头

5.机器人大脑嵌入式主板性能对比

6.做一个能走路和对话的机器人

6.做一个能走路和对话的机器人

在我的想象中机器人首先应该能自由的走来走去，然后应该能流利的与主人对话。朝着这个理想，我准备设计一个能自由行走，并且可以与人语音对话的机器人。为了更形象的表达我的想法，我的小学五年级的绘画水平也是豁出去了，如果有大神路过，恳请多多包涵，画好后的样子大概就是这样啦，如图46。

（图46）想象中的机器人

有了想法，接下来就要开始亲自动手DIY了。体验动手乐趣的同时，以玩耍的形式融入当下前沿的SLAM、自动导航、图像识别、语音识别、自然语言处理等技术，提高自己的同时找到属于儿时的那一份快了。

说干就干，首先需要准备好激光雷达、IMU、底盘、音响、麦克风、摄像头这些传感器，然后还要准备一块树莓派3开发板作为机器人的大脑。其实这些知识已经通过前面的文章打好了基础，所以就好办多了，准备好这些东西就好了，如图47。

（图47）DIY部件准备

准备好传感器和树莓派3后，就可以进行组装了。经过紧张有趣的组装后，一台有趣的机器人就被DIY出来了，这时候终于可以看到传说中的机器人的真容了，如图48，虽然机器人的真实样子没有想象中的那么有艺术感，但科技感十足有木有@^@

（图48）DIY出来的机器人真容

麻雀虽小五脏俱全，现在就来对这个会说话会走路的机器人做一做剖析吧。机器人的骨架是由亚克力板和铜柱组合而成；两个带编码器的减速电机和一个万向轮作为运动执行机构；可充电锂电池给整个机器人供电；stm32电机控制板用于控制电机运动并提供里程数据，是底盘的核心部件；激光雷达提供环境障碍信息，用于SLAM建图和避障导航；IMU用于在里程计数据融合、SLAM建图、导航中提供惯导数据；免驱USB声卡、音响、四麦阵列指向性麦克风作为语音交互过程中的输入输出部件；摄像头用于物体识别、物体跟踪、环境监控、视觉辅助定位；树莓派3是整个机器人的中央处理单元，各个传感器的ROS驱动、SLAM算法、导航算法、语音交互、自然语言处理算法、图像处理算法都将运行在上面。为了更好的理解机器人的工作原理，这里给出机器人的硬件框架，如图49。

（图49）机器人硬件框架

机器人的硬件搭建完毕后，就要赋予机器人灵魂了。这里说的灵魂就是我们的软件及算法，包括各个传感器的ROS驱动、轮式里程计与IMU融合、激光SLAM建图、自主导航避障、语音识别、语音合成、自然语言处理、物体识别、物体跟踪、远程视频监控、视觉辅助定位、机器人与工作PC、Android手机之间的通信等。为了更好的理解机器人的工作原理，这里给出机器人的软件框架，如图50。

（图50）机器人软件框架

做了如此长的铺垫，大家肯定已经等不及要亲自动手去开发机器人上的软件代码了。别急，接下来的章节将跟你娓娓道来，让你体验动手写程序真正的快乐$^$

参考文献 

[1] 张虎，机器人SLAM导航核心技术与实战[M]. 机械工业出版社，2022.

Github源码：https://github.com/xiihoo/Books_Robot_SLAM_Navigation