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概述多傳感器融合室外作業(yè)智能機(jī)器人，是基于MATLAB/Simulink和ROS聯(lián)合開發(fā)，集成了安裝Linux和ROS的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由開源四驅(qū)自主導(dǎo)航的移動(dòng)底盤、多軸機(jī)械臂、執(zhí)行末端（仿生靈巧手或電動(dòng)夾爪）、開源機(jī)器視覺系統(tǒng)和北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，5G通訊等組成
概述
多傳感器融合室外作業(yè)智能機(jī)器人，是基于MATLAB/Simulink和ROS聯(lián)合開發(fā)，集成了安裝Linux和ROS的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由開源四驅(qū)自主導(dǎo)航的移動(dòng)底盤、多軸機(jī)械臂、執(zhí)行末端（仿生靈巧手或電動(dòng)夾爪）、開源機(jī)器視覺系統(tǒng)和北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，5G通訊等組成。可支持成為機(jī)器人工程、機(jī)電一體化、自動(dòng)化、人工智能等專業(yè)平臺(tái)教學(xué)實(shí)驗(yàn)載體，也可作為機(jī)器人、人工智能等領(lǐng)域的高校、研究所和企業(yè)的科研載體。同時(shí)，也能應(yīng)用于課程實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)術(shù)競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)客、產(chǎn)品開發(fā)等。另外，該產(chǎn)品還支持多傳感器融合，支持智能語音控制、智能識(shí)別、GPS、5G遠(yuǎn)程圖傳、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等應(yīng)用擴(kuò)展。對(duì)用戶搭建目標(biāo)跟隨、巡檢機(jī)器人、生產(chǎn)線上移動(dòng)抓取和上下料等場(chǎng)景應(yīng)用研究提供技術(shù)服務(wù)及支撐。
該平臺(tái)控制算法代碼開源，提供豐富的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)控制實(shí)驗(yàn)、2D/3D機(jī)器抓取等視覺實(shí)驗(yàn)、激光雷達(dá)的定位導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)以及輪轂電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)案例，如三環(huán)控制實(shí)驗(yàn)、電機(jī)PID調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)、導(dǎo)航規(guī)劃算法實(shí)驗(yàn)、ROS通訊實(shí)驗(yàn)、串口驅(qū)動(dòng)移植實(shí)驗(yàn)，CAN驅(qū)動(dòng)移植實(shí)驗(yàn)，視覺標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，機(jī)器視覺定位實(shí)驗(yàn)等。該系統(tǒng)既可以作為自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)器人專業(yè)、機(jī)械電子專業(yè)、智能制造專業(yè)、機(jī)械工程專業(yè)中相關(guān)如《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》、《機(jī)器人控制技術(shù)》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》、《電機(jī)與伺服控制》、《機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)》、《機(jī)器人機(jī)電一體化技術(shù)》、《機(jī)器人操作系統(tǒng)》等課程的配套實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)，也同時(shí)支撐相關(guān)專業(yè)和課程的高級(jí)控制算法的科研。
產(chǎn)品特點(diǎn)
1.開源成熟的工業(yè)結(jié)構(gòu)，伺服性能優(yōu)良，定位精度高，技術(shù)*，模塊化設(shè)計(jì)，易于安裝和使用。
2.采用Simulink和ROS聯(lián)合的圖形化算法開發(fā)方式，提供多軸臂、激光導(dǎo)航、機(jī)器視覺等開源算法模型，方便用戶學(xué)習(xí)研究以及更高級(jí)控制算法的驗(yàn)證。
3.通信控制方式簡單易學(xué)易用，周期短。底盤驅(qū)動(dòng)控制使用RS485總線，周期不大于20ms，機(jī)械臂使用CAN總線，周期小于1.5ms。
4.實(shí)驗(yàn)案例內(nèi)容豐富詳細(xì)，包含大篇幅的技術(shù)及知識(shí)點(diǎn)介紹。
5.電氣接口開放，通信接口開放，支持二次開發(fā)，提供二次開發(fā)技術(shù)支撐
6.支持多傳感器融合，支持智能語音控制、智能識(shí)別、GPS、5G遠(yuǎn)程圖傳、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等應(yīng)用擴(kuò)展。
7.對(duì)用戶搭建目標(biāo)跟隨、巡檢機(jī)器人、生產(chǎn)線移動(dòng)抓取和上下料等場(chǎng)景應(yīng)用研究提供技術(shù)服務(wù)及支撐。
開發(fā)概圖
原理框圖
開發(fā)流程圖
適配教材
《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》
《機(jī)器人控制技術(shù)》
《電機(jī)與伺服控制》
《機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)》
《機(jī)器人機(jī)電一體化技術(shù)》
《機(jī)器人學(xué)、機(jī)器視覺與控制》
《機(jī)器視覺算法與應(yīng)用》
《機(jī)器學(xué)習(xí)：使用OpenCV進(jìn)行智能圖像處理》
《機(jī)器人操作系統(tǒng)》
《現(xiàn)代控制理論》
《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》
《運(yùn)動(dòng)控制》
《MATLAB建模與仿真》
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
| 模塊 | 實(shí)驗(yàn)名稱 | |
| 移動(dòng)底盤 | ROS小烏龜仿真實(shí)驗(yàn) | |
| ROS通訊實(shí)驗(yàn) | ||
| ROS關(guān)鍵組件認(rèn)識(shí) | ||
| URDF模型的描述和建模 | ||
| 傳感器實(shí)驗(yàn) | ||
| 機(jī)器人建圖實(shí)驗(yàn) | ||
| AMCL自適應(yīng)定位實(shí)驗(yàn) | ||
| 路徑規(guī)劃和避障實(shí)驗(yàn) | ||
| 串口驅(qū)動(dòng)通信實(shí)驗(yàn) | ||
| CAN分析儀驅(qū)動(dòng)通信實(shí)驗(yàn) | ||
| 云臺(tái)控制實(shí)驗(yàn) | ||
| 視覺SLAM實(shí)驗(yàn) | ||
| ROS網(wǎng)絡(luò)布局實(shí)驗(yàn) | ||
| 驅(qū)動(dòng)器三環(huán)實(shí)驗(yàn) | ||
| 輪轂電機(jī)PID調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn) | ||
| 初識(shí)Simulink-ROS實(shí)驗(yàn) | ||
| Simulink-ROS避障算法實(shí)驗(yàn) | ||
| 機(jī)械臂 | 運(yùn)動(dòng)學(xué) | 機(jī)械結(jié)構(gòu)認(rèn)知實(shí)驗(yàn) |
| 驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)認(rèn)知實(shí)驗(yàn) | ||
| 運(yùn)動(dòng)學(xué)基本知識(shí)實(shí)驗(yàn) | ||
| 坐標(biāo)系和DH參數(shù)設(shè)定 | ||
| 正運(yùn)動(dòng)學(xué)控制實(shí)驗(yàn) | ||
| 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)控制實(shí)驗(yàn) | ||
| 關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃控制實(shí)驗(yàn) | ||
| 笛卡爾空間軌跡規(guī)劃控制實(shí)驗(yàn) | ||
| 動(dòng)力學(xué) | 單關(guān)節(jié)PID算法正弦曲線跟蹤實(shí)驗(yàn) | |
| 雙關(guān)節(jié)PID算法正弦曲線跟蹤實(shí)驗(yàn) | ||
| 單關(guān)節(jié)自適應(yīng)控制算法正弦曲線跟蹤實(shí)驗(yàn) | ||
| 單關(guān)節(jié)零力拖動(dòng)實(shí)驗(yàn) | ||
| 雙關(guān)節(jié)零力拖動(dòng)實(shí)驗(yàn) | ||
| 伺服驅(qū)動(dòng)控制 | CAN總線通訊實(shí)驗(yàn) | |
| 單關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制實(shí)驗(yàn) | ||
| 單關(guān)節(jié)PTP控制實(shí)驗(yàn) | ||
| 單關(guān)節(jié)PT控制實(shí)驗(yàn) | ||
| 機(jī)器視覺 | 3D機(jī)器視覺在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用 | |
| 認(rèn)識(shí)RealSense相機(jī)及型號(hào) | ||
| 基于3D視覺的深度距離測(cè)量 | ||
| 深度相機(jī)的標(biāo)定 | ||
| 基于3D視覺的點(diǎn)云技術(shù) | ||
| 基于3D視覺的機(jī)械臂抓取 | ||
| 平臺(tái)支持的綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn) | 移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解運(yùn)算 | |
| 移動(dòng)機(jī)器人抓取路徑規(guī)劃 | ||
| 使用移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的鎖定及跟隨 | ||
| 三維空間中物品的檢測(cè)及抓取 | ||
| 基于深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)的人臉檢測(cè)及定位 | ||
| 語音識(shí)別在移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用 | ||
| 多傳感器融合實(shí)驗(yàn) | ||
性能指標(biāo)
| 設(shè)備名稱 | 主要技術(shù)參考指標(biāo) | |
| 移動(dòng)底盤 | 長 x 寬 x 高 | 根據(jù)需求可定制 |
| 軸距（mm） | 可定制 | |
| 前 / 后輪距（mm） | 可定制 | |
| 車體重量（Kg） | 根據(jù)需求可定制 | |
| 電池類型 | 鋰電池 48V 20aH | |
| 電機(jī) | 直流無刷 4 X 200W 輪轂伺服電機(jī) 編碼器分辨率：1024 | |
| 減速箱 | 無 | |
| 驅(qū)動(dòng)器 | 自主研發(fā)雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 | |
| 驅(qū)動(dòng)形式 | 四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng) | |
| 激光雷達(dá) | slam激光雷達(dá)，單線 16米，可增配。 | |
| 懸架 | 獨(dú)立懸架，根據(jù)需求可定制。 | |
| 轉(zhuǎn)向 | 差速轉(zhuǎn)向 | |
| 安全裝備 | 伺服剎車/防撞罩 | |
| 空載車速 | ≤1m/s，可定制 | |
| 額定運(yùn)動(dòng)載量 | 30-150kg，可定制 | |
| 最小制動(dòng)距離 | ≤100mm | |
| 最小轉(zhuǎn)彎半徑 | 可原地轉(zhuǎn)彎 | |
| 爬坡能力 | ≤10°，可定制 | |
| 最小離地間隙 | 105mm，可定制 | |
| 導(dǎo)航系統(tǒng) | ROS+自主軟件包 | |
| 控制模式 | 遙控控制 控制指令模式 | |
| 遙控器 | 2.4G/極限距離1Km | |
| 通訊接口 | CAN | |
| 機(jī)械臂 | 供電電壓 | DC48V |
| 額定功率 | 小于150W（一般工況下） | |
| 工作半徑 | 587mm （節(jié)卡Zu3） | |
| 重量 | 約12kg | |
| 末端負(fù)載 | 3kg | |
| 重復(fù)定位精度 | ±0.02mm | |
| 伺服驅(qū)動(dòng) | 自主研發(fā)的帶CAN總線、支持雙編碼器、具備電流、速度、位置三閉環(huán)的工業(yè)級(jí)伺服驅(qū)動(dòng)器 | |
| 控制器 | 采用TI TMS320F28335 DSP進(jìn)行開發(fā)，支持Simulink自動(dòng)代碼生成，提供運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)案例 | |
| 控制軟件 | 支持監(jiān)控軟件對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)、循環(huán)運(yùn)動(dòng)等控制 | |
| 運(yùn)行范圍&速度 | ||
| 基座1軸 | ±179°& 148°/s | |
| 肩部2軸 | ±146°& 148°/s | |
| 肘部3軸 | ±146°& 148°/s | |
| 腕部一4軸 | ±179°& 148°/s | |
| 腕部二5軸 | ±179°& 148°/s | |
| 腕部三6軸 | ±179°& 148°/s | |
| 電動(dòng)夾爪 | 型號(hào) | 慧靈EFG-20 |
| 有效行程 | 20mm（可調(diào)） | |
| 夾持力 | 80N（可調(diào)） | |
| 尺寸 | 44*30*124.7mm | |
| 重量 | 458g | |
| 電機(jī) | 伺服電機(jī) | |
| 輸入電壓 | DC24V | |
| 控制方式 | 邏輯電平控制開合 脈沖控制行程 | |
| 視覺系統(tǒng) | 相機(jī) | 英特爾RealSense D435i |
| 使用環(huán)境 | 室內(nèi)/室外 | |
| 范圍 | 約10米， 精度隨標(biāo)定、場(chǎng)景和照明條件而變化。 | |
| 圖像傳感器技術(shù) | 全局快門，3μmx3μm像素大小 | |
| 接口 | USB?C 3.1 Gen 1 | |
| 深度技術(shù) | 主動(dòng)紅外立體 | |
| 最小深度距離 | 0.105 m | |
| 景深（FOV） | 90°H x 60°V x 100°D | |
| 輸出分辨率 | 2208x1242@15fps；1920x1080@30fps；1280x720@60fps；672x376@100fps | |
| 軟件 | 采用自主研發(fā)的OpenCV進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別 | |
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