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  • 服务机器人小组-从事不同的服务机器人项目，如:
    • 无人地面机器人;
    • 攀爬机器人,
    • 快速原型,
    • 无人驾驶飞行器;
    • 双足机器人
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  • U-Go机器人:无人地面户外机器人

  • U-Go机器人是“无人地面户外机器人”的缩写。该机器人由DIEES机器人实验室开发，主要用于解决在非常恶劣的户外环境下的运输、导航和检查等问题。该机器人目前被用作多功能车辆，能够在温室或葡萄园内进行精确农业应用，对火山环境进行检查，并作为新的GNSS(全球导航卫星系统)定位技术的试验台，以测试通用的户外导航算法。机器人的两个主要尺寸是0.6米宽和1.2米长。此外，它使用橡胶履带代替轮子运动，其重量约为250公斤。4节12v - 80ah密封铅酸电池安装在机器人后侧的机械结构上。每个橡胶履带由一个24v - 650W的有刷直流电机驱动，机器人的前部安装了合适的齿轮箱。

    U-Go机器人可以通过遥控无线手柄进行远程操作。使用这种指导方法的不同试验主要是在埃特纳火山和火山岛上进行的。在这些测试中，测试了在非常恶劣的室外环境下的运输能力。机载传感器套件由立体摄像头、网络摄像头、X-Sens MTi姿态和航向参考系统(AHRS)、激光测距仪(LRF)、保险杠、超声波声纳、全球导航卫星系统(GNSS)或DGPS接收器组成。此外，还有两台双核计算机;一种用于导航，另一种用于人工视觉。

    通过使用这些传感器或其子集，实现了不同的导航算法。以DGPS接收机和激光测距仪为例，实现了一种基于势场理论(PFM)的导航避障算法。利用立体摄像机设置，测试了不同的道路跟踪和避障算法。采用AHRS单元补偿不同传感器对道路坡度的影响。通过使用超声波护林员和网络摄像头，实现了一种能够在温室走廊之间移动机器人的导航算法。

    这些算法在温室、葡萄园和开阔的田野中进行了不同的测试。这些测试是与卡塔尼亚大学DIA机械部门合作进行的，该部门正在进行精密农业领域的不同研究。U-Go机器人被用作不同工具的“载体”，作为自动喷雾器。该机器人还在M-Elrob 2010试验中使用，以便在非常苛刻的环境中测试系统。

  • 电攀爬:一种利用静电附着的攀爬机器人

  • 电粘合利用作为衬底的材料和电粘合垫之间的静电力(由库仑定律解释)。该垫通常由聚合物涂层电极或简单的导电材料组成。当电荷在电极上被诱导时，电极之间的场使介电基片极化，造成静电粘附。由于静电力会随着距离的平方而急剧减少，因此保持电胶垫和表面的紧密接触是必不可少的。其基本思想是创建具有两个电极的结构，这些电极具有形状，尺寸和距离要求，以确保高静电场，并在不同类型的材料(如木材，玻璃，纸张，陶瓷，混凝土等)上产生高附着力。

    通过有限元模拟，对不同类型的结构进行了试验。一些初步的试验已经使用了间指聚乙烯涂层结构。由于这种结构的效果很差，平行电极装置已经实现并进行了测试。最终的结构是由厚度为25um的两层聚丙烯层热熔得到的，加热到120°C，并在铝电极两侧的滚轮上进行高压压制。所获得的结构具有高强度，柔韧性和与所应用的基材的高静摩擦系数。利用这种电粘垫，研制并测试了履带式攀爬机器人。为此，开发了多种电粘合垫的“剥离”方法。这种方法可以进一步提高垫附着、总有效载荷和行驶速度方面的性能。电粘轨道是通过在柔性滚子链上安装不同的衬垫来实现的。

  • MOW-BY-SAT项目:“用卫星修剪草坪”

  • MOW-BY-SAT项目的优先目标是支持基于GNSS的导航和制导系统的开发，该系统将集成到自动割草机中，为面向家用户外服务机器人的GNSS应用的工业化和商业化铺平道路。到目前为止，GNSS技术在机器人应用中的应用并不多。除了这个具体的应用之外，该项目旨在增加GNSS技术在机器人应用中的采用，在M2MM(机器到移动机器)的关系中。在此背景下，该项目将研究欧洲GNSS (EGNOS和伽利略)的优势。导致这些结果的研究已获得欧洲共同体框架计划(FP7/2007-2013)的资助协议n°227824。

    我们的想法，这个项目的来源，是增加家用机器人应用中GNSS的采用，比如自动割草机，目前它们的制导系统根本不使用GNSS。这将产生经济和社会效益，如减少污染(使用热动力的割草机往往调谐不良，二氧化碳排放量相对较高)，并降低国内事故率(世界上任何地方都观察到割草机发生的事故太多了)。此外，它将为伽利略铺平道路，结合GPS/EGNOS，将大大提高分米保护级别的可用性，使其他机器人应用成为可能。该项目的科学目标是证明结合特定相位处理和EGNOS/EDAS数据的局部增强为GNSS接收器提供了几分米保护半径(创新和独特的完整性调谐)的可接受的非完整性风险。在短期内，这将使GNSS在国内机器人领域的使用成为可能，而这些领域的服务可用性并不像草坪修剪那样严格。该项目还将证明，未来的伽利略信号将允许机器人进行许多安全的陆地活动，从而在该领域的几个新的大众细分市场中引发GNSS的扩散。该项目的技术目标是在最便宜的独立GNSS技术原型中实现上述科学概念，使割草机机器人能够以高效和自主的方式完成其全部任务，就像高尔夫球守门员在如此复杂的操作区域中安全完成任务一样。

  • RAPOLAC:大型航空部件的快速生产

  • 成形金属沉积(SMD)工艺是罗尔斯·罗伊斯公司开发并获得专利的一种新型制造技术，目的是直接从CAD模型中生产机械零件。这项工作是在RAPOLAC EC项目框架内进行的(www.RAPOLAC.eu)，目的是研究一种自动控制系统，以便将操作员从持续监控和手动操作焊接工艺参数中解放出来。SMD工艺的创新方面包括扭转迄今为止由传统的快速成型方法(如机械加工)驱动的生产理念。这种方法是根据材料从工件上去除，以获得所需的最终形状。在这个过程中有几个明显的缺点，比如废料中的大量浪费和随之而来的成本增加，这取决于所使用的材料。SMD工艺逆转了这种破坏性的生产理念，并通过逐步将材料添加到最终工件中，以获得所需的形状部件。这意味着有效地不产生工艺废料，最大限度地减少材料的使用，以严格要求的最终工件形状。已经开发了两种版本的SMD工厂。一台TIG焊机与KUKA工业机械手一起工作，用于熔化不锈钢(上图)。此外，三轴数控机床已被用作SMD工厂的小型版本，用于熔化锡(右图)。

  • 艾丽西亚VTX:一个基于涡流的滑动吸盘攀爬机器人

  • 艾丽西亚VTX是一个新的攀爬机器人，它使用一个智能主动吸盘，基于杜克大学的一个想法。杯子内部的真空是通过高速离心风扇产生的，在中心区域产生一个低压区域的漩涡。利用这一原理，可以使用低功率无刷电机来驱动风扇(约50W)。此外，不会产生废气，因此相对于使用吸盘来产生真空的吸盘，该过程更有效。

    这种真空杯可以粘在各种粗糙的表面上，因为它可以在杯子不接触表面的情况下保持内部的真空。这可以减少杯子和墙壁之间的摩擦为零，节省能源，提高机器人的速度，使机器人能够越过小障碍物或不规则的地方，并在保持高有效载荷(约1.5公斤)的情况下从地板爬到墙上。

    机器人使用四个轮子和四个独立的直流电机沿表面移动，并使用倾角计作为反馈传感器以遵循参考轨迹。此外，车载还安装了无线CCD摄像机。为了研究在人类操作者无法到达目标垂直墙且无法进行安全或救援目视检查的室外环境中，机器人漫游车与艾丽西亚VTX之间的不同合作测试。

  • UAV:在火山上空飞行的无人驾驶飞行器

  • 无人机系统领域的重点项目以火山无人机为代表，旨在研究火山羽流内部的气体成分。该系统的主要目的是在羽流(火山云)内部飞行，直接分析烟雾的主要成分(HCl, SO2和CO2)的浓度，以及压力，温度和风速。该系统必须能够在高达4000米的高度自主飞行，使用电动马达，有效载荷为5公斤，以避免污染气体采样系统，巡航速度为40公里/小时。
    电子控制系统和测量系统已经设计、制造和测试，目前在飞机上使用。

    无人机领域的研发涉及与飞行平台主题相关的几个方面:
    自主导航
    稳定性和航路点导航算法已经开发和测试，目前在舰队上使用。

    传感器单元
    利用传感器融合算法，实现了惯性测量单元(IMU)、航空数据姿态和航向参考系统(AHRS)、惯性导航系统(INS)和标定补偿罗经。
    扩展卡尔曼滤波，四元数代数，传感器建模已经进行了检查，以开发无噪声校准传感器单元，能够保证在所有条件和环境下的高性能。

    控制算法自整定
    自主导航算法通常需要进行一定时间的飞行测试，以确定控制回路中涉及的参数的最佳值。自调整程序实际上正在研究中，以便快速简便地确定值，从而减少现场试验。

    计算机视觉算法
    来自无人机的图像用于目标检测和定位，用于移动目标(UGV)跟踪，用于无人机位置估计，为无人机检测安全着陆区域。

    UAV-UGV合作
    几项研究充分证明了异构机器之间合作的好处:来自几种类型的传感器和不同角度的数据集成可以增加信息内容，从而产生“合作感知”。从这个意义上说，无人机和UGV代表了互补的车辆，使用谁代表了一个集成的传感器网络，一个强大的监视和监控系统。无人机(Volcan)用于区域监督和应急通信以及地形形态变化检测，ugv (Robovolc)用于区域接近和采样和测量操作。

    硬件在循环(HIL)架构
    “硬件在环”(HIL)体系结构代表了一种强大而廉价的测试和调整控制系统的方法。航空领域所涉及的调谐装置的情况非常关键，因为实验试验是在耗时的试飞中进行的，结果不理想可能导致危险情况。HIL模拟器不能完全取代现场实验，但对于发现和解决各种问题，特别是在初步阶段，是非常有用的。因此，HIL平台的主要目标是提高开发时间，降低成本和风险。一旦性能适合应用，相同的控制器硬件可以直接连接到真实的无人机。在上图中，已开发的体系结构被表示出来。在本案例研究中，将Laminar Research开发的X-Plane飞行模拟器应用于Volcan无人机:开发真实飞机模型以确定飞行参数;AHRS和GPS数据通过CAN总线发送到自动驾驶仪，使用专用插件并使用CANaerospace协议。名为“Autopilot”的模块是真正的电子电路板，而HMI则在单独的PC上运行。

    仿真工具开发
    X-Plane飞行模拟器和基于Google Earth的仿真工具用于开发和验证控制、导航和稳定性算法。此外，所实现的工具用于实现和测试空中目标地理定位算法:该软件允许模拟安装在飞机上的相机，并使用收集的虚拟图像来测试用于检测和定位地面目标的方法。利用所开发的工具实现了一种基于扩展卡尔曼滤波的地理定位算法。


    基于视觉的同轴直升机跟踪
    同轴直升机和“MORDUC”无人地面车辆之间的合作正在研究中，以便创建基于采用异构无人驾驶车辆的机器人系统。提出了一种能够估计同轴直升机位置的视觉算法;离散卡尔曼滤波器的实现使得获得更精确和更少噪声的数据值。推导了一种同轴直升机的动力学模型，并将其用于建立一种基于视觉的控制系统，使其能够进行三维跟踪。提出了一种基于PID的直升机姿态控制算法;采用了经验和分析两种校准方法来获得最有效的参数值。

  • 蜘蛛机器人II:用于工业检测的攀爬机器人

  • Spiderbot II是与Automation Service srl合作开发的新型攀爬机器人，是一个区域研究项目的框架。该项目的目标是实现一个能够在恶劣工业环境下工作的攀爬机器人的原型。机器人可以使用不同的移动摄像机和其他传感器(如气体传感器)执行NDI(无损检测)，而远程操作员可以驾驶机器人并从放置在安全区域的基站读取车载传感器。摄像机的图像通过2.4GHz频段的模拟射频信道发送。该机器人的主要结构基于Spiderbot机器人(在过去的研究活动中开发)的相同原理，由两个气动驱动的滑动框架组成。所述内部框架可相对于外部框架滑动和旋转。每个框架有四个标准吸盘粘附到任何一种无孔表面与中低粗糙度。吸盘适用于恶劣环境，如油性，划痕或灰尘表面。此外，它们也是气动驱动的，以允许机器人行走。整个结构由铝合金建造，重量约为20公斤。 The actual payload is about 5 kg. With respect to the Spiderbot project, the new system has been better designed as regards gripping and payload specification. Moreover robustness of the communication protocol over an RS485 channel between robot and base station has been improved.

    该基站实际上是由一台带有RS485串行接口的标准PC机、一个可以控制整个系统的软件、一个可以显示机器人摄像机图像的模拟输入显示器、一个可以提供友好用户界面的操纵杆、一个6 bar压缩气源和一个机器人的低压供电系统组成的。机器人与基站之间的连接长度优化为30米左右。在室内和室外环境下对真实表面进行了不同的测试。

  • 从艾丽西亚II到艾丽西亚a3:单滑动吸盘攀爬机器人

  • Alicia II和Alicia3系统是两个用于检测垂直表面的攀爬机器人。为了使系统的操作独立于表面材料(无孔)，必须使用类似气动的粘附。最常见的方法是使用吸盘和真空发生器。这种夹持系统通常必须安装在能够产生台阶的结构上，因为传统的吸盘在附着时不能在表面滑动。这种结构需要复杂的运动学和执行机构系统，通常导致机器人速度慢、重量大。主要的想法是制造一个机器人，它本身就是一个吸盘，能够在墙壁表面滑动的同时保持附着。

    艾丽西亚2号模块的结构由一个直径30厘米的杯子组成。船上安装有离心抽吸器及其电动机。吸入器是用来给杯子减压的，这样整个机器人就能像标准的吸盘一样附着在墙上。马达/吸气器组是一个非常坚固的，能够在非常恶劣的环境中工作。虽然系统必须在目标表面上移动，通常以粗糙的金属表面或混凝土墙壁为代表，但杯子不能以高摩擦附着，因此实现了墙壁与机器人之间的一种特殊密封。这种结构允许机器人克服约1厘米的障碍物，并爬升最小曲率半径为1.8米的垂直表面。整个结构被设计成包含两个带有两个独立直流电机/齿轮箱/编码器的车载车轮。模块的总重量为4kg。使用的直流电机/齿轮箱能够沿垂直方向移动高达6公斤的质量，最大速度为2米/分钟。

    艾丽西亚2号机器人在通过超过1厘米的障碍物时能力有限。这种限制主要是由于柔性杯密封的最大高度不能高于几厘米。Alicia3机器人的基本思想是使用三个Alicia II模块，通过两根杆串联在一起，使整个系统能够更好地处理目标表面上的障碍物。

  • 双足:人体测量机器人腿

  • 本研究的目的是研究气动驱动的有腿机器的行走能力，特别是双足机器。特别是，在卡塔尼亚大学机器人系的实验室里，设计并实现了一个完整的中等高度的仿人双足机器人。每条腿的机械结构由四个环节组成，分别对应骨盆、大腿骨、胫骨和足部，由三个关节和五个自由度(Dof)连接。特别地，膝关节通过一个旋转自由度来移动，而踝关节和髋关节则通过一个万向关节来实现每个关节的俯仰和滚动自由度。可以看到，整个结构非常紧凑，反映了典型的人体质量分布。连杆的尺寸也是人类的灵感，所以股骨是40厘米长，而胫骨是35厘米长。因此，整个结构离地面约110厘米高，每条腿的总重量约为12公斤。

  • 3 mo.r.d.u.c。:卡塔尼亚大学移动机器人DIEES的第三版

  • 3 mo.r.d.u.c。是一种采用差动传动的轮式移动机器人。该开放式机器人平台已成功用于定位和导航实验。机器人结构有三个连接在一起的架子。在最下面的架子上，2节铅蓄电池(12V/18Ah)提供电源。机器人连续工作的自主时间约为30-40分钟。机载电子机架控制机器人的每个模块(运动、传感器和通信模块)。船上的几个传感器监视工作空间和机器人状态。在机器人的底座上安装了一条环绕整个周边的保险杠带(16个开关)，刚好超过轮子的水平。这些传感器在碰撞时识别并减少损坏。 The two robot motor axes are equipped with incremental encoders (resolution of 500 pulses per turn). These sensors are useful to calculate heading and position of the robot by using the kinematic model. To detect obstacles on the workspace the robot has an on board Laser Measurement Sensor (LMS) and a sonar belt (8 sonars).The LMS operates by measuring the flight time of a pulsed laser light beam that is reflected by obstacle. An internal rotating mirror deflects the transmitted pulsed laser beam so that a scan is made Stereoscopic Robot Teleguide based on Laser and Video sensors of the surrounding area. The time between transmission and reception of the light pulse is directly proportional to the distance between the scanner and the object. The sonar sensors measure the distance from an obstacle using the flight time of an ultrasonic signal produced by means of a vibrating piezoelectric sensor. On the robot there are also two high quality stereoscopic cameras; each one has a resolution of 1.3 Megapixel; they are equipped with fixed focus lens of 4.0 mm.
    这些摄像机的CCD传感器具有良好的抗噪性和灵敏度;此外，还可以调整所有图像参数，例如。
    曝光增益，帧率，分辨率。摄像机安装在刚性支架上;它允许简单地调整相机距离在一个范围5-20厘米。

  • OPR:橙子采摘机器人

  • 该机器人目前在C.R.A.M.实验室可用，它包括一个可以在一排排橘子树之间自主移动的手推车，以及两个由视觉反馈控制的采摘臂。每只手臂都配备了一个摄像头来识别和定位水果。在采摘器内部，两个气动驱动器控制钳口和剪钳，第三个气动驱动器控制夹钳底部的滑动托盘，该托盘在秸秆被切割之前滑出。这个托盘的存在，加上下颚的延长，可以让橙子留在里面

    机械手被赋予的自由度，允许在对角线方向上扫描和拾取，同时小车向前移动到下一个拾取区域。
    一个同样重要的特点是综合处理系统，以方便安排板条箱，从而使几乎立即运输。

  • Robovolc:“火山探测机器人”

  • 该项目的主要目标是开发和试验一种自动机器人系统，用于在火山环境中进行探索和测量。该机器人的一个主要目标是将火山学家在火山喷发现象期间在火山口附近工作的风险降到最低。在火山爆发的发作阶段，对与火山活动有关的变量进行观察和测量是最令人感兴趣的，不幸的是，这也是对人类危险最大的时期。

    该项目的技术目标是:
    • 一个原型机器人的设计，实施和试验适用于自主和/或半自主探索自然和极其粗糙的非结构化环境。
    • 熔岩和火山气体分析取样小型测量系统的设计、实现和试验。