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机器人
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H24:水下机器人研究
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欢迎来到位于珀斯的西澳大利亚大学机器人与自动化实验室。十多年来,该实验室一直在积极研究各种类型的自主移动机器人,包括智能驾驶和行走机器人、自主水下航行器和无人机。我们还致力于嵌入式控制器和嵌入式操作系统的设计,以及仿真系统。
产品组合
EyeBot嵌入式控制器和机器人应用,数码相机,传感器,电机驱动器
EyeBot是一款针对有轮子的移动机器人、行走机器人或飞行机器人的控制器。它由一个强大的32位微控制器板与图形显示器和一个数字灰度或彩色相机。摄像头直接连接机器人板(无抓帧器)。这样就可以编写强大的机器人控制程序,而不需要庞大的计算机系统,也不需要牺牲视觉——最重要的传感器。
特点:
是实时图像处理编程的理想基础
集成彩色数码相机
大型图形显示器(LCD)
可以用自己的机械和传感器扩展到全移动机器人
从IBM-PC或Unix工作站编程,
程序通过串行线(RS-232)下载到RAM或闪存- rom
C语言或汇编语言编程
第三代的硬件
自动驾驶机器人,差动驱动,EyeBot控制器,数码相机,红外
夏娃
伊芙(EyeBot Vehicle)是我们围绕专门的EyeBot控制器和QuickCam摄像系统构建的第一个驾驶机器人。这个机器人有标准的EyeBot M1控制器的顶部,但修改了底部板,以匹配物理机器人的轮廓。后来我们放弃了这一技术,采用了与所有机器人车辆相同的标准控制器(M3)。
Eve装备有:
2个直流电机封装齿轮和编码器
1红外PSD传感器
6红外接近传感器
声学保险杠系统
QuickCam数码相机
机器人足球
我们的下一个驾驶机器人设计是CIIPS荣耀机器人足球队的一系列变化。为了获得参加机器人世界杯的资格,这些机器人必须比夏娃小一些,我们参加了1998年在新加坡举行的地区比赛。最初的CIIPS荣耀播放器配备了一个彩色QuickCam相机,在后来的版本中被我们自己的EyeCam设计取代。CIIPS Glory机器人已经参加了多场机器人世界杯和FIRA世界杯机器人足球比赛。
我们使用了两个伺服除了两个直流驱动电机。这些用于:
移动相机
踢球
机器人足球队
最初的镜头移动是一个倾斜动作,这允许我们在接近球时将球保持在(相对狭窄的)视野中。我们在后来的机器人中改变了这一点,以支持平移运动,这允许更快地跟踪移动的球,而不需要移动整个机器人,或两者结合。
守门员是场地球员设计的变体。由于他们主要是侧着移动,而不是前后移动,所以按照机器人世界杯的规则,重新安装守门员的顶板,使其与底板成90度角,并安装一个更大的踢球板。
全向车辆机械轮设计,全向机器人,EyeBot控制器
与传统汽车相比,全向汽车有一个显著的优势,传统汽车有类似于汽车的阿克曼转向系统,或使用两个独立车轮马达的差速器,就像伊芙和我们的许多驾驶机器人一样。全向驾驶,可以前进/后退,也可以左右横开,现场转弯。当必须在像工厂车间这样的紧张环境中行动时,这是特别有用的。
EyeBot控制器驱动全向机器人omni1、omni2和omni3上的4个独立轮子。这些机器人使用“Mecanum”车轮设计,车轮周围有自由滚轮。每个机器人可以朝任何方向行驶,向前/向后,横向,倾斜,原地转弯。这些机器人使用了带有附加模块的EyeBot控制器,附加模块有两个额外的驱动程序。
Omni-Wheelchair
这使用了omni1中使用的常规Mecanum轮,以及omni2中的悬挂系统,创建了一个用作轮椅的大规模全向机器人。
Omni-1
传统的Mecanum车轮设计,滚轮保持在两侧。这是一个缺点,当驾驶在非光滑的表面,因为轮辋将与表面接触。
Omni-2
一种新的Mecanum车轮设计,其中滚轮保持在中间。这给了一个优势,当驾驶在一般的表面,加上悬挂系统,每个车轮单独悬挂。
Mecanum轮式轮椅全向驱动系统,基于传感器的残疾人驾驶辅助系统
设计目标:
半自治的全方位的轮椅
足迹大小约1米× 1米,有效载荷约100公斤
滚边Mecanum轮版
四个轮子上的独立悬挂
履带式履带式驾驶机器人用于地形导航,Eyebot控制器,姿态和惯性传感器
EyeTrack车辆是一种使用轨道进行运动的改良模型车。我们使用EyeBot控制器来驾驶车辆并读取传感器数据。由于这个机器人能够在地形中导航,我们使用了许多方向传感器,以避免在过于陡峭的斜坡上上升或下降。相机以一种积极的万向方式安装,使用三个舵机为三个轴。
EyeTrack的其中一个项目是“智能遥控”。机器人在远程控制下驱动,并返回图像和其他传感器数据。然而,机器人会根据环境条件自动调整速度,拒绝执行任何可能导致机器人被卡住或摔倒的命令。这个系统可能是非常有用的一些救援或拆弹方案。
机器人足球参加RoboCup和FIRA世界杯比赛的小型机器人足球队,EyeBot控制器
我们的团队以新成立的成功的珀斯荣耀足球队命名,其“家”在UWA移动机器人实验室。这些机器人的核心是由托马斯·布劳尔(Thomas Braunl)团队开发的EyeBot控制器。我们使用摩托罗拉68332位控制器,它提供各种数字/模拟I/O设施。我们为这些系统开发了自己的操作系统RoBIOS,这提供了很大的灵活性。也就是说,同样的EyeBot系统也用于6条腿和两足行走的机器,并作为一个盒子版本用于汇编语言的本科课程。
我们安装了一个彩色数码相机和一个图形显示器。所有的图像处理都是在机上完成的。我们的机器人具有局部智能,不是简单的棋子,由具有全球视野的中央系统指挥。虽然我们的方法在赢得机器人世界杯比赛方面明显处于劣势,但我们更感兴趣的是通用智能代理的研究,而不是构建一个只服务于特定比赛的系统,并且必须依赖全球传感器。
每个机器人都有轴编码器和红外范围传感器,除了一个数码彩色相机。目前,我们正在整合无线传输技术,使机器人之间可以通过一个踢球装置互相交谈。我们甚至可以在没有通信的情况下操作机器人。每个机器人将被告知其起始位置,并将使用其轴编码器来跟踪其当前位置。然而,交流将允许更复杂的行为,如将球传给另一个机器人。
两足步行机器人,几代不同的驱动器和传感器设备
机械和传感器电子都是围绕着EyeBot控制器单独构建的。所有的机器人都大约50厘米高,使用不同的传感器来进行姿态控制和平衡。
安迪Droid 2
Andy Droid机器人是由Joker Robotics公司设计的,不过,我们对Andy1的脚进行了改进,用三个含有应变片的脚趾作为机器人的主要方向传感器。有了这些,安迪总是可以确定每只脚的压力中心,因此知道它的“零力矩点”(ZMP),这允许它抵消任何旋转力,以保持平衡。安迪2的腿设计几乎一模一样。Andy2使用新的数字伺服开发,而不是Andy1的传统模拟伺服。这些数字伺服通过串行接口提供反馈,因此可以兼作驱动器和传感器。
约翰尼沃克
Johnny和Jack是我们最先设计的两个机器人,使用相对便宜的伺服作驱动器,并测试了各种不同的传感器。这些机器人的一个主要问题是机械、电子、电机和电池的总重量,以及电机提供的相当有限的扭矩。任何用一条腿保持平衡有困难的两足机器人,都将很难进行正确的行走。
另一个主要问题是动作的可重复性。机器人的金属框架结构非常灵活,易于摆动。此外,使用的廉价伺服有一个相当大的发挥和不能够准确的运动重复。随着伺服系统的老化,伺服性能明显下降。
岩石稳定
在《Rock Steady》中,我们尝试了一种完全不同的方法来制作我们的第一个机器人Johnny和Jack(见左)。这个机器人应该使用最少数量的马达:每条腿一个马达,加上一个马达用于平衡重物的侧向平衡。一个复杂的机械结构将每个腿部马达的旋转运动转化为铰接式腿部运动。代替伺服,我们使用精密直流电机编码器的机器人。两轴倾角计作为机器人的方向传感器,每个电机有一个增量编码器和一个外部零位光开关。
平衡驱动机器人作为两足传感器设备的研究,卡尔曼滤波
BallyBot是一个实验性的平衡机器人,在两个并排的轮子上,类似于倒立摆。我们正在使用BallyBot作为一个实验平台,以了解传感器系统和控制系统将实施的人形机器人。
目前已经制造了两个这样的实验机器人。Bally1(右)是一个简单的结构在一个单一的铝片,包括控制器,传感器和两个带轮子的Faulhaber电机。Bally2(左)是一个更紧凑的机械设计与相同的传感器,但电机与更高的齿轮比。机器人可以主动平衡,可以像遥控汽车一样使用IR-Remote输入驱动。
BallyBot 2
BallyBot 1
六足步行机器人,每条腿有两个自由度,各种传感器设备
步行机器人通常比驾驶机器人慢,但它们有一个重要的优势,那就是它们能在地形上导航,而驾驶机器人需要或多或少平坦的表面。最简单的步行机器人使用6条腿,这使得实现的步态总是抬起并重新放置3条腿,而其他3条腿保持在地面上,提供坚实的平衡。这样的机器人不需要主动平衡,而我们的机器人需要平衡和两足行走(android)。有关详细信息,请参阅《嵌入式机器人》一书。
机械和传感器电子都是围绕着EyeBot控制器单独构建的。
由EyeBot驱动的12个伺服系统
2个红外PSD传感器
步行机器人
来自Lynxmotion的第二代机制(左)
步行机器人
第一代(右)在斯图加特大学开发
无人驾驶飞机/无人机,内置GPS和数字罗盘控制器
对于我们的自主飞机,我们使用了一个EyeBot控制器和一些传感器来自主导航飞机。所有的飞机驱动器都连接到一个特殊设计的开关,允许在标准模型飞机遥控和自主飞行之间交替(通过遥控)。这样一来,起飞和降落的关键动作就可以手动完成,而在飞行过程中可以切换到自动模式。我们依赖GPS作为最重要的传感器。通过输入飞机将陆续接近的GPS航路点来指定飞行路径。
飞机上使用的作动器:
将所有飞机伺服控制转换为遥控或自动控制的开关箱
标准伺服滚动/俯仰/偏航/电机速度
机身下方的灯指示飞机内部模式(手动/自动/错误)
飞机上使用的传感器:
全球定位系统(GPS)
数字罗盘
陀螺仪
自主潜水器/自主水下航行器,嵌入式控制器和惯性传感器系统
自主水下航行器项目
尖吻鲭鲨
4个电机的AUV, Eyebot,微型pc,传感器设备
USAL
2个电机,1个控制面,眼球机器人,传感器设备
SubSim
AUV仿真系统
展厅地图/类别
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