隨著機(jī)器人在物料搬運(yùn)、電站等巡檢、物流配送、農(nóng)業(yè)采摘等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人在復(fù)雜地形環(huán)境下的適應(yīng)性和多樣化應(yīng)用場(chǎng)景的需求不斷增長(zhǎng)，同時(shí)為滿足科研與教育領(lǐng)域?qū)Χ鄻踊瘧?yīng)用場(chǎng)景的研究需求，中科深谷全新推出了基于CSPACE實(shí)時(shí)仿真控制系統(tǒng)的開(kāi)源雙輪足機(jī)器人教學(xué)科研平臺(tái)。

       雙輪足機(jī)器人由雙腿機(jī)構(gòu)（具有兩自由度）、輪轂伺服電機(jī)、控制系統(tǒng)、多種傳感器、上位機(jī)監(jiān)控軟件以及電源系統(tǒng)等核心部件組成，具備自動(dòng)直立、直立自平衡、行走、轉(zhuǎn)向、身體姿態(tài)控制、雙足步態(tài)控制及跳躍等多種功能。

全新升級(jí)的AI系統(tǒng)

仿真系統(tǒng)、控制系統(tǒng)......

軟件方面：

01、嵌入式底層軟件系統(tǒng)

       機(jī)器人采用成熟的企業(yè)級(jí)嵌入式架構(gòu)，確保底層運(yùn)行的可靠性和高效性，為實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)算法提供強(qiáng)有力的支持，底層軟件系統(tǒng)采用CAN總線與電機(jī)進(jìn)行通訊、RS232、RS485、I2C、SPI等接口采集傳感器信號(hào)和與上位機(jī)軟件進(jìn)行通訊控制。

02、仿真系統(tǒng)

       在精確的三維模型支持下，通過(guò)MATLAB/Simulink進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，實(shí)現(xiàn)控制算法的開(kāi)發(fā)和精準(zhǔn)的參數(shù)調(diào)整。仿真系統(tǒng)可以模擬機(jī)器人的各種動(dòng)作和環(huán)境條件，幫助開(kāi)發(fā)人員在虛擬環(huán)境中優(yōu)化控制算法和調(diào)試機(jī)器人行為。

03、控制系統(tǒng)

       在MATLAB/Simulink中進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用全身末端力反饋控制和基于模型的LQR最優(yōu)控制策略，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)的精確控制。通過(guò)多傳感器數(shù)據(jù)融合和先進(jìn)的控制算法，精確和穩(wěn)定檢測(cè)機(jī)器人的姿態(tài)，機(jī)器人能夠在復(fù)雜環(huán)境中保持穩(wěn)定和高效的運(yùn)動(dòng)。

04、上位機(jī)軟件

       雙輪足式機(jī)器人的用戶操作界面，提供了控制過(guò)程中參數(shù)可視化和下發(fā)控制指令等功能，可以通過(guò)圖形化界面獲取機(jī)器人控制過(guò)程中狀態(tài)參數(shù)的變化來(lái)觀察控制效果，并通過(guò)下發(fā)控制參數(shù)的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)參。

控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集、控制參數(shù)在線修改監(jiān)控界面軟件

硬件方面：

01、機(jī)械結(jié)構(gòu)

      機(jī)器人全身采用7071航空鋁制造主要受力結(jié)構(gòu)，機(jī)身框架使用碳纖維結(jié)合榫卯結(jié)構(gòu)，減少螺栓的使用，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的輕量化，還提高了其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐用性。

02、傳感器

       姿態(tài)傳感器采用自主研發(fā)的高精度慣性導(dǎo)航模組，并通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定和溫度校準(zhǔn)，確保在不同溫度條件下傳感器數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。機(jī)器人還可擴(kuò)展激光雷達(dá)、視覺(jué)和超聲波等傳感器，以實(shí)現(xiàn)多模態(tài)感知和環(huán)境感知能力。

03、執(zhí)行器

      髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)電機(jī)采用機(jī)器人專用雙編碼器減速關(guān)節(jié)模組電機(jī)，配合FOC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)末端姿態(tài)的高精度控制。輪轂伺服電機(jī)采用直驅(qū)力反饋電機(jī)，提供力反饋功能。執(zhí)行器具備高響應(yīng)速度和高扭矩輸出，確保機(jī)器人在各種任務(wù)中的靈活性和穩(wěn)定性。

04、計(jì)算平臺(tái)

      底層采用TI DSP實(shí)時(shí)控制器，應(yīng)用層使用ARM架構(gòu)的集成嵌入式芯片，提供強(qiáng)大的計(jì)算能力和低功耗特性，支持復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。此外，計(jì)算平臺(tái)還配備了高速通信接口和大容量存儲(chǔ)設(shè)備，支持機(jī)器人與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)記錄。通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算平臺(tái)，機(jī)器人能夠運(yùn)行復(fù)雜的人工智能算法，實(shí)現(xiàn)自主決策和任務(wù)執(zhí)行。

05、控制器

       雙輪足式機(jī)器人的核心，負(fù)責(zé)接收傳感器系統(tǒng)反饋的姿態(tài)信息和上位機(jī)軟件或遙控器發(fā)送的指令，并將接收到的姿態(tài)信息和控制指令經(jīng)過(guò)算法求解轉(zhuǎn)換為對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)的控制信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)自平衡和行走控制。

自平衡、平穩(wěn)快速移動(dòng)

敏捷、穩(wěn)定......

      開(kāi)源雙輪足機(jī)器人教學(xué)科研平臺(tái)獨(dú)特的輪腿設(shè)計(jì)是其一大亮點(diǎn)，該設(shè)計(jì)賦予了機(jī)器人敏捷、穩(wěn)定和全方位移動(dòng)的能力。

      開(kāi)源雙輪足機(jī)器人教學(xué)科研平臺(tái)結(jié)合了輪式和雙足行走的特點(diǎn)，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)輪腿的狀態(tài)來(lái)適應(yīng)不同的地形和環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高度靈活和穩(wěn)定的移動(dòng)。

開(kāi)源雙輪足機(jī)器人教學(xué)科研平臺(tái)

產(chǎn)品功能

01、自啟動(dòng)

      機(jī)器人在初始姿態(tài)下上電后，能夠自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的復(fù)位，然后通過(guò)遙控器切換進(jìn)入直立控制預(yù)備狀態(tài)，進(jìn)入操作準(zhǔn)備和自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。

02、直立運(yùn)動(dòng)

      通過(guò)精確的力矩和速度反饋控制，機(jī)器人能夠在不同的地面條件下保持直立平衡和穩(wěn)定，適應(yīng)多種環(huán)境需求。

03、高度運(yùn)動(dòng)控制

      在直立控制的基礎(chǔ)上，該模式驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人高度的控制。這種高度調(diào)節(jié)功能允許機(jī)器人根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，適應(yīng)不同的工作環(huán)境和任務(wù)要求。

04、姿態(tài)運(yùn)動(dòng)控制

      在直立控制的基礎(chǔ)上，可以控制機(jī)器人在橫滾ROLL軸、俯仰PITCH 軸和航向YAW軸上的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)控制，適應(yīng)更復(fù)雜的地形。通過(guò)姿態(tài)控制，機(jī)器人能夠在崎嶇不平的地形上保持平衡，并完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)任務(wù)，提高其在實(shí)際應(yīng)用中的適應(yīng)能力。

05、walk步態(tài)控制

       在直立控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)切換到步態(tài)控制模式，機(jī)器人雙腿會(huì)協(xié)調(diào)輪轂電機(jī)進(jìn)行雙腿交替前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)類人行走。該模式通過(guò)精確的步態(tài)規(guī)劃和控制算法，使機(jī)器人能夠在不同的地面條件下進(jìn)行平穩(wěn)的步行，從而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，如在巡檢、救援和服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

開(kāi)源賦予無(wú)限可能

軟硬件全開(kāi)源

       中科深谷秉承了研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)源共享的理念，允許用戶使用Python等編程軟件進(jìn)行編程。雙輪足機(jī)器人軟硬件系統(tǒng)可開(kāi)源，提供豐富的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)控制和力反饋控制教程，也包括 MATLAB /Simulink仿真，用戶可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行算法驗(yàn)證和系統(tǒng)優(yōu)化。

       開(kāi)源雙輪足機(jī)器人不僅可以作為自動(dòng)化、機(jī)器人、機(jī)械電子、智能制造、機(jī)械工程等專業(yè)中《機(jī)器人學(xué)》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》、《機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》、《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》、《機(jī)電一體化技術(shù)》 和《機(jī)器人操作系統(tǒng)》等課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)，其全開(kāi)源性還支持機(jī)器人與人工智能領(lǐng)域的科研。通過(guò)這個(gè)開(kāi)源平臺(tái)，老師、學(xué)生和研究人員能夠深入了解和掌握機(jī)器人系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、力反饋控制、平衡控制、建圖、定位、導(dǎo)航和多傳感器融合等先進(jìn)技術(shù)。

       此外，開(kāi)源雙輪足機(jī)器人還具備高度的可擴(kuò)展性，可在本體上層預(yù)留模塊化安裝位置，提供對(duì)應(yīng)的軟硬件接口，以滿足擴(kuò)展導(dǎo)航系統(tǒng)、多傳感器系統(tǒng)等場(chǎng)景應(yīng)用工作要求。這使得機(jī)器人能夠適應(yīng)更多的工作場(chǎng)景和任務(wù)需求，更好地支持科研和教學(xué)。

Matlab/Simulink編寫(xiě)的控制程序模型

教育、科研研究

仿真、實(shí)驗(yàn)......

       開(kāi)源雙輪足機(jī)器人教學(xué)科研平臺(tái)，提供豐富的自動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)控制技術(shù)和實(shí)驗(yàn)，并可擴(kuò)展3D視覺(jué)系統(tǒng)、室內(nèi)外導(dǎo)航系統(tǒng)、多傳感器融合感知系統(tǒng)等功能，使得機(jī)器人能夠適應(yīng)更多的工作場(chǎng)景和任務(wù)需求，更好地支持教學(xué)和科研。

01 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

02  可擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)

（1）機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

（2）其它高級(jí)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

03 支撐科研方向

04 可擴(kuò)展支持的研究