多功能监控机器人

 

一、 背景 

    南创研究院一楼正在筹建一个面积近1000平方的互联网工厂,可以远程委托、控制加工,主打

大型3D模型、零件打印。为增加工厂运行的安全性,提高用户远程监视的体验,除布置若干固定

 位置摄像头外,拟设置一个移动监控机器人,使工厂的监控无死角,并可以按用户需求以最佳的

度观察工件的加工状况。监控机器人:

        随着互联网的发展,人工成本的提升,无人值守的环境会日渐增加,监控机器人将成为一个

热门的应用领域。变电站监测:

  

        为此,南创计划借此机会,打造一个符合工业现场需求的监控机器人平台,一方面满足自身需求,

同时也为其它对此领域有兴趣的研究单位、大学提供此平台,以协助他们更快的完成自己的目标。

         此外,还希望将此平台作为南创小伙伴的产品试验、测试平台,将一些和电机驱动、避障、

室内定位、导航、图像识别、远程数据传输、远程控制内容相关的创意、产品安装在上面,即可测

试其效果是否符合设计初衷,同时也是一个展示的平台,通过南创研究院这个大橱窗推荐给社会,

使之有用武之地。

二、 项目简介

 基于上述背景,本项目着眼于设计一个符合工业现场环境要求,以较多角度实现监控的监控机器人平台。

首先,在底盘上,设计一个全向运行的底盘,可以在较小区域内灵活移动。麦克纳姆轮全向移动平台:

我们的设计未选择此模式,因为这个方式运动精度和稳定性不是很好,我们选择的是另外一种

全向移动模式,被称为 ---- 全驱动轮(每个轮子都支持转向和运动)全向移动平台:

     此结构运动控制精度高,但四轮需要悬挂才能保证同时落地,所以我们选用三轮结构,

用三点支撑保证稳定。

      为增加运动稳定度,同时可以通过较窄的通道,设计了变轮距结构。正常运行增大轮距,

      以保证稳定,过窄道时缩小轮距,降低速度,保证能通过。

      为能爬坡,通过独立改变三轮的高度以使监控平台水平,并保持小车重心落在三轮支点中间,

      确保小车不倒。

     为增大监控视角,监控平台可以支持升高、降低。

     在此平台上,将加载自主导航、避障等控制模块,使其可以自主运行,并设计室内定位系统,

     控制只需设定目标位置即可。

目前所设计的底盘结构如下:

 

三、  项目所需技术

1)有刷直流电机驱动和EMF调速,因为电机无码盘反馈,只能通过采集电机反电势检测电机转速。

用于转向电机和电动推杆电机。

 2)步进电机驱动,虽说使用标准驱动器,但因为是用三个电机同步驱动小车运行,所以不能失步,

 需要设计较合理的加减速曲线,以匹配小车的物理特性。

3)平台水平控制,倾斜传感器应用。

4)避障传感器应用。

5)SLAM(激光测距)技术应用,室内导航。

6)图像识别技术应用,特定对象跟踪和检测。

7)ROS操作系统,各个功能模块的合理调度和交互,以使它们协同工作。

8)多摄像头图像融合,尽量还原真实的环境、场景。

9) 带深度信息的图像传感器(Kinect或类似产品)应用。

10)路径规划。

11) 通过机器学习方式实现环境自适应。

以上是监控机器人项目必须的和可以尝试的技术,我们会逐一将这些技术应用于平台上,使平台

性能不断完善,并在这个过程中将一些技术实用化、产品化。也希望南创的小伙伴能将你们在上述技

术上的成果在平台上测试、交流,大家共同提高。

四、 子项目拆分

为便于实施,监控机器人项目拆分为以下子项目:

1)移动平台结构部分。

2)移动平台底层驱动器,控制转向电机、电动推杆运动。

3)移动平台底层控制器,实现三轮驱动步进电机的控制,转向电机、电动推杆的配合控制,实现平台

移动的若干基本行为,如:前进、转向、平移、改变轮距、平台调平、平台升降等。

4)避障传感器,检测周围障碍物,防止运动中碰撞。

5)SLAM导航,利用激光测距传感器实现环境重构和室内无障碍运动。

6)图像识别,实现特定目标的查找和追踪;

7)室内定位,实现从A点到B点的运行;

8)自充电系统,实现移动平台的无人维护连续工作。

9)监控系统图像传输和远程控制,以及远程控制信道的建立。

10)监控机器人总控制器,辅助协调上述功能模块的工作和交互,拟采用ROS系统。

暂定上述子项目,根据实施过程的反馈会有适当增减。

五、  项目实施

项目按照拆分的子项目一一实施,目前已完成移动结构部分的设计和实现:

在实施的是子项目二:移动平台底层驱动器以及子项目三:移动平台控制器,基本框架已确定:

底层驱动器自带MCU,通过串口和移动平台控制器相连,实现控制。移动平台控制器构建为ROS

Node,和监控机器人总控制器交互,实现底盘行为控制。

如南创小伙伴中有对上述内容感兴趣的,可以和南创联系,可以参与项目的实施,也可以认领子

项目,如果设计方案得到南创认可,南创将提供材料费,给您一个验证想法的机会。

或许您已经有现成的解决方案,可以完成上述子项目中的某一个,如果您愿意,我们将协助您安

装在平台上,纳入监控机器人的系统,看看是否能可靠工作,有无改进的空间。让您的设计更加完善,

或让您的设计走出闺房

总之,如果大家愿意,可以将这个监控机器人作为一个试验场,或一个创意的“T台”,让您的设

计在上面走秀。

期待着……

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