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- 1. RoboPeak 团队 2009 – 2013 http://www.RoboPeak.com -机器人制作分享和介绍 By 陈士凯 (CSK)
- 2. RoboPeak Mini: n. 易用的小型化群体机器人开发平台 简写: RPmini
- 3. 13cm 8 cm
- 4. 我们为何制作RoboPeak Mini? • 小型化 • 丰富的传感器资源 • 软硬件协同设计 • 开发平台 – 方便携带，降低成本 – 更多可能性 – 不仅仅是硬件堆砌，注重易用性 – 提供扩展应用的可能性 初期：团队内部研发使用
- 7. 0.7m 8cm RoboPeak Mini (2011 – 2012)
- 11. RoboPeak Mini v2 (2011 – 2012) 超声波测距雷达 惯性导航系统 蓝牙无线通讯 LCD 高精度里程计 X8 障碍物检测 32位ARM处理器
- 13. 群体视觉定位和协作
- 14. RoboPeak SDK 上层控制逻辑 蓝牙/WIFI 72Mhz ARM 3D电子罗盘 3D加速度计 陀螺仪 超声波雷达 障碍和跌落检 测 LCD 按键 X8 LED Speaker 电机控制器 供电和电源管 理 人机界面 IMU 智能控制算法
- 18. 机器人硬件 + 内置软件支持
- 19. 传统机器人控制软件编写 基本运行 • PWM电机驱动 • PID转速控制 • 与上位机通讯逻辑 稍复杂的行为 • 各传感器驱动程序 • 简单的传感器数据处 理 • 障碍躲避 • … 更复杂的行为 • 传感器数据融合 • Kalman Filter • 路径规划 • 航迹推测 • SLAM • 视觉导航 • ….
- 20. 内置算法支持 基本运行 • PWM电机驱动 • PID转速控制 • 与上位机通讯逻辑 稍复杂的行为 • 各传感器驱动程序 • 简单的传感器数据处 理 • 障碍躲避 • … 更复杂的行为 • 传感器数据融合 • Kalman Filter • 路径规划 • 航迹推测 • SLAM • 视觉导航 • ….
- 22. 基于原语的机器人行为控制 run(200 cm) Turn(90 deg) Goto(40, 80) GetPath 80 80 实际路径
- 29. 控制： • 按指定速度运行 • 转特定角度 • 移动到给定位置 • etc…
- 30. 获得实际转速 + 实时转速调节
- 32. I II III 获取移动距离 + 获取朝向 精确位移控制 + 精确朝向控制
- 36. RoboPeak Mini的PID转速控制原语 Motor(FORWARD, 100) Motor(BACKWARD, 100) Motor(BRAKE)
- 37. RoboPeak Mini的转动和移动原语 Run(100 meter) Turn(90 deg) Goto(30, 40)
- 39. 定位： • 初步：通过自身姿态信息 • 朝向/运动的轨迹/移动速度/转动速度 • 进一步：环境信息 • 机器人在环境中的位置/周围障碍物情况/…
- 41. 里程计(编码器) 提供移动速度和距离 移动速度 = 电机转速 * 轮周长 移动距离 = 移动速度 * dT
- 45. 基于里程计(编码器)的测量 𝜃 𝑙 差分驱动模式的计算 𝑏 𝜃 = ∆𝑟𝑖𝑔𝑡 − ∆𝑙𝑒𝑓𝑡 𝑏 𝑙 = ∆𝑙𝑒𝑓𝑡 + ∆𝑟𝑖𝑔𝑡 2
- 49. 里程计(编码器)的测量特点： • 硬件成本低（无须额外传感器） • 不受磁场、温度等影响 • 误差会累加 • 精度低 • 无法避免打滑现象
- 50. 陀螺仪 (角度传感器)
- 52. 陀螺仪特点： • 解析度高 • 抗干扰强 • 误差会累加 • 温度漂移问题 𝜃 𝑡 = 𝜃 𝑡 − 1 + ∆𝜃 MEMS陀螺仪：检测角速度
- 53. 航迹推算 Dead Reckon
- 54. (𝑥, 𝑦, 𝜃) 航迹推算 (Dead Reckon) 推荐文献： Where am I?- Sensors and Methods for Mobile Robot Positioning， J. Borenstein et al
- 56. 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 vision DeadReckon
- 60. 如何避免累计误差?
- 61. 电子罗盘
- 62. HMC5883 三轴电子罗盘
- 63. 电子罗盘 – 检测外部磁场在X/Y/Z轴的分量 𝜃 mY mX 𝜃 = arctan( 𝑚𝑌 𝑚𝑋 ) 𝐵
- 64. 电子罗盘特点： • 误差不会累计 • 可以获得绝对角度（朝向） • 容易受磁场环境干扰（尤其室内） • 环境改变后需要重新校正
- 65. 室内环境的磁场干扰
- 66. 对磁场扰动的校正
- 68. (𝑥, 𝑦, 𝜃) 融入环境信息 (𝑥′, 𝑦′, 𝜃′)
- 69. 超声波测距扫描
- 73. 视觉定位
- 79. 多传感器融合 – 取长补短 特性 陀螺仪 电子罗盘 里程计角度测量 精确度 高 中等 中等 是否有累计误差 有 无 有 抗环境干扰 优秀 差 差 测量稳定性 优秀 差(室内) 差(易打滑) 成本 较高 中等 低 … … … … 电子罗盘 陀螺仪 里程计 (其他) 融合算法+ 更精确的角度
- 80. 融合算法 • 互补滤波器 • 卡尔曼滤波器 • 粒子滤波器 • ….
- 81. 启用传感器融合
- 82. 启用传感器融合
- 83. 消除磁场干扰 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Vision magnet fusion
- 84. 同步定位与建图 (SLAM)
- 86. LIDAR 传统产品成本较高
- 87. 低成本的LIDAR
- 88. 扩展与下一步工作
- 92. Copyright 2009 – 2013 RoboPeak Team http://www.robopeak.com