一、 整體性能及基本參數
機器人符合RoboCup類人組KidSize組別的競賽要求,并能進行各種算法研究,包括圖像處理,機器人定位,機器決策,軌跡規劃,步態規劃等。具體參數如下:
1、 身高H:58.8cm
2、 體重:3.0Kg
3、 自由度:21
4、 步行速度:0.16m/s
5、 穩定工作時間: 30min
6、 基本動作:包括前后步行、左右轉彎、左右移動
7、 復雜動作:踢球、撲球、自動起立
8、 機器視覺:能識別球、機器人及球門
9、 軟件:基本動作與復雜動作規劃程序的源代碼
視覺系統的源代碼
決策系統程序的源代碼
詳細的使用說明書
二、 結構
機器人共由21個舵機驅動,每條腿 6個,其中踝關節2個,為側擺和前擺自由度,膝關節1個,為前擺自由度,髖關節3個,為前擺、側擺和旋轉自由度,腰關節1個,為旋轉自由度,每個手臂3個,頸部2個為俯仰和旋轉自由度,機器人可以靈活動作,滿足足球機器人的運動要求,兩組獨立電池分別為機器人上肢部分和下肢部分供電,尺寸標準符合Humanoid League Rules要求。
1、 控制及傳感系統
為滿足機器人自主決策和運動控制要求,機器人采用分布式控制系統,分別為運動控制層和決策層。運動控制層管理機器人的各種運動,功能包括步態存儲,在線姿態調整,舵機控制,以及除圖像外的所有姿態反饋。決策控制器處理圖像信息,生成運動指令,兩層控制互相通信,共享信息。
采用DSP控制器作為運動控制層,DSP工作頻率為150MHz,通過RS485管理舵機,其A/D模塊采集雙軸加速度計的數據,DSP內核可以滿足大量的運算來實現步態的在線調整;決策層使用掌上電腦,處理器內核為ARM9,操作系統采用Windows Mobile 5.0,工作頻率為400MHz,可以處理USB攝像頭的圖像數據,通過無線網獲得場外必要的指令,兩層控制器通過RS232通信。
機器人傳感器,包括USB攝像頭,雙軸加速度計,此外關節所采用的舵機能夠進行角度、角速度、負載反饋,起到關節傳感器的作用。
2、 關鍵部件詳細參數
(1) 舵機
1) 腿部和腰部電機:力矩3.61Nm、轉速7.5rad/s;
2) 頭部和手臂電機:力矩1.65Nm、轉速5.1rad/s;
(2) 傳感器
1) 攝像頭:分辨率320×240、RGB格式、幀速15fps;
2) 加速度計:5V±5%供電電壓;4 mA輸入電流;測量方向:雙軸;測量范圍:±90°/±1 g;靈敏度 (室溫):2 V/g±0.5%; 任意軸耐加速度>20000g
(3) DSP控制卡:滿足實時控制的要求
1) 工作頻率:150MHz
2) CPU:32位,單指令周期
3) 內存:128K 16位flash存儲器
4) 定時器:3個32位CPU級定時器
5) 串行外設:SPI、2個SCI、CAN
6) A/D:16通道12位ADC,單采樣/同步采樣,小采樣周期80ns
(4) PDA控制器參數
1) CPU:內核為ARM9,時鐘頻率400MHz
2) 內存:64M移動SDRAM,128M flash存儲器
3) 操作系統:Microsoft Windows Mobile 5.0
4) 顯示:3.7英寸高亮度LCD,480×640分辨率
5) 外部接口: USB host接口,USB client接口,串行RS232端口
6) 網絡接口:藍牙 1.2,IEEE 802.1b無線網
7) 擴展接口:SD/MMC卡插口
8) 電池:1200mAH鋰離子電池,8小時正常使用時間
9) 開發環境:Microsoft Visual Studio 2005,Windows Mobile 5.0 SDK開發包
3、 軟件系統:
根據機器人運動控制要求,運動控制卡需要同時具備舵機控制,姿態反饋,運行步態,在線調試,下載和存儲步態的功能,采用主循環處理+中斷事件的程序結構的多任務系統。
采用VC++6.0 MFC類庫編程,實現功能包括顯示每一幀,每個關節的轉角,能夠修改某一幀某個關節的轉角,能夠插入、刪除關鍵幀數據、能夠單步執行步態、連續執行步態,調用步態,下載步態,搭建步態串以測試步態連續運行時的穩定性,能夠在步態運行期間檢測并且記錄機器人姿態參數。
決策層程序包括攝像頭驅動程序和決策主程序兩個部分,其中攝像頭驅動程序用于在PDA采集USB攝像頭的數據。
三、 競賽服務要求:
1. 曾參加美國亞特蘭大RoboCup2007國際比賽、濟南RoboCup2007中國公開賽、2007重慶海峽兩岸機器人交流賽、蘇州RoboCup2008國際比賽,奧地利格拉茨RoboCup2009國際比賽,2010年鄂爾多斯中國公開賽,上述比賽中均獲得冠亞季名次不等。機器人具有四年比賽經驗,且各項性能及比賽源程序代碼、函數庫滿足RoboCup2010新規則的要求,能在2010年競賽要求的場地上正常比賽,終身提供升級維護服務;
2. 可對機器人硬件結構、軟件流程及操作使用提供相關的培訓服務。
3. 提供機器人控制板電路圖,數據手冊,用于故障檢測。
提供實驗研究項目建議和相應的指導書。