移動機器人/智能無人車教學實驗室解決方案

方案簡介

移動機器人/智能無人車教學實驗室解決方案由教學和科研機器人專家——硅步機器人為高校機器人相關專業的實驗教學量身打造。

該解決方案以Gaitech E100移動機器人教學平臺為主要硬件設備,以流行的機器人操作系統ROS為軟件環境,可開設與移動機器人/無人車結構與工作原理、ROS應用軟件開發、移動機器人/無人車自主導航、傳感器數據采集與融合、機器人視覺等內容相關的各種類型的實驗。

移動機器人/智能無人車教學實驗室解決方案配有完善的教程和實驗指導書,可滿足機器人相關專業多門課程多個實驗/實踐環節的教學需要。

適用專業 機器人、機械工程、電子信息工程、自動化等本科專業
實驗設備和軟件平臺

移動機器人/智能無人車教學實驗室主要設備由若干臺Gaitech E100移動機器人教學平臺及相應的外接傳感器組成。

Gaitech E100是一款由硅步機器人專門為移動機器人實驗教學研發的高性價比多用途移動機器人。E100擁有堅實的硬件平臺和強勁的計算性能,內置先進的導航算法,完全支持機器人操作系統ROS,可外接激光雷達、RGBD攝像機、聲吶陣列等傳感器,具有良好的擴展性。此外,E100還支持云操控,用戶可通過互聯網對位于不同地方的一臺或多臺E100進行實時遠程操控。


特征與優勢

作為一款面向機器人相關專業實驗教學的移動機器人平臺,Gaitech E100具有如下特征和優勢:

堅實的硬件平臺

Gaitech E100擁有性能強勁的馬達和堅如磐石的底盤,用戶可以專注于應用開發而無需擔憂動力傳動系統。

強大的計算性能

Gaitech E100內置四核ARM A9樹莓派3單板計算機,可安裝和流暢運行Ubuntu和ROS機器人操作系統。

先進的導航算法

Gaitech E100內置先進的導航算法,能夠在建筑物內的兩個不同位置之間自主移動,靈活躲避障礙。

靈活的協同能力

不同的Gaitech E100接入同一ROS網絡后可互相訪問和協同執行某一任務。可與接入同一網絡的其他機器人進行協同工作。

充沛的電源動力

Gaitech E100配備24V 最大容量為35安培小時的電池;同時,E100可提供12V 10A和5V 10A兩種電源。

主要技術參數

Gaitech E100的主要技術參數如表所示:

負載 100kg 驅動系統 2x200w輪轂電機(差速驅動)
最大速度 2m/s 里程計 霍爾測距傳感器,精度2mm
電源 5V/12V 7A直流電源 計算機 四核ARM A9 –樹莓派3
軟件 Ubuntu16.04,ROS Kinetic,Gaitech E100 ROS功能包 攝像頭 單個向上攝像頭
導航 基于上線基準的導航 外接傳感器(選項) 聲吶陣列、RGBD、激光測距儀等

軟件平臺

Gaitech E100采用ROS作為操作系統和軟件開發環境。作為一款流行的機器人操作系統,ROS由一系列開源工具和先進算法組成,是一種跨平臺模塊化軟件通訊機制,同時也是一個最活躍的機器人開發交流平臺。

ROS具有點對點設計、不依賴編程語言、精簡與集成、便于測試、開源以及強大的庫和社區等特點,ROS通過代碼復用可以極大提高機器人應用開發效率。

實驗項目

移動機器人/智能無人車教學實驗室解決方案可為用戶提供驗證性、綜合性、設計性和創新性等不同類型的實驗項目,可滿足與移動機器人相關的基本實驗教學、課程設計、畢業設計、創新創業實踐等不同環節的實驗/實踐教學需要。

驗證性和綜合性實驗

移動機器人/智能無人車教學實驗室可開設的部分驗證性和綜合性實驗項目如表所示:

序號 實驗項目 建議學時 實驗內容 實驗目的
1 移動機器人組裝與測試 4 觀察E100的機械結構和電氣連接拆卸E100組裝E100開機測試E100 了解移動機器人結構組成及主要部件功能掌握移動機器人的工作原理熟悉移動機器人的組裝步驟
2 移動機器人基本控制與測試 4 E100基本運動控制測試E100運動性能(最大速度、加速度、平順性、通過性等)分析影響E100運動性能的主要因素 掌握移動機器人的基本控制方法掌握移動機器人移動性能的測試方法了解影響移動機器人移動性能的主要因素
3 移動機器人遠程控制 6 遠程電腦ROS安裝與測試E100遠程連接和配置遠程桌面控制E100基本運動總結遠程桌面控制和遙控器控制的異同 掌握ROS的安裝步驟和測試方法掌握ROS下遠程連接移動機器人的方法掌握移動機器人的遠程桌面控制
4 ROS功能包測試 4 下載E100 ROS功能包測試E100 ROS功能包 掌握ROS功能包的下載和使用方法
5 連接和使用激光雷達 4 連接Hokuyo激光雷達訪問激光雷達數據修改激光雷達數據 掌握激光雷達數據的訪問、修改和使用方法
6 連接和使用RGBD傳感器 6 連接RGBD傳感器采集和顯示RGBD圖像在ROS中使用OpenCV處理圖像 掌握ROS下連接和獲取RGBD傳感器數據的方法掌握使用OpenCV處理ROS圖像的步驟
7 連接和使用聲吶傳感器 4 連接聲吶傳感器訪問和使用聲吶傳感器數據 掌握聲吶傳感器數據的訪問、修改和使用方法

設計性和創新性實驗

除了驗證性實驗外,移動機器人/智能無人車教學實驗室還可用于大學生課程設計、畢業設計、SRTP等所需要的設計性和創新性實驗/實踐需要。該實驗室可開設的部分設計性和創新性實驗項目如表3所示:

序號 實驗項目 項目簡介
1 移動機器人手勢控制 利用E100前置的RGBD傳感器采集人的手勢圖像,通過cv_bridge轉換成OpenCV圖像格式后進行處理和識別,識別結果轉換成相應的運動指令,從而控制E100的前進、后退、停止、左轉、右轉等基本運動。
2 移動機器人遠程視頻監控 配置全景攝像頭的E100在自主導航的過程中,采集前后左右四個方向的視頻圖像,通過無線網絡將視頻數據傳輸給連接至該機器人的遠程桌面,從而實現遠程視頻監控。
3 多機器人協同 多臺E100連接至同一ROS網絡,通過遠程桌面對連接至該網絡的E100進行管理和指揮。在遠程桌面的操控下,不同的E100既可執行同一任務,也可協作完成多個任務。
4 基于RGBD視覺的SLAM 視覺SLAM(Visual SLAM)包括使用單目SLAM、雙目SLAM和以Kinect為代表的使用景深攝像頭的RGB-D SLAM。本實驗項目利用E100的RGBD傳感器采集視頻圖像,經視覺里程計、后端優化、建圖和閉環檢測后實現定位與建圖。
5 移動機器人自主導航 利用E100的RGBD傳感器檢測障礙的大小和距離,同時融合聲吶傳感器和激光雷達數據,完成障礙的精確定位,實現E100在未知環境中的避障和自主導航功能。
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