Введение

Робот оснащен двумя манипуляторами в виде человеческих рук. Гибридная система передвижения позволяет роботу использовать одновременно и колеса, и ноги. Обучение робота и выполнение работы происходят в тесном сотрудничестве с оператором.

Передвижение
Робот может передвигаться только на ногах, только на колесах, или одновременно используя и колеса, и ноги.

Система восприятия
Пассивное зрение, дополненное датчиками нескольких типов.

Ориентирование
Ориентирование полностью автоматическое и основано на построении карты в исходно неизвестном окружении.

Возможность обучения
Робот обучается выполнению квалифицированной работы во время интенсивного общения с оператором.

Адаптивная система управления движением
Гибридная система передвижения позволяет роботу быстро передвигаться и преодолевать препятствия.

Рабочая часть
Манипуляторы в виде человеческих рук способны выполнять задачи подобно человеку, в случае необходимости пользуясь инструментами.

Обзор технических характеристик

2 части корпуса, соединенные подвижным суставом 4 ноги с электроприводом на колесах -ДxШxВ 1,4x1,2x(0,5-1,2)м Степени свободы: - Платформа 4x3     +4 колеса     +сустав корпуса - Манипулятор     +2 руки x 5     +2 в самом манипуляторе Гибридная система питания Двигатель внутреннего сгорания    - Макс. мощность при работе в непрерывном режиме 1 кВт.    - Продолжительность работы 30 мин при максимальной мощности    - Бак емкостью 0,3 литра    - С баком 2 литра - 3 часа работы 4 батареи    - свинцовые батареи 18 А-часов

Максимальный клиренс 0,7m Максимальная скорость на колесах 7 км/час. Вес с манипулятором - около 230 кг. 1 Персональный компьютер 5 микроконтроллеров Шина CAN Датчики:    - 13 потенциометров    - 8 датчиков давления    - датчики наклона    - гироскоп с 3-мя углами ориентации    - датчики ускорения    - 4 ультразвуковых сенсора    - лазерный дальномер    - камера    - дальномеры

Техническое описание

Механика

Механическая часть робота была разработана и изготовлена Rover Company Ltd, Санкт-Петербург, Россия. Они накопили большой опыт в создании подобных конструкций при разработках всех советских луноходов.

Одинаковые части робота идентичны друг другу: одинаковые колеса, ноги, одинаковая конструкция "мускулов" и моторов для них. Нажмите на ссылку, чтобы посмотреть конструкцию линейных приводов (pdf).

Чертеж с габаритными размерами платформы

 

Последовательные этапы разработки конструкции робота.

Рабочая часть

Рабочая часть робота WorkPartner оснащена двумя руками-манипуляторами. Сама рабочая часть состоит из корпуса с двумя степенями свободы, двух рук с 3-мя степенями свободы и "головы" с камерой, поворачивающейся в двух направлениях.

Рабочая часть крепится на несущей платформе двумя суставами, которые позволяют ей двигаться по горизонтали и вертикали. С установленными манипуляторами WorkPartner перестает быть похожим на человека, и его стоит называть не гуманоидом, а скорее, центавроидом.

С помощью двух рук-манипуляторов робот должен уметь обращаться с предметами, длина которых больше, чем длина руки робота – это умение необходимо для выполнения многих задач. Двумя руками робот может поднимать предметы весом до 10 килограммов и размером до 1 метра. Движение манипуляторов и платформы управляется одной системой управления движением.

Электроника и компьютеры.

Компьютерная система управления роботом построена на шине CAN, как показано на рисунке.

Каждая нога робота управляется своим контроллером (обозначен контроллер ноги), каждый из которых основан на микроконтроллере Siemens 167 и PHYTEC 167-mini-MODULE. Такой же контроллер управляет и центральным суставом. Для других узлов требуются большие вычислительные мощности, например, для управления передвижением робота, расчета пользовательского интерфейса, или системы ориентирования робота, и эти вычисления проводятся на плате PC-104. Также можно подключить дополнительные вычислительные мощности с помощью беспроводной локальной сети (WLAN). Основной компьютер робота - это 586 на плате PC-104, работающий под управлением операционной системы QNX. В электронную часть робота также входят серво контроллеры для приведения в действие моторов и специально разработанные платы усиления для датчиков давления во всех суставах ног.

Рабочая часть робота также соединена с шиной CAN. Основным отличием является подсоединение каждого сустава и контроллера мотора к этой шине. Контроллер мотора состоит из модуля CAN и цифрового сигнального процессора. Он позволяет считывать и управлять положением, скоростью и прилагаемым усилием. Отдельно управляется только поворот головы в двух направлениях.

Все оборудование модульное и легко в эксплуатации и поддержке. Платы управления ногами робота и средним суставом одинаковы, также используются одни и те же платы микроконтроллеров и сервоусилителей. В случае поломки автоматическую систему можно отключить и воспользоваться внешним ручным пультом управления.

Архитектура программного обеспечения

В проекте такого масштаба, с большим количеством занятых специалистов, важна последовательность при создании программного обеспечения. Робот будет создаваться постепенно, в несколько стадий, поэтому создание своевременного описания модульной структуры и документации робота - это отдельная задача.

Разработка и планирование программного обеспечения ведется с помощью UML, а программный код пишется с использованием методов объектно-ориентированного программирования. Структура управляющего программного обеспечения представлена на рисунке. Оно состоит из нескольких иерархических уровней, которые взаимодействуют между собой посредством специального командного языка WorkPartner, который создается на основе XML.

Оператор управляет уровнем "искусственного интеллекта", который затем передает команды нижележащим уровням. Задачи на выполнение работы передаются манипулятору, а если нужно переместиться в другое место, то системе ориентирования. Платформа Hybtor служит для передачи на верхний иерархический уровень. Службы системы восприятия доступны всей системе. Кроме того, параллельно с системой ИИ может использоваться обычный пользовательский интерфейс.

Архитектура программного обеспечения платформы робота.

Все программы платформы Hybtor разделены на несколько параллельных процессов. Служба Start/Watchdog запускает все остальные процессы в установленном порядке. После этого она остается активной и наблюдает за их состоянием. Служба распознавания команд выполняет функцию посредника между платформой и верхним иерархическим узлом. Служба "Контроллер движения" занимается всеми расчетами, касающимися планирования движения платформы. "Память совместного доступа" содержит все данные, полученные от сенсоров ног и центрального сустава. "Чтение из CAN" получает сообщения из шины CAN и записывает их в память общего доступа. "Передача в CAN" посылает управляющие команды контроллерам ног и среднего сустава.

Архитектура управления

Архитектура управляющей системы робота WorkPartner представлена на рисунке. Видно, что она предоставляет широкие возможности для взаимодействия робота с пользователем

Пользователь формулирует задачи на языке высокого уровня (на схеме "язык WoPa"). В синтаксис языка входят команды и объекты текущего окружения, в которое входят окружающее пространство, отдельные объекты и их возможные свойства. Под объектами понимаются либо реальные физические предметы, либо неизвестные предметы в указанном месте. Окружение робот запоминает в виде базы данных объектов, в которую входит двумерная карта и координаты расположения объектов. Объекты представлены в виде прямоугольников соответствующего размера с именем-указателем и списком содержания. Управляющая программа интерпретирует команды пользователя и планирует порядок действий для решения поставленной задачи. Она создает последовательность команд на языке среднего уровня для управления различными подсистемами робота. Язык среднего уровня состоит из набора команд для определенного режима управления. Например, таким образом можно собрать данные с датчиков во время их работы. Другой набор команд заставит робота выполнять достаточно сложные задачи, используя одновременно и двигательную, и рабочую части, в том числе манипуляторы.