TPE-GRM 类人足球竞赛机器人

机器人符合RoboCup类人组KidSize组别的竞赛要求,并能进行各种算法研究,包括图像处理,机器人定位,机器决策,轨迹规划,步态规划等。

一、整体性能及基本参数

机器人符合RoboCup类人组KidSize组别的竞赛要求,并能进行各种算法研究,包括图像处理,机器人定位,机器决策,轨迹规划,步态规划等。具体参数如下:

1、   身高H58.8cm

2、   体重:3.0Kg

3、   自由度:21

4、   步行速度:0.16m/s

5、   稳定工作时间: 30min

6、   基本动作:包括前后步行、左右转弯、左右移动

7、   复杂动作:踢球、扑球、自动起立

8、   机器视觉:能识别球、机器人及球门

9、   软件:基本动作与复杂动作规划程序的源代码

          视觉系统的源代码

          决策系统程序的源代码

          详细的使用说明书

二、结构

机器人共由21个舵机驱动,每条腿 6个,其中踝关节2个,为侧摆和前摆自由度,膝关节1个,为前摆自由度,髋关节3个,为前摆、侧摆和旋转自由度,腰关节1个,为旋转自由度,每个手臂3个,颈部2个为俯仰和旋转自由度,机器人可以灵活动作,满足足球机器人的运动要求,两组独立电池分别为机器人上肢部分和下肢部分供电,尺寸标准符合Humanoid League Rules要求。

  1、控制及传感系统

为满足机器人自主决策和运动控制要求,机器人采用分布式控制系统,分别为运动控制层和决策层。运动控制层管理机器人的各种运动,功能包括步态存储,在线姿态调整,舵机控制,以及除图像外的所有姿态反馈。决策控制器处理图像信息,生成运动指令,两层控制互相通信,共享信息。

采用DSP控制器作为运动控制层,DSP工作频率为150MHz,通过RS485管理舵机,其A/D模块采集双轴加速度计的数据,DSP内核可以满足大量的运算来实现步态的在线调整;决策层使用掌上电脑,处理器内核为ARM9,操作系统采用Windows Mobile 5.0,工作频率为400MHz,可以处理USB摄像头的图像数据,通过无线网获得场外必要的指令,两层控制器通过RS232通信。

机器人传感器,包括USB摄像头,双轴加速度计,此外关节所采用的舵机能够进行角度、角速度、负载反馈,起到关节传感器的作用。

  2、关键部件详细参数

   (1)     舵机

  1)   腿部和腰部电机:力矩3.61Nm、转速7.5rad/s

  2)      头部和手臂电机:力矩1.65Nm、转速5.1rad/s

   (2)     传感器

  1)      摄像头:分辨率320×240RGB格式、帧速15fps

  2)      加速度计:5V±5%供电电压;4 mA输入电流;测量方向:双轴;测量范围:±90°/±1 g;灵敏度 (室温)2 V/g±0.5%; 任意轴耐加速度>20000g

   (3)     DSP控制卡:满足实时控制的要求

  1)      工作频率:150MHz

  2)      CPU32位,单指令周期

  3)      内存:128K 16flash存储器

  4)      定时器:332CPU级定时器

  5)      串行外设:SPI2SCICAN

  6)      A/D16通道12ADC,单采样/同步采样,最小采样周期80ns

   (4)     PDA控制器参数

  1)      CPU:内核为ARM9,时钟频率400MHz

  2)      内存:64M移动SDRAM128M flash存储器

  3)      操作系统:Microsoft Windows Mobile 5.0

  4)      显示:3.7英寸高亮度LCD480×640分辨率

  5)      外部接口: USB host接口,USB client接口,串行RS232端口

  6)      网络接口:蓝牙 1.2IEEE 802.1b无线网

  7)      扩展接口:SD/MMC卡插口

  8)      电池:1200mAH锂离子电池,8小时正常使用时间

  9)      开发环境:Microsoft Visual Studio 2005Windows Mobile 5.0 SDK开发包

  3、软件系统:

根据机器人运动控制要求,运动控制卡需要同时具备舵机控制,姿态反馈,运行步态,在线调试,下载和存储步态的功能,采用主循环处理+中断事件的程序结构的多任务系统。

采用VC++6.0 MFC类库编程,实现功能包括显示每一帧,每个关节的转角,能够修改某一帧某个关节的转角,能够插入、删除关键帧数据、能够单步执行步态、连续执行步态,调用步态,下载步态,搭建步态串以测试步态连续运行时的稳定性,能够在步态运行期间检测并且记录机器人姿态参数。

决策层程序包括摄像头驱动程序和决策主程序两个部分,其中摄像头驱动程序用于在PDA采集USB摄像头的数据。

三、竞赛服务要求:

   1、 曾参加美国亚特兰大RoboCup2007国际比赛、济南RoboCup2007中国公开赛、2007重庆海峡两岸机器人交流赛、苏州RoboCup2008国际比赛,奥地利格拉茨RoboCup2009国际比赛,2010年鄂尔多斯中国公开赛,上述比赛中均获得冠亚季名次不等。机器人具有四年比赛经验,且各项性能及比赛源程序代码、函数库满足RoboCup2010新规则的要求,能在2010年竞赛要求的场地上正常比赛,终身提供升级维护服务;

   2、 可对机器人硬件结构、软件流程及操作使用提供相关的培训服务。

   3、 提供机器人控制板电路图,数据手册,用于故障检测。

   4、提供实验研究项目建议和相应的指导书。

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