“踏浪”!哈工大本科生1万成本开发四足机器人

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Toutiao
最新回复:2019年7月12日 6点5分 PT
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新智元

【新智元导读】每年大学生们的机器人大赛,都会让人看得激情澎湃。一群初出茅庐的大学生,自己亲手搭建机器人,并在赛场上尽情挥洒汗水与激情的场景都会让无数人动容。而今年的 Robocon 大赛,由于四足机器人赛题的加入,显得尤为好看。其中来自哈尔滨工业大学的四足机器人便深深吸引了我的眼光。更多机器人资讯、视频,请关注新智元和群

近几年来,由于种种原因,四足机器人成为很多高校与公司争相研发的机器人项目。其中一些国外公司与高校的明星产品,频频刷爆我们的朋友圈。但与之对比我们了解到的国内四足却很少,所幸的是今年 Robocon2019 赛题中便有一项关于四足机器人的比赛,从众多参赛的团队中也让我们看到了中国大学生在创造四足机器人的能力上是完全不输国外学生的

 

在比赛中,来自哈工大竞技机器人队的四足机器人动作灵活、速度惊人,并获得了全国季军,马术单项赛竞速组冠军的好成绩。下面就让我们一起来看一下来自哈工大的四足机器人。

哈工大竞技机器人队 

哈工大我们自是不必过多介绍,这所有着近百年历史的中国双一流大学,在众多学科领域的贡献与排名我们都有目共睹,是一众莘莘学子们可望而不可即的国内顶级学府。

在这所学校中,也成长着一支非常优秀的机器人团队 —— 哈工大竞技机器人队。该团队成立于 2002 年,由哈尔滨工业大学校团委的指导和组织,全校各专业学生自愿报名参加组成。该团队经过 18 年的技术积淀,建立了机械,控制,硬件,传感等全面全自主的技术体系。参与亚太大学生机器人大赛 robocon,全国大学生机器人大赛 robomaster,icra dji 人工智能挑战赛等国内外机器人赛事,和其他各类创新创业赛事,取得了多次冠军和全国一等奖等荣誉。

哈工大四足机器人 “踏浪” 

Robocon 比赛是亚洲广播联合会(ABU)在 2002 年发起的一个大学生机器人创意和制作比赛。比赛每年发布一个新规则,需要参赛者综合运用机械、电子、控制等技术手段完成规则设置的任务,可以说是本科阶段最高机器人赛事。作为高技术门槛的机器人竞赛平台,自 2002 年来,已经成功举办了 16 届,国内先后有百余所院校踊跃参加,多年以来参赛的同学亲切的将之称为萝卜坑。

今年,Robocon2019 赛题中,其中一部分要求是制作一个四足机器人,需要实现直线,转弯,越障,过绳,上坡等功能。哈工大机器人对的队员们针对赛题,在机械控制和硬件上开展了 8 个多月的研发工作。最终完成了一个可以实现跳跃和高速奔跑的通用四足机器人 “踏浪”。

“踏浪” 在户外移动

 

经过几轮的设计迭代,“踏浪” 被设计为并联的 8 自由度四足机器人,并搭载了视觉系统,通过识别场地中元素,获得自身位置信息。机械与硬件整体成本还控制在了 1 万元人民币左右。

收到指令后,撒丫子就跑的 “踏浪”

 

机械上,“踏浪” 的每条腿使用并联构型,虽然并联构型在工作空间和尺寸上有劣势,但是在出力和速度上较串联构型有优势,这种方案非常适合电机性能较差的条件。同时采用了主流的低减速比搭配大扭矩无刷电机的驱动方案。

 

考虑到成本问题,团队使用了一级齿轮传动,大齿轮使用尼龙齿圈小齿轮使用铝合金齿轮,最终实现了 5.8:1 的减速比。虽然 8 自由度方案,无法实现机器人全向移动,但是通过差动转向的方式,足够满足实际需求。

“踏浪” 快速上坡

 

控制上,使用 stm32 与 FPGA 作为控制算法的硬件平台,通过自行设计制作的有感 FOC 驱动器实现对电机的力矩控制,并使用阻抗控制方法实现了腿足的主动柔顺效果。在四足逆运动学的基础上,规划足端轨迹,在视觉信息的引导下,最终全自动地完成比赛。使用 IMU 反馈做姿态稳定控制,并在腿足上安装压力传感器,实现碰撞检测。

“踏浪” 跳跃障碍物

 

视觉上,使用 Intel 微型电脑作为处理平台,传感器使用华硕 Xtion Pro Live 深度相机,与 270 度舵机结合,实现对赛场环境的多方位扫描。算法方面以 Point Cloud Library 及 OpenCV 等开源计算机视觉库为基础,对深度相机采集的场地特征进行识别分析,得到机器人当前的绝对位置,指导机器人行进及完成特定动作;通过三维点云与二维图像的结合与转换,加快算法速度,提高识别效率。

登顶瞬间

 

下面让我们欣赏一下有关 “踏浪” 机器人的比赛实况:

 

桌面级 12 自由度四足机器人 

另外,在备赛期间,出于对 12 自由度四足的兴趣和宣传需要,该团队还设计制作了一款桌面级的四足机器人。可以实现全向移动和机体六自由度控制,并基于 IMU 做了地形适应和自稳定功能。动力部分使用 12 个总线舵机,机体采用全 3D 打印结构。

小型桌面四足机器人

这款小四足相比前面的大家伙似乎更可爱了一点,而且也实现了各种功能,看上去真想自己做一个养在家里呢!

小狗 MU 自稳

小狗地形适应

小狗全向移动

小狗姿态控制

 

而且团队还将这款桌面级的四足机器人的制作教程发布到了网上,方便喜欢四足机器人的同学自己动手完成。

 

有感兴趣的同学,可以前往 bilibili 网站搜索视频教程:

https://www.bilibili.com/video/av49584364

网评员总管
1 楼
红方公然作弊
刁太大
2 楼
操,要人去搬它转身然后才登顶?也算挺牛的。
m
maximums
3 楼
: 一般这种机器人比赛都会有规定触碰次数的。触碰一次扣多少分这种。如果完全不让触碰,容易出现两边都无法完成的情况,就无法分胜负了。
z
zmxnv
4 楼
到处秀一颗没进化好还有残疾的大脑
网评员总管
5 楼
: 机器人自动化还得碰触? 这种烂水平机器人要碰触那还比个屁
洪达
6 楼
玩皮影啊?!好意思?
楼主名副其实啊
7 楼
四足的机器人,看不到任何意义啊,研发出来有什么用呢?
d
dogdog1030
8 楼
楼下真是嘴皮子动动就天下第一了,我知道你们一定拿波士顿动态的机器狗相比,但是你们想想,波士顿动态花了多少钱,是多少个专业牛逼的团队,研发了多少年才有这样的牛逼产品?这就是一群大学生搞的,其目的也根本不是跟这种世界大牛比,也毫无可比性,主要目的是培养人才,未来就可能会有类似波斯顿动态这样的中国团队。
g
gx8cjdrb
9 楼
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全通
10 楼
哈哈哈,睁开狗眼去看看Stanford 的开源doogo,完全抄袭不敢说,但九成以上的"借鉴"肯定是有。
d
dogdog1030
11 楼
: 看来你是不会说人话了。您是专家,我不懂,但我的意思您一定误解了。我的意思是说,这只是一群大学生,他们根本就没有能力做什么世界第一的机器人,这个活动的根本目的在于培养人才,美国怎么抄袭我不知道,这不是我的专业,但我肯定的是中国这群小伙子很棒! 怎么说话,和怎么听别人说话,体现了一个人的素质。我没有骂你,但是你却攻击了我,别忘了,这留言很多人能看见,谁对谁错,你将以一个怎样的姿态展示在大家面前,你的言行举止将一直保留在互联网上,知道你死都会名流千古。互联网不是你撒泼的地方!
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gengzhi
12 楼
这个是借鉴了美国的那个机器人。但有些核心技术是不会开源的,这种水平也就在中国玩玩。
d
dogdog1030
13 楼
哦。看了12楼朋友的回复才明白过来你说的是中国抄袭。呵呵。老师您真厉害,中国抄袭不抄袭我也不知道,我不是理工科,我表示不会甘拜下风,但既然你一出口就如此贬低我,光耍嘴皮子也没说服力不是?你说的什么开源的dogdo啥的。。欢迎你做一个出来记得放上油管,然后留园给我发条私信呗,我去给你点赞,一言为定哟。做不到是小狗,你就是在骂你自己哟。
w
wendows
14 楼
马上淘宝200块一个 😂
g
gengzhi
15 楼
和五毛做无谓的辩论是浪费时间
d
dogdog1030
16 楼
枉我还给你点了一个赞,你从哪里看出来我是五毛?我丛申一次,你们都是老师,我不懂理工科,如果10楼好好说,不要侮辱人,我会非常礼貌的回复他,感谢赐教,让我学到了一个新的东西。但我最受不了的,我也是给留园写过好几封信,可以讨论,但1,不能辱骂,2不能扣帽子。我在留园十几年,一直秉承着礼貌谦让,我从不讨论任何关于政治的话题,也不参与任何一方的骂战。请自重!!
星星星
17 楼
: 绝大多数刘元用户都是没有文化的傻逼,你和他们计较就是自己累死气死
对不起我是警察
18 楼
视觉上,使用 Intel 微型电脑作为处理平台,传感器使用华硕 Xtion Pro Live 深度相机,与 270 度舵机结合,实现对赛场环境的多方位扫描。算法方面以 Point Cloud Library 及 OpenCV 等开源计算机视觉库为基础...嗯嗯
d
dogdog1030
19 楼
我是想通过自己的实际行动感化更多的人,这十几年我都是这么做的,有话可以好好说,家大人难道不教他们说话吗?我是非常好奇,他们在生活中也是这样一上来就称呼人家五毛,狗粮,傻逼,狗东西吗?我真的不信,他们平时生活中应该也是正常人,但怎么到了网络上就不正常了?就刚才的事情来说,他完全可以好好说,这样我觉得他说的更有信服力,说真的。我相信他说的,哪怕是他骂我,因为他知道这件事情,我不知道。但我最不服的就是为什么这些人明明是有道理的,却要使劲的骂一个与自己毫不相干切无仇恨的人。难道这样才能显得自己位置比较高吗?我真的很想见一下骂我的人到底是啥样。
a
adelaideboy
20 楼
这已经很不错了,能跑能跳的
打狗不看主人
21 楼
他们的工作就是贬低中国的一切,你觉得他们讲道理有用吗?
恶意灌水1
22 楼
因为一些傻逼已经基本脱离了人类的道德底线,脱离了人类的逻辑水平,根本不会给你讲道理。见中国就黑,对于这些人,你不骂他,他们根本听不懂。不信你随便去发一个支持中国,支持华为,支持中国政府正面的帖子。如果没有喷你,骂你,那就说明你真的牛逼了。中国人支持自己的国家正常。就算不是中国人,一个智商正常,道德正常,逻辑正常的人,都不会毫无底线到处诋毁中国,中国人,中国政府,中国企业。
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dogdog1030
23 楼
其实我是觉得,同样一句话,用文字打出来可以有很多种不同的方式,例如质疑别人:朋友你这样不对吧!!我不这么认为的。也可以说成:你傻逼吧!正常人都不是这样的逻辑。。我想第一种方式大家应该会更容易接受。毕竟观点不同,不代表人家智商有问题,或者就是坏人,也不是针对某个人。更犯不上骂人,嘲笑,羞辱,扣帽子。所以我觉得网上聊天应该注重一下言辞,而不是张口就来。