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技术分享 | 什么是Minitaur四足机器人?
新闻 2021-09-15 10:29:15

什么是Minitaur四足机器人?

Minitaur是Ghost Robotics早期研制的一款高性能小型四足机器人,其虽然仅具有8个自由度但是却有着非比寻常的运动能力和不输于MIT猎豹的越障、空翻能力,Minitaur采用8个无刷电机作为动力来源,整机自重4kg,最快运动速度2m/s,续航大约为20分钟,虽然其以并联结构来设计腿部但基于Kodlab所研究的力控制算法能实现稳定的Trot、Bound和Pronk步态,是一个低成本、高性能的四足机器人研发平台。


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相关网站:

  • GhostRobotic官网

  • kodlab官网


什么是Webots仿真?

Webots是专业的移动机器人仿真软件包。它提供了快速的原型制作环境,使用户可以创建具有物理特性(例如质量,关节,摩擦系数等)的3D虚拟世界。用户可以添加简单的被动对象或称为移动机器人的主动对象。这些机器人可以具有不同的移动方案(轮式机器人,有腿机器人或飞行机器人)。而且,它们可能配备有许多传感器和执行器设备,例如距离传感器,驱动轮,摄像机,马达,触摸传感器,发射器,接收器等。最后,用户可以对每个机器人进行单独编程,以表现出所需的行为。Webots包含大量机器人模型和控制器程序示例,以帮助用户入门。Webots还包含许多与真实移动机器人的接口,因此,一旦您模拟的机器人表现出预期的行为,您就可以将其控制程序转移到诸如e-puck,DARwIn-OP,Nao等真实机器人上。可以添加新接口通过相关系统。


典型应用场景:

  • 测试机器人算法(导航、规划、控制、视觉等任何算法)


Webots的特点:

  • 丰富的物理引擎

  • 丰富的机器人模型和环境库

  • 多种多样的传感器选择

  • 便捷的机器人建模界面


相关网站:

Webots官网


基于Webots的四足机器人仿真有什么用?

Webots仿真是机器人众多的仿真软件选择,其具有丰富的传感器和驱动单元,同时其可以与ROS和Matlab等环境就行联合开发,支持Python和C++等丰富的编程语言,并具有便捷的机器人建模界面,通过安装相机或雷达传感器能基于Webots环境实现SLAM算法的开发和机器人导航规划算法的研究,基于Webots实现四足机器人仿真能帮助我们在实际部署算法前对控制逻辑、框架、状态估计算法就行测试和验证。


面向四足机器人基于Webots能实现如下的仿真目的:


1、控制算法验证。其实无论研究任何机器人控制算法,特别对于仿生机器人这样多自由度的系统来说,在想实际系统中部署控制算法前的仿真是十分必要的。仿真除了能验证机器人的运动学和雅可比矩阵外,对于更加先进的控制算法如MPC或WBC没有仿真上的验证,是无法对理论的正确性进行证明的。同时仿真也能为复杂的控制策略提供提前的验证,帮助快速找到逻辑设计中的bug,也为参数的整定提供了大致的范围。


2、SLAM算法验证。借助于Webots强大的功能,你可以在仿真环境中添加摄像头、激光雷达等各种传感器,通过仿真器搭建贴近真实世界的仿真环境,测试相关检测、识别等视觉算法的功能。这样结合真实的机器人模型能快速地对SLAM算法进行验证,同时开展对机器人轨迹规划和控制算法的设计,最终在实际系统中只需要保证对控制命令的是实现和定位的可靠性,导航逻辑与轨迹规划结构就能快速地进行部署。


3、四足机器人开发设计。借助于Webots强大的能力,你可以在Webots中导入你自己机器人模型,并对四足机器人的腿部连杆和传动系统设计的可靠性、效率进行验证,通过定义各部件的准确物料参数,能让最终的仿真模型即外观与物理样机一致,同时相关动力学参数也相符,从而让仿真中相关控制参数更具有实际的参考价值。


仿真效果演示:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwNzgxNzg0Mg==&mid=2247510635&idx=1&sn=4005d2bf796948bf16d5b73c526e67ad&chksm=970e7776a079fe60cdd4abaa323945cb9a7df8d47b3f44c4ec69ef546451d1046b372ebca38f&token=215942752&lang=zh_CN#rd

本项目的重点是什么:

本项目为使用者搭建了一个最基本的四足机器人力控制框架,采用Minitaur 8自由度四足机器人模型来实现站立控制、Trot移动控制与Pronk跳跃控制,基于虚拟模型控制理论、QP非线性优化和倒立摆控制理论,学习四足机器人基本的控制方法和摆动落足点规划丰富,我们将在此基础上完成上下斜坡、上下台阶、通过崎岖地形的仿真测试。


项目提供的方案已经可以完成基本的站立的走动:


软件:四足机器人基本站立和Trot运动控制的框架。


教程:Webots相关API使用,四足机器人基础控制算法教程。


我们将要完成的任务

第一期:

在Webots环境中进行站立步态测试,通过给的期望状态实现机器人姿态角度和质心位置的调节与控制。


第二期:

在Webots环境进行Tort对角小跑步态运动测试,通过给的期望速度实现机器人对速度的闭环控制。


第三期:

在Webots环境中进行Pronk跳跃步态运动测试,基于能量控制原理实现机器人的跳跃。


第四期:

完善相关控制接口,引入地形角度估计等机制实现上下斜坡的控制和通过崎岖地形。


感兴趣的朋友欢迎

加入项目群交流群(yinyue199506)

作者:Littro Robotics


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