導(dǎo)航機(jī)器人底盤(pán)及其技術(shù)應(yīng)用

文:極創(chuàng)機(jī)器人2019年第二期

序言:堅(jiān)守機(jī)器人底盤(pán)陣地

  極創(chuàng)機(jī)器人科技有限公司是國(guó)內(nèi)知名的移動(dòng)機(jī)器人底盤(pán)技術(shù)提供商,是國(guó)內(nèi)較早進(jìn)入底盤(pán)行業(yè)的團(tuán)隊(duì),專(zhuān)注于無(wú)人駕駛機(jī)器人底盤(pán)、特種運(yùn)輸?shù)妆P(pán)的研發(fā)及生產(chǎn),幾乎擁有從零件加工到批量產(chǎn)線的獨(dú)立加工能力。公司現(xiàn)有多個(gè)系列的機(jī)器人底盤(pán),包括輪式、履帶式、垂直爬墻、管道機(jī)器人等多種產(chǎn)品。已實(shí)際應(yīng)用在巡檢勘探,導(dǎo)航車(chē)、消防救援、軍警排爆,特種拍攝,特種運(yùn)輸?shù)纫苿?dòng)機(jī)器人開(kāi)發(fā),團(tuán)隊(duì)成員是因?yàn)榕d趣愛(ài)好而組建團(tuán)隊(duì),創(chuàng)始人稱(chēng):‘’快畢業(yè)時(shí)感覺(jué)找不到自己喜歡的方向工作,所以跟大學(xué)一起比賽的伙伴們成立的公司”,團(tuán)隊(duì)成立后,一直堅(jiān)守在底盤(pán)領(lǐng)域深耕,致力于為機(jī)器人開(kāi)發(fā)者提供更具有產(chǎn)品力的底盤(pán)產(chǎn)品,由于行業(yè)位于機(jī)器人領(lǐng)域的上游,團(tuán)隊(duì)成員大量接觸了多家國(guó)內(nèi)知名院校科研機(jī)構(gòu),展開(kāi)過(guò)深度技術(shù)方案與合作,積累了大量的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力,同時(shí)形成了自己的產(chǎn)品系列和獨(dú)特的技術(shù)路線;

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  團(tuán)隊(duì)為國(guó)內(nèi)消防領(lǐng)域,警用領(lǐng)域、巡檢等領(lǐng)域幾百家知名公司和組織提供過(guò)移動(dòng)解決方案?!笆畟€(gè)人里有八個(gè)人認(rèn)為我們應(yīng)該向機(jī)器人整機(jī)領(lǐng)域進(jìn)軍,尤其是我們已經(jīng)為許許多多甲方開(kāi)發(fā)過(guò)整體解決方案,似乎與機(jī)器人整體只有一步之遙,但我們知道底盤(pán)這件事情我們還遠(yuǎn)沒(méi)有做好‘’技術(shù)機(jī)器人CTO說(shuō)。早期極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)的財(cái)務(wù)壓力也非常大,但整機(jī)和底盤(pán)的利潤(rùn)空間起步就是十幾倍,看著自己的客戶(hù)們一個(gè)個(gè)(好多也是機(jī)器人初創(chuàng)團(tuán)隊(duì))賺了錢(qián),極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)也不是沒(méi)有心動(dòng)過(guò),但致力于機(jī)器人底盤(pán)是團(tuán)隊(duì)的核心思想,不忘初心的做好一件事情是極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)的核心價(jià)值觀,他們甚至為此推掉了很多價(jià)值觀異同的投資人,堅(jiān)守在機(jī)器人底盤(pán)陣地。

發(fā)現(xiàn)機(jī)器人核心技術(shù),構(gòu)建移動(dòng)壁壘

“機(jī)器人底盤(pán)技術(shù)表面上來(lái)看不是一件復(fù)雜的事情,但當(dāng)你真正爬上這座上坡,才發(fā)現(xiàn)后面更高的群山”極創(chuàng)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)對(duì)此有深切的感悟。

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  我們都知道機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人,服務(wù)機(jī)器人除了在應(yīng)用場(chǎng)景上與工業(yè)機(jī)器人不同外,會(huì)有更多的移動(dòng)場(chǎng)景,比如送快遞的機(jī)器人、巡檢的機(jī)器人,必須要借助移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其場(chǎng)景功能,甚至不能移動(dòng)的機(jī)器人我們往往稱(chēng)之為機(jī)器或者設(shè)備終端。當(dāng)然工業(yè)機(jī)器人也有其移動(dòng)的場(chǎng)景,曾為美的機(jī)器人團(tuán)隊(duì)合作了移動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人、為建筑機(jī)器人提供轉(zhuǎn)場(chǎng)底盤(pán),所以工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展也不會(huì)一成不變的走下去,早晚也會(huì)有“跑起來(lái)”的一天。早期機(jī)器人行業(yè)每每遇到移動(dòng)的場(chǎng)景開(kāi)發(fā)者都是很發(fā)愁的,構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定成熟再有點(diǎn)優(yōu)勢(shì)的底盤(pán)是十分耗時(shí)耗力的,而且甲方項(xiàng)目周期實(shí)在是太緊迫了,正是看到這一需求,極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)首先做到事情是:打造機(jī)器人底盤(pán)系列,讓用戶(hù)像選螺栓一樣快速選型。這就需要團(tuán)隊(duì)的研發(fā)著眼于每個(gè)客戶(hù)的需求單,盡量開(kāi)發(fā)普適性的多系列底盤(pán)產(chǎn)品,目前極創(chuàng)科技的底盤(pán)種類(lèi)多達(dá)三十余種,讓每個(gè)用戶(hù)盡量找到自己想要的產(chǎn)品,然而用戶(hù)選不到適配型號(hào)還是在所難免,有些獨(dú)特的場(chǎng)景應(yīng)用和苛刻的環(huán)境要求使得標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品不能達(dá)到用戶(hù)需求。為此極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)做了兩件事情:第一提高底盤(pán)的初始設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)盡量滿(mǎn)足更多的客戶(hù)需求;第二不同型號(hào)盡量不做簡(jiǎn)單的放大或縮小,而是采用完全不同的方案,為豐富的底盤(pán)方案儲(chǔ)備修改升級(jí)資源。這兩種技術(shù)路線給極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn),前者需要更高的工藝要求和BOM成本,后者則給研發(fā)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了巨大的工作量和腦洞挑戰(zhàn),他們像瘋了一樣深挖全球的底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路、不斷從各種結(jié)構(gòu)和需求上尋找靈感、行程自己的設(shè)計(jì)思路、挑戰(zhàn)快速生產(chǎn)工程樣機(jī)速度、不斷驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的合理性、不斷發(fā)現(xiàn)一個(gè)個(gè)問(wèn)題、迭代一代代產(chǎn)品、完善一項(xiàng)項(xiàng)細(xì)節(jié)。正是在這一領(lǐng)域近五年來(lái)的深耕,團(tuán)隊(duì)才爬上一座座高山,看到更廣闊的群山。

深耕機(jī)器人底盤(pán)讓機(jī)器人“暢快奔跑”

  從機(jī)器人底盤(pán)的應(yīng)用出發(fā),團(tuán)隊(duì)最需要解決的是輕型化,不同于早期市場(chǎng)上的工程底盤(pán),履帶式機(jī)器人底盤(pán)從標(biāo)準(zhǔn)到制成什么都沒(méi)有,團(tuán)隊(duì)梳理了開(kāi)發(fā)者需求,樹(shù)立了“輕量化高精度減震底盤(pán)”方向,在輕量化上不只是使用更輕的材料更緊湊的器件,而在于設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)承受各種力,有效的有限元分析以及快速便捷的加工制造工藝,避免墨守成規(guī)使得極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)品往往與眾不同,創(chuàng)新力是研發(fā)團(tuán)隊(duì)最為重視的設(shè)計(jì)思想,每減去1g重量,意味著用戶(hù)的搭載物能多1g,這是底盤(pán)作為承載著的使命也是極創(chuàng)的工程師們的內(nèi)心獨(dú)白;在高精度方面,則要考慮使用最具性?xún)r(jià)比的器件,保障底盤(pán)在不同路面行駛時(shí)的準(zhǔn)確反饋與控制接口,便于使用者快速開(kāi)發(fā)落地;而在懸掛減震方面,團(tuán)隊(duì)付出的精力最多,考慮到用戶(hù)的上裝設(shè)備往往是高精度的傳感器和實(shí)施設(shè)備,也為了能讓攝像頭具有更加穩(wěn)定的輸出畫(huà)面,極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)全系車(chē)型均為減震標(biāo)配,采用了能夠采用的一切減震方案,能夠保證攝像頭圖像的畫(huà)面柔和,減少和避免機(jī)器人運(yùn)行帶來(lái)的圖像抖動(dòng)和畫(huà)面模糊,這一方向的路途其實(shí)很長(zhǎng),目前機(jī)器人底盤(pán)領(lǐng)域還集中在常規(guī)被動(dòng)減震方案上,采用液壓阻尼的克里斯蒂式或瑪?shù)贍栠_(dá)式懸掛方案,僅僅是具有,大多數(shù)連調(diào)校都不存在,造成這一現(xiàn)象的原因是多方面的,首先行業(yè)的不成熟使得的供應(yīng)鏈不完善,底盤(pán)方只能自謀出路,作為有減震底盤(pán)的堅(jiān)守者,極創(chuàng)機(jī)器人從具有到著力于提供更加有效的減重效果,目前也同步開(kāi)始油氣懸掛的相關(guān)研發(fā)和部署,著力于開(kāi)發(fā)主動(dòng)懸掛和避震技術(shù),讓機(jī)器人能夠更加暢快奔跑。

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專(zhuān)業(yè)化-源源不斷的動(dòng)力來(lái)源

  致力于更好的服務(wù)客戶(hù)和追求絕佳的客戶(hù)體驗(yàn)是極創(chuàng)工程師們?cè)丛床粩嗟膭?dòng)力來(lái)源。他們甚至開(kāi)發(fā)了基于三缸和四缸高壓共軌柴油機(jī)作為更有力和持久的動(dòng)力來(lái)源的機(jī)器人底盤(pán),目前服役于軍工底盤(pán)和油動(dòng)液壓消防機(jī)器人等領(lǐng)域。

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  作為機(jī)器人上下游產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵一環(huán),機(jī)器人的“腿”移動(dòng)底盤(pán)系統(tǒng)提供商,動(dòng)力總成一直是底盤(pán)的核心部件,從早期的借用到目前的專(zhuān)屬定制,底盤(pán)行業(yè)也走過(guò)了一定的歷程,機(jī)器人底盤(pán)的專(zhuān)業(yè)化動(dòng)力總成或許會(huì)將專(zhuān)業(yè)底盤(pán)提供商與一般底盤(pán)開(kāi)發(fā)者拉開(kāi)差距,成為底盤(pán)行業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的奠基石,就像大疆開(kāi)始研發(fā)電機(jī)、飛控,優(yōu)必選自造低成本舵機(jī)、格力掌握核心技術(shù)一樣,機(jī)器人底盤(pán)動(dòng)力總成亦具有其關(guān)注的動(dòng)力參數(shù),非常規(guī)減變速箱及伺服電機(jī)所全部適用,極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)也一直致力于專(zhuān)用動(dòng)力總成的部署,已開(kāi)發(fā)一拖二傳動(dòng)分動(dòng)箱、零差速雙流傳動(dòng)箱、多檔位變速箱等動(dòng)力部件,著力提高底盤(pán)的專(zhuān)業(yè)性和關(guān)鍵參數(shù),使得機(jī)器人開(kāi)發(fā)者駕馭專(zhuān)屬“心臟”,未來(lái),還將出現(xiàn)混合動(dòng)力的動(dòng)力總成,以提高產(chǎn)品多方可靠性、加寬應(yīng)用場(chǎng)景以及批量制造降低產(chǎn)品成本。

挑戰(zhàn)5000KM應(yīng)用級(jí)路測(cè)

  今年5月,團(tuán)隊(duì)將正式拉開(kāi)底盤(pán)車(chē)全車(chē)系5000KM路測(cè)序幕,預(yù)計(jì)總耗時(shí)歷時(shí)半年,負(fù)責(zé)人表示:“基于巡檢車(chē)最大續(xù)航和新的路測(cè)方式引入,每日最大路測(cè)歷程會(huì)逐步提高,路測(cè)方式分為手動(dòng)遙控和自主巡檢,由專(zhuān)人負(fù)責(zé),導(dǎo)航類(lèi)路測(cè)車(chē)可能會(huì)在夜晚進(jìn)行路測(cè)以加快測(cè)試進(jìn)度”。據(jù)了解,整個(gè)測(cè)試將在多地同步進(jìn)行,一是在極創(chuàng)機(jī)器人公司所在的年華南街及院內(nèi)部分鋪裝路面道路,全天24小時(shí)開(kāi)方路測(cè),現(xiàn)場(chǎng)會(huì)放置路基以用于雷達(dá)掃描建圖,路線共計(jì)500米每圈,共需完成10000圈測(cè)試;二是專(zhuān)業(yè)路測(cè)場(chǎng)地,僅限于白天工作日進(jìn)行,鋪裝路面,場(chǎng)地專(zhuān)業(yè)每圈為1.1KM,共需完成5000圈測(cè)試。其他場(chǎng)地將在上海和深圳的合作伙伴同時(shí)進(jìn)行展開(kāi),共同完成5000KM級(jí)測(cè)試。

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  巡檢車(chē)的全面路測(cè)面臨諸多的技術(shù)問(wèn)題和實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題,可能涉及的上下游可能包括:底盤(pán)車(chē)行業(yè)、機(jī)器人電池行業(yè)、無(wú)線充電技術(shù)、減速機(jī)、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、可靠的工控機(jī)、可靠的激光導(dǎo)航方案供應(yīng)商、激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)、此外還有視覺(jué)、慣導(dǎo)、循跡、差分GPS等導(dǎo)航方案相關(guān)產(chǎn)業(yè),總之幾乎需要穩(wěn)定的商用級(jí)別的一切部件。但相對(duì)于5000KM苛刻路測(cè),這些或許只是開(kāi)始.....我們衷心希望,單車(chē)總里程突破5000KM的連續(xù)路測(cè)將促進(jìn)行業(yè)內(nèi)導(dǎo)航類(lèi)車(chē)輛的可靠性確認(rèn)和行業(yè)的一點(diǎn)點(diǎn)發(fā)展,不管怎樣對(duì)于一個(gè)致力于于底盤(pán)的團(tuán)隊(duì)來(lái)講必將是意義深遠(yuǎn)和極具瘋狂的專(zhuān)注體現(xiàn)。

豐富的周邊技術(shù)和擴(kuò)展

  為滿(mǎn)足戶(hù)外場(chǎng)景機(jī)器人無(wú)線遙控需求,極創(chuàng)也開(kāi)發(fā)了具備不同環(huán)境無(wú)線遙控系統(tǒng)策略,將遙控及圖傳系統(tǒng)集成于一體。分為箱式和手持式,箱式專(zhuān)業(yè)化高,便于集成新的功能和系統(tǒng)模塊,手持式輕量便攜,具有更有力的產(chǎn)品力,提高操作便利性。其遙控系統(tǒng)具備抗擾能力,克服模擬技術(shù)和常規(guī)調(diào)制技術(shù)下圖像傳輸多徑反射及遮擋所帶來(lái)的困擾,實(shí)現(xiàn)在高速運(yùn)動(dòng)中拍攝并實(shí)時(shí)非視距傳輸高質(zhì)量圖像,特別適合于復(fù)雜環(huán)境的使用。例如,在消防滅火機(jī)器人用途:控制車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)控制、云臺(tái)球機(jī)的控制、水泡的控制、車(chē)燈控制、報(bào)警觸發(fā)、車(chē)速控制、急停按鈕、畫(huà)面選擇、視頻錄制等功能。遙控通訊距離一般在500米-若干公里,有效深入危險(xiǎn)惡劣環(huán)境作業(yè),保護(hù)人身安全!

  對(duì)于機(jī)器人開(kāi)發(fā)用戶(hù)來(lái)講,應(yīng)用和盡快落地最為關(guān)鍵。為增強(qiáng)用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)的靈活、便利性,底層驅(qū)動(dòng)器兼容多種控制方式,其支持PWM、串口、Can等通訊方式,并提供相關(guān)控制協(xié)議!可直接采用遙控器操控、或者PC直接下發(fā)指令控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向,獲取碼盤(pán)速度。都不必?fù)?dān)心兼容性問(wèn)題。讓用戶(hù)快速的讓機(jī)器人跑起來(lái),縮短產(chǎn)品落地周期。

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  而針對(duì)ROS的開(kāi)發(fā)需求,機(jī)器人底盤(pán)配套車(chē)輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型數(shù)據(jù)輸出,通過(guò)串口通訊協(xié)議獲取車(chē)輛配置信息,如:里程計(jì)信息,車(chē)輛速度與方向,轉(zhuǎn)向速度反饋,車(chē)輛電量反饋等,而數(shù)據(jù)類(lèi)型均采用geometry_msgs::Twist格式與控制系統(tǒng)進(jìn)行交互,機(jī)器人電源系統(tǒng)采用安全系數(shù)較高的鋰電池方案,全系均電源具備485通訊,提供多種常用電源輸出,便攜取電,隨時(shí)監(jiān)控電池信息。因此無(wú)論對(duì)于企業(yè)研發(fā)或者科研機(jī)構(gòu)能有效降低研發(fā)成本,快速部署到產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)景。

應(yīng)用場(chǎng)景不斷落地,未來(lái)千億級(jí)市場(chǎng)

  機(jī)器人行業(yè)這些年一直在發(fā)展,有些場(chǎng)景在落地也有些場(chǎng)景遲遲不能實(shí)現(xiàn),目前可見(jiàn)的,機(jī)器人底盤(pán)應(yīng)用在消防機(jī)器人、電力巡檢機(jī)器人、巡檢巡警機(jī)器人領(lǐng)域、軍工班組保障、排爆機(jī)器人、遙控武器站、高校科研機(jī)構(gòu)的其他場(chǎng)景開(kāi)發(fā)愈演愈烈。極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)甚至為消防機(jī)器人單獨(dú)開(kāi)了消防機(jī)器人底盤(pán)系列,內(nèi)置消防機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)的多數(shù)功能和參數(shù),幾乎是“扣個(gè)殼”就可以落地,同時(shí)我們也看到極創(chuàng)團(tuán)隊(duì)為了很多細(xì)分領(lǐng)域的落地做了大量的功課,比如風(fēng)冷水冷散熱系統(tǒng)、消防機(jī)器人隔熱技術(shù)、履帶式單邊系統(tǒng)等場(chǎng)景方案技術(shù)點(diǎn),可見(jiàn)未來(lái)基于移動(dòng)底盤(pán)的應(yīng)用將會(huì)面臨噴涌和爆發(fā),作為機(jī)器人底盤(pán)供應(yīng)商和其他機(jī)器人上下游產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)們,也應(yīng)該不斷著力于技術(shù)核心,形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模,為產(chǎn)業(yè)發(fā)展做好充分的準(zhǔn)備。

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  • 2023年第1期

    2023年第1期

    伺服與運(yùn)動(dòng)控制

    2023年第1期