履带式作业复合机器人
2021-04-27
产品概述
本产品由履带型移动底盘、协作机器人、激光雷达导航系统、北斗差分定位系统、3D深度视觉系统和基于5G网络的通讯系统等组成，平台融合了多种传感器数据采集、数据分析以及智能控制于一体，是一款用于机器人运动控制研究和开发的综合性开源平台。
系统提供移动机器人导航定位研究、机械臂的运动学和动力学研究、机器视觉开发和场景应用、5G远程通信应用等技术。平台支持MATLAB/Simulink和ROS联合开发，可支撑相关科研人员在该平台上进行自动驾驶、机器人移动作业等人工智能的应用研究，是用于机器人工程专业建设、机器人科研、人工智能研究的教学、科研载体，也是面向室外特种地形作业、农业摘取、巡逻作业等产业应用的高级实验平台。
产品特点
❖ 采用工业结构设计，符合工业标准，支持多种环境下工业场景应用；
❖ 基于模块化设计，拆装便捷、结构紧凑、功能丰富；
❖ 六轴机械臂、底盘、视觉、导航系统均采用自主开源化的设计，可自由进行单独或融合算法研究；
❖ 平台同时支撑MATLAB和ROS联合进行算法开发研究，适用范围广；
❖ 提供大量的Demo算法及实验案例，供用户在更深层次上的学习和研究；
❖ 平台开放底层，完全开源。预留开发接口，可进行集成应用，提供全方位的技术支持，能很好支撑工业应用，；
❖ 使用高性能计算机作为主控系统，可实现机械臂、底盘、视觉、导航系统、夹爪的控制，满足大量数据的处理运算需求；
❖ 可用于工业生产、特种地形作业、安防巡检等研究及应用；
系统配置
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设备清单 |
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序号 |
名称 |
型号 |
品牌 |
备注 |
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1 |
履带式移动底盘系统 |
SVSCOUT |
中科深谷 |
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2 |
开源六轴协作机械臂系统 |
SVROCR6 |
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3 |
末端夹持器 |
EFG-20 |
慧灵 |
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4 |
视觉采集系统 |
RealSense D435i |
英特尔 |
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5 |
差分北斗定位系统 |
GD300 |
中科深谷 |
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6 |
多线激光雷达系统 |
C16 |
镭神 |
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7 |
5G通信系统 |
MH5000 |
华为 |
依具体安装型号 |
应用专业
（1）车辆工程
（2）机器人专业
（3）机械电子专业
（4）机械工程专业
（5）自动化专业
（6）智能制造专业
（7）人工智能专业
本科和研究生教学课程
（1）机器人学
（2）机器人建模与仿真
（3）自动控制原理
（4）机器人操作系统
（5）计算机控制技术
（6）MATLAB建模与仿真
（7）机器人控制技术
（8）ROS机器人操作系统
（9）传感器技术及应用
（10）机器视觉
（11）移动机器人导航控制与遥感
典型教材推荐
《机械工程控制基础》华中科大杨叔子院士
《机器人学导论（第四版）》美国斯坦福大学John.J.Craig教授
《机器人控制技术》陈万米，上海大学教授，博士
《计算机控制技术（第四版）》顾德英，东北大学，教授，硕导
《机器人技术基础》熊有伦华中科技大学教授博导，科学院院士
《MATLAB建模与仿真》哈尔滨理工大学副教授，硕导
《机器人操作系统浅析》(美) 杰森 M.奥凯恩 (Jason M.O’Kane) 教授
《传感器技术及应用》北京理工大学 陈文涛硕导
《机器视觉》（美）伯特霍尔德·霍恩 教授
《移动机器人导航控制与遥感》（美）库克
实验案例
1.履带式移动底盘系统
（1）ROS小乌龟仿真实验
（2）ROS通讯实验
（3）ROS关键组件认识
（4）URDF模型的描述和建模
（5）串口驱动通信实验
（6）CAN分析仪驱动通信实验
（7）伺服电机驱动控制实验
（8）传感器实验
（9）差速转向算法实验
（10）激光雷达扫描范围裁剪实验
（11）建图实验
（12）导航和避障实验
2.开源协作臂系统
机械臂运动学控制实验：
（1）机器人机械结构认知实验
（2）驱动和控制系统认知实验
（3）运动学基本知识实验
（4）坐标系和DH参数设定
（5）正运动学控制实验
（6）逆运动学控制实验
（7）关节空间轨迹规划控制实验
（8）笛卡尔空间轨迹规划控制实验
机械臂动力学控制实验
（9）单关节PID算法正弦曲线跟踪实验
（10）双关节PID算法正弦曲线跟踪实验
（11）单关节自适应控制算法正弦曲线跟踪实验
（12）单关节零力拖动实验
（13）双关节零力拖动实验
机械臂伺服电机和驱动器实验
（14）CAN总线通讯实验
（15）单关节转矩控制实验
（16）单关节PTP控制实验
（17）单关节PT控制实验
3.视觉采集系统
（1）Canny边缘检测案例
（2）Contour轮廓检测案例
（3）Hough线段检测案例
（4）人脸检测案例
（5）图像旋转缩放变换案例
（6）Haar+boosting特征检测研究
（7）最小二乘法拟合研究
4.差分北斗定位系统
（1）北斗定位导航系统设计与应用案例
（2）无线通讯技术应用案例
（3）RTK定位定向技术应用案例
5.多线激光雷达系统
（1）激光雷达的点云获取及数据分析
（2）激光雷达室内建图、定位导航实验
（3）激光雷达室内路径规划实验
（4）激光雷达与惯导融合定位研究
6.5G通信系统
（1）5G通信与信息融合研究
支撑科研方向
（1）仿真建模、半实物仿真
（2）机器人运动学、动力学相关实验
（3）拖动示教、力位混合控制
（4）机器人控制系统设计
（5）图像处理
（6）特征识别
（7）机器人视觉伺服设计、避障与路径规划
（8）激光定位导航、路径规划、避障检测
（9）北斗导航通讯技术及算法
（10）姿态解算、滤波算法、卫星与惯导融合
（11）5G通讯技术与应用
（12）远程控制与信息传输、信息融合
（13）危险作业、智能仓储物流、智能安防巡检等
性能指标
1. 履带式移动底盘系统
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整备质量 |
130~135(搭载的设备重量根据实际情况定) |
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最大行程 |
10km |
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额定直线载量 |
直线80kg，转弯60kg |
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长宽高 |
1020mmx760mmx360mm |
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轴距 |
360mm |
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驱动形式 |
左右独立驱动 |
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安全装备 |
伺服刹车/防撞栏 |
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防护等级 |
IP52 |
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电池类型 |
锂电池48V 30Ah |
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充电器 |
AC220V 独立充电器 |
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工作温度 |
-20-60℃ |
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对外供电 |
48V |
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电机 |
2X 650W 直流无刷电机 |
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电机编码器 |
1024分辨率 |
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越障能力 |
17cm 单级直角台阶 |
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最小转弯半径 |
原地转弯 |
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爬坡角度 |
≤36° |
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最小离地间隙 |
105mm |
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控制模式 |
2.4G遥控器控制 网络控制 |
2. 开源协作臂系统
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供电电压 |
48V DC |
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额定功率 |
小于150W（一般工况下） |
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工作半径 |
614mm |
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高度 |
805mm |
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重量 |
约16kg |
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末端负载 |
3kg |
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重复定位精度 |
±0.02mm |
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防护等级 |
IP54 |
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ISO洁净室等级 |
6 |
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噪声 |
小于60dB |
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安装位置 |
任意角度 |
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运行范围&最大速度 |
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基座1轴 |
±179°& 148°/s |
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肩部2轴 |
±146°& 148°/s |
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肘部3轴 |
±146°& 148°/s |
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腕部一4轴 |
±179°& 148°/s |
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腕部二5轴 |
±179°& 148°/s |
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腕部三6轴 |
±179°& 148°/s |
3. 末端夹持器
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最大推荐负载 |
800g |
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手指开合行程 |
20mm |
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抓持力 |
80N |
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最快开合速度 |
0.45s行程 |
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自身重量 |
458g |
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手指重复定位精度 |
0.02mm |
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通讯协议 |
I/O |
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工作电压 |
24V DC |
4. 视觉采集系统
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尺寸 |
90mm × 25mm × 25mm |
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重量 |
72g |
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使用环境 |
室内/室外 |
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工作温度 |
0~35℃ |
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安装机构 |
一个 1/4‑20 UNC 螺纹安装点，两个 M3 螺纹安装点 |
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识别范围 |
约10米。精度随标定、场景和照明条件而变化 |
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图像传感器技术 |
全局快门，3μmx3μm像素大小 |
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通讯接口 |
USB-C 3.1 Gen 1，集成1m线缆 |
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深度技术 |
主动红外立体 |
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深度景深 |
87°±3°x 58°±1°x 95°±3° |
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最小深度距离 |
0.105 m |
5. 差分北斗定位系统
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类型通道 |
多频，120通道 北斗Ⅱ：B1/B2/B3； GPS：L1/L2/L2C/L5； Galileo：E1 |
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控制和解算软件 |
GD-BDmonitor形变监测服务器软件 |
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数据输出 |
GNSS原始数据，NMEA-O183格式数据，差分改正数据 |
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重量 |
650g |
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尺寸 |
206mmX110mmX55mm |
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操作温度 |
-40℃~75℃ |
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储存温度 |
-40℃~85℃ |
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湿度 |
95%无冷凝 |
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防水 |
IP67 |
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震动 |
25g，6ms |
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冲击 |
10Hz-50Hz，0.7mm，5g |
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电源消耗 |
2.5W |
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外部电源 |
12VDC |
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IO端口 |
RS232x1，LEMO插座 ETHEx1，LEMO插座 |
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天线接口 |
TNC接口母头 |
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天线 |
AT301高信噪比扼流圈天线 |
6. 多线激光雷达系统
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线数 |
16 |
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激光波长 |
905nm |
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激光安全等级 |
Class 1 人眼安全 |
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测距能力 |
150m (80m@10% NIST) |
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精度(典型值) |
±3cm |
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水平视场角 |
360° |
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垂直视场角 |
-15~+15° |
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水平角分辨率 |
5Hz: 0.09º 10Hz: 0.18º 20Hz: 0.36º |
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垂直角分辨率 |
2.0° |
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扫描速度 |
5Hz/10Hz/20Hz |
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通信接口 |
以太网、PPS |
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工作电压 |
9V~ 36V DC |
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产品功率 |
12W |
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重量 (不包含数据线) |
约1050g |
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尺寸 |
φ102mm×H81 mm |
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工作温度 |
-20℃~ +60℃ |
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存储温度 |
-40℃~+85℃ |
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防护等级 |
IP67 |
7. 5G通信系统
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尺寸 |
200mm*139mm*35mm |
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电压 |
12V 3A |
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主要接口 |
WAN*1/LAN*3 |
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天线 |
Ant1~ant6: 5G Ant7~ant8: wifi |
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工作温度 |
‒40°C～+85°C |
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存储温度 |
‒40°C～+95°C |
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数据传输速率： |
下行2Gbps；上行230Mbps |
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其他： |
支持NSA/SA双模；支持单芯全模；2G/3G/4G/5G全兼容 |
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