导航机器人底盘及其技术应用

文:极创机器人 | 2019年第二期 (0) | (0)

序言:坚守机器人底盘阵地

  极创机器人科技有限公司是国内知名的移动机器人底盘技术提供商,是国内较早进入底盘行业的团队,专注于无人驾驶机器人底盘、特种运输底盘的研发及生产,几乎拥有从零件加工到批量产线的独立加工能力。公司现有多个系列的机器人底盘,包括轮式、履带式、垂直爬墙、管道机器人等多种产品。已实际应用在巡检勘探,导航车、消防救援、军警排爆,特种拍摄,特种运输等移动机器人开发,团队成员是因为兴趣爱好而组建团队,创始人称:‘’快毕业时感觉找不到自己喜欢的方向工作,所以跟大学一起比赛的伙伴们成立的公司”,团队成立后,一直坚守在底盘领域深耕,致力于为机器人开发者提供更具有产品力的底盘产品,由于行业位于机器人领域的上游,团队成员大量接触了多家国内知名院校科研机构,展开过深度技术方案与合作,积累了大量的项目经验和产品开发能力,同时形成了自己的产品系列和独特的技术路线;

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  团队为国内消防领域,警用领域、巡检等领域几百家知名公司和组织提供过移动解决方案。“十个人里有八个人认为我们应该向机器人整机领域进军,尤其是我们已经为许许多多甲方开发过整体解决方案,似乎与机器人整体只有一步之遥,但我们知道底盘这件事情我们还远没有做好‘’技术机器人CTO说。早期极创团队的财务压力也非常大,但整机和底盘的利润空间起步就是十几倍,看着自己的客户们一个个(好多也是机器人初创团队)赚了钱,极创团队也不是没有心动过,但致力于机器人底盘是团队的核心思想,不忘初心的做好一件事情是极创团队的核心价值观,他们甚至为此推掉了很多价值观异同的投资人,坚守在机器人底盘阵地。

发现机器人核心技术,构建移动壁垒

“机器人底盘技术表面上来看不是一件复杂的事情,但当你真正爬上这座上坡,才发现后面更高的群山”极创机器人团队对此有深切的感悟。

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  我们都知道机器人分为工业机器人和服务机器人,服务机器人除了在应用场景上与工业机器人不同外,会有更多的移动场景,比如送快递的机器人、巡检的机器人,必须要借助移动来实现其场景功能,甚至不能移动的机器人我们往往称之为机器或者设备终端。当然工业机器人也有其移动的场景,曾为美的机器人团队合作了移动的工业机器人、为建筑机器人提供转场底盘,所以工业机器人行业的发展也不会一成不变的走下去,早晚也会有“跑起来”的一天。早期机器人行业每每遇到移动的场景开发者都是很发愁的,构建一个稳定成熟再有点优势的底盘是十分耗时耗力的,而且甲方项目周期实在是太紧迫了,正是看到这一需求,极创团队首先做到事情是:打造机器人底盘系列,让用户像选螺栓一样快速选型。这就需要团队的研发着眼于每个客户的需求单,尽量开发普适性的多系列底盘产品,目前极创科技的底盘种类多达三十余种,让每个用户尽量找到自己想要的产品,然而用户选不到适配型号还是在所难免,有些独特的场景应用和苛刻的环境要求使得标准产品不能达到用户需求。为此极创团队做了两件事情:第一提高底盘的初始设计标准尽量满足更多的客户需求;第二不同型号尽量不做简单的放大或缩小,而是采用完全不同的方案,为丰富的底盘方案储备修改升级资源。这两种技术路线给极创团队带来了较大的挑战,前者需要更高的工艺要求和BOM成本,后者则给研发团队带来了巨大的工作量和脑洞挑战,他们像疯了一样深挖全球的底盘结构设计思路、不断从各种结构和需求上寻找灵感、行程自己的设计思路、挑战快速生产工程样机速度、不断验证结构的合理性、不断发现一个个问题、迭代一代代产品、完善一项项细节。正是在这一领域近五年来的深耕,团队才爬上一座座高山,看到更广阔的群山。

深耕机器人底盘让机器人“畅快奔跑”

  从机器人底盘的应用出发,团队最需要解决的是轻型化,不同于早期市场上的工程底盘,履带式机器人底盘从标准到制成什么都没有,团队梳理了开发者需求,树立了“轻量化高精度减震底盘”方向,在轻量化上不只是使用更轻的材料更紧凑的器件,而在于设计合理的结构承受各种力,有效的有限元分析以及快速便捷的加工制造工艺,避免墨守成规使得极创团队的产品往往与众不同,创新力是研发团队最为重视的设计思想,每减去1g重量,意味着用户的搭载物能多1g,这是底盘作为承载着的使命也是极创的工程师们的内心独白;在高精度方面,则要考虑使用最具性价比的器件,保障底盘在不同路面行驶时的准确反馈与控制接口,便于使用者快速开发落地;而在悬挂减震方面,团队付出的精力最多,考虑到用户的上装设备往往是高精度的传感器和实施设备,也为了能让摄像头具有更加稳定的输出画面,极创团队全系车型均为减震标配,采用了能够采用的一切减震方案,能够保证摄像头图像的画面柔和,减少和避免机器人运行带来的图像抖动和画面模糊,这一方向的路途其实很长,目前机器人底盘领域还集中在常规被动减震方案上,采用液压阻尼的克里斯蒂式或玛蒂尔达式悬挂方案,仅仅是具有,大多数连调校都不存在,造成这一现象的原因是多方面的,首先行业的不成熟使得的供应链不完善,底盘方只能自谋出路,作为有减震底盘的坚守者,极创机器人从具有到着力于提供更加有效的减重效果,目前也同步开始油气悬挂的相关研发和部署,着力于开发主动悬挂和避震技术,让机器人能够更加畅快奔跑。

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专业化-源源不断的动力来源

  致力于更好的服务客户和追求绝佳的客户体验是极创工程师们源源不断的动力来源。他们甚至开发了基于三缸和四缸高压共轨柴油机作为更有力和持久的动力来源的机器人底盘,目前服役于军工底盘和油动液压消防机器人等领域。

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  作为机器人上下游产业链的关键一环,机器人的“腿”移动底盘系统提供商,动力总成一直是底盘的核心部件,从早期的借用到目前的专属定制,底盘行业也走过了一定的历程,机器人底盘的专业化动力总成或许会将专业底盘提供商与一般底盘开发者拉开差距,成为底盘行业机器人产业链的奠基石,就像大疆开始研发电机、飞控,优必选自造低成本舵机、格力掌握核心技术一样,机器人底盘动力总成亦具有其关注的动力参数,非常规减变速箱及伺服电机所全部适用,极创团队也一直致力于专用动力总成的部署,已开发一拖二传动分动箱、零差速双流传动箱、多档位变速箱等动力部件,着力提高底盘的专业性和关键参数,使得机器人开发者驾驭专属“心脏”,未来,还将出现混合动力的动力总成,以提高产品多方可靠性、加宽应用场景以及批量制造降低产品成本。

挑战5000KM应用级路测

  今年5月,团队将正式拉开底盘车全车系5000KM路测序幕,预计总耗时历时半年,负责人表示:“基于巡检车最大续航和新的路测方式引入,每日最大路测历程会逐步提高,路测方式分为手动遥控和自主巡检,由专人负责,导航类路测车可能会在夜晚进行路测以加快测试进度”。据了解,整个测试将在多地同步进行,一是在极创机器人公司所在的年华南街及院内部分铺装路面道路,全天24小时开方路测,现场会放置路基以用于雷达扫描建图,路线共计500米每圈,共需完成10000圈测试;二是专业路测场地,仅限于白天工作日进行,铺装路面,场地专业每圈为1.1KM,共需完成5000圈测试。其他场地将在上海和深圳的合作伙伴同时进行展开,共同完成5000KM级测试。

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  巡检车的全面路测面临诸多的技术问题和实际应用问题,可能涉及的上下游可能包括:底盘车行业、机器人电池行业、无线充电技术、减速机、电机、驱动器、可靠的工控机、可靠的激光导航方案供应商、激光雷达产业、此外还有视觉、惯导、循迹、差分GPS等导航方案相关产业,总之几乎需要稳定的商用级别的一切部件。但相对于5000KM苛刻路测,这些或许只是开始.....我们衷心希望,单车总里程突破5000KM的连续路测将促进行业内导航类车辆的可靠性确认和行业的一点点发展,不管怎样对于一个致力于于底盘的团队来讲必将是意义深远和极具疯狂的专注体现。

丰富的周边技术和扩展

  为满足户外场景机器人无线遥控需求,极创也开发了具备不同环境无线遥控系统策略,将遥控及图传系统集成于一体。分为箱式和手持式,箱式专业化高,便于集成新的功能和系统模块,手持式轻量便携,具有更有力的产品力,提高操作便利性。其遥控系统具备抗扰能力,克服模拟技术和常规调制技术下图像传输多径反射及遮挡所带来的困扰,实现在高速运动中拍摄并实时非视距传输高质量图像,特别适合于复杂环境的使用。例如,在消防灭火机器人用途:控制车辆的运动控制、云台球机的控制、水泡的控制、车灯控制、报警触发、车速控制、急停按钮、画面选择、视频录制等功能。遥控通讯距离一般在500米-若干公里,有效深入危险恶劣环境作业,保护人身安全!

  对于机器人开发用户来讲,应用和尽快落地最为关键。为增强用户二次开发的灵活、便利性,底层驱动器兼容多种控制方式,其支持PWM、串口、Can等通讯方式,并提供相关控制协议!可直接采用遥控器操控、或者PC直接下发指令控制电机转速、转向,获取码盘速度。都不必担心兼容性问题。让用户快速的让机器人跑起来,缩短产品落地周期。

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  而针对ROS的开发需求,机器人底盘配套车辆运动学模型数据输出,通过串口通讯协议获取车辆配置信息,如:里程计信息,车辆速度与方向,转向速度反馈,车辆电量反馈等,而数据类型均采用geometry_msgs::Twist格式与控制系统进行交互,机器人电源系统采用安全系数较高的锂电池方案,全系均电源具备485通讯,提供多种常用电源输出,便携取电,随时监控电池信息。因此无论对于企业研发或者科研机构能有效降低研发成本,快速部署到产品实际运用场景。

应用场景不断落地,未来千亿级市场

  机器人行业这些年一直在发展,有些场景在落地也有些场景迟迟不能实现,目前可见的,机器人底盘应用在消防机器人、电力巡检机器人、巡检巡警机器人领域、军工班组保障、排爆机器人、遥控武器站、高校科研机构的其他场景开发愈演愈烈。极创团队甚至为消防机器人单独开了消防机器人底盘系列,内置消防机器人标准的多数功能和参数,几乎是“扣个壳”就可以落地,同时我们也看到极创团队为了很多细分领域的落地做了大量的功课,比如风冷水冷散热系统、消防机器人隔热技术、履带式单边系统等场景方案技术点,可见未来基于移动底盘的应用将会面临喷涌和爆发,作为机器人底盘供应商和其他机器人上下游产业链的各环节们,也应该不断着力于技术核心,形成产业规模,为产业发展做好充分的准备。

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