四足机器人 Quadlator II


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四足机器人Quadlator II

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机器人Quadlator II是一个四足十二关节的机器人。 铝合金材质,总重17公斤,手足全部展开长1.26米,肩幅宽0.38米,每足长0.25米。Quadlator II采用crawl的步态行走时,步行速度可达到2米/分钟。机器人共有4只独立的足,每足3关节,足端部并未设有任何脚机构(End Effector)。除行走之外,此机器人可采取类似人类的“跪姿”,以两只前足进行作业。相关录像如下(需要Windows media player 9以上版本 进行播放)

步行 [低分辨率283K]
     [清晰5.06M]

操作工具[2.08M]

其他动作[472K]

Quadlator的前身是Quadlator I,约制作于1996年前后。 截至到2003年Quadlator II制作前,Quadlator I的状况如下:

  • 厚铝合金材质,本体重量约15公斤;

  • 控制部分不在机器人内部,由线缆连接在外部;

  • 外部设置12个电机驱动器,DA和IO为ISA插卡,通过一ISA总线扩展箱连接在计算机上;

  • 控制计算机为一普通PC,操作系统为Windows 9X,控制程序由Borland C++ 4.0开发。

简介

Quadlator II的设计约启动于2003年5月,控制架构采用嵌入式系统titech wire,电机驱动器采用titech robot driver,这些部件为东京工业大学广濑研究室的开发,并以产学联合的方式进行了商品化。关于电控部分,Quadlator II躯干内部设置了12个电机功率驱动器titech robot driver进行PWM驱动。电机采用了minimotor的直流电机,自带1/66的行星齿轮变速箱,尾部带有abz光电码盘。 躯干背部设有全部弱电控制部分,包括嵌入式系统CPU及其外围电路,无线通讯模块,若干DA模块和DIO模块。此外另设一台控制用PC,通过无线LAN和嵌入式系统通讯,复杂计算(解运动学方程)在此PC上执行后,控制指令通过无线LAN传入嵌入控制系统。 嵌入式系统为RT-Linux,主要驱动软件为一内核实时模块,其在一个周期内,通过DA输出,控制PWM驱动器驱动电机,并将光电码盘的计数结果通过DIO读取进来。这些结果经过换算后得出各个关节的角度,并远传到控制PC加以显示 。 控制PC为Windows 2000,控制程序由Visual C++开发,利用MFC库制作了监控界面,机器人的姿态可以随时以GUI的形式加以显示。

开发上的时间表大致如下:

  1. 2003年5月启动,

  2. 2003年6月27日,提交给日本机器人协会会议论文,只包含仿真结果

  3. 2003年6月底7月初,titechwire系统到货,进入前期熟悉和试验

  4. 2003年7月6日到22日,假期,暂停

  5. 2003年7月22日到9月20日,电控部分开发,软件开发,调整

  6. 2003年9月20日Demo

  7. 2003年11月步行程序开发完毕,具备步行功能

RSJ2003学会上DEMO

机械结构

机器人QuadlatorII的足机构,采取了等价平行机构。三个电机全部装于肩部的框体内。基本机构采取同步带——同步滑轮机构。第一关节机构变速比 (不包括电机自带齿轮箱)为36/16=2.25,第二关节变速比为50/16=3.125,第三关节为(28/16)*(26/14)=3.25。直流 电机为Faulhaber minimotor,型号为3557CR,电机自带齿轮箱,变速比为66/1。

电控部分

电控部分的内容已经集合成系列文章:

T.I.Tech Wire, 使用 TITech-Wire 嵌入式控制器及 T.I.Tech Robot Driver驱动器

[一, 基本组件及无线网络访问的配置]
[其他配置和多线程基础]
[三,T.I.Tech Robot Driver驱动器, ]
[四,T.I.Tech wire的驱动, ]
[五,RT Linux内核驱动基础]
[六,使用PID控制]
[七,其他,供电,电池,motor-free]

RT-Linux的基本安装

[RT-Linux 3.1的安装]
[RT-Linux 3.2 Pre的安装]

其他照片


       在日本机器人学会RSJ2003上DEMO            最初的站立试验

                 俯视照片1                                                      俯视照片2

     电控部分组装中                                                     动作验证试验

          高重心步行                                                   低重心步行

      Quadlator II的前身Quadlator I

Video
1. 步行[5.06M] ([283K])
2. 操作工具[2.08M]
3. 其他动作(快速 [472K])


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