Robot mobili programmabili N10
ROBOWORK
Manuale dell'utente Robot
Preparato da: Wayne Liu, Zijie Li, Reilly Smithers e Tara Hercz 30 ottobre 2024 Versione #: 20241030
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ROBOWORK
SOMMARIO
1. Componenti chiave 2. Specifiche del prodotto 3. Introduzione ai controller ROS 4. Sistema di rilevamento: LiDAR e telecamera di profondità 5. Scheda STM32 (controllo motore, gestione alimentazione e IMU) 6. Sistema di sterzo e guida 7. Gestione alimentazione 8. Tele-operazione 9. Avvio rapido ROS 2 10. Pacchetti ROS 2 Humble preinstallati
Riepilogo Rosbot è progettato per sviluppatori ROS (Robot Operating System), educatori e studenti. Il cuore di Rosbot è il framework software completamente programmabile e l'architettura hardware configurabile basata sulla piattaforma robotica più popolare: ROS. Rosbot è disponibile in quattro modelli: Rosbot 2: adatto per principianti ROS e progetti a basso budget. Rosbot Pro: adatto per sviluppatori ROS ed educatori che necessitano di un sistema versatile per la prototipazione rapida o l'insegnamento. Rosbot Plus: questa è la versione 4WD di Rosbot con sistemi di sospensione indipendenti. Questa categoria è abbastanza seria da essere presa in considerazione per lo sviluppo industriale e commerciale. Rosbot Plus HD: questa è la versione Heavy Duty di Rosbot Plus con carico utile massimo fino a 45 kg. Rosbot è dotato di controller ROS popolari come: · Jetson Orin Nano · Jetson Orin NX
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1. Componente chiave
Variazione Rosbot 2
Immagine
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Rosbot Pro Rosbot Più
2. Specifiche del prodotto Matrice del prodotto
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Nome del prodotto Rapporto di riduzione del motore Velocità massima Peso Dimensioni massime del carico utile Raggio di sterzata minimo Durata della batteria
Alimentazione elettrica
Rosbot 2 1:27
Rosbot Pro 1:18
Rosbot Più 1:18
Rosbot Plus HD 1:47
1.3 m/s 9.26 kg 16 kg 445*360*206 mm 0.77 m
1.65 m/s
2.33 m/s
0.89 m/s
19.54 kg
35.16 kg
35.18 kg
20 kg
22 kg
45 kg
774*570*227mm 766*671*319mm 766*671*319mm
1.02 metri
1.29 metri
1.29 metri
Circa 9.5 ore (senza carico),
Circa 8.5 ore (carico utile 20%)
Circa 4.5 ore (senza carico), circa 3 ore (20% del carico utile)
Batteria LFP da 24 V 6100 mAh + caricabatterie intelligente con corrente da 3 A
Encoder ruote sterzo
Servo digitale S20F coppia 20kg
Servo digitale DS5160 coppia 60kg
Ruote in gomma piena di diametro 125 mm
Ruote in gomma piena di diametro 180 mm
Ruote in gomma gonfiabili da 254 mm
Encoder ad alta precisione di fase 500 linee AB
Sistema di sospensione Sistema di sospensione a pendolo coassiale Sistema di sospensione indipendente 4W
Interfaccia di controllo
App iOS e Android tramite Bluetooth o Wi-Fi, PS2, CAN, porta seriale, USB
3. Introduzione dei controller ROS
Sono disponibili 2 tipi di controller ROS da utilizzare con Rosbot basati sulla piattaforma Nvidia Jetson. Jetson Orin Nano è più adatto alla ricerca e all'istruzione. Jetson Orin NX è ideale per la prototipazione di prodotti e applicazioni commerciali. La seguente tabella illustra le principali differenze tecniche tra i vari controller disponibili da Roboworks. Entrambe le schede consentono un calcolo di alto livello e sono adatte ad applicazioni robotiche avanzate come la visione artificiale, il deep learning e la pianificazione del movimento.
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4. Sistema di rilevamento: LiDAR e telecamera di profondità Un Leishen LSLiDAR è installato su tutte le varianti di Rosbot con il modello N10 o M10 in uso. Questi LiDAR offrono una gamma di scansione a 360 gradi e percezione dell'ambiente circostante e vantano un design compatto e leggero. Hanno un elevato rapporto segnale rumore ed eccellenti prestazioni di rilevamento su oggetti ad alta/bassa riflettività e funzionano bene in condizioni di luce intensa. Hanno una gamma di rilevamento di 30 metri e una frequenza di scansione di 12 Hz. Questo LiDAR si integra perfettamente nei Rosbot, assicurando che tutti gli usi di mappatura e navigazione possano essere facilmente raggiunti nel tuo progetto. La tabella seguente riassume le specifiche tecniche dei LSLiDAR:
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Inoltre, tutti i Rosbot sono dotati di una telecamera di profondità Orbbec Astra, che è una telecamera RGBD. Questa fotocamera è ottimizzata per una vasta gamma di usi, tra cui il controllo dei gesti, il tracciamento dello scheletro, la scansione 3D e lo sviluppo di nuvole di punti. La tabella seguente riassume le caratteristiche tecniche della telecamera di profondità.
5. Scheda STM32 (controllo motore, gestione alimentazione e IMU) La scheda STM32F103RC è il microcontrollore utilizzato in tutti i Rosbot. Ha un core RISC ARM Cortex-M3 a 32 bit ad alte prestazioni che opera a una frequenza di 72 MHz insieme a memorie integrate ad alta velocità. Funziona in un intervallo di temperatura da -40 °C a +105 °C, adattandosi a tutte le applicazioni robotiche nei climi di tutto il mondo. Sono presenti modalità di risparmio energetico che consentono la progettazione di applicazioni a basso consumo. Alcune delle applicazioni di questo microcontrollore includono: azionamenti motore, controllo applicazioni, applicazioni robotiche, apparecchiature mediche e portatili, periferiche per PC e giochi, piattaforme GPS, applicazioni industriali, videocitofoni e scanner per sistemi di allarme.
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Nucleo STM32F103RC
Memorie Orologio, Reset e Gestione Fornitura
Porte I/O modalità debug DMA Power
Timer
Interfaccia di comunicazione
Caratteristiche
CPU ARM32-bit Cortex M3
Velocità massima di 72 MHz
512 KB di memoria Flash
64 kB di SRAM
Alimentazione dell'applicazione da 2.0 a 3.6 V e I/O
Modalità Sleep, Stop e Standby
Alimentazione V per RTC e registri di backup
PIPISTRELLO
Controller DMA a 12 canali
SWD e JTAG interfacce
Macrocellula traccia incorporata Cortex-M3
51 porte I/O (mappabili su 16 vettori di interrupt esterni e tolleranti a 5 V)
Timer 4 × 16 bit
2 timer PWM di controllo motore a 16 bit (con emergenza)
fermare)
2 timer watchdog (indipendenti e a finestra)
Temporizzatore SysTick (contatore indietro a 24 bit)
2 timer di base a 16 bit per pilotare il DAC
Interfaccia USB 2.0 a piena velocità
Interfaccia SDIO
Interfaccia CAN (2.0B Attivo)
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6. Sistema di sterzo e guida Il sistema di sterzo e guida è integrato con il design e la costruzione del Rosbot. A seconda del modello acquistato, sarà a 2 o 4 ruote motrici, entrambe le opzioni adatte a una varietà di scopi di ricerca e sviluppo. Le ruote su tutti i Rosbot sono in gomma piena con pneumatici di grado di protezione dalla neve. C'è un sistema di sospensione a pendolo coassiale e i Rosbot di fascia alta sono dotati di ammortizzatori con sistemi di sospensione indipendenti, assicurando la capacità di navigare con successo su terreni difficili. Specifiche tecniche di sterzo e guida:
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Diagramma di progettazione del telaio Rosbot: Rosbot 2
Rosbot Pro
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Rosbot Plus
7. Power Management Power Mag – Batteria magnetica LFP: tutti i Rosbot sono dotati di un Power Mag da 6000 mAh, una batteria magnetica LFP (Litio Ferro Fosfato) e un caricabatterie. I clienti possono aggiornare la batteria a 20000 mAh con un costo aggiuntivo. Le batterie LFP sono un tipo di batteria agli ioni di litio note per la loro stabilità, sicurezza e lunga durata del ciclo. A differenza delle tradizionali batterie agli ioni di litio, che utilizzano cobalto o nichel, le batterie LFP si basano sul ferro fosfato, offrendo un'alternativa più sostenibile e meno tossica. Sono altamente resistenti alla fuga termica, riducendo il rischio di surriscaldamento e incendio. Sebbene abbiano una densità energetica inferiore rispetto ad altre batterie agli ioni di litio, le batterie LFP eccellono in durata, con
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maggiore durata, ricarica più rapida e migliori prestazioni a temperature estreme, rendendoli ideali per veicoli elettrici (EV) e sistemi di accumulo di energia. Power Mag può essere attaccato a qualsiasi superficie metallica di un robot grazie al design della sua base magnetica. Rende la sostituzione delle batterie rapida e semplice.
Specifiche tecniche:
Pacco batteria modello
Volume limite materiale nucleotage
Volume completotage Corrente di carica
Scarico del materiale del guscio
Prestazione
6000 mAh 22.4 V 6000 mAh Litio Ferro Fosfato
16.5 V 25.55 V
3A Metallo 15A Scarica continua
20000 mAh 22.4 V 20000 mAh Litio Ferro Fosfato
16.5 V 25.55 V
3A Metallo 20A Scarica continua
Connettore femmina DC4017MM
Connettore femmina DC4017MM
Tappo
(in carica) XT60U-F femmina
(in carica) XT60U-F femmina
connettore (scarica)
connettore (scarica)
Dimensioni Peso
177*146*42mm 1.72kg
208*154*97mm 4.1kg
Protezione della batteria: protezione da cortocircuito, sovracorrente, sovraccarico, scarica eccessiva, supporto della carica durante l'uso, valvola di sicurezza integrata, scheda ignifuga.
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Super Charge: Super Charge è una stazione di ricarica automatica in dotazione con i modelli Rosbot 2S, Rosbot Pro S, Rosbot Plus S e può essere acquistata separatamente per funzionare con Rosbot 2, Rosbot Pro e Rosbot Plus. 8. Tele-operazione Esistono 4 modi per tele-operare il robot: 8.1 Controllato dal controller PS2:
8.1.1. Collegare il controller PS2 alla scheda PCB 8.1.2. Attendere che l'indicatore diventi rosso sul controller, quindi premere il pulsante Start. 8.1.3. Nella schermata della scheda PCB, spingere in avanti il joystick sinistro e passare dalla modalità di controllo ROS a quella PS2. La foto seguente mostra le due diverse modalità di controllo: ROS o PS2:
8.2 Controllato dal nodo ros2 e dalla tastiera 8.2.1. Cambia la modalità di controllo in ros 8.2.2. Assicurati che il robot bring up sia in esecuzione (vedi sezione 9)
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8.2.3. Esegui questo comando: python3 ros2/src/wheeltec_robot_keyboard/wheeltec_robot_keyboard/wheeltec_keyboard.py 4. In alternativa, puoi eseguire questo comando:
ros2 esegui wheeltec_robot_keyboard wheeltec_keyboard
8.3 Controllato dal nodo ros2 e da un controller USB A 8.3.1. Collegare un controller USB A 8.3.2. Cambiare la modalità di controllo in ros 8.3.3. Assicurarsi che il robot bring up sia in esecuzione (vedere la sezione 9) 8.3.4. Eseguire questo comando:
lancio ros2 wheeltec_joy wheeltec_joy.launch.py
8.4 Controllato dall'app mobile tramite connessione Wi-Fi o Bluetooth Visita la stazione app di Roboworks websito e vai alla sezione App mobili per il controllo remoto per scaricare l'app mobile per il tuo cellulare: https://www.roboworks.net/apps
9. Avvio rapido di ROS 2 Quando il robot viene acceso per la prima volta, è controllato da ROS per impostazione predefinita. Ciò significa che la scheda controller dello chassis STM32 accetta comandi dal controller ROS 2 come Jetson Orin.
La configurazione iniziale è rapida e semplice, dal tuo PC host (consigliato Ubuntu Linux) connettiti all'hotspot Wi-Fi del robot. La password predefinita è "dongguan".
Quindi, connettiti al robot tramite SSH tramite il terminale Linux, l'indirizzo IP è 192.168.0.100, la password predefinita è dongguan. ~$ ssh wheeltec@192.168.0.100 Con l'accesso al robot tramite terminale, puoi navigare nella cartella dell'area di lavoro ROS 2, sotto "wheeltec_ROS 2" Prima di eseguire i programmi di prova, naviga su wheeltec_ROS 2/turn_on_wheeltec_robot/ e individua wheeltec_udev.sh – Questo script deve essere eseguito, in genere solo una volta per garantire la corretta configurazione delle periferiche. Ora puoi testare la funzionalità del robot, per avviare la funzionalità del controller ROS 2, esegui:
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"roslaunch turn_on_wheeltec_robot turn_on_wheeltec_robot.launch" ~$ ros2 launch turn_on_wheeltec_robot turn_on_wheeltec_robot.launch In un secondo terminale, puoi usare il nodo keyboard_teleop per convalidare il controllo del telaio, questa è una versione modificata del popolare ROS 2 Turtlebot example. Tipo (maggiori controlli tele-op sono disponibili nella sezione 8): “ros2 run wheeltec_robot_keyboard wheeltec_keyboard”
10. Pacchetti Humble ROS 2 preinstallati Di seguito sono riportati i seguenti pacchetti orientati all'utente, mentre altri pacchetti potrebbero essere presenti, queste sono solo dipendenze. turn_on_wheeltec_robot
Questo pacchetto è fondamentale per abilitare la funzionalità del robot e la comunicazione con il controller del telaio. Lo script primario "turn_on_wheeltec_robot.launch" deve essere utilizzato a ogni avvio per configurare ROS 2 e il controller. wheeltec_rviz2 Contiene launch fileper avviare rviz con configurazione personalizzata per Pickerbot Pro.
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wheeltec_robot_slam Pacchetto di mappatura e localizzazione SLAM con configurazione personalizzata per Pickerbot Pro.
wheeltec_robot_rrt2 Algoritmo di esplorazione rapida di alberi casuali: questo pacchetto consente a Pickerbot Pro di pianificare un percorso verso la posizione desiderata, avviando nodi di esplorazione.
wheeltec_robot_keyboard Pacchetto utile per convalidare la funzionalità del robot e controllarlo tramite tastiera, anche da PC host remoto.
wheeltec_robot_nav2 Pacchetto ROS 2 Navigation 2 nodi.
wheeltec_lidar_ros2 Pacchetto ROS 2 Lidar per la configurazione di Leishen M10/N10.
wheeltec_joy Pacchetto di controllo del joystick, contiene il lancio files per nodi Joystick.
simple_follower_ros2 Algoritmi di base per seguire oggetti e linee utilizzando la scansione laser o una telecamera di profondità.
ros2_astra_camera Pacchetto telecamera di profondità Astra con driver e avvio files.
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