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建立一个开放的软件和硬件平台

2022-7-25 06:26:45 703 硬件平台软件平台开源分享

0 描述该项目旨在建立一个开放的软件和硬件平台（分别为 Hivemind 和 Hiveboard），允许实施机器人群，从异构机器人和 Android 智能手机进行同步定位和映射 (SLAM)[1]。Android 手机可以用作增强现实界面来查看生成的共享地图，也可以用作机器人群的控制界面。这项技术突破正在一个重大工程设计项目中进行，并将在 2021 年 MegaGéNIALE 博览会上展示。该项目本质上是学术性的，将由机器人研究小组 IntRoLab[3] 的 3IT[2] 的客户使用。机器人部分 SwarmUS 团队的任务是更新其客户实验室 (IntRoLab) 未使用的两台旧 Pioneer 2DX。这些机器人不仅会返还给客户，还会作为基准测试来测试我们的 swarm 平台。由于这些机器人的电子设备和软件已经过时，因此需要对该机器人进行全面升级，只保留底盘和电机。力量机器人由 12V GOOLOO GP37-Plus LiPo 电池供电。这些电池具有一些内部保护和集成充电器，从而简化了围绕机器人电源的设计。但是，需要额外的欠压保护，以防止机器人将电池电量耗尽至低于 LiPo 电池的电压限制。欠压锁定板然后，该团队设计了一个包含欠压锁定 (UVLO) 和电压监控电路的定制 PCB。该解决方案在电压降至选定阈值以下时会发出高音，并在另一个较低阈值以下打开主电源继电器。电力调配电源树分为 3 个主要部分：12V 主电源、12V 电机电源和 5V 计算机电源。一个由拨动开关和 UVLO 板控制的主继电器将电池连接到 12V 主电源，该主电源反过来为 5V@5A 稳压器和另一个控制电机电源的继电器供电。电机继电器由红色蘑菇按钮控制，可在紧急情况下轻松切断电机的 12V 电源。5V 稳压器为主计算机和所有机器人传感器供电。传感器、计算机和电机控制器机器人大脑是在 Linux 20.04.1 LTS 上运行的 Raspberry Pi 4 4GB。为了感知其环境，机器人配备了 RPLidar A2M8 以可视化其周围的障碍物，并配备了 Realsense D435i 或 Realsense D455，具体取决于机器人，以获得其前方场景的视觉和深度信息。除了传感器之外，BasicMicro 的 RoboClaw 2x60A 还用作电机控制器，因为它具有内置保护、PID 控制和正交编码器读取功能。电机控制器和所有传感器通过 USB 连接到 Rasberry Pi。此外，Hiveboard 和 BeeBoards 被集成到机器人中，并通过以太网连接到 Raspberry Pi，为机器人提供必要的硬件来加入一个群体。机械改装电子元件和计算机由采用激光切割技术制成的木板进行维护，以完美贴合机器人狭窄的内部。机器人的传感器支撑和侧面板是 3D 打印的，为我们在设计过程中提供了更大的灵活性。机器人软件 Raspberry Pi 在 ROS（机器人操作系统）中间件中运行所有机器人的软件。在传感器、导航堆栈和 RTAB-Map 的帮助下，机器人可以在其环境中移动，同时对其进行映射并在其中定位自己。团队制作了额外的 ROS 包，以将 ROS 环境连接到在 HiveBoard 上运行的 HiveMind，让群体行为控制机器人。我们的一个机器人制作的地图硬件部分以下部分将详细介绍 SwarmUS 项目的 3 块 PCB： · HiveSight：Decawave 超宽带 (UWB) 集成电路 (IC) DW1000 的测试平台 · Hiveboard：上一次迭代的中心板 · BeeBoard：UWB“传感器” HiveSight 如前所述，HiveSight 是团队的测试平台。它证实该团队可以使用我们可以使用的设施来制作功能正常的 PCB（从设计到测试）。它也是 UWB 技术的测试平台。让我们回顾一下董事会： 1、保护：具有过压、过流、反极性功能 2. USB：USB IC打开一个COM端口用于调试目的。它连接到 u-USB 端口 3. 3V3&1V8 Gen：板载 3v3 和 1v8 电源轨生成。1.8V 来自 3.3V 电源轨。板上的所有组件都使用 3.3V 电源轨。只有 Decawave IC DW1000 使用 1.8V 电源轨。 4. IMU：惯性测量单元 5. WROOM 复位：ESP32-WROOM 的物理按钮（位于 PCB 的底部） ESP32-WROOM 是一个 Wi-Fi IC。 6. Flash 32k：32 Kb闪存。由我们的 ESP32 定制解决方案使用。 7. ESP32：ESP32（Wi-Fi IC）的自定义实现。此实现用于在我们的自定义实现和 WROOM IC 之间进行比较。 8. CLK Gen：为 DW1000 生成 38.4MHz 时钟。还包括两个 DW1000 的同步信号。 9. DW1000：超宽带IC。用于定位其他 HiveSight 的距离和角度。每个 DW100 有 4 个 LED 用于调试目的。 5V 电源轨可以来自 2 个不同的地方： · 从左上角的绿色连接器 · 从 u-USB 连接器此外，3.3V 电源可以来自 3V3 电源轨或由 Nucleo 供电。Hivesight 还可以为 Nucleo 提供 5V 或 3.3V 电压。然而，在测试我们的设计时，我们注意到当 Nucleo 向 HveSight 提供 3V3 电压时，它会闪烁过电流警告。我们建议为 HiveSight 使用单独的（如绿色连接器/u-USB 连接器）电源。 HiveSight 和 Nucleo 之间的 SPI 通信有点不足，因为我们在布线时没有正确处理 SPI 线路（从上到下变化太多），并且接地回路不是最小的。我们没有正确连接 HiveSight 的每个连接器的接地，这会减慢 SPI 总线。我们可以做的总线的最大速度是 1Mbit/s 的数据。到COM口IC的USB线切换了正负数据线，导致COM口出错。我们建议通过移除 ESD 保护并焊接一些导线来更改设计或以正确的顺序放置数据线。在我们的实现中，这是我们使用的方法，并在顶部涂上热胶以防止意外断开连接。此外，IMU 从未安装在我们的版本上，因为足迹没有焊膏开口，因此没有焊料，并且该部件从未连接到电路板。这个简单的错误将在下一个实现中修复：Hiveboard。 HiveSight 设计用于与 STM32F429ZIT Nucleo 一起使用（尽管丝印上提到了 STM32F426，这是我们的另一个错误）。所有文件（原理图、BOM、PCB、Gerbers）都在 Github 链接中。 PCB+展示代码 https:///www.github.com/swarmus 0 SwarmUS - 一个群体机器人平台-gerber.zip 267.77 KB , 下载次数: 0 SwarmUS - 一个群体机器人平台-bom.zip 57.25 KB , 下载次数: 0
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