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AR.Drone Position Servoing and Visual Tracking

A demonstration of my Master's Thesis: Visual-Based Localization and Tracking of a UGV with a Quadcopter. In this project, a visual tracking framework is designed to track the UGV with an AR.Drone quadcopter from Parrot. The system utilizes a centralized control by a ground station which is running ROS and Ubuntu 12.04 LTS.

The first two experiments were taken with the support of a global vision system which was designed using a low cost web camera. While in the last experiment, the quadcopter simply uses IMU data for navigation. The image was captured from the bottom camera of the AR.Drone and processed with OpenCV. Four PID controllers were designed to control the motion of the quadcopter to make it hold at a position or track a trajectory.

The next step is to use such a robot system for factory and infrastructure inspection. But since I have to return my quadcopter to the department, it is really problematic for me to imply this idea. Hope I can find the chance to get another AR.Drone soon.

(国内用户请访问优酷:http://v.youku.com/v_show/id_XNzczOTg0MDY0.html

机器人仿真软件V-REP

最近有幸接触到了一款非常强大的机器人动态仿真软件:V-REP。V-REP有非常完善的物理仿真引擎,支持移动机器人、飞行机器人、人型机器人、多足机器人以及多轴机械手的运动学仿真。

vrep

V-REP的仿真程度非常高,不仅可以仿真机器人的本体与多种传感器,还支持障碍物以及地型(空中,地面,水底)的仿真。V-REP支持使用C/C++,Python,JAVA,Lua,Matlab编写脚本,十分适合于多机器人的仿真。

官方网站:

http://www.coppeliarobotics.com/

官方演示视频:

MicroMouse V2电机的选择

第一版本的MM(MicroMouse)使用的是带减速箱的N20电机。这种电机非常小巧,比130电机的体积还要小,空载转速大概50转/分钟,适合小型机器人。电机店和淘宝上很容易买到,价格大约在15-25元之间:

图1  N20直流电机

新版本的MM首先希望在电机上进行改进,备选的几个方案有:

1) 直流步进电机;

2) 直流无刷电机;

3) 直流空心杯电机。

步进电机的好处是易于控制,且不需要额外的转速反馈。缺点是速度较慢,且一旦打滑就会造成累积误差。2010年参加全国电脑鼠大赛时,赞助商周立功公司提供的电脑鼠就是使用步进电机的。我觉得步进电机是一个好的入门级方案,可以实现,但无法出色。

之后考虑过使用无刷电机,无刷电机没有换向接触损耗、噪音低、寿命长、稳定性好,广泛用于光盘驱动、电动车中。无刷电机的缺点就是要使用专门的驱动电路,之前和朋友做毕业设计时接触过无刷驱动器的设计,觉得还是挺麻烦的。再者就是控制难度比较大,每路需要六个Mos管、三个驱动芯片和三个PWM。虽然可以使用成品电调,可是势必会增加重量,对电脑鼠的速度性能不利。

现在我有了更好的选择:直流空心杯电机。空心杯电机使用无铁芯转子,具有很小的转动惯量,这一点对于需要快速起停、运动灵活的电脑鼠来说非常适合。参照以往电脑鼠国际大赛的设计,一般使用Faulhaber1717 (冯哈伯1717)电机。1717后缀表示直径17mm,机身长度17mm。以下是冯哈伯电机的介绍:

“FAULHABER直流电机采用斜绕方式的空心杯转子,没有齿糟效应以及非常轻的重量。这使得转子转动惯量极小。因而FAULHABER电机动态性能上卓越超群。对小动率产品,FAULHABER电机采用精密合金换向器,因其接触电阻低而使性能优良。”(引自互联网)

在机器人设计中经常可见Faulhaber电机,之前使用博创的机器人平台好像也是使用的Faulhaber电机。尤其是其德国的血统,让人对之的性能充满信心。

      图2  Faulhaber电机 

可惜的是,我在网上并没有找到本地销售Faulhaber1717这款电机的,只找到一家国外的网站,报价大约是500元一个,那是相当贵啊。不过我倒是找到有售Faulhaber2224电机的,价格也很便宜只有几十块钱。虽然体积大了一点(r=22mm l=24mm),但是我想对于我这种业余爱好者来说应该不是很大的问题。

四轴飞行器室内3D SLAM