蒙特利尔高等技术学校(ÉTS)通过DINGO培养下一代机器人专家
2021-02-07


将移动抓取机器人介绍给实验室


ÉTS实验室Lab INIT机器人的工作人员是负责处理这些新机器人的团队。专门研究行业需求的大学培训工程师。实验室INIT机器人是一个研究与教学小组,旨在对移动机器人系统进行直观,自然的控制。他们进行有关路径规划,避免碰撞,操作员的人机工程学,机器人表现运动和机器人群控制的研究和培训活动。


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目前,该实验室的Dingos工具包正在ÉTS的两个新课程中使用:  MEC744 –机械手机器人(Robotic Manipulators)和MEC745 –移动机器人(Mobile Robotics)。教学实验室建立在两种不同的情况下,以便将学生的工作与实际应用联系起来。机器人操纵器课程模拟了制造工厂中的机器维护方案,集成了安全措施,风险评估和掌握方法。 另一方面,“移动机器人”课程将模拟搜索和救援应用程序,第一响应者需要对此进行远程操作侦察机器人的操作。 这两门课程均通过教学实验室将理论知识与动手学习和应用相结合。在Lab INIT Robots研究生的指导下,由三至四个本科生组成的团队完成了这些实验。这种合作环境对于促进三种主要学习体验至关重要:


1.逐渐熟悉Python NotebooksROS

2.应用特定的复杂概念,例如机械手的逆运动学,卡尔曼滤波等。

3.使用所有可用工具解决复杂的机器人问题。


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机器人本质上是高度多学科的。一个学期概述其挑战,这需要像Dingo这样的坚实基础。开箱即用的ROS支持使我们能够集成代码,以处理复杂主题(如映射,导航,状态估计和逆运动学)而无需太多开销。”


David St-Onge(实验室INIT机器人副教授兼所长)



借助ROS支持加速学习


实验室面临的最普遍的挑战是让学生专注于这些项目的机械方面,而不要让他们在编程基础架构上投入过多的精力。ROS的学习曲线可能非常陡峭,并且由于学生主要来自机械工程专业,因此他们的编程技能通常很有限。因此,该团队开发了一个完整的模拟到现实的教学堆栈,其中包括ÉTS上的远程服务器,浏览器中的模拟渲染以及通过Python Notebooks进行编程。


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配备了视觉系统和Kinova Gen3 lite机器人的ÉTS实验室DIT机器人套装(共8个,共6个)


通过这种设置,学生可以学习如何使用ROS,而不必担心设置系统的麻烦。这在教育环境中尤其重要,因为在该环境中,学生希望能够快速入门并获得宝贵的动手经验。机器人专业的学生可能来自各种不同的背景或课程,在这些背景或课程中,ROS很可能是他们的新手。正如实验室负责人大卫·圣昂格(David St-Onge)所说:“机器人学本质上是高度多学科的。一个学期概述其挑战,需要扎实的基础。ROS使我们能够在实验室的操作中集成复杂的主题,例如映射,导航,状态估计和逆运动学,而无需太多开销。”


因此,Dingos的开箱即用的ROS支持形成了一个知识库,学生可以通过跳入更高级的任务来利用并快速加速学习。例如,该实验室与其教职员工和研究生紧密合作,为Dingo构建了自己的ros_control驱动程序,以便学生可以玩转轮编码器和反向运动学编程。通过学习手动驱动机器人,他们将访问车轮编码器,IMU和车轮电动机以构建自己的驱动控制器。在实验结束时,学生需要完成复杂的任务,例如建立直观的界面来对侦察机器人进行半自动控制,或者在制造环境中安全部署机器维护机器人。



将移动抓取带入课堂


将一包Dingos带到实验室的核心决定因素是平台的健壮性和可负担性,可以将其扩展到课堂水平,同时还能维持多年的教学实验室,尤其是在强大的ROS支持下。ÉTS团队明确关注教育和经验水平各异的学生,因此知道他们想要一个可以使未来的机器人专家融入ROS社区的解决方案。此外,该团队希望通过让学生从事本地采购工作来激励他们。尽管其强大的构建对于学习环境至关重要,但该实验室还强调了该平台易于通过传感器和其他功能进行扩展的能力。该小组目前正在努力集成锁定的急停开关,以提高Dingo的安全性并保护其在校园中的使用。

为了携带每个Dingo的传感器堆栈,实验室创建了自己的炮塔,因此他们可以添加两个Intel Realsense摄像机(T265D435i)以及Kinova Gen3 lite机器人操纵器。刀塔的高度允许在手臂的工作空间中加入普通房间的功能,即门把手和放在桌子/桌子上的零件。摄像机的高度也有助于覆盖更大的区域。摄像机和Gen3 lite都是实验室的理想选择,因为它们易于使用,易于实现,而且最重要的是,该臂价格低廉,足以装备整个教室。

 

 

DINGO的未来


Dingo包仍然是大学基础架构中的一个相对较新的功能,但是他们已经雄心勃勃地计划在课程中增加关于移动操作挑战(控制,路径规划,集成等)的第三门课程。他们认为,他们的机器人机队(八个平台)的规模对于进行人与群体之间的相互作用的研究以及测试某些算法也至关重要。目前,他们仍在增强教学基础结构的许多小功能(软件和硬件),因为该基础结构是在秋季(2020年)首次部署的。



开设课程参考


机械臂课程:


本课程介绍了正动力学和逆动力学,雅可比动力学和机械手动力学的概念。

在本课程结束时,学生将能够:

得出串行或并行机械手架构的直接运动学方程;

获得逆运动学的表示形式来控制机械手;

通过分析他的雅可比定律来识别建筑的特点和机械手的配置;

提出适合于任务几何要求的机械手架构。

提醒您空间中刚体的运动学和动力学。机械手概述:历史,定义,分类和应用(工业和商业)。机械手的运动学和动力学:几何设计(串行和并行),正向和逆向运动学,Jacobien(计算和分析),速度计算,轨迹的规划和编程。用于处理商用机器人操纵器的简单运动学和程序设计的实验室。

 


移动机器人课程:


本课程介绍了机械工程中移动机器人的关键概念:从移动性到人体工程学。

在本课程结束时,学生将能够:

区分主要运动方式(螺旋桨,腿和轮)的特殊性;

推导简单机器人平台的运动动力学方程;

根据机器人的任务和环境确定所需的传感器;

通过合并某些传感器来估计机器人的安装;

为机器人系统建立可用性研究(方法,道德和分析工具)。

机械手的基础知识,它们的动力学,可用性和智能控制。主要组件概述:执行器和传感器(声纳,激光,摄像机和惯性单元)。运动系统的建模和设计:在轮子,脚和螺旋桨上。机器人的状态估计(位置和方向)。以用户为中心的设计:方法和工具。机器人机器学习应用程序和部署工具概述。


实验室负责控制车轮上的商用机器人平台以及与其操作员的互动。

No.1908 Building A,Optics Valley Times Square,Wuhan City,Hubei Province,China
Tel:027-87522899,027-87522877

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