uCRobotics機(jī)器人十年沉浮錄

作者：威控睿博

在uCRobotics公司成立之初前2年，即2008年，從美國引入了SRV-1 & SVS機(jī)器人，自此便與機(jī)器人結(jié)下了很深的淵源。公司最初主要經(jīng)營業(yè)務(wù)是做uCLinux嵌入式系統(tǒng)研發(fā)，在時(shí)任技術(shù)主管張大胖子（后來創(chuàng)建了uCRobotics公司）的強(qiáng)烈要求下引進(jìn)了該產(chǎn)品，但也只是作為輔助業(yè)務(wù)。在當(dāng)時(shí)機(jī)器人概念尚不屬于爆款的年代，該產(chǎn)品以小巧智能的特性曾經(jīng)風(fēng)靡歐美各大高校，引入國內(nèi)后也大受歡迎，一度曾賣到16000元/臺(tái)。

2年后，隨著原公司業(yè)務(wù)方向的調(diào)整，于是成立了uCRobotics公司，主營機(jī)器人相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā)。下面簡要介紹一下這些年折騰的過各種機(jī)器人產(chǎn)品。

一、SRV-1履帶式機(jī)器人 & SVS雙目機(jī)器人

產(chǎn)品特點(diǎn)：

• 體積小巧，只有手掌大��；
• 帶有攝像頭，其中SVS是雙目的，可以實(shí)現(xiàn)立體成像（那個(gè)年代，還大多停留在單片機(jī)巡線機(jī)器人、滅火機(jī)器人水平，復(fù)雜的應(yīng)用場景需要一個(gè)大個(gè)機(jī)體背著一個(gè)筆記本電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，鮮有自帶視覺的機(jī)器人產(chǎn)品）；
• 功能豐富，內(nèi)置上百個(gè)交互指令；
• 軟硬件開放，用戶可添加自己的模塊和控制指令；
• 內(nèi)置解釋器，可以實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)和控制；
• 無線遙控，帶有無線wif模塊；
• 支持第三方控制編程軟件RoboRealm；
• 豐富的客戶端軟件支持，Java/Python客戶端，iOS客戶端，Android客戶端，NDSL客戶端等，其中后面三種移動(dòng)客戶端都是引入到國內(nèi)后我們自己添加的。

核心參數(shù)：

• 處理器：500MHz 的 ADI Blackfn BF537(1000 mips), 32MB SDRAM, 4MB SPI Flash
• 攝像頭：Omnivision OV7725, 30 萬像素
• 驅(qū)動(dòng)：雙路直流齒輪電機(jī)
• 規(guī)格：120mm 長 x 100mm 寬 x 80mm 高
• 重量：約 350 克（SVS雙目版本約500克）
• 電源：7.2V 2Ah 鋰電池，使用時(shí)間大約 4 小時(shí)
根據(jù)應(yīng)用場景的需求，還可以增加云臺(tái)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)視覺的180°旋轉(zhuǎn)；除此之外，還可以增加對GPS等傳感器模塊的支持。



如果需要外殼，我們后來還提供了3D打印外殼的服務(wù)：



當(dāng)時(shí)的官方論壇支持的非常好，文檔也很豐富，再加上產(chǎn)品的系統(tǒng)固件也一直獲得持續(xù)的更新升級(jí)，所以用戶非常廣泛，尤其是創(chuàng)客文化非常普及的歐美，幾乎所有的高校都是該產(chǎn)品的用戶。當(dāng)然國內(nèi)的市場表現(xiàn)也是一片大好。

該產(chǎn)品還上了美國CNN欄目。

然而天有不測風(fēng)云，2011年該產(chǎn)品的核心創(chuàng)始人不幸離世了，該公司也面臨解散。雖然此時(shí)我們完全可以在國內(nèi)制造該產(chǎn)品，但官方的支持減弱了（論壇勉強(qiáng)又運(yùn)維了2年左右也徹底關(guān)閉了），系統(tǒng)升級(jí)也中斷了，所以產(chǎn)品的生命力也就此結(jié)束了。除此之外，機(jī)器人在那個(gè)年代還屬于非常小眾的產(chǎn)品，再加上技術(shù)上的約束，一時(shí)還找不到進(jìn)一步的突破點(diǎn)。

鑒于此，公司于2012年底將業(yè)務(wù)重心調(diào)整到3D打印行業(yè)，uCRobotics也成為國內(nèi)最早進(jìn)入該領(lǐng)域的為數(shù)不多的廠家之一。嚴(yán)格的說，3D打印技術(shù)也屬于機(jī)器人的一種，所以與uCRobotics公司的創(chuàng)建初衷也并不相悖。

這里插播一條廣告：

目前還有全球僅存的5套SRV-1機(jī)器人，有興趣收藏的朋友可以聯(lián)系南極熊微信：xiong3dp，優(yōu)惠價(jià)6000元/套。附帶贈(zèng)送如下資源：

• SRV-1全套硬件設(shè)計(jì)圖（Google上都已經(jīng)搜不到了）；
• SRV-1各個(gè)版本的固件源代碼；
• SRV-1移動(dòng)客戶端軟件，iOS和Android版本（NDSL版本的不一定能找著了）。



雖然公司的業(yè)務(wù)重心有所調(diào)整，但機(jī)器人研究的步伐卻并沒有改變。任何創(chuàng)新都是由模仿開始的，比如我們的SRV-A機(jī)器人，即是基于SRV-1演變而來，通過與Arduino相結(jié)合，可以極大降低引入各種傳感器模塊的難度（雖然SRV-1也能支持如GPS之類的原生模塊，但涉及到底層開發(fā)，難度較大，一般高校學(xué)生還難以入手），便于客戶進(jìn)行一些特定功能的開發(fā)和調(diào)試。

二、SRV-A擴(kuò)展機(jī)器人

基于SRV-1擴(kuò)展而來，通過整合Arduino易用的特性，默認(rèn)可支持GPS、陀螺儀、超聲波及紅外等各種傳感器的數(shù)據(jù)采集。


下圖是給燕山大學(xué)定制的帶有各種傳感器的機(jī)器人產(chǎn)品：


可以看出，當(dāng)時(shí)并沒有產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的概念，客戶需要什么，我們就增加什么，所以最后看起來像個(gè)刺猬。在此也非常感謝客戶的包容和支持。

同時(shí)還提供一款功能豐富的客戶端軟件，各區(qū)域功能包括：GPS地圖定位，陀螺儀3D姿態(tài)反饋，超聲波測距，虛擬搖桿控制以及視頻保存等功能。



除了功能擴(kuò)展，對于SRV-1的核心控制模塊，我們也做了升級(jí)，使用價(jià)格更便宜的BF525替代BF537，可以降低不少成本。

三、UCR-1升級(jí)機(jī)器人

UCR-1 是一款多功能履帶式機(jī)器人，使用性價(jià)比更高的BF525主控芯片，屬于SRV-1的升級(jí)版本，具有如下特點(diǎn)：

• 所有部件完全國產(chǎn)化，便于成本控制；
• 底盤默認(rèn)增加了一個(gè)防撞傳感器；
• 豐富的運(yùn)控板接口，便于各種傳感器模塊的擴(kuò)展；
• 支持uCLinux操作系統(tǒng)，用戶可以方便的獲得很多系統(tǒng)庫的支持，如OpenCV 圖形處理軟件等。


四、UCR-H人形足球機(jī)器人

通過對機(jī)器人攝像頭模塊采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)很多應(yīng)用。比如UCR-H人形機(jī)器人，就是將UCR-1的核心模塊與一個(gè)人形機(jī)體相結(jié)合，然后配合圖像識(shí)別算法，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)帶有視覺識(shí)別功能的足球機(jī)器人。全國每年大學(xué)生足球機(jī)器人比賽（RoboCup）項(xiàng)目中，UCR-H就是其中一個(gè)重量級(jí)選手，并且多次獲獎(jiǎng)。




追球的視覺算法如下所示（原理是一樣，車體定位到球后是撞，人型定位到球是踢）：


球體追蹤

五、UCR-2承重機(jī)器人

無論是SRV-1或是UCR-1機(jī)器人，特點(diǎn)都是比較小巧；當(dāng)然缺點(diǎn)就是無法承重。于是我們推出了一款可承重10KG左右的UCR-2機(jī)器人。



基于UCR-2開發(fā)的一款一氧化碳?xì)怏w檢測機(jī)器人，搭載的iTrans傳感器很沉，重約5KG。通過客戶端可以實(shí)時(shí)查看到當(dāng)前環(huán)境中一氧化碳的濃度，可用于危險(xiǎn)氣體檢測，危險(xiǎn)環(huán)境探測等用途。

下圖是借助煤氣灶檢測煤氣釋放過程中空氣里一氧化碳?xì)怏w的濃度讀數(shù)。



六、UCR-3越野機(jī)器人

視覺機(jī)器人還有一個(gè)重要用途是用于野外作業(yè)。UCR-3是一款為野外作業(yè)而開發(fā)的越野攀爬機(jī)器人產(chǎn)品，搭載美國進(jìn)口越野底盤，輕松應(yīng)付野外復(fù)雜多變的地形，適合偵查、勘探、探險(xiǎn)等任務(wù)。

美國進(jìn)口底盤特點(diǎn):

• 大功率電調(diào)
• 液壓避震
• 獨(dú)立式懸掛
• 超強(qiáng)越野攀爬能力
• 獨(dú)立舵機(jī)轉(zhuǎn)向



七、MeterBot智能抄表機(jī)器人

視覺機(jī)器人不僅可以用于找球踢球，還可以用在更多其它圖像識(shí)別的領(lǐng)域，如市政的水表、電表智能讀取及數(shù)據(jù)上傳解決方案。

MeterBot即是對此應(yīng)用場景而研發(fā)的一款智能抄表機(jī)器人產(chǎn)品，配合便攜的平板電腦，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別并讀取水表數(shù)據(jù)，然后同步上傳到遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)平臺(tái)之中。該智能抄表系統(tǒng)不僅提升了抄表的效率，更可替代人員下井操作，極大降低工作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。



智能讀表過程如下：


八、Bubro識(shí)物機(jī)器人

Bubro是一款以Bubblegum 96board為核心控制模塊的AI機(jī)器人產(chǎn)品，特點(diǎn)如下：

• 支持Google TensorFlow智能框架；
• 對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行GPU本地化運(yùn)算，無需聯(lián)網(wǎng)；
• 能識(shí)別常見的近千種物體，并通過語音播報(bào)出物體名稱；
• 支持用戶按照自己的需求訓(xùn)練新的模型。



說明一下，Bubro外觀是借用了日本開源機(jī)器人Rapiro的外殼STL文件3D打印的，所以外觀看起來很相像。但核心模塊是我們自己的Bubblegum 96board智能平臺(tái)，同時(shí)搭載了一個(gè)高清攝像頭模塊。



物體識(shí)別過程演示如下：



九、Ultron-0室內(nèi)定位導(dǎo)航機(jī)器人

十年磨一劍，一朝現(xiàn)鋒芒！

如果說之前的所有嘗試主要針對教育和科研市場，那么2018年推出的Ultron-0（奧創(chuàng)，小名奧胖）機(jī)器人則是針對專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。



Ultron是什么？

Ultron-0是一款專業(yè)的VSLAM（Visual Simultaneous Localization and Mapping，基于視覺的即時(shí)定位與地圖構(gòu)建）機(jī)器人。通俗的講，就是一款可進(jìn)行室內(nèi)地圖構(gòu)建及智能導(dǎo)航和精準(zhǔn)定位的機(jī)器人產(chǎn)品，又稱室內(nèi)自動(dòng)駕駛機(jī)器人。

Ultron應(yīng)用在什么環(huán)境？

主要用于室內(nèi)環(huán)境，即沒有GPS或是北斗之類衛(wèi)星通訊信號(hào)的地方。如生產(chǎn)車間、大型廠房、機(jī)場等。

Ultron具有什么特點(diǎn)？

• 搭載深度雙目攝像頭，支持快速構(gòu)建3D點(diǎn)云地圖；
• 搭載多自由度機(jī)械臂，支持抓取、吸附等各種操作；
• 搭載高精度運(yùn)動(dòng)底盤，確保精準(zhǔn)的路徑導(dǎo)航；
• 支持動(dòng)態(tài)避障，具有人性化躲避障礙物及防卡死策略；
• 支持多級(jí)高精度定位算法，定位精度可達(dá)毫米級(jí)；
• 支持在自動(dòng)探索模式下進(jìn)行動(dòng)態(tài)地圖構(gòu)建；

Ultron可用于什么領(lǐng)域？

• 自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域，如連續(xù)3D打��；
• 封閉空間內(nèi)的自動(dòng)駕駛載體，如機(jī)場或是大廠房內(nèi)可用于載人的自動(dòng)駕駛小車；
• 未來的家庭陪護(hù)機(jī)器人；

Ultron最大的優(yōu)勢是什么？

定位精度！

這里需要說明一下生產(chǎn)線機(jī)器人（機(jī)械臂）與Ultron這種移動(dòng)機(jī)器人的差別。生產(chǎn)線機(jī)器人（如汽車裝配流水線）的定位精度可以做到很高，一般都可以做到毫米級(jí)以下，精度高的可以達(dá)到十幾微米。原因是它們是固定的，自身機(jī)械結(jié)構(gòu)能達(dá)到什么精度，定位就能達(dá)到什么精度。而移動(dòng)機(jī)器人的精度控制起來就困難得多，因?yàn)橐苿?dòng)過程本身就會(huì)產(chǎn)生很多誤差。Ultron機(jī)器人采用了獨(dú)創(chuàng)的多級(jí)定位策略才實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)定位的目標(biāo)。

機(jī)器人是人類的夢想，也是我們一直的堅(jiān)持。十年的積累與沉淀，造就了Ultron-0的誕生。



魯迅的那句話：
由此也成功的驗(yàn)證了
世上本沒有路，
趟平所有的坑，
自然就成了路！

2018年6月13 ~ 15日，上海新國際博覽中心N1館1287，Ultron-0將首次亮相，屆時(shí)會(huì)在現(xiàn)場進(jìn)行一些相關(guān)功能的演示，期待與大家不見不散!


尾聲：
十年一劍，十年一嘆；
新的起點(diǎn)，新的征程！

僅以一首七言抒懷一下這十年的機(jī)器人情緣：

雛鷹展翅志高遠(yuǎn)，
百舸爭流競遠(yuǎn)航；
折戟沉沙心不改，
十年生死兩茫茫；
韶華已隨風(fēng)逝去，
江風(fēng)吹老少年郎；
執(zhí)此一念終無悔，
霾消霧散任翱翔！