uCRobotics機器人十年沉浮錄

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機器人，自此便與機器人結(jié)下了很深的淵源。公司最初主要經(jīng)營業(yè)務是做uCLinux嵌入式系統(tǒng)研發(fā)，在時任技術(shù)主管張大胖子（后來創(chuàng)建了uCRobotics公司）的強烈要求下引進了該產(chǎn)品，但也只是作為輔助業(yè)務。在當時機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。

2年后，隨著原公司業(yè)務方向的調(diào)整，于是成立了uCRobotics公司，主營機器人相關(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器人產(chǎn)品。

一、SRV-1履帶式機器人 & SVS雙目機器人

產(chǎn)品特點：

• 體積小巧，只有手掌大��；
• 帶有攝像頭，其中SVS是雙目的，可以實現(xiàn)立體成像（那個年代，還大多停留在單片機巡線機器人、滅火機器人水平，復雜的應用場景需要一個大個機體背著一個筆記本電腦進行數(shù)據(jù)處理，鮮有自帶視覺的機器人產(chǎn)品）；
• 功能豐富，內(nèi)置上百個交互指令；
• 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，可以實現(xiàn)自主運動和控制；
• 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：雙路直流齒輪電機
• 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，使用時間大約 4 小時
根據(jù)應用場景的需求，還可以增加云臺結(jié)構(gòu)，實現(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：



當時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，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（論壇勉強又運維了2年左右也徹底關(guān)閉了），系統(tǒng)升級也中斷了，所以產(chǎn)品的生命力也就此結(jié)束了。除此之外，機器人在那個年代還屬于非常小眾的產(chǎn)品，再加上技術(shù)上的約束，一時還找不到進一步的突破點。

鑒于此，公司于2012年底將業(yè)務重心調(diào)整到3D打印行業(yè)，uCRobotics也成為國內(nèi)最早進入該領域的為數(shù)不多的廠家之一。嚴格的說，3D打印技術(shù)也屬于機器人的一種，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6000元/套。附帶贈送如下資源：

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



雖然公司的業(yè)務重心有所調(diào)整，但機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，一般高校學生還難以入手），便于客戶進行一些特定功能的開發(fā)和調(diào)試。

二、SRV-A擴展機器人

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


下圖是給燕山大學定制的帶有各種傳感器的機器人產(chǎn)品：


可以看出，當時并沒有產(chǎn)品設計方面的概念，客戶需要什么，我們就增加什么，所以最后看起來像個刺猬。在此也非常感謝客戶的包容和支持。

同時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。



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

三、UCR-1升級機器人

UCR-1 是一款多功能履帶式機器人，使用性價比更高的BF525主控芯片，屬于SRV-1的升級版本，具有如下特點：

• 所有部件完全國產(chǎn)化，便于成本控制；
• 底盤默認增加了一個防撞傳感器；
• 豐富的運控板接口，便于各種傳感器模塊的擴展；
• 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人形足球機器人

通過對機器人攝像頭模塊采集的圖像數(shù)據(jù)進行處理，可以實現(xiàn)很多應用。比如UCR-H人形機器人，就是將UCR-1的核心模塊與一個人形機體相結(jié)合，然后配合圖像識別算法，就會產(chǎn)生一個帶有視覺識別功能的足球機器人。全國每年大學生足球機器人比賽（RoboCup）項目中，UCR-H就是其中一個重量級選手，并且多次獲獎。




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承重機器人

無論是SRV-1或是UCR-1機器人，特點都是比較小巧；當然缺點就是無法承重。于是我們推出了一款可承重10KG左右的UCR-2機器人。



基于UCR-2開發(fā)的一款一氧化碳氣體檢測機器人，搭載的iTrans傳感器很沉，重約5KG。通過客戶端可以實時查看到當前環(huán)境中一氧化碳的濃度，可用于危險氣體檢測，危險環(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氣體的濃度讀數(shù)。



六、UCR-3越野機器人

視覺機器人還有一個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)的越野攀爬機器人產(chǎn)品，搭載美國進口越野底盤，輕松應付野外復雜多變的地形，適合偵查、勘探、探險等任務。

美國進口底盤特點:

• 大功率電調(diào)
• 液壓避震
• 獨立式懸掛
• 超強越野攀爬能力
• 獨立舵機轉(zhuǎn)向



七、MeterBot智能抄表機器人

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

MeterBot即是對此應用場景而研發(fā)的一款智能抄表機器人產(chǎn)品，配合便攜的平板電腦，實現(xiàn)自動識別并讀取水表數(shù)據(jù)，然后同步上傳到遠端的數(shù)據(jù)平臺之中。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險。



智能讀表過程如下：


八、Bubro識物機器人

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

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



說明一下，Bubro外觀是借用了日本開源機器人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，同時搭載了一個高清攝像頭模塊。



物體識別過程演示如下：



九、Ultron-0室內(nèi)定位導航機器人

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）機器人則是針對專業(yè)應用領域。



Ultron是什么？

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

Ultron應用在什么環(huán)境？

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

Ultron具有什么特點？

• 搭載深度雙目攝像頭，支持快速構(gòu)建3D點云地圖；
• 搭載多自由度機械臂，支持抓取、吸附等各種操作；
• 搭載高精度運動底盤，確保精準的路徑導航；
• 支持動態(tài)避障，具有人性化躲避障礙物及防卡死策略；
• 支持多級高精度定位算法，定位精度可達毫米級；
• 支持在自動探索模式下進行動態(tài)地圖構(gòu)建；

Ultron可用于什么領域？

• 自動化生產(chǎn)領域，如連續(xù)3D打印；
• 封閉空間內(nèi)的自動駕駛載體，如機場或是大廠房內(nèi)可用于載人的自動駕駛小車；
• 未來的家庭陪護機器人；

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)線機器人（機械臂）與Ultron這種移動機器人的差別。生產(chǎn)線機器人（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以下，精度高的可以達到十幾微米。原因是它們是固定的，自身機械結(jié)構(gòu)能達到什么精度，定位就能達到什么精度。而移動機器人的精度控制起來就困難得多，因為移動過程本身就會產(chǎn)生很多誤差。Ultron機器人采用了獨創(chuàng)的多級定位策略才實現(xiàn)了毫米級定位的目標。

機器人是人類的夢想，也是我們一直的堅持。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，屆時會在現(xiàn)場進行一些相關(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，新的征程！

僅以一首七言抒懷一下這十年的機器人情緣：

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