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(guó)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(yíng)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(lái)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(guó)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(yíng)機(jī)器人相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā),。下面簡(jiǎn)要介紹一下這些年折騰的過(guò)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,，只有手掌大小,；
• 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(chǎng)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(jué)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(kāi)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(wú)線遙控,，帶有無(wú)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(guó)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(wàn)像素
• 驅(qū)動(dòng)：雙路直流齒輪電機(jī)
• 規(guī)格：120mm 長(zhǎng) 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(chǎng)景的需求,，還可以增加云臺(tái)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)的180°旋轉(zhuǎn)；除此之外,，還可以增加對(duì)GPS等傳感器模塊的支持,。



如果需要外殼，我們后來(lái)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(guó)內(nèi)的市場(chǎng)表現(xiàn)也是一片大好,。

該產(chǎn)品還上了美國(guó)CNN欄目,。

然而天有不測(cè)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(guó)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(guó)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(shuō),，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(méi)有改變,。任何創(chuàng)新都是由模仿開(kāi)始的,，比如我們的SRV-A機(jī)器人,，即是基于SRV-1演變而來(lái)，通過(guò)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(kāi)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(kāi)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(lái),，通過(guò)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(méi)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(lái)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(cè)距,，虛擬搖桿控制以及視頻保存等功能,。



除了功能擴(kuò)展，對(duì)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(guó)產(chǎn)化，便于成本控制,；
• 底盤(pán)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(kù)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(guò)對(duì)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(jué)識(shí)別功能的足球機(jī)器人,。全國(guó)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(jué)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(wú)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(wú)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(kāi)發(fā)的一款一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)機(jī)器人,，搭載的iTrans傳感器很沉,，重約5KG。通過(guò)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(cè),，危險(xiǎn)環(huán)境探測(cè)等用途。

下圖是借助煤氣灶檢測(cè)煤氣釋放過(guò)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(jué)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(kāi)發(fā)的越野攀爬機(jī)器人產(chǎn)品,，搭載美國(guó)進(jìn)口越野底盤(pán),，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(guó)進(jìn)口底盤(pán)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(jué)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(duì)此應(yīng)用場(chǎng)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(guò)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(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行GPU本地化運(yùn)算，無(wú)需聯(lián)網(wǎng),；
• 能識(shí)別常見(jiàn)的近千種物體,，并通過(guò)語(yǔ)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(shuō)明一下,，Bubro外觀是借用了日本開(kāi)源機(jī)器人Rapiro的外殼STL文件3D打印的，所以外觀看起來(lái)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(guò)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(shuō)之前的所有嘗試主要針對(duì)教育和科研市場(chǎng),，那么2018年推出的Ultron-0（奧創(chuàng),，小名奧胖）機(jī)器人則是針對(duì)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(jué)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(méi)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(chǎng)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(pán),，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(chǎng)或是大廠房?jī)?nèi)可用于載人的自動(dòng)駕駛小車,；
• 未來(lái)的家庭陪護(hù)機(jī)器人,；

Ultron最大的優(yōu)勢(shì)是什么？

定位精度,！

這里需要說(shuō)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(lái)就困難得多，因?yàn)橐苿?dòng)過(guò)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(mèng)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(méi)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(guó)際博覽中心N1館1287,，Ultron-0將首次亮相,，屆時(shí)會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一些相關(guān)功能的演示，期待與大家不見(jiàn)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(zhēng)流競(jìng)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(wú)悔,，
霾消霧散任翱翔！