基于開源控制軟件的youBot 小型移動機器人

KUKA youBot 是一種小型移動機器人，它具有開源的控制程序，適用于科學研究和教學應用。機器人由一個移動平臺和一個機械臂組成，這兩部分都由Maxon 電機驅動。

對于一位學習機器人技術的學生來說，一步步地教會機器人一些動作，執行自己編寫的程序是一個非常棒的學習機會和激動人心的挑戰。位于德國奧格斯堡的KUKA 公司基于這種想法研發了youBot 機器人，用來支持科研教學應用。它的移動操縱器由開源軟件控制，在5 個自由度上面有著全方位機器人技術。在這種機器人推出市場后僅僅兩年，就成為在移動操縱領域的教育和科研應用平臺。

youBot 機器人由一個可全方位移動的底座和一至兩個安裝在底座的機器臂組成。底座里面還有一個工控機和一個電池。通過EtherCAT 網絡，工控機可以實時地(周期為1 ms)向它的9 個驅動裝置傳達信息，這9 個驅動裝置由電流控制、速度控制和位置控制控制。機器人平臺和機器臂可以互相獨立使用。youBot 機器人長53 cm，寬36 cm，高約11 cm，有4 個萬向輪。這些特殊的輪子在其平面的45°方位上安裝有滾動裝置，如圖1 所示，使得youBot 機器人在任何時候都可以同時進行平移和轉體動作。這樣就使youBot 機器人進行側移和斜移等全方向移動成為可能。

圖1 youBot 小型移動機器人及其滾輪

安裝在平臺上的機器臂長約66 cm。機器臂末端的兩指夾鉗可夾運最寬7 cm、重500 g 的物品。機器臂由5 個關節組成，每個關節均由電機驅動系統驅動。在其中，研究人員使用了電機-齒輪頭-編碼器組合。

youBot 機器人中的空間非常有限，機器臂和底座中還要裝入幾個電機和行星齒輪頭，特殊研發的行星齒輪頭有利于最大限度的自由移動。研究人員在機器臂的關節處直接裝上這些部件來解決這個難題。Maxon 和KUKA 公司聯手研發了一種非常輕便、精細又牢固的特殊驅動，使得機器臂關節可以在行星齒輪頭周圍旋轉。

機器臂的關節部位共有5 個Maxon 無刷扁平型電動機(EC45 flat，EC32 flat)，如圖2 所示，用于連接特殊的齒輪頭和編碼器。平臺上使用了4 個EC45 無刷扁平型電機。EC45 無刷扁平型電機設計簡單，結構緊湊，具有高阻力矩，盡管重量只有46 ～110 g，但其輸出功率有15 ～50 W。位置編碼器連接在關節處，用于測量機器臂的關節角度。

圖2 無刷扁平電動機

KUKA 公司的youBot 機器人的制作研發，雖然還處于初始階段，但是它已經在機器人研發的過程中被視為一個里程碑。這個創新使KUKA 公司開始進軍研究市場和支持機器人團體的技術交流。機器人基于Linux 系統的開源控制程序為研究人員和科學家提供了實驗操作的高自由度。