Manual de utilizare ROBOWORKS Orin Nano Mini Pickerbot și Drop Robot

Pickerbot Mini este un robot de tip „pick-and-place” bazat pe ROS (Robot Operating System) pentru cercetători, educatori, studenți și dezvoltatori în domeniul roboticii.
Pickerbot Mini este echipat cu controler ROS încorporat, braț robotic, gripper robotic, LiDAR, camere, controler STM32 pentru motor/alimentare/IMU și un șasiu metalic cu roți Mecanum omnidirecționale.

Pickerbot Mini este ideal pentru începătorii în domeniul ROS, având un preț accesibil, un design compact și un pachet gata de utilizare. Pickerbot Mini este, de asemenea, o platformă solidă pentru roboți mobili autonomi (AMR) pentru proiecte educaționale și de cercetare în domeniul roboticii.

Pickerbot Mini vine cu două modele:
Pickerbot Mini – Orin Nano
Pickerbot Mini – Orin NX

Pickerbot Mini vine cu controlere ROS populare, cum ar fi:
Jetson – Orin Nano
Jetson – Orin NX

Componente cheie

Specificațiile produsului

Introducerea controlerelor ROS

Există 2 tipuri de controlere ROS disponibile pentru utilizare cu Pickerbot Mini bazate pe platforma Nvidia Jetson. Jetson Orin Nano este ideal pentru educație și cercetare. Jetson Orin NX este utilizat mai des în prototipare și aplicații comerciale.

Următorul tabel ilustrează principalele diferențe tehnice dintre diversele controlere disponibile de la Roboworks. Ambele plăci permit calcule la nivel înalt și sunt potrivite pentru aplicații robotice avansate, cum ar fi viziunea computerizată, învățarea profundă și planificarea mișcării.

Sistem de detectare: LiDAR și camere

Un LiDAR M10P Leishen este instalat pe toate modelele Pickerbot Mini. Aceste LiDAR-uri oferă o rază de scanare de 360 de grade și o percepție a împrejurimilor și se mândresc cu un design compact și ușor. Au un raport semnal-zgomot ridicat și performanțe excelente de detectare a obiectelor cu reflexie ridicată/scăzută și funcționează bine în condiții de lumină puternică. Au o rază de detecție de 30 de metri și o frecvență de scanare de 12 Hz. Acest LiDAR se integrează perfect în Pickerbot Minis, asigurând că toate utilizările de cartografiere și navigare pot fi realizate cu ușurință în cadrul proiectului dumneavoastră.

Tabelul de mai jos prezintă pe scurt specificațiile tehnice ale LSLiDAR-urilor:

În plus, toate robotele Pickerbot Mini sunt echipate cu o cameră de adâncime Orbbec Astra și o cameră RGB montată deasupra dispozitivului de prindere a robotului.
Această cameră de adâncime Orbbec Astra este optimizată pentru o gamă largă de utilizări, inclusiv controlul gesturilor, urmărirea scheletului, scanarea 3D și dezvoltarea de nori de puncte. Tabelul următor prezintă pe scurt caracteristicile tehnice ale camerei de adâncime.

Controlul motorului și IMU

Placă STM32 (control motor și IMU)

Placa STM32F103RC este microcontrolerul utilizat în toate Pickerbot Minis. Are un nucleu ARM Cortex-M3 RISC pe 32 de biți de înaltă performanță, care funcționează la o frecvență de 72MHz, împreună cu memorii integrate de mare viteză. Funcționează într-un interval de temperatură de la -40°C la +105°C, potrivit pentru toate aplicațiile robotice în climatele din întreaga lume. Există moduri de economisire a energiei care permit proiectarea de aplicații cu consum redus de energie. Printre aplicațiile acestui microcontroler se numără: acționări pentru motoare, controlul aplicațiilor, aplicații robotice, echipamente medicale și portabile, periferice pentru PC și jocuri, platforme GPS, aplicații industriale, interfonie video pentru sisteme de alarmă și scanere.

STM32F103RC	Caracteristici
Miez	ARM32-bit Cortex –M3 CPU Viteză maximă de 72 MHz
Amintiri	512 KB de memorie Flash 64 kB de SRAM
Ceasul, resetarea și gestionarea aprovizionării	Alimentare pentru aplicații de 2.0 până la 3.6 V și I/O
Putere	Modurile Sleep, Stop și Standby Alimentare V pentru RTC și registre de rezervă BĂŢ
DMA	Controler DMA cu 12 canale
Modul de depanare	SWD și JTAG interfețe Cortex-M3 Embedded Trace Macrocell
Porturi I/O	51 de porturi I/O (mapabile pe 16 vectori de întrerupere externi) și tolerant la 5V)
Cronometre	Temporizatoare 4×16 biți 2 temporizatoare PWM pentru controlul motorului pe 16 biți (cu oprire de urgență) 2 temporizatoare watchdog (independente și Window) temporizator SysTick (numărător descendent pe 24 biți) 2 temporizatoare de bază pe 16 biți pentru a conduce DAC-ul
Interfață de comunicare	Interfață USB 2.0 cu viteză maximă Interfață SDIO Interfață CAN (2.0B activă)

Braț și Gripper

Brațul robotic metalic este un manipulator paralel cu 3 articulații. Pentru a economisi spațiu, există un singur motor la baza brațului. La capătul brațului este montat un dispozitiv de prindere moale cu două degete. Deasupra dispozitivului de prindere este montată o cameră RGB. Atât brațul, cât și dispozitivul de prindere sunt alimentate de bateria integrată.

Sistem de direcție și conducere

Sistemul de direcție și acționare este integrat în designul și construcția robotului Pickerbot Mini. În funcție de modelul achiziționat, acesta va fi fie cu tracțiune pe două roți, fie cu tracțiune integrală, ambele opțiuni fiind potrivite pentru o varietate de scopuri de cercetare și dezvoltare. Roțile tuturor roboților Pickerbot Mini sunt roți Mecanum omnidirecționale, cu toate variantele, în afară de modelul standard Pickerbot Mini, inclusiv un sistem de suspensie independent. Familia de roboți Pickerbot Mini este ideală pentru o gamă largă de aplicații de cercetare și comerciale, ceea ce îi face robotul perfect pentru următorul dumneavoastră proiect.

Diagrama de proiectare a Pickerbot Mini 2:

Managementul energiei

Power Mag – baterie magnetică LFP:

Toate robotele Pickerbot Mini sunt dotate cu un Power Mag de 6000 mAh, o baterie magnetică LFP (litiu-fier-fosfat) și un încărcător de alimentare. Bateriile LFP sunt un tip de baterie litiu-ion cunoscută pentru stabilitatea, siguranța și durata lungă de viață. Spre deosebire de bateriile litiu-ion tradiționale, care utilizează cobalt sau nichel, bateriile LFP se bazează pe fosfat de fier, oferind o alternativă mai sustenabilă și mai puțin toxică. Sunt foarte rezistente la fluctuații termice, reducând riscul de supraîncălzire și incendiu. Deși au o densitate energetică mai mică în comparație cu alte baterii litiu-ion, bateriile LFP excelează prin durabilitate, cu o durată de viață mai lungă, încărcare mai rapidă și performanțe mai bune la temperaturi extreme, ceea ce le face ideale pentru vehiculele electrice (EV) și sistemele de stocare a energiei. Power Mag poate fi atașat la orice suprafață metalică a unui robot datorită designului bazei sale magnetice. Aceasta face schimbarea bateriilor rapidă și ușoară.

Specificatii tehnice:

Model	6000 mAh	20000 mAh
Pachet de baterii	22.4V 6000mAh	22.4V 20000mAh
Material de bază	Fosfat de litiu-fier	Fosfat de litiu-fier
Cutoff Voltage	16.5 V	16.5 V
Vol. complettage	25.55 V	25.55 V
Curent de încărcare	3A	3A
Materialul carcasei	Metal	Metal
Performanța de descărcare	15A Descărcare continuă	20A Descărcare continuă
priză	Conector mamă DC4017MM (încărcare) Conector mamă XT60U-F (descărcare)	Conector mamă DC4017MM (încărcare) Conector mamă XT60U-F (descărcare)
Dimensiune	17714642mm	20815497mm
Greutate	1.72 kg	4.1 kg

Protectie baterie:
Protecție la scurtcircuit, supracurent, supraîncărcare, descărcare excesivă, suportă încărcarea în timpul utilizării, supapă de siguranță încorporată, placă ignifugă.

Teleoperare

Există 4 moduri de a teleopera robotul:

Controlat de o telecomandă wireless inclusă în pachetul Pickerbot Mini.
Controlat de nodul ros2 și tastatură
1. Schimbați modul de control la ros
2. Asigurați-vă că pornirea robotului funcționează
3. Rulați această comandă:  
  python3 ros2/src/wheeltec_robot_keyboard/wheeltec_robot_keyboard/wheeltec_keyboard.py
4. Alternativ, puteți rula această comandă:
  ros2 run wheeltec_robot_keyboard wheeltec_keyboard
Controlat de nodul ros2 și un controler USB-A
1. Conectați un controler USB-A
2. Schimbați modul de control la ROS
3. Asigurați-vă că pornirea robotului funcționează
  Rulați această comandă: Lansare ros2 wheeltec_joy wheeltec_joy.launch.py
Controlat prin aplicația mobilă prin conexiune Wi-Fi sau Bluetooth
Vizitați stația de aplicații Roboworks website-ul și navigați la secțiunea Aplicații mobile cu control de la distanță pentru a descărca aplicația mobilă pentru telefonul dvs. mobil: www.roboworks.net/apps

Programare vizuală MiROS

MiROS este un instrument de programare vizuală ROS (Robot Operating System) bazat pe cloud. ROS este bazat pe Linux și necesită abilități de programare în C/C++ sau Python. MiROS permite utilizatorilor de Mac/Windows să dezvolte programe ROS prin codare drag-and-drop fără a fi nevoie să instaleze o mașină virtuală (VM) Linux.

Instalați aplicația MiROS
Vizitați webde mai jos pentru a descărca și instala aplicația MiROS respectivă. Asigurați-vă că selectați programul de instalare corect în funcție de arhitectura procesorului computerului dvs. Descărcarea website-ul este aici:
https://www.mirobot.ai/downloadmiros
După ce ați descărcat cu succes MiROS pe computer, puteți găsi programul de instalare MiROS în folderul de descărcări al computerului, cu o pictogramă de genul:

Pentru a instala MiROS, pur și simplu faceți dublu clic pe programul de instalare MiROS. După finalizarea instalării, veți găsi aplicația MiROS apărând fie pe desktop, fie în folderul aplicației.

Instalați agentul MiROS

De asemenea, vă recomandăm să instalați MiROS Agent pe robotul dumneavoastră. MiROS Agent este un mic program instalat pe robotul dumneavoastră pentru a menține o conexiune SSH consistentă și sigură între robot și MiROS. În mod normal, MiROS Agent este preîncărcat pe Pickerbot Mini. Pentru a verifica dacă a fost instalat cu succes pe Pickerbot Mini, executați următoarea comandă:

starea systemctl miros_novnc_startup

Dacă statusul este „Activ”, înseamnă că ați instalat cu succes MiROS Agent pe robot.
Dacă MiROS Agent nu este instalat pe robotul dvs., vă rugăm să executați comanda de mai jos într-un Terminal:

sudo apt-get instalează wget 
wget https://github.com/roboworksdev/miros/raw/main/miros_dependencies.deb
sudo apt-get
instalează -f ./miros_dependencies.deb

După instalarea MiROS Agent, vă rugăm să reporniți robotul.

Lansați MiROS

Pentru a lansa MiROS, vizitați website de mai jos:
https://miros.web.app
Dacă dvs web browser-ul a lansat, totuși, MiROS website-ul nu se încarcă și web browser-ul este gol, puteți introduce cele de mai jos URL pentru a încărca MiROS website:

localhost:8000
După ce vedeți pagina de conectare MiROS de mai jos, ați instalat și lansat cu succes MiROS.

Dacă sunteți utilizator MiROS pentru prima dată, vă rugăm să înregistrați mai întâi un cont de utilizator. Înregistrarea la MiROS va activa următoarele servicii cloud:

Salvați și sincronizați proiectele dvs. în MiROS Cloud.
Acces la proiectele dvs. MiROS prin orice web browsere pe orice computere sau roboți.

Exportați codul ROS către orice computer sau robot.
Pungă cel mai recent cod în repozitoriile tale GitHub de pe orice computer sau robot.

După ce vă conectați la MiROS, veți ajunge în Managerul de Proiect, așa cum se arată mai jos:

Manager de proiect
Începeți cu un șablon

Dacă modelul robotului dvs. este listat într-unul dintre șabloane, puteți selecta șablonul corect și puteți continua să creați un nou spațiu de lucru pentru proiectul dvs. Selectând șablonul corect, proiectul dvs. va începe cu toate pachetele ROS implicite din fabrică preinstalate pe robot.

IMPORTANT:
Dacă creați un nou spațiu de lucru selectând un șablon de robot, pachetele ROS pe care le veți crea și pachetele ROS implicite din fabrică sunt stocate și rulează pe MiROS Cloud și în containerul docker de pe computerul local, nu pe robot.

Vă puteți conecta la robot în timpul dezvoltării proiectului prin abonamente pe teme sau publicații sau puteți declanșa fișiere de lansare pe robot de la distanță din MiROS, pe computerul gazdă local. Software-ul ROS de pe robot este nemodificat pe parcursul dezvoltării proiectului pe MiROS, până când exportați propriul cod pe robot și îl compilați.

Începeți de la zero
Dacă robotul dumneavoastră nu este listat ca unul dintre șabloane, va trebui să vă creați propriul proiect de la zero, făcând clic pe butonul cu cruce roșie.
Când creați proiectul de la zero, puteți încărca în continuare pachetele ROS de pe robot în MiROS. webpagină. Veți afla detaliile în capitolul următor.

Controlul misiunii
Centrul de Control al Misiunii este centrul tău de control pentru monitorizarea, comunicarea și comanda robotului tău fie într-un mediu fizic, fie într-un mediu simulat. Captura de ecran de mai jos prezintă interfața cu utilizatorul a Centrului de Control al Misiunii:

Există 3 secțiuni principale ale Controlului Misiunii:

Bara de instrumente – Bara de instrumente conține următoarele butoane funcționale:
- ROS Canvas – acces la un mediu de programare bazat pe interfață grafică.
- Cod View – accesați mediul de programare bazat pe cod.
- RQT – accesați instrumentul ROS RQT.
- Simulator – accesați simulatoare ROS precum Gazebo și Webots.
- Vizualizator – accesați instrumente de vizualizare ROS precum RViz și Foxglove.
- Sincronizare cu Git – conectați-vă la contul dvs. GitHub și sincronizați-vă cu depozitele dvs. GitHub.
- Descărcare cod – descărcați codul ROS generat de MiROS pe computerul gazdă locală.
Conectare la robot – un buton pentru declanșarea conexiunii dintre MiROS web interfață și robotul dvs. prin rețeaua Wi-Fi locală.
Lansa Files – trimite comenzi de lansare a fișierelor către robotul tău printr-o conexiune ssh constantă.

Conectați-vă la robot
MiROS se conectează la robotul dumneavoastră prin conexiuni SSH constante. Există trei cerințe pentru a menține o conexiune SSH constantă între MiROS website-ul și robotul dvs.:

Pickerbot Mini IP: 192.168.0.100
Acreditări utilizator SSH:
- Nume utilizator: wheeltec
- Parolă: dongguan
Introduceți calea fișierului setup.bash: /home/wheeltec/wheeltec_ros2/install/setup.bash

După ce se stabilește conexiunea între MiROS care rulează pe computerul gazdă local și robotul dvs., puteți efectua următoarele acțiuni:

Poți trimite comenzi de lansare din sistemul tău de lansare File tabel din MiROS către robotul dumneavoastră.

Puteți prelua toate pachetele ROS și mesajele active de la robotul dvs. către MiROS.
Poți testa codul și modul în care funcționează robotul tău în timp real.

Pentru a vă conecta la robot, urmați pașii următori:

Faceți clic pe butonul „Conectare la robot” din colțul din dreapta sus al interfeței Mission Control.

Veți vedea următoarea captură de ecran pentru a introduce adresa IP a robotului, ID-ul domeniului și informațiile de conectare ssh.

IMPORTANT:

Ar trebui să introduceți fișierul setup.bash sau local_setup.bash pe robotul dumneavoastră.
Dacă proiectul tău se bazează pe un șablon de robot existent, nu mai trebuie să încarci toate pachetele ROS de pe robot în MiROS. Ar trebui să păstrezi opțiunea „Nu încărca niciun pachet” chiar deasupra butonului albastru „Conectare”. Dacă începi proiectul de la zero, poți schimba opțiunea la „Încarcă toate pachetele de pe robot”.

După ce v-ați conectat cu succes la robot, veți vedea următoarele elemente adăugate la proiectul dvs. MiROS:

robotului pe MiROS. Ar trebui să păstrați opțiunea „Nu încărcați niciun pachet” chiar deasupra butonului albastru „Conectare”.
Dacă începeți proiectul de la zero, puteți schimba opțiunea la „Încărcați toate pachetele de la robot”.

După ce v-ați conectat cu succes la robot, veți vedea următoarele elemente adăugate la proiectul dvs. MiROS:

Lansa Files

O lansare File În ROS, un fișier XML este utilizat pentru automatizarea procesului de pornire a mai multor noduri și de configurare a acestora. Aceste fișiere facilitează gestionarea sistemelor robotice complexe prin lansarea mai multor noduri, setarea parametrilor și definirea modului în care nodurile interacționează între ele, toate într-o singură comandă.

Iată funcțiile cheie ale unui fișier de lansare ROS:

Lansarea mai multor noduri: În loc să pornească manual fiecare nod, un fișier de lansare poate porni mai multe noduri simultan.
Setare parametri: Puteți defini și seta parametri globali sau specifici nodului pentru sistemul ROS.
Remaparea subiectelor: Fișierele de lansare permit remaparea numelor subiectelor, astfel încât nodurile să poată comunica chiar dacă așteaptă nume de subiecte diferite.

Atribuirea spațiului de nume: Poate defini spații de nume pentru a organiza nodurile și subiectele într-un mod structurat.
Includeți altă lansare FileSistemele complexe pot fi modularizate prin includerea altor fișiere de lansare.

Un ex de bazăampfișierul unui fișier de lansare (`example.launch`) arată astfel:
„`xml

„`
Acest fișier de lansare pornește două noduri (`node1` și `node2`), setează parametri și remapează un topic pentru `node2`. Îl puteți rula folosind următoarea comandă în ROS 2:

nume_pachet_roslaunch example.lansare

Utilizarea fișierelor de lansare simplifică gestionarea sistemelor robotice mari și complexe în ROS.
În Controlul Misiunii, Lansarea Filesunt prezentate într-un tabel view prezentat ca în captura de ecran de mai jos:

Lansarea File tabelul conține Lansarea File Nume, Numele pachetului căruia îi aparține fișierul, o scurtă descriere și un buton „Lansare” pentru a trimite rapid o comandă de lansare către robotul dumneavoastră.

IMPORTANT:
Pentru a trimite o comandă de lansare din proiectul MiROS către robot și a menține o conexiune SSH constantă, trebuie îndeplinite următoarele cerințe:

Calculatorul gazdă local pe care rulează MiROS și robotul ar trebui să fie conectate la aceeași rețea Wi-Fi locală.
Ar trebui să cunoști informațiile de conectare SSH ale robotului tău, inclusiv adresa IP.

Robotul tău are instalată versiunea MiROS pentru Linux. Fără MiROS instalat pe robot, te poți conecta în continuare la robot din MiROS. Cu toate acestea, conexiunea ssh nu este constantă.

ROS 2 Pornire rapidă

Pentru utilizatorii de Linux care preferă liniile de comandă în locul programării vizuale, puteți urma instrucțiunile de mai jos pentru a porni Pickerbot Mini în ROS 2.
Când robotul este pornit pentru prima dată, acesta este controlat implicit de ROS. Adică, placa de control a șasiului STM32 acceptă comenzi de la controlerul ROS 2, cum ar fi Jetson Orin.
Configurarea inițială este rapidă și ușoară, de pe PC-ul gazdă (se recomandă Ubuntu Linux) conectați-vă la hotspotul Wi-Fi al robotului. Parola implicită este „dongguan”.

Apoi, conectați-vă la robot folosind SSH prin terminalul Linux. Adresa IP este 192.168.0.100, parola implicită este dongguan.

~$ ssh wheeltec@192.168.0.100

Cu acces terminal la robot, puteți naviga la folderul spațiului de lucru ROS 2, sub „wheeltec_ROS 2”

Înainte de a rula programe de testare, navigați la wheeltec_ROS 2/turn_on_wheeltec_robot/ și localizați wheeltec_udev.sh – Acest script trebuie rulat, de obicei o singură dată, pentru a asigura configurarea corectă a perifericelor.

Acum puteți testa funcționalitatea robotului. Pentru a lansa funcționalitatea controlerului ROS 2, executați:
„roslaunch turn_on_wheeltec_robot turn_on_wheeltec_robot.launch”

~$ lansare ros2 turn_on_wheeltec_robot turn_on_wheeltec_robot.launch
Într-un al doilea terminal, puteți utiliza nodul keyboard_teleop pentru a valida controlul șasiului, care este o versiune modificată a popularului ROS 2 Turtlebot ex.ampadică Tip (mai multe informații despre controlul telecomandat sunt disponibile în secțiunea 8):

„ros2 rulează wheeltec_robot_keyboard wheeltec_keyboard”

Pachete ROS 2 Humble preinstalate

Mai jos sunt următoarele pachete orientate către utilizator, în timp ce alte pachete pot fi prezente, acestea sunt doar dependențe.

turn_on_wheeltec_robot

Acest pachet este crucial pentru activarea funcționalității robotului și a comunicării cu controlerul șasiului. Scriptul principal „turn_on_wheeltec_robot.launch” trebuie utilizat la fiecare pornire pentru a configura ROS 2 și controlerul.

wheeltec_rviz2

Conține fișiere de lansare pentru a lansa rviz cu o configurație personalizată pentru Pickerbot Mini.

wheeltec_robot_slam

Pachet SLAM de cartografiere și localizare cu configurație personalizată pentru Pickerbot Mini.

wheeltec_robot_rrt2

Algoritm de explorare rapidă a arborelui aleatoriu – Acest pachet permite Pickerbot Mini să planifice o cale către locația dorită, prin lansarea nodurilor de explorare.

tastatură_robot_wheeltec

Pachet convenabil pentru validarea funcționalității robotului și controlul utilizând tastatura, inclusiv de la un computer gazdă la distanță.

wheeltec_robot_nav2

Pachetul ROS 2 Navigation 2 noduri.

wheeltec_lidar_ros2

Pachet ROS 2 Lidar pentru configurarea Leishen M10P/N10.

wheeltec_joy

Pachetul de control Joystick, conține fișiere de lansare pentru nodurile Joystick.

simple_follower_ros2

Algoritmi de bază de urmărire a obiectelor și liniilor folosind scanare laser sau cameră de adâncime.

ros2_astra_camera

Pachetul Astra pentru camere de adâncime cu drivere și fișiere de lansare.

braț_pasător

Pachet personalizat de braț robotic pentru controlul articulațiilor și al dispozitivului de prindere

WWW.roboworks.net

Documente/Resurse

ROBOWORKS Orin Nano Mini robot de ridicare și aruncare [pdfManual de utilizare
Orin Nano, Orin Nano Mini Pickerbot și Robot de aruncare, Mini Pickerbot și Robot de aruncare, Pickerbot și Robot de aruncare, Robot de aruncare

Referințe

Manual de utilizare

ROBOWORKS Orin Nano Mini robot de ridicare și aruncare