通用型可变形机器人柔性底盘关键技术

20240125

制造业

目前市面上移动机器人底盘主要分为履带式及轮式机器人底盘两种结构。履带式机器人底盘主要应用于特种机器人身上，具有牵引力大、不易打滑、越野性能好等优点，可适用于野外、城市环境等，能在各类复杂地面运动，例如沙地、泥地等，但速度相对较低，且运动噪声较大。轮式机器人底盘则主要应用于工业物流及商业服务机器人身上，例如物流搬运机器人和送餐服务机器人等大多使用了轮式机器人底盘结构，轮式机器人底盘具有运动速度快，运动噪音低等优点，适合一般室内外场景的应用。 国外机器人底盘技术发展更为久远，国外发达国际的机器人应用更侧重于航天、工业、医疗。以波士顿动力为代表的机器狗、人形机器人一定意义上代表了机器人技术的最前沿。但是通用型的底盘应用尚未占领市场，例如联邦快递的快递车使用的柔性底盘结构，使用了多年前的专利，价格的原因使之市场化非常难。AGV 之类的底盘在欧美功能完善，技术先进。基于众所周知的原因，我国很难引入最新最先进的技术，机器人底盘也是同样。 目前我国对机器人底盘进行市场化运作的企业已有20 家左右，在机器人底盘赛道不仅有专注于机器人本体的企业，也有像思岚科技这样专注于机器人定位导航技术的企业。但是这些底盘产品基本上还不具备通用性。例如松灵机器人的小型机器人底盘，只支持单级直角台阶障碍（15cm），一般带台阶的户外就不合适了；其他如适用行星轮的柔性底盘，虽然通过性强，但体积和自重都偏大，不适用于室内场景；履带式的底盘速度慢，自重大，适用范围更窄。 据估算，我国机器人底盘市场规模已达亿万级，机器人底盘产品不仅节省了机器人开发时间和成本，而且能加快产品研发速度，抢占服务机器人高速增长的市场风口。一些底盘厂商正在逐步向终端产品提供商转变，完成了底盘的工作，基本上相当于完成了机器人本体开发工作的70%左右，而剩下的30%对于已经掌握核心技术的底盘厂商来说并不算难事，只需要再搭载一些应用设计就能开发出具体的应用产品。所以，当前很多厂商在自身底盘技术的优势下开始选取一两个方向推出自己的服务机器人产品。 通用型可变形机器人柔性底盘关键技术研发项目的是可以将这些关键性技术应用于高通用性、多用途（可搭载多种平台）、场地自适应、应用场景广的机器人底盘，最终实现产业化（工业化生产）。 项目已经研发完成，正在进行针对不同路况下的设备稳定性运行测试，项目计划中预计实现的技术目标,均已达成。本项目实现了针对不同环境，利用同一底盘搭载不同平台形成的多功能机器人进行使用的目的。在这种情况下，不同功能机器人平台均可借助本项目研发的通用底盘实现不同平台高度，以及调整机器人的重心来适应多种使用环境，并且平台始终保持水平位置；同时具备多种行走姿态如高速行走，涉水行走，爬坡爬楼梯行走等；本项目原定的技术指标基本实现，目前正在针对不同场景下不同行走姿态的算法进行调优工作，同时进行机器人底盘搭载不同机器人平台的多功能机器人使用进行数据收集，为下一步进行成果推广做好准备。 技术指标 序号 项目 指标 说明 1 尺寸 70cm*80cm左右 能上电梯 2 轮子尺寸 直径35cm以内 能上台阶 3 自重 <150kg 尽量轻量化 4 载重 100kg 1个成年人 5 速度 平地2m/s 6 上坡角度 30° 7 调平角度范围 < 5° 与水平面夹角 8 平台可调节最大高度 30cm 升降范围 9 电池电压 额定48v 10 电池容量 30Ah 11 单级台阶高度 15cm 12 多级台阶 允许 13 避障距离 2m 14 制动距离 <1m 15 SLAM定位精度 位置<0.5m 角度<5° 16 场景判别准确率 >90% 17 自主跟随距离 3m 18 场景判别延时 <0.5秒 19 云平台通讯协议 Websocket 20 姿态调节响应 <0.5秒 21 运动模式转换响应 <0.5秒 2、知识产权指标 本项目也已完成三项软件著作权的申请认证

为推广本次科技研发成果，我公司特制订转化合作需求方案，对合作方提出如下要求： 1. 我方与合作方将共同开发机器人柔性底盘项目。针对客户需求进行产品技术升级改造，以满足市场不断变化的需求。 2. 我方与合作方一起制定营销策略，共同参与参与营销推广活动，提高品牌知名度和市场占有率，促进业务增长 3. 我方与合作方共同扩大市场份额，共同开拓新的市场领域，提升品牌知名度和影响力。 4. 我方与合作方共同进行技术研发，提高产品质量和技术水平，为客户提供更优质的产品和服务。 5. 如果是供应链合作方，我们希望能够与您建立稳定的供应链合作关系，确保产品供应的稳定性和及时性，降低运营成本。 我们要求合作方注册资金在500万以上，生产试验场地不小于500平，设备不少于5台套，机器人底盘年生产能力不低于100（台/套），人员不少于35人，其中技术人员不少于15人

仅限国内转让

本次研发的科技成果进行转化，预计产生如下效益： 1. 经济效益：科技成果转化为实际生产力后，可以为企业创造更多的经济收益。这些收益可能来自于新产品或服务的销售，或者通过提高生产效率、降低成本等方式实现。 2. 社会效益：科技成果的转化不仅可以为企业带来经济效益，还可以为社会带来一定的效益。例如，新技术的应用可以提高生产效率，减少对环境的负面影响，促进产业升级和转型等。 3. 技术进步：科技成果的转化可以促进技术的进一步发展和完善，提高整个机器人行业的技术水平。这不仅可以推动企业技术创新，还可以为国家的科技进步做出贡献。 4. 人才培养：科技成果转化过程中需要大量的人才支持，这不仅可以推动相关人才的培养和发展，还可以为科技人才队伍的建设提供支持。 5. 产业链优化：科技成果的转化可以推动产业链的优化和升级，促进相关产业的协同发展。这有助于提高整个产业链的竞争力，实现产业的高质量发展。

通用型可变形机器人柔性底盘关键技术研发项目

北京市东城区人民政府

目前，市场上各种机器人产品种类繁多，各种用途的机器人底盘基本都是各个公司自行研发，通行和应用的局限性很大，而这些机器人底盘的大多是技术上的重复开发，事实上造成了开发成本的浪费。本项目是提供一种通用的底盘方案，满足不同场景机器人的多样性，以通用性极高的底盘搭载多种平台，降低机器人应用的门槛，让诸多机器人企业把重心转移到更重要的机器人的应用和业务功能上。 我公司通过自主研发通用型可变形机器人柔性底盘关键技术研发项目，可以将这些关键性技术应用于高通用性、多用途（可搭载多种平台）、场地自适应、应用场景广的机器人底盘，最终实现产业化（工业化生产）。 核心技术原理 1、核心技术 1.新型底盘机械部分支持变形能力增强路况的适应性： （1）支持平整路面每小时10 公里的最高速度。 （2）高通过性，通过调整姿态，爬上路缘和楼梯。 （3）多场景适应性，机器人可以根据不同的场景自动进行变形完成爬陡坡、上楼梯、上路缘等动作。 （4）柔性可调，机器人有两种基础行走姿态，四个大轮子着地行走，两个大后轮子和两个前小轮子组合行走。在需要过不同的路障以四个大轮子着地做出不同的姿态进行动作，在需要高速行走时以两个大后轮子和两个前小轮子组合进行动作。 （5）高度模块化的机械设计，可以任意调整装载平台的功能需求以及满足维护维修需求。 2.高可靠性的负载底座稳定技术 为适应崎岖不平的道路或者爬坡、楼梯等特殊工况，根据底座安装的姿态传感器实时的数据以及底盘及实际负载情况，底盘稳定控制模组通过自适应控制算法，可以高速可靠地进行调平电机驱动力调整保证在运动过程中货物始终保持水平，防止倾覆。 3、运动控制的多场景自适应技术 底盘对于多种应用场景适配有对应的变形及运动控制方案。底盘有六个轮子，分别为四个受电机直接驱动的大轮子和两个辅助轮。机器人可以对平坦道路、崎岖道路、爬坡或者爬楼梯等场景进行自适应地选择变形及运动控制方案。 4. 高度集成的多传感器融合技术 这是关键机器人本体应用的关键技术。底盘上配置了多种类型的传感器，并支持多个数量的同类型传感器。根据机器人本体应用，建立对应数学模型对传感器数据进行融合处理，提供给上层算法应用。 (1) 多传感器时统技术：对多传感器数据在时间维度上进行整合，这是传感器数据融合的基础，直接决定了融合算法的成败。 (2) 安全避障技术：融合超声波传感器，毫米波传感器，电子防撞传感，激光传感器，视觉传感器。创建障碍物检测数据模型。实现机器人自主避障和安全避停能力。 (3) SLAM 建图导航技术：融合激光传感器，视觉传感器，轮式编码器，IMU 传感器，北斗RTK 传感器，UWB 室内定位传感器。创建建图和定位数据模型。实现机器人自主建图和定位能力。 (4) 场景自适应判别模型：融合IMU 传感器，北斗RTK 传感器，视觉传感器等，创建场景自适应判别模型，用于实现自主判断机器人所处场景的功能。 (5) 机器人本体动力反馈技术：融合IMU 传感器，轮式编码器，电源功率传感器。创建动力学反馈数学模型，实现动力学控制本体运动能力。 (6) 机器人续航技术：融合电源功率传感器，充电头负载检测，视觉传感器。创建自主续航模型，实现自主决策自主充电能力。 (7) 自主跟随技术：融合UWB 传感器，视觉传感器。创建自主跟随数学模型，实现自主跟随能力。 技术指标 序号 项目 指标 说明 1 尺寸 70cm*80cm左右 能上电梯 2 轮子尺寸 直径35cm以内 能上台阶 3 自重 <150kg 尽量轻量化 4 载重 100kg 1个成年人 5 速度 平地2m/s 6 上坡角度 30° 7 调平角度范围 < 5° 与水平面夹角 8 平台可调节最大高度 30cm 升降范围 9 电池电压 额定48v 10 电池容量 30Ah 11 单级台阶高度 15cm 12 多级台阶 允许 13 避障距离 2m 14 制动距离 <1m 15 SLAM定位精度 位置<0.5m 角度<5° 16 场景判别准确率 >90% 17 自主跟随距离 3m 18 场景判别延时 <0.5秒 19 云平台通讯协议 Websocket 20 姿态调节响应 <0.5秒 21 运动模式转换响应 <0.5秒 据估算，我国机器人底盘市场规模已达亿万级，机器人底盘产品不仅节省了机器人开发时间和成本，而且能加快产品研发速度，抢占服务机器人高速增长的市场风口，市场应用前景广阔。