基于开源控制软件的youBot 小型移动机器人

KUKA youBot 是一种小型移动机器人，它具有开源的控制程序，适用于科学研究和教学应用。机器人由一个移动平台和一个机械臂组成，这两部分都由Maxon 电机驱动。

对于一位学习机器人技术的学生来说，一步步地教会机器人一些动作，执行自己编写的程序是一个非常棒的学习机会和激动人心的挑战。位于德国奥格斯堡的KUKA 公司基于这种想法研发了youBot 机器人，用来支持科研教学应用。它的移动操纵器由开源软件控制，在5 个自由度上面有着全方位机器人技术。在这种机器人推出市场后仅仅两年，就成为在移动操纵领域的教育和科研应用平台。

youBot 机器人由一个可全方位移动的底座和一至两个安装在底座的机器臂组成。底座里面还有一个工控机和一个电池。通过EtherCAT 网络，工控机可以实时地(周期为1 ms)向它的9 个驱动装置传达信息，这9 个驱动装置由电流控制、速度控制和位置控制控制。机器人平台和机器臂可以互相独立使用。youBot 机器人长53 cm，宽36 cm，高约11 cm，有4 个万向轮。这些特殊的轮子在其平面的45°方位上安装有滚动装置，如图1 所示，使得youBot 机器人在任何时候都可以同时进行平移和转体动作。这样就使youBot 机器人进行侧移和斜移等全方向移动成为可能。

图1 youBot 小型移动机器人及其滚轮

安装在平台上的机器臂长约66 cm。机器臂末端的两指夹钳可夹运最宽7 cm、重500 g 的物品。机器臂由5 个关节组成，每个关节均由电机驱动系统驱动。在其中，研究人员使用了电机-齿轮头-编码器组合。

youBot 机器人中的空间非常有限，机器臂和底座中还要装入几个电机和行星齿轮头，特殊研发的行星齿轮头有利于最大限度的自由移动。研究人员在机器臂的关节处直接装上这些部件来解决这个难题。Maxon 和KUKA 公司联手研发了一种非常轻便、精细又牢固的特殊驱动，使得机器臂关节可以在行星齿轮头周围旋转。

机器臂的关节部位共有5 个Maxon 无刷扁平型电动机(EC45 flat，EC32 flat)，如图2 所示，用于连接特殊的齿轮头和编码器。平台上使用了4 个EC45 无刷扁平型电机。EC45 无刷扁平型电机设计简单，结构紧凑，具有高阻力矩，尽管重量只有46 ～110 g，但其输出功率有15 ～50 W。位置编码器连接在关节处，用于测量机器臂的关节角度。

图2 无刷扁平电动机

KUKA 公司的youBot 机器人的制作研发，虽然还处于初始阶段，但是它已经在机器人研发的过程中被视为一个里程碑。这个创新使KUKA 公司开始进军研究市场和支持机器人团体的技术交流。机器人基于Linux 系统的开源控制程序为研究人员和科学家提供了实验操作的高自由度。