设计一个有用的自主家庭机器人

我设计并制造了一个有用的家用机器人，它可以在房子里导航，并帮助完成简单的任务。

简单的背景故事：五年前，当我14岁的时候，我开始尝试制造一个有用的自主机器人。今天展示的这个机器人就是这个项目的最新版本。

机器人基地

机器人的底座包括驱动底座和计算硬件。驱动基础非常简单——一些旧的直流电机通过一些3D打印的锥齿轮驱动Mecanum车轮。基地上的一切都由一个Teensy 4.1微控制器控制。这可以控制马达以正确的速度运行，使机器人移动到它想去的地方。

奥多姆轮子

这个版本的机器人有一个特别的添加，我称之为“奥多姆之轮”。这些都是小全能轮，在轴上自由旋转，用磁性编码器测量。整个装配在一个线性滑块上，因此轮子可以很容易地上下移动，而不会受到大型重型机器人的影响。

这些轮子测量机器人在房间里移动时的位置。通过数学运算，你可以计算出机器人相当精确的位置，这有助于绘制地图和导航。

电池

此外，这个机器人的一个新特点是它有一个LifePo4电池，可以让机器人完全不受束缚地运行。

大脑

在机器人的背面，你可以看到Nvidia Jetson Nano(蓝色)，它是运行导航的主要计算机。它会与机器人的其他组件对话，比如激光雷达和驱动底座，并计算出如何从房子的一个部分移动到另一个部分。

左边是电源控制面板，在那里你可以打开机器人，控制各个部分的电源，或者充电。

塔和手臂

在我让基本机器人在房子周围驾驶并导航良好之后，我开始研究塔/手臂。这是一个机动的“scara”型设置。我设计了一个3D打印蜗杆齿轮设置为垂直轴，我喜欢看。

步进电机全部由CAN总线电机控制器控制，使接线超级容易。

瓶子夹

(还没有全部连接好)我想让机器人做的第一件事是给家人或客人取水送水。我决定从塑料水瓶开始，这样我就不会不小心把水洒在我的大项目上。最终，我想在手臂上添加更多的附件，以获得更多的功能。

CAD

机器人的一切都是在autodesk Fusion360中设计的。直到去年，我还是一名学生，所以我能够利用学生执照，允许我使用模拟等工具来测试手臂的耐用性和强度。

软件

一切都通过ROS或机器人操作系统运行。这是大多数人运行的大系统，包括波士顿动力公司的机器人。

机器人使用激光雷达扫描仪和Xbox Kinect深度信息绘制房屋地图。通过结合机器人的位置信息和激光数据，计算机创建了一张地图，然后在地图上自主导航。

机械臂是通过MoveIt来控制的，MoveIt是一种ROS系统，用于控制机械臂。有了MoveIt，你可以添加Kinect的深度数据，这样手臂就能自动避开障碍物。我拥有的Jetson计算机不够强大，无法同时运行映射和手臂控制，所以我将所有的手臂处理发送到我家的服务器上。

不远的将来

我目前正在实施一个YOLO计算机视觉系统来检测水瓶的顶部，这样机器人就可以找到它们。我还需要连接一个微控制器连接到CAN总线电线来控制伺服瓶夹手。

未来

我想把杰森的电脑升级到更强大的，这样我就可以在机器人上运行所有的计算了。此外，它将有利于取代旧的直流电机与无刷电机和磁场定向控制电机控制器，以提高精度和更高的效率。

本文编译自hackster.io