KUKA youBot 是一種小型移動(dòng)機(jī)器人，它具有開(kāi)源的控制程序，適用于科學(xué)研究和教學(xué)應(yīng)用。機(jī)器人由一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)和一個(gè)機(jī)械臂組成，這兩部分都由Maxon 電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

對(duì)于一位學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，一步步地教會(huì)機(jī)器人一些動(dòng)作，執(zhí)行自己編寫的程序是一個(gè)非常棒的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和激動(dòng)人心的挑戰(zhàn)。位于德國(guó)奧格斯堡的KUKA 公司基于這種想法研發(fā)了youBot 機(jī)器人，用來(lái)支持科研教學(xué)應(yīng)用。它的移動(dòng)操縱器由開(kāi)源軟件控制，在5 個(gè)自由度上面有著全方位機(jī)器人技術(shù)。在這種機(jī)器人推出市場(chǎng)后僅僅兩年，就成為在移動(dòng)操縱領(lǐng)域的教育和科研應(yīng)用平臺(tái)。

youBot 機(jī)器人由一個(gè)可全方位移動(dòng)的底座和一至兩個(gè)安裝在底座的機(jī)器臂組成。底座里面還有一個(gè)工控機(jī)和一個(gè)電池。通過(guò)EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)，工控機(jī)可以實(shí)時(shí)地(周期為1 ms)向它的9 個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置傳達(dá)信息，這9 個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置由電流控制、速度控制和位置控制控制。機(jī)器人平臺(tái)和機(jī)器臂可以互相獨(dú)立使用。youBot 機(jī)器人長(zhǎng)53 cm，寬36 cm，高約11 cm，有4 個(gè)萬(wàn)向輪。這些特殊的輪子在其平面的45°方位上安裝有滾動(dòng)裝置，如圖1 所示，使得youBot 機(jī)器人在任何時(shí)候都可以同時(shí)進(jìn)行平移和轉(zhuǎn)體動(dòng)作。這樣就使youBot 機(jī)器人進(jìn)行側(cè)移和斜移等全方向移動(dòng)成為可能。

圖1 youBot 小型移動(dòng)機(jī)器人及其滾輪

安裝在平臺(tái)上的機(jī)器臂長(zhǎng)約66 cm。機(jī)器臂末端的兩指夾鉗可夾運(yùn)最寬7 cm、重500 g 的物品。機(jī)器臂由5 個(gè)關(guān)節(jié)組成，每個(gè)關(guān)節(jié)均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。在其中，研究人員使用了電機(jī)-齒輪頭-編碼器組合。

youBot 機(jī)器人中的空間非常有限，機(jī)器臂和底座中還要裝入幾個(gè)電機(jī)和行星齒輪頭，特殊研發(fā)的行星齒輪頭有利于最大限度的自由移動(dòng)。研究人員在機(jī)器臂的關(guān)節(jié)處直接裝上這些部件來(lái)解決這個(gè)難題。Maxon 和KUKA 公司聯(lián)手研發(fā)了一種非常輕便、精細(xì)又牢固的特殊驅(qū)動(dòng)，使得機(jī)器臂關(guān)節(jié)可以在行星齒輪頭周圍旋轉(zhuǎn)。

機(jī)器臂的關(guān)節(jié)部位共有5 個(gè)Maxon 無(wú)刷扁平型電動(dòng)機(jī)(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(tái)上使用了4 個(gè)EC45 無(wú)刷扁平型電機(jī)。EC45 無(wú)刷扁平型電機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)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(guān)節(jié)處，用于測(cè)量機(jī)器臂的關(guān)節(jié)角度。

圖2 無(wú)刷扁平電動(dòng)機(jī)

KUKA 公司的youBot 機(jī)器人的制作研發(fā)，雖然還處于初始階段，但是它已經(jīng)在機(jī)器人研發(fā)的過(guò)程中被視為一個(gè)里程碑。這個(gè)創(chuàng)新使KUKA 公司開(kāi)始進(jìn)軍研究市場(chǎng)和支持機(jī)器人團(tuán)體的技術(shù)交流。機(jī)器人基于Linux 系統(tǒng)的開(kāi)源控制程序?yàn)檠芯咳藛T和科學(xué)家提供了實(shí)驗(yàn)操作的高自由度。