Cyberbotics 的机器人课程/E-puck 和 Webots
本章介绍了两个有用的机器人工具：e-puck，一个小型移动机器人和 Webots，一个机器人 CAD 软件。在本手册的其余部分，您将使用它们来练习动手机器人操作。希望这种实践方法能让您了解机器人是什么以及您可以用它们做什么。
E-puck 机器人由 Francesco Mondada 博士和 Michael Bonani 于 2006 年在 EPFL，瑞士洛桑联邦理工学院设计（见图）。它最初是为了成为大学教育的工具，但实际上也用于研究。为了帮助在 EPFL 内部和外部建立一个社区，该项目基于开放硬件概念，所有文档都以允许每个人使用和开发它的许可证分发和提交。同样，e-puck 软件完全是开源的，提供对每个电子设备的低级访问，并提供无限的扩展可能性。E-puck 机器人现在由 GCTronic S.à.r.l.（瑞士）和 Applied AI, Inc.（日本）工业化生产，可从各种经销商处购买。您可以从 Cyberbotics Ltd. 订购自己的 e-puck 机器人，价格约为 950 瑞士法郎 (CHF)。
E-puck 机器人是为满足多项要求而设计的
- 简洁的设计：e-puck 的简单机械结构、电子设计和软件是简洁现代系统的典范。
- 灵活性：e-puck 涵盖了广泛的教育活动，其传感器、处理能力和扩展功能提供了多种可能性。
- 仿真软件：e-puck 集成在 Webots 仿真软件中，可以轻松地对真实机器人进行编程、仿真和远程控制。
- 用户友好：e-puck 体积小巧，易于在桌子旁的电脑旁边设置。它不需要任何电缆（依赖蓝牙）并提供最佳的工作舒适度。
- 耐用性和维护性：e-puck 能够承受学生使用，并且易于维修。
- 价格实惠：e-puck 的价格标签对大学预算友好。
E-puck 机器人已广泛应用于各种领域，包括移动机器人工程、实时编程、嵌入式系统、信号处理、图像处理、声音和图像特征提取、人机交互、机器人间通信、集体系统、进化机器人、仿生机器人等。
E-puck 机器人由 dsPIC 处理器供电，即数字信号可编程集成电路。它是由 Microchip 公司生产的微控制器处理器，能够执行高效的信号处理。对于移动机器人来说，这是一个非常有用的功能，因为从传感器测量的原始值中提取有用信息通常需要大量的信号处理。
E-puck 机器人还具有大量传感器和执行器，如图片中所示，并描述在表中。这些传感器中的每一个将在本书后面介绍的实践调查中详细研究。
| 特点 | 技术信息 |
|---|---|
| 尺寸、重量 | 70 mm 直径，55 mm 高度，150 g |
| 电池续航时间 | 5Wh LiION 可充电和可拆卸电池，提供大约 3 小时的续航时间 |
| 处理器 | dsPIC 30F6014A @ 60 MHz (~15 MIPS) 16 位微控制器，带 DSP 内核 |
| 内存 | RAM：8 KB；FLASH：144 KB |
| 电机 | 2 个步进电机，带 50:1 减速齿轮，分辨率：0.13 mm |
| 速度 | 最大：15 cm/s |
| 机械结构 | 透明塑料机身，支持 PCB、电池和电机 |
| 红外传感器 | 8 个红外传感器，测量环境光和距离物体达 6 cm 的距离 |
| 摄像头 | VGA 彩色摄像头，分辨率为 480x640（典型用途：52x39 或 480x1） |
| 麦克风 | 3 个全向麦克风，用于声音定位 |
| 加速度计 | 3D 加速度计，沿 X、Y 和 Z 轴 |
| LED | 8 个独立的红色 LED，位于环上，机身有绿色 LED，前面有 1 个强红色 LED |
| 扬声器 | 板载扬声器，能够播放 WAV 和音调声音 |
| 开关 | 机器人顶部有一个 16 位旋转开关 |
| PC 连接 | 标准串行端口，最高可达 115 kbps |
| 无线 | 蓝牙，用于机器人与计算机以及机器人与机器人之间的无线通信 |
| 遥控 | 用于标准遥控命令的红外接收器 |
| 扩展总线 | 大型扩展总线，设计用于添加新功能 |
| 编程 | 使用免费的 GNU GCC 编译器进行 C 编程。Webots 中提供了图形化 IDE（集成开发环境） |
| 仿真 | Webots 方便了 e-puck 机器人的使用：强大的仿真、远程控制、图形化和 C 编程系统 |
Webots 是一款用于快速原型设计和移动机器人仿真的软件。它自 1996 年开始开发，最初由 Olivier Michel 博士在瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的 Jean-Daniel Nicoud 教授的实验室设计。自 1998 年以来，Webots 成为了一款商业产品，由 Cyberbotics Ltd. 开发。该软件的用户许可证已售往全球 400 多所大学和研究中心。它主要用于机器人研究和教育。除了大学之外，Webots 还被研究机构和企业研究中心使用，包括丰田、本田、索尼、松下、先锋、NTT、三星、美国宇航局、斯坦福研究院、坦纳研究、BAE 系统、沃尔沃克等。
对于大多数先进的机器人项目开发来说，使用快速原型设计和仿真软件非常有用。它实际上允许设计师快速可视化他们的想法，检查它们是否满足应用程序的要求，开发机器人的智能控制，并最终将仿真结果转移到真实机器人中。使用这种软件工具可以节省大量开发新机器人项目的时间，并允许设计师探索比仅使用硬件所能探索的更多可能性。因此，使用快速原型设计和仿真软件可以提高开发时间和结果质量。
Webots 允许您在机器人项目的开发中执行 4 个基本阶段，如图所示。
**第一步：建模阶段**
**第二步：编程阶段**
**第三步：仿真阶段**
**最后一步：转移到真实机器人**