群體智能是近年來(lái)發(fā)展迅速的一個(gè)人工智能學(xué)科領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)螞蟻、蜜蜂等為代表的社會(huì)性昆蟲(chóng)群體行為的研究，實(shí)現(xiàn)分布式等智能行為。作為新一代人工智能的重要方向，群體智能通常用于無(wú)人機(jī)、機(jī)器人集群的協(xié)同作業(yè)。目前，群體智能在基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用上還處于初級(jí)階段，仍然有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展空間?？萍疾繂?dòng)的《科技創(chuàng)新2030“新一代人工智能”重大項(xiàng)目指南》中，也將“群體智能”列為人工智能領(lǐng)域的五大持續(xù)攻關(guān)方向之一?？梢?jiàn)，對(duì)于群體智能的探究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。北京智能佳科技有限公司除了基于EPUCK2機(jī)器人的群體協(xié)作系統(tǒng)外，還有體積更小巧的Elisa機(jī)器人群體協(xié)作。

Elisa-3是 GCtronic 為研究和教育而設(shè)計(jì)的迷你移動(dòng)機(jī)器人，它的直徑為5厘米（EPUCK2 為7.5厘米），高度為3厘米，由于成本低，適合機(jī)器人愛(ài)好者使用。Elisa-3 機(jī)器人的靈感來(lái)自已在許多研究和教育機(jī)構(gòu)中采用的 epuck 機(jī)器人。

第一個(gè)版本“Elisa-1”成功用于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院自治系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室與蘇黎世迪士尼研究院共同開(kāi)發(fā)的多機(jī)器人協(xié)作項(xiàng)目。

Elisa-3采用兼容Arduino 的Atmel微處理器，并具有大量傳感器（IR 接近傳感器、加速度計(jì)傳感器、地面紅外傳感器）。Elisa-3可以?？亢妥孕谐潆?。其自帶的射頻通模塊信旨在實(shí)現(xiàn)同時(shí)實(shí)時(shí)控制多達(dá)100個(gè)機(jī)器人，適用于群體機(jī)器人開(kāi)發(fā)。

Elisa-3硬件和軟件是完全開(kāi)源的，可以對(duì)每個(gè)電子設(shè)備進(jìn)行底層訪問(wèn)，提供無(wú)限的擴(kuò)展可能。



包裝組件

名稱	數(shù)量
Elisa-3機(jī)器人	6
充電器，用于六臺(tái)機(jī)器人	2
無(wú)線基站模塊迷你USB電纜	1
紅外攝像頭和彩色攝像頭	1
調(diào)試場(chǎng)地	1

產(chǎn)品規(guī)格

項(xiàng)目	詳細(xì)信息
尺寸、重量	直徑50mm，高度30mm，39g
機(jī)械結(jié)構(gòu)	PCB、電機(jī)支架、用于漫射光的頂部白色塑料
電池、充電時(shí)間	鋰聚合物充電電池（2 x 130mAh時(shí)，3.7V）?？梢赃B續(xù)工作大約 3h,充電時(shí)間約 1h30min。
充電	2個(gè)充電觸點(diǎn)，用于對(duì)接充電樁或通過(guò) PC 或壁式插頭的微型 USB充電
處理器	Atmel ATmega2560 @ 8MHz（~ 8 MIPS）8位微控制器
存儲(chǔ)	內(nèi)存：8 KB；閃存：256 KB； EEPROM：4 KB
電機(jī)	2個(gè)帶25:1減速齒輪的直流電機(jī)；反電動(dòng)勢(shì)（back-EMF）控制速度
輪子(不帶磁輪)	磁吸，附著力約為1 N (100 g)，取決于表面材料和油漆。車輪直徑 = 9mm。車輪之間的距離= 40.8mm。
速度	MAX值：60cm/s
選擇器	16位旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)和1個(gè)按鈕
紅外接近傳感器	8個(gè)紅外傳感器測(cè)量環(huán)境光和物體，檢測(cè)距離范圍 4cm每個(gè)傳感器彼此相距45°
地面紅外傳感器	4個(gè)地面?zhèn)鞲衅?#xff0c;可巡線（放置在機(jī)器人的正前方）
LED	機(jī)器人中央的1個(gè) RGB LED，機(jī)器人周圍有8個(gè)綠色 LED
紅外發(fā)射器	3個(gè) IR 發(fā)射器（機(jī)器人前面 2 個(gè)，機(jī)器人后面 1 個(gè)）
遙控接收器	用于標(biāo)準(zhǔn)遙控命令的紅外線接收器
加速度計(jì)	沿 X、Y 和 Z 軸的 3D 加速度計(jì)
有線通信	通過(guò)micro USB的標(biāo)準(zhǔn)串行端口（最高38kbps），USB電纜（USB轉(zhuǎn)串）
無(wú)線通信	例如4個(gè)機(jī)器人為250Hz，100個(gè)機(jī)器人為 10Hz；通信距離高達(dá)10 m
擴(kuò)展總線	可選連接器：2 x UART、I2C、2 x PWM、VCC、GND、模擬和數(shù)字接口
編程	使用AVR-GCC 編譯器（適用于 Windows 的 WinAVR）進(jìn)行 C/C++ 編程免費(fèi)編譯器和 IDE (AVR Studio / Arduino)

配置定位

1. 打開(kāi)4個(gè)機(jī)器人，并將它們放置在環(huán)境中心附近（將它們遠(yuǎn)離邊界為了一個(gè)干凈的開(kāi)始）；注意，所有機(jī)器人的選擇器都在15位。
2. 訪問(wèn)Elisa-3維基(http://www.gctronic.com/doc/index.php/Elisa-3#Tracking)并下載位置控制示例應(yīng)用程序“水平位置控制（4個(gè)機(jī)器人）”(http://www.gctronic.com/doc/index.php/Elisa-3#Position_control). 將其提取到您的首選位置。
3. 恢復(fù)SwisTrack并打開(kāi)名為“elisa3-usb_4robots.SwisTrack”的配置文件包含在目錄“swistrack/SwisTrackEnvironment”中（選擇“文件 打開(kāi)”并選擇配置文件）。基本上，此配置文件包含相機(jī)和圖像的設(shè)置處理用于跟蹤機(jī)器人的部件；此外，它還指定發(fā)布跟蹤信息到TCP端口3000。
4. 單擊頂部的“運(yùn)行”按鈕啟動(dòng)SwisTrack處理。因?yàn)闄C(jī)器人沒(méi)有然而，他們的紅外發(fā)射器打開(kāi)了，此時(shí)沒(méi)有檢測(cè)到機(jī)器人。不要擔(dān)心，當(dāng)位置控制將被執(zhí)行，它們的IR將被打開(kāi)并且機(jī)器人將被檢測(cè)。
5. 現(xiàn)在，您可以通過(guò)執(zhí)行“位置控制模式-4機(jī)器人/bin/Debug/position-control-pattern-horizontal-4”來(lái)啟動(dòng)位置控制示例應(yīng)用程序-robots.exe”。應(yīng)用程序?qū)⒃儐?wèn)您要控制的機(jī)器人的4個(gè)地址，并將其傳遞給環(huán)境中已有機(jī)器人的地址。最初有一個(gè)校準(zhǔn)階段機(jī)器人將原地旋轉(zhuǎn)，然后機(jī)器人應(yīng)該開(kāi)始按照正方形的形狀移動(dòng)。
6. 在SwisTrack中，您可以選擇“較近鄰居跟蹤”組件（單擊它），以便在屏幕上查看跟蹤結(jié)果。

跟蹤

使用跟蹤軟件進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，以便能夠通過(guò)背面紅外發(fā)射器跟蹤Elisa-3機(jī)器人，以下是2個(gè)機(jī)器人的結(jié)果圖像：

跟蹤軟件還可以讓您輕松地記錄生成的數(shù)據(jù)，然后您可以詳細(xì)說(shuō)明這些數(shù)據(jù)。以下是使用5個(gè)機(jī)器人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)示例：

下面的視頻展示了用20、30、38臺(tái)Elisa-3機(jī)器人做的測(cè)試，跟蹤效果還是不錯(cuò)的；重要的是要注意我們停止了 38 個(gè) Elisa-3 機(jī)器人，因?yàn)槲覀儗?shí)驗(yàn)室中有這些機(jī)器人。

機(jī)器人充電

Elisa-3可以在充電站中引導(dǎo)，以便自動(dòng)充電；充電時(shí)無(wú)需拔下電池。下圖顯示機(jī)器人接近充電站；led指示燈指示機(jī)器人充電：

當(dāng)機(jī)器人電量不足時(shí)，微控制器會(huì)收到通知，該信息也會(huì)在標(biāo)志字節(jié)中傳輸?shù)絇C；這讓用戶能夠?qū)C(jī)器人駕駛到充電站，并在它實(shí)際充電時(shí)得到通知。此外，當(dāng)微型 USB 數(shù)據(jù)線連接到計(jì)算機(jī)時(shí)，機(jī)器人也會(huì)充電；請(qǐng)注意，如果USB 線連接到集線器，則需要為該集線器供電。

無(wú)線連接

無(wú)線電基站通過(guò) USB 連接到 PC，并與機(jī)器人無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。同樣，安裝在機(jī)器人上的無(wú)線電芯片 ( nRF24L01+ ) 通過(guò) SPI 與微控制器通信，并與 PC 無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。

機(jī)器人由存儲(chǔ)在微控制器內(nèi)部 EEPROM 的最后兩個(gè)字節(jié)中的地址標(biāo)識(shí)；機(jī)器人固件設(shè)置無(wú)線電模塊從 EEPROM 讀取地址。該地址與機(jī)器人下方標(biāo)簽上寫(xiě)的機(jī)器人 ID 相對(duì)應(yīng)，不應(yīng)更改。

編程

該機(jī)器人使用串行引導(dǎo)加載程序進(jìn)行預(yù)編程。為了將新程序上傳到機(jī)器人，需要一根微型 USB 數(shù)據(jù)線。與機(jī)器人的連接如圖：

如果您使用的是 Arduino IDE，則無(wú)需遵循此過(guò)程，而是參閱Arduino IDE 項(xiàng)目部分。

如果您在編程過(guò)程中遇到一些問(wèn)題（例如超時(shí)問(wèn)題），您可以嘗試按照以下順序進(jìn)行操作：打開(kāi)機(jī)器人，將機(jī)器人從計(jì)算機(jī)上拔下，將機(jī)器人插入計(jì)算機(jī)，它會(huì)閃爍一些；當(dāng)閃爍終止時(shí)再次執(zhí)行編程命令。請(qǐng)注意，每次您需要對(duì)機(jī)器人重新編程時(shí)，您都需要拔下并重新插入計(jì)算機(jī)的電纜。

裝配文件與安裝效果

您可以從此處下載文檔:

https://projects.gctronic.com/elisa3/tracking-doc.pdf

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