Мобильный робот E-puck

Первое поколение робота, E-puck, было разработано в Швейцарской высшей технической школе Лозанны (EPFL). Впоследствии производство этой версии было прекращено^[4]. За время выпуска робот прошёл несколько аппаратных ревизий (HWRev 1.1, 1.2, 1.3), в ходе которых изменялись модели камеры, Bluetooth-модуля и акселерометра^[5].

В январе 2018 года в результате совместной работы EPFL и компании GCtronic была выпущена значительно обновлённая версия — E-puck 2. Новая модель сохранила прежний форм-фактор и механическую конструкцию для совместимости с аксессуарами предыдущего поколения, но получила существенные аппаратные улучшения^[6]. Ключевыми отличиями E-puck 2 стали более производительный 32-битный процессор, увеличенный объём оперативной и флеш-памяти, а также расширенные коммуникационные возможности, включающие Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE) и прямое подключение по USB^[7]. Робот был оснащён новыми датчиками, в том числе фронтальным датчиком времени пролёта (ToF) для измерения расстояния и улучшенным инерциальным измерительным блоком (IMU) с магнитометром^[8]. Кроме того, появилась возможность зарядки аккумулятора через USB-порт^[7].

С момента выпуска в 2018 году новые аппаратные ревизии самого робота E-puck 2 не выпускались, однако платформа получала регулярные обновления программного обеспечения и прошивок^[9][10]. Основные программные усовершенствования включали:

• Июль 2018: Реализована поддержка связи по Wi-Fi^[9].
• Декабрь 2019: Добавлена функция локальной связи между роботами с использованием инфракрасных датчиков для исследований в области роевого интеллекта^[9].
• Декабрь 2023: Выпущен обновлённый образ системы с поддержкой ROS 2^[9].
• Январь 2025: Обновлена прошивка радиомодуля для обеспечения совместимости с macOS 15^[8].

Процессор робота, dsPIC30F6014A, работает от осциллятора с частотой 60 МГц. Поскольку архитектура данного процессора требует 4 такта на выполнение одной инструкции, его фактическая производительность составляет 15 MIPS^[11].

Возможности E-puck могут быть расширены с помощью плат расширения, которые устанавливаются на коннектор в верхней части робота. Благодаря сохранению форм-фактора и конструкции, E-puck 2 обеспечивает полную обратную совместимость с аксессуарами, разработанными для первого поколения робота^[12].

Для роботов доступны следующие основные модули:

• Pi-Puck — плата расширения для интеграции с одноплатным компьютером Raspberry Pi (версий Zero W или Zero 2 W)^[13][14]. Модуль значительно увеличивает вычислительную мощность, позволяя запускать полноценные операционные системы, такие как Raspbian, и использовать программные экосистемы, включая ROS.
  • В мае 2024 года для Pi-Puck был представлен дополнительный компонент — монохромный OLED-дисплей с диагональю 0,91 дюйма и разрешением 128x32 пикселя для вывода служебной информации^[15].
• Датчики поверхности (Ground Sensor Module) — три инфракрасных датчика на дне для слежения за линией или обнаружения края поверхности (например, стола)^[12].
• Всенаправленная камера (Omnivision Extension) — модуль с камерой для детекции света и цвета, совместимый с платой Pi-Puck^[16].
• Дополнительные датчики расстояния — на робота могут устанавливаться дополнительные ToF-сенсоры для построения карты окружения.
• Плата с тремя линейными камерами («fly-vision turret»).
• Приёмопередатчик ZigBee.
• Магнитные колёса.
• Кольцо из многоцветных светодиодов (Colour LED Communication Turret) для визуальной коммуникации.
• Считыватель SD-карт.

Программное обеспечение для первого поколения робота E-puck в настоящее время не поддерживается, так как производитель присвоил этой версии статус «окончания жизненного цикла» (EOL). Программные библиотеки, такие как репозиторий «e-puck-library» на GitHub, не обновлялись в течение многих лет^[17]. Современные инструменты разработки и симуляторы, например Webots, ориентированы на актуальную модель E-puck 2, хотя и могут сохранять возможность симуляции первого поколения. Ещё в 2006 году разработчики не рекомендовали начинать новые проекты с использованием первой версии робота из-за её быстрого устаревания.

Программирование для E-puck 2 делится на два основных уровня: встроенное (низкоуровневое программирование основного микроконтроллера) и удалённое (управление роботом с персонального компьютера). Для разработки доступно несколько сред, языков программирования и способов связи^[18].

Среды разработки и симуляторы

• Webots — основная и официально поддерживаемая среда 3D-моделирования роботов. Webots позволяет создавать виртуальные миры, симулировать физику робота, работу его датчиков и исполнительных механизмов, а также осуществлять удалённое управление физическим роботом по Wi-Fi или Bluetooth^[18][19].
• ROS — для E-puck 2 доступны драйверы под ROS и ROS 2^[18]. ROS является мета-операционной системой для создания сложных систем управления и обеспечивает практически бесшовный переход от симуляции к работе с реальным роботом^[20].
• MATLAB — интеграция осуществляется через фреймворк ePic2, который позволяет управлять роботом и получать данные с его сенсоров для анализа в среде MATLAB как через графический интерфейс, так и с помощью командных M-файлов^[21].
• Eclipse IDE — используется для низкоуровневой разработки на языке C/C++ для основного микроконтроллера робота^[22].
• Другие симуляторы — модели робота также доступны в симуляторах ARGoS (специализируется на роевой робототехнике) и CoppeliaSim (ранее V-REP)^[23].

Языки программирования

• C/C++ — основной язык для встроенной разработки для микроконтроллера STM32F4 в среде Eclipse с использованием операционной системы реального времени ChibiOS^[22]. Также существуют библиотеки на C++ для удалённого управления роботом и написания узлов (nodes) для ROS^[18][24].
• Python — широко используется для высокоуровневого управления роботом, в основном через фреймворк ROS. Существуют готовые скрипты для управления по Wi-Fi^[18][24].
• MATLAB — управляющие алгоритмы могут быть написаны в виде стандартных M-файлов с использованием фреймворка ePic^[21].

Способы связи Взаимодействие между компьютером и физическим роботом E-puck 2 осуществляется по нескольким каналам: USB (для зарядки, программирования и отладки микроконтроллера), Bluetooth и BLE (для удалённого управления с ПК)^[18], а также Wi-Fi (для удалённого управления и получения данных, например, потокового видео с камеры)^[18].