Robo-Platform: A Robotic System for Recording Sensors and Controlling Robots

📄 arXiv: 2409.16595v3 📥 PDF

作者: Masoud Dayani Najafabadi, Khoshnam Shojaei

分类: cs.RO, eess.SY

发布日期: 2024-09-25 (更新: 2025-07-17)

备注: Project repository: https://github.com/m-dayani/robo-platform Youtube Video: https://youtu.be/BTQ4yLB1bak Dataset: https://drive.google.com/drive/folders/1OZqdA1xa-SyJ64qL_TibqhtwhR1fWWrx?usp=sharing

💡 一句话要点

提出一种基于智能手机的低成本机器人平台，用于数据采集和机器人控制

🎯 匹配领域: 支柱三：空间感知与语义 (Perception & Semantics)

关键词: 机器人平台 智能手机 数据采集 机器人控制 SLAM AR 低成本机器人

📋 核心要点

  1. 现有机器人系统成本较高且不易携带，限制了其在测试、数据采集和机器人控制等方面的应用。
  2. 该论文提出了一种基于智能手机的机器人平台，利用智能手机的传感器、计算能力和通信功能，降低了成本并提高了便携性。
  3. 实验验证了该平台在数据采集和机器人控制方面的可行性，并展示了其在SLAM、AR以及玩具车和四轴飞行器控制中的应用。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种机器人系统，该系统由一个Android手机、一个通过USB连接到手机的微控制器板和一个远程无线控制站组成。在数据采集模式下，Android设备可以记录多种配置的摄像头、IMU、GNSS单元和外部USB ADC通道的原始数据集，用于姿态估计和场景重建等应用。在机器人控制模式下，Android手机、微控制器板和其他外围设备构成移动或固定机器人系统。该系统通过Wi-Fi或蓝牙连接的远程服务器进行控制。实验表明，虽然SLAM和AR应用可以利用采集的数据，但该系统可以为处理这些噪声和零星测量的更高级算法铺平道路。此外，还研究了通信介质的特性，并包括了两个示例机器人项目，涉及控制玩具车和四轴飞行器。

🔬 方法详解

问题定义：现有机器人系统通常依赖于昂贵的专用传感器和计算设备，这限制了其在研究、教育和小型应用中的普及。此外，传统机器人系统在数据采集和控制方面也存在一定的局限性，例如数据同步困难、通信不稳定等。

核心思路：该论文的核心思路是利用智能手机作为机器人系统的核心组件，充分利用智能手机集成的多种传感器（摄像头、IMU、GNSS）和强大的计算能力，以及便捷的无线通信功能（Wi-Fi、蓝牙），构建一个低成本、易于使用且功能丰富的机器人平台。

技术框架：该机器人平台主要由三个部分组成：1) Android手机：负责传感器数据采集、数据处理和无线通信；2) 微控制器板：通过USB连接到手机，用于控制外部设备（例如电机、舵机）；3) 远程控制站：通过Wi-Fi或蓝牙与手机通信，实现远程控制和数据监控。在数据采集模式下，手机记录各种传感器数据；在机器人控制模式下，手机通过微控制器控制机器人运动。

关键创新：该论文的关键创新在于将智能手机作为机器人系统的核心，并设计了一个灵活的硬件和软件架构，使得该平台可以方便地用于各种机器人应用。此外，该论文还研究了通信介质的特性，并提供了两个示例机器人项目，展示了该平台的实际应用价值。

关键设计：该平台使用Android操作系统，方便用户开发和部署应用程序。手机通过USB与微控制器板通信，实现低延迟的数据传输和控制。远程控制站使用标准的Wi-Fi或蓝牙协议，方便用户进行远程控制。论文中没有详细说明具体的参数设置、损失函数或网络结构，这些细节可能取决于具体的应用场景。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

该论文通过实验验证了所提出的机器人平台在数据采集和机器人控制方面的可行性。实验结果表明，该平台可以有效地采集多种传感器数据，并实现对玩具车和四轴飞行器的远程控制。虽然论文中没有提供具体的性能数据和对比基线，但实验结果表明该平台可以为SLAM和AR应用提供有效的数据支持。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于机器人教育、低成本机器人原型设计、移动机器人数据采集、SLAM和AR应用开发等领域。该平台降低了机器人开发的门槛，使得更多的人可以参与到机器人研究和应用中来。未来，该平台可以进一步扩展，支持更多的传感器和执行器，并应用于更复杂的机器人任务。

📄 摘要（原文）

Mobile smartphones compactly provide sensors such as cameras, IMUs, GNSS measurement units, and wireless and wired communication channels required for robotics projects. They are affordable, portable, and programmable, which makes them ideal for testing, data acquisition, controlling mobile robots, and many other robotic applications. A robotic system is proposed in this paper, consisting of an Android phone, a microcontroller board attached to the phone via USB, and a remote wireless controller station. In the data acquisition mode, the Android device can record a dataset of a diverse configuration of multiple cameras, IMUs, GNSS units, and external USB ADC channels in the rawest format used for, but not limited to, pose estimation and scene reconstruction applications. In robot control mode, the Android phone, a microcontroller board, and other peripherals constitute the mobile or stationary robotic system. This system is controlled using a remote server connected over Wi-Fi or Bluetooth. Experiments show that although the SLAM and AR applications can utilize the acquired data, the proposed system can pave the way for more advanced algorithms for processing these noisy and sporadic measurements. Moreover, the characteristics of the communication media are studied, and two example robotic projects, which involve controlling a toy car and a quadcopter, are included.