Cyberbotics 的機器人課程/E-puck 和 Webots
本章介紹了兩個有用的機器人工具：e-puck，一個小型移動機器人和 Webots，一個機器人 CAD 軟體。在本手冊的其餘部分，您將使用它們來練習動手機器人操作。希望這種實踐方法能讓您瞭解機器人是什麼以及您可以用它們做什麼。
E-puck 機器人由 Francesco Mondada 博士和 Michael Bonani 於 2006 年在 EPFL，瑞士洛桑聯邦理工學院設計（見圖）。它最初是為了成為大學教育的工具，但實際上也用於研究。為了幫助在 EPFL 內部和外部建立一個社群，該專案基於開放硬體概念，所有文件都以允許每個人使用和開發它的許可證分發和提交。同樣，e-puck 軟體完全是開源的，提供對每個電子裝置的低階訪問，並提供無限的擴充套件可能性。E-puck 機器人現在由 GCTronic S.à.r.l.（瑞士）和 Applied AI, Inc.（日本）工業化生產，可從各種經銷商處購買。您可以從 Cyberbotics Ltd. 訂購自己的 e-puck 機器人，價格約為 950 瑞士法郎 (CHF)。
E-puck 機器人是為滿足多項要求而設計的
- 簡潔的設計：e-puck 的簡單機械結構、電子設計和軟體是簡潔現代系統的典範。
- 靈活性：e-puck 涵蓋了廣泛的教育活動，其感測器、處理能力和擴充套件功能提供了多種可能性。
- 模擬軟體：e-puck 整合在 Webots 模擬軟體中，可以輕鬆地對真實機器人進行程式設計、模擬和遠端控制。
- 使用者友好：e-puck 體積小巧，易於在桌子旁的電腦旁邊設定。它不需要任何電纜（依賴藍牙）並提供最佳的工作舒適度。
- 耐用性和維護性：e-puck 能夠承受學生使用，並且易於維修。
- 價格實惠：e-puck 的價格標籤對大學預算友好。
E-puck 機器人已廣泛應用於各種領域，包括移動機器人工程、即時程式設計、嵌入式系統、訊號處理、影像處理、聲音和影像特徵提取、人機互動、機器人間通訊、集體系統、進化機器人、仿生機器人等。
E-puck 機器人由 dsPIC 處理器供電，即數字訊號可程式設計積體電路。它是由 Microchip 公司生產的微控制器處理器，能夠執行高效的訊號處理。對於移動機器人來說，這是一個非常有用的功能，因為從感測器測量的原始值中提取有用資訊通常需要大量的訊號處理。
E-puck 機器人還具有大量感測器和執行器，如圖片中所示，並描述在表中。這些感測器中的每一個將在本書後面介紹的實踐調查中詳細研究。
| 特點 | 技術資訊 |
|---|---|
| 尺寸、重量 | 70 mm 直徑，55 mm 高度，150 g |
| 電池續航時間 | 5Wh LiION 可充電和可拆卸電池，提供大約 3 小時的續航時間 |
| 處理器 | dsPIC 30F6014A @ 60 MHz (~15 MIPS) 16 位微控制器，帶 DSP 核心 |
| 記憶體 | RAM：8 KB；FLASH：144 KB |
| 電機 | 2 個步進電機，帶 50:1 減速齒輪，解析度：0.13 mm |
| 速度 | 最大：15 cm/s |
| 機械結構 | 透明塑膠機身，支援 PCB、電池和電機 |
| 紅外感測器 | 8 個紅外感測器，測量環境光和距離物體達 6 cm 的距離 |
| 攝像頭 | VGA 彩色攝像頭，解析度為 480x640（典型用途：52x39 或 480x1） |
| 麥克風 | 3 個全向麥克風，用於聲音定位 |
| 加速度計 | 3D 加速度計，沿 X、Y 和 Z 軸 |
| LED | 8 個獨立的紅色 LED，位於環上，機身有綠色 LED，前面有 1 個強紅色 LED |
| 揚聲器 | 板載揚聲器，能夠播放 WAV 和音調聲音 |
| 開關 | 機器人頂部有一個 16 位旋轉開關 |
| PC 連線 | 標準序列埠，最高可達 115 kbps |
| 無線 | 藍牙，用於機器人與計算機以及機器人與機器人之間的無線通訊 |
| 遙控 | 用於標準遙控命令的紅外接收器 |
| 擴充套件匯流排 | 大型擴充套件匯流排，設計用於新增新功能 |
| 程式設計 | 使用免費的 GNU GCC 編譯器進行 C 程式設計。Webots 中提供了圖形化 IDE（整合開發環境） |
| 模擬 | Webots 方便了 e-puck 機器人的使用：強大的模擬、遠端控制、圖形化和 C 程式設計系統 |
Webots 是一款用於快速原型設計和移動機器人模擬的軟體。它自 1996 年開始開發，最初由 Olivier Michel 博士在瑞士洛桑聯邦理工學院 (EPFL) 的 Jean-Daniel Nicoud 教授的實驗室設計。自 1998 年以來，Webots 成為了一款商業產品，由 Cyberbotics Ltd. 開發。該軟體的使用者許可證已售往全球 400 多所大學和研究中心。它主要用於機器人研究和教育。除了大學之外，Webots 還被研究機構和企業研究中心使用，包括豐田、本田、索尼、松下、先鋒、NTT、三星、美國宇航局、斯坦福研究院、坦納研究、BAE 系統、沃爾沃克等。
對於大多數先進的機器人專案開發來說，使用快速原型設計和模擬軟體非常有用。它實際上允許設計師快速視覺化他們的想法，檢查它們是否滿足應用程式的要求，開發機器人的智慧控制，並最終將模擬結果轉移到真實機器人中。使用這種軟體工具可以節省大量開發新機器人專案的時間，並允許設計師探索比僅使用硬體所能探索的更多可能性。因此，使用快速原型設計和模擬軟體可以提高開發時間和結果質量。
Webots 允許您在機器人專案的開發中執行 4 個基本階段，如圖所示。
**第一步：建模階段**
**第二步：程式設計階段**
**第三步：模擬階段**
**最後一步：轉移到真實機器人**