GitHub 上有哪些机器人、无人机、自动控制等方面的有趣项目_drake robot

我们组正在开发的Drake: RobotLocomotion/drake · GitHub 用于机器人动力学建模，模拟和控制，集成了运动规划，稳定性分析。应用的例子包括了人形机器人，飞机（四旋翼，固定翼）和机械臂等。语言是用MATLAB和C++（绝大多数动力学的函数同时提供了matlab和c++的接口）。这次的DARPA Robotics Challenge中MIT队的控制器也包含在这个软件中了。

关于这个软件中所运用的机器人理论知识，可以参考edx上的公开课程underactuated roboticsUnderactuated Robotics

根据评论添加一部分回答。

1. 组的背景？
   组的网站在这里 http://groups.csail.mit.edu/locomotion/index.html
2. 为什么不直接用ROS？
   一是因为我们做研究需要的很多功能是ROS不提供的，比如说判定一个动态系统的region of attraction,这时候需要搜索一个Lyapunov function，ROS是没有这个功能的。二是因为我们的侧重点和ROS不一样。比如说ROS中的gazebo模拟器更侧重模拟的速度，而我们更注重模拟的精度。三是因为ROS太大了，其中核心的通信模块可以用LCMLCM: Lightweight Communications and Marshalling (LCM) 替换，这是一个轻量级的通讯模块。
   
3. 是否有机械臂的关节规划？
   我们有计算forward kinematics和inverse kinematics的引擎，支持MATLAB和C++。对于避障目前是用的Bullet来计算物体之间的距离。做inverse kinematics的例子包括在ABB IRB140 arm上drake/runPlanning.m at master · RobotLocomotion/drake · GitHub，和在Atlas机器人上drake/testIK.m at master · RobotLocomotion/drake · GitHub。

hector quadrotor 是德国老牌理工学校Technische Universität Darmstadt大学开发的ros包，可以用于用于多旋翼的建模，控制和仿真。

GitHub - libing64/hector_quadrotor: hector_quadrotor contains packages related to modeling, control and simulation of quadrotor UAV systems.
GitHub - tu-darmstadt-ros-pkg/hector_quadrotor: hector_quadrotor contains packages related to modeling, control and simulation of quadrotor UAV systems.

hector quadrotor 整合了ros和gazebo，可以进行uav相关的很多仿真，例如飞行动力学，机载传感器例如imu、gps、camera，复杂环境仿真等等。

1. modeling and control
作者利用风洞实验等测得了四旋翼的所有动力学参数，然后拿这些参数进行仿真，之后又拿仿真数据和实际飞行数据进行对比，结果相当吻合。

如果你想自己写飞控但又不想炸鸡，完全可以ros里进行仿真，仿真通过之后再把程序放到进飞机实际测试。
在仿真里写飞控还有一个好处就是飞机的所有state都可以使用ground truth进行控制，避免和estimation问题耦合。

http://www.gkmm.tu-darmstadt.de/publications/files/meyer2012quadrotorsimulation.pdf

2. sensor fusion
hector quadrotor上集成了目前uav上最常见的传感器，imu, magnetometer, gps, lidar, sonar, camear, stereo camera, kinect, 3d lidar, spinning lidar...
拿来做传感器融合仿真非常方便，所有state都有ground ground truth，哪里融合出错了非常容易发现。noise level也可以自己定义
使用hector quadrotor的数据，我自己写的基于ekf姿态融合跟 6d位置融合，att_ekf核心代码不到150行，6d pose_ekf 核心代码大约300行（Eigen真是高效）

GitHub - libing64/att_ekf: Extented Kalman Filter for attitude estimation using ROS
GitHub - libing64/pose_ekf: Extented Kalman Filter for 6D pose estimation using gps, imu, magnetometer and sonar sensor.

att_ekf, 长坐标轴是estimation，短的是ground truth
pose_ekf, 长坐标轴是estimation，短的是ground truth

我也试过跑optical flow 跟stereo visual odomety，效果都蛮好。laser-based slam上面的paper中已经实现了，作者把它放在了hector_localization这个包.

3. slam
hector quadrotor用于laser-based slam非常容易实现，但是没看到用hector quadrotor做camera-based slam的，但是我觉得既然光流和stereo vo都可以跑的很好，那么用来做slam应该不成问题，起码我自己是打算这么干的。

laser-based 2d slam

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2016.03.23 更新

提到了orb slam，我之前只看过paper并没有运行过
hector quadrotor仿真环境中控制uav飞圆形(几十圈)，下图是用orb slam(monocular version) 跑出来的轨迹和点云。

单目能跑出这样的精度而且是实时的，我还是蛮惊讶的

为了让orb slam和hector quadrotor同时实时运行，对orb slam的接口做了修改
GitHub - libing64/ORB_SLAM2: Real-Time SLAM for Monocular, Stereo and RGB-D Cameras, with Loop Detection and Relocalization Capabilities

基于ROS的项目在Github上不要太多，干脆从ROS开始吧：
１.ROS core stacks · GitHub
应该说现在搞机器人相关应用的机构和研究所，几乎都会开发ROS相关的应用接口，强大和统一的通信方式，省去了很多重复的劳动，各种相关和热门的传感器以及平台也都提供了ROS相关的接口，如果有一台Linux笔记本，想做机器人相关的项目，那就赶紧下载一个ROS开始吧。
具体版本选择参见官网，有linux,c++或python基础，跟着官方tutorial应该很快就可以上手了。
ROS８周年宣传视频，需要翻墙，https://www.youtube.com/watch?v=Z70_3wMFO24

2. ROS支持的相关机器人和传感器
Baxter https://github.com/RethinkRobotics

PR2 https://github.com/PR2

Turtlebot turtlebot · GitHub

DJI的开发平台　Ｍatrix-100 GitHub - dji-sdk/Onboard-SDK-ROS: ROS packages for DJI onboard SDK, all new data structures

Gazebo 没有这些实体机器人？没关系，完全ROS支持的Gazebo模拟环境，你值得拥有:
GitHub - ros-simulation/gazebo_ros_pkgs: Wrappers, tools and additional API's for using ROS with Gazebo. Formally simulator_gazebo stack

在Gazebo环境下，基本上已经可以完整解决很多机器人相关的问题了。

传感器相关的Sick 雷达，Velodyne全景雷达，Kinect摄像头等，都是ROS官方支持的，驱动安装相当方便，这里就不详细说了，基本上市面上流行的传感器和IMU都有官方支持，没有的话在github上也能搜的到ROS相关接口。

３. Mapping 和 SLAM
Gmapping GitHub - ros-perception/slam_gmapping: http://www.ros.org/wiki/slam_gmapping
比较早但是非常好用的一个包，有一个激光雷达或者Kinect，搭配移动机器人就可以实现一个２D的SLAM解决方案，如果没有机器人的话，用Gazebo搭配一个模拟Turtlebot一样可以实现。定位精度之高有时候可以当groud-truth用。

ORB_SLAM GitHub - raulmur/ORB_SLAM: A Versatile and Accurate Monocular SLAM
学术界目前最火的Monocular SLAM解决方案，除了摄像头不需要其他任何相关里程计信息，来自西班牙萨拉戈萨大学，只需要单摄像头就可以完成，同样支持Kinect，并有ROS接口，有摄像头的都可以下载下来跑一跑试试。ORB feature相比传统Feature提取效率大大提升。

ETH的2.5D MappingGitHub - ethz-asl/grid_map: Universal grid map library for mobile robotic 　mapping
ETH的机器人相关研究一直都是世界顶级的，ETHZ ASL · GitHub 下面的几乎每一个项目，都是一个机器人领域相关研究的分支。这里就不一一列举了。

4　Planning 和 Kinematics
官方非常基础的一个运动学相关的package。
GitHub - ros-planning/moveit_ros: MoveIt! ROS

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ROS在学术界和工业界的应用发展还远远没有止步，目前国内国外的相关机器人工程师招聘，也都有ROS相关的需求，比如前百度IDL副院长余凯的地平线机器人公司等等。把ROS玩好，可以大大的体会到做机器人相关研究的乐趣，希望有相关兴趣的同学都参与进来。

－－－－－－－－－－夹带私货的分割线－－－－－－－－－－－－－
最后安利一个自己的project，如果大家有人买了Leap motion control，同样最近非常火，并且经常被各种创业鸡汤项目拿来唬人的手势深度传感器，我给它写了一个简单的ROS接口https://github.com/CityU-MBE/leap_motion_ros
我们组正在进行的一个深度学习机器人应用的项目，主要是Semantic Mapping和基于CNN的壁障，目前比较搓，后期也可能弃坑，大家看看就好
GitHub - libcnn/libcnn: libcnn++

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GitHub - arrenglover/openfabmap: Open-source C++ code for the FAB-MAP visual place recognition algorithm
FAB-SLAM, 　基于appearance, chowliu-tree的slam方法，用bag of words的方式去训练图像分类，从而实现基于地图数据库的定位。BOWtrainer已写入opencv标准库。来自一篇IJRR高引用论文，出自牛津大学著名的Paul Newman教授组。感觉比ORBSLAM来的简单一点，代码的注释也比较清楚，比较容易看懂。

Teensy: 电路+Library，可以DIY也可以买。大小类似于Arduino Pro Mini，但是性能和Arduino DUE一个级别。
PaulStoffregen/cores · GitHub
FreeIMU（这个项目的创始人是个英年早逝的意大利PhD在读学生，很可惜）。
mjs513/FreeIMU-Updates · GitHub
两个加一起可以做飞控。

法国inria研究所的人型机器人Poppy
全部开源，可3d打印，非常好看，设计也相当出色，缺点是造价高昂，用的韩国Dynamixel系列舵机，以及无法自主行走

无人机著名的开源社区是ArduPilot（网址：Community），他们有一些项目是托管在GitHub上的。他们的GitHub主页是：ArduPilot · GitHub:
搬运一下他们的项目列表（Welcome to the ArduPilot Development Site），包括了飞控固件、地面站软件、MavLink通讯协议、无人机仿真系统等：

Project List

The ArduPilot system is made up of (or relies upon) several different projects which are listed below. Those marked with an asterix (*) are peer projects that have their own owners outside the core ArduPilot dev team.

• DroneKit (site) - APM SDK for apps running on vehicles, mobile devices and/or in the cloud.
• Plane (wiki,code) - autopilot for planes
• Copter (wiki,code) - autopilot for multicopters and traditional helicopters
• Rover (wiki,code) - autopilot for ground vehicles
• Mission Planner (wiki,code) - the most commonly used ground station written in C# for windows but also runs on Linux and MacOS via mono
• APM Planner 2.0 (wiki,code) is a ground station specifically for APM written in C++ using the Qt libraries
• MAVProxy (wiki) - command line oriented and scriptable ground station (mostly used by developers)
• MinimOSD (wiki,code) - on-screen display of flight data
• AndroPilot (user guide, code, google play) - android ground station
• DroneAPI (tutorial,droneshare) - A developer API for drone coprocessors and web applications.
• DroidPlanner2 (wiki,code,google play) - android ground station
• QGroundControl is an alternative ground station written in C++ using the Qt libraries
• PX4 (wiki) - designers of the PX4FMU and owners of the underlying libraries upon which Plane/Copter/Rover use when running on the PX4FMU
• MAVLink (wiki) - the protocol for communication between the ground station, flight controller and some periphers including the OSD. A “Dummy’s Guide” to working with MAVLink ishere.

其中最著名的恐怕是Mission Planner，以至于我去很多展览会，都能看到大家将这个开源软件改来改去，我表示呵呵呵。这个软件的界面是这样的：


业内人士是不是看到以后很熟悉啊！！
这里尤其说一下他们的Android项目Tower。Tower本身是一个APP，通过3DRservice（另一个APP，主要用于将远程连接过程封装）与无人机连接。我花了好久来研究这两个软件的方方面面，绘制流程图和UML，还是很有收获滴（我就是这么一个认真的孩子，你打我啊~）。
3DRServices
Tower
下面是Tower的主界面。
开源社区的无人机大抵逃不出下面的结构。
ArduPilot配合使用的飞控 PiXWahk 淘宝上就有卖，大概2000多能买到，而且附带很多配件，比如GPS和数传模块。
最后是私货，我写过一篇介绍MavLink协议的博客，请看 【无人机开发】通讯协议MavLink详解。
以后有时间了，会多些一些关于无人机开发方面的文章，欢迎关注~

- Repetier Software
源代码可以在某度下载

Paparazzi UAV
Paparazzi UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is an open-source drone hardware and software project encompassing autopilot systems for multicopters/multirotors, fixedwing, helicopters and hybrid aircraft.

中文介绍：http://m.leiphone.com/news/201406/paparazzi-open.html
官方wiki： http://wiki.paparazziuav.org/wiki/Main_Page
Github： https://github.com/paparazzi/

适合嵌入式平台的C的解释器，代码量很小。https://github.com/zsaleeba/picoc

Gladius水下无人机，大概是我能想到国内民用级别最好玩的ROV了。
有趣的话，大概有这么几个点。
1.海钓专用。科普：海钓_360百科。常规的海钓依凭渔夫的经验寻找水域，然后进行漫长的、不可知的钓鱼过程。但是有了Gladius水下无人机后，能下潜海中，通过4K超高清视频实时传输到手机上，从而实现可视化找鱼。这意味着：钓鱼不再是一种漫长而未知的过程，而是看见、捕捉、执行的高效率过程。
2.实时分享到社交平台。Gladius水下无人机通过半缆绳的设计结构，能高速稳定传输图像资料，及时分享到社交平台和图像下载。
3.船底检查。全球中大型货轮、客轮、大型渔船等总计超过10万艘，中国占比30%，需要经常进行船底外部检查。常规的检查方式是通过潜水员（蛙人）下水进行人工检查。不仅耗时长进度慢，而且人力成本较高！但是Gladius水下无人机能够轻松潜水百米，游刃有余地穿梭在船底，搭配智能辅助照明系统检查。不仅速度快效率高，还能传输高清影像供船长参考船底的具体情况。
当然，还有很多有趣的玩法，比如水下摄影、游艇娱乐等等……最后放张照片给大伙儿瞅瞅。

Pixhawk，开源飞控
drone-kit 通过mavlink协议控制pixhawk的android服务封装
tower 上述service的客户端

openworm/OpenWorm · GitHub
可以把它移植到机器人上面玩

openrov国外的一款开源水下机器人。

diydrone/ardupilot，pixhawk

PIXHAWK 无人机 导师叫我学这个，刚接触了1天一头雾水