Turtlebot3 buger 硬件与操作平台详细介绍

引言

TurtleBot3 有三个版本，分别是紧凑型的 Burger、功能更强的 Waffle和性能提升的 Waffle Pi，分别适用于不同的应用需求。使用 Raspberry Pi 作为主控单板计算机（SBC），而 Waffle Pi 可以使用更强大的 NVIDIA Jetson 作为主控，适合不同层次的机器人研究与开发，满足从入门到高级开发的需求。
TurtleBot3 Burger 是一个基于 ROS 的紧凑型开源移动机器人平台，专为学习和开发机器人技术设计。它采用 Raspberry Pi 3 Model B作为主控计算模块，结合 OpenCR 控制板进行传感器与执行器的控制和数据处理，确保实时性能。
TurtleBot3 Burger 配备 Dynamixel 电机，具备稳定的运动控制能力，并搭载 2D 激光雷达（LiDAR），支持避障与导航功能。此外，它还支持多种传感器和外设扩展，能够适应不同的研究需求，是进行 SLAM、路径规划和自主导航的理想机器人平台。

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1 硬件组成

TurtleBot3 Burger 由多种先进的硬件组件组成，能够提供强大的计算和执行能力，确保其能够完成复杂的任务。以下是其主要硬件组成部分：

1.1 底盘

TurtleBot3 Burger的底盘由多个轻质的塑料部件组成，设计紧凑，尺寸小巧。
底盘配有两个轮子、一个小型万向轮，以实现机器人的移动。
激光雷达（LDS）安装在机器人顶部，能够进行360度的环境扫描，提供精确的距离数据，辅助机器人进行定位和避障。
底盘设计提供了足够的稳定性和灵活性，使机器人能够在复杂的环境中自由移动。

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1.2 轮子和轮胎

轮子：TurtleBot3 Burger配备了两个轮子和一个小型万向轮，能够实现前进、后退、转向等基本运动。
万向轮：金属材料制成，能够自由旋转，提供灵活的方向调整和更高的机动性，使机器人在狭小空间内更加灵活移动。
轮胎：橡胶材料制成，具有一定的摩擦力，以确保机器人在地面上平稳移动。

1.3 主控计算模块

TurtleBot3 Burger 配备了 Raspberry Pi 3 Model B作为主控计算单元，它提供了四核 1.2 GHz 的 ARM Cortex-A53 处理器和 1GB RAM，支持运行 ROS 等操作系统和开发环境。
Raspberry Pi 3 Model B提供了强大的计算能力，并且具有多个 I/O 接口，适用于各种扩展需求。

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Raspberry Pi 3 Model B 的主要规格如下表所示：

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1.4 OpenCR 控制板

OpenCR 是 TurtleBot3 的核心控制板，负责与各个硬件模块进行通讯。它使用 STM32F746 微控制器，具有 32 位 ARM Cortex-M7 处理器，能够高效处理传感器数据并驱动各个执行器。
它支持通过 USB、UART、I2C、SPI、CAN 等接口与外部设备通信，为开发者提供了丰富的扩展性。

OpenCR 控制板的主要规格如下表所示：

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1.5 激光雷达（LDS）

TurtleBot3 Burger 配备了一个 360 度扫描的 2D 激光雷达，用于实时获取周围环境的障碍物信息。
支持实现 SLAM、避障以及自主导航等功能。通过 LiDAR，机器人可以构建周围环境的地图，并实时进行路径规划。

激光雷达（LDS）的基本性能规格如下表所示：

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激光雷达（LDS）的测量性能规格如下表所示：

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1.6 惯性测量单元（IMU）传感器

TurtleBot3 Burger 配备了 MPU9250 IMU，包含加速度计、陀螺仪和磁力计。
这些传感器可以帮助机器人感知其姿态和运动状态，增强其运动稳定性，特别是在执行路径规划任务时。

1.7 电机与动力系统

TurtleBot3 Burger 配备了两个 Dynamixel 电机，它们驱动着机器人的移动。
通过这些电机，机器人可以在不同的环境中灵活运动，进行精确的路径控制和避障。

XL430-W250和XM430-W210的主要规格对比如下表所示：

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1.8 电池与电源管理

TurtleBot3 Burger 使用一个 11.1V Li-Po 电池，并通过 USB 或外部电源进行充电。
它的电源管理系统非常智能，可以支持长时间运行并保证系统稳定。

1.9 尺寸与重量

TurtleBot3 Burger体积小巧，尺寸为138mm x 178mm x 192mm，重量约为1kg，适合在室内环境中使用。其轻便的设计使得机器人能够快速响应并适应狭小的空间。

TurtleBot3 Burger尺寸示意图如下图所示：

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2 操作平台与软件支持

TurtleBot3 Burger 支持在 Raspberry Pi 3 Model B上运行 ROS 系统（无论是 ROS 1 还是 ROS 2），为开发者提供了一个强大的软件环境和工具，支持开发各种机器人应用。

2.1 ROS 支持

TurtleBot3 Burger 完全兼容 ROS 1 和 ROS 2。
ROS 1 作为一个成熟的开发框架，拥有广泛的支持和大量现成的工具包，适用于入门和基础应用。
ROS 2 提供了更强的实时性、跨平台支持及更高的安全性，适用于更复杂的机器人应用。

2.2 开发工具

TurtleBot3 Burger 提供了详细的开发文档和教程，开发者可以通过 Raspberry Pi 上的终端进行编程和调试。
对于机器人爱好者和初学者，TurtleBot3 是一个理想的学习平台，能够帮助他们深入理解机器人学的基础。

2.3 拓展能力

除了内置的硬件组件外，TurtleBot3 Burger 支持各种外部传感器和设备的扩展。
例如，用户可以根据需求连接摄像头、机械臂、额外的传感器等设备，扩展机器人的功能。

3 应用场景

TurtleBot3 Burger 由于其小巧、灵活的设计，适用于多个研究与开发场景。

3.1 教育与学习

TurtleBot3 Burger 是学习 ROS、机器人编程和控制的理想平台。
它的开源设计和丰富的文档资源，帮助学生和机器人爱好者轻松入门，并通过实际操作掌握机器人控制和编程技能。

3.2 SLAM 与自主导航

通过集成的 LiDAR 和 IMU，TurtleBot3 Burger 能够进行实时环境感知、构建地图并实现自主导航。它支持各种 SLAM 算法，并能够在未知环境中进行路径规划。
TurtleBot3 Burger 具备自主避障能力，能够根据实时获取的环境数据调整行驶路径，避免与障碍物发生碰撞。

3.4 科研与实验

作为一个开源平台，TurtleBot3 Burger 为科研人员提供了一个低成本、高灵活性的实验平台。
研究人员可以用它进行新算法的验证和机器人技术的实验。

4 小结

TurtleBot3 Burger 是一款功能强大的开源移动机器人平台，具备小巧的设计和强大的硬件支持，适用于教育、科研和开发应用。
它配备了 Raspberry Pi 3、OpenCR 控制板、激光雷达和 IMU 等组件，支持 ROS 系统，提供丰富的软件支持。
TurtleBot3 Burger 能够实现自主导航、SLAM、路径规划与避障，是学习机器人技术和验证算法的理想平台。其高灵活性和低成本使其在多个领域中得到广泛应用。