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filecoin收益(www.ipfs8.vip):华为天才少年“宣布”一款无人驾驶自行车 网友:这不比特斯拉燃?

admin2021-06-1018

编辑导语:

作者:代滋润、陈大鑫、刘冰一;微信民众号:AI科技谈论

什么是自行车?B站一位UP主可能会给你一个与众差其余回覆,即不用人力就能自己行驶的车。现在,越来越多人在媒体平台上宣布他们的奇思妙想,展示了无限创意。文中的AI算法工程师稚晖君即是云云,让我们一起来看一下。

不知道人人从小到大有没有思索过这样一个问题:什么叫自行车?

――啊?这还用问吗?

――对啊,这还用问吗?

自行车那固然是不靠人骑着它自己就能行驶的车啊。

思量到2021年是自动驾驶发作元年,造手机的、送外卖的、卖袜子的等等种种大厂纷纷入局造车。

这时一位B站UP主示意道,何不做一辆能自动驾驶的自行车?

这不是在开顽笑!

这是野生钢铁侠、华为天才少年、AI算法工程师稚晖君昨天刚刚“宣布”的一个新项目。

稚晖注释道,他前段时间不小心骑自行车摔伤了,休养后直言不能就这么算了!示意,正在着手设计自动驾驶自行车,这是说到做到了!

话不多说,直接来看看他是怎么完成的吧。

让自行车酿成自动驾驶,首先需要的是硬件刷新,加入自动控制系统。

其次,为了将驾驶员的工具人存在性去掉,需要给车子搭载一整套传感器组成的感知网络,以及一个算力足够壮大的盘算芯片作为大脑。

最后就是在前面的硬件基础上开发实现一套感知和控制算法,俗称注入灵魂。

一、第一步,让车子跑

对于结构上的刷新――先在CAD上面建模,获得一辆虚拟自行车,也可以称之为自行车的数字孪生。

有了车体模子,所有的刷新事情都可以在盘算机上完成,只需加上“一点点”的细节,那么最终的刷新方案就出来了:

先给车子安装两个伟大的无刷电机,以及一个控制龙头的舵机。

传感器方面搭载了一个RGBD的深度相机,加速率计和陀螺仪,以及一个激光雷达。

电池使用的是6S的航模动力锂电池,续航约莫有2-3小时。

主控盘算模块被安置在了座椅的后方。

而驱动结构方面,关于控制龙头的旋转舵机,前后偏向的平衡靠两个轮子的支持和地面摩擦力,至于左右的平衡,当在骑行状态下,可以靠着左右调治龙头来获得转向加速率以此来抵消重力的影响。

那么静止状态下若何保持左右平衡呢?

要靠角动量守恒,上过小学二年级的都知道角动量守恒定律是自然界中最普遍的守恒定律之一。

当系统一个动力角动量发生转变的时刻,就会将力矩转达给其他物体。以是这辆自行车中央的无刷电机,实在就是驱动一个金属的动量轮。

现实上这也是在太空中卫星 在没有摩擦力的情形下调整自身姿态的一样的原理。

尔后面的无刷电机就是靠摩擦力驱动后轮,让车子整体前后运动。

关于零件的加工,其中一部门零件可以用3D打印来制作,不外思量到功率问题,3D打印塑料的硬度和刚性都不太适互助为焦点的结构件,因此用于牢靠电机的零件,稚晖君照样选择用金属来加工。

所有的零件配齐组装完成后,就需要安装电力系统了 ,也就是主控模块和 AI盘算单元。

二、第二部门,让车子有机械大脑

和人类一样,将盘算单元分为小脑和大脑,那幺小脑部门就分为低算力、低时延、运行实时系统,大脑部门就分为高算力、高时延、运行非实时操作系统,用于感知、思索和决议。

在这个系统中使用的是在HoloCubic内里的MCU,ESP32作为小脑。

大脑则应用了�N腾边缘盘算机芯片�N腾310 AI处置器。

然后设计一个载板,将这两个盘算单元整合到一起,板子的结构为四层设计,对照简朴:

PCB打样之后再手工焊接一下,这也是传统艺能环节:

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之后通过总线把大脑和小脑相连,在软件上实现一套RPC框架,让它们可以利便地通讯。其中小脑的框架基于FreeRtos,主要是实现传感器的数据处置,以及电机的控制算法。简朴分为三个义务:闭环控制线程、电机通讯线程、以及屏幕刷新线程。

另外用下面这个小屏幕来实时显示一些参数。

而大脑的软件框架就要庞大许多。除了基于�N腾的整个AI栈之外,还在系统中使用了一个做机械人常用的框架―― ROS,本质上是一个高性能的通讯中央件。

到现在电路方面已经有了脑子,还缺一个很主要的模块,那就是心脏,也就是此前设计的Ctrl-FOC驱动器。

作为Ctrl的二代作品,它的显示照样异常的猛的,在很小的体积之下, 实现了两路共100安 的无刷电机FOC控制,同时还顺便 驱动了前面60Kg的舵机,以及一个散热风扇。

此时,把结构零件和电路所有 整合起来,车辆的完全体就降生啦!

到了这里,稚晖君示意以上组装还算对照通例,接下来的注入灵魂才是要害。

这就要涉及到机械人了,机械人是一个庞大的系统,设计一台机械人的时刻,科学的方式是将机械人举行理论上的剖析,也就是运用运动学和动力学的建模,通过数学模子知道哪些事情是相对 容易的哪些是庞大的。

例如,这辆车子的控制代码中,有跨越50个主要参数:控制周期、反馈矩阵、PID增益、滤波器停止频率等。这些邪术数字要所有获得合理的设置,才气使系统进入稳固且快速收敛的状态。(这里可以类比深度学习的调参大法)

而一些物理参数的设置,如电机功率应该选多大的?飞轮质量应该选若干?

重心的漫衍应该怎样设置才对照合理?也都需要准确的数学模子举行指导才行。

在获得模子之后, 为了进一步验证理论的准确性,一样平常要在盘算机中举行仿真,这里稚晖君使用的是游戏引擎Unity――先在游戏引擎中构建一个虚拟的物理环境,赋给小车真实的的质量和重力, 接着将控制算法的盘算效果可视化出现出来。

这一步验证完成之后 ,另有一个sim2real的历程,也就是把仿真效果迁徙到现实环境中。实在这是一个很庞大的历程,由于现实中有更多的不确定性因素,许多情形下机械人往往在仿真中重拳出击,而在现实中“唯唯诺诺”秒变智障,有的甚至在仿真中也一言难尽。

同理,这辆车在调试的历程中也是异常艰辛的。

在这套系统中在姿态控制中,稚晖君使用的LQR控制器,偏向控制使用了经典的PID算法,传感器则是对加速率计和陀螺仪数据使用了二阶的巴特沃斯滤波器之后再通过卡尔曼滤波器举行数据融合,最终获得车身姿态。

终于,在经由稚晖君漫长的参数整定之后,控制算法终于收敛到了完善的效果!

你现在已经是一辆「成熟」的自行车了,是时刻拉出去遛一遛了证实自己了。

哇!可以看出它做到了静态保持静止:

这主要得益于合理的算法和设计,且当车子受到一定的袭击和突然增添负载的情形下,也能稳固地保持平衡。

甚至能在高危场景下保持平衡!就差在铁栅栏上舞蹈了。

再连系下后轮电机的驱动能力,让它「走两步」也毫无压力,而且刹车功效也是很正常的,有网友示意至少要比X撕辣强。

以是说若是人人某天晚上看到一辆会自己行驶的自行车也不要畏惧,它只是「成精了」而已。

到现在,能动的基本目的已经杀青,可是这就竣事了吗?

固然没有,接下来就是最令人期待的自动驾驶环节了!

这就要通过引入AI 来实现了,固然了话先说到前面,这里实现的自动驾驶也只是一定水平上的。

另外由于这个车子搭载了深度相机,在电脑上就可以看到车子WIFI实时的RGB图传画面,再连系一些AI算法即可实现一些有趣的功效,好比说自动避障、运动识别追随。

另外,自动驾驶怎么能少的了路径设计呢,此时车子搭载的激光雷达就排上了用场。激光雷达通过丈量激光发射到反射所需时间,再乘以光速就可以获得目的的距离位置。

由此360°成像的效果可获取摄像头加倍可靠的深度信息,将这些数据用于SLAM图与路径设计,最后就可以实现让自行车自主探索了。

不外稚晖君示意这只是“异常基础”的自动驾驶设计,另有许多地方需要改善。好比龙头的传统结构设计不太合理,若是换成谐波减速伺服电机直驱,那么行驶的稳固性将大幅度提升。

另外受限于整车功率,这套系统现在还无法载人,就只能真.无人驾驶了,然则若是换成电动车可能就纷歧样了(不外,这可能就是另外一个故事了)。

最后,稚晖君谈起最初设计这样一俩自行车的想法最早是由于看到清华大学曾研制了一款自动驾驶的自行车,还登上了Nature封面:

以是他就想着自己也复现一个类似的项目,并给车子起名为XUAN,这是由于轩是我国古代对车子的称谓。

Tips:本次项目的结构设计是所有开源的,有兴趣想要复现的同砚可以实验一下。

最后,说到稚晖君,人人估量都很熟悉了。现在稚晖君已经加入了“华为天才少年设计”。不管是做嵌入式的照样盘算机的,稚晖君都是诸多电子兴趣者钦佩的大佬。他本硕就读于电子科技大学,之后进入OPPO算法岗事情,现在已经是华为AI架构师。

实在稚晖君并非第一次这般“硬核”,AI 科技谈论曾报道过他自制B站百大Up奖杯,这位斜杠青年有云云充沛的精神输出高质量事情,让人人有种“平时上班的事情量照样太小了”的错觉。

作者:代滋润、陈大鑫、刘冰一;民众号:AI科技谈论

本文经微信民众号@AI科技谈论 授权宣布于人人都是产物司理。未经允许,阻止转载。

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