任務(wù)二 完成車身結(jié)構(gòu)的拼裝

學(xué)習(xí)目標(biāo)

知識(shí)索引

情境導(dǎo)入

獲取信息

決策單元

決策單元（又稱上位機(jī)）選用了英偉達(dá)的Jetson Nano，如圖1-2-1所示。Jetson Nano外形尺寸小巧（約為100mm×80mm×30mm），功能卻很強(qiáng)大，可以運(yùn)行多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、對(duì)象檢測(cè)、分割和語(yǔ)音處理等應(yīng)用程序。Jetson Nano搭載了四核ARM A57處理器，128核MAXWELL GPU及4GB LPD-DR內(nèi)存，擁有足夠的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)智慧貓的自動(dòng)駕駛功能。決策單元被安裝在智慧貓的線控底盤內(nèi)部。

環(huán)境感知單元

智慧貓ROS智能車使用的環(huán)境感知單元主要包括激光雷達(dá)、視覺(jué)傳感器以及慣性導(dǎo)航單元等。

一、單線激光雷達(dá)

單線激光雷達(dá)選用了二維掃描測(cè)距產(chǎn)品，如圖1-2-2所示。該系列激光雷達(dá)可以在探測(cè)范圍內(nèi)進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，完成二維平面的掃描，從而產(chǎn)生空間的平面點(diǎn)云地圖信息。它使用了三角測(cè)量原理，性價(jià)比高；最大可承受的環(huán)境光強(qiáng)為20000lux；體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、使用安全。單線激光雷達(dá)被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)建圖與導(dǎo)航，比如自動(dòng)清掃機(jī)器人等。單線激光雷達(dá)被安裝在智慧貓的線控底盤車頭上方。

二、單點(diǎn)激光雷達(dá)

單點(diǎn)激光雷達(dá)具有低成本、小體積和低功耗的三大優(yōu)勢(shì)，提高了輸出幀率、縮小了測(cè)距盲區(qū)、提高了數(shù)據(jù)穩(wěn)定性及準(zhǔn)度進(jìn)一步提升了產(chǎn)品整體性能。與此同時(shí)，單點(diǎn)激光雷達(dá)拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)景，被應(yīng)用于自動(dòng)駕駛車輛短距離測(cè)距，可以彌補(bǔ)毫米波雷達(dá)測(cè)距的缺點(diǎn)。單點(diǎn)激光雷達(dá)被安裝在智慧貓的線控底盤車頭前方，如圖1-2-3所示。

三、深度攝像頭

深度攝像頭是一種能夠感知場(chǎng)景深度信息的相機(jī)，可以獲取像素點(diǎn)到攝像頭的距離，生成3D點(diǎn)云。如圖1-2-4所示。深度攝像頭擁有人臉識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、人體骨架識(shí)別、三維測(cè)量、環(huán)境感知、三維地圖重建等多項(xiàng)功能，讓硬件設(shè)備擁有一雙感知環(huán)境的“智慧之眼”，被廣泛運(yùn)用于人機(jī)交互識(shí)別（如家庭游戲機(jī)、手機(jī)、服務(wù)機(jī)器人等）、汽車自動(dòng)駕駛輔助等領(lǐng)域。深度攝像頭被安裝在智慧貓的線控底盤車頭前方。

四、單目攝像頭

單目攝像頭是可以通過(guò)USB連接的工業(yè)高清攝像頭，如圖1-2-5所示。這款單目攝像頭采用了CMOS感光元件，視角為135°，且廣角無(wú)畸變，具有210萬(wàn)像素，最大分辨率為1920×1080，工作電壓5V，工作電流在120～220mA之間。它使用場(chǎng)景廣，能在室內(nèi)外部署，可以滿足智慧貓普通圖像采集的任務(wù)。單目攝像頭也被安裝在智慧貓的線控底盤車頭前方。

五、IMU

智慧貓所采用的IMU（慣性導(dǎo)航單元，圖1-2-6）能夠與ROS進(jìn)行通信。這款I(lǐng)MU內(nèi)部集成了高精度傳感器（包括3軸陀螺儀、3軸加速度計(jì)以及3軸磁力計(jì)）。它集成的姿態(tài)解算器配合動(dòng)態(tài)卡爾曼濾波算法，能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境下準(zhǔn)確輸出模塊的當(dāng)前姿態(tài)，穩(wěn)定性極高，并且為物體在3維空間中確定方位提供了精確的計(jì)算數(shù)據(jù)，可以包括歐拉角、四元數(shù)和常用的翻滾/俯仰/偏航的方向數(shù)據(jù)。該IMU采用數(shù)字濾波技術(shù)，能夠降低測(cè)量噪聲，提高測(cè)量精度。IMU被安裝在智慧貓的線控底盤內(nèi)部。

執(zhí)行單元

智慧貓ROS智能車的執(zhí)行單元主要由底盤控制單元及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部件組成。

一、底盤控制單元

底盤控制單元（圖1-2-7）是行云新能公司自主研發(fā)的產(chǎn)品，它采用了容易上手編程學(xué)習(xí)的Arduino Mega 2560作為核心板。Arduino Mega 2560是基于Atmega 2560芯片的微控制板，有54路數(shù)字輸入/輸出端口（其中15個(gè)可以作為PWM輸出）、16路模擬輸入端口、4路UART串口、16MHz的處理器、USB連接口、電池接口、ICSP頭和復(fù)位按鈕。

底盤控制單元包含的4路微型直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，能夠根據(jù)核心板發(fā)出的指令，精準(zhǔn)地控制4個(gè)車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度和旋轉(zhuǎn)方向。底盤控制單元包含的降壓模塊可以將電池送過(guò)來(lái)的12V電源降成5V后輸出給決策單元。底盤控制單元包含的TTL轉(zhuǎn)USB模塊，能將單線激光雷達(dá)和單點(diǎn)激光雷達(dá)串行接口信號(hào)轉(zhuǎn)成符合USB通信協(xié)議的信號(hào)，并傳送給決策單元。

二、驅(qū)動(dòng)電機(jī)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)（圖1-2-8）選用了線控性能較好的微型直流有刷電機(jī)，自帶編碼器和減速機(jī)構(gòu)。編碼器有A、B雙相輸出，可以辨識(shí)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。大減速比的減速機(jī)構(gòu)則將電機(jī)轉(zhuǎn)速降低并增大轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與車輪的剛性連接，保證控制精準(zhǔn)度。驅(qū)動(dòng)電機(jī)被安裝在智慧貓的線控底盤內(nèi)部，輸出軸則伸出底盤外部通過(guò)聯(lián)軸器直接連接車輪。

任務(wù)分組

工作計(jì)劃

掃描二維碼了解智慧貓小車拆裝步驟，結(jié)合前面所了解的知識(shí)內(nèi)容和小組內(nèi)部討論的結(jié)果，制定工作方案，落實(shí)各項(xiàng)工作負(fù)責(zé)人，如任務(wù)實(shí)施前的準(zhǔn)備工作、實(shí)施中主要操作及協(xié)助支持工作、實(shí)施過(guò)程中相關(guān)要點(diǎn)及數(shù)據(jù)的記錄工作等。

進(jìn)行決策

1.各組派代表闡述資料查詢結(jié)果。

2.各組就各自的查詢結(jié)果進(jìn)行交流，并分享技巧。

3.教師結(jié)合各組完成的情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，選出最佳方案。

任務(wù)實(shí)施

評(píng)價(jià)反饋

1.各組代表展示匯報(bào)PPT，介紹任務(wù)的完成過(guò)程。

2.以小組為單位，請(qǐng)對(duì)各組的操作過(guò)程與操作結(jié)果進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，并將結(jié)果填入綜合評(píng)價(jià)表中的小組評(píng)價(jià)部分。

3.教師對(duì)學(xué)生工作過(guò)程與工作結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果填入綜合評(píng)價(jià)表中的教師評(píng)價(jià)部分。