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1、智能無人避障車項目報告任超，杜聿博一、項目概述本項目旨在開發(fā)出能夠通過雙目攝像頭傳感器自行識別障礙物并減速或停車避讓的智能無人車。項目組有意在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)，最終達到將無人駕駛前沿技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，使自動駕駛技術(shù)能夠落地日常生活，低成本地實現(xiàn)輕量級配送服務(wù)的智能自動化無人配送車，并且為此做了一些努力，將一同在下文說明。二、項目內(nèi)容1.立項依據(jù)最近電商市場不斷發(fā)展，物流行業(yè)也覆蓋全國，將從傳統(tǒng)的人力物流向現(xiàn)代智慧物流體系轉(zhuǎn)型。在“互聯(lián)網(wǎng)+"、中國制造與工業(yè)4.0等政策影響下,智慧物流也因此成為物流行業(yè)轉(zhuǎn)型重點。但是現(xiàn)在底層物流仍然依靠原始的人力運輸，成本很高且非常低效，為了節(jié)
2、省成本，快遞公司通常會設(shè)置取貨點，快遞員送到取貨點后用戶自行取件，對于居住點離快遞點比較遠又沒有時間的用戶來說不夠方便，因此一種低成本的配送方式是很必要的。與此同時，無人駕駛技術(shù)趨近成熟，智能圖像識別技術(shù)發(fā)展很快，所以發(fā)展基于圖像識別技術(shù)導航的智能無人配送車成為一種可能的解決方案。本次先實現(xiàn)避障的功能，為最終達到智能無人配送車打下基礎(chǔ)。2.項目意義通過利用計算機視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對最基本且重要的小車避障能力實現(xiàn)，為之后實現(xiàn)其他功能探索可行性和方法。3.項目邏輯智能無人配送車依賴于多方面的突破和創(chuàng)新，關(guān)鍵技術(shù)包括環(huán)境感知、邏輯推理和決策、運動控制、處理器性能等。技術(shù)最關(guān)鍵的地方，
3、是在感知層。通過雙目攝像機，用相機成像原理進行定位，用深度學習，對圖像進行物體識別，用深度相機定位，跟蹤。然后提高準確度和精度，讓小車可以安全地在環(huán)境中行走。1、環(huán)境感知環(huán)境感知就像我們?nèi)祟惖囊曈X，聽覺一樣，也就是利用各樣的傳感器對周圍環(huán)境進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，以獲取周邊環(huán)境信息，并對收集到的信息進行數(shù)據(jù)處?？梢哉f環(huán)境感知是智能無人配送車實現(xiàn)精確定位，主動避障和自適應(yīng)路徑選擇等高級智能行為的基礎(chǔ)和先決條件。檢測：小車通過雙目攝像頭的深度學習來獲取訓練數(shù)據(jù)，采用了Facebook人工智能研究院開源的MaskR-CNN算法，這種算法速度很快，能夠識別數(shù)十種不同物體且很精確（能夠為物體提
4、供精確的分割掩碼）。識別：算法中搭載2個MaskR-CNN模型，一個利用雙目攝像頭，通過COCO2014數(shù)據(jù)集訓練對障礙物的識別，通過對比左右攝像頭的圖像確定目標物體的深度（距離），因此可以對車前方的障礙物進行識別，測距，從而進行避障；另一個通過在科大東區(qū)實地采集的白線照片生成數(shù)據(jù)集訓練對白線的識別，通過對路邊地標線（白線）的識別和定向，可以識別路的走向，再借助陀螺儀提高精度，從而實現(xiàn)導航。（圖：攝像頭得到的原圖和處理后的圖片對比（白線，障礙物））跟蹤：通過對比連續(xù)的兩張取到的圖片，在圖中匹配識別到的物體。識別的依據(jù)主要為被識別區(qū)域的彩色直方圖，將直方圖配對的認為是同一個物體，這
5、樣可以計算出它的運動速度，從而估計其軌跡。2、運動決策設(shè)定小車的狀態(tài)集合為：I={直線正常速度行駛、直線低速行駛、直線微調(diào)、直角拐彎、停車}。小車設(shè)置內(nèi)外安全范圍，外層之外的障礙物視為無，內(nèi)層之外外層之內(nèi)的進行跟蹤，內(nèi)層之內(nèi)的視為危險。若測量沒有障礙物影響軌跡，并且直線方向與小車坐標系中小車前進方向夾角在正負10度范圍內(nèi)，則小車處于直線正常速度行駛狀態(tài)；如果檢測到有物體在小車的外層安全距離范圍內(nèi)，那么小車處于直線低速行駛狀態(tài)；如果小車檢測到白線方向偏離，或者小車到白線的距離不在正常范圍內(nèi)，那么進入直線微調(diào)狀態(tài)；如果根據(jù)地圖檢測到行駛到了路口，則進入直角拐彎狀態(tài)；如果有任何物體進入
6、小車的內(nèi)層安全距離范圍內(nèi)，則進入停車狀態(tài)。停車狀態(tài)優(yōu)先于其他所有狀態(tài)。3、運動控制控制指令由主機通過USB串口與Arduino通信，Arduino向電機發(fā)送指令來操控電機。兩邊履帶的轉(zhuǎn)速，由電機編碼器實時向決策系統(tǒng)反饋，轉(zhuǎn)角由陀螺儀向決策系統(tǒng)反饋。例如轉(zhuǎn)向指令，在底層封裝好，上位機只需要調(diào)用相應(yīng)的接口即可。最后通過各個部分共同配合，完成對小車較為精準的控制。4.實物結(jié)構(gòu)（圖：小車實物圖）小車主要有上下位機，動力系統(tǒng)，傳感器組成。雙目攝像頭主機散熱風扇ups電源底盤1、上位機為了滿足實時地處理攝像頭取到的圖片，要求安裝GPU且對GPU的要求很高，因此不得不采用帶有GTX1080ti
7、的GPU的主機電腦作為上位機，小車和電腦共同由UPS電源作為供電設(shè)備。2、下位機下位機采用Arduibo控制電機，采用USB串口與主機通信。3、動力系統(tǒng)小車選擇了含有履帶的底盤作為動力裝置。四段履帶由四個電機控制，電機通過編碼器，與Arduino連接。在編碼器中，將一邊的兩個履帶封裝在一起，統(tǒng)一控制。編碼器可以記錄兩邊履帶所行走的圈數(shù)。測量每圈的周長，則可以根據(jù)編碼器算出前行的距離。小車的轉(zhuǎn)向，靠兩邊履帶轉(zhuǎn)動的速度差來實現(xiàn)。4、傳感器傳感器以雙目攝像機為主要傳感器，再添加一個陀螺
