华为天才少年造出自动驾驶单车图纸已开源硬件成本一万

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这就是B站“野生钢铁侠”稚晖君耗时4个月时间(基本只是周末),打造出的全新项目XUAN (轩)。

硬件改造:因为自行车是一个欠驱动系统,所以先要做的就是让它站稳,然后跑起来。这一步将涉及一套复杂的自动控制系统。

智能化:毕竟自动驾驶嘛,“工具人”就得被抹去。因此,这一步便是搭载一整套传感器组成的感知网络,以及一个算力足够强大的计算芯片作大脑。

软件和算法:最后一步,便是在上述的硬件基础上,开发、实现一套感知和控制算法。稚晖君称之为“注入灵魂”。

而左右方向上,运动过程中靠的是龙头的左右调节,获取转向的加速度,以此抵消重力的影响。像这样:

简单来说,当车子在重力作用下发生倾倒,就用动量轮来产生一个相反力矩,抵消掉重力力矩。

具体而言,稚晖君在这辆死飞座位下方安装了一个无刷电机,目的是驱动一个金属的动量轮。

而在座位后方,他也安装了一个无刷电机,这个目的则是靠摩擦力来驱动后轮,让自行车整体前后运动。

稚晖君本是想用3D打印来完成这两个零件的加工,但碍于材料硬度和刚性不足,所以金属材料成为了此次的首选。

简单来说,小脑用来控制实时行动;大脑则负责耗费算力、高时延的感知和决策。

ESP32是一种低成本、低功耗的单片机控制器,集成Wi-Fi和双模蓝牙。

基于FreeRTOS(一个开源嵌入式实时操作系统),稚晖君搭建了小脑的RPC通信框架,用来实现传感器的数据处理,以及电机的控制算法。

“大脑”则是昇腾310。这是昇腾系列的边缘计算芯片,基于达芬奇架构,最高能够提供22TOPs的算力。

于是,在深度相机、激光雷达等传感器的帮助之下,这辆自行车能够检测出周围的物体,实现避障和跟随:

当然啦,“成精”的自行车,不仅要有头脑,还要有一颗强劲的“心脏”来驱动它工作。

而XUAN的“心脏”来自稚晖君的另一个项目,Ctrl-FOC矢量控制驱动器。

值得一提的是,稚晖君的这一FOC驱动器有两个版本的设计方案,其中一个版本,电路设计为上下叠板设计,将逻辑单元和功率单元分开。也就是说,只需要替换掉驱动电路,就可以匹配更大功率的电机。

具体到XUAN这个项目,下图中这么大点的驱动器,最终实现了两路共100A的无刷电机FOC控制,还驱动了车头60kg扭力舵机和散热风扇。

稚晖君表示,这辆自动驾驶自行车的控制代码中,有超过50个重要参数,包括控制周期、反馈矩阵、PID增益、滤波器截止频率等等。

在数学建模之后,稚晖君还采用了游戏引擎Unity作为仿真环境,像正经自动驾驶研发那样,先在仿真环境里让自行车跑了个踏实。

另外,也有网友提出,用动量轮来控制平衡属于某种意义上的作弊。对此,稚晖君回应:现在的龙头传动结构设计不太合理,之后会尝试只用龙头控制平衡。

有关“栈溢出工程师”、“野生钢铁侠”稚晖君,想来关注B站科技区的小伙伴们已经很熟悉了。

稚晖君本名彭志辉,2018年毕业于电子科技大学,2020年通过“天才少年计划”加入华为。

清华的自行车模仿的是人类行为,没有使用动量控制,而稚晖君的“轩”则涉及到了动量控制。

此外,在龙头方面,稚晖君表示在改进过后,也可以实现清华的控制方式(移动过程使用龙头平衡,静止状态使用动量平衡)。

XUAN里的“U”,代表的意思是unNATURAL,“正经翻译”就是——没上过Nature……

哦对了,是时候该揭晓XUAN的造价了——据大神本人不完全统计,超3万元。

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原标题:《华为天才少年造出自动驾驶单车!图纸已开源,硬件成本一万,B站老板:重新定义「自行」车》

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