一、面向?qū)I(yè)和課程

　　面向?qū)I(yè)：機(jī)器人工程、自動(dòng)化、人工智能、電子、信息科學(xué)、機(jī)電等專業(yè)

　　適用課程：ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)、機(jī)器人控制、Python編程、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)

　　二、產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)

　　ROS機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)采用資源豐富、性能強(qiáng)大的樹(shù)莓派4B/旭日X3派平臺(tái)，配合以STM32F407單片機(jī)作為核心的底層運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)算能力和運(yùn)動(dòng)控制效果極佳。底盤(pán)采用類車型的阿克曼底盤(pán)，模擬汽車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的算法驗(yàn)證。隨車配備激光雷達(dá)、IMU、輪速里程計(jì)、深度相機(jī)、語(yǔ)音識(shí)別模塊等多種傳感器，可實(shí)現(xiàn)各種場(chǎng)景的軟件編程實(shí)踐，可直接在其基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的學(xué)生競(jìng)賽訓(xùn)練以及工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。

　　ROS機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)運(yùn)算能力和資源配置大幅提高。不僅可以進(jìn)行嵌入式Linux系統(tǒng)以及ROS系統(tǒng)的實(shí)踐與開(kāi)發(fā)，同樣能夠駕馭處理速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。采用阿克曼底盤(pán)結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型最接近真實(shí)汽車結(jié)構(gòu)，輕松驗(yàn)證自動(dòng)駕駛的各類控制算法;在Ubuntu18/20下的ROS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了多種SLAM框架下的建圖、導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、圖像識(shí)別等算法和例程，可直接在其基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的學(xué)生競(jìng)賽訓(xùn)練以及工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。

　　ROS機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)具備如下功能：

　　1. 采用最新版本的樹(shù)莓派4B/旭日X3派平臺(tái)，運(yùn)算能力和資源配置大幅提高。不僅可以進(jìn)行嵌入式Linux系統(tǒng)以及ROS系統(tǒng)的實(shí)踐與開(kāi)發(fā)，同樣能夠駕馭處理速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如競(jìng)速小車、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺(jué)等;

　　2. 采用阿克曼底盤(pán)結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型最接近真實(shí)汽車結(jié)構(gòu)，輕松驗(yàn)證自動(dòng)駕駛的各類控制算法;

　　3. 根據(jù)智能車的控制特點(diǎn)深度定制基于ARM Cortex-M4單片機(jī)的底盤(pán)控制器，將單片機(jī)大部分資源進(jìn)行利用，可在此平臺(tái)完成單片機(jī)相關(guān)課程的所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)能夠進(jìn)行RT-Thread等微型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與教學(xué);

　　4. 在Ubuntu18/20下的ROS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了多種SLAM框架下的建圖、導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、圖像識(shí)別等算法和例程，可直接在其基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的學(xué)生競(jìng)賽訓(xùn)練以及工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā);

　　5. 支持中國(guó)機(jī)器人及人工智能大賽、中國(guó)智能機(jī)器人格斗及競(jìng)技大賽等國(guó)家級(jí)A類賽事。提供競(jìng)賽Demo程序，快速實(shí)現(xiàn)競(jìng)賽任務(wù)。

　　三、產(chǎn)品功能和特點(diǎn)

　　1. 資源豐富的機(jī)器人控制主機(jī)

　　ROS機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)主機(jī)可根據(jù)用戶的需求選配樹(shù)莓派4B(4GB內(nèi)存)或地平線旭日X3派(4GB內(nèi)存)兩種不同的主機(jī)。樹(shù)莓派4B具有極高的CPU處理能力，搭載四核1.5GHz的Cortex-A72處理器，搭載2.4G/5G頻段的WiFi模塊，配備4個(gè)USB接口、1個(gè)千兆以太網(wǎng)口和2個(gè)micro HDMI接口，具有非常強(qiáng)大的可擴(kuò)展性，其開(kāi)發(fā)生態(tài)十分完善，可以輕松的獲取相關(guān)的開(kāi)發(fā)資源。地平線旭日X3派是新晉國(guó)產(chǎn)機(jī)器人控制主機(jī)，其不僅擁有四核1.2GHz的處理器，還擁有一個(gè)用于運(yùn)行人工智能算法的BPU，算力可達(dá)5Tops(INT8)，能夠兼顧機(jī)器人復(fù)雜控制算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等AI算法。產(chǎn)品出廠的任一款主機(jī)均搭載Ubuntu系統(tǒng)和ROS機(jī)器人控制框架，并提供豐富的功能案例;

　　2. 自主研發(fā)的高性能運(yùn)動(dòng)控制器

　　底盤(pán)控制器采用STM32F407高性能ARM處理器，主頻高、資源豐富。可實(shí)現(xiàn)電池電量監(jiān)測(cè)、電池充電管理、IMU姿態(tài)數(shù)據(jù)采集與解算、OLED顯示界面、SPI的Flash讀寫(xiě)、PWM方式的電機(jī)調(diào)速與轉(zhuǎn)速PID控制、編碼器數(shù)據(jù)采集與車速計(jì)算、阿克曼底盤(pán)運(yùn)動(dòng)解析及控制接口、藍(lán)牙無(wú)線串口通信接口、WiFi網(wǎng)絡(luò)通信接口、與樹(shù)莓派的數(shù)據(jù)通信;控制器進(jìn)行深度定制，不僅支持c/c++開(kāi)發(fā)，同時(shí)可支持python語(yǔ)言開(kāi)發(fā);

　　3. 靈活易用的開(kāi)源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

　　底盤(pán)控制器搭載國(guó)產(chǎn)優(yōu)秀的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RT-Thread，實(shí)現(xiàn)所有內(nèi)核功能模塊調(diào)用、Finsh shell命令行交互模塊。可擴(kuò)展文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理、支持Python編程的MicroPython系統(tǒng)框架、基于四輪差速底盤(pán)智能車的控制系統(tǒng)框架;提供RT-Thread操作系統(tǒng)的完整例程和教學(xué)課程;

　　4. 豐富的ROS機(jī)器人開(kāi)發(fā)案例

　　搭載Ubuntu版本 Linux操作系統(tǒng)，配置ROS及相關(guān)開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)ROS核心通信機(jī)制及組件、對(duì)底盤(pán)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及運(yùn)動(dòng)控制、ROS分布式遠(yuǎn)程開(kāi)發(fā)、攝像頭數(shù)據(jù)采集與處理、基于激光雷達(dá)的SLAM建圖算法(gmapping/hector/karto/cartographer)、movebase導(dǎo)航框架實(shí)現(xiàn)(Navfn/Global全局規(guī)劃器;DWA/TEB局部路徑規(guī)劃器)、聲源定位、語(yǔ)音識(shí)別、Gazebo仿真環(huán)境、基于openCV的人臉識(shí)別、車道線識(shí)別、巡線、基于激光雷達(dá)的人體跟隨功能，提供完整代碼;

　　5. 自主機(jī)器人開(kāi)發(fā)進(jìn)階功能與案例

　　基于編碼器、激光雷達(dá)以及IMU的多傳感器融合里程計(jì)，多機(jī)編隊(duì)協(xié)同，鍵盤(pán)/圖形界面/無(wú)線手柄等多種方式控制小車，機(jī)器人自動(dòng)探索建圖，多點(diǎn)導(dǎo)航，上電自主完成預(yù)設(shè)任務(wù)(電池電量低自動(dòng)停車并自動(dòng)回家)，深度學(xué)習(xí)框架的部署。