地平线RDK X3作为上层控制器的白蛋一号家庭巡检安防机器人应用介绍

时间： 2024-11-25 来源：D-Robotics官网

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（一）个人介绍

杜道锋，自动驾驶感知算法工程师，“白蛋一号”小型室内安防巡检机器人开发者。狂热的C++轮子制造爱好者，热衷于自主移动机器人开发，在SLAM、嵌入式系统以及视觉感知等方面有一定深入的了解（作者github链接：https://github.com/softdream）。

（二）产品介绍

为了适应老龄化社会的发展，加速家用小型服务型机器人的落地应用，本人开发了一款小型的适用于家庭环境下的家庭巡检安防机器人。本人将其命名为白蛋一号，其核心在于能够在家庭环境内自主巡航的同时监测家庭环境的异常状况（譬如老人跌倒、陌生人入侵、有害气体浓度、易燃气体浓度、烟雾浓度、火灾情况等等），并且能作为智慧家居的核心接入各种外设（空调、灯光、窗帘、睡眠检测仪等等），方便对智慧家居设备进行统一管理、调度和控制。产品整体外观如图1所示：

该产品主要应用的技术有：SLAM同时地图构建和定位技术、路径规划、路径平滑、路径跟踪、运动控制、任务决策、基于深度学习的视觉检测技术以及传感器检测技术。

（三）硬件构成

该机器人采用的是经典的两轮差速结构，其上搭载了激光雷达、RGB相机、编码器、IMU、烟雾传感器、温湿度传感器等各种外设。机器人的硬件设计采用了分层设计的思路，使用了两个控制器：对于底层各种传感器数据采集以及机器人的运动部分控制使用低成本、性能较小的单片机来完成，而对于上层则需要完成机器人的算法运行，并且需要驱动相机、激光雷达等对计算性能要求高的设备，因此采用性能强悍的SOC(片上系统)。这里使用了地平线的X3派作为上层控制器，其主频高达1.2GHz，有4个A53的核，板载了wifi模块，更为重要的是其上搭载来一个算力高达5Tops的NPU计算单元。

机器人的硬件框图如图2所示：

机器人的部分外设分布如图3所示：

机器人底层控制板如图4所示：

机器人上层控制器——地平线 RDK X3，如图5所示：

（三）软件方案

在机器人的软件开发方面，将抛弃常用的ROS框架，并尽量避免使用第三方库，从硬件驱动到算法的设计，都将以自己设计的轮子为主。

在底层驱动板中，主要实现了对各个传感器的数据采集和初步数据处理的功能，底层驱动板在获取到这些信息之后会直接通过串口上传至X3主控中供其下一步的处理。同时在底层驱动板中实现了对电机的控制功能，在接收到RDK X3主控下发的控制指令(主要是线速度和角速度)之后，会生成对应的pwm方波信号，控制两个直流电机的转速，从而让机器人完成移动动作。

在RDK X3主控中的程序主要分为两种：一种是用于应用支撑的基础程序，包括slam算法、里程计融合算法、路径规划算法、轨迹跟踪、机器人控制以及任务决策等算法，这些算法程序是构成自主移动机器人的支撑，是可以让机器人能够自主移动的关键。另一种是在上述算法基础上自定义的一些应用程序，由于此机器人主要是用来做巡防安检的，因此只针对这一块做一些定制化的应用功能，包括人体姿态检测算法、人脸识别算法等等，同时用户也可在二次开发时根据需要自己更改。

机器人的软件框架如图所示：