1-2 完成車身結構的拼裝

《ROS原理與技術應用》能力模塊一掌握車身硬件的搭建方法

任務二完成車身結構的拼裝導入

搭建一輛ROS智能車完成自動駕駛任務，首先必須知道ROS智能車都包括了哪些主要元件。智慧貓ROS智能車的結構主要部件包括決策單元、單線激光雷達、單點激光雷達、深度攝像頭、單目攝像頭、IMU、底盤控制單元以及驅動電機等。本任務希望同學們通過正確拆裝一些重要部件認識智慧貓ROS智能車的結構。目錄

CONTENTS0102決策單元環(huán)節(jié)感知單元03執(zhí)行單元新授一、決策單元

智慧貓ROS智能車的結構主要部件包括決策單元、單線激光雷達、單點激光雷達、深度攝像頭、單目攝像頭、IMU、底盤控制單元以及驅動電機等。一、決策單元決策單元（又稱上位機）選用了英偉達的JetsonNano，如圖1-2-1所示。JetsonNano外形小巧（約為100*80*30mm）卻功能強大，可以運行多個神經網(wǎng)絡、對象檢測、分割和語音處理等應用程序。JetsonNano搭載了四核ARMA57處理器，128核MAXWELLGPU及4GBLPD-DR內存，擁有足夠的計算能力實現(xiàn)智慧貓的自動駕駛功能。決策單元被安裝在智慧貓的線控底盤內部。決策單元（英偉達，JetsonNano）二、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、視覺傳感器以及慣性單元等，具體結構如下。智慧貓環(huán)境感知單元單點激光雷達單線激光雷達深度攝像頭IMU模塊單目攝像頭ABCDE二、環(huán)境感知單元（一）單線激光雷達單線激光雷達選用了鐳神智能LS01系列二維掃描測距的產品，如圖所示。該系列激光雷達可以在探測范圍內進行旋轉360°進行二維平面的掃描，從而產生空間的平面點云地圖信息。它使用了三角測量原理，性價比高；最大可承受的環(huán)境光強為20000lux；體積小，功耗低，壽命長，使用安全。鐳神智能LS01單線激光雷達被廣泛應用于室內建圖與導航場景，比如自動清掃機器人等。單線激光雷達被安裝在智慧貓的線控底盤車頭上方。單線激光雷達（鐳神智能，LS01B）二、環(huán)境感知單元（二）單點激光雷達單點激光雷達采用北醒TFminiPlus，如圖所示。TFminiPlus是一款小型化激光雷達模組短距離傳感器，基于TFmini升級而來。TFminiPlus繼承了TFmini低成本、小體積和低功耗的三大優(yōu)勢，進一步提升了產品整體性能——提高輸出幀率，縮小測距盲區(qū)，提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性及準度。與此同時，增加IP65級防護，優(yōu)化各類補償算法，極大的拓寬了其應用領域和場景，被應用于自動駕駛車輛短距離測距，可以彌補毫米波雷達測距盲區(qū)。單點激光雷達被安裝在智慧貓的線控底盤車頭前方。單點激光雷達（北醒，TFminiPlus）二、環(huán)境感知單元（三）深度攝像頭深度攝像頭采用奧比中光Astra傳感攝像頭，如圖所示。Astra深度攝像頭擁有人臉識別、手勢識別、人體骨架識別、三維測量、環(huán)境感知、三維地圖重建等多項功能，讓硬件設備擁有一雙感知環(huán)境的“智慧之眼”，被廣泛運用于人機交互識別（如家庭游戲機、手機、服務機器人等）、汽車自動駕駛輔助等領域。它通用性較強，測量范圍大、應用場景多，適用于各類開發(fā)者進行原型機開發(fā)。深度攝像頭被安裝在智慧貓的線控底盤車頭前方。深度攝像頭（奧比中光，Astra）二、環(huán)境感知單元（四）單目攝像頭單目攝像頭是可以通過USB連接的工業(yè)高清攝像頭，如圖所示。這款單目攝像頭采用了CMOS感光元件，135度廣角無畸變，像素高達210萬，最大分辨率1920*1080，工作電壓5V，工作電流在120mA到220mA之間。它使用場景廣，能在室內外部署，可以滿足智慧貓普通圖像采集的任務。單目攝像頭也是被安裝在智慧貓的線控底盤車頭前方。單目攝像頭二、環(huán)境感知單元（五）IMU模塊智慧貓所采用的IMU模塊（如圖所示）能夠與ROS進行通信。這款IMU模塊內部集成了高精度的傳感器（包括3軸陀螺儀、3軸加速度計以及3軸磁力計）。它集成的姿態(tài)解算器配合動態(tài)卡爾曼濾波算法，能夠在動態(tài)環(huán)境下準確輸出模塊的當前姿態(tài)，穩(wěn)定性極高。并且為物體在3維空間中的確定方位提供了精確的計算數(shù)據(jù)，如歐拉角、四元數(shù)和常用的翻滾/俯仰/偏航的方向數(shù)據(jù)。采用數(shù)字濾波技術，能夠降低測量噪聲，提高測量精度。IMU模塊被安裝在智慧貓的線控底盤內部。IMU模塊三、執(zhí)行單元（一）底盤控制單元底盤控制單元是行云新能公司自主研發(fā)的產品，它采用了容易上手編程學習的ArduinoMega2560作為核心板。ArduinoMega2560是基于Atmega2560芯片的微控制板，有54路數(shù)字輸入/輸出端口（其中15個可以作為PWM輸出），16路模擬輸入端口，4路UART串口，16MHz的晶振，USB連接口，電池接口，ICSP頭和復位按鈕。智慧貓ROS智能車的執(zhí)行單元主要由底盤控制單元及驅動電機等部件組成。底盤控制單元三、執(zhí)行單元（一）底盤控制單元底盤控制單元包含的4路微型直流有刷電機驅動模塊能夠根據(jù)核心板發(fā)出的指令，精準地為4個車輪的驅動電機實現(xiàn)速度和旋轉方向控制。底盤控制單元包含的降壓模塊可以將電池送過來的12V降壓成5V后輸出給決策單元。底盤控制單元包含的TTL轉USB模塊能將從單線激光雷達和單點激光雷達串行接口信號轉成符合USB通信協(xié)議的信號，并傳送給決策單元。底盤控制單元三、執(zhí)行單元（二）驅動電機驅動電機（如圖所示）選用了線控性較好的微型直流有刷電機，自帶編碼器和減速機構。編碼器有A、B雙相輸出，可以辨識電機旋轉方向。大減速比的減速機構則將電機旋轉速降低并增大旋轉扭矩，實現(xiàn)電機與車輪剛性連接，保證控制精準度。驅動電機被安裝在智慧貓的線控底盤內部，輸出軸則伸出底盤外部通過聯(lián)軸器直接連接車輪。驅動電機任務實施一、任務準備（一）軟件、硬件準備（二）安全要求及注意事項1.智慧貓ROS智能車2.螺絲刀套裝、螺絲分類盒11.拆解小車部件時注意分類擺放整齊22.符合6S管理要求。

二、實施步驟

步驟1：拆除外殼及其附件，具體操作如下：

（1）使用十字螺絲刀拆除智慧貓ROS智能車多功能貨艙，如圖所示。

（2）使用十字螺絲刀拆除拆除智慧貓ROS智能車貨艙密封墊，如圖所示二、實施步驟

步驟2：拆解與認識智慧貓內部組件，具體操作如下：

（1）使用十字螺絲刀拆除拆除智慧貓ROS智能車的IMU模塊及其支架，如圖所示。這個IMU模塊是通過USB連接線對外輸出信號的。

二、實施步驟

步驟2：拆解與認識智慧貓內部組件，具體操作如下：

（2）拆除智慧貓ROS智能車的底盤控制模塊。如圖所示。如果拆解過程需要拔除連接線束，請注意拍照記錄線束連接情況。拔除線束過程注意接頭卡扣，不要損壞二、實施步驟

步驟2：拆解與認識智慧貓內部組件，具體操作如下：（3）拆除智慧貓ROS智能車決策單元及USB擴展槽。如果拆解過程需要拔除連接線束，請注意拍照記錄線束連接情況。決策單元USB擴展槽

二、實施步驟

步驟2：拆解與認識智慧貓內部組件，具體操作如下：

（4）使用十字螺絲刀拆除拆除智慧貓ROS智能車的深度攝像頭、單目攝像頭、單線激光雷達，如圖所示

二、實施步驟

步驟2：拆解與認識智慧貓內部組件，具體操作如下：

（5）使用十字螺絲刀拆除拆除主控單元、驅動單元的支架板，如圖所示

二、實施步驟

步驟2：拆解與認識智慧貓內部組件，具體操作如下：

（5）使用十字螺絲刀拆除拆除主控單元、驅動單元的支架板后的底盤，如圖所示

二、實施步驟

步驟3：安裝智慧貓組件，具體操作如下：（1）安裝過程與拆解步驟相反。需要注意的是同一個部件或支架有多顆緊固螺絲時，需要同步擰緊。盡量避免完全擰緊某顆螺絲再擰緊下一顆的情況。（2）如果拆解過程拔除了連接線束，請注意按照拔除前拍的照片