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f7824852e9
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@ -0,0 +1,207 @@
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割草机器人方案设计V2.1
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一、整体方案设计
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1、传感器
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UWB、双目摄像头、里程计及IMU、超声波、GPS
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2、方案介绍
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3、功能介绍
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（1）无需预埋边界线，边界自动感知
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（2）实现大型障碍物自助标注
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（3）割草机器人工作过程中实时定位
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（4）适应高低不平草坪，实现无障碍运行
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（5）小型障碍物实时避障
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（6）路径规划实现全覆盖
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4、进度规划
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二、底盘结构方案
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1、硬件平台
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四驱悬挂小车
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2、方案
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（1）购买包括IMU和里程计在内的四驱悬挂小车，直接进行后续算法验证
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定制方案还在跟商家确认中。
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（2）搭建硬件平台，自行设计电路板，包括电机驱动、惯导、蓝牙、超声波模块等
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3、负责人
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余林、马涛锋、罗瑞笛
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三、定位方案
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1、传感器设备
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UWB基站：UWB天线x3，dw1000芯片x3，IMU里程计，stm32平台
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UWB标签：UWB天线x1，dw1000芯片x1，stm32平台
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2、方案
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（1）第一步：UWB基站定位
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将一个UWB基站固定在割草机器人上，两个（及以上）UWB标签中的一个安装在充电桩上，设定为坐标原点，其余标签安装在草坪上，并记录下标签坐标。
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UWB基站与标签通信，通过测量标签信号到达基站不同天线的信号相位以及信号飞行时间，计算标签相对基站的坐标，从而解算得到割草机器人此时的坐标（x,y）以及偏航角θ。
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（2）第二步：UWB+IMU融合定位
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将UWB定位信息以及IMU里程计获取的状态信息，使用卡尔曼滤波算法做融合定位，算法过程如下：
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机器人从充电桩出发，机器人初始坐标、偏航角x0=[x0 y0 θ0]T，IMU获取机器人的初始速度、角速度u0=[v0 w0]T。
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UWB基站与标签通信获取当前的测量信息yk=[x y θ]T。
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根据上一刻IMU获取的速度角速度uk−1=[v w]T，以及上一刻机器人的坐标和偏航角估计值xk−1，通过运动学模型，得到当前坐标偏航角的预测信息xk=[x y θ]T。
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读取IMU此刻的速度、角速度uk。计算卡尔曼增益K，将预测信息与测量信息数据融合，得到算法估计的坐标和偏航角信息xk=xk+K(yk−xk)。
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重复2-4步骤。
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3、负责人
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张迪、许洪裱、卢瑞飞
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四、路径规划方案
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1、传感器设备
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栅格化地图
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2、输入输出
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输入：机器人半径（m）、位姿（x,y,θ）、地图png格式。
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输出：线速度（m/s）、角速度(rad/s)。
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输入：机器人半径float32（m）、
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位姿（x,y,θ）；geometry_msgs/Pose2D
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float64 x
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float64 y
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float64 theta
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地图(png格式)。
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输出：geometry_msgs/Vector linear
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float64 x
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float64 y
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float64 z
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geometry_msgs/Vector angular
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float64 x
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float64 y
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float64 z
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线速度（m/s）、角速度(rad/s)。
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2、方案
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（1）全覆盖路径规划
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预处理部分先根据机器人的半径计算出覆盖曲线的间距，接下来对输入的地图数据进行膨胀，然后使用牛耕法进行路径规划形成己字形路线。使用牛耕法先是对地图进行长短边计算，计算出最佳的旋转矩阵，将地图进行旋转。然后是进行区间分割并记录每个区间的中心点，根据不同区间中心点计算遍历顺序，各区间内部形成覆盖路线。最后将得出的路线通过旋转矩阵将坐标点仿射变换到原图上。
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false
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（2）局部避障算法
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先通过机器人数学模型采集机器人速度样本，并预测模拟出在样本速度下一段时间内生成的运动轨迹，并对这些运动轨迹进行标准评价，选择出一组最优轨迹，机器人按照最优轨迹运动。机器人的运动姿态和方向是由机器人当前的线速度及角速度 (转向速度) 共同决定的。
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false
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3、负责人
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林跃航、李瑞瑞
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五、视觉避障方案
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1、传感器设备
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双目摄像头：100度无畸变/2.1mm 两个
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2、方案
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（1）极线矫正
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极线矫正包括相机内外参数标定，相机矫正参数计算以及立体矫正。
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（2）目标检测
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目标检测检测出物体，返回目标类别和目标框位置。
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（3）基于模板匹配的测距方法
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获得目标框在右图的位置，对左图搜索目标框的内容，搜索的y轴范围与右图目标框的位置一致，x轴范围为全部。返回搜索结果的目标框对应位置。左右图目标框位置的水平位置作差，即为视差。
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（4）视差转为三维坐标
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基于目标框的像素宽度，目标物体的距离得到目标的宽。基于目标框的中心点位置获得目标角度。
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false
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3、负责人：洪楚原、钟枚伶
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六、预算
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1、设备预算
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序号
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用途
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说明
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数量
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预算（万元）
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1
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底盘
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（1）搭建小车平台，控制小车、3D结构设计
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4
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0.5
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2
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（2）改造现有割草机底盘，充电电源、电机驱动板、割草控制板、3D结构设计
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4
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0.5
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3
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（3）不止科技谈合作，提供底盘，备选方案
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4
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较高，未估计
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4
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传感器
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双目摄像头+超声波+UWB+惯导
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4
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0.5
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6
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主控板
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核心主控板：RK3588S 8G+64G
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4
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0.2
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总计
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6.8
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2、人员预算
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序号
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用途
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||||
说明
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||||
数量
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||||
预算（万元）
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1
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||||
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||||
2
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||||
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||||
3
|
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||||
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||||
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||||
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||||
4
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||||
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||||
5
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||||
6
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||||
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||||
7
|
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8
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||||
9
|
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||||
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||||
总计
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||||
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14.8
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3、总预算
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序号
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内容
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说明
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预算（万元）
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1
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设备购置
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用于割草机平台、传感器、开发板等设备购买（详见附表1）
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6.8
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2
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人员劳务费
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||||
用于项目研发人员的工资发放
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14.8
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||||
3
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物联网平台
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||||
手机端控制割草机
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20
|
||||
4
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测试环境搭建
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||||
喀什草坪场地搭建
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||||
1.0
|
||||
5
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平台搭建以及算法功能设计
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外协
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10
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总计
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52.6
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