高效研发!一台深度相机带你快速实现无人机VINS定位及ego导航

   2021-12-03 阿木实验室茄子100
核心提示:P230—视觉导航/室内编队无人机开发平台Prometheus230(P230)是阿木实验室专为科研工作者与航天器开发者打造的小型化无人机开发

P230—视觉导航/室内编队无人机开发平台

Prometheus 230(P230)是阿木实验室专为科研工作者与航天器开发者打造的小型化无人机开发平台,适用于无GPS环境下基于视觉的无人机定位/导航/避障算法的验证与开发,以及室内无人机组网编队的研究。P230采用类穿越机的设计,机身采用一体碳板结构,极大的减轻重量同时保留了机载电脑、视觉传感器和飞控的拓展空间。



P230搭载了Pixhawk4 Mini开源飞控与英伟达Jetson Xavier NX边缘AI计算机,预装基于PX4+ROS的Prometheus自主无人机机载系统。标配一个Intel RealSense D435i深度相机,可通过内置的VINS-Fusion和EGO-Planner等算法,建图和定位用同一个D435i摄像头,实现室内定点飞行、路径规划和自主避障等功能。


P230还被广泛应用于室内环境下的无人机编队,支持接入主流的MOCAP动作捕捉和UWB等外部定位系统,通过ROS组网实现室内的编队飞行。


视频展示:



产品亮点

P230在Prometheus无人机家族中,与搭载多种传感器、应用全面的P450和搭载大型设备、用于室外场景的P600都有所不同。采用Pixhawk4 Mini飞控、穿越机电机和仅搭载一台深度相机,作为传感器都是为了尽可能减小P230的尺寸,拥有230mm轴距,也是市面上最小极限,专为无GPS环境飞行、视觉SLAM导航避障和室内编队设计的型号。P230以英伟达NX作为板载计算机,内置基于ROS机器人操作系统的无人机控制程序,可一键启动定点飞行和视觉避障功能,并通过控制终端给出飞行指令。P230在P450的EGO-Planner视觉避障算法的基础上,进一步融合了港科大的VINS_Fusion VIO算法,使D435i深度相机得以取代T265追踪相机,用一台传感器和一套融合后的算法就可同时实现无人机的视觉定位与视觉避障。



P230是完全开源的飞行平台,可在其基础上进行相关算法的二次开发;所有DEMO及算法源码均通过开源项目Prometheus发布在Github中,包含代码注释与ROS仿真脚本。在标准的P230套件中,我们已部署了VINS-Fusion专用的运行环境,并完全接入了Prometheus系统中的控制模块,到手即可使用。同时,开发者也无需再为复现算法耗费时间部署环境,仅需在P230中对部分参数进行更改或算法优化,即可实现视觉定位飞行,并应用在自己的项目中。


主要功能

P230搭载了开源无人机机载系统Prometheus V1.0-stable。内置基于PX4-ROS的控制模块和SLAM、自主决策、编队、避障等多种算法,开发者无需再耗费大量时间在开源飞控和ROS的系统联调以及算法的部署复现上,可专注于算法本身的调试与开发。


P230仅搭载一台深度相机作为传感器,无法直接使用Prometheus中的全部功能。与此相对的,P230的机载系统单独适配了VINS-Fusion算法,是一款完全依赖视觉实现自主飞行与避障的无人机平台。


关于Prometheus项目:

Prometheus是一套开源的自主无人机软件平台,为无人机的智能与自主飞行提供全套解决方案。本项目集成了PX4开源飞控固件与ROS开发环境,可为开发者提供成熟可用的机载电脑端开发程序,实现更加简洁快速的开发体验。目前已集成建图、定位、规划、控制及目标检测等模块,并配套有Gazebo仿真测试代码。


控制模块

定点飞行演示动图

指点飞行演示动图


Prometheus V1.0中的无人机控制终端可通过简单的控制指令接口,实现无人机的一键解锁,起飞,悬停,降落,紧急上锁,惯性系及机体系下的控制指令等操作。在PX4 飞控的offboard模式下,英伟达NX通过发送控制指令,给飞控发送期望位置,实现对无人机的飞行控制。P230中,控制模块可利用接入的VINS-Fusion定位视觉,实现室内的无人机飞行控制。


定点飞行演示视频 



指点飞行演示视频 


 

视觉定位模块

不同于之前的T265视觉定位, P230可以通过VINS-Fusion ,一组由港科大开源的VIO算法,实现基于IMU和双目相机的即时定位。P230的机载系统中实现了Prometheus系统与VINS-Fusion算法之间的通信,并且将VINS-Fusion融合到了EGO-Planner的建图中。在测试中,英伟达NX上可实现无延迟传输,为用户在此基础上开发属于自己的视觉SLAM算法提供了高效率的的平台。


视觉避障模块

尽管激光SLAM算法较为成熟,但是在一些条件下具有一定的使用限制,因此阿木实验室一直在寻求完全基于视觉的无人机自主飞行规划算法。现在,P230可通过EGO-Planner,一组开源的快速路径规划算法,实现基于视觉的实时避障和路径规划。我们对上一代EGO-Planner算法进行了本地优化,轨迹规划更加有效,其在陌生环境中的避障速度和准确率都有了较大提升。


EGO-Planner避障演示视频:



室内编队飞行平台

P230在作为单独套件推出之前,一直作为编队专用的小型无人机活跃于阿木实验室的室内无人机编队项目中。P230支持接入大部分带有ROS驱动的主流MOCAP动作捕捉系统和超带宽UWB定位系统,通过一台路由器即可实现室内的无人机多机组网编队。

三机一字队形飞行+顺序降落


四机起飞+环绕

除上述功能以外,P230同样可通过深度相机的RGB模组实现Prometheus中的各种机器视觉相关功能,也可自行拓展传感器实现其他内置算法。同时,我们将保持机载系统Prometheus V1.0持续的免费更新,在未来支持更多Prometheus项目中集成算法与功能。

 

技术参数


飞行器类型:四旋翼

飞控核心:Pixhawk4 Mini

机载计算机:Nvidia Jetson Xavier NX

机载系统:Prometheus V1.0

视觉传感器:Intel RealSense D435i深度相机

重量(约): 1008g(含电池),894g(不含电池)

尺寸:33.5cm*33cm*20cm(长*宽*高)

对角线轴距:230mm

最大有效载荷:800g

最大起飞重量:1808g

最长飞行时间: 8min

悬停精度:±10cm(VINS-Fusion视觉定位情况下)

抗风等级: 1-2级

工作环境:室内

工作温度:6℃-40℃

遥控器:富斯FS-i6S

电池:3S-4000mah锂聚合物电池

通信链路:WIFI数传模组(建议搭配阿木实验室推荐的路由器使用)


配套资料

P230拥有Github项目、产品Wiki及官方使用说明的技术支持。此外,P230还提供与真机功能相对应的ROS仿真教程。通过阿木实验室提供的仿真镜像“amovlab-prometheus-v1.iso”,用户可通过在电脑上安装镜像的方式,直接解决在配置仿真环境的过程中遇到的种种问题,快速上手开发工作。同时,P230无人机也可与阿木实验室的相关课程配套使用,帮助无人机开发者度过从原理入门到独立开发的学习过程。阿木实验室的每月月底也会举办P系列无人机的线下培训,购买P230无人机的用户可免费参加。


Prometheus自主无人机开源项目:

https://github.com/amov-lab/Prometheus


P230 官方WiKi:

https://www.amovlab.com/document


P230视频使用教程:

https://www.bilibili.com/video/BV1pv411T7f1?spm_id_from=333.999.0.0


在线课程:

https://bbs.amovlab.com/plugin.php?id=zhanmishu_video:video


Prometheus自主无人机二次开发课程:

https://bbs.amovlab.com/plugin.php?id=zhanmishu_video:video&mod=video&cid=43


售后及服务

P230享有阿木实验室的官方售后服务。购买P230的用户除自主获取的资料外,还可参与到阿木社区与Prometheus官方交流群的讨论中。获取技术大牛的最新研发动态,得到博士后技术团队的最权威答疑;更进一步地,为开源精神做出贡献。

阿木社区:https://bbs.amovlab.com/ 

官方公众号:阿木实验



 
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