無人駕駛技術(shù)Apollo 1.0用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的的低成本適配過程

2017年7月Apollo 1.0在Github上正式發(fā)布。當(dāng)在新聞上讀到這條消息——“Apollo 1.0開放封閉場地的自動駕駛能力”時，我就在想，我們的農(nóng)場就是封閉場地，是否可以把Apollo 1.0用做公司機(jī)器人系統(tǒng)的無人駕駛模塊呢？

第二天，一到公司我就把源碼下載下來，開始配置運(yùn)行環(huán)境。當(dāng)用Rosbag在Dreamview里跑起系統(tǒng)自帶的Demo時，我還是很興奮的，立刻被Apollo圈粉了。Apollo是一個比較完整的開放平臺，而且對林肯車和推薦硬件做了適配，偏重實(shí)戰(zhàn)。如果按照推薦方案配置，3天之內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動駕駛并不夸張。然而基于安全性、可靠性等因素，平臺推薦的硬件配置高、價格昂貴，這對農(nóng)業(yè)場景并不適用。

我認(rèn)為無人駕駛技術(shù)最終的目的是服務(wù)大眾，讓人們的生活更便捷、更美好。實(shí)際上，這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用在很多行業(yè)，尤其是農(nóng)業(yè)場景，比較容易落地。如果能夠簡化，實(shí)現(xiàn)低成本的方案，將大大加快無人駕駛在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。所以，簡化這項(xiàng)技術(shù)，使其更貼近大眾是非常值得一試的。因此，我們嘗試了低成本的硬件方案，下面將和大家分享一下適配過程。

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車平臺

首先，要有一部實(shí)驗(yàn)車。我們改裝了一部越野電動車，由一個專營電動車的車行定制而成。該車底盤為200x100cm，四輪都有減震，是一個越野底盤，后橋裝有一臺差速電機(jī)，能跑40km/h。

此外，我們加裝了EPS轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)和角度傳感器，同時更換了電機(jī)控制器，用來實(shí)現(xiàn)線控和RC遙控。然后，我們模擬農(nóng)場環(huán)境做了測試，經(jīng)過幾次迭代，在進(jìn)一步改裝之后，增強(qiáng)了車身的可靠性和穩(wěn)定性，使其可以比較順暢的在顛簸路面上行駛。

（ThorTec農(nóng)場無人駕駛實(shí)驗(yàn)車）

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硬件平臺

Apollo 1.0推薦的硬件主要有：IPC、GNSS接收機(jī)、IMU和PCI-CAN卡。在1.0中定位是關(guān)鍵模塊，只有實(shí)現(xiàn)厘米級的定位，才能實(shí)現(xiàn)無人駕駛。

IMU的優(yōu)點(diǎn)是頻率高，在高速的情況下表現(xiàn)好，缺點(diǎn)是存在累計誤差，需要GNSS提供的絕對位置來糾偏。而GNSS設(shè)備頻率低，恰好是在低速時表現(xiàn)好，并且在定位絕對位置時，采用RTK差分可以實(shí)現(xiàn)厘米級定位。

我們的測試場景是封閉園區(qū)低速行駛，速度不超過10km/h。于是，我們對定位設(shè)備做了裁剪，去掉了IMU，采用Novatel 617D 板卡RTK差分定位，同時采用雙天線取得航向，最終實(shí)現(xiàn)位置精度2cm，航向精度1°的厘米級定位。PCI-CAN卡使用esdcan-pcie402，IPC選用普通的工控機(jī)。GPS設(shè)備的裁剪一項(xiàng)，使成本降低了10幾萬元，實(shí)現(xiàn)了我們的目標(biāo)。

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軟件平臺

我們主要對以下5個模塊做了修改：

1.GPS驅(qū)動模塊：主要解析Novatel 617D 的三個協(xié)議，BestPos，BestVel和Heading。BestPos解析出WGS84大地坐標(biāo)；BestVel解析水平和垂直速度；Heading解析航向角。具體內(nèi)容可以參閱Nvatel的技術(shù)說明書。

2.Localization：定位模塊的修改，目的是將原來通過IMU獲取的航向、線性速度等數(shù)據(jù)替換為GNSS接收機(jī)解析的數(shù)據(jù)。

3.Canbus：添加角度傳感器，并適配車輛的控制器CanOpen協(xié)議。

4.Control：Apollo 1.0使用通用的LQR和PID控制算法，分別實(shí)現(xiàn)車輛動力學(xué)的橫向和縱向控制。這里我們主要修改了控制模塊的配置文件，針對我們的車輛調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，為控制模塊輸入合適的參數(shù)，保證控制模塊輸出正確的指令。

5.Common模塊：使用GNSS接收機(jī)獲取的數(shù)據(jù)，修改預(yù)瞄算法。

最后，我們模擬農(nóng)場環(huán)境，成功的進(jìn)行了測試驗(yàn)證。事實(shí)證明，我們的低成本方案是可行的，完全實(shí)現(xiàn)了Apollo1.0封閉場地?zé)o人駕駛。

我們在適配過程中遇到的很多問題，都在Apollo開發(fā)者社區(qū)中得到了開發(fā)者和Apollo工程師的解答，這對我們的幫助很大。這里，我把我們的適配過程給大家做了簡單的分享，希望同樣對大家有所助益。