自动驾驶仪与室内定位详解 | Marvelmind

0:01 各位同事好。今天我们来讨论自动驾驶仪和室内定位系统的区别，因为我们收到了很多这样的问题：能不能通过编程让你们的室内定位系统来控制我们的 机器人？答案本应显而易见，但看来并非如此。那我们就从基础讲起。首先，任何自主系统，包括 机器人 以及我们人类，都包括三个主要部分：传感器、大脑（即处理器和存储器）以及执行器。具备这三个要素，就是一个自主机器人系统，或者说广义上的智能系统。对应到室内定位系统，我们的室内定位系统实际上属于传感器：它发送位置，提供输入信息。

0:58 这些信息提供给自动驾驶仪，也就是大脑。大脑本身并不能驱动您的 机器人 ，也不能让您的多旋翼飞行器动起来。真正干活的是电机和旋翼，但它们自己没有智能，需要控制，而控制来自自动驾驶仪。所以答案非常基础、显而易见，本应非常清楚：自动驾驶仪是大脑，它根据来自各种传感器的信息，决定往哪里走、怎么走、如何绕过障碍物。Marvelmind室内定位系统就是这些传感器之一。传感器可以有很多种：比如磁力计；可以用激光雷达检测和避开障碍物；可以用里程计。传感器的类型非常多——如果说的是无人机，还有气压计。

1:56 这些都是传感器。当然，有些自动驾驶仪，比如Pixhawk飞控板，本身已经带有一些传感器，例如IMU：陀螺仪、加速度计都有，我们的 信标里也有。但必须清楚地区分传感器、大脑（即自动驾驶仪）和执行器（即电机和旋翼）。我们来小结一下：自动驾驶仪控制——在物理上控制并做出决策——您的执行器，也就是电机、旋翼，或者任何让设备动起来的部件。但它本身对位置一无所知。所以，自动驾驶仪当然重要，我们也当然重要，但只有两者结合，才能构成真正的系统。单独使用？不行，必须有输入。在Pixhawk的基本配置中，这个输入就是GPS。

2:54 您在室内飞行，没有GPS，所以需要某种传感输入来回答“我在哪里？”。这一点我们开箱即可提供。同时，回到开头的问题，我们确实提供实时室内定位系统和室内定位。有时我们称之为“室内定位+”：您可以用我们的系统设置航点，可以通过我们的系统从设备获取数据，也可以向设备发送数据。这些通过GPS是做不到的，因为室内无法使用GPS，但可以用我们的系统来完成。从这个角度看，我们算是“室内定位系统+”，或者说“GPS++”。但我们并不直接控制您的电机。我们发送数据，由自动驾驶仪决定往哪里走：“好，我偏离了路线，需要往那边走。”做出这个决定的不是我们，而是自动驾驶仪。

3:53 自动驾驶仪有很多不同类型。常见的——我把它当作各类项目的一个例子——是基于Pixhawk的。对我来说，Pixhawk就像Xerox之于复印机：Xerox成了所有复印机的代名词，Pixhawk也只是各种自动驾驶仪的一个代表。所以我说Pixhawk，并不是特指Pixhawk，而是指任何由硬件和软件栈组成的自动驾驶仪。比如Pixhawk甚至有两个软件栈：ArduPilot和PX4。它们相互独立，各有优缺点，但运行在同一硬件上。您也可以在这类硬件上编写自己的自动驾驶仪软件栈。我们也有自己的自动驾驶仪，即Marvelmind自动驾驶仪。它不是面向客户的产品，但我们自己的机器人和无人机当然用到了它。例如，我们可以让大疆无人机自主飞行。

4:53 所以我们也有自动驾驶仪。在我们的方案中，自动驾驶仪就是运行在手机上的应用程序——这里是Android手机——手机与大疆遥控器连接在一起。这就是自动驾驶仪。它比较简单，从一个航点飞到下一个航点，但这正是客户想要的：让无人机自主飞行，执行拍照之类的任务。这就是自动驾驶仪的工作。依据是什么？依据定位数据：我在哪里？也就是机器人或无人机在哪里；以及航点。航点可以来自机器人的人工智能（如果它是完全自主的），但通常来自您，也就是用户：我想按这个路线飞遍仓库，或者我想让机器人按这个路线行驶。

5:52 您点击航点，自动驾驶仪就知道：“好，我在这个位置，因为Marvelmind室内定位系统给出了这个位置。我需要开到那里。好，我需要转弯，因为我有比如两个移动 信标，知道自己的姿态，所以可以直接开过去。好，走，走。哦，有点偏了，需要转一下。”这就是自动驾驶仪所做的全部工作。这是自动驾驶仪的决策，但依据的是我们的室内定位系统。否则，自动驾驶仪根本不知道自己在哪里。当然，它也可以使用其他系统，我并不否认。传感器融合效果更好：可以是光学的，可以是里程计，当然还有IMU。Pixhawk等自动驾驶仪硬件里有IMU，我们自己的 信标里也有。它们都配有IMU，因此可以从两方面获取数据并加以融合，充分发挥各自的长处，应对漂移、噪声等各种问题。

6:50 对比两个不同的系统总是很有帮助的。那么，自动驾驶仪和室内定位系统的关键组成部分分别是什么？飞行控制器——或者说驾驶控制器——是硬件，是大脑，物理上的大脑，软件或软件栈必须运行在某个地方。通常它是一块小电路板。根据应用不同，这块板上可能已经带有附加传感器，从这个角度看，它是“自动驾驶仪+”。但并非必须如此：它至少要有处理器和存储器来做决策，所有传感器都可以是外置的。不过实际情况往往是一些传感器已经装在板上，比如IMU，因为它们体积小、成本低等等。此外，还有我前面提到的各种传感器以及电子调速器。它们可以外置，也可以在同一块板上。

7:49 所以电子调速器处于中间位置：它可以算作执行器的一部分，负责把逻辑信号或数据转换为控制电机或方向的物理信号；但它也可能是自动驾驶仪电路板或硬件的一部分。至于室内定位系统，它通常由三个主要部分组成：固定 信标 或锚点（取决于所用技术）；移动 信标，安装在移动设备上；以及一个中央控制器，它通常负责系统内部的同步、控制整个系统，并把数据发送给外部。以我们的系统为例，您可以直接从移动信标获取位置数据，对于自主车辆通常推荐这样做，因为这样就不必让数据先传到 调制解调器，再从 调制解调器 传到某台计算机，再从计算机传回机器人。有时这样也可行，但会增加延迟。

8:48 但有时机器人的大脑可能在外部：机器人本身很智能，但智能部分在外部计算机上。这种情况下，从 调制解调器获取数据更方便。我们为您提供这种灵活性。总体而言，所有室内定位系统都由三个主要部分组成：固定信标，相当于您的卫星——GPS卫星——也就是测量位置时的参照物，位置是相对于它们来测量的；以及移动信标，它测量的正是您移动设备的位置。因为我们测量的不是机器人的位置，也不是无人机的位置，而是安装在机器人上的移动信标的位置。当然，我们假定信标固定牢靠、不会晃动。这样您就能确切知道我们测量的是哪个点。

9:48 这个点是相对于机器人而言的。由于精度非常高，Marvelmind信标相对于机器人中心的偏移也很重要。您必须考虑到这一点：我们测量的是信标这个位置，而不是机器人的中心位置、机械中心或任何物理中心。即使在我们自己的信标上，也要理解这一点，例如，对于 反向架构（中文） 及其接收麦克风来说，这里是麦克风，而不是这里；这里是换能器。也就是说，这里是发射中心，这里是接收中心。对于精度较低、只有10-50厘米的系统，这一点并不重要。但我们的系统提供厘米级精度，中心的确切位置当然就很重要了：接收时，中心在这里；发射时，中心在这里。以上就是对自动驾驶仪和室内定位系统区别的一个非常简短、希望也易于理解的说明。

10:47 自动驾驶仪控制您的机器人或无人机。它根据来自室内定位系统的输入数据——基本上就是定位数据——直接控制电机，从A点行驶到B点，或从A点飞到B点。非常感谢，再见。