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小鴨城(Duckietown) 一個基於Raspberry Pi和ROS 的開源無人小車專案介紹

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2018 PyCon 分享(https://tw.pycon.org/2018/en-us/events/talk/597109292364988618/)

小鴨城(Duckietown),來自於 MIT 的課程,目前在交通大學(NCTU)有課程分支。這是一個開源的電腦視覺自走車學習專案,車上唯一的感測器就是相機。
從這專案中我們可以學習到感測器校正、計算機視覺、物體辨識和分散式協調等。並實際搭建 Duckiebot 平台、建立機器人體系(ROS),使用 Python + OpenCV 用電腦視覺實現單系統機器人車道跟隨(lane following)。使用的硬體包括 Raspberry Pi、雙層三輪小車、馬達控制板和最重要的魚眼相機等。

學習資源:
1. MIT 2.166 Duckietown, https://duckietown.mit.edu/materials.html
2. Duckiebook, http://book.duckietown.org/master/duckiebook/index.html
3. Duckietown交大分支, https://duckietown-nctu.github.io/
4. 交大軟體創意專題 , http://ocw.nctu.edu.tw/course_detail-c.php?bgid=8&gid=0&nid=557&pid=887
5. Duckietown Bunny, https://www.duckietown-bunny.com/

購買 Duckietown 小鴨車 小鴨城 自走車 學習套件:
https://www.raspberrypi.com.tw/21576/duckietown-car-starter-kit/

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小鴨城(Duckietown) 一個基於Raspberry Pi和ROS 的開源無人小車專案介紹

  1. 1. 小鴨城 (Duckietown)Duckietown)) 一個基於 Raspberry Pi 和 ROS 的開源無人小車專案介紹 台灣樹莓派 <sosorry@raspberrypi.com.tw>sosorry@raspberrypi.com.tw> 2018/06/02 @PyCon)2018
  2. 2. 姓名標示 — 非商業性 — 相同方式分享 CC (Duckietown)Creative Common)s) 姓名標示 — 你必須給予 適當表彰、提供指向本授權 條款的連結,以及 指出(本作品的原始版本)是否已 被變更。你可以任何合理方式為前述表彰,但不得以 任何方式暗示授權人為你或你的使用方式背書。 非商業性 — 你不得將本素材進行商業目的之使 用。 相同方式分享 — 若你重混、轉換本素材,或依本 素材建立新素材,你必須依本素材的授權條款來 散布你的貢獻物。
  3. 3. 3 ● Raspberry Pi 官方經銷商 ● 專注於 Raspberry Pi 應用與推廣 ● 舉辦社群聚會 / 工作坊 / 讀書會 / 黑客松 about 台灣樹莓派
  4. 4. 4 ● 什麼是 Duckietown? ● 所需硬體和環境 ● 使用電腦視覺作為自駕車的輸入 ● 用機率計算車道相對估計與控制 ● 學習資源 ● DEMO 本次主題
  5. 5. 5 什麼是 Duckietown)?
  6. 6. Duckietown) Project - From MIT http://duckietown).org/
  7. 7. 一個開源的電腦視覺自駕車學習專案 http://duckietown).mit.edu/materials.html
  8. 8. ● 2016 麻省理工大學 > Duckietown class ● 2016 國立交通大學 > Autonomous Vehicle ● 2017 蘇黎世聯邦理工學院 > Autonomous Mobility on Demand History http://bit.ly/2L8P53a
  9. 9. 誰在用 Duckietown) 專案? http://duckietown).n)ctu.edu.tw/rc_tutorial.html
  10. 10. ● 感測器校正 , 設定與感知 ● 計算機視覺 ● 物體辨識 ● 非線性估計 ● 全域定位 ● 分散式協調 我們可從專案中學到
  11. 11. ● 架設 Duckiebot 平台和 Duckietown 環境 ● 機器人體系 (ROS)ROS)) 建立 ● 功能模組的實現與擴充 ● 單系統機器人車道跟隨 (ROS)lane following)) ● 單系統機器人定位 (ROS)localization), 規劃 (ROS)planning)) 和導航 (ROS)navig)ation) ● 多系統機器人交換訊息和協調 ● 系統層級的資源管理 並實際操作
  12. 12. 12 所需硬體和環境
  13. 13. 小鴨車 + 小鴨城 http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf Duckietown) Duckiebot
  14. 14. Duckiebot 所需零件 雙層小車 Duckie! 杜邦線螺絲包 USB 轉 TTL 魚眼相機 2.4GHz 搖桿 Pi 3B 馬達驅動板 電源線 專用鋰電池 32G SD 卡
  15. 15. Duckietown) 環境建立 http://goo.gl/KTMpuu
  16. 16. 道路定義與信號定義 http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  17. 17. Duckiebot 系統堆疊
  18. 18. ● 信用卡大小般的電腦 Raspberry Pi 是什麼 ? http://www.flickr.com/photos/fotero/7697063016/
  19. 19. Raspberry Pi3 硬體規格與特色 http://goo.gl/pXRxJd 內建 WiFi 和 BT 可接相機模組 GPIO 控制腳位
  20. 20. 20 支援超過 40 種 OS http://en).wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi
  21. 21. 一個機器人需要多少感測器? http://site.robotclub.com.my/main)/3150/in)dex.asp?pageid=71406
  22. 22. 測距、加 (Duckietown) 角 ) 速度、電子羅盤、陀螺儀等 http://site.robotclub.com.my/main)/3150/in)dex.asp?pageid=71406
  23. 23. ● 專為機器人軟體開發所設計的系統架構 ● ROS)= 訊息管道 + 組態工具 + 機器人功能 + 生態系統 ● Python, C++, Lisp ROS https://an)swers.ros.org/question)/12230/what-is-ros-exactly-middleware-framework-operatin)g-system/
  24. 24. ● 提供基礎資料型別和各類矩陣運算函式 ● 多種科學計算模組 , 例如線性代數 , 微積分 , 濾波等 ● 可引用豐富的電腦視覺函式庫 ● 互動式的編輯環境 ● 深度學習套件 Python)
  25. 25. ● 跨平台的電腦視覺函式庫 , 主要由 C/C++ 撰寫 Open)CV http://www.embedded-vision).com/techn)ology/computer-vision)-algorithms
  26. 26. 組裝完成的 Duckiebot 要上路啦 http://goo.gl/KTMpuu
  27. 27. DuckieBot 看到什麼?
  28. 28. http://goo.gl/KTMpuu
  29. 29. 車道跟隨流程 (Duckietown)Lan)e Followin)g Pipelin)e) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  30. 30. 亮度補償 (Duckietown)Illumin)ation) Compen)sation)) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  31. 31. 直線偵測 (Duckietown)Lin)e Detection)) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  32. 32. 圖像到路的映射轉換 (Duckietown)Groun)d Projection)) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  33. 33. 車道相對估計 (Duckietown)Lan)e-Relative Estimation)) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  34. 34. 車道控制 (Duckietown)Lan)e Con)troller) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  35. 35. 35 更多進階功能
  36. 36. 導航 (Duckietown)Navigation)) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  37. 37. 地圖與信號 (Duckietown)Map an)d Sign)s) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf AprilTag
  38. 38. 有限狀態機 (Duckietown)Fin)ite State Machin)e ) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  39. 39. 多機器人協同 (Duckietown) Multi-robot Behaviors) http://duckietown).n)ctu.edu.tw/materials/paull-2017-icra-duckietown).pdf
  40. 40. 40 學習資源
  41. 41. ● 使用 Pi 2 + ROS) indig)o + Virtualbox MIT 2.166 Duckietown) https://duckietown).mit.edu/materials.html
  42. 42. ● 使用 Pi 3 + Ubuntu Mate + ROS) Kinetic Duckiebook http://book.duckietown).org/master/duckiebook/in)dex.html
  43. 43. Duckietown) 交大分支 https://duckietown)-n)ctu.github.io/
  44. 44. 交大軟體創意專題 http://ocw.n)ctu.edu.tw/course_detail-c.php?bgid=8&gid=0&n)id=557&pid=887
  45. 45. ● Fork from MIT duckietown ● Pi 2/ Pi 3 + Ubuntu Mate + ROS) Kinetic ● 使用 L298N 馬達驅動板 Duckietown) Bun)n)y https://www.duckietown)-bun)n)y.com/
  46. 46. Duckietown) Logs Database http://ipfs.duckietown).org:8080/ipfs/QmVMp86n)msuBH3mPvuej6xPfhuuHdwVQtQ3S6aHJMHumFa/
  47. 47. 延伸專案 : Puyuma Lin)ux real-time exten)sion)s https://github.com/Puyuma/puyuma-core/blob/master/README.md
  48. 48. ● Jeffrey Liu ● Jessica Wu ● YuehChuan "Johnson" Chang) ● Nick Wang) 感謝
  49. 49. 49 DEMO
  50. 50. Raspberry Pi Rocks the World Than)ks

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