Robot mobilny autonomiczny ROS AI, JetRacer Kit B - Waveshare 26801

System wizyjny i przetwarzanie obrazu

Zestaw wyposażony jest w kamerę IMX219-160 o rozdzielczości 3280 × 2464 px i szerokim polu widzenia 160°. Kamera została zaprojektowana do zastosowań z biblioteką OpenCV i algorytmami AI. Umożliwia realizację takich funkcji jak:

• śledzenie obiektów,
• rozpoznawanie twarzy,
• detekcja ruchu,
• rozpoznawanie kolorów,
• śledzenie linii, analiza konturów,
• kalibracja obrazu,
• aplikacje rozszerzonej rzeczywistości.

LIDAR i mapowanie przestrzeni

Robot wyposażony jest w RPLIDAR A1, umożliwiający 360-stopniowe skanowanie otoczenia. Dane z LIDAR-u wykorzystywane są do:

• tworzenia map otoczenia,
• lokalizacji robota,
• planowania trasy,
• omijania przeszkód.

System wspiera algorytmy SLAM z wykorzystaniem danych z enkoderów, IMU i LIDAR-u, w tym Gmapping, Hector, Karto oraz Cartographer, a także nawigację opartą o AMCL i move_base.

Architektura dwukontrolerowa

• Główny kontroler – Jetson Nano Dev Kit

Odpowiada za przetwarzanie obrazu, algorytmy AI, obsługę systemu ROS, mapowanie, nawigację, przetwarzanie mowy oraz zadania wymagające dużej mocy obliczeniowej. W wersji Kit B zastosowano Waveshare Jetson Nano Dev Kit z modułem Jetson Nano w wersji eMMC, bardziej odpowiednim do zastosowań produkcyjnych.

• Kontroler pomocniczy – Raspberry Pi RP2040

Dwurdzeniowy mikrokontroler o wysokich właściwościach czasu rzeczywistego, odpowiedzialny za sterowanie ruchem, obsługę silników, enkoderów, zbieranie danych z czujników oraz precyzyjną kontrolę pracy robota. Komunikacja pomiędzy kontrolerami odbywa się przez USB, co zapewnia wyższą prędkość transmisji niż UART.

Nawigacja autonomiczna i planowanie trasy

Po wskazaniu celu robot samodzielnie planuje trasę, omija przeszkody i aktualizuje mapę otoczenia w czasie rzeczywistym.

Robot obsługuje:

• nawigację do pojedynczego punktu,
• nawigację patrolową między wieloma punktami,
• mapowanie podczas jazdy.

System audio i interakcja głosowa

Zestaw posiada dwa mikrofony MEMS oraz głośnik, oparte na układzie USB Audio. Umożliwia to:

• transmisję głosu w czasie rzeczywistym,
• syntezę mowy,
• detekcję mowy,
• rozpoznawanie mowy,
• dwukierunkową komunikację głosową człowiek–robot.

Robot może „słuchać”, „rozumieć” i „odpowiadać” głosem, co umożliwia tworzenie projektów z zakresu inteligentnej interakcji.

Czujniki i stabilizacja

Zintegrowany 9-osiowy czujnik IMU współpracuje z enkoderami kół i filtrem Kalmana (EKF), zapewniając dokładne określenie orientacji robota i stabilną nawigację.

JetRacer wykorzystuje strukturę skrętu typu Ackermanna, łącząc:

• skręt kół przednich za pomocą serwa,
• napęd różnicowy kół tylnych.

Zastosowano wysokiej mocy silniki DC z metalową przekładnią i enkoderami AB-fazowymi, umożliwiające:

• precyzyjną kontrolę prędkości (PID),
• obliczanie odometrii,
• cichą i stabilną pracę.

Zasilanie i bezpieczeństwo

Zintegrowany układ zasilania z ładowaniem wyrównawczym oraz zabezpieczeniami przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem, przeciążeniem, zwarciem i odwrotną polaryzacją, z pomiarem napięcia i prądu oraz podglądem parametrów w czasie rzeczywistym na wyświetlaczu OLED.

Odpowiada za przetwarzanie obrazu, algorytmy AI, obsługę systemu ROS, mapowanie, nawigację, przetwarzanie mowy oraz zadania wymagające dużej mocy obliczeniowej. W wersji Kit B zastosowano Waveshare Jetson Nano Dev Kit z modułem Jetson Nano w wersji eMMC, bardziej odpowiednim do zastosowań produkcyjnych.