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機器之心報道

編輯：張倩

一個人就是一個團隊，野生鋼鐵俠稚暉君歷時四個月打造了一輛自動駕駛自行車。

2016 年的愚人節(jié)，谷歌跟全世界開了一個玩笑。

在一段視頻中，他們展示了一個融合了自動駕駛技術(shù)的「真 · 自行車」。它不僅可以自己過馬路，還能接你下班、讓你坐在上面辦公。

不過，在被瘋傳了兩天之后，谷歌又跳出來親自辟謠，說這個視頻是他們 P 的，自行車旁邊其實是有人的：

對此，有網(wǎng)友嘲諷道：「有這 PS 的工夫，做個真的不香嗎？」

或許連谷歌都沒想到，五年后的今天，真有人幫他們把坑填了。

而這個填坑的人，就是 B 站科技區(qū)大名鼎鼎的稚暉君。

在投稿這個視頻之前，這位擁有 80 多萬粉絲的 up 主已經(jīng)鴿了好幾個月了。當事人交代說，除了工作有億點點忙之外，雨天騎車摔跤也是一個很重要的原因。

這次摔跤不僅讓稚暉君領(lǐng)悟到了什么叫「水太深，你把握不住」，還讓他下定決心設(shè)計一個自行車增穩(wěn)裝置，如下圖：

啊，不好意思，放錯圖了，是這個：

這個改裝后的車有多穩(wěn)呢？上點難度試試：

原地不動看上去確實挺穩(wěn)重的，那讓它走兩步看看：

路上有障礙物怎么辦？上自動駕駛唄：

好家伙，自動駕駛都已經(jīng)火到這種程度了嗎？以后年輕人的第一輛自行車都得上自動駕駛了嗎？

稚暉君介紹說，由于受限于整輛車的功率，目前這輛車還不能載人，不過換上電動車可能就不一樣了。

這個項目看上去復(fù)雜，其實做起來更加復(fù)雜，心靈手巧如稚暉君都花了四個月的時間（雖然大部分是周末）。為了方便大家學(xué)習(xí)，稚暉君還開源了項目的硬件部分，有興趣復(fù)現(xiàn)的同學(xué)可以去 GitHub 下載相關(guān)資料。（網(wǎng)友：我缺的是開源項目和興趣嗎？）

項目地址：https://github.com/peng-zhihui/XUAN-Bike

把自行車做成自動駕駛有多硬核？

在視頻中，稚暉君向我們介紹了他將自行車改裝成自動駕駛的大體思路。首先，為了讓自行車平穩(wěn)地跑起來，他設(shè)計了一套復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)；其次，為了去掉車上的工具人，他給車裝了一套傳感器組成的感知網(wǎng)絡(luò)以及算力足夠強大的芯片；最后，他還在這些硬件基礎(chǔ)上開發(fā)、實現(xiàn)了一套感知和控制算法，俗稱「注入靈魂」。

要實現(xiàn)這套裝置，首先需要設(shè)計。在這一階段，稚暉君使用 CAD 進行建模，得到了一輛虛擬的「死飛」自行車，之后再慢慢往上添加細節(jié)，最終的改造方案如下：

如圖所示：驅(qū)動結(jié)構(gòu)方面，車子安裝了兩個較大的無刷電機以及一個控制龍頭的舵機，用于驅(qū)動車子運動并保持靜止和運動時的平衡。傳感器方面，車子搭載了一個 RGBD 的深度相機、加速計、陀螺儀以及一個激光雷達，用于探測周圍環(huán)境和車的狀況；動力方面，電池使用的是 6S 的航模動力鋰電池（續(xù)航 2~3 小時）；控制方面，座椅的后方搭載了主控計算模塊。

圖紙設(shè)計完成，接下來就是軟硬件的實現(xiàn)了。

為了獲取硬件部分所需的零件，稚暉君選擇了 3D 打印和機床加工相結(jié)合的方式（有個家里有廠的朋友），前者適合打印強度要求不高的塑料零件，后者用來加工金屬零件。

車子的計算單元被分為低算力、低時延、運行實時系統(tǒng)的「小腦」和高算力、高時延、運行非實時系統(tǒng)的「大腦」。前者用于控制車身，用 ESP32 來實現(xiàn)；后者用于感知、思考和決策，用到了昇騰的邊緣計算芯片昇騰 310。

為了將兩部分整合到一起，稚暉君設(shè)計了一個四層的載板。PCB 打樣之后，他手工將其焊了出來?！复竽X」和「小腦」是通過總線相連的。此外，他還在軟件上實現(xiàn)了一套 RPC 框架，讓它們可以方便地進行通信。

「小腦」的框架是基于 FreeRTOS，主要是實現(xiàn)傳感器的數(shù)據(jù)處理以及電機的控制算法，還有一個小屏幕實時顯示一些參數(shù)：

「大腦」的軟件框架則要復(fù)雜很多，除了基于昇騰的整個 AI 棧之外，稚暉君還在系統(tǒng)中使用了 ROS 框架（機器人領(lǐng)域常用框架，集成了大量的工具、庫、協(xié)議，提供類似 OS 所提供的功能，簡化對機器人的控制），后面的消息分發(fā)、業(yè)務(wù)串流、SLAM 等的實現(xiàn)都是基于 ROS 開發(fā)的。

「腦子」有了，電路還缺一個「心臟」，也就是驅(qū)動器。稚暉君曾經(jīng)在去年 9 月份展示過他設(shè)計的一個超迷你 FOC 矢量控制驅(qū)動器，那個項目就是為今天的自動駕駛自行車所準備的。雖然個頭還沒有巴掌大，但這個驅(qū)動器可以實現(xiàn)兩路共 100A 的無刷電機 FOC 控制，同時還驅(qū)動了前面的 60KG 舵機以及一個散熱風(fēng)扇。

把以上結(jié)構(gòu)零件和電路全部整合起來，一輛自動駕駛自行車就誕生了。不過，這個自行車目前還沒有「靈魂」，需要通過運動學(xué)、動力學(xué)建模等步驟來注入靈魂。稚暉君表示，這個車子的控制代碼中有 50 多個重要參數(shù)，比如控制周期、反饋矩陣、PID 增益等。這些數(shù)字全部都要得到合理設(shè)置，才能使系統(tǒng)進入穩(wěn)定且快速收斂的狀態(tài)。電機功率、飛輪質(zhì)量等物理參數(shù)的設(shè)置則需要有準確的數(shù)學(xué)模型來指導(dǎo)。

在得到模型之后，為了進一步驗證模型的準確性，稚暉君使用了游戲引擎 Unity 進行仿真，然后把仿真的結(jié)果遷移到現(xiàn)實環(huán)境。

經(jīng)過漫長的參數(shù)調(diào)整之后，控制算法終于收斂到了完美的效果。

至此，「能動」的目標就完成了，接下來就要引入自動駕駛了。

前面提到，這個自行車搭載了深度相機，再結(jié)合一些 AI 算法，車子就可以實現(xiàn)自動避障、自動跟隨等功能。此外，車子搭載的激光雷達還可以用來完成路徑規(guī)劃，讓車子自主探索環(huán)境。

就這樣，稚暉君一個人完成了一個團隊的項目。不過，由于開發(fā)時間有限，這次項目的改造只是實現(xiàn)了非?；A(chǔ)的自動駕駛功能。

稚暉君表示，這個項目其實是受到了清華類腦芯片項目的啟發(fā)。2019 年 8 月，清華的「天機」芯片登上了《Nature》雜志的封面，搭載該芯片的自動駕駛自行車作為一個展示的 demo 出現(xiàn)在論文中。

如果你想了解更多的細節(jié)，可以參見稚暉君的完整視頻：

「野生鋼鐵俠」稚暉君

最后來重點介紹一下稚暉君本人。

稚暉君，2018 年研究生畢業(yè)于電子科技大學(xué)，曾就職于 OPPO 研究院 AI 實驗室，后通過「天才少年計劃」加入華為，職位是 AI 算法工程師，目前正致力于自研深度學(xué)習(xí)推理框架與移動計算平臺的異構(gòu)加速相關(guān)技術(shù)。他的個人稱號為「野生鋼鐵俠」，喜歡干脆面和可樂，且保持著濃密的發(fā)量。

在自行車項目之前，稚暉君還設(shè)計、制作過「B 站最強小電視」、「電子墨水屏 NFC 智能門禁卡」等大家耳熟能詳?shù)膭?chuàng)意作品，有興趣的同學(xué)可以進入稚暉君主頁查看。

稚暉君 B 站主頁鏈接：https://space.bilibili.com/20259914/video

自己不能跑的車憑什么叫自行車？B站硬核up主把自行車做成了自動駕駛

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