让“无人驾驶自行车”陪你散步
2017-12-13  北京晚报

  第三代“无人驾驶自行车”致力于实现低速平衡状态

  北京晚报讯 你能想象无人驾驶的自行车,穿行在大街小巷的场景吗?或许有一天,这将成为现实。

  清华大学自动化系机器人控制实验室正在着手研制的“无人驾驶自行车”,将于明年走出实验室,开启样机调试,检验其未来走向市场的可行性。

  实验室成员将“无人驾驶自行车”与“人类”的关系类比为“佐罗”与“马”。在电影《佐罗》中,英雄佐罗一声令下,得力爱将“闪电”便疾速奔驰,拯救其于危难之中;他们期待中的“无人驾驶自行车”,同样也将与使用者形成良好的人机互动,成为人类生活的伴侣。

  转向原理让车辆实现自平衡

  无人驾驶自行车,其技术核心是让自行车在没有驾驶者的情况下,实现“自平衡”。

  在接下与百度的这一合作项目之初,赵明国带领实验室成员曾考虑过多种“自平衡”方案。最终,实验室选择了利用“车把转向”的解决方案,“自行车向左倾斜时,车把也会向左歪,前后轮之间会形成一个圆弧,这时自行车是在一个圆形的轨道上运动,因此就会产生一个离心力,与自行车本身重力形成的合力,便可以实现自行车的平衡。”赵明国解释说,这种方案的好处在于不需要添加额外的大质量装备,只需要在后轮安装一个测速传感器,控制器在接收到速度数据后,迅速作出反应,驱动电机调整自行车角度,“简单来说,就是测量速度,调整角度,决定车把转向。”

  “跟车少年”为自行车护航

  虽然应用的只是物理学中的基本原理,但是要想让这几个部件实现完美的配合,还需要实验人员的反复调试。“就像很多人都会做宫保鸡丁,但是不同人做出的口味是不一样的,这与配方、烹调时间、火候都有关系。”赵明国打了个通俗的比喻。

  2015年,从北京航空航天大学毕业后的余永超被保送到清华大学自动化系。作为项目的新成员,他义不容辞地成为了项目的“跟车少年”,成为无人驾驶自行车的头号保镖。“每次实验都是一次冲刺跑。”在第一代产品试跑时,每次速度的调整便意味着一系列参数的改变,实验过程中自行车难免东倒西歪,这时便需要专人陪护,以防歪倒后造成设备损害。

  要知道,实验室选择的方案在实现自行车“自平衡”时需要一个附加条件,那就是自行车是有一定速度的;在其研发的第一代产品中,“无人驾驶自行车”运动的最低时速也在7公里左右,最快可达每小时20公里。余永超开玩笑说,每周两三次的实验任务让他把健身钱给省下了。“还是有一定危险系数的”,几十斤的自行车真倒下来,让余永超没少挨砸。

  第二代产品除了使各个部件更加集成和一体化之外,实验室还为自行车添加了GPS功能,实现了“轨迹跟踪”,只要提前推车采集某路段的位置信息,无人驾驶自行车就可以沿着这一事先规划好的路线自主行走。

  “降速”成为升级新突破

  在赵明国和实验室成员的最初设想里,作为智能的生活伴侣,“无人驾驶自行车”可以在户外跑等健身活动时发挥陪伴作用,比如帮运动的人们携带运动装备、食物等,可陪跑,也可跟走。而五六公里的时速显然不能满足这一要求,低速条件下的自平衡成为成员们研究的新方向,“人平时的步行速度大概为每小时2公里,只有把速度降下来,才不用让自行车先经过人的助跑之后再实现‘无人驾驶’。”赵明国表示。于是,便有了致力于实现低速平衡状态的第三代产品。这一次,实验室在自行车结构上做起了文章。

  余永超参与了无人驾驶自行车的“降速”全过程。他告诉记者,正常的自行车结构,与车把竖直方向的前叉结构延长后与地面的接触点在前,前轮与地面的接触在后;进行改造后,实验室将自行车前轮前移,使得车轮与地面的接触点在前。“车轮越往前,自行车低速的稳定性越高,理论上甚至可以实现原地的静止。”

  这是为什么呢?余永超解释说,一般来说影响自行车平衡有两个要素:一是自行车有速度的情况下,转向的时候产生离心力,离心力会影响自行车的平衡;二是在自行车低速或静止时,由于上述两个点的不重合性,导致人们在转动车把时,也会对车身姿态产生微小的改变,这个量在自行车高速运动时基本可以忽略不计。“一般的自行车结构,使得这两个力是互斥的;将两个点的位置对调后,两个力就变成了叠加的关系。”因此,在自行车车速较低,离心力比较弱的情况下,这个力便做了有力的补充,从而实现了自行车的平衡。

  据了解,改造后的自行车,已经能够实现1.6公里时速状态下的平衡,“基本上就是人散步的速度。”

  未来或可应用于物流行业

  在近日举行的上地学区首届科技节路演活动上,余永超畅想了无人驾驶自行车可能发挥作用的场景。

  余永超认为,随着共享单车的流行,使用者的“潮汐”特征为共享单车的管理带来了一定挑战,“目前大多数情况下,共享单车还需要卡车、人工进行统一收集搬运。”在余永超看来,随着无人驾驶自行车技术的进一步完善,未来或许可以实现共享单车的自动归位,“比如沿着一定的轨道回到附近最近的停车点。”

  同时,利用其便捷和灵活性的特征,无人驾驶自行车或许能帮助人们更好地解决“最后一公里”的交通问题,尤其在外卖、快递等物流行业中发挥作用。将其原理应用到摩托车中,升级后的“无人驾驶摩托车”也能在山地巡逻、山地运输等方面发挥优势。

  实验室负责人赵明国也对“无人驾驶”原理在摩托车等其他交通工具上的“平移”做了展望。有数据显示,物流等行业的用人需求还将不断增长,而相关从业人员数量的增长速度则没法与之相适应,企业必须从技术上寻求解决方案,无人驾驶或许是一个方向。

  北京晚报记者 牛伟坤 文并图

【责任编辑:杨旭】
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让“无人驾驶自行车”陪你散步

2017-12-13 16:16:21       来源: 北京晚报

  第三代“无人驾驶自行车”致力于实现低速平衡状态

  北京晚报讯 你能想象无人驾驶的自行车,穿行在大街小巷的场景吗?或许有一天,这将成为现实。

  清华大学自动化系机器人控制实验室正在着手研制的“无人驾驶自行车”,将于明年走出实验室,开启样机调试,检验其未来走向市场的可行性。

  实验室成员将“无人驾驶自行车”与“人类”的关系类比为“佐罗”与“马”。在电影《佐罗》中,英雄佐罗一声令下,得力爱将“闪电”便疾速奔驰,拯救其于危难之中;他们期待中的“无人驾驶自行车”,同样也将与使用者形成良好的人机互动,成为人类生活的伴侣。

  转向原理让车辆实现自平衡

  无人驾驶自行车,其技术核心是让自行车在没有驾驶者的情况下,实现“自平衡”。

  在接下与百度的这一合作项目之初,赵明国带领实验室成员曾考虑过多种“自平衡”方案。最终,实验室选择了利用“车把转向”的解决方案,“自行车向左倾斜时,车把也会向左歪,前后轮之间会形成一个圆弧,这时自行车是在一个圆形的轨道上运动,因此就会产生一个离心力,与自行车本身重力形成的合力,便可以实现自行车的平衡。”赵明国解释说,这种方案的好处在于不需要添加额外的大质量装备,只需要在后轮安装一个测速传感器,控制器在接收到速度数据后,迅速作出反应,驱动电机调整自行车角度,“简单来说,就是测量速度,调整角度,决定车把转向。”

  “跟车少年”为自行车护航

  虽然应用的只是物理学中的基本原理,但是要想让这几个部件实现完美的配合,还需要实验人员的反复调试。“就像很多人都会做宫保鸡丁,但是不同人做出的口味是不一样的,这与配方、烹调时间、火候都有关系。”赵明国打了个通俗的比喻。

  2015年,从北京航空航天大学毕业后的余永超被保送到清华大学自动化系。作为项目的新成员,他义不容辞地成为了项目的“跟车少年”,成为无人驾驶自行车的头号保镖。“每次实验都是一次冲刺跑。”在第一代产品试跑时,每次速度的调整便意味着一系列参数的改变,实验过程中自行车难免东倒西歪,这时便需要专人陪护,以防歪倒后造成设备损害。

  要知道,实验室选择的方案在实现自行车“自平衡”时需要一个附加条件,那就是自行车是有一定速度的;在其研发的第一代产品中,“无人驾驶自行车”运动的最低时速也在7公里左右,最快可达每小时20公里。余永超开玩笑说,每周两三次的实验任务让他把健身钱给省下了。“还是有一定危险系数的”,几十斤的自行车真倒下来,让余永超没少挨砸。

  第二代产品除了使各个部件更加集成和一体化之外,实验室还为自行车添加了GPS功能,实现了“轨迹跟踪”,只要提前推车采集某路段的位置信息,无人驾驶自行车就可以沿着这一事先规划好的路线自主行走。

  “降速”成为升级新突破

  在赵明国和实验室成员的最初设想里,作为智能的生活伴侣,“无人驾驶自行车”可以在户外跑等健身活动时发挥陪伴作用,比如帮运动的人们携带运动装备、食物等,可陪跑,也可跟走。而五六公里的时速显然不能满足这一要求,低速条件下的自平衡成为成员们研究的新方向,“人平时的步行速度大概为每小时2公里,只有把速度降下来,才不用让自行车先经过人的助跑之后再实现‘无人驾驶’。”赵明国表示。于是,便有了致力于实现低速平衡状态的第三代产品。这一次,实验室在自行车结构上做起了文章。

  余永超参与了无人驾驶自行车的“降速”全过程。他告诉记者,正常的自行车结构,与车把竖直方向的前叉结构延长后与地面的接触点在前,前轮与地面的接触在后;进行改造后,实验室将自行车前轮前移,使得车轮与地面的接触点在前。“车轮越往前,自行车低速的稳定性越高,理论上甚至可以实现原地的静止。”

  这是为什么呢?余永超解释说,一般来说影响自行车平衡有两个要素:一是自行车有速度的情况下,转向的时候产生离心力,离心力会影响自行车的平衡;二是在自行车低速或静止时,由于上述两个点的不重合性,导致人们在转动车把时,也会对车身姿态产生微小的改变,这个量在自行车高速运动时基本可以忽略不计。“一般的自行车结构,使得这两个力是互斥的;将两个点的位置对调后,两个力就变成了叠加的关系。”因此,在自行车车速较低,离心力比较弱的情况下,这个力便做了有力的补充,从而实现了自行车的平衡。

  据了解,改造后的自行车,已经能够实现1.6公里时速状态下的平衡,“基本上就是人散步的速度。”

  未来或可应用于物流行业

  在近日举行的上地学区首届科技节路演活动上,余永超畅想了无人驾驶自行车可能发挥作用的场景。

  余永超认为,随着共享单车的流行,使用者的“潮汐”特征为共享单车的管理带来了一定挑战,“目前大多数情况下,共享单车还需要卡车、人工进行统一收集搬运。”在余永超看来,随着无人驾驶自行车技术的进一步完善,未来或许可以实现共享单车的自动归位,“比如沿着一定的轨道回到附近最近的停车点。”

  同时,利用其便捷和灵活性的特征,无人驾驶自行车或许能帮助人们更好地解决“最后一公里”的交通问题,尤其在外卖、快递等物流行业中发挥作用。将其原理应用到摩托车中,升级后的“无人驾驶摩托车”也能在山地巡逻、山地运输等方面发挥优势。

  实验室负责人赵明国也对“无人驾驶”原理在摩托车等其他交通工具上的“平移”做了展望。有数据显示,物流等行业的用人需求还将不断增长,而相关从业人员数量的增长速度则没法与之相适应,企业必须从技术上寻求解决方案,无人驾驶或许是一个方向。

  北京晚报记者 牛伟坤 文并图

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