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大疆:多旋翼飞行器的未来就是机器人的未来

2015-12-3 10:40| 发布者: Bluesky| 查看: 3118| 评论: 0

摘要: 2015中国软件开发者大会首日的全体大会上,DJI无人机智能导航技术总监、飞控架构设计师Paul Yang做了题为《空中机器人系统架构、平台及应用》的主题分享。Paul Yang首先介绍了大疆公司的产品线,有飞行控制器、蝉思 ...

2015中国软件开发者大会首日的全体大会上,DJI无人机智能导航技术总监、飞控架构设计师Paul Yang做了题为《空中机器人系统架构、平台及应用》的主题分享。


Paul Yang首先介绍了大疆公司的产品线,有飞行控制器、蝉思机载平台、精灵系列、经纬Matrice100等;后相继从消费电子到行业应用介绍了开发平台产品;另外他也谈及了智能导航技术存在的几个挑战:智能导航技术、多传感器测量数据的融合、路径规划、规划和控制的结合。


在最后,他也分享了一些行业应用案例,以及总结道:多旋翼飞行器的未来就是机器人的未来;行业应用刚刚开始,基础技术和新的技术都需要进一步发展;DJI提供开放平台帮助开发者一起拓展。


DJI无人机智能导航技术总监,飞控架构设计师Paul Yang


以下为现场速记整理:


首先大家介绍一下我们大疆创新这一家公司,大疆创新是一家做无机人的公司,我们现在可以把我们自己称之为无人机行业的领导者,我们所占据的是飞机的系统。在这个行业当中在全球都是比较领先的,公司在全球范围内我们除了在中国的深圳有一家研发的总部之外,在美国、欧洲和日本都有自己销售和分支机构,我们的研发是在深圳实现的,生产也是在深圳做的,所以我们是一个比较小的中国制造的公司。


这是我们公司简单的产品线的介绍,其中主要的东西我就不细说了,我们公司从飞行控制器开始起家,之后航拍的飞行器,之后又开发出了禅思等产品,这样就拓宽了大家对航拍的定义。



我们现在在全球的范围内占据了70%的市场份额,这一点我们也是非常骄傲的,而且公司在通过2011年开始这一款飞行器开始就进入了航拍的行业,在过去的4年中我们公司的销售额达到了100倍的增长这是让我们非常激动人心的数字。


今天我来到这里,无人机是一个新兴的行业,这个东西里面很大一部分是硬件,很大一部分是机械,我们为什么到这个地方,给大家分享一下我们关于软件上的想法。


实际上飞行器这个东西,大疆公司的产品都是属于消费类电子,我们相信在未来的一段时间里,飞行器可以在更加广泛的行业里得到应用比如说农业、建筑、搜索等,在这些行业里就对我们的飞行器的产品提出了更多的要求。什么要求呢?


第一点就是说,我们的飞行器现在是一个简单的由玩家通过遥控器来进行控制的系统,但是在将来这样的飞行器必须要进入到一个层次就是这一张PPT上所展示的我们的飞行器要有新的功能,底层飞控的部分和上层计算平台,这个是用来处理复杂和计算机视觉和机器人算法的一种模块,这两个系统通过完整定义的API进行沟通,如果我们用人来类比的话,这个东西就相当于是上层的计算平台,就相当于是人的大脑,底层飞控就相当于人的脊髓和其他的神经系统,对于一般的程序员和软件开发者来说,飞控是非常复杂的,上层计算平台上运行的系统就会比较的简单一点,举一个例子来说我们的底层飞控在空中飞行的时候可能会在一个区域采集到很多的数据那么它对这个数据发送到上层的计算平台上,由上层的计算平台通过WI-FI发送到服务器上,这个过程之中参与的技术有操作系统、网络连接技术、服务器的技术,这些都和我们一般的网络系统都是类似的。关于这一点我在之后的PPT中也会做介绍。



再讲一句,我们系统架构的设计,也是根据很多无人机的研究者和无人机的从业者讨论得出的,我们还基于这样的架构的设计发表了一些非常领先的论文。


这样的一个系统,就如我刚刚所说想要强调的一点,上层计算平台让开发人员关注在软件的导航和开发上,下层控制器让懂控制和懂机器人专注在控制器上。所以有基于这样的思想,我们在今年年初的时候推出了一个飞行器就是经纬M100,我们给这个飞行器取了这样的一个名字,我们就希望这个飞行器可以像数据的矩阵一样。这个飞行器集成了我们的飞行的性能,还提供很灵活的设备的安装的位置,你看这一个飞行器的飞行的结构和大疆原来的产品区别都非常大因为它的外观并不是特别的美观,上面有一个非常旷阔的平台,在这个上面,用户可以把自己的设备可以挂到飞机器上,用户可以这个飞行器上来写程序,通过这个程序来执行任务。


这个飞行器的性能对于飞过飞行器的人来说就并不陌生了,因为他的续航时间和轴距都是非常规的。这一张图上就非常好的展示了上下层是怎么样实现的?底下的部分就是我们的飞行器,上面这一块绿色的板是韩国公司生产的开发版,他的性能和手机的性能差不多,这个开发板上用户就可以写程序一样在上面写程序来读取飞行器的飞行状态,同时飞行器在空中飞行的时候可以通过这个开发版去发出指令,从一个坐标飞另外一个坐标在这个过程之中执行任务,这样的架构也大大的方便了很多没有飞行器背景的软件开发者去开发无人机的应用。


我想要探讨的下一个话题就是在大家了解到我们的飞行器之后,在座的也想要通过大疆的飞行器在这个的东西下来开发下一个问题就是我们需要开发?大疆在过去的几年拓展和探索之中,基本上发现以下的几种非常重要的,就是基于计算机视觉和计算机导航的系统。我们是这样看自己的,DJI是机器人公司而不是飞行公司,虽然我们会把自己的产品称之为飞行器,但是一般的公司我们知道大型的客机、直升机、军用的无人机,这些东西都很困难让普通的老百姓用起来。我在这个PPT上所放的图像就是用户在用DJI的产品在生活之中所用的事情,比如说婚礼的拍摄、和家人一起去玩也会拿我们的飞机在空中做自拍,这些东西都让我们去思考,我们怎么样去探索无人机的技术和机器人的技术,让我们的产品能够更广阔的进入到千家万户所以我们就要从计算机的角度去思考。


图片上所展示的场景,我们想要让飞行器和人们一般的生活结合在一起,我们就在想,在这样的场景之中我们要让飞行器做什么?如果说我们在室内的环境,比如说像现在这样的会场,我们的飞行器可以在空中飞这是非常好的一个拍摄和转播的视觉,我们去举办一些其他的活动,比如说婚礼、剪彩仪式等,都可以利用飞行器来做拍摄,在这些场景中都会碰到一个非常重要的问题,也就是我这里列出来的我们第一个要攻破的数据就是无GPS环境下的速度、位置测量技术,我不知道在座有多少人对机器人了解,现在国际上比较前沿的研究方法就是无GPS环境下的速度、位置测量技术,就是有visual adometry mlam,我们也希望飞行器上不仅仅有GPS和相机,还有很多的传感器。所以我们就涉及到多传感器测量数据的融融合。在掌握这些测量之后,我们对飞行器有一个要求就是在充满障碍的空间里来进行躲避和自己的路径的规划,这些技术对于国际上比较领先的机器人研究者讲他们都是从软件的角度来思考这些问题的,所以也会让我们想,当我们去探索这些技术的时候,我们就需要一个平台,那么这个平台就是我刚才所介绍的MS100。


我们会相信,总结来讲,刚才的那几个技术点总结起来就是这4个技术点,首先我们需要让飞行器准确的知道自己在空间中的速度,准确的知道自己在空间中位置,有这2个信息之后可以在空中躲开障碍物,在躲开障碍物的基础上,飞行器可以进行路径规划这个技术路线图是我们在大疆公司内部提出来的,我们也乐于把这样的路线图分享其他对无人机技术感兴趣的朋友,因为这些技术是无人机开发者需要去了解和攻克的技术难关。为了帮助开发者更好的去探索这些无人技术,除了M100至外,我们还开发了视觉传感器导航系统,叫做guidance系统,在这个图上它的尺寸是这样的一个模块,它的上面有一个超声波传感器,这个东西就可以帮助开发者去通过计算机视觉技术去重建某一个信息,通过超声波去探测举例。



这一张图就更好的展示了我们的guidance 系统在m100上安装在什么位置,在这一张PPT上也展示出了传感器上所处的位置和各自都是做什么的最后我可以通过一些视频把这里介绍到的guidance 的性能给大家介绍一下。


第一个视频就是说,这个视频之中所展现的问题是我们为什么要用计算机的技术来实现飞行器的速度的定位和定位,这个图片是基于视觉传感飞行器在空中悬停时的表现。因为GPS的信号有比较强的干扰和比较大的位置的误差,所以你看到一个是通过GPS的系统,GPS的系统可以在比较大的范围内来操作,但是视觉的系统,你是看不出移动的,因为视觉系统可以给我们更多的环境的信息和更准确的速度的测量。


第二个视频,这里展示的是我们这里的一家飞行器在自然的环境之中飞行和采集数据,我们进行地图重建的过程。这个过程是一个计算量非常大,其计算机领域比较前沿的技术,就是离线地图重建,这个是我刚才提到的,我们在实现的工作就是通过飞行器在飞行的过程之中采集一个环境的各种图像和超声波的信息然后生成地图,这个地图是用点云来实现的。为了处理点云信息我们就需要使用非常多的算法和数据处理方面的知识。


当我们把这样的系统进行优化之后就可以做到实时。这个是我们最近的工作这一块是实时实现的,你可以想象一下这个工具是怎么样的?我们可能有一个传感器的模块,我们把这个传感器拿到手上的时候,你可以一边走就可以看到自己位置的变化,在这个过程之中会把人行道旁边森林的距离呈现出来,这样的数据就可以让飞行器在飞行的过程之中理解环境,而且时时刻刻知道自己在环境之中所处的地位。


另外一个非常重要的就是障碍躲避的功能,这个视频就展示了我们guidance 障碍躲避的功能,因为这个是我们在室内去实现的,所以我们还是用了一些安全措施,我们的两个同事是拿着箱子去推的,这个视频已经是我们几个月前的技术,现在我们已经可以实现比这个视频里所展示的更好的性能。



关于这个视频,我就想要说另外一点,在去年就有一些别的无人机公司,是做了类似的技,类似的一些产品,他们通过众筹和其他的方式去获得一些知识,公众看到这些技术之后就觉得的有趣,实际上大疆公司也在做这些东西,只不过我们不想要很快把这些技术就转化成产品,实际上来说,这些技术涉及到飞行安全和涉及到出现了故障就会道导致参与操作的人会出现安全的问题。所以我们就会想把这样的技术,通过guidance 和M100的形式展现出来,而不是直接的集成到我们的产品里,我们也是希望通过开发者的力量来帮助我们计划和改进这些,通过也需要通过开源的环境来促进行业的发展。关于这一点我之后也会介绍。


那么就说到我们有这样的一个平台,有了这样的一个传感器系统,大疆公司已经探索了一些技术,这些技术已经有部分被开放了出去我们是以什么样的形式把这样的内容开发给开发者的呢?就是通过我们的sdk,这个东西是这样的,这个图上是我们M100架构,大家在这上面可以看到飞行器的模块,中间是飞控,飞控之间和相机和云台相连,这就构成了小的航拍的系统,上半部分是遥控器和DJI,大家都直到现在的产品,可以通过遥控器来接一个APP,APP上可以通过遥控器来获得飞机和相机传回来的数据和图像。在M100的数据上,我们就把这个飞行器航班进行了扩展,就是下面的这一部分,就是我刚才到的上层计算云台。它是一个什么东西呢?它是一个非常好的板载,这个基于DJI的manifold的开发平台,这个上面有tegraK1和linux还有ros。这个小的平台可以和M100飞行器进行深度的结合。首先就是在硬件上有直接的连接,可以通过OPI来控制飞行器,还可以直接的去连接DI的相机,获得相机的图像来帮助开发者构造这样的一个相机和处理单元的开发平台。


回头来看系统架构,让软件开发者获得了这样的飞行器之后,可以通过非常常用的开发语言去编写程序来控制DJI的飞行器。拿到这样的系统之后就为飞行器进入到更广阔的行业应用提供了更大的可能性。我们把这个部分在单独的抽出来这就是DJI飞控和DJImanifold 有一个链路,就是onboardapi,我们对飞行器的控制就是控制它的姿态,这个就会对应加速度,我们有了对位置的设置之后,我们就要控制飞行的移动,比如说我可以写一个程序在Djimanifold 上,飞机非上来之后可以让飞行器进行飞行,飞行器就可以执行这个操作的过程。这个代码以及实行的逻辑我们都有开源的工具和代码来帮助大家来了解。


在这个情况下,任何一个不懂飞行控制的开发者就不需要去管飞行器具体是怎么样执行飞到某一个GPS的工作,这个就是通过我们manifold 100的控制器来实现的,这样的系统就非常的方便没有无人机背景的开发者去了解和使用我们的飞行器。


这里就是进一步的把我刚才所说的东西进行了总结,就是我们的飞行器可以通过onboardapi 来进行控制,可以自动的起飞、降落、姿态、速度、位置的控制。还可以帮助飞行者在飞行的过程进行检测和任务的调度,这些东西就不细说了。


另外对于飞机来说非常重要的一点就是经常有用户找到我说我们对飞行器和在上面开发应用非常的感兴趣,但是开发把这个非常弄坏了,我们就开发了一款模拟器,这个模拟器是硬件仿真的,本质上来说我们要把飞行器接在电脑上打开电源就可以在虚拟的环境里执行动作和模拟,用户就可以通过这样的逻辑来看到用户是怎么样走出归集和得到飞行数据的,这样的模拟器就可以帮助用户来调式系统。比如说在农业里利用我们的飞行器来探测范围的技术,比如说在多大的距离里让飞机里飞行出一个路线,我们有了这个模拟器,用户在模拟的环境之中,就可以看到飞行器是否能够把这个路线飞出来。我们现在也在把这个模拟器进行进一步的优化和升级,大家看到这个模拟器的时候就会觉得非常的丑,为了让我们的飞机在更多的环境之中来使用,我们就需要用真实的环境来进行导入的,比如说地图数据和三维模型的导入,这些都是很多软件上面的需求,甚至这个模拟器的开发就类似游戏的开发,如果有朋友关注我们大疆公司最近的网站的话,也会看到我们也在招一些游戏方面的人才,实际上这主要就是为了优化这个系统。


最后就是围绕这一款飞行器我们也有自己非常成熟的开发者社区,我们有一个开源的代码库,有100多个朋友关注了这个数量和很多jave比是比较少的但是对于无人机来讲,我们的软件化和开源社区来讲,我们已经是做得比较好的,大家有兴趣就到这个网站上去看在这个网站上有比较完整的文档帮助大家去了解,文档之中有包括对飞行器基本的入门的介绍我们会介绍飞行器的原理是怎么样的?这样就能够帮助大家去了解飞行器的特性。


最后我想要跟大家介绍的内容就是,现在已经利用manifold 100和飞行器去实现的案例。我们的manifold 100是在1年前上线的,在全球的范围已经积累了2万名开发者,我们有大约30、40个非常成熟的,而且非常进行商业化的应用案例。在这里我做一个简单的介绍,但是因为保密的原因我不能够透露公司的内容和具体的项目,但是各位朋友可以通过这里PPT的介绍略知 一二。


首先我想要讲的就是manifold 100在学术研究之中的内容,这个视频展示的是比较先进的内容,飞行器在一个比较接近自然的环境中,我们看到很多的障碍物,在这个环境中可以通过相机去感知这个环境中有多少的路子,实时的来规划估计,在空间来进行飞行,这个工作是我们和我们的一个合作的大学的教授来实现的,这个教授,他和他的学生一开始他的学生也不了解怎么样用飞行器来做学术研究,一开始大家在做的就是放在地面上的机器人,但是我们就通过我们的开发者社区来告诉教授和学生来进行研究。他们用了1个月的时间就把左边的障碍的躲避和算法一直到我们的飞行器上,这个已经取得了非常好的效果这个会发表在一个比较顶级的飞行器上。


我们在做这个平台的时候,也参考了现在很多的机器人比赛的需求这个图片上展示的就是刚刚结束的国际空中机器人大赛,这个是108号在北航举办的一个比赛,这个比赛是历史上悠久的比赛有20多年的历史,是由美国的一个教授提出的比赛这个比赛的任务就是说,这个比赛主办方提出一个高于现在世界的一个技术水平的任务,然后让大学已经各个工业界的参赛队来完成这个任务,我们现在实现的是第七代任务了,这个任务在过去几年有和世界知名的高校来解决了这个的前几代的任务,这个任务有一个亚太区的比赛,使得中国能够来参加这个活动。在2013年的时候清华大学用德国的一个系统解决这个任务,之后我们大疆公司就设计manifold 100的飞行器,在设计的时候也结合到无人迹导航的需求,所以这个飞行器就非常的适合参加这样比较,在刚刚结束的亚太赛区的比赛之中,香港科技大学和哈尔滨工业大学都使用了我们飞行器在这个比赛之中都得到了比较好的成绩这个比赛的任务还是没有被完全解决的,但是我们很乐观的相信在未来的1、2年里,有更多的队伍会利用我们大疆的飞行器,而且用我们大疆的产品去实现这样的一个历史上影响比较深远的比赛。


说完学术和机器人比赛,接下来就是行业应用的案例,这些东西已经是我们在美国,以及在欧洲都有一些客户,利用我们的飞行器去实现的方案。比如说一个非常常见的场景就是房地产,那么我去勘察这个地方的时候希望给这个环境建一个三维的地图我们就可以让飞行器飞到上方去采集图片来进行三维的重建,客户就通过DJI的系统和模块和船板的建模和图像拼接的服务器来实现了实时的系统,这个系统就能够实现拍摄,指挥这个任务的工作人员就可以在在另外的平台上就可以看到环境拼接的结果。这个任务可以帮助一家座落在美国的公司,它可以派出探测队去世界各国来进行探索,通过探索发会到中央的服务器上。在这个应用的场景里,一大部分的工作就是关键开发的东西,这个过程之中挑战,比如说数据、图像处理、网络等所存在的问题都是在座的人需要去解决的问题。所以我们的无人机的系统就可以和这样的技术结合起来。


另外更加自主的任务,比如说电力巡线,和物体识别,我们就可以让飞行器带着我们的系统来进行读取数据。现在行业上的大客户已经用我们的飞行器来实行行业的应用之外,在校的学生也可以利用我们的系统来实现类似的东西我并没有放到PPT也是在今年初我们有一个面向高校的大赛,有一个美国的代表队,用到我们的系统做了一个非常不错的系统。我们就感觉到,我们的东西可以帮助人做一些有意义的话题。


我今天的演讲就是这样的,如果我把我演讲的东西做一个总结的话,我首先要强调的多旋翼飞行器是一个机器人,无人机的应用是刚刚开始的阶段,基础技术和新技术都需要尽可能的发展,DJI提供开放的平台,来帮助对无人机行业运用有兴趣的开发者来探索这些技术基础和做这些比较有意义的行业应用。


最后我还想要跟大家分享一个我个人对未来的愿景,如果说我们看历史上一些比较重要的发明,比如说电话、互联网,电话是在1870年被创造出来的,在1990年的时候人们制造出了交换器,这样的话电话就从点对点通讯变成点对多的通讯,互联网和电脑是1970年被发明出来,路由器是在1990年左右,那个时候我们有了互联网有了我们现在一切网络的技术,对于飞行器,同样的这种东西是大约在2010年左右我们有了多旋翼飞行器,然后会产生什么?


这个就是一个非常让人激动、非常让人充满幻想的未来。所以我今天的演讲就是这么多,谢谢大家。


(声明:本文来源于CSDN,仅代表作者观点,并不代表沃顿商业的立场。如有知识产权争议、投稿及合作事宜,请联系沃顿商业主编私人微信:iliuxiaowu2012,实习编辑 Sara)

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