TW-ZWX24型 AI人工智能機器人小車

-基于視覺的移動抓取機器人平臺

1.設(shè)備性能與參數(shù)

TW-ZWX24是一款基于ROS (Robot Operating System) 機器人操作系統(tǒng)開發(fā)的教育機器人，該機器人采用麥輪底盤，可以實現(xiàn)全向移動的機器人，使用擁有472GFLOPS算力的英偉達(dá)Jetson系列主板作為主控，搭載了激光雷達(dá)、深度相機、6自由度機械臂等高性能硬件配置，可實現(xiàn)SLAM建圖、自主路徑規(guī)劃、自動導(dǎo)航、人體特征識別、movelt機械臂仿真控制等應(yīng)用。

工程級的強大配置

適用于雷達(dá)建圖、自主導(dǎo)航、自動駕駛、智能語音、目標(biāo)檢測、人臉識別等多個領(lǐng)域的科研算法驗證需求，不僅兼容各類開源項目程序，而且硬件全面升級，性能更強。

2.AI核心單元

AI超算，472 GFLOPS 算力！

功能強大的 AI 計算機，搭載128 核 Maxwell GPU， 4核心Cortex-A57 處理器，提供 472 GFLOPS，快速運行現(xiàn)代 AI 算法。廣泛應(yīng)用于深度學(xué)習(xí)、計算機視覺、GPU 計算、多媒體處理等領(lǐng)域。支持流行的 AI 框架算法，如 TensorFlow、PyTorch、Caffe / Caffe2、Keras、MXNet、YOLOv5、YOLOv11 等。

基于 開源ROS 機器人操作系統(tǒng)開發(fā)

ROS (Robot Operation System) 是適用于機器人的開源操作系統(tǒng)，包含一套機器人設(shè)計的軟件庫和工具。它提供了操作系統(tǒng)應(yīng)有的服務(wù)，包括硬件抽象，底層設(shè)備控制，常用函數(shù)的實現(xiàn)，進程間消息的傳遞，以及包管理。ROS 可簡化機器人設(shè)計，是世界上主流的機器人軟件框架。

硬件優(yōu)勢

強大計算能力：平臺搭載了NVIDIA 核心，具有128核Maxwell GPU，提供472 GFLOP的計算能力，專為密集計算任務(wù)優(yōu)化，顯著提升卷積、矩陣運算及多模型并行推理效率。能夠高效支持AI模型的推理與實時任務(wù)處理，確?？焖夙憫?yīng)和高效處理。

高效處理架構(gòu)：通過CPU和GPU協(xié)同工作，CPU負(fù)責(zé)輕量級計算與任務(wù)調(diào)度，GPU加速密集計算任務(wù)，如圖像處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理，從而顯著提升處理速度。

內(nèi)存優(yōu)化：4GB LPDDR4 內(nèi)存（帶寬 25.6 GB/s）支持多任務(wù)并發(fā)運行，通過 ZRAM 交換壓縮技術(shù) 擴展可用內(nèi)存容量，確保復(fù)雜任務(wù)流暢執(zhí)行。

高擴展性：設(shè)備支持多種接口（USB 3.0、HDMI、M.2等），支持GPIO擴展，能夠方便地與其他外部設(shè)備和傳感器進行集成與擴展，增強了平臺的靈活性和應(yīng)用場景的多樣性。

3.激光雷達(dá)構(gòu)建地圖

基于TOF技術(shù)的2D激光雷達(dá)，專為 ROS/ROS2 機器人開發(fā)設(shè)計，集高精度測距、360° 全向掃描和強環(huán)境適應(yīng)性于一體。憑借其緊湊設(shè)計和卓越性能成為機器人導(dǎo)航、SLAM 建圖的理想解決方案。支持 Gmapping、Hector、Karto、Cartographer等建圖算法。

雷達(dá)功能：

l RRT自主探索建圖：設(shè)置探索的區(qū)域，運用RRT算法實現(xiàn)自主探索建圖、地圖保存、返回原點。

l 路徑規(guī)劃與導(dǎo)航：支持DWA路徑規(guī)劃，單點與多點自主導(dǎo)航。

l 激光雷達(dá)避障/跟隨：可以實現(xiàn)檢測周圍環(huán)境，自主避開前方障礙物或者實時跟隨距離雷達(dá)最近目標(biāo)進行運動。

核心特征：

l 高精度測距：采用 TOF 技術(shù)，掃描半徑達(dá)30米，采樣頻率可達(dá)20000次/秒，角分辨率優(yōu)異0.09°@5Hz/0.13°@7Hz/0.22°@12Hz，測量精度高：0.05m-5m誤差≤±6cm，5m-20m誤差≤±4cm，20m-30m誤差≤±10cm，滿足高精度建圖需求。

l 360°全向掃描：實現(xiàn)無縫環(huán)境感知，適用于動態(tài)避障與復(fù)雜場景導(dǎo)航。

l 強抗光能力：支持 100,000 Lux 強光環(huán)境，室內(nèi)外表現(xiàn)穩(wěn)定。

l IP65 防護等級：防水防塵設(shè)計，確保在多樣化環(huán)境下的可靠運行。

l 靈活調(diào)速：內(nèi)置電機驅(qū)動器，支持掃描頻率調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同應(yīng)用場景。

4.視覺系統(tǒng)

TW-ZWX24搭載有高性能RGB-D深度相機，基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)，適用于機器人開發(fā)、3D視覺應(yīng)用和人機交互。集成了 RGB 彩色相機、紅外（IR）相機、紅外投影儀和深度處理器。相機采用高分辨率設(shè)計（支持1080P），深度范圍更廣（0.6m-8m）,長距離場景下性能更優(yōu)秀。強大的 SDK 支持以及 ROS/ROS2 兼容性，使其成為機器人導(dǎo)航、SLAM（同步定位與建圖）、3D 測繪、教育研究和商業(yè)應(yīng)用的理想選擇。

相機功能：

l 深度圖像數(shù)據(jù)、點云圖像：通過相應(yīng)的節(jié)點能夠獲取相機的深度圖、彩色圖、點云圖。

l ORBSLAM2+Octomap建圖：ORB-SLAM2是一個支持單目、雙目、RGB-D相機的開源SLAM框架，能夠?qū)崟r計算相機的位姿并同時對周圍環(huán)境三維重建，在RGB-D模式下可以得到真實尺度信息。

l RTAB-Map三維視覺建圖與導(dǎo)航：運用RTAB算法將視覺與雷達(dá)融合，實現(xiàn)了機器人三維視覺建圖與導(dǎo)航避障，支持全局重定位，自主定位。

詳細(xì)參數(shù)：

l 測距技術(shù)：

采用結(jié)構(gòu)光（Structured Light）技術(shù)，通過紅外投影儀投射編碼圖案，結(jié)合紅外相機捕獲反射信號，計算深度信息。

內(nèi)置 Orbbec 定制 ASIC 芯片，優(yōu)化深度計算效率，降低主機計算負(fù)擔(dān)。

l 深度范圍：

標(biāo)準(zhǔn)范圍：0.6 米 至 8 米，適合中遠(yuǎn)距離應(yīng)用（如機器人導(dǎo)航、室內(nèi)測繪）。

最小深度：0.4 米（部分模式下，需調(diào)整參數(shù)）。

深度精度：±3 mm（0.6 m 處），隨距離增加略有下降（約 ±1% 距離誤差）。

l 視場角（FOV）：

深度相機：水平 58.4°，垂直 45.5°，對角 67.9°。

RGB 相機：水平約 60°，垂直約 49.5°（略大于深度相機，利于對齊）。

視場覆蓋范圍適中，適合室內(nèi)環(huán)境感知和中型機器人平臺。

l 分辨率與幀率：

深度流：

640×480 (VGA) @ 30 FPS

320×240 (QVGA) @ 30 FPS（低分辨率高幀率模式）

RGB 彩色流：

1920×1080 (1080p) @ 15 FPS

1280×720 (720p) @ 30 FPS

640×480 @ 30 FPS

紅外流：640×480 @ 30 FPS（與深度流一致）。

支持多分辨率切換，滿足不同計算資源和應(yīng)用需求。

l 數(shù)據(jù)同步：

硬件級 RGB 與深度流同步，確保點云生成和顏色深度對齊的精度。

提供時間戳對齊功能，便于多傳感器融合。

l 環(huán)境適應(yīng)性：

工作溫度：0°C 至 40°C，存儲溫度：-20°C 至 60°C。

室內(nèi)優(yōu)化，紅外投影對強光敏感（建議避免陽光直射或強紅外干擾）。

對黑色（吸收紅外）、透明或鏡面物體（反射紅外）的深度測量可能受限。

l SDK 支持：

Orbbec OpenNI SDK（支持手勢識別、點云處理）。

Orbbec SDK（提供相機控制、數(shù)據(jù)流管理）。

ROS/ROS2 驅(qū)動（通過 ros_astra_camera 包支持深度、RGB、點云發(fā)布）。

其他工具：兼容 OpenCV、PCL（點云庫）、Matlab。

l 高級功能：

手勢識別：支持 21 個手部關(guān)鍵點檢測，適用于體感交互。

點云生成：提供實時 3D 點云數(shù)據(jù)，支持 3D 重建。

相機校準(zhǔn)：提供內(nèi)參和外參校準(zhǔn)工具，減少徑向/切向畸變。

多相機支持：可通過 USB Hub 連接多臺 Astra Pro Plus，實現(xiàn)多視角感知。

5. 底盤系統(tǒng)

TW-ZWX24采用高強度、輕量化的大尺寸鋁合金底盤作為核心骨架，這不僅賦予了機器人堅固耐用的特性，也為搭載各類傳感器、執(zhí)行器和其他負(fù)載提供了充足的空間和可靠的支撐。底盤設(shè)計巧妙地集成了四個高性能麥克納姆輪，結(jié)合先進的運動控制算法，使機器人能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、無死角的靈活移動，包括前進、后退、橫移、原地旋轉(zhuǎn)以及任意曲線軌跡的行駛。這種獨特的運動方式賦予了小車極強的機動性，使其能夠在狹窄空間內(nèi)自由穿梭，完成傳統(tǒng)輪式機器人難以實現(xiàn)的復(fù)雜操作。

更值得一提的是，小車配備了創(chuàng)新的擺式懸掛底盤系統(tǒng)。這種設(shè)計允許每個車輪模組獨立地上下浮動，從而確保在復(fù)雜、崎嶇不平的路面上，四個麥克納姆輪始終能夠與地面保持良好的接觸。這一特性顯著提升了機器人的地形適應(yīng)能力，使其能夠平穩(wěn)地越過小型障礙物、爬坡以及在傾斜表面上穩(wěn)定行駛。通過保持四輪的持續(xù)接地，擺式懸掛系統(tǒng)還能有效防止車輪懸空打滑，保證電機編碼器能夠準(zhǔn)確地測量車輪的轉(zhuǎn)動，為機器人精準(zhǔn)的定位、導(dǎo)航和運動控制提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。這種設(shè)計對于需要精確控制和穩(wěn)定運動的機器人應(yīng)用至關(guān)重要，例如自主導(dǎo)航、物料搬運和巡檢等。

6. 機械臂

搭載高精度六軸機械臂，由6個高性能串行總線舵機組成，每個舵機都具備精確的角度控制和反饋機制，協(xié)同工作實現(xiàn)了機械臂整體的靈活運動和精準(zhǔn)定位。機械臂的重復(fù)定位精度高達(dá) ±0.5mm，這意味著它能夠精確地回到之前到達(dá)過的位置，這對于需要重復(fù)執(zhí)行抓取、放置等動作的應(yīng)用至關(guān)重要。

該機械臂的工作空間被設(shè)計為以機械臂中心軸為中心，半徑為 30cm 的圓形區(qū)域。在這個范圍內(nèi)，機械臂能夠靈活地執(zhí)行各種操作，例如精準(zhǔn)地抓取放置物體。其有效負(fù)載能力達(dá)到 500g，使其能夠搬運一定重量的物品，滿足多種應(yīng)用場景的需求。

為了方便用戶學(xué)習(xí)和開發(fā)，提供了配套的 MoveIt仿真課程。MoveIt是一款強大的 ROS 運動規(guī)劃框架，通過仿真環(huán)境，用戶可以在實際操作機械臂之前，安全地進行運動規(guī)劃、碰撞檢測和路徑優(yōu)化等操作，極大地提高了開發(fā)效率和安全性。

此外，機械臂還支持與語音交互系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)更加智能化的操作。例如，通過語音指令，用戶可以控制機器人完成物品的搬運、垃圾的智能分揀等任務(wù)。這種人機交互方式不僅提高了操作效率，也拓展了機器人的應(yīng)用場景，使其能夠更好地服務(wù)于人類。

詳細(xì)參數(shù)：

l 舵機方案：15KG*5+6KG串行總線智能舵機

l 關(guān)節(jié)數(shù)量及類型：5自由度+夾持器

l 運動范圍和工作空間：半徑≤30cm

l 負(fù)載能力：500g（搬運重量），有效負(fù)載200g(機械臂伸直夾取)

l 重復(fù)定位精度：±0.5mm

l 回讀功能：支持回讀舵機位置、狀態(tài)等信息

l 通信方式：UART串口

7. 語音交互

該語音交互模塊采用高度集成的音頻處理設(shè)備，專為機器人應(yīng)用設(shè)計，旨在提供卓越的語音識別和人機交互能力。該模塊的核心是其高靈敏度麥克風(fēng)陣列，這一設(shè)計使其能夠有效地捕捉來自遠(yuǎn)距離的語音信號，即使在嘈雜環(huán)境中也能準(zhǔn)確接收用戶的指令。

為了確保語音識別的準(zhǔn)確性，該模塊集成了先進的降噪和回音消除技術(shù)。降噪功能可以顯著降低環(huán)境噪聲的干擾，而回音消除則能有效抑制揚聲器播放的聲音對麥克風(fēng)接收的干擾，從而提高語音信號的清晰度和信噪比。

該模塊與平臺實現(xiàn)了高度的兼容性，可以無縫集成到機器人的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)語音控制導(dǎo)航、語音命令執(zhí)行等功能。

詳細(xì)參數(shù)：

l 麥克風(fēng)類型： 高靈敏度麥克風(fēng)陣列，能夠同時接收來自多個方向的聲音，提高拾音的準(zhǔn)確性。

l 拾音范圍： 遠(yuǎn)距離語音采集，保證小車在一定范圍內(nèi)都能接收到用戶的語音指令。

l 降噪性能： 支持先進的降噪算法，有效降低環(huán)境噪聲，提高語音識別率。

l 回音消除： 支持回音消除技術(shù)，消除揚聲器播放聲音對麥克風(fēng)的干擾。

l 兼容性： 兼容平臺，提供相應(yīng)的 ROS 驅(qū)動和接口。

l 工作電壓： 5V，采用常見的電源電壓，方便集成。

l 工作電流： 300mA，低功耗設(shè)計，延長小車?yán)m(xù)航時間。

l 靈敏度： -38dB/Pa，表示麥克風(fēng)對聲壓變化的敏感程度。

l 信噪比： 65dB，表示麥克風(fēng)輸出信號中有效信號與噪聲的比值，越高表示音質(zhì)越好。

8. 姿態(tài)檢測

采用九軸姿態(tài)傳感器檢測小車位姿，這是一款是一款高性能、微型化的運動檢測模塊，它集成了三軸加速度計、三軸陀螺儀和三軸磁力計，能夠全面、精確地實時捕捉設(shè)備的姿態(tài)、方向和運動狀態(tài)。這種多傳感器融合的設(shè)計使其能夠提供比單一傳感器更全面、更可靠的運動信息，是許多需要精確姿態(tài)感知應(yīng)用的理想選擇。

主要功能與優(yōu)勢：

l 全面運動感知：通過加速度計測量設(shè)備在三個軸上的線性加速度，用于檢測傾斜、振動和沖擊；陀螺儀測量設(shè)備繞三個軸的角速度，用于檢測旋轉(zhuǎn)運動；磁力計測量地球磁場，用于確定設(shè)備的絕對方向（航向）。

l 可調(diào)量程：加速度計和陀螺儀都提供多種可調(diào)量程，允許用戶根據(jù)具體的應(yīng)用需求和運動強度選擇合適的測量范圍，從而優(yōu)化測量精度。

l 高靈敏度與低噪聲：傳感器具有高靈敏度和低噪聲特性，能夠捕捉到微小的運動變化，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

l 高采樣頻率：最高可達(dá) 200Hz 的采樣頻率，保證了傳感器能夠?qū)崟r捕捉快速變化的運動，滿足動態(tài)應(yīng)用的需求。

l 低功耗設(shè)計：在低功耗模式下，功耗僅為約 0.5mA，有助于延長電池供電設(shè)備的續(xù)航時間。

l 高精度：靜態(tài)姿態(tài)角精度達(dá)到 ±0.05°，動態(tài)姿態(tài)角精度達(dá)到 ±0.1°，滿足高精度姿態(tài)測量需求。

9. 其他亮點

AI 小車不僅具備強大的硬件基礎(chǔ)，更在軟件和功能上進行了深度優(yōu)化，展現(xiàn)出卓越的智能化水平。其突出的功能和亮點包括：

l MediaPipe 開發(fā)： 集成了 MediaPipe 框架，這是一個由 Google 開發(fā)的強大的多媒體處理管道。通過 MediaPipe，開發(fā)者可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜的 AI 任務(wù)，例如：

o 人臉識別與分析：實時檢測和識別人臉，并提取面部特征點，用于身份驗證、表情分析等。

o 手勢識別：識別用戶的手勢動作，實現(xiàn)自然的手勢控制交互。

o 物體檢測與跟蹤：檢測特定物體，并在視頻流中持續(xù)跟蹤其位置和姿態(tài)。

這些功能極大地拓展了機器人的應(yīng)用場景，使其能夠更好地理解和響應(yīng)人類的行為。

l AI 交互升級： 在人機交互方面進行了全面升級，使其能夠以更自然、更智能的方式與人類進行互動。

o 智能語音交互：集成高精度語音識別和合成技術(shù)，實現(xiàn)流暢的語音對話，支持語音控制導(dǎo)航、任務(wù)執(zhí)行等。

o 視覺情感識別：分析人類的面部表情，判斷其情緒狀態(tài)，并做出相應(yīng)的反饋，例如在檢測到用戶悲傷時播放舒緩的音樂。

l 視覺循跡自動駕駛：搭載先進的視覺導(dǎo)航算法，使產(chǎn)品能夠在預(yù)先設(shè)定的道路或軌跡上自主行駛。

o 車道線檢測：準(zhǔn)確識別道路上的車道線，保持車輛在車道中央行駛。

o 路徑規(guī)劃：根據(jù)環(huán)境信息和目標(biāo)位置，規(guī)劃最優(yōu)行駛路徑。

這使得機器人能夠在無需人工干預(yù)的情況下完成巡邏、配送等任務(wù)。

l KCF 目標(biāo)追蹤：采用 KCF (Kernelized Correlation Filter) 算法，實現(xiàn)對特定目標(biāo)的精確、魯棒的實時追蹤。

o 動態(tài)目標(biāo)追蹤：即使目標(biāo)發(fā)生形變、遮擋或光照變化，也能保持穩(wěn)定的追蹤。

o 多目標(biāo)追蹤：支持同時追蹤多個目標(biāo)，滿足復(fù)雜的追蹤需求。

這項技術(shù)在機器人安防、物流等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。

l 多機編隊互聯(lián)控制：支持多臺機器人之間的協(xié)同工作，實現(xiàn)編隊行駛、協(xié)同搬運等復(fù)雜任務(wù)。

o 分布式控制：通過無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)機器人之間的信息共享和協(xié)同控制。

o 集群智能：形成機器人集群，共同完成大規(guī)模任務(wù)，提高工作效率。

l Rviz 仿真控制： 集成 Rviz 可視化工具，為開發(fā)者提供強大的機器人仿真和調(diào)試環(huán)境。

o 三維可視化：以三維方式顯示機器人的狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)和環(huán)境信息。

o 運動規(guī)劃調(diào)試：可視化地調(diào)試機器人的運動規(guī)劃算法，優(yōu)化運動軌跡。

這極大地簡化了開發(fā)流程，提高了開發(fā)效率。

10. 課程案例

設(shè)備配套的課程資源，旨在為用戶提供一個全面而深入的機器人學(xué)習(xí)體驗，從 ROS 基礎(chǔ)知識到前沿的 AI 應(yīng)用，構(gòu)建起完整的知識體系和實踐能力。這些課程資源不僅是簡單的操作指南，更是系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)路徑，助力用戶快速掌握機器人開發(fā)的核心技能，并具備解決實際問題的能力。

主要亮點和特點：

l ROS 基礎(chǔ)知識體系：課程資源系統(tǒng)地講解 ROS (Robot Operating System) 的核心概念和技術(shù)，包括:

o ROS 架構(gòu)與通信機制：深入理解 ROS 的節(jié)點、話題、服務(wù)、參數(shù)服務(wù)器等基本組成部分，以及它們之間的交互方式。

o ROS 工具與命令：熟練掌握 ROS 常用工具，如 roscd、rospack、rosrun、rostopic、rosservice 等，提高開發(fā)效率。

o ROS 開發(fā)環(huán)境搭建：指導(dǎo)用戶搭建 ROS 開發(fā)環(huán)境，配置工作空間，創(chuàng)建和編譯 ROS 包。

l 機器人關(guān)鍵技術(shù)深度解析：課程資源重點講解機器人領(lǐng)域的核心技術(shù)，并提供大量的實踐案例，幫助用戶深入理解和應(yīng)用這些技術(shù)：

o SLAM 建圖與自主導(dǎo)航：講解如何使用激光雷達(dá)、深度相機等傳感器獲取環(huán)境信息，并利用 SLAM 算法構(gòu)建高精度地圖；深入探討路徑規(guī)劃和導(dǎo)航算法，使機器人能夠在未知環(huán)境中自主移動。

o 計算機視覺與物體識別：教授如何使用 OpenCV 等視覺庫，以及深度學(xué)習(xí)模型，實現(xiàn)物體檢測、識別、跟蹤等功能，使機器人具備"視覺"能力。

o 機械臂運動規(guī)劃與控制：從機械臂的運動學(xué)建模入手，講解如何進行軌跡規(guī)劃、碰撞檢測、逆運動學(xué)求解，最終實現(xiàn)機械臂的精確控制和復(fù)雜操作。

o AI 深度學(xué)習(xí)應(yīng)用：引入 MediaPipe 等先進的 AI 框架，探索其在機器人領(lǐng)域的應(yīng)用，例如人臉識別、手勢識別、情感識別等，使機器人具備更強的感知和交互能力。

l 仿真環(huán)境與實踐: 課程資源強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，提供豐富的仿真環(huán)境和實踐項目，例如：

o Rviz 仿真：學(xué)習(xí)使用 Rviz 進行機器人可視化，調(diào)試傳感器數(shù)據(jù)，觀察運動規(guī)劃結(jié)果。

o MoveIt! 運動規(guī)劃：掌握 MoveIt! 運動規(guī)劃框架，在仿真環(huán)境中進行機械臂運動規(guī)劃和控制。

o 真實機器人實驗：結(jié)合實際的 ROSMASTER X3 Plus 機器人，完成各種機器人應(yīng)用項目的開發(fā)和調(diào)試。

l 豐富的案例與項目實踐：課程資源提供大量的機器人應(yīng)用案例，例如：

o 智能語音交互：開發(fā)語音控制機器人導(dǎo)航、任務(wù)執(zhí)行等功能。

o 視覺循跡與自動駕駛：實現(xiàn)機器人沿特定路徑自主行駛。

o 多機器人協(xié)同：學(xué)習(xí)多機器人編隊控制、協(xié)同搬運等。

這些案例幫助用戶將所學(xué)知識應(yīng)用到實際場景中，提升解決實際問題的能力。