小米新發布的平衡車自動跟隨是什麼原理怎麼實現的啊？

02-08

可以自動跟人走，但是看跟隨距離4米，操控距離20米！

轉貼一份由Ninebot總裁王野主筆及研發團隊（任冠佼、劉曉影、張晶）共同撰寫的《九號平衡車Plus開發日記》第三章——更好玩：無線電跟隨的創新挑戰。這裡或許有大家想知道的答案。

為什麼要做自動跟隨？

很多人把2015年叫做「機器人元年」。在那一年，很多個人助理機器人映入大家眼帘，比如說Jibo，Pepper，Buddy。作為一個機器人行業的老兵，在我們傳統的思想，機器人是生產力工具，然而那時候我意識到，原來普通用戶對於一個私人的機器人助手是抱有多大的期待！然而，理想是豐滿的，現實卻是骨感的——機器人技術距離科幻電影中那種情景，或者說大家思想中期待的那種場景，距離還太遠了。那能否把需求先簡化一些呢，先做個小跟班吧，哪怕啥也不做，就是跟著你就好。

自動跟蹤這個需求本質上來自於用戶反饋。作為產品設計者，我們最大的喜悅其實來自用戶對我們的肯定，因此也會不斷的查看各種評論與反饋。我們在一些論壇上看到用戶的反饋：「有的時候我不想騎平衡車，推著又太累，能否讓它跟在身後呢？」恰逢當時我們也在關注一些高精度定位技術，需求與技術兩者結合，我們就想到了做一個自動跟隨功能。但是沒想到當時的技術也遠沒有達到可量產級別，給我們的產品設計帶來了很大的挑戰。現在回過頭來看，真的是一路坑。好在，都被我們一一趟平了。

Segway Loomo的挑戰和啟發

Plus實際上還有一個同胞兄弟，就是Segway

Loomo（中文名「路萌」）。Loomo加入了Intel的Realsense可以獲取RGBD的視覺信息，帶有一個屏幕，並配備x86架構處理器，可以說性能更加強大，且交互體驗更加完美。我們都明白，想做跟隨功能，更好的體驗是不需要用戶按任何的啟動按鈕，最好是依賴視覺，當機器人找到你的時候，就發現主人來了並跟上。然而，使用視覺最大的問題，成本還是太高。一套完整的解決方案需要一個CPU（中央處理器）而不是MCU（微控制器），需要一套Camera的系統，例如Realsense或者解析度很高的攝像頭，隨之而來的就是需要的處理信息很多，功耗增加、發熱等等問題，而解決這個問題務必要增加散熱結構、代碼優化等各種工作量。這個給我們帶來了巨大的挑戰。

那麼能否用一個盡量簡單的方案實現同樣的用戶體驗呢？答案是有的。採用無線電定位的技術，就可以在不犧牲太多用戶的前提下解決這個問題。為什麼說不用犧牲太多體驗呢？實際上我們認為讓用戶佩戴一個信標不是一個那麼好的體驗，但是我們還收到另外一個反饋：「九號平衡車的手機遙控沒有手感反饋」，那麼，能否將被跟蹤的信標和實體搖桿集成在一起呢？因此，我們才想到了做一個遙控器，它既是可被跟蹤的信標，又是實體搖桿的通訊載體，可以同時實現遙控與跟隨。完美！

探路不容易！遙控器和車載雷達

然而，基於無線電定位的技術，實現起來並不簡單。

我們定製的無線電跟隨技術，在我們把它民用化之前，有一個應用場景是美國海軍的補給品定位，包括艦上和岸上倉庫內的人員和物資定位，以有利於快速調度。

我們是第一次將其用在了消費電子領域，實現了自主跟蹤，並實現了量產。

這裡面有兩大坑。

第一點是天線的設計問題。我們最早拿到解決方案的時候，是能夠實現較高精度定位的。「角度精度5°、距離精度10cm」這個精度足夠我們做跟蹤了，但是現有方案前提條件也比較多，比如水平安裝高度會影響定位精度，比如對定位系統自身的姿態要求很高，姿態會影響測量精度再比如說地面會反射等問題。如果要求用戶握持遙控器時必須保持固定姿態，或者要求用戶握持遙控器的高度與平衡車相同，這顯然是不可接受的。我們首先要解決的是設計一款能夠不受姿態影響的天線，這可難壞了我們這樣機械、電子出身的工程師，這完全是雷達、射頻領域的問題啊。隔行如隔山，對於我們這些射頻零基礎的人，必須惡補一下相關的知識。不過，工程師存在的價值就是發現問題、分析問題、解決問題，在幾個月的時間內，我們深入理解了天線領域的一些全新概念和設計方法，而在幾個月之前，我們聽都沒聽過。伴隨著時間一點點的推進，我們的知識逐步完善，加上請教這個領域的一些專家，再加上供應商的一些幫助，我們的天線一遍又一遍的改進，終於搞定了！回過頭來看時，我們車輛端遙控器已經做了9款，遙控器端也已經做了7款，終於做出了既可靠，成本又低、可量產的天線。

此外我們還做了很多的工作來提升這個系統的穩定性與魯棒性，比如說採用一個電機帶著天線轉、比如說天線做一個傾角，經過不斷嘗試，一個新的基於無線電的定位系統就實現了。當我們回過頭看時，這不就是一個雷達系統嘛！

第二點是射頻信號對於金屬以及人體遮擋非常敏感的問題。Demo完成的時候是2016年的9月份，當時基本的跟蹤已經成型了，但是由於使用的技術局限，當金屬或者人體遮檔天線的時候，測量角度會產生很大的偏差。

這裡面結構團隊與ID團隊給了非常大的支持。為了不遮擋信號，我們腳控部分的型材無法直接坐到腿墊的位置，而需要通過塑膠件來支持整個強度。將塑膠件做到金屬件相同的強度，恐怕也只有珍源了。可以看到下面這個像手雷一樣的塑膠件，每一根筋的形態都是經過特殊設計的，目的就是不影響信號的情況下，做到高強度。

然後就是遙控器的設計了，為了不讓用戶手遮擋天線，曉影同學的ID，在滿足人體工學的前提下，最大程度的露出了天線部位，讓通訊質量良好，有助於定位。

接下來就是演算法的處理了。在這樣設計的前提下，信號仍然被遮擋了怎麼辦？我們採集了信號強度、測量的距離、測量的角度等等各種一系列的數據，進行了離線的機器學習，訓練出了一套判斷遙控器信號質量的參數。這樣，每次信號來後，我們就知道這個信息是否值得被信任，如果連續收到信號質量差的數據，則自動跟蹤停止，不至於撞到旁邊的行人或者飛車。所以，現在的胖九跟隨時如果你刻意的遮擋住遙控器，車輛會比較穩定的停在原地。

到此為止，一個能夠穩定自動跟蹤的系統，終於被我們設計出來了。我們將一個用在軍工、工業級的技術，帶來給普通的用戶，讓大家第一時間感受到科技給生活帶來的樂趣，這種感覺讓人心裡成就感爆棚。

關於自動跟隨的思考

好奇心是探索世界的一把鑰匙，感觸太深了。5月份的一天，我在我家小區測試平衡車跟隨的時候，一個五六歲的小女孩看到了，就非常萌的問：「媽媽，為什麼這個平衡車可以自己走啊？」她媽媽的回答更加搞笑：「因為那個小車有電呀！」聽到這個結論不禁莞爾，我真想告訴她，這裡面有非常先進的無線定位技術，而不是簡單的因為有電……還是保持一種神秘吧，希望她能夠探索這裡面的秘密。不過回想過來，我們能否也能保持像小女孩這樣的好奇心，不斷探索世界呢？

未完待續……

賽格威（Segway）是全球短交通和機器人技術企業，1999年創立於美國東部Bedford。2015年4月1日，納恩博（NinebotInc.）收購賽格威（Segway Inc.）形成新的Segway全球企業，致力於SegwayPersonal Transportation、Segway

Robotics兩大主體業務，持續以創新技術研發生產具有未來科技體驗產品。目前在中國（北京）、美國、荷蘭、新加坡設區域總部，擁有700多項行業核心專利，在全球超過100個國家和地區擁有渠道網路。企業機構股東包括紅杉資本、小米科技、Intel、GIC、海泉基金等，估值15億美金，成為一家獨角獸公司。

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據說是這個原理

應該是手上的遙控發出某種信號，然後平衡車檢測到信號後定位。