基于NVIDIAJetson使用硬件在环设计机器人

原创 英伟达NVIDIA中国 2023-06-14 18:25


Hardware-in-the-Loop(硬件在环,HIL)测试是一种强大的工具,用于验证和核实包括机器人技术和计算机视觉在内的复杂系统的性能。本文探讨了 HIL 测试是如何通过 NVIDIA Isaac 平台应用于这些领域的。


NVIDIA Isaac 平台由 NVIDIA Isaac Sim NVIDIA Isaac ROS 组成。前者是一个仿真器,为测试机器人算法提供仿真环境,后者是针对 NVIDIA Jetson 优化的硬件加速软件,其中包含机器学习、计算机视觉和定位算法。基于 NVIDIA Isaac 平台进行 HIL 测试,您可以验证和优化机器人软件栈的性能,从而获得更安全、更可靠、更高效的产品。


下文将讨论 HIL 系统的各个组件,包括 NVIDIA Isaac 平台的软件和硬件。此外还会研究它们如何协同工作,以优化机器人和计算机视觉算法的性能。我们也将探讨使用 NVIDIA Isaac 平台进行 HIL 测试的好处,并与其他测试方法进行比较。


NVIDIA Isaac Sim


基于 Omniverse 的 NVIDIA Isaac Sim 为测试机器人和计算机视觉算法提供了一个照片级真实、物理精准的虚拟环境,使用户能够在无损坏物理硬件风险的前提下对性能进行微调。同时,该仿真器也是高度可定制的,是测试各种场景和用例的理想选择。


您可以利用 NVIDIA Isaac Sim 创造更智能、更先进的机器人。平台提供了一套能够帮您构建复杂算法的工具和技术,使机器人能够执行复杂的任务。


通过使用 Omniverse Nucleus 和 Omniverse ConnectorsNVIDIA Isaac Sim 可以轻松协作、共享和导入通用场景描述(USD)格式的环境和机器人模型。通过集成 Isaac ROS/ROS 2 接口、全功能的 Python 脚本,以及用于导入机器人和环境模型的插件,可以实现更加高效和有效的机器人仿真。



图 1. NVIDIA Isaac Sim 堆栈


您可以使用 ROS 或 ROS 2,又或是 Python 与 NVIDIA Isaac Sim 进行交互。运行 NVIDIA Isaac GymNVIDIA Isaac Cortex,生成合成数据,或者将其用于数字孪生。


NVIDIA Isaac Sim 在内部采用定制版本ROS Noetic,使用 roscpp 构建用于 ROS Bridge,与 Omniverse 框架和 Python 3.7 无缝协作。这个版本与 ROS Melodic 兼容。


NVIDIA Isaac Sim 目前支持 ROS 2 Foxy 和 Humble 的 ROS 2 Bridge,建议将 Ubuntu 20.04 用于 ROS 2。


了解更多详细信息,请参阅 NVIDIA Isaac Simhttps://developer.nvidia.com/isaac-sim


NVIDIA Isaac ROS


NVIDIA Isaac ROS 建立在机器人操作系统(ROS)之上,提供了一系列先进的功能和工具,帮您打造更智能、更强大的机器人。这些功能包括先进的绘图和定位,以及物体检测和跟踪。有关最新功能的更多信息,请参阅 Isaac ROS Developer Preview 3 (https://developer.nvidia.com/blog/build-high-performance-robotic-applications-with-nvidia-isaac-ros-developer-preview-3/


通过使用 NVIDIA Isaac 平台的 Isaac ROS,您可以创建复杂的机器人应用程序,精确地执行复杂的任务。凭借强大的计算机视觉和定位算法,Isaac ROS 对于任何希望创建高级机器人应用程序的开发人员来说都是一个有价值的工具。



图 2. Isaac ROS 和软件层


Isaac GEMs for ROS 是一套为机器人社区发布的 GPU 加速 ROS 2 软件包,是 NVIDIA Jetson 平台的一部分。


Isaac ROS 提供了一套用于感知及 AI 的软件包,以及被称为 NVIDIA Isaac Transport for ROS (NITROS) 的完整管线。这些软件包已经针对 NVIDIA GPU 和 Jetson 平台进行了优化,具有图像处理和计算机视觉的功能。


在这篇文章中,我们收录了如何为以下软件包运行 HIL 的示例:


  • NVIDIA Isaac ROS vslam

  • NVIDIA Isaac ROS apriltag

  • NVIDIA Isaac ROS nvblox

  • NVIDIA Isaac ROS Proximity segmentation


有关其他 Isaac ROS 软件包和最新 Isaac ROS Developer Preview 3 的更多信息,请参阅 NVIDIA Isaac ROS (https://developer.nvidia.com/isaac-ros)


硬件规格和设置


对于此测试,您需要一个工作站或笔记本电脑,以及一个 NVIDIA Jetson 平台:


  • 搭载 Ubuntu 20.04 的 x86/64 计算机

  • 带 NVIDIA RTX 的 NVIDIA 显卡 

  • 显示器

  • 键盘和鼠标

  • NVIDIA Jetson AGX Orin 或 NVIDIA Jetson Orin NX

  • NVIDIA JetPack 5+(测试版本为 5.1.1)

  • 路由器

  • 以太网电缆



图 3. 硬件设置


当在设备之间(如 NVIDIA Jetson 模块和电脑传输大量数据时,通常首选使用有线以太网连接而不是 Wi-Fi。这是因为以太网连接提供了更快、更可靠的数据传输速率,对于实时数据处理和机器学习任务尤为重要。


在 Jetson 模块和电脑之间建立以太网连接,您需要按照以下步骤操作:


  1. 准备一根以太网电缆和一个带有免费以太网端口的路由器。

  2. 将电缆的一端插入设备的以太网端口。

  3. 将电缆的另一端插入路由器上其他未使用的以太网端口。

  4. 打开设备,等待其完全启动。

  5. 通过查找以太网图标,或使用如 ifconfig 或 ipconfig 的网络诊断工具。


当电脑和 NVIDIA Jetson 准备就绪并连接后,请按照 /NVIDIA-AI-IOT/isaac_demo (https://github.com/NVIDIA-AI-IOT/isaac_demo)进行操作。


运行 Demo 和驱动


第一步,在工作站上运行 NVIDIA Isaac Sim。使用 ./isaac_ros.sh 脚本运行一个 Carter 机器人的 Demo。


Carter 1.0 是一个机器人平台,使用了 Segway 的差速器底座、一个用于 3D 范围扫描的 Velodyne P16、一个 ZED 摄像头、一个 IMU 以及一个作为系统核心的 Jetson 模块,与定制的安装支架一起,为 NVIDIA Isaac 导航堆栈提供了一个强大而坚固的演示平台。


当仿真开始时,您可以看到 NVIDIA Isaac Sim 的立体相机进行输出。使用两个摄像头,机器人已经准备好接收在 NVIDIA Jetson 模块上运行的 Isaac ROS 的输入。



图 4. NVIDIA Isaac Sim 上的 Carter


在 Demo 中试用 Isaac ROS 软件包


在这篇文章中,我们探讨用于 AMR 机器人或轮式机器人的 NVIDIA Isaac ROS 软件包。我们会重点讨论用于定位、绘图和 AprilTag 检测的软件包,您也可以根据需要修改资源库,以测试其他需要使用的软件包。


Isaac ROS Visual SLAM


NVIDIA Isaac ROS Visual SLAM 采用了视觉里程计和同步定位与建图技术(SLAM)的结合。


视觉里程计用于估计摄像机相对于其起始位置的位置。该技术涉及分析两个连续输入帧或立体声对识别关键点集合的迭代过程。通过匹配这两个集合的关键点,可以确定摄像机的过渡和帧之间的相对旋转。


SLAM 是一种通过结合先前获得的轨迹来增强视觉 SLAM 准确性的方法。通过检测当前场景是否曾被看过(摄像机运动的循环),就可以优化先前估计的摄像机姿势。



图 5. Isaac ROS vslam 和 nvblox 



图 6. Isaac ROS vslam 和 nvblox 运行状态


Isaac ROS nvblox


nvblox 软件包通过使用传感器观测数据,实时建立机器人周围环境的 3D 模型,路径规划人员可以使用该模型来创建无碰撞路径。软件包使用 NVIDIA CUDA 技术来加速这一过程,以获得实时性能。这个存储库包括用于 nvblox 库的 ROS 2 集成。



图 7. Isaac ROS NVblox 工作流程



图 8. Isaac ROS vs.lam 输出


按照 /NVIDIA-AI-IOT/isaac_demo (https://github.com/NVIDIA-AI-IOT/isaac_demo进行操作,Isaac ROS vslam 软件包即可在 Demo 上运行。


NVIDIA Isaac ROS apriltag


ROS 2 apriltag 软件包使用 NVIDIA GPU 来加速图像中的检测,并发布位姿、ID 和其他元数据。这个软件包可与 ROS 2 节点的 CPU AprilTag 检测相媲美。


这些标签是驱动机器人或操纵者从特定点开始动作或完成作业的基准。它们也被用于增强现实,以校准观察孔的测距。这些标签在许多系列中都可用,也易用桌面打印机打印,如图 9 中的标签。


图 9. AprilTags 代替二维码的例子



图 10. Isaac ROS apriltag 检测 Demo


Isaac ROS proximity segmentation


isaac_ros_bi3d 软件包采用了一个 Bi3D 模型,该模型经过优化,通过二元分类可执行立体深度评估。这个过程被用于 proximity segmentation,有助于识别某个范围内是否存在障碍物,并有助于在环境中导航时防止碰撞。



图 11. Isaac ROS proximity segmentation


使用 rviz 驱动 Carter


当读取 rviz 并全部运行时,rviz 显示了下图中的输出。图 12 显示了 Carter 在地图的中心和所有区块的位置。



图 12. 使用 Isaac ROS vslam 和 

Isaac ROS nvblox 构建地图的 rviz


以下视频展示的是您可以使用 rviz 在所有环境中驱动机器人,并查看由 nvblox 生成的地图。



视频 1. NVIDIA Orin NX 上的 HIL,基于

 Isaac ROS vslam 和 nvblox


您也可以使用 Foxglove 来测试仿真。



图 13. 使用 Foxglove 进行仿真测试


总结


在这篇文章中,我们向您展示了如何设置 HIL 使用 NVIDIA Jetson Isaac ROS 模块进行测试,以及如何尝试 NVIDIA Isaac Sim。请在桌面电脑和 Jetson 模块之间使用有线连接。想要显示所有遥测的原始数据,您需要一个可靠的连接。


您也可以测试刚刚添加到 /isaac-ros_dev 文件夹的其他 NVIDIA Isaac ROS 软件包。更多详细信息,请参阅 readme . md 文件,位置是 /NVIDIA-AI-IOT/isaac_demo (https://github.com/NVIDIA-AI-IOT/isaac_demo


更多详细信息,请参阅 Isaac ROS 系列网络研讨会https://gateway.on24.com/wcc/experience/elitenvidiabrill/1407606/3998202/isaac-ros-webinar-series)


点击 “阅读原文”,或扫描下方海报二维码观看 NVIDIA 创始人兼 CEO 黄仁勋在 COMPUTEX 2023 的主题演讲直播回放,主题演讲中文字幕版已上线,了解 AI、图形及其他领域的最新进展!


评论 (0)
  • 提到“质量”这两个字,我们不会忘记那些奠定基础的大师们:休哈特、戴明、朱兰、克劳士比、费根堡姆、石川馨、田口玄一……正是他们的思想和实践,构筑了现代质量管理的核心体系,也深远影响了无数企业和管理者。今天,就让我们一同致敬这些质量管理的先驱!(最近流行『吉卜力风格』AI插图,我们也来玩玩用『吉卜力风格』重绘质量大师画象)1. 休哈特:统计质量控制的奠基者沃尔特·A·休哈特,美国工程师、统计学家,被誉为“统计质量控制之父”。1924年,他提出世界上第一张控制图,并于1931年出版《产品制造质量的经济
    优思学院 2025-04-01 14:02 149浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍步入 2025 年,国家进一步加大促消费、扩内需的政策力度,家电国补政策将持续贯穿全年。这一利好举措,为行业发展注入强劲的增长动力。(详情见:2025:消费提振要靠国补还是“看不见的手”?)但与此同时,也对家电企业在战略规划、产品打造以及市场营销等多个维度,提出了更为严苛的要求。在刚刚落幕的中国家电及消费电子博览会(AWE)上,家电行业的竞争呈现出胶着的态势,各大品牌为在激烈的市场竞争中脱颖而出,纷纷加大产品研发投入,积极推出新产品,试图提升产品附加值与市场竞争力。
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:49 211浏览
  • 探针本身不需要对焦。探针的工作原理是通过接触被测物体表面来传递电信号,其精度和使用效果取决于探针的材质、形状以及与检测设备的匹配度,而非对焦操作。一、探针的工作原理探针是检测设备中的重要部件,常用于电子显微镜、坐标测量机等精密仪器中。其工作原理主要是通过接触被测物体的表面,将接触点的位置信息或电信号传递给检测设备,从而实现对物体表面形貌、尺寸或电性能等参数的测量。在这个过程中,探针的精度和稳定性对测量结果具有至关重要的影响。二、探针的操作要求在使用探针进行测量时,需要确保探针与被测物体表面的良好
    锦正茂科技 2025-04-02 10:41 71浏览
  • 退火炉,作为热处理设备的一种,广泛应用于各种金属材料的退火处理。那么,退火炉究竟是干嘛用的呢?一、退火炉的主要用途退火炉主要用于金属材料(如钢、铁、铜等)的热处理,通过退火工艺改善材料的机械性能,消除内应力和组织缺陷,提高材料的塑性和韧性。退火过程中,材料被加热到一定温度后保持一段时间,然后以适当的速度冷却,以达到改善材料性能的目的。二、退火炉的工作原理退火炉通过电热元件(如电阻丝、硅碳棒等)或燃气燃烧器加热炉膛,使炉内温度达到所需的退火温度。在退火过程中,炉内的温度、加热速度和冷却速度都可以根
    锦正茂科技 2025-04-02 10:13 73浏览
  • 据先科电子官方信息,其产品包装标签将于2024年5月1日进行全面升级。作为电子元器件行业资讯平台,大鱼芯城为您梳理本次变更的核心内容及影响:一、标签变更核心要点标签整合与环保优化变更前:卷盘、内盒及外箱需分别粘贴2张标签(含独立环保标识)。变更后:环保标识(RoHS/HAF/PbF)整合至单张标签,减少重复贴标流程。标签尺寸调整卷盘/内盒标签:尺寸由5030mm升级至**8040mm**,信息展示更清晰。外箱标签:尺寸统一为8040mm(原7040mm),提升一致性。关键信息新增新增LOT批次编
    大鱼芯城 2025-04-01 15:02 203浏览
  • 引言在语音芯片设计中,输出电路的设计直接影响音频质量与系统稳定性。WT588系列语音芯片(如WT588F02B、WT588F02A/04A/08A等),因其高集成度与灵活性被广泛应用于智能设备。然而,不同型号在硬件设计上存在关键差异,尤其是DAC加功放输出电路的配置要求。本文将从硬件架构、电路设计要点及选型建议三方面,解析WT588F02B与F02A/04A/08A的核心区别,帮助开发者高效完成产品设计。一、核心硬件差异对比WT588F02B与F02A/04A/08A系列芯片均支持PWM直推喇叭
    广州唯创电子 2025-04-01 08:53 194浏览
  • 北京贞光科技有限公司作为紫光同芯授权代理商,专注于为客户提供车规级安全芯片的硬件供应与软件SDK一站式解决方案,同时配备专业技术团队,为选型及定制需求提供现场指导与支持。随着新能源汽车渗透率突破40%(中汽协2024数据),智能驾驶向L3+快速演进,车规级MCU正迎来技术范式变革。作为汽车电子系统的"神经中枢",通过AEC-Q100 Grade 1认证的MCU芯片需在-40℃~150℃极端温度下保持μs级响应精度,同时满足ISO 26262 ASIL-D功能安全要求。在集中式
    贞光科技 2025-04-02 14:50 129浏览
  • 随着汽车向智能化、场景化加速演进,智能座舱已成为人车交互的核心承载。从驾驶员注意力监测到儿童遗留检测,从乘员识别到安全带状态判断,座舱内的每一次行为都蕴含着巨大的安全与体验价值。然而,这些感知系统要在多样驾驶行为、复杂座舱布局和极端光照条件下持续稳定运行,传统的真实数据采集方式已难以支撑其开发迭代需求。智能座舱的技术演进,正由“采集驱动”转向“仿真驱动”。一、智能座舱仿真的挑战与突破图1:座舱实例图智能座舱中的AI系统,不仅需要理解驾驶员的行为和状态,还要同时感知乘员、儿童、宠物乃至环境中的潜在
    康谋 2025-04-02 10:23 99浏览
  • 引言随着物联网和智能设备的快速发展,语音交互技术逐渐成为提升用户体验的核心功能之一。在此背景下,WT588E02B-8S语音芯片,凭借其创新的远程更新(OTA)功能、灵活定制能力及高集成度设计,成为智能设备语音方案的优选。本文将从技术特性、远程更新机制及典型应用场景三方面,解析该芯片的技术优势与实际应用价值。一、WT588E02B-8S语音芯片的核心技术特性高性能硬件架构WT588E02B-8S采用16位DSP内核,内部振荡频率达32MHz,支持16位PWM/DAC输出,可直接驱动8Ω/0.5W
    广州唯创电子 2025-04-01 08:38 166浏览
  • 职场之路并非一帆风顺,从初入职场的新人成长为团队中不可或缺的骨干,背后需要经历一系列内在的蜕变。许多人误以为只需努力工作便能顺利晋升,其实核心在于思维方式的更新。走出舒适区、打破旧有框架,正是让自己与众不同的重要法宝。在这条道路上,你不只需要扎实的技能,更需要敏锐的观察力、不断自省的精神和前瞻的格局。今天,就来聊聊那改变命运的三大思维转变,让你在职场上稳步前行。工作初期,总会遇到各式各样的难题。最初,我们习惯于围绕手头任务来制定计划,专注于眼前的目标。然而,职场的竞争从来不是单打独斗,而是团队协
    优思学院 2025-04-01 17:29 202浏览
  • 在智能交互设备快速发展的今天,语音芯片作为人机交互的核心组件,其性能直接影响用户体验与产品竞争力。WT588F02B-8S语音芯片,凭借其静态功耗<5μA的卓越低功耗特性,成为物联网、智能家居、工业自动化等领域的理想选择,为设备赋予“听得懂、说得清”的智能化能力。一、核心优势:低功耗与高性能的完美结合超低待机功耗WT588F02B-8S在休眠模式下待机电流仅为5μA以下,显著延长了电池供电设备的续航能力。例如,在电子锁、气体检测仪等需长期待机的场景中,用户无需频繁更换电池,降低了维护成本。灵活的
    广州唯创电子 2025-04-02 08:34 154浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍不久前,中国发展高层论坛 2025 年年会(CDF)刚刚落下帷幕。本次年会围绕 “全面释放发展动能,共促全球经济稳定增长” 这一主题,吸引了全球各界目光,众多重磅嘉宾的出席与发言成为舆论焦点。其中,韩国三星集团会长李在镕时隔两年的访华之行,更是引发广泛热议。一直以来,李在镕给外界的印象是不苟言笑。然而,在论坛开幕前一天,李在镕却意外打破固有形象。3 月 22 日,李在镕与高通公司总裁安蒙一同现身北京小米汽车工厂。小米方面极为重视此次会面,CEO 雷军亲自接待,小米副董
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:39 220浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦