主流的机器人导航方法解读

在餐廳、酒店、商場(chǎng)等服務(wù)場(chǎng)所，我們已能看到一些自主行走的服務(wù)機(jī)器人，他們能做到自主路徑規(guī)劃、自動(dòng)避開(kāi)障礙物等功能，這主要得益于機(jī)器人定位導(dǎo)航技術(shù)的進(jìn)步。

在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航方法中，目前主要有激光SLAM和視覺(jué)SLAM之分，其中激光SLAM適用范圍更廣，在理論、技術(shù)和產(chǎn)品落地上都更為成熟，而視覺(jué)SLAM目前仍處于研發(fā)和應(yīng)用拓展及產(chǎn)品逐漸落地階段。

激光SLAM

在激光SLAM中目前主要采用2D或3D激光雷達(dá)，但應(yīng)用于機(jī)器人上主要以2D激光雷達(dá)為主，2D激光雷達(dá)也叫單線激光雷達(dá)，它相當(dāng)于機(jī)器人的“眼睛”，可實(shí)時(shí)采集周圍物體的環(huán)境信息，對(duì)采集到的物體信息呈現(xiàn)出一系列分散的、具有準(zhǔn)確角度和距離的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)激光SLAM系統(tǒng)對(duì)不同時(shí)刻的兩片點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配與比對(duì)，計(jì)算激光雷達(dá)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的距離和姿態(tài)的改變，也就完成了對(duì)機(jī)器人本身的定位。

激光雷達(dá)的出現(xiàn)使得測(cè)量更精準(zhǔn)，誤差模型更簡(jiǎn)單，在室內(nèi)環(huán)境中運(yùn)行穩(wěn)定，當(dāng)然，除了室內(nèi)，針對(duì)室外（即使是強(qiáng)光直射）環(huán)境也同樣有運(yùn)行穩(wěn)定的激光雷達(dá)。另外，由于點(diǎn)云信息本身包含直接的幾何關(guān)系，使得機(jī)器人的路徑規(guī)劃和導(dǎo)航變的更為直觀。

視覺(jué)SLAM

視覺(jué)SLAM方案目前主要有兩種實(shí)現(xiàn)路徑，一種是基于RGBD的深度攝像機(jī)，比如Kinect，還有一種就是基于單目、雙目或者魚(yú)眼攝像頭。

基于深度攝像機(jī)的視覺(jué)SLAM，跟激光SLAM類似，也是通過(guò)收集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，來(lái)計(jì)算障礙物的距離。

而基于單目、魚(yú)眼相機(jī)的視覺(jué)SLAM方案，主要是利用多幀圖像來(lái)估計(jì)自身的位姿變化，再通過(guò)累計(jì)位姿變化來(lái)計(jì)算距離物體的距離，并進(jìn)行定位與地圖構(gòu)建。

總的來(lái)說(shuō)，相比視覺(jué)SLAM，激光SLAM技術(shù)更為成熟，適用范圍也更廣闊。目前，基于激光SLAM技術(shù)的機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于各類服務(wù)機(jī)器人中。

隨著SLAM技術(shù)重要性的凸顯以及應(yīng)用市場(chǎng)的擴(kuò)大 ，如今，已有越來(lái)越多的企業(yè)投入到SLAM技術(shù)的研發(fā)中，其中就包括了思嵐科技這樣的企業(yè)，思嵐科技是我國(guó)最早將激光SLAM技術(shù)應(yīng)用于服務(wù)機(jī)器人的企業(yè)，目前，在機(jī)器人定位導(dǎo)航領(lǐng)域已走在了行業(yè)的前列。為了幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航功能，思嵐科技在2014年時(shí)就面向全球發(fā)售了第一代激光雷達(dá)RPLIDAR A1，成為國(guó)內(nèi)外首款批量銷售的低成本激光雷達(dá)，推出不久就已累計(jì)上千家的使用用戶。

2015年思嵐科技又推出定位導(dǎo)航模塊SLAMWARE。據(jù)思嵐科技CEO陳士凱的介紹，機(jī)器人想要在完全陌生的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主行走，就必須像人一樣擁有“眼睛”和“小腦”，實(shí)現(xiàn)自主定位、導(dǎo)航及避障的能力，而激光雷達(dá)充當(dāng)了機(jī)器人的“眼睛”，但光有眼睛是不夠的，帶著實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主行走的使命，思嵐科技推出了SLAMWARE，該產(chǎn)品集成了基于激光雷達(dá)的同步定位與建圖及配套的路徑規(guī)劃功能，相當(dāng)于機(jī)器人的“小腦”。據(jù)了解，在 2015-2016年就已經(jīng)有客戶陸續(xù)使用SLAMWARE自主定位導(dǎo)航解決方案，到目前，新松機(jī)器人、優(yōu)必選等公司都已成為思嵐科技的合作伙伴。

除了SLAMWARE的面世，在2015年，思嵐科技還提出并確立通用型服務(wù)機(jī)器人開(kāi)發(fā)平臺(tái)概念，并發(fā)布通用型服務(wù)機(jī)器人開(kāi)發(fā)平臺(tái)ZEUS，ZEUS是可擴(kuò)展的通用機(jī)器人整機(jī)平臺(tái)，依靠?jī)?nèi)置的高性能SLAMWARE自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可搭載不同應(yīng)用，并在任何商用環(huán)境中開(kāi)展工作，無(wú)需外部環(huán)境調(diào)整及編程設(shè)置。

在2016-2017年時(shí)，思嵐科技又發(fā)布了第二及第三代低成本激光雷達(dá)RPLIDAR A2、A3，在測(cè)量性能和實(shí)用性上都實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)的突破，刷新了三角測(cè)距雷達(dá)難以突破20米的局限。

截止2019年，思嵐科技又推出了一款全新TOF激光雷達(dá)RPLIDAR S1，兼?zhèn)涓h(yuǎn)測(cè)距、更小體積及抗強(qiáng)光等特性，使機(jī)器人定位建圖達(dá)到一個(gè)新高度。

除此之外，基于SLAM技術(shù)的定位導(dǎo)航系統(tǒng)也升級(jí)至第三代，在處理速度、性能、效率等方面都有了質(zhì)的提升。相比傳統(tǒng)SLAM，此次升級(jí)版的SLAM 3.0系統(tǒng)采用圖優(yōu)化方式進(jìn)行構(gòu)圖，能實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)平米級(jí)別的地圖構(gòu)建能力，同時(shí)擁有主動(dòng)式回環(huán)閉合糾正能力，能很好消除長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致的里程累計(jì)誤差，成為目前行業(yè)中最受歡迎的定位導(dǎo)航方式。

如今，基于思嵐科技的機(jī)器人導(dǎo)航方法已應(yīng)用于各大服務(wù)機(jī)器人中，他們能做到自主定位、自動(dòng)建圖、路徑規(guī)劃與自動(dòng)避障，幫助移動(dòng)機(jī)器人解決了自主行走難題。