在餐廳、酒店、商場等服務場所,我們已能看到一些自主行走的服務機器人,他們能做到自主路徑規劃、自動避開障礙物等功能,這主要得益于機器人定位導航技術的進步。
在實現機器人導航方法中,目前主要有激光SLAM和視覺SLAM之分,其中激光SLAM適用范圍更廣,在理論、技術和產品落地上都更為成熟,而視覺SLAM目前仍處于研發和應用拓展及產品逐漸落地階段。
激光SLAM
在激光SLAM中目前主要采用2D或3D激光雷達,但應用于機器人上主要以2D激光雷達為主,2D激光雷達也叫單線激光雷達,它相當于機器人的“眼睛”,可實時采集周圍物體的環境信息,對采集到的物體信息呈現出一系列分散的、具有準確角度和距離的點云數據,通過激光SLAM系統對不同時刻的兩片點云數據進行匹配與比對,計算激光雷達相對運動的距離和姿態的改變,也就完成了對機器人本身的定位。
激光雷達的出現使得測量更精準,誤差模型更簡單,在室內環境中運行穩定,當然,除了室內,針對室外(即使是強光直射)環境也同樣有運行穩定的激光雷達。另外,由于點云信息本身包含直接的幾何關系,使得機器人的路徑規劃和導航變的更為直觀。
視覺SLAM
視覺SLAM方案目前主要有兩種實現路徑,一種是基于RGBD的深度攝像機,比如Kinect,還有一種就是基于單目、雙目或者魚眼攝像頭。
基于深度攝像機的視覺SLAM,跟激光SLAM類似,也是通過收集到的點云數據,來計算障礙物的距離。
而基于單目、魚眼相機的視覺SLAM方案,主要是利用多幀圖像來估計自身的位姿變化,再通過累計位姿變化來計算距離物體的距離,并進行定位與地圖構建。
總的來說,相比視覺SLAM,激光SLAM技術更為成熟,適用范圍也更廣闊。目前,基于激光SLAM技術的機器人已廣泛應用于各類服務機器人中。
隨著SLAM技術重要性的凸顯以及應用市場的擴大 ,如今,已有越來越多的企業投入到SLAM技術的研發中,其中就包括了思嵐科技這樣的企業,思嵐科技是我國最早將激光SLAM技術應用于服務機器人的企業,目前,在機器人定位導航領域已走在了行業的前列。為了幫助機器人實現自主導航功能,思嵐科技在2014年時就面向全球發售了第一代激光雷達RPLIDAR A1,成為國內外首款批量銷售的低成本激光雷達,推出不久就已累計上千家的使用用戶。
2015年思嵐科技又推出定位導航模塊SLAMWARE。據思嵐科技CEO陳士凱的介紹,機器人想要在完全陌生的環境中實現自主行走,就必須像人一樣擁有“眼睛”和“小腦”,實現自主定位、導航及避障的能力,而激光雷達充當了機器人的“眼睛”,但光有眼睛是不夠的,帶著實現機器人自主行走的使命,思嵐科技推出了SLAMWARE,該產品集成了基于激光雷達的同步定位與建圖及配套的路徑規劃功能,相當于機器人的“小腦”。據了解,在 2015-2016年就已經有客戶陸續使用SLAMWARE自主定位導航解決方案,到目前,新松機器人、優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機器人開發平臺概念,并發布通用型服務機器人開發平臺ZEUS,ZEUS是可擴展的通用機器人整機平臺,依靠內置的高性能SLAMWARE自主導航定位系統,可搭載不同應用,并在任何商用環境中開展工作,無需外部環境調整及編程設置。
在2016-2017年時,思嵐科技又發布了第二及第三代低成本激光雷達RPLIDAR A2、A3,在測量性能和實用性上都實現了本質的突破,刷新了三角測距雷達難以突破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RPLIDAR S1,兼備更遠測距、更小體積及抗強光等特性,使機器人定位建圖達到一個新高度。
除此之外,基于SLAM技術的定位導航系統也升級至第三代,在處理速度、性能、效率等方面都有了質的提升。相比傳統SLAM,此次升級版的SLAM 3.0系統采用圖優化方式進行構圖,能實現百萬平米級別的地圖構建能力,同時擁有主動式回環閉合糾正能力,能很好消除長時間運行導致的里程累計誤差,成為目前行業中最受歡迎的定位導航方式。
如今,基于思嵐科技的機器人導航方法已應用于各大服務機器人中,他們能做到自主定位、自動建圖、路徑規劃與自動避障,幫助移動機器人解決了自主行走難題。
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