实现移动机器人导航的核心技术解读

自主導(dǎo)航是移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能的一個(gè)重要標(biāo)志，在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)中，SLAM技術(shù)成為目前主流的定位技術(shù)，行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的服務(wù)機(jī)器人企業(yè)，大多采用了SLAM技術(shù)。

SLAM（即時(shí)定位與地圖構(gòu)建），主要用于研究機(jī)器人移動(dòng)的智能化，在完全未知的環(huán)境中，配備激光雷達(dá)等核心傳感器后，SLAM技術(shù)可以幫助機(jī)器人構(gòu)建室內(nèi)環(huán)境地圖，助力機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主行走。

目前，基于SLAM的定位導(dǎo)航技術(shù)，有激光SLAM和視覺(jué)SLAM之分,激光SLAM技術(shù)相結(jié)合的激光定位導(dǎo)航主要是通過(guò)對(duì)目標(biāo)物發(fā)射激光信號(hào)，再根據(jù)從物體反射回來(lái)的信號(hào)時(shí)間差來(lái)計(jì)算這段距離，然后再發(fā)射激光的角度來(lái)確定物體和發(fā)射器的角度，從而得出物體與發(fā)射器的相對(duì)位置。

而視覺(jué)SLAM定位導(dǎo)航技術(shù)包含了攝像機(jī)（CCD圖像傳感器）、視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備、基于DSP的快速信號(hào)處理器、計(jì)算機(jī)及其外設(shè)等。而它的的工作原理簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是對(duì)機(jī)器人周邊的環(huán)境進(jìn)行光學(xué)處理，先用攝像頭進(jìn)行圖像信息采集，將采集的信息進(jìn)行壓縮，然后將它反饋到一個(gè)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法構(gòu)成的學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，再由學(xué)習(xí)子系統(tǒng)將采集到的圖像信息和機(jī)器人的實(shí)際位置聯(lián)系起來(lái)，完成機(jī)器人的自主導(dǎo)航定位功能。

激光SLAM和視覺(jué)SLAM兩種技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，激光的缺點(diǎn)毋庸置疑，傳統(tǒng)激光雷達(dá)很貴，第二很多方面不大靈活。視覺(jué)SLAM對(duì)于環(huán)境光影的變化或者室內(nèi)比較昏暗的場(chǎng)景是無(wú)法使用的，而激光SLAM導(dǎo)航的精度更能得到有效保障，能更好的適應(yīng)室內(nèi)環(huán)境。

基于SLAM自主導(dǎo)航技術(shù)的開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的工作，但它是釋放移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的關(guān)鍵一環(huán)。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的發(fā)展，激光SLAM技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)更成熟，目前，基于激光SLAM導(dǎo)航方案已經(jīng)有了非常大的應(yīng)用空間。尤其是在室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人上，市面上已有接近成熟的機(jī)器人導(dǎo)航方案，上海思嵐科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱：思嵐科技）在基于SLAM的自主導(dǎo)航整體解決方案上已取得了重大突破，能夠最大限度降低機(jī)器人企業(yè)的研發(fā)成本。

思嵐科技是最早將激光SLAM用于服務(wù)機(jī)器人的企業(yè)，其推出的機(jī)器人定位導(dǎo)航套裝包含360激光掃描測(cè)距雷達(dá)RPLIDAR及模塊化自主定位導(dǎo)航模塊SLAMWARE，可幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主構(gòu)建地圖、實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃與自動(dòng)避開(kāi)障礙物等功能。

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據(jù)了解，這套機(jī)器人導(dǎo)航套裝有家用版及商用版之分，主要區(qū)別在于激光雷達(dá)的測(cè)距范圍，目前家用版測(cè)距范圍為12米，而商用版測(cè)距范圍則為25米，廠家可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

針對(duì)家庭、辦公等大部分環(huán)境，服務(wù)機(jī)器人的活動(dòng)范圍有限，定位建圖相對(duì)簡(jiǎn)單，廠家可以選擇12米的家用版開(kāi)發(fā)套件。而商場(chǎng)、展覽館等大型建筑物，室內(nèi)面積可達(dá)幾萬(wàn)平方米，內(nèi)部往往還有長(zhǎng)長(zhǎng)的走廊，測(cè)距范圍為12米的激光雷達(dá)無(wú)法探測(cè)到走廊盡頭，實(shí)際建圖結(jié)果無(wú)法滿足需要，廠家則可選用測(cè)距范圍為25米的商用版開(kāi)發(fā)套件。同時(shí)，它提供豐富接口，服務(wù)機(jī)器人企業(yè)僅需完成機(jī)器人底盤與應(yīng)用層開(kāi)發(fā)。

如今，基于SLAM的自主導(dǎo)航技術(shù)已取得很大改進(jìn)，自上世紀(jì)80年代SLAM提出問(wèn)題以來(lái)，SLAM技術(shù)經(jīng)歷過(guò)三代技術(shù)更新，第一代SLAM技術(shù)基于KALMAN濾波器，只適用于一些點(diǎn)狀地圖；第二代SLAM技術(shù)基于粒子濾波器，在大場(chǎng)景的閉環(huán)能力比較弱；第三代SLAM技術(shù)是基于圖優(yōu)化的原理，整個(gè)理論框架都不一樣，以及解決問(wèn)題的思維也完全不一樣。而思嵐科技就是基于第三代SLAM技術(shù)去做機(jī)器人導(dǎo)航的解決方案。