为何自主移动机器人无法绕开SLAM？

在某社交平臺(tái)，一篇題為“自主移動(dòng)機(jī)器人真的需要SLAM嗎“的問答，引起了大家的熱議。

有人認(rèn)為機(jī)器人確實(shí)是需要SLAM的，但目前流行的SLAM項(xiàng)目還不夠，機(jī)器人更需要符合其特色的SLAM方法，還有人認(rèn)為不是所有的機(jī)器人都需要SLAM，但像掃地機(jī)、自動(dòng)駕駛類是一定需要SLAM的...，答案眾說紛紜。

從嚴(yán)格意義上來說，凡涉及到自主移動(dòng)的機(jī)器人都無法繞開SLAM。

SLAM一詞最早出現(xiàn)在機(jī)器人領(lǐng)域，意為同步定位與建圖，主要包含了定位與建圖兩大部分，其中又以定位更為核心，而建圖實(shí)際上是在定位的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，將觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合的過程。關(guān)于定位，相信大家聽過不少，其中就包括了GPS定位、WIFI定位、基站定位等等，但這些方案無論是從場景還是精度上來說，都無法滿足移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用需求。

本質(zhì)上可以把定位理解為一個(gè)估計(jì)問題，將傳感器測量好的數(shù)據(jù)來估計(jì)位置，也可以定義為一個(gè)優(yōu)化問題，通過多種觀測數(shù)據(jù)之間的約束關(guān)系，對(duì)位置進(jìn)行優(yōu)化。正常來說，噪音越低的傳感器獲取的定位精度更好，目前在行業(yè)中主要涉及到激光雷達(dá)及視覺兩類主要傳感器。

傳統(tǒng)意義上來說，視覺傳感器進(jìn)行測距需要大量的計(jì)算，且測量結(jié)果容易受光線的影響，如果在較暗房間內(nèi)進(jìn)行測距基本不能使用。但近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了一些解決此類問題的方法，使用視覺傳感器也可獲取更多的信息，當(dāng)然，更多的信息也意味著更高的處理代價(jià)，隨著算法的進(jìn)步和計(jì)算能力的提高，上述信息處理的問題已慢慢得到解決。相比視覺傳感器，激光雷達(dá)傳感器更為成熟、穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)較高的精度測量，并且也很容易應(yīng)用于SLAM中。

移動(dòng)機(jī)器人研究了這么多年，始終離不開定位、建圖、導(dǎo)航等問題，而SLAM就是其中的關(guān)鍵技術(shù)，SLAM通常包含了特征提取，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，狀態(tài)估計(jì)以及狀態(tài)更新等多個(gè)部分，不僅可以應(yīng)用于2D運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，同時(shí)還可應(yīng)用于3D運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。

本文僅針對(duì)2D領(lǐng)域進(jìn)行探討，以在室內(nèi)環(huán)境中運(yùn)行的移動(dòng)機(jī)器人為例，機(jī)器人想要到達(dá)某地執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)，首先需要利用傳感器來感知周圍環(huán)境，比如在前方出現(xiàn)了一個(gè)障礙物，機(jī)器人想繞過去，就得知道障礙物的大小及離自身有多遠(yuǎn)，這便可以通過SLAM來解決。

那當(dāng)機(jī)器人已經(jīng)感知到障礙物，并知道障礙物的位置，具體又該如何走呢？正常來說會(huì)有兩種情況：一種是繞開障礙物很遠(yuǎn)走過去，還有一種是以離障礙物的安全距離繞過去，這就需要涉及到路徑規(guī)劃了，路徑規(guī)劃可以使得機(jī)器人以最優(yōu)路徑進(jìn)行行走，如下圖a的路徑明顯好于路徑b的路徑，在路徑規(guī)劃中會(huì)涉及到全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃，但局部路徑規(guī)劃更為關(guān)鍵。

在以上場景中，假設(shè)機(jī)器人沒有應(yīng)用SLAM技術(shù)，無法定位當(dāng)前信息，無法探索位置領(lǐng)域，又將會(huì)出現(xiàn)什么問題呢？結(jié)果可以想象..。

有人曾說過，移動(dòng)機(jī)器人離開了SLAM，就像智能手機(jī)離開了WIFI或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。SLAM對(duì)于機(jī)器人自主行走的重要性不言而喻。隨著移動(dòng)機(jī)器人的不斷發(fā)展，行業(yè)對(duì)SLAM技術(shù)出現(xiàn)了井噴式需求，另一方面，隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算資源的豐富以及算法的進(jìn)步，SLAM技術(shù)本身也進(jìn)入了一個(gè)從算法到產(chǎn)品過渡的階段。

目前，行業(yè)中基于SLAM技術(shù)已相繼出現(xiàn)了一些產(chǎn)品，思嵐科技的SLAMWARE模塊化定位導(dǎo)航系統(tǒng)就是其中之一，SLAMWARE集成了基于激光雷達(dá)的同步定位與建圖(SLAM)及配套的路徑規(guī)劃功能。

思嵐科技從09年開始就致力于自主定位導(dǎo)航方案的研究，經(jīng)過多年的探索及技術(shù)迭代，于2015年發(fā)布了SLAMWARE模塊化定位導(dǎo)航方案，SLAMWARE包含了硬幣大小的SLAMWARE Core及激光雷達(dá)傳感器，通過內(nèi)置的先進(jìn)算法驅(qū)動(dòng)，可使機(jī)器人在未知環(huán)境中實(shí)時(shí)提供定位，并構(gòu)建高達(dá)5cm分辨率的環(huán)境地圖。在實(shí)現(xiàn)定位與建圖外，采用D*動(dòng)態(tài)即時(shí)路徑規(guī)劃算法，可自動(dòng)搜索前往目標(biāo)的最短路徑并控制機(jī)器人行動(dòng)。

為了幫助機(jī)器人適應(yīng)多種應(yīng)用環(huán)境，思嵐科技對(duì)SLAM技術(shù)進(jìn)行了全面升級(jí)，推出了全新的SLAM 3.0系統(tǒng)，使機(jī)器人即使在復(fù)雜的大場景下也能輕松完成定位導(dǎo)航任務(wù)，相比傳統(tǒng)SLAM，思嵐科技升級(jí)版的SLAM 3.0采用了圖優(yōu)化的方式進(jìn)行構(gòu)圖，能實(shí)現(xiàn)百萬平米級(jí)別的構(gòu)圖能力，同時(shí)還擁有了主動(dòng)式回環(huán)閉合糾正能力，能很好的消除因長時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致的里程累積誤差，成為目前業(yè)內(nèi)最受環(huán)境的定位導(dǎo)航方式。

總的來說，在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主移動(dòng)中是無法繞開SLAM的，定位與建圖是機(jī)器人完成自主移動(dòng)的必備能力，也是機(jī)器人執(zhí)行行走任務(wù)的根本。