自主移动机器人的“智能化”究竟表现在哪些方面？

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，智能機(jī)器人在近年來逐漸興起，除了具備人臉識(shí)別、語音交互等智能化功能，看似最基礎(chǔ)的行走能力同樣也是服務(wù)機(jī)器人價(jià)值實(shí)現(xiàn)的根基。當(dāng)前，自主移動(dòng)機(jī)器人已成為機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究方向，自主移動(dòng)機(jī)器人具有對(duì)復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行感知及快速做出行動(dòng)決策的能力。

自主移動(dòng)機(jī)器人“智能化”的具體表現(xiàn)

1.自主移動(dòng)機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)自主定位建圖

對(duì)于機(jī)器人在已知環(huán)境中的地圖創(chuàng)建相對(duì)簡(jiǎn)單，但要在完全未知環(huán)境中做到自主定位建圖并非易事，在很多復(fù)雜環(huán)境中，如果機(jī)器人不能利用全局定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，來獲取機(jī)器人工作環(huán)境的地圖是很困難的，甚至不可能。需要機(jī)器人在完全未知且自身位置不確定的條件下創(chuàng)建地圖，同時(shí)利用地圖進(jìn)行自主定位與導(dǎo)航，SLAM技術(shù)被認(rèn)為是解決該問題的關(guān)鍵。

在未知環(huán)境中，機(jī)器人從一個(gè)未知位置開始移動(dòng)，在移動(dòng)過程中根據(jù)位置估計(jì)和傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行自身定位，同時(shí)逐步完善和構(gòu)建完善地圖，這便是一個(gè)SLAM的過程。在SLAM中，機(jī)器人利用自身攜帶的傳感器識(shí)別未知環(huán)境中的特征標(biāo)志，然后根據(jù)機(jī)器人與特征標(biāo)志之間的相對(duì)位置和里程計(jì)的讀數(shù)估計(jì)機(jī)器人和特征標(biāo)志的全局坐標(biāo)。這種在線的定位與地圖創(chuàng)建需要保持機(jī)器人與特征標(biāo)志之間的詳細(xì)信息。近幾年來，SLAM技術(shù)的研究已取得了很大的突破，并被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、AR、VR、無人機(jī)、自動(dòng)駕駛等多個(gè)領(lǐng)域。

2.自主移動(dòng)機(jī)器人能做到自主路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃同樣也是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，指的是機(jī)器人在有障礙物的工作環(huán)境中，如何找到一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)路徑，使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中能安全、無碰撞地繞過所有障礙物。這不同于用動(dòng)態(tài)規(guī)劃等方法求得的最短路徑，而是指移動(dòng)機(jī)器人能對(duì)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)環(huán)境作出綜合性判斷，進(jìn)行智能決策。

根據(jù)對(duì)環(huán)境信息的掌握程度不同，機(jī)器人路徑規(guī)劃可分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。

全局路徑規(guī)劃是在已知的環(huán)境中，給機(jī)器人規(guī)劃一條路徑，路徑規(guī)劃的精度取決于環(huán)境獲取的準(zhǔn)確度，全局路徑規(guī)劃可以找到最優(yōu)解，但是需要預(yù)先知道環(huán)境的準(zhǔn)確信息，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化，如出現(xiàn)未知障礙物時(shí)，該方法就無能為力了。它是一種事前規(guī)劃，因此對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)算能力要求不高，雖然規(guī)劃結(jié)果是全局的、較優(yōu)的，但是對(duì)環(huán)境模型的錯(cuò)誤及噪聲魯棒性差。

而局部路徑規(guī)劃則環(huán)境信息完全未知或有部分可知，側(cè)重于考慮機(jī)器人當(dāng)前的局部環(huán)境信息，讓機(jī)器人具有良好的避障能力，通過傳感器對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，以獲取障礙物的位置和幾何性質(zhì)等信息，這種規(guī)劃需要搜集環(huán)境數(shù)據(jù)，并且對(duì)該環(huán)境模型的動(dòng)態(tài)更新能夠隨時(shí)進(jìn)行校正，局部規(guī)劃方法將對(duì)環(huán)境的建模與搜索融為一體，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有高速的信息處理能力和計(jì)算能力，對(duì)環(huán)境誤差和噪聲有較高的魯棒性，能對(duì)規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋和校正，但是由于缺乏全局環(huán)境信息，所以規(guī)劃結(jié)果有可能不是最優(yōu)的，甚至可能找不到正確路徑或完整路徑。

全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，很多適用于全局路徑規(guī)劃的方法經(jīng)過改進(jìn)也可以用于局部路徑規(guī)劃，而適用于局部路徑規(guī)劃的方法同樣經(jīng)過改進(jìn)后也可適用于全局路徑規(guī)劃。兩者協(xié)同工作，機(jī)器人可更好的規(guī)劃從起始點(diǎn)到終點(diǎn)的行走路徑。

自主移動(dòng)機(jī)器人已在多個(gè)領(lǐng)域“嶄露頭角”

如今，自主移動(dòng)機(jī)器人已在餐廳、商場(chǎng)、酒店、銀行、醫(yī)院等各大服務(wù)場(chǎng)所中“嶄露頭角”，尤其在本次疫情抗擊中，自主移動(dòng)機(jī)器人更是站上了“風(fēng)口浪尖”。一時(shí)間醫(yī)護(hù)助理機(jī)器人、清潔消毒機(jī)器人、運(yùn)輸配送等機(jī)器人出現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域的前線，減少了人與人之間的近距離接觸，最大程度的保證了相關(guān)人員的安全。

其中不乏擎朗科技的送餐機(jī)器人、達(dá)闥科技的消毒護(hù)理機(jī)器人、普渡科技的藥品遞送機(jī)器人等。凡涉及到自主移動(dòng)的服務(wù)機(jī)器人，大多采用了思嵐科技的機(jī)器人定位導(dǎo)航產(chǎn)品，達(dá)闥科技的醫(yī)護(hù)助理機(jī)器人就是其中之一。其能有效幫助醫(yī)護(hù)人員承擔(dān)問詢、導(dǎo)診等工作。在新型肺炎疫情中還為北京、上海、武漢等多家醫(yī)院提供了非接觸式24小時(shí)咨詢導(dǎo)診服務(wù)，降低了醫(yī)護(hù)人員安全風(fēng)險(xiǎn)，并帶有安撫病患情緒的評(píng)述、笑話、故事等內(nèi)容和舒緩音樂。

該醫(yī)護(hù)助理機(jī)器人主要基于了思嵐科技的Apollo移動(dòng)機(jī)器人底盤而研發(fā)，可自主掃描周邊環(huán)境信息，做到自主定位建圖、路徑規(guī)劃等功能。即使面對(duì)環(huán)境復(fù)雜的醫(yī)院，該機(jī)器人也能在其中行走自由，基本不用人工干預(yù)，即使遇到玻璃、鏡面等高透材質(zhì)的障礙物，也不會(huì)像無頭蒼蠅一樣撞上。

據(jù)了解，Apollo移動(dòng)機(jī)器人底盤采用思嵐科技自主研發(fā)的高性能激光SLAM技術(shù)，融合了超聲波、防跌落、深度攝像頭等多種傳感器，即使在未知環(huán)境中也能實(shí)時(shí)完成定位并繪制高精度地圖。其采用的SharpEdgeTM精細(xì)化構(gòu)圖技術(shù)，可構(gòu)建高精度、厘米級(jí)別的地圖，具備超高分辨率，且不存在累加誤差。構(gòu)建的地圖規(guī)則、精細(xì)，可直接使用，無需二次優(yōu)化修飾，能直接滿足使用預(yù)期。在復(fù)雜多變，環(huán)境不受控制的應(yīng)用場(chǎng)所（如醫(yī)院、商場(chǎng)、寫字樓等人流量大場(chǎng)所）行走時(shí)，可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)識(shí)別環(huán)境中的人或者移動(dòng)障礙物，并進(jìn)行靈活規(guī)避和路線規(guī)劃。

同時(shí)，Apollo移動(dòng)機(jī)器人底盤擁有電梯適配與多樓層定位系統(tǒng)，能與市面上大多數(shù)電梯系統(tǒng)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)，對(duì)于機(jī)器人自主上下電梯的問題完全不用擔(dān)心。另外，可配合思嵐科技的RoboStudio機(jī)器人管理軟件，設(shè)置POI等參數(shù)，不僅加深機(jī)器人對(duì)地圖的的理解，到達(dá)指定地點(diǎn)執(zhí)行任務(wù)。還能方便終端用戶隨時(shí)查看，了解機(jī)器人使用情況。

自主移動(dòng)是服務(wù)機(jī)器人最基本的價(jià)值體現(xiàn)，相較于工業(yè)機(jī)器人，服務(wù)行業(yè)沒有固定不變的場(chǎng)景部署，很難利用地面鋪設(shè)磁條或信標(biāo)的方式來引導(dǎo)機(jī)器人移動(dòng)。目前市面上應(yīng)用在服務(wù)領(lǐng)域的機(jī)器人中接待引導(dǎo)、配送等機(jī)器人較為常見，其應(yīng)對(duì)的工作場(chǎng)景也更為復(fù)雜，而擁有自主定位導(dǎo)航技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人，無論在路徑中出現(xiàn)動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)的障礙物，其都能有效躲避，并自主規(guī)劃最優(yōu)行走路徑。