憑借激光良好的指向性和高度聚焦性，激光雷達(dá)已經(jīng)成為移動(dòng)機(jī)器人的核心傳感器，同時(shí)它也是目前最可靠、最穩(wěn)定的定位技術(shù)。
目前，激光雷達(dá)的市場(chǎng)份額大多被諸如美國(guó)Velodyne、美國(guó)Quanergy、德國(guó)SICK、日本HOKUYO等國(guó)外企業(yè)占據(jù)，售價(jià)十分昂貴，多用于地圖、安保及無(wú)人駕駛。為了降低成本，順著“弱硬件+強(qiáng)算法”的思路，Quanery用固態(tài)圖像傳感器替代360 度旋轉(zhuǎn)的攝像頭和激光測(cè)距器，成本將降到 1000 美元一套左右。國(guó)內(nèi)SLAMTEC結(jié)合激光三角測(cè)距技術(shù)與高速視覺(jué)采集處理機(jī)構(gòu)，推出了售價(jià)僅千元的低成本激光雷達(dá)。
既然有了激光雷達(dá)這種可靠的定位技術(shù)，是不是就意味著移動(dòng)機(jī)器人可以自主移動(dòng)了呢？其實(shí)不然，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)相當(dāng)于它的“眼睛”，它通過(guò)不停掃描來(lái)獲取二維空間的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，但這并不能直接被移動(dòng)機(jī)器人使用。想要移動(dòng)機(jī)器人在完全陌生的環(huán)境中（沒(méi)有預(yù)先錄入地圖的情況下）實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)航，顯然不是那么簡(jiǎn)單。
設(shè)想一下，當(dāng)我們身處某個(gè)地方時(shí)，可以通過(guò)眼睛看到周圍的環(huán)境，但如果想要去另一個(gè)地方，需要判斷最佳路徑，同時(shí)避開(kāi)障礙物，才能順利到達(dá)目的地。其實(shí)，移動(dòng)機(jī)器人利用激光雷達(dá)“看見(jiàn)”周圍環(huán)境并不難，難點(diǎn)在于后續(xù)的構(gòu)建地圖與路徑規(guī)劃。
目前，應(yīng)用于自主移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航技術(shù)有很多，但受室內(nèi)環(huán)境，尤其是家庭環(huán)境的限制,很多導(dǎo)航方法在室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人上很難或根本無(wú)法應(yīng)用，如電磁導(dǎo)航（需在地上布置感應(yīng)線圈）、GPS導(dǎo)航（室內(nèi)精度太低）等。另外，一些導(dǎo)航方法由于精度或?qū)崟r(shí)性等原因,也很難應(yīng)用在商業(yè)化的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人中,比如基于RFID的導(dǎo)航系統(tǒng)精度較低，而視覺(jué)導(dǎo)航雖然具有信號(hào)探測(cè)范圍廣,獲取信息完整等優(yōu)點(diǎn)，但需處理的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)量巨大，實(shí)時(shí)性較差。
近年來(lái)，SLAM (Simultaneous Localization And Mapping)技術(shù)從理論研究到實(shí)際應(yīng)用，發(fā)展十分迅速，這種在確定自身位置的同時(shí)構(gòu)造環(huán)境模型的方法，可用來(lái)解決機(jī)器人定位導(dǎo)航問(wèn)題。其中，激光SLAM技術(shù)利用激光雷達(dá)作為傳感器，獲取地圖數(shù)據(jù)，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)同步定位與地圖構(gòu)建，這是目前最穩(wěn)定、最可靠、高性能的SLAM方式。
就拿現(xiàn)在賣的最好的掃地機(jī)器人來(lái)說(shuō)，過(guò)去，由于激光雷達(dá)價(jià)格過(guò)于昂貴，多數(shù)掃地機(jī)器人廠家只能放棄激光SLAM技術(shù)，被迫選擇隨機(jī)碰撞尋路系統(tǒng)，就是邊撞邊找路，這也就是為什么用戶普遍反應(yīng)掃地機(jī)器人智能程度不夠，過(guò)了新鮮勁就只能放在角落吃灰。
現(xiàn)在，低成本激光雷達(dá)面市也有一段時(shí)間，但是市面上真的能做到路徑規(guī)劃的掃地機(jī)器人卻寥寥無(wú)幾，背后的原因到底是什么呢？
為此，我們咨詢了一些掃地機(jī)器人廠家，得到的答案普遍集中在三點(diǎn)，一是安裝了激光雷達(dá)后，雖然可以得到環(huán)境的輪廓信息，但需要利用算法進(jìn)行后期處理，建模后才能得到真正的地圖數(shù)據(jù)；二是他們普遍擅長(zhǎng)研究新的吸塵模式或擦地模式，對(duì)于環(huán)境建模算法的開(kāi)發(fā)能力不夠，無(wú)法自己完成；三是掃地機(jī)器人不同于其他服務(wù)機(jī)器人，需要獨(dú)特的貼邊清掃、折回清掃、多房間自主導(dǎo)航等功能，目前已有的開(kāi)源ROS系統(tǒng)，只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的建圖且難以集成，無(wú)法滿足掃地機(jī)器人的實(shí)際需要。廠家們普遍表示急需一款可以快速集成的芯片，不需要二次開(kāi)發(fā)，直接安裝在已有掃地機(jī)器人上，就可以完成路徑規(guī)劃、全面覆蓋清掃等功能。
掃地機(jī)器人算法模型
最近一段時(shí)間，機(jī)器人餐廳這樣的概念已經(jīng)不是什么新鮮事了，開(kāi)業(yè)的時(shí)候吸引眼球，大批人圍觀，過(guò)段時(shí)間就會(huì)發(fā)現(xiàn)“機(jī)器人只能沿著固定線路送餐，加上餐廳人員走動(dòng)大，機(jī)器人不懂得躲閃，上菜容易灑落打翻，甚至造成安全事故”，機(jī)器人服務(wù)員最終被老板“炒了魷魚”。
送餐機(jī)器人
不過(guò)這樣的事情發(fā)生的多了，送餐機(jī)器人廠家也進(jìn)行了更新優(yōu)化，除了現(xiàn)有的電磁導(dǎo)航外，還在機(jī)器人身上安裝了激光雷達(dá)，希望可以改善用戶體驗(yàn)。事實(shí)上，安裝激光雷達(dá)后，所能實(shí)現(xiàn)的功能非常有限，比如它可以在行走途中感應(yīng)前方障礙物，并自動(dòng)停止行走。
我們聯(lián)系了某送餐機(jī)器人廠家，技術(shù)人員表示他們目前普遍采用電磁導(dǎo)航，價(jià)格較低廉，在加裝激光雷達(dá)后，可以改善自動(dòng)避障的問(wèn)題，但仍無(wú)法完全滿足客戶需求。雖然激光雷達(dá)成本相較于過(guò)去已經(jīng)大幅降低，但是SLAM算法需要長(zhǎng)時(shí)間積累、優(yōu)化，無(wú)法短期開(kāi)發(fā)完成，他們期待SLAM算法實(shí)現(xiàn)高度集成，可以直接配合激光雷達(dá)使用。
激光雷達(dá)作為SLAM的核心傳感器，其重要性不言而喻。但是，移動(dòng)機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)完全自主移動(dòng)，必然不能單單依靠激光雷達(dá)本身，其背后的高精度地圖、核心算法才是更重要的影響因素，也是更值得我們關(guān)注的領(lǐng)域。
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