時(shí)至今日，機(jī)器人已經(jīng)成我們?nèi)粘Ｉ畹闹匾獏⑴c者，從商場(chǎng)到超市，從酒店到家中，機(jī)器人產(chǎn)品已隨處可見(jiàn)。
面對(duì)各式各樣的機(jī)器人產(chǎn)品，不知你是否也會(huì)有和我一樣的疑問(wèn)——機(jī)器人是如何做到精準(zhǔn)導(dǎo)航定位的？激光導(dǎo)航與視覺(jué)導(dǎo)航又有何卻別？今天，我們就深入了解一番。
首先大家要明確一個(gè)概念——同時(shí)定位與地圖構(gòu)建（簡(jiǎn)稱SLAM），通常是指在機(jī)器人上，通過(guò)對(duì)各種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和計(jì)算，生成其自身位置姿態(tài)的定位和場(chǎng)景地圖信息的系統(tǒng)。SLAM對(duì)于機(jī)器人或其他智能體的行動(dòng)和交互能力至為關(guān)鍵，因?yàn)樗砹俗灾饕苿?dòng)的基礎(chǔ)：知道自己在哪里，知道周圍環(huán)境如何，進(jìn)而知道下一步該如何自主行動(dòng)。
一般來(lái)講，機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)是為以SLAM為核心，融合路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制的一整套方案。按照核心功能模塊來(lái)區(qū)分，目前常見(jiàn)的機(jī)器人導(dǎo)航方案一般具有兩種形式：激光導(dǎo)航和視覺(jué)導(dǎo)航。
丨激光導(dǎo)航
激光導(dǎo)航脫胎于早期的基于測(cè)距的定位方法(如超聲和紅外單點(diǎn)測(cè)距)。激光雷達(dá)(Light Detection And Ranging)的出現(xiàn)和普及使得測(cè)量更快更準(zhǔn)，信息更豐富。激光雷達(dá)采集到的物體信息呈現(xiàn)出一系列分散的、具有準(zhǔn)確角度和距離信息的點(diǎn)，被稱為點(diǎn)云。通常，激光導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)對(duì)不同時(shí)刻兩片點(diǎn)云的匹配與比對(duì)，計(jì)算激光雷達(dá)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的距離和姿態(tài)的改變，也就完成了對(duì)機(jī)器人自身的定位。
激光雷達(dá)距離測(cè)量比較準(zhǔn)確，誤差模型簡(jiǎn)單，點(diǎn)云的處理也比較容易。同時(shí)，點(diǎn)云信息本身包含直接的幾何關(guān)系，使得機(jī)器人的路徑規(guī)劃和導(dǎo)航變得直觀。激光導(dǎo)航理論研究也相對(duì)成熟，落地產(chǎn)品更豐富。但這種技術(shù)也有其無(wú)法忽略的問(wèn)題——成本高、系統(tǒng)可靠一般。
無(wú)論是應(yīng)用于掃地機(jī)器人的低端雷達(dá)抑或應(yīng)用于商業(yè)服務(wù)機(jī)器人的高端雷達(dá)，激光雷達(dá)的成本已經(jīng)是機(jī)器人廠商成本的重要支出。此外，由于激光雷達(dá)受限于單一的信息采集模式，遇到走廊等相似場(chǎng)景容易出現(xiàn)“假回環(huán)”，易發(fā)生位置丟失，并且在異常位置、開(kāi)機(jī)重啟等情況下，激光雷達(dá)也很難進(jìn)行快速準(zhǔn)確的重定位。因此，在酒店、室外等場(chǎng)景中，采用激光雷達(dá)導(dǎo)航的機(jī)器人時(shí)常發(fā)生導(dǎo)航定位錯(cuò)誤。
丨視覺(jué)導(dǎo)航
眼睛是人類獲取外界信息的主要來(lái)源，視覺(jué)導(dǎo)航也具有類似特點(diǎn)，它可以從環(huán)境中獲取海量的、富于冗余的紋理信息，擁有超強(qiáng)的場(chǎng)景辨識(shí)能力，且相對(duì)于成本較高的激光雷達(dá)，視覺(jué)傳感器在成本控制上有著天然優(yōu)勢(shì)。
由于工作原理的不同，雖然視覺(jué)SLAM成本較低，但其本身需要較強(qiáng)的計(jì)算資源，對(duì)算法要求也較高，同時(shí)視覺(jué)SLAM的原理也只是盡可能接近物理探測(cè)，因此在精度上略有不足。所以在具體應(yīng)用中，需要因地制宜，結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景實(shí)用。
例如，在以掃地機(jī)為代表的小型機(jī)器人底盤上，視覺(jué)導(dǎo)航方案是一種替代性的方案，可以取代現(xiàn)有的激光雷達(dá)方案，以更低的成本實(shí)現(xiàn)建圖、導(dǎo)航、避障甚至回充等功能，并且智能化程度更高，具有很強(qiáng)的交互潛力。但在以安全為前提的服務(wù)機(jī)器人上，視覺(jué)導(dǎo)航更合理的使用方式是與現(xiàn)有激光、里程計(jì)等多傳感器融合，解決假回環(huán)、重定位、深度測(cè)量等問(wèn)題，進(jìn)一步提高機(jī)器人的魯棒性，滿足更為嚴(yán)苛的使用需求。
當(dāng)然，市場(chǎng)中也有個(gè)別視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)精度十分優(yōu)秀，如我們耳熟能詳?shù)膇Robot。這家公司的掃地機(jī)器人產(chǎn)品多數(shù)搭載的自研視覺(jué)SLAM導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其定位精度、導(dǎo)航穩(wěn)定性十分被市場(chǎng)認(rèn)可。無(wú)獨(dú)有偶，國(guó)內(nèi)立體視覺(jué)方案提供商INDEMIND，所推出的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航定位解決方案也十分值得稱道，該方案的可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定位精度<1%，姿態(tài)精度<1°的導(dǎo)航定位效果，同時(shí)還支持路徑規(guī)劃、智能避障、障礙物識(shí)別等功能。
總的來(lái)說(shuō)，與激光雷達(dá)方案相比，視覺(jué)導(dǎo)航是一個(gè)維度更高、成本更低、適用性更強(qiáng)的機(jī)器人導(dǎo)航定位方案，未來(lái)，隨著算力的提升，算力成本的降低，視覺(jué)導(dǎo)航方案的成本可以進(jìn)一步下探；伴隨研究的深入，視覺(jué)導(dǎo)航所帶來(lái)的環(huán)境語(yǔ)義功能日趨完善，具有更高維度交互潛力的智能視覺(jué)機(jī)器人無(wú)疑在面臨下一輪競(jìng)爭(zhēng)時(shí)更具優(yōu)勢(shì)，因此，可以預(yù)見(jiàn)視覺(jué)導(dǎo)航方案廣闊的發(fā)展前景，視覺(jué)導(dǎo)航也必將成為機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域的主流。
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