如何實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人在不確定環(huán)境中自主定位導(dǎo)航，一直都是機(jī)器人行業(yè)研究的一大核心課題，SLAM導(dǎo)航技術(shù)，是最重要的一條途徑。

　　一、什么是SLAM

　　伴隨著技術(shù)的發(fā)展，在AGV基礎(chǔ)上提出了新的概念——AMR（自主移動(dòng)機(jī)器人），AMR更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人的自主性和靈活性。

　　什么是AMR，擁有SLAM自主導(dǎo)航技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人稱為AMR，在許多工業(yè)場景中，兼具柔性化與智能化的AMR被認(rèn)為是移動(dòng)機(jī)器人迭代的必然趨勢。

　　那么，到底什么是SLAM技術(shù)呢？簡單來說，SLAM技術(shù)是指機(jī)器人在未知環(huán)境中，完成定位、建圖、路徑規(guī)劃的整套流程。即機(jī)器人通過傳感器獲取環(huán)境信息，系統(tǒng)根據(jù)獲取的信息，求解自身方位并確定環(huán)境地圖。

　　SLAM（Simultaneous Localization and Mapping），即時(shí)定位與地圖構(gòu)建），自1988年被提出以來，主要用于研究機(jī)器人移動(dòng)的智能化。

　　對于完全未知的室內(nèi)環(huán)境，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)器人的自主行走。最可能大規(guī)模落地應(yīng)用的SLAM技術(shù)，是自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展方向。

　　將SLAM自主導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于物流機(jī)器人中，能保證機(jī)器人高度的智能化及強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)能力，從而有效提升企業(yè)物流效率，降低生產(chǎn)成本。SLAM導(dǎo)航方式適應(yīng)性強(qiáng)，周圍環(huán)境的改變對導(dǎo)航?jīng)]有任何影響，充分展現(xiàn)了車輛的靈活性及擴(kuò)展性，亦可根據(jù)?況需求定制各種接駁方案。

　　SLAM技術(shù)完全依賴環(huán)境中的豐富自然特征自主定位和導(dǎo)航。物流倉儲環(huán)境較為復(fù)雜，且機(jī)器人需要完成較多的工作，因此其位置信息將不斷發(fā)生變化，利用SLAM技術(shù)，可完成機(jī)器人自主定位、對目標(biāo)進(jìn)行有效跟蹤和操作、實(shí)現(xiàn)自主路徑規(guī)劃和導(dǎo)航、自動(dòng)避開障礙物等操作，可大幅提高倉儲系統(tǒng)的智能性和自主性，提升移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人應(yīng)用的廣度和深度。

　　值得注意的是，SLAM系統(tǒng)的傳感器受自身精度等因素影響，其獲取的信息會(huì)存在一定誤差，因此還必須對環(huán)境路標(biāo)進(jìn)行有效觀測，通過獲取的環(huán)境路標(biāo)信息，對機(jī)器人位姿進(jìn)行矯正。

　　SLAM的不確定性是SLAM技術(shù)中的最主要問題，造成構(gòu)建地圖不夠精確的主要原因有兩點(diǎn)：一是機(jī)器人自身配備的傳感器受精度等因素影響，造成其獲取的信息與真實(shí)值有一定誤差；二是外界如環(huán)境噪聲產(chǎn)生的干擾導(dǎo)致的誤差。

　　SLAM技術(shù)中對不確定的環(huán)境信息是通過概率計(jì)算的方法進(jìn)行估算處理，現(xiàn)階段常用的有卡爾曼濾波算法和基于粒子濾波的算法。抑或是采用多傳感器獲取信息，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提高測量準(zhǔn)確度，

　　但是，無論如何，SLAM自主導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于物流機(jī)器人中，能保證機(jī)器人高度的智能化及強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)能力，從而有效提升企業(yè)物流效率，降低生產(chǎn)成本，slam的后期爆發(fā)潛力讓人無法忽視。

　　逐漸不依賴于輔助導(dǎo)航標(biāo)志，更高柔性、更高精度、更強(qiáng)適應(yīng)性是導(dǎo)航導(dǎo)引技術(shù)發(fā)展方向，SLAM是其重要途徑。

　　二、兩大分類

　　簡單地說，SLAM分為激光SLAM（2D或3D）和視覺SLAM兩大類。

　　其實(shí)，不至兩類，還有更多。不過，在未來的各類SLAM算法導(dǎo)航中，基于激光雷達(dá)的激光SLAM和基于機(jī)器視覺的視覺SLAM（VSLAM）兩種研究最多，也最可能大規(guī)模落地。

　　視覺SLAM（V-SLAM）

　　簡單說來就是對機(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，完成機(jī)器人的自主導(dǎo)航定位功能。

　　激光SLAM(Lidar SLAM)

　　指利用激光雷達(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，就技術(shù)本身而言，經(jīng)過多年驗(yàn)證，已相當(dāng)成熟。

　　激光雷達(dá)具有指向性強(qiáng)的特點(diǎn)，使得導(dǎo)航的精度得到有效保障，能很好地適應(yīng)室內(nèi)環(huán)境。但是，Lidar SLAM卻并未在機(jī)器人室內(nèi)導(dǎo)航領(lǐng)域有出色表現(xiàn)，原因就在于激光雷達(dá)的價(jià)格過于昂貴，這一瓶頸問題亟待解決。

　　三、風(fēng)頭正勁V-SLAM

　　無論是物流機(jī)器人公司海康機(jī)器人、快倉、極智嘉還是商用機(jī)器人公司諾亞、小覓智能等都有視覺SLAM導(dǎo)航技術(shù)方案……

　　靈動(dòng)科技的倉儲機(jī)器人使用了視覺定位導(dǎo)航(V-SLAM)與環(huán)境理解（CV）技術(shù)，以攝像頭為主要傳感器，通過深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境感知，實(shí)現(xiàn)了VSLAM三維地圖構(gòu)建、360°避障、自主規(guī)劃路線。

　　馬路創(chuàng)新推出新一代視覺導(dǎo)航技術(shù)v-slam2.0，已經(jīng)做到了純視覺且不受地紋影響。

　　是什么在推動(dòng)視覺導(dǎo)航V-SLAM的發(fā)展？為何企業(yè)紛紛開始發(fā)展視覺導(dǎo)航方案。

　　成本是一個(gè)最大的因素，世界頂級的視覺傳感器（工業(yè)相機(jī)）產(chǎn)品售價(jià)約為人民幣3000元，是同等級的激光雷達(dá)產(chǎn)品售價(jià)的10-20%。而較低的制造成本意味著較低的產(chǎn)品價(jià)格，對提升企業(yè)產(chǎn)品競爭力或終端客戶投資回報(bào)周期都更加利好。

　　目前，國內(nèi)激光雷達(dá)企業(yè)已經(jīng)可以部分完成進(jìn)口替代，不遠(yuǎn)的將來，可能在成本上具有優(yōu)勢。萬集科技自2010年開始自研激光雷達(dá)，并在2012年實(shí)現(xiàn)正式量產(chǎn)。萬集與行業(yè)內(nèi)多家企業(yè)進(jìn)行了產(chǎn)品聯(lián)合測試，用于導(dǎo)航的激光雷達(dá)和用于避障的激光雷達(dá)產(chǎn)品性能得到了廣泛認(rèn)可，其中激光叉車導(dǎo)航雷達(dá)，率先實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。

　　星秒科技研發(fā)的高性能激光雷達(dá)產(chǎn)品。采用時(shí)間飛行（TOF）原理設(shè)計(jì)，通過對激光脈沖反射過程的精密時(shí)間測量，獲得高精度的距離信息，配合電機(jī)旋轉(zhuǎn)完成對周圍環(huán)境的二維掃描。

　　但是，在相當(dāng)長的時(shí)間來，視覺SLAM有成本優(yōu)勢，通過近年來移動(dòng)機(jī)器人企業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展動(dòng)向與市場關(guān)注熱度，可以發(fā)現(xiàn)視覺SLAM的后期爆發(fā)潛力讓人無法忽視。

　　視覺紋理導(dǎo)航的硬件成本較低，定位精確。缺點(diǎn)是運(yùn)行的地面需要有紋理信息，當(dāng)運(yùn)行場地面積較大，繪制導(dǎo)航地圖的時(shí)間相比激光導(dǎo)航長。

　　四、應(yīng)用現(xiàn)狀

　　盡管AMR產(chǎn)品在應(yīng)用層面已經(jīng)逐步成熟，但是，SLAM自主導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)階段還是存在一定局限。

　　激光SLAM導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，能夠靈活規(guī)劃路徑，定位精度高，行駛路徑靈活多變，施工較為方便。缺點(diǎn)是制作成本及價(jià)格相對較高，探測范圍有限制，主要被應(yīng)用在室內(nèi)環(huán)境；地圖缺乏語義信息，限制了復(fù)雜環(huán)境下的可拓展性應(yīng)用。

　　視覺SLAM導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是無傳感器探測距離限制，路徑規(guī)劃靈活，定位精度高，施工方便，室內(nèi)外環(huán)境下均能開展工作，成本低，地圖可提取語義信息，復(fù)雜環(huán)境中的復(fù)用性高。缺點(diǎn)同樣存在，對光的依賴程度高，在暗處或者一些無紋理區(qū)域需要借助輔助傳感器。當(dāng)運(yùn)行場地面積較大，繪制導(dǎo)航地圖的時(shí)間相比激光導(dǎo)航長。

　　視覺SLAM盡管普遍看好，但事實(shí)上真正落地應(yīng)用視覺方案的企業(yè)還不算多，大多數(shù)公司采取的是多種類型的混合導(dǎo)航技術(shù)，例如視覺傳感搭配激光SLAM進(jìn)行工作，以此進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，但混合導(dǎo)航中的視覺SLAM的實(shí)際作用難以考證。

　　究其原因，還是受制于視覺導(dǎo)航算法的開發(fā)難度，利用視覺導(dǎo)引快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)路標(biāo)識別這一技術(shù)，仍處于瓶頸階段。

　　圖像處理本身就是一門很深的學(xué)問，基于非線性優(yōu)化的地圖構(gòu)建也非常復(fù)雜和耗時(shí)，且在實(shí)際環(huán)境中還需要通過優(yōu)化和改進(jìn)現(xiàn)有的視覺SLAM框架，使得視覺導(dǎo)航技術(shù)僅被應(yīng)用于較小空間中。

　　目前自動(dòng)化流水生產(chǎn)線的視覺系統(tǒng)，定位精度可以精確到0.1mm，但是基于無固定參照的純視覺導(dǎo)航AMR，定位精度約為10mm，仍然有待提高。

　　經(jīng)過近年的技術(shù)沉淀，擁有視覺技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人企業(yè)正在不斷突破和創(chuàng)新。隨著視覺技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人上的應(yīng)用日臻成熟，V-SLAM導(dǎo)航未來有望成為移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的主流方案之一。

　　對國內(nèi)企業(yè)來說，不管是激光雷達(dá)還是視覺元件，都沒有達(dá)到市場化要求的技術(shù)和成本，大面積使用還不成熟。

　　五、系統(tǒng)拓展

　　技術(shù)推動(dòng)產(chǎn)品，產(chǎn)品推動(dòng)場景。SLAM系統(tǒng)拓展性強(qiáng)，與現(xiàn)代技術(shù)的融合能力高。

　　隨著通信設(shè)備/處理器等周邊配套設(shè)施的不斷完善，視覺SLAM導(dǎo)航模塊正飛速進(jìn)步，視覺導(dǎo)航與計(jì)算機(jī)連接可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的調(diào)度任務(wù)，而視覺導(dǎo)航技術(shù)與5G及云端系統(tǒng)的融合也將更進(jìn)一步。

　　視覺SLAM與5G的結(jié)合是完美的，未來如果能夠?qū)D像信息通過高速網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫俗鲞吘売?jì)算或傳輸?shù)椒?wù)器做并行計(jì)算，可以進(jìn)一步大幅提高視覺導(dǎo)航的性能。

　　視覺SLAM信息獲取能力強(qiáng)大，也更具有系統(tǒng)拓展性。充分結(jié)合了5G確定性網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、低時(shí)延、高可靠等特性，具有廣闊的復(fù)制推廣前景.

　　未來，5G、AI、云計(jì)算、IoT等新技術(shù)與SLAM融合，將給AMR行業(yè)帶來翻天覆地的變化。