自主移動機(jī)器人的智能化表現(xiàn)在哪些方面

（文章來源：SLAMTEC）

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)器人價值實(shí)現(xiàn)的根基。當(dāng)前,自主移動機(jī)器人已成為機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究方向,自主移動機(jī)器人具有對復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行感知及快速做出行動決策的能力。

對于機(jī)器人在已知環(huán)境中的地圖創(chuàng)建相對簡單,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)器人從一個未知位置開始移動,在移動過程中根據(jù)位置估計和傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行自身定位,同時逐步完善和構(gòu)建完善地圖,這便是一個SLAM的過程。在SLAM中,機(jī)器人利用自身攜帶的傳感器識別未知環(huán)境中的特征標(biāo)志,然后根據(jù)機(jī)器人與特征標(biāo)志之間的相對位置和里程計的讀數(shù)估計機(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)、自動駕駛等多個領(lǐng)域。

路徑規(guī)劃同樣也是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主移動的重要環(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)動路徑,使機(jī)器人在運(yùn)動過程中能安全、無碰撞地繞過所有障礙物。這不同于用動態(tài)規(guī)劃等方法求得的最短路徑,而是指移動機(jī)器人能對靜態(tài)及動態(tài)環(huán)境作出綜合性判斷,進(jìn)行智能決策。根據(jù)對環(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,該方法就無能為力了。它是一種事前規(guī)劃,因此對機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)時計算能力要求不高,雖然規(guī)劃結(jié)果是全局的、較優(yōu)的,但是對環(huán)境模型的錯誤及噪聲魯棒性差。

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,通過傳感器對機(jī)器人的工作環(huán)境進(jìn)行探測,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),并且對該環(huán)境模型的動態(tài)更新能夠隨時進(jìn)行校正,局部規(guī)劃方法將對環(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算能力,對環(huán)境誤差和噪聲有較高的魯棒性,能對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行實(shí)時反饋和校正,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。

如今,自主移動機(jī)器人已在餐廳、商場、酒店、銀行、醫(yī)院等各大服務(wù)場所中“嶄露頭角”,尤其在本次疫情抗擊中,自主移動機(jī)器人更是站上了“風(fēng)口浪尖”。一時間醫(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小時咨詢導(dǎo)診服務(wù),降低了醫(yī)護(hù)人員安全風(fēng)險,并帶有安撫病患情緒的評述、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,也不會像無頭蒼蠅一樣撞上。

據(jù)了解,Apollo移動機(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)用場所(如醫(yī)院、商場、寫字樓等人流量大場所)行走時,可實(shí)時動態(tài)識別環(huán)境中的人或者移動障礙物,并進(jìn)行靈活規(guī)避和路線規(guī)劃。

同時,Apollo移動機(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,對于機(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查看,了解機(jī)器人使用情況。

自主移動是服務(wù)機(jī)器人最基本的價值體現(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。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)對的工作場景也更為復(fù)雜,而擁有自主定位導(dǎo)航技術(shù)的移動機(jī)器人,無論在路徑中出現(xiàn)動態(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。
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