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激光雷达在机器人领域的应用

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国内机器人目前状况
如果让机器人具备一定的智能,比如:识别物体,倒水,行走,避障等,帮助人类处理一些最基本的事情?那么首先我们需要为智能机器人提供视觉与激光雷达技术。

深圳市镭神智能系统有限公司(以下简称:镭神智能)CEO胡小波说:“激光雷达应用于服机器人可以在室内绘制地图,机器自身的定位,还可以感应周边的环境,以及对周边物体的定位。”

激光雷达解决了机器人行走的问题,知道如何路径规划,以及避障的功能。

而双目视觉可以让机器人识别物体,深圳市维德视觉技术有限公司(以下简称:维德视觉)副总监万丽君说:“要让机器人去拿杯子,倒水送茶等,这一识别物体的环节必须依靠双目视觉去处理。”

另外,视觉也可以做到3D景象、导航、避障的功能。

虽然机器视觉与激光雷达应用在机器人身上,有些功能双方都可以实现,但是实际应用各自都存在问题,需要激光雷达与机器视觉配合才能让机器人更加智能。

就拿扫地机器人举列子,扫地机器人是目前激光雷达应用最广泛的领域,激光雷达配合slam算法,可以让扫地机器人在房间里实现智能清扫,清扫的过程中绘制地图,实时传输到手机APP,就算用户不在家,也可以通过手机APP查看清扫情况,以及安排其他地方清扫。

但是实际的清扫中,因为清扫环境的复杂性,可能会受到很多干扰。深圳市大族锐视科技有限公司副总经理宫海涛说:“因为家庭环境的复杂性会对雷达有所干扰,因为激光雷达射出的是激光,有时候因为家庭复杂的环境,反馈回来的效果不是很理想,另外还有一些爬坡等,也会对路径规划和绘制地图造成影响。”

而一些特别复杂的环境,却可以用视觉去解决,万丽君说:“双目视觉也有导航、绘制地图的功能,因为双目视觉采用的不是激光,也是图像采集,把这些数据放到高速相机里,经过数字算法,可以让视觉识别周围的环境,以及物体。从而去判断路径以及里程,甚至自主导航。”

总之,激光雷达与双目视觉结合,可以让扫地机器人更加智能,扫地机器人除了能路径规划,定位物体,绘制地图外,还必须识别物体,比如:在家庭里,哪些物体是可以清扫,哪些物体不可以清扫,这一步必须要有视觉来判断。

1、美军阿特拉斯人形机器人脑袋装激光测距仪
由波士顿动力公司为美军研制的世界最先进人形机器人“阿特拉斯”(希腊神话中的大力神)日前亮相,这一机器人将来或许能像人一样在危险环境下进行救援工作。

“阿特拉斯”身高1.9米,体重150千克,由头部、躯干和四肢组成,像人类一样用双腿直立行走,令人联想起科幻电影中的“终结者”。它的脑袋包括立体照相机和一个激光测距仪。它的“双眼”是两个立体感应器,有两只灵巧的手,还能在实时遥控下穿越比较复杂的地形。它动力来至设置在一个场外的电源上。有7个工作组,他们正在研制自己的Atlas机器人并于2013年12月份装入程序,测试将于弗罗里达Homestead Miami Speedway 进行。
波士顿动力公司发布在网上的最新视频展示了“阿特拉斯”的能力。比如,它在传送带上大步前进时,能躲开传送带上突然出现的木板;它从高处跳下时能稳稳落地,还能两腿分开从陷阱两边走过,然后跑上楼梯;它能单腿站立,被从侧面袭来的球撞击后不会摔倒……  美国国防部高级研究项目局项目经理吉尔·普拉特说,该机构希望“阿特拉斯”在灾难的恶劣环境中也能行动自如,比如能开门、爬楼梯和移动等,也希望它能使用从螺丝刀到救火车之类的工具,还希望新手不经培训也能轻松使用这种机器人。  这款机器人被称为是迄今为止最先进的人形机器人之一,它将主要为军队以及一些研究机构所用。  为了更好地开发“阿特拉斯”的能力,美国国防部高级研究项目局资助举办了一个为其开发应用软件的挑战赛,目前已有美国航天局喷气推进实验室等机构的7支队伍脱颖而出,并将于2014年12月进行决赛。决赛中,在模拟场景里用机器人救援表现最棒的队伍将获得200万美元大奖。

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沙发
mmuuss586|  楼主 | 2016-7-26 09:54 | 只看该作者
机器人自主移动没那么简单激光雷达不等于智能导航
凭借激光良好的指向性和高度聚焦性,激光雷达已经成为移动机器人的核心传感器,同时它也是目前最可靠、最稳定的定位技术。 目前,激光雷达的市场份额大多被诸如美国Velodyne、美国Quanergy、德国SICK、日本HOKUYO等国外企业占据,售价十分昂贵,多用于地图、安保及无人驾驶。为了降低成本,顺着“弱硬件+强算法”的思路,Quanery用固态图像传感器替代360 度旋转的摄像头和激光测距器,成本将降到 1000 美元一套左右。国内SLAMTEC结合激光三角测距技术与高速视觉采集处理机构,推出了售价仅千元的低成本激光雷达。

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板凳
mmuuss586|  楼主 | 2016-7-26 09:56 | 只看该作者
既然有了激光雷达这种可靠的定位技术,是不是就意味着移动机器人可以自主移动了呢?其实不然,对于移动机器人来说,激光雷达相当于它的“眼睛”,它通过不停扫描来获取二维空间的点阵数据,但这并不能直接被移动机器人使用。想要移动机器人在完全陌生的环境中(没有预先录入地图的情况下)实现智能导航,显然不是那么简单。 设想一下,当我们身处某个地方时,可以通过眼睛看到周围的环境,但如果想要去另一个地方,需要判断最佳路径,同时避开障碍物,才能顺利到达目的地。其实,移动机器人利用激光雷达“看见”周围环境并不难,难点在于后续的构建地图与路径规划。

目前,应用于自主移动机器人的导航技术有很多,但受室内环境,尤其是家庭环境的限制,很多导航方法在室内移动机器人上很难或根本无法应用,如电磁导航(需在地上布置感应线圈)、GPS导航(室内精度太低)等。另外,一些导航方法由于精度或实时性等原因,也很难应用在商业化的室内移动机器人中,比如基于RFID的导航系统精度较低,而视觉导航虽然具有信号探测范围广,获取信息完整等优点,但需处理的实时图像数据量巨大,实时性较差。 近年来,SLAM (Simultaneous Localization And Mapping)技术从理论研究到实际应用,发展十分迅速,这种在确定自身位置的同时构造环境模型的方法,可用来解决机器人定位导航问题。其中,激光SLAM技术利用激光雷达作为传感器,获取地图数据,使机器人实现同步定位与地图构建,这是目前最稳定、最可靠、高性能的SLAM方式。 就拿现在卖的最好的扫地机器人来说,过去,由于激光雷达价格过于昂贵,多数扫地机器人厂家只能放弃激光SLAM技术,被迫选择随机碰撞寻路系统,就是边撞边找路,这也就是为什么用户普遍反应扫地机器人智能程度不够,过了新鲜劲就只能放在角落吃灰。 现在,低成本激光雷达面市也有一段时间,但是市面上真的能做到路径规划的扫地机器人却寥寥无几,背后的原因到底是什么呢? 为此,我们咨询了一些扫地机器人厂家,得到的答案普遍集中在三点,一是安装了激光雷达后,虽然可以得到环境的轮廓信息,但需要利用算法进行后期处理,建模后才能得到真正的地图数据;二是他们普遍擅长研究新的吸尘模式或擦地模式,对于环境建模算法的开发能力不够,无法自己完成;三是扫地机器人不同于其他服务机器人,需要独特的贴边清扫、折回清扫、多房间自主导航等功能,目前已有的开源ROS系统,只能实现简单的建图且难以集成,无法满足扫地机器人的实际需要。厂家们普遍表示急需一款可以快速集成的芯片,不需要二次开发,直接安装在已有扫地机器人上,就可以完成路径规划、全面覆盖清扫等功能。


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地板
mmuuss586|  楼主 | 2016-7-26 09:57 | 只看该作者
最近一段时间,机器人餐厅这样的概念已经不是什么新鲜事了,开业的时候吸引眼球,大批人围观,过段时间就会发现“机器人只能沿着固定线路送餐,加上餐厅人员走动大,机器人不懂得躲闪,上菜容易洒落打翻,甚至造成安全事故”,机器人服务员最终被老板“炒了鱿鱼”。
不过这样的事情发生的多了,送餐机器人厂家也进行了更新优化,除了现有的电磁导航外,还在机器人身上安装了激光雷达,希望可以改善用户体验。事实上,安装激光雷达后,所能实现的功能非常有限,比如它可以在行走途中感应前方障碍物,并自动停止行走。 我们联系了某送餐机器人厂家,技术人员表示他们目前普遍采用电磁导航,价格较低廉,在加装激光雷达后,可以改善自动避障的问题,但仍无法完全满足客户需求。虽然激光雷达成本相较于过去已经大幅降低,但是SLAM算法需要长时间积累、优化,无法短期开发完成,他们期待SLAM算法实现高度集成,可以直接配合激光雷达使用。 激光雷达作为SLAM的核心传感器,其重要性不言而喻。但是,移动机器人要实现完全自主移动,必然不能单单依靠激光雷达本身,其背后的高精度地图、核心算法才是更重要的影响因素,也是更值得我们关注的领域。

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5
关关| | 2016-7-26 19:44 | 只看该作者
受益了!谢谢楼主分享

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6
mmuuss586|  楼主 | 2016-7-26 19:55 | 只看该作者
关关 发表于 2016-7-26 19:44
受益了!谢谢楼主分享

不客气;

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7
关关| | 2016-7-26 20:14 | 只看该作者
想实现一个AGV小车的自主导航,只用激光雷达可以吗?目前还在学校,自己想做个模型玩玩

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8
mmuuss586|  楼主 | 2016-7-27 11:03 | 只看该作者
关关 发表于 2016-7-26 20:14
想实现一个AGV小车的自主导航,只用激光雷达可以吗?目前还在学校,自己想做个模型玩玩 ...

激光雷达主要测距;
还需要用到SLAM;

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