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智能機器人新突破:用激光雷達識路

星之球科技 來源:ZOL2015-12-13 我要評論(0 )   

目前機器人市場上最為流行的是掃地機器人,但大多避免不了碰壁的意外。尤其是入門級產(chǎn)品,掃地過程比較簡單,大多只是具有包括Z字形清掃,螺旋清掃等隨機清掃能力,而對...

 目前機器人市場上最為流行的是掃地機器人,但大多避免不了“碰壁”的意外。尤其是入門級產(chǎn)品,掃地過程比較簡單,大多只是具有包括Z字形清掃,螺旋清掃等隨機清掃能力,而對于家里的清掃覆蓋面積也無法評估保證。究其原因就是其“看不見”,無法自由行走。
 
思嵐科技創(chuàng)始人陳士凱一針見血地點明了機器人行業(yè)的最大癥結。然而,知易行難。從09年做RoboPeak創(chuàng)客團隊開始,陳士凱就一直致力于解決機器人“看見”的問題。從最開始的機器視覺到現(xiàn)在的激光雷達技術,他都有所嘗試。不久前,他們推出了一套名叫RPLIDAR 360度激光雷達的開發(fā)套件,由于成本低,僅需要幾百塊人民幣,有望幫助機器人“看見”世界并最終解決機器人行走的問題。
 
 
雷鋒網(wǎng):團隊以前叫RoboPeak,為什么這時改叫Slamtec了?
 
陳士凱:RoboPeak 是09年從交大畢業(yè)之后,利用在華為、英特爾等企業(yè)工作的閑暇時間創(chuàng)立的一個創(chuàng)客團隊。當時做這個只是出于愛好,出于一種不甘心總為別人打工的悸動。
 
其實當時RoboPeak在創(chuàng)客圈內(nèi)已經(jīng)很有知名度了。之所以團隊公司化運營之后沒有繼續(xù)使用這個名字,是因為我們發(fā)現(xiàn)人們對創(chuàng)客團隊的映像仍舊停留在粗糙不成熟的狀態(tài),而我們當時的技術已經(jīng)相當成熟。所以,我們決定重新打造企業(yè)形象,利用的slam技術將公司命名為slamtec,中文名:思嵐。
 
而RoboPeak仍在公司作為一個內(nèi)部團隊運作,凡是參加創(chuàng)客活動,我們都以RoboPeak的名義出席,希望能夠一直持有這份創(chuàng)客精神。
 
雷鋒網(wǎng):為什么要讓機器人走起來?
 
陳士凱:我們做機器人,最開始就定下了個目標,一定是做可以運用于家庭、個人或者商場的服務機器人。
 
但我們發(fā)現(xiàn),服務機器人的普及與這三方面因素緊緊相關:
 
1、服務機器人的智能程度:人們對服務機器人的智能要求普遍比工業(yè)機器人高很多。
 
2、服務機器人的成本高低:家庭用戶不可能支付得起工業(yè)機器人那種價格。
 
3、服務機器人是否能自由行走:行走是機器人發(fā)展的必然趨勢。
 
對于智能問題,其實已經(jīng)有了包括百度在內(nèi)的眾多公司投入巨資研發(fā)。我沒有必要也沒有興趣進入與虎奪食。我們最感興趣的其實是解決機器人在非人工干預下的行走問題。
 
現(xiàn)在很多機器人的移動都需要在地上鋪一根導線或者直接遙控,即使是具有一定行動能力的掃地機器人,其更多的也只是根據(jù)事先預設的程序走路而以。這都不是我們所期待的可以自主規(guī)劃路線的機器人。
 
不能自主行走,這也是阻礙機器人普及最最重要的瓶頸之一。
 
 
雷鋒網(wǎng):讓機器人看見并行走,需要用到什么技術支撐?
 
陳士凱:要想讓機器人行走,首先得要讓他看見, 我們使用SLAM算法,SLAM問題可以描述為: 機器人在未知環(huán)境中從一個未知位置開始移動,在移動過程中根據(jù)位置估計和地圖進行自身定位,同時在自身定位的基礎上建造增量式地圖,實現(xiàn)機器人的自主定位和導航。
 
SLAM最早由Smith、Self和Cheeseman于1988年提出。 由于其重要的理論與應用價值,被很多學者認為是實現(xiàn)真正全自主移動機器人的關鍵。
 
雷鋒網(wǎng):Slam技術所需要用到的硬件設備有哪些?
 
陳士凱:目前在自主定位與建圖方面,比較火的方法主要有兩種,一種是利用攝像頭進行圖像識別,另一種則是利用激光雷達。
 
圖像識別導航:利用搭載的單目或者雙目攝像頭掃描周圍的環(huán)境,利用數(shù)學運算和幾何、三角法測繪房間的地圖。由于圖像內(nèi)含的信息量太大,運算起來比較耗電耗內(nèi)存,很難做到實時顯示。目前很難達到實用的效果。
 
激光雷達:向目標發(fā)射激光探測信號,然后將接收到的從目標反射回來的信號與發(fā)射信號進行比較,作適當處理后,就可獲得目標的有關信息,如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。激光的指向性特別好,是目前技術最可靠的的定位技術,而且也最為實用。包括圖像法在內(nèi),目前市面上沒有其他可替代品。
 
計算機視覺是行業(yè)發(fā)展的趨勢,但其在現(xiàn)階段還不夠成熟。
 
我們最開始也試圖用攝像頭做圖像識別定位與制圖,但后來發(fā)現(xiàn)這種只能是行業(yè)發(fā)展的趨勢,其在現(xiàn)階段還不夠成熟。所以,到最后還是采用了激光雷達。 現(xiàn)在激光雷達的最新應用應該是谷歌無人駕駛汽車,而美國的火星車以及中國的月兔號其實都是運用了這個技術,這也從另一方面說明了這個技術的可靠性。
 
雷鋒網(wǎng):市面上為什么很少看見使用激光雷達的機器人?
 
陳士凱:機器人要想普及,自主定位行走是必不可少的,用SLAM算法可以很好地解決這個問題。只是目前應用被卡住了,而其中的關鍵點就是在激光雷達的價格上。
 
目前,全世界除了我們以外,僅有日本德國等少數(shù)幾個企業(yè)有能力生產(chǎn)激光雷達,但其價格都不低。去年曾有報道,加州大學伯克利分校的一位研究生Behnam Behroozpour試圖將全3D圖像成型系統(tǒng)——LIDAR,封裝進一個可以被輕松使用的固態(tài)包里。但其成本價也得好幾百美元。而谷歌無人車的激光雷達的價格更是在1萬美元以上(據(jù)稱是7萬美元)。一般服務機器人完全承受不起這么貴的元器件。
 
而我們的RPLIDAR 360度激光雷達價格只需要幾百塊人民幣,雖然跟上萬美元的谷歌所使用的激光雷達還有一定的差距,但在一般家庭機器人上已經(jīng)夠用了。
 
雷鋒網(wǎng):激光雷達在技術有何難點,你們的創(chuàng)新點在哪里?
 
陳士凱:技術上,精度越高越好,我們的技術可以達到毫米級精度的,但是要想達到這樣的精度,在工藝上就有很大的難題了。
 
1、精度上,要想達到遠距離毫米級精度,對光學及測量工藝其實都有很大的要求。
 
2、速度上,其實傳統(tǒng)的激光測距儀價格并不貴,淘寶上可能幾百塊錢就可能買上一個,但其測量速度特別慢,可能需要幾秒鐘才能完成,而激光雷達,需要在一秒內(nèi)完成幾千上萬次的測量。所以傳統(tǒng)激光雷達的價格也非常貴。
 
我們之所以能將激光雷達的價格降至幾百塊錢,其實與采用了一種完全不同于傳統(tǒng)激光雷達的測量原理分不開。
 
傳統(tǒng)上,激光雷達是通過測量激光飛行時間來測距的,光速乘以激光從發(fā)射到反射回來所需的時間,該數(shù)值的一半即為兩者之間的距離。該原理需要非常精準的時間測量。這里的成本很大。
 
而RPLIDAR 360結合了計算機視覺的方法,通過測量標準圖形在不同距離下呈現(xiàn)的視覺差異,利用三角函數(shù)等數(shù)學原理,間接測量兩點之間的距離。同時,我們還利用了類似于電腦的硬件加速技術,使得數(shù)據(jù)處理速度得以大大提高。
 
目前,我們能夠做到6米范圍內(nèi)每秒2000次的采樣頻率,而且還是360度掃描。
 
雷鋒網(wǎng):除了做底層元器件,你們還做什么?
 
陳士凱:我們目前主要有三塊業(yè)務:
 
1、底層關鍵元器件:RPLIDAR 360度激光雷達開發(fā)套件
 
2、機器人導航定位All-In-One解決方案:Slamware
 
Slamware包括了傳感器、硬件、軟件和參考設計等多個層次的產(chǎn)品??梢詭椭脩艨焖?、方便的激光SLAM技術整合到用戶的產(chǎn)品中。幫助用戶快速實現(xiàn)機器人自動建圖,并實時規(guī)劃路徑,避免與環(huán)境中的物體發(fā)生碰撞。
 
3、通用機器人平臺:Zeus機器人平臺
 
我們也利用自己的技術,做了這款機器人整機Zeus,不同于一般的機器人,我們開放了軟硬件接口。硬件上,Zeus可以擴展額外硬件設備以完成不同應用,比如說商場導購、餐廳上菜等。而在軟件上,還可以基于APP框架開發(fā)各類具體機器人控制應用。
 
 
其中,核心業(yè)務是RPLIDAR 360以及Slamware解決方案,我們希望能夠將自己的技術運用到其他機器人廠家那里,幫助更多的機器人實現(xiàn)自由行走的夢想。而完整整機更多的將作為展示與宣傳平臺,通過它可以更為直觀地展示RPLIDAR 360激光雷達的性能。
 
總結:
 
人口老齡化現(xiàn)象的加劇,正催熟著機器人產(chǎn)業(yè)。如果說機器人是人類解決養(yǎng)老與勞動力緊缺等問題的終極大招,我們現(xiàn)在正在見證著機器人的崛起。

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