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智能機(jī)器人新突破:用激光雷達(dá)識(shí)路
星之球科技 來(lái)源:ZOL2015-12-13 我要評(píng)論(0 )
目前機(jī)器人市場(chǎng)上最為流行的是掃地機(jī)器人,但大多避免不了碰壁的意外。尤其是入門級(jí)產(chǎn)品,掃地過(guò)程比較簡(jiǎn)單,大多只是具有包括Z字形清掃,螺旋清掃等隨機(jī)清掃能力,而對(duì)...
目前機(jī)器人市場(chǎng)上最為流行的是掃地機(jī)器人,但大多避免不了“碰壁”的意外。尤其是入門級(jí)產(chǎn)品,掃地過(guò)程比較簡(jiǎn)單,大多只是具有包括Z字形清掃,螺旋清掃等隨機(jī)清掃能力,而對(duì)于家里的清掃覆蓋面積也無(wú)法評(píng)估保證。究其原因就是其“看不見(jiàn)”,無(wú)法自由行走。
思嵐科技創(chuàng)始人陳士凱一針見(jiàn)血地點(diǎn)明了機(jī)器人行業(yè)的最大癥結(jié)。然而,知易行難。從09年做RoboPeak創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)開(kāi)始,陳士凱就一直致力于解決機(jī)器人“看見(jiàn)”的問(wèn)題。從最開(kāi)始的機(jī)器視覺(jué)到現(xiàn)在的激光雷達(dá)技術(shù),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(dá)的開(kāi)發(fā)套件,由于成本低,僅需要幾百塊人民幣,有望幫助機(jī)器人“看見(jiàn)”世界并最終解決機(jī)器人行走的問(wèn)題。
雷鋒網(wǎng):團(tuán)隊(duì)以前叫RoboPeak,為什么這時(shí)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(shí)間創(chuàng)立的一個(gè)創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)。當(dāng)時(shí)做這個(gè)只是出于愛(ài)好,出于一種不甘心總為別人打工的悸動(dòng)。
其實(shí)當(dāng)時(shí)RoboPeak在創(chuàng)客圈內(nèi)已經(jīng)很有知名度了。之所以團(tuán)隊(duì)公司化運(yùn)營(yíng)之后沒(méi)有繼續(xù)使用這個(gè)名字,是因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)人們對(duì)創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)的映像仍舊停留在粗糙不成熟的狀態(tài),而我們當(dāng)時(shí)的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。所以,我們決定重新打造企業(yè)形象,利用的slam技術(shù)將公司命名為slamtec,中文名:思嵐。
而RoboPeak仍在公司作為一個(gè)內(nèi)部團(tuán)隊(duì)運(yùn)作,凡是參加創(chuàng)客活動(dòng),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(jī)器人走起來(lái)?
陳士凱:我們做機(jī)器人,最開(kāi)始就定下了個(gè)目標(biāo),一定是做可以運(yùn)用于家庭、個(gè)人或者商場(chǎng)的服務(wù)機(jī)器人。
但我們發(fā)現(xiàn),服務(wù)機(jī)器人的普及與這三方面因素緊緊相關(guān):
1、服務(wù)機(jī)器人的智能程度:人們對(duì)服務(wù)機(jī)器人的智能要求普遍比工業(yè)機(jī)器人高很多。
2、服務(wù)機(jī)器人的成本高低:家庭用戶不可能支付得起工業(yè)機(jī)器人那種價(jià)格。
3、服務(wù)機(jī)器人是否能自由行走:行走是機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢(shì)。
對(duì)于智能問(wèn)題,其實(shí)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(méi)有必要也沒(méi)有興趣進(jìn)入與虎奪食。我們最感興趣的其實(shí)是解決機(jī)器人在非人工干預(yù)下的行走問(wèn)題。
現(xiàn)在很多機(jī)器人的移動(dòng)都需要在地上鋪一根導(dǎo)線或者直接遙控,即使是具有一定行動(dòng)能力的掃地機(jī)器人,其更多的也只是根據(jù)事先預(yù)設(shè)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(jī)器人。
不能自主行走,這也是阻礙機(jī)器人普及最最重要的瓶頸之一。
雷鋒網(wǎng):讓機(jī)器人看見(jiàn)并行走,需要用到什么技術(shù)支撐?
陳士凱:要想讓機(jī)器人行走,首先得要讓他看見(jiàn), 我們使用SLAM算法,SLAM問(wèn)題可以描述為: 機(jī)器人在未知環(huán)境中從一個(gè)未知位置開(kāi)始移動(dòng),在移動(dòng)過(guò)程中根據(jù)位置估計(jì)和地圖進(jìn)行自身定位,同時(shí)在自身定位的基礎(chǔ)上建造增量式地圖,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主定位和導(dǎo)航。
SLAM最早由Smith、Self和Cheeseman于1988年提出。 由于其重要的理論與應(yīng)用價(jià)值,被很多學(xué)者認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)真正全自主移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵。
雷鋒網(wǎng):Slam技術(shù)所需要用到的硬件設(shè)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(jìn)行圖像識(shí)別,另一種則是利用激光雷達(dá)。
圖像識(shí)別導(dǎo)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(xué)運(yùn)算和幾何、三角法測(cè)繪房間的地圖。由于圖像內(nèi)含的信息量太大,運(yùn)算起來(lái)比較耗電耗內(nèi)存,很難做到實(shí)時(shí)顯示。目前很難達(dá)到實(shí)用的效果。
激光雷達(dá):向目標(biāo)發(fā)射激光探測(cè)信號(hào),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較,作適當(dāng)處理后,就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息,如目標(biāo)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(shù)最可靠的的定位技術(shù),而且也最為實(shí)用。包括圖像法在內(nèi),目前市面上沒(méi)有其他可替代品。
計(jì)算機(jī)視覺(jué)是行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì),但其在現(xiàn)階段還不夠成熟。
我們最開(kāi)始也試圖用攝像頭做圖像識(shí)別定位與制圖,但后來(lái)發(fā)現(xiàn)這種只能是行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì),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(dá)。 現(xiàn)在激光雷達(dá)的最新應(yīng)用應(yīng)該是谷歌無(wú)人駕駛汽車,而美國(guó)的火星車以及中國(guó)的月兔號(hào)其實(shí)都是運(yùn)用了這個(gè)技術(shù),這也從另一方面說(shuō)明了這個(gè)技術(shù)的可靠性。
雷鋒網(wǎng):市面上為什么很少看見(jiàn)使用激光雷達(dá)的機(jī)器人?
陳士凱:機(jī)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(gè)問(wèn)題。只是目前應(yīng)用被卡住了,而其中的關(guān)鍵點(diǎn)就是在激光雷達(dá)的價(jià)格上。
目前,全世界除了我們以外,僅有日本德國(guó)等少數(shù)幾個(gè)企業(yè)有能力生產(chǎn)激光雷達(dá),但其價(jià)格都不低。去年曾有報(bào)道,加州大學(xué)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(jìn)一個(gè)可以被輕松使用的固態(tài)包里。但其成本價(jià)也得好幾百美元。而谷歌無(wú)人車的激光雷達(dá)的價(jià)格更是在1萬(wàn)美元以上(據(jù)稱是7萬(wàn)美元)。一般服務(wù)機(jī)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(dá)價(jià)格只需要幾百塊人民幣,雖然跟上萬(wàn)美元的谷歌所使用的激光雷達(dá)還有一定的差距,但在一般家庭機(jī)器人上已經(jīng)夠用了。
雷鋒網(wǎng):激光雷達(dá)在技術(shù)有何難點(diǎn),你們的創(chuàng)新點(diǎn)在哪里?
陳士凱:技術(shù)上,精度越高越好,我們的技術(shù)可以達(dá)到毫米級(jí)精度的,但是要想達(dá)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(dá)到遠(yuǎn)距離毫米級(jí)精度,對(duì)光學(xué)及測(cè)量工藝其實(shí)都有很大的要求。
2、速度上,其實(shí)傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀價(jià)格并不貴,淘寶上可能幾百塊錢就可能買上一個(gè),但其測(cè)量速度特別慢,可能需要幾秒鐘才能完成,而激光雷達(dá),需要在一秒內(nèi)完成幾千上萬(wàn)次的測(cè)量。所以傳統(tǒng)激光雷達(dá)的價(jià)格也非常貴。
我們之所以能將激光雷達(dá)的價(jià)格降至幾百塊錢,其實(shí)與采用了一種完全不同于傳統(tǒng)激光雷達(dá)的測(cè)量原理分不開(kāi)。
傳統(tǒng)上,激光雷達(dá)是通過(guò)測(cè)量激光飛行時(shí)間來(lái)測(cè)距的,光速乘以激光從發(fā)射到反射回來(lái)所需的時(shí)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(zhǔn)的時(shí)間測(cè)量。這里的成本很大。
而RPLIDAR 360結(jié)合了計(jì)算機(jī)視覺(jué)的方法,通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)圖形在不同距離下呈現(xiàn)的視覺(jué)差異,利用三角函數(shù)等數(shù)學(xué)原理,間接測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離。同時(shí),我們還利用了類似于電腦的硬件加速技術(shù),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(wù):
1、底層關(guān)鍵元器件:RPLIDAR 360度激光雷達(dá)開(kāi)發(fā)套件
2、機(jī)器人導(dǎo)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(shè)計(jì)等多個(gè)層次的產(chǎn)品??梢詭椭脩艨焖?、方便的激光SLAM技術(shù)整合到用戶的產(chǎn)品中。幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)建圖,并實(shí)時(shí)規(guī)劃路徑,避免與環(huán)境中的物體發(fā)生碰撞。
3、通用機(jī)器人平臺(tái):Zeus機(jī)器人平臺(tái)
我們也利用自己的技術(shù),做了這款機(jī)器人整機(jī)Zeus,不同于一般的機(jī)器人,我們開(kāi)放了軟硬件接口。硬件上,Zeus可以擴(kuò)展額外硬件設(shè)備以完成不同應(yīng)用,比如說(shuō)商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)、餐廳上菜等。而在軟件上,還可以基于APP框架開(kāi)發(fā)各類具體機(jī)器人控制應(yīng)用。
其中,核心業(yè)務(wù)是RPLIDAR 360以及Slamware解決方案,我們希望能夠?qū)⒆约旱募夹g(shù)運(yùn)用到其他機(jī)器人廠家那里,幫助更多的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自由行走的夢(mèng)想。而完整整機(jī)更多的將作為展示與宣傳平臺(tái),通過(guò)它可以更為直觀地展示RPLIDAR 360激光雷達(dá)的性能。
總結(jié):
人口老齡化現(xiàn)象的加劇,正催熟著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。如果說(shuō)機(jī)器人是人類解決養(yǎng)老與勞動(dòng)力緊缺等問(wèn)題的終極大招,我們現(xiàn)在正在見(jiàn)證著機(jī)器人的崛起。
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