SLAM 和多傳感機(jī)器人：很快就會(huì)出現(xiàn)在每個(gè)家庭中

對(duì)于我們中的許多人來說，機(jī)器人技術(shù)仍然是一種主要局限于工廠或倉(cāng)庫(kù)地板的應(yīng)用。我們看到媒體對(duì)個(gè)人機(jī)器人助理和機(jī)器人在醫(yī)院中發(fā)揮更大作用的報(bào)道，這些聽起來都是好主意，但似乎仍然是有抱負(fù)的，而不是短期的。然而，實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)開始興起。如今，家中的機(jī)器人正在執(zhí)行基本的家務(wù)。送貨無(wú)人機(jī)開始出現(xiàn)。一家富有想象力的丹麥公司正在使用機(jī)器人紫外線消毒裝置攻擊 Covid-19，該裝置現(xiàn)在在一些中國(guó)醫(yī)院運(yùn)營(yíng)。

機(jī)器人應(yīng)用和市場(chǎng)
危機(jī)總是一個(gè)很好的動(dòng)力，但對(duì)于我們大多數(shù)人來說，只要價(jià)格合適，便利仍然足夠。機(jī)器人吸塵器已經(jīng)很熟悉了。機(jī)器人割草機(jī)現(xiàn)在出現(xiàn)在家庭和花園商店中。您可以在線購(gòu)買機(jī)器人窗戶清潔器或機(jī)器人泳池清潔器。甚至還有機(jī)器人來監(jiān)控家庭安全。到 2025 年，國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)到近4000 萬(wàn)臺(tái)，到 2030 年將增長(zhǎng)到 1 億臺(tái)以上。到2030 年，機(jī)器人送貨無(wú)人機(jī)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)到近80 萬(wàn)臺(tái). 自主移動(dòng)機(jī)器人還將在工廠、超市和商店的送貨服務(wù)、庫(kù)存和其他應(yīng)用中發(fā)揮價(jià)值。預(yù)計(jì)到 2030 年，這種需求也將增長(zhǎng)到數(shù)百萬(wàn)臺(tái)的水平。

SLAM 和導(dǎo)航
所有自主機(jī)器人背后的魔力是同時(shí)定位和映射 (SLAM)。SLAM 學(xué)會(huì)在飛行中導(dǎo)航陌生的領(lǐng)域。現(xiàn)在不同尋常的是，SLAM 不是基于機(jī)器學(xué)習(xí)，因?yàn)樵擃I(lǐng)域的某些方面可以并且將會(huì)動(dòng)態(tài)變化（您移動(dòng)了家具或狗決定睡在地板中間）。相反，SLAM 依賴于更傳統(tǒng)的技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)視覺，以及一些非常繁重的線性代數(shù)。

為了像掃地機(jī)器人一樣導(dǎo)航，SLAM 需要估計(jì)相機(jī)軌跡并構(gòu)建地圖。它需要地圖來估計(jì)相機(jī)軌跡和構(gòu)建地圖的軌跡，因此這些步驟需要同時(shí)進(jìn)行。這張地圖遠(yuǎn)非詳盡無(wú)遺。它是沿行進(jìn)路徑的一組非常稀疏的點(diǎn)，通過三個(gè)步驟構(gòu)建——跟蹤、映射和閉環(huán)。跟蹤是基礎(chǔ)，包括尋找特征點(diǎn)、擬合運(yùn)動(dòng)模型和準(zhǔn)備映射——所有這些都使用定點(diǎn)處理，它必須以實(shí)時(shí)速度運(yùn)行。映射在幀的子集上運(yùn)行，但執(zhí)行由大約幾百乘幾百浮點(diǎn)矩陣表示的線性方程 - 不如跟蹤快，但仍接近實(shí)時(shí)。

這非常有效，但請(qǐng)記住，這都是即時(shí)計(jì)算。由于算法的限制和與傳感器相關(guān)的校準(zhǔn)誤差/噪聲，實(shí)際路徑和估計(jì)路徑會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)散。當(dāng)機(jī)器人在全局閉環(huán)中重新訪問之前的某個(gè)點(diǎn)時(shí)，可以糾正錯(cuò)誤。這種計(jì)算顯然不需要經(jīng)常發(fā)生，但必須求解由幾千乘幾千浮點(diǎn)矩陣表示的線性方程。這需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以至于它必須在后臺(tái)運(yùn)行。

多傳感器和融合
視覺感知必須通過其他形式的感知來增強(qiáng)——例如通過接近或飛行時(shí)間傳感器——以避免撞到狗或電視。此外，機(jī)器人可能會(huì)卡在低矮的障礙物、椅子的地板支撐或地板和地毯之間的過渡處。為了管理這樣的情況，機(jī)器人需要一個(gè)六軸傳感器來檢測(cè)傾斜，這可能表明機(jī)器人可能會(huì)卡住的區(qū)域，應(yīng)該嘗試不同的路徑。機(jī)器人通常還包括光流傳感器（例如跟蹤鼠標(biāo)移動(dòng)的傳感器）等等。這些額外的輸入提高了 SLAM 處理的準(zhǔn)確性，但它們必須經(jīng)過智能校準(zhǔn)和融合才能真正提高準(zhǔn)確性。

SLAM 平臺(tái)的要求
總而言之，這是運(yùn)行高質(zhì)量 SLAM 所需的大量傳感器處理。您不能在云中執(zhí)行此操作；通信延遲會(huì)影響效率。計(jì)算需要在機(jī)器人專用的低功耗平臺(tái)上實(shí)時(shí)運(yùn)行；采用基于 DSP 的架構(gòu)，旨在支持多種傳感器類型的融合，并使用專用指令進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)快速定點(diǎn) SLAM 計(jì)算和快速浮點(diǎn)線性代數(shù)；硬件支持我上面提到的視覺慣性 SLAM 融合；并帶有一個(gè)支持廣泛使用的 ORB-SLAM2 開源流程的 SDK。

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審核編輯 黃昊宇