普渡科技自研VSLAM方案，推動商用服務(wù)機器人場景拓展

餐飲配送服務(wù)機器人的部署,要么擔心桌椅位置的變化,要么需要進行環(huán)境改造,這是在過去大多數(shù)廠商所面臨的最大問題。

受限于傳統(tǒng)marker定位與激光定位的技術(shù)方案局限性,在例如工業(yè)化車間、大型商超、博物館等多元化以及部分半開放場景中,由于空間大,吊頂高,光環(huán)境多樣,服務(wù)機器人的部署使用問題都會明顯出現(xiàn)。

為此,服務(wù)機器人頭部企業(yè)一直在嘗試新的技術(shù)方案,以圖快速拿下市場份額。

有研究認為,推動服務(wù)機器人再進一步的關(guān)鍵之一就是基于VSLAM(Visual Simultaneous Localization And Mapping)算法的機器人視覺融合導航技術(shù)。

得益于計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)的進步,VSLAM技術(shù)可以幫助“看見”真實,從而讓AR、自動駕駛、智能機器人等領(lǐng)域的產(chǎn)品能夠快速實現(xiàn)更優(yōu)秀的自主定位與導航。

采取VSLAM技術(shù),已經(jīng)為服務(wù)機器人場景拓維、打開室內(nèi)外作業(yè)提供了更多空間。

近日,服務(wù)機器人頭部企業(yè)普渡科技就成功自研了PUDU VSLAM+方案,這是基于視覺相機所研制的新一代VSLAM技術(shù),已經(jīng)應(yīng)用于普渡科技率先在海外發(fā)布的“歡樂送2”機器人上。

▍PUDU VSLAM+技術(shù)解析

據(jù)悉,率先于海外推出的“歡樂送2”是行業(yè)內(nèi)首個將VSLAM技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)品化應(yīng)用的商用服務(wù)機器人,旨在實現(xiàn)在各種場景下的快速部署。

PUDU VSLAM+技術(shù)帶來的實際價值正得到明顯驗證,在今年的深圳馬拉松上,普渡機器人“歡樂送2”就亮相室外,為參賽選手“打call”。

　　“歡樂送2”所使用的PUDU VSLAM+,是VSLAM技術(shù)的一種,本質(zhì)上是基于可見光視覺的機器人定位導航與地圖構(gòu)建技術(shù)。其核心方式就是通過圖像傳感器獲取對環(huán)境的感知,實現(xiàn)對自身位置及姿態(tài)的追蹤,并同時生成環(huán)境的增量式地圖信息。

之所以研發(fā)PUDU VSLAM+技術(shù),是因為自主定位和避障導航一直是實現(xiàn)機器人服務(wù)一個非常重要的組成部分。

傳統(tǒng)marker定位與激光定位在當前商用服務(wù)機器人應(yīng)用上存在痛點,盡管當前部分產(chǎn)品將“marker定位”和“激光定位”兩種定位技術(shù)進行融合使用,但依然存在貼碼成本高、高空間難貼碼,并會改變建筑原有裝修,受限于環(huán)境變化定位失準等痛點。市面上部分商用服務(wù)機器人產(chǎn)品也是相同,在高頂、空曠的場地下無法較好地適配應(yīng)用。

而PUDU VSLAM+技術(shù)以機器人所配置的頂視攝像機為主,以IMU、里程計等其他傳感器為輔,通過視覺圖像與IMU數(shù)據(jù)融合,能在場景圖像定量估算幀間相機的運動,快速捕捉和跟蹤到特征點,獲取場景圖像中障礙物的角點信息并根據(jù)算法建立索引和模型,從而防止誤差累積,提高定位精度,最終建立高精度地圖,幫助機器人更好判斷自身在環(huán)境中的位置,并實現(xiàn)高精度導航。

目前,服務(wù)機器人的需求已經(jīng)越來越廣泛,這不僅要求服務(wù)機器人在靜態(tài)和動態(tài)環(huán)境下保證系統(tǒng)能夠正常定位,還要能提高系統(tǒng)的精度和魯棒性,PUDU VSLAM+技術(shù)方案相較而言也更具優(yōu)勢。

由于視覺相機更善于捕捉運動信息,視覺信號抗干擾能力強,基于VSLAM技術(shù)的機器人定位方法具有信息量更大、適應(yīng)范圍廣的特點,位姿估計和避障效果顯著,實際落地優(yōu)勢明顯。

基于普渡PUDU VSLAM+方案,機器人不僅部署無需貼碼,還具備更高的穩(wěn)定性與場地適應(yīng)性,這相較大多數(shù)方案減少了75%的部署時間,有望助推商用服務(wù)機器人的大規(guī)模應(yīng)用。

▍更多場景可能性

作為服務(wù)機器人領(lǐng)域一種非常新穎的技術(shù),VSLAM的成熟落地是商用機器人領(lǐng)域的重要突破,其意義在于或為半室外配送打下了重要的基礎(chǔ)。

當前市面上大多商用服務(wù)機器人產(chǎn)品所搭配的地圖構(gòu)建算法,主要基于激光雷達掃描水平環(huán)境特征進行地圖構(gòu)建與定位,更適用于靜態(tài)的環(huán)境,在水平方向存在環(huán)境變化的情況下,這種方案存在環(huán)境特征匹配失敗的風險,算法的穩(wěn)定性和定位精度會極大受到環(huán)境中運動物體影響。

當機器人走向室外,面對復(fù)雜化、非結(jié)構(gòu)化、動態(tài)、大面積環(huán)境時,機器人更需要克服復(fù)雜環(huán)境影響,進行實時的自主定位與地圖創(chuàng)建才能完成導航任務(wù)。

普渡科技自研的PUDU VSLAM+技術(shù),自主定位與地圖創(chuàng)建獲得環(huán)境信息更為豐富、適用性強,高動態(tài)場景下絕對軌跡誤差大幅減少,顯著提升了在動態(tài)場景下的定位精度。

傳統(tǒng)的VSLAM技術(shù),涉及復(fù)雜的視覺計算及高難度的系統(tǒng)集成能力,對產(chǎn)品的速度、功耗、體積、算力等都有極高的要求。這其中對于傳感器與算力平臺的高要求,則阻礙了該技術(shù)的批量化應(yīng)用。

為此,普渡科技基于商用服務(wù)機器人需求特點,對算法進行針對性優(yōu)化,這是PUDU VSLAM+能批量化落地的關(guān)鍵原因。該方案主要在識別算法上融合了對于可見光的識別和過濾,基于一種區(qū)域特征提取方法克服了光強變化情況下的視覺圖像特征點提取不足問題,進一步提升了垂直空間的識別高度,目前適應(yīng)高度可達30米以上。

其次,針對機器人大范圍作業(yè),普渡科技還通過技術(shù)處理,降低了CPU運算資源損耗的同時,優(yōu)化了地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這樣不僅降低了對CPU的要求,還節(jié)省了大量數(shù)據(jù)存儲空間,保障了該方案的規(guī)?；涞?讓“歡樂送2”等基于PUDU VSLAM+方案的機器人支持超大場景建圖,目前已在海外48000平方米的超大場地實踐應(yīng)用。

目前,PUDU VSLAM+技術(shù)仍然在不斷迭代并展現(xiàn)出更多可能性,例如采用視覺壓縮點云圖的VSLAM技術(shù)還能根據(jù)作業(yè)場景不同,設(shè)定不同分辨率的結(jié)構(gòu)圖,實現(xiàn)更立體的場景建模,打開更立體的作業(yè)空間。

　　▍結(jié)語與未來

　　作為數(shù)字經(jīng)濟載體,服務(wù)機器人寫入“十四五”規(guī)劃,國家戰(zhàn)略頂格正推動行業(yè)發(fā)展。

當前,市場端勞動人數(shù)供給不足、用人成本提高,但隨著機器人技術(shù)的不斷提高與成熟,具有智能化和集群控制特征的服務(wù)機器人對于企業(yè)效能的提升愈發(fā)明顯。一個顯而易見的結(jié)論就是,機器人成本低于人工成本的拐點將近。

在產(chǎn)品市場化過程中,普渡科技對于該技術(shù)的應(yīng)用,無疑展示了其強大的野心和實力。

據(jù)悉,目前融合PUDU VSLAM+方案的“歡樂送2”已在海外率先上市,擁有更高的性能、更好的功能擴展性、環(huán)境適應(yīng)性和使用可靠性,致力于在更多場景中實現(xiàn)智能配送,其PUDU VSLAM+方案也會逐步覆蓋旗下其他主流商用機器人產(chǎn)品系列,促進服務(wù)機器人在更多場景的落地。

借助PUDU VSLAM+技術(shù),普渡科技或有望快速具備獨特競爭優(yōu)勢,實現(xiàn)獨占鰲頭的行業(yè)終局。