普渡科技自研VSLAM方案，推動(dòng)商用服務(wù)機(jī)器人場(chǎng)景拓展

餐飲配送服務(wù)機(jī)器人的部署,要么擔(dān)心桌椅位置的變化,要么需要進(jìn)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(chǎng)景中,由于空間大,吊頂高,光環(huán)境多樣,服務(wù)機(jī)器人的部署使用問題都會(huì)明顯出現(xiàn)。

為此,服務(wù)機(jī)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(chǎng)份額。

有研究認(rèn)為,推動(dòng)服務(wù)機(jī)器人再進(jìn)一步的關(guān)鍵之一就是基于VSLAM(Visual Simultaneous Localization And Mapping)算法的機(jī)器人視覺融合導(dǎo)航技術(shù)。

得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的進(jìn)步,VSLAM技術(shù)可以幫助“看見”真實(shí),從而讓AR、自動(dòng)駕駛、智能機(jī)器人等領(lǐng)域的產(chǎn)品能夠快速實(shí)現(xiàn)更優(yōu)秀的自主定位與導(dǎo)航。

采取VSLAM技術(shù),已經(jīng)為服務(wù)機(jī)器人場(chǎng)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(jī)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(jī)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(jī)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(gè)將VSLAM技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)品化應(yīng)用的商用服務(wù)機(jī)器人,旨在實(shí)現(xiàn)在各種場(chǎng)景下的快速部署。

PUDU VSLAM+技術(shù)帶來的實(shí)際價(jià)值正得到明顯驗(yàn)證,在今年的深圳馬拉松上,普渡機(jī)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(jī)器人定位導(dǎo)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(duì)環(huán)境的感知,實(shí)現(xiàn)對(duì)自身位置及姿態(tài)的追蹤,并同時(shí)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?yàn)樽灾鞫ㄎ缓捅苷蠈?dǎo)航一直是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人服務(wù)一個(gè)非常重要的組成部分。

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

而PUDU VSLAM+技術(shù)以機(jī)器人所配置的頂視攝像機(jī)為主,以IMU、里程計(jì)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(chǎng)景圖像定量估算幀間相機(jī)的運(yùn)動(dòng),快速捕捉和跟蹤到特征點(diǎn),獲取場(chǎng)景圖像中障礙物的角點(diǎn)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(jī)器人更好判斷自身在環(huán)境中的位置,并實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航。

目前,服務(wù)機(jī)器人的需求已經(jīng)越來越廣泛,這不僅要求服務(wù)機(jī)器人在靜態(tài)和動(dòng)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(shì)。

由于視覺相機(jī)更善于捕捉運(yùn)動(dòng)信息,視覺信號(hào)抗干擾能力強(qiáng),基于VSLAM技術(shù)的機(jī)器人定位方法具有信息量更大、適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn),位姿估計(jì)和避障效果顯著,實(shí)際落地優(yōu)勢(shì)明顯。

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

▍更多場(chǎng)景可能性

作為服務(wù)機(jī)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(jī)器人領(lǐng)域的重要突破,其意義在于或?yàn)榘胧彝馀渌痛蛳铝酥匾幕A(chǔ)。

當(dāng)前市面上大多商用服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品所搭配的地圖構(gòu)建算法,主要基于激光雷達(dá)掃描水平環(huán)境特征進(jìn)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(fēng)險(xiǎn),算法的穩(wěn)定性和定位精度會(huì)極大受到環(huán)境中運(yùn)動(dòng)物體影響。

當(dāng)機(jī)器人走向室外,面對(duì)復(fù)雜化、非結(jié)構(gòu)化、動(dòng)態(tài)、大面積環(huán)境時(shí),機(jī)器人更需要克服復(fù)雜環(huán)境影響,進(jìn)行實(shí)時(shí)的自主定位與地圖創(chuàng)建才能完成導(dǎo)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(qiáng),高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下絕對(duì)軌跡誤差大幅減少,顯著提升了在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下的定位精度。

傳統(tǒng)的VSLAM技術(shù),涉及復(fù)雜的視覺計(jì)算及高難度的系統(tǒng)集成能力,對(duì)產(chǎn)品的速度、功耗、體積、算力等都有極高的要求。這其中對(duì)于傳感器與算力平臺(tái)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(jī)器人需求特點(diǎn),對(duì)算法進(jìn)行針對(duì)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(shí)別算法上融合了對(duì)于可見光的識(shí)別和過濾,基于一種區(qū)域特征提取方法克服了光強(qiáng)變化情況下的視覺圖像特征點(diǎn)提取不足問題,進(jìn)一步提升了垂直空間的識(shí)別高度,目前適應(yīng)高度可達(dá)30米以上。

其次,針對(duì)機(jī)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(yùn)算資源損耗的同時(shí),優(yōu)化了地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這樣不僅降低了對(duì)CPU的要求,還節(jié)省了大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jī)器人支持超大場(chǎng)景建圖,目前已在海外48000平方米的超大場(chǎng)地實(shí)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(diǎn)云圖的VSLAM技術(shù)還能根據(jù)作業(yè)場(chǎng)景不同,設(shè)定不同分辨率的結(jié)構(gòu)圖,實(shí)現(xiàn)更立體的場(chǎng)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(jì)載體,服務(wù)機(jī)器人寫入“十四五”規(guī)劃,國(guó)家戰(zhàn)略頂格正推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。

當(dāng)前,市場(chǎng)端勞動(dòng)人數(shù)供給不足、用人成本提高,但隨著機(jī)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(jī)器人對(duì)于企業(yè)效能的提升愈發(fā)明顯。一個(gè)顯而易見的結(jié)論就是,機(jī)器人成本低于人工成本的拐點(diǎn)將近。

在產(chǎn)品市場(chǎng)化過程中,普渡科技對(duì)于該技術(shù)的應(yīng)用,無疑展示了其強(qiáng)大的野心和實(shí)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(kuò)展性、環(huán)境適應(yīng)性和使用可靠性,致力于在更多場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)智能配送,其PUDU VSLAM+方案也會(huì)逐步覆蓋旗下其他主流商用機(jī)器人產(chǎn)品系列,促進(jìn)服務(wù)機(jī)器人在更多場(chǎng)景的落地。

借助PUDU VSLAM+技術(shù),普渡科技或有望快速具備獨(dú)特競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)獨(dú)占鰲頭的行業(yè)終局。