當(dāng)前，物流智能搬運機(jī)器人、掃地機(jī)器人等已在一些城市和家庭中實際應(yīng)用脸嗜，無人機(jī)、無人車等也在迅速推廣中樱搪，這些機(jī)器人之所以能快速進(jìn)入應(yīng)用階段亭弥，與自主定位導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展密不可分。

日前离秸，艾瑞咨詢旗下艾瑞網(wǎng)公布了他們總結(jié)的“2018年全球AI突破性技術(shù)TOP10”粮剃，基于多傳感器跨界融合的機(jī)器人自主導(dǎo)航技術(shù)位列其中。機(jī)器人自主定位導(dǎo)航技術(shù)是什么虐块？目前有幾種可實現(xiàn)機(jī)器人自主定位導(dǎo)航的技術(shù)手段俩滥？實現(xiàn)這些技術(shù)及應(yīng)用的難點與挑戰(zhàn)是什么？

基礎(chǔ)：視覺和雷達(dá)是最主要的傳感器

可以說贺奠，自主定位導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)器人產(chǎn)品的核心和焦點之一霜旧。中國自動化學(xué)會專家委員、清華大學(xué)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院杜明芳博士告訴科技日報記者儡率，自主導(dǎo)航挂据，從大的方面來講包括局域?qū)Ш胶腿謱?dǎo)航兩部分。局域?qū)Ш绞侵竿ㄟ^視覺儿普、雷達(dá)崎逃、超聲波等傳感器實時獲取當(dāng)前環(huán)境信息，提取數(shù)據(jù)融合后的特征眉孩，經(jīng)智能算法處理后實現(xiàn)當(dāng)前可通行區(qū)域的判斷和多目標(biāo)跟蹤个绍；全局導(dǎo)航主要指利用GPS提供的全局導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，并實現(xiàn)全電子地圖范圍內(nèi)的路徑導(dǎo)航浪汪。

“目前巴柿，視覺和雷達(dá)是局部自主導(dǎo)航時采用的兩種最主要的傳感器∈槁穑”杜明芳解釋栓属，作為被動式傳感器，視覺傳感器的優(yōu)點顯著乖靠，比如獲取信息豐富翎郭、隱蔽性好、體積小萤忘，不會因干擾帶來“環(huán)境污染”蔽掀，相對雷達(dá)來說成本低龄羽。而為了實現(xiàn)自主導(dǎo)航，多種傳感器相互協(xié)作來識別多種環(huán)境信息較為普遍循抱，如識別道路邊界砂姥、地形特征、障礙蟀符、引導(dǎo)者等掠记。如此一來，機(jī)器人才能通過環(huán)境感知來確定前進(jìn)方向中的可達(dá)區(qū)域或不可達(dá)區(qū)域拍随，確認(rèn)自己在環(huán)境中的相對位置傍菇，以及對動態(tài)障礙物運動進(jìn)行預(yù)判，為局部路徑規(guī)劃等提供依據(jù)界赔。

杜明芳告訴記者丢习，從當(dāng)前發(fā)展情況看，多傳感器信息融合技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到自主導(dǎo)航系統(tǒng)中淮悼，所起的作用也關(guān)系著機(jī)器人的智能化水平咐低。“該導(dǎo)航技術(shù)的核心在于可以對多傳感器收集到的信息進(jìn)行有效處理和融合袜腥，提高機(jī)器人對不確定信息的‘抵抗’能力见擦，確保有更多可靠的信息被利用，有助于更為直觀地判斷出周圍的環(huán)境羹令±鹇牛”他說。

視覺導(dǎo)航已成功應(yīng)用于低空飛行器導(dǎo)航特恬、無人機(jī)導(dǎo)航及火星探測器著陸過程的導(dǎo)航中执俩。不過徐钠，杜明芳也表示癌刽，視覺傳感器還存在提供的信息不直接，計算和存儲需求量大寥伍，網(wǎng)絡(luò)傳播負(fù)擔(dān)大等問題虑治。利用多傳感器信息融合可以消除機(jī)器人定位導(dǎo)航中的不確定性，提高精度撼腹，但是過度融合也會帶來計算量的成倍增加瘪棱。

如何解決這些問題？杜明芳認(rèn)為瓦腋，選擇恰當(dāng)?shù)娜诤纤惴ㄊ顷P(guān)鍵窒兼。當(dāng)前，“將智能計算理論妙旅、概率論等基礎(chǔ)理論應(yīng)用到機(jī)器人多傳感器融合領(lǐng)域的做法越來越多军裂√＠茫”他說。

方式：多種技術(shù)組合實現(xiàn)優(yōu)勢互補

實現(xiàn)機(jī)器人自主定位導(dǎo)航有哪些方式威沙？其實苹动，汽車自動駕駛和機(jī)器人用的部分自主定位導(dǎo)航技術(shù)是一致的。千尋位置CEO陳金培告訴記者攘活，千尋使用激光雷達(dá)定位導(dǎo)航和傳感器組合技術(shù)蠢涝，使定位精度達(dá)到1米左右，并可在3秒完成初始定位阅懦。

所謂激光雷達(dá)導(dǎo)航和二，是在行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，機(jī)器人通過激光掃描器發(fā)射激光束耳胎，同時采集由反射板反射的激光束儿咱，來確定其當(dāng)前的位置和航向，并通過連續(xù)的三角幾何運算來實現(xiàn)導(dǎo)引场晶。激光雷達(dá)除了具有測距和定位功能外混埠，還有識別和避障等作用。

杜明芳說诗轻，激光雷達(dá)屬于主動式傳感器钳宪，其提供的感知數(shù)據(jù)相對視覺信息要簡單直接得多，處理時計算量邪饩妗吏颖；但缺點是造價高、隱蔽性差恨樟，對環(huán)境有“污染”综俄，信息不夠豐富等。

據(jù)了解仲寇，蘇寧的機(jī)器人和無人車自主導(dǎo)航采用的是另一種“多線激光雷達(dá)+GPS+慣導(dǎo)等多傳感器融合定位方式”制沦。具體來說，首先是激光雷達(dá)進(jìn)行環(huán)境建圖购具，獲得先驗點云地圖榛青，通過GPS和慣性導(dǎo)航初步確定機(jī)器所在的全球位置，再通過激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)與先驗點云地圖匹配惯醇，獲得更為精準(zhǔn)的全球位置曙惋，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位和自主導(dǎo)航。在感知層面款野，激光雷達(dá)融合視覺妙声，實時識別周圍的行人、車輛和障礙物侮增，為規(guī)劃出最優(yōu)繞行路徑提供依據(jù)等年铝。

此外還有慣性導(dǎo)航愤售，這是指在機(jī)器人或無人車上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊胎许，通過對陀螺儀偏差信號（角速率）的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和航向峻呛，從而實現(xiàn)導(dǎo)引。蘇寧有關(guān)負(fù)責(zé)人在接受科技日報記者采訪時表示辜窑，慣性導(dǎo)航技術(shù)定位精準(zhǔn)钩述、地面處理工作量小、路徑靈活性強(qiáng)穆碎。但制造成本較高牙勘，導(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續(xù)信號處理密切相關(guān)∷鳎總之方面，一種技術(shù)手段不能解決所有問題，當(dāng)前機(jī)器人自主導(dǎo)航普遍采用了多種技術(shù)組合的模式色徘，以實現(xiàn)優(yōu)勢互補恭金。

挑戰(zhàn)：功耗、成本和工業(yè)化問題待解決

目前褂策，自主定位導(dǎo)航機(jī)器人的應(yīng)用主要分為兩類横腿，一是家庭使用的掃地機(jī)器人以及家庭看護(hù)、陪伴型機(jī)器人般六。思嵐科技CEO陳士凱說灰深，這類應(yīng)用場景可概括為“零配置”，從消費者使用來說铲苹，要做到盡可能的極簡彰饭，買回來就能用。另一類則是在商業(yè)場景下镐刽，需要一個預(yù)先配置過程肤贮，對于這種配置要有高可靠性和可擴(kuò)展性。

陳士凱說尘箫，個人家庭場景導(dǎo)航定位系統(tǒng)要解決的是功耗泪缨、體積、成本的挑戰(zhàn)呛营。目前無論即時定位與地圖構(gòu)建（SLAM）算法還是路徑規(guī)劃系統(tǒng)，復(fù)雜度都比較高逢痕〕把瑁“一個掃地機(jī)器人，電池本身容量可能只有20多瓦時規(guī)模钳枕。如果讓它裝上一個筆記本電腦來跑SLAM算法缴渊，可能一個小時不到就沒電了赏壹，這是完全不被接受的∠握樱”

此外蝌借，新機(jī)器人第一次開機(jī)時，對家里環(huán)境構(gòu)造是完全不知道的指蚁，需要把地圖預(yù)先繪制出來菩佑。“這就有個矛盾點”凝化，陳士凱說稍坯，人們希望機(jī)器人在環(huán)境位置時馬上開展工作，但主流算法還需要對環(huán)境有一個預(yù)先構(gòu)建或探索搓劫，在這方面瞧哟，“就需要業(yè)界做一些工作了”。陳士凱舉例道枪向，比如可以給一個初級路徑規(guī)劃勤揩，隨著機(jī)器人使用和探索，路徑再逐步細(xì)化完善等糠牍。

在商用或?qū)I(yè)場景下搀尊，自主導(dǎo)航系統(tǒng)的困難在于，商用場景下地圖面積都很大淹疙，甚至?xí)^上萬平方米针容。“目前柴哈，SLAM系統(tǒng)還是比較消耗內(nèi)存和運算量的补蛋。怎么讓它在如此大的場景下都可以工作，對導(dǎo)航定位系統(tǒng)來說冶巴，是個很大的挑戰(zhàn)为毛。”陳士凱說顺鸯，解決之道是配備強(qiáng)大的硬件芦格，同時對軟件和算法進(jìn)行更好優(yōu)化∽鹄蹋“目前一個合格的導(dǎo)航定位系統(tǒng)俄删，不應(yīng)僅僅有激光雷達(dá)，還應(yīng)有視覺傳感器和超聲波等奏路，并在導(dǎo)航定位算法上也要進(jìn)行相應(yīng)的融合畴椰。這個融合，在學(xué)術(shù)上或算法上也許并不是很難鸽粉，但考慮到工業(yè)化的問題斜脂，比如很多超聲波傳感器是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品抓艳，深度視覺傳感器每家規(guī)格不一樣安裝位置也不同，怎么以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化接口方便客戶使用帚戳，存在挑戰(zhàn)玷或。”

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