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編輯 | 云鵬
智東西6月21日消息，前不久，GTIC 2021嵌入式AI創(chuàng)新峰會(huì)在北京圓滿收官，迦智科技產(chǎn)品總監(jiān)吳俊翔在峰會(huì)上帶來了以《AMR機(jī)器人多傳感器融合定位的發(fā)展趨勢》主題的分享。
從基于磁釘、磁條的自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）到新一代移動(dòng)機(jī)器人（AMR），迦智科技開始基于地圖的環(huán)境感知能力與智能決策，尋求差異化的自主導(dǎo)航能力。通過AI機(jī)器視覺與激光雷達(dá)融合建圖與定位，團(tuán)隊(duì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了更加精準(zhǔn)及時(shí)的定位導(dǎo)航以及多機(jī)器人協(xié)作。
一、讓機(jī)器人送貨就像“滴滴打車”
吳俊翔說，工業(yè)這條賽道，問題還很多。隨著這兩年越來越多的人用上掃地機(jī)器人，有時(shí)候我們帶著產(chǎn)品到一些展會(huì)，很多人問我們是不是大號的掃地機(jī)器人？
實(shí)際上我們做的是工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人，首先運(yùn)行于工業(yè)場景的半結(jié)構(gòu)化環(huán)境。什么是半結(jié)構(gòu)化？工業(yè)場景里面做SLAM技術(shù)的時(shí)候，很多時(shí)候依賴于固定的環(huán)境。
比如在過去AGV依賴二維碼，需要標(biāo)識?，F(xiàn)在需要移動(dòng)機(jī)器人有一些自主的導(dǎo)航能力，我們希望觀測環(huán)境中現(xiàn)有的標(biāo)志物，比如工廠的基臺、設(shè)備、立柱半結(jié)構(gòu)化的環(huán)境。
相較于自動(dòng)駕駛的開放道路又有一些差異，實(shí)際上大家做一個(gè)對比的時(shí)候，覺得自動(dòng)駕駛是不是一個(gè)挑戰(zhàn)更高的環(huán)境？自動(dòng)駕駛在初始階段很多時(shí)候AI算法在做車道線、紅綠燈、行人的識別，這些實(shí)際上都是非常結(jié)構(gòu)化的標(biāo)志和模型。
在工業(yè)環(huán)境中碰到的環(huán)境，比如地面的紋理、基臺的環(huán)境，很多時(shí)候是非標(biāo)的，是半結(jié)構(gòu)化的。
第二個(gè)區(qū)別于掃地機(jī)器人的是交互上的不同，掃地機(jī)器人面向的大眾消費(fèi)者，并沒有受過專業(yè)訓(xùn)練，在工業(yè)環(huán)境里面很多工人原來操作過生產(chǎn)線上的設(shè)備，幫助受過訓(xùn)練的工人能更好地去用到工業(yè)機(jī)器人。
第三，和過去在制造業(yè)里面所用到的物流機(jī)器人最大的一點(diǎn)區(qū)別是，AMR具備自主的導(dǎo)航能力，通過自適應(yīng)導(dǎo)航能力實(shí)現(xiàn)繞障和動(dòng)態(tài)路線規(guī)劃。
很多時(shí)候我們交付方案的時(shí)候，是為制造業(yè)的客戶交付一個(gè)生產(chǎn)線內(nèi)的“滴滴打車”，讓他們輕松滿足A點(diǎn)到B點(diǎn)實(shí)時(shí)的物料搬運(yùn)需求。
二、多傳感器融合定位解決自主導(dǎo)航、自主決策
最早在汽車制造行業(yè)，磁釘磁條為主的導(dǎo)航方式用的非常多，沿著既定的路線去行駛。隨著2000年左右亞馬遜Amazon倉儲(chǔ)機(jī)器人的誕生，在國內(nèi)像極智嘉為代表的一些企業(yè)也在京東、阿里物流倉儲(chǔ)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。今天我們看到，越來越多的制造業(yè)的產(chǎn)線開始選擇導(dǎo)入以SLAM激光導(dǎo)航為主的AMR機(jī)器人。
吳俊翔說，AMR機(jī)器人是行業(yè)里面比較新的概念， 歐洲的CE認(rèn)證、ISO標(biāo)準(zhǔn)更多還是針對叉車這類工業(yè)車輛提出的標(biāo)準(zhǔn)。
去年ANSI標(biāo)準(zhǔn)中的工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)里明確提出了AMR定義，工業(yè)場景下具備自主的導(dǎo)航能力，我們才稱之為AMR。
同時(shí)，AMR對應(yīng)都算“industrial Mobile Robot”，另外還有不同的類別，比如ABC三個(gè)類別，B類指的是和其它一些載具做一些配合，C類和我們的機(jī)械臂做一些結(jié)合應(yīng)用。
從AMR的定義或者行業(yè)的應(yīng)用來說，自主導(dǎo)航能力是非常大的一個(gè)差異，在于對于地圖的環(huán)境感知能力和自主決策能力差異。
這對我們在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、解決一些落地應(yīng)用問題時(shí)提出非常多的挑戰(zhàn)。為什么我們要去說多傳感器融合定位這樣一個(gè)技術(shù)？它會(huì)很好地幫助彌補(bǔ)單一傳感器帶來的可觀性缺陷，相信不管是在工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用，還是在無人駕駛里面都是解決這樣的問題。
有一些在工業(yè)場景里面用的單線激光雷達(dá)，更多只能掃到激光雷達(dá)所處的平面。如何做到在整個(gè)環(huán)境中有一個(gè)可靠的感知？我們還是通過深度相機(jī)做融合的定位導(dǎo)航。
在傳感器的加持下實(shí)現(xiàn)類似于采用車道巡線的能力，在制造業(yè)環(huán)境里面有很多生產(chǎn)線現(xiàn)有的標(biāo)志和標(biāo)線可以用于機(jī)器人的輔助定位和導(dǎo)航。還有地面紋理的導(dǎo)航，可以提升傳感器的可觀性和落地場景可靠性。
吳俊翔說，我們做多傳感器融合的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)與自動(dòng)駕駛相比，自動(dòng)駕駛很多時(shí)候依賴全局的GPS定位，室內(nèi)沒有GPS，我們要做時(shí)間的同步，多傳感器時(shí)間數(shù)據(jù)幀同步，多傳感器怎么做空間的同步？這里面不僅僅是一個(gè)算法的問題，而且是一個(gè)工程的問題。
迦智在這方面也做了很多工程的努力，提供方案做多傳感器的標(biāo)定。我們搭配復(fù)合機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了兩車的同步實(shí)時(shí)作業(yè)，不僅要去做多傳感器之間的數(shù)據(jù)同步，而且還要做多機(jī)器人之間的同步。
三、十萬平米工廠、動(dòng)態(tài)環(huán)境變化，AMR落地挑戰(zhàn)多
在這樣一些應(yīng)用下，AMR越來越多成為制造業(yè)的標(biāo)配，AMR的智能自主決策和柔性能夠更好地去適應(yīng)制造業(yè)的場景和環(huán)境。
不過，在整個(gè)AMR落地應(yīng)用中還是存在一些挑戰(zhàn)，比如在計(jì)算資源受限的情況下，如何支持大范圍的場景和落地？吳俊翔說，我們的很多工廠面積非常大，可能有一萬平、五萬平甚至十萬平的工廠。
第二，長期的動(dòng)態(tài)環(huán)境變化對于我們自主導(dǎo)航的影響。第三，核心部件成本，比如現(xiàn)在用到的激光雷達(dá)，符合工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)的激光雷達(dá)目前來說成本還是比較高的，顯然用攝像頭或者其它一些傳感器也是能夠提供一個(gè)更經(jīng)濟(jì)的解決方案。
為了應(yīng)對挑戰(zhàn)，迦智做了大范圍的建圖能力，通過整數(shù)規(guī)劃對全場比如工業(yè)場景下面做了最優(yōu)地圖特征的選擇，采用了知識蒸餾神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓縮算法，這樣的話能夠極大地壓縮整個(gè)地圖的尺寸。
對于環(huán)境變化所帶來導(dǎo)航定位的影響，比如汽車生產(chǎn)線兩邊都有著非常多流動(dòng)的工人，而且物料每天不同的批次隨時(shí)發(fā)生變化。制造業(yè)的線邊倉物料隨著生產(chǎn)隨時(shí)在流轉(zhuǎn)；成品地推庫旁邊堆著一批貨，今天下午就發(fā)出去了，如何應(yīng)對這樣一些挑戰(zhàn)？我們會(huì)長期去做動(dòng)態(tài)環(huán)境下面的檢測，累計(jì)整個(gè)激光語義數(shù)據(jù)，將我們的語義特征與激光點(diǎn)云做結(jié)合。
針對托盤和棧板識別，迦智在很多制造業(yè)園區(qū)提供工業(yè)園區(qū)級的物流技術(shù)和方案。采用了激光雷達(dá)，甚至是毫米波雷達(dá)，去做整體的傳感器融合。它能夠提供更好的能力，支持更豐富的感知條件下的物體跟蹤與檢測。
最后，對于3D環(huán)境，室外的環(huán)境我們還會(huì)做點(diǎn)云分割與地圖構(gòu)建。室外環(huán)境更加復(fù)雜，有人、車、道路、環(huán)境，測試道路在雨天環(huán)境、在中雨的環(huán)境也能去運(yùn)行，極大地滿足了很多工業(yè)場景下面對于物料運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>
迦智的技術(shù)團(tuán)隊(duì)很多來自于浙江大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，迦智自己的算法團(tuán)隊(duì)也和實(shí)驗(yàn)室這邊一起做了預(yù)研，我們的落地部署當(dāng)中需要工程人員對現(xiàn)場環(huán)境做一次建圖，如果能夠取代第一次建圖的環(huán)境，我們能夠在沒有精確地圖的情況下，直接在園區(qū)中理解駕駛意圖，能夠很好地幫助我們后期的工程落地。
回到技術(shù)和落地和應(yīng)用，這是兩個(gè)現(xiàn)在非常典型的服務(wù)客戶場景。首先在3C制造業(yè)，我經(jīng)常被問到，你們既然說工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人AMR技術(shù)這么好，和傳統(tǒng)AGV相比優(yōu)勢體現(xiàn)在哪里？
這個(gè)就是一個(gè)非常典型的應(yīng)用，我們在3C制造的產(chǎn)線會(huì)有很多機(jī)器和工人配合的場景，地上放的線框輔助工人把料車放到線框內(nèi)，由機(jī)器人去做一個(gè)取放操作。通過激光和多產(chǎn)線融合技術(shù)，對這個(gè)料架做一個(gè)精準(zhǔn)模板的匹配，只要放在線框內(nèi)，可以做一個(gè)模糊的動(dòng)態(tài)判斷，這樣的話實(shí)現(xiàn)機(jī)器和人的柔性配合。
在室外的園區(qū)物流提供的方案，不僅能夠在室外，而且室內(nèi)和室外做了打通，基于全場做的3D激光點(diǎn)云地圖，加上傳感器。這樣的好處是什么？我們能夠在沒有GPS的情況下去做園區(qū)級的物流。
迦智在2016年成立以來業(yè)服務(wù)了超過兩百多家客戶，從數(shù)字化生產(chǎn)車間到熄燈工廠，迦智與客戶一同見證智造中國的制造進(jìn)程。
迦智的創(chuàng)始人董事長是熊蓉教授，也是浙江大學(xué)控制學(xué)院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任，中控褚健老師是戰(zhàn)略顧問。去年我們參與了行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)制定，比如AMR聯(lián)盟團(tuán)體的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)我們在華為牽頭下參與了5G和工業(yè)物流解決方案的藍(lán)皮書制定。
以上是吳俊翔演講內(nèi)容的完整整理。
