隨著人們生活水平的提高,人們對于智能家居的需求日益旺盛,掃地機器人就是其中之一,據(jù)前瞻網(wǎng)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2018年掃地機市場增長預計達到120億元,隨著掃地機器人技術(shù)的不斷發(fā)展,未來掃地機器人將會有更廣闊的市場空間。
在掃地機器人中,路徑規(guī)劃是其最核心的技術(shù),所謂路徑規(guī)劃是指機器人根據(jù)自身傳感器對環(huán)境進行認知,來確定周圍環(huán)境和自身位置信息,進而規(guī)劃出一條最優(yōu)運行路線。同時又能高效完成清掃任務(wù)。
通常,移動機器人實現(xiàn)路徑規(guī)劃需要解決這三大問題:
1.機器人從初始位置到目標位置的運動;
2.通過相關(guān)算法使機器人能夠繞開障礙物,并且經(jīng)過某些必須經(jīng)過的地方完成對應(yīng)的工作任務(wù);
3.在完成以上任務(wù)的前提下,能做到機器人運動軌跡的優(yōu)化。
說到掃地機器人路徑規(guī)劃,就不得不提到SLAM技術(shù)了,當然,SLAM技術(shù)與路徑規(guī)劃是兩個層面的東西,SLAM更像是一種被動技能,默默為機器人提供地圖和定位信息,但當機器人需要實現(xiàn)自主移動,便需要路徑規(guī)劃和SLAM的相互合作,如果沒有SLAM為路徑規(guī)劃提供高質(zhì)量的定位信息,路徑規(guī)劃就難以實現(xiàn)自身的工作。
機器人要做到路徑規(guī)劃,除了要解決SLAM本身的難點外,路徑規(guī)劃也是有很多問題需要解決的,先不說掃地機器人,對于通用機器人來說,要做的第一個路徑規(guī)劃便是尋路的算法,也可以理解為從A點到B點的移動。在這個過程中,又會涉及到全局路徑規(guī)劃及局部路徑規(guī)劃。
什么是全局路徑規(guī)劃呢?可以理解為,在一張靜態(tài)的地圖上,機器人僅僅根據(jù)地圖測算出當前點到目標點的一個距離。這種方式有很多種算法,目前聽到最多的就是Astar算法,這種也同時運用在即時戰(zhàn)略游戲里進行單位尋路時使用。
除了全局路徑規(guī)劃還有局部路徑規(guī)劃的問題,由于在全局路徑規(guī)劃中機器人已經(jīng)規(guī)劃出了大致的行走路徑,但在實際的移動過程中會出現(xiàn)很多突發(fā)情況,如在機器人移動時突然一個人走過來,擋住了機器人已規(guī)劃好的行走道路,在這種情況下,機器人如何能在不修改之前規(guī)劃好的路徑前提下去繞開這個人呢?對于機器人來說行走的大方向是對的,但在有障礙物出現(xiàn)的情況下需要臨時改道,這樣的過程便叫做局部路徑規(guī)劃。目前針對該問題的應(yīng)對算法傳統(tǒng)上有EFF、目前又動態(tài)穿透法的算法來進行。
解決從A點到B點的移動就是實現(xiàn)路徑規(guī)劃的第一個問題。這也是目前掃地機器人進行路徑規(guī)劃的第一個環(huán)節(jié)。但相比其他服務(wù)機器人,掃地機器人的問題會更加復雜一點,因為掃地機器人在工作中還會涉及到貼邊清掃及來回清掃等任務(wù),這就需要有更多的算法體系來支撐。
再回到SLAM技術(shù)上,目前在SLAM技術(shù)中,會涉及到激光SLAM及視覺SLAM兩種,激光SLAM是通過旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器不斷發(fā)射激光,并通過內(nèi)置的紅外攝像頭拍攝反射光并成像,利用幾何測距原理測量物體和機器本身的相對位置,據(jù)此繪制完整邊界的地圖和確定機器在地圖中的位置。而視覺SLAM是通過內(nèi)置的 RGB 攝像頭不斷移動自身的位置進行拍攝,提取和匹配相鄰幀圖片特征點、利用測距原理測算出障礙物的距離。
相較于視覺SLAM,激光雷達就一直作為掃地機器人的原配久居正統(tǒng)之位,激光雷達的優(yōu)勢在于精度高,可以精確繪制房間地圖和行走路線,工作穩(wěn)定,不依賴于環(huán)境光線。
思嵐科技是國內(nèi)最早將激光SLAM應(yīng)用于服務(wù)機器人的企業(yè),在實現(xiàn)機器人自主定位、建圖及路徑規(guī)劃等方面已有成熟的落地方案。嵐豹掃地機器人就是基于思嵐科技的激光SLAM導航技術(shù)而研發(fā)的,可以做到:
分秒建圖:開啟清掃后,只需幾個轉(zhuǎn)圈的時間,激光雷達就會掃描出家中地圖,在清掃過程中能毫厘不差的刻畫家庭環(huán)境構(gòu)造和家具分布。
邊掃邊建立完整地圖:清掃時掃地機會先沿邊清掃出一片區(qū)域,在分區(qū)內(nèi)以弓字形的路徑走出工整的路線,邊掃邊建圖,通過一個個分區(qū)的形式將家里每個地方都清掃覆蓋到,最終形成家中的完整地圖。
地圖規(guī)劃清晰且覆蓋率高:當掃地機掃完家后,家里的地圖就能完整的呈現(xiàn),與戶型圖的貼合度能達到99%以上,可以清晰的看出對家里的清掃規(guī)劃,覆蓋到了家中的每一個角落,沒有產(chǎn)生漏掃。重要的是,地圖一次生成就能保存,再次清掃時無需重新建立地圖,當家具布置發(fā)生變化時,通過云端地圖功能,會實時更新和優(yōu)化。
自主行走毫不費力:家中的餐桌底下桌腳多,地形復雜,最是考驗掃地機的行走能力。而擁有激光導航的掃地機能繞著每個桌角清掃一圈,直至將餐桌底下探索完整,進了餐桌底下出不來,是不存在的。
除了掃地機器人,國內(nèi)思嵐科技推出的激光SLAM導航技術(shù),還廣泛應(yīng)用于送餐機器人、導引導購機器人、迎賓機器人等各大領(lǐng)域的服務(wù)場所,甚至在海外的科研機構(gòu)以及IEEE論文中也有思嵐產(chǎn)品的身影。
關(guān)鍵字:路径规划,扫地机器人路径规划算法