基于SLAM的机器人导航避障方案

在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能導(dǎo)航中，SLAM發(fā)揮了重要作用，可幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)地圖構(gòu)建與即時(shí)定位，但僅有SLAM是還不夠的，還需要加入路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制。在SLAM技術(shù)幫助機(jī)器人確定自身定位和構(gòu)建地圖之后，進(jìn)行一個(gè)叫做目標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)航的能力。通俗的說(shuō)，就是規(guī)劃一條從A點(diǎn)到B點(diǎn)的路徑出來(lái)，然后讓機(jī)器人移動(dòng)過去。

運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是一個(gè)很大的概念，從機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)、飛行器的飛行，到掃地機(jī)的清掃，機(jī)器人的移動(dòng)，其實(shí)這些都是屬于運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的范疇。

SLAM+路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制=機(jī)器人智能導(dǎo)航

運(yùn)動(dòng)規(guī)劃有全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃之分，全局路徑規(guī)劃是最上層的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃邏輯，它按照機(jī)器人預(yù)先記錄的環(huán)境地圖并結(jié)合機(jī)器人當(dāng)前位姿以及任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)的位置，在地圖上找到前往目標(biāo)點(diǎn)最快捷的路徑。

局部路徑規(guī)劃是指當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)變化或者上層規(guī)劃的路徑不利于機(jī)器人實(shí)際行走的時(shí)候（比如機(jī)器人在行走的過程中遇到障礙物），局部路徑規(guī)劃將做出微調(diào)。

與全局路徑規(guī)劃有所區(qū)別的是，局部路徑規(guī)劃可能并不知道機(jī)器人最終要去哪，但是對(duì)于機(jī)器人怎么繞開眼前的障礙物特別在行。

這兩個(gè)層次的規(guī)劃模塊協(xié)同工作，機(jī)器人就可以很好的實(shí)現(xiàn)從A點(diǎn)到B點(diǎn)的智能移動(dòng)了。不過實(shí)際工作環(huán)境下，上述配置還不夠。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)規(guī)劃的過程中還包含靜態(tài)地圖和動(dòng)態(tài)地圖兩種情況。

A* 算法

A*（A-Star)算法是一種靜態(tài)路網(wǎng)中求解最短路徑最有效的直接搜索方法，也是解決許多搜索問題的有效算法。算法中的距離估算值與實(shí)際值越接近，最終搜索速度越快。但是，A*算法同樣也可用于動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃當(dāng)中，只是當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，需要重新規(guī)劃路線。

D* 算法

D*算法則是一種動(dòng)態(tài)啟發(fā)式路徑搜索算法，它事先對(duì)環(huán)境位置，讓機(jī)器人在陌生環(huán)境中行動(dòng)自如，在瞬息萬(wàn)變的環(huán)境中游刃有余。D*算法的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要預(yù)先探明地圖，機(jī)器人可以和人一樣，即使在未知環(huán)境中，也可以展開行動(dòng)，隨著機(jī)器人不斷探索，路徑也會(huì)時(shí)刻調(diào)整。

上述的幾種算法都是目前絕大部分機(jī)器人所需要的路徑規(guī)劃算法，能夠讓機(jī)器人跟人一樣智能，快速規(guī)劃A到B點(diǎn)的最短路徑，并在遇到障礙物的時(shí)候知道如何處理。對(duì)于一些復(fù)雜商用場(chǎng)景的服務(wù)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，它的路徑規(guī)劃算法也更為復(fù)雜，如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜商用場(chǎng)景的自主導(dǎo)航成為業(yè)內(nèi)難題。

基于SLAM的機(jī)器人導(dǎo)航避障方案

作為機(jī)器人定位導(dǎo)航領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，思嵐科技在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo)航上提供了兩種解決方案，一種是基于SLAM算法提供機(jī)器人定位導(dǎo)航套件SLAM Cube，SLAM Cube采用模塊化設(shè)計(jì)，提供可適用于多種室內(nèi)外場(chǎng)景的商用機(jī)器人自主定位導(dǎo)航能力，且在此基礎(chǔ)上集成電源控制管理，傳感器信號(hào)采集管理、電機(jī)控制管理、自動(dòng)/應(yīng)急充電管理等一體化功能。通過適配多種類型傳感器、電機(jī)、電池等，幫助客戶用積木化的方式便捷搭建專屬的機(jī)器人底盤系統(tǒng)，滿足客制化需求。

另一種是直接提供通用機(jī)器人底盤產(chǎn)品。機(jī)器人企業(yè)只需在底盤的基礎(chǔ)上完成上層開發(fā)即可，以思嵐科技的Apollo為例，Apollo采用了多傳感器融合技術(shù)，結(jié)合了激光雷達(dá)、深度攝像頭、超聲波、防跌落等多種傳感器，激光雷達(dá)可幫助機(jī)器人時(shí)刻掃描周圍環(huán)境，提供地圖數(shù)據(jù)，構(gòu)建高精度地圖，并基于該地圖數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自主路徑規(guī)劃及導(dǎo)航功能；遇到玻璃、鏡面等高透材質(zhì)障礙物時(shí)，超聲波傳感器能讓Apollo做到及時(shí)識(shí)別、避讓；深度攝像頭則可偵測(cè)到位于雷達(dá)掃描平面上方的障礙物，并及時(shí)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行規(guī)避；而防跌落傳感器可幫助Apollo輪式機(jī)器人底盤全方位偵察周圍的工作環(huán)境，判斷工作區(qū)域是否存在邊界、臺(tái)階、坡度等情況，從而發(fā)送信號(hào)請(qǐng)求機(jī)器人移動(dòng)底盤改變前進(jìn)方便，避免跌落。

此外，Apollo還可進(jìn)行虛擬墻&虛擬軌道設(shè)置，基于純軟件方式進(jìn)行操作，無(wú)需額外輔助鋪設(shè)，即可對(duì)Apollo進(jìn)行活動(dòng)范圍及行走路線設(shè)置。同時(shí)支持自主返回充電、云端遠(yuǎn)程管理及提供外擴(kuò)硬件支持等。不僅如此，輪式機(jī)器人底盤Apollo擴(kuò)展接口還集成了網(wǎng)口，供電接口和各種控制接口以便用戶快速進(jìn)行開發(fā)擴(kuò)展。可通過有線網(wǎng)絡(luò)或WIFI與外部通信，其本身自帶的電池可以為自身與外接的擴(kuò)展模塊供電，用戶可以通過各種控制接口對(duì)整個(gè)Apollo及其上層擴(kuò)展模塊進(jìn)行控制。

目前，基于底盤Apollo完成上層開發(fā)的服務(wù)機(jī)器人已被廣泛應(yīng)用于各大場(chǎng)景中，如碧桂園送餐機(jī)器人“蠶豆”、達(dá)闥醫(yī)護(hù)助理機(jī)器人pepper、阿里巴巴巡檢機(jī)器人 Diana等?；谒紞箍萍甲匝械母咝阅芏ㄎ粚?dǎo)航技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)各類服務(wù)機(jī)器人在復(fù)雜場(chǎng)景的自主移動(dòng)。