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    巡檢機器人導航和定位方式之--激光雷達SLAM

    發布時間:2018-05-18瀏覽次數:12611字號:

    Simultaneous Localization And Mapping,簡稱SLAM,通常是指在機器人或者其他載體上,通過對各種傳感器數據進行采集和計算,生成對其自身位置姿態的定位和場景地圖信息的系統。SLAM技術對于機器人或其他智能體的行動和交互能力至為關鍵,因為它代表了這種能力的基礎:知道自己在哪里,知道周圍環境如何,進而知道下一步該如何自主行動。它在自動駕駛、服務型機器人、無人機、AR/VR等領域有著廣泛的應用,可以說凡是擁有一定行動能力的智能體都擁有某種形式的SLAM系統。當然工廠巡檢機器人、IDC數據機房巡檢機器人也必須具備這個基本的能力。

    目前機器人SLAM主要的兩種形式是:基于激光雷達的SLAM(激光SLAM)和基于視覺的SLAM(Visual SLAM或VSLAM),這一節先講述激光雷達的SLAM。

    激光雷達的工作原理與雷達非常相近,以激光作為信號源,由激光器發射出的脈沖激光,打到周圍障礙物上,引起散射,一部分光波會反射到激光雷達的接收器上,根據激光測距原理計算,就得到從激光雷達到目標點的距離,脈沖激光不斷地掃描目標物,就可以得到目標物上全部目標點的數據,用此數據進行成像處理后,就可得到精確的三維立體圖像。

    激光雷達采集到的物體信息呈現出一系列分散的、具有準確角度和距離信息的點,被稱為點云。通常,激光SLAM系統通過對不同時刻兩片點云的匹配與比對,計算激光雷達相對運動的距離和姿態的改變,也就完成了對機器人自身的定位。


    圖1,激光SLAM的地圖構建(谷歌Cartographer[1])

    激光雷達距離測量比較準確,誤差模型簡單,在強光直射以外的環境中運行穩定,點云的處理也比較容易。同時,點云信息本身包含直接的幾何關系,使得機器人的路徑規劃和導航變得直觀。

    目前比較主流的室內行走機器人(如IDC機房巡檢機器人,工廠巡檢機器人等)幾乎都采用這種導航定位方法。業界著名的激光雷達廠家有美國Velodyne、德國西克、日本北陽等。國內也有好幾家低成本方案的激光雷達廠家,如上海思嵐、深圳鐳神等等,盡管性能和進口產品相比還有不少差距,但是價格卻只有進口品牌的20%左右。再要求不太嚴格的一些場合還是物有所值的。


     

     
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