SLAM技術(shù)，讓真正的智能機器人觸手可及

　　有一個(gè)機器人，它被關(guān)進(jìn)了一間空屋子，里面放滿(mǎn)了雜七雜八的東西。機器人感到很害怕，因為這個(gè)地方他從來(lái)沒(méi)來(lái)過(guò)，一點(diǎn)兒也不了解。讓他感到害怕的主要是三個(gè)問(wèn)題：

　　1.自己在哪里？

　　2.這是什么地方？

　　3.怎么離開(kāi)這個(gè)地方？

　　在SLAM（Simultaneous Localization And Mapping，即時(shí)定位與地圖構建）理論中，第一個(gè)問(wèn)題稱(chēng)為定位（Localization），第二個(gè)稱(chēng)為建圖（Mapping），第三個(gè)則是隨后的路徑規劃（Navigation）。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，SLAM是指機器人依靠自身傳感器在未知環(huán)境中獲得感知信息，遞增地創(chuàng )建周?chē)h(huán)境的地圖，同時(shí)利用創(chuàng )建的地圖實(shí)現自主定位。

　　實(shí)際上，有地圖的定位和有定位的地圖創(chuàng )建都是容易解決的，但無(wú)地圖的定位和未解決定位的地圖創(chuàng )建如同“雞生蛋蛋生雞”的問(wèn)題（完美的定位需要用到一個(gè)無(wú)偏差的地圖，但這樣的地圖又需要精確的位置估測來(lái)描繪），無(wú)從下手。

　　利用機器人內部安裝的傳感器（包括里程儀、羅盤(pán)、加速度計等），由于沒(méi)有參考外部信息，在長(cháng)時(shí)間的行走后誤差的積累會(huì )比較大，實(shí)用性較差。因此，在依靠?jì)炔總鞲衅鞯耐瑫r(shí)，借助外部傳感器（如視覺(jué)傳感器、激光雷達等）感知環(huán)境，就能幫助機器人解決這個(gè)難題。

　　一個(gè)由德國達姆施塔特理工大學(xué)研發(fā)的機器人正使用激光成像探測與測距技術(shù)來(lái)給迷宮繪圖

　　上圖的機器人描繪出的地圖

　　目前，SLAM技術(shù)的實(shí)現途徑主要包括VSLAM、Wifi-SLAM與Lidar SLAM。

　　1.VSLAM（視覺(jué)SLAM）

　　指在室內環(huán)境下，用攝像機、Kinect等深度相機來(lái)做導航和探索。其工作原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是對機器人周邊的環(huán)境進(jìn)行光學(xué)處理，先用攝像頭進(jìn)行圖像信息采集，將采集的信息進(jìn)行壓縮，然后將它反饋到一個(gè)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和統計學(xué)方法構成的學(xué)習子系統，再由學(xué)習子系統將采集到的圖像信息和機器人的實(shí)際位置聯(lián)系起來(lái)，完成機器人的自主導航定位功能。

　　但是，室內的VSLAM仍處于研究階段，遠未到實(shí)際應用的程度。一方面，計算量太大，對機器人系統的性能要求較高；另一方面，VSLAM生成的地圖（多數是點(diǎn)云）還不能用來(lái)做機器人的路徑規劃，需要進(jìn)一步探索和研究。

　　2.Wifi-SLAM

　　指利用智能手機中的多種傳感設備進(jìn)行定位，包括Wifi、GPS、陀螺儀、加速計和磁力計，并通過(guò)機器學(xué)習和模式識別等算法將獲得的數據繪制出準確的室內地圖。該技術(shù)的提供商已于2013年被蘋(píng)果公司收購，蘋(píng)果公司是否已經(jīng)把 Wifi-SLAM 的科技用到iPhone上，使所有 iPhone 用戶(hù)相當于攜帶了一個(gè)繪圖小機器人，這一切暫未可知。毋庸置疑的是，更精準的定位不僅有利于地圖，它會(huì )讓所有依賴(lài)地理位置的應用（LBS） 更加精準。

　　3.Lidar SLAM

　　指利用激光雷達作為傳感器，獲取地圖數據，使機器人實(shí)現同步定位與地圖構建。該技術(shù)是目前最穩定、最可靠、高性能的SLAM方式。就技術(shù)本身而言，經(jīng)過(guò)多年驗證，已相當成熟，但Lidar成本昂貴這一瓶頸問(wèn)題亟待解決。

　　采用Lidar SLAM構建出的室內地圖

　　Google無(wú)人駕駛汽車(chē)正是采用該項技術(shù)，車(chē)頂安裝的激光雷達來(lái)自美國Velodyne公司，售價(jià)高達7萬(wàn)美元以上。這款激光雷達可以在高速旋轉時(shí)向周?chē)l(fā)射64束激光，激光碰到周?chē)矬w并返回，便可計算出車(chē)體與周邊物體的距離。計算機系統再根據這些數據描繪出精細的3D地形圖，然后與高分辨率地圖相結合，生成不同的數據模型供車(chē)載計算機系統使用。激光雷達占去了整車(chē)成本的一半，這可能也是 Google 無(wú)人車(chē)遲遲無(wú)法量產(chǎn)的原因之一。

　　激光雷達具有指向性強的特點(diǎn)，使得導航的精度得到有效保障，能很好地適應室內環(huán)境。但是，Lidar SLAM卻并未在機器人室內導航領(lǐng)域有出色表現，原因就在于激光雷達的價(jià)格過(guò)于昂貴。

　　為了讓這項無(wú)人車(chē)技術(shù)更快地進(jìn)入日常使用，順著(zhù)“弱硬件+強算法”的思路，Quanery 用固態(tài)圖像傳感器替代了 360 度旋轉的攝像頭和激光測距器，成本將降到 1000 美元一套左右。加拿大創(chuàng )業(yè)公司 Leddar Tech 利用 LED 燈進(jìn)行測距，套件售價(jià)為299 美元。

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)、傳感技術(shù)等的發(fā)展，人們對機器人導航自主性的要求越來(lái)越高，SLAM已經(jīng)發(fā)展成為使機器人探測陌生環(huán)境并找到路線(xiàn)的標準工具。而室內定位與導航領(lǐng)域，由于激光雷達成本的下降，Lidar SLAM將成為服務(wù)機器人實(shí)現自由行走的必然選擇。

　　創(chuàng )業(yè)公司Savioke推出的Relay機器人采用Lidar SLAM技術(shù)，它可以自動(dòng)為酒店房間運送牙刷、毛巾和其他物品。

　　Savioke推出的酒店服務(wù)機器人

　　SLAMTEC開(kāi)發(fā)的Aries機器人采用自制Lidar實(shí)現SLAM，它可以用于商場(chǎng)導購，展示廣告的同時(shí)能將顧客帶領(lǐng)到想要去的地方。

　　SLAMTEC開(kāi)發(fā)的商場(chǎng)導購機器人

　　可以預見(jiàn)，借助Lidar SLAM技術(shù)，越來(lái)越多的服務(wù)機器人將實(shí)現自由行走，成為真正意義上的智能機器人。