移动机器人的发展史 从世界首台移动机器人Shakey说起...

對(duì)于機(jī)器人的幻想，人類早在千年前就已經(jīng)有了，“機(jī)器人”是存在于多種語言和文字的新造詞，它體現(xiàn)了人類長期以來的一種愿望，即渴望創(chuàng)造出一種像人一樣的機(jī)器人，代替人們?nèi)ネ瓿筛鞣N工作。從最初的遙控式機(jī)器人到目前智能化機(jī)器人，機(jī)器人相關(guān)核心技術(shù)已取得了重大突破。如今的機(jī)器人即使在人工不干預(yù)的情況下也能實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)了。

世界上第一臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人——Shakey

“移動(dòng)”是機(jī)器人的重要標(biāo)志，移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展已有幾十年的歷史了。據(jù)了解，世界上第一臺(tái)能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的機(jī)器人叫Shakey，它是由查理·羅森（Charlie Rosen）領(lǐng)導(dǎo)的美國斯坦福研究所（現(xiàn)在稱之為SRI國際）于 1956-1972 年研制而出的，Rosen最初在1963年11月提出了這個(gè)機(jī)器人構(gòu)想。并與他的團(tuán)隊(duì)在1965年向DARPA撰寫了一份研究計(jì)劃（PDF），詳細(xì)敘述了能夠執(zhí)行偵查任務(wù)的智能自動(dòng)機(jī)器人。DARPA最終向研究人員提供了75萬美元資金，相當(dāng)于現(xiàn)在的580萬美元，來創(chuàng)建Shakey。

花費(fèi)巨額研發(fā)的Shakey首次全面應(yīng)用了人工智能技術(shù)，裝備了電子攝像機(jī)、三角測距儀、碰撞傳感器以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，能簡單解決感知、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制問題。當(dāng)年Shakey通過無線通信系統(tǒng)由兩臺(tái)計(jì)算機(jī)控制，但當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度非常緩慢，導(dǎo)致 Shakey需要數(shù)小時(shí)的時(shí)間來感知和分析環(huán)境，并規(guī)劃行動(dòng)路徑。

在今天看來，機(jī)器人Shakey簡單而又笨拙，但它卻是當(dāng)時(shí)將AI應(yīng)用于機(jī)器人中最為成功的案例，證實(shí)了許多屬于人工智能領(lǐng)域的嚴(yán)肅科學(xué)結(jié)論，其在實(shí)現(xiàn)過程中獲得的成果也影響了很多后續(xù)的研究。

近些年移動(dòng)機(jī)器人行走技術(shù)有了怎樣的蛻變？

如今的移動(dòng)機(jī)器人可在復(fù)雜環(huán)境中快速做出反應(yīng)，即使在陌生環(huán)境中，機(jī)器人也能完成自主定位、建圖及路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)智能行走。

移動(dòng)機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)智能行走，離不開可靠的定位導(dǎo)航技術(shù)，SLAM作為機(jī)器人自主移動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)，一直備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。SLAM是同步定位與地圖構(gòu)建(Simultaneous Localization And Mapping)的縮寫，最早由Hugh Durrant-Whyte 和 John J.Leonard提出。它被定義為解決“機(jī)器人從未知環(huán)境的未知地點(diǎn)出發(fā)，在運(yùn)動(dòng)過程中通過重復(fù)觀測到的地圖特征（比如，墻角，柱子等）定位自身位置和姿態(tài)，再根據(jù)自身位置增量式的構(gòu)建地圖，從而達(dá)到同時(shí)定位和地圖構(gòu)建的目的。

SLAM技術(shù)在機(jī)器人自主移動(dòng)中起到了關(guān)鍵作用，目前基于SLAM技術(shù)的定位導(dǎo)航方式主要有兩種，一種是基于視覺傳感器的VSLAM，另一類是基于激光雷達(dá)傳感器的激光SLAM。視覺SLAM專指利用攝相機(jī)、Kinect等深度相機(jī)來做室內(nèi)導(dǎo)航和探索。到目前為止，室內(nèi)的視覺SLAM仍處于研究階段，遠(yuǎn)未到實(shí)際應(yīng)用的程度，一方面，編寫和使用視覺SLAM需要大量的專業(yè)知識(shí)，算法的實(shí)時(shí)性未達(dá)到實(shí)用要求，另一方面，視覺SLAM生成的地圖（多數(shù)是點(diǎn)云）不能用來做機(jī)器人的路徑規(guī)劃，需要進(jìn)一步探索和研究。

與視覺SLAM不同的是，激光SLAM技術(shù)通過獲取周圍環(huán)境的輪廓信息，可構(gòu)建厘米級(jí)精度的地圖，是目前為止最穩(wěn)定、可靠的SLAM導(dǎo)航方式。

近年來，我國研發(fā)機(jī)器人定位導(dǎo)航技術(shù)的企業(yè)越來越多，思嵐科技作為該領(lǐng)域的領(lǐng)航者及先行者，已有相對(duì)成熟的定位導(dǎo)航技術(shù)，以RPLIDAR系列激光雷達(dá)作為核心傳感器，同時(shí)，配合自主研發(fā)的高性能模塊化定位導(dǎo)航系統(tǒng)SLAMWARE，可使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主定位、自動(dòng)建圖、路徑規(guī)劃與自動(dòng)避障，幫助解決機(jī)器人自主行走難題。

目前，旗下最新一代TOF激光雷達(dá)傳感器RPLIDAR S1可完成40m的測量半徑，在遠(yuǎn)距離物體條件下，測量精度依舊精準(zhǔn)、穩(wěn)定。并可有效避免環(huán)境光與強(qiáng)日光的干擾，實(shí)現(xiàn)室外場景的穩(wěn)定測距與高精度建圖。

為了幫助機(jī)器人適應(yīng)多種應(yīng)用環(huán)境，思嵐科技還推出了全新的SLAM 3.0系統(tǒng)，可使機(jī)器人在復(fù)雜的大場景下也能輕松完成定位導(dǎo)航任務(wù)。相比傳統(tǒng)SLAM，升級(jí)版的SLAM 3.0系統(tǒng)采用圖優(yōu)化方式進(jìn)行構(gòu)圖，能實(shí)現(xiàn)百萬平米級(jí)別的地圖構(gòu)建能力，同時(shí)擁有主動(dòng)式回環(huán)閉合糾正能力，能很好消除長時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致的里程累計(jì)誤差，成為目前行業(yè)中最受歡迎的定位導(dǎo)航方式。

經(jīng)歷了數(shù)年的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人已逐漸從人為控制邁向智能化行走，以激光SLAM為核心的定位導(dǎo)航技術(shù)正被越來越多的服務(wù)機(jī)器人企業(yè)所應(yīng)用，如今，在餐廳、酒店、商場等服務(wù)領(lǐng)域他們身影依稀可見。