v-slam導(dǎo)航技術(shù)離成為主流還有多遠(yuǎn)？

“大數(shù)據(jù)”時(shí)代正在催化更多柔性化與智能化兼具的升級(jí)物流設(shè)備，在工業(yè)應(yīng)用移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）行業(yè)，以工業(yè)相機(jī)作為感測(cè)器的視覺導(dǎo)航技術(shù)由于更適合智慧物流柔性化需求，被推向了風(fēng)口浪尖。

自主移動(dòng)的兩難抉擇

為了與傳統(tǒng)導(dǎo)引方式區(qū)分，擁有slam自主導(dǎo)航技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人，目前統(tǒng)稱為AMR。在許多工業(yè)場(chǎng)景中，兼具柔性化與智能化的AMR被認(rèn)為是移動(dòng)機(jī)器人迭代的必然趨勢(shì)。盡管AMR產(chǎn)品在應(yīng)用層面已經(jīng)逐步成熟，不同slam自主導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)階段還是存在一定局限。slam導(dǎo)航分為激光slam和視覺slam兩種。

激光slam導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，能夠靈活規(guī)劃路徑，定位精度高，行駛路徑靈活多變，施工較為方便。缺點(diǎn)是制作成本及價(jià)格相對(duì)較高，探測(cè)范圍有限制，主要被應(yīng)用在室內(nèi)環(huán)境；地圖缺乏語義信息，限制了復(fù)雜環(huán)境下的可拓展性應(yīng)用。

視覺slam導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是無傳感器探測(cè)距離限制，路徑規(guī)劃靈活，定位精度高，施工方便，室內(nèi)外環(huán)境下均能開展工作，成本低，地圖可提取語義信息，復(fù)雜環(huán)境中的復(fù)用性高。缺點(diǎn)同樣存在，對(duì)光的依賴程度高，在暗處或者一些無紋理區(qū)域需要借助輔助傳感器。

兩種導(dǎo)航方式的發(fā)展?jié)摿ξ覀儠翰荒茏鲈u(píng)述，但通過近年來移動(dòng)機(jī)器人企業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展動(dòng)向與市場(chǎng)關(guān)注熱度，可以發(fā)現(xiàn)視覺slam的后期爆發(fā)潛力讓人無法忽視。

視覺slam成AGV導(dǎo)航新趨勢(shì)

近年來，擁有視覺導(dǎo)航技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人公司熱度普遍較高，視覺導(dǎo)航也被認(rèn)為是智能倉(cāng)儲(chǔ)柔性化物流變革的必然趨勢(shì)。以視覺導(dǎo)航無人叉車代表企業(yè)未來機(jī)器人為例，這支由香港中文大學(xué)孵化的視覺工業(yè)無人車輛創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)成立僅三年，就實(shí)現(xiàn)了逾5000萬元的工業(yè)無人車輛銷售。到2020年，公司已完成1億元人民幣B1輪融資，聯(lián)想創(chuàng)投領(lǐng)投持續(xù)助力未來機(jī)器人工業(yè)無人車輛視覺控制、感知技術(shù)的研發(fā)。

圖：未來機(jī)器人視覺導(dǎo)航無人叉車

同樣以v-slam導(dǎo)航技術(shù)為核心的人工智能視覺AMR公司靈動(dòng)科技，也在今年4月完成了1億元B+輪融資，靈動(dòng)科技ForwardX機(jī)器人使用攝像頭和GPU代替人眼，通過深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境感知，實(shí)現(xiàn)了VSLAM三維地圖構(gòu)建、360°避障、自主規(guī)劃路線。

圖：靈動(dòng)科技視覺導(dǎo)航AMR

此外，據(jù)中國(guó)移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預(yù)估，目前移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)涉及視覺導(dǎo)航的企業(yè)已有數(shù)十家，許多頭部企業(yè)的導(dǎo)航方案中兼具視覺技術(shù)，無論是物流機(jī)器人公司海康機(jī)器人、快倉(cāng)、極智嘉還是商用機(jī)器人公司諾亞、小覓智能等都有視覺slam導(dǎo)航技術(shù)方案……

是什么在推動(dòng)視覺導(dǎo)航的發(fā)展？

為何企業(yè)紛紛開始發(fā)展視覺導(dǎo)航方案？事實(shí)上，移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的突破是行業(yè)多年來眾望所盼。視覺導(dǎo)航的出現(xiàn)，為工業(yè)應(yīng)用移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）行業(yè)的技術(shù)帶來了全新的機(jī)遇。未來機(jī)器人李陸洋博士表示，“當(dāng)前工業(yè)無人車亟待提升的是智能化程度，簡(jiǎn)單理解則是機(jī)器人應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不規(guī)范化的能力，而這種能力必須基于對(duì)環(huán)境的理解與學(xué)習(xí)，視覺技術(shù)是無人車智能化提升的必經(jīng)之路”。

與市面上主流磁導(dǎo)引/激光導(dǎo)引AGV相比，視覺傳感器的優(yōu)勢(shì)首先是性價(jià)比極具競(jìng)爭(zhēng)力，世界頂級(jí)工業(yè)相機(jī)供應(yīng)商的產(chǎn)品售價(jià)約為人民幣3000元，是同等級(jí)的激光傳感器產(chǎn)品售價(jià)的10-20%。

而較低的制造成本意味著較低的產(chǎn)品價(jià)格，對(duì)提升本體企業(yè)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力或終端客戶投資回報(bào)周期都更加利好。而在智能化上，視覺導(dǎo)航信息獲取能力強(qiáng)大。

視覺導(dǎo)航由于能從環(huán)境中提取語義信息，因此能夠適應(yīng)客戶在常規(guī)使用需求中的復(fù)雜場(chǎng)景，如識(shí)別長(zhǎng)時(shí)間使用而變形的貨架、托盤；提取短時(shí)間內(nèi)激增的搬運(yùn)量信息；狹小空間情況下的車輛調(diào)度等。

此外，視覺導(dǎo)航模塊具有系統(tǒng)拓展性。隨著通信設(shè)備/處理器等周邊配套設(shè)施的不斷完善，視覺導(dǎo)航模塊正飛速進(jìn)步，視覺導(dǎo)航與計(jì)算機(jī)連接可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的調(diào)度任務(wù)，而視覺導(dǎo)航技術(shù)與5G及云端系統(tǒng)的融合也將更進(jìn)一步。

視覺導(dǎo)航的發(fā)展掣肘

盡管普遍看好，但事實(shí)上真正落地應(yīng)用視覺方案的企業(yè)還不算多，典型的企業(yè)以視覺紋理、視覺+輔助傳感器或純視覺技術(shù)為主，企業(yè)包括未來機(jī)器人、靈動(dòng)科技、曠視科技、馬路創(chuàng)新、藍(lán)芯科技、怡豐機(jī)器人、海康、大華等。

本表粗略統(tǒng)計(jì)，如有不妥之處，請(qǐng)指正！

而其他大多數(shù)公司采取的是多種類型的混合導(dǎo)航技術(shù)，例如視覺傳感搭配激光SLAM進(jìn)行工作，以此進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，但混合導(dǎo)航中的VSLAM的實(shí)際作用難以考證。

究其原因，還是受制于視覺導(dǎo)航算法的開發(fā)難度，利用視覺導(dǎo)引快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)路標(biāo)識(shí)別這一技術(shù)，仍處于瓶頸階段。

首先圖像處理本身就是一門很深的學(xué)問，基于非線性優(yōu)化的地圖構(gòu)建也非常復(fù)雜和耗時(shí)，且在實(shí)際環(huán)境中還需要通過優(yōu)化和改進(jìn)現(xiàn)有的視覺slam框架，比如加入光照模式/使用深度學(xué)習(xí)提取特點(diǎn)以及使用但單雙目及奪目融合視角等技術(shù)，使得視覺導(dǎo)航技術(shù)僅被應(yīng)用于較小空間中。

在大部分工業(yè)場(chǎng)景下，仍需依賴激光SLAM或是QR碼導(dǎo)航來實(shí)現(xiàn)，而搭載2套以上傳感器的設(shè)備，一方面功能冗余，同時(shí)所需成本也會(huì)顯著上升。

相比于視覺導(dǎo)航，單線激光雷達(dá)的硬件產(chǎn)業(yè)鏈比較成熟，算法也已經(jīng)進(jìn)行了開源，日漸崛起的國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)已經(jīng)進(jìn)入百家爭(zhēng)鳴的階段。

與激光雷達(dá)企業(yè)的百花齊放形成鮮明對(duì)比的是，切入工業(yè)應(yīng)用移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）賽道的V-SLAM解決方案商目前來說卻比較少，思嵐、辰天科技等。

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另一方面，盡管目前自動(dòng)化流水生產(chǎn)線的視覺系統(tǒng)，定位精度可以精確到0.1mm，但是基于無固定參照的純視覺導(dǎo)航AMR，定位精度約為10mm，仍然有待提高。為了獲取更高的精度，除了視覺導(dǎo)航系統(tǒng)外，移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)還需要結(jié)合其他傳感器的輔助。但經(jīng)過近兩年的技術(shù)沉淀，擁有視覺技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人企業(yè)正在不斷突破和創(chuàng)新。馬路創(chuàng)新近日推出其新一代視覺導(dǎo)航技術(shù)v-slam2.0，已經(jīng)做到了純視覺且不受地紋影響。

未來機(jī)器人前不久也發(fā)布了自研的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控核心產(chǎn)品“明眸”視覺模塊，融合了深度學(xué)習(xí)圖像識(shí)別技術(shù)，為夜間工作的智能化設(shè)備提供信息支持，降低運(yùn)營(yíng)成本。此外，靈動(dòng)科技公司旗下的ForwardX MaxTM 在今年6月也獲得了全球首個(gè)V-AMR（視覺自主移動(dòng)機(jī)器人）CE 認(rèn)證。

相信隨著視覺技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人上的應(yīng)用日臻成熟，v-slam導(dǎo)航未來有望成為移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的主流方案之一。

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