SLAM技術(shù)，讓真正的智能機器人觸手可及

　　有一個機器人，它被關(guān)進了一間空屋子，里面放滿了雜七雜八的東西。機器人感到很害怕，因為這個地方他從來沒來過，一點兒也不了解。讓他感到害怕的主要是三個問題：

　　1.自己在哪里？

　　2.這是什么地方？

　　3.怎么離開這個地方？

　　在SLAM（Simultaneous Localization And Mapping，即時定位與地圖構(gòu)建）理論中，第一個問題稱為定位（Localization），第二個稱為建圖（Mapping），第三個則是隨后的路徑規(guī)劃（Navigation）。

　　簡單來說，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)建周圍環(huán)境的地圖，同時利用創(chuàng)建的地圖實現(xiàn)自主定位。

　　實際上，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”的問題（完美的定位需要用到一個無偏差的地圖，但這樣的地圖又需要精確的位置估測來描繪），無從下手。

　　利用機器人內(nèi)部安裝的傳感器（包括里程儀、羅盤、加速度計等），由于沒有參考外部信息，在長時間的行走后誤差的積累會比較大，實用性較差。因此，在依靠內(nèi)部傳感器的同時，借助外部傳感器（如視覺傳感器、激光雷達等）感知環(huán)境，就能幫助機器人解決這個難題。

　　一個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)的實現(xiàn)途徑主要包括VSLAM、Wifi-SLAM與Lidar SLAM。

　　1.VSLAM（視覺SLAM）

　　指在室內(nèi)環(huán)境下，用攝像機、Kinect等深度相機來做導(dǎo)航和探索。其工作原理簡單來說就是對機器人周邊的環(huán)境進行光學(xué)處理，先用攝像頭進行圖像信息采集，將采集的信息進行壓縮，然后將它反饋到一個由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計學(xué)方法構(gòu)成的學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，再由學(xué)習(xí)子系統(tǒng)將采集到的圖像信息和機器人的實際位置聯(lián)系起來，完成機器人的自主導(dǎo)航定位功能。

　　但是，室內(nèi)的VSLAM仍處于研究階段，遠未到實際應(yīng)用的程度。一方面，計算量太大，對機器人系統(tǒng)的性能要求較高；另一方面，VSLAM生成的地圖（多數(shù)是點云）還不能用來做機器人的路徑規(guī)劃，需要進一步探索和研究。

　　2.Wifi-SLAM

　　指利用智能手機中的多種傳感設(shè)備進行定位，包括Wifi、GPS、陀螺儀、加速計和磁力計，并通過機器學(xué)習(xí)和模式識別等算法將獲得的數(shù)據(jù)繪制出準(zhǔn)確的室內(nèi)地圖。該技術(shù)的提供商已于2013年被蘋果公司收購，蘋果公司是否已經(jīng)把 Wifi-SLAM 的科技用到iPhone上，使所有 iPhone 用戶相當(dāng)于攜帶了一個繪圖小機器人，這一切暫未可知。毋庸置疑的是，更精準(zhǔn)的定位不僅有利于地圖，它會讓所有依賴地理位置的應(yīng)用（LBS） 更加精準(zhǔn)。

　　3.Lidar SLAM

　　指利用激光雷達作為傳感器，獲取地圖數(shù)據(jù)，使機器人實現(xiàn)同步定位與地圖構(gòu)建。該技術(shù)是目前最穩(wěn)定、最可靠、高性能的SLAM方式。就技術(shù)本身而言，經(jīng)過多年驗證，已相當(dāng)成熟，但Lidar成本昂貴這一瓶頸問題亟待解決。

　　采用Lidar SLAM構(gòu)建出的室內(nèi)地圖

　　Google無人駕駛汽車正是采用該項技術(shù)，車頂安裝的激光雷達來自美國Velodyne公司，售價高達7萬美元以上。這款激光雷達可以在高速旋轉(zhuǎn)時向周圍發(fā)射64束激光，激光碰到周圍物體并返回，便可計算出車體與周邊物體的距離。計算機系統(tǒng)再根據(jù)這些數(shù)據(jù)描繪出精細的3D地形圖，然后與高分辨率地圖相結(jié)合，生成不同的數(shù)據(jù)模型供車載計算機系統(tǒng)使用。激光雷達占去了整車成本的一半，這可能也是 Google 無人車遲遲無法量產(chǎn)的原因之一。

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

　　為了讓這項無人車技術(shù)更快地進入日常使用，順著“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(zhuǎn)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 燈進行測距，套件售價為299 美元。

　　隨著計算機技術(shù)、傳感技術(shù)等的發(fā)展，人們對機器人導(dǎo)航自主性的要求越來越高，SLAM已經(jīng)發(fā)展成為使機器人探測陌生環(huán)境并找到路線的標(biāo)準(zhǔn)工具。而室內(nèi)定位與導(dǎo)航領(lǐng)域，由于激光雷達成本的下降，Lidar SLAM將成為服務(wù)機器人實現(xiàn)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開發(fā)的Aries機器人采用自制Lidar實現(xiàn)SLAM，它可以用于商場導(dǎo)購，展示廣告的同時能將顧客帶領(lǐng)到想要去的地方。

　　SLAMTEC開發(fā)的商場導(dǎo)購機器人

　　可以預(yù)見，借助Lidar SLAM技術(shù)，越來越多的服務(wù)機器人將實現(xiàn)自由行走，成為真正意義上的智能機器人。