2023年4月，?？禉C器人發(fā)布可兼容 3D 激光和 2D 激光 SLAM 導航的叉取機器人F5-1600A，在10 月的 CEMAT 展會(huì )上，該款叉車(chē)新增 3D 識別功能，借助兩顆 3D 激光雷達完成自主導航和末端識別；5月，未來(lái)機器人重磅推出新一代產(chǎn)品——VNST20托盤(pán)搬運無(wú)人叉車(chē)，通過(guò)使用一顆3D激光，集成定位、感知、防護功能一體；8月，未來(lái)機器人正式發(fā)布三款E系列平衡重無(wú)人叉車(chē)，采用多顆3D 雷達復合定位方式，支持復雜場(chǎng)景更快建圖。
除?？禉C器人及未來(lái)機器人外，包括中強光智能、藍芯科技、新松、九耀智能、井松等一眾企業(yè)都先后推出了3D導航類(lèi)的移動(dòng)機器人產(chǎn)品，從2D到3D，移動(dòng)機器人廠(chǎng)商們正在不斷探索新的技術(shù)來(lái)實(shí)現機器人性能的躍升。
更復雜的環(huán)境需要更強大的感知
導航技術(shù)變革推動(dòng)移動(dòng)機器人應用加速
AGV的發(fā)展起源于20世紀50年代，早期傳統的AGV多是用電磁導航、磁導航，移動(dòng)機器人沿著(zhù)地面預先設定的“軌道”進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)運輸，這種技術(shù)原理簡(jiǎn)單、成本低，但改變或擴展路徑及后期的維護成本較高。這一時(shí)期A(yíng)GV主要應用于汽車(chē)和電子工業(yè)等行業(yè)中的物料搬運和運輸。
70年代末期，隨著(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)廠(chǎng)商開(kāi)始利用激光雷達和紅外線(xiàn)等傳感技術(shù)，提升AGV的靈活性。隨著(zhù)AGV柔性程度的不斷提升，應用范圍也逐漸擴大。
步入21世紀，AGV開(kāi)始涉足更多的領(lǐng)域，對機器人感知系統的要求也越來(lái)越高，基于SLAM技術(shù)的自然導航類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)始出現，通過(guò)配備激光雷達、攝像頭等傳感器，AGV不再需要借助任何外部標識，就可以實(shí)時(shí)感知周?chē)h(huán)境，并通過(guò)自主決策和路徑規劃來(lái)實(shí)現導航。在此背景下，AMR（AutomatedMobile Robot即“自主移動(dòng)機器人”)概念開(kāi)始被熟知。
近年來(lái)，AMR技術(shù)進(jìn)一步成熟，其落地速度也開(kāi)始加快。根據CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數據、新戰略移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)研究所統計，2023年中國AMR銷(xiāo)售臺數約49000臺，同比增長(cháng)60.13%。近年來(lái)AMR產(chǎn)品的占比不斷提升，2023年已經(jīng)超越二維碼導航產(chǎn)品成為移動(dòng)機器人第一大細分品類(lèi)。
從上世紀50年代至今，隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應用場(chǎng)景的不斷擴展，移動(dòng)機器人的應用越來(lái)越廣泛，也越來(lái)越復雜。與此同時(shí)，移動(dòng)機器人從簡(jiǎn)單的、單一功能的自動(dòng)化設備，發(fā)展成為能夠應對復雜環(huán)境的、具備高度智能的自主化系統。
核心傳感器是決定移動(dòng)機器人性能的關(guān)鍵
從自動(dòng)導引到自主導航，移動(dòng)機器人已經(jīng)實(shí)現了革命性的跨越，但在很多場(chǎng)景中，受制于當前階段技術(shù)限制，移動(dòng)機器人尚未得到很好的應用。
自主導航移動(dòng)機器人目前主要是依靠SLAM技術(shù)來(lái)實(shí)現，SLAM技術(shù)根據其使用的傳感器的不同主要又分為激光SLAM和視覺(jué)SLAM。
根據CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數據，新戰略移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)研究所統計，2023年，落地的AMR中，激光SLAM產(chǎn)品占比約為90%，視覺(jué)SLAM產(chǎn)品占比為10%。激光SLAM仍舊是應用主流。
2023年激光SLAM&視覺(jué)SLAM產(chǎn)品應用占比
作為移動(dòng)機器人的核心傳感器，激光雷達性能的突破一定程度上決定著(zhù)機器人整體的智能化程度。
在激光SLAM的應用中，此前多采用單線(xiàn)的2D激光雷達作為核心傳感器，單線(xiàn)激光雷達（2D激光雷達）在角頻率及靈敏度上反應更快捷，在測試周?chē)系K物的距離和精度上十分精準，但單線(xiàn)雷達只能平面式掃描，不能測量物體高度，并沒(méi)有3D建模的功能。
相較2D激光雷達，3D激光雷達可以?huà)呙枇Ⅲw空間，輸出三維點(diǎn)云密集，能夠為移動(dòng)機器人實(shí)時(shí)定位導航避障提供更為豐富的信息支持，最大程度探測車(chē)身周?chē)苷衔锛暗孛娴匦巫兓?。此外，其具有對低反射率物體探測能力強、抗環(huán)境光干擾的能力強、雨霧雪塵穿透能力強等優(yōu)勢，可以通用于室內與室外復雜場(chǎng)景。但相對于2D激光雷達而言，3D激光雷達在移動(dòng)機器人領(lǐng)域屬于新應用，此前價(jià)格也一直居高不下，因此很多企業(yè)也一直處于觀(guān)望中。
不論是移動(dòng)機器人本體廠(chǎng)商還是激光雷達廠(chǎng)商，大家都在不斷探索更高性能更低成本的智能感知解決方案。
性?xún)r(jià)比提升，3D激光雷達應用加速
2023年，行業(yè)內3D激光導航類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)始逐漸增多，尤其是從落地層面來(lái)看，大部分企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)邁過(guò)了前期的驗證階段，開(kāi)始在客戶(hù)現場(chǎng)實(shí)現小批量的落地。
價(jià)格是3D激光雷達技術(shù)在移動(dòng)機器人領(lǐng)域應用加速的重要前提條件。伴隨著(zhù)行業(yè)競爭的不斷加劇，降成本成為各大移動(dòng)機器人廠(chǎng)商的重中之重。此前，3D激光雷達主要應用于自動(dòng)駕駛行業(yè)，近年來(lái)，伴隨著(zhù)國內自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)的崛起，也帶動(dòng)了一波國產(chǎn)激光雷達廠(chǎng)商的崛起，在一眾企業(yè)的努力下，3D激光雷達的成本正在不斷降低，因此，移動(dòng)機器人廠(chǎng)商也有了更多的選擇。
工業(yè)場(chǎng)景：無(wú)人叉車(chē)廠(chǎng)商的率先試水
在移動(dòng)機器人眾多細分產(chǎn)品中，無(wú)人叉車(chē)行業(yè)對于3D激光雷達的需求相對最為迫切。 當前的無(wú)人叉車(chē)，導航方式已經(jīng)完成了由最初的磁導航、二維碼導航、激光反光板導航到2D激光SLAM導航的升級，能基本應對大部分室內場(chǎng)景。但隨著(zhù)應用的不斷深入，終端客戶(hù)對無(wú)人叉車(chē)也提出了更高的要求，客戶(hù)希望無(wú)人叉車(chē)實(shí)現高效全流程作業(yè)，兼容室內外場(chǎng)景，同時(shí)希望機器人能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)易化部署設施、實(shí)現高度的柔性化。
而2D激光SLAM無(wú)人叉車(chē)絕大部分的應用場(chǎng)景都局限在室內，且對地平面的傾斜程度，平整程度都有明確要求，加之傳感器視域較小，容易受到工況場(chǎng)景內的動(dòng)態(tài)物體影響；對于常見(jiàn)的密集高堆疊、密集高料籠等高變化物流場(chǎng)景，需要借助精確測量的高反條做為增強手段，如此一來(lái)，就增加了前期施工與后期維護的成本。
對于市場(chǎng)滲透率不足1%的無(wú)人叉車(chē)行業(yè)而言，要想進(jìn)一步替代傳統人工叉車(chē)，實(shí)現新的突破，無(wú)人叉車(chē)必須要突破室內場(chǎng)景桎梏，走向室外，同時(shí)要能應對更復雜的作業(yè)流程。因此，無(wú)人叉車(chē)需要更高性能的導航技術(shù)作為支撐。在此背景下，3D激光 SLAM技術(shù)的應用正在成為越來(lái)越多無(wú)人叉車(chē)廠(chǎng)商的選擇。
2021年，無(wú)人叉車(chē)代表企業(yè)未來(lái)機器人與覽沃就激光雷達賦能無(wú)人叉車(chē)達成戰略合作，在同年的CeMAT展會(huì )現場(chǎng)，未來(lái)機器人無(wú)人叉車(chē)搭載了覽沃Livox的混合固態(tài)3D激光雷達，完美演示了貨車(chē)無(wú)人裝卸全流程作業(yè)。
2023年5月，未來(lái)機器人重磅推出新一代產(chǎn)品——VNST20托盤(pán)搬運無(wú)人叉車(chē)，VNST20通過(guò)一顆3D激光雷達，集成定位、感知、防護功能一體，在提升叉車(chē)感知定位精度同時(shí)，增強車(chē)身安全防護功能。VNST20托盤(pán)搬運無(wú)人叉車(chē)重復定位精度可達到±10mm，±0.5°；重復放貨自適應精度達到±10mm，±0.5°。
未來(lái)機器人VNST20搭載的3D激光雷達亦是來(lái)自于覽沃科技。覽沃科技憑借在激光雷達領(lǐng)域的深厚技術(shù)積淀，不僅攻破了制約規?；瘧玫?ldquo;成本、可靠性及可量產(chǎn)性”三大瓶頸，而且成為全球首家將激光雷達帶入千元級時(shí)代的大規模量產(chǎn)廠(chǎng)家。憑借優(yōu)越性能、價(jià)格及可量產(chǎn)性，覽沃科技已快速贏(yíng)得一眾自動(dòng)駕駛及機器人企業(yè)的認可。
VNST20此次搭載的MID-360是覽沃在今年年初推出的業(yè)界首款360°混合固態(tài)激光雷達，售價(jià)僅3999元。覽沃首創(chuàng )棱鏡方案，該方案采用光學(xué)器件代替傳統的機械掃描器件，這種設計使得相較于傳統的機械激光雷達，具有更高的掃描速度和更長(cháng)的使用壽命的同時(shí)，擁有更高的性能和更小的體積。
激光雷達小型化更便于機器人集成應用。據覽沃相關(guān)負責人介紹，Mid-360體積僅有一個(gè)網(wǎng)球的大小，相較于覓道系列上一款產(chǎn)品Mid-70縮小近60%，且大部分體積可被嵌入式隱藏，需外露的半球形窗口直徑僅為4.5厘米，高度為2.5厘米。小巧的機身不僅為無(wú)人叉車(chē)設計預留更多空間同時(shí)也可以進(jìn)一步美化車(chē)體外觀(guān)。
在縮小機身的同時(shí)，覽沃進(jìn)一步擴大了激光雷達的FOV，首次將混合固態(tài)激光雷達的FOV擴大到360°，可幫助無(wú)人叉車(chē)感知更復雜的3D環(huán)境，提升運行與作業(yè)現場(chǎng)的安全性。
隨著(zhù)移動(dòng)機器人被越來(lái)越大規模應用，覽沃還考慮到了雷達之間的對射以及戶(hù)外復雜光環(huán)境容易帶來(lái)信號干擾的情況。Mid-360引入了抗干擾的設計，即便在室內多臺激光雷達信號混行的環(huán)境中，仍能保證互不干擾，穩定運行。同時(shí)，Mid-360能抵抗100Klux陽(yáng)光直射，在室外強光環(huán)境下的性能與室內一致出色，可以保障從室外到室外跨場(chǎng)景運行無(wú)縫銜接。
在滿(mǎn)足無(wú)人叉車(chē)嚴苛的場(chǎng)景需求下，這樣一顆3D激光雷達的價(jià)格不到傳統16線(xiàn)機械式的1/3，是光學(xué)相控陣激光雷達價(jià)格的五分之二乃至十分之一。在極高性?xún)r(jià)比面前，覽沃的MID-360獲得了未來(lái)機器人的肯定。據悉，截至目前，未來(lái)機器人約80%的車(chē)型上都采用了基于Mid-360 的多模態(tài)融合導航方式，用作無(wú)人叉車(chē)導航、棧板識別和避障等。而未來(lái)機器人之外，覽沃也相繼與其他移動(dòng)機器人廠(chǎng)商達成了合作，MID-360在各個(gè)性能方面的突破，無(wú)疑給移動(dòng)機器人應用帶來(lái)了更多可能性。
家庭商用領(lǐng)域：去RTK的有效驗證
除了無(wú)人叉車(chē)面向的工業(yè)領(lǐng)域外，Mid-360也已在割草機器人、無(wú)人物流車(chē)等領(lǐng)域得到廣泛應用。
2023年9月，追覓科技首款無(wú)邊界智能割草機器人 Dreame Roboticmower A1 在 IFA 展會(huì )亮相，該智能割草機器人采用 Mid-360 激光雷達，集建圖、定位、避障等多重功能于一身。
目前，業(yè)內智能割草機器人在定位方面主要有兩種技術(shù)方案，一是基于慣性導航的埋線(xiàn)式方案，二是非埋線(xiàn)式方案。埋線(xiàn)式方案是當下主流的技術(shù)方案，該方案的優(yōu)勢是成本較低，但缺點(diǎn)在于無(wú)法實(shí)現精準定位，成本還會(huì )隨著(zhù)草坪面積增大而增加，且耗時(shí)長(cháng)、布置靈活性差。非埋線(xiàn)方案則一般是依托RTK衛星定位技術(shù)與并綜合IMU和視覺(jué)等其他傳感器，來(lái)提升割草機的靈活性，但也會(huì )面臨基站信號易存在遮擋，可能導致定位存在偏差，從而產(chǎn)生漏割、偏移預設路徑等問(wèn)題。
Dreame Roboticmower A1 割草機器人借助Mid-360高精度激光雷達，探測距離可以達到 70 米，360°*59° 全向超大視角，可以全方位感知空間，即時(shí)、精準構建庭院 3D 地圖。 而面對復雜的戶(hù)外環(huán)境，尤其是在信號需要越過(guò)房屋、樹(shù)木等遮擋物的狀況下建圖時(shí)，Mid-360 高精度激光雷達能夠保證信號更加穩定，確保割草機器人高效作業(yè)。并結合智能避障算法，基于 Mid-360 激光雷達，割草機器人可實(shí)現 3D 全向避障，識別庭院中 10 多種常見(jiàn)障礙物，讓割草過(guò)程更加安全、順暢。
除割草機器人以外，Mid-360在無(wú)人配送小車(chē)、清潔機器人等產(chǎn)品上也已經(jīng)有了成熟應用。 “我們在2023年3月份發(fā)售了Mid-360，但后面一直處于供不應求的狀態(tài)。”覽沃相關(guān)負責人透露，目前，Mid-360已經(jīng)得到了廣大機器人用戶(hù)的認可。
突破邊界 走向智能感知新時(shí)代
從移動(dòng)機器人的發(fā)展歷程以及3D激光雷達的應用中我們得以窺見(jiàn)：導航技術(shù)的發(fā)展是提升移動(dòng)機器人智能化的重要突破口。
技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)機器人應用范圍的不斷拓展，同時(shí)，新的市場(chǎng)需求也在倒逼技術(shù)一代又一代革新。
根據CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預測，未來(lái)三年內，AMR機器人將在整個(gè)工業(yè)移動(dòng)機器人市場(chǎng)中占比有望超過(guò)50%，真正實(shí)現智能化的移動(dòng)機器人應用。但目前的自然導航技術(shù)不足以應對所有的情形，隨著(zhù)未來(lái)AMR應用的進(jìn)一步深入，導航技術(shù)仍是移動(dòng)機器人需要突破的重點(diǎn)。
未來(lái)，全生命周期SLAM、動(dòng)態(tài)目標濾除、多傳感器融合、語(yǔ)義分割與識別等是移動(dòng)機器人進(jìn)一步提升導航能力的主要路徑。在這一過(guò)程中，相信3D導航技術(shù)的應用將會(huì )不斷增多。
以覽沃為代表激光雷達企業(yè)針對移動(dòng)機器人領(lǐng)域研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，恰是對這一點(diǎn)很好的印證。“我們第一款產(chǎn)品MID-40推出的時(shí)候，就收到了移動(dòng)機器人廠(chǎng)商的需求。”覽沃方面表示，他們一直對移動(dòng)機器人領(lǐng)域很看好。
作為移動(dòng)機器人的核心零部件，激光雷達廠(chǎng)商的競爭也將繼續圍繞技術(shù)迭代、提升性能、降低成本展開(kāi)。而可以預見(jiàn)的是，隨著(zhù)激光導航核心技術(shù)的不斷突破和迭代，移動(dòng)機器人的應用邊界也將不斷拓展。
更復雜的環(huán)境需要更強大的感知
導航技術(shù)變革推動(dòng)移動(dòng)機器人應用加速
核心傳感器是決定移動(dòng)機器人性能的關(guān)鍵
性?xún)r(jià)比提升，3D激光雷達應用加速
工業(yè)場(chǎng)景：無(wú)人叉車(chē)廠(chǎng)商的率先試水
2023年5月，未來(lái)機器人重磅推出新一代產(chǎn)品——VNST20托盤(pán)搬運無(wú)人叉車(chē)，VNST20通過(guò)一顆3D激光雷達，集成定位、感知、防護功能一體，在提升叉車(chē)感知定位精度同時(shí)，增強車(chē)身安全防護功能。VNST20托盤(pán)搬運無(wú)人叉車(chē)重復定位精度可達到±10mm，±0.5°；重復放貨自適應精度達到±10mm，±0.5°。
激光雷達小型化更便于機器人集成應用。據覽沃相關(guān)負責人介紹，Mid-360體積僅有一個(gè)網(wǎng)球的大小，相較于覓道系列上一款產(chǎn)品Mid-70縮小近60%，且大部分體積可被嵌入式隱藏，需外露的半球形窗口直徑僅為4.5厘米，高度為2.5厘米。小巧的機身不僅為無(wú)人叉車(chē)設計預留更多空間同時(shí)也可以進(jìn)一步美化車(chē)體外觀(guān)。
隨著(zhù)移動(dòng)機器人被越來(lái)越大規模應用，覽沃還考慮到了雷達之間的對射以及戶(hù)外復雜光環(huán)境容易帶來(lái)信號干擾的情況。Mid-360引入了抗干擾的設計，即便在室內多臺激光雷達信號混行的環(huán)境中，仍能保證互不干擾，穩定運行。同時(shí)，Mid-360能抵抗100Klux陽(yáng)光直射，在室外強光環(huán)境下的性能與室內一致出色，可以保障從室外到室外跨場(chǎng)景運行無(wú)縫銜接。
家庭商用領(lǐng)域：去RTK的有效驗證
目前，業(yè)內智能割草機器人在定位方面主要有兩種技術(shù)方案，一是基于慣性導航的埋線(xiàn)式方案，二是非埋線(xiàn)式方案。埋線(xiàn)式方案是當下主流的技術(shù)方案，該方案的優(yōu)勢是成本較低，但缺點(diǎn)在于無(wú)法實(shí)現精準定位，成本還會(huì )隨著(zhù)草坪面積增大而增加，且耗時(shí)長(cháng)、布置靈活性差。非埋線(xiàn)方案則一般是依托RTK衛星定位技術(shù)與并綜合IMU和視覺(jué)等其他傳感器，來(lái)提升割草機的靈活性，但也會(huì )面臨基站信號易存在遮擋，可能導致定位存在偏差，從而產(chǎn)生漏割、偏移預設路徑等問(wèn)題。
突破邊界 走向智能感知新時(shí)代
未來(lái)，全生命周期SLAM、動(dòng)態(tài)目標濾除、多傳感器融合、語(yǔ)義分割與識別等是移動(dòng)機器人進(jìn)一步提升導航能力的主要路徑。在這一過(guò)程中，相信3D導航技術(shù)的應用將會(huì )不斷增多。
