SLAM和激光雷達服務機器人的核心技術

基于激光雷達的高性能服務機器人自主定位導航

現(xiàn)在是1頁\一共有96頁\編輯于星期一2高性能機器人定位導航系統(tǒng)(SLAM)低成本激光雷達上海思嵐科技有限公司現(xiàn)在是2頁\一共有96頁\編輯于星期一3服務機器人元年2004之前

桌面PC2004筆記本

2008智能手機、平板2012至今

可穿戴設備

與物聯(lián)網

如今服務機器人現(xiàn)在是3頁\一共有96頁\編輯于星期一4現(xiàn)在是4頁\一共有96頁\編輯于星期一5與現(xiàn)實世界的交互能力人機交互自主定位導航環(huán)境交互現(xiàn)在是5頁\一共有96頁\編輯于星期一Where

am

I?現(xiàn)在是6頁\一共有96頁\編輯于星期一7自主定位導航

自動送餐商場智能導購

自動返回充電

智能安防巡邏

病房巡視/老人看護

高效的室內除塵清掃現(xiàn)在是7頁\一共有96頁\編輯于星期一8采用自主導航定位

的清掃軌跡傳統(tǒng)機器人清掃軌跡

隨機碰撞，無法保證覆蓋率現(xiàn)在是8頁\一共有96頁\編輯于星期一9現(xiàn)在是9頁\一共有96頁\編輯于星期一10現(xiàn)在是10頁\一共有96頁\編輯于星期一11繪制地圖實時定位路徑規(guī)劃在未知環(huán)境中無需人工干預現(xiàn)在是11頁\一共有96頁\編輯于星期一12傳感器+算法現(xiàn)在是12頁\一共有96頁\編輯于星期一13初級方案：航跡推算

(DeadReckon)現(xiàn)在是13頁\一共有96頁\編輯于星期一14

里程計

(編碼器)

慣性傳感器(陀螺儀/加速計)相對位移

相對旋轉關系現(xiàn)在是14頁\一共有96頁\編輯于星期一15現(xiàn)在是15頁\一共有96頁\編輯于星期一16????差分驅動模式的計算????

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信標引導GPS/UWB/iBeacon/WIFI/RFID現(xiàn)在是23頁\一共有96頁\編輯于星期一24?

誤差隨時間累計增大?

對環(huán)境改造大現(xiàn)在是24頁\一共有96頁\編輯于星期一25

SLAMSimultaneous

localization

and

mapping

同步定位和建圖現(xiàn)在是25頁\一共有96頁\編輯于星期一Fused

Result26Dead

Reckon

Fast

response

HighResolution

Unbounded

Error

InaccurateDirect

Measuring

Slow

Response

Low

Resolution

Bounded

Error

Accurate

+

KF

EKF

IKF

UKF

PF

…SLAM現(xiàn)在是26頁\一共有96頁\編輯于星期一27?

同步完成定位和地圖構建?

杜絕定位累計誤差?

無需環(huán)境中設置固定傳感器現(xiàn)在是27頁\一共有96頁\編輯于星期一28現(xiàn)在是28頁\一共有96頁\編輯于星期一29早期：基于超聲波現(xiàn)在是29頁\一共有96頁\編輯于星期一30現(xiàn)在是30頁\一共有96頁\編輯于星期一31現(xiàn)在是31頁\一共有96頁\編輯于星期一32現(xiàn)在是32頁\一共有96頁\編輯于星期一33研究中：計算機視覺(vSLAM)現(xiàn)在是33頁\一共有96頁\編輯于星期一34現(xiàn)在是34頁\一共有96頁\編輯于星期一35現(xiàn)在是35頁\一共有96頁\編輯于星期一36

現(xiàn)今最為成熟的方案激光雷達

+

SLAM導航定位算法現(xiàn)在是36頁\一共有96頁\編輯于星期一37現(xiàn)在是37頁\一共有96頁\編輯于星期一38激光雷達

LIDAR現(xiàn)在是38頁\一共有96頁\編輯于星期一39現(xiàn)在是39頁\一共有96頁\編輯于星期一40現(xiàn)在是40頁\一共有96頁\編輯于星期一41現(xiàn)在是41頁\一共有96頁\編輯于星期一42現(xiàn)在是42頁\一共有96頁\編輯于星期一43設計圖SLAM產生的高精度地圖現(xiàn)在是43頁\一共有96頁\編輯于星期一44激光+SLAM

典型定位精度

0.01-0.1m

是否自主繪制地圖

是

障礙物躲避

支持

工作環(huán)境依賴

無特殊依賴

長時間穩(wěn)定性

無累積誤差WIFI/藍牙信標定位

0.5-5m

無法獲得

需配和額外傳感器

需要額外信標

無累積誤差

視覺定位

0.1-2m

無法獲得需配和額外傳感器

需要合理環(huán)境光

存在累積誤差現(xiàn)在是44頁\一共有96頁\編輯于星期一45難度與挑戰(zhàn)成本制約算法難點運算耗時與結構復雜現(xiàn)在是45頁\一共有96頁\編輯于星期一46

$成本制約現(xiàn)在是46頁\一共有96頁\編輯于星期一47￥700,000

！現(xiàn)在是47頁\一共有96頁\編輯于星期一48v.s.

￥傳統(tǒng)工業(yè)激光雷達產品

￥服務機器人期望售價現(xiàn)在是48頁\一共有96頁\編輯于星期一RPLIDAR適合消費級領域的激光雷達6米測量范圍，2000hz采樣率2009

-

2013現(xiàn)在是49頁\一共有96頁\編輯于星期一50RPLIDAR

A2一體化、高性能、高度集成最輕薄的激光雷達(4cm厚度)現(xiàn)在是50頁\一共有96頁\編輯于星期一51v.s.

￥傳統(tǒng)工業(yè)激光雷達產品

￥

RPLIDAR*在批量情況下現(xiàn)在是51頁\一共有96頁\編輯于星期一??

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??現(xiàn)在是52頁\一共有96頁\編輯于星期一三角測距法硬件成本性能軟件復雜度高低高接近＊低高現(xiàn)在是53頁\一共有96頁\編輯于星期一現(xiàn)在是54頁\一共有96頁\編輯于星期一103907701150153019102290267030503430381041904570495053305710550.20%0.18%0.16%0.14%0.12%0.10%0.08%0.06%0.04%0.02%0.00%1210

8

6

4

2

0ResoultionPrecent現(xiàn)在是55頁\一共有96頁\編輯于星期一56現(xiàn)在是56頁\一共有96頁\編輯于星期一57

普通攝像頭普通激光測距儀理想的采樣速度現(xiàn)有三角測距原理雷達實用化最低要求相位測距現(xiàn)在是57頁\一共有96頁\編輯于星期一58現(xiàn)在是58頁\一共有96頁\編輯于星期一59

?算法難點現(xiàn)在是59頁\一共有96頁\編輯于星期一60

Sensing噪聲和誤差

Modeling非精確描述

Planning與現(xiàn)實不匹配可能現(xiàn)在是60頁\一共有96頁\編輯于星期一61匹配與糾偏現(xiàn)在是61頁\一共有96頁\編輯于星期一62現(xiàn)在是62頁\一共有96頁\編輯于星期一粒子濾波63現(xiàn)在是63頁\一共有96頁\編輯于星期一回環(huán)閉合問題

(Loop

Closure)64現(xiàn)在是64頁\一共有96頁\編輯于星期一65現(xiàn)在是65頁\一共有96頁\編輯于星期一66現(xiàn)在是66頁\一共有96頁\編輯于星期一綁架問題(Kidnapped

Problem)67現(xiàn)在是67頁\一共有96頁\編輯于星期一68運動規(guī)劃現(xiàn)在是68頁\一共有96頁\編輯于星期一69現(xiàn)在是69頁\一共有96頁\編輯于星期一70現(xiàn)在是70頁\一共有96頁\編輯于星期一71路徑規(guī)劃障礙物規(guī)避現(xiàn)在是71頁\一共有96頁\編輯于星期一72A*

path

finding現(xiàn)在是72頁\一共有96頁\編輯于星期一VFH

–

Obstacle

avoidance73現(xiàn)在是73頁\一共有96頁\編輯于星期一74A*D*v.s.現(xiàn)在是74頁\一共有96頁\編輯于星期一75現(xiàn)在是75頁\一共有96頁\編輯于星期一76現(xiàn)在是76頁\一共有96頁\編輯于星期一77現(xiàn)在是77頁\一共有96頁\編輯于星期一Coverage

Problem78現(xiàn)在是78頁\一共有96頁\編輯于星期一79現(xiàn)在是79頁\一共有96頁\編輯于星期一80現(xiàn)在是80頁\一共有96頁\編輯于星期一充電對接81現(xiàn)在是81頁\一共有96頁\編輯于星期一82

開發(fā)難度大、耗時現(xiàn)在是82頁\一共有96頁\編輯于星期一83??0??1…????(????????,????????)

(????,????)

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??現(xiàn)在是83頁\一共有96頁\編輯于星期一現(xiàn)在是84頁\一共有96頁\編輯于星期一85現(xiàn)在是85頁\一共有96頁\編輯于星期一86?

需要PC主機性能運行?

與外部設備高度耦合現(xiàn)在是86頁\一共有96頁\編輯于星期一SLAMWARECore高度集成的模塊化導航定位核心2014現(xiàn)在是87頁\一共有96頁\編輯于星期一HS

BUSCTRL

BUS88SLAM引擎D*引擎運動控制9DOF

慣導RPLIDAR

驅動高速通訊總線用戶機器人底盤RPLIDAR接口

5V電源定位坐標，姿態(tài)

(??,??,??)環(huán)境地圖協(xié)方差運動控制總線模塊輸出現(xiàn)在是88頁\一共有96頁\編輯于星期一89業(yè)務應用平臺(x86/ARM)HS

Bus(100Mbps

Ethernet)WIFILCDMICCameraMotor

PowerLIDAR

Interface(UART+PWM)CTRL

Bus(UART)Ctrl

MCU

(STM32)LEDButtonsHBridgeEncoderSensorsPower

MgmtBatteryMotionSDKC