機(jī)器人：科學(xué)幻想還是近期現(xiàn)實(shí)？現(xiàn)在它們更傾向于近期付諸現(xiàn)實(shí)，超越簡(jiǎn)單的機(jī)器助手，進(jìn)一步滿足實(shí)際需求。在家中，在最后一英里交付，滿足安全需求。嵌入式產(chǎn)品讓這些機(jī)器人可以被消費(fèi)者輕松收入囊中。

對(duì)我們?cè)S多人而言，機(jī)器人技術(shù)仍然是一種主要受限于工廠或倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用。我們可以看到，關(guān)于私人機(jī)器人助手和機(jī)器人在醫(yī)院中發(fā)揮更大作用的媒體報(bào)道，聽(tīng)起來(lái)都是不錯(cuò)的想法，但似乎仍是一種遠(yuǎn)景，近期無(wú)法實(shí)現(xiàn)。盡管已經(jīng)開(kāi)始投入實(shí)際應(yīng)用。如今家用機(jī)器人正在完成一些基本家務(wù)。配送無(wú)人機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)。一家富有創(chuàng)造力的丹麥公司正在利用機(jī)器人紫外線消毒設(shè)備攻擊新冠病毒，目前已在中國(guó)一些醫(yī)院投入使用。

機(jī)器人應(yīng)用和市場(chǎng)

危機(jī)總是帶來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)，對(duì)我們大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，只要價(jià)格合適，達(dá)到便利性就足夠了。機(jī)器人真空吸塵器已經(jīng)成為人們熟知的產(chǎn)品。機(jī)器人除草機(jī)正在亮相家庭和花園商店。您可以在線購(gòu)買 機(jī)器人擦窗器或 機(jī)器人泳池清潔機(jī)。甚至還有機(jī)器人來(lái)監(jiān)控家庭安全。國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)至接近4000萬(wàn)臺(tái)（到2025年）和1億臺(tái)（到2030年）。機(jī)器人配送無(wú)人機(jī)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)至接近 80萬(wàn)臺(tái)（到2030年）。自主移動(dòng)機(jī)器人在工廠、超市和商店、送貨服務(wù)、庫(kù)存和其他應(yīng)用方面同樣具有重要價(jià)值。此類需求也有望到2030年達(dá)到數(shù)百萬(wàn)單位水平。

SLAM和導(dǎo)航

所有自主機(jī)器人背后的“魔力”來(lái)自SLAM（同時(shí)定位和地圖構(gòu)建）。SLAM能在不熟悉的領(lǐng)域?qū)W會(huì)快速導(dǎo)航。但不同于想象的是，SLAM并非基于機(jī)器學(xué)習(xí)，因?yàn)轭I(lǐng)域的某些方面可以并且將會(huì)動(dòng)態(tài)改變（你可以移動(dòng)家具或者狗決定睡在地板中央）。相反，SLAM依賴于更傳統(tǒng)的技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)視覺(jué)，以及一些非常繁重的線性代數(shù)。

要像機(jī)器人真空吸塵器那樣導(dǎo)航，SLAM需要估算攝像頭的軌跡并繪制地圖。它需要地圖來(lái)預(yù)估攝像頭軌跡，然后根據(jù)軌跡繪制地圖，因此需要同步實(shí)施這些步驟。該地圖還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠詳盡，僅僅是通過(guò)跟蹤、映射和閉合循環(huán)三個(gè)步驟，沿著走過(guò)的路徑設(shè)置的非常稀疏的點(diǎn)集。跟蹤的基本工作包括尋找特征點(diǎn)、擬合運(yùn)動(dòng)模型以及映射準(zhǔn)備，所有這些工作都必須采用定點(diǎn)處理，且以實(shí)時(shí)速度運(yùn)行。映射基于一組幀的子集運(yùn)行，但是執(zhí)行由類似數(shù)百位浮點(diǎn)數(shù)相乘的矩陣表示的線性方程，沒(méi)有跟蹤那么快，但仍然接近實(shí)時(shí)。

這些運(yùn)算運(yùn)行效果良好，且均為實(shí)時(shí)計(jì)算。受算法以及傳感器相關(guān)的校準(zhǔn)誤差/噪聲所限，真實(shí)路徑和估計(jì)路徑會(huì)隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)分歧。當(dāng)機(jī)器人重新回到曾經(jīng)在全局閉合循環(huán)中到達(dá)過(guò)的某個(gè)點(diǎn)時(shí)，錯(cuò)誤可以被糾正。這種計(jì)算顯然不需要經(jīng)常發(fā)生，但是必須要解答由數(shù)千位浮點(diǎn)數(shù)相乘的矩陣表示的線性方程組。這需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間，因此必須在后臺(tái)運(yùn)行。

多傳感器和融合

視覺(jué)感應(yīng)必須通過(guò)其他形式的感應(yīng)增強(qiáng)，例如，通過(guò)time of fly傳感器的距離或時(shí)間感應(yīng)避免撞上狗或電視機(jī)。此外，機(jī)器人還可能被低障礙物、椅子的地板支撐或地板和地毯之間的邊界卡住。為了應(yīng)對(duì)此類情況，機(jī)器人需要一個(gè)6軸傳感器，來(lái)檢測(cè)可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人卡住的傾斜區(qū)域，并應(yīng)嘗試不同的路徑。機(jī)器人通常還包括光流傳感器（例如跟蹤鼠標(biāo)移動(dòng)的傳感器）等等。這些額外的輸入改善了SLAM處理的精度，但他們必須智能校準(zhǔn)和融合以確保實(shí)際提升精度。基于攝像頭的跟蹤還必須融合慣性和其他類型的感測(cè)，以便于當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入床或桌子下面時(shí)，可以繼續(xù)沿著合理的路徑行動(dòng)。

SLAM平臺(tái)的要求

綜合考慮，運(yùn)行高質(zhì)量的SLAM需要大量的傳感器信息處理。云計(jì)算無(wú)法實(shí)現(xiàn)；通訊延遲會(huì)扼殺有效性。計(jì)算需要在基于機(jī)器人的特制低功耗平臺(tái)上實(shí)時(shí)運(yùn)行。一種基于DSP的架構(gòu)，旨在支持多種類型感測(cè)融合，利用專用指令優(yōu)化實(shí)現(xiàn)快速定點(diǎn)SLAM計(jì)算以及快速浮點(diǎn)線性代數(shù)。通過(guò)硬件支持上述視覺(jué)慣性SLAM融合。還有支持廣泛應(yīng)用ORB-SLAM2開(kāi)源流的SDK。

原文標(biāo)題：SLAM和多感官機(jī)器人很快就會(huì)走進(jìn)千家萬(wàn)戶

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