移動(dòng)抓取機(jī)器人是移動(dòng)底盤、機(jī)械手臂與多傳感器融合而成的復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)。既然是復(fù)雜的系統(tǒng)，我們不妨先將其分解成多個(gè)系統(tǒng)，然后再逐個(gè)聊聊。

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根據(jù)上圖可以知道，移動(dòng)底盤就是移動(dòng)抓取機(jī)器人系統(tǒng)的【腿腳】，負(fù)責(zé)“行走”；機(jī)械手臂則是機(jī)器人系統(tǒng)的【手】，而這個(gè)【手】是一個(gè)子系統(tǒng)，集成了手臂、執(zhí)行末端（一般為電動(dòng)夾爪）、視覺(jué)相機(jī)。整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)“相互來(lái)電”，共融協(xié)作，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)抓取。

在移動(dòng)抓取機(jī)器人整個(gè)大系統(tǒng)中，移動(dòng)底盤歸屬于驅(qū)動(dòng)層，底盤本身有獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以控制底盤的前后運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向。除基本的前后運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向功能外，在接入上位機(jī)以及相關(guān)傳感器后可實(shí)現(xiàn)2D-SLAM、3D-SLAM以及視覺(jué)SLAM導(dǎo)航規(guī)劃功能。下面以3D-SLAM為例，簡(jiǎn)要介紹下移動(dòng)底盤如何實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃、智能避障等功能的。

▍硬件搭建

主要組件清單如下圖（示意）：

硬件安裝效果參考下圖。（PS:后期需要加裝機(jī)械臂，實(shí)際安裝需要合理布局工控機(jī)、及RTK天線）

▍導(dǎo)航過(guò)程

導(dǎo)航過(guò)程首先需要進(jìn)行環(huán)境建模生成環(huán)境地圖，然后利用該環(huán)境地圖進(jìn)行定位，及路徑規(guī)劃。

建模過(guò)程使用點(diǎn)云ICP 匹配算法，融合 3D Lidar、IMU、GPS 數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)構(gòu)建環(huán)境 3D 點(diǎn)云地圖。

完成建模后，根據(jù)建好的地圖，指定目標(biāo)點(diǎn)，移動(dòng)底盤就可以進(jìn)行智能路徑規(guī)劃了！

▍機(jī)器人的手臂“系統(tǒng)”

如前文所述，實(shí)現(xiàn)抓取的手臂是移動(dòng)抓取機(jī)器人的一個(gè)小系統(tǒng)，下面就介紹下該子系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)從目標(biāo)識(shí)別到實(shí)現(xiàn)抓取的。

視覺(jué)識(shí)別可通過(guò)深度學(xué)習(xí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。即在可能的場(chǎng)景下預(yù)先對(duì)大量包含識(shí)別目標(biāo)的數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)注，并加入干擾項(xiàng)得到完整的訓(xùn)練集。對(duì)訓(xùn)練集的樣本實(shí)例按照一定策略進(jìn)行縮放與分割后利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迭代訓(xùn)練生獲得特征圖。后續(xù)利用這些特征圖在實(shí)際畫面中進(jìn)行特征錨的匹配，最后用邊框回歸算法修正特征邊緣以得到特征候選區(qū)域。

相機(jī)識(shí)別到目標(biāo)物體后將其坐標(biāo)點(diǎn)發(fā)給機(jī)械臂控制器，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的精準(zhǔn)抓取。

經(jīng)過(guò)以上對(duì)移動(dòng)抓取機(jī)器人系統(tǒng)詳細(xì)的剖析，我們可以知道移動(dòng)抓取機(jī)器人系統(tǒng)并不是簡(jiǎn)單的“堆料”，而是以移動(dòng)底盤的智能路徑規(guī)劃、視覺(jué)識(shí)別、移動(dòng)底盤與抓取系統(tǒng)、多傳感器融合為核心的高度復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)。

在移動(dòng)抓取機(jī)器人系統(tǒng)中，移動(dòng)底盤賦予了傳統(tǒng)只能在固定點(diǎn)位工作的機(jī)械臂無(wú)限的應(yīng)用可能。因此，無(wú)論是在傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域還是在科教市場(chǎng)，都不乏專業(yè)的廠家在朝這個(gè)方向努力。在工業(yè)領(lǐng)域，移動(dòng)抓取機(jī)器人可以讓機(jī)械臂的應(yīng)用場(chǎng)景更多元，可以說(shuō)是讓它從固定點(diǎn)位解放出來(lái)，而不止局限于碼垛、上下料等傳統(tǒng)應(yīng)用。

在科教領(lǐng)域更是如此，移動(dòng)抓取作為復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)，其涵蓋了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、環(huán)境感知、導(dǎo)航規(guī)劃、ROS學(xué)習(xí)、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域的多個(gè)方面，一套機(jī)器人系統(tǒng)可以供研究人員研究不同的方面，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

但是一套移動(dòng)抓取機(jī)器人，從硬件選型，到集成安裝，再到 SLAM算法優(yōu)化，最后真正實(shí)現(xiàn)移動(dòng)抓取，需要付出高昂的成本。

“從零開(kāi)發(fā)一套完整的移動(dòng)抓取機(jī)器人成本還是很高的，而且也偏離了很多科研團(tuán)隊(duì)、學(xué)生團(tuán)隊(duì)研究、學(xué)習(xí)的目的。基于我司自主研發(fā)的ROS機(jī)器人平臺(tái)，我們開(kāi)發(fā)了多套移動(dòng)抓取機(jī)器人，涵蓋了國(guó)內(nèi)外多種主流的機(jī)械臂、激光雷達(dá)、深度相機(jī)等。用戶可以按需選配，從事ROS研究、運(yùn)動(dòng)控制研究、農(nóng)業(yè)采摘研究、巡檢研究、視覺(jué)研究的個(gè)人、研究院所、高校團(tuán)隊(duì)都可以采用我們的產(chǎn)品，這樣可以節(jié)省大量的時(shí)間和成本，從而可以更便捷、更高效、更專注的投入研究和開(kāi)發(fā)工作?！盧obot++深圳團(tuán)隊(duì)總經(jīng)理宋章軍博士說(shuō)道。

?據(jù)悉，Robot++深圳團(tuán)隊(duì)（深圳史河機(jī)器人）是一家專業(yè)的移動(dòng)機(jī)器人制造商，該公司深耕科教領(lǐng)域，對(duì)科教市場(chǎng)有著敏銳的嗅覺(jué)，早在成立之初就開(kāi)始投入研發(fā)力量開(kāi)發(fā)移動(dòng)抓取機(jī)器人，如今已與KUKA、Kinova、?？浦锹?lián)、速騰等機(jī)械臂及傳感器廠商建立了深度合作關(guān)系，并推出了多套擁有多機(jī)協(xié)同、自主路徑規(guī)劃、視覺(jué)識(shí)別等多種功能的移動(dòng)抓取機(jī)器人。

作者：Ken Shirriff

審核編輯：黃飛