INDEMIND:多感測器融合,機器人的必由之路

新聞助手發表於2022-03-31

隨著機器人的應用領域不斷擴充,對機器人的環境感知能力的要求也在不斷提升,而要解決環境感知問題,感測器技術則是最重要的應用支撐技術之一,它對於機器人的意義亦如人眼對於人,但與人眼不同的是,它的構成主要由感測器和演算法組成,並伴隨著機器人發展,已從單感測器向多感測器融合迭代。”

由於機器人不斷滲透到各行各業,面對的外部環境越來越複雜,對機器人的精度、穩定性、智慧化提出了新的要求,而單感測器或採用多個(種)感測器卻僅是從多個側面孤立地獲取目標資訊的方式,前者不僅效率較低下,且獲取的資訊量有限,而後者不斷增加感測器的做法,更會增加系統的複雜度,對平臺算力要求提高,且割斷了各感測器資訊間的內在聯絡,丟失了資訊經有機組合後可能蘊含的深層有效資訊,造成資訊資源浪費,甚至可能導致決策失誤。

在多重因素影響下,發展多感測器融合技術便表現出了它的必然性。事實上,多感測器融合技術從字面上可知並非另闢蹊徑,而是在採用多個(種)感測器的基礎上,進一步開拓和完善而來,原理是藉助演算法對感知相關要素資訊的冗餘或互補資訊進行分析、建模、解算、融合、估計和補償,最終輸出更為準確、豐富、可靠的資訊。

多感測器融合技術的應用,對於系統的容錯能力、資訊精度、資訊的可信度&豐富度都有了明顯提升,這對於機器人的意義無比重要。目前,市面上多感測器融合技術多是以鐳射雷達為主導的技術方案,並根據架構組成,又主要分為兩種。

INDEMIND:多感測器融合,機器人的必由之路圖片來自網路

一種是以單線鐳射雷達主導+IMU+里程計或其它感測器的融合方案,採用松/緊耦合方式,有著簡單、成熟的技術優勢,是市面上較為常見的融合技術方案,然而這類方案的缺點在於,一是環境適應能力較差,對於環境特徵單一的長走廊等場景,誤差較高,容易偏離路徑,二是重定位能力差,執行過程中一旦丟失位置,難以重新定位。

另一種是以多線鐳射雷達為主導的融合方案,與其它感測器採用松/緊耦合方式組合,得益於多線鐳射雷達,可獲取到環境物體的三維資訊,使得這類方案的環境感知能力得到顯著提升,且在功能表現上,同樣有著鐳射雷達精度高和穩定性高的特點,然而需要提到的是,多線鐳射雷達在保留了傳統優勢的同時,也有著鐳射雷達類似的侷限性,且一旦出現故障,會導致整個系統當機,目前這類方案主要應用於大多數商用機器人,不過其高昂的成本也讓大多數企業難以承受。

因此,在此背景下,行業一方面在進一步完善鐳射雷達方案的同時,另一方面也在探索視覺方案。目前,以視覺為主導的融合技術方案,在市面上雖然還相對較少,但隨著計算機視覺技術多年來的發展,已經有了成熟方案,INDEMIND的多感測器融合技術便是其中之一。

與鐳射雷達方案不同,INDEMIND多感測器融合技術在實現上,設計了以視覺感測器為主導的標準化、模組化的多感測器融合架構,透過遵循INDEMIND的標準定義介面,可快速加入IMU、里程計、鐳射、GNSS等多種感測器,實現“積木式”加裝,結合雙目立體視覺技術,能夠實現高精度、高穩定性、低成本的3D環境感知,走出了不同於鐳射雷達方案的All IN ONE新路徑。

INDEMIND:多感測器融合,機器人的必由之路RBN100:搭載多感測器融合技術的INDEMIND商用機器人解決方案

眾多周知,資訊量豐富是視覺的優勢,但也導致對算力要求的大幅提升。由於需要處理的環境資訊量巨大,對於平臺的算力要求極高,同時視覺受環境光線影響嚴重,如何解決這些難題,是走通視覺方案的關鍵。

因此,INDEMIND在研發過程中,對它們進行了長期針對性解決。

降低算力要求

演算法&硬體最佳化:採用增量最佳化的方式,分段處理,並在區段間建立先驗資訊,有效降低了平臺計算壓力,提高計算效率。

硬體加速:在硬體上,對於視覺處理採用neon加速、GPU加速、DSP加速等方式,提升計算效能,降低算力要求。

提高效能

感測器更豐富:基於INDEMIND多感測器融合架構,可融合超過4種以上的感測器,透過緊耦合方式組合,對於環境的容忍度更高,能夠保障在部分感測器出現異常的同時,系統仍能保持正常執行,提高魯棒性。

誤差補償:為了提升精度,INDEMIND對系統中的視覺、IMU、里程計等每個感測器都進行了實時誤差建模、估計及補償,能夠有效保障在實時執行過程中的精度和穩定性。

野值判定與剔除:由於感測器較多,視覺、鐳射、里程計、IMU等不同感測器產生的噪點,對於系統的穩定性和精度影響較大,因此,INDEMIND對於各個感測器的資料,進行了野值判定及剔除,進一步增進系統對於原始感測器資料的容錯能力,提升最終的穩定性和精度。

與此同時,基於INDEMIND立體視覺技術,可獲取豐富的3D環境資訊,配合上層決策,對於實現智慧避障、路徑規劃、人機互動提供了必要的前提條件。

目前,經過長期驗證,搭載INDEMIND多感測器融合技術的測試機器人,定位精度可達釐米級,<5cm(RMS),達到鐳射融合方案的同等精度水平。在智慧避障方面,能夠實現三維立體避障,精度<1%,結合INDEMIND智慧決策引擎技術,可實現策略化避障,提升安全決策水平。同時,在互動方面,基於智慧決策引擎技術,能夠根據指令實現目標跟蹤、指定區域作業等多種個性化功能,提升機器人人機、物機互動能力。

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