机器人自主移动没那么简单 激光机器人雷达不等于智能导航

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机器人用2D3D激光雷达和移动测绘设备
来源:海通证券&&更新时间: 15:39:53
  设立欧镭激光,推动智能装备产业化。公司于日公布投资公告,各方出资2000万设立子公司欧镭激光。子公司将基于已有的mems和激光技术,研发销售消费电子端的激光投影显示模组、车用3D雷达、机器人用2D3D激光雷达和移动测绘设备。该公司的出资人分别来自巨星本部、国自机器人和华达科捷,子公司将整合上市公司旗下的机械设计、激光技术和自动控制技术,并推动技术应用的产业化。
  15年业绩稳定,基本面不变。公司于日公布了15年业绩快报。初步核算营业收入为31.77亿,同比增长10.85%;归母净利润为4.83亿,同比下降4.95%。公司营业收入的稳定增长,体现了公司手工具业务的认可度及强大的渠道优势。利润下降的主要原因有二:(1)投资收益下降。
  公司于2011年11月出资2亿入伙杭州普特滨江股权投资,并于14年确认3252万股利,15年该项目未分红;(2)折旧的增加。根据15年中报,募投项目的在建工程账面余额约4200万全部转固定资产,结合其他购置项目,预计在15年新增加了2000万左右的折旧。
  16年业绩增长,智能装备发力。首先,造成15年利润下降的部分因素消失:(1)根据11年公告,普特滨江合伙期5年将于16年到期,按年化收益率14%计算,扣除分红和其他费用后,预计带来4000万投资收益;(2)在建募投项目已经转固,预计折旧保持在稳定水平。第二,16年公司在智能装备的布局将逐渐发力:巨星科技于16年完成非公开和对华达科捷65%股权的收购,后者于16年并表提升收入,同时华达科捷拥有优秀的3D激光导航定位技术,与本部合作将催生激光测距仪、数显水平尺、激光投线仪等新产品的销售;同时公司参股的国自机器人技术实力强,有望保持高增长。第三,人民币若贬值将增厚业绩:巨星科技海外收入比例超过95%,主要面向美国市场,若人民币在16年内累计贬值6%,预计将带来万人民币的汇兑收益。
  业绩预测:巨星科技原有的手工具业务发展稳定,光电自动化产业升级的前景可观。在智能装备协同效应、投资收益增加、人民币贬值预期下,我们预测公司年归母净利润分别为6.18、7.12亿,16年业绩有望增长28%,对应目前估值23.5倍。考虑公司经营及现金流稳定,智能装备即将放量,相比其他智能制造公司具备估值优势,我们给予公司35倍PE,目标价20元,给予买入评级。
  风险提示:汇率波动,新产品推进不达预期,公司外币敞口策略变化。
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我们会在一个工作日内给您回复!【智能家居OEM】机器人自主移动的秘密,从SLAM技术说起(一)
[b] 二八智能
智能服务机器人正成为行业的风口浪尖,从清扫机器人开始,家庭陪伴机器人、送餐机器人等陆续进入公众视线。
在讨论这类机器人是否能解决实际问题时,自主定位导航技术作为机器人智能化的第一步正不断引起行业内的重视。同时,作为自主定位导航技术的重要突破口,SLAM技术也成为关注焦点。
正如图中所示,机器人自主定位导航技术中包括定位、地图创建与路径规划(运动控制),而SLAM本身只是完成机器人的定位和地图创建,二者有所区别。
那么,SLAM技术究竟是如何实现的?它有哪些难点?机器人如何实现路径规划和自动导航?到底什么样的扫地机器人才算智能?
这些问题,小编将为你一一解答,带领大家了解机器人自主移动的秘密。
今天,我们先从SLAM说起。
SLAM是同步定位与地图构建(Simultaneous Localization And Mapping)的缩写,最早由Hugh Durrant-Whyte 和 John J.Leonard提出。
其实,SLAM更像是一个概念而不是一个算法,它本身包含许多步骤,其中的每一个步骤均可以使用不同的算法实现。主要用于解决移动机器人在未知环境中运行时即时定位与地图构建的问题。
当你身处异地,怎么准确找到想去的地方?在户外迷路时,怎么找到回家的路?没错,我们有导航软件和户外地图。
和人类绘制地图一样,机器人描述环境、认识环境的过程主要就是依靠地图。它利用环境地图来描述其当前环境信息,并随着使用的算法与传感器差异采用不同的地图描述形式。
机器人学中地图的表示方法有四种:栅格地图、特征地图、直接表征法以及拓扑地图。
1、栅格地图
机器人对环境地图的描述的方式最常见的为栅格地图(Grid map)或者称为Occupancy Map。栅格地图就是把环境划分成一系列栅格,其中每一栅格给定一个可能值,表示该栅格被占据的概率。
这种地图看起来和人们所认知的地图没什么区别,它最早由NASA的Alberto Elfes在1989年提出,在火星探测车上就用到过,其[b]本质是一张位图图片[/b],但其中每个“像素”则表示了实际环境中存在障碍物的概率分布。
一般来说,采用激光雷达、深度摄像头、超声波传感器等可以直接测量距离数据的传感器进行SLAM时,可以使用该地图。这种地图也可以通过距离测量传感器、超声波(早期)、激光雷达(现在)绘制出来。
2、特征点地图
特征点地图,是用有关的几何特征(如点、直线、面)表示环境,常见于vSLAM(视觉SLAM)技术中。
相比栅格地图,这种地图看起来就不那么直观了。它一般通过如GPS、UWB以及摄像头配合稀疏方式的vSLAM算法产生,优点是相对数据存储量和运算量比较小,多见于最早的SLAM算法中。
3、直接表征法
直接表征法中,省去了特征或栅格表示这一中间环节,直接用传感器读取的数据来构造机器人的位姿空间。
上图就是直接记录了屋子内天花板画面的图像地图。这种方法就像卫星地图一样,直接将传感器原始数据通过简单处理拼接形成地图,相对来说更加直观。
4、拓扑地图
拓扑地图,是一种相对更加抽象的地图形式,它把室内环境表示为带结点和相关连接线的拓扑结构图,其中结点表示环境中的重要位置点(拐角、门、电梯、楼梯等),边表示结点间的连接关系,如走廊等。这种方法只记录所在环境拓扑链接关系,这类地图一般是由前几类地图通过相关算法提取得到。
比如扫地机器人要进行房间清扫的时候,就会建立这样的拓扑地图:
在机器人技术中,SLAM的地图构建通常指的是建立与环境几何一致的地图。
一般算法中建立的拓扑地图只反映了环境中的各点连接关系,并不能构建几何一致的地图,因此,这些拓扑算法不能被用于SLAM。
直接表征法类似卫星地图,它是直接使用传感器(一般是图像传感器)构建得到。这种方法的信息冗余度最大,对于数据存储是很大的挑战,同时,机器人要从中提取出有用的数据也要耗费一番周折,因此在实际应用中很少使用。
特征点地图又是另一个极端,[b]虽然数据量少,但是它往往不能反应所在环境的一些必须的信息,比如环境中障碍物的位置[/b]。vSLAM技术中,多采用这种地图来解决机器人定位问题。想让机器人进行自主避障和路径规划,还需要额外配置距离传感器,如激光雷达、超声波来完成。
栅格地图,或者Occupancy Map(占据地图)恰好介于其中,一方面它能表示空间环境中的很多特征,机器人可以用它来进行路径规划,另一方面,它又不直接记录传感器的原始数据,相对实现了空间和时间消耗的最优。因此,[b]栅格地图是目前机器人所广泛应用的地图存储方式[/b]。
思岚科技的SLAMWARE系统内部也采用这种地图方式。
当你打开手机中的导航软件,在选择前往目的地的最佳路线之前,首先要做的动作是什么呢?没错,就是[b]定位[/b]。我们要先知道自己在地图中的位置,才可以进行后续的路径规划。
在机器人实时定位问题中,由于通过机器人运动估计得到的机器人位置信息通常具有较大的误差,我们还需要使用测距单元得到的周围环境信息更正机器人的位置。
目前,常见的测距单元包括激光测距、超声波测距以及图像测距三种。其中,凭借激光良好的指向性和高度聚焦性,激光雷达已经成为移动机器人的核心传感器,同时它也是目前最可靠、最稳定的定位技术。
自1988年被提出以来,SLAM的理论研究发展十分迅速。在实际应用时,除配备激光雷达外,还需要机器人具有IMU(惯性测量单元)、里程计来为激光雷达提供辅助数据,这一过程的运算消耗是巨大的,传统上需要PC级别的处理器,这也成为限制SLAM广泛应用的瓶颈之一。
那么,实现SLAM的过程中,都会遇到哪些坑呢?
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基于激光雷达的移动机器人自主导航研究
【摘要】:随着科学技术的发展,人类的研究和活动领域已由陆地扩展到深海和太空。利用移动机器人进行空间探测和开发,已成为21世纪世界各科技发达国家开发空间资源的主要手段之一。移动机器人在月球和火星等外星球表面导航时,将面临复杂的未知环境。尽管在移动机器人导航控制理论和方法的研究中,确定性环境的导航控制方法已取得了大量的研究和应用成果,但是却不能直接应用于机器人处于未知环境中的自主导航。因此本文针对未知环境中的移动机器人的自主导航的问题展开研究,提出了基于激光雷达的自主导航系统,经过实验以及仿真研究证明了该系统具有一定的前瞻性和可应用性。
首先,本文概述了移动机器人的定义与发展现状、主要应用领域和典型代表机器人。综述了移动机器人自主导航技术的研究现状,分析移动机器人自主导航中所面临的难点问题,介绍了现有的一些自主导航方法并分析了其利弊。
其次,本文介绍了基于激光的移动机器人自主导航系统的系统设计,首先详细介绍了自主导航系统的硬件系统的各个组成部分,包括了Pioneer2移动机器人平台、激光测距仪、惯性测量系统。其次介绍了所开发的软件功能模块组成、基本功能和工作流程。
然后,本文介绍了基于激光测距仪的室内环境建模。首先针对研究的室内的环境特点,对激光传感器进行了数学建模。接着介绍了直线检测与拟合的方法。引入了Hough变换对激光扫描的距离数据进行分簇,并用最小二乘法进一步拟合线段,然后构建出室内环境线段特征地图的方法。接着介绍了软件的界面设计,代码设计,相关实验等内容。
最后,主要介绍了移动机器人在自主导航中的路径规划方面的研究,讨论了现有的各种现有路径规划的方法的优缺点,分析了至今还未很好解决的问题。针对一些复杂障碍物提出了一种基于行为的路径规划方法,将整个路径规划行为分为逼近目标行为、避障行为、子目标规划行为。通过合理的行为转换规则控制机器人在几种行为中切换与相互配合来完成路径规划任务。机器人在同一时间内只采用其中一种行为。接着分别详细介绍了几种子行为的方法,并在其后进行了仿真实验,证明了该方法的有效性。接着介绍了两种移动机器人的慎思规划方法作为后续的研究方法,对其适用领域与实现方法进行了详细介绍。
【关键词】:
【学位授予单位】:湖南大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2011【分类号】:TP242【目录】:
摘要5-6Abstract6-8目录8-10第1章 绪论10-25 1.1 论文的研究背景及意义10-11 1.2 移动机器人的研究与发展现状11-18 1.3 移动机器人自主导航中的关键技术问题及研究现状18-23
1.3.1 体系结构18-19
1.3.2 环境建模与定位19-20
1.3.3 路径规划及避障方法20-23 1.4 论文的主要工作和结构安排23-25第2章 基于激光雷达的自主导航系统设计25-38 2.1 移动机器人导航系统硬件设计25-33
2.1.1 Pioneer 2 移动机器人硬件结构26-28
2.1.2 Pioneer 2 移动机器人控制模式28-30
2.1.3 Pioneer 2 移动机器人运动数学模型30-31
2.1.4 LD-OEM1000 型激光测距仪31-33
2.1.5 惯性测量系统MTi33 2.2 移动机器人导航系统软件设计33-36 2.3 本章小结36-38第3章 基于激光测距仪的室内环境建模38-54 3.1 激光测距仪数学模型38-40 3.2 直线检测与拟合40-44
3.2.1 Hough 变换分簇40-43
3.2.2 最小二乘法拟合直线43-44 3.3 基于激光的环境感知与建图44-46 3.4 地图创建软件设计与相关实验46-53
3.4.1 界面设计46-47
3.4.2 代码设计47-49
3.4.3 相关实验49-53 3.5 本章小结53-54第4章 未知环境下移动机器人路径规划的研究54-70 4.1 引言54 4.2 基于多行为控制的路径规划研究54-64
4.2.1 逼近目标行为55-56
4.2.2 避障行为56-59
4.2.3 轨迹的运动控制59-60
4.2.4 子目标规划行为60-62
4.2.5 仿真实验与分析62-64 4.3 移动机器人的慎思规划策略研究64-68
4.3.1 D*算法的研究64-66
4.3.2 逆向D*算法的研究66-68 4.4 本章小结68-70结论与展望70-72 1. 主要工作与创新点70-71 2. 工作展望71-72参考文献72-79致谢79-80附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录80-81附录B 攻读学位期间参与的主要科研项目和成果81
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女子在郑州高速上被踹下车,哭诉一年被打二十次。
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  凭借激光良好的指向性和高度聚焦性,激光雷达已经成为移动机器人的核心传感器,同时它也是目前最可靠、最稳定的定位技术。 目前,激光雷达的市场份额大多被诸如美国Velodyne、美国Quanergy、德国SICK、日本HOKUYO等国外企业占据,售价十分昂贵,多用于地图、安保及无人驾驶。为了降低成本,顺着“弱硬件+强算法”的思路,Quanery用固态图像传感器替代360 度旋转的摄像头和激光测距器,成本将降到 1000 美元一套左右。国内SLAMTEC结合激光三角测距技术与高速视觉采集处理机构,推出了售价仅千元的低成本激光雷达。
  既然有了激光雷达这种可靠的定位技术,是不是就意味着移动机器人可以自主移动了呢?其实不然,对于移动机器人来说,激光雷达相当于它的“眼睛”,它通过不停扫描来获取二维空间的点阵数据,但这并不能直接被移动机器人使用。想要移动机器人在完全陌生的环境中(没有预先录入地图的情况下)实现智能导航,显然不是那么简单。 设想一下,当我们身处某个地方时,可以通过眼睛看到周围的环境,但如果想要去另一个地方,需要判断最佳路径,同时避开障碍物,才能顺利到达目的地。其实,移动机器人利用激光雷达“看见”周围环境并不难,难点在于后续的构建地图与路径规划。
  目前,应用于自主移动机器人的导航技术有很多,但受室内环境,尤其是家庭环境的限制,很多导航方法在室内移动机器人上很难或根本无法应用,如电磁导航(需在地上布置感应线圈)、GPS导航(室内精度太低)等。另外,一些导航方法由于精度或实时性等原因,也很难应用在商业化的室内移动机器人中,比如基于RFID的导航系统精度较低,而视觉导航虽然具有信号探测范围广,获取信息完整等优点,但需处理的实时图像数据量巨大,实时性较差。 近年来,SLAM (Simultaneous Localization And Mapping)技术从理论研究到实际应用,发展十分迅速,这种在确定自身位置的同时构造环境模型的方法,可用来解决机器人定位导航问题。其中,激光SLAM技术利用激光雷达作为传感器,获取地图数据,使机器人实现同步定位与地图构建,这是目前最稳定、最可靠、高性能的SLAM方式。 就拿现在卖的最好的扫地机器人来说,过去,由于激光雷达价格过于昂贵,多数扫地机器人厂家只能放弃激光SLAM技术,被迫选择随机碰撞寻路系统,就是边撞边找路,这也就是为什么用户普遍反应扫地机器人智能程度不够,过了新鲜劲就只能放在角落吃灰。 现在,低成本激光雷达面市也有一段时间,但是市面上真的能做到路径规划的扫地机器人却寥寥无几,背后的原因到底是什么呢? 为此,我们咨询了一些扫地机器人厂家,得到的答案普遍集中在三点,一是安装了激光雷达后,虽然可以得到环境的轮廓信息,但需要利用算法进行后期处理,建模后才能得到真正的地图数据;二是他们普遍擅长研究新的吸尘模式或擦地模式,对于环境建模算法的开发能力不够,无法自己完成;三是扫地机器人不同于其他服务机器人,需要独特的贴边清扫、折回清扫、多房间自主导航等功能,目前已有的开源ROS系统,只能实现简单的建图且难以集成,无法满足扫地机器人的实际需要。厂家们普遍表示急需一款可以快速集成的芯片,不需要二次开发,直接安装在已有扫地机器人上,就可以完成路径规划、全面覆盖清扫等功能。
  扫地机器人算法模型
  最近一段时间,机器人餐厅这样的概念已经不是什么新鲜事了,开业的时候吸引眼球,大批人围观,过段时间就会发现“机器人只能沿着固定线路送餐,加上餐厅人员走动大,机器人不懂得躲闪,上菜容易洒落打翻,甚至造成安全事故”,机器人服务员最终被老板“炒了鱿鱼”。
  送餐机器人
  不过这样的事情发生的多了,送餐机器人厂家也进行了更新优化,除了现有的电磁导航外,还在机器人身上安装了激光雷达,希望可以改善用户体验。事实上,安装激光雷达后,所能实现的功能非常有限,比如它可以在行走途中感应前方障碍物,并自动停止行走。 我们联系了某送餐机器人厂家,技术人员表示他们目前普遍采用电磁导航,价格较低廉,在加装激光雷达后,可以改善自动避障的问题,但仍无法完全满足客户需求。虽然激光雷达成本相较于过去已经大幅降低,但是SLAM算法需要长时间积累、优化,无法短期开发完成,他们期待SLAM算法实现高度集成,可以直接配合激光雷达使用。 激光雷达作为SLAM的核心传感器,其重要性不言而喻。但是,移动机器人要实现完全自主移动,必然不能单单依靠激光雷达本身,其背后的高精度地图、核心算法才是更重要的影响因素,也是更值得我们关注的领域。
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