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智能物流

干貨丨探索移動機器人導航技術的發展奧秘

2025China.cn   2022年10月21日

移動機器人在工廠能夠實現高效作業的關鍵之一就是導航技術的專業性。

基于整個智能制造的發展,移動機器人的導航技術不斷迭代,大致可分為:磁導航、激光反光板導航、二維碼導航、SLAM 導航。

一、磁導航

磁導航在上世紀中后期逐漸成熟,磁導航的原理是在機器人行駛路徑上埋置金屬線,給金屬線加載導航頻率,通過機器人上的電磁感應線圈來感應磁場的強弱,進行識別和跟蹤。

雖然簡單穩定且成本不高,但是基于固定的路徑引導方式造成機器人的靈活性較差,且不易二次改造。

二、激光反光板導航

激發反光板導航得益于激光雷達的快速發展,上世紀末開始在國內內廣泛應用。其原理是在環境中布置由反光材料制成的反光板,通過機器人的雷達掃描,依據三角定位原理估計機器人位姿。該導航需要全局布置反光板,增加了實施成本和改造難度,導航靈活度也較差。

三、二維碼導航

二維碼導航屬于視覺識別,要比磁導航定位更加精確。實現原理是在地面鋪設二維碼陣列,通過機器人下方的相機掃描二維碼實現機器人的定位。

二維碼導航在鋪設、改變路徑上也較容易,對聲光無干擾,便于控制。但是對于較大的工廠,在地面上張貼很多二維碼,不僅會增加導航的復雜性,而且地面上的二維碼易磨損,需要經常維護,如果人為干涉或機器人經過,容易造成二維碼損壞,那么就需要頻繁更換二維碼才能實現精確導航。

四、SLAM 導航

SLAM 導航分為激光 SLAM 和視覺 SLAM 兩種。

SLAM(Simultaneous Localization and Mapping),也稱為 CML(Concurrent Mapping and Localization), 即時定位與地圖構建或并發建圖與定位。

視覺 SLAM 導航(Visual SLAM 導航)的原理是通過機器人在移動過程中攝像頭拍攝地面紋理進行自動建圖,再將這些地面紋理信息與自建地圖中的紋理圖像進行配比,以此估計機器人當前位姿,實現移動機器人的定位導航。目前仍處于前期研發、未大規模落地階段。

視覺 SLAM 導航沒有傳感器探測距離限制,路徑規劃靈活,定位精度高,室內外通用,成本低,綜合性價比高。但是對于光線的依賴程度較高,所以在光線不足或者一些無紋理區域需要借助輔助傳感器,并且采集紋理庫工作量非常大。不可與二維碼導航融合使用,需要保持地面的清潔來確保高精度,所以不可張貼其他東西。

激光 SLAM 導航是目前最先進最成熟的導航方式,已經成為移動機器人的重要發展趨勢,也是仙工智能移動機器人主要應用的導航方式。

激光 SLAM 導航的原理是通過激光雷達掃描環境的輪廓從而構建環境的點云地圖,再依據已構建好的點云地圖與激光掃描到的實時點云做匹配進行定位導航。

相較于上述多種導航方式,激光 SLAM 導航直接使用激光快速建圖,完成地圖繪制,無需人力輸出且無需對場地進行改造,主要應用于室內環境,實施更方便,精確度更高,適用性更強。

雖然激光 SLAM 導航的價格相比而言略為昂貴,但是考慮到后期的其他維護成本,長期綜合成本會更低。

基于仙工智能 SRC 系列核心控制器打造的移動機器人及 AMB 系列底盤,采用的都是自主研發的激光 SLAM 導航技術,可以實現自主繪制地圖、自主導航。機器人在任何一個陌生的場景,只需走一遍,就能自主繪制相應地圖,無需磁條、磁釘、反光板、二維碼等輔助定位設施,實現無軌化自主導航,自動規劃路徑,自主行駛,安全可靠高效。

目前市面上常規的激光 SLAM 導航移動機器人尚無法實現高定位精度,仙工智能通過優化算法可使其達到重復精度 ±5mm,對接精度 ±2mm。無論全廠多少機器人,都可以實現超高重復精度、超高一致性,真正打造出高精度、全自主移動機器人。

攜手集成商,仙工智能產品組合深入多個行業,成熟應用于各行業工廠智能物流環節。下方以青島一汽物流代表的汽車零部件制造工廠為例,展示了仙工智能基于激光 SLAM 無軌化自主導航打造的智能物流方案:

不僅是激光 SLAM 導航,仙工智能移動機器人還支持激光反光板導航、二維碼導航,三種模式可以自由切換,在保證更加高效高精度的導航前提下,提升機器人應對各種非標場景的適應性。

(仙工智能)

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