小覓智能:vSLAM避障導航技術成為AGV行業追逐熱點

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  從20世紀80年代以來,AGV(自動導引運輸車)系統已經發展成為生產物流系統中最大專業分支之一,並出現產業化發展的趨勢,成為現代化企業自動化設備不可缺少的重要組成部分。

  在歐美發達國傢,全自動AGV技術已經相當成熟,自動化程度完善,幾乎完全不需要人工幹預。技術先進性稍次之的便是以日本為代表的簡易型AGV技術,追求簡單實用,在日本和我國臺灣企業中應用十分廣泛。而在我國,隨著物流系統的迅速發展,AGV的應用范圍也在不斷擴展,目前主戰場集中在智能倉儲AGV(無人搬運車)和無人配送車之間。

  然而,不管是智能倉儲AGV的室內揀選搬運,還是無人配送車的室外自主行駛,避障和導航顯然是擺在眼前最至關重要的一步。二者的發展都將大大減免物流行業的人員成本,同時提高揀選配送效率。所以這兩年,國內京東、順豐、申通等行業巨頭都在重點佈局這方面,整個市場都在孜孜以求切實可行的避障導航方案。然而,最適合AGV避障導航的眼睛在哪裡?

  目前,AGV的避障技術中最為常見的傳感器有紅外線、超聲波、激光以及視覺傳感器。

  紅外: 紅外傳感器的應用,在我們的生活中就隨處可見,遙控器、自動門等都是利用的紅外感應原理。用於AGV避障的話,「三角測量原理」是紅外傳感器最常用的實現方式。

  紅外傳感器包含紅外發射器與CCD檢測器,紅外線發射器會向障礙物發射紅外線,CCD檢測器則負責接收被障礙物反射回來的射線,由於物體的距離D不同,反射角度也會不同,不同的反射角度會產生不同的偏移值L,將這些數據收集後進行計算,就能得出障礙物的位置,從而實現避障。

  「三角測量原理」示意圖

  紅外避障精度和成本都具有量產優勢,但是受強光影響較大,假設搭載紅外避障方案的AGV搬運車,需要到室外作業的話,那由於強光環境,紅外避障的效果必將大打折扣。

  超聲波: 超聲波測距的原理比紅外線更簡單,聲波遇到障礙物反射,因為聲波的速度已知,所以隻需要知道發射到接收的時間差,就能輕松計算出測量距離,再結合發射器和接收器的距離,就能算出障礙物的實際距離。

  「超聲波測距原理」示意圖

  超聲波測距相比紅外測距,價格更加便宜,但感應速度和精度相對遜色。因為聲波隨著發射距離的增大會有衰減,所以識別較遠的障礙物的話精度會差不少。如果在作業過程中,遇到有海綿等吸收聲波的物體包裹的貨物需要分揀搬運,或者室外有大風,搭載超聲波避障方案的AGV車就會無法工作。

  激光: 激光(此處主要指單線激光)避障原理與紅外線類似,也是通過激光的發射和接收來實現測距。不過激光傳感器的發展歷史較久,已經相當成熟。測量方式十分豐富,有類似紅外的三角測量,也有類似於超聲波的時間差+速度等。且激光避障的精度、反饋速度、抗幹擾能力和有效范圍都要明顯優於紅外和超聲波。但如果僅是搭載單束激光,AGV車工作時獲取障礙物信息將十分有限,會存在很大的安全隱患。而使用多束激光融合的方案的話,那成本又會激增。

  視覺: 紅外、超聲波、(單束)激光測距,其實都隻是一維傳感器,可給出數據隻有一個距離值,其實並不能真正完成對現實三維世界的感知。當然,激光技術發展程度高,多束激光排列組合的方式亦可實現視覺相似的感知,但組合激光方案的元件普遍價格貴、體積大、功耗高,造成的高成本對於AGV車的量產來說,並非良選。

  所以,解決AGV車如何看的問題,也就是近年來常縈繞耳邊的計算機視覺方案應運而生,深度攝像頭市場開始迅速發酵。不同於以上三種方案的單一數據獲取,視覺方案的基礎在於如何能夠從二維的圖像中獲取三維信息,從而幫助AGV車認識所處的三維世界,進行更靈敏安全的避障和導航。

  為何是雙目視覺勝出? 視覺識別系統又分單目、雙目攝像頭。單目攝像頭因為缺少第三個維度的參照信息,所以獲取到的圖片數據信息十分有限,容易產生不確定性。就像2D電影和3D電影的觀影區別,單目好似我們觀看2D電影時的眼睛,因為類似單一照片,並無直接的空間感,所以我們在看的時候,會根據我們已知的物體遮擋、近大遠小等生活經驗進行腦補,從而來輔助得到電影中的每個物體的具體位置信息數據。而雙目則像是觀看3D電影,因為身臨其境,所以對周圍的每個物體的具體位置都能進行精準感知,具體認識環境。

  「雙目測距原理」示意圖

  因此,雙目攝像頭其實是利用仿生學原理,通過標定後的雙攝像頭得到同步曝光圖像,然後計算獲取的2維圖像像素點的第三維深度信息。在此基礎上,雙目攝像頭可以實現環境感知、體感、建模、行為識別等各種應用。經此對比,擁有性價比高、原理簡單、前景廣闊、普遍適用等優勢的雙目視覺自然從眾多方案中脫穎而出瞭。

  雙目硬件那麼多,為何小覓雙目攝像頭備受物流巨頭青睞? 智能倉儲AGV(無人搬運車)需要規避因為貨物掉落而造成的復雜避障場景,既要避開貨物,還要防止與其他搬運車相撞推擠;無人配送車更是需要在復雜的室內外路況中擁有靈敏精準的環境感知功能。再考慮到前期研發投入與後期量產的成本把控需求,顯然雙目視覺方案是智能物流行業目前相對最好的選擇。

  但因為AGV車室內外需兼顧的作業場景,所以純視覺方案無法完美滿足它的避障需求。小覓雙目攝像頭作為一款優質融合方案的雙目硬件產品,由此走入多傢物流業翹楚的視線也就有跡可循瞭。

  小覓雙目攝像頭具有哪些優勢? 視覺+結構光+慣性導航融合的雙目相機方案:室內外通用的3D傳感器,適用室外強光環境,識別距離可達15m+,同時適用完全黑暗的室內環境,完美解決室內白墻和無紋理物體的識別難題。慣性導航可為VSLAM的應用提供精動的雲端互補數據,相較其他單一方案擁有更高精度和魯棒性。

  小覓雙目攝像頭系列產品方案示意圖

  高適應性和工控性能:通過富士康實驗室的高溫高濕持續工作、低溫動態老化、整機正弦振動等十幾項可靠性測試,具有極強的工控性能。同時采用自研全局快門技術,室內外感光自適應技術,自動白平衡技術,硬件級幀同步和IMU同步技術,保證提供實時穩定的圖像源,應對復雜變化的室內外場景。

  快速產品化和集成能力:小覓雙目攝像頭標準版版可提供基於CUDA的GPU實時加速方案,深度版版(未發售)可提供基於深度計算芯片的直出深度方案,無需上位機,並可提供最高720p/60fps的深度數據輸出。此外,還提供豐富的SDK接口和VSLAM開源項目支持,可以幫助客戶迅速進行方案集成,加速實現產品研發進程,實現方案的快速產品化和落地。

  視覺裡程計

  小覓雙目攝像頭還融合瞭視覺裡程計(VIO)的技術。視覺裡程計簡單來說,就是「通過左右雙目的圖像,反推出視野中物體的三維位置」,所以相比光流+超聲波技術隻能簡單的測出速度和高度,視覺裡程計還能構建地面的三維模型,並通過連續的圖像,跟蹤自身與環境的相對移動,估計出自身的運動。準確測出自身與地面的相對位置。借此,搭載設備就可同時掌握障礙物的位置和自身的位置,精準的避障、導航路徑規劃自是變得輕而

  MYNTAI小覓智能相信,未來,除瞭智能物流領域,小覓雙目攝像頭還將擁有更廣闊的應用領域。比如多場景的安防檢測,準確識別異常人物或者物體故障,及時報警,有效規避更多突發意外情況;還可用於進階的VR/AR眼鏡,幫助盲人看見和安全行走;當然,更可充當各類機器人的智慧之眼,助力機器人實現流暢避障行走、與身處環境中的物體精準互動,實現真正的人工智能化,不再隻是停留在高級玩具的尷尬階段。 未來,MYNTAI小覓智能將一如既往得踏實前進,努力將小覓雙目攝像頭(MYNT EYE)系列產品發展成為行業領先的雙目技術研發與應用硬件解決方案。