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【專題】一文讀懂視覺導航AGV/AMR

發布時間: 2021-05-24 10:05:49 來源:新戰略移動機器人

核心提示: 而當前移動機器人的視覺導航系統,為獲得更高的定位精度以及保證機器人在各種環境下穩定運行,除視覺導航外,還需要其他的導航或定位系統作為輔助。

視覺導航是指通過攝像機對周圍環境進行圖像采集,并對圖像進行濾波和計算,完成自身位置確定和路徑識別,并做出導航決策的一種導航技術。


市場篇


視覺導航的3大實現路徑


在移動機器人行業,近幾年,在SLAM技術的基礎上,以攝像機作為感測器的視覺導航應用正在逐漸增多。



經典vSLAM系統流程圖


視覺的SLAM方案主要有3種實現路徑:基于RGBD的深度攝像機、基于單目(魚眼)攝像頭、基于雙目(或多目)攝像頭。就實現難度而言,大致排序為:單目視覺>雙目視覺>RGBD。


單目相機SLAM簡稱MonoSLAM,即只用一支攝像頭就可以完成SLAM。這樣做的好處是傳感器特別簡單、成本特別低,所以單目SLAM非常受研究者關注。相比別的視覺傳感器,單目相機無需獲取環境的絕對深度,但單目相機的最大的問題是沒有尺度信息,比如圖片里的比例關系,人之所以可以區分是因為我們經過了大量的訓練,類似于深度學習。但是機器視覺是不能從一張圖中得到空間關系的,這就需要對相機進行移動來估計不同位姿下的圖像關系,從而得到尺度信息,相當于這就是一個可變基線的雙目相機。


相比于單目,雙目(多目)相機通過多個相機之間的基線,估計空間點的位置,在運動、靜置時均可估計環境深度。與單目不同的是,雙目(多目)相機配置與標定均較為復雜,其深度量程受雙目的基線與分辨率限制,因此需要FPGA配合完成距離的測算。雙目相機對算力的要求比較高,得益于近些年來CPU和GPU的算力越來越高,逐步發展成了主流的傳感器。



RGBD相機是2010年左右開始興起的一種相機,它最大的特點是可以通過紅外結構光或Time-of-Flight原理,直接測出圖像中各像素離相機的距離。因此,它比傳統相機能夠提供更豐富的信息,也不必像單目或雙目那樣費時費力地計算深度。不過,現在多數RGBD相機還存在測量范圍窄、噪聲大、視野小等諸多問題。出于量程的限制,主要用于室內SLAM。


與其他的導航方式不同,視覺導航AGV存在的最大優勢即是允許無固定參照物。然而,在AGV的發展過程中,對車輛以及執行部件的定位精度要求也越來越高。雖然用于自動化流水線的視覺導航系統,可以做到0.1mm的定位精度,但基于無固定參照的視覺導航AGV,其定位精度往往不高(純視覺導航)。此外,視覺導航對光的依賴程度高,在暗處或者一些無紋理區域需要借助輔助傳感器。


因此,純視覺方案在實際應用中還存在這諸多掣肘,也并沒有真正意義上的純視覺導航方案落地。而當前移動機器人的視覺導航系統,為獲得更高的定位精度以及保證機器人在各種環境下穩定運行,除視覺導航外,還需要其他的導航或定位系統作為輔助,同時,盡可能使用有固定參照物的視覺導航系統,能夠獲得更好的定位精度和安全性。


落地應用逐漸增多

盡管與已經逐步邁入成熟期的激光slam導航AGV相比,視覺導航的發展要稍稍滯后,但由于其特性,視覺導航被認為是未來行業應用的主要方向之一。


首先是價格優勢。與市面上主流磁導引/激光導引AGV相比,視覺傳感器的優勢首先是性價比極具競爭力,世界頂級工業相機供應商的產品售價約為人民幣3000元,是同等級的激光傳感器產品售價的10-20%。而較低的制造成本意味著較低的產品價格,對提升本體企業產品競爭力或終端客戶投資回報周期都更加利好。


其次在智能化上,視覺導航信息獲取能力強大。視覺導航由于能從環境中提取語義信息,因此能夠適應客戶在常規使用需求中的復雜場景,如識別長時間使用而變形的貨架、托盤;提取短時間內激增的搬運量信息;狹小空間情況下的車輛調度等。


此外,視覺導航模塊具有系統拓展性。隨著通信設備/處理器等周邊配套設施的不斷完善,視覺導航模塊正飛速進步,視覺導航與計算機連接可以實現大規模的調度任務,而視覺導航技術與5G及云端系統的融合也將更進一步。


圖表:國內主流視覺導航AGV/AMR廠商(本表粗略統計,如有未完善之處,請指正!)


從入局企業來看,目前行業內專注于視覺導航的產品的企業并不多,很多企業都將其作為其中一個產品線發展,有一些企業則還在觀望中。總體而言,伴隨著入局企業的不斷增多,視覺導航技術近幾年也得到了進一步的發展,尤其是落地應用在不斷增多,未來,隨著技術的進一步發展以及市場對視覺導航產品認知度的進一步提高,相信將很會迎來規模化應用。


企業篇


未來機器人:視覺工業無人車輛突破多個物流核心剛需場景


未來機器人從事工業無人車輛的技術開發及生產,自2016年起,結合計算機視覺、運動控制、人工智能、深度學習等技術,公司研發并生產多系列視覺工業無人車輛,現致力于融合L4級無人駕駛感知技術及視覺伺服運動控制技術,實現視覺工業無人車輛在多個行業的規模化推廣。截至2021年,未來機器人已開發并量產八大系列視覺工業無人車輛及配套軟件系統,其產品特點如下:


a)快速部署:利用工業相機強大的信息獲取能力進行視覺SLAM建圖,與其他方案相比,可減少80%反射板等人工標簽的使用,對場地改造接近零,對現場環境變更的容納性更強;


b)高精度感知與控制:基于聯合研發的新一代復合傳感器,大幅提升工業無人車輛感知空間與感知精度,可實現高度智能化的自主導航取放貨和繞障,單車運行效率更高、更穩定。對隨機品類、隨機位姿貨物的高精度自適應取放(誤差小于±5mm);


c)大規模車輛調度:對車輛進行云端調度,具有高效率、高柔性、安全穩定等優點。無縫對接MES、WMS、ERP等系統,配合未來機器人視覺導航模塊,實現多機型、跨場景調度;


d)低成本存量車改造:無需改造原車結構和系統,適配不同品牌/驅動方式的工業車輛,解決工業車輛通用控制問題。



在系列產品開發的同時,未來機器人也在不斷探索各行業場景應用,2019年,其室外無人牽引車上市,突破了長距離室外無人搬運場景。2020年,首次突破了外月臺無人化裝卸車場景,未來機器人為某特大型石油化工行業集團公司打造的視覺導航無人叉車系統成功落地,該解決方案為行業內首例針對外月臺裝車場景的物流無人化解決方案,實現了工廠物流從線邊轉運-貨物堆疊-外月臺裝車的真正全流程無人化升級。



目前,未來機器人視覺工業無人車輛已經廣泛應用于石化、煙草、工程機械、汽配、輪胎、電商物流、第三方物流、3C制造、食品制藥、新能源等領域,涵蓋了外月臺裝車、料籠堆疊、貨物上下架、室外長距離運輸等核心場景。落地項目總計75個,累計客戶超過100個,其中包括三十多個世界五百強企業,累計出貨量超過500臺。


井松智能:系列視覺AMR打通制造業搬運各環節


作為國內領先的智能物流系統集成商與物流裝備制造商,井松智能自2014年起就投身于視覺導航機器人的產品研發,并與2017年推出首款甲殼蟲系列視覺導航AGV,后續逐漸推出了基于視覺SLAM融合導航技術的長頸鹿、梅花鹿、灰駱駝、猛犸象、小精靈等多系列AMR產品矩陣。



其中,窄巷道梅花鹿AMR是井松智能視覺導航系列產品中比較有代表性的一款,具體特點如下:


(1)  智能狀態感知:基于3D視覺技術,實時感知周邊作業環境;感知貨物結構、偏離、超限、重量偏差等核心參數體現;實時感知“人、機、物”距離、坐標位置等關鍵因素變化。


(2)  實時分析決策:基于視覺SLAM融合導航技術,無需現場做任何改造,實時建立監控地圖,根據智能算法,不斷分析AGV位置變化,實時決策路徑軌跡,兼容不同的作業場景。


(3)  精準高效執行:視覺較位,感知托盤、貨物的結構與位置,取放貨時二次視覺校驗復合,實時糾正取放、行走的路徑及定位坐標,同時,優化行走和末端取放貨的速度,實現AGV產品高精度定位與高效運行工作。


(4)  柔性可視部署:自帶大屏可視化人機交互,無需環境改造,可自然環境實時建圖,聲音與燈光指引,具有自學習和優化能力,無需人工過多干預,巷道利用率提升100%,可實現快速定制部署。


(5)  智能安全管控:可實現360°全覆蓋的安全檢測避障功能,可實現人、機、物混場使用;車頭正前方配有3D安全相機,頂部激光雷達立體掃描,車頭兩側激光雷達270°掃描,實現低矮物高度檢測;叉齒裝有微視覺相機和機械防撞條,做到多級安全防護管控策略。



當前,井松智能的視覺導航產品,已經大量應用于制造業中的原輔料、成品的搬運、配送等作業場景以及空托盤或空容器的疊放收集、搬運作業環節。如井松為重慶市旺成科技打造的智能倉儲一期項目中,10臺窄巷道叉車式視覺融合導航AGV、8臺全向式視覺融合導航AGV,再結合中央調度系統,使存儲空間利用率提高了60%,配送效率提高了50%;人力縮減60%;物流管理成本降低了50%。

 

自2017年推出首款視覺導航移動機器人以來,井松智能一直在不斷迭代技術,推陳出新,扎實的產品也獲得了市場的青睞,截止2021年5月,其相關產品累計出貨量已達上百臺套。


藍芯科技:聚焦深度視覺,趕超一流企業


2021年3月,藍芯科技對外宣布完成A輪融資;4月,藍芯科技正式發布移動機器人視覺避障產品Eagle-M3。藍芯科技作為一家VMR(Vision Mobile Robot)公司,其核心技術深度視覺逐步從低調的幕后走向臺前。



從3D視覺傳感器到整機,打造全鏈條產品矩陣


藍芯科技成立于2016年,雖是一家年輕的機器人公司,但其在視覺領域已沉淀多年,——藍芯科技的創始團隊出自中科院自動化所,有近二十年時間在視覺領域進行技術研究、探索和創業,是不折不扣的“中科系”。


基于人口老齡化國情和智能制造發展趨勢,又經歷機器視覺在安防領域的產業化,藍芯科技創始團隊研判:機器人時代已經來臨,而深度視覺可提升機器人的柔性、智能性,未來每一臺機器人必然擁有至少一套視覺。


藍芯科技提前布局、持續投入,目前已擁有從3D視覺傳感器、視覺系統、機器人整機到行業解決方案的全鏈條產品矩陣。全鏈條產品矩陣使藍芯科技擁有多行業、復雜場景的客戶服務能力。



深度視覺賦能制造業多場景應用


在某大型消費電子企業廠區,環境復雜多變,對移動機器人定位導航是一大考驗,尤其在成品庫,貨物出入庫頻繁,依靠激光雷達進行導航容易丟失定位,而采用3D視覺導航則能解決場景變化導致的定位丟失問題。


此外,該企業對機器人的安全級別要求較高,單純采用激光避障存在較大盲區,而3D視覺避障可彌補激光避障缺陷。項目上線后,該廠區實現了原料倉——生產區——成品庫的全自動化物流。


聚焦深度視覺技術與市場,趕超一流企業


藍芯科技創始人兼CEO高勇博士表示,藍芯科技自創立以來就立志于做新一代的工業移動機器人,通過深度視覺賦予機器人強感知能力。經過持續投入,藍芯科技的移動機器人深度視覺系統已形成完整的技術體系,且應用市場正快速推進。


目前,藍芯科技的產品和解決方案已覆蓋3C電子、半導體、新能源、汽車零部件、工程機械、服裝等多個行業,合作客戶包括華為、中興、東芝、富士康、中國商飛、浙江省公安廳、偉星、柒牌等。


“技術上學習新松的創新開拓,業務上趕超目前的新松。“——藍芯科技已為自己確定了學習和追趕的目標。

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