2023年4月，海康機器人發(fā)布可兼容 3D 激光和 2D 激光 SLAM 導航的叉取機器人F5-1600A，在10 月的 CEMAT 展會上，該款叉車新增 3D 識別功能，借助兩顆 3D 激光雷達完成自主導航和末端識別；5月，未來機器人重磅推出新一代產(chǎn)品——VNST20托盤搬運無人叉車，通過使用一顆3D激光，集成定位、感知、防護功能一體；8月，未來機器人正式發(fā)布三款E系列平衡重無人叉車，采用多顆3D 雷達復合定位方式，支持復雜場景更快建圖。
除?？禉C器人及未來機器人外，包括中強光智能、藍芯科技、新松、九耀智能、井松等一眾企業(yè)都先后推出了3D導航類的移動機器人產(chǎn)品，從2D到3D，移動機器人廠商們正在不斷探索新的技術來實現(xiàn)機器人性能的躍升。
更復雜的環(huán)境需要更強大的感知
導航技術變革推動移動機器人應用加速
AGV的發(fā)展起源于20世紀50年代，早期傳統(tǒng)的AGV多是用電磁導航、磁導航，移動機器人沿著地面預先設定的“軌道”進行點到點運輸，這種技術原理簡單、成本低，但改變或擴展路徑及后期的維護成本較高。這一時期AGV主要應用于汽車和電子工業(yè)等行業(yè)中的物料搬運和運輸。
70年代末期，隨著微電子技術的發(fā)展，相關廠商開始利用激光雷達和紅外線等傳感技術，提升AGV的靈活性。隨著AGV柔性程度的不斷提升，應用范圍也逐漸擴大。
步入21世紀，AGV開始涉足更多的領域，對機器人感知系統(tǒng)的要求也越來越高，基于SLAM技術的自然導航類產(chǎn)品開始出現(xiàn)，通過配備激光雷達、攝像頭等傳感器，AGV不再需要借助任何外部標識，就可以實時感知周圍環(huán)境，并通過自主決策和路徑規(guī)劃來實現(xiàn)導航。在此背景下，AMR（AutomatedMobile Robot即“自主移動機器人”)概念開始被熟知。
近年來，AMR技術進一步成熟，其落地速度也開始加快。根據(jù)CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)、新戰(zhàn)略移動機器人產(chǎn)業(yè)研究所統(tǒng)計，2023年中國AMR銷售臺數(shù)約49000臺，同比增長60.13%。近年來AMR產(chǎn)品的占比不斷提升，2023年已經(jīng)超越二維碼導航產(chǎn)品成為移動機器人第一大細分品類。
從上世紀50年代至今，隨著技術的不斷進步和應用場景的不斷擴展，移動機器人的應用越來越廣泛，也越來越復雜。與此同時，移動機器人從簡單的、單一功能的自動化設備，發(fā)展成為能夠應對復雜環(huán)境的、具備高度智能的自主化系統(tǒng)。
核心傳感器是決定移動機器人性能的關鍵
從自動導引到自主導航，移動機器人已經(jīng)實現(xiàn)了革命性的跨越，但在很多場景中，受制于當前階段技術限制，移動機器人尚未得到很好的應用。
自主導航移動機器人目前主要是依靠SLAM技術來實現(xiàn)，SLAM技術根據(jù)其使用的傳感器的不同主要又分為激光SLAM和視覺SLAM。
根據(jù)CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，新戰(zhàn)略移動機器人產(chǎn)業(yè)研究所統(tǒng)計，2023年，落地的AMR中，激光SLAM產(chǎn)品占比約為90%，視覺SLAM產(chǎn)品占比為10%。激光SLAM仍舊是應用主流。
2023年激光SLAM&視覺SLAM產(chǎn)品應用占比
作為移動機器人的核心傳感器，激光雷達性能的突破一定程度上決定著機器人整體的智能化程度。
在激光SLAM的應用中，此前多采用單線的2D激光雷達作為核心傳感器，單線激光雷達（2D激光雷達）在角頻率及靈敏度上反應更快捷，在測試周圍障礙物的距離和精度上十分精準，但單線雷達只能平面式掃描，不能測量物體高度，并沒有3D建模的功能。
相較2D激光雷達，3D激光雷達可以掃描立體空間，輸出三維點云密集，能夠為移動機器人實時定位導航避障提供更為豐富的信息支持，最大程度探測車身周圍避障物及地面地形變化。此外，其具有對低反射率物體探測能力強、抗環(huán)境光干擾的能力強、雨霧雪塵穿透能力強等優(yōu)勢，可以通用于室內(nèi)與室外復雜場景。但相對于2D激光雷達而言，3D激光雷達在移動機器人領域屬于新應用，此前價格也一直居高不下，因此很多企業(yè)也一直處于觀望中。
不論是移動機器人本體廠商還是激光雷達廠商，大家都在不斷探索更高性能更低成本的智能感知解決方案。
性價比提升，3D激光雷達應用加速
2023年，行業(yè)內(nèi)3D激光導航類產(chǎn)品開始逐漸增多，尤其是從落地層面來看，大部分企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)邁過了前期的驗證階段，開始在客戶現(xiàn)場實現(xiàn)小批量的落地。
價格是3D激光雷達技術在移動機器人領域應用加速的重要前提條件。伴隨著行業(yè)競爭的不斷加劇，降成本成為各大移動機器人廠商的重中之重。此前，3D激光雷達主要應用于自動駕駛行業(yè)，近年來，伴隨著國內(nèi)自動駕駛產(chǎn)業(yè)的崛起，也帶動了一波國產(chǎn)激光雷達廠商的崛起，在一眾企業(yè)的努力下，3D激光雷達的成本正在不斷降低，因此，移動機器人廠商也有了更多的選擇。
工業(yè)場景：無人叉車廠商的率先試水
在移動機器人眾多細分產(chǎn)品中，無人叉車行業(yè)對于3D激光雷達的需求相對最為迫切。 當前的無人叉車，導航方式已經(jīng)完成了由最初的磁導航、二維碼導航、激光反光板導航到2D激光SLAM導航的升級，能基本應對大部分室內(nèi)場景。但隨著應用的不斷深入，終端客戶對無人叉車也提出了更高的要求，客戶希望無人叉車實現(xiàn)高效全流程作業(yè)，兼容室內(nèi)外場景，同時希望機器人能夠進一步簡易化部署設施、實現(xiàn)高度的柔性化。
而2D激光SLAM無人叉車絕大部分的應用場景都局限在室內(nèi)，且對地平面的傾斜程度，平整程度都有明確要求，加之傳感器視域較小，容易受到工況場景內(nèi)的動態(tài)物體影響；對于常見的密集高堆疊、密集高料籠等高變化物流場景，需要借助精確測量的高反條做為增強手段，如此一來，就增加了前期施工與后期維護的成本。
對于市場滲透率不足1%的無人叉車行業(yè)而言，要想進一步替代傳統(tǒng)人工叉車，實現(xiàn)新的突破，無人叉車必須要突破室內(nèi)場景桎梏，走向室外，同時要能應對更復雜的作業(yè)流程。因此，無人叉車需要更高性能的導航技術作為支撐。在此背景下，3D激光 SLAM技術的應用正在成為越來越多無人叉車廠商的選擇。
2021年，無人叉車代表企業(yè)未來機器人與覽沃就激光雷達賦能無人叉車達成戰(zhàn)略合作，在同年的CeMAT展會現(xiàn)場，未來機器人無人叉車搭載了覽沃Livox的混合固態(tài)3D激光雷達，完美演示了貨車無人裝卸全流程作業(yè)。
2023年5月，未來機器人重磅推出新一代產(chǎn)品——VNST20托盤搬運無人叉車，VNST20通過一顆3D激光雷達，集成定位、感知、防護功能一體，在提升叉車感知定位精度同時，增強車身安全防護功能。VNST20托盤搬運無人叉車重復定位精度可達到±10mm，±0.5°；重復放貨自適應精度達到±10mm，±0.5°。
未來機器人VNST20搭載的3D激光雷達亦是來自于覽沃科技。覽沃科技憑借在激光雷達領域的深厚技術積淀，不僅攻破了制約規(guī)?；瘧玫?ldquo;成本、可靠性及可量產(chǎn)性”三大瓶頸，而且成為全球首家將激光雷達帶入千元級時代的大規(guī)模量產(chǎn)廠家。憑借優(yōu)越性能、價格及可量產(chǎn)性，覽沃科技已快速贏得一眾自動駕駛及機器人企業(yè)的認可。
VNST20此次搭載的MID-360是覽沃在今年年初推出的業(yè)界首款360°混合固態(tài)激光雷達，售價僅3999元。覽沃首創(chuàng)棱鏡方案，該方案采用光學器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械掃描器件，這種設計使得相較于傳統(tǒng)的機械激光雷達，具有更高的掃描速度和更長的使用壽命的同時，擁有更高的性能和更小的體積。
激光雷達小型化更便于機器人集成應用。據(jù)覽沃相關負責人介紹，Mid-360體積僅有一個網(wǎng)球的大小，相較于覓道系列上一款產(chǎn)品Mid-70縮小近60%，且大部分體積可被嵌入式隱藏，需外露的半球形窗口直徑僅為4.5厘米，高度為2.5厘米。小巧的機身不僅為無人叉車設計預留更多空間同時也可以進一步美化車體外觀。
在縮小機身的同時，覽沃進一步擴大了激光雷達的FOV，首次將混合固態(tài)激光雷達的FOV擴大到360°，可幫助無人叉車感知更復雜的3D環(huán)境，提升運行與作業(yè)現(xiàn)場的安全性。
隨著移動機器人被越來越大規(guī)模應用，覽沃還考慮到了雷達之間的對射以及戶外復雜光環(huán)境容易帶來信號干擾的情況。Mid-360引入了抗干擾的設計，即便在室內(nèi)多臺激光雷達信號混行的環(huán)境中，仍能保證互不干擾，穩(wěn)定運行。同時，Mid-360能抵抗100Klux陽光直射，在室外強光環(huán)境下的性能與室內(nèi)一致出色，可以保障從室外到室外跨場景運行無縫銜接。
在滿足無人叉車嚴苛的場景需求下，這樣一顆3D激光雷達的價格不到傳統(tǒng)16線機械式的1/3，是光學相控陣激光雷達價格的五分之二乃至十分之一。在極高性價比面前，覽沃的MID-360獲得了未來機器人的肯定。據(jù)悉，截至目前，未來機器人約80%的車型上都采用了基于Mid-360 的多模態(tài)融合導航方式，用作無人叉車導航、棧板識別和避障等。而未來機器人之外，覽沃也相繼與其他移動機器人廠商達成了合作，MID-360在各個性能方面的突破，無疑給移動機器人應用帶來了更多可能性。
家庭商用領域：去RTK的有效驗證
除了無人叉車面向的工業(yè)領域外，Mid-360也已在割草機器人、無人物流車等領域得到廣泛應用。
2023年9月，追覓科技首款無邊界智能割草機器人 Dreame Roboticmower A1 在 IFA 展會亮相，該智能割草機器人采用 Mid-360 激光雷達，集建圖、定位、避障等多重功能于一身。
目前，業(yè)內(nèi)智能割草機器人在定位方面主要有兩種技術方案，一是基于慣性導航的埋線式方案，二是非埋線式方案。埋線式方案是當下主流的技術方案，該方案的優(yōu)勢是成本較低，但缺點在于無法實現(xiàn)精準定位，成本還會隨著草坪面積增大而增加，且耗時長、布置靈活性差。非埋線方案則一般是依托RTK衛(wèi)星定位技術與并綜合IMU和視覺等其他傳感器，來提升割草機的靈活性，但也會面臨基站信號易存在遮擋，可能導致定位存在偏差，從而產(chǎn)生漏割、偏移預設路徑等問題。
Dreame Roboticmower A1 割草機器人借助Mid-360高精度激光雷達，探測距離可以達到 70 米，360°*59° 全向超大視角，可以全方位感知空間，即時、精準構建庭院 3D 地圖。 而面對復雜的戶外環(huán)境，尤其是在信號需要越過房屋、樹木等遮擋物的狀況下建圖時，Mid-360 高精度激光雷達能夠保證信號更加穩(wěn)定，確保割草機器人高效作業(yè)。并結合智能避障算法，基于 Mid-360 激光雷達，割草機器人可實現(xiàn) 3D 全向避障，識別庭院中 10 多種常見障礙物，讓割草過程更加安全、順暢。
除割草機器人以外，Mid-360在無人配送小車、清潔機器人等產(chǎn)品上也已經(jīng)有了成熟應用。 “我們在2023年3月份發(fā)售了Mid-360，但后面一直處于供不應求的狀態(tài)。”覽沃相關負責人透露，目前，Mid-360已經(jīng)得到了廣大機器人用戶的認可。
突破邊界 走向智能感知新時代
從移動機器人的發(fā)展歷程以及3D激光雷達的應用中我們得以窺見：導航技術的發(fā)展是提升移動機器人智能化的重要突破口。
技術的發(fā)展推動機器人應用范圍的不斷拓展，同時，新的市場需求也在倒逼技術一代又一代革新。
根據(jù)CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預測，未來三年內(nèi)，AMR機器人將在整個工業(yè)移動機器人市場中占比有望超過50%，真正實現(xiàn)智能化的移動機器人應用。但目前的自然導航技術不足以應對所有的情形，隨著未來AMR應用的進一步深入，導航技術仍是移動機器人需要突破的重點。
未來，全生命周期SLAM、動態(tài)目標濾除、多傳感器融合、語義分割與識別等是移動機器人進一步提升導航能力的主要路徑。在這一過程中，相信3D導航技術的應用將會不斷增多。
以覽沃為代表激光雷達企業(yè)針對移動機器人領域研發(fā)相關產(chǎn)品，恰是對這一點很好的印證。“我們第一款產(chǎn)品MID-40推出的時候，就收到了移動機器人廠商的需求。”覽沃方面表示，他們一直對移動機器人領域很看好。
作為移動機器人的核心零部件，激光雷達廠商的競爭也將繼續(xù)圍繞技術迭代、提升性能、降低成本展開。而可以預見的是，隨著激光導航核心技術的不斷突破和迭代，移動機器人的應用邊界也將不斷拓展。
更復雜的環(huán)境需要更強大的感知
導航技術變革推動移動機器人應用加速
核心傳感器是決定移動機器人性能的關鍵
性價比提升，3D激光雷達應用加速
工業(yè)場景：無人叉車廠商的率先試水
2023年5月，未來機器人重磅推出新一代產(chǎn)品——VNST20托盤搬運無人叉車，VNST20通過一顆3D激光雷達，集成定位、感知、防護功能一體，在提升叉車感知定位精度同時，增強車身安全防護功能。VNST20托盤搬運無人叉車重復定位精度可達到±10mm，±0.5°；重復放貨自適應精度達到±10mm，±0.5°。
激光雷達小型化更便于機器人集成應用。據(jù)覽沃相關負責人介紹，Mid-360體積僅有一個網(wǎng)球的大小，相較于覓道系列上一款產(chǎn)品Mid-70縮小近60%，且大部分體積可被嵌入式隱藏，需外露的半球形窗口直徑僅為4.5厘米，高度為2.5厘米。小巧的機身不僅為無人叉車設計預留更多空間同時也可以進一步美化車體外觀。
隨著移動機器人被越來越大規(guī)模應用，覽沃還考慮到了雷達之間的對射以及戶外復雜光環(huán)境容易帶來信號干擾的情況。Mid-360引入了抗干擾的設計，即便在室內(nèi)多臺激光雷達信號混行的環(huán)境中，仍能保證互不干擾，穩(wěn)定運行。同時，Mid-360能抵抗100Klux陽光直射，在室外強光環(huán)境下的性能與室內(nèi)一致出色，可以保障從室外到室外跨場景運行無縫銜接。
家庭商用領域：去RTK的有效驗證
目前，業(yè)內(nèi)智能割草機器人在定位方面主要有兩種技術方案，一是基于慣性導航的埋線式方案，二是非埋線式方案。埋線式方案是當下主流的技術方案，該方案的優(yōu)勢是成本較低，但缺點在于無法實現(xiàn)精準定位，成本還會隨著草坪面積增大而增加，且耗時長、布置靈活性差。非埋線方案則一般是依托RTK衛(wèi)星定位技術與并綜合IMU和視覺等其他傳感器，來提升割草機的靈活性，但也會面臨基站信號易存在遮擋，可能導致定位存在偏差，從而產(chǎn)生漏割、偏移預設路徑等問題。
突破邊界 走向智能感知新時代
未來，全生命周期SLAM、動態(tài)目標濾除、多傳感器融合、語義分割與識別等是移動機器人進一步提升導航能力的主要路徑。在這一過程中，相信3D導航技術的應用將會不斷增多。
