2023年4月，海康機(jī)器人發(fā)布可兼容 3D 激光和 2D 激光 SLAM 導(dǎo)航的叉取機(jī)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(dá)完成自主導(dǎo)航和末端識別；5月，未來機(jī)器人重磅推出新一代產(chǎn)品——VNST20托盤搬運(yùn)無人叉車，通過使用一顆3D激光，集成定位、感知、防護(hù)功能一體；8月，未來機(jī)器人正式發(fā)布三款E系列平衡重?zé)o人叉車，采用多顆3D 雷達(dá)復(fù)合定位方式，支持復(fù)雜場景更快建圖。
除海康機(jī)器人及未來機(jī)器人外，包括中強(qiáng)光智能、藍(lán)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(dǎo)航類的移動機(jī)器人產(chǎn)品，從2D到3D，移動機(jī)器人廠商們正在不斷探索新的技術(shù)來實現(xiàn)機(jī)器人性能的躍升。
更復(fù)雜的環(huán)境需要更強(qiáng)大的感知
導(dǎo)航技術(shù)變革推動移動機(jī)器人應(yīng)用加速
AGV的發(fā)展起源于20世紀(jì)50年代，早期傳統(tǒng)的AGV多是用電磁導(dǎo)航、磁導(dǎo)航，移動機(jī)器人沿著地面預(yù)先設(shè)定的“軌道”進(jìn)行點到點運(yùn)輸，這種技術(shù)原理簡單、成本低，但改變或擴(kuò)展路徑及后期的維護(hù)成本較高。這一時期AGV主要應(yīng)用于汽車和電子工業(yè)等行業(yè)中的物料搬運(yùn)和運(yùn)輸。
70年代末期，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)廠商開始利用激光雷達(dá)和紅外線等傳感技術(shù)，提升AGV的靈活性。隨著AGV柔性程度的不斷提升，應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大。
步入21世紀(jì)，AGV開始涉足更多的領(lǐng)域，對機(jī)器人感知系統(tǒng)的要求也越來越高，基于SLAM技術(shù)的自然導(dǎo)航類產(chǎn)品開始出現(xiàn)，通過配備激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器，AGV不再需要借助任何外部標(biāo)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(dǎo)航。在此背景下，AMR（AutomatedMobile Robot即“自主移動機(jī)器人”)概念開始被熟知。
近年來，AMR技術(shù)進(jìn)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(jī)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(dǎo)航產(chǎn)品成為移動機(jī)器人第一大細(xì)分品類。
從上世紀(jì)50年代至今，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場景的不斷擴(kuò)展，移動機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，也越來越復(fù)雜。與此同時，移動機(jī)器人從簡單的、單一功能的自動化設(shè)備，發(fā)展成為能夠應(yīng)對復(fù)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(jī)器人性能的關(guān)鍵
從自動導(dǎo)引到自主導(dǎo)航，移動機(jī)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(dāng)前階段技術(shù)限制，移動機(jī)器人尚未得到很好的應(yīng)用。
自主導(dǎo)航移動機(jī)器人目前主要是依靠SLAM技術(shù)來實現(xiàn)，SLAM技術(shù)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(jī)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(yīng)用主流。
2023年激光SLAM&視覺SLAM產(chǎn)品應(yīng)用占比
作為移動機(jī)器人的核心傳感器，激光雷達(dá)性能的突破一定程度上決定著機(jī)器人整體的智能化程度。
在激光SLAM的應(yīng)用中，此前多采用單線的2D激光雷達(dá)作為核心傳感器，單線激光雷達(dá)（2D激光雷達(dá)）在角頻率及靈敏度上反應(yīng)更快捷，在測試周圍障礙物的距離和精度上十分精準(zhǔn)，但單線雷達(dá)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(dá)，3D激光雷達(dá)可以掃描立體空間，輸出三維點云密集，能夠為移動機(jī)器人實時定位導(dǎo)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(qiáng)、抗環(huán)境光干擾的能力強(qiáng)、雨霧雪塵穿透能力強(qiáng)等優(yōu)勢，可以通用于室內(nèi)與室外復(fù)雜場景。但相對于2D激光雷達(dá)而言，3D激光雷達(dá)在移動機(jī)器人領(lǐng)域?qū)儆谛聭?yīng)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(jī)器人本體廠商還是激光雷達(dá)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(dá)應(yīng)用加速
2023年，行業(yè)內(nèi)3D激光導(dǎo)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(dá)技術(shù)在移動機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)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(jī)器人廠商的重中之重。此前，3D激光雷達(dá)主要應(yīng)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(dá)廠商的崛起，在一眾企業(yè)的努力下，3D激光雷達(dá)的成本正在不斷降低，因此，移動機(jī)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(jī)器人眾多細(xì)分產(chǎn)品中，無人叉車行業(yè)對于3D激光雷達(dá)的需求相對最為迫切。 當(dāng)前的無人叉車，導(dǎo)航方式已經(jīng)完成了由最初的磁導(dǎo)航、二維碼導(dǎo)航、激光反光板導(dǎo)航到2D激光SLAM導(dǎo)航的升級，能基本應(yīng)對大部分室內(nèi)場景。但隨著應(yīng)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(jī)器人能夠進(jìn)一步簡易化部署設(shè)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(yīng)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(qiáng)手段，如此一來，就增加了前期施工與后期維護(hù)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(jìn)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(yīng)對更復(fù)雜的作業(yè)流程。因此，無人叉車需要更高性能的導(dǎo)航技術(shù)作為支撐。在此背景下，3D激光 SLAM技術(shù)的應(yīng)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(jī)器人與覽沃就激光雷達(dá)賦能無人叉車達(dá)成戰(zhàn)略合作，在同年的CeMAT展會現(xiàn)場，未來機(jī)器人無人叉車搭載了覽沃Livox的混合固態(tài)3D激光雷達(dá)，完美演示了貨車無人裝卸全流程作業(yè)。
2023年5月，未來機(jī)器人重磅推出新一代產(chǎn)品——VNST20托盤搬運(yùn)無人叉車，VNST20通過一顆3D激光雷達(dá)，集成定位、感知、防護(hù)功能一體，在提升叉車感知定位精度同時，增強(qiáng)車身安全防護(hù)功能。VNST20托盤搬運(yùn)無人叉車重復(fù)定位精度可達(dá)到±10mm，±0.5°；重復(fù)放貨自適應(yīng)精度達(dá)到±10mm，±0.5°。
未來機(jī)器人VNST20搭載的3D激光雷達(dá)亦是來自于覽沃科技。覽沃科技憑借在激光雷達(dá)領(lǐng)域的深厚技術(shù)積淀，不僅攻破了制約規(guī)模化應(yīng)用的“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(dá)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(jī)器人企業(yè)的認(rèn)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(dá)，售價僅3999元。覽沃首創(chuàng)棱鏡方案，該方案采用光學(xué)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械掃描器件，這種設(shè)計使得相較于傳統(tǒng)的機(jī)械激光雷達(dá)，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(dá)小型化更便于機(jī)器人集成應(yīng)用。據(jù)覽沃相關(guān)負(fù)責(zé)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(jī)身不僅為無人叉車設(shè)計預(yù)留更多空間同時也可以進(jìn)一步美化車體外觀。
在縮小機(jī)身的同時，覽沃進(jìn)一步擴(kuò)大了激光雷達(dá)的FOV，首次將混合固態(tài)激光雷達(dá)的FOV擴(kuò)大到360°，可幫助無人叉車感知更復(fù)雜的3D環(huán)境，提升運(yùn)行與作業(yè)現(xiàn)場的安全性。
隨著移動機(jī)器人被越來越大規(guī)模應(yīng)用，覽沃還考慮到了雷達(dá)之間的對射以及戶外復(fù)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(shè)計，即便在室內(nèi)多臺激光雷達(dá)信號混行的環(huán)境中，仍能保證互不干擾，穩(wěn)定運(yùn)行。同時，Mid-360能抵抗100Klux陽光直射，在室外強(qiáng)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(yùn)行無縫銜接。
在滿足無人叉車嚴(yán)苛的場景需求下，這樣一顆3D激光雷達(dá)的價格不到傳統(tǒng)16線機(jī)械式的1/3，是光學(xué)相控陣激光雷達(dá)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(jī)器人的肯定。據(jù)悉，截至目前，未來機(jī)器人約80%的車型上都采用了基于Mid-360 的多模態(tài)融合導(dǎo)航方式，用作無人叉車導(dǎo)航、棧板識別和避障等。而未來機(jī)器人之外，覽沃也相繼與其他移動機(jī)器人廠商達(dá)成了合作，MID-360在各個性能方面的突破，無疑給移動機(jī)器人應(yīng)用帶來了更多可能性。
家庭商用領(lǐng)域：去RTK的有效驗證
除了無人叉車面向的工業(yè)領(lǐng)域外，Mid-360也已在割草機(jī)器人、無人物流車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
2023年9月，追覓科技首款無邊界智能割草機(jī)器人 Dreame Roboticmower A1 在 IFA 展會亮相，該智能割草機(jī)器人采用 Mid-360 激光雷達(dá)，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(jī)器人在定位方面主要有兩種技術(shù)方案，一是基于慣性導(dǎo)航的埋線式方案，二是非埋線式方案。埋線式方案是當(dāng)下主流的技術(shù)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(zhǔn)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(shù)與并綜合IMU和視覺等其他傳感器，來提升割草機(jī)的靈活性，但也會面臨基站信號易存在遮擋，可能導(dǎo)致定位存在偏差，從而產(chǎn)生漏割、偏移預(yù)設(shè)路徑等問題。
Dreame Roboticmower A1 割草機(jī)器人借助Mid-360高精度激光雷達(dá)，探測距離可以達(dá)到 70 米，360°*59° 全向超大視角，可以全方位感知空間，即時、精準(zhǔn)構(gòu)建庭院 3D 地圖。 而面對復(fù)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(dá)能夠保證信號更加穩(wěn)定，確保割草機(jī)器人高效作業(yè)。并結(jié)合智能避障算法，基于 Mid-360 激光雷達(dá)，割草機(jī)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(jī)器人以外，Mid-360在無人配送小車、清潔機(jī)器人等產(chǎn)品上也已經(jīng)有了成熟應(yīng)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(yīng)求的狀態(tài)。”覽沃相關(guān)負(fù)責(zé)人透露，目前，Mid-360已經(jīng)得到了廣大機(jī)器人用戶的認(rèn)可。
突破邊界 走向智能感知新時代
從移動機(jī)器人的發(fā)展歷程以及3D激光雷達(dá)的應(yīng)用中我們得以窺見：導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展是提升移動機(jī)器人智能化的重要突破口。
技術(shù)的發(fā)展推動機(jī)器人應(yīng)用范圍的不斷拓展，同時，新的市場需求也在倒逼技術(shù)一代又一代革新。
根據(jù)CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預(yù)測，未來三年內(nèi)，AMR機(jī)器人將在整個工業(yè)移動機(jī)器人市場中占比有望超過50%，真正實現(xiàn)智能化的移動機(jī)器人應(yīng)用。但目前的自然導(dǎo)航技術(shù)不足以應(yīng)對所有的情形，隨著未來AMR應(yīng)用的進(jìn)一步深入，導(dǎo)航技術(shù)仍是移動機(jī)器人需要突破的重點。
未來，全生命周期SLAM、動態(tài)目標(biāo)濾除、多傳感器融合、語義分割與識別等是移動機(jī)器人進(jìn)一步提升導(dǎo)航能力的主要路徑。在這一過程中，相信3D導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用將會不斷增多。
以覽沃為代表激光雷達(dá)企業(yè)針對移動機(jī)器人領(lǐng)域研發(fā)相關(guān)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(jī)器人廠商的需求。”覽沃方面表示，他們一直對移動機(jī)器人領(lǐng)域很看好。
作為移動機(jī)器人的核心零部件，激光雷達(dá)廠商的競爭也將繼續(xù)圍繞技術(shù)迭代、提升性能、降低成本展開。而可以預(yù)見的是，隨著激光導(dǎo)航核心技術(shù)的不斷突破和迭代，移動機(jī)器人的應(yīng)用邊界也將不斷拓展。
更復(fù)雜的環(huán)境需要更強(qiáng)大的感知
導(dǎo)航技術(shù)變革推動移動機(jī)器人應(yīng)用加速
核心傳感器是決定移動機(jī)器人性能的關(guān)鍵
性價比提升，3D激光雷達(dá)應(yīng)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(jī)器人重磅推出新一代產(chǎn)品——VNST20托盤搬運(yùn)無人叉車，VNST20通過一顆3D激光雷達(dá)，集成定位、感知、防護(hù)功能一體，在提升叉車感知定位精度同時，增強(qiáng)車身安全防護(hù)功能。VNST20托盤搬運(yùn)無人叉車重復(fù)定位精度可達(dá)到±10mm，±0.5°；重復(fù)放貨自適應(yīng)精度達(dá)到±10mm，±0.5°。
激光雷達(dá)小型化更便于機(jī)器人集成應(yīng)用。據(jù)覽沃相關(guān)負(fù)責(zé)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(jī)身不僅為無人叉車設(shè)計預(yù)留更多空間同時也可以進(jìn)一步美化車體外觀。
隨著移動機(jī)器人被越來越大規(guī)模應(yīng)用，覽沃還考慮到了雷達(dá)之間的對射以及戶外復(fù)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(shè)計，即便在室內(nèi)多臺激光雷達(dá)信號混行的環(huán)境中，仍能保證互不干擾，穩(wěn)定運(yùn)行。同時，Mid-360能抵抗100Klux陽光直射，在室外強(qiáng)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(yùn)行無縫銜接。
家庭商用領(lǐng)域：去RTK的有效驗證
目前，業(yè)內(nèi)智能割草機(jī)器人在定位方面主要有兩種技術(shù)方案，一是基于慣性導(dǎo)航的埋線式方案，二是非埋線式方案。埋線式方案是當(dāng)下主流的技術(shù)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(zhǔn)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(shù)與并綜合IMU和視覺等其他傳感器，來提升割草機(jī)的靈活性，但也會面臨基站信號易存在遮擋，可能導(dǎo)致定位存在偏差，從而產(chǎn)生漏割、偏移預(yù)設(shè)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(biāo)濾除、多傳感器融合、語義分割與識別等是移動機(jī)器人進(jìn)一步提升導(dǎo)航能力的主要路徑。在這一過程中，相信3D導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用將會不斷增多。
