有一個(gè)機(jī)器人，它被關(guān)進(jìn)了一間空屋子，里面放滿了雜七雜八的東西。機(jī)器人感到很害怕，因?yàn)檫@個(gè)地方他從來(lái)沒(méi)來(lái)過(guò)，一點(diǎn)兒也不了解。讓他感到害怕的主要是三個(gè)問(wèn)題：

　　1.自己在哪里？

　　2.這是什么地方？

　　3.怎么離開(kāi)這個(gè)地方？

　　在SLAM（Simultaneous Localization And Mapping，即時(shí)定位與地圖構(gòu)建）理論中，第一個(gè)問(wèn)題稱為定位（Localization），第二個(gè)稱為建圖（Mapping），第三個(gè)則是隨后的路徑規(guī)劃（Navigation）。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，SLAM是指機(jī)器人依靠自身傳感器在未知環(huán)境中獲得感知信息，遞增地創(chuàng)建周圍環(huán)境的地圖，同時(shí)利用創(chuàng)建的地圖實(shí)現(xiàn)自主定位。

　　實(shí)際上，有地圖的定位和有定位的地圖創(chuàng)建都是容易解決的，但無(wú)地圖的定位和未解決定位的地圖創(chuàng)建如同“雞生蛋蛋生雞”的問(wèn)題（完美的定位需要用到一個(gè)無(wú)偏差的地圖，但這樣的地圖又需要精確的位置估測(cè)來(lái)描繪），無(wú)從下手。

　　利用機(jī)器人內(nèi)部安裝的傳感器（包括里程儀、羅盤(pán)、加速度計(jì)等），由于沒(méi)有參考外部信息，在長(zhǎng)時(shí)間的行走后誤差的積累會(huì)比較大，實(shí)用性較差。因此，在依靠?jī)?nèi)部傳感器的同時(shí)，借助外部傳感器（如視覺(jué)傳感器、激光雷達(dá)等）感知環(huán)境，就能幫助機(jī)器人解決這個(gè)難題。

　　一個(gè)由德國(guó)達(dá)姆施塔特理工大學(xué)研發(fā)的機(jī)器人正使用激光成像探測(cè)與測(cè)距技術(shù)來(lái)給迷宮繪圖

　　上圖的機(jī)器人描繪出的地圖

　　目前，SLAM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑主要包括VSLAM、Wifi-SLAM與Lidar SLAM。

　　1.VSLAM（視覺(jué)SLAM）

　　指在室內(nèi)環(huán)境下，用攝像機(jī)、Kinect等深度相機(jī)來(lái)做導(dǎo)航和探索。其工作原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是對(duì)機(jī)器人周邊的環(huán)境進(jìn)行光學(xué)處理，先用攝像頭進(jìn)行圖像信息采集，將采集的信息進(jìn)行壓縮，然后將它反饋到一個(gè)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法構(gòu)成的學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，再由學(xué)習(xí)子系統(tǒng)將采集到的圖像信息和機(jī)器人的實(shí)際位置聯(lián)系起來(lái)，完成機(jī)器人的自主導(dǎo)航定位功能。

　　但是，室內(nèi)的VSLAM仍處于研究階段，遠(yuǎn)未到實(shí)際應(yīng)用的程度。一方面，計(jì)算量太大，對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的性能要求較高；另一方面，VSLAM生成的地圖（多數(shù)是點(diǎn)云）還不能用來(lái)做機(jī)器人的路徑規(guī)劃，需要進(jìn)一步探索和研究。

　　2.Wifi-SLAM

　　指利用智能手機(jī)中的多種傳感設(shè)備進(jìn)行定位，包括Wifi、GPS、陀螺儀、加速計(jì)和磁力計(jì)，并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別等算法將獲得的數(shù)據(jù)繪制出準(zhǔn)確的室內(nèi)地圖。該技術(shù)的提供商已于2013年被蘋(píng)果公司收購(gòu)，蘋(píng)果公司是否已經(jīng)把 Wifi-SLAM 的科技用到iPhone上，使所有 iPhone 用戶相當(dāng)于攜帶了一個(gè)繪圖小機(jī)器人，這一切暫未可知。毋庸置疑的是，更精準(zhǔn)的定位不僅有利于地圖，它會(huì)讓所有依賴地理位置的應(yīng)用（LBS） 更加精準(zhǔn)。

　　3.Lidar SLAM

　　指利用激光雷達(dá)作為傳感器，獲取地圖數(shù)據(jù)，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)同步定位與地圖構(gòu)建。該技術(shù)是目前最穩(wěn)定、最可靠、高性能的SLAM方式。就技術(shù)本身而言，經(jīng)過(guò)多年驗(yàn)證，已相當(dāng)成熟，但Lidar成本昂貴這一瓶頸問(wèn)題亟待解決。

　　采用Lidar SLAM構(gòu)建出的室內(nèi)地圖

　　Google無(wú)人駕駛汽車正是采用該項(xiàng)技術(shù)，車頂安裝的激光雷達(dá)來(lái)自美國(guó)Velodyne公司，售價(jià)高達(dá)7萬(wàn)美元以上。這款激光雷達(dá)可以在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)向周圍發(fā)射64束激光，激光碰到周圍物體并返回，便可計(jì)算出車體與周邊物體的距離。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)再根據(jù)這些數(shù)據(jù)描繪出精細(xì)的3D地形圖，然后與高分辨率地圖相結(jié)合，生成不同的數(shù)據(jù)模型供車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用。激光雷達(dá)占去了整車成本的一半，這可能也是 Google 無(wú)人車遲遲無(wú)法量產(chǎn)的原因之一。

　　激光雷達(dá)具有指向性強(qiáng)的特點(diǎn)，使得導(dǎo)航的精度得到有效保障，能很好地適應(yīng)室內(nèi)環(huán)境。但是，Lidar SLAM卻并未在機(jī)器人室內(nèi)導(dǎo)航領(lǐng)域有出色表現(xiàn)，原因就在于激光雷達(dá)的價(jià)格過(guò)于昂貴。

　　為了讓這項(xiàng)無(wú)人車技術(shù)更快地進(jìn)入日常使用，順著“弱硬件+強(qiáng)算法”的思路，Quanery 用固態(tài)圖像傳感器替代了 360 度旋轉(zhuǎn)的攝像頭和激光測(cè)距器，成本將降到 1000 美元一套左右。加拿大創(chuàng)業(yè)公司 Leddar Tech 利用 LED 燈進(jìn)行測(cè)距，套件售價(jià)為299 美元。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)等的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)器人導(dǎo)航自主性的要求越來(lái)越高，SLAM已經(jīng)發(fā)展成為使機(jī)器人探測(cè)陌生環(huán)境并找到路線的標(biāo)準(zhǔn)工具。而室內(nèi)定位與導(dǎo)航領(lǐng)域，由于激光雷達(dá)成本的下降，Lidar SLAM將成為服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自由行走的必然選擇。

　　創(chuàng)業(yè)公司Savioke推出的Relay機(jī)器人采用Lidar SLAM技術(shù)，它可以自動(dòng)為酒店房間運(yùn)送牙刷、毛巾和其他物品。

　　Savioke推出的酒店服務(wù)機(jī)器人

　　SLAMTEC開(kāi)發(fā)的Aries機(jī)器人采用自制Lidar實(shí)現(xiàn)SLAM，它可以用于商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)，展示廣告的同時(shí)能將顧客帶領(lǐng)到想要去的地方。

　　SLAMTEC開(kāi)發(fā)的商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人

　　可以預(yù)見(jiàn)，借助Lidar SLAM技術(shù)，越來(lái)越多的服務(wù)機(jī)器人將實(shí)現(xiàn)自由行走，成為真正意義上的智能機(jī)器人。