1911年,美國紐約世博會上展覽了家用機器人Elekro。它由電纜控制,可以行走,會說77個字,甚至還可以抽煙,但是離真正的為人服務(wù)還差得很遠。
轉(zhuǎn)眼到了2019年,伴隨人工智能的興起,機器人再次受到了產(chǎn)業(yè)界的追捧,人機交互技術(shù)的逐漸成熟,服務(wù)型機器人產(chǎn)業(yè)已陸續(xù)成型。許多發(fā)達國家已經(jīng)將服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)列為國家的發(fā)展戰(zhàn)略。
中國服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)也迎來了一次發(fā)展熱潮。在《中國制造2025》出臺后,國家在2016年陸續(xù)發(fā)布了《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》和《智能硬件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展專項行動(2016-2018年)》,2017年又發(fā)布了《“智能機器人”重點專項2017年度項目申報指南》,進一步產(chǎn)業(yè)落地提供了政策支持。
然而,光有政策支持沒有技術(shù)是不行的,機器人行業(yè)的技術(shù)門檻很高,服務(wù)機器人企業(yè)必須掌握六大關(guān)鍵技術(shù)的一半才能進入這個市場:人工智能、語音識別與合成技術(shù)、解析與交互技術(shù)、導航及定位技術(shù)、機器人跟隨技術(shù)、機器人多機調(diào)度技術(shù)以及機器人底盤技術(shù)。
隨著服務(wù)機器人應(yīng)用場景和服務(wù)模式的不斷擴展,基于機器人底層應(yīng)用進行上層開發(fā)的需求越來越強,催生出機器人行業(yè)的一個細分品類——機器人底盤。
底盤對機器人是的重要性,不亞于人的眼睛
從功能上看,機器人底盤主要承載著機器人的定位、導航、避障、移動等基礎(chǔ)功能,是極其重要的硬件模塊。
為什么說機器人底盤極其重要呢?
因為機器人底盤對機器人本體的重要性,不亞于眼睛對人的重要性。換句話說,服務(wù)機器人除了語音交互、內(nèi)容生態(tài)等軟件層面實現(xiàn)的功能外,其他重要的部分都在這個模塊上。
此外,搭配導航定位系統(tǒng)的機器人底盤企業(yè)越來越多也顯得機器人底盤對于市場的重要性。
傳統(tǒng)巨頭騰訊、百度及多家A股科技類公司相繼出資入股了一些機器人盤點企業(yè),也從側(cè)面說明了這個行業(yè)變得越來越重要。同時,機器人底盤市場的向好也預示著下游產(chǎn)品的需求正在上升的態(tài)勢。
從市場需求上看,掃地機器人企業(yè)、服務(wù)機器人企業(yè)和AGV領(lǐng)域的需求是最高的。
掃地機器人主要針對消費級市場,因此業(yè)內(nèi)一般采用低成本的激光雷達導航方案,服務(wù)機器人產(chǎn)品則更強調(diào)產(chǎn)品的靈活性和安全性,其活動區(qū)域一般在商場或機場,所以會選擇及激光雷達+機器視覺的導航方案,而對于工業(yè)AGV機器人,對定位的要求非常高,要做到100%精確可靠性,因此產(chǎn)品的成本也會較高。
由此可見,機器人底盤在消費級市場是不占優(yōu)勢的,目前市場上機器人底盤的價格在2-10萬之間,高昂的成本讓越來越多的企業(yè)選擇了自己研發(fā)底盤,目前將機器人底盤進行市場化的企業(yè)已有20家,其中不僅有鈦米機器人等機器人本體企業(yè),也有思嵐科技等專業(yè)做機器人底盤的服務(wù)商。
機器人底盤這一承載著機器人運動能力,導航定位的模塊,被獨立的作為一個細分品類也說明它的重要性。機器人底盤提供商的出現(xiàn),不僅節(jié)省了開發(fā)時間和成本,而且能加快產(chǎn)品研發(fā)速度,搶占服務(wù)機器人高速增長的市場風口。
市場爆發(fā)的時間,取決于多傳感器融合的進度
機器人底盤的技術(shù)壁壘在于,不同場景下的多傳感器的融合具有一定的技術(shù)門檻。
從物理層面上來看,機器人底盤則主要是眾多傳感器的集成,激光雷達、雙目視覺、超聲、紅外、以及輪轂電機、輪子等必要的懸掛。而如何將物理層面的硬件進行集合,則需要相應(yīng)的算法和軟件等相應(yīng)技術(shù)。
目前SLAM是業(yè)內(nèi)主流的定位導航技術(shù),當我們談到SLAM時,最先問到的就是傳感器。SLAM的實現(xiàn)難度和傳感器的形式與安裝方式密切相關(guān),傳感器分為激光和視覺兩大類,所以SLAM定位導航技術(shù)中有激光SLAM和視覺SLAM之分。
激光SLAM脫胎于早期的基于測距的定位方法,激光雷達的出現(xiàn)和普及使得測量更快更準,信息更豐富。激光雷達采集到的物體信息呈現(xiàn)出一系列分散的、具有準確角度和距離信息的點,被稱為點云。通常,激光SLAM系統(tǒng)通過對不同時刻兩片點云的匹配與比對,計算激光雷達相對運動的距離和姿態(tài)的改變,也就完成了對機器人自身的定位。
那什么是視覺SLAM呢?
眼睛是人類獲取外界信息的主要來源,視覺SLAM也具有類似特點,它可以從環(huán)境中獲取海量的、富于冗余的紋理信息,擁有超強的場景辨識能力。早期的視覺SLAM基于濾波理論,其非線性的誤差模型和巨大的計算量成為了它實用落地的障礙。隨著近年相機技術(shù)和計算性能的進步,實時運行的視覺SLAM也已實現(xiàn)。
視覺SLAM的優(yōu)點是它所利用的豐富紋理信息。例如兩塊尺寸相同內(nèi)容卻不同的廣告牌,基于點云的激光SLAM算法無法區(qū)別他們,而視覺則可以輕易分辨。這帶來了重定位、場景分類上無可比擬的巨大優(yōu)勢。
從應(yīng)用場景來說,視覺SLAM的應(yīng)用場景要豐富很多,在室內(nèi)外均可工作,但是對光的依賴度很高,在暗處或無紋路區(qū)域無法工作,激光SLAM主要被應(yīng)用在室內(nèi),用來進行地圖構(gòu)建和導航工作。
從地圖構(gòu)建上,激光SLAM精度較高,國內(nèi)思嵐科技的PRLIDAR系列構(gòu)建地圖精度可達2cm左右,而視覺SLAM地圖構(gòu)建精度約3cm。
總的來說,激光SLAM是比較成熟的機器人底盤定位導航技術(shù),而視覺SLAM技術(shù)是未來研究的主流方向,目前大部分廠商將視覺SLAM技術(shù)作為賣點配備在高端產(chǎn)品上,由于成本太高,尚且難以下沉到主流市場。
眼下,大多數(shù)機器人底盤企業(yè)使用的都是激光SLAM,但是研究視覺SLAM的企業(yè)也越來越多,例如布科思、艾芯智能、大道智創(chuàng)等,目前將激光SLAM和視覺SLAM等技術(shù)的融合應(yīng)用還不太成熟,成本太過高昂,再加上機器人底盤對軟硬件性能的要求較高,導致機器人底盤在市場上的形態(tài)還比較初級,無法應(yīng)用到實際中去。
未來,多傳感器融合是一種必然趨勢,加快硬件處理能力、軟件算法能力迭代,將視覺SLAM、激光SLAM取長補短,優(yōu)勢結(jié)合,為市場打造出最優(yōu)的SLAM方案。
好用的機器人底盤太貴,便宜的又不好用
從整個市場上看,國內(nèi)機器人市場的規(guī)模不斷擴大,對于具有高性能的機器人底盤的需求也日趨旺盛。
IDC數(shù)據(jù)預計,2014-2019年全球機器人市場規(guī)模的復合增長率達到17%,按此速度發(fā)展,到2019年,全球機器人的市場規(guī)模為1354億美元,成長空間巨大。預計到2020年,年銷售收入在300億元以上,預計2016-2020年復合增長率為71.8%。
2017年底,工信部也發(fā)布了《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃(2018-2020)》,報告表示,到2020年,智能家庭服務(wù)機器人、智能公共服務(wù)機器人實現(xiàn)批量生產(chǎn)及應(yīng)用。
市場剛性需求與政策雙向推動,加之技術(shù)逐漸成熟,服務(wù)機器人放量可期。
服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)的興起基礎(chǔ)和條件已經(jīng)具備,對于眾多企業(yè)來說,如何打通終端市場的剛需才是關(guān)鍵。目前市場上的機器人處于“好用的太貴,便宜的不好用”尷尬局面,也就是說高端產(chǎn)品的價格仍需下沉。
機器人能否迎來蓬勃發(fā)展,取決于機器人底盤的低成本化。隨著越來越多企業(yè)進入到機器人底盤領(lǐng)域,機器人底盤領(lǐng)域的競爭將會越來越激烈,但對整個機器人產(chǎn)業(yè)而言,機器人底盤低成本化勢在必行,這也是機器人產(chǎn)業(yè)落地的一個關(guān)鍵問題。