巡檢機器人導航和定位方式之激光雷達SLAM

Simultaneous Localization And Mapping,簡稱SLAM，通常是指在機器人或者其他載體上，通過對各種傳感器數據進行采集和計算，生成對其自身位置姿態的定位和場景地圖信息的系統。SLAM技術對于機器人或其他智能體的行動和交互能力至為關鍵，因為它代表了這種能力的基礎：知道自己在哪里，知道周圍環境如何，進而知道下一步該如何自主行動。它在自動駕駛、服務型機器人、無人機、AR/VR等領域有著廣泛的應用，可以說凡是擁有一定行動能力的智能體都擁有某種形式的SLAM系統。當然工廠巡檢機器人、IDC數據機房巡檢機器人也必須具備這個基本的能力。

目前機器人SLAM主要的兩種形式是：基于激光雷達的SLAM(激光SLAM)和基于視覺的SLAM(Visual SLAM或VSLAM)，這一節先講述激光雷達的SLAM。

激光雷達的工作原理與雷達非常相近，以激光作為信號源，由激光器發射出的脈沖激光，打到周圍障礙物上，引起散射，一部分光波會反射到激光雷達的接收器上，根據激光測距原理計算，就得到從激光雷達到目標點的距離，脈沖激光不斷地掃描目標物，就可以得到目標物上全部目標點的數據，用此數據進行成像處理后，就可得到精確的三維立體圖像。

激光雷達采集到的物體信息呈現出一系列分散的、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的改變，也就完成了對機器人自身的定位。

激光雷達距離測量比較準確，誤差模型簡單，在強光直射以外的環境中運行穩定，點云的處理也比較容易。同時，點云信息本身包含直接的幾何關系，使得機器人的路徑規劃和導航變得直觀。

目前比較主流的室內行走機器人（如IDC機房巡檢機器人，工廠巡檢機器人等）幾乎都采用這種導航定位方法。業界著名的激光雷達廠家有美國Velodyne、德國西克、日本北陽等。國內也有好幾家低成本方案的激光雷達廠家，如上海思嵐、深圳鐳神等等，盡管性能和進口產品相比還有不少差距，但是價格卻只有進口品牌的20%左右。再要求不太嚴格的一些場合還是物有所值的。