摘要：行業(yè)需求“煉丹爐”煉就激光雷達(dá)“火眼金睛”

導(dǎo)語(yǔ)：數(shù)字化與智能化正在對(duì)工業(yè)生產(chǎn)流程進(jìn)行全面重塑，智能制造產(chǎn)業(yè)細(xì)分領(lǐng)域涌現(xiàn)出眾多黑馬企業(yè)。在工業(yè)與機(jī)器人兩大需求的共同推動(dòng)下，激光雷達(dá)這一傳感硬件終端的應(yīng)用市場(chǎng)展現(xiàn)出超千億元的前景。

隨著工業(yè)4.0的深入推進(jìn)，“機(jī)器人+”概念不斷深入各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，從傳統(tǒng)的工業(yè)制造領(lǐng)域，到新興的服務(wù)領(lǐng)域，再到醫(yī)療、教育、娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。而機(jī)器人核心零部件作為影響機(jī)器人價(jià)格、產(chǎn)量的核心因素之一，卻遲遲無(wú)法突破。在此背景下，大量國(guó)產(chǎn)自主化技術(shù)企業(yè)不斷涌現(xiàn)，上海思嵐科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“思嵐科技”）就是其中之一。

為此，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)專訪思嵐科技聯(lián)合創(chuàng)始人&CTO黃玨珅，就激光雷達(dá)及自主定位導(dǎo)航的技術(shù)突破及難點(diǎn)應(yīng)用進(jìn)行了深入交流，以下是專訪提煉。

思嵐科技是一家專注于解決機(jī)器人在陌生環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)能力問(wèn)題的公司，提供機(jī)器人中關(guān)鍵的激光雷達(dá)和導(dǎo)航定位解決方案。

激光雷達(dá)產(chǎn)品的發(fā)展過(guò)程并非線性關(guān)系，不存在從機(jī)械式掃描發(fā)展到半固態(tài)掃描的固定模式。激光雷達(dá)產(chǎn)品是為了滿足不同領(lǐng)域的需求而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。因此，多類激光雷達(dá)共存才是行業(yè)常態(tài)。

目前，市面上的定位和場(chǎng)景構(gòu)建技術(shù)主要依賴于視覺(jué)雷達(dá)和激光雷達(dá)這兩種雷達(dá)技術(shù)。視覺(jué)雷達(dá)在大型場(chǎng)景和復(fù)雜場(chǎng)景中的優(yōu)勢(shì)在于其定位的可靠性更高，可以提供更豐富的視覺(jué)信息，劣勢(shì)則是對(duì)障礙的感知能力較差，且容易受光線和環(huán)境影響，使機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)自主避障和移動(dòng)。激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于具有更高的精度和穩(wěn)定性，可以直接完成障礙物掃描，但在一些環(huán)境變化較大或場(chǎng)景較大的情況下，其定位能力可能會(huì)稍顯不足，并且成本相對(duì)較高。

在談及實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中如何應(yīng)用視覺(jué)SLAM（即時(shí)定位與地圖構(gòu)建）和LIDAR（雷達(dá)） SLAM時(shí)，思嵐科技聯(lián)合創(chuàng)始人&CTO黃玨珅說(shuō)道，“思嵐的觀點(diǎn)是這樣的，我們一直以來(lái)的選擇是以機(jī)械式激光雷達(dá)作為基礎(chǔ)核心，混合視覺(jué)SLAM技術(shù)以滿足那些特殊產(chǎn)品的需求。目前這種方案已經(jīng)在客戶場(chǎng)景中使用了很多年，混合方案的需求也是不斷增加。”

圖1 RPLIDAR A1

激光雷達(dá)在機(jī)器人領(lǐng)域中占據(jù)重要地位，可以說(shuō)是機(jī)器人的核心傳感器之一。在早期，能夠?yàn)闄C(jī)器人提供激光雷達(dá)的產(chǎn)品主要由德國(guó)SICK（西克）和日本Hokuyo（北陽(yáng)）壟斷，且價(jià)格昂貴。隨著時(shí)間的推移，思嵐科技在2014年推出了第一款民用激光雷達(dá)“RPLIDAR A1”，這款產(chǎn)品不僅降低了激光雷達(dá)的售價(jià)和成本，還使得機(jī)器人行業(yè)能夠批量使用。黃玨珅說(shuō)道，“思嵐科技推出的A系列和S系列激光雷達(dá)都是采用DTOF（飛行時(shí)間測(cè)距）技術(shù)，這種激光雷達(dá)可以獲得更遠(yuǎn)的測(cè)量距離和更高的采樣頻率。這使得服務(wù)機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人中的AMR（自主式移動(dòng)機(jī)器人）大規(guī)模使用成為可能，同時(shí)也大大降低行業(yè)成本和門檻。”

圖2 思嵐雷達(dá)系列產(chǎn)品

“我們看到，目前工業(yè)界大規(guī)模使用的是機(jī)械式激光雷達(dá)，但是機(jī)械式激光雷達(dá)因其存在軸承老化、進(jìn)灰，所以大部分的機(jī)械式雷達(dá)因?yàn)閳?chǎng)景需求被固態(tài)激光雷達(dá)搶占了市場(chǎng)。”黃玨珅表示，思嵐科技能夠在采用機(jī)械掃描的情況下實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行，主要可靠性高和使用壽命久這兩個(gè)原因。

傳統(tǒng)的機(jī)械式雷達(dá)在使用過(guò)程中，由于不斷的高速旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，容易出現(xiàn)磨損和疲勞現(xiàn)象，導(dǎo)致其壽命較短。思嵐科技在解決機(jī)械式雷達(dá)壽命短的問(wèn)題上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種光磁融合技術(shù)，通過(guò)將光學(xué)和磁學(xué)原理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)的無(wú)接觸、無(wú)磨損運(yùn)行。避免了傳統(tǒng)機(jī)械式雷達(dá)中存在的磨損和疲勞問(wèn)題，提高雷達(dá)的使用壽命。同時(shí)，就激光雷達(dá)傳感器本身而言，思嵐經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)優(yōu)和迭代，攻克了激光雷達(dá)在面對(duì)深色物體、細(xì)小物體、玻璃鏡面等高反射物體時(shí)“看”不準(zhǔn)確的窘境。結(jié)合激光雷達(dá)在應(yīng)用場(chǎng)景中會(huì)產(chǎn)生的拖尾、噪點(diǎn)等干擾難題，思嵐科技也一并解決，讓激光雷達(dá)“看清”環(huán)境中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，給機(jī)器人更好的“指引”。

“思嵐科技近期還推出了SLAMkit。從硬件結(jié)構(gòu)上來(lái)看，它主要包括激光雷達(dá)、定位協(xié)處理模塊和授權(quán)軟件程序。對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)，只需得到授權(quán)，就可以在計(jì)算平臺(tái)上使機(jī)器人具備建圖和定位能力，簡(jiǎn)化了中間研發(fā)、測(cè)試、適配的過(guò)程。”黃玨珅表示，SLAMkit是一種業(yè)內(nèi)全新的、具有極高價(jià)值的產(chǎn)品新形態(tài)。

圖4 SLAMkit

在探討機(jī)器人的移動(dòng)能力構(gòu)建時(shí)，需要關(guān)注兩大核心要素。首先是機(jī)器人的視覺(jué)能力，即機(jī)器人能夠準(zhǔn)確感知環(huán)境中的障礙物和其他信息的能力。其次是機(jī)器人的大腦功能，即能夠基于所感知的信息做出相應(yīng)決策。黃玨珅說(shuō)，“作為行業(yè)上游，我們始終重視這兩方面的發(fā)展，將產(chǎn)品線分為兩大類：一是機(jī)器人的“眼睛”，即激光雷達(dá)產(chǎn)品線；二是機(jī)器人的“小腦”，即導(dǎo)航定位方案產(chǎn)品線。”

這兩大產(chǎn)品的完美結(jié)合就是思嵐的機(jī)器人底盤產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)化底盤產(chǎn)品是一個(gè)多學(xué)科融合的復(fù)雜系統(tǒng)。它涵蓋觸控技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件、電池電源管理等多個(gè)領(lǐng)域，也包括光學(xué)技術(shù)和導(dǎo)航定位技術(shù)。將這些復(fù)雜的技術(shù)和概念整合生產(chǎn)整機(jī)，是一項(xiàng)相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。思嵐科技推出標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人移動(dòng)底盤產(chǎn)品系列，將傳感器、導(dǎo)航算法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、電池、硬件設(shè)備和軟件等集成在一起，為機(jī)器人提供移動(dòng)能力、電源管理能力和云端遠(yuǎn)程實(shí)施與控制能力。

市場(chǎng)上大多數(shù)機(jī)器人的硬件配置較高，這是因?yàn)樵谶M(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)缺乏軟件協(xié)同，因此需要占用更多的資源。對(duì)于機(jī)器人而言，只有軟硬件協(xié)同，對(duì)算法體系和基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算性能，同時(shí)消耗更少的資源。以AGV機(jī)器人為例，通常有兩塊主板，一塊負(fù)責(zé)機(jī)器人的核心算法，如運(yùn)動(dòng)優(yōu)化和控制，使用英特爾X86處理器；另一塊主板負(fù)責(zé)用戶交互，使用ARM處理器。黃玨珅說(shuō)道，“思嵐科技已經(jīng)實(shí)現(xiàn)使用單塊低成本的ARM主板同時(shí)實(shí)現(xiàn)算法運(yùn)行、用戶交互以及更好的定位性能，相較于競(jìng)品有著更大的優(yōu)勢(shì)。”

在軟件設(shè)計(jì)上，黃玨珅認(rèn)為ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)，Robot Operating System）作為學(xué)術(shù)界軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)優(yōu)雅，但工程化水平和運(yùn)行效率相對(duì)較低，同時(shí)對(duì)內(nèi)存和CPU的要求較高。為了解決這一問(wèn)題，思嵐科技自主設(shè)計(jì)了一套不基于安卓和ROS的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)RoboStudio。“ROS生態(tài)正在蓬勃發(fā)展，一些客戶對(duì)此有需求。因此，RoboStudio軟件體系也將通過(guò)ROS形式為客戶提供兼容，”黃玨珅說(shuō)道。

對(duì)于機(jī)器人企業(yè)而言，需要兩條腿走路，一方面提供機(jī)器人移動(dòng)能力，另一方面提供電源管理能力及云端遠(yuǎn)程實(shí)施與控制能力，以幫助客戶更好地實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。這種平臺(tái)化模式允許用戶根據(jù)自身實(shí)際需求和場(chǎng)景要求，進(jìn)行自主化的微調(diào)，以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。這樣的設(shè)計(jì)理念旨在為用戶提供更加靈活、個(gè)性化的使用體驗(yàn)，同時(shí)也提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。黃玨珅表示，機(jī)器人的平臺(tái)化與汽車平臺(tái)化戰(zhàn)略類似，一個(gè)汽車平臺(tái)可以推出一系列不同的汽車產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行微調(diào)，以滿足不同產(chǎn)品的需求，并設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、技術(shù)不同的機(jī)型。

作為機(jī)器人核心傳感器，激光雷達(dá)技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定尤為重要。思嵐科技積極與業(yè)界其他企業(yè)、國(guó)家部委合作，主導(dǎo)或參與多項(xiàng)激光雷達(dá)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。其次，作為最早提供激光雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)化接口的公司，思嵐科技設(shè)計(jì)的激光雷達(dá)接口和軟件接口已經(jīng)成為行業(yè)中的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。黃玨珅表示，“我們很高興看到，思嵐設(shè)計(jì)的接口能成為行業(yè)內(nèi)的一大標(biāo)準(zhǔn)，也希望友商能夠在此基礎(chǔ)上推出更優(yōu)秀的產(chǎn)品，滿足客戶的需要。”

作為國(guó)內(nèi)最早從事激光雷達(dá)生產(chǎn)的廠家之一，思嵐科技在海外的學(xué)術(shù)界和愛(ài)好者市場(chǎng)都享有極高的品牌影響力。目前，在思嵐的年度營(yíng)收中，有超過(guò)30%占比來(lái)自海外市場(chǎng)。從去年開(kāi)始，思嵐科技在新加坡設(shè)立了海外分支機(jī)構(gòu)，以便能夠更好地服務(wù)海外客戶。利用大量完全國(guó)產(chǎn)化自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和零組件，立足國(guó)內(nèi)，面向全球，以新加坡這樣的分支機(jī)構(gòu)作為海外支點(diǎn)，進(jìn)一步拓展海外市場(chǎng)。黃玨珅表示，“從目前的情況來(lái)看，海外市場(chǎng)在明年的增長(zhǎng)預(yù)期非常可觀。”

未來(lái)，激光雷達(dá)系統(tǒng)的性能和可靠性將持續(xù)提升，相信激光雷達(dá)技術(shù)的市場(chǎng)需求也將進(jìn)一步增長(zhǎng)。希望思嵐科技能夠不斷推出具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品和服務(wù)，為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

文章來(lái)源于：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)雜志《思嵐科技：激光雷達(dá)行業(yè)中的“基普喬格”》