普渡機(jī)器人技術(shù)升級(jí)，動(dòng)態(tài)感知算法和IoT的雙重突破

隨著商用服務(wù)機(jī)器人的關(guān)注度和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，人與機(jī)器人的交互場(chǎng)景已成為必須面對(duì)的議題。例如，機(jī)器人如何在通道中與人相對(duì)行走，如何避免突然穿越的行人，如何處理人從后面“插隊(duì)”或“超車(chē)”的情況，以及如何應(yīng)對(duì)突然改變方向的人。這些問(wèn)題與我們?cè)诘缆飞像{駛的情況有許多相似之處。

實(shí)際上，作為一種低速無(wú)人駕駛方案，商用服務(wù)機(jī)器人必須解決場(chǎng)景的復(fù)雜性和細(xì)分化。在人與人的交通行為中，大多數(shù)情況已經(jīng)有了約定俗成的規(guī)則，但在封閉或半封閉環(huán)境中的人機(jī)交互，卻帶來(lái)了許多新的問(wèn)題。

隨著普渡機(jī)器人進(jìn)入了越來(lái)越多的場(chǎng)景，開(kāi)始展示出了強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力。復(fù)雜的環(huán)境使普渡機(jī)器人變得“更聰明”、“更穩(wěn)定”，多個(gè)產(chǎn)品綜合解決方案正在多維度引領(lǐng)全球服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的技術(shù)趨勢(shì)，代表了該領(lǐng)域的最新技術(shù)突破方向，這也幫助普渡在市場(chǎng)上取得了領(lǐng)先地位。

▍感知算法動(dòng)態(tài)化升級(jí)

在核心技術(shù)方面，許多人機(jī)交互難題的最大挑戰(zhàn)在于動(dòng)態(tài)感知算法。例如，商用服務(wù)機(jī)器人在擁擠復(fù)雜的商業(yè)環(huán)境中行駛時(shí)，導(dǎo)航和避障就需要考慮到動(dòng)態(tài)環(huán)境的多變性，確保機(jī)器人能夠快速地檢測(cè)物體，以合適的方式避開(kāi)行人、寵物、孩子。這對(duì)于人機(jī)安全非常重要。同時(shí)，部分環(huán)境還要求確?？蛻?hù)和餐廳工作人員能夠輕松使用機(jī)器人并與之互動(dòng)，這需要機(jī)器人能夠更“理解”環(huán)境。

需要復(fù)雜交互的動(dòng)態(tài)環(huán)境，對(duì)動(dòng)態(tài)物體的處理難度無(wú)疑遠(yuǎn)高于處理靜態(tài)物體的難度。因?yàn)殪o態(tài)障礙物感知大多可以?xún)H依賴(lài)激光雷達(dá)或者rgbd等傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這些傳感器，機(jī)器人可以檢測(cè)到障礙物的存在，只需要知道障礙物與機(jī)器人的相對(duì)位置，就可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的路徑規(guī)劃。

然而，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入人流量較大的環(huán)境，面對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)障礙物時(shí)，如果仍然像處理靜態(tài)環(huán)境那樣處理，沒(méi)有對(duì)未來(lái)障礙物的速度和位置進(jìn)行計(jì)算，就非常容易發(fā)生碰撞。

實(shí)際上，這種高動(dòng)態(tài)環(huán)境很難通過(guò)等待的方式實(shí)現(xiàn)通行，而需要機(jī)器人能夠首先識(shí)別障礙物的語(yǔ)義信息，例如判斷障礙物的類(lèi)別：椅子，行人，或者桌子等。其次，如果知道這個(gè)障礙物是動(dòng)態(tài)障礙物，就可以通過(guò)連續(xù)多幀的跟蹤來(lái)獲取此動(dòng)態(tài)障礙物的速度和運(yùn)動(dòng)方向，以預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間此動(dòng)態(tài)障礙物的運(yùn)動(dòng)軌跡。最后，機(jī)器人在進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)針對(duì)此動(dòng)態(tài)障礙物未來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，提前進(jìn)行避讓?zhuān)尩?，停止等操作，?jīng)過(guò)這樣一個(gè)復(fù)雜的處理過(guò)程，才能更好地避免機(jī)器人與動(dòng)態(tài)障礙物的碰撞。

目前，普渡科技的產(chǎn)品中已經(jīng)展現(xiàn)出了兩種動(dòng)態(tài)感知算法的實(shí)現(xiàn)方式。例如普渡巧樂(lè)送機(jī)器人采用了RGBD DL的實(shí)現(xiàn)方式，主要使用深度學(xué)習(xí)算法，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）來(lái)訓(xùn)練模型，使其能夠檢測(cè)和分類(lèi)不同的物體，并通過(guò)在圖像中檢測(cè)到物體的位置和邊界框，可以實(shí)現(xiàn)物體識(shí)別。這種技術(shù)方案對(duì)于算力的要求較高，因此成本也相對(duì)較高。

普渡貝拉機(jī)器人則主要采用了單線(xiàn)雷達(dá)+RGBD的技術(shù)方案，該方案主要使用隨機(jī)森林的方法篩選出跟人腿類(lèi)似的雷達(dá)點(diǎn)云聚類(lèi)，rgbd點(diǎn)云聚類(lèi)，根據(jù)雷達(dá)點(diǎn)云聚類(lèi)和rgbd點(diǎn)云聚類(lèi)的置信度，來(lái)進(jìn)行后融合處理，提取出行人，再用卡爾曼濾波對(duì)多幀行人進(jìn)行跟蹤，來(lái)計(jì)算行人運(yùn)動(dòng)的方向和速度，進(jìn)而預(yù)測(cè)出行人未來(lái)一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)軌跡，這種方式硬件限制低，普及性更高，也是普渡推出后，目前市場(chǎng)上較為主流的技術(shù)方案。

作為這兩類(lèi)算法最早的使用者和推廣者，普渡機(jī)器人的動(dòng)態(tài)感知算法相對(duì)而言依然具有顯著優(yōu)勢(shì)。例如在預(yù)判障礙物的運(yùn)動(dòng)軌跡的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性上，以及后續(xù)根據(jù)預(yù)測(cè)做出避讓等動(dòng)作的決策魯棒性上，普渡機(jī)器人領(lǐng)先于同行。

動(dòng)態(tài)感知算法對(duì)終端的價(jià)值點(diǎn)不言而喻。其不僅提高了場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)的安全性，還能夠減少因發(fā)生碰撞而帶來(lái)的沖突和麻煩，強(qiáng)化了機(jī)器人復(fù)雜場(chǎng)景的處理能力。在難以解決的場(chǎng)景，普渡機(jī)器人已經(jīng)根據(jù)對(duì)環(huán)境的和場(chǎng)地的感知識(shí)別，來(lái)做到對(duì)相應(yīng)場(chǎng)地更合適運(yùn)行速度：比如在十字路口可以減速通過(guò)等。

普渡實(shí)現(xiàn)了兩種動(dòng)態(tài)算法后，又對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了嚴(yán)格的環(huán)境測(cè)試和驗(yàn)證，這些測(cè)試涉及對(duì)每種環(huán)境條件進(jìn)行的50 次試驗(yàn)。在這些實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的評(píng)估中，機(jī)器人展示了令人印象深刻的能力，可以同時(shí)檢測(cè)最多 8 名行人。

此外，在該實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，機(jī)器人還通過(guò)識(shí)別距其所在位置最大距離 5 米內(nèi)的物體來(lái)展示其強(qiáng)大能力，當(dāng)遇到移動(dòng)速度從每秒0.2米到每秒2米的動(dòng)態(tài)障礙物時(shí)，機(jī)器人更是表現(xiàn)出100%的驚人避免碰撞成功率。這一卓越性能凸顯了集成到這些機(jī)器人中的動(dòng)態(tài)感知功能有效性。

▍IoT技術(shù)賦能更大場(chǎng)景

不僅是高可靠性和魯棒性的動(dòng)態(tài)感知算法，隨著機(jī)器人品類(lèi)不斷擴(kuò)展，機(jī)器人覆蓋更大面積，機(jī)器人可能涉及到更多跨空間樓層的狀況。那么，與現(xiàn)有餐廳和配送系統(tǒng)等既有環(huán)境的無(wú)縫集成對(duì)于流暢的用戶(hù)體驗(yàn)至關(guān)重要。

這是由于目前在許多場(chǎng)景下，缺乏明確的規(guī)則來(lái)管理在公共空間運(yùn)行的商用服務(wù)機(jī)器人，因此如何讓機(jī)器人能夠更好通過(guò)自動(dòng)門(mén)、實(shí)現(xiàn)梯控，或者完成遠(yuǎn)程傳呼，解決環(huán)境的不可預(yù)測(cè)性，確保機(jī)器人能夠有效地通行，傳達(dá)其意圖并應(yīng)對(duì)復(fù)雜的社交情況，是動(dòng)態(tài)感知算法之外機(jī)器人能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)環(huán)境和場(chǎng)景升維的可拓展方向。

由于服務(wù)機(jī)器人品類(lèi)較新，且缺乏專(zhuān)業(yè)的集成商，為此，不少商業(yè)服務(wù)機(jī)器人企業(yè)都自主在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了很多的集成延展，ioT技術(shù)就是普渡更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)一體化產(chǎn)品解決方案的重要方式，這些ioT細(xì)分技術(shù)也讓普渡擁有了更完善的整體解決方案提供能力。

例如在自動(dòng)門(mén)/門(mén)禁領(lǐng)域，普渡開(kāi)發(fā)出了純軟件對(duì)接、硬件對(duì)接兩種方案，從技術(shù)上而言，純軟件對(duì)接普渡主要通過(guò)讓機(jī)器人請(qǐng)求自動(dòng)門(mén)門(mén)禁系統(tǒng)的“開(kāi)關(guān)門(mén)服務(wù)”，機(jī)器人通過(guò)MQTT發(fā)送指令給到門(mén)禁系統(tǒng)，門(mén)禁系統(tǒng)控制門(mén)打開(kāi)。而在硬件技術(shù)上，普渡則主要通過(guò)新增與門(mén)禁和機(jī)器人的通訊系統(tǒng)，讓機(jī)器人通過(guò)藍(lán)牙與普渡自研門(mén)禁模塊通信，門(mén)禁模塊控制門(mén)禁主機(jī)開(kāi)關(guān)門(mén)。

在梯控領(lǐng)域，普渡機(jī)器人能夠完成自主呼叫電梯，自動(dòng)進(jìn)梯和按下目標(biāo)樓層按鍵，抵達(dá)樓層自動(dòng)離開(kāi)。其整套系統(tǒng)通過(guò)模擬人的行為完成機(jī)器人乘梯流程，不控制不破壞不參與電梯的一切內(nèi)部系統(tǒng)，屬于獨(dú)立且安全的電梯物聯(lián)方案，這也非常符合當(dāng)下國(guó)內(nèi)外對(duì)于電梯改造安規(guī)方面的要求。

普渡機(jī)器人針對(duì)不同的場(chǎng)景有著不同梯控技術(shù)，如針對(duì)弱網(wǎng)甚至無(wú)網(wǎng)場(chǎng)景下的普渡自研梯控模塊改造技術(shù)，兼容多個(gè)電梯品牌廠商的云梯控技術(shù)、三方云技術(shù)，能夠更好完成機(jī)器人乘梯。在前不久，普渡已經(jīng)與奧的斯合作，“閃電匣”在日本成功打通梯控技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)與電梯無(wú)縫集成。

目前，許多服務(wù)場(chǎng)景已經(jīng)愿意接受使用商務(wù)服務(wù)機(jī)器人以完成數(shù)字化升級(jí)改造。隨著機(jī)器人進(jìn)入越來(lái)越多的場(chǎng)景，為了擴(kuò)大商用機(jī)器人服務(wù)范圍，往往也開(kāi)始需要對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)進(jìn)行重大改變，以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的需求。

這對(duì)于機(jī)器人企業(yè)不僅提出了某項(xiàng)技術(shù)的要求，而是需要具備整體解決方案的能力。從中也不難發(fā)現(xiàn)，服務(wù)機(jī)器人體系下所涉及的技術(shù)難題并不算少，高動(dòng)態(tài)復(fù)雜人機(jī)交互場(chǎng)景開(kāi)始對(duì)于產(chǎn)品的技術(shù)能力提出了更多要求，技術(shù)開(kāi)始彰顯出更大的場(chǎng)景價(jià)值。

但盡管存在這些挑戰(zhàn)，普渡科技的研究人員正在積極努力克服這些困難，不斷提高服務(wù)機(jī)器人的能力上限，擴(kuò)大服務(wù)機(jī)器人的可應(yīng)用范圍。普渡科技的做法更是展現(xiàn)出，擁有核心技術(shù)的領(lǐng)頭企業(yè)，正通過(guò)技術(shù)迭代，深挖技術(shù)細(xì)節(jié)，持續(xù)優(yōu)化了場(chǎng)景服務(wù)能力，開(kāi)始得到越來(lái)越多的市場(chǎng)青睞，這進(jìn)一步助推企業(yè)對(duì)于核心技術(shù)的重視度越來(lái)越強(qiáng)，形成了“技術(shù)-市場(chǎng)-技術(shù)”的閉環(huán)。

該方式也在一定程度上展現(xiàn)了當(dāng)前機(jī)器人等中國(guó)新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)在市場(chǎng)與技術(shù)上的邏輯關(guān)系，為中國(guó)企業(yè)走向世界展示了新的技術(shù)樣板。