返回

卷技术、拼价格—移动机器人3D激光应用是大势所趋？

时间：2024-01-08 来源：移动机器人产业联盟

2023年4月，海康机器人发布可兼容 3D 激光和 2D 激光 SLAM 导航的叉取机器人F5-1600A，在10 月的 CEMAT 展会上，该款叉车新增 3D 识别功能，借助两颗 3D 激光雷达完成自主导航和末端识别；5月，未来机器人重磅推出新一代产品——VNST20托盘搬运无人叉车，通过使用一颗3D激光，集成定位、感知、防护功能一体；8月，未来机器人正式发布三款E系列平衡重无人叉车，采用多颗3D 雷达复合定位方式，支持复杂场景更快建图。

除海康机器人及未来机器人外，包括中强光智能、蓝芯科技、新松、九耀智能、井松等一众企业都先后推出了3D导航类的移动机器人产品，从2D到3D，移动机器人厂商们正在不断探索新的技术来实现机器人性能的跃升。

更复杂的环境需要更强大的感知

导航技术变革推动移动机器人应用加速

AGV的发展起源于20世纪50年代，早期传统的AGV多是用电磁导航、磁导航，移动机器人沿着地面预先设定的“轨道”进行点到点运输，这种技术原理简单、成本低，但改变或扩展路径及后期的维护成本较高。这一时期AGV主要应用于汽车和电子工业等行业中的物料搬运和运输。

70年代末期，随着微电子技术的发展，相关厂商开始利用激光雷达和红外线等传感技术，提升AGV的灵活性。随着AGV柔性程度的不断提升，应用范围也逐渐扩大。

步入21世纪，AGV开始涉足更多的领域，对机器人感知系统的要求也越来越高，基于SLAM技术的自然导航类产品开始出现，通过配备激光雷达、摄像头等传感器，AGV不再需要借助任何外部标识，就可以实时感知周围环境，并通过自主决策和路径规划来实现导航。在此背景下，AMR（AutomatedMobile Robot即“自主移动机器人”)概念开始被熟知。

近年来，AMR技术进一步成熟，其落地速度也开始加快。根据CMR产业联盟数据、新战略移动机器人产业研究所统计，2023年中国AMR销售台数约49000台，同比增长60.13%。近年来AMR产品的占比不断提升，2023年已经超越二维码导航产品成为移动机器人第一大细分品类。

从上世纪50年代至今，随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，移动机器人的应用越来越广泛，也越来越复杂。与此同时，移动机器人从简单的、单一功能的自动化设备，发展成为能够应对复杂环境的、具备高度智能的自主化系统。

核心传感器是决定移动机器人性能的关键

从自动导引到自主导航，移动机器人已经实现了革命性的跨越，但在很多场景中，受制于当前阶段技术限制，移动机器人尚未得到很好的应用。

自主导航移动机器人目前主要是依靠SLAM技术来实现，SLAM技术根据其使用的传感器的不同主要又分为激光SLAM和视觉SLAM。

根据CMR产业联盟数据，新战略移动机器人产业研究所统计，2023年，落地的AMR中，激光SLAM产品占比约为90%，视觉SLAM产品占比为10%。激光SLAM仍旧是应用主流。


2023年激光SLAM&视觉SLAM产品应用占比

作为移动机器人的核心传感器，激光雷达性能的突破一定程度上决定着机器人整体的智能化程度。

在激光SLAM的应用中，此前多采用单线的2D激光雷达作为核心传感器，单线激光雷达（2D激光雷达）在角频率及灵敏度上反应更快捷，在测试周围障碍物的距离和精度上十分精准，但单线雷达只能平面式扫描，不能测量物体高度，并没有3D建模的功能。

相较2D激光雷达，3D激光雷达可以扫描立体空间，输出三维点云密集，能够为移动机器人实时定位导航避障提供更为丰富的信息支持，最大程度探测车身周围避障物及地面地形变化。此外，其具有对低反射率物体探测能力强、抗环境光干扰的能力强、雨雾雪尘穿透能力强等优势，可以通用于室内与室外复杂场景。但相对于2D激光雷达而言，3D激光雷达在移动机器人领域属于新应用，此前价格也一直居高不下，因此很多企业也一直处于观望中。

不论是移动机器人本体厂商还是激光雷达厂商，大家都在不断探索更高性能更低成本的智能感知解决方案。

性价比提升，3D激光雷达应用加速

2023年，行业内3D激光导航类产品开始逐渐增多，尤其是从落地层面来看，大部分企业的产品已经迈过了前期的验证阶段，开始在客户现场实现小批量的落地。

价格是3D激光雷达技术在移动机器人领域应用加速的重要前提条件。伴随着行业竞争的不断加剧，降成本成为各大移动机器人厂商的重中之重。此前，3D激光雷达主要应用于自动驾驶行业，近年来，伴随着国内自动驾驶产业的崛起，也带动了一波国产激光雷达厂商的崛起，在一众企业的努力下，3D激光雷达的成本正在不断降低，因此，移动机器人厂商也有了更多的选择。

工业场景：无人叉车厂商的率先试水

在移动机器人众多细分产品中，无人叉车行业对于3D激光雷达的需求相对最为迫切。
当前的无人叉车，导航方式已经完成了由最初的磁导航、二维码导航、激光反光板导航到2D激光SLAM导航的升级，能基本应对大部分室内场景。但随着应用的不断深入，终端客户对无人叉车也提出了更高的要求，客户希望无人叉车实现高效全流程作业，兼容室内外场景，同时希望机器人能够进一步简易化部署设施、实现高度的柔性化。

而2D激光SLAM无人叉车绝大部分的应用场景都局限在室内，且对地平面的倾斜程度，平整程度都有明确要求，加之传感器视域较小，容易受到工况场景内的动态物体影响；对于常见的密集高堆叠、密集高料笼等高变化物流场景，需要借助精确测量的高反条做为增强手段，如此一来，就增加了前期施工与后期维护的成本。

对于市场渗透率不足1%的无人叉车行业而言，要想进一步替代传统人工叉车，实现新的突破，无人叉车必须要突破室内场景桎梏，走向室外，同时要能应对更复杂的作业流程。因此，无人叉车需要更高性能的导航技术作为支撑。在此背景下，3D激光 SLAM技术的应用正在成为越来越多无人叉车厂商的选择。

2021年，无人叉车代表企业未来机器人与览沃就激光雷达赋能无人叉车达成战略合作，在同年的CeMAT展会现场，未来机器人无人叉车搭载了览沃Livox的混合固态3D激光雷达，完美演示了货车无人装卸全流程作业。



2023年5月，未来机器人重磅推出新一代产品——VNST20托盘搬运无人叉车，VNST20通过一颗3D激光雷达，集成定位、感知、防护功能一体，在提升叉车感知定位精度同时，增强车身安全防护功能。VNST20托盘搬运无人叉车重复定位精度可达到±10mm，±0.5°；重复放货自适应精度达到±10mm，±0.5°。

未来机器人VNST20搭载的3D激光雷达亦是来自于览沃科技。览沃科技凭借在激光雷达领域的深厚技术积淀，不仅攻破了制约规模化应用的“成本、可靠性及可量产性”三大瓶颈，而且成为全球首家将激光雷达带入千元级时代的大规模量产厂家。凭借优越性能、价格及可量产性，览沃科技已快速赢得一众自动驾驶及机器人企业的认可。

VNST20此次搭载的MID-360是览沃在今年年初推出的业界首款360°混合固态激光雷达，售价仅3999元。览沃首创棱镜方案，该方案采用光学器件代替传统的机械扫描器件，这种设计使得相较于传统的机械激光雷达，具有更高的扫描速度和更长的使用寿命的同时，拥有更高的性能和更小的体积。



激光雷达小型化更便于机器人集成应用。据览沃相关负责人介绍，Mid-360体积仅有一个网球的大小，相较于觅道系列上一款产品Mid-70缩小近60%，且大部分体积可被嵌入式隐藏，需外露的半球形窗口直径仅为4.5厘米，高度为2.5厘米。小巧的机身不仅为无人叉车设计预留更多空间同时也可以进一步美化车体外观。

在缩小机身的同时，览沃进一步扩大了激光雷达的FOV，首次将混合固态激光雷达的FOV扩大到360°，可帮助无人叉车感知更复杂的3D环境，提升运行与作业现场的安全性。



随着移动机器人被越来越大规模应用，览沃还考虑到了雷达之间的对射以及户外复杂光环境容易带来信号干扰的情况。Mid-360引入了抗干扰的设计，即便在室内多台激光雷达信号混行的环境中，仍能保证互不干扰，稳定运行。同时，Mid-360能抵抗100Klux阳光直射，在室外强光环境下的性能与室内一致出色，可以保障从室外到室外跨场景运行无缝衔接。

在满足无人叉车严苛的场景需求下，这样一颗3D激光雷达的价格不到传统16线机械式的1/3，是光学相控阵激光雷达价格的五分之二乃至十分之一。在极高性价比面前，览沃的MID-360获得了未来机器人的肯定。据悉，截至目前，未来机器人约80%的车型上都采用了基于Mid-360 的多模态融合导航方式，用作无人叉车导航、栈板识别和避障等。而未来机器人之外，览沃也相继与其他移动机器人厂商达成了合作，MID-360在各个性能方面的突破，无疑给移动机器人应用带来了更多可能性。

家庭商用领域：去RTK的有效验证

除了无人叉车面向的工业领域外，Mid-360也已在割草机器人、无人物流车等领域得到广泛应用。

2023年9月，追觅科技首款无边界智能割草机器人 Dreame Roboticmower A1 在 IFA 展会亮相，该智能割草机器人采用 Mid-360 激光雷达，集建图、定位、避障等多重功能于一身。



目前，业内智能割草机器人在定位方面主要有两种技术方案，一是基于惯性导航的埋线式方案，二是非埋线式方案。埋线式方案是当下主流的技术方案，该方案的优势是成本较低，但缺点在于无法实现精准定位，成本还会随着草坪面积增大而增加，且耗时长、布置灵活性差。非埋线方案则一般是依托RTK卫星定位技术与并综合IMU和视觉等其他传感器，来提升割草机的灵活性，但也会面临基站信号易存在遮挡，可能导致定位存在偏差，从而产生漏割、偏移预设路径等问题。

Dreame Roboticmower A1 割草机器人借助Mid-360高精度激光雷达，探测距离可以达到 70 米，360°*59° 全向超大视角，可以全方位感知空间，即时、精准构建庭院 3D 地图。
而面对复杂的户外环境，尤其是在信号需要越过房屋、树木等遮挡物的状况下建图时，Mid-360 高精度激光雷达能够保证信号更加稳定，确保割草机器人高效作业。并结合智能避障算法，基于 Mid-360 激光雷达，割草机器人可实现 3D 全向避障，识别庭院中 10 多种常见障碍物，让割草过程更加安全、顺畅。

除割草机器人以外，Mid-360在无人配送小车、清洁机器人等产品上也已经有了成熟应用。
“我们在2023年3月份发售了Mid-360，但后面一直处于供不应求的状态。”览沃相关负责人透露，目前，Mid-360已经得到了广大机器人用户的认可。

突破边界 走向智能感知新时代

从移动机器人的发展历程以及3D激光雷达的应用中我们得以窥见：导航技术的发展是提升移动机器人智能化的重要突破口。

技术的发展推动机器人应用范围的不断拓展，同时，新的市场需求也在倒逼技术一代又一代革新。

根据CMR产业联盟预测，未来三年内，AMR机器人将在整个工业移动机器人市场中占比有望超过50%，真正实现智能化的移动机器人应用。但目前的自然导航技术不足以应对所有的情形，随着未来AMR应用的进一步深入，导航技术仍是移动机器人需要突破的重点。



未来，全生命周期SLAM、动态目标滤除、多传感器融合、语义分割与识别等是移动机器人进一步提升导航能力的主要路径。在这一过程中，相信3D导航技术的应用将会不断增多。

以览沃为代表激光雷达企业针对移动机器人领域研发相关产品，恰是对这一点很好的印证。“我们第一款产品MID-40推出的时候，就收到了移动机器人厂商的需求。”览沃方面表示，他们一直对移动机器人领域很看好。

作为移动机器人的核心零部件，激光雷达厂商的竞争也将继续围绕技术迭代、提升性能、降低成本展开。而可以预见的是，随着激光导航核心技术的不断突破和迭代，移动机器人的应用边界也将不断拓展。
标签：
市场研究
首页 | 导航 | 关于本站 | 联系我们
中国移动机器人（AGV/AMR）产业联盟
TOP 顶部