【原创】自研扫地机器人激光雷达,Camsense有何胜算?

winniewei 提交于 周五, 11/08/2019
【原创】自研扫地机器人激光雷达,Camsense有何胜算?

作者:张国斌

以新一代信息通信技术为主要驱动力的新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起,5G技术落地商用、无人驾驶、智慧城市、智慧社区等成为热门话题,而技术落地表现最为明显的,是在于寻常百姓家的变化:智能音响、智慧屏电视、智能扫地机器人......

在智慧家庭领域,单就扫地机器人一个单品,数据预测中国扫地机器人市场就有500亿的规模。但GFK数据显示中国家庭服务机器人在沿海城市的产品渗透率仅为5%,内地城市仅为0.4%,与发达国家16%相比仍有较大差距。这其中的主要原因是扫地机器人价格偏贵,动辄数千元的扫地机器人价格让很多消费者望而却步;另外一个原因是,目前真正算的上智能扫地机器人的比例在3%左右,大部分扫地机器人还停留在“智障”阶段,比如被卡在一个狭小空间不能动弹的、有把家中萌宠的排泄物扫到各个角落的、有不会自己充电工作“殉职”的......现在,深圳一家专注于计算机视觉定位技术研发的创新型公司,通过算法创新和自研芯片,研发了独特的机器人深度测距产品,不仅性能表现优异,而且成本大幅降低。这将有望将机器人测距模块价格大幅度下降,在关键核心零部件部分清除扫地机器的价格门槛,加速扫地机器人普及。     

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欢创科技创始人兼CEO周琨

这家公司就是Camsense【深圳市欢创科技有限公司】,它于2014年成立,一直致力于计算机视觉技术开发,其创始人兼CEO周琨是清华大学工程硕士导师,主要从事计算机视觉与图像处理方向的研究,在该领域深耕长达17年之久。近日笔者专访了周琨, 详细了解了欢创科技的创新技术。  

扫地机器人的挑战

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周琨首先给笔者秀了一个模块,就是上图,这是欢创科技于2018年推出的面向扫地机器人领域高性能的激光雷达产品——Camsense® X1,其性能指标达到行业领先水平。据了解,该产品从2017年8月立项到2018年9月正式量产,仅在短短1年时间内就完成了研发、大量的内部测试以及早期客户共同测试等流程。Camsense® X1具备高水平的测量距离以及测量精度。

 

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周琨曾在2019大湾区国际科创峰会上指出机器人发展有三个核心技术:神经系统、感知网络、运动系统。神经系统主要是让机器人像人脑一样思考决策,这其中涉及到与人工智能相关的大数据技术;感知系统,需要的是各种传感器,比如视觉传感器、摄像头、激光雷达、毫米波雷达等;而运动系统,则需要借助雷达等技术。这三个技术都非常关键,但感知系统长期以来一直被忽视和低估,直到最近几年,局面才得以改观。

“扫地机器人的智能工作,首要解决的就是自主导航和避障,在早期的扫地机器人产品中,主要是通过单纯的碰撞传感器+基础陀螺仪解决路径规划问题,机器人不是在看路,而是在随缘的‘碰’路,同时对于自己扫过的地方记录也不准确,所以清扫成果就全凭运气。”周琨说到,“2010年,美国Neato公司首次把激光雷达引入到扫地机器人中,提升了清扫效果,但问题是激光雷达成本很高,难以普及。”

随着技术的发展,整个激光雷达行业的成本都在明显下降,扫地机器人配备的传感器也越来越多了,而激光雷达作为“眼睛”成为扫地机器人的标配已成为市场共识。例如360的T90扫地传感器就配别了22种传感器,而其“眼睛”就是装备了Camsense欢创科技的激光雷达。

 

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激光雷达导航效率非常高,用户体验好,测距精准,而且无论是白天还是黑夜都能够工作,在建模导航方面完胜其它方案。

欢创科技如何突破?

周琨表示以前扫地机器人中的激光雷达成本占了机器人成本20%以上,导致产品只能做高端,很难普及,所以这个成本是第一大痛点,还有靠“碰”导航的机器人也影响了寿命,归根结底缺乏一个低成本高精度的自主导航方案,Camsense欢创科技就是以此为突破口。

市面上扫地机器人采用的激光雷达,普遍对标的都是Neato,采用工业级Sensor+DSP芯片的技术路线,虽然性能好了但是成本问题依旧没有解决。而Camsense欢创科技采用的是独创的消费级面阵Sensor+自主研发的ASIC芯片,在保证产品性能甚至超行业标准的同时,还把成本降下来了。据了解,基于此技术的激光雷达Camsense® X1垂直视野可达到30-40度,帧率达到2080Hz,为下游客户在成本上节约了40%左右。

“激光雷达有几种测距方式,第一种是几何测距的视觉传感器技术,主要通过对图像拍照,利用基本原理进行测距,这种技术适用于慢速移动的机器人,适合在室内中近距离测距。另一种是飞行时间的激光雷达传感技术(TOF),适用于室外高速运动的远距离测距。TOF距离近了反而不准。”周琨指出,“所以我们采用的是基于几何测距的视觉传感器技术。”       

“我们的方案本质是基于视觉传感器,但是我们利用了激光光源,而且光源360度旋转,所以我们也叫激光传感器,但不同于车载领域的激光雷达靠激光发射和反射来测距,和毫米波一样,本质是利用电磁波原理。”他解释说,“我们是利用激光光源打出一个图案,然后摄像头拍到这个图案,利用几何关系就可以把距离测算出来,这是我们消费级产品的定位原理,定位精度可以达到厘米级。”

此外,Camsense欢创科技还有高精度定位系统——Camsense® M Pro,其本质是激光光源+视觉传感器的组合,该定位系统通过在周边会布置发光源,发光源的位置都是已知的,最终利用PnP原理来测距,最终达到0.5mm级别的定位精度能力。

此系统主要运用在工业机器人领域,可协助客户的产品研发和测试、工业检测等,目前已在华测检测、360、海尔、美的等实验室落地商用。Camsense欢创科技成为业内唯一一家同时具备提供激光雷达和高精度视觉追踪系统的公司。

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关于这个PnP原理原理,大家可以看看下面的解释:

使用PnP原理来进行测量和定位,需要预先知道被测量物体的几何模型,这个几何模型掌握的越精确,定位精度就越精确。测量时,首先需要提取出被测量物体上至少4个不共面的interesting point,然后可以根据这几个point之间的几何模型约束,从而唯一反解出物体的空间位置、姿态以及几何尺寸。

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基于单帧的单目空间测量与定位 

由于基于单帧的单目测量需要预先知道被测量物体的几何模型,从而在计算过程中可以引入约束进行校验,因此可以非常精确的测量出物体的空间位置、姿态。例如Oculus的定位系统,其定位精度就可以达到2-3mm,比起Sony PSVR的双目摄像头来讲,精度提高了一个数量级。

数据显示,2018年中国机器视觉市场规模首次超过100亿元。随着行业技术提升、产品应用领域更广泛,未来机器视觉市场将进一步扩大,预计2019年市场规模将近125亿元。随着人工智能技术深入普及,机器视觉市场必将快速扩大,拥有创新技术的Camsense欢创科技也会迎来厚积薄发式的快速成长!

今日长缨在手,必定缚住苍龙!

注:本文为原创文章,转载请注明作者及来源

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