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無人機(jī)整機(jī)
無人機(jī)配件
無人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具SLAM(simultaneous localization and mapping)，即時(shí)定位與地圖構(gòu)建。利用SLAM技術(shù)，可以讓機(jī)器人在未知的環(huán)境里實(shí)時(shí)地知道自己在哪里，并同步繪制環(huán)境地圖。在機(jī)器人的定位、跟蹤和路徑規(guī)劃技術(shù)中，SLAM都扮演了核心角色。沒有SLAM的機(jī)器人就好比在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代不能上網(wǎng)的智能手機(jī)，發(fā)揮不了重要作用。非要向不了解SLAM的人簡(jiǎn)單地描述SLAM的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的話，掃地機(jī)器人應(yīng)該就是用來解釋的最佳神器。
從圖中我們可以看出，掃地機(jī)器人能將其所經(jīng)過的區(qū)域繪制成地圖，規(guī)劃清掃路徑，從而進(jìn)行清掃。這種即時(shí)定位與地圖構(gòu)建技術(shù)，就是我們所說的SLAM技術(shù)。要利用SLAM技術(shù)，首先需要機(jī)器人配置至少一個(gè)測(cè)距裝置，通過測(cè)距裝置獲取機(jī)器人周圍環(huán)境的信息。目前比較常見的測(cè)距裝置主要有激光測(cè)距、超聲波測(cè)距和圖像測(cè)距。
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激光測(cè)距 |
超聲波測(cè)距 |
圖像測(cè)距 |
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優(yōu)點(diǎn) |
測(cè)量精度高、效率高、輸出不需要太多數(shù)據(jù)處理 |
水下穿透力強(qiáng)、價(jià)格便宜 |
模仿人類思考，可獲得更多信息， |
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缺點(diǎn) |
價(jià)格比較昂貴、不能水下測(cè)量、測(cè)距玻璃無效 |
測(cè)量精度低 |
輸出需要大量計(jì)算，較暗的房間內(nèi)無法使用 |
由表可見，使用激光測(cè)距方法進(jìn)行距離測(cè)量，可獲取較高的空間定位精度，且運(yùn)算要求較低。這樣的特性使得激光測(cè)距可以很容易地應(yīng)用到SLAM中。為方便大家理解，接下來我們將以二維空間的激光定位技術(shù)來解釋SLAM技術(shù)應(yīng)用的具體過程。
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左圖中三角形表示機(jī)器人，星號(hào)表示路標(biāo)；機(jī)器人首先使用測(cè)距裝置測(cè)量地標(biāo)相對(duì)于機(jī)器人的距離和角度。 |
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接著，機(jī)器人開始進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，到達(dá)一個(gè)新的位置。根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程，機(jī)器人可預(yù)測(cè)其當(dāng)前所處的新位置。 |
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在新的位置，機(jī)器人通過測(cè)距裝備重新測(cè)量各個(gè)地標(biāo)相對(duì)其自身的距離和角度。 |
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(虛線為第一步中通過運(yùn)動(dòng)信息預(yù)測(cè)的機(jī)器人位置) |
由于通過傳感器獲得的信息相對(duì)于通過運(yùn)動(dòng)方程得到的信息更為準(zhǔn)確，機(jī)器人將利用通過傳感器獲得的數(shù)據(jù)更新對(duì)自身位置的預(yù)測(cè)值。 |
上面我們所看到的，是SLAM在二維空間中的應(yīng)用。這個(gè)時(shí)候它只有3個(gè)變量：x軸、y軸和方向角。可在三維世界里，它卻有6個(gè)變量，除3個(gè)位置要素x、y、z外還有3個(gè)姿態(tài)要素roll（橫滾角）、yaw（旋偏角）、pitch（俯仰角），導(dǎo)致相應(yīng)的計(jì)算量增加了不少，但原理是一樣的。
一位大疆無人機(jī)工程師曾坦率承認(rèn)：“所有的關(guān)于無人機(jī)的夢(mèng)想都建立在Slam之上，這是無人機(jī)能飛（具有定位，姿態(tài)確定以后）的時(shí)代以后，無人機(jī)最核心的技術(shù)。”
Phantom 4 Pro無人機(jī)的主動(dòng)避障功能就是一種非常典型的SLAM應(yīng)用。這套避障系統(tǒng)由6個(gè)視覺傳感器、2組紅外傳感器、1組超聲波傳感器、GPS/GLONASS雙模衛(wèi)星定位系統(tǒng)、IMU和指南針傳感器、主相機(jī)和計(jì)算內(nèi)核組成。在飛行中，Phantom 4 Pro通過這些傳感器獲取實(shí)時(shí)圖像、深度、定位等信息，構(gòu)建飛行器周圍的三維地圖并確定自己的位置。
繼大疆之后，5月即將進(jìn)駐蘋果零售店及官方網(wǎng)站的Hover Camera小黑俠無人機(jī)，也采用了SLAM技術(shù)。Hover Camera前置攝像頭拍攝的視頻流將分為三路處理，一路保存到機(jī)身的存儲(chǔ)器上，一路以720p的碼流傳輸?shù)绞謾C(jī)上進(jìn)行視頻預(yù)覽，另一路用來做SLAM定位、建模和人臉識(shí)別運(yùn)算。機(jī)身底部還配有一顆光流攝像頭，通過持續(xù)對(duì)地面攝像，判斷無人機(jī)位置是否發(fā)生了移動(dòng)。底部的聲吶模塊，則用來判斷飛行的高度。
世界知名的無人機(jī)創(chuàng)新公司Parrot，甚至專門推出了ParrotS.L.A.M.dunk套裝，用于機(jī)器人和無人機(jī)的深度開發(fā)，同時(shí)還開放了SDK，便于更多的開發(fā)者調(diào)用接口。感興趣的機(jī)友可以登陸Parrot開發(fā)者論壇，查看詳細(xì)資料。
未來，擁有成熟SLAM技術(shù)的無人飛行器又會(huì)發(fā)揮怎樣的作用？下面一段視頻將給我們帶來無限遐想。
2025-09-17 10:55
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