SLAM及應(yīng)用

大多數(shù) SLAM 系統(tǒng)至少有兩個主要組件： 

1. 距離測量

所有 SLAM 解決方案都包含某種設(shè)備或工具，允許機(jī)器人或其他車輛觀察和測量周圍的環(huán)境。

這可以通過相機(jī)、其他類型的圖像傳感器、LiDAR 激光掃描儀技術(shù)甚至聲納來完成。本質(zhì)上，任何可用于測量位置、距離或速度等物理屬性的設(shè)備都可以作為 SLAM 系統(tǒng)的一部分。 

2. 數(shù)據(jù)提取

一旦計算出這些測量結(jié)果，SLAM 系統(tǒng)就必須有某種軟件來幫助解釋這些數(shù)據(jù)。這方面也有多種可用選項，從一系列隔行算法到其他類型的復(fù)雜掃描匹配。

不過，所有這些“后端”解決方案本質(zhì)上都有相同的目的：它們提取距離測量設(shè)備收集的傳感數(shù)據(jù)，并用它來識別未知環(huán)境中的地標(biāo)。

正常運行的 SLAM 解決方案可以看到測距設(shè)備、數(shù)據(jù)提取軟件、機(jī)器人或車輛本身以及涉及的附加硬件、軟件或其他處理技術(shù)之間持續(xù)的相互作用。

所有這些元素都根據(jù)用例而變化，但為了讓任何 SLAM 系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地探索其環(huán)境，所有這些元素必須無縫地協(xié)同工作。 

激光雷達(dá)和 SLAM

利用光來確定不熟悉物體位置的測距設(shè)備被稱為LiDAR 傳感器。

LiDAR 掃描儀是任何同步定位和測繪解決方案的最 佳和最 受歡迎的選擇之一

LiDAR 技術(shù)（光檢測和測距的縮寫）通過向目標(biāo)發(fā)射激光并測量信號返回所需的時間，利用光能從表面收集數(shù)據(jù)。然后，該數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建高度準(zhǔn)確的 3D 模型和地圖。 

由于 LiDAR 幾乎不需要任何光線即可運行，因此配備 LiDAR 的 SLAM 系統(tǒng)可以收集人眼難以觀察的任何障礙物或地標(biāo)的精 確、高精度數(shù)據(jù)。2D LiDAR SLAM 通常用于倉庫機(jī)器人，3D LiDAR SLAM 則廣泛用于從采礦作業(yè)到自動駕駛汽車的各個領(lǐng)域。 

話雖如此，在某些情況下，LiDAR 可能不是 SLAM 系統(tǒng)的正確選擇。 

如果障礙物不多或者障礙物距離很遠(yuǎn)，機(jī)器人或車輛可能很難將自己與激光雷達(dá)的點云對齊。這可能會導(dǎo)致設(shè)備失去其位置并偏離航線。 

此外，激光雷達(dá)技術(shù)需要相當(dāng)多的處理能力，雖然激光雷達(dá)技術(shù)的成本和尺寸正在迅速下降，但聲納或傳統(tǒng)相機(jī)等其他距離測量設(shè)備可能仍然是許多用例和價位的正確選擇。 

SLAM（同步定位和建圖）應(yīng)用

1. 清潔機(jī)器人

有趣的是，SLAM 技術(shù)在普通家庭中的首批應(yīng)用之一是掃地機(jī)器人。

清潔機(jī)器人實際上是關(guān)于同步定位和地圖繪制工作原理的最 佳教程之一。如果沒有 SLAM，清潔機(jī)器人只能在地板上隨機(jī)移動。它無法檢測到障礙物，這意味著它會不斷撞到椅子或腳。它也無法“記住”它已經(jīng)清潔過的區(qū)域，這從一開始就違背了自主吸塵器的全部目的。 

然而，通過 SLAM，機(jī)器人能夠越過它已經(jīng)覆蓋的區(qū)域（映射），并且能夠避開任何障礙物或地標(biāo)（定位）。它還能夠同時（同時）完成這兩件事，這使其成為 SLAM 技術(shù)如何在家庭內(nèi)外發(fā)揮作用的完美示例。 

2. 娛樂 

2021 年 12 月，華特迪士尼公司獲得了基于 SLAM 技術(shù)運行的“虛擬世界模擬器”專利

通過持續(xù)跟蹤游客不斷變化的視角，虛擬世界模擬器允許多個用戶在現(xiàn)實世界主題公園景點內(nèi)體驗動態(tài) 3D 環(huán)境，而無需使用眼鏡或耳機(jī)。 

根據(jù)該專利，這個虛擬世界模擬器有一天可以使用 SLAM 技術(shù)將道具、藝術(shù)甚至動畫角色等所有內(nèi)容直接投射到現(xiàn)實世界的場地中。這種基于 SLAM 的技術(shù)超越了虛擬或增強(qiáng)現(xiàn)實，有能力徹底顛覆主題公園世界和整個娛樂行業(yè)。

3. 醫(yī)學(xué)

SLAM 正在醫(yī)療領(lǐng)域用于幫助手術(shù)室的醫(yī)生，使手術(shù)變得更輕松、更微創(chuàng)。

通過在人體外部和內(nèi)部使用 SLAM 技術(shù)和自主技術(shù)，醫(yī)生現(xiàn)在能夠快速、更準(zhǔn)確地識別問題并使用 SLAM 制定解決方案。 

醫(yī)療 SLAM 可以為外科醫(yī)生提供患者體內(nèi)物體的“鳥瞰圖”，而無需進(jìn)行深切口。通過快速準(zhǔn)確地顯示患者體內(nèi)動態(tài)物體的 3D 模型，SLAM 技術(shù)將在未來許多年繼續(xù)用于協(xié)助手術(shù)和其他醫(yī)療工作。

4. 自動駕駛汽車

由于 SLAM 技術(shù)專門致力于幫助自動駕駛物品在未知位置找到路徑，因此 SLAM 和自動駕駛汽車密切相關(guān)是有道理的。

事實正是如此——事實上，SLAM 是自動駕駛汽車在世界上行駛的主要方式。 

自動駕駛汽車可以使用 SLAM 軟件來識別從車道線到交通信號燈再到道路上其他車輛的所有內(nèi)容。SLAM 比 GPS 技術(shù)更準(zhǔn)確、反應(yīng)更靈敏，很可能成為釋放自動駕駛汽車真正潛力的關(guān)鍵。

隨著未來幾年越來越準(zhǔn)確的 SLAM 解決方案的出現(xiàn)，自動駕駛汽車幾乎肯定會成為大眾市場首先實施這些解決方案的領(lǐng)域之一。

SLAM 無人機(jī)

我們上面沒有提到最后一個實施領(lǐng)域，那就是 SLAM 與無人機(jī)的交互。

無人機(jī)和其他無人機(jī)的 SLAM 是不斷發(fā)展的技術(shù)中最令人興奮的發(fā)展領(lǐng)域之一，并且有許多 SLAM 系統(tǒng)和無人機(jī)相遇的尖端項目。 

但無人機(jī)的 SLAM 到底是什么？ 

嗯，對于任何自主無人機(jī)要成功完成其預(yù)定操作，它都需要能夠知道自己的位置，創(chuàng)建周圍環(huán)境的地圖并規(guī)劃到達(dá)目的地的飛行路徑。

如果它處于不斷變化的環(huán)境中，就像許多商業(yè)和工業(yè)無人機(jī)一樣，它需要在相對較短的時間內(nèi)動態(tài)地完成所有這些工作。 

換句話說，這是SLAM實施的完美情況。  

SLAM 解決方案能夠支持實時無人機(jī)自主操作，允許各種無人機(jī)根據(jù)途中的物體、地標(biāo)和障礙物立即改變其飛行路徑。使用 LiDAR 掃描儀和 SLAM 軟件，所有不同類型的無人機(jī)都可以準(zhǔn)確、動態(tài)地改變其路徑和操作，而無需任何人工干預(yù)。 

需要注意的是，有些無人機(jī)的飛行速度太快，許多 SLAM 系統(tǒng)無法準(zhǔn)確測量。 

然而，通過結(jié)合SLAM、激光雷達(dá)掃描儀和其他測繪和成像系統(tǒng)，飛行速度較慢的無人機(jī)可以對許多危險或難以到達(dá)的地點進(jìn)行3D建模，包括洪泛區(qū)、茂密的森林、夜間事故現(xiàn)場、水下救援遺址、考古發(fā)掘等等

當(dāng)然，正如多次提到的，您需要的 SLAM 系統(tǒng)或 LiDAR 掃描儀的具體類型在很大程度上取決于您的預(yù)期用例。

雖然選項和種類一開始可能令人眼花繚亂，但 SLAM 解決方案和無人機(jī)技術(shù)最令人興奮的事情之一是它幾乎可以針對任何項目進(jìn)行定制。通過組合不同的 SLAM 組件和無人機(jī)類型，您可以創(chuàng)建用于幾乎任何用途的 SLAM 無人機(jī)。