前言

 

Mid-70激光雷达作为Livox主打低速机器人场景的新品，除了在近处盲区，视场角FOV等相关方面做了优化外，在机器人两个基础的功能，建图定位和避障方面也做了很多技术积累。通过这个案例可以清楚的看到Mid-70应用在类似场景下的可行性和3D激光雷达方案的优势。

 

 

低速机器人方案基本模块

 

 

 

01.

建图定位

 

现阶段低速机器人一般用2D雷达进行建图和定位，虽然技术较为成熟，但是实际使用中还是有一些痛点，主要有两个问题无法解决：

 

a. 2D地图的特征信息较少，比较容易出现重复相似场景下的退化问题，导致定位的丢失或者偏移，而且全局定位的问题也很难解决；

b. 市面上现有的2D定位雷达的量程较短，所以很难支持在室外空旷场景的定位，大部分低速机器人只能在室内运行。

 

为了解决这些痛点，Livox推出了觅道-70激光雷达，同时为了降低客户使用3D雷达的门槛，我们开发并开源了3D建图和定位算法。

 

Livox建图和定位算法是基于LOAM(Laser Odometry And Mapping)算法开发的，LOAM算法可以提取点云中的特征点，然后通过帧间匹配来获得相对位姿，最后累积位姿并优化获得全局的地图。我们根据Livox激光雷达的非重复性扫描的特点对算法进行了适配和优化，之后分别在室内和室外用单台Mid-70，在速度1.2m/s左右的移动平台上进行建图和定位测试。在不使用额外传感器辅助的情况下，仍可获得较好的建图和定位效果。如下图1到图4所示，其中图4中的线路即为重定位获得的位置点连线。

 

图1：室内建图1

 

图2：室内建图2

 

图3：室外建图

 

图4：室内定位测试

 

我们在GitHub上开源用于建图和定位的算法，链接如下：

 

建图：https://github.com/Livox-SDK/livox_mapping

定位：https://github.com/Livox-SDK/livox_relocalization

 

 

02.

避障和识别

 

2D激光雷达由于只有一个平面的检测，用于避障会有不少难以处理的情况，比如工厂产线、餐厅等有悬挂障碍物的室内场景，以及室外需要自主规划的场景等等。对于避障的应用3D激光雷达有先天的优势，不仅可以用于三维空间物体的检测防撞，而且还可以提供轮廓检测和物体识别等上层的算法应用，使机器人自主路径规划成为可能，拓宽了应用领域。

 

具体到实际应用，3D激光雷达的避障和传统2D雷达相比有不少区别，主要可以归纳为以下几点：

 

1. 地面和背景提取

3D激光雷达需要把地面点先过滤掉，考虑到一般低速机器人的应用场景，我们可以设置雷达位姿的初值来实现地面的简单滤除，也可以对地面进行提取来避免地面的干扰，这样也使得小车可以适用于倾斜地面的场景，这是2D雷达无法处理的。我们还可以通过背景建模的方式来剔除背景实物，应用于安防监控领域。

 

2. 多帧点云稠密化

工厂场景中经常需要检测细小的障碍物，而且可能需要较为稠密的点云来进行物体的识别和获得准确的轮廓，此时Livox激光雷达的非重复扫描特性恰到好处，通过使用多帧点云累积来获得密度更高的点云信息。首先使用定位模块获得小车实时的位姿，之后我们将实时点云通过位姿来投影即可获得其在真实场景的目标物位置，相比于传统多线式激光雷达，Mid-70通过多帧点云的累加可以获得很明显的点云稠密化效果。如果场景对数据处理的实时性要求较高，我们也可以保持10Hz的数据输出频率（每秒10帧）。效果如下图5至图8所示，100ms和500ms是对应的积分累加时间，也就是一帧点云和五帧点云。

 

 

03.

物体识别

 

低速机器人，特别是物流配送小车，服务型机器人和产线AGV等都有物体识别的需求。Mid-70激光雷达不仅在近距离识别的精度上表现出色，而且受到强光的干扰比较小，不容易出现干扰的噪点。以下图9到图13是和现在市面上使用较多的一款3D深度相机进行的比较测试，可以清楚的看出3D深度相机在光线下容易产生噪点（下图蓝框中），会对于外形的检测产生负面影响。而Mid-70则不怕光线干扰，而且通过小段时间的累积可以获得更为稠密的点云，获得更好的轮廓估计和物体识别效果。

 

图9：3D深度相机检测标准托盘，距离1.5米

 

图10：Mid-70检测标准托盘@500ms，距离1.5米

 

 

图11：标准托盘实物照片

                       

 

04.

结语

 

建图定位和避障功能是低速机器人最基本的上层算法，而Livox激光雷达新品Mid-70可以很好的支持这两方面的应用。我们配套的生态系统将不断提供更多实用的开源项目，也支持根据具体场景需求的定制化开发。依托于母公司大疆创新强大的供应链优势、规模化生产制造能力和质量管控体系，Livox将持续为低速机器人领域提供最具性价比的3D激光雷达解决方案，与广大合作伙伴一起进一步推动自动化无人化作业的大规模商用进程。