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迈向具身智能:无人清扫机器人的核心技术挑战

发布时间:2024.12.05

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上世纪80年代,机器人学家汉斯·莫拉维克提出了一个有趣的观点:“对于机器人来说,低级的传感和运动技能反而更难实现,而高级的认知任务相对简单。”

这就是莫拉维克悖论——尽管AI在复杂的认知任务(如下棋、逻辑推理)上表现出色,但在看似简单的感知和运动任务上却显得笨拙。这是因为人类的感知和运动能力经过了数百万年的生物进化,远比我们的逻辑推理能力更为基础且复杂。

无人清扫机器人中,这一问题尤为突出:

表面看起来简单的清扫任务,实际上涉及复杂的环境感知、精细控制和动态决策。因此,仅仅依靠传统的编程和计算并不足以让机器人高效运作,真正的智能还需要深入到机器人与真实物理世界(即环卫作业环境)交互的层面,这正是具身智能的核心理念。

库萨科技作为这一理念的实践者,致力于实现无人清扫机器人与环境的深度交互和智能决策,确保其在复杂多变的场景中维持高效的性能表现。

如何实现具身智能,我们总结了以下三大核心技术挑战:

多模态感知与实时反馈

这是具身智能的重要组成部分,让机器人能够动态感知复杂环境。

基于多模态感知技术,机器人能够像人类一样动用多种感官全面理解周围环境。

     

通过集成视觉摄像头、激光雷达(LiDAR)和红外摄像头,机器人能从不同维度全面感知周围环境,从而实现对作业质量的精细化管理;实时反馈系统则确保机器人能够灵活应对动态环境变化。


库萨科技的无人清扫机器人以AI视觉传感器为感知核心,视觉传感器分布在机器人的不同位置,确保无死角覆盖,使机器人能够全面、准确地捕捉周围环境的信息。


 机身摄像头分布情况 


在实际作业中,机器人一旦检测到障碍物,便会迅速处理传感器数据,生成最优路径规划,避免碰撞;此外,端侧能持续监控清扫效果,对未清洁区域进行识别及补扫,确保作业的安全性和连续性。


 机身前后摄像头拍摄对比 

为了更好应对复杂场景,库萨科技创新性地采用了非均匀分布OCC占用网络——将感知到的环境数据转化为结构化的占据栅格地图,并根据场景复杂度动态调整栅格密度。通过对动态场景的精细化建模,机器人能够在确保做出精确决策的同时精简算力,提高整体运行效率。

 非均匀分布OCC占用网络 

力控制与触觉感知集成

这是具身智能的核心要素,让机器人能够更好地与环境互动。

就像人类依赖多种感官来感知环境而不单是视觉一样,库萨科技的无人清扫机器人除了配备视觉传感器之外,还集成了多种触觉传感器——如力传感器、角度传感器、陀螺仪和加速度计等。这些传感器会实时采集环境数据及机器人状态信息,确保机器人在复杂多变的环境中高效运行。


为了确保数据的准确性,传感器采集的数据会经过预处理,如去噪、滤波和归一化,以确保信息的准确性和一致性;再通过神经网络对处理后的数据进行特征提取,让机器人能够识别环境特征并分析当前状态。


基于大量现实中的标注数据集生成式AI模拟的数据,深度学习模型会针对不同环境的力控制策略进行大量训练,提升机器人的泛化推理能力,从而更好地应对在作业中遇到的各类复杂情况。



 力控制训练逻辑 


在实际作业中,实时传感器数据会被输入到训练好的模型中,模型会根据当前环境状态即时预测合适的力控制策略,并通过控制器精确执行相应动作。同时,力传感器会持续监测机器人在作业过程中施加的力,将反馈数据传输给控制系统,并根据实际情况动态优化控制策略,确保机器人配备的自适应独立扫盘能够执行到位。


就像人类在触摸物体时会调整力度一样,触觉传感器使机器人能够灵敏感知环境变化,精确调整清扫动作。例如在贴近边缘清扫时,机器人能够自动调整力道,避免清扫盘侵入量过大,从而减少磨损并延长使用寿命。


通过持续监测与动态反馈,机器人形成了感知-决策-执行闭环,确保在复杂环境中高效、可靠地运行。


自适应与强化学习能力

这是具身智能的关键,让机器人能够适应各种复杂环境。

有了感知和控制,无人清扫机器人距离成为具身智能体还差一个学习能力——使机器人能够根据实时环境数据和历史经验自主调整决策策略,而不是依赖于固定的预设。


强化学习在这一过程中起到了至关重要的作用。通过与环境的持续互动,机器人能够学习不同场景下的最优策略。例如在清扫过程中,机器人会积累作业数据,识别垃圾分布的规律,并逐步优化清扫路径,提升清扫效率;智能云控平台进一步增强了机器人的自我优化能力。


 机器人自我优化流程 


在实际作业中,机器人会将实时采集到的感知数据上传至智能云控平台;平台通过分析大量历史数据,为机器人提供优化建议并更新清扫策略;机器人再根据平台的反馈,不断调整和迭代优化自己的决策模式。


这种自适应与强化学习能力的结合,使得机器人不再是一个简单的自动化工具,而是一个具备自我进化能力的智能体。


通过数据分析和实时监控,机器人能确保作业质量严格遵循环卫考核标准,并通过实时监控保障作业的连续性和一致性。此外,智能云控平台还为作业质量提供详尽的反馈和评估,提升决策效率,实现与清扫作业要求的完美融合。


 机器人在作业过程中 


结语

随着技术不断发展,无人清扫机器人正逐渐摆脱传统自动化的局限,迈向真正的智能化时代。未来,库萨科技将继续深化具身智能技术,不仅在无人清扫领域,还将在更多复杂场景中实现机器人与环境的深度互动,为城市服务提供更多智能化解决方案。

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