隨著商用服務(wù)機器人得到了越來越大的關(guān)注和普及，或者說人們當(dāng)前在越來越多的領(lǐng)域能夠“遇見”商用服務(wù)機器人這個“新物種”，一些人機交互場景就成了繞不開的話題。
例如：
1、機器人如何在通道與人相對而行
2、如何避免突然橫穿的行人
3、在直行時，人從后面“變道加塞”機器人
4、在轉(zhuǎn)彎時，人從后面“彎道超車”機器人
5、突然飄逸掉頭的人
這些細節(jié)一眼看去和我們的道路駕駛情況非常類似。實際上作為一種低速無人駕駛方案，場景的復(fù)雜化和細分化是商用服務(wù)機器人必然需要解決的難題。在人與人的交通行為中，這種情況往往已經(jīng)有著約定俗成的規(guī)則，但對于封閉或者半開放環(huán)境中的人機交互，卻意味著非常多的新問題。
本文以中國服務(wù)機器人行業(yè)頭部企業(yè)【普渡科技】為例，對普渡近年來所展示的技術(shù)和解決方案進行了詳細分析。隨著普渡機器人進入越來越多的場景，開始展現(xiàn)出了越來越強的技術(shù)實力，諸多復(fù)雜的細節(jié)性技術(shù)難題正逐一被普渡解決，復(fù)雜的環(huán)境使得普渡機器人“更聰明”、“更穩(wěn)定”，多個產(chǎn)品綜合解決方案更是多維度引領(lǐng)著全球服務(wù)機器人行業(yè)的技術(shù)潮流，代表了該領(lǐng)域最新的技術(shù)突破方向，這也幫助普渡實現(xiàn)了市場領(lǐng)先。
▍感知算法動態(tài)化升級
就核心技術(shù)而言，許多人機交互難題，所涉及的最大難題是動態(tài)感知算法。
以一個場景舉例，商業(yè)服務(wù)機器人在擁擠、復(fù)雜的商用環(huán)境中行駛，導(dǎo)航和避障就需要考慮到多變的動態(tài)環(huán)境，確保機器人能夠快速地檢測物體，以合適的方式避開行人、寵物、孩子，這對于人機安全至關(guān)重要。同時，部分環(huán)境還提出需要確保顧客和餐廳工作人員能夠輕松使用機器人并與之互動等新要求，互動性也需要機器人能夠更“懂事”。
需要復(fù)雜交互的動態(tài)環(huán)境，對于動態(tài)物體的處理難度毫無疑問遠高于處理靜態(tài)物體的難度。因為靜態(tài)障礙物感知大多能夠僅借助激光雷達或者rgbd等傳感器來實現(xiàn)，通過這些傳感器，機器人可以檢測到障礙物的存在，只需要知道障礙物與機器人的相對位置，即可實現(xiàn)簡單的路徑規(guī)劃。
在靜態(tài)障礙物的情況下，機器人的避障能力取決于傳感器的能力，只要傳感器沒有盲區(qū)，或者能檢測到物體，及時停頓等待，大概率就不會發(fā)生碰撞。但當(dāng)機器人進入人流量較大的環(huán)境，面對復(fù)雜動態(tài)障礙物時，機器人如果仍然當(dāng)成靜態(tài)環(huán)境處理，在進行路徑規(guī)劃時并沒有對未來障礙物的速度和位置進行計算，就非常容易碰撞。
就實際場景而言，這種高動態(tài)環(huán)境卻很難再通過等待的方式實現(xiàn)通行，而是需要機器人能夠首先識別障礙物的語義信息，例如判斷礙物的類別：椅子，行人，或者桌子等。
其次，如果知道這個障礙物是動態(tài)障礙物，就可以通過連續(xù)多幀的跟蹤來獲取此動態(tài)障礙物的速度和運動方向，來預(yù)測未來一段時間此動態(tài)障礙物的運動軌跡。
最后，機器人在進行路徑規(guī)劃時針對此動態(tài)障礙物未來的運動軌跡，提前進行避讓，讓道，停止等操作，經(jīng)過這樣一個復(fù)雜的處理過程，才可以更好避免機器人與動態(tài)障礙物的碰撞。
▍普渡動態(tài)感知算法方案解析
普渡科技目前的產(chǎn)品中，就展現(xiàn)出了兩種動態(tài)感知算法的實現(xiàn)方式。
RGBD DL
例如普渡巧樂送機器人，采取RGBD DL的實現(xiàn)方式，主要使用深度學(xué)習(xí)算法，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）來訓(xùn)練模型，使其能夠檢測和分類不同的物體，并通過在圖像中檢測到物體的位置和邊界框，可以實現(xiàn)物體識別。這種技術(shù)方案對于算力的要求較高，因此成本也相對較高。
2、單線雷達+RGBD
例如普渡貝拉機器人，則主要采用了單線雷達+RGBD的技術(shù)方案，該方案主要使用隨機森林的方法篩選出跟人腿類似的雷達點云聚類，rgbd點云聚類，根據(jù)雷達點云聚類和rgbd點云聚類的置信度，來進行后融合處理，提取出行人，再用卡爾曼濾波對多幀行人進行跟蹤，來計算行人運動的方向和速度，進而預(yù)測出行人未來一段時間的運動軌跡，這種方式硬件限制低，普及性更高，也是普渡推出后，目前市場上較為主流的技術(shù)方案。
作為兩類算法最早的使用者和推廣者，普渡機器人的動態(tài)感知算法相對而言依然具有顯著優(yōu)勢，例如在預(yù)判障礙物的運動軌跡的預(yù)測準(zhǔn)確性上，以及后續(xù)根據(jù)預(yù)測做出避讓等動作的決策魯棒性上，普渡機器人領(lǐng)先于同行。
動態(tài)感知算法對終端的價值點不言而喻。其不僅提高了場景運動的安全性，還能夠減少因發(fā)生碰撞而帶來的沖突和麻煩，強化了機器人復(fù)雜場景的處理能力，在難以解決的場景，普渡機器人已經(jīng)根據(jù)對環(huán)境的和場地的感知識別，來做到對相應(yīng)場地更合適運行速度：比如在十字路口可以減速通過等。
普渡實現(xiàn)了兩種動態(tài)算法后，又對機器人進行了嚴(yán)格的環(huán)境測試和驗證，這些測試涉及對每種環(huán)境條件進行的50 次試驗。在這些實驗室環(huán)境的評估中，機器人展示了令人印象深刻的能力，可以同時檢測最多 8 名行人。
此外，在該實驗室測試中，機器人還通過識別距其所在位置最大距離 5 米內(nèi)的物體來展示其強大能力，當(dāng)遇到移動速度從每秒0.2米到每秒2米的動態(tài)障礙物時，機器人更是表現(xiàn)出100%的驚人避免碰撞成功率。這一卓越性能凸顯了集成到這些機器人中的動態(tài)感知功能有效性。*
▍ioT技術(shù)賦能更大場景
不僅是高可靠性和魯棒性的動態(tài)感知算法，隨著機器人品類不斷擴展，機器人覆蓋更大面積，機器人可能涉及到更多跨空間樓層的狀況。那么，與現(xiàn)有餐廳和配送系統(tǒng)等既有環(huán)境的無縫集成對于流暢的用戶體驗至關(guān)重要。
這是由于目前在許多場景下，缺乏明確的規(guī)則來管理在公共空間運行的商用服務(wù)機器人，因此如何讓機器人能夠更好通過自動門、實現(xiàn)梯控，或者完成遠程傳呼，解決環(huán)境的不可預(yù)測性，確保機器人能夠有效地通行，傳達其意圖并應(yīng)對復(fù)雜的社交情況，是動態(tài)感知算法之外機器人能夠進一步實現(xiàn)環(huán)境和場景升維的可拓展方向。
由于服務(wù)機器人品類較新，且缺乏專業(yè)的集成商，為此，不少商業(yè)服務(wù)機器人企業(yè)都自主在技術(shù)上實現(xiàn)了很多的集成延展，ioT技術(shù)就是普渡更進一步實現(xiàn)一體化產(chǎn)品解決方案的重要方式，這些ioT細分技術(shù)也讓普渡擁有了更完善的整體解決方案提供能力。
例如在自動門/門禁領(lǐng)域，普渡開發(fā)出了純軟件對接、硬件對接兩種方案，從技術(shù)上而言，純軟件對接普渡主要通過讓機器人請求自動門門禁系統(tǒng)的“開關(guān)門服務(wù)”，機器人通過MQTT發(fā)送指令給到門禁系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)控制門打開。而在硬件技術(shù)上，普渡則主要通過新增與門禁和機器人的通訊系統(tǒng)，讓機器人通過藍牙與普渡自研門禁模塊通信，門禁模塊控制門禁主機開關(guān)門。
在梯控領(lǐng)域，普渡機器人能夠完成自主呼叫電梯，自動進梯和按下目標(biāo)樓層按鍵，抵達樓層自動離開。其整套系統(tǒng)通過模擬人的行為完成機器人乘梯流程，不控制不破壞不參與電梯的一切內(nèi)部系統(tǒng)，屬于獨立且安全的電梯物聯(lián)方案，這也非常符合當(dāng)下國內(nèi)外對于電梯改造安規(guī)方面的要求。
普渡機器人針對不同的場景有著不同梯控技術(shù)，如針對弱網(wǎng)甚至無網(wǎng)場景下的普渡自研梯控模塊改造技術(shù)，兼容多個電梯品牌廠商的云梯控技術(shù)、三方云技術(shù)，能夠更好完成機器人乘梯。在前不久，普渡已經(jīng)與奧的斯合作，“閃電匣”在日本成功打通梯控技術(shù)，成功實現(xiàn)與電梯無縫集成。
▍結(jié)語與未來
當(dāng)下，非常多的服務(wù)場景已經(jīng)非常愿意接受使用商業(yè)服務(wù)機器人以完成數(shù)字化升級改造。隨著機器人進入越來越多的場景，為了擴大商用機器人服務(wù)范圍，往往也開始需要對基礎(chǔ)設(shè)施和運營進行重大改變，以滿足不斷增長的需求。
這對于機器人企業(yè)不單單是提出了某項技術(shù)的要求，而是需要具備整體解決方案的能力。從中也不難發(fā)現(xiàn)，服務(wù)機器人體系下所涉及的技術(shù)難題并不算少，高動態(tài)復(fù)雜人機交互場景開始對于產(chǎn)品的技術(shù)能力提出了更多要求，技術(shù)開始彰顯出更大的場景價值。
但盡管存在這些挑戰(zhàn)，普渡科技的研究人員正在積極努力克服這些困難，不斷提高服務(wù)機器人的能力上限，擴大服務(wù)機器人的可應(yīng)用范圍，普渡科技的做法更是展現(xiàn)出，具備核心技術(shù)的頭部企業(yè)，正通過技術(shù)迭代，深挖技術(shù)細節(jié)，持續(xù)優(yōu)化了場景服務(wù)能力，開始得到越來越多的市場青睞，這進一步助推企業(yè)對于核心技術(shù)的重視度越來越強，形成了“技術(shù)-市場-技術(shù)”的閉環(huán)。
該方式也一定程度上展現(xiàn)了當(dāng)前機器人等中國新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)在市場與技術(shù)上的邏輯關(guān)系，為中國企業(yè)走向世界展示了新的技術(shù)樣板。
