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移動機器人，如何靠AI起飛？

《“十四五”機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出，2025 年，我國將成為全球機器人技術創(chuàng)新策源地、高端制造集聚地和集成應用新高地。

隨著規(guī)劃戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進，在機器人技術日新月異的今天，國產機器人成果豐碩，移動機器人（AMR /AGV）作為制造業(yè)轉型升級中的重要角色之一，隨著倉儲物流行業(yè)的不斷發(fā)展和機器人技術的逐步成熟，正逐漸成為物料搬運場景應用中的主力軍。

無論是傳統(tǒng)的 AGV，還是新興的 AMR，盡管目前國內外許多產品已能夠完成物料運輸?shù)墓ぷ?，但面對日益復雜的非結構化應用場景（如工業(yè)制造、倉庫、物流、戶外環(huán)境），企業(yè)對移動機器人的智能化水平提出了更高的要求。復雜多變的現(xiàn)實環(huán)境，要求機器人不僅能感知宏觀的運動與變化，更需具備靈活的避障以及導航能力，以應對沖撞、實時定位等各種挑戰(zhàn)。

圖片來源：NVIDIA

為了推動移動機器人向更全面智能化邁進，AI 領域的領導者——NVIDIA 也帶來了突破性的技術進展。在今年 3 月份的 GTC 2024 上，NVIDIA 發(fā)布了為 AMR/AGV 開發(fā)的參考工作流——Isaac Perceptor，可為機器人提供先進的視覺 AI 技術，助力企業(yè)快速構建可在非結構化環(huán)境中進行感知、定位和操作的穩(wěn)健 AMR。這不僅向行業(yè)展示了 NVIDIA 在移動機器人領域所帶來的創(chuàng)新成果，更預示著 NVIDIA 正引領著整個移動機器人行業(yè)，邁向技術革新與感知能力飛躍的新紀元。

專為移動機器人量身定制，可實現(xiàn) 360° 視覺感知

高效感知是移動機器人的核心競爭力。移動機器人在各行各業(yè)中的發(fā)展過程，本質上是一個以智能化移動機器人取代固定、機械生產方式的過程。因此，要想突破應用的邊界，還需要進一步強化“機器人”屬性，不斷提高其智能化水平。具體到實際應用，移動機器人除了要能夠自主行駛，還應具備環(huán)境理解、適應動態(tài)環(huán)境和準確識別障礙物等高效感知的能力，為此，視覺技術在移動機器人領域的深入應用至關重要。

NVIDIA 的 Isaac Perceptor 便是一套專為移動機器人設計的硬件加速軟件包，它基于 NVIDIA Isaac 機器人操作系統(tǒng)（ROS）構建，憑借高精度多攝像頭感知、高效的AI加速、強大的VSLAM能力、實時的3D場景重建，以及高效的時間同步與仿真開發(fā)等特點，在移動機器人技術領域展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。

仔細來看，Isaac Perceptor 最關鍵的功能便是多攝像頭和3D環(huán)繞視覺，它能夠以每秒 30Hz 的頻率處理每臺攝像頭高達 16.5M 個深度點。這種高密度的數(shù)據(jù)處理能力確保了機器人在復雜環(huán)境中能夠捕捉到更多細節(jié)，從而實現(xiàn)更精準的環(huán)境感知。通過來自立體攝像頭的時間同步圖像對，Isaac Perceptor 還能夠計算出立體視差，進而生成深度圖像或點云。這一過程為機器人提供了豐富的三維空間信息，有助于其更好地理解和適應環(huán)境。

其次，在 AI 加速方面，Isaac Perceptor集成了高效的半監(jiān)督深度神經網絡（ESS DNN），為基于深度神經網絡的立體視差計算提供了GPU加速支持。這種加速能力使得機器人在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時能夠保持高效率，從而更快地做出決策和響應。對于需要高精度路徑規(guī)劃的任務，開發(fā)者可以通過 GPU 加速的運動規(guī)劃器（如 cuMotion），顯著縮短周期時間，這種加速能力也使得機器人在執(zhí)行復雜任務時能夠更加迅速。

ESS DNN 檢測 5 米處的障礙物（圖片來源：NVIDIA）

通過系統(tǒng)級的環(huán)境分析，快速在機器人系統(tǒng)中建立實時環(huán)境模型，也可助力機器人在充分理解環(huán)境的前提下自主規(guī)劃。Isaac Perceptor 具備強大的視覺同步定位和地圖繪制能力，基于NVIDIA CUDA Visual SLAM庫，Isaac Perceptor 可使機器人在無特征環(huán)境中也能夠實現(xiàn)精準導航，翻譯誤差小于 1%。

在最新的更新中，cuVSLAM 結合了來自多個立體攝像頭的并發(fā)視覺里程估計，顯著提高了導航的準確性和穩(wěn)定性。實驗表明，使用多個攝像頭的機器人能夠持續(xù)實現(xiàn)其導航目標，而使用單個攝像頭時實現(xiàn)目標的幾率不到 25%。

Isaac ROS Visual SLAM 使用一個攝像頭與使用兩個攝像頭和四個攝像頭的比較

（圖片來源：NVIDIA）

Isaac Perceptor 的核心是 nvblox 庫，這是一個使用 CUDA 加速的 3D 場景重建庫。它能夠識別最遠五米外的障礙物，以提供 2D 成本圖，并在 300 毫秒內進行更新。這種實時的3D場景重建能力為機器人提供了精確的環(huán)境模型，有助于其更好地進行路徑規(guī)劃和避障。

使用 Isaac ROS nvblox 進行體素 3D 重建，包括懸置障礙物重建

（圖片來源：NVIDIA）

此外，Isaac Perceptor 能夠在傳感器數(shù)據(jù)采集時間不超過 100 毫秒的情況下實現(xiàn)精確的多傳感器時間同步，確保了機器人能夠同時獲取到多個傳感器的數(shù)據(jù)，并進行準確的融合處理。Isaac Perceptor 還提供了用于仿真開發(fā)的傳感器參考模型（在 NVIDIA Isaac Sim 中），這使得開發(fā)者能夠在虛擬環(huán)境中對機器人進行測試和驗證，從而加快開發(fā)進度并降低開發(fā)成本。

總之，Isaac Perceptor 基于 AI 的強大功能使得移動機器人的視覺更敏銳、判斷更準確、理解更深入，解決原來只有基于人類認知才能解決的問題，使機器人可以快速切入各個場景大顯身手，安全隱患無處遁形。

科技實力盡顯，落地應用大有可為

具體到應用，NVIDIA Isaac Perceptor 適用于各種需要自主導航和感知能力的場景，包括但不限于倉儲物流、工業(yè)車間與醫(yī)院等。

現(xiàn)階段，移動機器人市場仍屬于競爭型市場，行業(yè)集中度正逐年提升，越來越多的倉儲設備/集成商也開始加大在移動機器人產品、技術等領域的布局。那么，在能聽到市場“炮火聲”的地方，企業(yè)更需進行深度技術合作及開拓新應用，不斷提升企業(yè)核心競爭力，這樣才能在市場中立于不敗之地。

NVIDIA Isaac Perceptor 的早期合作伙伴中既有倉儲/內部物流行業(yè)的領先企業(yè)，也有汽車/工業(yè)機器人制造商和集成商，包括 ArcBest、比亞迪電子、Gideon、凱傲、Kudan、idealworks、RGo 和泰瑞達機器人。

今年6月份，RGo Robotics 就曾宣布將把 NVIDIA 的 Isaac 技術集成到其感知平臺中，為 AMR 提供更先進的視覺功能。

RGo 表示，其感知引擎是一種用于定位、障礙物檢測和場景理解的人工智能和視覺系統(tǒng)，通過將其與 NVIDIA Isaac Perceptor 加速庫相結合，移動機器人可以在新設施中快速設置，客戶由此可以在幾個月內快速部署移動機器人，并且在任何環(huán)境中穩(wěn)定運行它們。

圖片來源：RGo Robotics

汽車巨頭子公司比亞迪電子也表示正在利用NVIDIA Isaac Perceptor進行全系列 AMR 的開發(fā)，并進一步提出一套完整的工廠物流解決方案。

據(jù)了解，Isaac Perceptor 的多攝像頭 3D 環(huán)視功能為比亞迪電子 AMR 提供了強大的視覺感知能力，使其能夠更準確地識別周圍環(huán)境，實現(xiàn)自主避障和導航。通過采用 NVIDIA Jetson Orin 高性能人工智能系統(tǒng)級模塊，尤其是激光雷達和視覺感知模塊，從而將激光雷達、IMU、輪速計等多傳感器融合技術結合，AMR 可達到在室內大面積且復雜動態(tài)環(huán)境中進行實時高精度建圖和定位的強大能力，以此實現(xiàn)高效、精準的物流作業(yè)。

通過應用 NVIDIA Isaac Perceptor 技術開發(fā)的 AMR，比亞迪電子成功優(yōu)化了生產流程中的物流環(huán)節(jié)，AMR 的自主導航和精準作業(yè)能力顯著提高了生產效率與安全性，也為企業(yè)大幅降低了生產成本。

此外，ArcBest 的 Vaux Smart Autonomy AMR 叉車和前移式卡車也使用了 Isaac Perceptor。集成相關技術后，機器人獲得了更好的感知、語義感知導航和 3D 映射，在倉庫、配送中心和制造設施的物料搬運過程中，能夠順利進行障礙物檢測。

圖片來源：ArcBest

客戶的體驗和滿意度是企業(yè)的終極目標，這些合作伙伴的成功案例進一步證明了 Isaac Perceptor 在移動機器人感知領域的卓越性能和廣闊應用前景。值得注意的是，目前一些傳統(tǒng)移動機器人主要使用 2D 激光雷達或 3D 激光雷達進行檢測，前者功能有限，無法看到的低洼危險或懸掛物等障礙物，后者成本高昂，不利于企業(yè)進行成本控制，而 Isaac Perceptor 通過提供基于多個攝像頭且不影響功能的解決方案，在大幅提高移動機器人避障水平的同時，助力企業(yè)完美實現(xiàn)降本增效，這正是移動機器人企業(yè)提升核心競爭力的關鍵所在。

如今移動機器人主要應用于倉儲、產線中，但在智能制造時代，行業(yè)仍具有很大的想象空間，而 AI 技術將為移動機器人行業(yè)注入源源不斷的發(fā)展動力。

從技術革新到行業(yè)應用，再到生態(tài)系統(tǒng)建設和用戶體驗的改善，NVIDIA Isaac Perceptor 利用最先進的生成式 AI 和仿真技術，正在為移動機器人行業(yè)帶來前所未有的技術革新，也預示著未來更多領域的自動化和智能化可能性。未來，隨著 AI 技術的不斷進步和行業(yè)的深入合作，NVIDIA 將持續(xù)在 AI 乃至機器人行業(yè)中扮演重要角色，對于 NVIDIA 而言，其對機器人市場的探索才剛剛開始。