高仙是全球較早從事自主移動技術研發與應用探索的機器人公司之一。成立至今，高仙不斷打磨並完善了機器人全場景移動技術，並通過全球超過50+機型、1萬+機器人終端在5000+行業的落地積累，實現了從室內到室外等不同環境、從清潔到安防等不同業務領域的廣泛應用。高仙機器人全場景移動技術給越來越多的機器賦予了自主移動必需的“軀殼”、“大腦”和“靈魂”。
本篇文章，將概括性的介紹高仙機器人全場景移動技術，未來也將通過《高仙機器人全場景移動技術》系列文章，和大家一起分享高仙在追求全場景移動機器人應用中所遇到的挑戰、思考和技術方案。
什麼是全場景？
所謂“場景”，指的是一個事物存在的、並與之產生相互作用的周遭環境。機器人的應用場景決定了機器人的形態和所需要的技術。我們可以從環境場景和業務場景兩個角度進行分析。
首先是環境場景。這裡環境場景又可以分為兩個維度，即機器人的運行速度和環境的結構化程度。圖1是一個以機器人運行速度和環境結構化程度為橫縱座標的機器人應用象限圖——左下角是以室內家用掃地機為代表的低速、結構化場景，右上角是以開放道路無人駕駛為代表的高速、非結構化場景，應用難度從左下角到右上角依次增大。
圖 1. 移動機器人應用場景圖
其次是業務場景。對於移動機器人來講，目前的業務場景主要包括服務機器人、物流配送、清潔環衛、安防和乘用車無人駕駛。不同的業務場景對於機器人的運行狀態有不同的要求。例如，服務機器人對於人機交互的人性化程度比較高，而其他應用場景則不敏感；無人駕駛乘用車對於運行的舒適度、速度均有很高要求，而物流配送車則主要關心時效性。
目前高仙的機器人全場景移動技術通過50+機型、1萬+終端覆蓋了5000+行業，實現了以清潔、安防、樓宇配送三大垂直領域為主的室內+室外跨場景應用佈局。廣闊的業務場景給高仙帶來了廣闊的發展空間，也帶來了對通用的、全場景的移動機器人技術的迫切需求。通過對市場和技術成熟度的綜合考慮，高仙決定以低速場景為切入點，打通室內結構化環境和室外非結構化環境的自主導航能力，逐步推進全場景移動機器人的研發。
系統架構
高仙全場景移動機器人系統包括機器人端和後臺兩大部分。其中，機器人端包括了機器人上層的核心算法、中層的操作平臺以及下層的硬件系統，後臺包括了各項部署在雲端、用來支撐核心算法的數據管理、系統調度和仿真等基礎能力。機器人端和後臺兩個部分相輔相成，互相配合，共同實現了高仙機器人的導航功能和作業任務。
圖2. 高仙全場景移動機器人系統
如果說硬件是機器人的軀殼，操作系統是機器人的大腦，那麼核心算法就是機器人的靈魂。從功能上看，機器人核心算法包含四大模塊：建圖和定位、環境感知、路徑規劃和運動控制。其中，建圖和定位模塊回答了機器人“我在哪兒的問題”，環境感知模塊告訴機器人它的境遇，路徑規劃模塊回答了機器人“我要到哪兒去”和“如何去”的問題，最後運動控制模塊告訴它如何走好每一小步。
高仙採用SLAM（Simulaneous Localization and Mapping) 技術解決建圖和定位問題。通過對激光SLAM、視覺vSLAM和語義SLAM等多種技術的有效融合，我們提出了SLAM2.0技術，可實現貫通室內和室外全場景的大規模建圖能力、機器人釐米級的精確定位能力、對環境的深度理解力和對地圖進行動態更新的能力。在環境感知方面，高仙開發了一套完整的的多模態多傳感器融合方案。我們綜合利用了激光、視覺攝像頭、深度攝像頭、超聲等多種傳感器模態，結合了機器人學、經典機器學習和深度學習等多種方法，以實現對周圍環境中靜態結構（如室內的桌椅板凳、室外的車道線等）的識別和對動態物體（如行人、車輛等）的檢測、追蹤和行為預測。在路徑規劃和運動控制方面，高仙的自研算法實現了複雜場景中實時高效的路徑規劃和準確優化的運動控制。
全場景的挑戰及思考
在前文中已經提到，廣闊的業務場景給高仙帶來了很大的發展空間，也帶來了很多的技術挑戰。其中最大的挑戰便是，如何用一套導航算法賦能不同環境的、不同業務領域的不同機器人。高仙的解決方法便是抽象建模和功能解耦。
抽象建模
請大家想象兩個機器人，第一個機器人是室外沿著路邊清掃落葉的大型環衛機器人，第二個機器人是室內沿著走廊行走的配送機器人，請大家思考一下他們的異同——雖然這兩個機器人的作業任務、作業環境和作業平臺都不相同，他們的工作本質卻是相同的，即識別一個物理邊界並沿著它行走。高仙在進行算法設計的時候，會對不同任務、不同環境、不同硬件的機器人應用進行建模，抽象並開發通用的基礎技術，力求用同一套算法實現看似迥異的場景應用。
解耦導航功能與業務功能
圖3. 高仙機器人功能解耦
面對全場景應用的挑戰，我們第二個解決思路是解耦，即解耦機器人的導航功能和業務功能，用一套通用的導航算法賦能不同的業務領域。我們打一個比喻就是，洗地機就是“駕駛員”加“清潔工”，安放巡邏機器人就是“駕駛員”加“哨兵”，等等（如圖3所示）。解耦的核心就是將業務邏輯和導航邏輯完全分離，並通過必要的通信完成二者的相互配合。
迭代式閉環開發
圖4. 高仙閉環迭代式開發
機器人技術是一項實驗性極強的技術，它的開發和完善一般需要很長的週期。為了實現產品的快速落地和從實踐中學習，高仙機器人技術的開發遵循著“迭代式”和“閉環”兩個原則。其中，迭代式指的是“不求完美，只求精進”，通過週期性的研發迭代不斷地打磨技術和產品；“閉環”指的是通過各個環節的性能反饋為技術的改進指明方向。高仙的閉環開發包括三個重要的反饋環節，即基於仿真的反饋、基於測試的反饋以及基於用戶真實數據的反饋。
總結
本文概括性的分享了高仙在打磨機器人全場景應用過程中的基本思路，未來我們將通過《高仙全場景移動機器人技術》的系列文章，對機器人的定位與建圖、環境感知、路徑控制與運動規劃等技術的前沿趨勢、高仙的研發思路及挑戰做更詳盡的解析，敬請關注。
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