聚力科技创新 : 激发行业发展新动能

文:2020年第二期

银星智能以“用机器人使生活更美好”为企业使命,以“用科技赋能机器人,成为行业领先的创新平台”为企业愿景。核心价值就是通过自己的技术创新和勤奋让客户更加轻松和更加便利。通过技术创新,提升扫地机器人的用户体验,是扫地机器人市场破局的关键所在,以技术创新为切入点,使扫地机器人能自主学习家庭环境并进行多层面智能规划清扫,将智能机器人在感知与决策技术层面的优势,落地到家庭场景当中,是解决扫地机器人伪智能与同质化的新策略。

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技术创新,砥砺前行

对于消费者而言,扫地机器人是用于解放人力的家庭清洁工具,因此其清洁力度和智能程度是最为关键的两项性能指标。而对于扫地机器人来说,清洁力度和智能程度集中体现在机器人的“结构、硬件、导航技术、AIOT”全面的机器人整机技术能力。

从结构层面,要想使扫地机器人清洁能力大大提升,风机作为清扫动力部件,起着至关重要的作用。风机传统的设计方法往往很大程度依赖于经验,并且受困于空间,设计出来的风机往往周期长,并存在性能不稳定等问题,极大制约了智能扫地机的发展。为解决这一行业痛点,银星智能创新性地推出8kPa大吸力风机设计方案。该方案采用专业的CFturbo流体机械软件和仿真软件Fluent交互式设计,使风机设计具有高度灵活性和可视性,极大缩短风机设计周期和提高风机性能的稳定性。

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基于家用扫地机的具体吸力需求和分机体积等需求,我们就可以得到经过成熟理论设计的初版叶轮和蜗壳,经过Fluent软件的流体力学仿真模拟,可以获得实物风机的流场。通过风机流场和相关数据来观察结构的合理性,反过来调整CFturbo叶轮和蜗壳的参数,再调整风机实物的3D模型,这样就形成了一个风机设计的闭环体系,最终实现标准化的高效风机设计。

在硬件方面,马达是扫地机器人动力的核心。采用永磁无刷直流电机进行驱动,代替了传统的有刷电机的接触式换向器和电刷。相比于传统的有刷马达,无刷直流马达利用定子线圈回路的磁力来驱动永久磁铁的转子,通过传感器与电子电路实现以前利用带刷直流马达的电刷与整流子实现的电流切换。无刷直流马达在电流与转矩、电压与转速成正比这点上,具有直流马达的特点,而在结构上则具有交流马达的特点,结合了两者的优势。且无刷直流马达具有外型小、输出功率大、寿命长、无火花和干扰等优点。

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基于无刷马达的研发经验,继续研发D-TOF激光雷达,相对于现有三角测距激光雷达,D-TOF激光雷达体积更小、精度更高、探测距离更远,更适合于家用扫地机和商用清洁机器人的产业化应用。

导航方案是扫地机器人最重要的技术之一,被誉为扫地机器人的“眼睛”。具有规划式路径模式的扫地机器人是目前市场的主流。路径规划依赖于机器人的定位能力和地图构建能力,目前应用的主要技术是SLAM,中文称作同时定位于地图创建。Localization,定位,在给定地图的情况下,估计机器人的姿态。Mapping,建图,在给定机器人姿态的情况下,估计环境地图。

SLAM的难点在于实时地进行自我定位和构图。SLAM可以理解为,机器人在未知环境中,从一个未知位置开始移动,在移动过程中,依据内置传感器来估计位置和地图构建进行自身定位,同时在自身定位的基础上建造增量式地图,实现机器人的自主定位和导航。

而按照传感器的不同,SLAM可以分为三大类:一是基于IMU的惯性导航。二是基于LDS激光测距传感器的SLAM;三是基于摄像头的视觉SLAM,即VSLAM。按算法不同,我们可以将SLAM分成基于滤波的SLAM,基于图优化的SLAM。稍微提一下,现在也有学者研究基于深度学习的SLAM。其中,激光SLAM起步更早,产品落地已经比较成熟;而VSLAM技术相对于激光SLAM,对环境光干扰能力较弱,激光雷达在实现SLAM的同时也可以起到障碍物避障、沿墙等功能。

一个SLAM系统一般包括了传感器数据输入模块、前端模块、后端模块,和输出模块。输入模块,一般包括两类数据,运动传感器数据(里程计、IMU等),以及路标观测传感器数据(摄像头、激光雷达、TOF、声呐等)。前端模块,一般是处理传感器数据,以及数据对齐,帧间匹配等问题。后端模块,一般是结合前端的信息,进行位姿优化,包括回环检测和后端优化。

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在目前的扫地机器人市场中,多以激光导航技术为主。在高性能上,如今银星智能的惯性导航互补方案已可以完全媲美市场同类型的激光导航方案。

考虑到每一个扫地机器人都是家庭大数据的入口,在物联网方面,银星智能通过自研APP与物联网公司的投资,实现了数据可视化、用户数据管理、版本跟踪、用户自画像、图形化编程等多种功能,使家用扫地机器人在未来智能家居中起到核心作用。

家用扫地机器人、商用清洁机器人、搬运/配送机器人在不同的环境下都是独立的数据入口,在当下5G高速通讯时代,大数据的收集、存储、使用以及与深度学习、人工智能的结合,会有更大的应用市场空间。在此前提下,银星智能开始了自己的云平台开发之路。“银星云”自研IOT平台是提供物联网设备入网的引擎,核心中转站,可以将所有设备通过物联网标准MQTT协议入网,并在设备授权的情况下安全通过手机APP进行控制。

加速智能,共创未来

除了行业中已开始落地的技术,对行业未来发展所需要的技术也开始做前瞻性预言。

3D视觉,就是银星智能研究的方向之一,目前行业中主流的有双目视觉和3DTOF两种3D视觉测量技术。双目技术,是目前较为广泛的3D视觉系统,它的原理就像我们人的两只眼睛,用两个视点观察同一景物,以获取在不同视角下的感知图像,然后通过三角测量原理计算图像的视差,来获取景物的三维信息。但它对于环境光照非常敏感,受光照角度变化、光照强度变化等环境因素的影响,拍摄的图片亮度差别会比较大,这无疑加大了对算法的要求。另外两个摄像头间距限制了其测量范围。TOF(TimeOfFlight)飞行时间法成像技术,它的原理是通过给目标物连续发送光脉冲,然后用传感器接收从物体返回的光,通过探测光脉冲的飞行时间来得到目标物距离。目前,银星智能同时开展了双目视觉和3DTOF相关的SLAM、物体识别等研究,相信在未来会看到更多创新技术的产品。

定位导航技术可以解决机器人本身的感知问题,而人机交互技术可以解决人和机器的交流问题。随着传感器和路径算法的应用,目前市面上的扫地机器人已经具备独立规划清扫路径、断点续扫、多地图保存、智能分区等众多功能。但在个性化消费时代,用户在选购产品已不局限于功能需求,情感上的满足成为购买的决定因素之一。作为智能化程度最高的清洁类产品,扫地机器人在当今“万物互联”转型的大浪潮中,也获得了更加广阔的发展空间。

在行业技术上,银星智能不但自研,还引入了“赛马机制”。即银星智能不但自己做技术创新,还会引进外部的先进技术,实现了技术的互相弥补,查缺补漏。深耕行业15年的银星智能,走到今天,我们不再满足于“今天又攻克了一项技术难题”,而是要“让整个行业去努力填补领先的市场需求”。打造行业技术生态链,不仅可以使扫地机器人各模块拥有最先进的技术,优化产品的使用体验,更能促进整个行业的共同进步,为扫地机器人产品进入全球亿万家庭贡献新力量。

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