世界上有越來(lái)越多的機(jī)器人在許多不同的環(huán)境中與人并肩工作。一些公司開始采用復(fù)雜的同步定位和映射（SLAM）功能來(lái)實(shí)現(xiàn)真正的自主性。但是，像許多機(jī)器人技術(shù)一樣，正確實(shí)現(xiàn)SLAM仍然非常困難。要使其在不斷變化的環(huán)境和條件下在現(xiàn)實(shí)世界中可靠地工作，甚至更加困難。要讓一個(gè)自主機(jī)器人在一個(gè)相對(duì)均勻的環(huán)境中進(jìn)行定位和導(dǎo)航，可能需要花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元和數(shù)月的艱苦的試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)。要讓更多的機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室，部署到為人類建造的環(huán)境中承擔(dān)真正的任務(wù)，需要精確性、計(jì)算效率和更低成本的解決方案。

開源軟件是機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)。它使團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中相對(duì)快速且經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)和制作機(jī)器人原型。隨著更多的設(shè)計(jì)師使用它和反饋代碼，開源庫(kù)變得更加全面。它是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。在另一端，你可以定制代碼，這些代碼是為完成特定任務(wù)的特定機(jī)器人的特定功能而創(chuàng)建。對(duì)于該機(jī)器人來(lái)說(shuō)，這可能是非常有效和可行的，但這是一個(gè)昂貴的解決方案，很難在承擔(dān)不同角色的不同機(jī)器人中重用不同的硬件和傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)下一個(gè)飛躍，機(jī)器人行業(yè)需要在現(xiàn)實(shí)世界中可靠、有效、靈活且經(jīng)濟(jì)高效的軟件，以便集成到更廣泛的機(jī)器人平臺(tái)中，并進(jìn)行優(yōu)化以有效利用有限的計(jì)算、電源和內(nèi)存資源。打造強(qiáng)大到足以在現(xiàn)實(shí)世界中部署在數(shù)千個(gè)機(jī)器人中的價(jià)格的“商業(yè)級(jí)”軟件，是該行業(yè)面臨的下一個(gè)挑戰(zhàn)。

在硬件領(lǐng)域，尤其是處理器領(lǐng)域，該行業(yè)已經(jīng)圍繞著為包括機(jī)器人在內(nèi)的自主系統(tǒng)的邊緣處理需求而開發(fā)的少量設(shè)備展開。Arm參考設(shè)計(jì)正迅速成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，NVIDIA、高通、Mediatech和德州儀器等芯片制造商創(chuàng)造了一系列完美適應(yīng)機(jī)器人需求的選項(xiàng)。但是在這種性能下，軟件需要小心謹(jǐn)慎，并與對(duì)處理器的要求保持一致。嵌入式處理器必須用有限的資源同時(shí)運(yùn)行大量的任務(wù)。確保每一個(gè)的最大效率，同時(shí)最大限度地減少所需的內(nèi)核和內(nèi)存數(shù)量，對(duì)于創(chuàng)建不僅功能強(qiáng)大而且價(jià)格合理的機(jī)器人至關(guān)重要。

不要忽視SLAM的效率

SLAM只是整個(gè)自主堆棧的一個(gè)元素，但它很好地說(shuō)明了密切關(guān)注任何算法對(duì)處理器和內(nèi)存的要求的重要性。在實(shí)驗(yàn)室甚至在受控的“真實(shí)世界”環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試，很容易忽略SLAM系統(tǒng)使用資源的效率。單個(gè)系統(tǒng)通常是單獨(dú)測(cè)試的，所以如果SLAM軟件突然開始消耗2到3倍的計(jì)算資源，它可能會(huì)被忽視。只有當(dāng)其他系統(tǒng)同時(shí)依賴同一個(gè)微處理器時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)問題。一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是增加更多的處理器內(nèi)核，但在商業(yè)部署中，這給每個(gè)機(jī)器人增加了巨大的成本，嚴(yán)重限制了商業(yè)可行性。

我們的研究和基準(zhǔn)測(cè)試表明，許多開源甚至是商業(yè)的SLAM算法不僅對(duì)計(jì)算和內(nèi)存資源都提出了很高的要求，而且高度不可預(yù)測(cè)。這些峰值和處理器和內(nèi)存需求的大幅波動(dòng)對(duì)于開發(fā)人員來(lái)說(shuō)很難設(shè)計(jì)。針對(duì)平均需求進(jìn)行設(shè)計(jì)存在以下風(fēng)險(xiǎn)：峰值可能使處理器不堪重負(fù)，無(wú)法完成其他任務(wù)，或者無(wú)法及時(shí)完成SLAM估計(jì)。為避免這種情況，開發(fā)人員被迫根據(jù)峰值需求確定處理器需求，結(jié)果是最終他們?yōu)楣栊酒Ц读顺鏊璧馁M(fèi)用。

準(zhǔn)確、穩(wěn)健且具有商業(yè)可行性

與最近的最新開放源代碼替代方案相比，此處的圖表說(shuō)明了SLAMcore軟件的資源需求。兩組軟件均以“開箱即用”狀態(tài)運(yùn)行，沒有其他特定的調(diào)整。兩者均與Arm v8.2架構(gòu)處理器在同一系統(tǒng)上運(yùn)行，并使用立體聲RGB攝像機(jī)和慣性測(cè)量單元（IMU）從同一傳感器設(shè)置中獲取數(shù)據(jù)。

這些圖顯示了在相同數(shù)據(jù)上運(yùn)行的處理器負(fù)載和內(nèi)存使用情況。顯然，使用開源軟件對(duì)處理器的平均需求和最大需求都更高。峰值與平均處理器使用量之間的差異也更大，從而更難估計(jì)需求。內(nèi)存也是如此。如圖所示，開放源代碼系統(tǒng)在計(jì)算映射時(shí)迅速對(duì)內(nèi)存資源提出了更高的要求。更加有效的內(nèi)存管理減少了機(jī)械手對(duì)內(nèi)存的總體需求，從而再次節(jié)省了成本。內(nèi)存效率更高的映射也可以更快地處理，從而實(shí)現(xiàn)更精確的SLAM。

實(shí)際上，軟件的效率意味著使用相同的資源可以更快地處理更多數(shù)據(jù)。這些圖表明，開源軟件無(wú)法實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。實(shí)際上，它的運(yùn)行速度比實(shí)時(shí)運(yùn)行速度慢2.8倍，這意味著在實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)，將丟失近三分之二的傳感器數(shù)據(jù)。這將嚴(yán)重影響準(zhǔn)確性和可靠性。

比較開放源代碼和SLAMcore算法，在該圖中顯示的準(zhǔn)確性度量中可以看到類似的差異。同樣，來(lái)自同一機(jī)器人的完全相同的數(shù)據(jù)，映射了相同的辦公環(huán)境。開源解決方案不僅提供了更大的誤差（0.04米，而僅有0.015m），而且變化也更低，這表明性能的可預(yù)測(cè)性和魯棒性更高。

這些差異很重要，一致且計(jì)算效率高的軟件使設(shè)計(jì)人員更容易預(yù)測(cè)有效SLAM所需的正確計(jì)算資源量。準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性能對(duì)于任何可商業(yè)部署的解決方案都是至關(guān)重要的。