【新闻摘要】 扫地机市场的爆发,越来越多的机器人厂家和人工智能厂家涌入这个市场,竞争越来越激烈,各种新概念层出不穷,如何区分扫地机导航技术的代别和一些概念,可以通过扫地机的技术演进来划分,基本上可以分为四代。
【家电资讯网-家电资讯-小家电2018-09-28】
扫地机市场的爆发,越来越多的机器人厂家和人工智能厂家涌入这个市场,竞争越来越激烈,各种新概念层出不穷,如何区分扫地机导航技术的代别和一些概念,可以通过扫地机的技术演进来划分,基本上可以分为四代。
第一代扫地机是采用了随机行走的策略
第一代扫地机是采用了随机行走的策略,美国iRobot公司在2002年第一次推出的。此策略的基本特点是:随机行走碰到障碍物或墙壁之后,随机的角度反弹回来。那么经过若干次的这种随机折返,以概率来覆盖全房间的地面。该方法简单有效,但是漏扫率很高,重复清扫率效果也很差。后来在此技术的基础上,给扫地机增加了碰撞、超声、墙检传感器,让扫地机可以围绕着墙边、凳子腿儿做一些智能性的行走,弥补了这种算法的一些不足。
第二代扫地机是以惯性导航技术为基础
第二代扫地机是以惯性导航技术为基础,来引导扫地机器人行走。惯导,包括IMU硬件和配套的导航算法,其中IMU含有陀螺仪和加速度计,因此称为六自由度传感器。初期价格高昂和技术复杂度高,多见于军用领域。随着技术的发展,IMU现在可以做到一片硅基芯片上,芯片级惯导就出现了,价格也越来越便宜。
装载惯导芯片的扫地机,可以比较精确的走出弓字形、回字形、螺旋形,结合红外信号的引导回充充电座,甚至可以实现比较精确的回家充电功能。
因为惯导芯片可以精确的记录扫地机的行动轨迹,所以当扫地机碰撞到墙壁或者障碍物的时候,也可以记录下这一个障碍物的位置,那么由此形成一个碰撞出来的地图。但是惯导芯片有一个难以解决的问题,就是累积误差。所以惯导芯片导航技术形成的碰撞出来的地图是不可靠的,一般的厂家也不敢把这个地图展现给用户来查看。
惯导技术制造的扫地机在简单的和比较小的房间里,它的行走轨迹还是比较准确的。但是在大房间或者是障碍物比较多的房间,因为行走的时间比较长,惯导芯片的累积误差就越来越严重,我们就会看到它开始乱走了。
二代半扫地机
二代半扫地机,既然惯导芯片的致命问题是累积误差,那么有没有办法解决呢?也是有的,解决办法就是用视觉定位的方法,对累积误差作修正。视觉定位的典型代表有三个厂家,一个是LG,LG在2002年就申请了一项专利技术,采用一个朝向天花板的摄像头,通过天花板上的一些特征点,来修正惯性导航芯片的累积误差。第二个是iRobot公司,为了规避LG的专利,iRobot公司的摄像头没有直接朝上指向天花板,而是用45度的方式朝向斜前上方,结合天花板和墙壁上的一些特征点做累积误差的修正。第三个就是英国的dyson公司,dyson公司是一个朝上的摄像头,但是在摄像头的上方有一个广角镜或者是一个抛物线的反射镜,那么他可以采集四面墙壁的图像信息,利用墙壁上的特征点来做累积误差的修正。
dyson可以说把这种技术做到了极致,以至于他碰撞出来的地图,也可以展现给用户来查看。不过注意到一个细节,他的地图在清扫过程中是展现不出来的,只有清扫完成之后才会蹦出这个地图。那么这个地图,对于扫地机的事先智能路径规划就起不到什么作用,我们仍然感觉到这一代扫地机还是碰撞的。
第三代扫地机是地图导航的扫地机
第三代扫地机是地图导航的扫地机,也就是扫地机能够自己事先形成地图,然后依靠地图中的墙壁和障碍物,做智能的路径规划,引导扫地机更精确、更灵活的在房间当中行走和清扫。要事先形成地图,必须依靠测距传感器,扫地机上用到的测距传感器目前有三种类型:
一种是美国Neato公司发明的单点结构光旋转的三角测距传感器,也经常被称为点激光雷达。第二种是用单点TOF测距的旋转传感器,该方法以LG为代表。第三种是用固态线结构光三角测距方法实现测距的传感器,也被称为线激光雷达。
第三代扫地机的突出特点是可以在手机app上事先形成地图,并实时观看到地图的修正结果、机器人的行走轨迹和路径规划。该代扫地机在大房间、复杂环境以及跨房间等多种环境下,都可以实现良好的地图绘制和行走路线规划,用户使用体验非常良好。
点激光雷达也称为旋转雷达,线激光雷达也称为固态雷达,它的区别是看扫地机的头顶上有没有顶着一个旋转的雷达舱。因为有雷达舱的存在,所以扫地机在通过沙发底下和床底下的时候通过性不会那么好,容易被卡住。另外,旋转雷达因为机械结构有旋转部件,所以往往寿命只有一千小时左右。旋转雷达的优点是有360度的距离信息,所以在形成地图的时候算法比较简单,很多整机厂家自己就可以编写slam的算法。
固态雷达安装在扫地机的正前方,或者是侧前方,没有凸起的雷达舱,所以通过性比较好。另外固态雷达因为没有旋转部件,所以它的寿命往往超过一万小时。但是固态雷达只有不超过120度的距离信息,所以用它来实现slam算法有一定的难度,目前整机厂商都是和方案商合作来设计的。
第四代扫地机
第四代扫地机技术还不成熟,争论很多,基本共识应该是从二维的平面地图形成一个三维的地图,以此来实现更好的环境感知、路径规划以及避障。三维地图的形成需要有三维测距传感器,三维测距传感器包括3D结构光测距传感器、多线旋转雷达、tof面阵雷达以及vslam四种技术。
3D结构光测距传感器的典型应用代表是iPhone X的Face ID,是被苹果收购的以色列PrimeSense公司的技术。
多线旋转雷达和TOF面阵雷达因为成本比较高,目前应用还不广泛。
vslam分为单目和双目两种,技术的目标是依靠摄像头实现很低成本的三维测距,但是因为摄像头内部参数标定的量产工艺问题还没有解决,所以vslam目前的测距数据很难用来形成精确的地图。
综合来看,目前第四代测距绘图技术还不成熟,更多的是实验室产物,距离规模化民用还有一段距离,如果在现阶段有品牌宣称采用的是第四代技术的话,基本可以断定是偷换概念虚假宣传。
但是随着市场的需要以及深度成像技术的不断演进,或许在一两年后,就会有真正的四代扫地机面世。
扫地机还是扫地机器人
从用户的使用体验上来说,因为第一代、第二代扫地机从行走模式和路径规划上看起来太傻,经常撞来撞去,所以一般用户都把它称为扫地机。第三代扫地机的用户体验非常好,能直观看到地图和智能路径规划,所以可以称为智能机器人。
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