掃地機(jī)器人智能化升級之路：智能決策是關(guān)鍵

智能掃地機(jī)器人作為“新生代”國民新寵，近幾年可謂火爆異常，不過事實(shí)上它并非什么新鮮產(chǎn)物，早在20年前便已進(jìn)入市場。不過早期的版本十分落后，和智能實(shí)在沾不上邊，只能叫做掃地機(jī)，并被當(dāng)時(shí)的用戶吐糟是人工“智障”。用20年“咸魚翻身”，從小眾到大眾，從雞肋產(chǎn)品到成為家庭最受歡迎的消費(fèi)硬件之一，掃地機(jī)器人是如何一步一步從“智障”走向智能的？

開啟掃地機(jī)器人時(shí)代

1996年，由瑞典家電巨頭伊萊克斯制造的第一臺掃地機(jī)“三葉蟲”問世。不過該產(chǎn)品反應(yīng)速度、運(yùn)行速度、機(jī)械進(jìn)行速度較慢，清掃效率低，同時(shí)存在設(shè)計(jì)缺陷且價(jià)格高昂，并沒有引起消費(fèi)者的關(guān)注。但不可置否，作為先驅(qū)產(chǎn)品，雖然有很多不足，但卻開啟了掃地機(jī)器人時(shí)代。早期掃地機(jī)器人多以慣性導(dǎo)航技術(shù)來引導(dǎo)清掃機(jī)器人移動作業(yè)，但由當(dāng)時(shí)硬件薄弱和算法成熟度不足，一直有隨處亂撞、誤差大等問題，導(dǎo)致實(shí)際表現(xiàn)并不理想。

作為掃地機(jī)器人的早期技術(shù)，慣性導(dǎo)航主要利用根據(jù)陀螺儀和加速度計(jì)的測量數(shù)據(jù)，以此確定載體在慣性參考坐標(biāo)系中的運(yùn)動和計(jì)算載體在慣性參考坐標(biāo)系中的位置。 雖然慣性導(dǎo)航技術(shù)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦船等領(lǐng)域，但受限于慣導(dǎo)傳感器的成本，在掃地機(jī)器人上的表現(xiàn)并不理想，主要表現(xiàn)為路線雜亂、覆蓋率低等。

從隨機(jī)碰撞到全局規(guī)劃，開啟智能化之路

慣性導(dǎo)航之后，掃地機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)很長時(shí)間都未能取得技術(shù)突破，直到激光導(dǎo)航技術(shù)出現(xiàn)，讓掃地機(jī)器人進(jìn)入了智能全局規(guī)劃時(shí)代。

清掃路線對比圖

2010年，美國硅谷首先推出了使用激光雷達(dá)測距的清掃機(jī)器人。掃地機(jī)器人通過機(jī)身發(fā)射器發(fā)射激光，遇到障礙物的激光反射，通過計(jì)算發(fā)射器和接收時(shí)間差，計(jì)算障礙物和機(jī)器之間的距離，生成二維地圖，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。Neato清掃機(jī)器人于2010年發(fā)售，使用360度旋轉(zhuǎn)的激光測距儀掃描周圍環(huán)境，進(jìn)行即時(shí)定位和環(huán)境地圖構(gòu)筑(SLAM)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃清掃路線，也是目前市面上主流的掃地機(jī)器人導(dǎo)航方案。

掃地機(jī)器人的未來智能化之路：智能決策

而隨著市場需求的不斷升級，激光導(dǎo)航的弊端逐漸顯露出來，由于激光可獲取的環(huán)境信息單一，在環(huán)境識別上有著天然的劣勢，同時(shí)激光雷達(dá)只能實(shí)現(xiàn)二維避障，容易產(chǎn)生探測盲區(qū)，因此，較少的環(huán)境信息量無法支持掃地機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能決策，這就導(dǎo)致掃地機(jī)器人在避障、交互上有著天然缺陷。因此，如何讓掃地機(jī)器人進(jìn)一步“開智”，便是新一代掃地機(jī)器人的革新方向，要讓它能“看見”，能“看懂”，還要“懂執(zhí)行”，而這其中的關(guān)鍵便是智能決策。

從技術(shù)角度上講，激光導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)了部分信息感知（感知&認(rèn)知）和基于知識的決策。而智能決策則是把信息感知（認(rèn)知）、（基于知識的）決策和執(zhí)行過程有機(jī)地統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)真正的智能化。而實(shí)現(xiàn)智能決策，首先要實(shí)現(xiàn)完整的信息感知。隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的進(jìn)步，掃地機(jī)器人廠商紛紛把目光投向視覺導(dǎo)航，通過模擬人的視覺實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境信息采集和識別，這為實(shí)現(xiàn)決策智能提供了基礎(chǔ)條件。

但更豐富的功能也意味著更高的技術(shù)難度，因此市面上的視覺導(dǎo)航方案還相對較少，不少廠商掃地機(jī)頭部企業(yè)紛紛另辟蹊徑，在已有的激光方案上添加視覺傳感器，用以彌補(bǔ)激光方案在環(huán)境感知方面的不足，如石頭的T7pro，在激光導(dǎo)航的基礎(chǔ)上搭載雙目視覺傳感器，不僅可以獲得視覺范圍內(nèi)障礙物的準(zhǔn)確深度，還可以識別周圍物體的各種信息，從而進(jìn)行策略性避障和導(dǎo)航規(guī)劃。不過這一方案雖然融合了多方的優(yōu)點(diǎn)，但成本也隨之上升，反映到市場便是價(jià)格水漲船高，讓大部分消費(fèi)者只能望而卻步。

目前，國內(nèi)公司INDEMIND針對掃地機(jī)器人推出了ALL IN ONE模組化雙目視覺導(dǎo)航產(chǎn)品， 該產(chǎn)品依靠人工智能視覺技術(shù)、高精度VSLAM算法為掃地機(jī)器人提供空間建圖、導(dǎo)航定位、路徑規(guī)劃、智能避障、家居識別、智能交互等功能。在導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)定位精度<1%，姿態(tài)進(jìn)度<1°，足以媲美激光導(dǎo)航，和激光融合方案相比，成本更低，智能拓展性更強(qiáng)，更易集成。

在智能決策方面，INDEMIND雙目視覺導(dǎo)航產(chǎn)品依托于視覺導(dǎo)航的天然優(yōu)勢，融合環(huán)境感知技術(shù)，使掃地機(jī)器人能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)域構(gòu)筑三維環(huán)境地圖，建立獨(dú)有的智能決策模型，實(shí)現(xiàn)立體式人機(jī)交互、物機(jī)交互，如通過語音命令掃地機(jī)器人清掃特定區(qū)域、機(jī)器根據(jù)識別到的不同障礙物信息實(shí)現(xiàn)策略避障、策略清掃等。讓掃地機(jī)器人實(shí)現(xiàn)從“看得見”向“看得懂”再向“懂執(zhí)行”不斷進(jìn)階。

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