视觉导航技术将如何助力扫地机器人提升清扫覆盖率?

最近几年,扫地机器人品类可以说是非常的火爆,之所以那么受人喜欢,是因为其智能程度非常高,而且现在大多数人其实都不太想自己来打扫卫生,仅用一台扫地机器人就可以解决家里的卫生情况,何乐而不为呢。还能挤出一点时间来陪伴家人或者出去跟朋友玩,试想一下,当你每天下班回家之后,家里的地板都是干干净净的,看着就让人心情灰常舒畅。
不过扫地机器人这一品类其实也存在很多年了,但是一直以来存在人们心中的一个痛点,就是会乱撞,所以在前几年中,也可以看出很多人并不是那么能接受这类产品,目前的扫地机器人大多数都采用了全新的智能导航技术,也是扫除了扫地机器人普及的最后一道障碍。
惯性导航的不足
扫地机器人是一个高度集成的家用电器,由传感器、电池、行动模组、风机、集尘盒等多个零部件组成,能够自动完成清洁和充电等工作。不过早期的扫地机器人导航系统是非常简单的,仅仅采用了内置陀螺仪、加速计、计数器而组合成的惯性导航系统。因为受限于成本原因,扫地机器人内部的传感器精度都不高,而且非常容易受到环境因素的干扰,结果就是会导致扫地机器人行走时间越久误差越高,遇到障碍物拐弯时方向容易偏移,使得扫地机器人工作时像一只无头苍蝇,到处乱跑,经常出现重复清洁或是遗漏清洁问题,这也是目前扫地机器人最常见的问题了。

视觉导航革新
由于惯性导航系统的种种不足,扫地机器人制造商开始寻求在机器人表面安装传感器,从而提升导航精度,目前主要分为激光导航与视觉导航两个类型。iRobot作为扫地机器人创始者,很早之前就已经开始尝试这一技术方向,在2015年推出了首款视觉导航技术的Roomba 980,它结合了iAdapt 2.0智能导航技术与vSLAM技术,大幅度提升导航效果,其后在Roomba i7+中,iAdapt智能导航技术也是升级到了3.0版。

在Roomba i7+顶部集成了一个摄像头,它藏在一个下凹的窗口当中,保证了扫地机器人在穿越沙发、床、茶几等低矮家具时不会刮花镜头。跟其它视觉导航技术的扫地机器人不同的点是,摄像头不是面向地面或者天花板的,而是倾斜向上,用来拍摄家居环境,每秒能够捕捉超过23万个数据点,从而更加高效地为家庭打扫卫生。

通过这些数据,Roomba i7+能够识别周边物体,比如桌子、沙发、床,然后选择几个特定物体作为参考物,在行走时测量自己与参考物的方位、距离变化,判断出自己所在。而且定位数据与扫地机器人内部的惯性导航系统、vSLAM技术结合后,能大幅度提升导航精度,因此在Roomba i7+完成初次清洁,即可建立一张精确、自动划分好区域的清洁地图,而且随着清扫次数的积累,扫地机器人会更加了解家庭环境布置,不断改善清扫效率,相当于用扫地机器人清扫了几次之后,会更加熟悉你的家庭。

相比激光导航来说,视觉导航在技术上更为复杂,激光导航技术的核心是激光发射器与传感器,只能测量一个水平上的距离数据,技术简单、容易实现,但缺点也显而易见——无法识别空间的特征数据,对空间识别能力差于视觉导航,例如像床、茶几等家具是无法识别出来的,而且激光发射器工作范围有限,一旦空间变大其精度也会迅速下降,此外突出机身的激光模块会增加扫地机器人的厚度,影响机器人深入家具底部的能力,目前我家所使用的扫地机器人也是因为突出一个激光模块,从而导致沙发底下无法进入。而视觉导航则是通过摄像头捕捉到三维立体空间,数据量大,需要高性能处理器从海量数据中分析出家具、墙壁等有用的信息,但胜在具备强劲的空间识别能力,不仅能用于室内,也能用于室外,更适应未来智能家居发展需求。

同时为了弥补顶部摄像头没有下视角度,更好清洁地面,Roomba i7+还搭载了Dirt Detect污垢探测技术,通过声学+光学混合识别,当检测出地面上有严重污垢的时候,扫地机器人就会自行加强清洁,并把检测到严重污垢区域反馈到清洁地图上,让用户清楚掌握地面状况。

总结:
目前大多数扫地机器人还在采用激光导航技术,虽然这项技术相比惯性导航技术要更加完善,但是也还是有改进的空间,而目前大多数厂商都在寻求一种新的技术,也就是视觉导航技术,这项技术的出现,成功扭转了用户对于扫地机器人乱跑乱撞的印象,同时扫地机器人变得更加的智能,能够识别出沙发、床、茶几等家具物品,可以大大的提升整个清洁的效率,也不会有扫地机器人撞到家具的情况出现。
目前iRobot Roomba系列扫地机器人搭载了iAdapt智能导航技术、Dirt Detect污垢探测多项技术,更是将将精准导航与高效清洁整合在一起,大大提升了实用性,避免了让用户二次清洁的困扰。