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涨知识:你知道扫地机器人背后的这几个关键词吗?

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  • 2019-03-25
  • 205人已阅读
简介如果家人让你选择购买某一品牌手机,你最优先考虑的是哪几方面因素?相信IT之家大部分的小伙伴都有自己的想法和打算,毕竟都是“搞机”无数的老司机。那么如果家人让你帮忙购买一台扫地机器人,你

如果家人让你选择购买某一品牌手机,你最优先考虑的是哪几方面因素?相信IT之家大部分的小伙伴都有自己的想法和打算,毕竟都是“搞机”无数的老司机。

那么如果家人让你帮忙购买一台扫地机器人,你会怎么选?

看吸力参数大小?噪音分呗?自动回充?防缠绕、防障碍?边刷电机个数?

如果对扫地机器人不太了解,那么在面临购买选择时就会遇到很多问题。下面这篇文章,就为大家简单科普一下扫地机器人背后的原理。

正文:

对于消费者而言,购买一套扫地机器人的第一需求就是要求把在最快的时间内把地面清洁干净,扫的干净主要取决于清扫系统的设计和吸尘风机的功率。

而实际上,清扫效率最有力的的保障是扫地机器人拥有一套非常智能的路径规划算法。而常见的扫地机器人算法大致分为两种:随机覆盖法和路径规划式清扫。

下面圈重点!

何为随机覆盖法?

有人也称为随机碰撞式导航,但这并非是指机器人真正与环境中的物体产生碰撞,也非毫无章法的在地板上随机移动,换言之在工程操作中“随机”也是一个难以达到要求,随机覆盖法是指机器人根据一定的移动算法,如三角形、五边形轨迹尝试性的覆盖作业区,如果遇到障碍,则执行对应的转向函数。

这种方法是一种以时间换空间的低成本策略,如不计时间可以达到100%覆盖率。

如果某一台随机碰撞式导航的扫地机器人撞到你的鞋,这时候扫机器人转头就走,看似不起眼的一个操作,实际上扫地机器人在碰撞之后内部已经进行了大量的函数数据运算,这着实是一个“骚操作”,但问题是——随机式扫地机器人给人的感觉就是在房间内乱跑乱扫。

实际上,随机式扫地机器人还存在不能够全覆盖式打扫房间,经常出现在某个地方反复扫、漏扫的情况,实际上,随机覆盖法不用定位、也没有环境地图,也无法对路径进行规划,所以其移动路径基本依赖于内置的算法,算法的优劣也决定了其清扫质量与效率的高低。常见的随机式扫地机器人系统内部都会预设多种清扫模式根据一定的算法随机切换清扫模式,清扫效果完全靠清扫时间来堆砌。

随机碰撞式导航既然并非无完美,这时候更聪明的路径规划式清扫就应运而生。

何为路径规划式清扫?

扫地机器人利用导航定位系统记住起点和清扫路径的坐标,构建环境地图,同时计算规划清扫线路,最终结合自身的算法进行清扫确保不跑偏。

但是,如果想让规划式扫地机器人完美工作,也需要一个大前提——需要建立起环境地图并进行定位,定位-构图-规划-清扫四个环节一个都不能缺少。

定位技术又是路径规划式清扫的关键

如果没有定位,构建的地图一定不准确,地图不准确规划效率就低,效率太低那还不如直接买随机式扫地机器人。

常见的扫地机器人定位类型也分为三种:惯性导航、视觉导航和激光导航系统。

一、惯性导航:

惯性传感器使用陀螺仪和加速度计得到机器人的角加速度和线加速度信息,通过积分获得机器人的位置信息。

但是其精度也要受陀螺仪漂移、标定误差、敏感度等问题影响,但有一个缺点:有累积误差,随着行驶时间、距离的不断增加,误差也不断增大。因此相对定位法不适合于长时间、长距离的精确定位。可以把这种算法想象成盲人摸象,盲人也可以按自己的感觉做出走出直线、旋转180度的动作,看起来也是弓字形行走,但如果频繁转向、频繁碰撞,会越来越无法保持正确的行走方向。

得益于研发成本低,惯性导航是目前市面上扫地机器人最为广泛使用的一种定位方法,国内比较有代表的品牌就属科沃斯。

二、视觉导航:

从技术层面来说这项技术叫做vSLAM,其原理是在扫地机器人身上装了一个摄像头,摄像头通过vSLAM算法拾取和记录沙发中的大量特征点(尤其是物体的边角),并在运动过程中不断追踪这些特征点,同时不断检测新的特征点,由此建立一个环境地图。

但最大特点是该技术受光照条件影响大,高动态环境精度下降,对场景复杂度要求高。

往往为了定位自己当前的位置,必须要结合其他测距传感器,诸如陀螺仪、惯性导航设备等。由于是依靠摄像头来完成定位,所以在光线过强或者无光的室内使用,会直接使扫地机器人迷惑,找不着东南西北,这是目前还没有好的解决方案。

介于成本过高,该定位技术的扫地机器人售价都非常高。

三、激光导航:

通过激光测距传感器对房间进行扫描,快速获取距离信息;当激光投射到障碍物上时,会形成光斑,同时图像传感器会根据光斑的像素序号来计算到激光测距传感器的中心距离。结合扫地机器人自身的算法,构建房间地图,并实时定位清扫。

目前,激光导航是最为实用和效果最好的系统。

根据清扫效果和清扫覆盖率来排序:激光导航>视觉导航>惯性导航>随机清扫。

总结:路径规划式清扫优于随机覆盖法,但路径规划式更需要激光导航

各家算法的不同,会直接影响清扫效果和效率,不过随着科技不断发展,这些问题都会出现新的解决或者替代方法,同时机器人应用领域还将不断扩大,机器人工作环境会更复杂,扫地机器人路径规划这一课题领域还将不断深入。

小米米家扫地机器人自从上市后得到了海外内大量用户青睐,已经被被证明是一款被市场所需要的好产品,正是采用了激光式导航技术。而其背后研发团队与石头扫地机器人均为石头科技,石头扫地机器人是米家扫地机器人的升级迭代产品。

石头扫地机器人在传承第一代产品优点的基础上带来了各方面的软硬件升级,并增加了拖地功能。该产品上线仅4小时即众筹过1000万人民币。

石头扫地机器人采用了自研的高精度LDS激光测距传感器,能以5×360°/秒的速度扫描房间,通过独创的SLAM算法,准确、实时地构建房间地图并规划清扫路线。此外,石头扫地机器人全身“武装”了13类传感器,LDS激光测距传感器上方配备了全向压力传感器,顶面360度全方位应对轻微碰撞,缓冲器增加了防撞软胶,温柔呵护家具。沿墙传感器以约10mm的距离,清扫墙边缝隙,红外回充技术让扫地机器人何时何地都能认得回家的路,充好电后继续清扫。

从用户口碑、市场增长速度和多品牌入局角度来看,激光是扫地机器人品类走向成熟的里程碑式进步,代表更好的用户体验,是摆脱“智障”扫地机器人的技术关键。

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