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作為民用化最成功的機(jī)器人技術(shù)之一，掃地機(jī)器人正在走進(jìn)越來越多的家庭。小巧，方便，這是大多數(shù)人選擇它的原因。不過，市面上掃地機(jī)器人的價(jià)格可謂千差外別，淘寶上從“全網(wǎng)最低399”，到一些高端品牌的3999，再到最近，iRobot公司推出一款售價(jià)899美金（合人民幣約6000元）的產(chǎn)品，不禁讓人對這些看起來都是一個(gè)圓盤的機(jī)器人產(chǎn)生疑問：不就是掃個(gè)地嗎，能有多大差別？

智能程度上的天壤之別。

今天的文章告訴你，目前最先進(jìn)的掃地機(jī)器人已經(jīng)聰明到了什么程度，并著重強(qiáng)調(diào)定位技術(shù)。這是一個(gè)把諸多頂尖機(jī)器人學(xué)技術(shù)成功應(yīng)用到民用產(chǎn)品上的絕佳案例。

Roomba980

我們聽說iRobot要把VSLAM（視覺實(shí)時(shí)定位建模）用在掃地機(jī)器人身上已經(jīng)有一陣子了。今天，iRobot正式推出Roomba 980，一款成功將各項(xiàng)耀眼的技術(shù)融于一身的智能掃地機(jī)器人。除了我們熟悉的無線通信、手機(jī)遙控，Roomba980最大的更新就是集成了實(shí)時(shí)定位技術(shù)，讓它能夠在很大的空間范圍內(nèi)走出合適的路徑。

"這也許是iRobot公司自首款產(chǎn)品發(fā)布以來最重要的產(chǎn)品，“iRobot總裁Colin Angle說?！比匀皇菆A形，仍然干著掃地的工作，但這是一個(gè)完全不同的家伙?！?/p>

視覺定位VSLAM

SLAM是一種流行的場景建模方法。在場地機(jī)器人中，最常用來做SLAM的工具當(dāng)然是激光雷達(dá)（LiDAR），但一臺LiDAR的價(jià)格通常在兩萬人民幣以上，極少有人能把它用在家用掃地機(jī)器人身上。

所以流行的方法是VSLAM。

VSLAM是一種基于視覺（攝像頭）信息的動(dòng)態(tài)環(huán)境建模方法。和所有SLAM一樣，程序運(yùn)行時(shí)機(jī)器人會一邊建立環(huán)境地圖，一邊同時(shí)估計(jì)自身在環(huán)境中的位置。在Roomba980的頂端，安裝著一個(gè)大約斜45度的攝像頭，拍攝到的圖像交由它的大腦——定位算法進(jìn)行處理，識別出其中的模式。

比如下面這個(gè)例子：

此時(shí)，VSLAM算法已經(jīng)從沙發(fā)上識別出了一系列特征點(diǎn)。機(jī)器人記住這些特征點(diǎn)的樣子，并在移動(dòng)時(shí)持續(xù)追蹤這些點(diǎn)的變化。機(jī)器人一邊走一邊拍照，逐步建立起一個(gè)基于圖像的環(huán)境模型。為了定位自己，機(jī)器人還需要另一方面信息——自身的移動(dòng)軌跡（odometry）。為此，iRobot在機(jī)器人底部增加了額外的傳感器來收集數(shù)據(jù)。

Angle強(qiáng)調(diào)，“依靠傳感器數(shù)據(jù)建立一個(gè)真正有用的地圖是非常困難的。”然而這正是包括掃地機(jī)器人在內(nèi)的各種機(jī)器人都將需要的能力。iRobot的解決方案是用一個(gè)簡單的攝像頭（成本約5塊人民幣）和定制的DSP（而非昂貴復(fù)雜的計(jì)算機(jī)）來實(shí)現(xiàn)VSLAM。現(xiàn)在，“我們已經(jīng)能夠建立起房間內(nèi)部環(huán)境的數(shù)字化表示，所以我們的機(jī)器人可以更智能?！?/p>

從VSLAM算法的角度而言，Roomba必須更聰明一點(diǎn)。因?yàn)樗鼘?jīng)常鉆到桌子底下、床底下，此時(shí)追蹤“特征”會變得極其困難。并且，如果它走到了某個(gè)之前沒見過的地方，機(jī)器人將需要從零重新建立一張地圖，并試圖將新地圖和舊地圖進(jìn)行融合（這又是3D重建的一大研究方向）。

一旦掃地機(jī)器人精確地知道了自己的位置，那么它可以做的事情就多得多了。它可以準(zhǔn)確地走直線以提高清掃的效率；它可以在電量低時(shí)自行走回插座充電，甚至走回另一間屋子充電；最重要的是，如果清潔了到一半發(fā)現(xiàn)電量低，它可以記住自己的位置，充滿電后回來繼續(xù)把剩下的一半打掃干凈。

這解決了傳統(tǒng)掃地機(jī)器人的一大難點(diǎn)，防止出現(xiàn)機(jī)器人一回去充電就忘記剛才打掃到哪，整天把一間屋打掃好多遍而忽視了其他房間的情況。 現(xiàn)在，你只需要按下“清潔”按鈕，這個(gè)機(jī)器人就可以把你的整個(gè)樓層都清理干凈。在下面的視頻中，我們會看到一臺Roomba是如何清掃6個(gè)房間的。

當(dāng)然，Roomba980還有一些其他的特性，比如用光學(xué)+聲音的方式判斷地面材料，進(jìn)而決定清掃的力度等。

定位技術(shù)的普及

Roomba的特點(diǎn)聽上去有點(diǎn)耳熟——因?yàn)樵趻叩貦C(jī)器人領(lǐng)域，很多高端廠商已經(jīng)開始做類似的事情。最出名的也許是Neato，他們開發(fā)了一款便宜得難以置信的激光雷達(dá)來做SLAM。

韓國LG的Hombot同樣采用VSLAM，可以通過識別地面和天花板來建模，但似乎由于知識產(chǎn)權(quán)的問題只在韓國賣。日本也有類似的產(chǎn)品——東芝的Smarbo，同樣采用基于識別天花板和地面的VSLAM，只在日本本土銷售。除了今天介紹的Roomba980，最值得期待的產(chǎn)品就只剩吸塵器知名廠商Dyson的360 eye了。

（Dyson還未上市的360 eye）

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