按：本文作者張玉坤/劉偉，來自北郵人機(jī)與認(rèn)知實(shí)驗(yàn)室（公號(hào)：人機(jī)與認(rèn)知實(shí)驗(yàn)室），雷鋒網(wǎng)已獲授權(quán)。

回到家打開家門的那一刻，你會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)是殘酷的：衣服沒洗、地沒打掃、飯沒做、碗沒刷......光是想想，就已經(jīng)很讓人感覺很累了，更別說去做了。面對(duì)這種情況，十幾年前人們可能會(huì)輕嘆一聲，然后一邊自我催眠“勞動(dòng)節(jié)勞動(dòng)最光榮”，一邊拖著疲憊的身軀把家務(wù)做完?，F(xiàn)在，人們面對(duì)這個(gè)問題，不用再像過去那樣惆悵了，隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能家居及家用服務(wù)機(jī)器人日趨成熟，已經(jīng)可以代替人們完成大部分家務(wù)，各種節(jié)假日大家可以更愉快地玩耍了。

2015年北京世界機(jī)器人大會(huì)，家用服務(wù)類機(jī)器人成為會(huì)上的熱點(diǎn)，現(xiàn)在的家用服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)里，發(fā)展最為成熟的要數(shù)掃地機(jī)器人了。雙十一生活類電器銷售冠軍已連續(xù)兩年被掃地機(jī)器人占據(jù)，相信用不了太久，掃地機(jī)器人將成為下一個(gè)家用“必需品”。下面就讓我們來看一下掃地機(jī)器人的前世今生。

| 掃地機(jī)器人的前世——真空吸塵器

掃地機(jī)器人，又稱機(jī)器人吸塵器（robotic vacuum cleaner或robovac），從名字就可以看出，它與吸塵器有莫大的淵源，談到掃地機(jī)器人的歷史就不得不談它的前世——真空吸塵器。

真空吸塵器是由地毯清掃器發(fā)展而來的，第一臺(tái)地毯清掃器出現(xiàn)在1860年代，而第一臺(tái)現(xiàn)代真空吸塵器則出現(xiàn)在20世紀(jì)初。它是由英國(guó)人休伯特·布茲（Hubert Cecil Booth）在1901年發(fā)明的，其主要部件是真空泵、集塵袋、軟管及各種形狀不同的管嘴,它有一個(gè)電動(dòng)抽風(fēng)機(jī)，通電后高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使吸塵器內(nèi)部形成瞬間真空，內(nèi)部的氣壓大大低于外界的氣壓，在這個(gè)氣壓差的作用下，塵埃和臟物隨著氣流進(jìn)入吸塵器桶體內(nèi)，再經(jīng)過集塵袋的過濾，塵垢留在集塵袋，凈化后的空氣則經(jīng)過電動(dòng)機(jī)重新逸入室內(nèi)，起到冷卻電機(jī)、凈化空氣的作用?，F(xiàn)代吸塵器在附件上變化多樣，為清除地毯污物設(shè)計(jì)出了粗毛刷、細(xì)毛刷、轉(zhuǎn)動(dòng)毛刷，清理墻角用的是扁形管嘴、清理地析板用磨光刷等。雖然現(xiàn)代吸塵器在功能與清潔效率上與早期吸塵器相比有了巨大提升，但其原理基本保持沒變，現(xiàn)在掃地機(jī)器人的清掃系統(tǒng)也基本沿用了這種結(jié)構(gòu)。

• 掃地機(jī)器人的誕生——Electrolux Trilobite

真空吸塵器已經(jīng)誕生了一個(gè)世紀(jì)之久，但是它的繼承者掃地機(jī)器人卻出現(xiàn)了不到20年。世界上第一臺(tái)量產(chǎn)型掃地機(jī)器人的原型出現(xiàn)于1996年，叫做“三葉蟲”(Trilobite)，它由瑞典家電巨頭伊萊克斯(Electrolux)制造，因?yàn)槠湫缕嫘裕?guó)BBC電視臺(tái)的科學(xué)欄目《明日世界》（Tomorrow's World）曾在1996年5月播出的一期節(jié)目中介紹過它。直到2001年，Trilobite才被推向市場(chǎng)，并成為史上第一款量產(chǎn)的掃地機(jī)器人。

Trilobite通過超聲波探測(cè)躲避障礙，同時(shí)幫助它構(gòu)建房間地圖。事實(shí)上第一代Trilobite對(duì)有些障礙物并不能很好的規(guī)避，第二代版本中加入了紅外傳感器，才使它規(guī)避障礙物能力有了很大的提升。在使用前，必須在房間門和樓梯盡頭貼上磁條作為無形的墻壁阻止機(jī)器人的前進(jìn)，防止機(jī)器人墜落或誤入其它空間。Trilobite每次充電后可以運(yùn)行60分鐘，分三個(gè)擋位運(yùn)作：正常、快速和點(diǎn)清理，吸塵器充滿垃圾時(shí)還會(huì)發(fā)出燈光警告。它的高度只有13厘米，可以鉆到桌子和床底下清理。由于其清掃過程完全自動(dòng)，使用者可以把它留在家里清理房間，自己出去輕松消遣。

英國(guó)科技公司Dyson曾于2001年設(shè)計(jì)了一款名為DC06的掃地機(jī)器人，但因?yàn)閮r(jià)格過于高昂，并沒有推出市面。

• 掃地機(jī)器人嶄露頭角——iRobot Roomba

毫無疑問，iRobot公司于2002年9月推出的Roomba是掃地機(jī)器人發(fā)展史上的里程碑式事件。iRobot公司由MIT計(jì)算科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室的三位師生創(chuàng)建于1990年，與Electrolux本身就是吸塵器巨頭不同，iRobot是一家徹底的機(jī)器人公司，創(chuàng)建之初的十年一直專注于軍用機(jī)器人市場(chǎng)。

Roomba適用于木質(zhì)地板、瓷磚、防水地毯和中短毛地毯，有S、M、L三種模式，分別對(duì)應(yīng)小、中、大三種不同的清掃面積。它啟動(dòng)后會(huì)循螺旋狀運(yùn)轉(zhuǎn)，并逐漸擴(kuò)大螺旋形方式來涵蓋整個(gè)空間，一旦碰到墻壁或其他大型障礙物時(shí)，其特殊的障礙物感應(yīng)調(diào)節(jié)器就會(huì)抵住墻面保護(hù)機(jī)身不受損害，同時(shí)沿著墻壁開始清潔。當(dāng)清潔過一部分空間后，Roomba會(huì)轉(zhuǎn)過90度，按以上的方式清潔房間的另一端，通過交叉、重復(fù)螺旋運(yùn)轉(zhuǎn)的路線清潔。由于其強(qiáng)勁的清掃能力和便宜的價(jià)格，Roomba一推出市場(chǎng)便獲得了巨大的成功，原本預(yù)計(jì)生產(chǎn)10,000至15,000部，但發(fā)售后大受市場(chǎng)歡迎，單是圣誕期間已出售50,000部。

| 掃地機(jī)器人之今生

Roomba系列掃地機(jī)器人的成功，讓iRobot公司迅速成為市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，同時(shí)也讓其它公司看到了巨大的商機(jī)，眾多企業(yè)紛紛進(jìn)入掃地機(jī)器人市場(chǎng)，并推出了各種型號(hào)的掃地機(jī)器人。這一方面促進(jìn)了掃地機(jī)器人數(shù)量上的增長(zhǎng)，另一方面也促進(jìn)了其質(zhì)量上的提升。

如今掃地機(jī)器人已逐步從原來的隨機(jī)清掃發(fā)展到當(dāng)前的路徑規(guī)劃式清掃中來，如果說原來的掃地機(jī)器人首要任務(wù)是功能實(shí)現(xiàn)的話，現(xiàn)在的主要任務(wù)已經(jīng)變成質(zhì)量和效率的提升了?，F(xiàn)在比較著名的路徑規(guī)劃式掃地機(jī)器人主要有Neato，Dyson 360eye和iRobot的Roomba980。

Neato掃地機(jī)器人于2010年推出，使用一個(gè)可以360度旋轉(zhuǎn)的激光測(cè)距儀掃描周圍的環(huán)境并進(jìn)行即時(shí)定位與環(huán)境地圖構(gòu)建（SLAM），在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理規(guī)劃清掃路線。Neato還可以進(jìn)行斷點(diǎn)記憶恢復(fù)，當(dāng)它因電量不足而自動(dòng)返回充電完畢后，可以從上次返回的斷點(diǎn)接著進(jìn)行清掃。

著名傳統(tǒng)吸塵器品牌Dyson十幾年前的掃地機(jī)器人計(jì)劃失敗后，終于在2014年重返掃地機(jī)器人市場(chǎng)，推出了高端掃地機(jī)器人360Eye。它利用頂部搭載的攝像頭全方位觀測(cè)并分析周圍環(huán)境，利用算法得出房間的地圖和做出導(dǎo)航，并根據(jù)前后圖像中各個(gè)地標(biāo)的位置變化來判斷當(dāng)前的移動(dòng)路線，并對(duì)其所構(gòu)建的環(huán)境模型進(jìn)行更新與調(diào)整。

去年，iRobot新推出了最新款的掃地機(jī)器人Roomba 980，在這款新產(chǎn)品中iRobot運(yùn)用了最新的iAdapt 2.0尋路導(dǎo)航技術(shù)，它的最重要組成技術(shù)是VSLAM視覺定位與建模技術(shù)。在Roomba980的頂端，安裝著一個(gè)大約斜45度的攝像頭，拍攝到的圖像經(jīng)定位算法進(jìn)行處理，識(shí)別出其中的特征。這樣在程序運(yùn)行時(shí)，機(jī)器人會(huì)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。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的清掃路徑，達(dá)到高水平的清潔覆蓋率。

  

雖然出現(xiàn)了僅有十幾年的時(shí)間，但是可以非常明確地看到：掃地機(jī)器人的技術(shù)更迭經(jīng)歷了兩大階段：

（1）掃地功能化完善階段，掃地機(jī)器人的核心需求是完成掃地動(dòng)作，如果最基礎(chǔ)的需求不能滿足，那么其存在的價(jià)值就會(huì)削弱，因此早期的掃地機(jī)器人主要圍繞完善清掃系統(tǒng)而進(jìn)行的；

（2）清掃智能化，掃地機(jī)器人是要替代人的行動(dòng)，需要對(duì)家庭環(huán)境進(jìn)行識(shí)別感知，因此一些附加的智能化技術(shù)開始融入掃地機(jī)器人，比如防撞功能、防跌落功能、路徑規(guī)劃導(dǎo)航技術(shù)、APP遠(yuǎn)程控制等。

掃地機(jī)器人仍然屬于新興行業(yè)，現(xiàn)在制約掃地機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要問題是，機(jī)器人在尋路和返回基座充電時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)偶爾失敗，導(dǎo)致清掃不徹底或者無法返回。另一個(gè)問題是，受限于較小的體積，掃地機(jī)器人功率較小，清掃能力還不能和吸塵器相比。若能順利解決這兩大問題掃地機(jī)器人將迎來新的發(fā)展機(jī)遇，而廣大消費(fèi)者也將享受更加便利的生活，從枯燥的家務(wù)勞動(dòng)中解放出來。

雷鋒網(wǎng)注：本文來自北郵人機(jī)與認(rèn)知實(shí)驗(yàn)室，授權(quán)雷鋒網(wǎng)發(fā)布。轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系授權(quán)，并保留以上完整信息，不得修改、刪減文章。

雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。