怎樣判斷自己身在何方掃地機(jī)器人和智能駕駛的千絲萬(wàn)縷

賈鵬

最近幾年，“智能駕駛”被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，由特斯拉和谷歌領(lǐng)銜，而后眾多互聯(lián)網(wǎng)科技企業(yè)紛紛投身其中，一時(shí)間風(fēng)起云涌。而同樣作為人工智能下的一部分，市面上的掃地機(jī)器人也常常被詬病打掃不力，出現(xiàn)“亂跑亂撞”、“強(qiáng)懟墻角”等問(wèn)題。此前，美國(guó)的Neato公司和國(guó)內(nèi)的360都宣稱(chēng)旗下的掃地機(jī)器人產(chǎn)品搭載了自動(dòng)駕駛技術(shù)，那么，它是怎么將自動(dòng)駕駛的眼睛嫁接到掃地機(jī)器人身上的呢？掃地機(jī)器人真的能分辨出自己身在何方了嗎？

掃地機(jī)器人是如何定位的

作為清潔領(lǐng)域的“無(wú)人機(jī)”，智能掃地機(jī)器人悄然進(jìn)入我們的視線中，替代雙手完成地面清掃工作，對(duì)于討厭做家務(wù)的上班族來(lái)講，簡(jiǎn)直是一大福音。用過(guò)掃地機(jī)器人的朋友一定會(huì)遇到這樣的情況，掃地機(jī)亂跑亂竄，有的地方掃了好幾次，有的地方卻從來(lái)不掃，實(shí)在沒(méi)有“智能”可言。

其實(shí)，判斷一款掃地機(jī)器人到底是“智能”還是“智障”，還得取決于它的定位方式。最初的第一代掃地機(jī)器人只能靠亂跑亂撞來(lái)改變路線，清理效果不盡人意，因而又出現(xiàn)了第二代掃地機(jī)器人，也就是現(xiàn)在我們買(mǎi)到的掃地機(jī)器人。

掃地機(jī)器人最常見(jiàn)的定位方式有以下三種：

基于信標(biāo)定位：信標(biāo)定位原指在航?；蛘吆娇罩欣脽o(wú)線電基站發(fā)出無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航的技術(shù)，放在掃地機(jī)器人上則是利用三點(diǎn)式定位，測(cè)量機(jī)器人與周邊環(huán)境距離的變化來(lái)判斷機(jī)器人與信物的相對(duì)位置，這樣的定位方式得到的坐標(biāo)精準(zhǔn)度較高、穩(wěn)定性好，但安裝信標(biāo)的花費(fèi)很高，市面上應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的機(jī)器人少之又少，大部分都是用在高端產(chǎn)品當(dāng)中。

地圖模擬定位：通過(guò)自身的各種傳感器探測(cè)周?chē)h(huán)境，利用反饋的數(shù)據(jù)構(gòu)造出一個(gè)模擬地圖，并與事先儲(chǔ)存的完整地圖進(jìn)行匹配，最后得到一個(gè)在全局環(huán)境中的坐標(biāo)，從而確定自身的位置，這種方式比較適合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的環(huán)境，如果遇到復(fù)雜的環(huán)境則工作的時(shí)間更長(zhǎng)，也更加費(fèi)電。

天花板圖像定位：掃地機(jī)器人朝上的一面配備一個(gè)能夠拍攝天花板圖像的高清攝像頭，通過(guò)拍攝天花板圖像來(lái)匹配位置，定位自身在環(huán)境中的坐標(biāo)，這種定位系統(tǒng)對(duì)于天花板的幾何圖形要求比較高，幾何信息模糊的天花板會(huì)大大影響定位精度。

這3種定位方式各有優(yōu)劣，信標(biāo)定位準(zhǔn)確，但是費(fèi)錢(qián)，且不說(shuō)信標(biāo)物貴，前期安裝也是費(fèi)事費(fèi)力；天花板定位對(duì)參照物要求高，定位準(zhǔn)不準(zhǔn)全靠運(yùn)氣；只有地圖模擬定位相對(duì)靠譜，造價(jià)又低，是一種兩全之計(jì)。無(wú)論它們的定位方式如何不同，目的都是一致的：盡可能避開(kāi)障礙，覆蓋盡可能多的清掃面積。因?yàn)閺?fù)雜的家居環(huán)境，掃地機(jī)器人遭遇的危險(xiǎn)和障礙，和無(wú)人駕駛的工作方式高度重合，在復(fù)雜多變的環(huán)境中規(guī)劃出一條高效安全的路線。

掃地機(jī)器人植入智能駕駛的眼睛

經(jīng)歷了兩代掃地機(jī)器人的進(jìn)化，價(jià)格昂貴、偽智能等致命缺點(diǎn)迫使市場(chǎng)不得不推出新一代的產(chǎn)品。事實(shí)上，這幾年很多科技巨頭企業(yè)都在不斷探索中，在價(jià)格與智能的蹺蹺板上尋找一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)。

面對(duì)這樣的問(wèn)題，把汽車(chē)的無(wú)人駕駛技術(shù)下沉到掃地機(jī)器人上能否解決？掃地機(jī)器人面對(duì)的障礙和危險(xiǎn)，在某種程度來(lái)說(shuō)并不亞于無(wú)人駕駛車(chē)輛，而它們的目的相似，如果把激光雷達(dá)傳感器放置到掃地機(jī)器人上，邏輯上似乎也沒(méi)什么不妥。

事實(shí)上Neato就是這樣做的，將谷歌的自動(dòng)駕駛汽車(chē)算法SLAM和激光雷達(dá)傳感器結(jié)合到一起，自動(dòng)駕駛汽車(chē)將激光雷達(dá)放置在車(chē)頂上，掃地機(jī)也同樣地在頂部凸起部分集成了激光雷達(dá)和雷達(dá)接收器。當(dāng)掃地機(jī)器人啟動(dòng)時(shí)，凸起的激光掃描系統(tǒng)便開(kāi)始工作，以每秒5圈的速度，向周?chē)沫h(huán)境發(fā)射激光，實(shí)時(shí)掃描周?chē)h(huán)境，并在機(jī)器內(nèi)部系統(tǒng)形成一個(gè)3D地圖，這種掃描系統(tǒng)與谷歌的無(wú)人駕駛技術(shù)原理上是完全一樣的。

Neato生成地圖后，可設(shè)置清掃一遍或2遍。如果設(shè)置為清掃2遍，掃地機(jī)則會(huì)在地圖的邊界清掃，然后來(lái)回清掃第一遍，清掃第2遍時(shí)，它會(huì)改變不同的方向，重復(fù)該過(guò)程，整個(gè)清掃路線形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

基于這樣精準(zhǔn)的傳感器和高效率的算法，Neato很快就可以完成掃地流程，并且不會(huì)重復(fù)掃同一塊區(qū)域，還能避免碰撞家居，比普通的掃地機(jī)器人更快、更全面地完成了房間的打掃。

為了驗(yàn)證應(yīng)用了無(wú)人駕駛技術(shù)的掃地機(jī)器人是否可以辨認(rèn)自己身在何方，我們做了幾個(gè)測(cè)試。

一、把Neato掃地機(jī)器人放置在客廳工作，等待它清掃一段時(shí)間后，將它搬離至同一個(gè)房間的不同位置，繼續(xù)開(kāi)啟清掃。掃地機(jī)繼續(xù)開(kāi)始清掃，且避開(kāi)了此前清掃過(guò)的位置，看來(lái)機(jī)器已完成了地圖構(gòu)建。

二、把Neato掃地機(jī)器人放置在客廳工作，等待它清掃一段時(shí)間后，將它搬離至不同房間，繼續(xù)開(kāi)啟清掃。掃地機(jī)遲疑一會(huì)后重新開(kāi)始工作，面對(duì)陌生環(huán)境，它也選擇了重新去探測(cè)和構(gòu)建地圖。

三、把Neato掃地機(jī)器人放置在客廳工作，等待它清掃一段時(shí)間后，將它搬離至不同房間，繼續(xù)開(kāi)啟清掃，然后再將其移動(dòng)到最初的客廳位置開(kāi)始工作。掃地機(jī)器人像是從來(lái)沒(méi)有清掃過(guò)這片區(qū)域一樣，重新開(kāi)始了探測(cè)工作。Neato的地圖記憶可能只能保存一份，當(dāng)面對(duì)陌生環(huán)境時(shí)，它將會(huì)覆蓋原先掃描過(guò)的地圖，重新構(gòu)建保存當(dāng)前環(huán)境的地圖。

掃地機(jī)器人是迷你版無(wú)人汽車(chē)

從以上的測(cè)試可以看出來(lái)，運(yùn)用了智能駕駛后掃地機(jī)器人在掃地上有更快速有效的算法和方案，雖然看起來(lái)智能駕駛汽車(chē)和掃地機(jī)器人無(wú)論是級(jí)別還是功能上都有著天壤之別，但他們確實(shí)存在很多共性。

從工作原理上來(lái)講，他們都是正確識(shí)別當(dāng)前的工作環(huán)境，并且制定出一條路線。同樣是激光雷達(dá)，通過(guò)傳感器收集數(shù)據(jù)，傳輸?shù)教幚砥魃?，根?jù)地形信息制定出合理的方案。但掃地機(jī)器人上的激光雷達(dá)并沒(méi)有汽車(chē)上的那么大，汽車(chē)上的雷達(dá)測(cè)量距離可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米，而放到掃地機(jī)器人上，10 m左右的測(cè)量距離完全可以滿足大部分家庭環(huán)境。

在軟件層面上，掃地機(jī)器人幾乎把汽車(chē)上的SLAM技術(shù)完全搬了過(guò)來(lái)，精準(zhǔn)的地圖感知讓掃地機(jī)器人即使在狹小的空間也可以準(zhǔn)確判斷。再加上算法的不斷升級(jí)優(yōu)化，面對(duì)突發(fā)問(wèn)題上能夠有更好的處理方式，更加適合掃地機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景。

不難看出，掃地機(jī)器人與智能駕駛汽車(chē)有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系，稱(chēng)它為行走在家庭中的無(wú)人汽車(chē)也不為過(guò)。在互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，一切想法都將變成可能，通過(guò)不斷提升研發(fā)能力，與高端的產(chǎn)品特性相結(jié)合，像這樣出色的“嫁接”產(chǎn)品就會(huì)誕生。

掃地機(jī)器人的硬傷仍在

被譽(yù)為第三代掃地機(jī)器人的智能駕駛掃地機(jī)，在無(wú)人駕駛以及一系列傳感器技術(shù)的加入后，清掃覆蓋率得到了長(zhǎng)足的提升，但是越線和邊角清掃兩大難題仍然困擾著各大掃地機(jī)器人廠商，而硬懟墻角凳角、無(wú)法分辨軟障礙等問(wèn)題也同樣存在。

而同樣火爆的智能駕駛，也存在著自己的局限。雖然這幾年大肆發(fā)展智能駕駛，無(wú)論媒體和廠商宣傳得有多牛，但不得不承認(rèn)自動(dòng)駕駛目前還處于不成熟的階段，在智能駕駛行業(yè)內(nèi)有2套不同的標(biāo)準(zhǔn)，不約而同地分為了5個(gè)等級(jí)，從L1～L5，目前量產(chǎn)汽車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)都只停留在L2～L3級(jí)別，也就是說(shuō)駕駛過(guò)程中需要更多的人為操作，想要達(dá)到L4或者真正全自動(dòng)駕駛的L5還需要非常漫長(zhǎng)的時(shí)間。

以馬斯克的特斯拉為例子，近些年有關(guān)其旗下的自動(dòng)駕駛技術(shù)的負(fù)面新聞就不勝枚舉，交通事故頻發(fā)也導(dǎo)致很多人對(duì)這項(xiàng)技術(shù)持懷疑態(tài)度，同樣的問(wèn)題放到掃地機(jī)器人上，消費(fèi)者希望從繁瑣的家庭日常清潔事物中解脫出來(lái)，讓掃地機(jī)器人代替人類(lèi)完成掃地工作，如果掃地機(jī)器人不能勝任這樣的工作，最終家務(wù)還是得落到消費(fèi)者手中。

將自動(dòng)無(wú)人駕駛技術(shù)與掃地機(jī)器人結(jié)合確實(shí)是這個(gè)時(shí)代的大勢(shì)所趨，但想要確保這項(xiàng)技術(shù)在掃地機(jī)器人上穩(wěn)定發(fā)展且受到消費(fèi)者的認(rèn)可，首要的任務(wù)是必須解決技術(shù)上的缺陷和不足，然后才能將相關(guān)的產(chǎn)品推廣到市場(chǎng)，否則仍然是“偽智能”的掃地機(jī)器人。