掃地機(jī)器人的工作原理詳解

　　轉(zhuǎn)圈圈的掃地機(jī)器人并不能算做是機(jī)器人，只能算是執(zhí)行某種固定程序的機(jī)械。

　　Roomba是最早流行的掃地機(jī)器人，它的路徑規(guī)劃是隨機(jī)碰撞模式，依據(jù)的是紅外傳感器和高精度的程序算法，雖然算法足夠精確，但它就在屋里撞來撞去，效率不是很高，看起來也很笨。

　　于是，后起之秀們紛紛推出自己的路徑規(guī)劃模式，現(xiàn)在有這么幾種：

　　一、激光測(cè)距式導(dǎo)航系統(tǒng)（LaserSmart™ Mapping and NavigaTIon）

　　Neato掃地機(jī)器人是通過激光測(cè)距的方法生成室內(nèi)地圖，在此基礎(chǔ)上合理地規(guī)劃清掃路線，而不是試探著撞來撞去，用戶直觀的感受是，它看起來比較聰明。其實(shí)現(xiàn)原理是：它的頂端設(shè)置有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的激光發(fā)射頭和配套接收器，通過發(fā)射激光掃描自身到邊界每個(gè)點(diǎn)的距離，從而生成數(shù)字地圖，還能根據(jù)屋內(nèi)家具位置的變化實(shí)時(shí)進(jìn)行更新。

　　既然大腦中有了室內(nèi)地圖，Neato還可以聰明地記憶存儲(chǔ)位置關(guān)系，比如當(dāng)它因電量不足而自動(dòng)返回充電完畢以后，能自動(dòng)從上次返回的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)開始清掃。

　　這才是智能的應(yīng)有之義。

　　二、北極星導(dǎo)航系統(tǒng)（NorthStar® NavigaTIon System）

　　類似于室內(nèi)GPS定位的方法，北極星導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理是在室內(nèi)建立一個(gè)發(fā)射信號(hào)的模塊，機(jī)器人通過測(cè)算自身跟該信號(hào)的偏移角度來確定自己的位置。由于它不能像Neato一樣“看見”室內(nèi)的物體，所以只能在清掃過程中通過自身去觸碰來建立室內(nèi)地圖和物體之間的位置關(guān)系。

　　北極星導(dǎo)航系統(tǒng)是美國EvoluTIon RoboTIcs公司的專利，最早應(yīng)用于其擦地機(jī)器人Mint產(chǎn)品上，2012年9月公司被iRobot收購，隨后應(yīng)用于Braava系列擦地機(jī)器人。

　　

　　三、圖像式測(cè)算導(dǎo)航系統(tǒng)

　　英國Dyson公司去年推出一款掃地機(jī)器人360Eye，不過目前還未正式銷售。它利用頂部搭載的3攝像頭掃描周圍的環(huán)境，然后結(jié)合紅外傳感器，利用數(shù)學(xué)運(yùn)算和幾何、三角法測(cè)繪出房間的地圖，以此來進(jìn)行導(dǎo)航，并根據(jù)前后影像中各個(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。

　　掃地機(jī)器人的工作原理

　　掃地機(jī)器人其實(shí)就是智能吸塵器，它是一個(gè)在地上自動(dòng)行走的小車，邊走邊進(jìn)行清掃（吸塵）。一般，它底部前面一個(gè)萬向輪，左右各自一個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的行走輪，有風(fēng)機(jī)（吸塵器），由可充電電池供電，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。也有帶拖布的，有的還帶水箱。不帶水箱的用濕拖布，一次（不換）可用約30平米，而帶水箱的水也差不多管約30平米，相當(dāng)，其實(shí)，經(jīng)常拖，中途不換拖布也行，更何況，帶水箱的也有另一個(gè)小問題——一旦機(jī)器卡住又一直滲水，木地板就麻煩了，所以，個(gè)人認(rèn)為不帶水箱并不是問題。它應(yīng)該把該掃的地方都掃到，同時(shí)應(yīng)能掃干凈，所以吸力和路徑規(guī)劃就至關(guān)重要了，當(dāng)然，如帶拖布，則可適當(dāng)降低對(duì)吸力的要求。

　　如何識(shí)別室內(nèi)情況并規(guī)劃路線

　　規(guī)劃路線的原則：

　　首先，清掃路徑越簡單越好；

　　其次，要能遍歷所有開放的空間（清掃所有的地方）；

　　第三，重復(fù)率要低，一般情況下，同一地方不要多次清掃；

　　第四，對(duì)于比較臟的地方，應(yīng)該適當(dāng)多次清掃；

　　

　　第五，完成清掃時(shí)間越少越好。所以，要實(shí)現(xiàn)這些，手段就是，需要傳感器和算法的結(jié)合，由于居家環(huán)境各有不同，要達(dá)到人們普遍要求的這些，其實(shí)并不容易，必須有一部分人工智能在里面。比如在黑暗或者強(qiáng)光環(huán)境，或者地板顏色既有很深又有很淺的環(huán)境，都對(duì)掃地機(jī)器人的傳感器檢測(cè)和判斷造成很大的干擾，舉個(gè)例子，在黑暗環(huán)境中，靠攝像頭及圖像處理技術(shù)進(jìn)行環(huán)境判斷的就會(huì)失效；地板的深淺，對(duì)于防跌落的傳感器信號(hào)判斷又帶來一個(gè)很大的問題，因?yàn)槟壳皰叩貦C(jī)器人的防跌落技術(shù)基本上都是用向下發(fā)射紅外光檢測(cè)其反射信號(hào)，根據(jù)反射的強(qiáng)弱來判斷是否下面就是懸空，淺色反射很強(qiáng)，深色反射很弱，下面有高懸空則基本上沒有反射，如何設(shè)置一個(gè)值來界定下面是懸空，這就很難這些問題能不能解決？

　　理論上都沒問題，用復(fù)合傳感器，但是，需要增加成本和安裝空間。目前，為了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和規(guī)劃，主要有：激光測(cè)距、攝像處理、北極星定位和巡岸導(dǎo)航等技術(shù)，但即便使用激光測(cè)距導(dǎo)航，依舊需要算法支持以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃。市面上單純的弓形清掃機(jī)器人不算真正的規(guī)劃，因?yàn)樗皇窍蚯靶凶?，碰上障礙就轉(zhuǎn)90度行走一個(gè)小的距離（一般不超過機(jī)器自身寬度），再在同一方向轉(zhuǎn)90度后行走，直至碰上障礙，又向反旋轉(zhuǎn)一個(gè)90度行走一個(gè)小的距離，再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90度后行走，直至碰上障礙物一直這樣循環(huán)，會(huì)有很多漏掃。像美國Neato、國產(chǎn)小米用和國產(chǎn)科沃斯的DR95就是激光導(dǎo)航，韓國三星用的是攝像頭及圖像處理，國產(chǎn)的艾億佳用的是自己的發(fā)明專利技術(shù)巡岸導(dǎo)航。

　　而純粹的陀螺儀，它能實(shí)現(xiàn)定向，本身并不能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，除非配以其他導(dǎo)航手段或者算法。關(guān)于清掃路徑的優(yōu)化及算法（策略），有很多文章和專利，請(qǐng)搜索查詢一下，可資參考，在此基礎(chǔ)上，您也可以進(jìn)行改進(jìn)、完善和創(chuàng)新。另外，隨機(jī)式的不能保證全覆蓋，脫困也較不容易，重復(fù)率高，不建議采用。