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近年來(lái)，隨著服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，產(chǎn)品的不斷迭代，以及家具生活方式的逐漸智能化，我國(guó)掃地機(jī)器人銷(xiāo)量以驚人的速度增長(zhǎng)。捷孚凱零售監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，近五年我國(guó)掃地機(jī)器人零售量復(fù)合增速已經(jīng)超過(guò)50％。截至2017年12月，我國(guó)掃地機(jī)器人零售量市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)332．5萬(wàn)臺(tái)，零售額約44億元。然而， 2019年上半年，隨著人口紅利消失、市場(chǎng)需求飽和，掃地機(jī)器人的增長(zhǎng)明顯開(kāi)始放緩。據(jù)中怡康零售監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，掃地機(jī)器人線(xiàn)上銷(xiāo)售量同比下降10．4％。受家電行業(yè)整體外部環(huán)境的影響，據(jù)奧維云網(wǎng)（AVC）推總數(shù)據(jù)顯示，2019年上半年，吸塵器市場(chǎng)規(guī)模為91．2億元，同比僅增長(zhǎng)5．4％；零售量為1041萬(wàn)臺(tái)，同比提升1．9％，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)看，掃地機(jī)器人已經(jīng)拖累了吸塵器大盤(pán)的增長(zhǎng)。除了外部因素之外，掃地機(jī)器人產(chǎn)品“偽智能”、“不實(shí)用”等負(fù)面評(píng)價(jià)也在一定程度上降低了消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)意愿，行業(yè)亟需進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。
不斷進(jìn)化的感知模塊
說(shuō)到掃地機(jī)器人行業(yè)的技術(shù)升級(jí)，就不得不提到掃地機(jī)器人的核心之一——感知模塊。隨著深度學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺(jué)等人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，掃地機(jī)器人產(chǎn)品的迭代速度有目共睹，逐漸由早期的機(jī)械式向如今的智能方向演進(jìn)。在這一發(fā)展歷程中，行業(yè)普遍認(rèn)為可將市面主流機(jī)型大致分為三個(gè)階段：第一代的隨機(jī)清掃、第二代的規(guī)劃式清掃以及第三代的導(dǎo)航建圖式清掃。相比第一代隨機(jī)清掃，后二者都具備路徑規(guī)劃能力，但不同的感知核心仍舊為這些掃地機(jī)器人賦予了不同效能的工作能力。
隨機(jī)清掃式的掃地機(jī)器人清掃效率和質(zhì)量大概率仰賴(lài)算法的優(yōu)劣，反復(fù)清掃或大面積漏掃的情況非常普遍。該模式在掃地機(jī)器人概念誕生之初廣為應(yīng)用，然而由于并未切中消費(fèi)者的痛點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)解放雙手的目標(biāo)，后逐漸為規(guī)劃式產(chǎn)品所替代。
普通的規(guī)劃式產(chǎn)品，比起隨機(jī)清掃，在掃地機(jī)器人的行走路線(xiàn)算法上做了大幅優(yōu)化，并配備了諸如陀螺儀等傳感器，幫助掃地機(jī)器人以相對(duì)規(guī)整及高效的路線(xiàn)進(jìn)行清掃。
隨著傳感器技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，應(yīng)運(yùn)而生的第三代掃地機(jī)器人產(chǎn)品具備了導(dǎo)航建圖、全局規(guī)劃的能力，從源頭上真正大幅提高了掃地機(jī)器人的清掃效率。SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）的含義是即時(shí)定位與地圖構(gòu)建，指的是機(jī)器人在自身位置不確定的條件下，在完全未知環(huán)境中創(chuàng)建地圖，同時(shí)利用地圖進(jìn)行自主定位和導(dǎo)航。也就是說(shuō)，掃地機(jī)器人需要在未知環(huán)境中從一個(gè)未知的位置開(kāi)始移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中根據(jù)位置估計(jì)和傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行自身定位，同時(shí)建造增量式地圖。
新一代掃地機(jī)器人的競(jìng)爭(zhēng)是SLAM技術(shù)的戰(zhàn)場(chǎng)
目前依據(jù)傳感器及SLAM技術(shù)的不同，具備SLAM能力的第三代掃地機(jī)器人產(chǎn)品又可以分為基于LDS激光測(cè)距傳感器的掃地機(jī)器人產(chǎn)品以及基于機(jī)器視覺(jué)（vSLAM）的掃地機(jī)器人產(chǎn)品。激光SLAM由于起步早，目前體系和框架已趨于穩(wěn)定，產(chǎn)品落地相對(duì)成熟，主要分為單線(xiàn)式和多線(xiàn)式，目前市面上大多數(shù)建圖規(guī)劃的掃地機(jī)器人產(chǎn)品都屬于這個(gè)范疇。但其高昂的造價(jià)以及無(wú)可避免的凸起式的硬件結(jié)構(gòu)使得掃地機(jī)器人機(jī)身厚度增加，降低了掃地機(jī)器人的通過(guò)性。而vSLAM方案作為以攝像頭為傳感器的導(dǎo)航方案，相比LDS方案來(lái)說(shuō)，能夠以相對(duì)低廉的成本采集到更加豐富的數(shù)據(jù)。隨著手機(jī)行業(yè)對(duì)鏡頭的強(qiáng)勁需求，攝像頭／鏡頭制造及相關(guān)vSLAM技術(shù)發(fā)展迅猛，很快就引起了各大掃地機(jī)器人廠(chǎng)商的重視。早在2010年，三星就曾經(jīng)發(fā)布過(guò)vSLAM掃地機(jī)產(chǎn)品；2015年前后，Dyson及iRobot等國(guó)外知名企業(yè)亦試水機(jī)器視覺(jué)；但vSLAM方案的掃地機(jī)器人真正進(jìn)入國(guó)人視野要一直到2019年上半年，小米率先發(fā)布了米家掃地機(jī)器人1S，配備激光＋單目視覺(jué)的融合方案；國(guó)內(nèi)掃地機(jī)器人頭部廠(chǎng)商科沃斯亦不甘人后，發(fā)布了國(guó)內(nèi)首款純單目視覺(jué)的掃地機(jī)器人產(chǎn)品DJ65；小米緊隨其后，很快又發(fā)布了全新的純單目視覺(jué)方案的掃地機(jī)器人產(chǎn)品1C。
事實(shí)上，RGBD傳感器也可分為結(jié)構(gòu)光、ToF、視覺(jué)方案等幾種主流方案。ToF及結(jié)構(gòu)光方案由于高昂的造價(jià)，以及極易受環(huán)境光照影響等原因，目前并未成為掃地機(jī)器人的首選vSLAM方案。而視覺(jué)方案依靠其高性?xún)r(jià)比，在一眾RGBD方案中脫穎而出，成為各大廠(chǎng)商布局vSLAM產(chǎn)品的關(guān)鍵。在視覺(jué)方案中，又分為單目方案和雙目方案。單目視覺(jué)僅利用一臺(tái)攝像機(jī)完成定位工作。單目攝像頭在單幀圖像中，無(wú)法確定距離物體的真實(shí)距離，只能通過(guò)相機(jī)的運(yùn)動(dòng)，利用多幀圖像形成三角定位，來(lái)進(jìn)行距離測(cè)量。而雙目視覺(jué)定位是指通過(guò)三角測(cè)量原理來(lái)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的三維空間位置進(jìn)行定位。雙目視覺(jué)定位算法流程包括相機(jī)標(biāo)定、雙目標(biāo)定、圖像處理、特征檢測(cè)、立體匹配、三維測(cè)量和姿態(tài)測(cè)量。
以現(xiàn)有的單目朝天方案來(lái)說(shuō)，由于其攝像頭朝天，帶來(lái)的局限性是無(wú)法進(jìn)行依托視覺(jué)的避障，亦無(wú)法保證全局式的建圖及導(dǎo)航規(guī)劃；因此主流單目方案仍舊是通過(guò)碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)邊界探索。而雙目方案可通過(guò)三角定位方式實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的距離測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式的避障與清掃，不破壞家具，不碰撞兒童、寵物及其他生活用品。除此以外，雙目方案在配備更高性能鏡頭和更強(qiáng)算力處理芯片的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境及物體的識(shí)別，比起其他方案，在家庭環(huán)境中具有更強(qiáng)的魯棒性，能夠識(shí)別蚊帳、窗紗等較高透光性的物體，防止異物的卷入，甚至可實(shí)現(xiàn)雙目跟隨，實(shí)現(xiàn)更有目的的高效清掃策略。換言之，雙目SLAM方案是一項(xiàng)適用性更強(qiáng)，且能夠大幅提高掃地機(jī)器人智能化水平的導(dǎo)航技術(shù)。
結(jié)語(yǔ)
在剛剛落幕的ICCV2019上，“3D”這個(gè)詞在投稿論文的關(guān)鍵詞排名中位列第四，足以證明在A(yíng)I技術(shù)發(fā)展的大環(huán)境中，越來(lái)越多的行業(yè)和領(lǐng)域開(kāi)始關(guān)注到3D相關(guān)的技術(shù)和應(yīng)用。掃地機(jī)行業(yè)如何突破現(xiàn)有的發(fā)展瓶頸，更智能的導(dǎo)航和清掃方案必將成為各大廠(chǎng)商攻堅(jiān)的核心。筆者關(guān)注到，國(guó)內(nèi)雙目視覺(jué)的頭部企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始積極布局雙目視覺(jué)掃地機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)。據(jù)公開(kāi)資料顯示，國(guó)內(nèi)知名雙目三維視覺(jué)技術(shù)提供商小覓智能（MYNTAI）日前公示了多項(xiàng)雙目視覺(jué)掃地機(jī)器人的相關(guān)的集成專(zhuān)利。
2019年，掃地機(jī)行業(yè)正在加速洗牌，整體增速放緩，強(qiáng)者恒強(qiáng)，弱者積貧積弱的馬太效應(yīng)愈發(fā)凸顯。多元化布局，在技術(shù)上尋求突破，正是各大廠(chǎng)商能否在日益激烈的角逐中站穩(wěn)腳跟，以及整個(gè)行業(yè)環(huán)境能否在2020年迎來(lái)融冰回暖的關(guān)鍵。
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