国货之光:国产扫地机器人技术及选购分析(含16款技术分析)

2020-11-22 21:18:03 11点赞 43收藏 7评论

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创作立场声明:不一定要买贵的,一定要买对的。硬件技术一定要跟得上时代,软件可以后期升级。


一、扫地机器人前生今世

现代生活带来的快节奏生活,人们工作愈发忙碌,社会活动愈发频繁,空闲时间愈发减少,留给做家务和做清洁的时间和精力愈发有限。在这种生活模式下,扫地机器人的刚性需求也逐步显现,技术及能力取得了长足的进步。

(一)第一代扫地机器人

1996年,瑞典家电制造商伊莱克斯制造了世界第一台扫地机器人三叶虫。该款扫地机采用单滚刷设计进行地面清扫,并具有自动回充和防跌落功能。但三叶虫扫地机器人,存在以下不足:一是反应速度、运算速度及行进速度较慢,清扫效率不高;二是过高的外形设计限制了家具底部的清扫;三是昂贵的价格大家难以承受。

三叶虫三叶虫

(二)第二代扫地机器人

2002年,美国制造商iRobot发布Roomba扫地机器人。“边刷+滚刷+吸尘口”三段式清扫结构,为今后扫地机器人的研发设计奠定了基础,由此也推动了扫地机器人快速发展。Roomba扫地机器人将机身高度降至12cm以下,增加边刷设计,提高了家具底部及边角的清扫能力。但采用的随机碰撞式清扫路线,让它的清洁效率不高。

(三)第三代扫地机器人

2004年,美国iRobot推出了带灯塔定位配套使用的扫地机器人,借助接收灯塔发出的信号,机器人可以准确判定方位,并藉此扫描构建清扫范围,提高清扫质量和效率。但灯塔装置额外增加了清扫成本,同时摆放位置及设置数量的准确性是决定清扫效率的重点。

(四)第四代扫地机器人

2008年,具备摄像头定位的路径规划式扫地机器人出现。该类型扫地机器人采用摄像头扫描周围环境,并 通过红外传感器和数学算法对房间进行测绘导航,制定行动路线,并进行实时更新和调整,最终完成清扫工作。这是里程碑式的标志,扫地机器人具备自主路径规划能力。但视觉扫描在弱光环境下工作能力差的缺点也暴露无遗。

(五)第五代扫地机器人

2010年,美国Neato推出具有激光雷达测距功能的扫地机器人,它安装了360°旋转激光测距 仪,可进行即时定位与环境地图三维构建,从而合理规划清扫路线,使清扫效率及覆盖率均得到有力保证。同时 他就还可实现断点式清扫,即回充完毕,可以 回到上次清扫地点继续工作。

纵观扫地机器人的进化史,就是清洁能力的提升史,重点就是清扫装置结构和智能清扫软硬件的升级。

二、国内扫地机器人现状

根据一份中国消费级机器人分析报告,中国扫地机器人零售额2013年仅为8.57亿,到2017年已达44亿元,销售量达332.5万台,其中线 上销售额占比89%以上。目前,国内扫地机器人品牌众多, 2018年度,在天猫、京东等线上线下平 台销售的扫地机器人品牌已达160 多个。近年来,国产品牌科沃斯、小米、360、石 头科技、海尔、美的等国产品牌均推出五代后产品,清扫装置向一线国际品牌看齐,具备智能壁障和路线规划功能,产品性能已达到国际一流水平,价格相对外资品牌显得更加实惠,因此在国内市场占据半壁江山。

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三、国货扫主流地机器人技术及选购分析

前面讲过,扫地机器人的进化史,重点就是清扫装置结构和智能清扫软硬件的升级。

(一)清扫装置结构

纵观1000-4000价位的国产扫地机器人,在清扫装置结构上创新发展步子不大,几乎沿用了iRobot的“边刷+滚刷+吸尘口”三段式清扫结构,有所区别的是采用双边刷还是采用单边刷。不少测评文也指出,在实际使用中,双边刷容易将垃圾打走,反而不易清扫。在设置自动清扫后,这算不上问题,定时自动清扫,会将这种概率性问题带来后果的损害降至最低,甚至可以忽略不计。

(二)智能清扫软硬件

智能清扫,主要体现在路径规划及智能壁障,前者解决了清扫效率的问题,后者减少了人工干预的问题,这两个问题的解决,将给使用体验带来质的飞跃。

当前主流国产扫地机器人采用的路径规划及避障技术:

扫地机器人工作结构示意图扫地机器人工作结构示意图

家用扫地机器人路径规划及避障结构家用扫地机器人路径规划及避障结构

在选购扫地机器人的过程中,不少朋友被各种技术名词搞的头晕眼花,这里列举了官产扫地机器人在路径规划和智能避障方面采用的主要技术。

1.采用单一红外传感器或超声波传感器实现行走避障,行走方式采用随机往复式。目前低端扫地机器人采用红外线传感技术,在清扫过程中不断发射红外射线,当红外射线探测到颜色较深物体时就会反射回来。扫地机器人携带的微电脑接收到被反射回来的红外射线,就会转弯并记录,多次往复后逐渐形成较为固定的清扫区域。当家中的物体摆放较为杂乱或者颜色深浅不一时,将导致扫地机器人判断失误,进而导致清扫区域覆盖不全。

2.SLAM技术是一种绘制地图并实时自我定位的技术。扫地机器人在陌生环境中自行创建地图,并通过自身构建的地图进行自主定位和导航的能力就是“即时定位与地图构建(简称 SLAM)”。 简单讲,就是机器人需要在未知环境中从陌生的坐标点出发,在移动过程中不断根据位置估计和传感器数据来进行实时的自我定位,并绘制出增量地图。这种技术在工作中需要和测量技术配合使用。

3. LDS激光雷达SLAM。扫地机器人上的激光收发射器以特定入射角发射一个或多个激光束照射待测物体,激光在物体表面上散射或折射,反射激光经由透镜集中,光斑在扫地机器人的CCD 传感器上成像。在扫地过程中,物体相对位置移动时,光斑也会移动。可以根据光斑的位移计算扫地机器人与测量物体的相对位置。采用该技术的扫地机器人建模精度高,速度快,对环境光要求低,甚至可以在全黑条件下工作,不足之处是它采用的传感器体积大,一般会在顶部凸起,并且后期智能可扩展性低。

4.视觉导航VSLAM技术,一种机器视觉导航定位系统,采用普通摄像头采集环境中的特征点信息,获取灰度或彩色图案,只能得到物体方向,在移动中,摄像头在新位置再次测量,根据三角原理定位位置。应用此种技术的扫地机器人建图精度要稍低,建图时可能采用碰撞建图,建图速度慢,弱光环境工作误差大,但是传感器体积小,而且后期智能可扩展性强。后期可扩展性是指通过后期软件升级,算法能力提升,提供更加智能的清扫体验。

5.dToF(direct Time-of-Flight)直接飞行时间测距技术。通过测量从扫地机器人脉冲发射经过目标后再返回到光电探测器的时间间隔来计算距离,实现3D建图。这种方法进行扫地路径规划,建图速度快,而精度可以达到厘米。同时该技术解决方案设备尺寸小,抗干扰性较好,适合视角较宽 (中长距离使用)。

6.3D结构光识别技术。通过3D 结构光传感器接收彩色相机和红外相机数据,进行深度图像处理并将计算深度数据输出,以此快速建立物品的3D图像。通过后台数据比对达到识别物体的目的。3D结构光技术功耗小,深度图分辨率较高,适合近距离场景识别(特别在1m内有很大优势)。

7.AIVI人工智能视觉识别。利用摄像头采集图像,通过后台比对进行识别,结合激光导航或者视觉导航技术,能够构建带有物体标签的三维语义地图,提升房间边缘、角落以及障碍物的建图精度和识别效率,并可以配备不同的清扫策略。

(三)当前主流国货产品技术及选购分析

1.3000以上

(1)科沃斯 Ecovacs 地宝T8 AIVI

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(2)石头(roborock)扫地机器人T7Pro

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这两款算是国货中的高端产品,定价都在3000元以上,均采用了国际主流或者说是前沿的路径规划及智能避障技术:一是均采用 LDS激光雷达SLAM技术,能够快速准确的建图和规划路径,让扫地机器人有计划有步骤的清扫;二是采用AI智能识别技术,通过摄像头采集图像信息,在后台通过算法处理及数据比对,判断出障碍物名称及性质,选择合理的策略进行清扫,从而最大限度减少人工干预及碰撞;三是两者因为采用了视频摄像头,因此在使用过程中都可以实现视频互动的功能。两者在路径规划方面稍有不同的是:科沃斯还采用了dToF(direct Time-of-Flight)直接飞行时间测距技术,建图测距时间快、精度高,路径规划功能理论上更强;石头采用双摄像头,像素较高,视频图像采集能力比科沃斯单摄像头稍强。

而在清扫装置上,科沃斯使用双边刷,并带有强擦功能(对历史污渍去除能力较强);石头使用单边刷(不易造成二次污染),拖地相对较轻(去除一般污渍)。

尽管两款扫地机器人加入AI智能识别后,清扫效率有所下降(毕竟边角清扫和避障清扫本身就是一对矛盾体),但它们具备很强的后期扩展性,通过后期OTA升级,可以大大提高清扫体验,是面向未来的扫地机器人。

2.2000-3000元

(1)科沃斯 Ecovacs 地宝T8 Power扫地机器人

京东 ECOVACS 科沃斯 DLX11-22 地宝 T8 Power 扫地机器人 3399元
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(2)石头(roborock)扫地机器人T7

京东 Roborock 石头 T7 扫地机器人 2899元起
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(3) 小米扫拖机器人扫拖一体1T

京东 MIJIA 米家 1T(STYTJ02ZHM) 扫拖机器人 2299元起
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(4)追觅(dreame) 灵图D9扫地机器人

(5)美的 Midea 扫地机器人 M7 Max

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(6)360扫地机器人X95

京东 360 X95 扫地机器人 皇家礼盒版 白色 2199元起
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以上6款扫地机器人是2000-3000价位国产扫地机器人中的代表。从路径规划方面看除小米1T以外,其余4款均采用LDS激光雷达SLAM,也就是主流高端扫地机器人采用激光扫描建图技术,其中科沃斯产品在dToF技术的加持下,理论上建图更加快速和精确。小米1T采用3DVSLAM技术,即3D视觉导航技术,其采用的ToF传感器能够弥补VSLAM在视觉表现上的不足,较以往的VSLAM技术能够更快速精准的定位(不过可能会受环境光的影响),这也算是另辟蹊径。在智能避障方面科沃斯产品拥有3D结构光识别技术,能够精细识别判断障碍物,理论数据较其他红外或者超声波避障强。

在清扫装置方面:科沃斯采用2边刷,其余产品采用1边刷;科沃斯和美的产品具备强擦功能;360、追觅、石头产品具备地毯识别和强吸功能。此外因为小米采用视觉导航技术,因此没有激光模块,产品厚度算是同类产品中最薄的,仅8.5CM厚,可以无忧清扫沙发和床下。

以上6款算是国货里面功能与价格均衡的产品,它们大多数采用LDS激光雷达SLAM(这是中高端产品的主流技术,小米的技术是视觉导航的改进版,较视觉导航有提高),是目前清扫体验最佳的产品,是当下的最佳性能扫地机器人。

3.1000-2000元

(1)美的(Midea)M7耀石黑激光导航扫地机器人

(2)科沃斯(Ecovacs)地宝T5 Power扫地机器人

(3)石头(roborock)扫地机器人T6

京东 Roborock 石头 T60 扫拖一体机 2699元起
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(4)科沃斯(Ecovacs)地宝DE53扫地机器人

(5)科沃斯(Ecovacs)地宝DN33扫地机器人

京东 ECOVACS 科沃斯 DN33 扫拖一体机 1259元(需用券) 去购买
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(6)石头(roborock)扫地机器人 T4

(7)小米扫地机器人激光导航

(8)追觅(dreame) 慧目F9 扫地机器人

京东 dreame 追觅 慧目F9 扫地机器人 1299元 去购买
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这8款扫地机器人,目前价位在1000-2000元,有的是曾经的旗舰机,现在价格已经降下来了。从路线规划和智能避障方面看:前7款都属于LDS激光雷达SLAM技术,均可快速建图、规划路径,追觅属于视觉导航技术,从技术上讲视觉导航稍微弱点,但是追觅通过辅助灯光等手段可以减少暗光对识别、建图、规划路线的影响,同时通过后期算法升级,能够弥补先天带来的缺陷;这8款扫地机器人基本上都是采用红外、超声波等方法实现避障,不算智能,但是简单有效,就是耗时较长。

这个价位的扫地机器人选购,主要考虑电池、价格、手机APP、吸力及后期软件升级等因素,属于具备主流硬件技术,如果后期软件算法升级得当,不比2000-3000元机型差多少。

4.1000元以内

1000以内也有扫地机器人,它们大多没有采用成熟的路径规划解决方案,在清扫体验上已经落后时代,不太推荐,如果硬要购买,就购买能够S行清扫的机器人,虽然它不够智能,但也算是能够覆盖的移动吸尘器。

四、国货扫地机器人未来技术探讨及产品迭代升级

尽管目前扫地机器人是激光雷达导航的天下,但不久的将来会有越来越多的增加AI视觉识别技术的扫地机器人出现。随着算法的升级,它们可以更加自主的对环境进行清扫,减少人为干预,提升清扫体验。未来扫地机器人的视觉摄像头还能够更丰富的利用,能够人脸识别、Wi-Fi 联网、4G 联网及定位、远程智能录像和远程智能控制,从而具备安防监控报警能力。

总之就是,往好里买,就买可以AI识别的,要买性价比高的,最好要买带激光雷达导航的(脑袋凸起的),至于视觉导航也可以购买,但不是当前商家主推的应用技术。

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