掃地機(jī)器人的眼睛,藏了另一個(gè)“浴霸”,。 文 | 王金旺 假如掃地機(jī)器人有眼耳五官,,又如果我們要為掃地機(jī)器人的五官各自著書(shū)立傳,“眼睛”的進(jìn)化史絕對(duì)是其中最精彩的一部,。 十年前,,掃地機(jī)器人開(kāi)始逐漸進(jìn)入中國(guó)家庭,第一批進(jìn)入家庭中的掃地機(jī)器人像一個(gè)剛出生的孩子,,靠隨機(jī)碰撞學(xué)習(xí)如何“走路”,;五年前,激光雷達(dá),、路徑規(guī)劃算法的引入,,全局規(guī)劃取代隨機(jī)碰撞,讓掃地機(jī)器人市場(chǎng)開(kāi)始爆發(fā),。 近年來(lái),,隨著主流導(dǎo)航技術(shù)從LDS激光雷達(dá)發(fā)展到vSLAM視覺(jué)導(dǎo)航,掃地機(jī)器人已經(jīng)從“聽(tīng)聲辨位”進(jìn)化到“目之所及”,,正當(dāng)大家還在想未來(lái)掃地機(jī)器人會(huì)有一雙怎樣的“眼睛”時(shí),,2020年,各大廠商新一輪掃地機(jī)器人的產(chǎn)品發(fā)布,,3D傳感器,、dToF技術(shù)的應(yīng)用,讓這雙“眼睛”繼續(xù)進(jìn)化。 這讓人們更加好奇,,掃地機(jī)器人眼中看到的會(huì)是怎樣一個(gè)世界,? 蘋(píng)果Face ID“同款”方案,掃地機(jī)器人 拿來(lái)打掃邊邊角角 近年來(lái),,機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在國(guó)內(nèi)俘獲了一大批粉絲,,由于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)能夠快速適應(yīng)環(huán)境變化,國(guó)內(nèi)不少掃地機(jī)器人廠商也開(kāi)始在產(chǎn)品中引入機(jī)器視覺(jué)技術(shù),。2019年,,小米發(fā)布的米家掃地機(jī)器人1S中加入了一顆攝像頭,配備了vSLAM視覺(jué)導(dǎo)航算法,;同年,,科沃斯也轉(zhuǎn)向機(jī)器視覺(jué),有所不同的是,,科沃斯并沒(méi)有用現(xiàn)在市面上較為成熟的vSLAM視覺(jué)導(dǎo)航算法,,而是自研了AIVI視覺(jué)識(shí)別技術(shù)。 作為視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)的長(zhǎng)期擁躉者,,iRobot早在2015年發(fā)布的Roomba 9系掃地機(jī)器人中已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用vSLAM方案,,在今年3月8日國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)售的新品Roomba s9+中,又別開(kāi)生面地再次加入了一個(gè)3D傳感器,。 雷鋒網(wǎng)向iRobot官方了解到,與用于實(shí)現(xiàn)定位,、導(dǎo)航功能的vSLAM方案中配備的攝像頭不同,,這個(gè)3D傳感器是為了配合PerfectEdge技術(shù)進(jìn)行更細(xì)致的邊角清潔。 PerfectEdge技術(shù)是iRobot針對(duì)邊角清潔今年提出的一項(xiàng)新技術(shù),,為了改進(jìn)邊角清潔能力,,iRobot的PerfectEdge技術(shù)針對(duì)掃地機(jī)器人做了三項(xiàng)改進(jìn):
據(jù)iRobot Roomba s9+產(chǎn)品負(fù)責(zé)人向雷鋒網(wǎng)透露,,這個(gè)3D傳感器其實(shí)是一種紅外結(jié)構(gòu)光傳感器。 據(jù)雷鋒網(wǎng)了解,,3D結(jié)構(gòu)光傳感器基本工作原理為: 通過(guò)近紅外激光器,,將具有一定結(jié)構(gòu)特征的光線(xiàn)(一般有離散光斑、條形光,,編碼結(jié)構(gòu)光三類(lèi))投射到被拍攝物體上,,再由專(zhuān)門(mén)的紅外攝像頭進(jìn)行采集。這種具備一定結(jié)構(gòu)的光線(xiàn),,會(huì)因被攝物體的不同深度區(qū)域,,而采集不同的圖像相位信息,然后通過(guò)運(yùn)算單元將這種結(jié)構(gòu)的變化換算成深度信息,,以此來(lái)獲得三維結(jié)構(gòu),。 其實(shí)3D結(jié)構(gòu)光近兩年在智能手機(jī)上應(yīng)用已經(jīng)很普遍,蘋(píng)果早在2017年9月發(fā)布iPhone X時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始在前置攝像頭中用3D結(jié)構(gòu)光方案做3D人臉識(shí)別,,也就是蘋(píng)果的Face ID,。這一方案被蘋(píng)果隨后的歷代產(chǎn)品沿用至今,與此同時(shí),,國(guó)內(nèi)華米OV也先后將3D結(jié)構(gòu)光方案應(yīng)用到了自家智能手機(jī)攝像頭方案中,。 那么,3D結(jié)構(gòu)光傳感器在掃地機(jī)器人上又是如何應(yīng)用和工作的呢,? iRobot創(chuàng)始人Colin Angle在接受包括雷鋒網(wǎng)在內(nèi)的幾家媒體采訪時(shí)解釋稱(chēng):
掃地機(jī)器人的核心功能從來(lái)都是清潔能力,,如何提升掃地機(jī)器人的清潔能力,讓掃地機(jī)器人能夠適應(yīng)家庭各種場(chǎng)景,、清潔各類(lèi)地板和污漬讓各家廠商煞費(fèi)苦心,,iRobot此次為了加強(qiáng)掃地機(jī)器人邊角清潔能力,特意做了外形的調(diào)整,,也特意為掃地機(jī)器人加入了一雙看不見(jiàn)的眼鏡——這個(gè)在智能手機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)較為成熟的3D結(jié)構(gòu)光傳感器,,并研發(fā)了配套的AI算法,。 3D結(jié)構(gòu)光傳感器方案經(jīng)過(guò)這兩年在智能手機(jī)上的應(yīng)用和迭代,已經(jīng)相對(duì)成熟,,2019年前后其實(shí)已經(jīng)推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域,,例如智能門(mén)鎖,大華樂(lè)橙,、優(yōu)點(diǎn)科技等均在2019年有推出3D結(jié)構(gòu)光人臉識(shí)別門(mén)鎖,。而應(yīng)用到掃地機(jī)器人上時(shí),其實(shí)還需要考慮的是如何解決3D結(jié)構(gòu)光方案容易受到強(qiáng)光環(huán)境影響,。 雷鋒網(wǎng)向業(yè)內(nèi)人士了解到,,3D結(jié)構(gòu)光傳感器雖然可以幫助掃地機(jī)器人做輔助定位和導(dǎo)航避障,但由于這類(lèi)傳感器目前成本較高,,僅有少數(shù)掃地機(jī)器人在使用,,傳感器在設(shè)計(jì)和算法方面也有待針對(duì)掃地機(jī)器人的工作場(chǎng)景優(yōu)化,因而目前尚未在掃地機(jī)器人產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用,。 顯然,,iRobot此次發(fā)布的Roomba s9+成了應(yīng)用3D結(jié)構(gòu)光傳感器的典型機(jī)型,至于在實(shí)際應(yīng)用中清潔能力是否有明顯提升,,雷鋒網(wǎng)尚且沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際體驗(yàn),,這里暫不發(fā)表意見(jiàn)。不過(guò)官方在做產(chǎn)品推廣中,,此次加入的3D結(jié)構(gòu)光傳感器,,確實(shí)也成了iRobot新機(jī)型的核心賣(mài)點(diǎn)。 在今年發(fā)布的掃地機(jī)器人中,,將移動(dòng)終端應(yīng)用到的視覺(jué)方案引入到掃地機(jī)器人中的不只iRobot一家,,科沃斯同樣也用到了類(lèi)似方案,不過(guò)科沃斯用到的是剛剛隨著蘋(píng)果iPad Pro走火的dToF,。 被iPad Pro帶火的dToF,在 掃地機(jī)器人上怎么用,? 3月18日,,蘋(píng)果iPad Pro產(chǎn)品線(xiàn)時(shí)隔兩年再次更新,這次更新帶火了一個(gè)視覺(jué)技術(shù)方案——dToF,。 dToF,,中文名字是直接飛行時(shí)間(測(cè)距法),傳感器硬件結(jié)構(gòu)主要包括發(fā)射端和接收端,。工作原理可以簡(jiǎn)單理解為:dToF傳感器將調(diào)制信號(hào)發(fā)給光源驅(qū)動(dòng)芯片,,控制激光器發(fā)出高頻調(diào)制的近紅外光, 在遇到物體漫反射后,,接收端通過(guò)發(fā)射光與接收光的時(shí)間差來(lái)計(jì)算深度信息,。 之所以這一技術(shù)能夠被蘋(píng)果選中是因?yàn)閐ToF方案原理簡(jiǎn)單,、系統(tǒng)穩(wěn)定且容易集成,但是要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)距的話(huà),,技術(shù)難度會(huì)很高,,需要在芯片設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì),、制造工藝等方面做得都很好,。 作為視覺(jué)空間定位技術(shù)專(zhuān)家,同時(shí)又是主要提供單目視覺(jué)空間定位技術(shù)初創(chuàng)公司歡創(chuàng)科技的創(chuàng)始人,,周琨和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)當(dāng)下備受關(guān)注的dToF方案也進(jìn)行了深入研究,,周琨告訴雷鋒網(wǎng):
蘋(píng)果將它集成到iPad Pro中,,目的也是為了進(jìn)行更好的測(cè)距、輔助構(gòu)建AR應(yīng)用場(chǎng)景,,至于具體是如何實(shí)現(xiàn)的,,官方并沒(méi)有給出比較詳盡的介紹。 對(duì)此,,周琨認(rèn)為:
相對(duì)于蘋(píng)果應(yīng)用dToF技術(shù)輔助構(gòu)建AR場(chǎng)景讓市場(chǎng)對(duì)AR發(fā)展前景各種猜測(cè),科沃斯將dToF技術(shù)引入到掃地機(jī)器人,,用于提升掃地機(jī)器人的定位導(dǎo)航能力就顯得更加實(shí)在,、更接地氣。 在蘋(píng)果iPad Pro發(fā)布會(huì)僅10天后,,同樣將dToF技術(shù)帶到消費(fèi)領(lǐng)域的還有科沃斯,,科沃斯在其新發(fā)布的T8 AIVI掃地機(jī)器人上搭載的激光雷達(dá)應(yīng)用的正是dToF技術(shù),,以此來(lái)提升死角清潔和越障能力。 與iRobot類(lèi)似的是,,此次針對(duì)邊角清潔能力提升加入的不僅僅是一個(gè)dToF方案,,而是一個(gè)被官方稱(chēng)為T(mén)rueMapping的定位導(dǎo)航技術(shù)。據(jù)官方最新產(chǎn)品資料顯示,,TrueMapping機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)搭載了科沃斯獨(dú)立開(kāi)發(fā)的高精度激光雷達(dá),,配合dToF技術(shù),地寶的建圖效率,、建圖精度,、掃描范圍和使用壽命都有所提升。其中,,掃描精度提升了4倍(毫米級(jí)別),,掃描距離也提升了2倍(10米掃描半徑),有效減少導(dǎo)航盲區(qū),,提升清潔覆蓋率,,通過(guò)算法優(yōu)化提升死角清潔能力和越障能力。 dToF技術(shù)目前在掃地機(jī)器人的定位導(dǎo)航方案中具體是如何應(yīng)用的,? 周琨向雷鋒網(wǎng)介紹稱(chēng):
不過(guò),,周琨也特別指出,,“掃地機(jī)器人是對(duì)于成本和性?xún)r(jià)比較為敏感的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品,dToF方案目前更適用于對(duì)遠(yuǎn)距離精度和幀率要求比較高,,對(duì)成本容忍度也比較高的場(chǎng)景,。” 就此次科沃斯發(fā)布的新品T8定位導(dǎo)航方案而言,,除去加入了dToF方案外,,也升級(jí)了自家的AIVI技術(shù),據(jù)科沃斯官方表示,,通過(guò)升級(jí)后的AIVI技術(shù),,T8已經(jīng)可以識(shí)別鞋子、襪子,、抹布,、充電座、數(shù)據(jù)線(xiàn),、小地墊,、U型椅七類(lèi)常見(jiàn)障礙物。 可見(jiàn),,除去LDS雷達(dá)+SLAM算法外,,在定位導(dǎo)航方案中,科沃斯的掃地機(jī)器人現(xiàn)在也有了兩只更精準(zhǔn)的眼睛——dToF(激光雷達(dá))+AIVI(機(jī)器視覺(jué)),。 其實(shí),,不只是3D結(jié)構(gòu)光、dToF這些新技術(shù)的引入在讓掃地機(jī)器人進(jìn)化,,傳統(tǒng)定位導(dǎo)航方案仍有很大的提升空間,。 傳統(tǒng)SLAM導(dǎo)航方案的升級(jí)再造, 還能帶來(lái)多大的提升空間,? 同樣是在3月,,另一款掃地機(jī)器人新品正是針對(duì)傳統(tǒng)定位導(dǎo)航方案做的升級(jí)優(yōu)化——石頭掃地機(jī)器人T7。 石頭科技在T7上做的升級(jí)優(yōu)化,,其實(shí)更像是為掃地機(jī)器人上的各類(lèi)數(shù)據(jù)及感知,、建圖、導(dǎo)航算法配了個(gè)大管家,,這個(gè)管家用一個(gè)形象又時(shí)髦的詞也可以理解為是掃地機(jī)器人的“中臺(tái)”,,這個(gè)“中臺(tái)”也有自己的名字,叫Mason系統(tǒng),。 官方介紹稱(chēng),,Mason系統(tǒng)的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理算法”負(fù)責(zé)管理分發(fā)傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù),交由“感知與建圖算法”進(jìn)行數(shù)據(jù)融合與分析,,然后“導(dǎo)航與運(yùn)動(dòng)算法”根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)導(dǎo)航及規(guī)劃,。 雷鋒網(wǎng)向石頭科技官方了解到,,石頭科技早在2014年7月成立之初就已經(jīng)開(kāi)始著手搭建這一系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)分為硬件抽象層,、感知層,、控制層、決策層和用戶(hù)交互層5層架構(gòu),,歷時(shí)26個(gè)月完成Mason 1.0系統(tǒng),,是米家掃地機(jī)器人的軟件算法和系統(tǒng)核心。此后,,在Mason1.0基礎(chǔ)上,,該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)89次迭代,才有了現(xiàn)在應(yīng)用于T7系列產(chǎn)品中的Mason 7.0,。 隨著Mason 7.0算法系統(tǒng)的加入,,據(jù)悉,石頭科技在定位導(dǎo)航技術(shù)上也增加了一些新的能力: 引入多樓層模式,。掃地機(jī)器人最多可以保存4張地圖,,在更換樓層后,掃地機(jī)器人可以自動(dòng)識(shí)別并切換地圖,。 引入動(dòng)態(tài)匹配算法,。掃地機(jī)器人如果在靜態(tài)匹配時(shí)發(fā)現(xiàn)無(wú)法區(qū)分自己到底在哪個(gè)樓層,還會(huì)移動(dòng)起來(lái)并實(shí)時(shí)進(jìn)行多地圖重定位,,提高重定位準(zhǔn)確性,。這也是石頭科技首次在SLAM定位算法中引入動(dòng)態(tài)匹配算法。 增加地圖防抖技術(shù),。在掃地機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)糾錯(cuò),,即掃地機(jī)器人一旦發(fā)現(xiàn)當(dāng)前位置所收集的數(shù)據(jù)和地圖上所定位的位置不一致時(shí),會(huì)進(jìn)行定位糾錯(cuò),,將機(jī)器人重新定位回地圖上正確的位置,,從而保證繪圖信息的準(zhǔn)確性。 此外,,石頭科技向雷鋒網(wǎng)表示,,“在Mason 7.0中,我們重構(gòu)了整個(gè)SLAM算法,,新算法魯棒性更好,,地圖穩(wěn)定性更高,重定位成功率更高,?!?/span> LDS激光雷達(dá)+SLAM方案算是掃地機(jī)器人現(xiàn)在最為成熟的定位導(dǎo)航方案了,雖然該成本高于視覺(jué)方案,但由于測(cè)距精準(zhǔn),、且不易受到光照條件影響,一直是掃地機(jī)器人定位導(dǎo)航方案中的主流方案,。 近年來(lái),,對(duì)于掃地機(jī)器人關(guān)鍵的定位導(dǎo)航技術(shù)研發(fā),各大廠商基本上都是兩手準(zhǔn)備,。一方面,,針對(duì)LDS激光雷達(dá)+SLAM方案不斷進(jìn)行迭代優(yōu)化;另一方面,,隨著諸如3D結(jié)構(gòu)光,、dToF在內(nèi)的更多定位導(dǎo)航技術(shù)的加入,掃地機(jī)機(jī)器人的定位導(dǎo)航方案越來(lái)越復(fù)雜,,現(xiàn)在的主流掃地機(jī)器人已遠(yuǎn)不只有一只眼睛,。 掃地機(jī)器人“眼睛”的進(jìn)化, 看不見(jiàn)的浴霸 距第一臺(tái)掃地機(jī)器人發(fā)布已十年有余,,現(xiàn)在的掃地機(jī)器人也早已不再是最初走入家中那個(gè)碰碰撞撞的孩子,。 近年來(lái),為了構(gòu)建強(qiáng)大的攝影功能,,智能手機(jī)加入的攝像頭方案越來(lái)越多,,諸如ToF、3D結(jié)構(gòu)光等3D視覺(jué)方案在智能手機(jī)上已經(jīng)相對(duì)普及,,與此同時(shí),,智能手機(jī)上的攝像頭也越來(lái)越多,從雙攝,、三攝,、到現(xiàn)在的四攝、五攝,,智能手機(jī)的攝像頭模組也被網(wǎng)友親切稱(chēng)為“浴霸”,。 掃地機(jī)器人定位導(dǎo)航方案其實(shí)與智能手機(jī)攝像頭方案的發(fā)展歷路相似。 從最初的激光雷達(dá)SLAM方案,,到vSLAM方案,,再到今年的3D結(jié)構(gòu)光、dToF方案的引入,,掃地機(jī)器人在定位導(dǎo)航方案中已經(jīng)融入了越來(lái)越多的傳感器技術(shù),。 以科沃斯最新發(fā)布的T8為例,已經(jīng)融入了LDS雷達(dá)定位,、SLAM導(dǎo)航算法,、AIVI視覺(jué)方案、dToF方案幾類(lèi)技術(shù)方案,外加諸多傳感器的融合應(yīng)用,,已經(jīng)為掃地機(jī)器人的定位導(dǎo)航系統(tǒng)搭建了一個(gè)看不見(jiàn)的“浴霸”,。 掃地機(jī)器人廠商顯然已經(jīng)足夠努力,但是這樣的努力或許還不夠,。 從2019年國(guó)內(nèi)掃地機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看,,增速明顯放緩,據(jù)奧維云網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,,2019年1-11月,,線(xiàn)上零售量同比增長(zhǎng)0.6%,相對(duì)于2018年1-11月的31.7%的增速?lài)?yán)重放緩,。 對(duì)此,,奧維云網(wǎng)認(rèn)為有兩方面原因:一方面,2018年激光導(dǎo)航產(chǎn)品全面爆發(fā),,帶動(dòng)同期銷(xiāo)量野蠻式增長(zhǎng),;另一方面,前期低配產(chǎn)品的負(fù)面口碑引發(fā)潛在顧客的購(gòu)買(mǎi)顧慮,。 據(jù)雷鋒網(wǎng)此前觀察,,其實(shí)根本原因還是在于用戶(hù)對(duì)當(dāng)下掃地機(jī)器人期望太高(諸如對(duì)細(xì)節(jié)角落清掃、對(duì)大顆粒物體清掃,、靜音運(yùn)行的要求),,掃地機(jī)器人實(shí)際上還遠(yuǎn)未達(dá)到“一機(jī)掃所有”的能力,尤其在清潔能力上,,還有待進(jìn)一步提升,。 年初各大廠商推出的新品針對(duì)定位導(dǎo)航技術(shù)的一波升級(jí),或?qū)⒊蔀榻衲晔艿揭咔闆_擊的掃地機(jī)器人市場(chǎng)重啟的關(guān)鍵,。 |
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