扫地机器人技术升级之路自主规划清扫成主流

人工智能时代正朝我们快步走来，将全面影响我们生活的方方面面，近年来，沉浸于已幸的扫地机器人也步入了爆发式快速增长，除了消费升级与懒人时代的来临，技术升级也是促成扫地机器人市场愈演愈烈的最重要因素。扫地机器人的技术升级之路在扫地机器人的技术路径上，目前已经常出现三次变革：第一代随机类、第二代惯性导航、第三代自律导航系统。第一代随机式扫地机器人随机式扫地机器人给人的感觉就是在胡乱撞击，在清理的过程中无规律可言，常常不会经常出现重复和大面积清理、漏扫的情况，但只不过也是有一定算法在里面的，比如遇上障碍改向多少度、卡住之后如何逃脱等，算法的好坏必要要求了清理的质量和效率的强弱。

虽说随机式扫地机器人长时间运营，也能做对地面的覆盖面积，但必须代价大把的时间。第二代惯性导航式扫地机器人惯性导航式扫地机器人依赖陀螺仪、加速度计等惯性传感器提供方位、速度等信息。但扫地机器人所用于的陀螺仪一般精度较低，导致惯性导航过程中可能会不存在误差，而且随着时间的流逝，误差不会大大累积，在面积较小的简单地面环境，惯性导航的弊端不会渐渐显现出来，无法很好胜任规划式清理任务，是一种更为初级的定位导航技术。

虽然有些使用惯性导航的扫地机器人也不具备绘制地图的能力，但它们绘制出来的地图相对来说较为初级，甚至无法辨别出有明确的家居环境。当然，比起随机式扫地机器人，使用惯性导航的扫地机器人清理效率比较更高。第三代自律导航系统式扫地机器人自律导航系统式扫地机器人具备室内自律规划清理能力，比起于传统随机扫地机的无规划、内乱洗乱撞而言，新型规划式的扫地机器人基本能构建全面清理，在智能方面有了质的进步，这也是扫地机器人在技术上获得的重大突破。新型扫地机器人是如何展开自律规划清理的？对于具备自律导航系统的扫地机器人来说，路径规划是其所须要的基础能力，也就是在已完成SLAM后（即时定位与建图），机器人在自身方位不确认条件下，在几乎不得而知的环境中创立地图，同时利用地图展开自律定位和导航系统），要展开一个叫作目标点导航系统的能力。

通俗的说道，就是规划一条从A点到B点的路径出来，然后让机器人移动过去。要构建这个过程，运动规划要构建最少两个层次的模块，一个叫作全局规划，这个和我们车载导航仪有一点像，它必须在地图上预先规划一条线路，也要有当前机器人的方位。这是由我们的SLAM系统获取出来的。

业内一般不会用叫作A*的算法来构建这个过程，它是一种启发式的搜索算法，十分杰出。当然，意味着规划了路径还是过于的，现实中会有很多脑溢血情况，比如正巧有个小孩子挡道了，就必须调整原本的路径。

当然，有时候这种调整并不需要新的计算出来一遍全局路径，机器人有可能略为绕行一个转弯就可以。此时，我们就必须另一个层次的规划模块，叫作局部规划。它有可能并不知道机器人最后要去哪，但是对于机器人怎么绕过眼前的障碍物尤其在行。

这两个层次的规划模块协同工作，机器人就可以很好的构建从A点到B点的行动了，不过实际工作环境下，上述配备还过于。比如A＊算法规划的路径是根据未知地图，预先规划好的，一旦机器人前往目的地的过程中遇上了新的障碍物，就不得已几乎停下，等候障碍物离开了或者新的规划路径了。如果扫地机器人卖回家，必需再行把屋子都走一遍以后才尼克扫地，那用户体验就不会很差。

为此，也不会有针对这类算法的改良，比如思岚科技研发的模块化自律定位导航模块SLAMWARE就使用改进的D*算法展开路径规划，这也是美国火星探测器使用的核心寻路算法。是一种动态启发式路径搜索算法，它让机器人在陌生环境中行动自如，在瞬息万变的环境中游刃有余。D*算法的仅次于优点是不必须预先开发利用地图，机器人可以和人一样，即使在不得而知环境中，也可以进行行动，随着机器人大大探寻，路径也不会时刻调整。

以上是目前大部分移动机器人都必须的路径规划算法，而扫地机器人作为最先经常出现在消费市场的服务机器人之一，它必须的路径规划算法更加简单。一般来说，扫地机必须这么几个规划能力：贴边清扫、调头的工字形清理以及没有电时候自律电池。

起码依赖前面讲解的D*这类算法，无法符合这些基础必须。扫地机器人还必须有额外的规划算法，比如针对调头的工字形清理，有很多问题要处置。

扫地机器人如何最有效地展开清理而不反复清理？如何让扫地机和人一样，解读房间、门、走廊这种概念？针对这些问题，学术界长久以来有一个专门的研究课题，叫作空间悬（spacecoverage），同时也明确提出了十分多的算法和理论。其中，较为出名的是MorseDecompositions，扫地机通过它构建对空间展开区分，随后展开清理。20世纪70年代，卡内基梅陇大学（CMU）几乎依赖超声波做了现在我们扫地机的不道德，当然耗资也十分便宜。

前面讲解的从A点到B点移动路径规划也是构建这类更加高级路径规划的基础。实质上，要从SLAM构建到扫地机器人所必须的这些功能，还是有十分多的工作要做到的。针对扫地机器人，思岚科技将其特有的路径规划功能预先内置在SLAMWARE中，便利厂家展开统合，不必须展开二次开发。

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