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扫地机器人的工作原理详解

2018年01月05日 16:27 次阅读

  转圈圈的扫地机器人并不能算做是机器人,只能算是执行某种固定程序的机械。

  Roomba是最早流行的扫地机器人,它的路径规划是随机碰撞模式,依据的是红外传感器和高精度的程序算法,虽然算法足够精确,但它就在屋里撞来撞去,效率不是很高,看起来也很笨。

  于是,后起之秀们纷纷推出自己的路径规划模式,现在有这么几种:

  一、激光测距式导航系统(LaserSmart™ Mapping and NavigaTIon)

  Neato扫地机器人是通过激光测距的方法生成室内地图,在此基础上合理地规划清扫路线,而不是试探着撞来撞去,用户直观的感受是,它看起来比较聪明。其实现原理是:它的顶端设置有一个可旋转的激光发射头和配套接收器,通过发射激光扫描自身到边界每个点的距离,从而生成数字地图,还能根据屋内家具位置的变化实时进行更新。

  既然大脑中有了室内地图,Neato还可以聪明地记忆存储位置关系,比如当它因电量不足而自动返回充电完毕以后,能自动从上次返回的节点继续开始清扫。

  这才是智能的应有之义。

  二、北极星导航系统(NorthStar® NavigaTIon System)

  类似于室内GPS定位的方法,北极星导航系统的实现原理是在室内建立一个发射信号的模块,机器人通过测算自身跟该信号的偏移角度来确定自己的位置。由于它不能像Neato一样“看见”室内的物体,所以只能在清扫过程中通过自身去触碰来建立室内地图和物体之间的位置关系。

  北极星导航系统是美国EvoluTIon RoboTIcs公司的专利,最早应用于其擦地机器人Mint产品上,2012年9月公司被iRobot收购,随后应用于Braava系列擦地机器人。

  扫地机器人的工作原理详解

  三、图像式测算导航系统

  英国Dyson公司去年推出一款扫地机器人360Eye,不过目前还未正式销售。它利用顶部搭载的3摄像头扫描周围的环境,然后结合红外传感器,利用数学运算和几何、三角法测绘出房间的地图,以此来进行导航,并根据前后影像中各个地标的位置变化来判断当前的移动路线,并对其所构建的环境模型进行更新与调整。

  扫地机器人的工作原理

  扫地机器人其实就是智能吸尘器,它是一个在地上自动行走的小车,边走边进行清扫(吸尘)。一般,它底部前面一个万向轮,左右各自一个独立驱动的行走轮,有风机(吸尘器),由可充电电池供电,直流电机驱动。也有带拖布的,有的还带水箱。不带水箱的用湿拖布,一次(不换)可用约30平米,而带水箱的水也差不多管约30平米,相当,其实,经常拖,中途不换拖布也行,更何况,带水箱的也有另一个小问题——一旦机器卡住又一直渗水,木地板就麻烦了,所以,个人认为不带水箱并不是问题。它应该把该扫的地方都扫到,同时应能扫干净,所以吸力和路径规划就至关重要了,当然,如带拖布,则可适当降低对吸力的要求。

  如何识别室内情况并规划路线

  规划路线的原则:

  首先,清扫路径越简单越好;

  其次,要能遍历所有开放的空间(清扫所有的地方);

  第三,重复率要低,一般情况下,同一地方不要多次清扫;

  第四,对于比较脏的地方,应该适当多次清扫;

  扫地机器人的工作原理详解

  第五,完成清扫时间越少越好。所以,要实现这些,手段就是,需要传感器和算法的结合,由于居家环境各有不同,要达到人们普遍要求的这些,其实并不容易,必须有一部分人工智能在里面。比如在黑暗或者强光环境,或者地板颜色既有很深又有很浅的环境,都对扫地机器人的传感器检测和判断造成很大的干扰,举个例子,在黑暗环境中,靠摄像头及图像处理技术进行环境判断的就会失效;地板的深浅,对于防跌落的传感器信号判断又带来一个很大的问题,因为目前扫地机器人的防跌落技术基本上都是用向下发射红外光检测其反射信号,根据反射的强弱来判断是否下面就是悬空,浅色反射很强,深色反射很弱,下面有高悬空则基本上没有反射,如何设置一个值来界定下面是悬空,这就很难这些问题能不能解决?

  理论上都没问题,用复合传感器,但是,需要增加成本和安装空间。目前,为了实现导航和规划,主要有:激光测距、摄像处理、北极星定位和巡岸导航等技术,但即便使用激光测距导航,依旧需要算法支持以实现规划。市面上单纯的弓形清扫机器人不算真正的规划,因为它只是向前行走,碰上障碍就转90度行走一个小的距离(一般不超过机器自身宽度),再在同一方向转90度后行走,直至碰上障碍,又向反旋转一个90度行走一个小的距离,再继续旋转90度后行走,直至碰上障碍物一直这样循环,会有很多漏扫。像美国Neato、国产小米用和国产科沃斯的DR95就是激光导航,韩国三星用的是摄像头及图像处理,国产的艾亿佳用的是自己的发明专利技术巡岸导航。

  而纯粹的陀螺仪,它能实现定向,本身并不能实现导航,除非配以其他导航手段或者算法。关于清扫路径的优化及算法(策略),有很多文章和专利,请搜索查询一下,可资参考,在此基础上,您也可以进行改进、完善和创新。另外,随机式的不能保证全覆盖,脱困也较不容易,重复率高,不建议采用。

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市场上扫地机器人配置的刷头有哪些?哪些是比较好清理毛发?

发表于 2016-12-28 15:43 985次阅读
市场上扫地机器人配置的刷头有哪些?哪些是比较好清理毛发?

小米扫地机器人怎么样,土豪装逼神器还可以画户型图

小米扫地机器人拥有扫得干净,扫得快两大特点。通过与目前市场上知名的扫地机器人品牌iRobot 980...

发表于 2016-12-22 18:42 3457次阅读
小米扫地机器人怎么样,土豪装逼神器还可以画户型图

三星推出POWERbot Turbo扫地机器人,...

三星在CES 2016上推出一款新型扫地机器人Samsung POWERbot Turbo VR93...

发表于 2016-12-20 10:50 262次阅读
三星推出POWERbot Turbo扫地机器人,...

惯性导航系统电路设计原理分析—电路精选(25)

车载导航是利用车载GPS(全球定位系统)配合电子地图来进行的,它能方便且准确地告诉驾驶者去往目的地的...

发表于 2016-12-19 16:28 2361次阅读
惯性导航系统电路设计原理分析—电路精选(25)

政策加持 扫地机器人会是智能家居“摇钱树”?

随着科学技术的进步和社会发展,特别是受生活节奏的加快和工作压力的增大影响,人们希望更多地从繁琐的家庭...

发表于 2016-12-13 13:04 236次阅读
政策加持 扫地机器人会是智能家居“摇钱树”?

一篇文章带你认识“扫地机器人”

首先,什么是智能扫地机器人?扫地机器人又叫懒人扫地机,是智能家用电器的一种,能凭借一定的人工智能,自...

发表于 2016-12-13 11:36 557次阅读
一篇文章带你认识“扫地机器人”

家有宠物小狗,每天要清扫地板,想要购买扫地机器人,需要了解哪些方面?

发表于 2016-12-05 15:52 807次阅读
家有宠物小狗,每天要清扫地板,想要购买扫地机器人,需要了解哪些方面?

解析:扫地机器人现状分析及未来发展趋势

目前,扫地机器人俨然成为了服务机器人领域的“香饽饽”。今年的双十一,扫地机器人各大品牌赚得不亦乐乎。...

发表于 2016-12-04 17:57 1321次阅读
解析:扫地机器人现状分析及未来发展趋势

小米扫地机器人怎么样,开箱图赏好看又实用

小米旗下的MIJIA米家,它们高频度的新品发布不断给各个行业带来变数,电饭煲(以在使用中)、电风扇、...

发表于 2016-11-23 15:42 1794次阅读
小米扫地机器人怎么样,开箱图赏好看又实用

揭秘扫地机器人是如何做室内定位的

自主定位是扫地机器人自主路径规划的基础。经过多年的研究,虽然受成本、生产等因素的制约,航位推算法仍然...

发表于 2016-11-23 15:06 1035次阅读
揭秘扫地机器人是如何做室内定位的

处理家务活哪个最给力?三款最尖端技术扫地机器人P...

虽然问世十多年,扫地机器人还是一种比较摩登的小家电,因为你可能无法完全信任它。不过,随着技术的不断发...

发表于 2016-11-22 15:24 496次阅读
处理家务活哪个最给力?三款最尖端技术扫地机器人P...

智能导航扫地机器人,以内更靠谱!

扫地机器人设计的初衷是帮助人们减轻打扫室内卫生负担的,但是咨询了身边用扫地机器人的朋友,发现无一例外...

发表于 2016-11-05 01:52 147次阅读
智能导航扫地机器人,以内更靠谱!

如何正确选购扫地机器人之规划式机器人篇

一名合格的扫地机器人,应该要有一套智能的清扫系统,它赋予了扫地机器人灵魂,让扫地机器人懂得思考,不再...

发表于 2016-11-01 10:50 522次阅读
如何正确选购扫地机器人之规划式机器人篇

揭秘扫地机器人是如何进行室内定位的

相信屏幕前的各位看官应该都有过扫地的经历,回想一下扫地的过程,可以分解为两个主要的动作:走到某个位置...

发表于 2016-10-25 16:54 4622次阅读
揭秘扫地机器人是如何进行室内定位的

小米发布米家扫地机器人 12类传感器+3颗处理器

今日小米正式在北京发布了米家扫地机器人,这款机器人采用了日本原装NIDEC无刷风机,最大风压达到了1...

发表于 2016-08-31 15:52 3972次阅读
小米发布米家扫地机器人 12类传感器+3颗处理器

小米扫地机器人8月31日发布,“在座的各位都是垃...

小米生态链产品不断的丰富,上周,小米宣布将于8月31日召开秋季沟通会,发布一款生态链新品,地址在:北...

发表于 2016-08-30 17:48 883次阅读
小米扫地机器人8月31日发布,“在座的各位都是垃...

扫地机器人室内定位技术解析

如果说清扫系统是扫地机器人冠以“扫地”之名的本钱,是扫地机器人之心;那么自主导航系统就是它冠以“机器...

发表于 2016-06-08 11:43 3215次阅读
扫地机器人室内定位技术解析

你知道扫地机器人是怎样规划路径的吗?

路径规划技术是扫地机器人研究的核心内容之一,机器人定位与环境地图构建就是为路径规划服务的。所谓机器人...

发表于 2016-06-06 09:40 817次阅读
你知道扫地机器人是怎样规划路径的吗?

中国电子产业10大突破 看本土产业如何崛起?

为什么中国的电子科技行业一直大而不强?为什么中国拥有全球最大的电子产品产能,却在核心技术方面长期受制...

发表于 2013-12-14 09:53 2351次阅读
中国电子产业10大突破 看本土产业如何崛起?

编辑推荐五月精华设计方案汇总

各大知名半导体厂商最新推出了哪些创新解决方案?电子发烧友网读者在2013年5月份关注哪方面的设计案例...

发表于 2013-06-06 13:35 1421次阅读
编辑推荐五月精华设计方案汇总

北斗首款兼容四大导航系统的通信芯片UC220问世

5月15日,北斗首款兼容四大导航系统的芯片“蜂鸟UC220”,可应用于车辆监控/导航、便携导航、精密...

发表于 2013-05-18 13:19 866次阅读
北斗首款兼容四大导航系统的通信芯片UC220问世

军用航空电子系统几大关键趋势

众所周知,军用航空电子对半导体IC、电子元器件、连接器及电子系统有着非常苛刻的要求。为发现未来主要技...

发表于 2013-05-16 10:54 8477次阅读
军用航空电子系统几大关键趋势

北斗导航新星璀璨,如何推动产业化应用是关键

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。北斗导航产业化应用的步伐刚刚迈...

发表于 2013-05-08 13:37 1435次阅读
北斗导航新星璀璨,如何推动产业化应用是关键

把握北斗导航系统机遇,正视民用战略是关键

现在北斗二代的第一批工程,区域导航通信已正式运行,这是大力发展北斗应用产业的重要机遇期。如何搞好北斗...

发表于 2013-04-28 09:46 681次阅读
把握北斗导航系统机遇,正视民用战略是关键

基于Android的车载导航系统的研究与设计

由嵌入式Linux和Java虚拟机构成的Android操作系统,为嵌入式移动设备带来全新的开放系统解...

发表于 2013-01-23 11:46 4523次阅读
基于Android的车载导航系统的研究与设计