扫地机器人避障技术的发展史

扫地机器人从真空吸尘器发展而来，它的出现帮助人们解放双手、减轻家务负担，可以更多关注生活中重要的事情，因此越来越多的家庭选择配置扫地机器人。

据IDC《智能家居设备市场季度跟踪报告，2023年第四季度》显示，2023年全球智能扫地机器人市场出货量为1852万台。伴随市场升级、渗透，预计未来五年市场出货量将以6%的年复合增长率持续提升，预计2028年将接近2500万台。

其中，避障能力作为评判一款扫地机器人的智能化级别，其重要性不言而喻。

市场规模决定技术创新和发展水平，如果向AI助理提问：“扫地机器人避障方式哪种好？”，它给到的回答排序是视觉避障（27%）、3D结构光避障（22%）、3D ToF避障（16%）、激光雷达避障（13%）......所有的技术能力都不是一蹴而就，关于避障技术的探索同样经历一轮轮迭代发展。

避障1.0

碰撞式/超声波传感器/红外传感器

1996年，第一台扫地机器人亮相，通过超声波探测躲避障碍，由于对有些障碍物不能很好避开，因此在第二代版本中加入红外传感器，让它的避障能力有所提升。但是它的反应和运行速度较慢，无法解决碰撞问题，很多区域无法被清理。

2002年，机器人公司iRobot开创随机碰撞模式，即当扫地机器人在地面随机移动时，能够在碰到障碍物时改变方向，探测到台阶时自动停止。作为早期的避障技术，技术简单、效率低下，而且容易损坏家具。

避障2.0

LDS激光雷达

从随机清扫到路径规划，从功能实现到质量和效率的提升。

2016年，搭载在扫地机器人顶部的激光测距传感器（LDS激光雷达）通过360°全向旋转扫描周围环境并进行定位、环境地图构建（SLAM），从而实现合理的清扫路线规划。

LDS激光雷达通过ToF（Time of Flight）的原理，即计算激光从发出到反射回来的飞行时间，得出相对精准的距离信息。但是由于其安装在扫地机器人顶部，无法探测到下方的低矮区域，并且对透明及黑色物体识别不佳、也无法识别语义，因此无法实现智能避障。

但作为目前主流的技术方案，LDS激光雷达精度较高、采集速度较快，主要任务是导航及建图，可以辅助避障，几乎应用在目前所有的扫地机器人上。

避障3.0

LDS+双线结构光

线激光只能测量单条线上的距离信息，那么双线激光/结构光就能做到更强、更精细的三维识别。

双线结构光，即采用两条交叉的线激光共同工作，通常安装在扫地机正前方，可以进行3D建模、判断物体距离和外形，从而实现有效避障。双线结构光避障的优点在于对环境光的抗干扰能力较强、识别距离远，但是分辨率不高。

避障4.0

纯视觉（双目立体视觉）

随着深度学习技术的发展，基于视觉的避障系统更接近人眼的处理能力，展现出更强的智能化特征。

双目立体视觉，利用双摄像头采集图像信息进行智能感知和深度信息探测。通过AI算法，对周围环境和障碍物进行高精度的三维测距，实现物体识别，从而进行策略性避障和导航规划。

2024年4月云鲸发布了首款双目视觉避障方案的扫地机器人，对于障碍物的识别类型提升至100+，并且对数据线、纸巾等易缠绕物体都能有效识别。

由于视觉方案涉及测量和识别，数据处理量极大，因此对于扫地机器人的芯片算力要求很高，而且摄像头在弱光环境下面临不小的挑战。

针对视觉避障的这两处难点，基于酷芯行业领先的智能感知ISP图像处理能力和智能计算NPU神经网络处理能力，可以提供4Tops及以上算力，深度学习方式效果惊艳，同时搭配语义分割可获得更为精细的图像分割结果，解决传统算法上的corner case；面对弱光环境，通过更大靶面的传感器及适当补光等解决方案，提升视觉避障在不同光照条件下的性能。

作为酷芯第三代AI SoC，今年推出的AR94系列具备等效8Tops INT8算力，集成40+硬件算子，可以满足扫地机器人日益复杂的应用需求，带给用户更好的智能产品体验。同时，功率相比上一代降低50%以上，让扫地机器人拥有更长的续航能力。

从“智障”到“智能”的避障之路需要不断摸索，每种传感器也都各有千秋，通过多种传感器的融合使用可以扬长避短，实现更为精准和全面的环境感知。除此之外，AI技术的升级也将推动扫地机器人向更高层次的智能化发展。

每个领域都需要自己的开荒者，他打破技术的藩篱，将创新的点子落地成触手可及的产品。

随着技术的不断进步和市场需求的推动，每一次迭代都带来了更高效、更智能的用户体验，扫地机器人也将真正成为家庭生活中不可或缺的一部分。

关于酷芯微电子

合肥酷芯微电子有限公司成立于2011年7月，致力于成为全球智能芯片领导者。总部位于合肥高新区，并在上海、成都、深圳等多地开设分、子公司。公司依托通信、端侧AI芯片及其解决方案赋能产业智能升级。产品主要应用于无线通信、机器人、融合成像、AR/VR等多个领域。