问题的本质

机器人要在未知环境中工作,需要同时解决两个问题:

  • 我在哪?(定位)
  • 周围是什么样?(建图)

这两个问题互相依赖:要定位需要地图,要建图需要知道位置。

这种"鸡生蛋蛋生鸡"的问题,就是 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,同步定位与建图)。

传感器

一、激光雷达(LiDAR)

旋转的激光测距模块,扫描一圈得到周围环境的距离信息。

优点:测距精确、不受光照影响、建图质量高。

缺点:成本较高;只能扫描一个平面(看不到低矮障碍物或悬空物体);凸起的部件让机身变高。

二、视觉传感器(VSLAM)

用摄像头(单目、双目、或深度相机)感知环境,通过图像特征或光流来估计运动和建图。

优点:成本低、信息丰富(可以识别物体)。

缺点:受光照影响大(暗处、强光、纯色墙面都可能导致失效);计算量大。

三、惯性测量单元(IMU)

测量加速度和角速度。短期内精确,但有累积漂移。通常与上述传感器融合使用。

四、其它辅助

  • 碰撞传感器、沿墙传感器(检测接触);
  • 悬崖传感器(防止从楼梯跌落);
  • 地面材质检测(地毯/地板)。

传感器融合

单一传感器都有局限,因此实际产品通常融合多种传感器,用卡尔曼滤波或类似的算法把不同来源的信息结合起来。

原理上:每个传感器都有不确定性,融合算法根据各自的置信度加权,得到比任何单一传感器更可靠的估计。

路径规划

建图之后,机器人需要规划清扫路径:

  • 随机碰撞式(早期产品):碰到障碍就转向。效率低、覆盖率差;
  • 规划式:有了地图,可以按弓字形路径系统清扫,避免重复和遗漏。

分区与禁区:用户可以在地图上划定房间、设置虚拟墙(禁区),让机器人避开宠物食盆、地毯等区域。

常见痛点

一、被卡住。 线缆、地毯流苏、低矮的家具底部、门槛。

二、识别不了某些障碍。 透明的玻璃、镜子(激光会穿透或反射混乱)、深色物体(红外传感器可能吸收)。

三、掉落风险。 楼梯、台阶。悬崖传感器的可靠性很重要。

四、宠物相关意外。 这是一个真实且常见的困扰。

选购要点

  • 导航方式:激光导航 > 视觉导航 > 随机碰撞式;
  • 吸力与滚刷设计:有宠物的家庭关注防缠绕;
  • 越障能力:门槛的高度;
  • 尘盒/水箱容量与自清洁基站(是否值得为基站付费,取决于你的容忍度);
  • App 体验与地图管理:分区、禁区、定时;
  • 耗材成本:滤网、滚刷、边刷的更换成本。

一个理性判断

扫地机器人的价值在于维持日常清洁,减少人工打扫的频率——而不是替代深度清洁。

它擅长处理地面浮尘和毛发,对顽固污渍无能为力。

把期望定在这个位置上,满意度会高很多。

说明:本文为服务机器人技术的知识整理。