審核專(zhuan) 家：羅會(hui) 仟

中國科學院物理研究所副研究員

“人類科學技術和生產(chan) 力進步的根源，其實隻有兩(liang) 個(ge) 原因——好奇和懶”。

懶得洗衣服就發明了洗衣機，懶得掃地則發明了吸塵器……

姑且不論這句話是不是正確，但有一件事情我們(men) 是需要承認的：科學技術的進步，確實讓人類可以更方便地犯懶了。

當人類連吸塵器都懶得拿的時候，新的犯懶工具出現了，這就是——掃地機器人。

來源丨網絡

錯了，是下麵這張圖。

來源丨電子發燒友

對於(yu) 掃地機器人，很多用過的人表示真香。不過也有人說，這玩意兒(er) 基本就是智商稅。到底真相如何，那麽(me) 下麵我們(men) 就來詳細了解一下吧。

掃地機器人的出現

嚴(yan) 格來講，世界上最早的掃地機器人是由瑞典的家電巨頭Electrolux在1996年製造的，名字叫“三葉蟲”。這個(ge) 係列的掃地機器人現在仍然在生產(chan) ，不過功能和外觀已經跟96年那款完全不同了。

“三葉蟲”掃地機器人 來源丨伊萊克斯官網

當時的掃地機器人功能很差。例如，跑到樓梯的時候根本不會(hui) 自己停下，需要提前在樓梯和門口的位置貼上感應磁條，提醒機器人別往前走了。

所以嚴(yan) 格上說，第一代的“三葉蟲”掃地機器人還真有點兒(er) 智商稅。

隨著科技的進步，第二代、第三代的掃地機器人功能大大增強，同時也降低了成本，這才造就了今天掃地機器人能走進千家萬(wan) 戶的局麵。

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掃地機器人的工作原理

掃地機器人的工作原理要從(cong) 兩(liang) 部分講起。

第一部分就是如何清掃。

如果我們(men) 將掃地機器人翻過來看一下，就比較容易懂了。掃地機器人的前方是兩(liang) 個(ge) 小刷子，其範圍通常要比機器人本身大一些，能把地上的東(dong) 西掃到機器下邊，再通過吸塵裝置吸進體(ti) 內(nei) 。

這兩(liang) 個(ge) 小刷子通常是反向轉動的，一個(ge) 是順時針，另一個(ge) 是逆時針，兩(liang) 者同步旋轉。這裏就涉及到一個(ge) 很簡單的技術——帶傳(chuan) 動。在機器人內(nei) 部有一個(ge) 馬達驅動旋轉的輪子，輪子和另外兩(liang) 個(ge) 不同位置齒輪咬合，馬達旋轉的時候，帶動兩(liang) 個(ge) 齒輪向相反的方向轉動。齒輪上連接兩(liang) 根皮帶，皮帶的另一端則套在小刷子頂端。這樣就實現了一個(ge) 馬達就讓兩(liang) 個(ge) 刷子同步反向轉動。

來源丨電子發燒友

搞懂了如何清掃後，第二部分我們(men) 就要著重說一下掃地機器人究竟是如何自動行進和躲避障礙的，這裏就不得不提到幾個(ge) 專(zhuan) 門的技術名詞了。

首先要說到的就是碰撞感應器，就是掃地機器人正前方那個(ge) 能微微活動的半圓。當機器人向前行進的時候撞到牆，感應器就能感覺到它是碰到了某些東(dong) 西，然後向電路板傳(chuan) 輸信號，係統就會(hui) 讓掃地機器人向著被碰撞點以外的方向移動。而如果掃地機器人撞向牆角時，感應器就會(hui) 同時有兩(liang) 個(ge) 點碰觸到牆，這時係統就會(hui) 判定自己的位置在牆角，而指揮機器人向著相反的方向運動。

前端的半圓就是碰撞感應器 來源丨電子發燒友

不過僅(jin) 僅(jin) 依靠感應器根本就不夠，因為(wei) 家裏的環境複雜，碰來碰去的就可能會(hui) 把機器人搞懵了，所以就要用到其他的技術手段。

這就是紅外感應技術，這種技術大家並不陌生。無論是現實生活還是電影電視劇中，經常出現紅外線探測的畫麵，其原理就是利用肉眼不可見的紅外線反射。機器人上方有紅外線發射器，下方則有感應器。發射出去的紅外線遇到障礙物就會(hui) 反射，在接收到反射回來的紅外線後，係統就能根據兩(liang) 者時間差計算出周圍障礙物的距離，從(cong) 而有效地提前規避。

來源丨電子發燒友

另外，這種紅外線功能不僅(jin) 可以在水平方向上探測，還可以在垂直方向上探測。這就是機器人為(wei) 什麽(me) 一遇到樓梯和陡坡就會(hui) 停下來，或者拐彎來避開。

不過僅(jin) 僅(jin) 擁有這兩(liang) 種技術還是不夠的，因為(wei) 紅外線探測器還是不能探測到體(ti) 積太小的障礙物，而碰撞感應器碰到比較軟的東(dong) 西又無法觸發。

因此，就會(hui) 出現早期掃地機器人推著寵物在房間裏“幹的好事”滿屋亂(luan) 跑，“發糞塗牆”“發糞塗地”的故事……好吧，這就是個(ge) 悲劇。

這場麵太可怕 來源丨電子發燒友

所以，設計師們(men) 為(wei) 了避免這種情況，就開始想著給掃地機器人加上眼睛，新一代的掃地機器人就利用了雙目避障技術。這種技術顧名思義(yi) 就好像人長著兩(liang) 隻眼睛一樣，掃地機器人上也安裝了兩(liang) 個(ge) 攝像頭。

人類的眼睛之所以能判斷距離、大小、方位，主要就是依靠視差。對於(yu) 視差，我們(men) 舉(ju) 個(ge) 例子就容易弄懂了：在頭部保持靜止不動的情況下，在身體(ti) 側(ce) 麵放一件東(dong) 西，然後分別閉上左眼和右眼進行觀察，我們(men) 就會(hui) 發現這東(dong) 西的方向和位置發生了變化。人類的大腦其實就是根據這種視差，來判斷具體(ti) 距離和位置的。

給掃地機器人安裝了兩(liang) 個(ge) 攝像頭之後，其電腦係統就能模擬人眼的這種視差，來判斷與(yu) 前方物體(ti) 的距離。這種能力不僅(jin) 僅(jin) 能識別物品的距離和位置，還能夠通過AI和大數據來識別前麵的阻擋物是什麽(me) ，以避開地上的拖鞋、寶寶的玩具以及寵物的糞便等。

帶有雙目避障攝像頭的掃地機器人 來源丨電子發燒友

同時，攝像頭的存在還能夠讓主人通過手機的APP去直接去觀察家裏的情況，遙控掃地機器人的行動。

了解了機器人到底是如何躲避障礙物，下一個(ge) 問題就出現了，機器人是如何規劃整個(ge) 行動路線的呢？

圖片來源丨知乎

這就不得不提到一種叫做SLAM的技術，也就是同步定位與(yu) 地圖構建（Simultaneous localization and mapping）。這種技術通過紅外線或激光傳(chuan) 感器，掃描整個(ge) 房間的大致情況，再對掃地機器人所行動過的路徑進行記憶。計算機就可以導出一套房間的整體(ti) 地圖來，並通過一定的算法獲得其自身的定位，繼而指揮機器人進行移動。

也可能被貓直接指揮 來源丨網絡

自動定位和地圖構建的同時，SLAM也提供了路線規劃能力。一般帶有拖地功能的掃地機器人，係統會(hui) 指揮其呈Z字型循環往複的運動。通過這種形式先把沒有遮擋的寬闊區域清掃幹淨後，再對邊角地區和有遮擋物的地區集中清理。

掃地機器人的行進路線 來源丨電子發燒友

選擇掃地機器人靠譜嗎？

現在掃地機器人的技術一直在進步，技術的爆炸式發展使得機器人的功能更加完善，現在的大品牌掃地機器人已然具備了科幻片中才具備的自我識別和智能AI技術。清掃功能上也從(cong) 隻能掃地和吸塵，變成具備洗、吸、磨、烘幹等能力的多功能一體(ti) 機。這種技術全麵的機器人，當然靠譜。

所以，隻要你需要就可以買(mai) ，尤其是對於(yu) 那些有寶寶或者養(yang) 寵物的家庭，可以完美地解決(jue) 地板上數不清的貓毛、狗毛等問題，還能保證孩子隨便在幹淨的地麵爬。

來源丨網絡

當然，對於(yu) 不愛幹家務的人來說，掃地機器人也可以作為(wei) 備選方案。

那麽(me) ，掃地機器人應該怎麽(me) 選呢？

首先，看吸力。一般來說，吸力大吸塵能力也強，但是噪音也大，所以想要大吸力的要慎重選擇。其實，對於(yu) 日常清潔來說，1000pa～2000pa 的吸力就能滿足。

其次，看清潔配件。目前大部分掃地機器人采用的是“雙邊刷+中間滾刷”的設計。雙邊刷能盡可能覆蓋較大麵積，中間滾刷能將縫隙中的塵土攪出來。所以，想要徹底清潔，可以選擇兩(liang) 者兼容的設計。

第三，看智能水平。也就是我們(men) 前麵提到的機器人躲避路障係統和規劃行動路線係統的能力，可以根據自己的需求按照產(chan) 品說明選購。需要注意的是，一些品牌聲稱采用“紅外線導航、超聲波導航、陀螺儀(yi) 導航”，但這幾種導航並不完全靠譜，全靠隨機碰撞。

雖然掃地機器人越來越智能，但仍存在部分問題。隨著科技的發展，相信未來的掃地機器人會(hui) 有更全麵的清掃功能以及更完美的智能係統。其實，某些品牌的掃地機器人，已經開發出了自動清洗塵盒的功能。

也就是說，離徹底解放雙手的日子不遠了。對於(yu) 小編這種懶人，這可真是福音。話不多說，我要去清理我家機器人的塵盒了~


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