家庭服務(wù)機(jī)器人“排頭兵”，如何從誕生走向輝煌？

　　今天，掃地機(jī)器人對于大眾來講已不是新面孔，但卻也不是老面孔，因?yàn)樗诮鼛啄耆蕴幱诳焖侔l(fā)展的成長期：從一開始的技術(shù)形象的“洋概念”，到產(chǎn)品初入國內(nèi)市場的“奢侈品”，到性能不斷優(yōu)化的“干中學(xué)”，再到價格比較親民的“接地氣”，目前又在向“炫酷拽”與“有內(nèi)涵”兼顧的方向發(fā)展?？梢哉f，掃地機(jī)器人飽經(jīng)鍛煉，已經(jīng)成長為家庭服務(wù)機(jī)器人行列中的排頭兵。

　　洗衣服、做飯、打掃衛(wèi)生，這三項(xiàng)成為現(xiàn)代人們最不喜歡做的事情。好在人類足夠聰明，從“懶”中找到了機(jī)會。20世紀(jì)初發(fā)明的吸塵器，給掃除衛(wèi)生減輕了不少工作量。1901年，英國土木工程師布斯觀察到，美國車箱除塵器用壓縮空氣把塵埃吹入容器內(nèi)的除塵方式并不高明。他反其道而行之，嘗試用強(qiáng)力電泵把空氣吸入軟管，通過布袋將灰塵過濾。后來，他用這種吸塵法制成了吸塵器，成立了公司并申請了專利。

　　從吸塵器手中遞過來的“世紀(jì)接力棒”

　　此后，歐美的胡佛、伊萊克斯、戴森等電器大亨用了近百年的時間，從吸塵器的吸嘴開始，到真空泵，再到電機(jī)、儲灰箱、過濾網(wǎng)等每一部件入手，輪番對吸塵器進(jìn)行研發(fā)升級。直至1996年，在英國BBC的一檔名為《明日世界》的欄目，主持人暢想了未來家庭主婦如何利用科技應(yīng)對各種家務(wù)時，智能掃地機(jī)器人雛形初現(xiàn)。

　　橫罐型真空吸塵器

　　20世紀(jì)80年代SANYO公司就已經(jīng)開始進(jìn)行自主吸塵機(jī)器人的研發(fā)。其作為清潔機(jī)器人的研究先驅(qū)，對清潔機(jī)器人的發(fā)展起著不可替代的促進(jìn)作用。2001年，家電巨頭伊萊克斯（Electrolux）重磅推出的三葉蟲（Trilobite）智能掃地機(jī)器人，是世界上第一款量產(chǎn)的智能掃地機(jī)器人，它的命名取自一種在全世界每一寸土地都曾經(jīng)留下足跡的古老節(jié)肢動物，設(shè)計(jì)者希望它的三葉蟲智能掃地機(jī)器人，也能像三葉蟲一樣在世界的每一塊地板上駛過。

　　智能掃地機(jī)器人三葉蟲的機(jī)身采用圓餅形設(shè)計(jì)，塑料外殼。依靠單片機(jī)控制底部車輪自主行動，清潔方面有一個可拆卸滾桶刷和輕型真空泵，采用滾掃為主抽、吸為輔的清掃方式。機(jī)體裝置的反射式超聲波傳感器為機(jī)器人提供了避障能力。當(dāng)其完成了清掃任務(wù)或內(nèi)置鎳氫電池電量低時，會自動返回電源處充電。三葉蟲的儲塵箱滿后，會自動發(fā)出報警音，提醒用戶清空。該機(jī)器人還配有磁條，用來限制其活動范圍，避免進(jìn)入衛(wèi)生間或者從樓梯上跌下。

　　三葉蟲（Trilobite）智能掃地機(jī)器人

　　盡管起初用戶們對這款革命性的產(chǎn)品十分追捧，但很快，挑剔的用戶就列舉了三葉蟲的種種不足。在它靠近有尖角的障礙物時，還是會發(fā)生碰撞。究其原因，是在這種情況下，超聲波反射的能量較少，難以檢測。在漂亮的房間里放置磁條也很不美觀（在三葉蟲二代里磁條被紅外線發(fā)射器替代）。但是無論如何，圓餅式機(jī)體、充電基地加阻擋器，已經(jīng)成為智能掃地機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)配置。

　　日本松下電器公司于2002年3月展示了一種吸塵機(jī)器人，該吸塵機(jī)器人可自動為房屋進(jìn)行真空吸塵。它的體積略大于一只籃球，前后部都帶有酷似眼睛的小燈，能發(fā)出聲波、紅外線等50種傳感信號，這些傳感信號可讓機(jī)器人在撞上障礙物之前自動轉(zhuǎn)身。吸塵機(jī)器人充電后，工作時間可達(dá)55分鐘。工作時，它先繞房間行走，計(jì)算出房間的大小，然后再做水平及垂直運(yùn)動進(jìn)行清掃工作。其缺點(diǎn)是機(jī)器人在距離障礙物前6英寸處就停止，無法清掃墻壁死角處的灰塵，導(dǎo)致無法把房間徹底清理干凈。

　　美國馬薩諸塞州iRobot機(jī)器人公司和麻省理工學(xué)院人工智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)的全自動智能吸塵器Roomba，在2002年9月面市，被美國《時代》雜志評選為2002年最酷的發(fā)明之一。其運(yùn)轉(zhuǎn)模式是以數(shù)學(xué)運(yùn)算理念設(shè)計(jì)的，當(dāng)它啟動后會循螺旋狀運(yùn)轉(zhuǎn)，工作過程中清掃范圍逐漸擴(kuò)大，最終涵蓋整個空間，當(dāng)碰到墻壁或其他大型障礙物時，其機(jī)身上裝載的障礙物感應(yīng)調(diào)節(jié)器可以保護(hù)機(jī)器不受損害，同時沿著墻壁繼續(xù)清潔。當(dāng)吸塵器清潔一部分區(qū)域后，會轉(zhuǎn)90°以同樣方式清掃房間的另一部分，通過重復(fù)螺旋運(yùn)轉(zhuǎn)的路線清掃。此外，該機(jī)器人能夠探測地面的污垢，可根據(jù)房間地面的具體情況進(jìn)行有重點(diǎn)的清潔。

　　iRobot Roomba掃地機(jī)器人

　　這個榮獲多項(xiàng)大獎的機(jī)器人吸塵器徹底改變了人們清掃地板的方式。2004年，iRobot推出了有污垢探測和自動充電功能的產(chǎn)品。2005年，iRobot發(fā)布了清洗地板的機(jī)器人Scooba，它能清洗硬地板、瓷磚、油布地板等。2008年，iRobot發(fā)布了寵物系列。目前，iRobot的掃地機(jī)器人產(chǎn)品可以做到主動對清掃環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，每秒鐘思考次數(shù)超過60次，并且能夠以40種不同的動作進(jìn)行反應(yīng)。

　　清潔機(jī)器人作為服務(wù)于人類的特種機(jī)器人，它是服務(wù)機(jī)器人不可或缺的一部分。其實(shí)，從吸塵器、機(jī)器人吸塵器、掃地機(jī)、掃地機(jī)器人、清潔機(jī)器人、家庭服務(wù)機(jī)器人等名稱的出現(xiàn)和變化，我們也可以看出，掃地機(jī)器人的成長經(jīng)歷了一個從簡單到復(fù)雜、從低端到高端的過程。一開始，掃地機(jī)器人是手動、半自動吸塵器的升級版，自行移動、全自動的吸塵功能意味著將人的雙手解放出來，代表了勞動方式的升級。而后，隨著研發(fā)的投入和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，能夠吸塵僅僅是基本的功能。

　　從iRobot產(chǎn)品系列的功能介紹，我們可以了解到：機(jī)器人的“視力”越來越好——能適應(yīng)不同房間格局、探測到污垢；“腿腳”越來越適應(yīng)環(huán)境——清潔沙發(fā)底部、床底等不在話下；“手段”實(shí)力越來越強(qiáng)大——除了吸塵，還可以對污垢進(jìn)行局部的反復(fù)清理，角落、墻邊和家具邊緣也不放過；“頭腦”越來越聰明——可輕松擺脫電線、流蘇等障礙物，不會被纏住。隨著感知、決策、執(zhí)行，三項(xiàng)功能的一一具備和逐步完善，掃地機(jī)也就發(fā)展成了機(jī)器人。

　　“排頭兵”都練就了哪些“真本領(lǐng)”

　　掃地機(jī)器人正在經(jīng)歷從“功能機(jī)”到“智能機(jī)”的換代轉(zhuǎn)變，其智能性目前主要體現(xiàn)在三個方面：繪制房間地圖的能力、定位能力和導(dǎo)航能力。通過這三種技能，掃地機(jī)器人能夠邊工作邊建構(gòu)用戶家里的地圖，然后再結(jié)合機(jī)器人的定位和導(dǎo)航能力，對房間進(jìn)行有效清掃。而且掃地機(jī)器人越用越“聰明”，隨著時間推移，它能夠精準(zhǔn)記憶用戶的家居地圖。根據(jù)這張實(shí)時更新的地圖，掃地機(jī)器人能夠知道哪些區(qū)域已經(jīng)掃過，哪些區(qū)域還未清掃。

　　繪制房間地圖的能力、定位能力和導(dǎo)航能力

　　掃地機(jī)器人以上三方面移動的智能性，都與智能機(jī)器人應(yīng)具備的“感知”功能有關(guān)。近十年來，掃地機(jī)器人“感知”功能不斷發(fā)生著“進(jìn)化”。在2007-2012年，市場上的掃地機(jī)器人主要采用紅外線傳感。其優(yōu)缺點(diǎn)是，紅外線傳輸距離遠(yuǎn)，但對使用環(huán)境有相當(dāng)高的要求，當(dāng)遇上淺色或深色的家居物品，它無法反射回來，會造成機(jī)器與家居物品發(fā)生碰撞，時間一久，底部的家居物品會被它撞得斑斑點(diǎn)點(diǎn)。2013年開始，掃地機(jī)器人逐漸采用超聲波仿生技術(shù)。仿生超聲波技術(shù)，類似鯨魚、蝙蝠，采用聲波來偵測判斷家居物品及空間方位，靈敏度高，技術(shù)成本高。在航空工業(yè)上都有系統(tǒng)的運(yùn)用。近年來，采用的室內(nèi)激光導(dǎo)航技術(shù)，可對室內(nèi)地形布局建圖，從而實(shí)現(xiàn)全局精準(zhǔn)清掃計(jì)劃，同時配合紅外掃描技術(shù)、超聲波技術(shù)，使掃地機(jī)器人能夠360°躲避障礙物，避免隨機(jī)規(guī)劃路徑亂掃亂撞的情景出現(xiàn)。

　　目前，一些國產(chǎn)掃地機(jī)器人導(dǎo)航一次覆蓋率就能達(dá)到90%以上，遠(yuǎn)超出前些年60%的平均水平。為確定哪些區(qū)域需要多加清掃，一些機(jī)器人吸塵器的旋轉(zhuǎn)刷附近設(shè)有塵土傳感器，它是聲敏傳感器。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)揚(yáng)起較多灰塵時，灰塵撞擊傳感器的金屬板，導(dǎo)致較大振動。傳感器會檢測到振動增加，并指揮機(jī)器人吸塵器再次清掃該區(qū)域。當(dāng)機(jī)器人吸塵器的清掃板（內(nèi)有鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置）感知到地板表面升高時，會自動調(diào)整自身高度，以實(shí)現(xiàn)在不同地板類型之間的轉(zhuǎn)換。

　　拖地機(jī)器人由于起步較晚，且需要克服的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)較多，是近年來清潔機(jī)器人領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。美國iRobot公司研發(fā)的拖地機(jī)器人Scooba 390，是全球第一款全自動洗地機(jī)器人，如圖4所示。該機(jī)器人采用獨(dú)特的“四段式清洗系統(tǒng)”完成清潔任務(wù)，工作過程經(jīng)過準(zhǔn)備、灑水、擦拭、吸水四個階段，機(jī)器人系統(tǒng)達(dá)到了集拖地、吸塵、殺菌一體化的清潔效果。

　　iRobo Scooba 390

　　擦地機(jī)器人主要針對比較潔凈，不需要清掃的地面。擦地機(jī)器人的擦地方式可分為被動式和主動式兩種，目前主要的擦地方式為被動式。被動式的擦地方式可描述為：擦地抹布固定安裝在清潔機(jī)器人的底端，確保貼合地面，隨著機(jī)器人的運(yùn)動，抹布對地面擦拭。由于該種擦地方式較為簡單，一般而言，擦地機(jī)器人不會獨(dú)立設(shè)計(jì)成為一個機(jī)器人。因此，機(jī)器人又集成了拖地功能，在抹布上方加了蓄水板，拖地與擦地不同之處在于不再是簡單地推著抹布行走，而是模仿人使用拖把拖地過程，對地面進(jìn)行往復(fù)擦拭。此外，該擦地技術(shù)可集成在掃地機(jī)器上。

　　清掃家具下方的能力很可能是機(jī)器人吸塵器最大的優(yōu)點(diǎn)之一。掃地機(jī)器人可以完全鉆到家具底下，這是人和直立式吸塵器所做不到的。目前，較薄的機(jī)型，機(jī)身6.8cm，工作高度僅為8cm（機(jī)器人吸塵器行業(yè)一個厘米的高度差，是前期中研發(fā)千萬級別的投入），可輕松地鉆到大多數(shù)茶幾、床頭柜、床和一些沙發(fā)下面。另外，一些掃地機(jī)器人采用的馬達(dá)配合離心式葉輪，得以在地毯、地板、瓷磚等不同地面，以不同速度進(jìn)行清潔工作；自帶寵物清潔套件，包括寵物毛刷和含褶皺設(shè)計(jì)的敏感源濾網(wǎng)，專為家中有寵物者設(shè)計(jì)，并減少了過敏患者的煩惱。部分掃地機(jī)器人還支持APP遠(yuǎn)程操控，掃地機(jī)器人的清潔地圖可呈現(xiàn)在手機(jī)上，并可查看掃地機(jī)器人的清潔面積、清潔時間等，其清掃結(jié)果一目了然。另外，在掃地功能的基礎(chǔ)上，“多合一”產(chǎn)品似乎也成為新趨勢。不少品牌推出了掃拖一體的產(chǎn)品。同時，一些廠商也增加了紫外線消毒、殺菌除螨、空氣凈化、視頻監(jiān)控等賣點(diǎn)，宣傳其產(chǎn)品的優(yōu)越之處。

　　“好兵”在多也在精

　　布萊恩約弗森和麥卡菲在《第二次機(jī)器革命》中預(yù)言，“第一次機(jī)器革命部分替代我們的身體，第二次機(jī)器革命會部分地替代我們的頭腦”。隨著我國社會的發(fā)展，居民生活質(zhì)量的不斷提升，如何讓生活更加舒適簡便，被年輕用戶所推崇，這也是掃地機(jī)近兩年呈現(xiàn)爆炸式增長的主要原因之一。業(yè)內(nèi)稱2014年是“智能家居元年”，智能家電和穿戴設(shè)備的消費(fèi)潮流突然襲來，而掃地機(jī)器人正是其中的“排頭兵”。掃地機(jī)器人在進(jìn)入中國市場之初，價格昂貴，滲透率較低，經(jīng)過短短幾年的發(fā)展，國內(nèi)市場逐漸被打開。

　　相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2016年上半年，掃地機(jī)器人已成為智能家電中普及速度最快和滲透率最高的電器之一，國內(nèi)線上掃地機(jī)器人的占比達(dá)到13.3%（掃地機(jī)器人銷售額/吸塵器總銷售額），而2015年這一比例甚至不足1%。僅一年時間，國內(nèi)線上掃地機(jī)器人的滲透率就有了大幅提高。而根據(jù)GFK數(shù)據(jù)，2015年中國掃地機(jī)器人市場零售規(guī)模在50億元左右，這一數(shù)字在2017年將達(dá)到75億元，2018年則將增長至120億元，掃地機(jī)器人市場空間巨大。

　　掃地機(jī)器人普及速度在加快，其技術(shù)也在不斷進(jìn)步和成熟。與服務(wù)于歐美大戶型、替代高人工費(fèi)用的主要消費(fèi)賣點(diǎn)不同的是，我國市場上掃地機(jī)器人的功能升級非常迅速，導(dǎo)航定位、自動歸位、防撞感應(yīng)等，已成為掃地機(jī)器人的必備功能。但另一方面，用戶對于掃地機(jī)器人更精準(zhǔn)的定位、更高效的清潔以及更安靜的工作分貝的需求，還沒得到很好地滿足，所以在進(jìn)入爆發(fā)期前，能夠掌握掃地機(jī)器人尖端技術(shù)和抓住用戶痛點(diǎn)的品牌，才能成為真正的領(lǐng)先者。掃地機(jī)器人市場屬于新興產(chǎn)品市場，品牌排序還未穩(wěn)定，后進(jìn)入的品牌仍有巨大的成長空間。未來將會有更多的傳統(tǒng)家電企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)跨界企業(yè)涉足。需要注意的是，雖然我國掃地機(jī)器人的交易規(guī)模和滲透率在逐年提高，但與歐美發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距。尤其是我國掃地機(jī)器人，目前只覆蓋主要的一二線城市，在更廣的空間范圍內(nèi)，滲透率的提高還需要時間。

　　關(guān)鍵要讓家用機(jī)器人更“貼心”

　　總體上，我國家用機(jī)器人發(fā)展還處于初級階段，仍然存在著許多問題，如價格過高，實(shí)用性偏低，操作不靈活等。從目前情況來看，許多家電廠商對機(jī)器人的生產(chǎn)和應(yīng)用充滿熱情，但核心技術(shù)的研發(fā)仍然是個硬傷。大多是以輪式移動平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)和軟件編程，實(shí)現(xiàn)一些簡單實(shí)用的功能。廠商應(yīng)加大研發(fā)投入與合作力度，結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)優(yōu)勢，讓家用機(jī)器人更加“貼心”。

　　首先質(zhì)量要更可靠。重視品牌塑造，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，注重安全性、可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。不能忽略“制造”而直接跳躍至“智造”。國人瘋狂采購日本馬桶蓋的后續(xù)，是期待國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量的升級，而絕非是僅僅對多功能設(shè)計(jì)的偏好。同時，企業(yè)不能忽視其作為家電用品的本質(zhì)，避免發(fā)生安全事件。同時，亟需制定出臺針對家用機(jī)器人的安全標(biāo)準(zhǔn)。

　　其次功能更實(shí)用。關(guān)鍵在于抓住用戶需求，而并非是為了業(yè)內(nèi)同行之間的比拼，而實(shí)現(xiàn)多功能。目前市場中的家庭智能機(jī)器人主要可分為三類：功能型機(jī)器人、社交陪伴型機(jī)器人和仿生機(jī)器人。對于一個掃地機(jī)器人，舞跳得再好掃不好地都不會是用戶的真愛。功能花哨，噱頭十足，實(shí)用性卻不強(qiáng)，那么家用機(jī)器人只能淪為高價玩具，會讓人望其高價而卻步。隨著我國人口老齡化階段的到來，廠商也應(yīng)抓住護(hù)理機(jī)器人這一解決養(yǎng)老問題的重要需求，同時讓機(jī)器人的操作更加靈活。

　　另外，需要更加人性化。未來，要逐步完成機(jī)器人功能的整合，朝著更具“人性”溫度的方向發(fā)展，不斷研發(fā)創(chuàng)新，落實(shí)家用機(jī)器人變革的“工具-管家-陪伴”的三階段。

　　在開放式、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展思路之下，也許家庭機(jī)器人替我們簽收無人機(jī)送來快遞的那一天，很快就會到來！