掃地機器人能有多硬核？好家伙自動駕駛、激光掃描、NLP這些硬科技全上了，科沃斯：技術(shù)創(chuàng)新才能打破行業(yè)內(nèi)卷

明敏 蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

什么，你對掃地機器人的印象，還停留在“發(fā)糞涂墻”的亞子上？

Nonono，現(xiàn)在你離自動駕駛最近的距離，或許就是自家的掃地機器人了。

它除了能掃描房間、自建地圖，做到比你自己還了解你家的“地貌”：

還能直接通過攝像頭掃描，就獲得帶有深度信息的3D版地圖，就像蘋果iPad Pro一樣：

甚至不只是掃描形狀和深度的3D地圖，還是自帶標簽的場景理解地圖：

沒錯，這確實是現(xiàn)世代掃地機器人的模樣。前不久在科沃斯發(fā)布的最新掃地機器人地寶X1上，前文這些藝能都已經(jīng)實現(xiàn)。

智能到什么程度？

你只需要說一句“OK YIKO，去沙發(fā)底下清掃”，就能讓掃地機器人精準完成主人的任務(wù)：

這不禁讓人好奇，從人工智障進化到“真·智能”，從半自動“工具人”進化成 “管家”，掃地機器人到底經(jīng)歷了些什么？

掃地機器人不亂撞，為什么這么難？

事實上，一個掃地機器人想要完成一次打掃工作，要考慮的問題非常多。

哪些東西需要清掃？哪些東西需要避開？距離多遠時避開？避開后物品周圍的地面如何清掃干凈？遇到走動的人或?qū)櫸镌趺崔k……

你看到的“簡簡單單掃個地”，掃地機器人要做的掃拖和避障決策其實高達十萬余次。

為了能夠更好應(yīng)對復(fù)雜的清掃情況，掃地機器人的“眼睛”和“大腦”已經(jīng)實現(xiàn)了超進化。

現(xiàn)在，像拖鞋、襪子、電線這類物品，掃地機器人不僅能夠“看到”它們，還能在距離它們2-3cm左右就能識別，然后完成一次帥氣的規(guī)避。

在這幾個小小的動作背后，用上了LDS激光雷達、3D結(jié)構(gòu)光、dToF、AI算法等一系列在航空航天，自動駕駛和智能手機上同樣搭載的技術(shù)。

拿“避開拖鞋”這個操作來說，要讓掃地機器人做好就并不容易。

其中，光是辨認物體，就要用到3D結(jié)構(gòu)光、dToF、AI算法幾種技術(shù)的結(jié)合。

3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)，可以讓掃地機器人“看見”物體、“理解”環(huán)境，也就是通過傳感器，采集到物體的深度、位置等信息。

通過在傳感器里內(nèi)置一個點陣投射器，用它向要識別的物體發(fā)射出成千上萬個追蹤點，再用紅外相機“啪”的一下拍下來。

利用紅外相機收集到的數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)置算法，就能迅速得出物體的3D信息。

我們常用的人臉識別就是應(yīng)用了這項技術(shù)，如果你有蘋果手機，從它的小劉海上就能看到3D結(jié)構(gòu)光需要的點陣投射器和紅外鏡頭。

到了這一步，掃地機器人做的才只是前期工作。

僅僅獲取路障的三維信息還不夠，現(xiàn)在的掃地機器人必須弄明白路障到底是什么。

這就需要AI算法出場了，讓掃地機器人“讀懂”物體，實現(xiàn)分類清掃。

通過目標識別算法，掃地機器人可以對家居環(huán)境中常見的物體做出分類和判斷。

比如小的碎屑、地毯是需要清掃的物品，而拖鞋、襪子、電線等是需要避開的物體。

看上去非常簡單的步驟，其實對機器人的算力要求非常高。

像科沃斯最新發(fā)布的地寶X1，為了能夠識別更多物品、做出更快的反應(yīng)，就用上了智能駕駛級別的地平線專用AI芯片。

要知道，這款芯片的算力可以達到5TOPS，在地平線官方宣傳中，它的能力可以達到自動駕駛L2+級。

所以，有了自動駕駛技術(shù)的掃地機器人，現(xiàn)在真的不會“發(fā)糞涂墻”或者拖著襪子滿家跑了。

能夠看到物體、認識物體后，最關(guān)鍵的步驟也就來了：躲避。

從避開拖鞋這個動作中可以看出，掃地機器人不是撞上拖鞋后才躲開，而是在距離拖鞋還有幾公分的位置時，就判斷出了前方的障礙，全程非常絲滑。

這就體現(xiàn)了3D結(jié)構(gòu)光配合dToF技術(shù)的神奇之處。

3D結(jié)構(gòu)光在獲取物體3D信息的同時，也可以獲取物體的深度信息，但在距離上能做到的比較有限；dToF則可以補充遠距離的深度信息。

它通過在單幀測量時間內(nèi)，向物體發(fā)射、接收多次光信號，并記錄每一次信號來回的飛行時間、做直方統(tǒng)計圖，將其中出現(xiàn)頻率最高的飛行時間（ToF）用于計算和目標之間的距離。

這也是為什么掃地機器人在到達障礙物的安全距離后，就會及時剎車、重新調(diào)整路線。

而且在AI識別的加持下，掃地機器人針對不同種類的物品，還能做出不同的規(guī)避策略。

比如屬于安全物品的拖鞋、襪子、椅子，它會盡可能逼近物體，在距離3cm左右時才會調(diào)整路線；而對于比較危險的電線，安全距離就會增加到5cm左右。

掃，但沒完全掃？不存在了

你以為這就解決問題了？

除了大秀操作的避障技術(shù)，掃地機器人想要完成一次完美的清掃任務(wù)，必須對家居環(huán)境有充分的了解和明確的路線規(guī)劃。

這就要看看讓它擺脫“蛇皮走位”的LDS激光導(dǎo)航和dToF技術(shù)。

在掃地機器人頂部的小圓盤里，就藏著一個可以旋轉(zhuǎn)的激光雷達。

它可以高速旋轉(zhuǎn)發(fā)射出激光，根據(jù)激光照射到目標物后反射回來的時間，來判斷自己和目標物之間的距離，從而判斷出自己所處的位置、實現(xiàn)定位。

像此前沒有導(dǎo)航的隨機掃地機器人，往往是走到哪掃到哪，完全沒有規(guī)劃。

最終結(jié)果就是：掃了但沒完全掃，主人不得不自己重新掃。

而dToF技術(shù)可以讓導(dǎo)航的精度進一步提升。

其最大的優(yōu)點就是幾乎不受光線干擾，可以保證掃地機器人在昏暗環(huán)境下工作時，依舊保持超高的精確度。

事實上，現(xiàn)在的掃地機器人在工作前都會對家居環(huán)境進行一次全方位的掃描，并構(gòu)建出一個3D地圖。

這時依舊要靠LDS激光雷達和dToF強強聯(lián)合。

配合SLAM算法，掃地機器人可以從一個完全未知的家中任何一點出發(fā)，360°全方位識別家居環(huán)境信息。

還可以構(gòu)建出一個精準的3D戶型圖，對復(fù)雜戶型進行識別、并對清掃路線進行規(guī)劃。

在之后的日常使用中，它還會進一步精細化已經(jīng)構(gòu)建出的戶型圖，對存在偏差的地方重新校正，最終讓機器人徹底“盤清楚”家里的地形。

此外，LDS激光導(dǎo)航還能讓機器人實時自我定位，并且記錄下來。

這一方面能讓機器人按照規(guī)劃的路線進行清掃，另一方面還能它在充電后繼續(xù)回到剛剛沒打掃完的地方工作，避免了此前隨機清掃機器人會出現(xiàn)的漏掃、重復(fù)清理的情況。

還打破了這些“刻板”印象

BUT，眾所周知，掃地機器人的非人“藝能”不止亂撞亂跑。

掃到一半灰塵盒滿了，當場罷工；地板地毯水泥地一起拖，加速更換；虛擬墻一不小心忘設(shè)了，直接出門到小區(qū)里轉(zhuǎn)幾圈……

但現(xiàn)在，這些也已經(jīng)成為“傳統(tǒng)印象”了。

針對沒有虛擬墻就無法實現(xiàn)個性化清理的情況，最新的掃地機器人能通過AI語義分割、3D目標定位識別，再結(jié)合路徑規(guī)劃技術(shù)，滿足任意地點的清掃需求。

為了讓需求交互變得更直接，現(xiàn)在還加上了AI智能語音交互功能，說句話就能指派它干活。尤其是對老年人而言，掃地機器人有了語音控制后，使用起來要簡單不少。

例如，不需要掃地機器人全屋清潔，想讓它來清理一下倒在沙發(fā)底下的狗糧、或者是灑了一廚房的油污的話，只需要呼喚一聲名叫YIKO的語音助手，“OK YIKO，去沙發(fā)那兒掃一下”，機器人就能聽懂“沙發(fā)”和“掃”的指令，準確到達指定地點干活。

針對“自動罷工”的情況，最新的掃地機器人基站，已經(jīng)集成了自動集塵、自動洗拖布、除菌烘干等功能，真正意義上實現(xiàn)了清潔全過程“徹底解放雙手”的效果；

還有無差別拖地的情況，最新的掃地機器人加裝了AI自動識別，準確識別地面的材質(zhì)、選擇最合適的清潔方式，例如在木地板、瓷磚上進行拖地，而水泥地、地毯等則以掃地替代……

初代掃地機器人玩家能想到的所有槽點，最新的科沃斯地寶X1基本都解決了。

積淀下的技術(shù)爆發(fā)

回看行業(yè)本身，掃地機器人似乎恰好趕上技術(shù)爆炸的時代。

一如當年興起的智能手機，可搭載的技術(shù)取之不竭，誰能在同一時間里搭載更多前沿技術(shù)，誰就會在市場中占據(jù)更大的先機。

但技術(shù)真是毫無預(yù)兆地爆發(fā)的嗎？

其實不然。

作為一類科技產(chǎn)品，掃地機器人的發(fā)展已經(jīng)走過了兩個十年，2次迭代。

從1.0時代的“圖個新鮮”，到2.0時代的科技突破，再到3.0時代的真·智能，每一個時代的掃地機器人，較之上一代都有非常顯著的變化。

1.0時代，指2001~2010年前后，彼時掃地機器人并不智能，內(nèi)置的算法只能滿足最基本的掃地要求，開關(guān)也只能通過物理按鈕進行，基本沒有其他功能。

后來雖然出現(xiàn)了像慣性導(dǎo)航、超聲波導(dǎo)航等技術(shù)，但缺點也同樣明顯。慣性導(dǎo)航依賴的硬件（陀螺儀、加速計等）不夠精準、同時仍舊依賴碰撞算法；超聲波導(dǎo)航受噪音干擾又太大，掃地機器人整體處在技術(shù)悶頭積累的階段。

這個階段確實有一批愿意吃螃蟹的消費者，支持者往往是信仰技術(shù)改變世界的少數(shù)，大眾消費者未必買單。

2.0時代，出現(xiàn)在2010年前后，期間以深度學(xué)習(xí)為主的AI算法也開始興起，掃地機器人也開始迎來技術(shù)上的突破。

2010年左右，激光雷達技術(shù)成本驟降，以激光雷達為核心的掃地機器人定位導(dǎo)航技術(shù)LDS-SLAM開始出現(xiàn)，解決了慣性導(dǎo)航、超聲波導(dǎo)航出現(xiàn)的各種問題，主動導(dǎo)航規(guī)劃有了成熟的解決方案；

2015左右，行業(yè)開始出現(xiàn)將清掃和拖地合二為一的“掃拖一體”技術(shù)，顛覆了人們對掃地機器人只能掃地的“雞肋”印象。如今，這項功能已經(jīng)成為市占率92%的財富密碼；

2017年初，以AI技術(shù)為核心的視覺算法、交互方式開始進入掃地機器人行業(yè)，進一步提供了掃地機器人物體識別的能力，也真正縮短了機器與人之間的溝通距離……

這一階段里，掃地機器人在智能、功能和交互上具備了一定的實用性，但大多仍舊停留在半自動的狀態(tài)，買家雖有增多，但仍無法讓宅家的你在打掃方面徹底躺平。

如今，隨著科沃斯9月15日推出的地寶X1，掃地機器人也迎來了3.0時代，即人們口中“未來機器人”的理想形態(tài)。

無論在智能、交互還是功能上，都更加趨近成熟，機器人的視覺中同時擁有了3D深度和物體信息，交互能力與技術(shù)深度融合，讓機器擁有“思想”，全自動完成整個清掃的過程。

該階段中，掃地機器人真正從“技術(shù)定義需求”的閉環(huán)中走出來，像智能手機一樣便利人們的生活。

在掃地機器人逐漸迭代的歷程變化中，科沃斯一直身處浪潮正中。

早在2009年，科沃斯就已經(jīng)作為國內(nèi)先行者進入掃地機器人領(lǐng)域，彼時行業(yè)還處在1.0階段，但科沃斯已經(jīng)積累了幾十項技術(shù)和設(shè)計專利。

2013年，科沃斯作為國內(nèi)第一人，將LDS-SLAM運用于掃地機器人領(lǐng)域，帶領(lǐng)行業(yè)進入2.0階段，擁抱技術(shù)升級。

2015年，第一個推出掃拖一體技術(shù)，推動掃地機器人步入掃拖一體化時代；2017年，第一個推出3D-drive立體清潔系統(tǒng)……

這樣的“行業(yè)首個”經(jīng)歷，科沃斯還有很多：布局VSLAM和LDS-SLAM雙技術(shù)路線；推出用于避障的AI系統(tǒng)AIVI；將TrueDetect 3D結(jié)構(gòu)光避障技術(shù)應(yīng)用到掃地機器人上……

從LDS-SLAM、掃拖一體到AI避障、交互算法，科沃斯不斷突破的新技術(shù)，賦予了掃地機器人更多的實用性，真正實現(xiàn)了一定程度上的自動化，這也正是掃地機器人2.0時代的標志。

在那之后，科沃斯并未停止前進的腳步，2020年光是研發(fā)投入，就達到3.38億元；僅2021年上半年，在研發(fā)上就已經(jīng)投入了2.02億元。

而如之前所說，科沃斯最新出品的地寶X1，開啟家用服務(wù)機器人的新紀年。

如果說2.0的掃地機器人能快速規(guī)劃完成全屋清掃，地寶X1作為掃地機器人，更像是智能管家一樣的存在：

升級成3D建圖的定位導(dǎo)航規(guī)劃，與2.0時代停留在激光雷達建圖的2D效果已有很大差異，機器人真正“看見”了人類眼中的世界。

將AI語音交互技術(shù)用于掃地機器人，真正做到了讓機器人“聽懂人話”，做出人需要的任務(wù)，這在行業(yè)內(nèi)還是首個；

掃地機器人本職的清潔功能，也從單純的“掃拖一體”，終極進化成了自動補水、洗拖布、除菌、烘干、集塵……等集大成的機器人。

沒錯，站在我們普通人角度看，地寶X1更接近于我們認知中“真·懶人神器”。

不同于之前幾代產(chǎn)品，掃地機器人3.0時代就此到來。

回看掃地機器人的歷程，從被視為「雞肋」的1.0時代，到2.0時代迎來的全面技術(shù)突破，一直進化到如今3.0時代的“全面智能”，也是智能、功能和交互技術(shù)在進化中一個不斷積淀的結(jié)果。

在這其中，科沃斯并非恰好抓住時代節(jié)點的玩家，而是敢吃螃蟹、敢披荊斬棘，在背后掀起技術(shù)革新的先行者。

這些改變并非一蹴而就，需要量變到質(zhì)變的演化，盡管這一過程中有人質(zhì)疑、有人嘲弄，但堅持深耕技術(shù)，不斷追求產(chǎn)品極致的人也最終成為開啟新時代的先行者。

未來我們家里清潔還會變得如何方便，如何舒心，還得依靠這些技術(shù)先行者的努力探索。