今天，掃地機器人對于大眾來講已不是新面孔，但卻也不是老面孔，因為它在近幾年仍處于快速發(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。可以說，掃地機器人飽經(jīng)鍛煉，已經(jīng)成長為家庭服務(wù)機器人行列中的排頭兵。
從吸塵器手中接過“世紀(jì)接力棒”
洗衣服、做飯、打掃衛(wèi)生，這三項成為現(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。
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、儲灰箱、過濾網(wǎng)等每一部件入手，輪番對吸塵器進行研發(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)開始進行自主吸塵機器人的研發(fā)。其作為清潔機器人的研究先驅(qū)，對清潔機器人的發(fā)展起著不可替代的促進作用。2001年，家電巨頭伊萊克斯（Electrolux）重磅推出的三葉蟲（Trilobite）智能掃地機器人，是世界上第一款量產(chǎn)的智能掃地機器人，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)計者希望它的三葉蟲智能掃地機器人，也能像三葉蟲一樣在世界的每一塊地板上駛過。
智能掃地機器人三葉蟲的機身采用圓餅形設(shè)計，塑料外殼。依靠單片機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。機體裝置的反射式超聲波傳感器為機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。該機器人還配有磁條，用來限制其活動范圍，避免進入衛(wèi)生間或者從樓梯上跌下。
三葉蟲（Trilobite）智能掃地機器人
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，圓餅式機體、充電基地加阻擋器，已經(jīng)成為智能掃地機器人的標(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器人，該吸塵機器人可自動為房屋進行真空吸塵。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器人在撞上障礙物之前自動轉(zhuǎn)身。吸塵機器人充電后，工作時間可達55分鐘。工作時，它先繞房間行走，計算出房間的大小，然后再做水平及垂直運動進行清掃工作。其缺點是機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機器人公司和麻省理工學(xué)院人工智能實驗室聯(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。其運轉(zhuǎn)模式是以數(shù)學(xué)運算理念設(shè)計的，當(dāng)它啟動后會循螺旋狀運轉(zhuǎn)，工作過程中清掃范圍逐漸擴大，最終涵蓋整個空間，當(dāng)碰到墻壁或其他大型障礙物時，其機身上裝載的障礙物感應(yīng)調(diào)節(jié)器可以保護機器不受損害，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)螺旋運轉(zhuǎn)的路線清掃。此外，該機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行有重點的清潔。
iRobot Roomba掃地機器人
這個榮獲多項大獎的機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的掃地機器人產(chǎn)品可以做到主動對清掃環(huán)境進行監(jiān)測，每秒鐘思考次數(shù)超過60次，并且能夠以40種不同的動作進行反應(yīng)。
清潔機器人作為服務(wù)于人類的特種機器人，它是服務(wù)機器人不可或缺的一部分。其實，從吸塵器、機器人吸塵器、掃地機、掃地機器人、清潔機器人、家庭服務(wù)機器人等名稱的出現(xiàn)和變化，我們也可以看出，掃地機器人的成長經(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”實力越來越強大——除了吸塵，還可以對污垢進行局部的反復(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，三項功能的一一具備和逐步完善，掃地機也就發(fā)展成了機器人。
“排頭兵”都練就了哪些“真本領(lǐng)”
掃地機器人正在經(jīng)歷從“功能機”到“智能機”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)合機器人的定位和導(dǎo)航能力，對房間進行有效清掃。而且掃地機器人越用越“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)這張實時更新的地圖，掃地機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
掃地機器人以上三方面移動的智能性，都與智能機器人應(yīng)具備的“感知”功能有關(guān)。近十年來，掃地機器人“感知”功能不斷發(fā)生著“進化”。在2007-2012年，市場上的掃地機器人主要采用紅外線傳感。其優(yōu)缺點是，紅外線傳輸距離遠，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點。2013年開始，掃地機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)的運用。近年來，采用的室內(nèi)激光導(dǎo)航技術(shù)，可對室內(nèi)陸形布局建圖，從而實現(xiàn)全局精準(zhǔn)清掃計劃，同時配合紅外掃描技術(shù)、超聲波技術(shù)，使掃地機器人能夠360°躲避障礙物，避免隨機規(guī)劃路徑亂掃亂撞的情景出現(xiàn)。
目前，一些國產(chǎn)掃地機器人導(dǎo)航一次覆蓋率就能達到90%以上，遠超出前些年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)機揚起較多灰塵時，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，并指揮機器人吸塵器再次清掃該區(qū)域。當(dāng)機器人吸塵器的清掃板（內(nèi)有鼓風(fēng)機設(shè)置）感知到地板表面升高時，會自動調(diào)整自身高度，以實現(xiàn)在不同地板類型之間的轉(zhuǎn)換。
拖地機器人由于起步較晚，且需要克服的關(guān)鍵技術(shù)難點較多，是近年來清潔機器人領(lǐng)域的研究重點。美國iRobot公司研發(fā)的拖地機器人Scooba 390，是全球第一款全自動洗地機器人，如圖4所示。該機器人采用獨特的“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，機器人系統(tǒng)達到了集拖地、吸塵、殺菌一體化的清潔效果。
iRobo Scooba 390
擦地機器人主要針對比較潔凈，不需要清掃的地面。擦地機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器人的底端，確保貼合地面，隨著機器人的運動，抹布對地面擦拭。由于該種擦地方式較為簡單，一般而言，擦地機器人不會獨立設(shè)計成為一個機器人。因此，機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，對地面進行往復(fù)擦拭。此外，該擦地技術(shù)可集成在掃地機器上。
清掃家具下方的能力很可能是機器人吸塵器最大的優(yōu)點之一。掃地機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，較薄的機型，機身6.8cm，工作高度僅為8cm（機器人吸塵器行業(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，一些掃地機器人采用的馬達配合離心式葉輪，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)計的敏感源濾網(wǎng)，專為家中有寵物者設(shè)計，并減少了過敏患者的煩惱。部分掃地機器人還支持APP遠程操控，掃地機器人的清潔地圖可呈現(xiàn)在手機上，并可查看掃地機器人的清潔面積、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，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《第二次機器革命》中預(yù)言，“第一次機器革命部分替代我們的身體，第二次機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)備的消費潮流突然襲來，而掃地機器人正是其中的“排頭兵”。掃地機器人在進入中國市場之初，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)線上掃地機器人的占比達到13.3%（掃地機器人銷售額/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年將達到75億元，2018年則將增長至120億元，掃地機器人市場空間巨大。
掃地機器人普及速度在加快，其技術(shù)也在不斷進步和成熟。與服務(wù)于歐美大戶型、替代高人工費用的主要消費賣點不同的是，我國市場上掃地機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，已成為掃地機器人的必備功能。但另一方面，用戶對于掃地機器人更精準(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，所以在進入爆發(fā)期前，能夠掌握掃地機器人尖端技術(shù)和抓住用戶痛點的品牌，才能成為真正的領(lǐng)先者。掃地機器人市場屬于新興產(chǎn)品市場，品牌排序還未穩(wěn)定，后進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，雖然我國掃地機器人的交易規(guī)模和滲透率在逐年提高，但與歐美發(fā)達國家相比還有很大差距。尤其是我國掃地機器人，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)鍵要讓家用機器人更“貼心”
總體上，我國家用機器人發(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，實現(xiàn)一些簡單實用的功能。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，讓家用機器人更加“貼心”。
首先質(zhì)量要更可靠。重視品牌塑造，嚴把質(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器人的安全標(biāo)準(zhǔn)。
其次功能更實用。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，而實現(xiàn)多功能。目前市場中的家庭智能機器人主要可分為三類：功能型機器人、社交陪伴型機器人和仿生機器人。對于一個掃地機器人，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，實用性卻不強，那么家用機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)抓住護理機器人這一解決養(yǎng)老問題的重要需求，同時讓機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，落實家用機器人變革的“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，也許家庭機器人替我們簽收無人機送來快遞的那一天，很快就會到來！
