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(duì)于大眾來(lái)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(zhǎng)期：從一開(kāi)始的技術(shù)形象的“洋概念”，到產(chǎn)品初入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的“奢侈品”，到性能不斷優(yōu)化的“干中學(xué)”，再到價(jià)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(shuō)，掃地機(jī)器人飽經(jīng)鍛煉，已經(jīng)成長(zhǎng)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(lèi)足夠聰明，從“懶”中找到了機(jī)會(huì)。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(guó)土木工程師布斯觀察到，美國(guó)車(chē)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(guò)布袋將灰塵過(guò)濾。后來(lái)，他用這種吸塵法制成了吸塵器，成立了公司并申請(qǐng)了專(zhuān)利。

　　從吸塵器手中遞過(guò)來(lái)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(shí)間，從吸塵器的吸嘴開(kāi)始，到真空泵，再到電機(jī)、儲(chǔ)灰箱、過(guò)濾網(wǎng)等每一部件入手，輪番對(duì)吸塵器進(jìn)行研發(fā)升級(jí)。直至1996年，在英國(guó)BBC的一檔名為《明日世界》的欄目，主持人暢想了未來(lái)家庭主婦如何利用科技應(yīng)對(duì)各種家務(wù)時(shí)，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(kāi)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(duì)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(chóng)（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(dòng)物，設(shè)計(jì)者希望它的三葉蟲(chóng)智能掃地機(jī)器人，也能像三葉蟲(chóng)一樣在世界的每一塊地板上駛過(guò)。

　　智能掃地機(jī)器人三葉蟲(chóng)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(chē)輪自主行動(dòng)，清潔方面有一個(gè)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(shí)，會(huì)自動(dòng)返回電源處充電。三葉蟲(chóng)的儲(chǔ)塵箱滿(mǎn)后，會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警音，提醒用戶(hù)清空。該機(jī)器人還配有磁條，用來(lái)限制其活動(dòng)范圍，避免進(jìn)入衛(wèi)生間或者從樓梯上跌下。

　　三葉蟲(chóng)（Trilobite）智能掃地機(jī)器人

　　盡管起初用戶(hù)們對(duì)這款革命性的產(chǎn)品十分追捧，但很快，挑剔的用戶(hù)就列舉了三葉蟲(chóng)的種種不足。在它靠近有尖角的障礙物時(shí)，還是會(huì)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(cè)。在漂亮的房間里放置磁條也很不美觀（在三葉蟲(chóng)二代里磁條被紅外線(xiàn)發(fā)射器替代）。但是無(wú)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(dòng)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(xiàn)等50種傳感信號(hào)，這些傳感信號(hào)可讓機(jī)器人在撞上障礙物之前自動(dòng)轉(zhuǎn)身。吸塵機(jī)器人充電后，工作時(shí)間可達(dá)55分鐘。工作時(shí)，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(dòng)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(wú)法清掃墻壁死角處的灰塵，導(dǎo)致無(wú)法把房間徹底清理干凈。

　　美國(guó)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(kāi)發(fā)的全自動(dòng)智能吸塵器Roomba，在2002年9月面市，被美國(guó)《時(shí)代》雜志評(píng)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(dòng)后會(huì)循螺旋狀運(yùn)轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中清掃范圍逐漸擴(kuò)大，最終涵蓋整個(gè)空間，當(dāng)碰到墻壁或其他大型障礙物時(shí)，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(shí)沿著墻壁繼續(xù)清潔。當(dāng)吸塵器清潔一部分區(qū)域后，會(huì)轉(zhuǎn)90°以同樣方式清掃房間的另一部分，通過(guò)重復(fù)螺旋運(yùn)轉(zhuǎn)的路線(xiàn)清掃。此外，該機(jī)器人能夠探測(cè)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(gè)榮獲多項(xiàng)大獎(jiǎng)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(cè)和自動(dòng)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(dòng)對(duì)清掃環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每秒鐘思考次數(shù)超過(guò)60次，并且能夠以40種不同的動(dòng)作進(jìn)行反應(yīng)。

　　清潔機(jī)器人作為服務(wù)于人類(lèi)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(chēng)的出現(xiàn)和變化，我們也可以看出，掃地機(jī)器人的成長(zhǎng)經(jīng)歷了一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低端到高端的過(guò)程。一開(kāi)始，掃地機(jī)器人是手動(dòng)、半自動(dòng)吸塵器的升級(jí)版，自行移動(dòng)、全自動(dòng)的吸塵功能意味著將人的雙手解放出來(lái)，代表了勞動(dòng)方式的升級(jí)。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(lái)越好——能適應(yīng)不同房間格局、探測(cè)到污垢；“腿腳”越來(lái)越適應(yīng)環(huán)境——清潔沙發(fā)底部、床底等不在話(huà)下；“手段”實(shí)力越來(lái)越強(qiáng)大——除了吸塵，還可以對(duì)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(guò)；“頭腦”越來(lái)越聰明——可輕松擺脫電線(xiàn)、流蘇等障礙物，不會(huì)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(gè)方面：繪制房間地圖的能力、定位能力和導(dǎo)航能力。通過(guò)這三種技能，掃地機(jī)器人能夠邊工作邊建構(gòu)用戶(hù)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(duì)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(shí)間推移，它能夠精準(zhǔn)記憶用戶(hù)的家居地圖。根據(jù)這張實(shí)時(shí)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(guò)，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(dòng)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(lái)，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(chǎng)上的掃地機(jī)器人主要采用紅外線(xiàn)傳感。其優(yōu)缺點(diǎn)是，紅外線(xiàn)傳輸距離遠(yuǎn)，但對(duì)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(wú)法反射回來(lái)，會(huì)造成機(jī)器與家居物品發(fā)生碰撞，時(shí)間一久，底部的家居物品會(huì)被它撞得斑斑點(diǎn)點(diǎn)。2013年開(kāi)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(lèi)似鯨魚(yú)、蝙蝠，采用聲波來(lái)偵測(cè)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(lái)，采用的室內(nèi)激光導(dǎo)航技術(shù)，可對(duì)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(shí)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(guó)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(shí)，灰塵撞擊傳感器的金屬板，導(dǎo)致較大振動(dòng)。傳感器會(huì)檢測(cè)到振動(dòng)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(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整自身高度，以實(shí)現(xiàn)在不同地板類(lèi)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(lái)清潔機(jī)器人領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。美國(guó)iRobot公司研發(fā)的拖地機(jī)器人Scooba 390，是全球第一款全自動(dòng)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(guò)程經(jīng)過(guò)準(zhǔn)備、灑水、擦拭、吸水四個(gè)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(duì)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(dòng)式和主動(dòng)式兩種，目前主要的擦地方式為被動(dòng)式。被動(dòng)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(dòng)，抹布對(duì)地面擦拭。由于該種擦地方式較為簡(jiǎn)單，一般而言，擦地機(jī)器人不會(huì)獨(dú)立設(shè)計(jì)成為一個(gè)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(jiǎn)單地推著抹布行走，而是模仿人使用拖把拖地過(guò)程，對(duì)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(gè)厘米的高度差，是前期中研發(fā)千萬(wàn)級(jí)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(zhuān)為家中有寵物者設(shè)計(jì)，并減少了過(guò)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(shí)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(shì)。不少品牌推出了掃拖一體的產(chǎn)品。同時(shí)，一些廠(chǎng)商也增加了紫外線(xiàn)消毒、殺菌除螨、空氣凈化、視頻監(jiān)控等賣(mài)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(huì)部分地替代我們的頭腦”。隨著我國(guó)社會(huì)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(jiǎn)便，被年輕用戶(hù)所推崇，這也是掃地機(jī)近兩年呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)的主要原因之一。業(yè)內(nèi)稱(chēng)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(lái)，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(guó)市場(chǎng)之初，價(jià)格昂貴，滲透率較低，經(jīng)過(guò)短短幾年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐漸被打開(kāi)。

　　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(guó)內(nèi)線(xiàn)上掃地機(jī)器人的占比達(dá)到13.3%（掃地機(jī)器人銷(xiāo)售額/吸塵器總銷(xiāo)售額），而2015年這一比例甚至不足1%。僅一年時(shí)間，國(guó)內(nèi)線(xiàn)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(guó)掃地機(jī)器人市場(chǎng)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(zhǎng)至120億元，掃地機(jī)器人市場(chǎng)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(hù)型、替代高人工費(fèi)用的主要消費(fèi)賣(mài)點(diǎn)不同的是，我國(guó)市場(chǎng)上掃地機(jī)器人的功能升級(jí)非常迅速，導(dǎo)航定位、自動(dòng)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(hù)對(duì)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(méi)得到很好地滿(mǎn)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(hù)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(chǎng)屬于新興產(chǎn)品市場(chǎng)，品牌排序還未穩(wěn)定，后進(jìn)入的品牌仍有巨大的成長(zhǎng)空間。未來(lái)將會(huì)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(guó)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(guó)家相比還有很大差距。尤其是我國(guó)掃地機(jī)器人，目前只覆蓋主要的一二線(xiàn)城市，在更廣的空間范圍內(nèi)，滲透率的提高還需要時(shí)間。

　　關(guān)鍵要讓家用機(jī)器人更“貼心”

　　總體上，我國(guó)家用機(jī)器人發(fā)展還處于初級(jí)階段，仍然存在著許多問(wèn)題，如價(jià)格過(guò)高，實(shí)用性偏低，操作不靈活等。從目前情況來(lái)看，許多家電廠(chǎng)商對(duì)機(jī)器人的生產(chǎn)和應(yīng)用充滿(mǎn)熱情，但核心技術(shù)的研發(fā)仍然是個(gè)硬傷。大多是以輪式移動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和軟件編程，實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單實(shí)用的功能。廠(chǎng)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(shì)，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(guó)人瘋狂采購(gòu)日本馬桶蓋的后續(xù)，是期待國(guó)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量的升級(jí)，而絕非是僅僅對(duì)多功能設(shè)計(jì)的偏好。同時(shí)，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(shí)，亟需制定出臺(tái)針對(duì)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(hù)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(chǎng)中的家庭智能機(jī)器人主要可分為三類(lèi)：功能型機(jī)器人、社交陪伴型機(jī)器人和仿生機(jī)器人。對(duì)于一個(gè)掃地機(jī)器人，舞跳得再好掃不好地都不會(huì)是用戶(hù)的真愛(ài)。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(jià)玩具，會(huì)讓人望其高價(jià)而卻步。隨著我國(guó)人口老齡化階段的到來(lái)，廠(chǎng)商也應(yīng)抓住護(hù)理機(jī)器人這一解決養(yǎng)老問(wèn)題的重要需求，同時(shí)讓機(jī)器人的操作更加靈活。

　　另外，需要更加人性化。未來(lái)，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(kāi)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(wú)人機(jī)送來(lái)快遞的那一天，很快就會(huì)到來(lái)！