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定位引擎—自主路径规划式智能扫地机器人的寻路系统核心

时间:2012-7-27来源:www.bblqs.com 作者:爸爸乐轻松

    目前在市面上销售的智能扫地机器人产品,无论是国产品牌还是进口品牌,我们可以通过其机身搭载寻路系统的不同将它们分成两类,其中一类以iRobot Roomba系列产品为代表机型,该类扫地机器人使用的是随机碰撞式寻路系统,程序算法的优劣程度是其能否获得最大化清洁覆盖率的决定性因素,而另一类产品则以Neato XV-11为代表机型,它们就是我们今天要讲的主角,爸爸乐轻松网将为大家简单介绍路径规划式智能扫地机器人的寻路系统核心即定位引擎

    目前采用自主路径规划式寻路系统的扫地机器人产品相比随机碰撞机型,产品线明显偏少不丰富,我们常见的有Neato XV系列及其衍生型号(如福维克VR100)、三星电子Navibot系列、LG电子HOM-BOT系列等等,这里我们把Evolution公司的Mint系列拖地机器人产品也归入路径规划类机型以方便介绍。相比随机碰撞寻路系统的程序算法,路径规划类产品的技术门槛更高,特别是对定位系统的硬件检测精度有着较为严格的要求,所以目前国产扫地机器人产品中间暂时还没有搭载定位引擎的高端产品问世。

Scooba和Mint
图1:随机碰撞寻路的Scooba(左)与路径规划寻路的Mint(右)

    如果我们用一个简单的问题来概括随机碰撞式寻路系统的扫地机器人需要做的工作,那么它们的程序算法在绝大部分时间里只需要了解一个问题就可以较好的完成清扫工作,这个问题就是What lies in front of me?(我的前方有什么),而路径规划式的扫地机器人想较好的完成清扫工作,它们就一定需要解决的问题是Where am I now?(我现在在哪里),这个问题如何解决就涉及到了路径规划式扫地机器人的寻路系统核心,即定位引擎。

    业界目前在自主路径规划式扫地机器人上并未有真正意义上的产品分类,本站从比较主观的角度将定位引擎分为两大类,一类是以Neato XV-11的RPS激光绘图引擎为代表的边界扫描式定位引擎,另一类则以Evolution Mint的NorthStar北极星室内定位系统为代表的偏移检测式定位引擎。

    美国Neato公司的RPS室内激光绘图专利技术是一种典型的边界扫描式定位引擎,它通过位于一个不停旋转圆盘上的激光发射头和配套接收器组合的激光测距模组,探测Neato XV-11从自身到激光扫描到的边界每个点的距离,然后把所有的数据联系在一起,房间的数字地图就生成完毕(演示视频),甚至还包括了家具等障碍物的详细情况等等,了解了每一个边界点的Neato XV-11当然就能精确的计算以定位出机身在房间中所处的位置,最终达到无遗漏清扫所有区域的效果。

Mint北极星导航模块
图2:Evolution Mint拖地机器人的北极星导航模块

    而美国Evolution公司的NorthStar北极星室内定位专利技术则是一种典型的偏移检测式定位引擎,它通过放置在桌面的北极星导航模块,垂直(Y轴)向天花板发射一个肉眼不可见的红外线光斑而自身则由蓝色边角处再发射一个方向导航信号(X轴),Mint拖地机器人通过机身顶部的接受器,计算机与光斑垂直线Y轴的夹角及与方向信号X轴的夹角,并以每秒10次的检测频率精确计算夹角的改变,以此来判定Mint的位移方向和距离(误差≤15cm)。采用类似原理的还有LG和三星公司的扫地机器人,只不过它们是通过顶部安置有高清摄像头,采用的是可见光下的视频图像偏移检测技术达到类似功能。

    从理论上讲,偏移检测式定位引擎由于不能采用物理手段直接检测房间的形状和大小,而是定位机身当前所在位置并通过自身的运动来估算房间大小,所以在测量精度和清扫覆盖率上不及边界扫描式定位引擎。采用路径规划式寻路系统的扫地机器人都有一个共同特征,即并非采用类似布朗运动的随机行进路线进行清扫工作,而是采用规则式直线路径完整覆盖整个清扫区域,所以相比随机碰撞寻路引擎,路径规划寻路引擎效率更高且拥有更可靠的清洁覆盖率,这也注定了扫地机器人未来的发展趋势会向着更加“类人化”的路径规划式机型发展。(全文完)

相关链接:
程序算法—随机碰撞寻路式扫地机器人的核心

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