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会扫地还不够!iRobot要让智能扫地机器人掀起“头脑风暴”

机器人e资讯 2018-12-05 11:53:49

Colin Angle是知名扫地机器人制造商iRobot的首席执行官,最近我们和他进行了一番交流。从我们沟通的结果来看,预计未来六个月左右,真空吸尘式的扫地机器人将能够更深入地了解我们的家居情况,还能理解更复杂的环境,功用也比以往强大得多。具体来说,它们会绘制两次大扫除期间持续适用的地图。借助这些地图,扫地机器人将能够分辨并记住家里的那些房间,随之调整它们的清扫行动(另一款扫地机器人品牌Neato也具备这种类似的本领)。举个例子,假如扫地机器人知道你家的厨房在哪里,它就能响应类似“去打扫厨房”这样的指令,或者根据需要的频率自动打扫厨房。



在今年九月举行的国际智能机器人与系统大会(IROS)上,我们得以一窥iRobot实现上述预测的方式,并看了看该公司能将扫地机器人室内导航的速度和效率提升到多高的水平。事实上,全新解决方案可能和传统扫地机器人有很大差距,而像那种只配置了碰撞传感器的老款(平价)扫地机器人Roomba,甚至也有了改进的可能。


iRobot在此试图解决的问题是,如何让混乱的占据栅格地图发挥作用。占据栅格地图是一种二叉图。它体现了一个既定空间有没有物体占据。在到处移动时,像Roomba那样的机器人无论何时碰到什么东西,不管它是一堵墙、一个桌腿还是一只鞋,它都会添加到占据栅格地图里。你可能估计到了,吸尘器扫地机器人创建的占据栅格地图并不能十分准确地反映家中的房间,但通过一点图像处理,这种地图看起来也不是很离谱。


接下来的行动就有难度了。运用连老款Roomba都有的那种中央处理器(CPU)功能,占据栅格地图需要分割为不同的房间,而且分割的方式要对人类居家清洁有意义。分割完成后,机器人就可以尽可能规划最有效率的清扫方案。



iRobot公司开创了一种名为RoomsSeg的方法,它能改变以上第一张图里那种占据栅格地图,将一团乱麻的占据栅格地图变为分割得体的地图,清晰辨别主人家里所有不同的房间和走廊。现有的技术也能这样改良占据格栅地图,但它们往往在计算方面成本不菲。如果运用那样的技术,机器人需要将地图上传,进行云计算处理。这种方式不但耗时间,而且要求机器人要将主人家里的数据全部公布到互联网上。这可能令人不安。而机器人自行解决的方法效率会高得多,也更得当。


RoomsSeg并不是简单地把家里的平面图分割成块,而是设法保证端产品有实际意义。比如它可能尝试用电脑程序算法分割长的走廊,或者把格局并非正方形的大房间再分割一下。研究人员开发了一套保持室内整洁的规则:将走廊确定为“宽度和走廊主方向的宽度相同的地区”,同时如果房间一般都比走道大,就根据每个房间彼此相连的开放大空间,确认每个房间的位置。



短期内,绘制这样的占据栅格地图将帮助Roomba以对人类有实效的方式,系统地打扫清洁。而且,和没有利用这种地图只是随机打扫相比,Roomba的清洁速度和效率都会极大提升。在IROS上发表的论文中,iRobot的工程师这样写道:


“适用传统的系统性方法,总共需要2.32小时完成清洁,其中0.52小时用于跟踪路径移动,1.8小时用于清洁,逐个房间扫地的时间只有1.9小时,其中0.3小时跟踪路径移动,真正打扫用1.6小时。总体而言,打扫清洁的执行时间可以减少18%,跟踪路径移动的时间可减少37%,为避免碰撞而减速的时间可减少34%”


目前iRobot要依靠用户手动标注占据格栅图里分割好的房间。用户必须告诉机器人哪间房是厨房,哪间是客厅,哪间是卧室,诸如此类。用户需要通过iRobot的应用完成这些房间标注。不过我们预计,机器人应该会收集到足够的数据,要是配有更精密的传感器,机器人就更有可能得到充足的数据。因为在接受培训之后,根据碰到的障碍,它们可以更可靠地估计,置身于哪个房间。不论怎样,房间分割并标注后,你将能够安排什么时候打扫哪些房间,也能包容各类新型智能家居应用。就像Colin Angle在我们上次采访时暗示的那样。(iRobot也已经宣布,Roomba现在支持自动化网络服务平台IFTTT的功能。)


至于这些设想何时能成为现实,iRobot上述IROS论文称,RoomsSeg“在数千个独立的占据栅格地图上做了内测。”这暗示,这种方法对iRobot奏效。理论上说,该公司可能只要扳动开关,就能带来我们期待已久的连续智能化地图。我们比以往更为乐观地预计,这是我们会很快看到的新功能。




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