從「洋概念」到「排頭兵」，來聊聊掃地機器人的前世今生

06-08

今天，掃地機器人對於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於快速發展的成長期：從一開始的技術形象的「洋概念」，到產品初入國內市場的「奢侈品」，到性能不斷優化的「干中學」，再到價格比較親民的「接地氣」，目前又在向「炫酷拽」與「有內涵」兼顧的方向發展。可以說，掃地機器人飽經鍛煉，已經成長為家庭服務機器人行列中的排頭兵。

從吸塵器手中接過「世紀接力棒」

洗衣服、做飯、打掃衛生，這三項成為現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世紀初發明的吸塵器，給掃除衛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的除塵方式並不高明。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。後來，他用這種吸塵法製成了吸塵器，成立了公司並申請了專利。

此後，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、過濾網等每一部件入手，輪番對吸塵器進行研發升級。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對各種家務時，智能掃地機器人雛形初現。

橫罐型真空吸塵器

20世紀80年代SANYO公司就已經開始進行自主吸塵機器人的研發。其作為清潔機器人的研究先驅，對清潔機器人的發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留下足跡的古老節肢動物，設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採用圓餅形設計，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，採用滾掃為主抽、吸為輔的清掃方式。機體裝置的反射式超聲波感測器為機器人提供了避障能力。當其完成了清掃任務或內置鎳氫電池電量低時，會自動返回電源處充電。三葉蟲的儲塵箱滿後，會自動發出報警音，提醒用戶清空。該機器人還配有磁條，用來限制其活動範圍，避免進入衛生間或者從樓梯上跌下。

三葉蟲（Trilobite）智能掃地機器人

儘管起初用戶們對這款革命性的產品十分追捧，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，已經成為智能掃地機器人的標準配置。

日本松下電器公司於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。它的體積略大於一只籃球，前後部都帶有酷似眼睛的小燈，能發出聲波、紅外線等50種感測信號，這些感測信號可讓機器人在撞上障礙物之前自動轉身。吸塵機器人充電後，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，然後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，無法清掃牆壁死角處的灰塵，導致無法把房間徹底清理乾淨。

美國馬薩諸塞州iRobot機器人公司和麻省理工學院人工智慧實驗室聯合開發的全自動智能吸塵器Roomba，在2002年9月面市，被美國《時代》雜誌評選為2002年最酷的發明之一。其運轉模式是以數學運算理念設計的，當它啟動後會循螺旋狀運轉，工作過程中清掃範圍逐漸擴大，最終涵蓋整個空間，當碰到牆壁或其他大型障礙物時，其機身上裝載的障礙物感應調節器可以保護機器不受損害，同時沿著牆壁繼續清潔。當吸塵器清潔一部分區域後，會轉90°以同樣方式清掃房間的另一部分，通過重複螺旋運轉的路線清掃。此外，該機器人能夠探測地面的污垢，可根據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品。2005年，iRobot發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發布了寵物系列。目前，iRobot的掃地機器人產品可以做到主動對清掃環境進行監測，每秒鐘思考次數超過60次，並且能夠以40種不同的動作進行反應。

清潔機器人作為服務於人類的特種機器人，它是服務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、家庭服務機器人等名稱的出現和變化，我們也可以看出，掃地機器人的成長經歷了一個從簡單到複雜、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。而後，隨著研發的投入和相關技術的進步，能夠吸塵僅僅是基本的功能。

從iRobot產品系列的功能介紹，我們可以了解到：機器人的「視力」越來越好——能適應不同房間格局、探測到污垢；「腿腳」越來越適應環境——清潔沙發底部、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覆清理，角落、牆邊和傢具邊緣也不放過；「頭腦」越來越聰明——可輕鬆擺脫電線、流蘇等障礙物，不會被纏住。隨著感知、決策、執行，三項功能的一一具備和逐步完善，掃地機也就發展成了機器人。

「排頭兵」都練就了哪些「真本領」

掃地機器人正在經歷從「功能機」到「智能機」的換代轉變，其智能性目前主要體現在三個方面：繪製房間地圖的能力、定位能力和導航能力。通過這三種技能，掃地機器人能夠邊工作邊建構用戶家裡的地圖，然後再結合機器人的定位和導航能力，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，它能夠精準記憶用戶的家居地圖。根據這張實時更新的地圖，掃地機器人能夠知道哪些區域已經掃過，哪些區域還未清掃。

繪製房間地圖的能力、定位能力和導航能力

掃地機器人以上三方面移動的智能性，都與智能機器人應具備的「感知」功能有關。近十年來，掃地機器人「感知」功能不斷發生著「進化」。在2007-2012年，市場上的掃地機器人主要採用紅外線感測。其優缺點是，紅外線傳輸距離遠，但對使用環境有相當高的要求，當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，掃地機器人逐漸採用超聲波仿生技術。仿生超聲波技術，類似鯨魚、蝙蝠，採用聲波來偵測判斷家居物品及空間方位，靈敏度高，技術成本高。在航空工業上都有系統的運用。近年來，採用的室內激光導航技術，可對室內地形布局建圖，從而實現全局精準清掃計劃，同時配合紅外掃描技術、超聲波技術，使掃地機器人能夠360°躲避障礙物，避免隨機規劃路徑亂掃亂撞的情景出現。

目前，一些國產掃地機器人導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。為確定哪些區域需要多加清掃，一些機器人吸塵器的旋轉刷附近設有塵土感測器，它是聲敏感測器。當鼓風機揚起較多灰塵時，灰塵撞擊感測器的金屬板，導致較大振動。感測器會檢測到振動增加，並指揮機器人吸塵器再次清掃該區域。當機器人吸塵器的清掃板（內有鼓風機設置）感知到地板表面升高時，會自動調整自身高度，以實現在不同地板類型之間的轉換。

拖地機器人由於起步較晚，且需要克服的關鍵技術難點較多，是近年來清潔機器人領域的研究重點。美國iRobot公司研發的拖地機器人Scooba 390，是全球第一款全自動洗地機器人，如圖4所示。該機器人採用獨特的「四段式清洗系統」完成清潔任務，工作過程經過準備、洒水、擦拭、吸水四個階段，機器人系統達到了集拖地、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。由於該種擦地方式較為簡單，一般而言，擦地機器人不會獨立設計成為一個機器人。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於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，對地面進行往複擦拭。此外，該擦地技術可集成在掃地機器上。

清掃傢具下方的能力很可能是機器人吸塵器最大的優點之一。掃地機器人可以完全鑽到傢具底下，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（機器人吸塵器行業一個厘米的高度差，是前期中研發千萬級別的投入），可輕鬆地鑽到大多數茶几、床頭櫃、床和一些沙發下面。另外，一些掃地機器人採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計的敏感源濾網，專為家中有寵物者設計，並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在手機上，並可查看掃地機器人的清潔面積、清潔時間等，其清掃結果一目了然。另外，在掃地功能的基礎上，「多合一」產品似乎也成為新趨勢。不少品牌推出了掃拖一體的產品。同時，一些廠商也增加了紫外線消毒、殺菌除蟎、空氣凈化、視頻監控等賣點，宣傳其產品的優越之處。

「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」。隨著我國社會的發展，居民生活質量的不斷提升，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爆炸式增長的主要原因之一。業內稱2014年是「智能家居元年」，智能家電和穿戴設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，經過短短几年的發展，國內市場逐漸被打開。

相關數據顯示，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，國內線上掃地機器人的佔比達到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，國內線上掃地機器人的滲透率就有了大幅提高。而根據GFK數據，2015年中國掃地機器人市場零售規模在50億元左右，這一數字在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，其技術也在不斷進步和成熟。與服務於歐美大戶型、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，導航定位、自動歸位、防撞感應等，已成為掃地機器人的必備功能。但另一方面，用戶對於掃地機器人更精準的定位、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，所以在進入爆發期前，能夠掌握掃地機器人尖端技術和抓住用戶痛點的品牌，才能成為真正的領先者。掃地機器人市場屬於新興產品市場，品牌排序還未穩定，後進入的品牌仍有巨大的成長空間。未來將會有更多的傳統家電企業和互聯網跨界企業涉足。需要注意的是，雖然我國掃地機器人的交易規模和滲透率在逐年提高，但與歐美髮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，在更廣的空間範圍內，滲透率的提高還需要時間。

關鍵要讓家用機器人更「貼心」

總體上，我國家用機器人發展還處於初級階段，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和應用充滿熱情，但核心技術的研發仍然是個硬傷。大多是以輪式移動平台，通過互聯網和軟體編程，實現一些簡單實用的功能。廠商應加大研發投入與合作力度，結合現有產品和技術優勢，讓家用機器人更加「貼心」。

首先質量要更可靠。重視品牌塑造，嚴把質量關，注重安全性、可靠性和系統穩定性。不能忽略「製造」而直接跳躍至「智造」。國人瘋狂採購日本馬桶蓋的後續，是期待國內產品質量的升級，而絕非是僅僅對多功能設計的偏好。同時，企業不能忽視其作為家電用品的本質，避免發生安全事件。同時，亟需制定出台針對家用機器人的安全標準。

其次功能更實用。關鍵在於抓住用戶需求，而並非是為了業內同行之間的比拼，而實現多功能。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。對於一個掃地機器人，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，那麼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，廠商也應抓住護理機器人這一解決養老問題的重要需求，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」溫度的方向發展，不斷研發創新，落實家用機器人變革的「工具-管家-陪伴」的三階段。

在開放式、網路化的發展思路之下，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！