審核專家：羅會仟
中國科學院物理研究所副研究員
“人類科學技術和生產力進步的根源，其實只有兩個原因——好奇和懶”。
懶得洗衣服就發明了洗衣機，懶得掃地則發明了吸塵器……
姑且不論這句話是不是正確，但有壹件事情我們是需要承認的：科學技術的進步，確實讓人類可以更方便地犯懶了。
當人類連吸塵器都懶得拿的時候，新的犯懶工具出現了，這就是—— 掃地機器人。
錯了，是下面這張圖。
對於掃地機器人，很多用過的人表示真香。不過也有人說，這玩意兒基本就是智商稅。到底真相如何，那麽下面我們就來詳細了解壹下吧。
嚴格來講，世界上最早的掃地機器人是由瑞典的家電巨頭Electrolux在1996年制造的，名字叫 “三葉蟲” 。這個系列的掃地機器人現在仍然在生產，不過功能和外觀已經跟96年那款完全不同了。
當時的掃地機器人功能很差。例如，跑到樓梯的時候根本不會自己停下，需要提前在樓梯和門口的位置貼上感應磁條，提醒機器人別往前走了。
所以嚴格上說，第壹代的“三葉蟲”掃地機器人還真有點兒智商稅。
隨著 科技 的進步，第二代、第三代的掃地機器人功能大大增強，同時也降低了成本，這才造就了今天掃地機器人能走進千家萬戶的局面。
掃地機器人的工作原理要從兩部分講起。
第壹部分就是如何清掃。
如果我們將掃地機器人翻過來看壹下，就比較容易懂了。掃地機器人的前方是兩個小刷子，其範圍通常要比機器人本身大壹些，能把地上的東西掃到機器下邊，再通過吸塵裝置吸進體內。
這兩個小刷子通常是反向轉動的，壹個是順時針，另壹個是逆時針，兩者同步旋轉。這裏就涉及到壹個很簡單的技術——帶傳動。在機器人內部有壹個馬達驅動旋轉的輪子，輪子和另外兩個不同位置齒輪咬合，馬達旋轉的時候，帶動兩個齒輪向相反的方向轉動。齒輪上連接兩根皮帶，皮帶的另壹端則套在小刷子頂端。這樣就實現了壹個馬達就讓兩個刷子同步反向轉動。
搞懂了如何清掃後，第二部分我們就要著重說壹下掃地機器人究竟是如何 自動行進和躲避障礙的 ，這裏就不得不提到幾個專門的技術名詞了。
首先要說到的就是 碰撞感應器 ，就是掃地機器人正前方那個能微微活動的半圓。當機器人向前行進的時候撞到墻，感應器就能感覺到它是碰到了某些東西，然後向電路板傳輸信號，系統就會讓掃地機器人向著被碰撞點以外的方向移動。而如果掃地機器人撞向墻角時，感應器就會同時有兩個點碰觸到墻，這時系統就會判定自己的位置在墻角，而指揮機器人向著相反的方向運動。
不過僅僅依靠感應器根本就不夠，因為家裏的環境復雜，碰來碰去的就可能會把機器人搞懵了，所以就要用到其他的技術手段。
這就是 紅外感應技術 ，這種技術大家並不陌生。無論是現實生活還是電影電視劇中，經常出現紅外線探測的畫面，其原理就是利用肉眼不可見的紅外線反射。機器人上方有紅外線發射器，下方則有感應器。發射出去的紅外線遇到障礙物就會反射，在接收到反射回來的紅外線後，系統就能根據兩者時間差計算出周圍障礙物的距離，從而有效地提前規避。
另外，這種紅外線功能不僅可以在水平方向上探測，還可以在垂直方向上探測。這就是機器人為什麽壹遇到樓梯和陡坡就會停下來，或者拐彎來避開。
不過僅僅擁有這兩種技術還是不夠的，因為紅外線探測器還是不能探測到體積太小的障礙物，而碰撞感應器碰到比較軟的東西又無法觸發。
因此，就會出現早期掃地機器人推著寵物在房間裏 “幹的好事” 滿屋亂跑，“發糞塗墻”“發糞塗地”的故事……好吧，這就是個悲劇。
所以，設計師們為了避免這種情況，就開始想著給掃地機器人加上眼睛，新壹代的掃地機器人就利用了 雙目避障技術 。這種技術顧名思義就好像人長著兩只眼睛壹樣，掃地機器人上也安裝了兩個攝像頭。
人類的眼睛之所以能判斷距離、大小、方位，主要就是依靠 視差 。對於視差，我們舉個例子就容易弄懂了：在頭部保持靜止不動的情況下，在身體側面放壹件東西，然後分別閉上左眼和右眼進行觀察，我們就會發現這東西的方向和位置發生了變化。人類的大腦其實就是根據這種視差，來判斷具體距離和位置的。
給掃地機器人安裝了兩個攝像頭之後，其電腦系統就能模擬人眼的這種視差，來判斷與前方物體的距離。這種能力不僅僅能識別物品的距離和位置，還能夠通過AI和大數據來識別前面的阻擋物是什麽，以避開地上的拖鞋、寶寶的玩具以及寵物的糞便等。
同時，攝像頭的存在還能夠讓主人通過手機的APP去直接去觀察家裏的情況，遙控掃地機器人的行動。
了解了機器人到底是如何躲避障礙物，下壹個問題就出現了，機器人是如何規劃整個行動路線的呢？
這就不得不提到壹種叫做 SLAM 的技術，也就是同步定位與地圖構建 （Simultaneous localization and mapping） 。這種技術通過紅外線或激光傳感器，掃描整個房間的大致情況，再對掃地機器人所行動過的路徑進行記憶。計算機就可以導出壹套房間的整體地圖來，並通過壹定的算法獲得其自身的定位，繼而指揮機器人進行移動。
自動定位和地圖構建的同時，SLAM也提供了路線規劃能力。壹般帶有拖地功能的掃地機器人，系統會指揮其呈Z字型循環往復的運動。通過這種形式先把沒有遮擋的寬闊區域清掃幹凈後，再對邊角地區和有遮擋物的地區集中清理。
現在掃地機器人的技術壹直在進步，技術的爆炸式發展使得機器人的功能更加完善，現在的大品牌掃地機器人已然具備了科幻片中才具備的自我識別和智能AI技術。清掃功能上也從只能掃地和吸塵，變成具備洗、吸、磨、烘幹等能力的多功能壹體機。這種技術全面的機器人，當然靠譜。
所以，只要妳需要就可以買，尤其是對於那些有寶寶或者養寵物的家庭，可以完美地解決地板上數不清的貓毛、狗毛等問題，還能保證孩子隨便在幹凈的地面爬。
當然，對於不愛幹家務的人來說，掃地機器人也可以作為備選方案。
那麽，掃地機器人應該怎麽選呢？
首先，看吸力 。壹般來說，吸力大吸塵能力也強，但是噪音也大，所以想要大吸力的要慎重選擇。其實，對於日常清潔來說，1000pa 2000pa 的吸力就能滿足。
其次，看清潔配件 。目前大部分掃地機器人采用的是“雙邊刷+中間滾刷”的設計。雙邊刷能盡可能覆蓋較大面積，中間滾刷能將縫隙中的塵土攪出來。所以，想要徹底清潔，可以選擇兩者兼容的設計。
第三，看智能水平 。也就是我們前面提到的機器人躲避路障系統和規劃行動路線系統的能力，可以根據自己的需求按照產品說明選購。需要註意的是，壹些品牌聲稱采用“紅外線導航、超聲波導航、陀螺儀導航”，但這幾種導航並不完全靠譜，全靠隨機碰撞。
雖然掃地機器人越來越智能，但仍存在部分問題。隨著 科技 的發展，相信未來的掃地機器人會有更全面的清掃功能以及更完美的智能系統。其實，某些品牌的掃地機器人，已經開發出了自動清洗塵盒的功能。
也就是說，離徹底解放雙手的日子不遠了。對於我這種懶人，這可真是福音。話不多說，我要去清理我家機器人的塵盒了~