扫地机器人，是人工智障还是人工智能

来源：微信公众号“浪潮工作室”

成年人最崩溃的瞬间有哪些？

“周末做家务”必须榜上有名。

你工作了一周，每天都是9点上班、9点下班，要么和客户扯皮心力交瘁，要么改方案死了无数脑细胞，累死累活好不容易周末了，却发现家里又变得脏兮兮的。

特别地，如果你生活在北京这样的北方城市，等待你的可不是什么周末明媚的阳光，而是阳光照射下的灰尘——是的，北方城市室内的地面，每隔几天就落满了灰尘。

于是你极不情愿地从沙发坐了起来，拖着疲惫的身躯开始打扫房间。

请保洁阿姨？那是请不起的。让父母帮忙？怎么可能，一把年纪了于心不忍。让伴侣去打扫？算了吧，已经厌倦了没完没了的争吵。

于是，扫地机器人出现了。到今天为止，扫地机器人是唯一一种成功走入家庭的机器人[1]。

扫地机器人是比较实用的小型家用机器人

但扫地机器人进入中国家庭的这些年，人们可以说对扫地机器人又爱又恨。有人认为它是解放双手的神器，也有人认为它是智障。

扫地机器人，到底是人工智能，还是人工智障？还是说，这些答案都不对，我们从来就没有打开过扫地机器人的正确使用姿势？

用过扫地机器人的，都怎么说

有人觉得，扫地机器人虽然号称“智能”，但看起来并没有那么智能，甚至有人把扫地机器人讥笑为“智障机器人”。

扫地机器人与其他家电都正常工作时，没啥区别，但一出BUG就……比男人和女人之间的差别还大。

其他家电出的BUG可能是短路了，烧坏了；扫地机器人出的BUG是，越得过门槛，越不过地上的线圈；吸得起地上的面粉，却被头发丝缠住；家里养了狗……那个重口味的笑话就不讲了。

连猫都不能识别，是“扫地机气人”没错了 /Youtube@walter santi

其他家电的工作主要只是重复持续地加热、制冷、旋转等，闭着眼睛都能做好。而扫地机器人必须做到：识别得清楚障碍，又识别得清楚垃圾；要在家里走来走去，把垃圾打扫干净。

当然，不是所有人都认为扫地机器人一无是处。相反地，还有很大一部分人群，觉得扫地机器人确实好用。

比如京东的一条评价，称赞了扫地机器人打扫的清洁程度：

也有评论觉得扫地机器人不仅解放双手，也很适合家里的老人：

为什么对同一种商品，人们会有不同的感受呢？

其实，对于扫地机器人来说，扫地这一点并不是太难。目前最广为使用的扫地机器人是吸尘机器人。在吸尘这一点上，吸尘器与吸尘机器人之间并无大差别。

1991年，适合家用的真空吸尘原型设计就已经出现[1]。吸尘的原理是：利用高速旋转刷，在机器内部产生一个真空，从而吸入外面的尘屑，这一点至今未变。

内部各仪器高速旋转，被嵌在机器里，形成强大吸力 /Youtube@Science channel

不过扫地机器人可能会多配一个灰尘感应器。最近市面上还出现了很多扫拖一体的扫地机器人产品，就是身上多携带了另一种工具，不复杂。

扫地机器人的关键难题是如何走动。

图片：一项调查中，四位受调研用户画出来的他们预期的扫地机器人行走路径

只要扫地机器人走得让主人不满意，比如不从最脏的地方开始打扫，比如不在特别脏的地方反复清扫，都会让主人觉得“好蠢啊”[1]。

扫地机器人确实没有大多数人想象的那样智能。可以这么说，市面上100%的扫地机器人，都做不到和人一样聪明（废话，现在最尖端的机器人也做不到）。

不过，这并不代表扫地机器人就“不值得买”。

我们应该关心的问题是，扫地机器人，可以在多大程度上帮我们做家务活？你到底需不需要一个扫地机器人来解放右，哦不，双手？

扫地机器人没那么“智障”了

扫地机器人，其实经历了一场技术革新。

早期的扫地机器人走了一些“弯路”，就是因为不知道如何走动，只能采用随机的方式走路。

随机过程理论表明，随机乱走，走多了，就可以覆盖所有面积[6]。这种方式效率有点低，扫地机器人会重复清扫某些位置，而另外一些位置可能需要扫地机器人在家里晃荡三遍，才能覆盖到。

在家具众多的家庭环境中，普通扫地机器人的路线会受到干扰 /Bilibili@TESTV官方频道

扫地机器人面对的不是一望无际的大平原，而是复杂的家庭环境。它不仅是需要在平坦的地面上走，还时不时会遭遇桌角或者门框。也就是说，它需要学会躲避。

于是，设计者就给扫地机器人配上了触觉传感器，这样机器人遇到障碍后触发保险杠，并退避。

但新的设计难题又出现了：地毯也会被扫地机器人视为一种障碍。

图为一款扫地机器人模拟地毯测评。如果不能够爬上地毯并自动加大吸力，那就比较鸡肋了 / Bilibili@Yokii和灰和喵

而且早期扫地机器人，不能智能规划和缩短路径，撞上才能触发保险杠[5, 6]。机器人撞坏了不要紧，上万的实木家具被撞坏了才让人心疼。

那如果再给扫地机器人，配上超声波、红外传感器呢？前者可以发出一个声波信号，遇到物体后会反射回来，依据反射时间及波型去计算它的距离及位置；后者则是发射红外线探测。

原本，扫地机器人只是在零距离亲密接触障碍的时候才会停下来回头；现在有了新增的传感器，可以让扫地机器人遇到障碍物之前先慢下来，不要撞上去。

有了特殊的红外线传感器，扫地机器人就能回避台阶，不会把自己摔个半身不遂；有了特别的超声波传感器，扫地机器人就能分辨地毯的存在，吸扫模式时打扫，拖地模式时绕过。

扫地机器人不仅要会避开障碍物，也要识别阶梯，自动避开 / 某品牌扫地机器人宣传片

在路线规划上，扫地机器人也做到了更“智能”。

早期最成功的市场产品Roomba是这样规划路线的：它先选择随机方向并直线移动，直到遇到一个障碍物，然后选择另一个随机方向继续直线前进。当机器人行进一定距离而未发现任何障碍物时，可以触发螺旋形前进[3]。

Roomba的螺旋策略

这种策略节约了扫完所有空间需要的时间，适合在单个房间或房内较乱的房间打扫。也被其他一些品牌的扫地机器人采用[3]，现在市面上在售的产品也有使用这种策略的。

虽然在主人眼里这种走法可能还是不可理喻，但是人家扫地机器人自己是乱中有序的。

另一种常见策略是首先进行空阔区域清洁，平行笔直前进，即“Z”字形前进，尽可能快地遍历空阔区域的面积，然后对周边区域和障碍物周边进行最终清洁[3]。兼具拖地功能的机器人一般采用该策略。

某扫拖一体机器人产品介绍中使用“z”字形前进策略

超声波传感器和红外传感器，体积小而且便宜，正好让扫地机器人比较好地了解房间。但它们也有一定缺点。

超声波传感难以测量障碍物的准确位置；红外传感器的搜索范围狭窄，可能会漏掉细桌腿之类的不能识别。配备了它们，无法足够精确地覆盖所有要扫的区域。也可能被困在细腿的桌子椅子底下原地打转[3, 5, 6]。

扫地机器人的世界里到处都是障碍

设想一下，家里有一个大餐桌，围着八九把乱摆的椅子，其中有大于20厘米的间隙。

现在我们把直径20厘米的扫地机器人放到餐桌下面，本来它可以从那大于20厘米的间隙通过，但是机器人的检测精度不够，看到的世界像近视眼看到的一样，不敢穿过去；或者不具备360度往前探路的算法，这样它就把自己困在里面了。

解决方法，要么就是提高检测精度，有能力从间隙穿过去；要么就是让扫地机器人知道那里是一个“百慕大三角区”，千万不要进去。

现在提高了检测精度的扫地机器人有不少；而有一些扫地机器人产品即具备识别卡死的功能，下次回避。

谁最需要扫地机器人

事实上，扫地机器人用的技术不算新鲜，想想飞机、汽车，它们也带有定位器、传感器（这也是为什么有知名汽车公司也制造扫地机器人）。

关键是如何通过聪明的技术组配便宜、轻和耐用的元器件和电池，让更多的家庭花得起钱买它。

机器人越要精明高效地扫地，就越要配备复杂的仪器精确地了解环境，规划路线[3]。

充满家具的家里其实是个复杂环境，这就要求扫地机器人拥有更高的规划路线、躲避障碍能力

目前很多扫地机器人所用的宣传语“SLAM”，翻译过来叫做“同时定位与地图构建”，就是为了让扫地机器人更了解家庭环境。

具体实现SLAM的方式可能有所不同。有的产品带有360度角的摄像机，有的可能带激光测距仪实现，也不乏兼而有之的产品[3]。

在实现定位和构图之后，要辅以路线计算，并且一个家庭的家装环境通常不易改变，可以保持记忆，减省后续计算。

于是有的扫地机器人带有很高的内存，带有数个CPU。充分地考虑用户体验，既智能，又让用户可以做一些设置。

扫地机器人，可以远程操控，工作太忙也可以省下来时间来享受人生

那么，扫地机器人适合哪些人呢？

扫地机器人适合养宠物、有小孩的家庭。

家里要是养了一只狗，狗毛满天飞，扫地机器人就会格外有用。一项调研显示，一般家庭一周或两周使用一次扫地机器人搞清扫；但一家养了一条爱掉毛的狗，一周就要用3次[1]。

对有小孩的家庭，扫地机器人可以保证地面干净，让孩子随便爬。这个想必很多人都知道了。

但扫地机器人还有一个隐藏好处，陪小孩玩。比如，孩子可以捡碎屑放到机器人前面，让机器人吸；或者把毛绒玩具放到扫地机器人身上，让毛绒玩具乘坐机器人在家里兜风[2, 7]。

扫地机器人可以变成小孩的新玩具 /Youtube@CrazyFunnyStuffCFS

最最重要的是，扫地机器人适合那些整天为家务活分工吵来吵去的情侣、夫妻。有研究表明，原本没想过要打扫房间的男人，在有了扫地机器人后反而愿意做点家务活了[4]。

扫地机器人也适合太忙的、打扫不便的、大扫除能力较差的人/家庭。不是谁都能做全职家庭主妇，也不是谁都请得起保洁，扫地机器人可以让幸福感显著提高，洁净标准提高[7]。

现在市面上扫地机器人种类眼花缭乱，但挑选起来，只要记住下面这几个原则就可以。

一看家里的环境及家具布置。

家里空阔的，家具都靠墙的，买不那么智能的也行。

家里有小门槛的，要买能越过门槛的产品，如果你不想每次都要抱它过去；但是该功能可能意味着要清理的地面杂物变多了，有的产品会把带凡低于2厘米边缘的杂物都爬一遍。家里平坦无落差的不如不要带该功能的。

某扫地机器人可翻阅2cm高的障碍

二看家里的地面。如果是平滑的地面，清洁效果与吸力大小无关，主要看电刷；在凹凸表面，清洁效果主要看吸力如何[1]。

吸力大小主要看功率。因而家里铺地毯的家庭，更建议购买高吸力高功率的扫地机器人。家里地面平滑的家庭，购买低吸力低功率的机器人或者使用温和清扫模式，机器人运行更安静[1]。

对了，家里地面在机器人开动之前可能需要整理杂物。零碎物品可能被判断为垃圾被打扫，而大一些的可能被判断为障碍。

比如地毯上摆放了一些积木，如果这一次不清理，它可能绕过去，积木之下成了一个没扫到的地方。

只要你解锁了扫地机器人正确的使用方式，你就会惊讶地发现，原来扫地机器人可以扫除这么多传统打扫方式吸不到的灰尘；原来一个没有灰尘的家，是这样的舒适和放松。

[1]Vaussard F , Fink J , Bauwens V , et al. Lessons learned from robotic vacuum cleaners entering the home ecosystem[J]. Robotics and Autonomous Systems, 2014, 62(3):376-391.

[2]Fink J , Valérie Bauwens, Frédéric Kaplan…. Living with a Vacuum Cleaning Robot[J]. International Journal of Social Robotics, 2013, 5(3):389-408.

[3]Prassler E., Munich M.E., Pirjanian P., Kosuge K. (2016) Domestic Robotics. In: Siciliano B., Khatib O. (eds) Springer Handbook of Robotics. Springer Handbooks. Springer, Cham

[4]Nicholls L, Strengers Y. Robotic vacuum cleaners save energy? Raising cleanliness conventions and energy demand in Australian households with smart home technologies[J]. Energy research and social science, 2019: 73-81.

[5]Kang M C, Kim K, Noh D, et al. A robust obstacle detection method for robotic vacuum cleaners[J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 2014, 60(4): 587-595.

[6]Prassler E., Kosuge K. (2008) Domestic Robotics. In: Siciliano B., Khatib O. (eds) Springer Handbook of Robotics. Springer, Berlin, Heidelberg

[7]Sung J Y, Guo L, Grinter R E, et al. “My Roomba is Rambo”: intimate home appliances[C]//International Conference on Ubiquitous Computing. Springer, Berlin, Heidelberg, 2007: 145-162.