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陷發展瓶頸?掃地機器人行業分析,SLAM技術成變局關鍵!

2019-11-11 11:57:36 來源:機器人創新生態 點擊:557

【大比特導讀】近年來,隨著服務機器人產業技術的不斷進步,產品的不斷迭代,以及家具生活方式的逐漸智能化,我國掃地機器人銷量以驚人的速度增長。但隨著后來人口紅利消失、市場需求飽和,掃地機器人的增長明顯開始放緩,掃地機器人企業應該如何適應環境的變化?

捷孚凱零售監測的數據顯示,近五年我國掃地機器人零售量復合增速已經超過50%。截至2017年12月,我國掃地機器人零售量市場規模已達332.5萬臺,零售額約44億元。

然而, 2019年上半年,隨著人口紅利消失、市場需求飽和,掃地機器人的增長明顯開始放緩。據中怡康零售監測數據顯示,掃地機器人線上銷售量同比下降10.4%。受家電行業整體外部環境的影響,據奧維云網(AVC)推總數據顯示,2019年上半年,吸塵器市場規模為91.2億元,同比僅增長5.4%;零售量為1041萬臺,同比提升1.9%,從產品結構來看,掃地機器人已經拖累了吸塵器大盤的增長。除了外部因素之外,掃地機器人產品“偽智能”、“不實用”等負面評價也在一定程度上降低了消費者的購買意愿,行業亟需進行技術升級。

掃地機器人

不斷進化的感知模塊

說到掃地機器人行業的技術升級,就不得不提到掃地機器人的核心之一 - 感知模塊。隨著深度學習、機器視覺等人工智能技術的不斷發展和進步,掃地機器人產品的迭代速度有目共睹,逐漸由早期的機械式向如今的智能方向演進。在這一發展歷程中,行業普遍認為可將市面主流機型大致分為三個階段:第一代的隨機清掃、第二代的規劃式清掃以及第三代的導航建圖式清掃。相比第一代隨機清掃,后二者都具備路徑規劃能力,但不同的感知核心仍舊為這些掃地機器人賦予了不同效能的工作能力。

隨機清掃式的掃地機器人清掃效率和質量大概率仰賴算法的優劣,反復清掃或大面積漏掃的情況非常普遍。該模式在掃地機器人概念誕生之初廣為應用,然而由于并未切中消費者的痛點,不能實現解放雙手的目標,后逐漸為規劃式產品所替代。

普通的規劃式產品,比起隨機清掃,在掃地機器人的行走路線算法上做了大幅優化,并配備了諸如陀螺儀等傳感器,幫助掃地機器人以相對規整及高效的路線進行清掃。

隨著傳感器技術的不斷革新與發展,應運而生的第三代掃地機器人產品具備了導航建圖、全局規劃的能力,從源頭上真正大幅提高了掃地機器人的清掃效率。SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)的含義是即時定位與地圖構建,指的是機器人在自身位置不確定的條件下,在完全未知環境中創建地圖,同時利用地圖進行自主定位和導航。也就是說,掃地機器人需要在未知環境中從一個未知的位置開始移動,在移動過程中根據位置估計和傳感器數據進行自身定位,同時建造增量式地圖。

新一代掃地機器人的競爭是SLAM技術的戰場

目前依據傳感器及SLAM技術的不同,具備SLAM能力的第三代掃地機器人產品又可以分為基于LDS激光測距傳感器的掃地機器人產品以及基于機器視覺(vSLAM)的掃地機器人產品。激光SLAM由于起步早,目前體系和框架已趨于穩定,產品落地相對成熟,主要分為單線式和多線式,目前市面上大多數建圖規劃的掃地機器人產品都屬于這個范疇。但其高昂的造價以及無可避免的凸起式的硬件結構使得掃地機器人機身厚度增加,降低了掃地機器人的通過性。而vSLAM方案作為以攝像頭為傳感器的導航方案,相比LDS方案來說,能夠以相對低廉的成本采集到更加豐富的數據。隨著手機行業對鏡頭的強勁需求,攝像頭/鏡頭制造及相關vSLAM技術發展迅猛,很快就引起了各大掃地機器人廠商的重視。

在2010年,三星就曾經發布過vSLAM掃地機產品;2015年前后,Dyson及iRobot等國外知名企業亦試水機器視覺;但vSLAM方案的掃地機器人真正進入國人視野要一直到2019年上半年,小米率先發布了米家掃地機器人1S,配備激光+單目視覺的融合方案;國內掃地機器人頭部廠商科沃斯亦不甘人后,發布了國內首款純單目視覺的掃地機器人產品DJ65。

事實上,RGBD傳感器也可分為結構光、ToF、視覺方案等幾種主流方案。ToF及結構光方案由于高昂的造價,以及極易受環境光照影響等原因,目前并未成為掃地機器人的首選vSLAM方案。而視覺方案依靠其高性價比,在一眾RGBD方案中脫穎而出,成為各大廠商布局vSLAM產品的關鍵。在視覺方案中,又分為單目方案和雙目方案。

單目視覺僅利用一臺攝像機完成定位工作。單目攝像頭在單幀圖像中,無法確定距離物體的真實距離,只能通過相機的運動,利用多幀圖像形成三角定位,來進行距離測量。而雙目視覺定位是指通過三角測量原理來對目標點的三維空間位置進行定位。雙目視覺定位算法流程包括相機標定、雙目標定、圖像處理、特征檢測、立體匹配、三維測量和姿態測量。

以現有的單目朝天方案來說,由于其攝像頭朝天,帶來的局限性是無法進行依托視覺的避障,亦無法保證全局式的建圖及導航規劃;因此主流單目方案仍舊是通過碰撞來實現邊界探索。而雙目方案可通過三角定位方式實現精準的距離測量,從而實現無接觸式的避障與清掃,不破壞家具,不碰撞兒童、寵物及其他生活用品。除此以外,雙目方案在配備更高性能鏡頭和更強算力處理芯片的情況下能夠實現環境及物體的識別,比起其他方案,在家庭環境中具有更強的魯棒性,能夠識別蚊帳、窗紗等較高透光性的物體,防止異物的卷入,甚至可實現雙目跟隨,實現更有目的的高效清掃策略。換言之,雙目SLAM方案是一項適用性更強,且能夠大幅提高掃地機器人智能化水平的導航技術。

在剛剛落幕的ICCV2019上,“3D”這個詞在投稿論文的關鍵詞排名中位列第四,足以證明在AI技術發展的大環境中,越來越多的行業和領域開始關注到3D相關的技術和應用。掃地機行業如何突破現有的發展瓶頸,更智能的導航和清掃方案必將成為各大廠商攻堅的核心。可以看到,國內雙目視覺的頭部企業已經開始積極布局雙目視覺掃地機器人的相關技術。

2019年,掃地機行業正在加速洗牌,整體增速放緩,強者恒強,弱者積貧積弱的馬太效應愈發凸顯。多元化布局,在技術上尋求突破,正是各大廠商能否在日益激烈的角逐中站穩腳跟,以及整個行業環境能否在2020年迎來融冰回暖的關鍵。

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