扫地机器人“规划路径”向何方

2018年06月22日08:12  来源:中国知识产权报
 
原标题:扫地机器人“规划路径”向何方

伴随着生活水平的提高,以家庭服务为主要功能的智能家庭服务机器人逐渐由实验室走进百姓家庭,其中以家用扫地机器人的需求最为旺盛。前瞻产业研究院发布的《中国扫地机行业市场需求与投资规划分析报告》认为,随着全球扫地机器人市场的发展,正处于消费升级大背景下的中国市场将更加广阔,并且保持高速增长趋势,2018年将增长到120亿元。扫地机器人市场的广阔前景给众多品牌带来了发展机遇,这些企业都力图在其中分得一杯羹。 路径规划技术是扫地机器人的核心技术。简单来说,扫地机器人在工作时,需尽量做到清扫面积全覆盖且清扫路径不重叠,这就需要对路径进行规划。路径规划是根据扫地机器人自身传感器对周边环境的感知,确定环境信息和自身位置信息,进而规划出一条安全的运行路线,同时又能高效完成清扫任务。 本文中,笔者对国内扫地机器人路径规划技术的主要专利布局情况进行了分析,梳理了路径规划技术的发展脉络,为我国相关企业的技术研发、专利布局等提供参考。

国内企业逐渐发力

笔者通过中国专利文摘数据库(CNABS)进行检索发现,在路径规划技术领域,国内外申请人的年申请量在2003年之前均不足10件,这是由于国内路径规划技术起步较晚,而国外申请人在该技术领域虽有一定突破,但因扫地机器人在当时还未进入中国市场,专利布局尚未展开。2003年至2008年,国外扫地机器人市场步入发展阶段,国外申请人开始将目光投向中国市场,逐步在中国开展专利布局,该时期的申请量明显高于国内申请人。从2009年开始,国内扫地机器人市场开始发展,国外品牌开始进入中国,国内品牌也相继出现,国内申请人开始提交专利申请,逐步缩小与国外申请人的差距,并于2014年超过国外申请人在中国提交的专利申请量。 从路径规划技术领域的申请人排名情况来看,三星、LG、iRobot位列前三位,其中LG、iRobot的申请量相同。可见,韩国在路径规划技术领域具备较强的技术储备。沃维克、科沃斯、恩斯迈、深圳银星等位列其后,各自的专利申请量差距不大。目前来看,在路径规划技术领域中,韩国和美国的技术实力较为突出。

技术发展脉络清晰

从检索结果来看,路径规划技术呈现由随机式向规划式发展的趋势。笔者结合部分重要专利对路经规划技术的发展脉络进行了梳理,划分为3个发展阶段。 第一阶段是1985年至1989年。在该阶段,AUTOMAX株式会社建立了二维行列坐标,使扫地机器人具有障碍处理能力,并能够弓形移动。针对该技术,AUTOMAX株式会社提交了专利申请(申请号:US19840567978A)。而国外申请人KNEPPER H通过预设数据点用于引导,同时采用了超声波传感器、激光传感器。针对该技术,KNEPPER H提交了专利申请(申请号:EP86114425A)。可以说,这两件专利申请奠定了路径规划技术的基础。 第二阶段是1990年至2000年。该时期,松下尝试将清扫区域分块,使扫地机器人具有障碍处理和机器人返回能力。据此,松下提交了专利申请(申请号:US19900544957A)。而 LG通过行进中建立平面坐标,将清扫区域分块,并让扫地机器人弓形移动。针对该技术,LG提交了专利申请(申请号:US19930073398A)。三星通过设置超声波传感器、光学编码器用于导航,并且实现了无电后返回。随后,三星又尝试设置激光器和摄像头,通过使用拍摄天花板和天花板基准的图像的相机识别当前的机器人位置,并采用对准激光、相机和视觉卡来检测障碍及其形状。2002年,iRobot通过多种传感器信息输入控制系统,经过处理运算,计算多模式覆盖方法,实现全面的清扫覆盖,并为此提交专利申请(申请号:US20030025472A1)。在此阶段,国外申请人提出了清扫区域分块、顺序处理的技术思路,并且使扫地机器人具备了自主返回的功能。 第三阶段是2001年至2015年。在该时期,较有代表性的是俐拓采用激光传感器测距,以及其研发的SLAM(同时定位和地图创建)的方法和设备,从而实现了处理器/存储器中计算负载的最小化。围绕相关技术,俐拓分别提交了2件专利申请(申请号:US20060515022A、US20090238597P)。同时,国内申请人也开始在研发方面崭露头角,科沃斯研发的SLAM装置,实现准确判断机器人的所在位置(申请号:CN200910032448)。通过分析发现,在此阶段,具有“定位-建图-规划-清扫”过程处理的路径规划算法得以快速发展。

瞄准市场技术空档

笔者认为,目前国内市场扫地机器人品牌众多,但是具备核心研发能力的企业较少,国内扫地机器人品牌在市场上保持较高占有率大多因为价格优势。由于该行业的技术门槛不高,越来越多的企业争相进入造成市场竞争愈发激烈。相关企业若想从中脱颖而出,必须加大研发投入,掌握核心技术,提升技术含金量。 从技术发展趋势来看,采用环境地图建模技术是未来扫地机器人发展的必然方向,建议国内企业在创新研发中,着重关注两点内容。 首先,多传感器融合技术是路径规划的重要技术基础,目前,扫地机器人多采用红外传感器、接触式传感器、超声波传感器等,少部分高端机型使用了激光雷达传感器。对于智能化的扫地机器人室内定位和复杂路径规划的需求而言,传感器提供的信息尚显不足。预计未来,随着传感器向着多样化、微型化、低成本化的发展,视觉传感器、低成本高性能激光雷达传感器等一系列高性能或者新型传感器的应用,将给路径规划决策提供更加丰富的参考信息。 其次,在软件算法层面,需要深挖多传感器信息融合处理算法,如何在纷繁复杂的传感器反馈信息中,提取有效信息,并根据优化策略规则进行路径规划尤为重要。 随着近年来国内扫地机器人企业的崛起,国内企业逐渐占领市场并走出国门,但同时也要清楚认识到,国内企业由于起步晚,在发展过程中很可能会受到三星、LG、iRobot等老牌企业的专利“围剿”,因此,关注和重视知识产权显得尤为重要。国内企业应当瞄准市场空白和专利布局空档,制定有效的战略措施,培育知识产权,并关注老牌企业的研发动向。(赵楠 刘承奇)

(责编:龚霏菲、王珩)