1.1 研究目的及意义

自20世界60年代以来，机器人的各项相关技术取得了巨大的进步。工业机器人已被广泛应用于生产环境中，但传统的工业机器人缺乏灵活性、智能程度低，无法自主移动并完成工作，因而更具智能性的移动机器人受到越来越多的关注。

随着科技的发展和人们生活水平的提高，以家庭服务为主要功能的高智能全自主服务型机器人逐渐由实验室走进了人们的生活中，为人们的智能化生活提供了许多便利。为贯彻落实好《中国制造2025》将机器人作为重点发展领域的总体部署，缩小与发达国家的差距，工业和信息化部、国家发改委、财政部联合印发的《机器人产业发展规划（2016-2020）》提出要促进服务机器人向更广领域发展。我国服务型机器人必将迎来新的发展机遇。

作为服务机器人的一种，扫地机器人在家居生活越来越智能化的今天有巨大的市场需求，其智能化水平受到越来越广泛的关注。区分扫地机器人智能与否的一个重要判断条件为扫地机器人是否具有自主导航能力：无自主导航能力的扫地机器人一般通过随机游走实现对环境的清扫，工作效率较低；具备导航能力的扫地机器人在清扫是通过对环境的感知实现更加高效自主的规划式清扫。扫地机器人主要有两类自主导航方式：激光雷达导航与视觉导航。

扫地机器人的激光雷达导航相关技术研究起步较早，因其消耗的计算资源较少，应用于嵌入式平台相对简单，目前国内外均有相关扫地机器人产品，但激光雷达的硬件成本较高且存在安全隐患，不利于普及应用。

视觉导航系统优势在于视觉传感器能获取比激光雷达更加丰富的环境信息且成本低很多，但视觉处理消耗计算资源大，应用到低成本的嵌入式平台难度较大。国外在扫地机器人的视觉导航方面的研究起步早，已有多款产品采用了视觉导航技术。而国内扫地机器人厂商在视觉导航领域的研究才刚起步，采用视觉SLAM的相关产品十分罕见，与国外存在着一定的差距。

1.2 国内外研究现状

1.2.1国外扫地机器人与SLAM技术研究现状

关于智能移动机器人的研究已经有很长一段时间，但大多数研究更多的是在实验环境下运行，很难实用化，扫地机器人可以称作是智能移动机器人走出实验室进入大众市场实现实用化的先例。从1980年起，人们开始了研究可供家庭使用的扫地机器人，随着时间的推移和科技的进步，市场上出现了很多产品，其中最具代表性的扫地机器人产品是美国iRobot公司推出的Roomba系列扫地机器人，Roomba系列扫地机器人是美国iRobot公司从2002年至今一直致力于研发生产的产品线，其中的两款旗舰产品iRobot Roomba780和iRobot Roomba980分别代表了目前流行的两类扫地机器人：随机碰撞式扫地机器人和路径规划式扫地机器人。

2015年9月，美国iRobot公司发布了iRobot Roomba980扫地机器人，外观如XX所示。iRobot Roomba980采用了单目摄像头和车轮里程计等传感器实现了视觉SLAM技术，使扫地机器人具备了环境地图构建和机身定位功能，并采用升级过的iAdapt 2.0技术进行避障和路径规划。iRobot Roomba980的视觉SLAM技术使用车轮里程计获得机身的差分运动估计，通过机身顶部斜向上的摄像头获得环境的图像信息，然后通过视觉SLAM算法获得环境地图并确定机身在环境中的位置，此外iRobot Roomba980 构建环境地图之后还可以记录各环境区域的清扫情况，避免重复清扫。iRobot Roomba 980由于采用了视觉SLAM技术，可以完成环境地图的构建并制定合理的清扫路径，有效避免了随机碰撞式清扫重复率高的问题，属于路径规划式的扫地机器人，它可以将所有区域规则地进行清扫，并且如果在清扫过程中电量过低可返回充电并自动续扫。iRobot Roomba980 相比其他产品更加丰富，科技含量更高，也导致了其价格比其他产品更加昂贵。鉴于扫地机器人的市场需求较高，对低成本的扫地机器人的研究有很广阔的前景。