详解iRobot Roomba面积模糊判定算法和工作时长的关系

目前iRobot Roomba 3/4/5/6/7系产品均采用iRobot公司的iAdapt专利算法，iAdapt是基于随机碰撞的智能化遍历算法，其中包括了Roomba的数十种标准清扫动作，在清扫过程中Roomba会根据机身感应器的反馈数据，在合适的时候决定采取合适的动作。该算法进行了大量实验室测试，从Roomba初代机开始一直在不停完善，在Roomba 5系之后该算法已经基本定型。（注：iRobot Scooba也采用相同的随机遍历算法和面积判定机制）

什么是面积模糊判定算法

图1：iRobot Roomba第一代产品未使用面积模糊判定算法

面积模糊判定算法是iRobot公司iAdpt专利算法中的一项技术，从4系开始iRobot Roomba能够根据一系列数据进行分析，大致估算房间面积并模糊判定清扫时间。例如我们把Roomba放在一平米见方的桌上，然后掐表启动Roomba，我们会发现Roomba将在运行约8分钟后将唱停机表示清扫完毕，而当我们把Roomba放到一个15平米的房间启动的话，Roomba将运行约25分钟后唱歌停机，当我们把Roomba放到一个更大房间运行的话，Roomba将运行60分钟后唱歌停机。我把iRobot Roomba这种根据房间面积自动设定清扫时长的算法，称为面积模糊判定算法。

图2：iRobot Roomba 第一代的S/M/L设置

目前在国产随机碰撞机型里，暂无厂家采用类似算法自动设置清扫时间，而Roomba第一代产品（3系）也没有采用该算法而是通过S(Small)/M(Middle)/L(Large)进行人工设置，这种人工选择清扫时间的作法目前仍有部分国产机型采用，而目前国产机型里更多的是采用以电池可用时长（典型方法为根据电池电压作判定）控制清扫时间，电池工作到低电压就会自动回充而不管清扫面积是大还是小。

图3：iRobot Roomba 4系开始取消S/M/L设置采用算法自动判定

面积模糊判定算法的原理

由于iRobot公司从未对外披露iAdapt算法的工作原理，我无法了解它的具体作用方法，但是根据观察和实际使用，我们可以大致分析和推测它是如何实现的。我认为这个环节应该分成三个步骤：

1、判定的时间段（估算）
由于我们知道Roomba最低运行时间是8分钟，所以可以推测该算法在面积估算阶段的时间不会超过8分钟，最可能是的4-8分钟之间，同时我们也可以推测充电基座附近的工作环境如家具密集程度，将直接对面积判定算法的结果起到比较明显的影响。

2、算法判定的依据（推测）
当Roomba开始工作后（从充电基座或非充电基座启动），Roomba开始收集算法估算所需的两个重要参数：单次行进距离和单位时间碰撞频率。
行进距离的获取可以来自Roomba前方黑白相间的万向轮检测手段，还可以来自主轮的里程数，前者由万向轮后方的红外对管收集滚动次数的电平信号，Roomba可以精确计算出每次碰撞前Roomba的进行距离（行进距离=黑白电平信号侦测数*万向轮周长*2），而后者主轮的里程数则直接来自机器内置的转速测算数据，单次行进距离越长则间接代表房间面积越大，走几步就调头则间接代表房间面积较小。
碰撞频率则相对比较简单，每次碰撞Roomba都能收集到相关信息，单位时间内碰撞频率越高代表房间面积越小（家具的布局会对这部分产生重要影响），碰撞频率低则表示需要清扫的面积较大。
通过在判定时间段内综合这两个参数的数据，Roomba就可以根据一系列复杂计算大致估算出目前清扫房间的大小（实际可能还会计算转向次数、延边距离等众多参数），并赋予Roomba与计算结果相对应的清扫时长。

3、实际清扫时长（估算）
根据面积模糊判定算法，Roomba可自适应清扫面积并自动设置清扫时长
小面积（对应S档）：8-15分钟（常见8分钟档）
中面积（对应M档）：25-35分钟（常见25分钟档）
大面积（对应L档）：45-60分钟（常见60分钟档）
注意：以上时长为DOCK灯闪烁（从充电基座启动）或自动停机（非充电基座启动）之前的清扫时长，DOCK闪烁后为寻找充电基座自动DOCK的时间，不计入面积判定算法工作时长内，如清扫60分钟后闪烁DOCK但是花了20分钟寻找充电基座的情况。
由于条件所限，我暂时无法测定是否有大于60分钟的判定清扫时长（90分钟档），不过估计很可能是没有的。

面积模糊判定算法的缺陷

房间内家具的摆放，尤其是充电基座附近家具的摆放密集程度，直接关系到面积判定算法的准确程度，在欧美家庭由于户型较大，家具摆放也相对比较疏散，面积判定算法的准确率相对较高。在有些国内用户的家庭中，家具摆放较为密集，这在很大程度上可能在某些时候造成Roomba对清扫面积的误判，很多用户经常也会出现诸如”为什么我家有90平米，Roomba只扫了半小时就回充”一类的问题。

要解决算法误判，用户首先应确保充电基座附近较为开阔，尽可能不要在诸如储物间、书房等小面积的房间内摆放充电基座，避免Roomba的面积模糊判定算法误判，影响机器的工作时长，同时Lanmu大神的肉丸增强模块，也是非灯塔机型突破面积判定算法清扫最大时长60分钟约束的一个强力辅助。

灯塔导航机型的面积判定算法

根据官方说明推测，iRobot Roomba灯塔机型在灯塔区域内仍有独立的灯塔区域面积模糊判定算法，其中灯塔区域内最大清扫时间为35分钟（L档），典型清扫时间为25分钟（M档，最常见），最小清扫时间约为8分钟（S档），注意：S/M/L三档灯塔区域内清扫时间独立于寻找灯塔虚拟墙穿越时间之外。

对灯塔导航机型来说，在单次清扫中Roomba靠近首个灯塔前（灯塔配对或未配对的情况相同），基础面积模糊判定算法同样生效，如果用户的灯塔放置位置不合理，例如没有在有利于Roomba发现灯塔的走道口等处放置，家具过于密集或灯塔附近有杂物遮挡，充电基座房间又比较小被Roomba判定为25分钟左右清扫时间，就有可能会造成Roomba在完成25分钟档清扫时间后直接DOCK回充。如果在25分钟内靠近了室内任一灯塔，Roomba将忽视基础的面积模糊判定算法，其后将根据灯塔堆栈算法指引Roomba跨区清扫灯塔区域，并根据灯塔区域面积模糊判定算法决定清扫时间，大致每灯塔清扫时间为25分钟左右。如果面积判定算法判定充电基座区域清扫为60分钟，则没有以上情况，只要在60分钟内靠近任意灯塔即可开始跨区引导，在60分钟内不碰到任意灯塔的可能性远比25分钟不碰到的几率小得多。（全文完）

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