Робот-пылесосы c умной навигацией и построением карты.
Ещё несколько лет назад хаотичное движение робота считалось нормой, а планирование маршрута было признаком роскоши, при выборе пылесоса основное внимание уделяли его техническим характеристикам: мощности мотора, объему пылесборника, типу аккумулятора. Но есть ли смысл в крутых технических показателях, если половину комнаты робот просто оставлял не убранной? Поэтому в 2020 году даже самые дешевые модели оснащены инструментами для картографии и умной уборки.
Критерии выбора
Ключевым критерием попадания в рейтинг роботов с умной навигацией стала сложность алгоритма уборки – сколько факторов робот учитывает при составлении маршрута, умеет ли адаптироваться к особенностям помещения и расстановке препятствий. Принципиальное значение имеет уровень интерактивности карты: можно ли делить помещение на комнаты, ставить запретные зоны, отмечать целевые участки, рисовать виртуальные стены. Но качественная навигация имеет значение только при качественной системе уборки, поэтому при ранжировании я учитывал и общие характеристики робота-пылесоса: силу всасывания, набор аксессуаров для влажной и сухой уборки, ёмкость аккумулятора.
Roborock S6 MaxV
Roborock S6 MaxV – робот нового поколения с технологией распознавания предметов ReactiveAI. В его бампер встроена стереоскопическая камера, которая по очертаниям объектов определяет, что именно находится на маршруте следования: стул, сумка, носки, собачья миска и т.д. Для каждого типа предметов в базе робота имеется специальный алгоритм работы. ReactiveAI, с одной стороны, снижает количество коллизий вроде запутывания в проводах или растаскивания по полу экскрементов, а с другой стороны, ускоряет процесс уборки. Для составления карты помещения служит лидар. В остальных технических аспектах Roborock S6 MaxV также демонстрирует высокий класс: сухая уборка выполняется при помощи мотора на 2500 Па и двух щеток, влажная – при помощи резервуара на 300 мл и съемной швабры.
Ecovacs Deebot Ozmo T8 Aivi
Deebot Ozmo T8 Aivi – это единственный конкурент S6 MaxV. Навигационные системы у этих моделей идентичные: фронтальная камера распознает предметы, а лидар определяет координаты препятствий для картографии. А вот в функциональном плане есть существенные различия. Двигатель у Deebot слабее – всего 1500 Па, зато под днищем имеется дополнительная торцевая щетка, значительно повышающая эффективность уборки за один проход. Второе важное отличие – влажная уборка. В комплекте Deebot Ozmo T8 Aivi есть два дополнительных модуля: стандартный модуль с баком и площадкой для микрофибры и модуль с виброшваброй для оттирки пятен. Благодаря встроенному эксцентрику виброшвабра совершает возвратно-поступательные движения, очищая присохшую к полу грязь и убирая разводы.
GENIO LASER L800
GENIO LASER L800 сочетает в себе лучшие достижения навигации старого поколения (без распознавания предметов). Встроенный гироскоп определяет положение робота в пространстве, а лидар отмечает на карте точные координаты объектов. О приближении к препятствию робота предупреждают ИК-датчики, на случай столкновения предусмотрен тактильный датчик. В отличие от многих конкурентов, GENIO LASER L800 укомплектован TOF-сенсором, поэтому с уборкой по периметру робот справляется быстро и качественно. Уровень интерактивности карты максимальный: можно не только обводить прямоугольные зоны и ставить стены, но и разграничивать комнаты, а затем одним нажатием пальца отправлять GENIO на уборку в кухне или в спальне. Аккумулятора в 5200 мАч хватает для обработки больших квартир со сложной планировкой.
Робот пылесос с картой построения помещения, как работает
Как известно, роботы-пылесосы появились не так давно. Но, как оказалось, первые модели были почти бесполезны. Их хаотичное движение, в сущности, сводило уровень эффективности до нуля. Ко всему прочему, иногда техника просто двигалась в непонятном направлении, оставляя после себя неубранные участки. Со временем производители умной техники начали совершенствовать свои устройства. Благодаря этому появились роботы-пылесосы с возможностью построения карты помещения, на которой следует провести уборку.
Робот пылесос с построением карты помещения
Как правило, наличие различных сенсоров позволяет роботу-пылесосу не только обходить разные преграды, но и выстраивать карту. Это нужно для того, чтобы проложить самый оптимальный маршрут для уборки.
Что из себя представляет функция построения карты
На сегодня, в сущности, данная функция может быть построена по одной из двух методик:
Оба варианта позволяют искусственному интеллекту провести анализ и сохранить в памяти параметры комнаты. Именно благодаря этим данным электроника выстраивает оптимальный план своего маршрута.
Робот пылесос с камерой
Данное устройство работает по принципу: во время движения сенсор камеры охватывает поверхности потолка, стен, дверей и окон. Полученные данные анализирует программное обеспечение робота. После этого выстраивается оптимальная траектория движения, по которому робот проводит уборку.
Такой тип техники имеет ряд плюсов:
Из недостатков отмечают низкое качество уборки и некоторые сбои в программе при слабом освещении.
Лазерный метод
Принцип этого метода состоит в ином построении карты. Лазерный дальномер устройства анализирует все поверхности и преграды в комнатах. Данные передаются в блок процессора и там обрабатываются. Впрочем, так и выстраивается маршрут. К плюсам этого метода относят:
Из минусов отмечают плохую навигацию при наличии тёмной мебели в помещении и сбой в работе, если в комнате присутствуют зеркала до пола.
Особенности данного вида
Карта помещения и её построение, безусловно, играют важную роль. Более того, для того, чтобы уборка была эффективной и качественной, предпочитают модели с наличием данной функции. Плюсом также считается то, что благодаря памяти устройства, оно способно само найти станцию для подзарядки.
При выборе модели с лазерной технологией, следует помнить, что маленький маячок сверху корпуса может помешать движению пылесоса под мебель. Поэтому перед покупкой следует измерить все подобные места, чтобы в будущем это не привело к поломке робота.
Топ-5 лучших роботов-пылесосов с построением карт
iRobot Roomba 980
Несомненно, является лидером среди роботов-пылесосов. Карта строится благодаря камере. Отличается возможностью управления с помощью интернета. Обладает низким уровнем шума в пределах нормы. Устройство можно запрограммировать на определённый день и время. Удобная щётка и объёмный пылесборник также являются плюсами. Из минусов, пожалуй, только один — высокая стоимость.
Neato Botvac D7 Connected
Оснащён лазерным дальномером. Одним из достоинств является уборка в два цикла. Таким образом, робот может убрать довольно большое помещение. Имеет эргономичный бампер, который позволяет провести уборку в труднодоступных местах. Кроме всего прочего, в комплект входит турбощётка, магнитные ограничители и фильтры тонкой очистки. Минус данной модели состоит в неполной русификации робота. Иногда это приносит неудобства в управлении.
Xiaomi Mi Roborock Sweep One
Также оснащён лазерным дальномером. Свою популярность заслужил благодаря способности отобразить карту комнаты. Несмотря на достойное качество, имеет доступную стоимость. Возможно управление с Wi-Fi. Из недостатков — не способен справиться с высокими преградами. Но может их запоминать, чтобы избежать падения.
iClebo Omega
Ещё одно достойное устройство в топе. Вне всякого сомнения, считается самым мощным устройством на рынке подобной техники. Эффективная уборка ковров и любого напольного покрытия делает данную модель самым проходимым роботом. Турбощётка выполнена из резины, что делает его отличным помощником в доме, где есть животные. Из минусов — высокий уровень шума, небольшая ёмкость батареи.
Samsung Powerbot
Данная модель уже давно является прямым конкурентом модели выше. Имеет высокую мощность всасывания, возможность управления с пульта, ёмкий пылесборник. Ко всему прочему, способен повышать мощность на более загрязнённых участках. Минусы — высокая цена, отсутствие боковых щёток. Как бы там ни было, является эффективным и качественным роботом.
Робот-пылесос: варианты управления, план уборки помещения
Умный робот-пылесос — мечта любой хозяйки. Он все делает сам. Экономятся силы, время и нервные клетки. Лучшие роботы могут сделать карту помещения. Что это такое и как они управляются, расскажем ниже.
Управление роботом-пылесосом
Управление можно рассмотреть на примере Polaris PVCR 3200 IQ Home Aqua. Этой моделью можно руководить при помощи:
Пылесос имеет несколько режимов работы и умеет строить карту помещения, используя инфракрасные датчики с гироскопом. Фирменное приложение — Polaris IQ Home.
Кнопки на корпусе
На корпусе пылесоса есть четыре кнопки управления. Сверху в центре находится главная «вкл – выкл (работа) – старт – стоп». Лампочки подсветки (красная, розовая, голубая) сигнализируют о состоянии аппарата. Ближе к краю две дополнительные: возврат на док-станцию и уборка по спирали. На нижней стороне — кнопка «вкл – выкл (питание)».
Дистанционное управление при помощи пульта
Для управления роботом на пульте предусмотрены ЖК дисплей и 13 кнопок. На экране показан режим работы в настоящее время и часы. С помощью навигационного круга можно направить пылесос в любую сторону. Питание пульта — батареи ААА (2 шт.).
Управление со смартфона по сети Wi-Fi
Чтобы управлять PVCR 3200 с телефона по иконкам, надо:
Подробно процесс подключения и настройки с указанием особенностей гарнитуры iOS и Android приведен в инструкции.
Умный пылесос может работать по одной из программ:
Следует помнить, что включение режима «Максимум» сопровождается ускоренным разрядом батареи.
Способы построения карты помещения
Зачем роботу-пылесосу нужна карта помещения? Чтобы это понять, достаточно вспомнить, какими несовершенными были первые разработки. Они перемещались по комнате хаотично, иногда вообще казалось непонятным «зачем он туда едет?». Из-за этого уборка получалась некачественной.
Но аппараты со временем становились все лучше и вот, наконец, появился робот, способный не только обходить преграды, а еще и нарисовать карту комнаты. А с ее помощью — определять наилучший маршрут движения. Как он это делает? При помощи специального устройства анализирует обстановку, определяет конфигурацию и параметры, заносит данные в память и сохраняет их. После сбора сведений электронный блок вычисляет оптимальный маршрут. Что это за устройства? На данный момент применяется закрепленная на корпусе сенсорная камера или лазерный дальномер (датчик).
Сенсорная камера
Робот-пылесос с камерой работает так. Когда аппарат перемещается по комнате, сенсор «изучает» поверхности окон и дверей, стен и потолка, а также всех имеющихся препятствий. Собранные сведения отправляются в программный блок, где и анализируются. Затем по ним строится оптимальный маршрут.
Достоинством приборов данного типа, кроме разработки наилучшего маршрута, является возможность возобновлять работу автоматически. Плюс такой аппарат способен сам найти док-станцию и подключиться к ней для подзарядки.
Недостаток — качество уборки не очень высокое. А если освещение недостаточное, то программа дает сбои.
Лазерный датчик
Лазерный датчик-дальномер располагается в стационарной башенке на верхней части аппарата. Как и камера, он «осматривает» все поверхности и все препятствия. Данные идут в процессорный блок и обрабатываются, после чего программа предлагает лучшую траекторию движения.
Преимущества роботов этого типа:
Вреден ли лазер для глаз владельцев квартиры и их домашних питомцев? Животные на него не реагируют (проверено на собаках и кошках), а человек вообще не видит.
Еще один маленький недостаток в том, что башенка несколько увеличивает высоту прибора. Из-за этого у него, возможно, не получится «залезть» под шкаф или тумбу. Так что перед покупкой этот параметр лучше измерить.
Умные роботы-пылесосы с функцией построения карты помещения выгодно отличаются от других моделей по качеству уборки. Умение находить док-станцию также способствует их популярности.
Как работают сенсоры роботов-пылесосов
Содержание
Содержание
Наблюдение за работой робота-пылесоса — довольно медитативное и умиротворяющее занятие. Но время от времени у пытливых умов появляется вопрос: «Как роботу удается ориентироваться в пространстве и преодолевать возникающие на его пути препятствия?» Давайте разбираться!
Несмотря на огромное количество мифов о работе робота-пылесоса, этот девайс по праву занимает свое место в наших домах, а все благодаря той легкости и скорости, с которой он выполняет уборку. Его эффективность во многом зависит от количества и типа электронных сенсоров, установленных на борту. В зависимости от модели, робот-пылесос использует от 6 до 15 датчиков, включенных в различные системы.
Назначение датчиков — построение карты объекта, ориентирование в пространстве и обеспечение безопасности девайса. Данные, получаемые с сенсоров, обрабатывает управляющая программа. Ориентируясь на полученные значения параметров, применяются те или иные сценарии, непосредственно влияющие на действия робота-уборщика.
Только слаженная работа всех систем обеспечивает работу пылесоса.
Система позиционирования
Основная система любого робота-пылесоса, отвечающая за построение карты убираемой территории и определение точного местоположения электронного уборщика внутри помещения.
В основе работы системы лежит метод SLAM (Simultaneous Localization And Mapping), основная идея которого — построение ситуационной карты и локализация объекта в пространстве. Это происходит следующим образом. Сканер, установленный на объекте, проверяет пространство вокруг и по отклику своих датчиков составляет карту местности.
В сегмент бытовой техники изобретение пришло из области освоения космоса и близлежащих планет: одними из первых такие радары (точнее, лидары) получили луноходы и марсоходы.
В роботах-пылесосах построение карты необходимо для определения оптимального алгоритма уборки. После составления карты управляющая программа разрабатывает и отдает на исполнение оптимальный маршрут передвижения робота. Мобильный пылесос должен заглянуть даже в самый отдаленный уголок!
В современных роботах-пылесосах построение карты окружающего пространства производят одним из двух типов датчиков.
Лазерное сканирование пространства
Сканирование пространства происходит с помощью лидара (или, как его еще называют, LDS-датчика) — прибора, применяемого для точных измерений в газообразной среде. Распознать LDS-датчик достаточно просто: он представляет собой небольшой выступ в форме шайбы, расположенный на верхней плоскости девайса. Датчик содержит источник и приемник лазерного или светового луча (в маломощных девайсах применяют светодиоды, излучающие потоки света в инфракрасном диапазоне). Для обеспечения кругового обзора LDS-сенсор вращается вокруг своей оси с довольно высокой частотой.
Испускаемый световой луч, встречаясь с препятствиями на своем пути (стены, крупная мебель и т. д.), отражается от них и улавливается приемником лидара. Расстояние до препятствия вычисляется по временной задержке между генерацией и приемом лазерного луча. В большинстве моделей роботов-пылесосов частота вращения датчика, как правило, составляет 5 об/сек, чего вполне достаточно для построения карты и довольно точного вычисления положения пылесоса в помещении.
Работающие по такому же принципу датчики можно встретить и на прототипах беспилотных автомобилей.
LDS-датчик позволяет достаточно точно определять расстояние до стен, крупных предметов и других препятствий. Как правило, в роботах-пылесосах применяются датчики, позволяющие уверенно сканировать пространство на расстоянии до 6 метров.
Основным недостатком такой конструкции является то, что датчик выступает над уровнем верхней плоскости, и добавляет к высоте робота-пылесоса несколько сантиметров. В некоторых случаях это может быть критично, поскольку пылесос просто физически не сможет заехать под низко расположенную полку или пространство под кроватью или шкафом.
Визуальная система навигации
Другим способом навигации является так называемая безлидарная система, основанная на широкоугольной камере.
Вот только камера применяется особая, позволяющая создавать объемные снимки пространства. Иначе такие камеры называют «камерами глубины» или ToF-камерами (Time of Flight, что в буквальном переводе означает «время полета»).
ToF-камеры — новое веяние в сфере мобильных гаджетов. Ими оснащены многие флагманские смартфоны. С помощью такой камеры легко и довольно недорого реализуется механизм распознавания по лицу, обмануть его фотографией человека невозможно.
ToF-камера представляет собой источник света, излучающий в инфракрасном спектре, и светочувствительную матрицу, улавливающую интенсивность отраженного света. Их принцип действия схож с лазерным определением расстояния. Камера рассчитывает время с момента испускания пучка света до момента его фиксации на светочувствительной матрице, вычисляет расстояние до объекта в соответствии с временной задержкой и составляет объемную карту помещения.
Преимуществ у такого метода несколько. Во-первых, уровень освещения не играет определяющей роли. Даже в полумраке сенсору по силам «отрисовать» границы убираемого пространства. Во-вторых, камеру встраивают вровень с верхней поверхностью робота, что позволяет сделать его более компактным, и, следовательно, открыть ему дорогу в труднодоступные места.
Система ориентирования в пространстве
Задача системы ориентирования — минимизация столкновений с препятствиями, возникающими на пути робота-пылесоса.
В отличие от системы позиционирования, сканирующей пространство вокруг пылесоса на несколько метров, датчики ориентирования способны выявить препятствие в пределах одного метра. Как правило, для выявления преград используют датчики двух типов: ультразвуковые и инфракрасные.
Принцип их действия схож. В обеих конструкциях имеются передатчик и приемник сигнала. В качестве самого сигнала используют либо звуковые волны, неслышимые человеческому уху (частотой свыше 20 кГц), или световые лучи инфракрасного диапазона.
При обнаружении препятствий, управляющая программа вносит корректировку в траекторию движения робота-пылесоса и уводит его в сторону.
Ведущую роль в системе играет ультразвуковой датчик. Он располагается в передней части устройства.
Инфракрасные сенсоры располагают на боковых поверхностях робота по его периметру. Они дополняют основной датчик, обеспечивая пылесосу возможность кругового отслеживания препятствий.
Боковые датчики выполняют еще одну функцию. Они обеспечивают движение робота вдоль стены, когда нужно убрать по периметру помещения. Как правило, сенсоры позволяют выдерживать интервал от стены на уровне 10-15 мм. Этого вполне достаточно для уборки мусора подвижными щетками робота-пылесоса.
В случае, когда препятствие не попало в зону действия ни одного из перечисленных датчиков и столкновение с поверхностью все же произошло, в работу вступает третья группа датчиков, установленная в подвижном бампере робота-пылесоса, — датчики касания. При срабатывании они посылают сигнал в центральный процессор, а тот в свою очередь оперативно корректирует траекторию движения робота. Датчики касания выполнены либо в виде обычных концевых выключателей, либо в формате оптопары, в которой световой луч прерывается подвижным «флажком» в момент нажатия на передний бампер.
Система безопасности
Система безопасности предназначена для защиты робота-пылесоса от падений и неправильного его использования со стороны пользователя.
Защиту от падения с высоты обеспечивает группа датчиков, установленная в нижней части по периметру устройства.
Это уже привычные инфракрасные сенсоры, с тем же принципом действия, но вот логика их работы существенно отличается. Датчик постоянно отслеживает наличие твердой поверхности под колесами робота-пылесоса. Как только она пропадает (робот подъехал к краю ступени или пытается съехать с высокого порожка), центральный процессор получает тревожный сигнал с датчика и изменяет траекторию движения робота-уборщика.
Сочетание светлых и темных цветовых схем напольного покрытия может вызвать ложные срабатывания оптических датчиков высоты, вследствие чего робот просто откажется проводить уборку темных зон.
В мотор-редукторах, приводящих в движение колеса пылесоса, установлены датчики опрокидывания робота. Если одно или оба колеса окажутся вывешенными, срабатывание датчиков приведет к остановке моторов. Это убережет аккумуляторную батарею от разрядки. Возобновление работы возможно только после установки робота-пылесоса на ровную поверхность.
Датчик опрокидывания — обычный концевой выключатель, разрывающий цепь питания при опрокидывании пылесоса или вывешивании одного из колес.
Чтобы не допустить использование робота-пылесоса без контейнера для сбора мусора, в приемный лоток устанавливают датчик наличия контейнера. Вариаций исполнения не так уж и много. Самый простой — установка концевого выключателя, более продвинутый — датчик в виде геркона. На корпусе контейнера устанавливают постоянный магнит, активирующий геркон, когда контейнер установлен на свое место. Процессор «видит» замкнутую цепь и «понимает» что устройство можно использовать.
Система парковки на базовую станцию
Возвращение на базовую станцию после уборки или в случае необходимости пополнения заряда аккумулятора, — еще одна интересная функция, реализованная в роботе-пылесосе. При выполнении процедуры возвращения на базовую станцию, задействованы две системы. На первом этапе — система позиционирования, которая отвечает за текущее положение устройства по отношению к базовой станции. Алгоритм определяет кратчайший оптимальный маршрут. Когда робот-пылесос находится в зоне видимости базовой станции, в работу включаются датчики парковки.
Система работает следующим образом. В базовой станции расположен мощный инфракрасный светодиод, выполняющий функцию маяка. В корпусе робота-пылесоса имеется пара оптических приемников, захватывающих луч маяка. Каждый из приемников передает процессору свое значение расстояния до маяка, а тот корректирует маршрут движения таким образом, чтобы оба значения сигналов сравнялись по величине. Как только это происходит, считается, что робот занял позицию прямо перед базой, после чего происходит его парковка на контактных площадках базовой станции.
Как видно, датчики робота-пылесоса превращают его в полностью автономное устройство, способное самостоятельно навести порядок в доме. Получается как в той известной песне Сережи Сыроежкина: «Вкалывают роботы, счастлив человек!». Единственное, за чем необходимо следить, чтобы девайс всегда находился в строю, так это за чистотой самих датчиков.