что такое построение карты помещения для робота пылесоса
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.
7 роботы-пылесосы с построением карты. Какую модель выбрать с картографией для дома?
Построение карты – принципиально важная функция для современного робота-пылесоса. С её помощью он планирует маршрут, запоминает обработанные участки и при необходимости возобновляет уборку после подзарядки. Для пользователя составленная карта важна как инструмент управления: можно отмечать зоны, где нужно навести порядок, отправлять пылесос в нужную комнату одним нажатием пальца, тонко настраивать особенности уборки разных напольных покрытий. Для этого рейтинга я отобрал 7 лучших моделей с интерактивной картографией. Друг от друга они отличаются типом навигации (визуальная или лазерная), рабочими аксессуарами (боковые, центральные щётки, валики) и, конечно же, стоимостью (от 12 до 50 тыс. руб.), но каждый из представленных вариантов определённо стоит своих денег.
Roborock S7
Roborock S7 – робот с инновационной системой комплексной уборки. Он пылесосит и моет твёрдый пол, поднимает салфетку и чистит ковровое покрытие, а когда съезжает с ковра, снова опускает салфетку. Швабра Roborock S7 вибрирует, оттирая жирные и присохшие пятна. А также вибрация используется для того, чтобы доставать из ковра песок во время сухой уборки. Контактная обработка происходит с помощью ребристого валика, а сила всасывания достигает 2500 Па. Отличительность особенность картографии Roborock S7 заключается в том, что на карте отображаются ковры. Устанавливать целевые и запретные зоны стало гораздо легче. После составления плана помещения робот автоматически делит его на комнаты. Для каждой локации можно настроить интенсивность всасывания и смачивания, обильность подачи воды и частоту вибрации швабры.
Dreame bot l10
Высокотехнологичный робот с системой 3D-сканирования препятствий. Камера с боковыми лазерными датчиками определяет пространственную конфигурацию объектов, и на её основе Dreame bot l10 прорабатывает оптимальный маршрут: объезжает провода и носки, тщательно обметает ножки стула и цветочные горшки. Для построения карты используется лидар. Можно редактировать комнаты, обозначать зоны для разных видов уборки, указывать количество проходов. Сила всасывания у Dreame bot l10 наибольшая в рейтинге (4000 Па), поэтому робот очень качественно чистит ковры с низким ворсом. Турбощётка самая современная: разборная, с разделителями, направляющими и жёсткой щетиной. Влажная уборка реализована традиционно – насадка с насосом и баком на 270 мл, но со следами обуви и кофейными пятнами Dreame bot l10 справляется без особых усилий. Аккумулятор топовый – 5200 мАч.
GENIO Laser L800
GENIO Laser L800 – многофункциональный робот-пылесос с классической конструкцией. С помощью лидара GENIO строит точную карту, на которой можно обозначать комнаты и запретные зоны. При планировании графика доступны особые параметры обработки разных локаций. За сухую уборку отвечает тандем торцевой и центральной щётки. Силы всасывания в 2700 достаточно для чистки ковров с низким ворсом. При необходимости большой пылесборник можно заменить на совмещённый модуль с баком на 260 мл. Подача воды регулируется в приложении. Аккумулятор ёмкостью 5200 мАч гарантирует автономность порядка 100–180 минут в зависимости от выбранного режима. Комплектация GENIO Laser L800 одна из лучших в премиум-классе. На смену турбощётке предусмотрен силиконовый валик – он подойдёт для обработки твёрдых покрытий. И также в коробке нашлось место для пульта ДУ и магнитной ленты.
Roomba i7
Roomba i7 – брендовый американский пылесос для сухой уборки. Из навигационных инструментов в арсенале робота камера и датчик пола. В приложении можно менять автоматическую разметку, давать комнатам удобные названия, устанавливать виртуальные ограничители. В рабочем блоке установлены фирменные валики-экстракторы. За счёт встречного вращения они достают из ковра крошки, волосы и другой мелкий мусор. Выметать грязь из углов помогает трехлучевая щётка. Roomba i7 пробегает по квартире зигзагами до полного покрытия доступной площади, но, в отличие от аналогов, Румба определяет степень загрязнённости пола, и, если нужно, проходит отдельные участки по нескольку раз. К тому же при заезде робота на ковры сила всасывания автоматически повышается до 1700 Па. Основной недостаток, кроме отсутствия влажной уборки, это маломощный аккумулятор (1800 мАч).
Lydsto R1
Lydsto R1 – недорогой робот с самоочисткой и широким функционалом картографии. На карте можно отделять комнаты и настраивать особенности очистки каждой локации: силу всасывания (максимум 2700 Па), обильность смачивания салфетки и количество проходов. При этом следует учитывать, что даже при одинарной уборке Lydsto R1 проезжает каждый участок дважды в перекрёстных направлениях. Во время влажной уборки вода поступает на салфетку из совмещённого контейнера. Система фильтрации воздуха тройная (сетка, поролон и НЕРА-фильтр), поэтому фильтры тонкой очистки служат дольше, чем у роботов с двойной фильтрацией. Но главная особенность этой модели – станция самоочистки, куда пылесос с выбранной периодичностью отгружает собранный мусор. Обслуживание Lydsto R1 сводится к минимуму. Нужно только раз в неделю чистить фильтры и щётки, и раз в месяц менять мешок на станции.
Yeedi 2 Hybrid
Yeedi 2 Hybrid – одна из самых функциональных моделей с визуальной навигацией. На карте можно обозначать границы комнат, рисовать запретные прямоугольники для сухой и влажной уборки. А также в приложении есть регулировка мощности и обильности подачи воды, история уборок и планирование работы по дням недели. Yeedi 2 Hybrid укомплектован двумя метёлками и центральной щёткой с системой антинаматывания. Несмотря на высокую сила всасывания в 2500 Па, аккумулятора (5200 мАч) хватает на 110–180 минут. Для больших домов есть функция возобновления работы после подзарядки. Расположение контейнеров независимое (пылесборник под крышкой, бак в отсеке сзади), поэтому Yeedi может пылесосить и вытирать полы одновременно. Робот отлично справляется с уборкой песка и крупы на гладком полу, качественно вычёсывает ковры от шерсти и за несколько проездов вытирает следы обуви.
Xiaomi Mijia 1С
Модель эконом-класса с интерактивной картографией. Во время уборки Mijia 1С сканирует камерой очертания потолков и уточняет координаты препятствий с помощью бампера-рельса и датчика движения под днищем. Но чтобы робот запомнил составленный план, ему нужно дать несколько раз убраться в квартире. А потом уже на карте появится возможность установки запретных зон и виртуальных стен. Алгоритм работы классический: торцевая щётка выметает мусор из углов, центральная – чистит ковры от крошек и шерсти, а вакуумный мотор с силой 2500 Па втягивает грязь в пылесборник. Если поставить под днищем швабру с бачком (200 мл), Mijia 1С будет ещё и вытирать полы. Менять силу всасывания и интенсивность смачивания можно через мобильное приложение. Аккумулятор ёмкостью 2400 мАч даёт 1,5 часа работы тихом режиме.
Об авторе
Группа в ВК — vk.com/bestrobotinfo — пишите, бесплатно помогаю с выбором роботов пылесосов, консультирую.
О себе: 8 лет работал промоутером Mvideo. Большую часть времени представлял бренд Bork. Работал и с другими брендами. Интересуюсь техникой, в данный момент погрузился с головой в нишу роботов пылесосов, умного дома и все что с этим связано. Пишу обзоры, помогаю людям с выбором. Тестировал лично с десяток моделей роботов. Пишите, если есть вопросы по выбору робота пылесоса, умных розеток. Разбираюсь и в других гаджетах, но не так плотно.
Новый Roomba строит карту помещений в процессе уборки (метод SLAM)
Робот-пылесос Roomba — отличный помощник в хозяйстве и самый популярный в мире домашний робот, но алгоритм его навигации никогда не был идеальным. Робот осуществлял странные случайные маневры, натыкался на вещи и т. д. Разработчики из компании iRobot исправили ошибки — и выпустили новый интеллектуальный комбайн Roomba 980, который ориентируется в помещениях на порядок лучше своего предка.
Раньше Roomba двигался более-менее случайно, меняя направление при встрече с препятствием. Он выполнял работу исправно, но такой процесс не назовёшь эффективным или разумным. Roomba 980 использует новый подход.
Для картографирования комнат и навигации пылесос оснащён видеокамерой и программным обеспечением с распознаванием образов. (услышал бы эту фразу кто-нибудь полвека назад. )
Вот как Roomba 980 строит карту помещений по мере прохода по всем комнатам. На анимации процесс показан в ускоренном режиме.
Пылесос больше не двигается хаотично, а вместо этого чётко и методично зачищает всю площадь поверхности, перемещаясь геометрически правильным способом.
Такая техника известна как «одновременное ориентирование и картографирование» (simultaneous location and mapping, SLAM). Техника SLAM десятилетиями изучалась учёными, но только недавно нашла применение в коммерческих продуктах.
Традиционно SLAM требует больших вычислительных ресурсов. Чтобы заставить этот метод работать на встроенном в пылесос компьютере, потребовалось значительно доработать и оптимизировать алгоритмы.
Джон Леонард (John Leonard), профессор Массачусетского технологического института и один из изобретателей техники SLAM, сказал в интервью MIT Technology Review, что сейчас изобретение становится по-настоящему ценным инструментом. Многие производители беспилотных автомобилей, в том числе Google, применяют для навигации подходы, основанные на технике SLAM. Она также применяется для навигации беспилотных летательных аппаратов. То, что iRobot выводит на рынок продукт на основе SLAM, является отличной новостью для всех исследователей, которые давно работают в данной области.
Roomba 980 комбинирует информацию с видеокамеры и других сенсоров. Таким образом, робот-пылесос способен ориентироваться в пространстве даже если камера закрыта, например, из-за кота, сидящего сверху, что случается на удивление часто.
В целях безопасности карта помещения и видеозапись удаляются из памяти после окончания рабочей сессии.
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.