лидар что это такое в пылесосе роботе
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.
ТОП-10 роботов-пылесосов с лидаром для навигации
Лазерная навигация является одной из самых точных и востребованных в сегменте роботов-пылесосов. В 2021 году спрос на роботы-пылесосы с лидаром и картой построения маршрута передвижения продолжает стремительно расти. Многие популярные производители выпустили как минимум по одной модели с лазерным дальномером, в своей линейке бытовых роботов. Как правило, данный тип навигации является самым дорогостоящим, поэтому и стоимость моделей начинается от 17 тыс. рублей и выше. В этой статье мы решили составить рейтинг роботов-пылесосов с лидаром, подобрав 10 наиболее интересных и функциональных моделей.
Roborock S7
Открывает наш рейтинг новинка Roborock S7.
Говоря о самом роботе-пылесосе, он может похвастаться лидаром для навигации, базой для самоочистки, а также функцией сухой и влажной уборки. Причем влажная уборка реализована уникально. Салфетка двигается до 3000 раз в минуту за счет ультразвуковых вибраций, что позволяет лучше оттирать загрязнения на полу. Кроме этого механизм платформы с сафлеткой подъемный. Когда Roborock S7 обнаруживает ковер, платформа поднимается на 5 мм.
Такое инженерное решение позволяет роботу выполнять сухую и влажную уборку одновременно, оставляя при этом ковры сухими. По центру у робота установлена силиконовая турбощетка, которая эффективно собирает шерсть, волосы и другие виды мусора, при этом легче чистится.
Весь функционал заложен в фирменном мобильном приложении. Робот строит карту помещения, сохраняет ее в памяти и автоматически зонирует на комнаты. Можно настраивать режим уборки для каждой комнаты, устанавливать запретные зоны, регулировать мощность и уровень подачи воды. В целом робот оснащен всем передовым функционалом и характеристиками, поэтому бесспорно является одним из лучших роботов-пылесосов с лидаром для навигации.
Hobot LEGEE 7
Следующий участник нашего ТОП-10 может похвастаться наиболее эффективной влажной уборкой на твердых напольных покрытиях. Это Hobot LEGEE 7, один из немногих роботов-мойщиков пола.
На борту у этой модели установлен лидар для навигации, благодаря чему аппарат строит точную карту помещения, сохраняет ее в памяти и зонирует на комнаты. На карте можно выбирать комнаты и зоны для уборки, а также устанавливать запретные зоны. Кроме этого вы можете настраивать режим уборки для каждой комнаты. В общем все передовые функции предусмотрены в мобильном приложении, а при необходимости вы можете докупить пульт ДУ.
Говоря о чистящем модуле, снизу у Hobot LEGEE 7 установлены две подвижные платформы с салфетками, между которыми расположен форсунки для смачивания пола. А перед салфетками размещено всасывающее отверстие. Таким образом во время уборки робот сначала всасывает мусор перед собой, а после этого оттирает загрязнения салфетками, производя качественную влажную уборку.
Чистящий модуль Legee
Скорость движения салфеток достигает 900 раз в минуту, при этом амплитуда колебания до 20 мм. Качество уборки мы лично проверяли и можем с уверенностью сказать, что робот эффективно моет пол. Дополнительно он может похвастаться поддержкой креативных голосовых команд и возможностью контролировать подачу воды в зависимости от температуры пола. Старт продаж Hobot LEGEE 7 назначен на май 2021. Предварительная цена около 45 тыс. рублей.
Dreame Bot L10 Pro
Тройку лидер ов закрывает еще одна новинка Dreame Bot L10 Pro. Помимо лидара этот робот ориентируется в пространстве благодаря активной камере. С ее помощью он распознает предметы на полу и объезжает их.
Dreame Bot L10 Pro
Навигация очень точная, робот строит карту помещения и сохраняет ее в памяти, автоматически зонируя на комнаты. В приложении вы можете выбирать комнаты для уборки и устанавливать запретные зоны. Кроме этого доступна электронная регулировка подачи воды и мощности всасывания. Говоря о мощности, она очень высокая у Dreame Bot L10 Pro. На нашем стенде он смог высосать мусор из щелей глубиной до 10 мм и это просто отличный результат, который дает все основания считать, что это самый мощный робот-пылесос с лидаром в 2021 году.
Качество сухой и влажной уборки на высоком уровне, проходимость у робота хорошая, при этом ценник от 30 до 40 тыс. рублей. Однозначно ТОП за свои деньги.
Viomi S9
Еще одна новинка, которая была у нас на обзоре — Viomi S9. Этот робот-пылесос с лидаром для навигации, сухой и влажной уборкой и базой для самоочистки. Последним он и отличается от предшественника Viomi V3. Навигация и функционал у этой модели аналогичны Dreame. Только вот есть одна особенность – в режиме влажной уборки робот-пылесос может передвигаться по Y-образной траектории, как полотеры.
Вообще, роботы-пылесосы Viomi больше подходят для влажной уборки и сухой уборки на твердых покрытиях. Но благодаря мощному двигателю этот аппарат способен даже качественное чистить ковры. Поэтому если Вы выбираете робот-пылесос с лидаром, самоочисткой и хорошей влажной уборки — Viomi S9 может быть оптимальным вариантом за 50 тыс. рублей.
Xbot L7 Pro
Продолжает рейтинг роботов-пылесосов с лидаром новинка Xbot L7 Pro.
Эта модель также может похвастаться станцией для самоочистки мусора и функцией влажной уборки. Резервуар для воды у него меньшего размера, но зато в комплектации есть пульт управления и производитель официально представлен на российском рынке. Качество навигации хорошее, предусмотрено сохранение нескольких карт в памяти и зонирование помещения на комнаты. На карте можно выбирать зоны уборки и устанавливать запретные зоны.
При тестировании Xbot L7 Pro показал высокое качество сухой уборки на твердых напольных покрытиях и на коврах. Да и в целом о нем сложилось положительное впечатление после обзора. Цена робота с базой для самоочистки составляет 48500 рублей, но если бюджет ограничен, вы можете приобрести только робот за 35000, а станцию позже докупить отдельно. Это еще один плюс модели.
Genio Laser L800
В конце 2020 года на рынке появился новый флагман Genio Laser L800. Он оснащен лидаром для навигации, поэтому является самым продвинутым в линейке роботов-пылесосов Genio.
Что касается навигации, робот строит карту помещения, сохраняет ее в памяти и автоматически зонирует на комнаты. В дальнейшем это дает возможность выбирать комнаты и зоны для уборки, а также устанавливать запретные зоны.
Из особенностей стоит выделить наличие пульта управления, передвижение елочкой в режиме влажной уборки, а также поддержку Wi-Fi частотой 5 ГГц. Качество сухой и влажной уборки высоком уровне, да и собран робот достаточно хорошо. Цена при этом около 32500 рублей, что вполне адекватно для реализованных возможностей.
iBoto Smart L920W Aqua
Если Вы выбираете робот-пылесос с лидаром, но бюджет не превышает 25-30 тыс. рублей, рекомендую обратить внимание на iBoto Smart L920W Aqua. Его стоимость начинается от 22 тыс. рублей, что делает модель одну из самых бюджетных с лазерной навигацией.
iBoto Smart L920W Aqua
Как и остальные участники рейтинга, iBoto Smart L920W Aqua строит точную карту помещения и сохраняет ее в памяти. В дальнейшем это дает возможность выбирать комнаты для уборки и устанавливать запретные зоны, в том числе отдельные для влажной уборки.
Во время тестирования робот показал хорошее качество сухой и влажной уборки, в том числе и хорошо почистил ковер от шерсти и волос. Поэтому особых замечаний к нему нет. При такой стоимости это хороший вариант для покупки, если Вам важно, чтобы производитель был официальный на рынке и предоставлял гарантию на свою продукцию.
Lydsto R1
В начале 2021 года на рынке появился достаточно интересный робот-пылесос с лидаром и базой для самоочистки – это Lydsto R1. А повышенный интерес вызван его стоимостью, цена на момент подготовки рейтинга составляет всего 30 тыс. рублей. Сейчас это самый бюджетный самоочищающийся робот. К тому же дополнительно предусмотрена функция влажной уборки.
К нам на тест уже идет Lydsto R1 и после тестирования сможем уже полностью раскрыть все особенности новинки. Но пока известно, что робот хорошо справляется с уборкой, однако навигация и приложения пока сыроваты. Пользователи отмечают, что Lydsto R1 может оставлять неубранные участки и иногда сбрасывает карту. Когда производитель устранит все недостатки – это безусловно будет лучший робот-пылесос за 30 тыс. рублей, тем более с лидаром для навигации. А пока только восьмое место в рейтинге.
Abir X8
На Алиэкспресс уже третий год подряд продается достаточно интересный робот-пылесос с лидаром — Abir X8. Стоимость составляет от 24 до 27 тыс. рублей и за свои деньги вариант действительно неплохой.
Производитель постоянно дорабатывает приложение, уже доступно автоматическое зонирование на комнаты и установка запретных зон. Также можно регулировать мощность всасывания и уровень подачи воды на салфетку. Сухая и влажная уборка раздельные, т.к. бак для воды устанавливается взамен пылесборника. Зато предусмотрено управление не только через приложение, но и с пульта, Кроме этого перед центральной щеткой на роботе установлена УФ-лампа для обеззараживания поверхностей.
Качество сухой и влажной уборки на уровне выше среднего, в том числе робот справляется с уборкой на коврах. Особых претензий к нему нет, особенно за такие деньги, поэтому если вы выбираете робот на Алиэкспресс, обратите внимание на эту модель.
iLIFE A10s
Ну и закрывает наш ТОП-10 роботов-пылесосов с лидаром еще один очень интересный вариант. Это флагман iLIFE A10s. Во время распродаж его стоимость опускается до рекордно низких 16 тыс. рублей и за такие деньги вариант просто отличный для покупки. Правда стандартная цена модели около 30 тыс. рублей.
iLIFE A10s может похвастаться построением карты, сохранением ее в памяти и зонированием на комнаты. На карте есть возможность выбирать комнаты для уборки и устанавливать запретные зоны. Управляется робот-пылесос через фирменное мобильное приложение и с пульта. В настройках вы можете плавно регулировать мощность всасывания и скорость вращения боковых щеток. Также предусмотрена электронная регулировка подачи воды. Сухая и влажная уборка раздельные, т.к. бак для воды устанавливается вместо пылесборника. Зато платформа с салфеткой немного вибрирует при езде, что позволяет лучше оттирать загрязнения с пола.
Навигация и качество уборки у iLIFE A10s на высоком уровне, поэтому при стоимости до 20 тыс. рублей он явно один из лучших. За 30 тыс. рублей конкуренция высокая.
Видео версия рейтинга:
Вот и были рассмотрены лучшие роботы-пылесосы с лидаром в 2021 году. Надеемся, из 10 моделей вы сможете выбрать оптимальный вариант под собственные условия и бюджет. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях. Всем удачных покупок. Пока!