лидар или камера что лучше в роботе пылесосе
Сравнение навигации роботов-пылесосов: лидар против камеры
Приветствую всех читателей сайта Роботобзор! В пределах этой статьи мы сравним два самых точных типа навигации роботов-пылесосов: на базе лидара и на базе камеры. Такой навигацией оснащены в большей степени модели среднего и премиального ценового сегмента. Это связано с высокой стоимостью самих датчиков. Некоторые бренды используют исключительно камеру в своих флагманских моделях, а некоторые исключительно лидар. Сейчас мы как раз и проведем сравнение, испытав навигационную систему топовых iRobot Roomba i7+ и Roborock S5 Max. Итак, давайте же разберемся, что лучше: лидар или камера для навигации.
Кратко о навигации
Для начала вкратце рассмотрим, что собой представляет точная навигация на базе лидара и камеры, и какие особенности у этих двух систем.
Лидар в роботах-пылесосах устанавливается сверху на корпусе. Он представляет собой некую «башенку» с вращающимся лазерным дальномером внутри. Или как его еще называют, LDS датчик.
Этот лазерный дальномер вращается на 360 градусов с высокой скоростью, сканируя объекты вокруг себя, рассчитывая расстояние до них и выстраивая точную карту помещения.
Робот-пылесос с лидаром
Особенности лидара – это одинаковая точность навигации при любом уровне освещения, т.е. как днем, так и ночью. Кроме этого технология лазерного сканирования более точная. К недостаткам относят более частый выход из строя лидара из-за наличия вращающегося механизма, а также проблемы со сканированием зеркальных покрытий. Это могут быть зеркальные дверцы шкафов в комнате или хромированные ножки стульев. Кроме этого чаще всего роботы-пылесосы с лидаром по высоте достигают 10 см из-за этой самой башенки сверху, а соответственно проходимость роботов под мебелью уступает плоским моделям.
В свою очередь камера представляет собой визуальную систему навигации. Карта помещения строится за счет считывания и обработки изображений с камеры. Она сканирует потолок, делая множество изображений, и на основании этих данных строит план комнат.
Навигация на базе камеры более надежна в плане долговечности самой этой камеры и немного ниже по себестоимости. Кроме этого, камера не увеличивает высоту робота-пылесоса и есть модели, высотой всего около 7-8 см, что позволяет роботу проходить под низкой мебелью.
Навигация по камере
Недостатки визуальной навигации: при плохом уровне освещении или в слабоосвещенных местах камера простыми словами «слепнет». Да и точность визуальной навигации в любом случае уступает лазерному сканированию. Особенно, если потолок без ключевых визуальных меток, по которым и ориентируется робот.
Далее мы в одинаковых реальных условиях сравним лидар и камеру и посмотрим, с каким типом навигации роботы-пылесосы лучше выполняют свою работу.
Сравнение №1 – Ознакомительный проезд
Для того, чтобы максимально объективно протестировать навигацию роботов, мы создали несколько препятствий в тестовой комнате, а именно:
Препятствия в комнате
Сам тест показан на видео, рекомендуем его посмотреть:
В итоге получилось, что:
Сравнение №2 – Передвижение при сохраненной карте
Теперь посмотрим, насколько изменится алгоритм передвижения роботов после того, как они построили карту помещения и сохранили ее в памяти. Дополнительно открылась возможность устанавливать запретные зоны на карте, мы добавим по одной зоне, проверив как роботы на них реагируют. Наглядно все показано на видео (выше).
iRobot Roomba i7+ убирает змейкой зону за зоной. Вокруг ножек стульев он не убрал, в темной области проблем с навигацией не было, запретную зону распознал и не заехал в нее. На уборку в один проход потребовалось около 12 минут.
Что касается Roborock S5 Max, алгоритм движения поменялся. Робот первым делом проехал всю доступную площадь по периметру, а потом начал убирать продольной змейкой за один проход. Он убрал вокруг всех ножек стула, практически не касался препятствий и обходил стороной запретную зону. Еще одно наблюдение – iRobot Roomba i7+ за диваном проехал только туда и обратно, а Roborock S5 Max смог сделать два прохода туда и обратно в пределах этой же ширины зоны, т.е. он более тщательно убрал в узкой области. После этого робот пошел на второй проход всей доступной площади и вернулся на базу. Потратил чуть больше 18 минут, но опять-таки, покрыл бОльшую доступную площадь.
Передвижение робота при сохраненной карте
Сравнение №3 – Ориентация в многокомнатном помещении
Ну и последнее, что хотелось бы сравнить – как роботы-пылесосы на базе лидара и камеры строят карту всего дома и за сколько времени они убирают эту площадь. В нашем случае это 5 комнат общей площадью около 40 кв.м. Полезная площадь уборки около 35 к.в.м
Камера Айробота вычислила 27 кв.м, хотя по факту около 35 квадратов. Однако точность построения высокая, геометрия совпадает с реальной обстановкой в доме. Эту площадь робот в один проход убирает примерно за 50-55 минут, останавливаясь на особо загрязненных участках, которые сам определяет оптическим датчиком.
Лидар у Roborock построил такую же по геометрии комнату, при этом площадь вычислил более точно, 34 кв.м. что практически соответствует реальной. Кроме этого на уборку всей доступной площади ему понадобилось всего 31 минута, что значительно быстрее.
Ориентация роботов в многокомнатном помещении
В итоге можно сказать, что лидар точнее строит карту и позволяет быстрее пройти всю доступную площадь, если комнат несколько. При этом робот с лидаром в нашем случае тщательнее прошел в проблематичных местах, таких как область между ножками стула и узкий затемненный участок за диваном. И контакт с предметами у роботов с лидаром более мягкий, они реже ударяются бампером.
Кстати, важно заметить, что после нескольких проездов роботом с камерой, особенно если вы его будете включать в разное время суток при разном уровне освещения в комнатах, схема передвижения выработается автоматически и даже ночью робот сможет проезжать всю доступную площадь, не оставляя не убранных зон. Так что именно iRobot Roomba i7+ может столкнуться с проблемой в навигации в слабоосвещенных местах только при ознакомительном проезде. В дальнейшем эта проблема исчезает.
Подводим итог
В завершении выделим особенности роботов-пылесосов с точной навигацией на базе лидара и камеры.
В любом случае и тот, и другой тип навигации позволяет построить точную карту помещения и вывести уборку роботом на максимально эффективный уровень. Сравниваемые роботы могут сохранять несколько разных карт уборки в памяти, что актуально для двухэтажных домов, кроме этого поддерживается уборка после дозарядки, зонирование помещение на комнаты для покомнатной уборки по графику, а также возможность установки запретных зон и зон уборки на карте.
При этом всем лидар строит карту точнее, поэтому убирает быстрее и оставляет минимум пропущенных зон. Как вы убедились, критической проблемы при работе с зеркалом нет. В любом случае есть способы избежать построения карты с погрешностью, например, наклеить на зеркале на уровне лидара какую-нибудь защитную пленку, которая не будет отражать невидимые глазу инфракрасные лучи датчика.
Что касается долговечности самого лазерного дальномера, качественные роботы, те же Roborock, оснащены надежным лидаром, поэтому и прослужит такой робот долго. А вот за китайские неизвестные роботы никто не отвечает и в этом случае есть шанс, что навигация может выйти из строя быстрее. Ну и не забываем про высоту, тонких роботов с лидаром не бывает, поэтому это, наверное, единственный весомый минус, который может быть.
Камера слегка уступает точностью построения карты, особенно это чувствуется на больших площадях от 100 кв.м. и выше. Да и скорость уборки ниже у таких роботов. Но зато камера реже выходит из строя и не ворует высоту робота. А проблемы с ориентацией при слабом освещении могут наблюдаться либо при ознакомительном проходе, либо в тех моделях, у которых камера больше выступает муляжом, чем реальным органом навигации.
Так что я бы сказал, что роботы-пылесосы с лидаром лучше в плане навигации, но не настолько, чтобы вовсе не рассматривать модели с камерой. Все индивидуально и большей мере зависит от самого выбранного робота-пылесоса.
В любом случае, в 2020 году, самый лучший тип навигации, это установленные лидар и камера одновременно. Сравнение лидара и лидара+камеры вы можете увидеть на нашем видео:
Система навигации робота-пылесос: что лучше, лазер или камера?
Эффективность работы каждого робота-пылесоса, как известно, напрямую зависит от того, насколько качественно он «видит» окружающую обстановку и, соответственно, способен планировать свои действия в этой обстановке.
Именно поэтому компании-производители роботов-пылесосов стараются постоянно совершенствовать системы «зрения» новых моделей (подробнее о новинках — смотреть тут).
А таковых, то бишь систем навигации, которыми оснащаются роботы-пылесосы потребительского класса, в настоящее время существует две: лазерная и визуальная.
И в этой связи не может не возникать вопрос, какая из них лучше? А чтобы на него ответить и, следовательно, выбрать наиболее подходящую модель домашнего уборщика, надо просто вспомнить немного из того, чему нас всех учили на уроках физики в школе.
Итак, робот-пылесос со, скажем так, лазерным наведением в пространстве ориентируется по данным импульсного лазерного модуля сканирования, так называемого лидара (или LDS-датчика).
Этот фактически миниатюрный лазерный дальномер, который, вращаясь с высокой скоростью (очень высокой), непрерывно «сканирует» окружающее пространство в заданных плоскостях и по времени отражения лучей рассчитывает расстояния до препятствий, а встроенный компьютер на основе этой информации производит оценку относительного положения устройства и стоит маршрут его перемещения.
А с учетом того, что одно из главных преимуществ лидара — это точность, то считается, что роботы-пылесосы способны лучше ориентироваться в помещении, в том числе и в условиях полной темноты.
Но есть у лазерной системы позиционирования и как минимум два существенных недостатка. Во-первых, так как лазерный луч — это, прежде всего, именно луч, то у лидаров (любых) случаются постоянные проблемы с обнаружением «зеркальных» объектов (поверхностей с высокой отражающей способностью). Это может быть, к примеру, французское окно, больше напольное зеркало, ваза или даже лакированная ножка стола или стула.
А во-вторых, если домашний робот укомплектован недорогим механизмом вращения лидара, то надолго его может не хватить.
В свою очередь робот-пылесос, оснащенный визуальной системой навигации, в буквальном смысле смотрит на мир через объектив камеры и оценивает окружающую обстановку, считывая и обрабатывая оптические изображения, представляющие собой по сути сочетания световых точек разной яркости.
А так как оптические изображения выглядят по-разному под разными углами, а их анализ производится через сложный алгоритм и с высокой скоростью, то роботу-пылесосу этих данных вполне достаточно, чтобы создать точную карту помещения и эффективно по ней перемещаться.
Однако, как нетрудно догадаться, в темноте или при плохом освещении (например, под кроватью или под шкафом), когда света камере не хватает, робот-пылесос, оснащенный только визуальной системой навигации, попросту «слепнет» и теряет ориентацию.
Вот такая «картина маслом». Так что, вопрос, какая из систем навигации лучше, лазерная или визуальная, можно считать не совсем корректным. Каждая из них лучше, но только в определенных условиях. Поэтому топовые роботы-пылесосы оснащаются комбинированными системами (и лидаром, и камерой). Стоят они дороже, но зато такие модели и со своими задачами справляются гораздо лучше.
Какая навигация лучше для робота-пылесоса
Навигационная система является неотъемлемой частью робота-пылесоса, ведь именно благодаря ей девайс может ориентироваться в пространстве, качественно убирать и составлять оптимальный маршрут, не застревать на одном месте. В статье разберемся с основными типами навигации роботов-пылесосов и какая из них лучше.
Разновидности навигации умных пылесосов
У каждой навигационной системы есть свои плюсы и минусы, а также отличия по точности.
С лидаром
Под лидаром понимается башенка с прорезями на верхней части робота-пылесоса, присущая устройствам с лазерной навигацией. Такое оснащение позволяет девайсу точно ориентироваться в пространстве даже в темноте, строить карту помещения с высокой точностью. Благодаря вращению излучателей внутри башни, происходит определение точного расстояния до расположенных поблизости предметов и оценка своего местонахождения. По полученным данным строится маршрут, и создается план дома.
Плюсы роботов-пылесосов с лазерным дальномером:
В рейтинге роботов-пылесосов с лазерной навигацией можно выделить такие модели:
С камерой
Последней разработкой в ориентировании умных девайсов в пространстве являются роботы-пылесосы с камерой навигации. Встраивается камера сверху гаджета и помогает устройству видеть стены, потолок, разные предметы. Особенность такой системы состоит в очень точном построении плана жилья.
Преимущества роботизированных пылесосов с камерой:
Среди моделей с камерой можно отметить:
С гироскопом
Чтобы разобраться, что такое гиронавигация в роботе-пылесосе, нужно рассмотреть саму технологию. В основе лежит замер угловой скорости девайса, на основе чего определяется его местоположение и направление движения. Устройство запоминает, откуда приехало и куда ему нужно переместиться.
Плюсы такого типа навигации:
Выяснив, что представляет собой гироскопическая навигация для робота-пылесоса, стоит выделить лучшие модели с таким оснащением:
Подводя итог, можно сказать так, что все перечисленные системы ориентирования являются современными и имеют высокую точность. Однако специалисты утверждают, что для робота-пылесоса лучшей системой навигации является сочетание лидара и фронтальной камеры.
10 главных ошибок при выборе робота-пылесоса
1. Думать, что все роботы устроены одинаково
Это не так: есть модели, которые собирают мусор в пластиковый пылесборник (таких большинство), а есть те, что «передают» грязь в бумажный мешок в базе (например, модели Karcher). Контейнеры могут быть разного размера: от 250 мл до 1 л, у большинства моделей — 600–700 мл. У дорогих роботов есть сложные навигационные системы, чтобы ориентироваться в пространстве, строить карту помещения и рационально расходовать заряд аккумулятора при уборке.
У продвинутых роботов есть широкоформатные камеры обзора, помогающие ориентироваться
Стали появляться модели с дополнительными всасывающими отверстиями по бокам, удлиненными боковыми щетками, отсутствием центральной турбощетки, чтобы не наматывались волосы и мусор легче попадал в контейнер.
2. Промахнуться с высотой робота
Нужно измерить высоту «просвета» между полом и самой низкой мебелью на ножках в доме: кому-то подойдет робот-пылесос высотой 9-10 см, а кому-то надо меньше. Самые «тонкие» модели имеют высоту 7–8 см. Необходим «запас» хотя бы в полсантиметра, чтобы робот не застревал.
Робот-пылесос хорош, когда он невысокого роста
3. Думать, что круглый робот хуже квадратного
Есть роботы квадратной формы (в смысле, если смотреть сверху). Они разработаны для лучшей чистки углов и, действительно, справляются с этим лучше, чем круглые. Вопрос — насколько? Отвечаем: робот-пылесос круглой формы оставляет примерно 3–4 см пыли в углу (зависит от длины щетки-«вертолетика»), квадратной формы — до 1,5-2 см (потому что форма робота-пылесоса не строго квадратная, углы смягчены, и дело не только в форме, а в длине щеток-«вертолетиков» и мощности всысывания). То есть, если хочется идеально чистых углов, их придется в любом случае либо протереть, либо пройтись обычным пылесосом.
4. Путать влажную уборку с мытьём полов
«Моющие роботы-пылесосы» правильнее называть роботами с возможностью влажной уборки. Чаще всего они устроены так: на специальное крепление надевается насадка из микрофибры, на нее из небольшого резервуара подается вода, и пылесос всасывает и подметает грязь и одновременно протирает пол. Салфетки из микрофибры входят в комплект ко многим роботам — они помогают удалить самую мелкую пыль, которая прилипла к полу. В принципе, ее можно смочить самостоятельно — эффект будет практически такой же, особенно для небольшого помещения, например, кухни.
Моющий робот со смачивающейся салфеткой
Но есть и исключения, когда робот распыляет воду на пол и потом протирает салфеткой — такая система более эффективна. Но в любом случае это не полноценное мытье, а легкое протирание. К тому же салфетка из микрофибры будет постоянно нуждаться в стирке.
Моющий робот-пылесос c распылением воды на пол
5. Выбирать робот с ультрафиолетовой лампой
Нет, если не надо за нее переплачивать — на здоровье. Только этого самого здоровья она никому не прибавит, потому что робот все время двигается, а для удаления бактерий и микроорганизмов нужно длительное воздействие ультрафиолета на один участок. И еще: если уж верите в УФ-лампу, то выбирайте модель, в которой ее можно отключить, потому что она сильно разряжает аккумулятор.
6. Поверить рекламе «уникальных» функций, которые есть в любом роботе-пылесосе
«Наш пылесос имеет уникальную функцию…» — так пишут почти все производители. Даже о повсеместно распространённых фичах. Например, датчик перепада высоты, который позволяет роботу не падать с лестницы: такой есть даже в самых дешевых моделях. Функция преодоления препятствий — из той же оперы: все роботы преодолевают порог размером 1–1,5 см, а многие многие и до 2 см. Конкретную допустимую высоту преграды надо уточнять при покупке, особенно если у вас высокие порожки или пушистые ковры, на которые надо «влезть» роботу.
Функция возвращения на базу тоже есть у всех роботов-пылесосов за редчайшим исключением. Режим «Пятно» или Spot – так называется режим локальной уборки (1 м²), и это вовсе не значит, что пылесос распознает пятна или удаляет их. Суть в том, чтобы поставить или направить его при помощи пульта на участок, который нужно убрать (если что-то рассыпали, например).
Узнайте, порог какой высоты может преодолеть робот
7. Не учитывать тип аккумулятора
От него зависят время зарядки и максимальное время уборки. Литий-ионные аккумуляторы обеспечивают более длительную работу и быструю зарядку, с никель-металл-гидридными аккумуляторами зарядка дольше, а сеансы уборки — короче. Хороший пример соотношения длительности уборки и времени зарядки — 160 минут/1,5 часа.
8. Покупать дешевую модель до 7–10 тысяч рублей
В этой ценовой категории очень трудно найти робот-пылесос, способный на большее, чем покатать на себе вашего котика. У таких моделей, как правило, отсутствуют либо боковые щетки, либо центральные (при небольшой мощности лучше, чтобы они были), установлены никель-металл-гидридные аккумуляторы маленького объема, некоторые не умеют возвращаться на базу, не говоря уже о том, чтобы ориентироваться в пространстве, выпутываться из проводов и выводить на дисплей коды ошибок (дисплеев чаще всего просто нет). Как правило, у таких моделей нет и нормальных фильтров исходящего воздуха.
Кроме того, у слишком дешевых моделей совсем маленькая мощность всасывания (вообще у роботов-пылесосов она низкая — от 8–10 до 70–80 аэроВт, показатель очень условный, но позволяющий хоть как-то ориентироваться). Роботы-пылесосы с низкой мощностью всасывания еще как-то работают на твердых покрытиях, но для ковров они бесполезны.
9. Экономить на «виртуальной стене»
Это устройство, ограничивающее «въезд» робота на определенную территорию: в другую комнату, в детский или рабочий угол, «место» для собаки — не всегда можно просто закрыть дверь. «Стена» состоит минимум из двух блоков на батарейках. Заменой может быть магнитная лента, которой вообще не нужно питание.
Так ли умны «роботы-пылесосы»? Рассматриваем датчики для навигации
Роботом-пылесосом в доме уже никого не удивить. У кого-то они есть, кто-то хочет приобрести, кто-то считает игрушкой. И производители пользуются этими желаниями, и пытаются продать нам что-то. Именно что-то, потому что маркетинговые отделы компаний из кожи лезут, придумывая завлекательные названия и наделяя несложные решения несуществующими возможностями. Дальше я попытаюсь разложить устройство роботов-пылесосов «по полочкам» и рассказать об их сенсорах.
Я не буду делать упор на их внутреннее устройство, платы, процессоры, сами механизмы уборки. Моя задача показать, что ничего сверхъестественного в этих домашних помощниках нет и построены они на базовых принципах, мало-мальски знакомых любому прикоснувшемуся к робототехнике. У меня у самого дома есть робот-пылесос от А-бренда (HomeBot), поэтому иногда я буду рассказывать и на его примере тоже и это не реклама бренда. Более того, домашний пылесос носит гордую кличку «Дурачок», так как работает усердно, но.
Но начнем мы с конструкции, потому что это будет объяснять ту или иную форму. По факту почти все домашние роботы-пылесосы это двухколесная тележка с одним или двумя опорными колесами. Форма у 99% моделей круглая. Почему круг, а не квадрат или треугольник? Достаточно посмотреть на вот эти рисунки.
Квадратный пылесос в теории тщательней уберет все углы, так как у нас в большинстве случаев помещения и мебель с прямыми углами, но заехав в угол, он не сможет развернуться, а при движении вдоль стенки так вообще может застрять. С учетом того, что пылесосы убирают «построчно» (это называется алгоритм уборки «зигзаг» и об этом, если вам будет интересно, мы можем поговорить потом), такой робот будет испытывать определенные проблемы с маршрутами. Да, есть производители с «прямоугольным» носом (Hobot, Electrolux и другие), но эволюционно такая форма почти отмерла.
Круглая форма же имеет свои плюсы (двухколесная тележка робота и его симметричная форма позволяет ему разворачиваться на месте) и свои минусы, так как щетки могут не доставать до мусора по углам, а делать их очень длинными тоже проблематично. И даже если производитель заявляет, что у него квадратный корпус, то он будет лукавить (как в случае с моим роботом), так как по факту это будет чуть обтесанный круг.
Круглая форма опять же дает больше места для размещения механизмов и батарей и «по классике» мы имеем спереди робота щетки, посередине отверстие для всасывания мусора и контейнер для него, а сзади саму турбину пылесоса и элементы питания.
И эта форма определяет те датчики и принципы навигации, которые применяются на рынке и именно на примере такой формы мы их и рассмотрим, введя некоторую классификацию.
1. Механизм от игрушки, который хаотично гоняет робота по полу. Никаких датчиков нет.
Игрушечный механизм работает по принципу «повернись, когда упрешься в препятствие», электроники нет, включать и выключать эту игрушку вам нужно вручную. Ни о каких возможностях построения карты помещения, зонирования, возвращения на базу и других умных вещах говорить не приходится. Стоят эти игрушки от 700 рублей.
Плюсом обычно имеем концевой выключатель присутствия контейнера и датчик переворота «на брюхо». Эти два датчика в той или иной реализации есть и у более продвинутых моделей.
2. Добавлен ИК датчик нахождения базы (он же центральный датчик приближения) и бампер на концевых выключателях. Энкодеров на колесах нет, ездит робот «от препятствия до препятствия», возврат на базу по ИК-лучам.
Чуть более сложная конструкция. Ударный бампер есть в той или иной реализации у всех роботов-пылесосов. У кого-то он контактный (то есть стоят концевые выключатели), у кого-то бесконтактный (то есть нет механического перемещения), но без него робот не поймет, что куда-то врезался. А врезаться он будет, потому что различные сенсоры на роботе не всегда могут «охватить» все пространство перед ним, у них есть мертвые зоны и бампер последний шанс робота определить препятствие. Но для некоторых пылесосов это единственная возможность «на ощупь» передвигаться.
Бампер устроен просто: два концевых выключателя и подпружиненная полукруглая пластина. Когда пылесос ударяется в препятствие, в зависимости от его расположения, замыкаются оба выключателя или только слева или справа. И пылесос «понимает», что врезался во что-то перед собой или сбоку.
Сзади датчиков обычно нет.
Базу же, что недорогие, что более дорогие модели, видят благодаря старым добрым ИК-лучам. Два параллельных луча образуют «рельсы», на которые наш пылесос пытается «встать» в итоге и приползти к кормушке. Но данный ИК приемопередатчик, состоящий из сдвоенного инфракрасного светодиода и приемника, может выполнять не только функцию нахождения базы, но играть роль бесконтактного датчика препятствий, чтобы робот-пылесос не упирался в стену перед собой.
ИК-сенсор может быть установлен не по центру, а по бокам, но отказываться от проверенной технологии производители не спешат, а еще это позволяет управлять пылесосом с обычного ИК-пульта.
Поэтому производители и рекомендуют оставлять справа и слева от базы по метру-полтора, чтобы был свободный «подъезд» к ней, но мой робот-пылесос спокойно живет в закутке за диваном и находит базу.
4. к. п 3. добавляем энкодеры. Пылесос может точнее отрабатывать свое положение и его повороты уже предсказуемы, а отклонение от прямой линии определяемо. Такой робот будет стараться ездить параллельно линиям своего маршрута и понимать, что повернулся на нужный угол. Мотор-колеса пылесосов снабжаются энкодерами разного типа: щеточными, резистивными, оптическими, на датчиках Холла и т. п. Но цель одна: определить, на какой угол повернулось колесо.
Энкодер также можно поставить только в поддерживающий ролик и определять перемещение по его кручению и повороту. Это позволяет использовать дешевые мотор-редукторы в колесах и упрощает конструкцию, так как оптические датчики энкодера в таком случае просто распаиваются на управляющей плате.
6. к. п 5 добавляем ИК датчики на бампер не только по центру.
Пылесос теперь не тыкается в препятствия в виде вертикальной стены. Ножки он, конечно, еще не видит, шторы может продолжать жевать, но уже может строить карту препятствий. Пример такого пылесоса Xiaomi Mop Essential. За черной полоской на бампере закреплено дополнительно по окружности по три ИК-датчика (два по центру как мы помним есть у многих моделей) и они позволяют обнаруживать что-то отражающее ИК-лучи раньше, чем сработает ударный «концевик».
Также у таких моделей уже часто присутствуют компас и гироскоп, что улучшает навигацию. Бампер может быть не ИК или контактным механическим, а ультразвуковым и с датчиком удара по его поверхности (так сделано у моего HomeBot).
Что ИК, что ультразвуковые сенсоры позволяют также определять расстояние до препятствий, но ультразвук позволяет это делать гораздо точнее и у таких моделей играет роль также датчика расстояния.
7. к. п 8 добавляем боковые ИК-датчики в слепые зоны для контроля притирания пылесоса к стене.
Что происходит «сбоку» от пылесоса, он увы может и не увидеть и часто роботы могут начать «тереться» о стену (а иногда могут и обои «подрать»). Поэтому некоторые производители добавляют ИК-сенсоры по бокам робота, если не используют сенсоры по периметру бампера (например, у пылесосов с лидаром).
9. к п.8 добавляем сенсоры построения карты помещения по препятствиям и навигации в пространстве. До данного пункта у нас роботы-пылесосы могли определять препятствия перед собой, отслеживать маршрут по повороту своих колес и даже определять препятствия сбоку или пытаться найти себя по показаниям компаса. Но все это далеко от того, что можно было бы назвать «навигацией». Да, роботы-пылесосы у нас еще не доросли до применения GPS/GLONASS (да и в помещениях от этих технологий толку часто мало, сигнал глушится, точность не для сантиметровых размеров в квартирах), но хотелось бы, чтобы робот-пылесос не терялся в двух-трех комнатах и старался убираться не хаотично, а последовательно помещение за помещением. Да и алгоритм «зигзаг» не позволяет убирать полностью комнату с хаотично расставленными вещами.
Поэтому производители для ориентации в пространстве ставят на роботы дополнительные датчики, задача которых строить карту помещения и определять, где робот находится в текущий момент, где он уже убрался, а где еще нет. После тестовых прогонов, так как мебель и расположение помещений обычно не меняется, это позволяет роботу-пылесосу уверенно передвигаться и быстрее выполнять уборку, строят оптимальный маршрут.
Данные сенсоры в основном представлены следующими видами: лазерный дальномер (он же LDS, он же лидар), широкоугольная камера с машинным зрением, ToF камера и даже 3D-камера (то есть комбинация ИК-камеры разметки и камеры ее считывания по типу FaceID в айфонах). Возможна комбинация устройств сверху, в передней части, в задней части и снизу (для определения разных типов поверхности).
Пылесосы с лидаром достаточно массово распространены в средне ценовом сегменте, эта технология позволяет строить карту помещения с высокой точностью, но опять же имеет свои минусы: «башня» лидара часто мешает проехать пылесосу под мебель, а ее расположение на верху пылесоса мешает ему замечать низкие препятствия и пылесос в таком случае часто полагается только на ударные датчики бампера. И лидар очень не любит зеркала, и такой робот может «играть» в злобное создание, кидающееся на свое отражение.
Камера имеет также свои плюсы и минусы. Обычно ставится только верхняя камера, которая отлеживает изменения на поверхности потолка (как современная компьютерная мышь) и пытается по ним отслеживать карту изменений. Хоть производители и говорят, что их роботы «видят» в темноте, опыт эксплуатации показывает, что пылесосам с камерой лучше везде включить свет 🙂 У меня как раз пылесос с навигацией по камере.
Дорогие модели сейчас пытаются избавить от лидаров, установив как верхнюю камеру, так и переднюю камеру с датчиком глубины (ToF), чтобы определять расстояние до объектов по времени отражения сигнала. Опять же это ИК-камера, и она обычно замещает передний ИК-датчик базы.
Плюс производители пытаются заигрывать с машинным зрением, 3D и AI, но пока чаще всего это только заигрывания с потребителем и маркетинговые уловки.
Вот такой немного сумбурный обзор, но надеюсь он показывает, что в устройстве роботов-пылесосов с точки зрения датчиков нет ничего сверхъестественного и все, что применяют их конструкторы, проверено временем и эксплуатацией на множестве робототехнических устройств. И часто даже такой простой набор датчиков может быть дополнен отличным софтом навигации и распознавания препятствий и поэтому программная начинка тут немаловажна. Но это уже совсем другая история.
А у вас есть робот-пылесос? И какие датчики есть на нем? Напишите в комментариях об этом, а также можете дополнить мою классификацию.