Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Notice: Undefined index: HTTP_ACCEPT in /home/n/newavtjc/radiocopter.ru/public_html/wp-content/plugins/realbig-media/textEditing.php on line 823

С появлением роботов-пылесосов уборка помещений стала намного проще и удобнее. Однако мало кто знает, как робот-пылесос строит карту помещения, чтобы эффективно убираться. В этой статье мы подробно рассмотрим технологии, методы и алгоритмы, используемые современными роботами-пылесосами для создания карты помещения и оптимизации процесса уборки.

Содержание
  1. Технологии и методы создания карты помещения
  2. Камеры и компьютерное зрение
  3. Инерциальные навигационные системы
  4. PROJECT OVERVIEW
  5. Зачем он нужен и как он работает
  6. Как он работает и зачем нужен
  7. Зачем нужен гироскоп в робот-пылесосе
  8. Преимущества использования гироскопа
  9. Гироскоп и навигация
  10. Вопрос-ответ
  11. В каких моделях роботов-пылесосов используются гироскопы?
  12. Зачем нужен гироскоп в роботе-пылесосе?
  13. Как гироскопы в роботах-пылесосах справляются с неровной поверхностью?
  14. Может ли работа гироскопа повлиять на управление роботом-пылесосом?
  15. Улучшает ли работа гироскопа эффективность уборки роботом-пылесосом?
  16. Как правильно очищать гироскоп в роботе-пылесосе?
  17. Основные датчики робота-пылесоса.
  18. Визуальный навигационный датчик.
  19. Датчик движения.
  20. Датчики падения.
  21. Датчики торможения.
  22. Датчик касания (столкновения, удара).
  23. Датчик опрокидывания.
  24. Датчик парковки.
  25. Датчики наличия основных устройств.
  26. Датчик присутствия контейнера.
  27. Датчик установки модуля влажной уборки.
  28. Гироскоп, SLAM-навигация и лидар
  29. Что помогает роботу ориентироваться в пространстве
  30. Вердикт о выборе лучшей системы навигации
  31. Что объединяет роботы-пылесосы
  32. Где находятся датчики у робота-пылесоса?
  33. Какие типы датчиков используются в роботах-пылесосах?
  34. Часто задаваемые вопросы
  35. Как сохранять карты помещений для повторного использования?
  36. Может ли робот-пылесос работать в темноте?
  37. Могут ли роботы-пылесосы обходить препятствия?
  38. Алгоритмы навигации и планирования маршрута
  39. Алгоритмы оптимизации маршрута
  40. Заключение

Технологии и методы создания карты помещения

Лидары (Light Detection and Ranging) – это одна из ключевых технологий, используемых роботами-пылесосами для создания карты помещения. Они работают на основе излучения лазерного луча и измерения времени возвращения отраженного луча. Это позволяет роботу-пылесосу определить расстояния до стен и предметов интерьера, а также точно определить свое положение в помещении.

Смотрите про коптеры:  Я закрыл Стримеров в ЯДЕРНОЙ БОМБЕ...

Камеры и компьютерное зрение

Некоторые роботы-пылесосы используют камеры и технологии компьютерного зрения для создания карты помещения. Они анализируют изображения с камеры, определяют объекты и расстояния до них. С помощью компьютерного зрения робот-пылесос может также определить тип поверхности пола, наличие мебели и препятствий.

Инерциальные навигационные системы

Инерциальные навигационные системы (INS) используют акселерометры и гироскопы для определения движения и положения робота-пылесоса. Эти данные позволяют роботу точно определить своё положение в помещении и навигироваться, даже если сигналы от других датчиков (например, лидаров или камер) недоступны или неточны.

PROJECT OVERVIEW

Маршрут движения по спирали, зигзагом или по периметру, как и возвращение на зарядную базу задаёт роботу встроенный навигационный алгоритм. Существует несколько типов навигации, использующей алгоритмы. Чтобы выбрать лучшую, необходимо познакомиться со всеми: лазерная (LDS) на базе лидара, SLAM, гироскоп, VSLAM с фронтальной камерой. Плохих вариантов нет, как и плохих пылесосов.

Планируете купить пылесос с умной навигационной системой? Чтобы построить точную карту помещения и распознавать препятствия, требуется лидар плюс ИК датчики на бампере. Давайте всё по порядку. Тип навигации девайса в пространстве – это не просто название, а техническая характеристика, влияющая на место в рейтинге и на цену. Лучшие роботы пылесосы из модельных рядов популярных брендов Roborock, Okami, iRobot, Xiaomi и др. имеют разные системы навигации, и не стали от этого менее востребованными. Как и компьютер, каждое роботизированное устройство имеет чипы, отличается от своих собратьев скоростью передачи данных, мощностью процессора и ёмкостью цифровой памяти.

Приступим к обсуждению лучшей системы навигации!

№1 Почему робот-пылесос не видит станцию для подзарядки?

Одной из самых распространенных проблем является игнорирование или неправильный заезд робота на зарядную базу. Причиной этому может послужить:


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

№2 Почему гаджет стал плохо всасывать пыль?

В первую очередь проверьте состояние бака для сбора пыли и мусора. Причина может быть крайне простой – пылесборник попросту переполнен. Стоит извлечь контейнер и очистить его. В комплектацию некоторых устройств входит специальная щетка для очистки пылесборника. Также можно промыть его проточной водой и дать подсохнуть перед последующим использованием.

Еще одним препятствием может стать неисправность какой-либо из щеток. Загрязнение данных элементов может негативно сказаться на уборке. Очистить щетки возможно с помощью гребня, зачастую идущего в комплекте поставки робота-пылесоса. Иногда же следует заменить изношенные детали.

Двигатель – это сердце устройства. Его поломка или некорректная работа отражается на мощности всасывания. В таком случае советуем обратиться в официальный сервисный центр, не рекомендуем чинить гаджет самостоятельно.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

№3 Почему робот-пылесос стал плохо заряжаться?

К сожалению все элементы в какой-то момент изнашиваются. Примерный срок службы самого совершенного литий-ионного аккумулятора составляет от 2-х до 3-х лет. Износ аккумулятора может влияет на удержание заряда, робот будет долго заряжаться и крайне быстро расходовать весь заряд, не успевая полностью прибрать помещение.

Выход один: заменить аккумулятор. Если проблема заключается не в этом, советуем осмотреть прибор и док-станцию на наличие повреждений. За более компетентной консультацией стоит обратиться в сервисных центр.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

№4 Что делать, если робот-пылесос стал плохо ориентироваться в пространстве?

Вспомним основные типы навигации, которые позволяют устройству точно ориентироваться в пространстве, преодолевая препятствия. Самая простейшая навигация возможна благодаря датчикам высоты и препятствий, наиболее совершенной системой является сочетание датчиков с камерой или лидаром. Ничего не вечно и даже самые «продвинутые» модели имеют свойство выходить из строя. Поломка датчиков препятствий ведет за собой цикличные движения устройства по кругу. Неисправность навигационной системы или же аккумулятора может привести к резким остановкам робота в процессе уборки и воспроизведению звуковых сигналов.  Замена деталей может решить эту проблему.

Если же пылесос движется исключительно задом, следует прочистить поворотный ролик.

Важно помнить, что большинство роботов не способны грамотно ориентироваться в темных помещениях и на напольных покрытиях черных оттенков. Учитывайте эти особенности при выборе умного помощника.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

№5 Проблема в работе щеток устройства

Большинство устройств загребают сор с помощью центральной и боковых щеток. В этих элементах скапливается грязь и наматываются волосы, что не позволяет колесам вращаться и осуществлять очистку. Проверьте состояние щеток, их можно очистить или заменить на новый комплект.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Мы настоятельно рекомендуем обращаться в сервисные центры и службы поддержки для выявления, а затем устранения неполадок. Самостоятельная починка устройства может только усугубить ситуацию. Доверьте эту работу профессионалам.

Какие типы навигации существуют?

Первым серийным роботом-пылесосом в мире был Electrolux Trilobite. В нем и во многих последующих моделях был использован принцип рандомной навигации (от англ. random — случайный). Робот-пылесос просто ездил по квартире до тех пор, пока не сядет аккумулятор. В настоящее время такие пылесосы почти не встречаются, а на смену рандомной навигации пришли алгоритмы. В этой статье мы рассмотрим каждый из этих типов навигации и расскажем, для каких помещений они подойдут больше всего.

1. Навигация по алгоритмам

Роботы-пылесосы, оснащенные этим типом навигации, ориентируются в пространстве благодаря заранее прописанным алгоритмам. Информацию об обстановке они получают с помощью инфракрасных сенсоров, установленных в переднем бампере, а также благодаря тактильным сигналам, которые передаются тем же бампером. Робот может доехать до препятствия, увидеть его датчиками или коснуться бампером, чтобы изменить траекторию своего движения. Его движения подчинены алгоритмам, которые представляют собой набор из действий. Например, в ходе автоматической уборки робот может понять с помощью сенсоров, что движется вдоль стены. В таком случае он запускает алгоритм “уборка вдоль стены” и продолжает движение таким образом, чтобы стена оставалась всегда с одной стороны. Другим алгоритмом является уборка по спирали, так называемая “SPOT-уборка”. Поняв, что вокруг преград нет и робот находится в середине пустого помещения, он начнет движение по спирали, обрабатывая около двух кв.м. площади, после чего переключается на другой квадрат или переходит к иному алгоритму. Кому подойдут роботы с такой навигацией? Как правило, они используются в квартирах до 60 кв. м., так как аккумулятора хватает на то, чтобы робот справился со всей квартирой. Роботы с этим типом навигации осуществляют возврат на базу с помощью ИК-датчика, то есть они не знают и не помнят, где находится их зарядная станция, до тех пор, пока не увидят ее. Рекомендуется размещать зарядную напольную станцию в условном центре квартиры, чтобы ее было проще найти.

Робот с навигацией по гироскопу, в принципе, не отличается сильно от алгоритмических. Основная разница в том, что внутри робота установлен гироскоп, который позволяет четко контролировать углы поворотов робота. Таким образом, используя алгоритм “змейка”, пылесос не допускает отклонения от эталонного маршрута. Рекомендуем обратить на этот тип навигации внимание, если ваша квартира имеет площадь около 60 квадратных метров и преимущественно пустая, с отрытыми пространствами.

Один из самых популярных типов навигации для роботов-пылесосов и робототехники в целом. На Википедии есть отдельная статья, посвященная этому типу. Ее особенность заключается в том, что при начале уборки пылесос запоминает точку старта и рисует у себя в памяти проложенный маршрут. Это позволяет ему не повторяться и быстрее, а, значит, эффективней, производить уборку. Информацию об окружающей обстановке они также получают с помощью ИК-сенсоров на бампере. Часто в пылесосах с таким типом навигации можно использовать мобильное приложение, на котором вы увидите квартиру так, как ее видит робот. Примером роботов с этим типом навигации является Okami U80 UV.

Улучшенный и доработанный SLAM метод. Все то же самое, только точнее. Роботы с этим типом навигации оснащены камерой, которая запоминает расположение объектов в квартире, а также использует потолок для навигации. Получается более точный план помещения, который, как правило, можно посмотреть в приложении. Также, появляется возможность взаимодействовать с картой в приложении — строить стены и указывать роботу точное место в помещении, куда необходимо переместиться. Примером робота с таким типом навигации является новый Okami U90 UV.

5. Лазерная навигация с помощью лидара

Самый современный и точный метод навигации для робототехники. Есть только в роботах, оснащенных лазерным дальномером. Как правило, это такая башня, установленная на роботе. В ней установлен высокоточный лазер, невидимый для людей и животных, но попадающий на камеру некоторых фотоаппаратов. Такие роботы получают от лидара информацию об окружающих объектах и расстоянии до них. Благодаря этому, они практически моментально создают карту видимой части квартиры и приступают к уборке. Большим плюсом этого типа, помимо точности уборки, является потенциальная возможность убираться вообще на любых площадях. Робот видит, что уборка не завершена, уходит на дозарядку и продолжает свою миссию. Как правило, в роботах с лазерным дальномером, имеется возможность смотреть точную карту своей квартиры и взаимодействовать с ней. Например, выбирать зоны для уборки или строить виртуальные заграждения. Примером таких роботов является флагман Okami U100 UV.

Выбирайте робот-пылесос с оптимальной для вас системой навигации, и бытовых хлопот станет в разы меньше!

Практически все интернет ресурсы, бесчисленное множество обзоров и статей сообщат вам, что тип навигации – важнейший фактор, на который первоочередно стоит обратить свое внимание, приобретая робот-пылесос. Запутаться в этой тематике просто, ведь рынок ежегодно расширяется, пополняясь усовершенствованными девайсами. Спешим на помощь и подробно разбираем три самых популярных типа навигации, существующих на сегодняшний день.

Несколько лет назад такой тип навигации считался наиболее «продвинутым», сейчас же практически все премиальные модели ориентируются в пространстве с помощью камеры или лидара. Несмотря на это, модели, оснащенные SLAM-навигацией, все еще выпускаются и активно продаются.

Почему SLAM-навигация остается популярной при существовании двух других более совершенных типов?

Как работает SLAM-навигация?

SLAM-навигация позволяет девайсу строить карту в незнакомом месте и проецировать ее повторно на уже известной территории. В начале работы прибор запоминает точку старта и обрисовывает в своей памяти проложенный путь, что позволяет ему не повторяться и оперативно справляться с поставленной задачей. Сведения об окружающей среде робот-пылесос получает благодаря инфракрасным сенсорам, обычно установленным на бампере устройства. Современные роботы-пылесосы дают возможность просматривать карту помещения в приложении на мобильных гаджетах.

Яркий представитель: Panda Evo


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

VSLAM + камера

Доработанная версия навигационной системы, описанной пунктом ранее. Оснащение девайсов камерой позволяет за считанные секунды анализировать пространство, запоминая расположение предметов по территории и используя потолок для ориентирования. Такой формат выстраивает более точный план очистки помещения, который можно просмотреть в мобильном приложении. Отличие от первого типа: пользователь может взаимодействовать с картой. Приложение открывает доступ к выстраиванию виртуальных стен и обозначению конкретных мест для локальной очистки.

Яркий представитель: Okami U90


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Лазерная навигация на базе лидара

Переходим к самому совершенному типу навигации, фигурирующему практически во всех премиальных моделях роботов-пылесосов. Лидар – конструкция в виде башенки, установленная на корпусе устройства и оснащенная высокоточным лазером. Именно он собирает информацию из внешней среды о предметах и расстояниях до них.

Лидар позволяет наиболее точным и быстрым образом анализировать пространство. Вдобавок процесс сканирования теперь возможен даже при темном освещении, что несвойственно для навигации на базе камеры.

Яркий представитель: Okami U100

Что же лучше?

Однозначный ответ на данный вопрос отсутствует. Все три типа навигации обладают своими достоинствами и правильно соотносятся со стоимостью устройства. Конечно, самыми прорывными и технологичными являются модели, оснащенные лидаром. Они способны убирать габаритные помещения, функционировать ночью и быстрее всех справляться с обязанностями.

Однако и более бюджетные модели эффективно приберут вашу жилплощадь. При выборе устройства опирайтесь на метраж помещения, особенности планировки и доступный вам бюджет. Современный рынок предлагает сотню вариантов, среди них обязательно найдется нужный робот-пылесос.

Зачем он нужен и как он работает

Современные технологии позволяют нам автоматизировать множество повседневных задач, среди которых уборка в доме. Робот-пылесосы стали обыденностью, но мало кто задумывался о том, как они устроены и как работает гироскоп в их конструкции.

Гироскоп – это инструмент, который помогает роботу-пылесосу ориентироваться в пространстве и находиться на нужном участке пола. Высокоточные сенсоры и алгоритмы обработки данных позволяют роботу мгновенно реагировать на изменения угла и направления движения, что дает ему точность и стабильность при выполнении задачи.

Но как работает гироскоп в робот-пылесосе и как он взаимодействует с другими элементами конструкции? В данной статье мы рассмотрим основные принципы работы гироскопа и покажем, как его использование улучшает качество уборки и повышает эффективность робот-пылесоса.

Как он работает и зачем нужен

Гироскоп – это устройство, которое используется в роботах-пылесосах для определения их положения в пространстве. Как правило, гироскопы используются совместно с другими датчиками, такими как акселерометры и компасы, чтобы обеспечить более точную навигацию и ориентацию робота.

В роботах-пылесосах гироскопы позволяют определять угловую скорость поворота робота. Это особенно важно при движении вокруг углов и в тесных пространствах, где робот может вращаться на месте.

Одним из преимуществ использования гироскопов является возможность повышения точности навигации и ориентации робота. Гироскопы позволяют уменьшить погрешность определения положения в пространстве, что в свою очередь повышает эффективность работы робота-пылесоса.

Гироскоп – это устройство, которое используется для измерения угловой скорости. Встроенный гироскоп в робот-пылесосе работает по принципу сохранения момента импульса. Это позволяет робот-пылесосу определять свою ориентацию в пространстве и управлять движением.

Робот-пылесос с гироскопом оснащен системой стабилизации. Когда робот движется, гироскоп измеряет его угловую скорость, а специальные алгоритмы обрабатывают эту информацию и управляют двигателем робота, чтобы управлять его движением.

Зачем нужен гироскоп в робот-пылесосе

Гироскоп в робот-пылесосе позволяет роботу точно определять свое положение и управлять движением. Без гироскопа робот-пылесос не смог бы правильно ориентироваться в пространстве и проделывать точные и оптимальные маршруты уборки.

Кроме того, гироскоп помогает робот-пылесосу преодолевать препятствия. Когда робот сталкивается с препятствием, гироскоп измеряет угловую скорость, а система стабилизации робота позволяет ему совершать маневры и обходить препятствия.

При работе робот-пылесоса гироскоп играет важную роль. Он позволяет определить угол наклона и изменять направление движения в зависимости от этого. Гироскоп определяет ориентацию в пространстве и помогает роботу двигаться в нужном направлении.

Преимущества использования гироскопа

Использование гироскопа в робот-пылесосе имеет несколько преимуществ. Во-первых, гироскоп позволяет роботу двигаться более точно и плавно, что в свою очередь улучшает качество уборки. Во-вторых, гироскоп помогает избежать столкновений с препятствиями и упасть с лестницы или других высот.

Гироскоп и навигация

Гироскоп используется не только для определения ориентации робота в пространстве, но и для навигации. Он помогает определить местоположение робота на карте помещения и построить оптимальный маршрут для уборки. Благодаря гироскопу робот-пылесос может проходить по всем углам и недоступным местам в помещении, что существенно упрощает уборку.

Использование гироскопа в робот-пылесосе является неотъемлемой частью его работы. Без гироскопа робот не сможет определить свое местоположение в пространстве и двигаться точно. Поэтому использование гироскопа позволяет робот-пылесосу работать более эффективно и улучшить качество уборки в помещении.

Вопрос-ответ

Гироскоп – это устройство, которое измеряет изменение ориентации в пространстве. В роботе-пылесосе гироскоп используется для определения его положения и направления движения. Как правило, гироскоп состоит из нескольких вращающихся дисков, которые стабилизируют его положение в пространстве. Когда робот-пылесос движется по квартире, гироскоп следит за тем, чтобы его движение было максимально точным и предсказуемым.

В каких моделях роботов-пылесосов используются гироскопы?

Гироскопы используются в большинстве моделей роботов-пылесосов. В особенности, это относится к более продвинутым моделям, которые обладают улучшенными функциями навигации и повышенной точностью перемещения. Есть также модели, в которых гироскопы сочетаются с другими типами датчиков для еще более точного навигационного управления

Зачем нужен гироскоп в роботе-пылесосе?

Гироскопы в роботах-пылесосах используются для улучшения качества навигации и точности перемещения. Это позволяет роботу более эффективно управляться с перемещением по квартире и избегать препятствий. Более точная работа гироскопа также улучшает навигационную функциональность и позволяет роботу-пылесосу проводить более эффективную уборку на больших площадях с минимальным использованием энергии.

Как гироскопы в роботах-пылесосах справляются с неровной поверхностью?

Гироскопы в роботах-пылесосах учитывают наклон и вращение робота в пространстве, и позволяют ему более точно перемещаться по неровной поверхности. Более продвинутые модели роботов-пылесосов могут также компенсировать колебания при перемещении по неровной поверхности и учитывать направление ветра или давление воздуха.

Может ли работа гироскопа повлиять на управление роботом-пылесосом?

Нет, работа гироскопа не влияет на управление роботом-пылесосом. Наоборот, гироскоп помогает улучшить навигационную функциональность и точность перемещения робота-пылесоса, позволяя ему более эффективно убираться в квартире. В большинстве случаев работа гироскопа в роботе-пылесосе не ощущается, а управление устройством происходит через соответствующую программу на пульте управления.

Улучшает ли работа гироскопа эффективность уборки роботом-пылесосом?

Да, работа гироскопа улучшает эффективность уборки роботом-пылесосом, благодаря точному и предсказуемому перемещению по квартире. Более точное позиционирование робота-пылесоса позволяет ему эффективнее убирать мусор и пыль, особенно на больших площадях. Более продвинутые модели роботов-пылесосов используют гироскопы в сочетании с другими типами датчиков, что дополнительно повышает их эффективность.

Как правильно очищать гироскоп в роботе-пылесосе?

Очистка гироскопа в роботе-пылесосе должна производится с осторожностью и соблюдением инструкций по эксплуатации конкретной модели. В большинстве случаев гироскоп довольно чувствителен к воздействию внешних факторов, поэтому очистку следует производить аккуратно и не трогать его поверхность. Для очистки гироскопа следует использовать сухую мягкую ткань и не использовать моющие средства.

Основные датчики робота-пылесоса.

Рассмотрим основные датчики современного робота-уборщика на примере модели Mi Robot Vacuum-Mop:

Стоит отметить, что кроме перечисленных датчиков, у робота-пылесоса имеется также гироскоп, акселерометр и электронный компас. Скорее всего все три прибора реализованы в виде одной микросхемы, которая соединена с центральным процессором посредством одного из интерфейсов.

Также в двигателе турбины (электродвигателе воздушного потока) имеется датчик скорости вращения вентилятора. Информация о скорости вращения передаётся по одному из четырёх проводов, которым он соединяется с материнской платой.

Визуальный навигационный датчик.

Визуальный навигационный датчик необходим для построения карты помещения и относится к системе позиционирования робота-пылесоса.

Система позиционирования основана на алгоритмах SLAM (Simultaneous Localization And Mapping).

С их помощью управляющая программа робота-пылесоса создаёт карту помещения, обновляет её в реальном времени, вычисляет оптимальный алгоритм уборки, определяет, где уборка уже произведена и где ещё предстоит убраться. Построенная карта позволяет определить кратчайший путь до зарядной док-станции после завершения работы.

То есть робот-пылесос перемещается по помещению не случайно (рандомно), а с неким пониманием об обстановке, о том где он находится сам.

В качестве визуального датчика, который применяется для навигации робота-пылесоса в помещении, обычно используется оптическая камера или лидар (LDS-датчик, LiDAR). В данном аппарате установлена широкоугольная видеокамера.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

С одной стороны, за счёт её компактности удаётся уменьшить высоту робота-пылесоса, но точность определения местоположения в пространстве ниже, чем у аппаратов с лидаром. Кроме всего прочего, при использовании камеры в роли оптического датчика требуется поддерживать в убираемом помещении хороший уровень освещения.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Камера работает в паре с процессором MR133, который кроме всего прочего содержит процессор датчика изображения (ISP, – Image Sensor Processor). Это позволяет управляющему софту использовать изображения (фотографии) и видеопоток для построения карты окружающего пространства.

Об этом упоминалось в материале про материнскую плату робота-пылесоса Mi Robot Vacuum-Mop.

Видеокамера обозревает потолок, но за счёт широкого угла обзора в 166 градусов может запечатлевать и другие объекты.

Например, был скандал с утечкой фотографий, которые сделал подобный робот-пылесос. На фото была фигура человека, сидящего на белом камне.

Как оказалось, фотографии были нужны для обучения нейросетей, чтобы улучшить программное обеспечение робота-пылесоса.

В более дорогих моделях роботов-уборщиков можно встретить так называемую ToF-камеру, которая способна создавать объёмные снимки. Например, такая установлена в Mi Robot Vacuum-Mop 2 Ultra в передней части корпуса. С её помощью робот-пылесос более точно определяет контуры небольших предметов и границы проёмов ниже высоты корпуса, в которых он может застрять.

Для минимизации столкновений со всевозможными препятствиями роботу-пылесосу необходима система ориентирования в пространстве.

Её элементами являются ультразвуковые и инфракрасные датчики. В роботе-пылесосе Mi Robot Vacuum-Mop применяются только инфракрасные датчики.

Датчик движения.

Окно датчика движения расположено в левой передней части корпуса перед мотор-колесом. В своей работе датчик использует инфракрасное излучение.

Как и большинство узлов робота-пылесоса датчик движения выполнен в виде отдельного модуля.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Поскольку детально разобрать данный модуль не удалось, то осмелюсь предположить, что по своему устройству он напоминает оптический датчик рядовой компьютерной мыши.

Судя по всему датчик движения необходим для определения пройденного пути и, возможно, угла поворота. Является частью одометра.

В других моделях роботов-уборщиков датчик пройденного пути обычно встраивают в третье, вспомогательное колесо или ролик. Обычно он реализован в виде энкодера: оптического, резистивного, щёточного или сделан на базе датчика Холла.

Также датчик-энкодер встраивают в мотор-колёса. С его помощью определяется угол поворота колеса.

Датчики падения.

Чтобы предотвратить падение робота-пылесоса, например, при уборке на этаже применяются четыре датчики падения. Ещё их называют датчиками перепада высоты или провала.

Они расположены по периметру нижнего края днища во фронтальной части корпуса.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Каждый датчик падения представляет собой открытую оптопару, состоящую из излучающего ИК-диода и фототранзистора. Их легко разглядеть в прозрачном корпусе модуля.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

ИК-диод имеет корпус из прозрачного пластика, а фототранзистор из тёмного, который пропускает лучи инфракрасного диапазона.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

При работе робота-пылесоса можно наблюдать за излучением инфракрасных излучающих диодов (ИК-диодов) датчика движения и датчиков падения.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Датчики падения направлены на поверхность пола. Если фототранзистор оптопары перестаёт улавливать отражённый инфракрасный луч, это свидетельствует о том, что далее горизонтальная поверхность обрывается и следует избегать дальнейшего продвижения.

Датчики торможения.

В противоударном буфере (бампере) есть продольное окно из полупрозрачного тёмного пластика. Оно свободно пропускает излучение инфракрасного диапазона.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

За ним, по периметру фронтальной части корпуса располагаются инфракрасные датчики – оптопары открытого типа наподобие тех, что используются в датчиках падения. Всего их семь. Дальность действия датчиков составляет 20 сантиметров. С их помощью робот-пылесос обнаруживает впереди стоящие препятствия.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Для предупреждения касания боковыми частями корпуса поверхности стен и других препятствий, дополнительно с боковыми оптопарами используются два ИК-приёмника аналогичных тем, что установлены в датчике парковки. Их можно назвать датчиками стены или края.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Судя по всему, они работают на приём отражённого от стены инфракрасного излучения, которое создаётся ИК-диодами оптопар. При достижении определённого порога “засветки” данного ИК-приёмника, робот-пылесос “понимает”, что подъехал к стене слишком близко.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Боковые датчики очень важны, так как при их слабой реализации робот-пылесос перестанет держать безопасное расстояние до стен и будет задевать их боковыми частями корпуса, царапать обои или покрытие.

Стоит отметить, что подобные инфракрасные датчики плохо работают с тёмными поверхностями. Например, тёмная мебель цвета “венге” уже вызывает ложные срабатывания. Робот-пылесос не видит преград.

Проблему можно решить проклейкой по периметру уборки полосы малярного скотча, как раз напротив датчиков торможения (продольного окна в бампере). Но, такой вариант подойдёт не всем.

Ещё решением может быть проклейка полосы из материала, который видится через ИК-камеру, как материал белого цвета. Таким свойством обладает, например, полиэстер. Проверить материал можно любой видеокамерой с функцией ночной съёмки. На экране он должен отображаться в белом цвете.

Датчик касания (столкновения, удара).

Датчики торможения рассчитаны на обнаружение сплошных препятствий вроде стен, но вот ножки стульев и подобные преграды они распознать не могут. На этот случай у робота-пылесоса имеется противоударный буфер (бампер).

Противоударный буфер – это подпружиненная полукруглая пластина из пластика в передней части корпуса. За пластиковой основой буфера с правой и левой стороны имеется по датчику касания.

Бампер имеет небольшой ход и при столкновении с препятствием давит на упор правого, левого или же обоих датчиков касания. Так робот-пылесос понимает, где находится преграда: справа, слева или по центру.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Датчики касания могут выполнятся в виде концевых выключателей или же в виде оптопары с подвижным флажком, который установлен между излучателем и приёмником излучения.

У флажка имеется упор, на который давит противоударный буфер в случае столкновения с препятствием. При этом флажок закрывает поток излучения от излучателя к фотоприёмнику, и по этому сигналу управляющая плата определяет, что произошло столкновение с преградой.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Датчик опрокидывания.

Датчик опрокидывания установлен в двух мотор-колёсах робота-пылесоса и выполнен в виде микропереключателя с лапкой.

Микропереключатель серии G10 (1A125VAC/0,5A250VAC). Производитель: GANGYUAN. Такие микропереключатели, но только без лапки широко применяются в компьютерных мышках.

Микропереключатель имеет три вывода и контактную группу на переключение, но в работе он используется как обычная кнопка без фиксации.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

На следующем фото показан датчик опрокидывания левого мотор-колеса.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Если робот-пылесос опрокидывается, переворачивается или его поднимают вверх, то колесо отпружинивает, упор давит на лапку микропереключателя и его контакты замыкаются.

При установке робота-пылесоса на пол, под тяжестью корпуса колёса заходят внутрь модуля и контакты кнопки размыкаются. Так система управления понимает, что робот-пылесос корректно установлен на ровную горизонтальную поверхность.

Датчик парковки.

Робот-пылесос нуждается в постоянной подзарядке своей аккумуляторной батареи. При снижении заряда до определённого уровня робот-пылесос самостоятельно возвращается на базу – зарядную док-станцию (Charging dock). Но, как робот-пылесос находит базу?

Обнаружить док-станцию и корректно запарковаться на неё помогает специальный датчик парковки.

Датчик парковки расположен в центре передней части робота-пылесоса прямо над датчиками торможения и пружиной противоударного буфера.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Собой он представляет модуль в виде рупора. Корпус имеет две части (правую и левую) разделённые сплошной перегородкой. Маркировка модуля: P1904_1C_RECEIVE_BD_V3.0.

В глубине каждой половинки установлен приёмник инфракрасного излучения (ИК-приёмник).


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

В конструкции модуля предположительно применены ИК-приёмники TSSP4038, так как в маркировке на их корпусах присутствует число 4038.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Зарядная док-станция оснащена инфракрасными диодами (излучателями), которые формируют два параллельных ИК-луча впереди базы. При поиске док-станции робот-пылесос медленно поворачивается вокруг своей оси словно оглядываясь. Так он ищет два инфракрасных луча излучаемых базой своим датчиком парковки. После того, как он их обнаружит, робот-пылесос движется на базу ориентируясь по ним словно по указателям.

Устройство базы рассмотрено здесь: «Зарядная док-станция для робота-пылесоса Mi Robot Vacuum-Mop. Что внутри?».

Датчики наличия основных устройств.

В роботе-пылесосе имеется два датчика Холла, с помощью которых управляющая плата проверяет корректную установку контейнера-пылесборника и модуля влажной уборки.

Датчик присутствия контейнера.

Датчик установки пылесборника установлен за динамиком рядом с раструбом.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

На небольшую печатную плату с маркировкой HALL_BD_V2 (Dreame) запаян интегральный датчик Холла – микросхема A1321 в корпусе 3-Pin SIP для монтажа в отверстия.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Микросхема A1321 – это линейный датчик Холла. Он реагирует на изменение магнитного поля.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Чувствительной стороной (зауженная часть корпуса) датчик упирается в перегородку из пластика.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

На контейнере пылесборника установлен фильтр. На одной из боковых сторон фильтра закреплён миниатюрный прямоугольный магнит.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Когда пылесборник штатно установлен в корпусе робота-пылесоса, датчик Холла находится напротив постоянного магнита, за тонкой пластиковой перегородкой. Под воздействием магнитного поля датчик Холла срабатывает, подавая сигнал на управляющую плату.

Датчик установки модуля влажной уборки.

Аналогичный бесконтактный датчик установлен сбоку от выходного фильтра турбины. Расположен он вплотную к пружинящему контакту, к которому подключается модуль влажной уборки (модуль полотёра).


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Датчик Холла чувствительной стороной направлен вниз. При установке модуля для влажной уборки (резервуара с водой и губкой) датчик срабатывает, так как в модуле как раз напротив датчика установлен миниатюрный круглый магнит.

Бывают случаи, что робот-пылесос “не видит” контейнер для пыли, хотя тот корректно установлен в корпус.

Не спешите разбирать электронного помощника или сдавать его в ремонт. Первым делом найдите на боковой стороне HEPA-фильтра магнит. Проверьте, не болтается ли он и корректно ли установлен. Даже небольшое изменение его положения может служит причиной отсутствия срабатывания датчика Холла.

Также случается, что робот-уборщик не распознаёт установленный модуль влажной уборки. В держателе губки установлен круглый магнит, который может выпасть или заржаветь от попавшей воды. Его можно заменить аналогичным, иногда требуется повернуть определённой стороной, чтобы датчик внутри робота-пылесоса стал корректно срабатывать.

Под итог и без того длинного рассказа хотелось бы сказать, что набор датчиков современного робота-пылесоса не ограничивается перечисленными здесь. Их расположение, количество, принцип их работы зависит от класса устройства. Роботизированная техника для дома постоянно совершенствуется и в ней могут применяться более хитроумные датчики и сенсоры.

Главная » Мастерская » Текущая страница

Гироскоп, SLAM-навигация и лидар

Среди лучших роботов с автоматической сухой и влажной уборкой дома выделяются пылесосы с гироскопом. Они ниже по цене, чем устройства с лазерным дальномером, однако функционал достойный:

Именно гироскоп позволяет строить пылесосу оптимальный маршрут движения (а значит и качественно убирать) и быстро находить зарядную станцию. Лучшие модели с гироскопом: Hobot Legee 688, Neatsvor X500.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Среди лучших умных роботов премиум класса редко встретишь SLAM-навигацию. Но в бюджетном и среднем ценовом сегменте большой ассортимент моделей, реализующих метод SLAM-картографии: построение карты помещения благодаря сенсорным ИК датчикам, расположенным на бампере пылесоса. В памяти робота сохраняется начальная точка маршрута и весь проложенный путь, который удобно просматривать через мобильное приложение. Лучшая модель – Panda Evo.

Визуальная навигация VSLAM относится к усовершенствованной версии SLAM-навигации. Камера наблюдения, расположенная в верхней части робота под углом 45°, позволяет построить точную карту помещения, которая сохраняется в памяти мобильного приложения. Впервые название VSLAM было использовано компанией iRobot. Недостатком является чувствительность к освещению (пылесос с таким типом навигации не видит в темноте). Лучшая модель – iRobot Roomba s9.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Особенностью лидара (лучшего на сегодня типа навигации) является абсолютная нечувствительность к освещению. Кроме того, система Lidar отличается более точным сканированием помещения на 360 градусов, чем камера VSLAM. Есть минусы: башенка LDS-навигации увеличивает высоту робота до 10 см (снижая тем самым проходимость устройства под мебелью) и имеет проблемы с зеркальными поверхностями. Но площадь пылесос с такой навигацией убирает достаточно большую – до 350 м2. Последние модели с лазерным дальномером от Xiaomi, Okami, Roborock отличаются силой всасывания до 5 000 Па и ёмкостью аккумулятора от 5 000+ мА·ч, что обеспечивает до 3-х и более часов непрерывной работы.

Интересно, что компания Neatsvor использует в своих лучших новых пылесосах и умную систему ориентации в пространстве лидар, и SLAM-алгоритм для редактирования карты помещения и выхода из сложных ситуаций.

Мы считаем, что лучшей системой навигации для умного робота является комбинация фронтальной камеры и лазерного дальномера. Это гарантирует высокое качество уборки и лучшие показатели затрачиваемого времени.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Что помогает роботу ориентироваться в пространстве

Система навигации: именно её выход из строя влияет на функционирование пылесоса. Если устройство получает информацию об окружающем пространстве от сенсорных датчиков, то уже во время работы оно может изменить маршрут и режим уборки. Например, датчики виртуальной стены устанавливают перед лестницей, напольной вазой, дверным проёмом, кошачьей миской.

Датчики робота разделяют на инфракрасные, распознающие перепад высот (порожки, ковёр, виртуальные стены), ультразвуковые (необходимы для преодоления труднодоступных мест под мебелью) и оптические – распознавание предметов на горизонтальных напольных поверхностях.

Выбор контактной (пылесос с мягким бампером) или бесконтактной системы зависит от предметов, находящихся в помещении во время уборки. И здесь не важен критерий «лучший». Если интерьер подвержен изменению (не статичен), то рациональнее выбрать контактную систему навигации (обход препятствия после столкновения). Ультразвуковым дальномерам требуется предварительно сканировать помещение по принципу эхолокации и определить расстояние до всех предметов. Лишь затем в памяти пылесоса создаётся карта помещения, где будет проводиться уборка.

Наличие оптической камеры у робота помогает ему ориентироваться по потолку и стенам комнат. Лучшая навигация может быть комбинированной, когда к камере пылесоса добавляется информация от датчиков на бампере.

Нельзя не отметить важность виртуальных стен в работе робота, задаваемых специальными маяками-ограничителями. Что будете огораживать – ваше личное дело: детские игрушки, миски шерстяных питомцев, гардины, ковёр с длинным ворсом, выход на лестницу или в другую комнату. И К лучи пылесоса быстро распознают виртуальные стены и оптимальны при использовании на больших площадях.

На фотографиях в статье представлены роботы с разными видами лучших систем навигации.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Вердикт о выборе лучшей системы навигации

Если вы планируете сэкономить и не собираетесь заниматься уборкой ночью, то лучший пылесос с гироскопом или VSLAM (SLAM-навигацией) отлично удовлетворит ваши притязания и порадует чистотой. Но кроме навигации вас должен интересовать целый набор критериев, отвечающих за качественную автоматическую уборку робота. Смотрим на силу всасывания, ёмкость пылесборника, длительность автономной работы, и даже на соответствие дизайна устройства вашему интерьеру. Помним, что нет пылесоса, который не застревает хоть иногда (или не путается в разбросанных проводах или длинной бахроме ковра).

Выбор за вами!

Что объединяет роботы-пылесосы

Независимо от производителя роботизированной бытовой техники общим является не круглая форма верхней панели корпуса, а важная программируемая функция – сухая/влажная уборка помещения без участия человека. За выполнение этой функции и точность передачи данных отвечает система навигации.

Робота легко запрограммировать на работу в разных комнатах в разных режимах, и контролировать его функционирование через приложение на телефоне.

Ещё один нюанс, который объединяет пылесосы разных производителей – они не убирают лестницы. Эта функция из будущего.

Где находятся датчики у робота-пылесоса?

Поскольку робот-пылесос работает по алгоритму уборки “Зигзаг”, то передвигается он только вперёд. Поэтому, большинство датчиков, необходимых для ориентации робота-пылесоса в пространстве находится в передней части его самоходного шасси.


Как робот-пылесос ориентируется в пространстве и датчики робота-пылесоса

Робот-пылесос оснащён довольно большим набором датчиков, которые необходимы ему для ориентации в пространстве, корректной работы узлов уборки мусора, а также обеспечения безопасности самого устройства.

На примере робота-пылесоса Mi Robot Vacuum-Mop (Mijia 1C Sweeping Vacuum Cleaner) рассмотрим датчики и сенсоры, которые имеются в рядовом роботе-уборщике.

Какие типы датчиков используются в роботах-пылесосах?

В основном используются следующие типы датчиков:

Перечисленные типы датчиков служат для ориентирования робота-пылесоса в пространстве. Они необходимы ему для избегания преград и предотвращения столкновения с препятствиями.

Часто задаваемые вопросы

Робот-пылесос адаптируется к разным типам полов, используя данные с камер и компьютерного зрения. Он определяет тип поверхности и адаптирует свои настройки уборки соответственно.

Как сохранять карты помещений для повторного использования?

Большинство современных роботов-пылесосов имеют функцию сохранения карт помещений в памяти устройства или в приложении на смартфоне. Это позволяет использовать уже созданные карты для более быстрой и эффективной уборки в будущем. При изменении расположения мебели или перемещении робота-пылесоса в другое помещение, карта может быть обновлена, и робот будет работать с новыми данными.

Может ли робот-пылесос работать в темноте?

Многие роботы-пылесосы могут работать в условиях низкой освещенности или в темноте, используя лидары и инерциальные навигационные системы. Однако работа с камерами и компьютерным зрением может быть затруднена при недостаточном освещении. В таких случаях рекомендуется использовать дополнительное освещение или проводить уборку при естественном свете.

Могут ли роботы-пылесосы обходить препятствия?

Да, современные роботы-пылесосы способны обнаруживать и обходить препятствия, такие как мебель, стены и предметы на полу. Они используют данные с лидаров, камер и других датчиков, чтобы определить расположение препятствий и прокладывать маршрут вокруг них.

Алгоритмы навигации и планирования маршрута

SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) – это алгоритм, который позволяет роботу-пылесосу одновременно строить карту помещения и определять свое положение на ней. S LAM использует данные с датчиков, таких как лидары, камеры и инерциальные навигационные системы, чтобы создавать детализированную карту помещения и оптимальный маршрут уборки.

Алгоритмы оптимизации маршрута

После создания карты помещения робот-пылесос использует алгоритмы оптимизации маршрута для эффективного планирования уборки. Это позволяет роботу минимизировать время уборки и энергопотребление, а также учитывать препятствия и различные типы поверхностей пола.

Заключение

Теперь вы знаете, как робот-пылесос строит карту помещения с помощью различных технологий и алгоритмов. Роботы-пылесосы становятся все более интеллектуальными, и процесс уборки становится всё более автоматизированным и эффективным. Использование современных роботов-пылесосов позволяет значительно сэкономить время и силы на уборку, делая нашу жизнь проще и комфортнее.

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий