Прогресс идет за вами: как современные роботы-пылесосы ориентируются в пространстве

Самый первой появилась контактная система навигации, которую еще называют рандомной. Такой робот распознает препятствие только в случае столкновения с ним, чтобы затем двинуться в противоположную сторону. У таких моделей чаще всего имеется мягкий бампер, чтобы ни пылесос, ни предмет не пострадали. С поддерживающей уборкой они справляются достойно. Однако недостаток такой технологии в том, что робот неизбежно принимает стену за препятствие, которое нужно обойти. Чтобы решить эту проблему, часто добавляют функцию обхода периметра.

Роботы-пылесосы с системным типом навигации воспринимают окружающий мир с помощью заранее сформированных алгоритмов. Таким образом робот доезжает до препятствия, «видит» его с помощью инфракрасных датчиков или касания бампером, затем меняет траекторию движения. Когда во время автоматической уборки сенсоры подсказывают, что пылесос движется вдоль стены, активируется соответствующий алгоритм, при котором робот продолжает движение так, чтобы стена оставалась всегда с одной стороны. Алгоритм «SPOT-уборка» включается при отсутствии преград. В этом случае пылесос движется по спирали, обрабатывая около 2 м² площади, после чего переключается на другой квадрат или переходит к иному алгоритму.

Система ориентирования в пространстве, заложенная в некоторых роботах, не допускает столкновения с предметами. Ультразвуковые и инфракрасные датчики выявляют заметить препятствие в пределах 1 метра. При обнаружении объектов программа корректирует траекторию движения робота-пылесоса и уводит его в сторону. Ультразвуковой датчик в передней части устройства и инфракрасные сенсоры на боковых поверхностях по всему периметру обеспечивают функцию кругового отслеживания препятствий, а также способность двигаться по периметру помещения вдоль стен. Если столкновение все же произошло, в игру вступают датчики касания, установленные в подвижном бампере. Они посылают сигнал в центральный процессор, а тот, в свою очередь, оперативно корректирует траекторию движения робота.

Существуют также роботы-пылесосы, оснащенные системой позиционирования или построения карт. В основе ее работы лежит метод SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) – создание ситуационной карты и локализация объекта в пространстве. Сканер, установленный на пылесосе, проверяет пространство вокруг и по отклику своих датчиков формирует карту. Преимущество этой функции еще и в том, что она позволяет роботу построить оптимальный алгоритм уборки.

Технология навигации G-SLAM предполагает построение карты с помощью гироскопа. G-SLAM измеряет ускорение и угловую скорость пылесоса, тем самым вычисляя его местонахождение. Иными словами, робот запоминает откуда приехал, куда он направляется и месторасположение док-станции, на которую нужно вернуться по окончании уборки. Роботы с гироскопом могут строить карту только в ПО и отображать ее в приложении. При этом карта не сохраняется, ее можно увидеть только онлайн в приложении в момент уборки.

Построение карты по системе V-SLAM происходит через камеру в верхней части умного пылесоса, направленной под углом 45 градусов вперед и вверх. V-SLAM-технология одновременно определяет местоположение робота и строит карту. Делая снимок, ПО сравнивает пиксели на отличие. Если предметы или пылесос меняют свое положение, то устройство нарисует новую карту, после чего сравнит ее с предыдущей для определения своего положения в помещении. Когда локация определена, реализуются новые модели поведения. Робот способен двигаться по прямой линии и направляться к док-станции при низком уровне заряда. Конечно, иногда картографирование осложняется плохим освещением или полной темнотой. В этом случае робот не может собрать корректную информацию об окружающем пространстве, поэтому он часто теряется под шкафом или кроватью, а также не эффективен ночью при выключенном свете.

Роботы-пылесосы, оснащенные лидаром (лазером) или LDS-датчиком, «видят» пространство, направляя на предметы лазерный или световой луч. Лидар расположен на верхней «башенке» девайса. Датчик содержит источник и приемник лазерного или светового луча (в маломощных моделях применяют светодиоды, излучающие потоки света в инфракрасном диапазоне). Испускаемый световой луч, встречаясь с препятствиями, отражается от них и улавливается приемником лидара. LDS-сенсор вращается вокруг своей оси с довольно высокой частотой, обеспечивая круговой обзор. Такие роботы очень точно моделируют карту помещения, поэтому они не заблудятся в квартире с несколькими комнатами. Можно также настраивать зоны уборки и создавать виртуальные границы, которые робот не будет пересекать. Лидар позволяет пылесосам очень точно ориентироваться в помещении, а пользователю — гибко настраивать параметры уборки.

Другим способом навигации является построение карты ToF-камерой. Это новая технология, которую только начали внедрять некоторые производители электроники, например, в начале 2022 года на российском рынке появилась модель S10 бренда 360, поддерживающая эту систему навигации. Особая широкоугольная камера позволяет создавать объемные снимки пространства. Иначе такие камеры называют «камерами глубины». ToF-камера способна испускать световые лучи инфракрасного спектра и содержит светочувствительную матрицу, которая улавливает интенсивность отраженного света. Принцип действия схож с лидар-системой. Преимуществ у такого робота несколько. Во-первых, уровень освещения – теперь не проблема, ведь сенсору по силам «отрисовать» границы пространства даже в полумраке. Во-вторых, камеру встраивают вровень с верхней поверхностью робота, что позволяет сделать его более компактным, и, следовательно, открыть ему дорогу в труднодоступные места.

Ну и наконец, робот, который строит карты с помощью AI (искусственного интеллекта). В этом ему помогает специальная камера, которая позволяет распознать, какой именно предмет находится перед ним, и использовать алгоритм обхода препятствия. Так, пылесос не будет наматывать провода на щетки и не застрянет на брошенном носке. База данных предметов, которая служит роботам своего рода «коллективной памятью», постоянно обновляется на серверах, что позволяет девайсам «учиться» вместе. Данная технология зачастую используется в связке «лидар + камера».

Совершенно очевидно, что роботы-пылесосы не намерены останавливаться в развитии. Ежедневно технологии становятся все умнее, удобнее и доступнее. Рынок домашних помощников уже сейчас невероятно богат и разнообразен, и для каждого запроса найдется свой идеальный вариант.

Материал подготовлен компанией diHouse — мультиканальным поставщиком современных технологий.