Jak robot sprzątający widzi Twoje mieszkanie: lidar, kamery i SLAM
Robot sprzątający to najpopularniejszy robot na świecie, który naprawdę zamieszkał w domach. Pod okrągłą obudową kryje się zestaw czujników i algorytmów, których nie powstydziłby się łazik marsjański. Zaglądamy do środka.
> W SKRÓCIE
- Nowoczesne roboty sprzątające budują mapę mieszkania i jednocześnie ustalają na niej swoje położenie – to technika SLAM.
- Do nawigacji służą lidar (obrotowy laser) albo kamera; do omijania drobnych przeszkód – czujniki światła strukturalnego lub kamery z rozpoznawaniem obrazu.
- Czujniki upadku pod spodem chronią robota przed spadnięciem ze schodów.
- Przy wyborze liczą się: rodzaj nawigacji, omijanie przeszkód, stacja dokująca i obsługa map wielu pięter.
Od jazdy na ślepo do mapy
Pierwsze roboty sprzątające jeździły w dużej mierze losowo: jechały prosto, odbijały się od przeszkody i skręcały pod innym kątem. Przy odrobinie cierpliwości sprzątały całe pomieszczenie, ale nie wiedziały, gdzie już były.
Dzisiejsze modele działają inaczej. Podczas pierwszego przejazdu tworzą mapę mieszkania, dzielą ją na pokoje i sprzątają systematycznie, pas po pasie. Dzięki temu w aplikacji można wskazać jeden pokój do odkurzenia albo wyznaczyć strefę, do której robot ma nie wjeżdżać.
SLAM: rysuję mapę i wiem, gdzie jestem
Kluczowa technika nazywa się SLAM – jednoczesna lokalizacja i budowa mapy. Brzmi jak paradoks: żeby wiedzieć, gdzie jesteś, potrzebujesz mapy, a żeby narysować mapę, musisz wiedzieć, gdzie jesteś. Algorytm rozwiązuje to krok po kroku: porównuje to, co widzi teraz, z tym, co widział przed chwilą, i jednocześnie poprawia mapę oraz własne położenie.
Robot łączy przy tym kilka źródeł informacji:
- Enkodery kół liczą obroty i mówią, jaki dystans przejechał.
- Żyroskop i akcelerometr (IMU) mierzą obrót i przyspieszenie.
- Lidar albo kamera dostarczają obrazu otoczenia, który pozwala skorygować błędy dwóch poprzednich czujników.
Lidar: obrotowa „wieżyczka”
Charakterystyczna okrągła wieżyczka na wielu robotach to lidar. W środku obraca się laser, który mierzy odległość do ścian i mebli dookoła robota, kilka razy na sekundę. Z tych pomiarów powstaje bardzo dokładny obrys pomieszczenia. Lidar działa także w ciemności.
Część producentów zamiast lidaru stosuje kamerę skierowaną w górę lub do przodu. Robot rozpoznaje charakterystyczne punkty – narożniki, krawędzie mebli, lampy – i na ich podstawie ustala położenie.
Skarpetki, kable i schody
Mapa to jedno, ale prawdziwym wyzwaniem są drobiazgi na podłodze. Do ich wykrywania służą:
- Czujniki światła strukturalnego – rzutują wzór z linii laserowych i z jego zniekształcenia odczytują kształt przeszkody.
- Kamery z rozpoznawaniem obrazu – model sztucznej inteligencji uczy się rozpoznawać kable, buty, skarpetki czy zabawki.
- Zderzak z czujnikami nacisku – ostatnia linia obrony, gdy robot czegoś nie zauważy.
- Czujniki upadku – diody podczerwieni pod spodem, które wykrywają krawędź schodów.
Na co zwrócić uwagę przy wyborze
Jeśli rozważasz zakup robota sprzątającego, warto sprawdzić kilka rzeczy:
- Rodzaj nawigacji – lidar, kamera albo oba.
- Omijanie drobnych przeszkód – szczególnie ważne przy dzieciach i zwierzętach.
- Mapy wielu pięter – czy robot zapamięta kilka poziomów domu.
- Stacja dokująca – czy sama opróżnia pojemnik, a w modelach mopujących – czy myje i suszy mopy.
- Prywatność – gdzie przechowywana jest mapa i obraz z kamery.
Robot sprzątający jest dobrym przykładem tego, jak działa każdy robot mobilny – od wózka magazynowego po łazik marsjański. Więcej o czujnikach przeczytasz w tekście Zmysły droida.
Pytania i odpowiedzi
Co lepsze w robocie sprzątającym: lidar czy kamera?
Lidar działa niezależnie od oświetlenia i szybko buduje dokładną mapę. Kamera jest tańsza i może rozpoznawać przedmioty, ale gorzej radzi sobie w ciemności. W droższych modelach oba rozwiązania się łączy.
Skąd robot wie, gdzie jest stacja dokująca?
Zapamiętuje jej położenie na mapie, a w końcowej fazie dojazdu kieruje się sygnałem podczerwieni wysyłanym przez stację.
Czy robot sprzątający wysyła mapę mieszkania do internetu?
Wiele modeli przechowuje mapy w chmurze producenta, żeby pokazać je w aplikacji. Warto sprawdzić w ustawieniach i polityce prywatności, jakie dane są wysyłane i czy można z tego zrezygnować.