Как работает лазерная навигация в роботах-пылесосах и зачем она нужна

Серийных полностью беспилотных автомобилей в мире пока еще не существует, поскольку автопроизводителям и законотворцам до сих пор не удалось решить найти ответ на вопрос об ответственности в случае ДТП. Но там, где цена ошибки не столь высока — в роботах-пылесосах — уже давно и активно используется то же техническое решение, которое помогает ориентироваться в пространстве беспилотным автомобилям. Речь идет о лидарах.

Термин «лидар» (LIDAR, от английского Light Detection and Ranging — «обнаружение и определение дальности с помощью света») скрывает за собой способ определения расстояния до объектов за счет излучения световых волн. Схожесть со словом «радар» не случайна — оба устройства работают по одному принципу и отличаются лишь тем, какие волны излучаются. Радары применяют радиоволны, а лидары — световые, измерение времени отражения которых приемником на устройстве помогает понять расстояние до окружающих объектов.

Как робот сканирует помещение

Лидар, излучая короткий световой импульс, измеряет время, через которое отраженный световой луч вернется на приемник лидара. Физические свойства света таковы, что отраженный свет возвращается с задержкой, длительность которой зависит от расстояния между источником света и объектом, на который он падает. С учетом того, что скорость света хорошо известна и является постоянной, то развитие технологий, позволяющий оперативно замерять промежуток между излучением и отражением света, сделало возможность использование этого явления для навигации в пространстве.

С учетом того, что беспилотным автомобилям и роботам-пылесосам необходимо понимать, какова ситуация на 360 градусов вокруг устройства, в них применяются вращающиеся лидары. Луч света в процессе работы постоянно испускается в пространство, мощная электроника быстро оценивает время отражения и затем на основании этих данных формируется 3D-карта пространства.

Поскольку луч света одинаково эффективно отражается и на открытом пространстве, и в закрытом помещении, и на дневном свете, и в темноте, лидары способны работать во всех условиях. Проблемой для лидаров могут быть только прозрачные и световозвращающие поверхности, которые осложняют работу подобных систем. И если в случае с автомобилями цена ошибки из-за некорректной оценки обстановки велика, то для робота-пылесоса все максимум обернется неочищенным участком пола, что не так критично.

Таким образом источник света, который вращается с огромной скоростью, с частотой в наносекунды излучает короткие импульсы, время отражения которых от препятствий и позволяет создать трехмерное облако точек окружающего пространства. Для большей точности навигации лидары могут сочетаться с радарами и видеокамерами, но такие комплексы обычно используются в беспилотных автомобилях или летательных аппаратах, а для роботов-пылесосов подобный набор излишен. 

В качестве источника света могут использоваться лазеры или светодиоды, причем для бытовой техники чаще применяются последние, а периодичность импульсов подбирается так, чтобы она была не меньше, чем время отклика от потенциальных препятствий вокруг. Лидары могут сканировать пространство в нескольких плоскостях, но для роботов-пылесосов достаточно сканирования в горизонтальной плоскости. Затем лидар фиксирует отраженный сигнал и система обрабатывает полученные данные, формируя карту окружающей обстановки со всеми препятствиями. 

Возможны и «ДТП», если в поле зрения робота-пылесоса окажутся стеклянные или хромированные предметы, но скорость движения бытовой техники не так высока, а потом подобные ошибки не критичны. Решить ее можно либо вручную, переместив робота-пылесоса на открытое пространство, либо скорректировав созданную карту пространства в приложении устройства для смартфона. 

Зачем вообще нужны карты и навигация

Пылесосы с лидаром не просто лучше ориентируются: они ездят по четко выверенной траектории, не пропуская участков. За счет этого повышается скорость и качество уборки. А наличие карты позволяет вам использовать продвинутые режимы. Например...

• Устанавливать запретные зоны для уборки. Целые комнаты или уголки, куда заезжать не надо. 
• Назначать уборку в конкретной комнате. Правда, эту опцию должен поддерживать софт робота. 
• Визуально наблюдать за перемещениями робота на смартфоне. И понимать, где он находится, если застрял. 

Управление всеми функциями происходит через приложение. Например, Polaris PVCR 6001 Wi–Fi IQ Home поддерживает разделение помещения на зоны уборки: до 10 комнат. Его можно «вызвать» не только в конкретную комнату, но и в конкретное место — например, если вы что-то просыпали на кухне. А еще он имеет три типа запретных зон: для сухой уборки, для влажной и для любой.  Перемещения, действительно, отображаются на карте: если запустить его удаленно (из любой точки, где есть интернет), будет понятно, где он убирается и прошел ли всю площадь. 

Если для вас робот-пылесос — слишком банально, обратите внимание на нашу подборку роботов для дома, которые сделают быт проще. Ну а если проблема в некачественной уборке помещения, то стоит изучить самые распространенные сложности и способы их устранения.