Vergleich der Navigation von Saugrobotern: Lidar vs. Kamera

Grüße an alle Leser der Website robovac.washerhouse.comIn diesem Artikel vergleichen wir die beiden präzisesten Navigationssysteme für Saugroboter: Lidar- und kamerabasierte Systeme. Diese Navigationsart findet sich typischerweise in Modellen der mittleren und oberen Preisklasse. Dies liegt an den hohen Kosten der Sensoren. Einige Hersteller setzen in ihren Flaggschiffmodellen ausschließlich auf Kameras, andere ausschließlich auf Lidar. Wir vergleichen nun die beiden Systeme anhand von Tests der Navigationssysteme von Spitzenmodellen. iRobot Roomba i7+ Und Roborock S5 MaxLasst uns also herausfinden, was besser ist: Lidar oder Kamera für die Navigation.

Kurz zur Navigation

Lassen Sie uns zunächst kurz erläutern, was Präzisionsnavigation auf Basis von Lidar und Kamera ist und welche Merkmale diese beiden Systeme aufweisen.

Der Lidar-Sensor in Saugrobotern ist oben am Gehäuse montiert. Es handelt sich um eine Art „Turm“ mit einem rotierenden Laser-Entfernungsmesser im Inneren, auch LDS-Sensor genannt.

Dieser Laser-Entfernungsmesser dreht sich mit hoher Geschwindigkeit um 360 Grad, scannt Objekte in seiner Umgebung, berechnet die Entfernungen zu ihnen und erstellt eine genaue Karte des Raumes.

Zu den Vorteilen von Lidar gehört die gleichbleibende Navigationsgenauigkeit bei allen Lichtverhältnissen, also sowohl tagsüber als auch nachts. Darüber hinaus ist die Laserscanning-Technologie präziser. Zu den Nachteilen zählen häufigere Lidar-Ausfälle aufgrund des Rotationsmechanismus sowie Probleme beim Scannen reflektierender Oberflächen. Dies können beispielsweise verspiegelte Schranktüren oder verchromte Stuhlbeine sein. Roboterstaubsauger mit Lidar Durch den Turm auf der Oberseite erreichen sie eine Höhe von 10 cm, weshalb die Manövrierfähigkeit der Roboter unter Möbeln geringer ist als die von flachen Modellen.

Die Kamera dient als visuelles Navigationssystem. Durch das Auslesen und Verarbeiten der Kamerabilder wird eine Raumkarte erstellt. Sie scannt die Decke, nimmt mehrere Bilder auf und nutzt diese Daten, um einen Grundriss der Räume zu generieren.

Die kamerabasierte Navigation ist hinsichtlich der Kameralebensdauer zuverlässiger und etwas günstiger. Außerdem erhöht die Kamera die Höhe des Saugroboters nicht; einige Modelle sind nur 7–8 cm hoch, sodass der Roboter auch unter niedrigen Möbeln fahren kann.

Nachteile der visuellen Navigation: Bei schlechten Lichtverhältnissen oder schwach beleuchteten Bereichen ist die Kamera praktisch „blind“. Darüber hinaus ist die Genauigkeit der visuellen Navigation der Laserscanning-Technologie stets unterlegen, insbesondere wenn an der Decke wichtige visuelle Anhaltspunkte für den Roboter fehlen.

Als nächstes werden wir Lidar- und Kameratechnologie unter identischen realen Bedingungen vergleichen, um herauszufinden, welche Art der Navigation dazu beiträgt, dass Roboterstaubsauger bessere Ergebnisse erzielen.

Vergleich Nr. 1 – Einführungsfahrt

Um die Navigation der Roboter so objektiv wie möglich zu testen, haben wir im Testraum mehrere Hindernisse geschaffen, nämlich:

1. Wir haben eine Spiegelschranktür eingebaut.
2. Wir haben einen abgedunkelten Bereich zwischen Wand und Sofa geschaffen.
3. Wir platzierten einen Stuhl, Kinderspielzeug und einen Karton als Hindernisse auf dem Weg des Roboters. Zusätzlich beschwerten wir den Karton, damit er sich auch bei leichter Berührung durch den Roboter nicht bewegte.

Der Test selbst wird im Video gezeigt, wir empfehlen, es anzusehen:

Folglich ergab sich Folgendes:

1. Der iRobot Roomba i7+ verschob alle Gegenstände auf seinem Weg leicht, reinigte nur um ein Stuhlbein herum und deckte den gesamten zugänglichen Bereich ab, stellenweise sogar zweimal. Der Roboter benötigte für seinen ersten Reinigungsdurchgang etwas über 10 Minuten. Diesmal navigierte er problemlos durch den dunklen Bereich zwischen Wand und Sofa, hatte aber bei einem Test in der Dunkelheit kurzzeitig Schwierigkeiten, sich zu orientieren.
2. Der Roborock S5 Max mit Lidar-basierter Navigation ist deutlich schonender zu Gegenständen und berührte nur ein Spielzeug. Er umrundete außerdem jedes Stuhlbein und erfasste den gesamten zugänglichen Bereich zweimal, wodurch der Raum in Zonen unterteilt wurde. Die Navigation im Dunkeln bereitete ihm keine Probleme, allerdings erkannte der Saugroboter die Spiegeltür als Erweiterung des Raumes, die er nicht erreichen konnte. Dies beeinträchtigte jedoch nicht die Reinigungsleistung des gesamten zugänglichen Bereichs; es entstand lediglich ein nicht vorhandener Teil auf der Karte. Der Roboter berührte den Spiegel selbst nicht und versuchte, hindurchzufahren. Die erste Fahrt dauerte 19 Minuten, aber der Roboter erstellte dadurch eine präzisere Karte.

Vergleich Nr. 2 – Umziehen mit einer gespeicherten Karte

Schauen wir uns nun an, wie sich der Bewegungsalgorithmus der Roboter verändert, nachdem sie eine Karte des Raums erstellt und gespeichert haben. Wir haben außerdem die Möglichkeit hinzugefügt, Sperrzonen auf der Karte festzulegen. Wir fügen jeweils eine Zone hinzu und testen, wie die Roboter darauf reagieren. Alles wird im obigen Video anschaulich demonstriert.

Der iRobot Roomba i7+ reinigt Zone für Zone in einem schlangenartigen Muster. Er reinigte nicht um die Stuhlbeine herum, hatte keine Navigationsprobleme im Dunkeln und erkannte die Sperrzone, ohne sie zu befahren. Eine Reinigung dauerte etwa 12 Minuten.

Beim Roborock S5 Max wurde der Bewegungsalgorithmus geändert. Der Roboter umrundete zunächst den gesamten zugänglichen Bereich entlang des Umfangs und begann dann mit der Reinigung in einer einzigen, schlangenartigen Bewegung. Er umfuhr alle Stuhlbeine, berührte Hindernisse kaum und mied den Sperrbereich.

Eine weitere Beobachtung: Der iRobot Roomba i7+ fuhr nur einmal hinter dem Sofa entlang, während der Roborock S5 Max zweimal im selben Bereich hin und her fuhr und so den schmaleren Bereich gründlicher reinigte. Anschließend fuhr der Roboter ein zweites Mal über die gesamte Fläche und kehrte zu seiner Ladestation zurück. Die Reinigung dauerte etwas über 18 Minuten, deckte aber dennoch eine größere Fläche ab.

Vergleich Nr. 3 – Orientierung in einem Mehrraumraum

Abschließend möchte ich vergleichen, wie Lidar- und kamerabasierte Saugroboter das gesamte Haus kartieren und wie lange sie für die Reinigung benötigen. In unserem Fall handelt es sich um fünf Räume mit einer Gesamtfläche von etwa 40 Quadratmetern. Die effektive Reinigungsfläche beträgt etwa 35 Quadratmeter.

Die Kamera des iRobot berechnete eine Fläche von 27 Quadratmetern, obwohl die tatsächliche Fläche etwa 35 Quadratmeter beträgt. Die Berechnungsgenauigkeit ist jedoch hoch, und die Geometrie entspricht der realen Wohnumgebung. Der Roboter reinigt diese Fläche in einem Durchgang in etwa 50–55 Minuten und hält dabei an besonders verschmutzten Stellen an, die von seinem optischen Sensor erkannt werden.

Roborocks Lidar-System erzeugte einen Raum mit identischer Geometrie, berechnete die Fläche jedoch genauer auf 34 Quadratmeter, was nahezu der tatsächlichen Fläche entspricht. Zudem benötigte es nur 31 Minuten für die Reinigung des gesamten Bereichs, was deutlich schneller ist.

Letztendlich liefert Lidar eine präzisere Karte und ermöglicht eine schnellere Erkundung des gesamten zugänglichen Bereichs, insbesondere bei mehreren Räumen. Darüber hinaus durchquerte der mit Lidar ausgestattete Roboter in unserem Fall problematische Bereiche gründlicher, beispielsweise den Bereich zwischen den Stuhlbeinen und den schmalen, dunklen Raum hinter dem Sofa. Lidar-Roboter berühren Objekte zudem sanfter, wodurch sie seltener mit ihren Stoßdämpfern anstoßen.

Übrigens ist es wichtig zu beachten, dass nach mehreren Durchgängen Roboter mit KameraInsbesondere wenn Sie den Roboter zu verschiedenen Tageszeiten und bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen in den Räumen einschalten, entwickelt er automatisch sein Navigationsmuster. Selbst nachts kann er so den gesamten verfügbaren Bereich reinigen, ohne Stellen auszulassen. Daher kann es beim iRobot Roomba i7+ in schwach beleuchteten Bereichen nur während einer Testfahrt zu Navigationsproblemen kommen. Dieses Problem wird sich später beheben.

Fassen wir es zusammen

Abschließend möchten wir die Merkmale von Saugrobotern mit präziser Navigation auf Basis von Lidar und Kamera hervorheben.

Beide Navigationsarten ermöglichen eine präzise Kartierung des Raumes und maximieren die Reinigungseffizienz der Roboter. Die verglichenen Roboter können mehrere Reinigungskarten speichern, was insbesondere in zweistöckigen Häusern von Vorteil ist. Sie unterstützen außerdem die Reinigung nach dem Aufladen, die Zonierung für die zeitgesteuerte Reinigung einzelner Räume sowie die Möglichkeit, Sperr- und Reinigungszonen auf der Karte festzulegen.

Gleichzeitig erzeugt LiDAR eine präzisere Karte, wodurch die Reinigung schneller erfolgt und weniger Bereiche ausgelassen werden. Wie Sie sehen, gibt es bei der Verwendung eines Spiegels keine kritischen Probleme. Ungenaue Kartierungen lassen sich jedoch vermeiden, beispielsweise durch Anbringen einer Schutzfolie auf dem Spiegel im Bereich des LiDAR-Sensors, um Reflexionen der unsichtbaren Infrarotstrahlen des Sensors zu verhindern.

Was die Langlebigkeit des Laser-Entfernungsmessers selbst angeht, sind hochwertige Roboter wie Roborock mit einem zuverlässigen Lidar-System ausgestattet und daher sehr langlebig. Für unbekannte chinesische Roboter übernimmt jedoch niemand die Verantwortung, und in diesen Fällen besteht die Möglichkeit, dass das Navigationssystem vorzeitig ausfällt. Auch die Höhe ist ein wichtiger Faktor; flache Roboter mit Lidar-System sind nicht erhältlich, was wohl der einzige nennenswerte Nachteil ist.

Die Kartierungsgenauigkeit der Kamera ist etwas geringer, insbesondere bei größeren Flächen ab 100 Quadratmetern. Diese Roboter reinigen tendenziell auch langsamer. Die Kamera ist jedoch weniger störungsanfällig und beeinträchtigt die Höhe des Roboters nicht. Orientierungsprobleme bei schlechten Lichtverhältnissen können entweder während eines Einweisungsrundgangs oder bei Modellen auftreten, bei denen die Kamera eher als Attrappe denn als echtes Navigationsgerät dient.

Ich würde also sagen, dass Saugroboter mit Lidar-Technologie eine bessere Navigation bieten, aber nicht so sehr, dass man Modelle mit Kameras außer Acht lassen sollte. Letztendlich ist alles individuell und hängt stark vom jeweiligen Saugroboter ab.

Das beste Navigationssystem im Jahr 2020 ist in jedem Fall ein kombiniertes Lidar- und Kamerasystem. Einen Vergleich von Lidar- und Lidar+Kamera-Systemen finden Sie in unserem Video:

Das war's von mir. Viel Spaß beim Shoppen!