Σύγκριση πλοήγησης κενού ρομπότ: Lidar vs. Κάμερα

Χαιρετισμούς σε όλους τους αναγνώστες του ιστότοπου robovac.washerhouse.comΣε αυτό το άρθρο, θα συγκρίνουμε τους δύο πιο ακριβείς τύπους ρομποτικής πλοήγησης κενού: που βασίζεται σε lidar και που βασίζεται σε κάμερα. Αυτός ο τύπος πλοήγησης συναντάται συνήθως σε μοντέλα μεσαίας και υψηλής τιμής. Αυτό οφείλεται στο υψηλό κόστος των ίδιων των αισθητήρων. Ορισμένες μάρκες χρησιμοποιούν αποκλειστικά κάμερες στα ναυαρχίδα τους, ενώ άλλες χρησιμοποιούν αποκλειστικά lidar. Θα συγκρίνουμε τώρα αυτά τα δύο δοκιμάζοντας τα συστήματα πλοήγησης των κορυφαίων μοντέλων. iRobot Roomba i7+ Και Roborock S5 MaxΑς δούμε λοιπόν τι είναι καλύτερο: lidar ή κάμερα για πλοήγηση.

Εν συντομία για την πλοήγηση

Ας εξετάσουμε πρώτα εν συντομία τι είναι η πλοήγηση ακριβείας που βασίζεται σε lidar και κάμερα, και ποια χαρακτηριστικά έχουν αυτά τα δύο συστήματα.

Το lidar στις ρομποτικές ηλεκτρικές σκούπες είναι τοποθετημένο στο πάνω μέρος του σώματος. Είναι ένα είδος «πυργίσκου» με ένα περιστρεφόμενο αποστασιόμετρο λέιζερ στο εσωτερικό του, γνωστό και ως αισθητήρας LDS.

Αυτό το αποστασιόμετρο λέιζερ περιστρέφεται 360 μοίρες με υψηλή ταχύτητα, σαρώνοντας αντικείμενα γύρω του, υπολογίζοντας τις αποστάσεις από αυτά και δημιουργώντας έναν ακριβή χάρτη του δωματίου.

Τα πλεονεκτήματα του lidar περιλαμβάνουν την ίση ακρίβεια πλοήγησης σε οποιοδήποτε επίπεδο φωτισμού, δηλαδή, τόσο την ημέρα όσο και τη νύχτα. Επιπλέον, η τεχνολογία σάρωσης με λέιζερ είναι πιο ακριβής. Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν τις πιο συχνές βλάβες του lidar λόγω του περιστρεφόμενου μηχανισμού, καθώς και προβλήματα σάρωσης ανακλαστικών επιφανειών. Αυτό θα μπορούσε να περιλαμβάνει καθρέφτες στις πόρτες των ντουλαπιών σε ένα δωμάτιο ή χρωμιωμένα πόδια καρέκλας. Επιπλέον, τις περισσότερες φορές... ρομποτικές ηλεκτρικές σκούπες με lidar Φτάνουν τα 10 εκατοστά σε ύψος λόγω του πυργίσκου στην κορυφή και επομένως η ευελιξία των ρομπότ κάτω από έπιπλα είναι κατώτερη από αυτή των επίπεδων μοντέλων.

Η κάμερα, με τη σειρά της, είναι ένα σύστημα οπτικής πλοήγησης. Ένας χάρτης του δωματίου κατασκευάζεται διαβάζοντας και επεξεργαζόμενος εικόνες από την κάμερα. Σαρώνει την οροφή, λαμβάνει πολλαπλές εικόνες και χρησιμοποιεί αυτά τα δεδομένα για να δημιουργήσει μια κάτοψη των δωματίων.

Η πλοήγηση μέσω κάμερας είναι πιο αξιόπιστη όσον αφορά την ανθεκτικότητα της κάμερας και είναι ελαφρώς φθηνότερη. Επιπλέον, η κάμερα δεν αυξάνει το ύψος της ρομποτικής ηλεκτρικής σκούπας. Ορισμένα μοντέλα έχουν ύψος μόνο 7-8 cm, επιτρέποντας στο ρομπότ να πλοηγείται κάτω από χαμηλά έπιπλα.

Μειονεκτήματα της οπτικής πλοήγησης: σε περιοχές με χαμηλό ή αμυδρό φωτισμό, η κάμερα απλώς «τυφλώνεται». Επιπλέον, η ακρίβεια της οπτικής πλοήγησης είναι πάντα κατώτερη από τη σάρωση με λέιζερ, ειδικά εάν η οροφή δεν διαθέτει βασικά οπτικά στοιχεία για να τα χρησιμοποιήσει το ρομπότ.

Στη συνέχεια, θα συγκρίνουμε την τεχνολογία lidar και κάμερας υπό πανομοιότυπες πραγματικές συνθήκες για να δούμε ποιος τύπος πλοήγησης βοηθά τις ρομποτικές ηλεκτρικές σκούπες να αποδίδουν καλύτερα.

Σύγκριση #1 – Εισαγωγική Ενέργεια

Για να ελέγξουμε την πλοήγηση των ρομπότ όσο το δυνατόν πιο αντικειμενικά, δημιουργήσαμε αρκετά εμπόδια στην αίθουσα δοκιμών, συγκεκριμένα:

1. Εγκαταστήσαμε μια πόρτα ντουλάπας με καθρέφτη.
2. Δημιουργήσαμε μια σκοτεινή περιοχή ανάμεσα στον τοίχο και τον καναπέ.
3. Τοποθετήσαμε μια καρέκλα, παιδικά παιχνίδια και ένα κουτί που λειτουργούν ως εμπόδια στην πορεία των ρομπότ. Προσθέσαμε επίσης ένα βάρος στο κουτί για να μην κινείται ακόμα και όταν το αγγίζει ελαφρά το ρομπότ.

Η ίδια η δοκιμή παρουσιάζεται στο βίντεο, σας προτείνουμε να την παρακολουθήσετε:

Ως αποτέλεσμα, αποδείχθηκε ότι:

1. Το iRobot Roomba i7+ μετακίνησε ελαφρώς όλα τα αντικείμενα που βρίσκονταν στην πορεία του, καθαρίζοντας μόνο γύρω από ένα από τα πόδια της καρέκλας, και ουσιαστικά κάλυψε ολόκληρη την προσβάσιμη περιοχή, ακόμη και δύο φορές σε ορισμένες περιοχές. Το ρομπότ χρειάστηκε λίγο περισσότερο από 10 λεπτά για να ολοκληρώσει την εισαγωγική του λειτουργία. Αυτή τη φορά, το ρομπότ πλοηγήθηκε στην σκοτεινή περιοχή μεταξύ του τοίχου και του καναπέ χωρίς πρόβλημα, αλλά κατά τη διάρκεια μιας δοκιμής, μπερδεύτηκε λίγο στο σκοτάδι.
2. Το Roborock S5 Max, με πλοήγηση που βασίζεται σε lidar, είναι πολύ πιο ήπιο με τα αντικείμενα, χτυπώντας μόνο ένα παιχνίδι. Επίσης, έκανε κύκλους σε κάθε πόδι καρέκλας και κάλυψε ολόκληρη την προσβάσιμη περιοχή δύο φορές, χωρίζοντας το δωμάτιο σε ζώνες. Δεν είχε κανένα πρόβλημα να πλοηγηθεί στο σκοτάδι, αλλά η ρομποτική ηλεκτρική σκούπα αναγνώρισε την πόρτα με τον καθρέφτη ως επέκταση του δωματίου, στην οποία δεν μπορούσε να έχει πρόσβαση. Ωστόσο, αυτό δεν επηρέασε την απόδοση καθαρισμού ολόκληρης της προσβάσιμης περιοχής. Απλώς δημιούργησε ένα ανύπαρκτο μέρος του χάρτη. Το ρομπότ δεν χτύπησε τον ίδιο τον καθρέφτη και προσπάθησε να πλοηγηθεί μέσα από αυτόν. Η εισαγωγική διαδρομή διήρκεσε 19 λεπτά, αλλά το ρομπότ δημιούργησε έναν πιο ακριβή χάρτη.

Σύγκριση #2 – Μετακίνηση με αποθηκευμένο χάρτη

Ας δούμε τώρα πώς αλλάζει ο αλγόριθμος κίνησης των ρομπότ αφού δημιουργήσουν έναν χάρτη του δωματίου και τον αποθηκεύσουν στη μνήμη. Προσθέσαμε επίσης τη δυνατότητα να ορίζουμε ζώνες απαγόρευσης στον χάρτη. Θα προσθέτουμε μία ζώνη κάθε φορά και θα δοκιμάζουμε πώς αντιδρούν τα ρομπότ σε αυτές. Όλα φαίνονται ξεκάθαρα στο παραπάνω βίντεο.

Το iRobot Roomba i7+ καθαρίζει ζώνη προς ζώνη σε ελικοειδές μοτίβο. Δεν καθάριζε γύρω από τα πόδια της καρέκλας, δεν είχε προβλήματα πλοήγησης στη σκοτεινή περιοχή και αναγνώριζε την απαγορευμένη ζώνη χωρίς να εισέλθει σε αυτήν. Ένας μόνο καθαρισμός χρειάστηκε περίπου 12 λεπτά.

Όσον αφορά το Roborock S5 Max, ο αλγόριθμος κίνησης έχει αλλάξει. Το ρομπότ κινήθηκε πρώτα σε ολόκληρη την προσβάσιμη περιοχή κατά μήκος της περιμέτρου και στη συνέχεια άρχισε να καθαρίζει με μία μόνο, ελικοειδή κίνηση. Καθαρίζει γύρω από όλα τα πόδια της καρέκλας, αγγίζοντας ελάχιστα τυχόν εμπόδια και αποφεύγοντας την περιορισμένη περιοχή.

Μια άλλη παρατήρηση: το iRobot Roomba i7+ έκανε μόνο ένα πέρασμα προς μία κατεύθυνση πίσω από τον καναπέ, ενώ το Roborock S5 Max έκανε δύο περάσματα μπρος-πίσω στην ίδια περιοχή, πράγμα που σημαίνει ότι καθάρισε την στενότερη περιοχή πιο σχολαστικά. Μετά από αυτό, το ρομπότ έκανε ένα δεύτερο πέρασμα σε ολόκληρη την περιοχή και επέστρεψε στη βάση του. Χρειάστηκαν λίγο περισσότερο από 18 λεπτά, αλλά και πάλι, κάλυψε μια μεγαλύτερη περιοχή.

Σύγκριση #3 – Προσανατολισμός σε χώρο πολλαπλών δωματίων

Και τέλος, θα ήθελα να συγκρίνω πώς οι ρομποτικές ηλεκτρικές σκούπες που βασίζονται σε lidar και κάμερες χαρτογραφούν ολόκληρο το σπίτι και πόσο χρόνο χρειάζονται για να καθαρίσουν αυτήν την περιοχή. Στην περίπτωσή μας, πρόκειται για πέντε δωμάτια με συνολική επιφάνεια περίπου 40 τετραγωνικών μέτρων. Η αποτελεσματική περιοχή καθαρισμού είναι περίπου 35 τετραγωνικά μέτρα.

Η κάμερα του iRobot υπολόγισε μια επιφάνεια 27 τετραγωνικών μέτρων, αν και η πραγματική επιφάνεια είναι περίπου 35 τετραγωνικά μέτρα. Ωστόσο, η ακρίβεια υπολογισμού είναι υψηλή και η γεωμετρία ταιριάζει με το πραγματικό οικιακό περιβάλλον. Το ρομπότ καθαρίζει αυτήν την περιοχή με ένα μόνο πέρασμα σε περίπου 50-55 λεπτά, σταματώντας σε ιδιαίτερα βρώμικες περιοχές που ανιχνεύονται από τον οπτικό αισθητήρα του.

Το lidar του Roborock δημιούργησε ένα δωμάτιο με την ίδια γεωμετρία, αλλά υπολόγισε την περιοχή με μεγαλύτερη ακρίβεια, στα 34 τετραγωνικά μέτρα, η οποία είναι σχεδόν πανομοιότυπη με την πραγματική περιοχή. Επιπλέον, χρειάστηκαν μόνο 31 λεπτά για να καθαριστεί ολόκληρη η περιοχή, κάτι που είναι σημαντικά πιο γρήγορο.

Τελικά, το lidar παράγει έναν πιο ακριβή χάρτη και επιτρέπει την ταχύτερη διέλευση ολόκληρης της προσβάσιμης περιοχής εάν υπάρχουν πολλά δωμάτια. Επιπλέον, το ρομπότ εξοπλισμένο με lidar στην περίπτωσή μας διέσχισε τις προβληματικές περιοχές πιο διεξοδικά, όπως την περιοχή ανάμεσα στα πόδια της καρέκλας και τον στενό, σκοτεινό χώρο πίσω από τον καναπέ. Τα ρομπότ που είναι εξοπλισμένα με lidar έρχονται επίσης σε πιο μαλακή επαφή με αντικείμενα, με αποτέλεσμα να χτυπούν τους προφυλακτήρες τους λιγότερο συχνά.

Παρεμπιπτόντως, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι μετά από αρκετά περάσματα ρομπότ με κάμερα, ειδικά αν το ενεργοποιείτε σε διαφορετικές ώρες της ημέρας με διαφορετικά επίπεδα φωτισμού στα δωμάτια, το μοτίβο πλοήγησης του ρομπότ θα αναπτυχθεί αυτόματα και, ακόμη και τη νύχτα, θα μπορεί να καλύψει ολόκληρη τη διαθέσιμη περιοχή χωρίς να αφήσει καμία ακάθαρτη περιοχή. Έτσι, το iRobot Roomba i7+ ενδέχεται να αντιμετωπίσει προβλήματα πλοήγησης σε περιοχές με χαμηλό φωτισμό μόνο κατά τη διάρκεια μιας δοκιμαστικής οδήγησης. Αυτό το πρόβλημα θα επιλυθεί αργότερα.

Ας το συνοψίσουμε

Συμπερασματικά, ας επισημάνουμε τα χαρακτηριστικά των ρομποτικών ηλεκτρικών σκουπών με ακριβή πλοήγηση που βασίζεται σε lidar και κάμερα.

Σε κάθε περίπτωση, και οι δύο τύποι πλοήγησης επιτρέπουν την ακριβή χαρτογράφηση του δωματίου και μεγιστοποιούν την απόδοση του ρομποτικού καθαρισμού. Τα συγκριτικά ρομπότ μπορούν να αποθηκεύσουν πολλαπλούς χάρτες καθαρισμού στη μνήμη τους, κάτι που είναι χρήσιμο για διώροφα σπίτια. Υποστηρίζουν επίσης τον καθαρισμό μετά την επαναφόρτιση, την χωροθέτηση δωματίων για προγραμματισμένο καθαρισμό ανά δωμάτιο και τη δυνατότητα ορισμού ζωνών απαγόρευσης και καθαρισμού στον χάρτη.

Ταυτόχρονα, το lidar δημιουργεί έναν πιο ακριβή χάρτη, επομένως καθαρίζει πιο γρήγορα και αφήνει ελάχιστες χαμένες περιοχές. Όπως μπορείτε να δείτε, δεν υπάρχει κάποιο κρίσιμο πρόβλημα κατά την εργασία με έναν καθρέφτη. Σε κάθε περίπτωση, υπάρχουν τρόποι για να αποφύγετε την ανακριβή χαρτογράφηση, όπως η εφαρμογή μιας προστατευτικής μεμβράνης στον καθρέφτη στο επίπεδο του lidar για να αποτρέψετε την ανάκλαση των αόρατων υπέρυθρων ακτίνων του αισθητήρα.

Όσον αφορά την ανθεκτικότητα του ίδιου του λέιζερ αποστασιόμετρου, τα ρομπότ υψηλής ποιότητας, όπως το Roborock, είναι εξοπλισμένα με ένα αξιόπιστο lidar, επομένως θα διαρκέσουν πολύ καιρό. Ωστόσο, κανείς δεν είναι υπεύθυνος για άγνωστα κινεζικά ρομπότ και σε αυτές τις περιπτώσεις, υπάρχει πιθανότητα το σύστημα πλοήγησης να παρουσιάσει βλάβη νωρίτερα. Και μην ξεχνάτε το ύψος. Δεν υπάρχουν διαθέσιμα λεπτά ρομπότ με lidar, επομένως αυτό είναι πιθανώς το μόνο σημαντικό μειονέκτημα.

Η ακρίβεια χαρτογράφησης της κάμερας είναι ελαφρώς κατώτερη, ειδικά σε μεγαλύτερες περιοχές 100 τετραγωνικών μέτρων και άνω. Αυτά τα ρομπότ τείνουν επίσης να καθαρίζουν πιο αργά. Ωστόσο, η κάμερα είναι λιγότερο πιθανό να παρουσιάσει δυσλειτουργία και δεν επηρεάζει το ύψος του ρομπότ. Προβλήματα προσανατολισμού σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού ενδέχεται να προκύψουν είτε κατά τη διάρκεια μιας εξοικείωσης με την κάμερα είτε σε μοντέλα όπου η κάμερα είναι περισσότερο ένα ομοίωμα παρά μια πραγματική συσκευή πλοήγησης.

Επομένως, θα έλεγα ότι οι ρομποτικές ηλεκτρικές σκούπες με lidar είναι καλύτερες στην πλοήγηση, αλλά όχι τόσο ώστε να μην εξετάσω μοντέλα με κάμερες. Όλα είναι ξεχωριστά και εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη ρομποτική ηλεκτρική σκούπα που θα επιλέξετε.

Σε κάθε περίπτωση, το 2020, το καλύτερο σύστημα πλοήγησης είναι ένας συνδυασμός συστήματος lidar και κάμερας. Μπορείτε να δείτε μια σύγκριση συστημάτων lidar και συστημάτων lidar+κάμερας στο βίντεό μας:

Αυτά από εμένα. Καλές αγορές σε όλους!