Roboti vaakumnavigatsiooni võrdlus: Lidar vs kaamera

Tervitused kõigile saidi lugejatele robovac.washerhouse.comSelles artiklis võrdleme kahte kõige täpsemat robottolmuimeja navigatsiooni tüüpi: lidaripõhist ja kaamerapõhist. Seda tüüpi navigatsiooni leidub tavaliselt keskmise ja premium-hinnaklassi mudelites. See on tingitud andurite endi kõrgest hinnast. Mõned kaubamärgid kasutavad oma lipulaevamudelites ainult kaameraid, teised aga ainult lidari. Nüüd võrdleme neid kahte, testides tippmudelite navigatsioonisüsteeme. iRobot Roomba i7+ Ja Roborock S5 MaxSeega, mõtleme välja, kumb on parem: lidar või navigeerimiskaamera.

Lühidalt navigeerimisest

Vaatame kõigepealt lühidalt üle, mis on lidaril ja kaameral põhinev täppisnavigatsioon ning millised on nende kahe süsteemi omadused.

Robottolmuimejate lidar on paigaldatud korpuse ülaosale. See on omamoodi "torn", mille sees on pöörlev laserkaugusmõõtja, tuntud ka kui LDS-andur.

See laserkaugusmõõtja pöörleb suurel kiirusel 360 kraadi, skaneerides enda ümber olevaid objekte, arvutades nende kaugusi ja luues ruumist täpse kaardi.

Lidari eeliste hulka kuulub võrdne navigeerimistäpsus igal valgustustasemel, st nii päeval kui öösel. Lisaks on laserskaneerimise tehnoloogia täpsem. Puuduste hulka kuuluvad sagedasemad lidari rikkeid pöörleva mehhanismi tõttu, samuti probleeme peegeldavate pindade skaneerimisel. See võib hõlmata ruumis peegliga kapiuksed või kroomitud toolijalad. Lisaks kõige sagedamini robottolmuimejad lidariga Tänu pealmisele tornile ulatuvad nad 10 cm kõrguseks ja seetõttu on robotite manööverdusvõime mööbli all halvem kui lamedatel mudelitel.

Kaamera on omakorda visuaalne navigatsioonisüsteem. Ruumi kaart luuakse kaamerast saadud piltide lugemise ja töötlemise teel. See skaneerib lage, teeb mitu pilti ja kasutab neid andmeid ruumide põrandaplaani loomiseks.

Kaamerapõhine navigeerimine on vastupidavam ja veidi odavam. Lisaks ei suurenda kaamera robottolmuimeja kõrgust; mõned mudelid on vaid 7-8 cm kõrged, mis võimaldab robotil madala mööbli all navigeerida.

Visuaalse navigeerimise puudused: hämaras või hämaralt valgustatud aladel kaamera lihtsalt "pimedaks läheb". Lisaks on visuaalse navigeerimise täpsus alati laserskaneerimisest halvem, eriti kui laes puuduvad roboti jaoks olulised visuaalsed vihjed.

Järgmisena võrdleme lidari ja kaameratehnoloogiat identsetes reaalsetes tingimustes, et näha, milline navigatsioonitüüp aitab robottolmuimejatel paremini töötada.

Võrdlus nr 1 – sissejuhatav sõit

Robotite navigatsiooni võimalikult objektiivseks testimiseks lõime katseruumi mitu takistust, nimelt:

1. Paigaldasime peegelustega riidekapi ukse.
2. Me lõime seina ja diivani vahele pimendatud ala.
3. Paigutasime robotite teele takistusteks tooli, laste mänguasjad ja kasti. Lisasime kastile ka raskuse, et see ei liiguks isegi siis, kui robot seda kergelt puudutab.

Test ise on videos näidatud, soovitame seda vaadata:

Selle tulemusel selgus, et:

1. iRobot Roomba i7+ liigutas kõiki oma teel olevaid objekte veidi, puhastades ainult ühe tooli jala ümbrust, ja kattis põhimõtteliselt kogu ligipääsetava ala, mõnes kohas isegi kaks korda. Robotil kulus sissejuhatava töö tegemiseks veidi üle 10 minuti. Seekord navigeeris robot seina ja diivani vahelises pimedas alas probleemideta, kuid ühe testi ajal läks see pimeduses veidi segadusse.
2. Lidaril põhineva navigatsiooniga Roborock S5 Max on esemete suhtes palju õrnem, tabades ainult ühte mänguasja. Samuti tegi see ringi ümber iga tooli jala ja kattis kogu ligipääsetava ala kaks korda, jagades ruumi tsoonideks. Pimedas navigeerimisega polnud sellel probleeme, kuid robottolmuimeja tuvastas peegliga ukse ruumi pikendusena, kuhu ta ei pääsenud. See ei mõjutanud aga kogu ligipääsetava ala puhastusjõudlust; see lõi lihtsalt kaardi olematu osa. Robot ei tabanud peeglit ennast ja üritas sellest läbi navigeerida. Sissejuhatav sõit võttis aega 19 minutit, kuid robot lõi täpsema kaardi.

Võrdlus nr 2 – Salvestatud kaardiga liikumine

Vaatame nüüd, kuidas robotite liikumisalgoritm muutub pärast seda, kui nad on ruumi kaardi koostanud ja selle mällu salvestanud. Oleme lisanud ka võimaluse kaardile keelutsooneid määrata; lisame ühe tsooni korraga ja testime, kuidas robotid neile reageerivad. Kõik on selgelt demonstreeritud ülaltoodud videos.

iRobot Roomba i7+ puhastab tsoon tsooni haaval lookleva mustri järgi. See ei puhastanud toolijalgade ümbert, pimedas alas navigeerimisel probleeme ei tekkinud ja keelutsooni tundis ära sinna sisenemata. Ühekordne puhastus võttis aega umbes 12 minutit.

Roborock S5 Maxi puhul on liikumisalgoritm muutunud. Robot liikus esmalt ümber kogu ligipääsetava ala mööda perimeetrit ja seejärel hakkas puhastama ühe lookleva liigutusega. See puhastas kõigi toolijalgade ümbert, vaevu puudutades takistusi ja vältides piiratud ala.

Veel üks tähelepanek: iRobot Roomba i7+ tegi diivani taga ainult ühe suuna läbimise, samas kui Roborock S5 Max tegi sama ala piires kaks edasi-tagasi läbimist, mis tähendas, et see puhastas kitsamat ala põhjalikumalt. Pärast seda tegi robot kogu ala teise läbimise ja naasis oma baasi. See võttis veidi üle 18 minuti, kuid jällegi kattis see suurema ala.

Võrdlus nr 3 – Orienteerumine mitmetoalise ruumi sees

Ja lõpetuseks tahaksin võrrelda, kuidas lidari- ja kaamerapõhised robottolmuimejad kaardistavad kogu maja ja kui kaua neil selle ala puhastamiseks aega kulub. Meie puhul on see viis tuba kogupindalaga umbes 40 ruutmeetrit. Efektiivne puhastusala on umbes 35 ruutmeetrit.

iRoboti kaamera arvutas pindalaks 27 ruutmeetrit, kuigi tegelik pindala on umbes 35 ruutmeetrit. Arvutuse täpsus on aga kõrge ja geomeetria vastab tegelikule kodukeskkonnale. Robot puhastab selle ala ühe käiguga umbes 50–55 minutiga, peatudes optilise anduri abil tuvastatud eriti määrdunud aladel.

Roborocki lidar lõi sama geomeetriaga ruumi, kuid arvutas pindala täpsemalt – 34 ruutmeetrit, mis on peaaegu identne tegeliku pindalaga. Lisaks kulus kogu ala puhastamiseks vaid 31 minutit, mis on oluliselt kiirem.

Lõppkokkuvõttes loob lidar täpsema kaardi ja võimaldab mitme ruumi korral kogu ligipääsetava ala kiiremini läbida. Lisaks läbis meie puhul lidariga varustatud robot probleemsed alad põhjalikumalt, näiteks toolijalgade vahelise ala ja kitsa, pimeda ruumi diivani taga. Lidariga varustatud robotid puutuvad esemetega kokku ka pehmemalt, mistõttu nad põrkavad vastu kaitseraudu harvemini.

Muide, oluline on märkida, et pärast mitut läbimist robot kaameraga, eriti kui lülitate selle sisse erinevatel kellaaegadel, kui tubades on erinev valgustus, arendatakse roboti navigeerimismustrit automaatselt välja ja isegi öösel suudab see katta kogu olemasoleva ala ilma puhastamata alasid jätmata. Seega võib iRobot Roomba i7+ hämaras valgustatud aladel navigeerimisprobleeme esineda ainult proovisõidu ajal. See probleem laheneb hiljem.

Võtame selle kokku

Kokkuvõtteks toome esile robottolmuimejate omadused, millel on täpne navigatsioon, mis põhineb lidaril ja kaameral.

Igal juhul võimaldavad mõlemad navigeerimistüübid ruumi täpset kaardistamist ja maksimeerivad roboti puhastustõhusust. Võrreldavad robotid saavad oma mällu salvestada mitu puhastuskaarti, mis on kasulik kahekorruseliste majade puhul. Need toetavad ka puhastamist pärast laadimist, ruumide tsoneerimist ajastatud ruumipõhiseks puhastamiseks ning võimalust kaardile määrata keelutsoonid ja puhastustsoonid.

Samal ajal loob lidar täpsema kaardi, seega puhastab see kiiremini ja jätab minimaalselt vahelejäänud alasid. Nagu näete, pole peegliga töötamisel kriitilist probleemi. Igal juhul on olemas viise, kuidas ebatäpset kaardistamist vältida, näiteks lidari tasemel peeglile kaitsekile pealekandmine, et vältida anduri nähtamatute infrapunakiirte peegeldumist.

Mis puutub laserkaugusmõõtja enda vastupidavusse, siis kvaliteetsed robotid, näiteks Roborock, on varustatud usaldusväärse lidariga, seega kestavad nad kaua. Keegi ei vastuta aga tundmatute Hiina robotite eest ja sellistel juhtudel on võimalus, et navigatsioonisüsteem võib varem üles öelda. Ja ärge unustage kõrgust; õhukesi lidariga roboteid pole saadaval, seega on see ilmselt ainus oluline puudus.

Kaamera kaardistamise täpsus on veidi halvem, eriti suurematel aladel, mille suurus on 100 ruutmeetrit ja rohkem. Need robotid kipuvad ka aeglasemalt puhastama. Kaamera rikete tõenäosus on aga väiksem ja roboti kõrgus ei mõjuta seda. Orienteerumisprobleemid hämaras valguses võivad tekkida kas tutvustuskäigu ajal või mudelite puhul, kus kaamera on pigem mannekeen kui päris navigatsiooniseade.

Seega ütleksin, et lidariga robottolmuimejad on navigeerimisel paremad, aga mitte nii palju, et ma ei peaks kaaluma kaameraga mudeleid. See on kõik individuaalne ja sõltub suuresti valitud robottolmuimejast.

Igal juhul on 2020. aastal parim navigatsioonisüsteem kombineeritud lidari ja kaamerasüsteem. Lidari ja lidar+kaamerasüsteemide võrdlust näete meie videost:

See on kõik minu poolt. Head ostlemist kõigile!