Vergelijking van navigatiesystemen voor robotstofzuigers: Lidar versus camera

Hartelijke groeten aan alle lezers van de website. robovac.washerhouse.comIn dit artikel vergelijken we de twee meest nauwkeurige navigatiesystemen voor robotstofzuigers: op lidar gebaseerde en op camera gebaseerde systemen. Dit type navigatie is doorgaans te vinden in modellen in het midden- en hogere prijssegment. Dit komt door de hoge kosten van de sensoren zelf. Sommige merken gebruiken uitsluitend camera's in hun topmodellen, terwijl andere uitsluitend lidar gebruiken. We vergelijken deze twee nu door de navigatiesystemen van topmodellen te testen. iRobot Roomba i7+ En Roborock S5 MaxLaten we dus eens uitzoeken wat beter is: lidar of camera voor navigatie.

Korte uitleg over navigatie

Laten we eerst kort bekijken wat precisienavigatie op basis van lidar en camera inhoudt en welke eigenschappen deze twee systemen hebben.

De lidar in robotstofzuigers is bovenop de behuizing gemonteerd. Het is een soort "torentje" met een roterende laser-afstandssensor erin, ook wel bekend als een LDS-sensor.

Deze laser-afstandsmeter draait 360 graden met hoge snelheid, scant objecten in de omgeving, berekent de afstanden ernaartoe en creëert een nauwkeurige plattegrond van de ruimte.

De voordelen van lidar zijn onder andere een gelijke navigatienauwkeurigheid bij alle lichtomstandigheden, dus zowel overdag als 's nachts. Bovendien is laserscantechnologie preciezer. Nadelen zijn onder andere frequentere storingen van de lidar vanwege het roterende mechanisme, en problemen met het scannen van reflecterende oppervlakken. Dit kunnen bijvoorbeeld spiegelende kastdeuren in een kamer of chromen stoelpoten zijn. Bovendien is de meeste robotstofzuigers met lidar Door de toren bovenop bereiken ze een hoogte van 10 cm, waardoor de wendbaarheid van de robots onder meubels minder is dan die van platte modellen.

De camera fungeert op zijn beurt als een visueel navigatiesysteem. Door beelden van de camera te lezen en te verwerken, wordt een plattegrond van de ruimte samengesteld. De camera scant het plafond, maakt meerdere foto's en gebruikt deze gegevens om een ​​plattegrond van de kamers te creëren.

Navigatie via een camera is betrouwbaarder wat betreft de duurzaamheid van de camera en is iets goedkoper. Bovendien verhoogt de camera de hoogte van de robotstofzuiger niet; sommige modellen zijn slechts 7-8 cm hoog, waardoor de robot onder lage meubels kan navigeren.

Nadelen van visuele navigatie: in ruimtes met weinig licht of schemerig verlichte omgevingen werkt de camera simpelweg niet meer. Bovendien is de nauwkeurigheid van visuele navigatie altijd lager dan die van laserscanning, vooral als het plafond geen belangrijke visuele oriëntatiepunten biedt die de robot kan gebruiken.

Vervolgens vergelijken we lidar- en cameratechnologie onder identieke praktijkomstandigheden om te zien welk type navigatie robotstofzuigers beter laat presteren.

Vergelijking #1 – Introductierit

Om de navigatie van de robots zo objectief mogelijk te testen, hebben we verschillende obstakels in de testruimte geplaatst, namelijk:

1. We hebben een kledingkastdeur met spiegel geïnstalleerd.
2. We creëerden een donkere zone tussen de muur en de bank.
3. We plaatsten een stoel, kinderspeelgoed en een doos als obstakels op het pad van de robots. We voegden ook een gewicht aan de doos toe om te voorkomen dat deze zou verschuiven, zelfs niet als de robot er lichtjes tegenaan zou stoten.

De test zelf wordt in de video getoond; we raden je aan deze te bekijken.

Het resultaat hiervan was dat:

1. De iRobot Roomba i7+ verplaatste alle objecten op zijn pad lichtjes, maakte alleen rond een van de stoelpoten schoon en dekte in principe het hele bereikbare gebied, op sommige plekken zelfs twee keer. De robot had iets meer dan 10 minuten nodig voor zijn eerste testronde. Deze keer navigeerde de robot zonder problemen door de donkere ruimte tussen de muur en de bank, maar tijdens een test raakte hij wel even de weg kwijt in het donker.
2. De Roborock S5 Max, met lidar-navigatie, is veel voorzichtiger met objecten en raakte slechts één speeltje. Hij cirkelde ook om elke stoelpoot en reinigde het hele toegankelijke gebied twee keer, waarbij hij de kamer in zones verdeelde. Hij had geen problemen met navigeren in het donker, maar de robotstofzuiger identificeerde de spiegeldeur als een verlengstuk van de kamer, waar hij geen toegang toe had. Dit had echter geen invloed op de reinigingsprestaties van het gehele toegankelijke gebied; het creëerde simpelweg een niet-bestaand deel van de kaart. De robot raakte de spiegel zelf niet en probeerde er niet doorheen te navigeren. De eerste rit duurde 19 minuten, maar de robot creëerde wel een nauwkeurigere kaart.

Vergelijking #2 – Bewegen met een opgeslagen kaart

Laten we nu eens kijken hoe het bewegingsalgoritme van de robots verandert nadat ze een plattegrond van de ruimte hebben gemaakt en in het geheugen hebben opgeslagen. We hebben ook de mogelijkheid toegevoegd om verboden zones op de plattegrond in te stellen; we voegen één zone tegelijk toe en testen hoe de robots daarop reageren. Alles wordt duidelijk gedemonstreerd in de video hierboven.

De iRobot Roomba i7+ reinigt zone per zone in een zigzagpatroon. Hij maakte niet schoon rond de stoelpoten, had geen navigatieproblemen in de donkere ruimte en herkende de verboden zone zonder erin te rijden. Een volledige schoonmaakbeurt duurde ongeveer 12 minuten.

Wat de Roborock S5 Max betreft, is het bewegingsalgoritme veranderd. De robot bewoog zich eerst langs de gehele omtrek van het toegankelijke gebied en begon vervolgens met schoonmaken in één vloeiende, kronkelende beweging. Hij maakte alle stoelpoten schoon, raakte nauwelijks obstakels aan en vermeed het verboden gebied.

Nog een opmerking: de iRobot Roomba i7+ maakte slechts één ronde achter de bank, terwijl de Roborock S5 Max twee keer heen en weer ging binnen hetzelfde gebied. Dit betekent dat de robot het smallere gedeelte grondiger schoonmaakte. Daarna maakte de robot een tweede ronde over het hele gebied en keerde terug naar het laadstation. Het duurde iets meer dan 18 minuten, maar ook hiermee werd een groter oppervlak gereinigd.

Vergelijking #3 – Oriëntatie in een ruimte met meerdere kamers

Tot slot wil ik graag vergelijken hoe robotstofzuigers met lidar- en cameratechnologie het hele huis in kaart brengen en hoe lang ze erover doen om dat gebied schoon te maken. In ons geval gaat het om vijf kamers met een totale oppervlakte van ongeveer 40 vierkante meter. Het effectieve schoonmaakgebied is ongeveer 35 vierkante meter.

De camera van de iRobot berekende een oppervlakte van 27 vierkante meter, terwijl de werkelijke oppervlakte ongeveer 35 vierkante meter is. De nauwkeurigheid van de berekening is echter hoog en de geometrie komt overeen met de werkelijke woonomgeving. De robot reinigt dit gebied in één keer in ongeveer 50-55 minuten, waarbij hij stopt bij bijzonder vuile plekken die door zijn optische sensor worden gedetecteerd.

De lidar van Roborock creëerde een ruimte met dezelfde geometrie, maar berekende het oppervlak nauwkeuriger, namelijk 34 vierkante meter, wat bijna identiek is aan het werkelijke oppervlak. Bovendien had het slechts 31 minuten nodig om de hele ruimte schoon te maken, wat aanzienlijk sneller is.

Uiteindelijk levert lidar een nauwkeurigere kaart op en maakt het een snellere verkenning van het gehele toegankelijke gebied mogelijk, vooral als er meerdere ruimtes zijn. Bovendien doorkruiste de robot met lidar in ons geval probleemgebieden grondiger, zoals de ruimte tussen de stoelpoten en de smalle, donkere ruimte achter de bank. Robots met lidar maken ook een zachter contact met objecten, waardoor ze minder vaak tegen hun bumpers aanbotsen.

Overigens is het belangrijk om te vermelden dat na meerdere passages robot met een cameraVooral als je de robot op verschillende tijdstippen van de dag inschakelt met wisselende lichtomstandigheden in de kamers, zal het navigatiepatroon van de robot automatisch worden ontwikkeld. Zelfs 's nachts kan hij het hele beschikbare gebied bestrijken zonder ongereinigde plekken over te slaan. De iRobot Roomba i7+ kan dus alleen tijdens een testrit navigatieproblemen ondervinden in slecht verlichte ruimtes. Dit probleem zal zich later vanzelf oplossen.

Laten we het samenvatten.

Tot slot willen we de kenmerken van robotstofzuigers met nauwkeurige navigatie op basis van lidar en een camera nog eens benadrukken.

In beide gevallen maken navigatiesystemen een nauwkeurige kaart van de ruimte mogelijk en maximaliseren ze de efficiëntie van robotreiniging. De vergeleken robots kunnen meerdere schoonmaakkaarten in hun geheugen opslaan, wat handig is voor huizen met twee verdiepingen. Ze ondersteunen ook schoonmaken na het opladen, het indelen van ruimtes in zones voor geplande schoonmaakbeurten per kamer, en de mogelijkheid om no-go- en schoonmaakzones op de kaart in te stellen.

Tegelijkertijd creëert lidar een nauwkeurigere kaart, waardoor het schoonmaken sneller gaat en er zo min mogelijk gebieden worden overgeslagen. Zoals je ziet, is er geen kritiek probleem bij het werken met een spiegel. Er zijn in elk geval manieren om onnauwkeurige kartering te voorkomen, zoals het aanbrengen van een beschermfolie op de spiegel ter hoogte van de lidarsensor om te voorkomen dat de onzichtbare infraroodstralen van de sensor reflecteren.

Wat betreft de duurzaamheid van de laser-afstandsmeter zelf: hoogwaardige robots, zoals Roborock, zijn uitgerust met een betrouwbare lidar, waardoor ze lang meegaan. Niemand is echter verantwoordelijk voor onbekende Chinese robots, en in die gevallen bestaat de kans dat het navigatiesysteem eerder uitvalt. En vergeet de hoogte niet; dunne robots met lidar zijn niet verkrijgbaar, dus dat is waarschijnlijk het enige noemenswaardige nadeel.

De nauwkeurigheid van de camera bij het in kaart brengen is iets minder, vooral in grotere gebieden van 100 vierkante meter en meer. Deze robots hebben ook de neiging om langzamer schoon te maken. De camera is echter minder gevoelig voor storingen en interfereert niet met de hoogte van de robot. Oriëntatieproblemen bij weinig licht kunnen zich voordoen tijdens een kennismakingsronde of bij modellen waarbij de camera meer een dummy is dan een echt navigatieapparaat.

Ik zou dus zeggen dat robotstofzuigers met lidar beter kunnen navigeren, maar niet zóveel beter dat ik geen modellen met camera's zou moeten overwegen. Het is per persoon verschillend en hangt grotendeels af van de robotstofzuiger die je kiest.

In elk geval is het beste navigatiesysteem in 2020 een gecombineerd lidar- en camerasysteem. Je kunt een vergelijking tussen lidar- en lidar+camera-systemen bekijken in onze video:

Dat was alles van mijn kant. Veel winkelplezier allemaal!