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映射魔術:激光雷達如何在機器人吸塵器中真正發揮作用?

映射魔法激光雷達機器人 12

試想一下,外面天氣潮濕,客人來找你,然後在走廊裡跟著——如果不採取任何措施,現在泥土和沙子的殘留物會迅速蔓延到整個房子。 無需去陽台掃帚掃地,也無需從壁櫥中取出吸塵器,將其插入插座並手動消除後果,您可以喝杯咖啡放鬆一下,按下智能手機上的幾個按鈕,在本地模式下,機器人吸塵器將在幾分鐘內清除所有污染。 你甚至不必失敗! 簡單的。

映射魔術:激光雷達如何在機器人吸塵器中真正發揮作用?

“智能”真空吸塵器的功能由以下主要係統提供:導航模塊、清潔機制、基地搜索和充電。 導航系統允許您的智能助手在房子周圍導航。 該系統的正確操作不允許工作丟失或不被移到某處。 今天,有兩種方法可以製作房間地圖:使用相機和使用激光測距儀。 如您所知,每個機器人真空吸塵器的效率直接取決於它“看到”周圍環境的程度,並因此能夠在這種環境中計劃其行動。 今天我們談論的是映射機器人吸塵器。

第一種方法的先驅者根據 SLAM 原理工作。 機器人對天花板、牆壁和門的表面拍照,從而記住清潔路線。 該技術允許您比較照片並根據此數據調整路線。 至於第二種方法,型號配備了激光測距儀,該測距儀內置在錶殼上部的一個特殊塔中。 激光測距儀測量與真空吸塵器路徑中物體的距離。 因此,在太空中具有激光引導的機器人真空吸塵器根據脈衝激光掃描模塊(即所謂的 LIDAR(或 LDS 傳感器))的數據進行自我定位。

帶激光雷達的機器人真空吸塵器

這個實際上是微型激光測距儀,它以高速(非常高)旋轉 360°,連續“掃描”給定平面中的周圍空間,並根據光線的反射時間計算到障礙物的距離,並且內置在計算機中基於此信息估計設備的相對位置並建立其移動路線。 鑑於激光雷達的主要優勢之一是準確性,據信機器人真空吸塵器能夠更好地在室內導航,包括在完全黑暗的環境中。 機器人真空吸塵器中的激光雷達安裝在車身頂部。 這是一個所謂的“砲塔”,裡面裝有一個激光測距儀。

激光雷達方案
LIDAR內部結構示意圖

激光雷達的特點是在任何照明水平下(即白天和晚上)都具有相同的導航精度。 此外,激光掃描技術更加準確。 缺點包括掃描鏡塗層的問題。 它可以是房間櫥櫃的鏡門,也可以是椅子的鍍鉻腿。 但是,您將不得不忍受此功能。

也很有趣: 抹布機器人:真空吸塵器概述 Xiaomi 真空拖把 P

如今,大多數著名公司都生產了至少一種帶有激光測距儀的模型。 他們的成本相當高,起價為 6 UAH(約 000 美元),但這並不能阻止真正舒適的愛好者購買。

LIDAR

因此,獲得的數據使您可以製作房間的詳細地圖並選擇最佳清潔路線。 衛生程序變得清晰而快速,無需不必要的設備移動。 帶有激光雷達的現代機器人在白天和晚上都在太空中定向。 他們很好地導航房間。 通過高質量的維護和及時更換耗材(過濾器和刷子),這樣的設備可以使用三年或更長時間。

羅伯洛克S6 MaxV
羅伯洛克S6 MaxV

旗艦副本來自 Xiaomi, 例子, 羅伯洛克S6 MaxV, 去年打入家電市場,同時擁有功能性串聯激光雷達和立體攝像頭。 如果設備與智能手機或平板電腦同步,這不僅可以讓您識別機器人路徑中的物體和障礙物,還可以在您不在時監控房屋。 專家指出高功能性、乾濕清潔的可能性以及出色的技術特性。 但 ∼ 18 UAH 的價格並不符合每個人的口味(約 000 美元)。

米家掃地機器人2 Pro
米家掃地機器人2 Pro

另一個讓我個人驚喜的選擇是這個 Xiaomi 小米掃地機器人2 Pro。 以至於他出生 審查, 我家裡有一個智能助手。 它的價格已經更令人愉悅了,在烏克蘭它的價格約為 11 UAH(約合 000 美元)。 LIDAR在這裡也負責導航,一個障礙物檢測傳感器放置在機械保險槓的前面,一般有390組不同的傳感器。 但最主要的是更新後的激光距離傳感器 (LDS),它可以 19° 旋轉,事實上,這就是我們今天要談論的。 順便一提, 羅曼·哈卡利斯做到了 檢查他的兄弟 -  Xiaomi 真空拖把 P - 他還有一個激光雷達和 - 擾流板! - 也很聰明。

Xiaomi 真空拖把 P
Xiaomi 真空拖把 P

回到技術上,事實證明,在幾圈內,激光雷達可以建立數百個點,從機器人真空吸塵器到房間裡的牆壁和物體的距離。 繞了一圈後,他迅速掃視了房間,畫了一張地圖。 激光單元本身不直接接收功率,也沒有直接接觸來接收電流。 激光感應板採用感應供電(根據手機無線充電原理,電流在線圈之間傳遞)。 在這些線圈上,纏繞著一根電線,上面覆蓋著一層薄薄的清漆保護層。 得益於激光雷達和內置地圖,吸塵器不會像 Windows 中的屏幕保護程序那樣隨機運行,敲擊角落,而是小心翼翼地通過整個區域(沒有激光雷達的機型通常會奇怪地滾動)。 這顯著加快了清潔速度。 此外,吸塵器最多可存儲四張地圖並識別樓層。

地圖
左側 - 帶有激光雷達的機器人的地圖,右側 - 帶有攝像頭。

此外,4 張地圖中的每一張都可以分為 10 個特殊區域,您可以在這些區域中調整您的清潔參數:吸力(高達 3000 Pa in Xiaomi 米家掃地機器人2 Pro)、通過次數等。 並且可以通過在應用程序中安裝虛擬牆來禁止在某個地方開車。 您甚至可以為不同區域選擇乾洗和濕洗。 但是,無需為此連接/斷開單獨的水箱。 多虧了激光雷達,這一切都成為可能。

順便說一句,如果您的機器人真空吸塵器沒有看到擴展塢、旋轉到位、構建地圖不正確、出錯、迷路,然後檢查激光雷達。 檢查 LED 是否正常工作,並且沒有任何東西阻止傳感器旋轉。 我們不應該忘記機器人吸塵器看不到底座的最平庸的原因:傳輸膜沒有去除,這會干擾信號質量,或者機器人表面可能覆蓋了一層灰塵,然後你需要徹底擦拭整個身體。

使用激光雷達構建真空吸塵器地圖的方案

但無論你說什麼,地圖導航也並非沒有缺點。 具有基於數碼相機的映射的模型可以在房間周圍“翻轉”或在光線不足的房間中迷路。 黑色塗層可以改變帶有激光雷達的模型中的激光傳感器信號(但事實證明,這不是問題 Xiaomi 小米掃地機器人2 Pro),而鏡子到地板會欺騙性地增加機器人吸塵器“眼睛”中的房間大小。 但與家中始終清新的氛圍和乾淨的地板相比,所有這些都是微不足道的缺點。

Xiaomi

沒有機器人吸塵器可以完美地清潔和移動。 讓我們從這樣一個事實開始,有時您必須將機器人從盤繞的電線中解放出來,或者從中拉出留在地板上的襪子。 畢竟,您的掃地機器人使用何種導航方法並不重要,只要它以最小的努力清潔到您滿意的程度即可。

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弗拉基米爾
弗拉基米爾
2年前

非常翔實的文章! 甚至擁有一個機器人,我學到了很多有趣的東西)例如,為什麼吸塵器如此徒勞地攻擊帶有落地鏡的櫥櫃))
這些文章比烏克蘭關於太空線程的技術文章更有趣))

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