Как работают роботы-пылесосы Roomba?

Мы учимся любить наши машины — или, по крайней мере, так это начинает казаться! С начала 19 века, когда
печально известная банда текстильщиков, называемых луддитами, разбила
машины, которые, как они боялись, отнимали у них работу, все изменилось невероятно далеко. Как бы они отнеслись
к жизни 200 лет спустя, когда большинство продуктов будут производиться на высокоавтоматизированных
фабриках, и многие из нас теперь приглашают роботов в свои
дома? Домашние роботы еще только на начальной стадии развития, но популярная
маленькая машина под названием Roomba может стать олицетворением
грядущих вещей. Это небольшой компьютеризированный пылесос, который носится по вашему
дому, автоматически чистя и пылесося ковры, паласы и
полы. Как он работает? Есть ли в нем хоть какой-то смысл? Стоит ли его купить? Давайте
рассмотрим его поближе!

Фото: Когда Roomba заканчивает уборку, он встает на зарядную станцию ​​и заряжает аккумуляторы, готовый к следующему разу. Кнопка CLEAN (в центре) мигает оранжевым во время зарядки; как только Roomba полностью зарядится, кнопка становится зеленой. Все это чрезвычайно просто в использовании. Вы просто нажимаете кнопку CLEAN, чтобы запустить его — и это все, что вам нужно сделать. Если вы хотите, чтобы он убирался, пока вас нет, вы можете запрограммировать полный ежедневный или еженедельный график уборки. Это один из популярных Roomba 560, выпущенный примерно в 2010 году.

Что такое Roomba?

Roomba — это компактный компьютеризированный пылесос, который
автоматически перемещается по дому. Как и обычный пылесос, он собирает грязь
вращающимися щетками и пылесосом. Сбоку установлена ​​вращающаяся щетка, которая
заталкивает грязь под машину, а когда она оказывается там, еще две вращающиеся
в противоположных направлениях щетки подбирают грязь и направляют ее к мощному пылесосу,
который всасывает ее в небольшой контейнер для хранения.

В отличие от обычного пылесоса, Roomba перемещается по комнате с помощью двух больших колес тракторного типа, каждое из которых независимо приводится в движение отдельным электродвигателем.
Колеса могут вращаться в противоположных направлениях, что означает, что Roomba может буквально «вращаться на месте»
и убирать практически в любом месте, куда он может заехать.

Питание осуществляется от встроенного аккумулятора NiMH.
Это может быть недостатком, но практически все функции Roomba были
разработаны для использования как можно меньшего количества энергии, чтобы он
мог работать довольно долго (может быть, 90 минут, если вам повезет) между зарядками. Roomba имеет множество встроенных датчиков
для обнаружения грязи, уклонения от препятствий и обхода таких вещей, как кисточки на коврах
и телефонные провода, которые могут вызвать проблемы. Когда он заканчивает,
он возвращается на свою «док-станцию» и подзаряжается для
следующего раза. Можно сказать, что у него есть собственный разум!

Фото: Переверните Roomba, и вот что вы увидите снизу. Контейнер для мусора,
фильтр и щетки очень легко снять для чистки.

Как работает Roomba?

Создатели Roomba, iRobot Corporation, описывают свое творение как «
робота-пылесос» — и это справедливое и точное описание. Так же, как
промышленные роботы, которые сваривают автомобили на заводах, он следует ряду
предварительно запрограммированных инструкций, но он также использует определенное количество
встроенного «интеллекта», чтобы понять, что ему нужно сделать и как
это сделать.

Случайный отскок

Понаблюдайте за Roomba некоторое время (трудно не сделать этого), и вы можете подумать, что он
следует совершенно случайному шаблону. Большую часть времени так и есть! Согласно одному из
оригинальных патентов iRobot на Roomba, оптимальный способ для робота
убирать комнату — это использовать комбинацию двух основных шаблонов:
«следование вдоль стен» (когда он движется вдоль стен
вашей комнаты, используя свою боковую вращающуюся щетку, чтобы убирать прямо
в углах) и «случайный отскок» (когда он убирает, пока не столкнется с препятствием, а затем
снова движется в случайном направлении). Оригинальные Roomba (например, модель 560, изображенная здесь), похоже, используют несколько различных режимов уборки, включая быстрое подметание по комнате для уборки больших площадей, движение по спирали наружу для охвата больших пространств и многократное повторное прохождение по особенно грязным областям
(когда это происходит, на Roomba мигает ярко-синий индикатор «обнаружения грязи», чтобы вы знали, когда это происходит).

Бортовые датчики

Так же, как люди используют наши пять чувств для взаимодействия с миром, так и Roomba имеет
различные бортовые датчики, которые помогают ему выяснить, что он может о вашей комнате.
Сверху Roomba, в самом переднем углу, установлен заметный
инфракрасный луч и
фотоэлементный датчик. Сразу
под ним находится пластиковый передний бампер со
встроенным сенсорным датчиком. Инфракрасный луч
обнаруживает стены и препятствия, поэтому Roomba замедляется, когда приближается к ним. Сенсорный бампер
останавливает Roomba, когда он действительно сталкивается с чем-то. Также есть инфракрасные датчики, установленные снизу,
направленные прямо вниз, поэтому Roomba может обнаруживать то, что он называет «скалы» (лестницы и крутые обрывы).
Если он чувствует, что его щетки могут запутаться в кисточках или кабелях, он
немедленно останавливает их вращение и отправляется в безопасное место.

Фото: Переверните Roomba вверх дном, и вы увидите инфракрасные датчики «скалы» под прочным пластиковым корпусом, которые не дают Roomba падать с лестницы. Он убирает прямо у края лестницы, но никогда не падает! Белый шарик, который вы видите в центре, — это поворотное переднее колесо. Черный изогнутый край в нижней части
изображения — это сенсорный передний бампер.

Как Roomba узнает, что он попал на особенно грязный участок? Согласно патентам iRobot,
он использует пьезоэлектрический датчик (по сути, кристалл, который генерирует
электрические импульсы, когда предметы ударяются о него). Когда частицы грязи попадают в датчик, они
генерируют крошечные электрические импульсы, и, предположительно, чрезмерное количество этих
импульсов запускает «обнаружение грязи», заставляя робота повторять свои шаги, убирая немного
медленнее и тщательнее во второй раз. (Конструкторы Roomba рассматривали возможность использования
оптического датчика для измерения всасываемой через машину грязи, но решили, что он слишком быстро засорится
и окажется менее надежным.)

Анимация: Как Roomba перемещается по дому. 1–3: Случайные отскоки: Roomba в основном следует прямолинейным траекториям, многократно отскакивая от объектов под случайными углами. 4–5: Обнаружение грязи: Если он попадает на грязный участок (как здесь, возле растений), он разворачивается на месте и более тщательно убирает область. 6: Случайные отскоки: После того, как грязь удалена, он продолжает работу, как и прежде.

Некоторые модели Roomba поставляются с небольшими автономными маяками, называемыми Virtual Wall® Lighthouses™,
которые похожи на фонарики, посылающие невидимые инфракрасные лучи. Используйте их в
режиме маяка, и они помогут Roomba понять, где
заканчивается одна комната и начинается другая, чтобы он мог как следует убрать одну комнату, прежде чем перейти в другую;
используйте их в режиме «виртуальной стены», и вы сможете установить барьеры, которые роботу не разрешено пересекать.
Честно говоря, проще просто закрыть двери и положить книги или щетки, чтобы запереть
Roomba в определенных зонах, но, возможно, это не так весело!

Картографирование

Оригинальные Roomba (например, 560) убирались почти полностью случайным образом: вопреки тому, что вы могли бы подумать,
они не строили «ментальные карты» ваших комнат или вашего дома. Вот почему уборка занимала так
много времени и была немного бессистемной. Более новые версии (например, Roomba 980) перешли от случайной уборки к
гораздо более интеллектуальному подходу под названием VSLAM (визуальная одновременная локализация и картирование).
Они используют встроенные инфракрасные камеры для моментальных снимков вашей комнаты, постепенно создавая изображение, чтобы знать,
куда они идут и где они были. Это означает, что они могут убирать быстрее
(одно исследование инженеров Roomba показало, что построение карты сокращает время уборки примерно на 20 процентов)
и тщательнее — и, в отличие от оригинальных Roomba, двигаются по более уверенным прямым линиям (как пылесосит человек).
Это также означает, что они могут прекратить пылесосить, когда батарея разряжена, поднести зарядное устройство на несколько часов,
а затем продолжить с того места, на котором остановились, когда они снова наполнятся соком! Один из последних Roomba, i7+,
оснащен функцией постоянного картографирования: он не только создает карту вашего дома, но и запоминает планировку ваших комнат от одного сеанса уборки к другому, что позволяет еще эффективнее планировать будущие сеансы.

Беспроводное подключение

Новейшие модели Roomba также оснащены удобным подключением по Wi-Fi, что
означает, что вы можете программировать их со своего смартфона или планшета с помощью простого приложения — даже находясь вдали
от дома.

Хорош ли Roomba?

Большинство людей поначалу настроены скептически, а затем очень удивлены тем, насколько эффективным
может быть Roomba. Секрет в том, что он тратит
на уборку комнаты гораздо больше времени (обычно 25 минут), чем большинство из нас согласилось бы
потратить на обычный пылесос, и проезжает по каждой области несколько раз. В целом, он справляется с этой задачей гораздо лучше
, чем вы могли бы предположить, но у него есть свои плюсы и минусы, как и следовало ожидать.

Фото: Это один из гаджетов маяка/виртуальной стены, который идет в комплекте с вашим Roomba. Вы ставите его на краю комнаты, и он посылает инфракрасный луч прямо перед собой (прямо как маяк). В режиме виртуальной стены Roomba никогда не пересечет луч; в режиме маяка он пересечет луч, как только посчитает, что провел достаточно времени, убирая вашу комнату.

Преимущества

В отличие от многих электронных гаджетов, Roomba удивительно прост в использовании.
Как только его встроенный аккумулятор полностью зарядится, вы просто
нажимаете большую, зеленую, подсвеченную кнопку CLEAN, и он отправляется в путь. Вот и все!
Если у вас в доме не слишком много беспорядка на полу и много места
вокруг ваших стульев и диванов, Roomba должен (теоретически) убрать
везде без посторонней помощи. Он намного ниже
обычного пылесоса и может легко проползти под столами и стульями. Он
довольно компактный и гораздо легче для переноски по дому (с
первого этажа на второй), чем что-то вроде большого и неуклюжего
Dyson, поэтому он, скорее всего, станет хитом среди пожилых людей, которым большие
пылесосы слишком тяжелы. Вы можете спокойно оставить Roomba пылесосить
верхние этажи вашего дома, не беспокоясь о том, что он упадет с
лестницы: он очистит все до края ступеньки, не падая.

Недостатки

Вместо того, чтобы точно измерять и размечать вашу комнату, оригинальный Roomba убирает так, как мы
могли бы назвать «разумно случайным образом». Это работает действительно хорошо, если у вас достаточно времени, но
в этом и есть загвоздка: может потребоваться довольно много времени (полчаса или больше), чтобы
полностью убрать комнату, и даже тогда он все еще может пропускать детали.
У новых Roomba есть интеллектуальное картографирование, которое помогает решить эту проблему.
Другие недостатки? Roomba не может отодвинуть мебель, чтобы убрать
за ней, пропылесосить лестницы, убрать крошки из вашего дивана или
что-то в этом роде. Если вы из тех людей, которые всегда двигают мебель во время
уборки, эта машина может оставить у вас ощущение, что ваш дом убирается только
частично. У него также довольно маленький контейнер для мусора, а
различные щетки и фильтры внутри него требуют немного большей проверки
и чистки, чем вы могли бы посвятить обычному пылесосу.
Вы можете обнаружить, что тратите больше времени на уборку Roomba,
чем на обычную уборку комнаты! Более новые модели
оснащены более продвинутой док-станцией Clean Base®, которая
очищает вашу машину от грязи, а также подзаряжает ее. К сожалению,
это очень дорогое дополнение, и оно не совместимо со всеми моделями.

Если у вас есть домашнее животное, вы можете столкнуться с двумя проблемами с Roomba. Во-первых, шерсть будет постоянно забивать щетинки, поэтому
очистка машины станет настоящей рутиной. Во-вторых, если ваш питомец нагадит на пол, Roomba проедет
прямо через него и разнесет по всему дому. Небольшая, локальная проблема может мгновенно превратиться в гораздо большую проблему.

Хотя Roomba утверждают, что не запутываются в проводах, я обнаружил, что это не всегда
так. Они могут дергать за телефонные кабели, рвать свисающие цепи на вертикальных жалюзи и застревать на коврах с
распущенными кисточками. Я бы рекомендовал держать машину подальше от мест, где есть очевидные свободные концы, которые могут заклинить
механизм — так же, как вы избегаете их с обычным пылесосом. Либо используйте один из маяков, чтобы
создать «виртуальную стену», либо постройте физический барьер, чтобы держать Roomba подальше от препятствия (бросьте метлу или что-то еще, через что ваш Roomba не сможет перелезть).

Батареи также могут быть проблемой. Новый Roomba будет с радостью убираться где-то от одного до двух часов.
После еженедельного использования в течение года или двух вы можете обнаружить, что заряд батареи падает до 30–40 минут, чего может быть недостаточно для уборки даже одной комнаты. Сменные батареи можно приобрести напрямую у Roomba, но они относительно дороги; небрендированные замены намного дешевле, но на сайтах с обзорами в Интернете есть сомнительные отзывы о них — и вы можете прийти к выводу, что дополнительные расходы того стоят. Вы также обнаружите, что хорошей идеей будет следовать официальным рекомендациям Roomba и постоянно держать машину на зарядном устройстве. Если вы оставите машину отключенной от зарядного устройства, даже полностью заряженная батарея разрядится через день или два без какой-либо очевидной или веской причины. (Мой опыт показывает, что если делать это слишком часто, аккумулятор быстро выйдет из строя.) Обязательно тщательно очищайте машину после каждого использования и следите за тем, чтобы все щетки вращались плавно, а подшипники не застревали в уплотненном ворсе: чем большее сопротивление щеткам оказывает грязь, тем тяжелее
приходится работать двигателям и тем короче срок службы аккумулятора.

Фото: Недостатки: Roomba имеет очень маленький контейнер для мусора, который быстро заполняется, но его опустошение занимает всего минуту. Чистка щеток и фильтра занимает немного больше времени. Хотя вам не обязательно делать это каждый раз, когда вы используете машину, хорошей идеей будет содержать механизм в чистоте, чтобы батарея прослужила дольше.

Вердикт

Стоит ли покупать такой? Если вы ненавидите пылесосить и любите гаджеты, эта машина
определенно для вас. Если у вас захламленный дом с кучей вещей
на полу, пропустите его: вы потратите больше времени на подготовку дома к Roomba, чем сэкономите в итоге.
Лично я считаю, что это отличная идея для повседневной уборки, особенно если у вас относительно не захламленная
квартира без лестниц, поэтому Roomba может убрать все за один раз.
Я вижу, что обычная уборка пылесосом все еще будет нужна — только немного реже, чем раньше. Теперь я просто хочу робота, который стирает, гладит, убирает в ванной и готовит мне ужин!

Не хотите читать наши статьи? Попробуйте вместо этого послушать

Если вы предпочитаете слушать наши статьи, а не читать их, подпишитесь на наш новый подкаст
на Apple Podcasts,
Spotify,
Amazon,
Podchaser
или в вашем любимом приложении для подкастов или слушайте ниже:

Узнать больше

На этом сайте

• Роботы
• Пылесосы

Статьи

• С новым Roomba j7 компания iRobot хочет понять наши дома, Эван Акерман. IEEE Spectrum, 9 сентября 2021 г. Как новейшие Roomba используют бортовое зрение.
• iRobot помнит, что роботы дороги, и предлагает нам более доступный Roomba i3 Эвана Акермана. IEEE Spectrum, 21 сентября 2020 г. Более подробный обзор Roomba начального уровня.
• iRobot полностью модернизирует своих роботов для уборки пола, представив новые модели m6 и s9 Эвана Акермана. IEEE Spectrum, 29 мая 2019 г. Новейшие Roomba обладают еще более совершенным обнаружением объектов.
• Новый Roomba i7+ имеет постоянные карты, выборочную уборку помещений и автоматическое удаление грязи Эвана Акермана. IEEE Spectrum, 6 сентября 2018 г. Карты, сохраняющиеся после окончания текущего сеанса уборки, позволяют новым Roomba убирать более эффективно.
• Тестирование программного обеспечения iRobot для анализа всех комнат в доме Эвана Акермана. IEEE Spectrum, 20 ноября 2017 г. Как будущие роботы-пылесосы Roomba будут составлять карту вашего дома, чтобы убирать его быстрее и эффективнее.
• iRobot приносит визуальное картографирование и навигацию в Roomba 980 Эвана Акермана и Эрико Гиццо. IEEE Spectrum, 16 сентября 2015 г. Изучение новых картографических и прикладных функций последнего поколения Roomba.
• Секретные военные технологии внутри бытового робота-пылесоса Ника Гласса и Мэтью Понсфорда, CNN, 31 марта 2014 г. Откуда черпали вдохновение дизайнеры Roomba?
• Что стало с персональным роботом? Дэнни Уоллес и Питер Леонард, BBC News, 16 декабря 2008 г. Насколько роботы сопоставимы с людьми в выполнении домашних дел?

Видео

• Видеотур: Все самые крутые штуки iRobot Эвана Акермана. Обязательно посмотрите видео, встроенное в эту статью, в котором Нэнси Дюссо Смит из iRobot проводит для нас 25-минутный тур по множеству различных роботов, созданных в iRobot, включая ранние версии Roomba.

Патенты

Я убежденный сторонник того, что узнавать об изобретениях можно, читая патенты: таким образом вы можете узнать, о чем именно думали изобретатели и чего они пытались достичь, часто изложенными их собственными
словами.

Ранние патенты

На робот-пылесос Roomba, который стоит у нас дома, зарегистрировано семь патентов США:

• Патент США № 6883201: Автономный робот для уборки полов: 26 апреля 2005 г. Это основной патент Roomba, содержащий множество схем, подробно демонстрирующих различные внутренние компоненты.
• Патент США № 6594844: Система обнаружения препятствий роботом: 22 июля 2003 г. Как Roomba обнаруживает препятствия, испуская инфракрасные лучи.
• Патент США № 6690134: Метод и система локализации и ограничения перемещения робота: 10 февраля 2004 г. Более подробный обзор маяков и других методов удержания Roomba на месте.
• Патент США № 6809490: Метод и система многорежимного покрытия для автономного робота: 26 октября 2004 г. Более подробный взгляд на различные методы уборки Roomba.
• Патент США № 6956348: Датчик мусора для очистного оборудования: 28 января 2004 г. Принцип работы пьезоэлектрического детектора мусора.
• Патент США № 7173391: Метод и система многорежимного покрытия для автономного робота: 26 февраля 2007 г. Как Roomba выполняет уборку, комбинируя случайные отскоки и более систематическое обнаружение грязи.
• Патент США № 7196487: Метод и система локализации и ограничения перемещения робота: 24 января 2001 г.

Более поздние патенты

• US20220280011A1: Вертикальное зондирование в автономном роботе-уборщике: 29 апреля 2022 г. (подана заявка). Ожидающий патент, описывающий, как Roomba может анализировать и реагировать на столкновения с объектами в убираемых им помещениях.
• US20180284792A1: Системы и методы для настраиваемой работы робота на основе классификации зон: 4 октября 2018 г. Более сложная навигационная система Roomba, которая прокладывает маршруты по загроможденным и незагроможденным областям вашего дома.