Wie Funktionieren Die Saugroboter Von Roomba?

Seit fast 20 Jahren arbeiten die Roombas hart daran, unser Zuhause sauber zu machen. Diese Saugroboter von iRobot erkennen mit Hilfe von Sensoren die Wände und Gegenstände im Raum und werden immer intelligenter, je öfter sie reinigen. 

Du kennst wahrscheinlich einen iRobot Roomba und besitzt vielleicht sogar schon einen. Aber wie funktioniert ein Roomba eigentlich? 

Hier ist ein Überblick über den Staubsauger-Roboter.

Wie funktioniert ein Roomba?

So wie wir Menschen Werte haben, nach denen wir leben, gibt es auch beim Roomba feste Regeln. Diese Regeln bestimmen, wie der Roomba funktioniert. 

Zum Beispiel könnte der Saugroboter in der Mitte eines Raumes beginnen und in einem spiralförmigen Muster nach außen saugen, um einen konzentrierten Bereich zu reinigen, anstatt sich in einer geraden Linie zu bewegen. Anschließend fährt er zu den Wänden eines Raumes.

Außerdem wird der Roomba beim Reinigen Muster annehmen. 

Die zwei Hauptmuster: Wandverfolgung vs. zufälliges Aufprallen. 

Wie der Name schon sagt, reinigt das “Wandfolgemuster” dem Rand des Raumes. Der Roomba navigiert beim Reinigen um oder unter Möbel herum. Der Saugroboter kann auch ein zufälliges Sprungmuster verwenden, bei dem er sich durch den Raum bewegt, bis er auf ein Objekt trifft. Wenn dies der Fall ist, ändert er die Richtung und fährt woanders hin, um sicherzustellen, dass der gesamte Raum gereinigt wird.

„Robotiker nennen diese Regeln „Verhaltensweisen“, und es sind einfache Dinge wie: „Wenn du eine Wand triffst, wende dich von ihr ab.“

CNET

Der Roomba besteht aus vier Haupt Komponenten (mal abgesehen vom Rumpf, also vom Gerät selbst): 

1. Sensoren
2. Stoßdämpfer
3. Räder 
4. Bürsten. 

Diese Teile arbeiten zusammen, um Fliesen, Hartholzböden, Teppichböden und alles dazwischen zu reinigen.

Hier ist ein kurzer Überblick über diese Bauteile:

Sensoren

Während wir unsere Augen benutzen, um zu sehen, verwendet ein Roomba Infrarot- und Fotozellensensoren, um durch einen Raum zu navigieren. Diese Sensoren dienen jeweils einem anderen Zweck: Klippensensoren (oder auch Abrundsensoren genannt) lassen den Staubsauger wissen, wenn er sich in der Nähe einer „Klippe“ befindet, wie z.B. einer Treppe. 

Wenn der Staubsauger dies bemerkt, wird er sich von der Kante entfernen. Ebenso lassen die Wandsensoren den Roboter wissen, dass eine Wand in der Nähe ist. In dem Fall wird der Roomba dann entlang der Wand fahren, anstatt sich zurückzuziehen und einen neuen Weg einzuschlagen.

Stoßdämpfer

Ein Roomba braucht übrigens nur kleinen Stoß, um die Nachricht zu erhalten das ein Hindernis im Weg ist. Wenn der Roboter gegen etwas stößt, löst die Kraft des Aufpralls den Sensor aus und schickt den Roboter in eine andere Richtung. Dieser Aufprall muss von einem unbeweglichen Objekt ausgehen, wie z.B. einem Tischbein oder einer Kücheninsel. 

Übrigens “sehen” die neueren (und auch teureren) Roombas Hinternisse und verlangsamen dann die Geschwindigkeit sobald sie sich ihnen nähern. So können sie beispielsweise um Kanten von Möbeln noch präziser staubsaugen.

Räder

Die Räder eines Roomba enthalten des Weiteren optische Encoder, die mithilfe eines Lichtsensors feststellen, wie weit der Roomba gefahren ist.

Bürsten / Gummirollen / Schmutz-Aufnahmerollen

Die Staubsauger von Roomba verwenden mittlerweile zwei Gummirollen (auch als “Schmutz-Aufnahmerollen” bezeichnet). diese sind gegenüber den alten Bürsten mit Borsten deutlich langlebiger und sind für alle Bodenarten geeignet. Die erste Bürste lockert, hebt und zieht den Schmutz ein, während die zweite ihn in den Saugkanal des Staubsaugers befördert.

Kleine Anekdote:

Saugroboter können sich übrigens bei Ameisen für ihre Erschaffung bedanken – das erste Patent, das iRobot im Jahr 2002 eingereicht hat, verweist auf Ameisen als Inspiration für Roomba. Obwohl Ameisen nicht viel Gehirnkapazität haben, haben sie eine ähnliche Reihe von Verhaltensweisen, die helfen, ihre Aktionen und Handlungen zu bestimmen.

Einblick in die Roomba Sensoren

Die innovativsten Funktionen von einem Roomba sind seine Sensoren, die ihm bei der Navigation durch das Haus helfen. 

Wie funktionieren all diese Sensoren, damit der Roomba reibungslos und effizient arbeiten kann?

Infrarotwellen, auch bekannt als Infrarot (IR) Licht, sind ein Teil des elektromagnetischen Spektrums. Obwohl wir Menschen IR-Licht nicht sehen können, können wir es als Wärme wahrnehmen. Zu den üblichen Anwendungen von Infrarot gehören Nachtsicht (die Fähigkeit, Objekte in dunklen Umgebungen zu erkennen), als Werkzeug zur Vorhersage von Wettermustern und als Tracking-Technologie.

Eine fotoelektrische Zelle (oder Fotozelle) sendet einen sichtbaren oder infraroten Lichtstrahl von ihrem lichtemittierenden Element aus. Eine Reflexionslichtschranke kann dann den Lichtstrahl erkennen, den das Ziel reflektiert. Ein weiterer Sensor misst die Veränderung der Lichtqualität.

Ein Roomba enthält sowohl Infrarotsensoren als auch Lichtschranksensoren, die in Kombination arbeiten, um einen Raum zu reinigen. 

Der Infrarotsensor an der Vorderseite des Roomba ermöglicht es dem Staubsauger, Licht von einem Objekt zu reflektieren, um dessen “Anwesenheit” zu erkennen, auch wenn er nach Einbruch der Dunkelheit reinigt und nur wenig natürliches Licht vorhanden ist. 

Ein Roomba misst, wie lange es dauert, bis ein ausgesendeter Infrarotstrahl zu den Fotozellensensoren zurückprallt, was eine präzisere Objekterkennung ermöglicht. Im Wesentlichen messen die Fotozellen Veränderungen in der Lichtstärke, während die Infrarotsensoren Veränderungen in der Bewegung erkennen können.

Zu guter Letzt verfügt ein Roomba auch über einen piezoelektrischen Sensor, der einfach der lustigste seiner Sensoren ist, den man aussprechen kann.

Wie Explain That Stuff erklärt, ist Piezoelektrizität 

„das Auftreten eines elektrischen Potentials (einer Spannung, mit anderen Worten) an den Seiten eines Kristalls, wenn man ihn einer mechanischen Belastung aussetzt (indem man ihn zusammendrückt).“

Obwohl es sich wie etwas aus einem seltsamen wissenschaftlichen Lehrbuch anhören mag, nutzen wir die Piezoelektrizität regelmäßig. Sie kommt in Uhren, Mikrofonen und Druckern vor. 

Ein Roomba nutzt seinen piezoelektrischen Sensor als Schmutzdetektor. Wenn ein Stückchen Schmutz auf den Sensor trifft, erhält der Roomba winzige elektrische Impulse. Wenn genug Impulse ankommen, wird der Roomba-Schmutzdetektor in Gang gesetzt – was eine zweite, gründlichere Reinigung des Bereichs zur Folge hat.

Eigenschaften der neueren Roomba-Modelle

Nach fast zwei Jahrzehnten auf dem Markt haben die Roombas vom amerikanischen Saugroboter Pionier iRobot im Laufe der Jahre einige Upgrades erfahren. Neuere Modelle bieten einige Vorteile gegenüber älteren.

Roomba 980 und neuere Modelle (einschließlich des Roomba i7) nutzen “Vision Simultaneous Localization and Mapping” (VSLAM), um dynamisch eine Karte zu erstellen, während sie ihre Umgebung im Auge behalten. 

Beim Roomba 980 gibt es eine nach vorne gerichtete Kamera, die in einem Winkel von etwa 45 Grad nach oben gerichtet ist. Diese Kamera nimmt ein Bild vom Grundriss des Raumes auf und die Software des Roboters sucht nach Mustern in den Pixeln des Bildes. Dieses Navigationssystem hilft dem Saugroboter dabei, in einem Durchgang in geraden Linien zu reinigen, anstatt denselben Teil des Raumes mehrmals zu durchfahren. Er geht also viel intelligenter an die Reinigung heran und das mit Struktur. Das an sich ist ein Riesen Unterschied zu den älteren Modellen, die im Chaos Prinzip versucht haben nach viel hin-und-her fahren möglichst die komplette Fläche zu erwischen.

Auch die Akkulaufzeit ist bei neueren Roombas deutlich effizienter. iRobot-Produkte werden mit wiederaufladbaren Ionen- oder NiHM-Akkus betrieben (bei neueren Modellen mit Ionen-Akkus), die normalerweise etwa 90 Minuten halten, bevor sie wieder aufgeladen werden müssen. 

Da sich die Roombas jedoch selbst aufladen, sind sie intelligent genug, um eine Ladestation anzusteuern, wenn ihr Akku zur Neige geht, und docken ab, sobald sie wieder aufgeladen sind.

Obwohl neuere Roombas auch ohne WLAN funktionieren, bietet die iRobot Home App, die in den App Stores für iPhone und Android erhältlich ist, zusätzlichen Komfort für neuere Modelle. Nachdem du dich mit deinem Heimnetzwerk verbunden hast, kannst du über dein Smartphone einen Reinigungsplan programmieren, weitere Informationen erfahren und Verhaltensregeln für deinen Roomba einrichten, wie z.B. Aktionen, die er ausführen soll, wenn der Schmutzbehälter voll ist.

Nicht nur unsere Staubsauger werden immer intelligenter. Verbinde deinen Roomba mit demselben Netzwerk wie dein Google Home oder Amazons Alexa und du kannst die Planung einer Reinigungssitzung an dein Smart Home delegieren. Dann kannst du dem Home Assistant sagen, dass er die Reinigung „starten“, „fortsetzen“ und „stoppen“ soll und dein Roomba wird diese Funktionen übernehmen und zur Home Base zurückkehren, wenn er fertig ist. Alles per Sprachbefehl. Unglaublich, oder?

Ein Haustier zu haben ist wunderbar, aber ständiges Haaren ist sicherlich ein Nachteil des Haustierbesitzes. Während Hunde-/Haustierhaare die Bürsten älterer Roombas verstopfen und manchmal die Haare im Raum verteilen können, sind neuere Modelle besser im Staubsaugen von Tier-/Hundehaaren auf Teppichen. 

Darüber hinaus kann sich das i7+ Modell selbst entleeren. Das bedeutet, dass Haustierbesitzer sich keine Sorgen um die unschönen Überreste machen müssen, die sie in einem Mülleimer finden könnten. Die Virtual Walls in neueren Modellen stellen eine Möglichkeit für Roombas dar, Dinge zu vermeiden, die du auf dem Boden aufbewahrst, aber nicht unbedingt bewegen möchtest, wie z.B. den Fress-Napf eines Haustieres.

Fazit

Roombas haben dazu beigetragen, die Saugroboter-Industrie zu revolutionieren. iRobot und andere Unternehmen arbeiten weiter an der Innovation und dem Wachstum unserer Roboter-Helfer. 

Und Staubsauger sind nicht die einzige Innovation, die es wert ist, beobachtet zu werden. Wir werden weiterhin sehen, wie sich Automatisierung und Technologie auf neue Lebensbereiche ausbreitet, um unser Leben zu Hause zu verbessern. Wir können gespannt sein!