Wie Ein Saugroboter Durch Dein Zuhause Navigiert
Wenn Leute fragen: „Wie funktioniert ein Saugroboter?“, dann sind sie in der Regel neugierig auf das robotische Element des Geräts, nicht auf den Staubsauger.
Die Kurzantwort auf diese Frage lautet: Saugroboter benutzen keine Kameras, um die Welt zu sehen. Stattdessen nutzen sie verschiedene Arten von Sensoren, um die Welten um sie herum und ihren eigenen Fortschritt durch sie zu erkennen und zu messen, darunter Klippensensoren, Stoßsensoren, Wandsensoren und optische Encoder.
Konkretere Fragen die dann aufkommen sind:
- Woher weiß dieser computergesteuerte Staubsauger, wo er war und wo er noch nicht war?
- Woher weiß er, wann er fertig ist?
- Warum scheinen einige ordentlich zu putzen, während andere einen schlängelnden und wirren Weg einschlagen?
Es stellt sich heraus, dass die Antworten gar nicht so kompliziert sind: Es gibt im Grunde nur zwei Möglichkeiten, wie ein Saugroboter seinen Weg durch dein Zuhause findet. Sensoren und Mapping.
1. ‚Sehen‘ durch Sensoren
Um einen Raum effektiv zu reinigen, muss sich ein Roboter frei durch den Raum bewegen und sich dabei aus Schwierigkeiten heraushalten.
Aber sie sehen die Welt nicht so, wie wir es tun, selbst wenn sie eine Kamera an Bord haben.
Stattdessen nutzen sie verschiedene Sensoren, um Hindernisse und andere Gefahren zu erkennen, zu messen, wie weit sie sich fortbewegt haben, und neue Bereiche zu entdecken.
Diese Sensoren lösen programmierte Verhaltensweisen aus, die bestimmen, wie der Roboter reagiert.
Welche Sensoren ein Staubsaugerroboter verwendet und wie sie funktionieren, kann je nach Hersteller und Modell variieren, aber diese sind bei allen gleich:
Hindernissensoren: Aus der Sicht eines Saugroboters ist unser Zuhause ein Hindernisparcours aus Stuhlbeinen, Couchtischen, Sofas und verirrtem Spielzeug.
Sensoren, die sich auf oder in der Nähe der Stoßdämpfer des Saugroboters befinden, ermöglichen es ihm, durch diese Hindernisse zu steuern, ohne verlangsamt zu werden.
Wenn der Staubsauger auf ein Objekt trifft, wird der Sensor ausgelöst und der Saugroboter weiß, dass er sich drehen und wegfahren muss, bis er einen freien Weg findet.
Welche Richtung er einschlägt, wird dadurch bestimmt, wo der Bumper Kontakt hat. Trifft der Staubsauger zum Beispiel mit der linken Seite seines Stoßfängers auf ein Objekt, wird er in der Regel nach rechts abbiegen, da er festgestellt hat, dass sich das Objekt links von ihm befindet.
Aber wenn du um Objekte herum manövrierst, kann es passieren, dass du einen Teil des Bodens nicht reinigen kannst.
Um dies zu minimieren, gehen einige Hersteller buchstäblich anders mit Hindernissen um. Ein iRobot Roomba zum Beispiel wird langsamer, wenn er sich einem Hindernis nähert.
„Der Vorteil des Roomba ist, dass er Objekte sanft berührt, denn wir haben festgestellt, dass man durch weiche Objekte wie Vorhänge hindurchfahren kann“, sagt Ken Bazydola, Director of Product Management bei iRobot. „Das gibt dir eine bessere Abdeckung.“
Klippensensoren: Treppen sind vielleicht die größte Gefahr für Staubsaugerroboter. Ein Sturz könnte dabei nicht nur den Roboter beschädigen – sondern alles was ihm beim Stürzen in die Quere kommt (einschließlich der Hausbewohner, Kinder oder Haustiere).
Aus diesem Grund sind Klippensensoren eine Sicherheitsanforderung an alle Saugroboter. Sie messen den Abstand zum Boden, indem sie ständig Infrarotsignale an dessen Oberfläche senden. Wenn die Signale nicht sofort zurückkommen, geht der Roboter davon aus, dass er eine Treppe oder eine andere „Klippe“ erreicht hat und ändert die Richtung.
Wandsensoren: Vom Namen her könnte man meinen, dass die Wandsensoren den Saugrobotern helfen, Kollisionen zu vermeiden.
Dem ist nicht so.
Sie helfen ihnen vielmehr, Wände zu erkennen, und zwar wiederum mit Hilfe von Infrarotlicht, sodass sie ihnen folgen können. So können sie entlang der Kanten reinigen, wo die Wand auf den Boden trifft.
Das Beste daran ist, dass sie dabei nicht gegen die Wand stoßen, wie es oft bei Staubsaugern der Fall ist. Bei Modellen mit Mapping-Funktion können die Wandsensoren dem Staubsauger auch dabei helfen, um offene Türen zu erkennen, ihnen zu folgen und neue Bereiche zum Reinigen zu entdecken.
Radsensoren: Ein Saugroboter nutzt Lichtsensoren, um die Radumdrehung zu messen. Mit dieser Zahl und dem Radumfang kann er berechnen, wie weit er gefahren ist.
Früher funktionierte die Sensornavigation bei allen Saugrobotern. Heute ist sie meist auf die günstigeren Modelle der Hersteller beschränkt, denn sie ist zwar effektiv, aber nicht besonders effizient.
Da diese Saugroboter auf Sinneseindrücke reagieren, neigen sie dazu, sich durch den Raum zu tasten und in zufälligen Bahnen zu saugen. Um eine vollständige Abdeckung zu erreichen und jeden Bereich mindestens einmal zu reinigen, werden sie den Raum in der Zeit, die ihre Akkulaufzeit erlaubt, mehrmals durchfahren.
Diverse Tests haben gezeigt, dass dies in der Regel längere Staubsaugerzeiten zur Folge hat. Im Falle von größeren Räumen bedeutet das eine ungleichmäßige Reinigung, da einige Bereiche mehr Aufmerksamkeit bekommen als andere.
2. Die Magie des Mappings
Neuere, höherwertige Saugroboter verfügen über Selbstnavigationssysteme, die die Mapping-Technologie nutzen.
Jeder Hersteller implementiert seine eigene Art der Kartierung, aber jeder von ihnen basiert derzeit auf zwei leicht unterschiedliche Methoden.
Methode 1: Visualisierung mittels Kamera
Die eine nutzt eine eingebaute Digitalkamera, um Bilder von Wänden, Decken, Türen, Möbeln und anderen Orientierungspunkten zu machen. Eine Version dieser Art von Mapping wird in den Staubsaugern der 900er Serie von Roomba und den Powerbots von Samsung verwendet.
Methode 2: Laser-Entfernungsmesser
Die andere Methode, die in Staubsaugern wie der Botvac-Serie von Neato zum Einsatz kommt, verwendet einen Laser-Entfernungsmesser (auch LIDAR für Light Detection and Ranging genannt), der die Entfernung zu Objekten auf dem Weg des Staubsaugers misst.
In beiden Fällen nutzt der Saugroboter die gesammelten Daten in Kombination mit den Informationen seiner anderen Sensoren, um während seiner anfänglichen Reinigung nach und nach eine Karte des Raumes zu erstellen.
Die Karte des Neato Botvac D7 Connected ist bemerkenswert nah am tatsächlichen Grundriss des Hauses. Die dunklen Bereiche sind Orte, die der Staubsauger nicht erreichen konnte, wie z.B. kleine Tischchen, Schränke und niedrige Möbel. Der orangefarbene Punkt zeigt den aktuellen Standort des Staubsaugers in seiner Dockingstation.
Das Mapping bringt dabei erhebliche Vorteile mit sich! Mit einem Grundriss kann der Saugroboter die effizienteste Route durch den Raum planen, weshalb sich Mapping-Modelle in geordneteren geraden Linien zu bewegen scheinen – das ist ein ganz anderer Ansatz als ihre Kontrahenten ohne Mapping.
Die Kartierung ermöglicht es dem Staubsaugerroboter auch, sich selbst innerhalb der Karte zu lokalisieren, wodurch er weiß, wo er schon war und wo er noch hin muss.
Und wenn der Akku des Staubsaugers auf dem Weg zur Arbeit zur Neige geht, kann er zu seiner Docking Station zurückkehren, um sich aufzuladen, und dann dort weitermachen, wo er aufgehört hat. Das Ergebnis ist eine schnellere, gründlichere und gleichmäßigere Reinigung.
So toll sich die Mapping-Navigation jetzt auch anhört, ganz ohne Tücken ist sie auch nicht.
- Staubsauger mit Kamera können sich bei schlechten Lichtverhältnissen schwer tun und sich verirren.
- Dunkle Wände können die Lasersignale der LIDAR-Modelle stören
- und bodenlange Spiegel können sie dazu verleiten, einen Raum für größer zu halten, als er ist.
Aber das sind kleine Probleme im Vergleich zu den Vorteilen, die das Mapping bietet.
Kein Saugroboter wird die ganze Zeit fehlerfrei navigieren. Manchmal musst du sie von Kabeln befreien oder sie aus einer niedrigen Couch herausziehen, unter die sie eigentlich nicht hätten saugen dürfen.
Letztendlich ist die Navigationsmethode deines Saugroboters nicht so wichtig wie seine Fähigkeit, deine Böden zu deiner Zufriedenheit und mit einem Minimum an Hilfe zu reinigen.
Aber wenn du dich das nächste Mal über die Navigation deines Roboters wunderst, denke daran, dass eine ausgeklügelte Methode dahinter steckt. Selbst wenn es in dem Moment eher danach aussieht das der Roboter vollkommen planlos und verwirrt durch die Gegend fährt.
