Принцип и особенности работы маяков iRobot
Опубликовано: 17.11.2018
Речь в нашей статье пойдет о том, как работает технология LightHouse для обеспечения навигации пятого поколения роботов-пылесосов Roomba.
Мы ответим на шесть, часто задаваемых пользователями вопросов:
1. Как сделать взаимодействие робота и навигационных устройств эффективным? 2. Чем отличаются друг от друга принципы работы виртуальной стены и виртуального маяка? 3. Каким образом робот преодолевает маяк? 4. Как при помощи маяков заставить пылесос припарковаться на базу после уборки? 5. Как правильно располагать виртуальные стены и маяки?1. Как сделать взаимодействие робота и навигационных устройств эффективным?
Для эффективного взаимодействия маяка и «самостоятельного» пылесоса нужна их сопряженность. Дело в том, что когда мы меняем аккумуляторы в виртуальном маяке, происходит сброс информации, стена-маяк «забывает» своего робота. Аналогично происходит в случае разрядки аккумуляторных батарей робота. Свои маяки он «забывает». После включения, маяк, не сопряженный с другими аппаратами, улавливает лучи, исходящие от Roomba, и начинает ждать обратный процесс. Так устанавливается взаимосвязь между устройствами.С началом работы Roomba при помощи лучей, в свою очередь, исследует пространство на предмет наличия в нем виртуальных стен и маяков. Ждет, когда ему кто-нибудь ответит. И запоминает количество, расположение ответивших виртуальных устройств Lighthouse. После того как робот нашел инфракрасный луч от маяка, он отправляет устройству радиосигнал и устанавливает с ним контакт, дожидаясь ответа. Для установления контакта необходимо определенное время, значит, «умный» пылесос должен постоять рядом с виртуальной преградой, совершая обмен информацией. После сопоставления ответа стены-маяка со своим сигналом, робот нумерует устройство в своей памяти, запоминая номер. Это начало создания его собственной карты-путеводителя по помещению. Эта карта, содержащая номера виртуальных стен-маяков, их численность и дистанции между виртуальными преградами, - помощник роботу в его навигации. Благодаря карте пылесос «понимает», куда нужно ехать дальше, что уже прибрано, какие комнаты еще впереди и сколько стен-маяков нужно преодолеть на обратном пути, возвращаясь к док-станции.
Робот обменивается информацией со всеми виртуальными стенами-маяками LightHouse. И он будет помнить их до тех пор, пока в нем есть батарейки. Как только их достают, память о стенах-маяках у робота стирается. Кроме того, другой робот-пылесос может соединиться с виртуальной стеной-маяком, что также прекращает предыдущую связь.
Составление карты с пронумерованными помещениями производится пылесосом каждый раз перед уборкой. Изменять места виртуальных стен-маяков можно, но это нужно делать во время «отдыха» робота, то есть в тот момент, когда он выключен. Иначе ваш помощник запутается и не сможет выполнить изменившиеся требовании по уборке. Кроме того, он просто заблудится в комнатах и может потерять свою станцию. Если же изменения произвести перед включением пылесоса, он быстро приспособится к новым условиям и будет передвигаться по квартире уверенно.
Схематично взаимодействие робота-пылесоса с виртуальной стеной (или маяком, работающим в режиме виртуальной стены) выглядит так:
Циклические кривые в схеме показывают, как распространяется сигнал, идущий от пылесоса к маяку, красный цвет – инфракрасные лучи виртуального устройства.
2. Чем отличаются друг от друга принципы работы виртуальной стены и виртуального маяка?
Когда виртуальное устройство работает как маяк, оно выполняет функцию двери для робота. Как только пылесос заканчивает уборку в комнате, дверь после просьбы робота выпускает его в другую. До этого момента путь в другое помещение пылесосу преграждает инфракрасный луч. Отвечая на следующий вопрос, мы подробнее расскажем о процессе прохождении роботом через стену-маяк.В отличие от маяка, виртуальная стена запускается одновременно с включением пылесоса и через нее пылесосу не перебраться совсем (она преграждает ему дорогу к хрупким предметам, лестницам и т.д.).
Виртуальные стены пятисотых моделей Roomba, по мнению покупателей, очень похожи на стены четырехсотых, а также робота Scooba. Включать их нужно самим. Выключаются стены сами. На самом деле у стен разных серий есть отличия в обмене информацией с роботами. Но все они пользуются при этом инфракрасными лучами, то есть отличия не принципиальны. Стены-маяки LightHouse, по мнению пользователей роботов-пылесосов, имеют ряд отличий от обычных виртуальных стен. С ними робот «разговаривает» через радиосигналы и ИК-лучи и сам заставляет их работать в начале каждой уборки. Маяки могут также быть использованы в роли виртуальных стен, то есть у них есть два варианта использования. Режим Lighthouse mode – маяк, «дверь», открытие которой происходит после просьбы робота. Режим Virtual wall mode – стена. Включение ее происходит в автоматическом режиме. Как и реальную стену, пылесос никогда не сможет преодолеть стену виртуальную.
3. Каким образом робот преодолевает маяк?
Когда уборка в одной комнате завершена, роботу как-то нужно попасть в следующую, то есть пройти через виртуальную преграду – стену-маяк. Какие действия он для этого совершает? Для начала «осознает», что эта комната уже чистая. Затем отправляет радиосигнал маяку с просьбой навести инфракрасные лучи, которые укажут пылесосу путь в другую комнату. Не прекращая процесс чистки, робот едет по лучу до созданного маяком перед уборкой ореола. Пылесос проходит орел, а дальше едет по новому лучу, указывающему ем путь уже в другой комнате, при этом робот-пылесос дает команду маяку выключить лучи в убранной комнате. Так робот поступает со всеми стенами-маяками. Обратная дорога пылесоса будет такой же по необходимым действиям.Циклические кривые – это радиосигналы; зеленый и синий цвет – навигационные инфракрасные лучи (зеленый – в первой комнате, синий – во второй); красный цвет – защитное пространство.
4. Как при помощи маяков заставить пылесос припарковаться на базу после уборки?
Когда работают стены-маяки, пылесос не замечает сигналов от иных док-станций. Он отыщет свою собственную станцию, приехав в комнату, где она находится. Не заблудиться помогает ему точный подсчет количества преодоленных маяков-преград. Например, в первой комнате находится док-станция и первый маяк. Вторая комната располагается между первым и вторым маяками. Третья – между вторым и третьим маяками. Так, когда робот преодолевает стену-маяк №1, он попадает во вторую комнату. Но если в этот момент вручную переместить его вновь в первую комнату, он не узнает свою станцию. Произойдет это из-за того, что пылесос будет «думать»: «Я во второй комнате». Ведь он не прошел через виртуальную преграду перед тем, как возвратиться к базе.Так же поведет себя робот и в случае, если его вручную вернут из третьей комнаты к его базе. Узнавания базы вновь не произойдет, так как в понимании робота достичь ее возможно только путем прохождения через 2 стены-маяка.
Продолжая экспериментировать, переносим робота из второй комнаты в третью, после чего нажимаем команду Dock , то есть «док-станция». До базы он не добирается, ведь для этого нужно сначала вернуть его обратно во вторую комнату, откуда путь до станции он уже просчитал. Ну а если хозяин не помнит, где отвлек робота от возвращения на базу, придется нести пылесос док-станции самому. Когда пылесос приносят к базе, он «забывает» то, что ему было до этого задано убрать помещение, и начинает процесс зарядки. Данные о виртуальных преградах в его памяти также не сохранятся. В начале следующей уборки робот построит новую схему передвижения, взаимодействуя с маяками.
Таким образом, не надо вводить робота в заблуждение. Он «знает», что способностью к телепортации не обладает. Свою же базу пылесос спокойно найдет без посторонней «помощи».
Поэтому после ручного перемещения робота не стоит недоумевать по поводу того, что робот стоит рядом с родной док-станцией, но не считает ее своей. Транспортировка робота-пылесоса вручную – одна из причин его нежелания стыковки с базой. Но есть и другая. Допустим, пылесос «заметил» родные лучи своей базы. Но между ними присутствует виртуальная преграда. Пока робот не доберется до виртуальной стены, он поедет по лучам, исходящим от станции. Уткнувшись в препятствие, он замрет, а затем попытается еще раз повторить свой путь. В итоге он «решит», что эта преграда и есть его база. Тогда робот «застрянет» здесь. Или будет бесконечно долго совершать попытки добраться до своей станции.
В случае отсутствия ручной переноски, а также неправильно установленных стен, алгоритм нахождения базы роботом хорошо работает, он надежен.
iRobot - компания, не останавливающаяся на своих достижениях в области роботехники. Она постоянно совершенствует своих бытовых роботов, прибавляя им «ума», наделяя новыми способностями, делая надежнее. Словом, готовит их для работы в сложных условиях (к примеру, множество комнат разной конфигурации).
5. Как правильно располагать виртуальные стены и маяки.
Virtual wall mode - виртуальная стена, которая размещается там, куда роботу ездить нельзя. Инфракрасный луч должен надежно закрывать запрещенное пространство. Устанавливается обычно тыльной частью к стене или в дверях.
Lighthouse mode также ставят у стены или в дверном проходе. Лучи при этом должны временно загораживать роботу проход туда, где он будет убираться после наведения чистоты в первой комнате.
На расстоянии одного метра от маяка не должно быть никаких преград, в том числе и с боков. Они затруднят роботу поиск навигационных лучей. Идеально, если указывающие путь лучи будут проходить по открытому пространству.
