Roomba roboto siurblio kambarių žemėlapių kūrimas

Kaip robotas išmoksta orientuotis jūsų namuose

Pirmą kartą paleisdami Roomba robotą siurblį, turbūt pastebėjote, kaip jis kiek chaotiškai juda po kambarį, atrodytų, be jokios aiškios logikos. Tačiau tai tik pirmasis įspūdis. Iš tikrųjų šis nedidelis apvalus įrenginys tuo metu atlieka sudėtingą darbą – jis kuria jūsų namų žemėlapį. Tai tarsi pirmas vizitas nepažįstamoje vietoje, kai dar nežinai, kur kas yra, bet stengiesi viską įsiminti.

Šiuolaikiniai Roomba modeliai naudoja kelias skirtingas technologijas, kad sukurtų tikslų jūsų gyvenamosios erdvės planą. Senesnės kartos robotai veikė paprasčiau – jie tiesiog važinėjo pagal iš anksto užprogramuotus algoritmus, keisdami kryptį susidūrę su kliūtimi. Naujesni modeliai jau turi tikrą „atmintį” ir gali atsiminti, kur jie buvo ir kur dar reikia nuvažiuoti.

Sensorių armija mažame korpuse

Kad suprastume, kaip Roomba kuria žemėlapius, pirmiausia reikia pažvelgti į jo jutiklius. Priklauso nuo modelio, bet dauguma šiuolaikinių Roomba robotų turi įspūdingą sensorių rinkinį. Viršuje dažniausiai rasite kamerą – ji nukreipta į viršų ir stebi lubas bei sienas. Skamba keistai, tiesa? Bet tai labai protinga – lubos paprastai būna mažiau užgriozdintos nei grindys, todėl lengviau atpažinti orientyrus.

Be kameros, robotas turi infraraudonųjų spindulių daviklius, kurie padeda aptikti kliūtis. Yra ir specialūs „skardžio” jutikliai, kurie neleidžia robotui nukristi nuo laiptų. Kai kurie naujesni modeliai turi net lazerinį skenavimą (LIDAR technologiją), panašų į tą, kurį naudoja autonominiai automobiliai. Šis lazeris sukasi 360 laipsnių kampu ir matuoja atstumą iki aplinkui esančių objektų.

Ratų ašyse įmontuoti enkoderiai skaičiuoja, kiek apsisukimų padarė kiekvienas ratas. Tai leidžia robotui žinoti, kokį atstumą jis nuvažiavo ir kokiu kampu pasuko. Panašiai kaip jūs galite įvertinti, kiek žingsnių ėjote, tik daug tiksliau.

VSLAM – akimis matomas pasaulis

Brangesniuose Roomba modeliuose (pavyzdžiui, i7, i8, j7 serijose) naudojama vadinamoji vSLAM technologija. Tai reiškia „Visual Simultaneous Localization and Mapping” – vizualinė vienu metu vykdoma lokalizacija ir žemėlapio kūrimas. Sudėtingas pavadinimas, bet esmė gana paprasta.

Kamera daro nuotraukas keliasdešimt kartų per sekundę. Specialus algoritmas analizuoja šias nuotraukas ir ieško charakteringų taškų – kampų, šešėlių, baldų kontūrų. Tarkim, jūsų svetainėje yra kampas, kur susitinka dvi sienos, arba lempa, kuri meta tam tikrą šešėlį. Robotas įsimena šiuos orientyrus ir naudoja juos kaip navigacijos taškus.

Kai robotas vėl pravažiuoja pro tą patį kampą, jis atpažįsta jau matytus orientyrus ir supranta: „A, aš čia jau buvau”. Taip pamažu susidaro visas kambarių tinklas. Įdomu tai, kad robotas nenusaugo jūsų namų nuotraukų – jis saugo tik matematinį modelį, taškų koordinates ir jų tarpusavio santykius.

Kai robotas klysta ir vėl randa kelią

Žinoma, procesas nėra tobulas. Kartais robotas gali „pasimesti”, ypač jei kas nors jį pakelia ir perkelia į kitą vietą. Arba jei namuose labai tamsų – kamera tada mato mažiau detalių. Tokiais atvejais Roomba pasitiki kitais jutikliais ir bando susiorientuoti pagal jau turimą žemėlapį.

Jei robotas visiškai nebesusigaudo, jis gali pradėti „gelbėjimosi” procedūrą – pradeda važinėti ieškodamas pažįstamų orientyrų. Tai primena situaciją, kai pasiklydote miške ir bandote rasti kokį nors žinomą taką. Dažniausiai Roomba vis tiek suranda kelią atgal į įkrovimo stotį, nors tai gali užtrukti ilgiau nei įprastai.

Įdomu tai, kad robotas mokosi iš klaidų. Jei jis kur nors užstrigo ar susidūrė su problema, ši informacija išsaugoma žemėlapyje. Kitą kartą robotas jau žinos, kad reikia vengti tos vietos arba važiuoti atsargiau.

Kaip gimsta galutinis žemėlapis

Pirmasis valymas naujoje erdvėje paprastai užtrunka ilgiau. Robotas turi ne tik išsiurbti grindis, bet ir sukurti pradinį žemėlapį. Jis metodiškai važinėja pirmyn atgal, užtikrindamas, kad aplankytų kiekvieną pasiekiamą vietą. Kai kurie vartotojai skundžiasi, kad pirmą kartą robotas atrodo „kvailas” – važinėja keistais maršrutais, kartoja tuos pačius plotus.

Tačiau tai normalu. Robotas tiesiog renka duomenis. Po kelių valymų žemėlapis tampa vis tikslesnis. Roomba pradeda atpažinti atskirus kambarius, koridorius, duris. Naujesni modeliai net gali automatiškai identifikuoti kambarių tipus – virtuvė, miegamasis, svetainė – pagal jų formą ir dydį, nors ši funkcija ne visada veikia tiksliai.

Galutinis žemėlapis išsaugomas roboto atmintyje ir, jei naudojate išmaniąją programėlę, sinchronizuojamas su jumis. Programėlėje matote savo namų planą, kurį galite redaguoti – pervadinti kambarius, nustatyti ribas, kur robotas neturėtų važiuoti, arba sukurti valymo zonas.

Kelių aukštų problema ir jos sprendimas

Jei gyvenant dviaukščiame name ar bute su keliomis erdvėmis, iškyla klausimas: ar Roomba gali įsiminti kelis žemėlapius? Atsakymas priklauso nuo modelio. Naujesni Roomba robotai (i7, i8, j7, s9 serijos) gali saugoti iki 10 skirtingų žemėlapių.

Tai veikia gana protingai. Kai perkeliate robotą į kitą aukštą ir paleidžiate, jis pirmiausia bando atpažinti, kuriame žemėlapyje yra. Jei atpažįsta pažįstamus orientyrus, naudoja tą žemėlapį. Jei ne – kuria naują. Praktiškai tai reiškia, kad galite turėti po Roomba kiekviename aukšte arba perkelti vieną robotą tarp aukštų, ir jis prisimins abi erdves.

Tačiau yra niuansas – robotas negali pats kopti laiptais (bent jau dar ne), todėl kiekvienam aukštui reikia atskiros įkrovimo stoties arba turite rankiniu būdu jį perkelti. Kai kurie žmonės perka po robotą kiekvienam aukštui, kiti tiesiog perkelia – priklauso nuo jūsų poreikių ir biudžeto.

Privatumo klausimai ir duomenų saugumas

Kai robotas kuria jūsų namų žemėlapį ir siunčia jį į debesiją, natūraliai kyla klausimas: ar tai saugu? Kas dar gali pamatyti mano namų planą? iRobot, Roomba gamintojas, teigia, kad duomenys yra šifruojami ir naudojami tik roboto funkcionalumui užtikrinti.

Tačiau 2017 metais kilo skandalas, kai iRobot vadovas užsiminė apie galimybę parduoti namų žemėlapių duomenis trečiosioms šalims. Po visuomenės pasipiktinimo kompanija greitai atsitraukė ir patvirtino, kad to nedarys be aiškaus vartotojų sutikimo. Vis dėlto verta žinoti, kad tokie duomenys egzistuoja.

Jei jus neramina privatumas, galite naudoti Roomba be interneto ryšio – robotas vis tiek kurs žemėlapį ir juo naudosis, tik jūs negalėsite jo matyti programėlėje ar valdyti nuotoliniu būdu. Arba galite pasirinkti senesnius modelius be kameros, kurie naudoja tik jutiklius – jie veikia šiek tiek mažiau efektyviai, bet nekaupia jokių vizualinių duomenų.

Ką daryti, kad žemėlapis būtų tikslus

Norint, kad Roomba sukurtų kuo tikslesnį žemėlapį, verta pasiruošti. Pirmą kartą paleidžiant robotą, geriausia pašalinti nuo grindų visus laisvus daiktus – žaislus, drabužius, laidus. Taip robotas galės laisvai važinėti ir neužstrigs.

Uždarykite duris į kambarius, kurių nenorite įtraukti į žemėlapį. Arba atvirkščiai – atidarykite visas duris, jei norite, kad robotas suskenuotų visą būstą. Įsitikinkite, kad apšvietimas pakankamas – tamsoje kamera mato prasčiau.

Po pirmojo valymo patikrinkite žemėlapį programėlėje. Dažnai reikia šiek tiek pakoreguoti – sujungti kambarius, kuriuos robotas klaidingai padalijo, arba atskirti erdves, kurias jis sujungė. Galite nustatyti virtualias sienas – linijas, kurių robotas neperžengs. Tai naudinga, jei turite vietų, kur robotas linkęs užstrigti, pavyzdžiui, po tam tikru baldų.

Jei žemėlapis atrodo visiškai netikslus, geriausia jį ištrinti ir leisti robotui sukurti naują. Kartais, ypač jei namuose daug pasikeitė (perstatėte baldus, padarėte remontą), naujas žemėlapis bus tikslesnis nei bandymas koreguoti seną.

Kai technologija tampa namų dalimi

Roomba žemėlapių kūrimas – tai puikus pavyzdys, kaip sudėtinga technologija tampa kasdieniu įrankiu. Robotas naudoja principus, kuriuos mokslininkų komandos kūrė dešimtmečius, tačiau dabar visa tai telpa nedideliame, prieinamame įrenginyje.

Žinoma, technologija nėra tobula. Kartais robotas vis tiek klysta, užstringa, pamiršta dalį žemėlapio. Bet kiekviena nauja karta tampa protingesnė. Naujausi modeliai jau gali atpažinti konkrečius objektus – pavyzdžiui, šuns išmatas ar įkritusį laidą – ir jų vengti. Tai reiškia, kad žemėlapiai tampa ne tik geometriniai, bet ir semantiniai – robotas supranta ne tik „čia yra kliūtis”, bet ir „čia yra konkretus objektas, kurį reikia apdoroti tam tikru būdu”.

Galbūt ateityje robotai siurbliai bendradarbiaus su kitais išmaniaisiais namų įrenginiais, dalindamiesi žemėlapių informacija. Jūsų išmanusis šildymas galėtų žinoti tikslų kambarių išdėstymą, saugumo sistema – kur yra durys ir langai. Kol kas tai tik vizija, bet technologija juda ta kryptimi.

O dabar, kai žinote, kaip jūsų Roomba kuria žemėlapius, galbūt kitą kartą žiūrėsite į jį šiek tiek kitaip – ne kaip į paprastą valytuvą, o kaip į mažą tyrinėtoją, kuris kantriai mokosi kiekvieną jūsų namų kampelį.