Kako pomembna je navigacija pri robotskih sesalnikih?

Robot naj ne bi bil pravi, če ne bi znal v vsakem trenutku natančno določiti, kje se nahaja. Kar pa še ne pomeni, da sesalec ne more opraviti svojega dela tudi brez tega »zakona«. Na videz neurejeno vožnjo je danes pri večini robotov zamenjala sistematična v vzporednih pasovih. Dodatno vrednost sistematične vožnje določajo predvsem tipala, ki so povzročila pravšnjo mini revolucijo nadvse priljubljenih gospodinjskih pomočnikov.

So tla pri naključnem premikanju bolj čista?

Da ima naključno premikanje smisel, mora robot najprej oceniti velikost prostora in izračunati čas dela, ki zadostuje, da ga naključni algoritem čez vsako točko pelje vsaj enkrat, toda raje dvakrat ali celo trikrat. Za preprosto izmero površine zadostuje infrardeče tipalo. iRobot sesalniki Roomba z naključnim algoritmom, kateremu vzor je bilo premikanje žuželk, s spremljanjem časa do sprejema oddanega signala zaznajo razdaljo do zidov v bližini in na ta način grobo ocenijo velikost prostora. Algoritem ima seveda nekaj pomanjkljivosti. Na enkrat izmeri eno sobo, ne pa celotnega stanovanja. Ko robot odkrije prehod v drugo, mora prilagoditi svoje delovanje. Ker se ves čas premika naključno opravi daljši pot in dela dlje. Pripeti se, da v razvejanem tlorisu stanovanja ne najde mesta, kjer je priključna postaja, saj prej zmanjka energije v baterijah. Poleg tega se ne zaveda svojega položaja, zato ne more prekiniti dela, napolniti baterije in potem nadaljevati.

Naključni algoritem še vedno prevladuje med robotskimi sesalniki, posebej med cenejšimi modeli. Uporabljajo ga tudi starejši modeli Roomba, pa tudi nekateri novejši. Zanimivo je, da
Roomba i3 poleg sistematičnega pozna naključni algoritem, ki ga uporabi med delom v eni sobi. Zakaj? Stranska metlica večine robotov vsaj del smeti razmeče stran od sebi. Tiste, ki končajo na površini, ki jo je »sistematični« robot že obdelal, ostanejo najmanj do naslednje sesanja, medtem ko obstaja možnost, da jih bo »naključni« pobral že v tem. Poleg običajno učinkovitejšega sesanja je prednost še ena. Za naključno premikanje so potrebna preprostejša tipala, zato robota težko kaj zmede in lahko dela tudi v popolni temi.

iRobot tekmeci vidijo z laserjem

Prvi sistematični roboti so za natančno kartografijo in zaznavo položaja v prostoru uporabljali laserski navigacijski sistem. Takšen lahko z ozkim infrardečim laserskim snopom natančno izmeri razdaljo do objektov v njegovi bližini, s hitro rotacijo laserja okoli sebe (360 stopinj) pa skenira prostor in izdela natančen tloris. Ker namesto kamere uporablja laser, lahko to počne tudi v popolni temi. Toda težave mu povzročajo napol prosojne ovire. Na primer do tal segajoča zavesa, ki če se zavije okoli »laserskega« očesa, lahko robota zmede.

V primerjavi z naključnim algoritmom je način sistematičnega premikanja drugačen. Robot gre najprej ob stenah, da obkroži sobo in nato njeno površino obdela med vožnjo po vzporednih poteh. Preko vsake točke gre natanko enkrat, zato dela krajši čas. Če najde prehod v drugo sobo, gre vanjo in tako naprej, dokler ne posesa celega stanovanja. Ves čas zelo natančno ve, kje je in kar prav tako pozna mesto priključne postaje, se lahko nanjo vedno vrne in napolni baterije.

Ste vedeli, da se novejši roboti lahko naučijo prepoznati več tlorisov?

Zmogljivejši iRobot Roomba robotski sesalniki ne uporabljajo laserja, temveč navzgor obrnjeno kamero. Ni običajna, kakršne smo vajeni v nadzornih ali spletnih kamerah, namesto tega ta kamera »vidi« vzorce okolice, ki ji pomagajo prepoznati prostor in znajti se v njem. Tako kot roboti z laserjem tudi ti oblikujejo tloris stanovanje in ga shranijo, da so kasnejša čiščenja učinkovitejša. Novejši roboti, med katerimi je na vrhu model Roomba S9, so torej učeči. Hranijo lahko več tlorisov (npr. nadstropij hiše) in znajo prepoznati, v katerem so. Žal ima kamera tudi slabost. Zaenkrat še ne zmore delovati v popolni temi.  

V primerjavi z »laserskimi« tekmeci je algoritem premikanja Roombe drugačen. Po zagonu krajši čas potrebuje za orientacijo, na kar prostor, ki ga ima shranjenega v spominu, razdeli na področja. Ta niso skladna z našim razumevanjem, saj osnovni element določi glede na razumno velike površine – takšne, ki zagotavljajo najbolj optimalno delo. Posesa najprej jih in prostor šele nato obkroži po robovih. V tem je logika, kajti smeti, ki jih stran od robota potiskajo bočne metlice, velikokrat končajo ravno tam. Ko konča, brez težav najde priključno postajo, prav tako pa mu težav ne povzročajo večja stanovanja, kajti vedno lahko med delom napolni baterije.

Primerna tipala za vodenje, drugotna za natančnost

Z laserjem ali kamero robot poleg prostora zazna tudi ovire v njem, zato dodatna tipala naj ne bi bila nujna. Toda izkazalo se je, da je resnica daleč od tega. Nekateri materiali lahko zmedejo laserski žarek, medtem ko pod ostrim kotom navzgor obrnjena kamera ne vidi nizkih ovir. Poleg infrardečih tipal in pa obrnjenih navzdol (preprečijo, da bi robot padel v globino), je še vedno osnova tipalo dotika. Morda vas moti, da se robot zaleti v nogo mize ali omaro, toda naj vas ne skrbi. Če bi pozorno opazovali, bi opazili, da tik pred trkom upočasni, da je ta čim bolj nežen. Dotik predmeta ali stene namreč omogoči, da posesa smeti tik ob njem, na primer v ozkem pasu med steno in zaveso ali pod posteljo, četudi je ta prekrita z do tal segajočo prevleko. Optimalnost vožnje in učinkovitost vsakega robotskega sesalnika je odvisna od optimalnega algoritma vodenja, izogibanja oviram in popolnega izkoristka tipal. Čeprav imajo roboti z lasersko navigacijo tipalo dotika, ga večina ne uporablja, da bi na primer »predrli« zavese ali posteljne prevleke. Oboje zanje predstavlja konec prostora, kjer morajo sesati, kar je seveda daleč od resnice.

Opisali smo načine navigacije robotskih sesalnikov. Ne gre za to, katera je boljša, saj je delovanje robota odvisno še od drugih dejavnikov, tudi od tega, kako dobro je izdelan, kako močan je motor, kako dobro so narejene krtače, ki pobirajo smeti, in kakšni sta oblika in velikost robota, da lahko ta doseže res vse površine, ki bi jih doma radi počistili. Že od začetka, ko je podjetje Electrolux predstavilo sploh prvega komercialnega robota, Trilobite, pa vemo, da je za čistočo najbolje, če robot svoje delo opravlja vsak dan.

Več o robotskih sesalnikih iRobot na spletni strani irobot.si.