Военное прошлое: как появились пылесосы

Пылесос, швабра и… швабросос?

Роботы-пылесосы выполняют три типа задач: сухая уборка, влажная и комбинированная. С сухой и началась история машин со щетками. Сейчас это самый распространенный и доступный сегмент: минимальная цена такого пылесоса – около 2 тыс. рублей. Он оборудован набором датчиков, сухими метелками и валиком, который отправляет весь мусор в контейнер.

Роботов для влажной уборки называют роботами-швабрами. Они «заточены» исключительно под мытье напольных покрытий и уже не оснащены метелками, а используют только специальный валик. У некоторых есть резервуар для чистой воды, чтобы распылять ее по ходу движения, другие же работают на предварительно увлажненном полу, так что для них необходимо «подготовить почву». Стоимость автоматических швабр выше и начинается от 9 тыс. рублей.

Первое поколение пылесосов Roomba? wikipedia.org

Комбинированные устройства умеют и насухо убрать, и лужу затереть. Правда, нельзя сказать, что они одинаково хорошо справляются с обеими задачами. Стоимость таких помощников начинается тоже от 2 тыс. рублей, но очевидно, что рассчитывать на высокое качество влажной уборки не стоит: есть вероятность, что пол останется влажным, но грязным.

Одно из обновлений программного обеспечения для пылесосов компании iRobot приводило к странному поведению устройств: они крутились на месте, делали непонятные зигзаги и не могли попасть на зарядную станцию, все время приближаясь к ней по диагонали. Множество пользователей обратилось тогда в техподдержку, описав поведение роботов как «пьяное».

Один родитель – один набор датчиков

На самом деле, у роботизированных швабр и пылесосов много общего. Колесная база, датчики и программное обеспечение, которое всем управляет, всегда одинаковые. А вот набор щеток и контейнеров может варьироваться. Изначально военные прообразы пылесосов обладали всего парой сенсоров – датчиком удара о поверхность и лазерным счетчиком оборотов колеса. Первый срабатывал при прикосновении к поверхности: у робота по направлению движения установлен специальный бампер, который при легком столкновении с препятствием вдавливается внутрь, работая фактически как большая кнопка. Если контакт произошел, то робот меняет направление движения согласно своему алгоритму. Именно поэтому простые роботы любят застревать между ножками столов и стульев – они просто оказываются в ловушке, как будто в коробке.

Счетчик оборотов колеса служит для понимания, какой путь пройден (чтобы регулировать заряд), и для построения маршрута: робот двигается по прямой линии, считая количество оборотов, потом находит препятствие, смещается на некоторое расстояние в сторону, разворачивается и двигается в обратном направлении, ожидая, что обратный путь займет такое же количество оборотов. Измерение пройденного расстояния и направление перемещения позволяет роботу составить карту помещения, которую он будет использовать в будущем, оптимизируя свой маршрут. Если робот не хранит карту, то он использует эти расчеты для нахождения кратчайшего пути домой, на зарядную станцию. Например, робот знает, что его аккумулятора хватает на 2 км, он потратил 1,5 км на очистку комнаты, но удалился от зарядной станции всего на 5 м, так что может подметать эту комнату до последнего. Или другой вариант: из 2 км он потратил 0,5 км на путь до кухни и собирается чистить ее, поэтому ему надо заложить минимум 0,5 км на обратный путь, а значит, на чистку остается максимум 1 км. А это оказалась не кухня, а бальный зал… Но такой датчик уже не популярен в новых роботах, потому что его функции выполняет лидар.

Лидары определяют расстояние благодаря рассеянию и поглощению света. В дорогих лидарах используются лазеры, но так как нашим роботам не нужна большая дальность и высокая точность, то они оборудованы светодиодами, которые выполняют те же функции: робот посылает луч света, тот встречается с препятствием, приемный датчик регистрирует это и определяет расстояние до предмета. Лидары могут стать причиной забавных ошибок – если у вас есть зеркало в пол, роботу будет казаться, что это дверной проем, и он разметит несуществующее пространство за зеркалом. Зато будет личное зазеркалье. Главное, чтобы пылесос был не слишком настойчив в попытках там убрать.

Робот-пылесос строит 3D-модель пространства и сохраняет координаты уже убранных участков. chudo.tech

На устройствах попроще используется не лидар, а стереоскопическая камера, которая строит примитивную 3D-модель помещения. Если у вас робот с ней (можно уточнить в настройках), то ему точно понадобится освещение, чтобы ориентироваться в пространстве. Можете представить, что грозная военная машина боится темноты?

У некоторых роботов бампер заменен на датчики близкого расстояния, которые работают на инфракрасном свете, – их лучи, как лазер у компьютерной мышки, позволяют распознать близкое препятствие. Такой же датчик расположен в днище робота, он проверяет, не оказались ли мы на краю пропасти, точнее лестницы. Может быть, это не очень актуальный сценарий для типовых российских квартир, но вдруг вам взбредет в голову убрать со стола с помощью робота? Последний важный датчик – для обнаружения стен. Он тоже работает на инфракрасных лучах и нужен не чтобы избежать столкновения со стенами, а чтобы, наоборот, максимально близко к ним приближаться и планировать траекторию так, чтобы двигаться вдоль стены, не растрачивая ресурсы на определение препятствий с помощью сенсора столкновений.

Майкл Ривз и его робот-матерщинник. frognews.ru

В 2019 году блогер Майкл Ривз взломал свой робот-пылесос и научил его ругаться и жаловаться на жизнь каждый раз, когда тот встречал препятствия. Программист использовал популярные нарезки ругательств со всего Интернета, превратив робота в пирата-сквернослова. Правда, пришлось полностью удалить часть, которая отвечала за чистку, и робот получился совершенно бесполезный, но забавный.

Карта не сокровищ

Итак, робот есть, мы выбрали нужный нам функционал, уложились в бюджет. Помимо качества уборки, вторым достижением гаджета станет карта помещения. И в зависимости от устройства она может различаться. Например, у самых простых роботов вы ее не увидите, она будет храниться где-то внутри памяти. А если вам будет доступно приложение, то сможете оценить картографические способности вашего помощника. Алгоритм покрытия территорий может включать в себя много этапов: найти стену, следовать вдоль нее до первого препятствия, разворот и так далее. Эти алгоритмы на самом деле весьма интересно устроены и покрываются теорией графов, которая используется и в более серьезном программном обеспечении – например, при планировании континентальных поставок на грузовиках.

Командование роботом

Если у вас есть доступ к составленной карте, то вы, скорее всего, сможете ее корректировать, добавлять запрещенные зоны, куда военным, точнее роботам, вход закрыт. Приятно ощущать свою власть, правда? Это может быть территория, где лежит какой-то экзотический ковер, или детские игрушки, или обувь. Некоторые модели, не поддерживающие управление со смартфона, иногда поставляются вместе со специальными магнитными столбиками для формирования границ, которые нельзя пересекать. А для совсем бестолковых роботов придется возводить баррикады из подручных средств – достаточно разместить что-то высокое и тяжелое, чтобы робот не смог это опрокинуть и переехать, например тумбочку. Для продвинутых моделей можно размечать зоны с коврами, чтобы интенсивность уборки там была выше, или зоны с кафелем, чтобы уборщик мог сэкономить заряд батареи и быстрее его пройти. Ну и, конечно, в люксовые версии вшито формирование расписания, чтобы автоматизировать все по максимуму. И чтобы робот не начал уборку в шесть утра на радость домашним питомцам.

Как устроен робот-пылесос. iclebo.com

Полезные советы

Чтобы выбрать удачного робота, надо руководствоваться следующими вещами: площадь помещения для уборки, состав напольного покрытия, наличие домашних животных и детей, тип робота (швабра или пылесос) и бюджет. Для больших квартир нужны роботы с емким аккумулятором, чтобы заряда хватило на обработку за один раз, иначе ваш помощник будет ездить подзаряжаться. Если в доме много ковров, необходим робот с мощной колесной базой и хорошими щетками, и вам точно не подойдет робот-швабра. Если у вас один кафель и винил, то швабра окажется полезнее. Если есть домашние животные, то лучше брать робота с большей всасывающей силой и HEPA-фильтром, чтобы уменьшить количество аллергенов. Если есть маленькие дети, то лучше подойдет робот с большими возможностями контроля, чтобы избежать попадания мелких игрушек в механизмы.

В Интернете уже собрали некоторые полезные советы и предостережения. Например, если у вас дома собака, приготовьтесь часто чистить щетки от шерсти. Первую полную уборку лучше провести вместе с роботом, наблюдая за его поведением. Наивно полагать, что робота можно купить, сразу включить, уйти на три часа из квартиры и вернуться в чистый дом. Первое время ему понадобится контроль – как домашнему животному. А потом – он приноровится и станет лучшим помощником. Но не забывайте чистить бак для мусора – к сожалению, эту задачу пока не удалось автоматизировать. Робот-пылесос не станет заменой генеральной уборки, но точно поможет избавиться от пыли и скоплений волос. Главное – не давайте ему оружие, чтобы он не вспомнил о своих армейских корнях.