Comparação de Navegação de Robô Aspirador: Lidar vs. Câmera

Saudações a todos os leitores do site. robotvac.washerhouse.comNeste artigo, compararemos os dois tipos mais precisos de navegação para robôs aspiradores: a baseada em LiDAR e a baseada em câmera. Esse tipo de navegação é normalmente encontrado em modelos de preço médio e premium, devido ao alto custo dos próprios sensores. Algumas marcas utilizam exclusivamente câmeras em seus modelos topo de linha, enquanto outras utilizam exclusivamente LiDAR. Agora, compararemos esses dois sistemas testando os sistemas de navegação de modelos de ponta. iRobot Roomba i7+ E Roborock S5 MaxEntão, vamos descobrir qual é a melhor opção: lidar ou câmera para navegação.

Brevemente sobre navegação

Vamos primeiro rever brevemente o que é navegação de precisão baseada em lidar e câmera, e quais são as funcionalidades desses dois sistemas.

O lidar em aspiradores robóticos é montado na parte superior do corpo. É uma espécie de "torreta" com um sensor a laser rotativo em seu interior, também conhecido como sensor LDS.

Este telêmetro a laser gira 360 graus em alta velocidade, escaneando objetos ao seu redor, calculando as distâncias até eles e criando um mapa preciso do ambiente.

As vantagens do lidar incluem precisão de navegação igual em qualquer nível de iluminação, ou seja, tanto de dia quanto de noite. Além disso, a tecnologia de escaneamento a laser é mais precisa. As desvantagens incluem falhas mais frequentes do lidar devido ao mecanismo de rotação, bem como problemas na leitura de superfícies reflexivas. Isso pode incluir portas de armários espelhadas em um cômodo ou pés de cadeiras cromadas. Além disso, na maioria das vezes aspiradores robóticos com lidar Eles atingem 10 cm de altura devido à torre no topo e, portanto, a capacidade de manobra dos robôs sob os móveis é inferior à dos modelos planos.

A câmera, por sua vez, é um sistema de navegação visual. Um mapa da sala é construído lendo e processando as imagens da câmera. Ela escaneia o teto, tirando várias fotos, e usa esses dados para criar uma planta baixa dos cômodos.

A navegação baseada em câmera é mais confiável em termos de durabilidade da câmera e é ligeiramente menos dispendiosa. Além disso, a câmera não aumenta a altura do robô aspirador; alguns modelos têm apenas 7-8 cm de altura, permitindo que o robô navegue por baixo de móveis baixos.

Desvantagens da navegação visual: em áreas com pouca luz ou mal iluminadas, a câmera simplesmente "fica cega". Além disso, a precisão da navegação visual é sempre inferior à da varredura a laser, especialmente se o teto não possuir referências visuais importantes para o robô utilizar.

Em seguida, compararemos as tecnologias lidar e de câmeras em condições reais idênticas para verificar qual tipo de navegação ajuda os aspiradores robóticos a terem um desempenho melhor.

Comparação nº 1 – Teste introdutório

Para testar a navegação dos robôs da forma mais objetiva possível, criamos diversos obstáculos na sala de testes, a saber:

1. Instalamos uma porta de guarda-roupa espelhada.
2. Criamos uma área escura entre a parede e o sofá.
3. Colocamos uma cadeira, brinquedos infantis e uma caixa como obstáculos no caminho dos robôs. Também adicionamos um peso à caixa para evitar que ela se movesse, mesmo com um leve toque do robô.

O teste em si é demonstrado no vídeo; recomendamos que você o assista:

Como resultado, constatou-se que:

1. O iRobot Roomba i7+ moveu levemente todos os objetos em seu caminho, limpando apenas ao redor de um dos pés da cadeira, e basicamente cobriu toda a área acessível, inclusive duas vezes em alguns pontos. O robô levou pouco mais de 10 minutos para concluir sua primeira limpeza. Desta vez, o robô navegou pela área escura entre a parede e o sofá sem problemas, mas durante um teste, ficou um pouco confuso na escuridão.
2. O Roborock S5 Max, com navegação baseada em lidar, é muito mais delicado com os objetos, atingindo apenas um brinquedo. Ele também circulou cada pé da cadeira e percorreu toda a área acessível duas vezes, dividindo o cômodo em zonas. Não teve problemas para navegar no escuro, mas o robô aspirador identificou a porta espelhada como uma extensão do cômodo, à qual não conseguiu acessar. No entanto, isso não afetou o desempenho da limpeza de toda a área acessível; simplesmente criou uma parte inexistente no mapa. O robô não atingiu o espelho em si e tentou navegar através dele. A primeira volta durou 19 minutos, mas o robô criou um mapa mais preciso.

Comparação nº 2 – Movimentação com um mapa salvo

Agora vamos ver como o algoritmo de movimento dos robôs muda depois que eles criam um mapa da sala e o salvam na memória. Também adicionamos a capacidade de definir zonas proibidas no mapa; adicionaremos uma zona por vez e testaremos como os robôs reagem a elas. Tudo é demonstrado claramente no vídeo acima.

O iRobot Roomba i7+ limpa zona por zona em um padrão serpentino. Ele não limpou ao redor dos pés da cadeira, não teve problemas de navegação na área escura e reconheceu a zona proibida sem entrar nela. Uma única limpeza levou cerca de 12 minutos.

No caso do Roborock S5 Max, o algoritmo de movimento foi alterado. O robô primeiro percorreu toda a área acessível ao longo do perímetro e, em seguida, começou a limpeza em um único movimento em ziguezague. Ele limpou ao redor de todos os pés da cadeira, quase sem tocar em obstáculos e evitando a área restrita.

Outra observação: o iRobot Roomba i7+ fez apenas uma passagem de ida atrás do sofá, enquanto o Roborock S5 Max fez duas passagens de ida e volta na mesma área, o que significa que limpou a área menor de forma mais completa. Depois disso, o robô fez uma segunda passagem por toda a área e retornou à sua base. Levou pouco mais de 18 minutos, mas, novamente, cobriu uma área maior.

Comparação nº 3 – Orientação em um espaço com vários cômodos

E, por fim, gostaria de comparar como os robôs aspiradores com tecnologia lidar e câmeras mapeiam a casa inteira e quanto tempo levam para limpar essa área. No nosso caso, são cinco cômodos com uma área total de cerca de 40 metros quadrados. A área de limpeza efetiva é de aproximadamente 35 metros quadrados.

A câmera do iRobot calculou uma área de 27 metros quadrados, embora a área real seja de aproximadamente 35 metros quadrados. No entanto, a precisão do cálculo é alta e a geometria corresponde ao ambiente doméstico real. O robô limpa essa área em uma única passagem em aproximadamente 50 a 55 minutos, parando em áreas particularmente sujas detectadas por seu sensor óptico.

O lidar da Roborock criou uma sala com a mesma geometria, mas calculou a área com mais precisão, em 34 metros quadrados, o que é quase idêntico à área real. Além disso, precisou de apenas 31 minutos para limpar toda a área, o que é significativamente mais rápido.

Em última análise, o lidar produz um mapa mais preciso e permite uma travessia mais rápida de toda a área acessível, caso haja vários cômodos. Além disso, o robô equipado com lidar, em nosso caso, percorreu áreas problemáticas com mais eficiência, como o espaço entre os pés da cadeira e o espaço estreito e escuro atrás do sofá. Robôs equipados com lidar também fazem contato mais suave com os objetos, fazendo com que batam em seus para-choques com menos frequência.

Aliás, é importante notar que após várias passagens robô com câmeraPrincipalmente se você ligá-lo em diferentes horários do dia, com níveis de iluminação variados nos cômodos, o padrão de navegação do robô será desenvolvido automaticamente e, mesmo à noite, ele conseguirá cobrir toda a área disponível sem deixar nenhuma área sem limpar. Portanto, o iRobot Roomba i7+ pode apresentar problemas de navegação em áreas pouco iluminadas apenas durante um teste. Esse problema será resolvido posteriormente.

Vamos resumir.

Em conclusão, vamos destacar as características dos aspiradores robóticos com navegação precisa baseada em lidar e câmera.

Em qualquer caso, ambos os tipos de navegação permitem um mapeamento preciso do ambiente e maximizam a eficiência da limpeza robótica. Os robôs comparados podem armazenar múltiplos mapas de limpeza em sua memória, o que é útil para casas de dois andares. Eles também suportam a limpeza após a recarga, o zoneamento de ambientes para limpeza programada cômodo por cômodo e a capacidade de definir zonas de acesso restrito e zonas de limpeza no mapa.

Ao mesmo tempo, o lidar cria um mapa mais preciso, limpando mais rapidamente e deixando um mínimo de áreas não mapeadas. Como você pode ver, não há nenhum problema crítico ao trabalhar com um espelho. De qualquer forma, existem maneiras de evitar mapeamentos imprecisos, como aplicar uma película protetora no espelho, na altura do lidar, para impedir que os raios infravermelhos invisíveis do sensor sejam refletidos.

Em relação à durabilidade do próprio telêmetro a laser, robôs de alta qualidade, como o Roborock, são equipados com um lidar confiável, o que garante sua longa vida útil. No entanto, ninguém se responsabiliza por robôs chineses de fabricantes desconhecidos, e nesses casos, existe a possibilidade de o sistema de navegação falhar precocemente. Além disso, não podemos esquecer da altura; robôs compactos com lidar ainda não estão disponíveis, sendo este provavelmente o único ponto negativo significativo.

A precisão do mapeamento da câmera é ligeiramente inferior, especialmente em áreas maiores, de 100 metros quadrados ou mais. Esses robôs também tendem a limpar mais lentamente. No entanto, a câmera tem menor probabilidade de apresentar defeitos e não interfere na altura do robô. Problemas de orientação em condições de baixa luminosidade podem ocorrer durante um teste de familiarização ou em modelos onde a câmera funciona mais como um dispositivo fictício do que como um sistema de navegação real.

Então, eu diria que os aspiradores robóticos com lidar são melhores na navegação, mas não a ponto de eu não dever considerar os modelos com câmeras. Tudo é individual e depende muito do aspirador robótico que você escolher.

Em todo caso, em 2020, o melhor sistema de navegação é um sistema combinado de lidar e câmera. Você pode ver uma comparação entre sistemas lidar e lidar+câmera em nosso vídeo:

É tudo por hoje. Boas compras a todos!