So navigieren Saugroboter

von Julien
| Veröffentlicht: 16. April 2020
Mittlerweile ist eine Vielzahl an verschiedenen Navigationssystemen bei Saugrobotern im Einsatz. Die gängigsten sind dabei die optische Navigation mit Hilfe einer Kamera (vSLAM), die Navigation mittles Laser-Distanzsensor (LD / LiDAR), aber auch die Navigation per Gyroskopie findet vor allem in günstigeren Modellen ihren Einsatz. Zusätzlich findet eine handvoll verschiedener mechanischer und digitaler Sensoren, welche die Navigation vor allem in Bodennähe untersützten und den Saugroboter zum Beispiel vor dem Rammen von Hindernissen oder Treppensturz bewahren Einsatz.

Inhaltsverzeichnis

Die am häufigsten Verwendeten Navigationssysteme im Überblick:

  • Laser-Distanz-Navigation (LD / LiDAR)
  • Optische Navigation per Kamera
  • Per Gyroskopie 
  • Per Infrarotsensoren
  • Chaotische Navigation

Zusätzlich stützen sich Saugroboter auf eine Vielzahl verschiedener Sensoren, darunter:

  • Infrarot-Hindernisssensoren
  • Bumper
  • Sturzsensoren
  • Ultraschallsensoren

Saugroboter-Navigationssysteme erklärt:

Navigation per Laser-Distanzsensor (LD / LiDAR)

LiDAR (engl. light detection and ranging) ist eines der am häufigsten eingesetzten Navigationssystem in Saugrobotern und sieht meist wie ein kleiner Turm aus, der sich auf dem Gehäuse befindet. Beim LiDAR-System werden tausdende Laserimpulse auf eine schnell rotierende Spiegelplatte geworfen, die diese Laserstrahlen in eine horizontale Bewegung umbricht. Das zurückfallende Licht wird wird von der Sensorik des Staubsauger-Roboters erfasst und per Lichtlaufzeit wird die Entfernung der Lichtstreuung berechnet. 

So erstellt der Roboter während seiner Erkundungsfahrt, auf der er eine Wohnungskarte, erstellt mit Hilfe von tausenden Datenpunkten eine zweidimensionale Karte seiner Umgebung.

Dies hat einige Vorteile gegenüber der optischen Erfassung von Umgebungsdaten, da sich die Messung auf der Höhenebene des Saugroboters befindet und er somit auch Gegenstände die sich auf dem Boden befinden erkennen kann.

Vorteile der Navigation per Laser-Distanzsensor:
Erkennt mehr Hindernisse als bei der optischen Erfassung der Umgebung
Genaue Standortermittlung des Roboters

Navigation per Kamera

Dyson 360 Heurist von oben
360°-Kamera am Dyson 360 Heurist (von orangenem Ring umgeben)

Ähnlich wie die Navigation per LiDAR, ist auch die Navigation per Kamera eine der häufigsten Navigationsmethoden bei Saugrobotern. Dabei nehmen eine oder mehrere nach oben gerichtete (360Grad-)Kamera(s) die Raumdecke des jeweiligen Raums auf. In einem zweiten Schritt werden die erfassten Daten dann auf den Grundriss des Raums umgerechnet und der Saugroboter erstellt mit Hilfe dieser Daten eine zweidimensionale Karte. 

Bei zukünftigen Saugläufen ruft er zuvor gespeicherte Daten ab und vergleicht sie mit dem, was seine Kameras im Moment aufzeichen. Im Vergleich zur LiDAR-Navigation weißt die Navigation per Kamera allerdings kaum Vorteile auf, eher im Gegenteil: Da die Kameras nur die Decke aufzeichen, kann der Saugroboter nicht wie bei der Laser-Distanz-Navigation alle Gegenstände auf seiner Höhenebene erfassen, sondern muss diese gesondert per Infratorsensor oder Bumper ansteuern. Ebenso dauert die Kartierung eines Raums per Kamera auch etwas länger als per Lasermessung.

Vorteile der Navigation per Kamera:
Modelle flacher als LiDAR-Modelle

Navigation per Gyroskopie

Saugroboter, die per Gyrosensor navigieren, wählen zunächst die Ladestation als Ausgangspunkt aus. Bei jeder Drehung aktualisiert der Roboter seinen aktuellen Standpunkt im Raum. Wie auch bei der Kameranavigation werden allerdings bei der Navigation per Gyrosensor weitere Sensoren, wie Infrarot-Hindernissensoren oder Bumper benötigt, da der Gyrosensor natürlich keine Hindernisse wahrnehmen kann.

Vorteile der Navigation per Gyroskopie:
Der Saugroboter kann auch ohne Kartierung der Wohnung direkt loslegen

Chaotische Navigation

Bei der chaotischen Navigation fährt der Saugroboter kreuz und quer durch den Raum. Eckt er an einem Hindernis an, wird die Fahrtrichtung gewechselt. Auf die chaotische Navigation setzen meist günstigere Modelle und die Reinigungsleistung ist dadurch, dass die Roboter natürlich nicht alle Bereiche eines Raums befahren, geringer als bei einer Kameranavigation oder der Navigation per Laser-Distanzsensor.

Navigation per Infrarotsensoren

Vor allem Saugroboter die auf ein chaotisches Reinigungsprinzip setzen, verwenden die Navigation per Infrarotsensoren, die relativ einfach funktioniert: Der Saugroboter fährt einen Raum Kreuz und Quer ab, registriert er per Infrarotsensor ein Hindernis, ändert er die Richtung.