Sensorik von Roboter-Staubsaugern

Ratgeber

Was für den Menschen selbstverständlich ist, aber für die Roboter schon fast Schwerstarbeit, ist die Orientierung im Raum! Jede Wohnung und jedes Zimmer sieht völlig anders aus, andere Möbel und andere Gegenstände stehen auf dem Boden. Dennoch muss der Roboter möglichst alle Stellen erreichen, also auch unter Tischen, Stühlen oder unter Betten durchfahren. Eventuell Teppichkanten, Türschwellen oder Kabel überqueren oder Treppen ausweichen.

Berühungssensoren und einfache Navigation

Um all diese Aufgaben zu lösen verfügen die Roboter über Sensoren um die Umgebung zu analysieren. Die ersten Modelle die auf den Markt kamen, verfügten nur über wenig oder kaum Sensoren. Bei einigen sehr günstigen Geräten ist das heute noch so!
Im einfachsten Falle verfügen diese über eine Art Stoßstange die bei Kontakt mit einem Hindernis Mikroschalter auslösen. Meistens sind es zwei oder drei Mikroschalter um zu registrieren, ob der Roboter links, rechts oder frontal kollidiert ist.

Fahrstrategie Random
Prinzip einer Random Fahrstrategie

Bei solchen Sensoren redet man von Berührungssensoren (Kontaktsensoren), die Stoßstange wird oft als Bumper bezeichnet. Je nach Programmierung können sich dieses Roboter dann verhalten. Stößt beispielsweise ein Roboter mit der linken Kante seiner Stoßstange an ein Hindernis, so könnte er um einen bestimmten Winkel nach rechts drehen und einen neuen Fahrtversuch unternehmen. Ist auch dieser Versuch erfolglos dreht sich der Roboter noch ein Stück und probiert es noch mal. Das ganze wiederholt sich bis der Roboter wieder frei fahren kann. Sobald er freie Fahrt hat, könnte er dann wiederum versuchen ein Stück voran zu fahren und wieder nach links einzuschlagen! Wenn es klappt wird über diese Art der Programmierung ein Hindernis wie ein Stuhlbein umfahren. So oder so ähnlich werden Roboter programmiert, welche nur über einfache Berührungssensoren (Kontakte) verfügen, auch heute noch viele Billig-Geräte. Die genaue Programmierung ist oft ein Geheimnis der Hersteller, fast jeder hat ein schön klingende Bezeichnung für seinen Algorithmus!

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Roboter die sich nur auf Berührungssensoren stützen , kollidieren somit in der Praxis ständig mit Gegenständen bzw. Möbeln oder Wänden. Dies ist ja auch so gewollt, denn erst nach dem Kontakt wird ja das Hindernis registriert. Die Geräte sind jedoch in der Regel so konzipiert, das es durch das Anstoßen keinerlei Beschädigung oder Kratzer an der Möblierung gibt. Dafür sorgen geeignete Materialien wie z.B. Gummi-Leisten. Allerdings gibt es auch hier Ausnahmen, in Foren wurde bei manch billigen Gerät über Kratzspuren an empfindlichen Oberflächen berichtet. Wenn man Möbel hat, die in Bodennähe empfindliche Oberflächen haben, sollte man daher vorsichtig bei Billiggeräten sein.
Es gibt auch Geräte, die bewegen sich einfach mit einem zu hohen Tempo. Dies sieht dann zwar schick aus und kann die Reinigung verkürzen, aber Kollisionen sind dann schon ein wenig heftiger.
So kann es schon mal vorkommen, dass ein Blumentopf oder eine Vase umgeworfen wird. Bei solchen Geräten muss man einfach alles was umfallen könnte weg stellen!
Teurere Geräte bzw. Geräte von Markenherstellern haben diese Probleme selten. Entweder bewegen sich diese langsamer oder bremsen vor der Kollision automatisch ab.

Moderne Sensoren messen den Abstand

Um rechtzeitig abbremsen zu können, nutzen gute Roboter neueren Datums weitere Sensoren. Oft werden zusätzliche Infrarot-Sensoren , Ultraschallsensoren oder neuerdings auch Laser-Technologien eingesetzt um die Entfernung zum Hindernis zu berechnen. Über diese Sensoren kennt der Roboter im Idealfall den genauen Abstand zum Hindernis. Er weiß also wenn er sich vorsichtiger bewegen muss. Manche Hersteller setzen völlig auf diese Entfernungssensoren, verzichten also auf den Bumper. Vorteil ist im Idealfall dass es gar keine Kollisionen mehr gibt, er stoppt also vor dem Hindernis und wechselt die Richtung.

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Das ganze funktioniert bei den einzelnen Geräten allerdings unterschiedlich gut, bei vielen Geräten gibt es immer noch Situationen wo diese Technik nicht ganz greift. Dies kann im Einzelfall dann wieder zum umgeworfenen Blumentopf führen. Das Problem ist nämlich, dass manche Sensoren bei bestimmten Gegenständen so ihre Probleme haben. Infrarotsensoren haben oft Probleme mit tiefschwarzen Gegenständen, denn diese reflektieren das Messsignal nicht und werden einfach übersehen. Ultraschallsensoren wiederum haben manchmal Probleme mit sehr schmalen Gegenständen, da diese den Schall anders reflektieren. Jeder Sensor hat halt auch so seine Schwächen, wobei aber die Hersteller ständig an Verbesserungen arbeiten.
Hinzu kommt das die Möbel oft auf Beinen stehen, das heißt dass eigentliche Hindernis ist in unterschiedlicher Höhe. Manchmal passt der Roboter unter das Möbelstück, manchmal stößt er oben und manchmal unten an. Dies erschwert ebenfalls die Messung, denn jeder Sensor hat nur einen begrenzten Sichtbereich.
Um den Sichtbereich zu vergrößern werden oft mehrere Sensoren eingesetzt, manchmal auch verschiedene Arten um die Nachteile zu kompensieren.
Wie gut das Ganze den einzelnen Modellen gelingt ist ein Aspekt, den wir in den Reviews der Geräte behandeln.

Roboter mit moderner Sensor Ausstattung

Sensoren LG VR6270LVMB
Sensoren des LG VR6270LVMB

Weitere Sensoren

Entfernungssensoren werden bei moderneren Geräten auch oft auf der Unterseite genutzt. Sie messen den Abstand und erkennen also Treppenstufen und können so das Herunterpurzeln verhindern. Modernere Geräte erkennen auch ob es sich gerade um einen glatten Laminatboden oder Teppich handelt. Manche Geräte verändern bei Teppichböden die Drehzahl der Bürsten oder erhöhen die Saugleistung. Das kann durchaus Sinn machen, denn bei glatten Böden sind solche Roboter  gewöhnlich leiser und arbeiten Akku schonender.

Auch im Inneren an nicht sichtbarer Stelle befinden sich oft diverse Sensoren. Hochwertige Geräte prüfen optisch oder/und akkustisch wie verschmutzt der Boden ist. Grobschmutz verursacht bei hereinschleudern in den Schmutzbehälter Geräusche, diese Geräusche können detektiert werden. Führt man die Schmutzpartikel durch einen transparenten Luftkanal, so kann das Gleiche natürlich auch optisch mittels Lichtschranke ermittelt werden. Diese Information wird dann von einigen Robotern genutzt um bestimmte Stellen im Raum intensiver zu reinigen, zum Beispiel durch mehrfaches Abfahren der Stelle. Viele Geräte bewegen sich dann spiralförmig um solche Stellen herum.
Weitere Sensoren messen oft Radumdrehungen um Blockierungen zu ermitteln, als auch um exakte Geradeaus-Fahrten auch dann noch durchführen zu können, wenn einzelne Antriebe Verschleißerscheinungen aufweisen.
Was noch so alles im inneren steckt weiß oft nur der Hersteller, oft wird nicht genau angegeben was im inneren verbaut ist. So könnten bei manchen System auch noch Temperatursensoren, Beschleunigungssensoren und vieles andere denkbar sein. Je teurer ein Gerät, desto mehr Sensoren hat dies in der Regel.

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Kamera und Laser-Messung

Diese Art der Sensoren haben bislang nur wenige moderne Roboter, oft recht teure Geräte. Sie sollen helfen, dem Roboter den Weg zu zeigen. Genauer gesagt soll er sich mittels dieser Sensoren eine Art Plan von dem Raum machen können und dann gezielter reinigen, also ähnlich wie es ein Mensch machen würde. Auf diesen Punkt gehe ich aber auf der Seite Navigation etwas intensiver ein.

Übrigens: Wer sich mehr für die Technik von Roboter-Staubsaugern und deren Innenleben interessiert, dem sei die Community Roboternetz.de und RN-Wissen.de empfohlen. Dort konstruieren versierte Bastler sogar eigene Roboter-Staubsauger uns vieles andere.

Tipp

 

Tipps

  • In der Regel solltest Du darauf achten, dass der Roboter möglichst gut mit Sensoren ausgestattet ist. Je mehr Sensoren, desto effektiver ist oft seine Arbeitsweise. Leider wird er auch mit jedem weiteren Sensor teurer!
  • Wenn Du viele tiefschwarze Möbeln in Bodennähe hast, achte darauf dass der Roboter nicht nur mit Infrarot ausgestattet ist um Berührungen zu vermeiden.
  • Wenn der Roboter in Bereichen arbeiten soll wo es Treppen gibt, so sollte er über mindestens einen Sensor verfügen, der diese erkennt.
  • Wenn Du ein sehr günstiges Gerät ohne viel Sensorik nutzen willst, dann stelle lieber alle Blumen und Vasen an einen sicheren Platz 😉
  • Es gibt immer wieder Räume und Möbeln wo manche Roboter mit ihrer Sensorik Probleme haben. Ich denke, das sollte durch meine Ausführungen klar geworden sein. Lese dir daher Reviews gut durch und achte auf unsere Empfehlungen. Im Zweifel macht es auch Sinn ein Gerät dort zu bestellen, wo man es noch nach Wochen zurückgeben kann.
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