Wie navigiert ein Saugroboter – Finde Dich im Technik-Wald zurecht
Ein moderner Saugroboter navigiert völlig selbstständig durch dein Haus, auch wenn es eine komplexe Innenarchitektur aufweist. Aber wie navigiert der Saugroboter genau, welche technischen Finessen werden eingesetzt? Hier findest Du Antworten.
Den Anfang machten die „dummen“ Roboter
Inhaltsverzeichnis
Saugroboter waren nicht immer so vollgepackt mit Technik. Ein Saugroboter der ersten Generation hat im Prinzip gar nicht navigiert, sondern nur auf seine Umgebung reagiert. Frühe Saugroboter waren maximal mit Stoßsensoren ausgerüstet, die Kollisionen mit Wänden und Möbeln antizipiert und abgemildert haben. Dann hat der Saugroboter nach Zufallsprinzip seine Richtung geändert und ist bis zum nächsten Hindernis weitergefahren. Nachteil dieser nicht-navigierten Fahrweise ist, dass ein Saugroboter viele Stellen im Haus mehrmals reinigt, bevor er die entlegenste Stelle das erste Mal erwischt. Außerdem besteht die Gefahr, dass er sich in einer unzugänglichen Ecke festfahren kann und nicht mehr manövrierfähig ist. Natürlich gab es auch Saugroboter, die mit menschlicher Führung navigierten, d.h. über Pfeiltasten direkt am Gerät oder auf einer Fernbedienung, also einer klassischen Fernsteuerung.
Erste Verbesserungen
Auch der sogenannte Wandfahrmodus ist nichts anderes als ein reaktiver Fahrmodus. Der Saugroboter navigiert mittels seiner Sensorik die Wand entlang und stellt so zumindest sicher, dass der Wandbereich systematisch gereinigt wird. Die Einführung des Random-Modus bedeutete auch nicht, dass der Saugroboter selbstständig navigiert, aber die nach einem Algoritmus vorgegebenen Richtungsänderungen erhöhten immerhin die Effizienz der Reinigungstouren.
Saugroboter, die lernen
Die frühen rein reaktiven bzw. mit festem Algorithmus programmierten Fahrmodi konnten mit ausgefeilterer Sensorik und Raumerkennungs-Technologien in Fahrmodi umgewandelt werden, bei denen der Saugroboter lernt und somit im Voraus plant und navigiert. Dies funktioniert mittels Kamerasystemen und Lasernavigation.
Kamerasysteme
Kamerasysteme setzen den Saugroboter in die Lage, Objekte zu erkennen und ein 2D-Abbild des Raumes zu machen. Das Umgebungslicht wird von einem zweidimensionalen Detektor aufgenommen, der ein Bild mit unterschiedlichen Intensitäten (Graustufen) und ggfs. Farben erzeugt. Dieses Bild enthält zunächst keine Information über den Abstand zu Wänden oder Objekten, es ist eine Projektion in die Ebene. Mittels Bildverarbeitung und Kombination mit Abstandssensoren können aber Konturen und bestimmte Formen erkannt und Objekte identifiziert werden. Der Saugroboter navigiert jetzt gezielt um Objekte herum.
Besser als Kamerasysteme funktionieren Systeme zur 3D-Raumerkennung. Wie bei selbstfahrenden Autos kommt hier das sogenannte Lidar-System (Light imaging, detection and ranging), zum Einsatz, das in Spielarten auch unter den Namen LDS (Laser Distance Sensor) oder DToF (Direct Time of Flight) bekannt ist. Der Saugroboter navigiert mit einem Laserstrahl, den er selbst aussendet (wesentlicher Unterschied zum reinen Kamerasystem). Der Laserstrahl scannt beispielsweise über einen geneigten, sich drehenden Spiegel die Umgebung ab und wird von dieser zurückreflektiert. Das zurückgestreute Licht wird vom Saugroboter detektiert und aus der Zeit, die das Licht für den Weg gebraucht hat, wird die Entfernung zum streuenden Objekt bestimmt. So können 2D- oder 3D-Profile der Umgebung berechnet werden. Bei der 360°-Lasernavigation vermisst der Saugroboter den ganzen Raum, er orientiert sich dabei auch an der Decke, weil er sich so ein besseres Bild über die Gesamtabmessungen machen kann. Hindernisse am Boden werden dann in das Gesamtbild integriert.
Raumerkennung ist nur der erste Schritt
Mit der Vermessung des Raums ist es aber noch nicht getan. Damit der Saugroboter selbstständig navigiert, bedarf es weiterer Schritte. Die Raumvermessung bewerkstelliigt der Saugroboter auf einer Lernfahrt, die er beispielsweise noch im Wandfahrmodus unternimmt. Aus den Vermessungsergebnissen erstellt der Saugroboter Karten Deines Hauses, die er abspeichert, inklusive Hindernissen, die er erkannt hat. Danach werden die zu reinigenden Bereiche in Zonen eingeteilt, die so gewählt sind, dass er sie nach dem sogenannten systematischen Prinzip abfahren kann. Dabei geht er nach einer Mäanderstrategie vor, d.h. der Saugroboter navigiert nach einem Streifenmuster durch Deine Wohnung. Ergänzt wird das alles durch zusätzliche Steuerungsmöglichkeiten einer App oder auch Alexa oder Google Home. So kannst Du für Deinen Roboter weitere Zonen mit gewissen Präferenzen festlegen, beispielsweise Stellen, die besonders häufig gereinigt werden sollen, weil Dein Hundes dort besonders viele Haare lässt. Oder Du kannst No-Go-Zonen festlegen, die der Roboter nicht anfahren soll.
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Die Navgationsmöglichkeiten eines Saugrobotors bieten einige Vorteile:
Es gibt wenig spezifische Nachteile, die Du beachten musst:
Ein Saugroboter mit Lasernavigation navigiert definitiv am besten. Die Technik liefert die genauesten Ergebnisse bei der Raumvermessung und der Hinderniserkennung. Kamerasysteme haben da noch einige Probleme. Je mehr Navigationstechnlogien allerdings kombiniert werden, desto besser (und teurer) navigiert der Saugroboter.
