Cliff Detect

Cliff Detect w Roombie – jak robot wykrywa schody i dlaczego zatrzymuje się na czarnym dywanie?

Cliff Detect jest jednym z najważniejszych systemów bezpieczeństwa robota sprzątającego. Jego zadaniem jest rozpoznanie krawędzi schodów, podestu lub innego uskoku, zanim koła Roomby utracą kontakt z podłożem.

Technologia była stosowana od najwcześniejszych generacji robotów iRobot. Bez niej samodzielna praca na piętrze albo w pobliżu schodów byłaby znacznie bardziej ryzykowna.

Jak działają czujniki Cliff Detect?

Na spodzie robota znajdują się optyczne moduły skierowane ku podłodze. Każdy z nich składa się z:

• emitera światła podczerwonego,
• odbiornika analizującego odbicie,
• przezroczystego lub ciemnego okienka ochronnego,
• układu elektronicznego interpretującego sygnał.

Na zwykłej podłodze wysłane światło odbija się od powierzchni i wraca do odbiornika. Gdy pod robotem znajduje się krawędź schodów, promień nie wraca z oczekiwaną siłą. Sterownik uznaje, że robot zbliżył się do uskoku.

Wczesne rozwiązania patentowe związane z iRobot opisywały optyczne wykrywanie krawędzi i przeszkód przez zestaw nadajnika i detektora skierowanych ku powierzchni.

Jak robot reaguje na wykrycie uskoku?

Po przekroczeniu ustalonego progu sygnału Roomba:

1. zatrzymuje napęd,
2. cofa się od krawędzi,
3. obraca się,
4. wybiera nowy kierunek,
5. kontynuuje sprzątanie.

Jeżeli czujnik stale zgłasza uskok albo robot nie może bezpiecznie odjechać, może przerwać zadanie i wyświetlić błąd.

W starszych modelach często był to błąd 6 lub komunikat dotyczący konieczności sprawdzenia czujników schodów. Oficjalne materiały iRobot potwierdzają, że taki komunikat oznacza, iż robot uważa, że znajduje się w pobliżu krawędzi.

Od kiedy Roomba ma czujniki schodów?

Czujniki krawędzi były obecne już w pierwszej komercyjnej Roombie z 2002 roku i pozostawały standardowym wyposażeniem kolejnych generacji.

Stosowano je między innymi w:

• serii 400,
• serii 500,
• serii 600,
• serii 700,
• serii 800,
• serii 900,
• serii e,
• serii i,
• serii s,
• serii j,
• modelach Combo.

Liczba i położenie czujników różnią się zależnie od konstrukcji. Przykładowo starsza seria 400 miała cztery prostokątne otwory czujników umieszczone przy przedniej części robota.

Dlaczego Roomba nie wjeżdża na czarny dywan?

Czarna albo bardzo ciemna powierzchnia może pochłaniać światło podczerwone zamiast je odbijać. Dla czujnika rezultat może wyglądać podobnie jak brak podłogi.

Robot może wtedy:

• zatrzymać się przed dywanem,
• cofnąć,
• ominąć czarny wzór,
• wykonywać nerwowe obroty,
• zgłosić błąd schodów.

iRobot oficjalnie potwierdza, że czujniki uskoku mogą potraktować ciemną lub czarną powierzchnię jako krawędź i odmówić wjazdu.

Nie oznacza to, że każdy czarny dywan będzie problemem. Znaczenie mają:

• rodzaj włókna,
• połysk,
• gęstość,
• wzór,
• oświetlenie,
• generacja czujników.

Dlaczego czujników nie należy zaklejać?

W internecie można znaleźć porady polegające na zasłonięciu czujników jasną taśmą. Robot otrzymuje wtedy sztuczny sygnał sugerujący obecność podłogi.

Takie rozwiązanie usuwa jednak ochronę przed upadkiem. Robot może wjechać na schody i spaść.

Zakrywanie czujników jest szczególnie niebezpieczne:

• na piętrze,
• przy antresoli,
• w domu z otwartymi schodami,
• na podeście,
• przy różnicy poziomów.

Bezpieczniejszym rozwiązaniem jest fizyczne zabezpieczenie schodów albo niedopuszczenie robota do problematycznej powierzchni.

Dlaczego zabrudzone czujniki powodują błędy?

Kurz, osad i włosy ograniczają przepuszczanie światła przez okienko. Robot może otrzymywać zbyt słabe albo zmienne odbicie.

iRobot zaleca regularne wycieranie otworów czujników suchą, miękką ściereczką z mikrofibry lub bawełny. Nie należy zalewać ich wodą ani środkiem czyszczącym.

Typowe objawy problemu z Cliff Detect

• robot cofa się na płaskiej podłodze,
• wykonuje obroty w jednym miejscu,
• nie wjeżdża na ciemny dywan,
• zgłasza błąd 6,
• zatrzymuje się po kilku sekundach,
• omija czarne elementy wzoru,
• działa poprawnie tylko na jasnej podłodze.

Możliwe przyczyny usterki

• zabrudzone okienko,
• porysowana osłona czujnika,
• kurz wewnątrz modułu,
• uszkodzony przewód,
• zalanie,
• korozja złącza,
• niesprawny emiter podczerwieni,
• uszkodzony odbiornik,
• problem płyty głównej,
• zbyt ciemna powierzchnia.

Czy Cliff Detect rozpoznaje każdy rodzaj schodów?

Nie. System ma ograniczenia.

Problematyczne mogą być:

• bardzo błyszczące krawędzie,
• szklane stopnie,
• schody z nietypowym oświetleniem,
• łagodny zjazd zamiast nagłego uskoku,
• czarne powierzchnie tuż przy krawędzi,
• wąskie szczeliny,
• nierówne stopnie.

Czujniki znacząco zmniejszają ryzyko upadku, ale nie powinny być jedynym zabezpieczeniem w szczególnie niebezpiecznym miejscu.

Zalety Cliff Detect

• ochrona przed upadkiem ze schodów,
• automatyczne działanie,
• brak konieczności ustawiania mapy,
• praca także w robotach bez aplikacji,
• reakcja na nieznaną wcześniej krawędź,
• stosunkowo prosta konstrukcja.

Wady

• możliwość błędnej reakcji na czarne powierzchnie,
• konieczność regularnego czyszczenia,
• podatność na osad i zarysowanie,
• brak pełnej niezawodności na nietypowych schodach,
• ostrożne zachowanie może pozostawiać nieposprzątany pas przy krawędzi.

Czy iRobot wynalazł czujnik schodów?

Optyczne wykrywanie krawędzi nie było wyłącznie pomysłem iRobot. Firma opracowała jednak własne konstrukcje, rozmieszczenie czujników oraz algorytmy reakcji stosowane w robotach Roomba.

Ochrona patentowa dotyczyła konkretnych systemów detekcji i sposobu sterowania robotem, a nie całej ogólnej idei używania światła podczerwonego do wykrywania braku podłoża.

Znaczenie Cliff Detect

Cliff Detect nie jest funkcją efektowną marketingowo, ale należy do technologii umożliwiających bezpieczne korzystanie z robota bez stałego nadzoru. Współczesne modele nadal używają podobnej zasady, choć czujniki są uzupełniane mapami, kamerami i bardziej zaawansowaną analizą otoczenia.