Сегодня роботы-пылесосы удивляют только домашних животных — в этом году производители планируют продать около 15 миллионов умных машин. А вот с автоматизированными газонокосилками совсем другая история: до сих пор они редкие гости на наших участках.
По сути, роботы-пылесосы и газонокосилки очень похожи — это небольшие платформы с электромоторами. Пара моторов вращает колёса: одновременно для езды по прямой; с разной скоростью, если нужно повернуть. Другие моторы отвечают за работу агрегатов: вращают ножи для травы или щётки и вентилятор пылесоса. Роботы умеют включаться по расписанию и следить за состоянием аккумулятора: когда энергия заканчивается, возвращаются на зарядную станцию.
Кажется, что они отличаются только ценой. Газонокосилки мощнее и тяжелее, поэтому они заметно дороже домашних роботов. Может быть дело именно в этом? Но ведь и обычные триммеры заметно дороже пылесосов — цена не мешает продавать их огромными партиями.
Почему же умные пылесосы прижились в наших квартирах, а электронные косильщики лужаек по-прежнему остаются экзотикой? Быть может с ними действительно что-то не так? Попробуем разобраться.
Дома и стены помогают?
Разница между пылесосом и газонокосилкой очевидна с первой же попытки включить агрегат. Пылесос вы просто приносите домой и запускаете: робот сразу начинает убирать комнату. С газонокосилкой так не получится — сначала придётся повозиться с определением границ участка.
По всему периметру газона придётся проложить длинный провод, концы которого подключаются к зарядной станции. Станция подаёт напряжение, и вокруг провода возникнет слабое электромагнитное поле. На это поле будут ориентироваться сенсоры робота. Провод станет виртуальной стеной — газонокосилка никогда не пересечёт невидимую границу участка.
С этим проводом связана куча проблем.
Во-первых, на прокладку кабеля уйдёт минимум пара часов: провод необходимо зафиксировать специальными колышками или вкопать в землю.
Во-вторых, придётся учитывать требования производителя — провод нельзя укладывать петлями, узкими коридорами или острыми углами. В стоимость некоторых газонокосилок даже включают услуги по прокладке ограничителя профессиональными специалистами. С проводами бюджетных косилок придётся возиться самому.
В-третьих, со временем провод зарастает травой, но забывать о нём нельзя. Иначе его легко повредить при аэрации или скарификации газона.
Кстати, если на вашем участке периодически отключают электричество, рекомендую подключать зарядную станцию через мощный источник бесперебойного питания. Если при работе робот потеряет сигнал от периметра, он остановится и перейдёт в режим ожидания. Большинство роботов будет дожидаться ручного запуска, даже когда сигнал появится снова.
А ещё производители рекомендуют отключать систему, когда надвигается гроза. Провод может сработать как громоотвод, и попадание молнии точно не признают гарантийным случаем. Получается, что оставлять систему без присмотра на несколько дней крайне не рекомендуется.
Маршрут построен…
Итак, всё готово к первому запуску — аккумулятор заряжен, границы определены, а синоптики обещает безоблачную погоду. Запустим робота и понаблюдаем за его поведением.
Чаще всего умная косилка ведёт себя как робот-пылесос. То есть абсолютно глупо. Робот двигается вперёд, пока не доходит до границы участка или не утыкается в препятствие. После — поворачивает в случайную сторону и опять двигается по прямой.
Этот алгоритм хорошо знаком всем владельцам роботов-пылесосов. Он прост и надёжен, не требует сложных вычислений и дорогих сенсоров. Вот только для газонокосилок такое поведение оборачивается крайне низкой производительностью.
Пылесосу легко — даже площадь “трёшки” редко превышает 70 квадратных метров. Традиционные дачные шесть соток — на порядок больше. А ширина рабочих областей у пылесоса и газонокосилки отличаются совсем незначительно.
Кроме того, в квартире мебель обычно прижимается к стенам, оставляя свободное пространство в центре комнат. Пылесосу мешают только ножки столов и стульев, да забытые на полу предметы. На садовом участке всё намного сложнее — газон редко имеет форму ровного прямоугольника, зато на нём растут кусты и деревья, разбиты клумбы, вырыты пруды и вьются дорожки.
В таких условиях хаотичная траектория удлиняется в разы. Чтобы не осталось непрокошенных участков, роботу придётся работать намного дольше.
Производители садовой техники пытаются применять более сложные алгоритмы: последовательные зигзаги, покос периметра и середины в несколько проходов, но относительно эффективно это работает только у Bosch.
Их робот пытается косить “змейкой”, оставаясь в границах периметра. Но реальность сталкивается с ещё одной проблемой — низкой точностью навигации.
Где я?
Без ответа на этот простой вопрос не получится построить эффективную траекторию передвижения робота. Пылесосы не могут использовать GPS или GLONASS — в помещениях спутниковые системы не работают.
Поэтому в простых моделях ориентиром служат инфракрасные светодиоды на зарядной станции. Они работают как маяк, по ним робот находит обратную дорогу. Более продвинутые пылесосы обзавелись камерами, которые направлены вертикально вверх: они составляют карту потолка и используют её для навигации внутри квартиры.
Самые продвинутые пылесосы используют лазерные дальномеры — лидары. С их помощью роботы создают точную трёхмерную модель помещения. Но с лидарами возникают сразу три проблемы: сенсоры дорогие, требуют мощный процессор и большой объём памяти для работы с результатами измерений и упорно стремятся пройти сквозь зеркала.
Кажется, что у роботов-газонокосилок нет проблем с навигацией— они работают под открытым небом, а значит могут использовать сигналы спутниковых систем. Увы, реальная погрешность GPS или GLONASS не меньше 4-5 метров. Этого хватит, чтобы определить, что робот всё ещё находится на участке, но не хватит, чтобы объехать дерево и не упасть в пруд.
Видеокамеры ставить бесполезно. Вертикальная сможет в безоблачную ночь найти Полярную звезду. Направлять камеру вперёд, как это делают в автопилотах Теслы, бесполезно. Низкая точка обзора даст слишком мало полезной информации, большую часть кадра займёт трава. Да и создать систему машинного зрения, с распознаванием препятствий и поиском ориентиров, крайне сложно — инженеры Маска бьются над этой проблемой уже не первый год.
Не помогут и лидары. Чтобы создать карту участка, лидар должен видеть на десятки метров. Такие модели есть, но стоят баснословных денег. Лидар различающий объекты на сорок метров стоит около 400 долларов, на двести — уже две-три тысячи.
Почему нельзя пойти по пути квадрокоптеров? Ведь “Фантомы” и “Мавики” давно научились возвращаться точно в точку старта. Для навигации они комбинируют данные спутниковой системы и собственную инерциальную электронику — магнитометр, трёхосевые акселерометры и гироскопы. Непрерывная обработка показаний сенсоров помогает точно отследить перемещение робота относительно точки старта.
Но, помимо сложности вычислений, у таких систем есть фатальный недостаток — чем дольше они работают, тем больше накапливается погрешность измерений. Полёт на коптере редко длится больше 20 минут, за это время ошибка не успевает набежать. Газонокосилки могут работать полтора-два часа— за это время накопится значительная погрешность.
Старательный миньон
Производители вынуждены искать компромисс между мощностью и временем автономной работы, поэтому автоматизированные косильщики лужаек гораздо слабее “ручных” коллег. По производительности робот уступит человеку с такой же косилкой в руках — мы легко найдём оптимальную траекторию: не оставим непрокошенные участки и не будем десятки раз ходить по одному и тому же месту.
Роботы пытаются победить упорством. Косилки рассчитаны на монотонную ежедневную работу. Запускать их раз в неделю — плохая идея, робот может попросту увязнуть в зарослях травы.
Зато, если запускать такую косилку каждый день, через сотню лет у вас вырастет идеальный английский газон.
Нужен ли вам такой помощник — решайте сами. А я пойду наматывать леску на катушку триммера…
