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詳解iRobot Roomba面積模糊判定算法和工作時長的關系

時間:2013-10-26來源:www.corellhomes.com 作者:爸爸樂輕松

    目前iRobot Roomba 3/4/5/6/7系產品均采用iRobot公司的iAdapt專利算法,iAdapt是基于隨機碰撞的智能化遍歷算法,其中包括了Roomba的數十種標準清掃動作,在清掃過程中Roomba會根據機身感應器的反饋數據,在合適的時候決定采取合適的動作。該算法進行了大量實驗室測試,從Roomba初代機開始一直在不停完善,在Roomba 5系之后該算法已經基本定型。(注:iRobot Scooba也采用相同的隨機遍歷算法和面積判定機制)

什么是面積模糊判定算法

iRobot Roomba 第一代
圖1:iRobot Roomba第一代產品未使用面積模糊判定算法


    面積模糊判定算法是iRobot公司iAdpt專利算法中的一項技術,從4系開始iRobot Roomba能夠根據一系列數據進行分析,大致估算房間面積并模糊判定清掃時間。例如我們把Roomba放在一平米見方的桌上,然后掐表啟動Roomba,我們會發現Roomba將在運行約8分鐘后將唱停機表示清掃完畢,而當我們把Roomba放到一個15平米的房間啟動的話,Roomba將運行約25分鐘后唱歌停機,當我們把Roomba放到一個更大房間運行的話,Roomba將運行60分鐘后唱歌停機。我把iRobot Roomba這種根據房間面積自動設定清掃時長的算法,稱為面積模糊判定算法。

iRobot Roomba S/M/L設置
圖2:iRobot Roomba 第一代的S/M/L設置

    目前在國產隨機碰撞機型里,暫無廠家采用類似算法自動設置清掃時間,而Roomba第一代產品(3系)也沒有采用該算法而是通過S(Small)/M(Middle)/L(Large)進行人工設置,這種人工選擇清掃時間的作法目前仍有部分國產機型采用,而目前國產機型里更多的是采用以電池可用時長(典型方法為根據電池電壓作判定)控制清掃時間,電池工作到低電壓就會自動回充而不管清掃面積是大還是小。

iRobot Roomba 4系
圖3:iRobot Roomba 4系開始取消S/M/L設置采用算法自動判定


面積模糊判定算法的原理

    由于iRobot公司從未對外披露iAdapt算法的工作原理,我無法了解它的具體作用方法,但是根據觀察和實際使用,我們可以大致分析和推測它是如何實現的。我認為這個環節應該分成三個步驟:

1、判定的時間段(估算)
由于我們知道Roomba最低運行時間是8分鐘,所以可以推測該算法在面積估算階段的時間不會超過8分鐘,最可能是的4-8分鐘之間,同時我們也可以推測充電基座附近的工作環境如家具密集程度,將直接對面積判定算法的結果起到比較明顯的影響。

2、算法判定的依據(推測)
當Roomba開始工作后(從充電基座或非充電基座啟動),Roomba開始收集算法估算所需的兩個重要參數:單次行進距離和單位時間碰撞頻率。
行進距離的獲取可以來自Roomba前方黑白相間的萬向輪檢測手段,還可以來自主輪的里程數,前者由萬向輪后方的紅外對管收集滾動次數的電平信號,Roomba可以精確計算出每次碰撞前Roomba的進行距離(行進距離=黑白電平信號偵測數*萬向輪周長*2),而后者主輪的里程數則直接來自機器內置的轉速測算數據,單次行進距離越長則間接代表房間面積越大,走幾步就調頭則間接代表房間面積較小。
碰撞頻率則相對比較簡單,每次碰撞Roomba都能收集到相關信息,單位時間內碰撞頻率越高代表房間面積越。揖叩牟季謺䦟@部分產生重要影響),碰撞頻率低則表示需要清掃的面積較大。
通過在判定時間段內綜合這兩個參數的數據,Roomba就可以根據一系列復雜計算大致估算出目前清掃房間的大。▽嶋H可能還會計算轉向次數、延邊距離等眾多參數),并賦予Roomba與計算結果相對應的清掃時長。

3、實際清掃時長(估算)
根據面積模糊判定算法,Roomba可自適應清掃面積并自動設置清掃時長
小面積(對應S檔):8-15分鐘(常見8分鐘檔)
中面積(對應M檔):25-35分鐘(常見25分鐘檔)
大面積(對應L檔):45-60分鐘(常見60分鐘檔)
注意:以上時長為DOCK燈閃爍(從充電基座啟動)或自動停機(非充電基座啟動)之前的清掃時長,DOCK閃爍后為尋找充電基座自動DOCK的時間,不計入面積判定算法工作時長內,如清掃60分鐘后閃爍DOCK但是花了20分鐘尋找充電基座的情況。
由于條件所限,我暫時無法測定是否有大于60分鐘的判定清掃時長(90分鐘檔),不過估計很可能是沒有的。

面積模糊判定算法的缺陷

    房間內家具的擺放,尤其是充電基座附近家具的擺放密集程度,直接關系到面積判定算法的準確程度,在歐美家庭由于戶型較大,家具擺放也相對比較疏散,面積判定算法的準確率相對較高。在有些國內用戶的家庭中,家具擺放較為密集,這在很大程度上可能在某些時候造成Roomba對清掃面積的誤判,很多用戶經常也會出現諸如”為什么我家有90平米,Roomba只掃了半小時就回充”一類的問題。

    要解決算法誤判,用戶首先應確保充電基座附近較為開闊,盡可能不要在諸如儲物間、書房等小面積的房間內擺放充電基座,避免Roomba的面積模糊判定算法誤判,影響機器的工作時長,同時Lanmu大神的肉丸增強模塊,也是非燈塔機型突破面積判定算法清掃最大時長60分鐘約束的一個強力輔助。

燈塔導航機型的面積判定算法

    根據官方說明推測,iRobot Roomba燈塔機型在燈塔區域內仍有獨立的燈塔區域面積模糊判定算法,其中燈塔區域內最大清掃時間為35分鐘(L檔),典型清掃時間為25分鐘(M檔,最常見),最小清掃時間約為8分鐘(S檔),注意:S/M/L三檔燈塔區域內清掃時間獨立于尋找燈塔虛擬墻穿越時間之外。

    對燈塔導航機型來說,在單次清掃中Roomba靠近首個燈塔前(燈塔配對或未配對的情況相同),基礎面積模糊判定算法同樣生效,如果用戶的燈塔放置位置不合理,例如沒有在有利于Roomba發現燈塔的走道口等處放置,家具過于密集或燈塔附近有雜物遮擋,充電基座房間又比較小被Roomba判定為25分鐘左右清掃時間,就有可能會造成Roomba在完成25分鐘檔清掃時間后直接DOCK回充。如果在25分鐘內靠近了室內任一燈塔,Roomba將忽視基礎的面積模糊判定算法,其后將根據燈塔堆棧算法指引Roomba跨區清掃燈塔區域,并根據燈塔區域面積模糊判定算法決定清掃時間,大致每燈塔清掃時間為25分鐘左右。如果面積判定算法判定充電基座區域清掃為60分鐘,則沒有以上情況,只要在60分鐘內靠近任意燈塔即可開始跨區引導,在60分鐘內不碰到任意燈塔的可能性遠比25分鐘不碰到的幾率小得多。(全文完)

相關鏈接:
關于iRobot Roomba燈塔虛擬墻和普通虛擬墻的詳解
iRobot Roomba進口機器人吸塵器的區域控制技術原理介紹

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