Robottiproblematiikkaa

Robottiproblematiikkaa

Robotti-imuri

Roboteista toivotaan merkittävää apua lattioiden puhdistamiseen myös ammattisiivouksessa. Aina robotit eivät toimi riittävän itsenäisesti. Miksi se on niin vaikeaa?

Sitä lähdin kysymään Pulurobotics Oy:ltä, joka on kehittänyt yleiskäyttöisen autonomisen robottialustan, joka sopii myös siivouksessa käytettäville koneille.

Robotille on monia määritelmiä. Yhden määritelmän mukaan robotti on mikä tahansa laite, joka korvaa ihmistyövoiman. Siivouksessa yleistyvät autonomiset robotit, jotka on ohjelmoitu puhdistamaan lattia-alueita itsenäisesti.

Autonominen robotti on Wikipedian määritelmän mukaan robotti, joka

  • hankkii tietoa ympäristöstään
  • työskentelee pitkänkin ajan ilman ihmisen apua
  • liikkuu täysin tai osittain ilman ihmisen apua
  • toimii vahingoittamatta ihmisiä, kiinteistöä tai itseään.

Näiden lisäksi siivousrobotin täytyy luonnollisesti tehdä puhdasta, mikä edellyttää myös

  • riittävää mekaniikkaa
  • toimintojen tarkkailua, ettei esimerkiksi imurissa ole tukkeutumia
  • koneoppimista, jolloin laite pystyy todentamaan työn jäljen ja parantamaan sitä.

Tekniset ratkaisut näihin kaikkiin vaatimuksiin ovat olemassa.

Sensorit silminä

Autonominen siivousrobotti oppii liikkumaan tilassa itsenäisesti. Apuna ovat erilaiset sensorit, jotka korvaavat ihmisen näköaistin sekä kokemuksen fiksusta tavasta puhdistaa alue.

Niinpä tietynlaiset sensorit auttavat navigoinnissa ja alueen kartoituksessa. Näin robotti ei törmää ihmisiin tai muihin esteisiin ja pystyy kehittämään reitin, jolla alue tulee puhdistettua mahdollisimman järjestelmällisesti ja tehokkaasti. Läpinäkyvien esteiden, kuten lasiseinien havaitsemiseen tarvitaan omat sensorinsa. Kookkaammat robotit tarvitsevat myös sensoreita, jotka mittaavat etäisyyttä korkeussuunnassa, jotta ne eivät törmää liikkuessaan esimerkiksi tasopintoihin.

Autonomisen robotin työalueen ohjelmointi on parhaimmillaan yksinkertaista, sillä robotti voi tehdä sen itse. Robotti laitetaan tilaan ja käynnistetään, jolloin se alkaa tehdä tilasta karttaa. Kartan muodostumista voi seurata ohjelman avulla esimerkiksi selaimessa.

”Kartalla haluttuja työalueita voidaan osoittaa esimerkiksi kahdella viivalla, joiden väliin muodostuu puhdistettava alue. Tämä voidaan tehdä tabletilla, älypuhelimella tai tietokoneella, yksinkertaisimmillaan neljällä painalluksella. Vastaavasti voidaan toimia loogisesti toisinpäin – osoittaa alueet, joille ei saa mennä”, kertoo kehitysagentti Miika Oja Pulurobotics Oy:stä. Yhtiön kehittämää alustaa ja siihen liitettyä imuria on testattu rakennuspölyn imurointiin yhteistyössä NCC:n ja Palmian kanssa. Helsingin yliopisto on vastannut robotin käyttöliittymän kehittämisestä.

Simuloimalla voidaan tehostaa tilan hahmottamista.

”Tämä tarkoittaa sitä, että robotti voi opiskella tilan ja lähettää tilasta oppimansa kartan tehokkaammalle tietokoneelle, joka sitten ajaa suunnistus- ja koneoppimisalgoritmia sitä vasten. Kun tehokkaampi tietokone ”keksii” paremman tavan tehdä työ, se voi heti lähettää uuden reitin robotille. Kaikki tämä voi tapahtua samanaikaisesti. Vastaavasti opittuja algoritmejä voidaan hyödyntää kaikissa roboteissa heti niiden ”keksimisen” jälkeen.”

Lasipinnat ovat osoittautuneet siivousrobottien haasteiksi.

”Yhdistelmäkoneissa ja isommissa robotti-imureissa lasiseinien tunnistaminen on hankalaa koneelle, jonka havainnointikyky on rajallinen. Lasia varten käytetään yleensä ultraäänisensoreita, jotka eivät sellaisenaan ole riittäviä. Sensori lähettää ääniaallon, josta pitää tulla kaiku takaisin. Jos lasi on sopivassa kulmassa, kaiku heijastuu sivulle, jolloin siitä ei tule mitään takaisin. Yhtä lailla sensorissa ovat ongelmana hajakaiut ja väärät positiiviset havainnot, jotka pysäyttävät koneen. Vastaus tähän on sensori-integraatio, jossa erilaisten sensorien tietoja yhdistellään ja näistä rakennetaan tilannekuva.”

Oja toteaa, että suurin ongelma on antureissa, jotka skannaavat ympäristöä vain tietyltä korkeudelta lattiasta. ”Tällainen on esimerkiksi nykyään yleisesti käytössä oleva pyörivä Lidar-anturi.” Anturi ei näe mitään tietyn korkeuden ylä- tai alapuolelta.

Ratkaisuna voivat näissä tilanteissa olla ikkunoihin anturin skannauksen tasolle asennettavat teipit.

”Kotirobotti-imureilla ongelma on pienempi, koska laite voi olla matala. Alle 10 cm korkea laite mahtuu sänkyjen ja huonekalujen alle.”

”Anturitekniikasta on olemassa myös ”kolmiulotteisia” versioita, jotka skannaavat yhden laserin sijasta vaikkapa kuudellatoista laserilla tai yhteen suuntaan katsovalla 3D -kameralla. Ongelmana näissä on anturien kapea keila, yleensä 60-110° johonkin suuntaan, mikä tarkoittaa, että antureita täytyy olla monta. Muuten laitteen ympärille jää helposti katvealueita ja esineitä, joita laite ei havaitse.”

Esteiden ennakointia

Robotti ei tietenkään saa törmätä ihmisiin tai esineisiin. Törmäykset ennakoidaan ohjelmoimalla erilaisia toimintatapoja, joita robotti käyttää sensorien havaittua esteen.

”Jos robotti törmää tilanteeseen, josta se ei selviä, sillä tulee olla erilaisia toimintamalleja, joilla se ratkaisee tilanteen. Viimeinen näistä voi olla tehtävän keskeyttäminen ja avun hälyttäminen. Sitä ennen kokeillaan erilaisia opittuja tapoja, kuten väistöjä, peruutuksia, nopeita liikkeitä ja jopa satunnaisia liikkeitä. Laitteessa oleva nettiyhteys ja puhelin mahdollistavat päivystäjälle ilmoittamisen, joka voi sitten reagoida”, Oja toteaa.

Yhtenä haasteena ovat huonetilojen välillä mahdollisesti olevat kynnykset.

”Meillä suunnitteluvaatimus on ollut viisi senttimetriä korkean esteen ylittäminen ilman että se vaikuttaa koneen toimintaan. Kynnys ylipäätään on este, joka pitäisi pystyä tunnistamaan ja toimimaan sen mukaisesti. Robotille voidaan esimerkiksi antaa ohje, ettei se aja kynnyksen yli imusuulake alhaalla.”

Robotin ohjelmointi ei siis ole pikku juttu. Esimerkiksi Puluroboticsin robottialustan ohjelmointi sisältää 40 000 koodiriviä. ”Ja se on hyvin vähän”, Oja toteaa.

Tästä linkistä pääset katsomaan videon kolmesta erilaisesta robotti-imurista ja niiden kohtaamista ongelmista.

Dokumentoitu puhtaustulos

Yksinkertaisimmillaan robotin työn tulosta voidaan arvioida kuvien avulla. Robotissa voi olla kamera, joka kuvaa lattia-alan, jonka se on puhdistanut.

”Näistä kuvista rakentuu kollaasi, josta on yllättävän helppo havaita työn laatu. Kollaasia voidaan katsella selaimella. Robotti tekee myös raportin puhdistetusta alueesta. Mikäli jotain alueesta jää puhdistamatta esimerkiksi esteen takia, näkyy tämä raporttikartassa.”

Robotti ei ole kuitenkaan täydellinen, niin kuin ei ole ihminenkään. Ojan mukaan esimerkiksi kotirobotti-imuri pystyy tekemään 80-95 prosenttia työstä kodissa, jota ei ole optimoitu siivousrobottia varten. Jos optimointi tehdään, voidaan saavuttaa 98 prosentin tarkkuus. Puuttuva kaksi prosenttia tulee nurkista, joihin pyöreä imuri ei teknisesti pääse.

Robotti-imureille voivat olla ylivoimaisia myös muun muassa

  • kevyet irtomatot, sillä ne tarttuvat koneeseen ja kulkevat mukana
  • runsaasti kalustettu tila, sillä kalusteet ovat robotille este. Ratkaisuna voi olla kevyempien kalusteiden siirtäminen esimerkiksi vuoropäivin, jolloin imuri pääsee imuroimaan kalusteiden alustat.
  • pienet esineet lattialla, sillä ne voivat tukkia imurin.

Vaikka imurin ei pitäisi törmätä mihinkään, varmuuden vuoksi kapeat kevyet esineet ja kalusteet voi siirtää esimerkiksi pöytäpinnoille.

Mitä vähemmän lattialla on siis tavaraa, sitä parempi on työtulos.

Robottien etuna on mahdollisuus niiden lähes jatkuvaan käyttöön latauksen ja huollon tarvitsemat ajat pois lukien. Siivouksen taajuutta voidaan nostaa kustannustehokkaasti.

”Tällöin yleinen siisteys paranee merkittävästi ilman, että ihmisen on tarvinnut tehdä muuta kuin tarkistaa koneen tekemä työ ja tyhjentää ja huoltaa laite. Ja jos joissain tilanteissa esimerkiksi imurointi ei ole onnistunut, se ei välttämättä huononna lopputulosta aiemmin ihmisen tekemään työhön verrattuna.”

Puluroboticsin kehittämää robottialustaa ja siihen kytkettyä pölynimuria on testattu Kiradigi-hankkeessa rakennuspölyn imurointiin NCC:n kohteissa. Imurista toivotaan ratkaisua rakennustyömaan pölyn ja siisteyden hallintaan.

”Imurirobotit auttavat työmaan pysymisessä puhtaana ja kun tilat ovat siistit, niissä myös käyttäydytään siistimmin”, NCC:n työpäällikkö Kimmo Kärkkäinen kertoo havainnoistaan.

Katso video Pulurobotista käytössä.

Robottikin tarvitsee huolenpitoa

Siivousrobotteja täytyy puhdistaa ja huoltaa kuten muitakin siivouskoneita, mutta osaavat ne tehdä jotain itsekin. Lataukseen lähteminen ennen akkujen tyhjentymistä on perusosaamista, mutta esimerkiksi robotti-imuri voi myös tyhjentää telakointiasemassaan pölypussin tai yhdistelmäkonerobotti tyhjentää likavesisäiliön ja täyttää puhdasvesisäiliön.

Päävastuu robotin puhdistuksesta ja siten hyvästä työkunnosta on edelleen ihmisellä, joka puhdistaa esimerkiksi robotti-imurien – yhdistelmäkonerobottien imusuulakkeet ja muut varusteet sekä huolehtii muista säännöllisistä puhdistus- ja huoltotoimepiteistä.

Lisätietoa Puluroboticsin roboteista. Katso myös video robotin rakenteesta.

Julkaistu 27.3.2019, päivitetty 8.4.2019 (lisätty linkki videoon robotin rakenteesta).

JAA
  • 15
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •