Staubsaugerroboter

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Reinigungsroboter der Marke TCM
Vorwerk Staubsaugerroboter, basierend auf einem Gerät von Neato

Staubsaugerroboter oder Roboterstaubsauger sind Haushaltsroboter, die mittels Sensoreinheiten selbsttätig Räume reinigen können.

Seit ihrer Etablierung Ende der 1990er als erste Serviceroboter, die Eingang in den Alltag gefunden haben, befinden sich die Roboter für den privaten Gebrauch auf Wachstumskurs. Die steigende Kundenakzeptanz wird durch aktuelle Studien bekräftigt. In Österreich entfielen im Jahr 2016 rund 80% der Haushaltsroboter auf Staubsaugerroboter. [1]

Funktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Staubsaugerroboter sind oft in Form eines ca. 30 cm großen flachen Zylinders oder einer daran angelehnten Geometrie ausgeführt. Beim Durchmesser bzw. der Breite orientieren sich die Hersteller am Abstand von Stuhlbeinen. Es wird versucht eine möglichst geringe Bauhöhe zu realisieren, um auch unter Möbeln saugen zu können.

Mit steigender Komplexität verfügen die Modelle über eine Anzahl von Sensoren, mit denen sie sich orientieren können. Aufwändige Modelle speichern auch Informationen über Räume und die Basisstation, zu der sie selbstständig nach getaner Arbeit zurückkehren, um sich aufzuladen. Mit Hilfe aufwändiger Elektronik können diese Roboter verschiedene Programme ausführen, wodurch alle für den Staubsaugroboter zugänglichen Stellen in einem Raum und eine entsprechende Reinigungswirkung erreicht werden.

Reinigungsfunktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einfacher Staubwischroboter mit Tuch und Kugel als Antrieb
Unteransicht Reinigungsroboter

Obwohl selbst nicht direkt den "Staubsaugern" zuzurechnen, stellen Modelle mit statischen Tüchern, die Staub von glatten Hartböden aufnehmen, die einfachste Reinigungsform da. Die meisten Geräte arbeiten jedoch nach dem Prinzip des Teppichreinigers kombiniert mit einer Staubsaugfunktion: Die Reinigung beruht auf verschiedenen rotierenden Bürsten oder Walzen mit Gummiwischern. Die verwendeten Staubsauger sind im Vergleich mit herkömmlichen Haushaltsgstaubsaugern leistungsschwach. Praktisch alle Staubsaugerroboter arbeiten ohne Staubsaugerbeutel, die Auffangboxen werden einfach im Mülleimer ausgeleert.

Viele Roboter verfügen zusätzlich zum allgemeinen Reinigungsmodus über einen so genannten Spot-Modus. Dabei wird der Roboter auf eine zu reinigende Stelle gesetzt oder mittels Fernbedienung gesteuert. Dort führt er dann eine intensive Reinigung eines kleinen Bereiches aus, um beispielsweise Verschüttetes aufzusaugen.

Die Stiftung Warentest testete im März 2012 exemplarisch zwei Staubsaugerroboter. Grobschmutz in aufgeräumten Räumen konnten sie bei täglichem Gebrauch recht erfolgreich entfernen. Auf Teppich entfernten sie Staub allerdings nur oberflächlich, zudem pusteten die 2012 getesteten Staubsauger einen Großteil des Feinstaubs wegen ihrer primitiven Filtertechnik wieder in den Raum zurück.[2] In den folgenden Jahren wurden Modelle mit HEPA-Filtern vorgestellt, die mit ihrer sehr viel besseren Filtergüte vor allem Allergikern empfohlen werden.

Laut Testbericht der Stiftung Warentest aus dem Jahr 2015 mit sieben getesteten Saugrobotern ersetzen diese auch 2015 noch keine klassischen Bodenstaubsauger, gegen die sie mangels Saugkraft schlecht abschneiden.[3] Im Test 2017 hat die Stiftung Warentest sechs Roboter getestet. Da die Saugkraft der Roboter bauartbedingt nicht mit konventionellen Staubsaugern vergleichbar ist, wurden sie als eigene Produktgruppe getestet.[4]

Navigation und Steuerung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In 45 Minuten abgefahrene Wege eines Staubsaugerroboters per Langzeitaufnahme
Video eines Staubsaugerroboters in Aktion (Roomba 530)

Einfache Staubsaugerroboter erfassen die Umgebung nur mit einem einzelnen Kollisionssensor. Stößt der Roboter auf ein Hindernis, ändert er seine Richtung. Die ersten Staubsaugerroboter (Beispiel: Sichler Robo-Staubsauger) benötigten hierfür keine Elektronik, bereits mit einer einfachen Federmechanik konnte sich der Staubsaugerroboter nach Kontakt mit einem Hindernis auf der Stelle drehen und eine andere Richtung einschlagen. Mit ausreichender Fahrzeit kann mit dieser einfachen, dem Zufallsprinzip folgenden Logik eine Fläche vollständig erfasst werden.

Komplexe Staubsaugerroboter verwenden Ultraschall, Infrarot-Licht oder Laser, um durch Reflexionen die Entfernung zu einem Gegenstand zu ermitteln. Absturzsensoren ermöglichen das Erkennen von Treppen und Absätzen. Modelle mit aufwendiger Steuerungselektronik und Sensorik sind in der Lage, Kanten zu folgen oder sogar sich im Raum zu orientieren.

Im technisch gehobenen Segment kartieren die meisten Modelle die Räume und reinigen die Flächen bzw. Räume systematisch. Dabei kommen modellspezifisch die vorhandenen Kollisionssensoren und verschiedene aus Trägheitsnavigationssystemen bekannte Techniken von der Odometrie bis hin zu Lidar-Sensoren[5] zum Einsatz. Dies bietet den Vorteil eines kürzeren Reinigungsvorganges praktisch ohne Auslassungsstellen, was im Umkehrschluss zu einer höheren Flächenleistung führt. Chaotisch reinigende Systeme bieten demgegenüber den Vorteil, häufig mehrfach die gleichen Stellen zu überfahren und so auch Restverschmutzungen zu reinigen, der beim ersten Durchgang nicht vollständig aufgenommen wurden. Beim manuellen Staubsaugen erfolgt dies zumeist ganz intuitiv. Erfolgt dies beim navigierenden Roboter erst mit einem zweiten Durchlauf, so wird der Zeitvorteil zumeist wieder aufgehoben. Die erstellten Raumpläne und Fahrmuster können bei Robotern mit entsprechender Softwareanbindung eingesehen werden. iRobot sorgte 2017 für Aufsehen, als die Idee veröffentlicht wurde, die Wohnungspläne an andere Firmen weiterzuverkaufen. Neben der Idee so die Daten auch für andere Anwendungen nutzen zu können, wurden auch starke Bedenken bezüglich des Datenschutzes geäußert.[6][7]

Dinge, in denen sich der Roboter verfangen kann, wie z. B. auf dem Fußboden herumliegende Kabel oder Textilien können zu Funktionsstörungen führen oder ggf. auch die daran hängenden Geräte herunterziehen (z. B. Tischleuchte vom Tisch). Die Hersteller empfehlen daher, diese Form von Hindernissen aus dem Arbeitsbereich der Geräte zu entfernen bzw. den Arbeitsbereich durch Absperrungen entsprechend einzugrenzen.

Reinigungsdauer und -fläche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einfachere Modelle reinigen bis zur Erschöpfung des Akkus. Andere Modelle richten ihre Reinigungsdauer an der intern eingestellten oder einer auf Basis von abgemessenen Strecken berechneten Reinigungszeit aus. Viele Roboter sind in der Lage, bei erschöpftem Akku automatisch zur Ladestation zurückzukehren und sich selbstständig wieder aufzuladen. Geräte mit entsprechender Kartierungs- und Navigationsfunktion können nach dem Ladevorgang die Reinigungstätigkeit an der letzten Stelle fortsetzen, bis die gesamte erfasste Fläche gereinigt wurde. Die Reinigungsdauer pro Akkuladung liegt bei den meisten Modellen zwischen einer halben und zwei Stunden.

Modelle mit einer Zeitsteuerung sind in der Lage, mehrere Tage ohne Eingriff unbeaufsichtigt ihren Dienst zu versehen. Begrenzender Faktor für den vollständig autonomen Dienst ist dann zumeist das Fassungsvermögen des Staubbehälters. Auch hier verfügen einige Modelle bereits über Sensoren, die einen vollen Behälter anzeigen und den Roboter dann stilllegen. Die Behältergröße ist in der Regel nur für sehr wenige Reinigungsdurchgänge dimensioniert. Einige wenige Roboter (z. B. Kärcher RC 3000[8]) konnten ihre internen Staubbehälter an der Basisstation selbstständig entleeren, der Staub wurde dort aus dem Roboter abgesaugt. Die Modelle werden jedoch mittlerweile (Stand 2017) nicht mehr angeboten und das Konzept verschwand wieder vom Markt.

Angaben zu Flächen, die die Roboter in einem Arbeitsgang, bzw. mit einer Akkuladung reinigen können, stammen sehr oft von Händlern und Bewertungsseiten. Sie liegen je nach Modell bei 40 bis zu über 180 m². In der Praxis ist vor allem der Untergrund einer der bestimmenden Faktoren. Auf weichen Teppichböden ist der Energieverbrauch wesentlich höher und oft die Fahrgeschwindigkeit geringer, als auf harten Böden, wie z.B. Laminat.

Zubehör[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Neben der normalerweise mitgelieferten Ladestation stellen Fernbedienungen und Vorrichtungen zu Begrenzung der Reinigungsfläche das häufigste Zubehör. Oft wird es auch bereits im Set angeboten.

Für die Flächenbegrenzung kommen verschiedene Techniken zum Einsatz. Einige Hersteller nutzen Infrarotlichtsperren, die einen unsichtbaren Lichtstrahl aussenden. Oft werden sie auch als virtuelle Wand bzw. mit ihrer englischen Bezeichnung virtual wall bezeichnet. Erkennt der Roboter den Lichtstrahl, so ändert er seine Richtung. Neben linienförmigen Lichtschranken, die beispielsweise Türöffnungen sperren oder Räume teilen können, gibt es auch Geräte, die über einen bestimmten Bereich eine Sperrzone legen. Ein häufiges Beispiel für deren Anwendung sind Tierfutternäpfe, die nicht angestoßen werden sollen. Andere Firmen nutzen Magnetstreifen, die auf dem Boden ausgelegt werden. Sensoren im Roboter erkennen ihn ähnlich der Infrarotlichtsperre und meiden den abgesperrten Bereich. iRobot nutzt an einigen seiner Modelle ein Lighthouse genanntes System. Dabei wird der Roboter in einem gesperrten Bereich, beispielsweise einem Zimmer, gehalten bis seine interne Steuerung die vollständige Reinigung an das Lighthouse meldet. Daraufhin wird die Lichtsperre geöffnet und der Roboter kann in den nächsten Reinigungsbereich fahren.

Weiteres Zubehör sind Reinigungshilfen, um beispielsweise die Bürsten von umwickelten Haaren zu befreien.

Einige Dritthersteller bieten für Verschleiß- und Ersatzteile (Filter, Bürsten etc.) auch gegenüber den Originalen modifizierte Teile an, die eine höhere Funktionalität bieten sollen.

Geschichte und Verbreitung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einen der ersten medialen Auftritte erlebte ein Staubsaugroboter 1996 in der BBC-Sendung Tomorrow's World.[9]

Nach Angaben der International Federation of Robotics wurden 2008 ungefähr 940.000 Staubsaugerroboter weltweit verkauft, beinahe 50 % mehr als 2007.[10]

Hersteller sind Unternehmen wie iRobot (Roomba), ECOVACS Robotics, Kärcher, Electrolux (Trilobite), Siemens, Neato Robotics, Vorwerk (VR200), Samsung (Navibot), LG (Hom-Bot) und Xiaomi (Mi Robot Vacuum). Die Preisunterschiede zwischen den angebotenen Produkten können erheblich sein.

Staubsaugerroboter kommen vorwiegend aus Europa, USA und Asien. In Europa ist zu beobachten, dass Staubsaugerroboter von klassischen Reinigungsgeräte-Herstellern unter Marketinggesichtspunkten herausgebracht werden, während sich in den USA und Südkorea auf Roboter spezialisierte Hersteller gebildet haben. Im Gegensatz zu Staubsaugerrobotern werden Bodenwischroboter bislang nur von einem amerikanischen Unternehmen (iRobot) und einem chinesischen Unternehmen (TTI bzw. Dirt Devil) hergestellt. Europäische Hersteller von Bodenwischrobotern gibt es trotz entsprechender Forschung in der Unternehmenszentrale eines deutschen Reinigungsgeräteherstellers noch nicht.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Heinz W. Katzenmeier: Reinigungsroboter selbstgebaut. Elektor, Aachen 2006, ISBN 3-89576-166-4.
  • Tod E. Kurt: Hacking Roomba, Wiley & Sons, Indianapolis, IN 2006, ISBN 978-0-470-07271-4 (englischsprachig).
  • Eberhard Veit: Roboterstaubsauger für den Haushalt: Entwicklung eines Funktionsmodells mit Steuerungsalgorithmus. München 1999, DNB 960463364 (Dissertation TU München 2000, 162 Seiten).

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Staubsaugerroboter – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Quellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. http://www.elektro.at/24.2.2017-Haushaltsroboter-in-undOumlsterreich.html In: E&W, Bruckbauer, Stefanie. "Haushaltsroboter in Österreich", 24. Februar 2017, abgerufen am 12. Oktober 2017.
  2. Saugroboter von iRobot und Samsung – Mehr als ein Spielzeug. In: test 03/12. Stiftung Warentest, 29. März 2012; abgerufen am 5. September 2017.
  3. Saugroboter im Test – Was die kleinen Putzhilfen taugen. In: test 02/15. Stiftung Warentest, 20. Februar 2015; abgerufen am 5. September 2017.
  4. Saugroboter im Test – Das leisten auto­nome Staubsauger. In: test 02/17. Stiftung Warentest, 3. Februar 2017; abgerufen am 5. September 2017.
  5. Beispiele für Geräte mit Lidar-Sensoren: Neato Botvac D85, Vorwerk KoboldVR200 oder Xiaomi Mi Robot
  6. https://www.heise.de/newsticker/meldung/Roomba-Hersteller-der-Staubsaugerroboter-will-Karten-der-Wohnungen-verkaufen-3782216.html abgerufen am 14. September 2017
  7. http://www.spiegel.de/netzwelt/gadgets/irobot-will-digitale-karten-von-nutzerwohnungen-verkaufen-a-1159544.html abgerufen am 14. September 2017
  8. https://www.kaercher.com/ch/nicht_im_aktuellen_sortiment/rc-3000-12691020.html abgerufen am 13. September 2017
  9. http://genome.ch.bbc.co.uk/schedules/bbcone/london/1996-05-10 abgerufen am 7. September 2017
  10. EXECUTIVE SUMMARY of 1. World Robotics 2009 Industrial Robots & 2. World Robotics 2009 Service Robots. In: World Robotics 2009 Service Robots. International Federation of Robotics Statistical Department, 16. September 2009, archiviert vom Original am 15. Februar 2010; abgerufen am 24. Januar 2010.