Programmation de robots aspirateurs

Ce que comprend la prestation

Nous prenons le robot aspirateur du client et écrivons pour lui la logique de commande : nous réglons la construction de la carte des lieux, les itinéraires de couverture, les zones d'exclusion et les scénarios de nettoyage programmés. La programmation de robots aspirateurs, telle que nous la pratiquons, c'est du travail sur le firmware et le logiciel d'un appareil précis, et non de l'assemblage de matériel : l'aspirateur roule et nettoie lui-même, nous préparons le programme et les paramètres de son comportement. Nous raccordons les capteurs d'obstacles, le lidar ou la caméra au stack de navigation et les calibrons pour que l'appareil ne confonde pas un mur avec un seuil. Nous déportons la commande sur le réseau local afin que l'appareil fonctionne sans le cloud obligatoire du fabricant. En sortie, le client reçoit un appareil réglé, à la logique de contournement prévisible, et la documentation des paramètres.

Comment cela fonctionne au fond

Tout robot aspirateur moderne repose sur l'enchaînement de trois éléments : la perception, la localisation et la planification de trajectoire. Les capteurs relèvent la géométrie de la pièce, l'algorithme SLAM construit simultanément la carte et détermine la position de l'appareil sur celle-ci, et le planificateur trace l'itinéraire sur la surface déjà connue. Sans localisation précise, le robot perd l'endroit où il se trouve et se met à nettoyer certaines zones deux fois en en sautant d'autres. Nous réglons cette chaîne aux lieux du client : nous définissons les paramètres de filtrage du bruit des capteurs, la fréquence de mise à jour de la carte et les règles de contournement des obstacles dynamiques comme les pieds de chaise. Le programme compare en permanence la position réelle à la carte et corrige la trajectoire en temps réel.

Quand est née cette filière

Le premier robot aspirateur de série fut lancé par Electrolux : le prototype Trilobite fut présenté en 1996, et l'appareil fini arriva sur le marché en novembre 2001, devenant le premier produit commercial de cette catégorie. En septembre 2002, la société iRobot présenta le Roomba, et c'est cette gamme qui imposa le standard grand public de la catégorie et se maintient sur le marché jusqu'à aujourd'hui. Les premiers modèles ne construisaient presque pas de carte et se déplaçaient de façon semi-aléatoire en rebondissant sur les murs, d'où une couverture de surface irrégulière. Le passage à une navigation raisonnée avec construction de la carte des lieux prit encore une dizaine d'années et devint possible avec la baisse du coût des lidars et la montée en puissance de calcul des processeurs embarqués. C'est cette évolution qui explique pourquoi, aujourd'hui, la valeur de l'appareil tient au logiciel et non aux brosses.

Pourquoi le logiciel et la précision sont critiques

La mécanique d'un robot aspirateur est bon marché et quasi identique chez tous les fabricants ; ce qui fait la différence dans le résultat de nettoyage, c'est précisément le logiciel de navigation. Une erreur de localisation de quelques centimètres fait que l'appareil repasse sur des zones propres et n'atteint pas les coins, gaspillant sa charge pour rien. Des zones d'exclusion mal définies signifient que le robot va rouler sur des câbles, un tapis à franges ou dans un endroit où il restera coincé. Le réglage précis du filtrage des capteurs et des paramètres du planificateur détermine directement en combien de passages et avec quelle couverture la surface est nettoyée. C'est pourquoi nous considérons la programmation de robots aspirateurs comme une tâche d'ingénierie à résultat mesurable : couverture de surface, durée de cycle et nombre de blocages.

Notre stack et nos outils

La base, c'est ROS2 comme framework industriel pour la robotique : c'est sur lui que repose l'échange de données entre capteurs, carte et moteurs. La navigation est couverte par le stack Nav2, qui prend en charge la planification d'itinéraire, l'évitement d'obstacles et le comportement en cas de perte de localisation. Nous construisons la carte avec des algorithmes SLAM, en choisissant l'implémentation selon le type de capteur de l'appareil, lidar ou caméra. Pour les robots aspirateurs, nous utilisons Open Interface comme canal de commandes bas niveau vers la plateforme et Valetudo pour basculer l'appareil en commande locale sans le cloud du fabricant. L'ensemble d'outils précis se choisit selon le matériel du client, car tous les appareils ne permettent pas le remplacement complet du firmware.

Quand sont apparus les outils clés

L'approche SLAM elle-même a des racines anciennes : les travaux fondamentaux sur l'estimation probabiliste de la position parurent en 1986 chez Smith, Self et Cheeseman, et le terme SLAM fut introduit par Durrant-Whyte et Leonard en 1995. Le framework ROS naquit chez Willow Garage en novembre 2007, et sa version refondue ROS2 sortit en phase bêta en décembre 2016 avant de recevoir sa première version officielle, Ardent Apalone, le 8 décembre 2017. Le stack de navigation Nav2 hérite d'une quinzaine d'années de développement de l'ancien stack de navigation de ROS et fut porté sous l'architecture ROS2. Le projet Valetudo, pour la commande locale des aspirateurs, démarra en 2018 et prend en charge depuis lors des dizaines de modèles. Ces dates montrent que, sous le capot de l'appareil, se trouvent des technologies éprouvées par le temps, et non des expérimentations brutes.

Pourquoi vous pouvez nous le confier

L'expérience cumulée de notre équipe de développement dépasse 45 ans en informatique, et nous abordons le robot comme un système d'ingénierie, et non comme un gadget domestique. Nous ne fabriquons ni n'assemblons de matériel : l'aspirateur reste le vôtre, nous écrivons et mettons au point le programme et réglons son comportement aux lieux précis. Chaque configuration, nous la vérifions par des passages réels avant la mise en production, en mesurant la couverture de surface, la durée de cycle et le comportement dans les zones difficiles. Tous les paramètres et choix, nous les consignons dans une documentation, afin que le réglage puisse être reproduit et suivi sans dépendre d'un seul intervenant. Cette approche écarte la situation où un appareil acheté cher fonctionne au petit bonheur à cause d'une logique d'usine bâclée.