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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12741 (2023) Citer cet article

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Le nettoyage est une tâche routinière fondamentale de la vie humaine, désormais confiée à des technologies de pointe telles que la robotique et l’intelligence artificielle. Différents robots de nettoyage des sols ont été développés avec différentes fonctionnalités de nettoyage, telles que l'aspiration et le récurage. Cependant, des échecs peuvent survenir lorsqu’un robot tente de nettoyer un type de saleté incompatible. Ces situations réduiront non seulement l’efficacité du robot, mais leur infligeront également de graves dommages. Par conséquent, le développement de méthodes efficaces pour classer les tâches de nettoyage effectuées dans différentes régions et les attribuer à l’agent de nettoyage respectif est devenu un domaine de recherche tendance. Cet article propose un système basé sur la vision qui utilise les algorithmes YOLOv5 et DeepSORT pour détecter et classer la saleté afin de créer une carte de répartition de la saleté qui indique les régions à attribuer aux différentes exigences de nettoyage. Cette carte serait utile pour un cadre de nettoyage collaboratif permettant de déployer chaque robot de nettoyage dans sa région respective afin d'obtenir un fonctionnement ininterrompu et économe en énergie. La méthode proposée peut être exécutée avec n'importe quel robot mobile et sur n'importe quelle surface et saleté, atteignant une précision élevée de 81,0 % pour l'indication de la saleté dans la carte de répartition de la saleté.

Le nettoyage est généralement considéré comme un travail monotone effectué principalement dans des environnements sales et défavorables1. Elle peut même être associée à des objets et des lieux dangereux ou provoquer des troubles traumatiques cumulatifs lors du travail humain2. Le nettoyage est une tâche essentielle au maintien du niveau de vie. C’est pourquoi, ces derniers temps, les robots de nettoyage se sont imposés comme une solution idéale à ce problème3. Les développements des robots de nettoyage au cours des 20 dernières années se sont concentrés sur l’augmentation de leur autonomie afin d’améliorer leurs performances. De nombreux appareils robotisés de nettoyage ont été développés pour nettoyer les sols4, les façades5, les piscines6, les conduits de ventilation7 et les escaliers8. Tous ces robots sont dotés de mécanismes uniques et de stratégies d’autonomie spécifiquement optimisées pour leurs tâches de nettoyage respectives.

Cependant, les robots de nettoyage des façades, des canalisations, des conduits de ventilation et des canalisations d’égouts ne sont pas encore produits en série. Ces systèmes sont spécialement optimisés pour les exigences et la géométrie de la surface ou de l'objet à nettoyer et sont utilisés exclusivement dans des environnements professionnels plutôt que dans le secteur résidentiel3. Cependant, des appareils tels que les robots nettoyeurs de sols ont créé des marchés de masse générant des revenus importants. Le marché mondial des robots de nettoyage était évalué à 8,34 milliards de dollars en 2021, avec un taux de croissance annuel composé de 22,7 %9. Par exemple, les robots aspirateurs à usage domestique comptent parmi les systèmes robotiques les plus vendus au monde. La couverture de la zone10, la consommation d'énergie11, la durée de couverture12, la fiabilité et la sécurité13 ainsi que le confort humain14 sont les caractéristiques largement attendues des robots de nettoyage.

L'aspiration, le récurage et le nettoyage humide sont des tâches distinctes effectuées par les robots de nettoyage des sols. Le déploiement du robot approprié pour chaque tâche de nettoyage peut améliorer l’efficacité15. Un cadre qui permet des opérations coordonnées entre divers robots, tels que des robots aspirateurs, des robots laveurs et des robots récureurs, pour répondre à différentes exigences de nettoyage, peut être utilisé pour améliorer l'efficacité du nettoyage. Ce type de cadre est appelé cadre de nettoyage collaboratif dans le cadre de cet article. De plus, un cadre de nettoyage collaboratif peut éviter les pannes et les dommages potentiels aux robots ou à l'environnement résultant de l'utilisation de robots de nettoyage incompatibles pour des tâches spécifiques. Par exemple, un robot aspirateur tentant d’absorber des liquides ou un robot de nettoyage humide rencontrant de la saleté solide peut entraîner des résultats indésirables.

À cet égard, un cadre de nettoyage collaboratif avec un ensemble de robots de nettoyage hétérogènes devrait être capable d'identifier les exigences de nettoyage dans chaque emplacement d'un environnement d'intérêt. Le rôle d'un robot d'inspection peut être introduit dans un cadre de nettoyage collaboratif permettant de répondre à cette nécessité. Ici, le robot d'inspection identifie les besoins de nettoyage pour chaque zone et guide l'agent de nettoyage respectif vers les emplacements identifiés tout en évitant une couverture inutile pour garantir l'efficacité et la fiabilité. Par exemple, un robot vadrouilleur est envoyé dans des endroits où il y a des déversements de liquides, tandis que le robot aspirateur est envoyé dans des endroits où il y a de la poussière. Cette stratégie garantit une utilisation efficace de l'énergie et évite d'éventuels dommages au robot aspirateur dus au liquide. Ce type de robot d'inspection peut avoir une conception simple avec une faible consommation d'énergie et ne doit être équipé que d'un système d'inspection de l'environnement. Cependant, ce type de concept n’est pas encore pleinement réalisé et seuls quelques concepts à l’appui peuvent être trouvés dans la littérature. Par exemple, Ramalingam et al.16 ont proposé un système basé sur une télévision en circuit fermé (CCTV) pour guider un robot lors d'un nettoyage sélectif. Ici, l'emplacement de la saleté et les activités humaines sont détectés, et un chemin optimal sera créé pour le robot pour le nettoyage des taches, ce qui se traduira par une efficacité plus élevée. Cependant, le système ne pouvait pas prendre en compte différents types de saletés ni l'utilisation d'un ensemble de robots dotés de différentes fonctions de nettoyage.