智能垃圾清理機(jī)設(shè)計研究

史耀軍 石海麗

摘要：為像飛機(jī)場、高鐵站以及高級酒店大廳等公共場所的衛(wèi)生問題提供便利，讓人們對新型環(huán)保設(shè)備有一種全新體驗。運用SET分析法進(jìn)行社會因素、經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)因素方面的分析找出產(chǎn)品機(jī)會缺口，得到符合用戶預(yù)期的產(chǎn)品模型。結(jié)論設(shè)計出公共衛(wèi)生新設(shè)備智能垃圾清理機(jī)，為現(xiàn)代衛(wèi)生事業(yè)提供新思路。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)生 智能 垃圾清理 研究

中圖分類號：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069 （2019） 02-0116-02

引言

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得人們工作學(xué)習(xí)生活中很多事情都變得更加方便更加智能化，環(huán)境問題一直是影響著社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，新時代的環(huán)保設(shè)備的研究以及環(huán)保形式的創(chuàng)新成為產(chǎn)品設(shè)計的新課題。文章運用SET模式的缺口分析法，通過SET產(chǎn)品機(jī)會重點缺口深度分析來明確智能垃圾清理機(jī)的設(shè)計研究方向。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行智能垃圾清理機(jī)的全方面優(yōu)化設(shè)計，使其功能滿足用戶需求，操作方式符合人機(jī)，造型色彩迎合人的情感需求。

一、問題描述

城市公共場所的衛(wèi)生問題就是公共設(shè)施的清洗以及垃圾的清理，主要是由清潔工作人員定期的進(jìn)行垃圾的收集和地面清洗工作?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)清潔方式主要是在公共場所內(nèi)設(shè)立垃圾桶以及靠清潔人員勞動進(jìn)行公共場所的衛(wèi)生工作;首先垃圾桶的位置固定，人們不能隨時隨地地扔垃圾，對垃圾桶的安置位置、數(shù)量以及間隔也需要合理安排;另外垃圾桶滿時需要及時地清理，垃圾桶的清潔問題也十分令人頭疼，桶身因垃圾侵染加上日曬腐化使人們更加有心理抵觸不愿靠前;公共場所由于人流量大，地面的清洗工作不好在人流高峰期進(jìn)行，而地面有水漬污物也很容易擴(kuò)散。而城市的公共場所代表了一個地區(qū)的發(fā)展與文明，所以保證公共場所的整潔干凈是非常必要的。問卷調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果后，主要問題歸納分析為以下幾點：

1.垃圾桶不能自由移動，使用時需要人去尋找以及移動到垃圾桶旁。

2.垃圾桶的位置固定，使用區(qū)域的覆蓋面積小，資源利用不充分。

3.垃圾的收集靠人們自覺地去找到垃圾箱進(jìn)行投放，垃圾桶的擺放位置以及密度還有人的環(huán)保意識決定了垃圾收集工作的成效。

4.當(dāng)前的公共場所垃圾清掃問題一般還是靠人來完成，清潔人員進(jìn)行路面的清洗工作，工作的品質(zhì)效率不穩(wěn)定;

5.公共場所內(nèi)，地面的清潔一般要靠人力來進(jìn)行清掃工作，傳統(tǒng)方式效率不高，借助清洗車會對公眾帶來噪音以及空間占地的影響。如要保持公共場所長期的清潔，需增加清掃頻率，大大地耗費了人力物力。

二、SET的因素分析

SET分析法下的社會因素、環(huán)境因素和技術(shù)因素一直在不停發(fā)展變化，并且互相產(chǎn)生作用相互影響。各要素間要綜合同步分析才能找出產(chǎn)品的機(jī)會缺口，確定新趨勢下產(chǎn)品的潛在需求或創(chuàng)新產(chǎn)品及對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行重大改進(jìn)的可能性。智能垃圾清理機(jī)的社會因素：現(xiàn)有城市中的環(huán)保設(shè)備大都由政府統(tǒng)一配備采買，由于市場競爭不充分，導(dǎo)致公共環(huán)保設(shè)備的更新迭代停滯。我國社會現(xiàn)狀不支持城市大規(guī)模環(huán)保設(shè)備的智能化，但科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迅速，智能化時代的來臨，人們也更希望去體驗新型的環(huán)保交互體驗。所以在現(xiàn)今社會下的設(shè)計要平衡好人們的需求和社會環(huán)境的約束之間的關(guān)系。經(jīng)濟(jì)因素：我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展不充分且不均勻的現(xiàn)狀，導(dǎo)致了地區(qū)發(fā)展水平具有較大的差異性，各個場所的公共服務(wù)設(shè)備的智能化程度也不盡相同，但是像飛機(jī)場、高鐵站和高端服務(wù)大廳這種具有高規(guī)格的公共場所，對于一個國家和城市的形象具有很大的象征意義，這些場所可以吸收和接納高科技智能產(chǎn)品，既能提高該場所的工作效率，又能滿足人們對環(huán)保形式的渴望與需求，也只有這些在高端高檔的公共場所，才能保證機(jī)器的運營以及產(chǎn)品的維護(hù)。技術(shù)因素：我國科技水平不斷提高，有些領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到世界前列.對于新型的垃圾清理設(shè)備所需要的技術(shù)支持是絕對足夠的，將現(xiàn)有的產(chǎn)品技術(shù)重新整合，來支持垃圾清理機(jī)器的實現(xiàn)綽綽有余。SET分析模式下的智能垃圾清理機(jī)的重點缺口深度分析成為創(chuàng)新設(shè)計中的關(guān)鍵因素。（如圖1）所示，在用戶調(diào)查的基礎(chǔ)上將產(chǎn)品機(jī)會缺口的價值機(jī)遇轉(zhuǎn)化總體的、代表性的產(chǎn)品設(shè)計準(zhǔn)則。

針對公共場所現(xiàn)有的產(chǎn)品存在的不足，應(yīng)解決以下問題：在社會層面填補智能垃圾清理設(shè)備的缺口，使衛(wèi)生事業(yè)面向智能化;在經(jīng)濟(jì)層面使用戶愿意體驗接受智能化的衛(wèi)生設(shè)備;在科技層面發(fā)揮紅外信號識別、物聯(lián)網(wǎng)和云計算的技術(shù)優(yōu)勢等。因此確定智能垃圾清理機(jī)的設(shè)計準(zhǔn)則，通過產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，完善公共場所垃圾清理模式;實現(xiàn)符合公共場所經(jīng)濟(jì)預(yù)算的產(chǎn)品，促進(jìn)衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;將現(xiàn)代技術(shù)合理地融入進(jìn)衛(wèi)生環(huán)保系統(tǒng)，實現(xiàn)公共場所垃圾清理的可交互性。最終歸納智能垃圾清理機(jī)的產(chǎn)品機(jī)會缺口準(zhǔn)則，即進(jìn)行產(chǎn)品硬件、軟件的系統(tǒng)設(shè)計，以實現(xiàn)智能垃圾清理設(shè)備的創(chuàng)新。

三、產(chǎn)品設(shè)計預(yù)期

不同的環(huán)境對垃圾桶的功能要求也不盡相同。在考慮成本社會環(huán)境等關(guān)系，將使用環(huán)境定位在高檔酒店大廳J飛機(jī)場和高鐵站等，原因首先是這些場所一般都是最能體現(xiàn)一個國家地區(qū)科技發(fā)展水平并接受新產(chǎn)品的地方，而且這些場所有能力去進(jìn)行產(chǎn)品的運營與維護(hù);二是這些場所的人移動的不固定性，往往是短暫的經(jīng)過停留，目的性強(qiáng)而且匆忙，更需要省時高效地將手中的垃圾扔掉;三是這些場所地面平整空間開曠，機(jī)器的運動空間充足且平穩(wěn);四是往往是拿在手中的垃圾體積小類別單一，便于機(jī)器短時間儲存。

功能需求方面的需求首先是能夠儲存一定量的垃圾，并且在垃圾桶臨滿時能夠設(shè)法清倒，并且保證垃圾的異味不會泄露，其次是能夠自由移動到需要扔垃圾的人跟前，由于考慮衛(wèi)生問題在扔垃圾過程中盡量避免人與機(jī)器接觸，還要能夠進(jìn)行一定程度的地面清洗，為了解決上述問題，要求產(chǎn)品能實現(xiàn)以下功能：

1.儲物基本需求：產(chǎn)品內(nèi)部有置有一定容積的垃圾盛放桶，密封性能良好，且有壓力壓縮感應(yīng)裝置來確保垃圾桶的最大容量，并且在桶滿時進(jìn)行信號通知清理人員清洗。

2.產(chǎn)品移動自由度：智能垃圾清理機(jī)通過完整的感應(yīng)系統(tǒng)，包括位移傳感器、角度傳感器、速度傳感器、接近度傳感器等，對障礙物進(jìn)行探測分析并制訂出行經(jīng)路線，來保證運動行為能夠安全穩(wěn)定地進(jìn)行。

3.識別遠(yuǎn)程指令：遠(yuǎn)程紅外傳感器識別人的動作手勢，傳感器與動力系統(tǒng)的協(xié)同合作的精準(zhǔn)程度也是能否完成任務(wù)的關(guān)鍵。傳感器作為機(jī)器人自動捕捉外界信息的工具，必須要有一定等級的準(zhǔn)確度保障以及位置定位功能來進(jìn)行路線規(guī)劃。

4.內(nèi)部信息處理：機(jī)器內(nèi)部進(jìn)行信息分析處理的控制中心，也要具備快速處理信息并傳達(dá)出去的能力，動力執(zhí)行系統(tǒng)作為信息的傳輸器，完成指令應(yīng)該靈敏準(zhǔn)確。感應(yīng)系統(tǒng)與動力系統(tǒng)的結(jié)合無疑是給機(jī)器人安上了一雙眼睛和腿，實現(xiàn)了在地面的自由移動。

5.產(chǎn)品材質(zhì)選擇：產(chǎn)品外殼材質(zhì)要求無毒無氣味，質(zhì)量輕薄且具有一定的抗沖擊強(qiáng)度，耐腐蝕耐風(fēng)化，外表面光滑易清洗。

四、產(chǎn)品設(shè)計

（一）產(chǎn)品中的人機(jī)關(guān)系：根據(jù)人體工學(xué)一般人直立抬手扔垃圾的舒適高度為750mm左右，為方便扔垃圾故投放口為斜面，投放口周圍設(shè)有感應(yīng)裝置，能在人手在上方時自動開啟反之閉合;且內(nèi)置垃圾盛放桶的容量需要考慮產(chǎn)品體積與產(chǎn)品驅(qū)動承受重量，綜合考慮10L最為適合，加之各種硬件結(jié)構(gòu)所以產(chǎn)品的大概尺寸（如圖2）所示產(chǎn)品。顏色方面考慮到在公共場所且為衛(wèi)生用品所以藍(lán)白色更能給人干凈整潔的視覺感受，材質(zhì)也應(yīng)為光滑易清洗材質(zhì)較輕的塑料噴漆。

（二）造型設(shè)計：在造型上采用了仿生設(shè)計和擬態(tài)設(shè)計相結(jié)合的設(shè)計方法，線條靈感來自熊貓寶寶身體輪廓，工作時像一個小寶寶在蹣跚學(xué)步，人群中穿行，容易讓人親近喜歡。配色采用灰白主色調(diào)加水藍(lán)色，給人干凈溫和的感覺，更好地融入周圍環(huán)境當(dāng)中（如圖3）。

（三）產(chǎn)品功能設(shè)計：機(jī)器上部是垃圾投放口，四周設(shè)有紫外線感應(yīng)裝置，當(dāng)有人扔垃圾時投放口會開啟;前部設(shè)有顯示屏，可播放天氣時間或者廣告等信息;顯示屏上有手勢識別設(shè)備，有人對它揮手，就可以召喚它靠近;后部是垃圾桶桶身部分，上端設(shè)有把手，清倒垃圾時可以方便拿取;底部設(shè)有底面清掃設(shè)備和使機(jī)器自由行進(jìn)的輪子，底部前端藍(lán)色部分是存放清洗設(shè)備的工作時產(chǎn)生的污物的容器，留有扣手方便垃圾清倒;底部上端有一環(huán)形的紅外線探測裝置，幫助機(jī)器進(jìn)行避障運動（如圖4）。

普通的掃地機(jī)器人只能像無頭蒼蠅一樣機(jī)械的工作，而此款機(jī)器，能在數(shù)米開外，識別人的手勢，并且制訂行進(jìn)路線到達(dá)人的身邊，使想要扔垃圾的人們揮揮手，就能召喚一個垃圾桶來，扔過垃圾后垃圾桶又帶著垃圾走掉了，這將是一個全新的環(huán)保行為的交互體驗，而在人們不使用垃圾桶的時候，它又化身一款掃地機(jī)器人在人群中默默進(jìn)行清掃工作。這是一種在環(huán)衛(wèi)設(shè)備上的突破，環(huán)保行為的智能交互的新的開端，也是更適合現(xiàn)代人的生活方式的創(chuàng)新性設(shè)計（如圖5）。

（四）內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計及各項參數(shù)：為了滿足產(chǎn)品的各項使用功能，需要有內(nèi)部硬件的支持，如圖所示為產(chǎn)品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)排布。紅外感應(yīng)開關(guān)可以感應(yīng)到人手靠近，打開投放口;可旋轉(zhuǎn)擋板可以調(diào)整角度確保垃圾都進(jìn)入垃圾桶內(nèi);電機(jī)部分包括電池以及控制系統(tǒng)，保證機(jī)器的正常運行;機(jī)器底部置有一吸塵裝置，可進(jìn)行地面清潔工作;可取出的灰塵收集盒可以盛放底面的微小灰塵與碎屑垃圾。（如表1）為機(jī)器的必要參數(shù)。

（五）產(chǎn)品材料設(shè)計與選擇：產(chǎn)品外殼材質(zhì)宜選用工業(yè)級ABS，因其造型能力強(qiáng)易加工，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，各項物理性能良好，且容易著色、涂裝，可以滿足產(chǎn)品外殼的各項設(shè)計需求。

結(jié)論

人們對于生活環(huán)境的品質(zhì)要求越來越高，智能垃圾清理機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計，改變了傳統(tǒng)清潔方式的人力消耗以及清潔程度的不確定性。由于使用場景設(shè)置在公共大廳內(nèi)，要求產(chǎn)品工作時必須要低噪音的進(jìn)行，才能保證公共場所內(nèi)的環(huán)境的安靜。在高等場所里進(jìn)行清潔工作時更大程度地減少了對人們的干擾，保護(hù)了，人們的私密不受侵犯。普通的掃地機(jī)器人只能像無頭蒼蠅一樣機(jī)械的工作，而此款機(jī)器，能在數(shù)米開外，識別人的手勢，并且制訂行進(jìn)路線到達(dá)人的身邊，使想要扔垃圾的人們揮揮手，就能召喚一個垃圾桶來，扔過垃圾后垃圾桶又帶著垃圾走掉了，這將是一個全新的環(huán)保行為的交互體驗，而在人們不使用垃圾桶的時候，它又化身一款掃地機(jī)器在人群中默默進(jìn)行清掃工作。智能垃圾清理機(jī)滿足了公共場所隨身垃圾桶和即時掃地機(jī)器人的功能需求。產(chǎn)品將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)的清潔工具結(jié)合，解放人類的雙手，適應(yīng)現(xiàn)代人的生活方式，實現(xiàn)公共場所的清潔設(shè)備的智能化和可交互性。方便快捷地解決了公共場所的環(huán)境衛(wèi)生問題，使人們在公共場所更好地享受設(shè)計所帶來的全新用戶體驗，提高了都市快速的現(xiàn)代生活品質(zhì)。

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