家居式智能掃地機器人的研究與設(shè)計

何英健 陳鑫

摘 要：隨著現(xiàn)代科技日新月異的發(fā)展，市場化、多功能化趨勢日益顯著。為了迎合市場的需求，提出了一款家居式智能掃地機器人的設(shè)計。該設(shè)計擁有紅外感應(yīng)開蓋、自動打包、自動套袋、自動回充等功能。本文就家居式智能掃地機器人的研究設(shè)計與發(fā)展趨勢進行淺要探討。

關(guān)鍵詞：智能掃地機器人;智能家居;多功能;垃圾桶

1 引言

智能掃地機器人是當(dāng)今服務(wù)機器人領(lǐng)域一個熱門的研究方向，從理論和技術(shù)上講，智能掃地機器人具體體現(xiàn)了移動機器人的多項關(guān)鍵技術(shù)，具有較強的代表性，從市場前景的角度講，智能掃地機器人將大大降低勞動強度、提高了勞動效率，適用于賓館、酒店、辦公場所和大眾家庭。因此開發(fā)智能掃地機器人既具有科研上的挑戰(zhàn)性又具有廣闊的市場前景。

如今的分類環(huán)保垃圾桶、智能垃圾桶、可以看出垃圾桶的發(fā)展是社會文化的折射，也是人類文明的演變，垃圾桶經(jīng)歷了從原始戶外垃圾桶的概念時代，簡易垃圾桶雛形時代，戶外垃圾桶普及時期，垃圾桶升級換代時期，戶外分類式垃圾桶時代，智能垃圾桶初期時代，每個時期都各有特色。

2 設(shè)計方案

2.1 ?整體外觀造型設(shè)計

外觀設(shè)計中，雖然將掃地機器人和智能垃圾桶結(jié)合在了一起，但是卻并不突兀，外觀選用了綠色與灰白色的簡約風(fēng)，也同樣充斥著了現(xiàn)代科技感。

2.2 ?結(jié)構(gòu)設(shè)計

3功能創(chuàng)新設(shè)計

3.1紅外感應(yīng)開蓋

首先， 利用紅外發(fā)射接收裝置探測當(dāng)距離桶高40cm左右有物體遮擋時，發(fā)出信號給單片機，單片機控制帶減速箱的直流電機轉(zhuǎn)動， 電機軸上裝有偏心輪， 偏心輪將杠桿頂起， 杠桿帶動連桿將桶蓋打開， 實現(xiàn)垃圾桶的感應(yīng)開蓋，再延時實現(xiàn)自動關(guān)蓋。相較于將感應(yīng)裝置安放在頂部的智能垃圾桶來說，能夠更早的喚起活動蓋。垃圾桶活動蓋邊緣的斜面設(shè)計，能夠更好的使垃圾準(zhǔn)確入桶?；顒由w四周的軟質(zhì)墊圈不僅可以做到無雜音的開閉桶蓋，而且有著很好的密封性，可以與活動蓋緊密貼合，以防止桶內(nèi)的垃圾產(chǎn)生異味，影響室內(nèi)空氣。

3.2自動打包

自動打包套袋的流程：當(dāng)用戶通過桶身按鍵或者移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)布自動打包垃圾，自動套袋的命令時，傳熱絲杠帶動熱塑封壓桿向一邊移動，通過驅(qū)動電機使壓感與側(cè)邊接觸時，滑動壓縮塊把垃圾袋集中到加熱模塊處，加熱模塊處的刀片將垃圾袋切割開來，與此同時，熱熔模塊工作，并且塑封壓縮器和聚攏壓縮滑塊施加了一定的機械壓力，將垃圾袋的開口封上。加熱模塊的下部分完成了垃圾袋的封口工作，加熱模塊的上部分即作為下個垃圾袋的底端。每一次經(jīng)過上述動作完成垃圾袋的自動更換及封口操作。

垃圾桶內(nèi)部左側(cè)設(shè)置了一個風(fēng)扇，在自動換袋開始時，桶內(nèi)的空氣由背部的出風(fēng)口抽出，抽出過程中，垃圾袋會因為氣壓原理，使得新垃圾袋會緊貼在垃圾桶內(nèi)壁，從而完成套袋操作。

在垃圾桶的側(cè)面有一個LED指示燈，當(dāng)垃圾袋打包完成后，指示燈從原本的綠色（正常使用）變?yōu)榧t色（提示用戶該扔垃圾了）。

3.3 自動回充

現(xiàn)主流的掃地機器人，都擁有著一個自動回充功能。作業(yè)結(jié)束后或者低電量時，發(fā)布自動回充的命令，掃地機器人可以在短時間內(nèi)運動到充電基座的接口上連接電源開始充電。對于家居式智能掃地機器人，原本獨立的且占空間的充電基座設(shè)置在垃圾桶底端。當(dāng)作業(yè)結(jié)束或者低電量時，可以通過感應(yīng)識別，回到垃圾桶的底端，通過無線充電基座進行充電。

在垃圾桶的底端設(shè)置了一個大型塵盒，當(dāng)掃地機器人作業(yè)結(jié)束后，回到垃圾桶底端的充電基座上時，掃地機器人中放置紙屑、毛發(fā)、灰塵的小型塵盒下端的兩扇活動門會自動打開。由于掃地機器人中塵盒的形狀設(shè)計是兩側(cè)內(nèi)壁向中傾斜約呈60°角，所以當(dāng)兩扇活動門向下打開時，掃地機器人中的塵盒里的垃圾可以自如的滑落到底部設(shè)置的大型塵盒。因為紙屑、毛發(fā)、灰塵都不占空間，這樣可以大大節(jié)省清理塵盒的次數(shù)，所以只需偶然想起時，將底部的大型塵盒抽出，把垃圾倒進垃圾桶再還原即可。

4結(jié)語

傳統(tǒng)的垃圾桶和掃地機器人在生活中的應(yīng)用多多少少存在一些不便，這些問題給使用者帶來了較差的用戶體驗。本文中提出的家居式智能掃地機器人的設(shè)計，可以實現(xiàn)紅外感應(yīng)開蓋，自動打包垃圾，自動套袋，自動回充以及提醒用戶倒垃圾的LED指示燈等功能設(shè)計?？紤]使用者的真實使用狀況，優(yōu)化功能。這樣才能夠提高使用者的滿意度，拓展更大的市場空間。高度智能化，性能穩(wěn)定，衛(wèi)生環(huán)保，節(jié)能低耗的智能掃地機器人將會在未來的生活中給人們帶來更佳的用戶體驗。

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作者簡介：

何英健（2000-），男，湖北黃岡人，本科，武漢商學(xué)院機器人工程專業(yè);主要研究方向：工業(yè)機器人系統(tǒng)集成;

通訊作者：

陳鑫（1988-），男，湖北武漢人，碩士，武漢商學(xué)院教師，工程師;主要研究方向：工業(yè)機器人系統(tǒng)仿真，視覺識別。

[基金項目] 武漢商學(xué)院2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，項目號202011654020， 名稱：智能掃地機器人。

（武漢商學(xué)院機電工程學(xué)院 ?湖北 武漢 ?430056）