關(guān)于清潔型機(jī)器人設(shè)計(jì)原理與方法設(shè)計(jì)研究

郭瑞軍++李璐晨+關(guān)萌

摘 要：清潔機(jī)器人是目前最貼近人類的機(jī)器人，它能夠代替人完成家庭地面的清理，最有可能進(jìn)入千家萬(wàn)戶成為家庭生活的一部分。清潔機(jī)器人的研究涉及到機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、導(dǎo)航和路徑規(guī)劃等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，在服務(wù)機(jī)器人方面是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)研究的領(lǐng)域之一。

關(guān)鍵詞：清潔型；機(jī)器人；設(shè)計(jì)原理；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.215

1 清潔型機(jī)器人的拖地原理與工作方法

1.1 清潔機(jī)器人拖地機(jī)理

當(dāng)需要被清潔的地面為泥土?xí)r，只需要將地面垃圾掃干凈，無(wú)需對(duì)地面進(jìn)行清洗。當(dāng)需要被清潔的地面由泥土變?yōu)楣鉂嵉哪景濉⑹鍟r(shí)，僅僅將地面上垃圾掃干凈并不能滿足地面清潔要求。光潔的木板上存在的污漬無(wú)法通過(guò)清掃被去除，需要介質(zhì)溶解地面污漬，然后通過(guò)抹布將地面擦干凈。由此可見(jiàn)，洗地技術(shù)主要是針對(duì)掃地技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題，但同時(shí)洗地技術(shù)對(duì)地面的要求相對(duì)較高。清潔機(jī)器人的拖地技術(shù)源于人使用拖把拖地的傳統(tǒng)拖地技術(shù)，但是在傳統(tǒng)的拖地技術(shù)上提出了更加苛刻的條件，傳統(tǒng)的拖地技術(shù)可描述為：

步驟一：將拖把浸泡在水中，蘸取適當(dāng)?shù)乃?；步驟二：利用拖把清洗地面污漬； 步驟三：拖洗一段地面后，將拖把上的污水?dāng)D掉。

一個(gè)傳統(tǒng)拖地過(guò)程可認(rèn)為是這三個(gè)步驟的循環(huán)，在拖地過(guò)程中的每一個(gè)步驟都是有人的參與，每一步驟出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)得到人為控制，從而確保拖地任務(wù)能夠完成。但是如果這一過(guò)程中沒(méi)有人的參與，而是由一個(gè)機(jī)器執(zhí)行這些動(dòng)作，往往會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。比如在第一步中，拖把蘸取水的量一般無(wú)法界定，水量過(guò)少不能實(shí)現(xiàn)拖地的效果，但是水量過(guò)多，會(huì)造成地面水殘留。第二步中，為確保地面擦洗干凈，拖洗時(shí)間也無(wú)法具體確定。第三步中，無(wú)法確定拖把是否需要擠掉污水。由此可見(jiàn)，清潔機(jī)器人的拖地機(jī)理并不能等同傳統(tǒng)的拖地方法，需要做更深層次的研究。

為清除地面的污漬，清潔機(jī)器人拖地技術(shù)需要針對(duì)傳統(tǒng)拖地技術(shù)中存在的可變因素進(jìn)行量化。建立各變量之間的數(shù)學(xué)模型，并確定各變量之間的約束關(guān)系，在此基礎(chǔ)上研究拖地方法確保污水不會(huì)殘留。

1.2 常用的清潔機(jī)器人拖地方法

目前的拖地技術(shù)也取得相關(guān)的研究成果，主要的方案為：濕拖技術(shù)和洗地技術(shù)。清潔機(jī)器人的濕拖技術(shù)是針對(duì)水殘留的一種解決方案。該方案針對(duì)造成水殘留的根源進(jìn)行拖地方法的設(shè)計(jì)，機(jī)器人的出水量控制到了最低程度從而保證地面沒(méi)有水殘留。該技術(shù)的具體實(shí)施可描述為：在清潔機(jī)器人前端加上一塊設(shè)計(jì)有若干細(xì)孔夾持板，夾持板下方可連接抹布，在抹布上設(shè)計(jì)有儲(chǔ)水裝置，在拖地過(guò)程中，儲(chǔ)水裝置中的水不斷的供給抹布，使其達(dá)到拖地的效果。濕拖技術(shù)主要的優(yōu)點(diǎn)在于，方法簡(jiǎn)單，拖地結(jié)構(gòu)易于設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是，由于出水量小，沒(méi)有設(shè)計(jì)清洗裝置，不能清理一些頑固污漬。

為了能夠清理掉地面頑固污漬，則不能減少機(jī)器人的出水量，洗地技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)在理論上實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的拖地機(jī)理與機(jī)器人相結(jié)合，具體可描述為：首先，清潔機(jī)器人開(kāi)始移動(dòng)，將清洗液噴灑到清潔機(jī)器人前方；然后，毛刷將灑上清洗液的地面刷一遍；最后，回收洗過(guò)的地面上的清洗液。

2 基于海綿滾壓的拖地方法設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)減少地面水殘留的目的，在分析傳統(tǒng)與現(xiàn)有清潔機(jī)器人拖地原理的基礎(chǔ)上，提出一種基于海綿滾壓地面的拖地方法。如圖1所示，該拖地方法提出的拖地系統(tǒng)主要由三部分組成。

第一步：將清潔的水噴灑到地面上，目前拖地型機(jī)器人在噴水設(shè)計(jì)方法上有很多方法，這里主要談?wù)摰嗡绞?，如圖 2所示，該方案的優(yōu)點(diǎn)在于，滴到地面上的水量是可計(jì)算的且出水比較均勻。

第二步：采用硬度適中的刷子刷洗地面，將地面污跡清洗掉。如圖3所示，噴灑過(guò)凈水的地面在經(jīng)過(guò)刷子刷洗之后，地面污跡被清洗掉，此時(shí)地面留下污水。

第三步：將地面的污水回收。污水回收方法是否合理決定整個(gè)拖地方法是否有效。本文提出滾壓的拖地方法具體污水回收過(guò)程，如圖4所示，在拖地過(guò)程中，海綿刷壓在地面上，當(dāng)接觸到地面污水時(shí)，由于海綿自身具有吸水性，污水會(huì)被海綿吸收。海綿在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到刮條的擠壓，此處的污水會(huì)被排出海綿，進(jìn)入機(jī)器人內(nèi)部的回收槽。該污水回收方法主要運(yùn)用到了海綿吸水性強(qiáng)的特性，但是海綿刷子的轉(zhuǎn)速，地面污水量以及刮條嵌入海綿的深度等因素都會(huì)影響海綿回收污水的性能。為徹底分析該回收方法的有效性，需要對(duì)海綿刷的各參數(shù)進(jìn)行建模分析，從而確定各參數(shù)的合理范圍，驗(yàn)證該方法的合理性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前室內(nèi)地面清潔機(jī)器人作為新興行業(yè)，存在許多技術(shù)問(wèn)題，需要我們?nèi)パ芯俊?lái)，室內(nèi)地面清潔工作有望完全交給清潔機(jī)器人，讓機(jī)器人技術(shù)造福人類。

參考文獻(xiàn)：

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