關于清潔型機器人設計原理與方法設計研究

郭瑞軍++李璐晨+關萌

摘 要：清潔機器人是目前最貼近人類的機器人，它能夠代替人完成家庭地面的清理，最有可能進入千家萬戶成為家庭生活的一部分。清潔機器人的研究涉及到機構學、運動學、導航和路徑規劃等關鍵科學問題，在服務機器人方面是近年來國內外學者重點研究的領域之一。

關鍵詞：清潔型；機器人；設計原理；方法

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

1 清潔型機器人的拖地原理與工作方法

1.1 清潔機器人拖地機理

當需要被清潔的地面為泥土時，只需要將地面垃圾掃干凈，無需對地面進行清洗。當需要被清潔的地面由泥土變為光潔的木板、石板時，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法通過清掃被去除，需要介質溶解地面污漬，然后通過抹布將地面擦干凈。由此可見，洗地技術主要是針對掃地技術無法解決的問題，但同時洗地技術對地面的要求相對較高。清潔機器人的拖地技術源于人使用拖把拖地的傳統拖地技術，但是在傳統的拖地技術上提出了更加苛刻的條件，傳統的拖地技術可描述為：

步驟一：將拖把浸泡在水中，蘸取適當的水；步驟二：利用拖把清洗地面污漬； 步驟三：拖洗一段地面后，將拖把上的污水擠掉。

一個傳統拖地過程可認為是這三個步驟的循環，在拖地過程中的每一個步驟都是有人的參與，每一步驟出現問題都會得到人為控制，從而確保拖地任務能夠完成。但是如果這一過程中沒有人的參與，而是由一個機器執行這些動作，往往會出現很多問題。比如在第一步中，拖把蘸取水的量一般無法界定，水量過少不能實現拖地的效果，但是水量過多，會造成地面水殘留。第二步中，為確保地面擦洗干凈，拖洗時間也無法具體確定。第三步中，無法確定拖把是否需要擠掉污水。由此可見，清潔機器人的拖地機理并不能等同傳統的拖地方法，需要做更深層次的研究。

為清除地面的污漬，清潔機器人拖地技術需要針對傳統拖地技術中存在的可變因素進行量化。建立各變量之間的數學模型，并確定各變量之間的約束關系，在此基礎上研究拖地方法確保污水不會殘留。

1.2 常用的清潔機器人拖地方法

目前的拖地技術也取得相關的研究成果，主要的方案為：濕拖技術和洗地技術。清潔機器人的濕拖技術是針對水殘留的一種解決方案。該方案針對造成水殘留的根源進行拖地方法的設計，機器人的出水量控制到了最低程度從而保證地面沒有水殘留。該技術的具體實施可描述為：在清潔機器人前端加上一塊設計有若干細孔夾持板，夾持板下方可連接抹布，在抹布上設計有儲水裝置，在拖地過程中，儲水裝置中的水不斷的供給抹布，使其達到拖地的效果。濕拖技術主要的優點在于，方法簡單，拖地結構易于設計。缺點是，由于出水量小，沒有設計清洗裝置，不能清理一些頑固污漬。

為了能夠清理掉地面頑固污漬，則不能減少機器人的出水量，洗地技術應運而生。該技術在理論上實現了傳統的拖地機理與機器人相結合，具體可描述為：首先，清潔機器人開始移動，將清洗液噴灑到清潔機器人前方；然后，毛刷將灑上清洗液的地面刷一遍；最后，回收洗過的地面上的清洗液。

2 基于海綿滾壓的拖地方法設計

為了實現減少地面水殘留的目的，在分析傳統與現有清潔機器人拖地原理的基礎上，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，目前拖地型機器人在噴水設計方法上有很多方法，這里主要談論滴水方式，如圖 2所示，該方案的優點在于，滴到地面上的水量是可計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，噴灑過凈水的地面在經過刷子刷洗之后，地面污跡被清洗掉，此時地面留下污水。

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程，如圖4所示，在拖地過程中，海綿刷壓在地面上，當接觸到地面污水時，由于海綿自身具有吸水性，污水會被海綿吸收。海綿在轉動過程中受到刮條的擠壓，此處的污水會被排出海綿，進入機器人內部的回收槽。該污水回收方法主要運用到了海綿吸水性強的特性，但是海綿刷子的轉速，地面污水量以及刮條嵌入海綿的深度等因素都會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，需要對海綿刷的各參數進行建模分析，從而確定各參數的合理范圍，驗證該方法的合理性。

3 結語

綜上所述，目前室內地面清潔機器人作為新興行業，存在許多技術問題，需要我們去研究。將來，室內地面清潔工作有望完全交給清潔機器人，讓機器人技術造福人類。

參考文獻：

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