家居式智能掃地機器人的研究與設計

何英健 陳鑫

摘 要：隨著現代科技日新月異的發展，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計。該設計擁有紅外感應開蓋、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計與發展趨勢進行淺要探討。

關鍵詞：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今服務機器人領域一個熱門的研究方向，從理論和技術上講，智能掃地機器人具體體現了移動機器人的多項關鍵技術，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。因此開發智能掃地機器人既具有科研上的挑戰性又具有廣闊的市場前景。

如今的分類環保垃圾桶、智能垃圾桶、可以看出垃圾桶的發展是社會文化的折射，也是人類文明的演變，垃圾桶經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 設計方案

2.1 ?整體外觀造型設計

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

2.2 ?結構設計

3功能創新設計

3.1紅外感應開蓋

首先， 利用紅外發射接收裝置探測當距離桶高40cm左右有物體遮擋時，發出信號給單片機，單片機控制帶減速箱的直流電機轉動， 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， 實現垃圾桶的感應開蓋，再延時實現自動關蓋。相較于將感應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計，能夠更好的使垃圾準確入桶。活動蓋四周的軟質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，以防止桶內的垃圾產生異味，影響室內空氣。

3.2自動打包

自動打包套袋的流程：當用戶通過桶身按鍵或者移動網絡發布自動打包垃圾，自動套袋的命令時，傳熱絲杠帶動熱塑封壓桿向一邊移動，通過驅動電機使壓感與側邊接觸時，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。每一次經過上述動作完成垃圾袋的自動更換及封口操作。

垃圾桶內部左側設置了一個風扇，在自動換袋開始時，桶內的空氣由背部的出風口抽出，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壁，從而完成套袋操作。

在垃圾桶的側面有一個LED指示燈，當垃圾袋打包完成后，指示燈從原本的綠色（正常使用）變為紅色（提示用戶該扔垃圾了）。

3.3 自動回充

現主流的掃地機器人，都擁有著一個自動回充功能。作業結束后或者低電量時，發布自動回充的命令，掃地機器人可以在短時間內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置在垃圾桶底端。當作業結束或者低電量時，可以通過感應識別，回到垃圾桶的底端，通過無線充電基座進行充電。

在垃圾桶的底端設置了一個大型塵盒，當掃地機器人作業結束后，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、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計是兩側內壁向中傾斜約呈60°角，所以當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置的大型塵盒。因為紙屑、毛發、灰塵都不占空間，這樣可以大大節省清理塵盒的次數，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結語

傳統的垃圾桶和掃地機器人在生活中的應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計，可以實現紅外感應開蓋，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指示燈等功能設計。考慮使用者的真實使用狀況，優化功能。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，性能穩定，衛生環保，節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，武漢商學院機器人工程專業;主要研究方向：工業機器人系統集成;

通訊作者：

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

[基金項目] 武漢商學院2020年大學生創新創業訓練計劃，項目號202011654020， 名稱：智能掃地機器人。

（武漢商學院機電工程學院 ?湖北 武漢 ?430056）