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          家庭智能清潔機器人技術的發展現狀探討

          來源:科技與創新 作者:袁茂鴻,郭衍哲,林培坤
          發布于:2021-12-21 共3620字
              本篇論文目錄導航:

          【第1-2篇】機器人發展論文(研究推薦6篇)
          【第3篇】 家庭智能清潔機器人技術的發展現狀探討
          【第4篇】分析智能機器人的發展趨勢及途徑探討
          【第5篇】骨科手術機器人的技術特征及發展前景展望
          【第6篇】機器人在鐵路貨車制造行業應用歷史及趨勢

          機器人發展論文范文第三篇:家庭智能清潔機器人技術的發展現狀探討

            摘要:隨著物聯網時代科學技術的不斷進步,生活節奏的加快,國人對于家庭智能清潔機器人的需求也不斷增加,分析了家庭智能清潔機器人技術的發展,并介紹了關于家庭智能清潔機器人的發展現狀。

            關鍵詞:物聯網;家庭智能;清潔機器人;發展趨勢;

            作者簡介:袁茂鴻(2001-),男,福建龍巖人,本科在讀,研究方向為機械設計制造及其自動化。;

            基金:國家級大學生創新創業訓練計劃項目"新型智能復合式掃地擦窗機器人的研究與設計"(編號:202013470003);

            現如今,城市的生活節奏越來越快,人們的時間越來越碎片化,用于清潔家庭衛生的時間更是擠不出來,而隨著科學技術的不斷發展以及物聯網時代的到來,智能電器技術的發展愈來愈完善和便捷,家庭智能清潔機器人出現在人們的的視線范圍內,很多家庭開始考慮甚至已經購買了家庭智能清潔機器人。通過家庭智能清潔機器人,可以輕松快捷地處理繁重的家庭衛生,不僅省時且省力。

          家庭智能清潔機器人.png

            1 家庭智能清潔機器人的技術發展趨勢

            1.1 市場分析

            有需求就會有市場,人們對于家庭智能清潔機器人的需求已經日漸增加,家庭智能清潔機器人作為一種自動化產品在家用市場上深受歡迎,家庭智能清潔機器人的智能化水平日漸提高,能夠在清掃家庭環境的時候科學地規劃清掃路徑和根據所面臨的垃圾選擇不同的清潔方式。在人工智能時代剛剛開始的時候,家庭智能清潔機器人的制作成本比較高,技術處于比較值錢的狀態,因此機器人成本較高,很少有家庭能夠達到使用智能清潔機器人的消費水平。而現在隨著人工智能時代的到來,越來越多的公司能有時間和經濟水平進行研發家庭智能清潔機器人,因此技術競爭日益激烈,機器人的制作成本會有一個大幅度的下降,隨著成本降低,會有更多的家庭能夠消費得起家庭智能清潔機器人,因此市場消費比例就會有一個大幅度提升。

            1.2 過去與現有技術的分析

            過去家庭智能清潔機器人需要人工使用,開始使用時候需要人工打開機器人,清潔完成之后也需要人工去關閉機器人,這樣的家庭智能清潔機器人的智能技術水平較低。而隨著物聯網的高速發展,物聯網技術日益變得成熟,覆蓋的區域越來越廣,現如今人們可以將家庭智能清潔機器人和移動智能設備相連接,通過移動智能設備去控制家庭智能清潔機器人的開關,方便快捷。過去由于處理器對圖片的識別技術較低,而且攝像頭的設備成本也較高,因此很少使用視覺技術,F在隨著智能技術的不斷發展融合,家庭智能清潔機器人已經開始采取視覺技術,可以通過視覺技術對地面上的垃圾進行一個攝影,然后圖像處理后選擇合適的清潔方式,提高清潔的效率和質量[1].

            在清潔智能機器人發展初期,對于清潔路徑的規劃、物體的避障還處于探索初期階段。從硬件方面就能看出,以掃地機器人為例子,初期的機器人避障使用的是物理碰撞傳感器,而路徑的規劃也未體現出來,對于跌落檢測也僅僅處于初期階段。

            1.2.1 避障技術

            機器人的避障技術作為驅動能力極為必要的一項功能,在研究過程中被視為重中之重。避障技術的實現最基本要做到對環境的感知,而對環境的感知往往通過傳感器來獲取周圍的環境信息,包括大小、位置以及材質。通過傳感器收到的信息傳回"大腦",并及時對當前環境進行分析后,做出最優解,反饋給驅動部分,達到避障的作用。目前常使用的傳感器有超聲波傳感器、紅外傳感器、深度相機、激光雷達、物理碰撞傳感器等[2].在這些傳感器中,以激光雷達、深度相機為代表的傳感器,其優點是檢測距離遠、對三維輪廓的識別精度高、對于復雜輪廓的物體有較好的識別能力;缺點是造價不低且安裝難度較高。而以超聲波傳感器、紅外傳感器為代表的傳感器,其優點是成本低廉、實施簡單,在識別透明物體上有不錯的表現;缺點是識別距離近、精度低,難以做到對部分或整體環境的分析和識別。

            從表現上來看,達到更好的避障技術應是讓各傳感器合理地發揮他們的作用,進行復合式的安裝,將各傳感器進行融合,取長補短,達到有效避障。

            1.2.2 路徑規劃

            路徑規劃作為運動規劃中的一類,在國內研究中有著較為深厚的基礎。就清潔機器人的路徑規劃來看,此類問題屬于連續域范圍內的遍歷式路徑規劃,解決此類問題的常用算法有神經網絡算法、遺傳算法、粒子群算法等[3].當清潔機器人工作時,處理從傳感器傳輸來的各種環境信息,計算并合理地規劃當前最合理的清潔路徑。此時傳感器、系統處理器以及優質的算法對于機器人來說尤為重要,就傳感器來說,實時的掃描周圍的環境并及時反饋,這必須與激光雷達、深度相機等避障傳感器相結合,達到構建周圍環境的三維輪廓模型的作用。處理器及時處理數據,并運用適合的算法在構建好的三維模型中計算最合理的路徑。

            當然,僅靠三維模型技術和遍布式路徑規劃算法相結合是不夠的,以后的發展中更應做到將多種算法相結合,對路徑規劃算法進行改進。

            2 家庭智能清潔機器人的發展現狀

            家庭智能清潔機器人目前最多的是掃地機器人和擦窗機器人兩種類型。家庭智能清潔機器人的最大目的就是憑借人工智能技術,代替人工勞動,對家庭環境,如地面、窗戶進行自動地清潔和打掃[4].

            2.1 掃地機器人

            掃地機器人顧名思義就是清潔地面衛生所使用的家庭智能清潔機器人,現在的掃地機器人技術可以達到自動識別地面上是否有灰塵,通過圖像識別技術分析地面的垃圾環境應該運用哪種清潔技術,從而選擇最適合的清潔模式,可以保證掃地機器人達到清潔效率的最大化。有部分品牌機器人會具有對一些邊角縫隙清潔的單獨模式,能夠完美地對整體環境進行清掃,也可以設置預約清潔的功能,

            可以對機器人設定特定的工作時間。掃地機器人圖像識別過程如圖1所示。

            圖1 掃地機器人圖像識別過程

           1.png

            圖像技術更新和完善之后,各類傳感器運營而生,上文中提到,避障技術和路徑規劃對于掃地機器人來說是必不可少的,高效的技術組合,讓機器人工作起來更加得心應手。在機器人進入一個陌生環境后,將會及時的掃描周圍環境,并建立對應的三位環境模型,在確定周圍環境后便更換最適合的清潔模式。

            歸根結底,掃地機器人最重要的就是其清潔能力,掃地、吸塵、集塵、拖地等便是衡量機器人清潔能力的體現。就掃地功能來說,多采用刷掃、真空、靜電吸附等形式,將各種垃圾及時地吸入機器內部的集塵盒中,方便集中處理[5].就拖地功能來說,拖地抹布的選材和水泵的給水,都對拖地功能的能力體現至關重要。

            2.2 擦窗機器人

            地球上的土地是有限的,而人口卻在不斷增加,近二十年來,國內高樓不斷增加,對于高層居住的人們來說,清潔窗戶玻璃是不太安全的一件事,而擦窗機器人能夠代替人們對窗戶進行清潔,從而規避高層清理窗戶的危險,并且可以大面積地進行清理。擦窗機器人在機器人底部裝有抹布,其設計能夠將機器人完全的貼服在玻璃的表面上,機器人在窗戶上移動的時候會帶動底部的抹布去進行擦拭玻璃,并且在開啟機器人之后,圖像識別技術會啟動智能感應,通過圖像技術傳達回中央處理器后能夠識別到窗戶的大小,規劃特定的路線,對于一些角落里的臟處也能擦到,并且清潔速度也很快。擦窗機器人一般會比較小巧,這樣才能夠靈活行走,以及對速度有一個較好的掌控[6].

            對于玻璃表面的材質、弧度、角度也會有一個較好的掌控,通過LDS激光規劃、陀螺儀規劃技術來進行掃描周圍環境以及建立三維環境模型,從而通過中央處理器取決于是否在擦拭過程中產生危險。

            在一次次的技術革新中,更是演變出了無線擦窗機器人,在擺脫了線的約束下,工作起來更加得心應手。支撐起此項技術的背后必須有以下幾個條件:(1)續航能力。只有在電池的容量增大后,才能滿足更高強度的清潔任務。(2)加強離心式風機的綜合性能。只有這樣才能預防掉落的危險發生,增強工作效率,減少電源的消耗。(3)更好的安全系統。一是防止高空墜落,二是預防機器的掉落,造成財產的損失。在電量較少的情況下,將會預留一部分的電量用于讓機器進入待機狀態,牢牢地吸附在所擦拭的物體表面,防止掉落,確保機器和周圍環境的安全。

            3 總結

            進入了人工智能時代之后,智能技術在未來基本上能夠覆蓋人們生活的所有范圍和層面,同時也會為人們的生活帶來很多的便利,由于清潔和打掃是人們生活每天都必須面對的,因此家庭智能清潔機器人是在家庭中最受歡迎的機器人。未來,家庭智能清潔機器人的智能技術發展還會更上一層樓,在物聯網技術和家庭智能方面都會有新的發展,技術會變得更加成熟。

            參考文獻

            [1]牛立群,孫曉普家用清潔機器人的技術發展趨勢與現狀[J]科技與創新, 2020(12);.74-75.

            [2]彭緩緩,郭毅鋒,李健,等智能移動機器人的多傳感器控制避障研究[J].機械設計與制造, 2021(1):259-262.

            [3]張廣林,胡小梅,柴劍飛,等路徑規劃算法及其應用綜述[J] .現代機械, 2011(5):85-90.

            [4]褥銅,趙晨智能清潔機器人國內外發展狀況淺析[J]中國設備工程, 2018(4):146- 147.

            [5]子翔。家用智能掃地機器人的工作原理探究[J]通訊世界, 2019,26(2)-:283-284.

            [6]蔡夢擦窗機器人幫你真正的"大掃除"[J]家用電器, 2015(5):90-91.

          作者單位:福州大學至誠學院
          原文出處:袁茂鴻,郭衍哲,林培坤.淺析家庭智能清潔機器人的技術發展趨勢與現狀[J].科技與創新,2021,(21):55-56+58.
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