智能垃圾清理机设计研究

史耀军 石海丽

摘要：为像飞机场、高铁站以及高级酒店大厅等公共场所的卫生问题提供便利，让人们对新型环保设备有一种全新体验。运用SET分析法进行社会因素、经济因素、技术因素方面的分析找出产品机会缺口，得到符合用户预期的产品模型。结论设计出公共卫生新设备智能垃圾清理机，为现代卫生事业提供新思路。

关键词：卫生 智能 垃圾清理 研究

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：1003-0069 （2019） 02-0116-02

引言

科学技术的不断发展，使得人们工作学习生活中很多事情都变得更加方便更加智能化，环境问题一直是影响着社会进步和经济发展的重要因素，新时代的环保设备的研究以及环保形式的创新成为产品设计的新课题。文章运用SET模式的缺口分析法，通过SET产品机会重点缺口深度分析来明确智能垃圾清理机的设计研究方向。在此基础上进行智能垃圾清理机的全方面优化设计，使其功能满足用户需求，操作方式符合人机，造型色彩迎合人的情感需求。

一、问题描述

城市公共场所的卫生问题就是公共设施的清洗以及垃圾的清理，主要是由清洁工作人员定期的进行垃圾的收集和地面清洗工作。现有的传统清洁方式主要是在公共场所内设立垃圾桶以及靠清洁人员劳动进行公共场所的卫生工作;首先垃圾桶的位置固定，人们不能随时随地地扔垃圾，对垃圾桶的安置位置、数量以及间隔也需要合理安排;另外垃圾桶满时需要及时地清理，垃圾桶的清洁问题也十分令人頭疼，桶身因垃圾侵染加上日晒腐化使人们更加有心理抵触不愿靠前;公共场所由于人流量大，地面的清洗工作不好在人流高峰期进行，而地面有水渍污物也很容易扩散。而城市的公共场所代表了一个地区的发展与文明，所以保证公共场所的整洁干净是非常必要的。问卷调查统计结果后，主要问题归纳分析为以下几点：

1.垃圾桶不能自由移动，使用时需要人去寻找以及移动到垃圾桶旁。

2.垃圾桶的位置固定，使用区域的覆盖面积小，资源利用不充分。

3.垃圾的收集靠人们自觉地去找到垃圾箱进行投放，垃圾桶的摆放位置以及密度还有人的环保意识决定了垃圾收集工作的成效。

4.当前的公共场所垃圾清扫问题一般还是靠人来完成，清洁人员进行路面的清洗工作，工作的品质效率不稳定;

5.公共场所内，地面的清洁一般要靠人力来进行清扫工作，传统方式效率不高，借助清洗车会对公众带来噪音以及空间占地的影响。如要保持公共场所长期的清洁，需增加清扫频率，大大地耗费了人力物力。

二、SET的因素分析

SET分析法下的社会因素、环境因素和技术因素一直在不停发展变化，并且互相产生作用相互影响。各要素间要综合同步分析才能找出产品的机会缺口，确定新趋势下产品的潜在需求或创新产品及对现有产品进行重大改进的可能性。智能垃圾清理机的社会因素：现有城市中的环保设备大都由政府统一配备采买，由于市场竞争不充分，导致公共环保设备的更新迭代停滞。我国社会现状不支持城市大规模环保设备的智能化，但科学技术的发展迅速，智能化时代的来临，人们也更希望去体验新型的环保交互体验。所以在现今社会下的设计要平衡好人们的需求和社会环境的约束之间的关系。经济因素：我国经济发展不充分且不均匀的现状，导致了地区发展水平具有较大的差异性，各个场所的公共服务设备的智能化程度也不尽相同，但是像飞机场、高铁站和高端服务大厅这种具有高规格的公共场所，对于一个国家和城市的形象具有很大的象征意义，这些场所可以吸收和接纳高科技智能产品，既能提高该场所的工作效率，又能满足人们对环保形式的渴望与需求，也只有这些在高端高档的公共场所，才能保证机器的运营以及产品的维护。技术因素：我国科技水平不断提高，有些领域已经达到世界前列.对于新型的垃圾清理设备所需要的技术支持是绝对足够的，将现有的产品技术重新整合，来支持垃圾清理机器的实现绰绰有余。SET分析模式下的智能垃圾清理机的重点缺口深度分析成为创新设计中的关键因素。（如图1）所示，在用户调查的基础上将产品机会缺口的价值机遇转化总体的、代表性的产品设计准则。

针对公共场所现有的产品存在的不足，应解决以下问题：在社会层面填补智能垃圾清理设备的缺口，使卫生事业面向智能化;在经济层面使用户愿意体验接受智能化的卫生设备;在科技层面发挥红外信号识别、物联网和云计算的技术优势等。因此确定智能垃圾清理机的设计准则，通过产品创新设计，完善公共场所垃圾清理模式;实现符合公共场所经济预算的产品，促进卫生经济的发展;将现代技术合理地融入进卫生环保系统，实现公共场所垃圾清理的可交互性。最终归纳智能垃圾清理机的产品机会缺口准则，即进行产品硬件、软件的系统设计，以实现智能垃圾清理设备的创新。

三、产品设计预期

不同的环境对垃圾桶的功能要求也不尽相同。在考虑成本社会环境等关系，将使用环境定位在高档酒店大厅J飞机场和高铁站等，原因首先是这些场所一般都是最能体现一个国家地区科技发展水平并接受新产品的地方，而且这些场所有能力去进行产品的运营与维护;二是这些场所的人移动的不固定性，往往是短暂的经过停留，目的性强而且匆忙，更需要省时高效地将手中的垃圾扔掉;三是这些场所地面平整空间开旷，机器的运动空间充足且平稳;四是往往是拿在手中的垃圾体积小类别单一，便于机器短时间储存。

功能需求方面的需求首先是能够储存一定量的垃圾，并且在垃圾桶临满时能够设法清倒，并且保证垃圾的异味不会泄露，其次是能够自由移动到需要扔垃圾的人跟前，由于考虑卫生问题在扔垃圾过程中尽量避免人与机器接触，还要能够进行一定程度的地面清洗，为了解决上述问题，要求产品能实现以下功能：

1.储物基本需求：产品内部有置有一定容积的垃圾盛放桶，密封性能良好，且有压力压缩感应装置来确保垃圾桶的最大容量，并且在桶满时进行信号通知清理人员清洗。

2.产品移动自由度：智能垃圾清理机通过完整的感应系统，包括位移传感器、角度传感器、速度传感器、接近度传感器等，对障碍物进行探测分析并制订出行经路线，来保证运动行为能够安全稳定地进行。

3.识别远程指令：远程红外传感器识别人的动作手势，传感器与动力系统的协同合作的精准程度也是能否完成任务的关键。传感器作为机器人自动捕捉外界信息的工具，必须要有一定等级的准确度保障以及位置定位功能来进行路线规划。

4.内部信息处理：机器内部进行信息分析处理的控制中心，也要具備快速处理信息并传达出去的能力，动力执行系统作为信息的传输器，完成指令应该灵敏准确。感应系统与动力系统的结合无疑是给机器人安上了一双眼睛和腿，实现了在地面的自由移动。

5.产品材质选择：产品外壳材质要求无毒无气味，质量轻薄且具有一定的抗冲击强度，耐腐蚀耐风化，外表面光滑易清洗。

四、产品设计

（一）产品中的人机关系：根据人体工学一般人直立抬手扔垃圾的舒适高度为750mm左右，为方便扔垃圾故投放口为斜面，投放口周围设有感应装置，能在人手在上方时自动开启反之闭合;且内置垃圾盛放桶的容量需要考虑产品体积与产品驱动承受重量，综合考虑10L最为适合，加之各种硬件结构所以产品的大概尺寸（如图2）所示产品。颜色方面考虑到在公共场所且为卫生用品所以蓝白色更能给人干净整洁的视觉感受，材质也应为光滑易清洗材质较轻的塑料喷漆。

（二）造型设计：在造型上采用了仿生设计和拟态设计相结合的设计方法，线条灵感来自熊猫宝宝身体轮廓，工作时像一个小宝宝在蹒跚学步，人群中穿行，容易让人亲近喜欢。配色采用灰白主色调加水蓝色，给人干净温和的感觉，更好地融入周围环境当中（如图3）。

（三）产品功能设计：机器上部是垃圾投放口，四周设有紫外线感应装置，当有人扔垃圾时投放口会开启;前部设有显示屏，可播放天气时间或者广告等信息;显示屏上有手势识别设备，有人对它挥手，就可以召唤它靠近;后部是垃圾桶桶身部分，上端设有把手，清倒垃圾时可以方便拿取;底部设有底面清扫设备和使机器自由行进的轮子，底部前端蓝色部分是存放清洗设备的工作时产生的污物的容器，留有扣手方便垃圾清倒;底部上端有一环形的红外线探测装置，帮助机器进行避障运动（如图4）。

普通的扫地机器人只能像无头苍蝇一样机械的工作，而此款机器，能在数米开外，识别人的手势，并且制订行进路线到达人的身边，使想要扔垃圾的人们挥挥手，就能召唤一个垃圾桶来，扔过垃圾后垃圾桶又带着垃圾走掉了，这将是一个全新的环保行为的交互体验，而在人们不使用垃圾桶的时候，它又化身一款扫地机器人在人群中默默进行清扫工作。这是一种在环卫设备上的突破，环保行为的智能交互的新的开端，也是更适合现代人的生活方式的创新性设计（如图5）。

（四）内部结构设计及各项参数：为了满足产品的各项使用功能，需要有内部硬件的支持，如图所示为产品内部的结构排布。红外感应开关可以感应到人手靠近，打开投放口;可旋转挡板可以调整角度确保垃圾都进入垃圾桶内;电机部分包括电池以及控制系统，保证机器的正常运行;机器底部置有一吸尘装置，可进行地面清洁工作;可取出的灰尘收集盒可以盛放底面的微小灰尘与碎屑垃圾。（如表1）为机器的必要参数。

（五）产品材料设计与选择：产品外壳材质宜选用工业级ABS，因其造型能力强易加工，产品尺寸稳定，各项物理性能良好，且容易着色、涂装，可以满足产品外壳的各项设计需求。

结论

人们对于生活环境的品质要求越来越高，智能垃圾清理机的创新设计，改变了传统清洁方式的人力消耗以及清洁程度的不确定性。由于使用场景设置在公共大厅内，要求产品工作时必须要低噪音的进行，才能保证公共场所内的环境的安静。在高等场所里进行清洁工作时更大程度地减少了对人们的干扰，保护了，人们的私密不受侵犯。普通的扫地机器人只能像无头苍蝇一样机械的工作，而此款机器，能在数米开外，识别人的手势，并且制订行进路线到达人的身边，使想要扔垃圾的人们挥挥手，就能召唤一个垃圾桶来，扔过垃圾后垃圾桶又带着垃圾走掉了，这将是一个全新的环保行为的交互体验，而在人们不使用垃圾桶的时候，它又化身一款扫地机器在人群中默默进行清扫工作。智能垃圾清理机满足了公共场所随身垃圾桶和即时扫地机器人的功能需求。产品将现有的科学技术与传统的清洁工具结合，解放人类的双手，适应现代人的生活方式，实现公共场所的清洁设备的智能化和可交互性。方便快捷地解决了公共场所的环境卫生问题，使人们在公共场所更好地享受设计所带来的全新用户体验，提高了都市快速的现代生活品质。

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