家居式智能扫地机器人的研究与设计

何英健 陈鑫

摘 要：随着现代科技日新月异的发展，市场化、多功能化趋势日益显著。为了迎合市场的需求，提出了一款家居式智能扫地机器人的设计。该设计拥有红外感应开盖、自动打包、自动套袋、自动回充等功能。本文就家居式智能扫地机器人的研究设计与发展趋势进行浅要探讨。

关键词：智能扫地机器人;智能家居;多功能;垃圾桶

1 引言

智能扫地机器人是当今服务机器人领域一个热门的研究方向，从理论和技术上讲，智能扫地机器人具体体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性，从市场前景的角度讲，智能扫地机器人将大大降低劳动强度、提高了劳动效率，适用于宾馆、酒店、办公场所和大众家庭。因此开发智能扫地机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。

如今的分类环保垃圾桶、智能垃圾桶、可以看出垃圾桶的发展是社会文化的折射，也是人类文明的演变，垃圾桶经历了从原始户外垃圾桶的概念时代，简易垃圾桶雏形时代，户外垃圾桶普及时期，垃圾桶升级换代时期，户外分类式垃圾桶时代，智能垃圾桶初期时代，每个时期都各有特色。

2 设计方案

2.1  整体外观造型设计

外观设计中，虽然将扫地机器人和智能垃圾桶结合在了一起，但是却并不突兀，外观选用了绿色与灰白色的简约风，也同样充斥着了现代科技感。

2.2  结构设计

3功能创新设计

3.1红外感应开盖

首先， 利用红外发射接收装置探测当距离桶高40cm左右有物体遮挡时，发出信号给单片机，单片机控制带减速箱的直流电机转动， 电机轴上装有偏心轮， 偏心轮将杠杆顶起， 杠杆带动连杆将桶盖打开， 实现垃圾桶的感应开盖，再延时实现自动关盖。相较于将感应装置安放在顶部的智能垃圾桶来说，能够更早的唤起活动盖。垃圾桶活动盖边缘的斜面设计，能够更好的使垃圾准确入桶。活动盖四周的软质垫圈不仅可以做到无杂音的开闭桶盖，而且有着很好的密封性，可以与活动盖紧密贴合，以防止桶内的垃圾产生异味，影响室内空气。

3.2自动打包

自动打包套袋的流程：当用户通过桶身按键或者移动网络发布自动打包垃圾，自动套袋的命令时，传热丝杠带动热塑封压杆向一边移动，通过驱动电机使压感与侧边接触时，滑动压缩块把垃圾袋集中到加热模块处，加热模块处的刀片将垃圾袋切割开来，与此同时，热熔模块工作，并且塑封压缩器和聚拢压缩滑块施加了一定的机械压力，将垃圾袋的开口封上。加热模块的下部分完成了垃圾袋的封口工作，加热模块的上部分即作为下个垃圾袋的底端。每一次经过上述动作完成垃圾袋的自动更换及封口操作。

垃圾桶内部左侧设置了一个风扇，在自动换袋开始时，桶内的空气由背部的出风口抽出，抽出过程中，垃圾袋会因为气压原理，使得新垃圾袋会紧贴在垃圾桶內壁，从而完成套袋操作。

在垃圾桶的侧面有一个LED指示灯，当垃圾袋打包完成后，指示灯从原本的绿色（正常使用）变为红色（提示用户该扔垃圾了）。

3.3 自动回充

现主流的扫地机器人，都拥有着一个自动回充功能。作业结束后或者低电量时，发布自动回充的命令，扫地机器人可以在短时间内运动到充电基座的接口上连接电源开始充电。对于家居式智能扫地机器人，原本独立的且占空间的充电基座设置在垃圾桶底端。当作业结束或者低电量时，可以通过感应识别，回到垃圾桶的底端，通过无线充电基座进行充电。

在垃圾桶的底端设置了一个大型尘盒，当扫地机器人作业结束后，回到垃圾桶底端的充电基座上时，扫地机器人中放置纸屑、毛发、灰尘的小型尘盒下端的两扇活动门会自动打开。由于扫地机器人中尘盒的形状设计是两侧内壁向中倾斜约呈60°角，所以当两扇活动门向下打开时，扫地机器人中的尘盒里的垃圾可以自如的滑落到底部设置的大型尘盒。因为纸屑、毛发、灰尘都不占空间，这样可以大大节省清理尘盒的次数，所以只需偶然想起时，将底部的大型尘盒抽出，把垃圾倒进垃圾桶再还原即可。

4结语

传统的垃圾桶和扫地机器人在生活中的应用多多少少存在一些不便，这些问题给使用者带来了较差的用户体验。本文中提出的家居式智能扫地机器人的设计，可以实现红外感应开盖，自动打包垃圾，自动套袋，自动回充以及提醒用户倒垃圾的LED指示灯等功能设计。考虑使用者的真实使用状况，优化功能。这样才能够提高使用者的满意度，拓展更大的市场空间。高度智能化，性能稳定，卫生环保，节能低耗的智能扫地机器人将会在未来的生活中给人们带来更佳的用户体验。

参考文献：

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[6]周慧珺，许锦标.新型智能垃圾桶的设计方案[J].广东工业大学学报，2006（03）：85-88+94.

作者简介：

何英健（2000-），男，湖北黄冈人，本科，武汉商学院机器人工程专业;主要研究方向：工业机器人系统集成;

通讯作者：

陈鑫（1988-），男，湖北武汉人，硕士，武汉商学院教师，工程师;主要研究方向：工业机器人系统仿真，视觉识别。

[基金项目] 武汉商学院2020年大学生创新创业训练计划，项目号202011654020， 名称：智能扫地机器人。

（武汉商学院机电工程学院  湖北 武汉  430056）