智能垃圾清理機設計研究

史耀軍 石海麗

摘要：為像飛機場、高鐵站以及高級酒店大廳等公共場所的衛生問題提供便利，讓人們對新型環保設備有一種全新體驗。運用SET分析法進行社會因素、經濟因素、技術因素方面的分析找出產品機會缺口，得到符合用戶預期的產品模型。結論設計出公共衛生新設備智能垃圾清理機，為現代衛生事業提供新思路。

關鍵詞：衛生 智能 垃圾清理 研究

中圖分類號：TB472

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069 （2019） 02-0116-02

引言

科學技術的不斷發展，使得人們工作學習生活中很多事情都變得更加方便更加智能化，環境問題一直是影響著社會進步和經濟發展的重要因素，新時代的環保設備的研究以及環保形式的創新成為產品設計的新課題。文章運用SET模式的缺口分析法，通過SET產品機會重點缺口深度分析來明確智能垃圾清理機的設計研究方向。在此基礎上進行智能垃圾清理機的全方面優化設計，使其功能滿足用戶需求，操作方式符合人機，造型色彩迎合人的情感需求。

一、問題描述

城市公共場所的衛生問題就是公共設施的清洗以及垃圾的清理，主要是由清潔工作人員定期的進行垃圾的收集和地面清洗工作。現有的傳統清潔方式主要是在公共場所內設立垃圾桶以及靠清潔人員勞動進行公共場所的衛生工作;首先垃圾桶的位置固定，人們不能隨時隨地地扔垃圾，對垃圾桶的安置位置、數量以及間隔也需要合理安排;另外垃圾桶滿時需要及時地清理，垃圾桶的清潔問題也十分令人頭疼，桶身因垃圾侵染加上日曬腐化使人們更加有心理抵觸不愿靠前;公共場所由于人流量大，地面的清洗工作不好在人流高峰期進行，而地面有水漬污物也很容易擴散。而城市的公共場所代表了一個地區的發展與文明，所以保證公共場所的整潔干凈是非常必要的。問卷調查統計結果后，主要問題歸納分析為以下幾點：

1.垃圾桶不能自由移動，使用時需要人去尋找以及移動到垃圾桶旁。

2.垃圾桶的位置固定，使用區域的覆蓋面積小，資源利用不充分。

3.垃圾的收集靠人們自覺地去找到垃圾箱進行投放，垃圾桶的擺放位置以及密度還有人的環保意識決定了垃圾收集工作的成效。

4.當前的公共場所垃圾清掃問題一般還是靠人來完成，清潔人員進行路面的清洗工作，工作的品質效率不穩定;

5.公共場所內，地面的清潔一般要靠人力來進行清掃工作，傳統方式效率不高，借助清洗車會對公眾帶來噪音以及空間占地的影響。如要保持公共場所長期的清潔，需增加清掃頻率，大大地耗費了人力物力。

二、SET的因素分析

SET分析法下的社會因素、環境因素和技術因素一直在不停發展變化，并且互相產生作用相互影響。各要素間要綜合同步分析才能找出產品的機會缺口，確定新趨勢下產品的潛在需求或創新產品及對現有產品進行重大改進的可能性。智能垃圾清理機的社會因素：現有城市中的環保設備大都由政府統一配備采買，由于市場競爭不充分，導致公共環保設備的更新迭代停滯。我國社會現狀不支持城市大規模環保設備的智能化，但科學技術的發展迅速，智能化時代的來臨，人們也更希望去體驗新型的環保交互體驗。所以在現今社會下的設計要平衡好人們的需求和社會環境的約束之間的關系。經濟因素：我國經濟發展不充分且不均勻的現狀，導致了地區發展水平具有較大的差異性，各個場所的公共服務設備的智能化程度也不盡相同，但是像飛機場、高鐵站和高端服務大廳這種具有高規格的公共場所，對于一個國家和城市的形象具有很大的象征意義，這些場所可以吸收和接納高科技智能產品，既能提高該場所的工作效率，又能滿足人們對環保形式的渴望與需求，也只有這些在高端高檔的公共場所，才能保證機器的運營以及產品的維護。技術因素：我國科技水平不斷提高，有些領域已經達到世界前列.對于新型的垃圾清理設備所需要的技術支持是絕對足夠的，將現有的產品技術重新整合，來支持垃圾清理機器的實現綽綽有余。SET分析模式下的智能垃圾清理機的重點缺口深度分析成為創新設計中的關鍵因素。（如圖1）所示，在用戶調查的基礎上將產品機會缺口的價值機遇轉化總體的、代表性的產品設計準則。

針對公共場所現有的產品存在的不足，應解決以下問題：在社會層面填補智能垃圾清理設備的缺口，使衛生事業面向智能化;在經濟層面使用戶愿意體驗接受智能化的衛生設備;在科技層面發揮紅外信號識別、物聯網和云計算的技術優勢等。因此確定智能垃圾清理機的設計準則，通過產品創新設計，完善公共場所垃圾清理模式;實現符合公共場所經濟預算的產品，促進衛生經濟的發展;將現代技術合理地融入進衛生環保系統，實現公共場所垃圾清理的可交互性。最終歸納智能垃圾清理機的產品機會缺口準則，即進行產品硬件、軟件的系統設計，以實現智能垃圾清理設備的創新。

三、產品設計預期

不同的環境對垃圾桶的功能要求也不盡相同。在考慮成本社會環境等關系，將使用環境定位在高檔酒店大廳J飛機場和高鐵站等，原因首先是這些場所一般都是最能體現一個國家地區科技發展水平并接受新產品的地方，而且這些場所有能力去進行產品的運營與維護;二是這些場所的人移動的不固定性，往往是短暫的經過停留，目的性強而且匆忙，更需要省時高效地將手中的垃圾扔掉;三是這些場所地面平整空間開曠，機器的運動空間充足且平穩;四是往往是拿在手中的垃圾體積小類別單一，便于機器短時間儲存。

功能需求方面的需求首先是能夠儲存一定量的垃圾，并且在垃圾桶臨滿時能夠設法清倒，并且保證垃圾的異味不會泄露，其次是能夠自由移動到需要扔垃圾的人跟前，由于考慮衛生問題在扔垃圾過程中盡量避免人與機器接觸，還要能夠進行一定程度的地面清洗，為了解決上述問題，要求產品能實現以下功能：

1.儲物基本需求：產品內部有置有一定容積的垃圾盛放桶，密封性能良好，且有壓力壓縮感應裝置來確保垃圾桶的最大容量，并且在桶滿時進行信號通知清理人員清洗。

2.產品移動自由度：智能垃圾清理機通過完整的感應系統，包括位移傳感器、角度傳感器、速度傳感器、接近度傳感器等，對障礙物進行探測分析并制訂出行經路線，來保證運動行為能夠安全穩定地進行。

3.識別遠程指令：遠程紅外傳感器識別人的動作手勢，傳感器與動力系統的協同合作的精準程度也是能否完成任務的關鍵。傳感器作為機器人自動捕捉外界信息的工具，必須要有一定等級的準確度保障以及位置定位功能來進行路線規劃。

4.內部信息處理：機器內部進行信息分析處理的控制中心，也要具備快速處理信息并傳達出去的能力，動力執行系統作為信息的傳輸器，完成指令應該靈敏準確。感應系統與動力系統的結合無疑是給機器人安上了一雙眼睛和腿，實現了在地面的自由移動。

5.產品材質選擇：產品外殼材質要求無毒無氣味，質量輕薄且具有一定的抗沖擊強度，耐腐蝕耐風化，外表面光滑易清洗。

四、產品設計

（一）產品中的人機關系：根據人體工學一般人直立抬手扔垃圾的舒適高度為750mm左右，為方便扔垃圾故投放口為斜面，投放口周圍設有感應裝置，能在人手在上方時自動開啟反之閉合;且內置垃圾盛放桶的容量需要考慮產品體積與產品驅動承受重量，綜合考慮10L最為適合，加之各種硬件結構所以產品的大概尺寸（如圖2）所示產品。顏色方面考慮到在公共場所且為衛生用品所以藍白色更能給人干凈整潔的視覺感受，材質也應為光滑易清洗材質較輕的塑料噴漆。

（二）造型設計：在造型上采用了仿生設計和擬態設計相結合的設計方法，線條靈感來自熊貓寶寶身體輪廓，工作時像一個小寶寶在蹣跚學步，人群中穿行，容易讓人親近喜歡。配色采用灰白主色調加水藍色，給人干凈溫和的感覺，更好地融入周圍環境當中（如圖3）。

（三）產品功能設計：機器上部是垃圾投放口，四周設有紫外線感應裝置，當有人扔垃圾時投放口會開啟;前部設有顯示屏，可播放天氣時間或者廣告等信息;顯示屏上有手勢識別設備，有人對它揮手，就可以召喚它靠近;后部是垃圾桶桶身部分，上端設有把手，清倒垃圾時可以方便拿取;底部設有底面清掃設備和使機器自由行進的輪子，底部前端藍色部分是存放清洗設備的工作時產生的污物的容器，留有扣手方便垃圾清倒;底部上端有一環形的紅外線探測裝置，幫助機器進行避障運動（如圖4）。

普通的掃地機器人只能像無頭蒼蠅一樣機械的工作，而此款機器，能在數米開外，識別人的手勢，并且制訂行進路線到達人的身邊，使想要扔垃圾的人們揮揮手，就能召喚一個垃圾桶來，扔過垃圾后垃圾桶又帶著垃圾走掉了，這將是一個全新的環保行為的交互體驗，而在人們不使用垃圾桶的時候，它又化身一款掃地機器人在人群中默默進行清掃工作。這是一種在環衛設備上的突破，環保行為的智能交互的新的開端，也是更適合現代人的生活方式的創新性設計（如圖5）。

（四）內部結構設計及各項參數：為了滿足產品的各項使用功能，需要有內部硬件的支持，如圖所示為產品內部的結構排布。紅外感應開關可以感應到人手靠近，打開投放口;可旋轉擋板可以調整角度確保垃圾都進入垃圾桶內;電機部分包括電池以及控制系統，保證機器的正常運行;機器底部置有一吸塵裝置，可進行地面清潔工作;可取出的灰塵收集盒可以盛放底面的微小灰塵與碎屑垃圾。（如表1）為機器的必要參數。

（五）產品材料設計與選擇：產品外殼材質宜選用工業級ABS，因其造型能力強易加工，產品尺寸穩定，各項物理性能良好，且容易著色、涂裝，可以滿足產品外殼的各項設計需求。

結論

人們對于生活環境的品質要求越來越高，智能垃圾清理機的創新設計，改變了傳統清潔方式的人力消耗以及清潔程度的不確定性。由于使用場景設置在公共大廳內，要求產品工作時必須要低噪音的進行，才能保證公共場所內的環境的安靜。在高等場所里進行清潔工作時更大程度地減少了對人們的干擾，保護了，人們的私密不受侵犯。普通的掃地機器人只能像無頭蒼蠅一樣機械的工作，而此款機器，能在數米開外，識別人的手勢，并且制訂行進路線到達人的身邊，使想要扔垃圾的人們揮揮手，就能召喚一個垃圾桶來，扔過垃圾后垃圾桶又帶著垃圾走掉了，這將是一個全新的環保行為的交互體驗，而在人們不使用垃圾桶的時候，它又化身一款掃地機器在人群中默默進行清掃工作。智能垃圾清理機滿足了公共場所隨身垃圾桶和即時掃地機器人的功能需求。產品將現有的科學技術與傳統的清潔工具結合，解放人類的雙手，適應現代人的生活方式，實現公共場所的清潔設備的智能化和可交互性。方便快捷地解決了公共場所的環境衛生問題，使人們在公共場所更好地享受設計所帶來的全新用戶體驗，提高了都市快速的現代生活品質。

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