掃地機(jī)器人的科技元素

■孫清潭

掃地機(jī)器人逐漸走入千家萬戶，為人們的居家生活帶來了極大的便利，人們通過說話就能“吩咐”掃地機(jī)器人完成掃地甚至拖地的工作。別看掃地機(jī)器人個頭很小，它的身上集合了眾多的科技元素，涉及機(jī)械、電子甚至人工智能等多個學(xué)科領(lǐng)域。讓我們一起來了解一下掃地機(jī)器人身上的高科技吧。

功能多樣的傳感器

掃地機(jī)器人又稱智能吸塵器或機(jī)器人吸塵器，其系統(tǒng)可以分為四個模塊，分別是移動模塊、感知模塊、控制模塊和吸塵模塊。它多是利用毛刷并輔助吸塵來進(jìn)行清掃，其內(nèi)部裝有集塵盒，可將清掃的塵土和垃圾收集起來。隨著技術(shù)的成熟，還可在掃地機(jī)器人身上安裝清潔布，使其在完成吸塵與清除垃圾后對地面進(jìn)行進(jìn)一步的清潔。

掃地機(jī)器人身上搭載了各種測距儀與傳感器，這是機(jī)器人能感知外界環(huán)境并及時做出最優(yōu)決策的基礎(chǔ)。

超聲波傳感器可以持續(xù)向外發(fā)射超聲波信號，接收器利用遇到障礙物時反射回來的信號判斷前方障礙物的大小和距離。

紅外測距傳感器發(fā)射的是紅外信號，利用反射回的紅外信號的強度也可判斷障礙物的距離。

接觸式傳感器可以分為電感式、電容式、電位器式和霍爾式位移傳感器，可以對空間的大小以及桌椅等的高度進(jìn)行測量，以防止掃地機(jī)器人鉆入其中后出不來。

防碰撞傳感器可通過光電開關(guān)實現(xiàn)，在掃地機(jī)器人發(fā)生碰撞后及時做出反應(yīng)。

防跌落傳感器一般置于掃地機(jī)器人下方，多是利用超聲波測距來感知前方地面高度，防止其從樓梯上跌落。

此外，掃地機(jī)器人中還有防過熱傳感器、集塵盒滿檢測傳感器以及電子羅盤和陀螺儀等。這些傳感器擔(dān)負(fù)起機(jī)器人的“眼睛”“耳朵”等功能，使其能對周圍環(huán)境以及自身模塊做到了如指掌，從而正常地工作。

路徑規(guī)劃技術(shù)

掃地機(jī)器人中另一大關(guān)鍵技術(shù)就是路徑規(guī)劃技術(shù)。路徑規(guī)劃的好壞決定了掃地機(jī)器人工作的效率。合理選擇沿邊清掃、集中清掃、隨機(jī)清掃和直線清掃等多種路徑清掃方案，能遍及所有的清掃區(qū)域并對較臟的區(qū)域適當(dāng)多次清掃，是掃地機(jī)器人的基本功。最早的掃地機(jī)器人采用隨機(jī)碰撞的模式，依據(jù)其搭載的傳感器，通過多次碰撞選擇出合適的路徑。這種方式效率比較低。隨著技術(shù)的發(fā)展，更準(zhǔn)確、高效的路徑規(guī)劃模式應(yīng)運而生。

激光測距式導(dǎo)航是利用機(jī)器人頂端搭載的可旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器進(jìn)行激光測距，生成室內(nèi)地圖，弄清楚墻壁以及家具的位置，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑的規(guī)劃。

首先，需要在屋內(nèi)建立一個固定點的信號發(fā)射裝置，機(jī)器人可以通過這一基準(zhǔn)點進(jìn)行定位，再通過碰撞的方式建立起室內(nèi)地圖，以方便清掃。

圖像式測算導(dǎo)航系統(tǒng)首先利用掃地機(jī)器人頂部的攝像頭對全屋進(jìn)行巡航掃描，再結(jié)合紅外傳感器實現(xiàn)對屋內(nèi)環(huán)境的精確建模，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。

與手機(jī)App連接

目前市面上的掃地機(jī)器人大多可以通過手機(jī)App連接，配合App使用掃地機(jī)器人可以讓用戶擁有更智能的體驗。

用戶不僅可以實時了解其工作狀態(tài)和已清掃的區(qū)域，還能根據(jù)個性化需求設(shè)置清掃路徑和虛擬墻，這相對于之前需要用戶自行放置實體虛擬墻的情況來說更智能、便捷，而且只需在打掃屋內(nèi)一小塊區(qū)域時操控，不需要讓掃地機(jī)器人打掃全屋，更省電環(huán)保。

另外，還可以通過App查看掃地機(jī)器人濾網(wǎng)等內(nèi)部耗材的使用情況，以便做到及時更換，提高機(jī)器人的工作效率。