球型摄像机球罩清洗设备的创新设计

摘 要：随着“平安城市”业务市场的升温，对智能球型摄像机的需求量日益增加。其中，球型摄像机下方的透明树脂半球罩容易吸附灰尘、昆虫尸体等污染物，直接影响了摄像机的成像质量和监控效用。因此，球罩的清洗和保养成为了一项重要且复杂的日常工作。针对工作人员高空作业清洗球罩所造成的安全隐患、高人力成本和时间成本，设计一款适用于单人操作、便携式、低成本的球罩清洗设备成为了安防行业面对的一个极具挑战的课题。从市场调研、工业设计、材料选择、加工工艺、成本控制等多方面系统地阐述了球型摄像机球罩清洗设备这款专利产品的设计过程、设计理念及其带来的市场价值。

关键词：球罩清洗设备；工业设计；专利产品；安防行业

中图分类号：TN948.41 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.032

一体化智能球型摄像机是一款高端监控产品，这种摄像机功能强大、稳定可靠、性价比高、安装使用方便，自上市以来就成为了监控行业的热销产品。智能球型摄像机适用于大面积区域扫描，捕捉目标精准，功效优于多台固定摄像机，已被广泛应用于机场、车站、商场、银行和仓库等许多重要领域。文章所描述的球罩清洗设备就是针对此类摄像机产品的清洗和维护而设计的。

1 设计球型摄像机清洗设备的市场背景

随着“平安城市”业务市场的升温，球型摄像机的发展越来越快，它之所以在城市监控中大受欢迎，与它自身的特点是分不开的——安装方便，布线和管理过程简单，集成化、智能化程度高。例如，在路口监控中，球型摄像机可水平360°旋转，俯仰180°翻转没有盲角，对于路口的四个方向都能“兼顾”到，而且跟踪、响应事件的速度快。当有人闯红灯时，高速球（“高速智能化球型摄像机”的简称）就可以自动旋转，迅速监视路口的各个方向，确定目标位置。可以说，在各种场所都可以看到球机（“球形摄像机”的简称）的身影，比如十字路口、体育场馆、港口、地铁、校园、大厦和宾馆等。业内人士表示，球型摄像机在城市监控前端设备的应用中大约占1/4.以目前21个试点城市的建设来说，已用到10～20万台高速智能球机，随着其他城市相继启动监控项目，球机的使用量还会增加。

智能球机的高速发展及其需求量的快速增加也意味着设备制造商的售后维护工作日益繁重。其中，球机透明球罩的清洁和保养就是运维工作中一项重要而复杂的内容。球机下方的透明树脂半球罩容易吸附灰尘、昆虫尸体等污染物，会直接影响摄像机成像质量和监控效用，具体如图1所示。

为了保证摄像机成像清晰，球机维护人员通常需要携带清洁剂、毛巾和水桶等工具登上工程梯进行高空清洗作业，工程人员在清洗球罩时要非常小心，不能用手指直接接触透明树脂球罩，避免手指表面的汗渍、油污腐蚀球罩表面的镀层或手指甲等硬物划伤球罩而导致摄像机成像不清晰。同时，透明树脂外罩要用清水冲洗，不能用布擦拭。如果污垢严重，要使用无腐蚀性的中性清洁剂来清洗。遇到距离地面4 m以上的较高立杆时，如图2所示，维护人员还需另外搭建脚手架或借助费用较高的高空作业机械平台来完成清洗工作，而且脚手架的拆装和运输也给实际操作带来了不少的麻烦。

在一些摄像机点位较多的区域，工程人员还需要一辆工程车来装载各种清洗维护的工具，如图3所示，且使用高空作业平台设备的费用比较高。在清洁一个片区时，需要工程车和至少3名工作人员（司机1名、维护人员2名）协同作业才能完成维护任务，人员利用率低。通常情况下，球型摄像机所处的户外环境比较复杂，操作人员必须佩戴安全帽、绑好安全带作业。但是，有些工作人员为了减少麻烦，没有做足相应的安全措施，这就给维护工作带来不小的安全隐患。

2 工业设计的切入点

为了避免维护人员高空作业的安全隐患，减少对户外球型摄像机投入的人力、物资和时间的成本，提高球罩的清洁效率，我工业设计团队专门研发了一款便携式、适用于单人操作的球型摄像机球罩清洁工具。

为了避免此款产品与市面现有产品雷同，防止设计思维上的闭门造车，在设计前期搜集了大量国内外球罩清洗设备的产品图片、发明专利、设计原理等调研资料，归纳、总结了各种现有同类产品的材料构成、外观结构、使用方式等关键内容。目前，国内许多厂家仍旧采取比较原始的人工清洗方式来维护球型摄像机，而国外的专业球型摄像机清洗设备都存在结构复杂、制造成本高、安装维护不便等弊端。比如，机械全自动球机清洗装置通常由解码器、微电机、皮带、带轮、传动轴和清洁刮板等组成，将其安装在结构已非常复杂的球机产品上，不仅生产成本高，而且维修费用昂贵。当清洗刮板发生故障不能清理球罩时，工作人员需要攀爬至球机悬挂位置进行维护，操作起来十分不便。对于不同规格的球型摄像机，机械清洗装置必须根据其球罩尺寸定制生产，这不仅提高了球机的复杂程度，也增加了设备制造商的生产和维护成本。

因此，在设计这款设备前，我们重点着力于以下几个设计切入点：外型美观、结构简单、经济实用、便携方便。设计人员的设计调研范围小到家用清洁工具，大到户外高空作业使用的工具，比如清洗玻璃幕墙的海绵清洗刷、城市绿化中经常用到的高枝剪、除草机等设计成熟且简单易用的手持工具。设计师从手持类工具的设计中得到了很多启发，比如人们日常生活中经常用来打扫较高地方的带伸缩杆的刷子。这种伸缩杆很容易在市场上采购到，也可以将其利用到球罩清洗设备的设计上。

3 关键设计问题的创新解决方法

接触透明树脂球罩的清洗头在材料的选用上是非常讲究的，它必须满足柔软防划伤、吸水迅速不易留尘、易于固定和更换、清洁效果好、外型美观等几个特点。通常情况下，家用的洗车除尘布和洗碗海绵都具有不错的除垢效果，同时，又不容易划伤亮光表面，所以，纤维除尘布和吸水海绵是接触球罩的最佳材料。其中，海绵吸水性强，清洗物件表面时不易留下残渣，易于成型和安装，厚度弹性容易控制，可以满足不同的外观和结构加工要求。因此，将接触球罩的主要材料确定为吸水清洁海绵。

无论什么样的材料，都需要结构件来支撑它们，根据透明树脂球罩的半球形特点，设计出了3款用来支撑海绵且形状贴合球罩表面的清洗刷头方案。其中一种清洗刷头的设计方案是由弹簧和钣金组成，虽然造价低廉，但机械结构的材料非常坚硬，容易在透明球罩表面的留下划痕。这种机械结构加工工艺相对复杂，力学参数比较难控制，容易造成使用者误操作和设备后期维修的不便。最终，排除了机械结构的设计方案，选择了加工和量产都较为简单的硅胶碗型清洁刷头方案。当刷头上下、旋转摩擦球罩时，刷头内表面的柔软海绵便会去除球罩表面的污垢。为了使这款产品能清洗不同尺寸的球罩，每个方案的刷头在保证外型美观的前提下都做了弹性结构的设计。硅胶材料的清洗刷头外壳不仅可以一次注塑成型，易于批量生产，同时，这种低成本的弹性材料不会对透明树脂球罩的光泽表面造成伤害，也能贴合不同尺寸的球罩，达到清洗多种型号球机的目的。

如何用简单、省力的方式支撑刷头在4～6 m的高空完成清洗动作也是一个不小的难题。通常情况下，球型摄像机都安装在4 m或5 m高的金属立杆上，高度超过人身高的2～3倍，在不同点位的球型摄像机下，工作人员都需要搭建人字梯或脚手架，不仅拆装麻烦而且费时费力。笔者认为，工作人员在地面上完成所有工作是最安全、最方便的，因此，设计一个简单、省力又容易拆装的伸缩杆是解决这些问题最快捷的方法。伸缩杆不仅可以根据球机的悬挂高度来调整其长度，同时，拆装、携带、运输都非常方便，市场上可以选择的种类也非常多，这也降低了该产品的生产成本。由于球型摄像机是高压带电设备，所以，选择了一款伸缩范围在1.5～4.5 m之间的绝缘伸缩杆，这个长度可以方便工作人员掌握工具重心，易于操控。

以莲花“出淤泥而不染”的寓意为灵感，制作出了第一代球罩清洗设备的样品，如图4所示。将清洗设备的刷头设计成简化的花朵形状，摒弃清洗设备带给人的冷漠感，使产品变得更亲切、有趣。

4 设计为产品带来的市场价值

对第一代球罩清洗设备的样品做了大量的户外清洗实验，经过半年多的现场使用，工程维护人员普遍反映清洗球罩的效率得到了很大的提升。具体如图5、图6所示。

原来清洗一个点位的球型摄像机需要至少3名工作人员和1辆工程车，且一个点位的清洗耗时至少30 min，一个片区的球机数量在300个左右，全部清洗完毕需要很长一段时间。使用了第一代球型摄像机清洗设备后，一个点位只需要一个工作人员来清洗，而且清洗耗时减少到了5 min/点位，具体对比数据如图7所示，也不需要另外租赁大型工程车来托运沉重的脚手架或其他设备了。

就武汉市区域的球机维护成本来说，每月需维护球机1次，每年可以为企业节约人工成本和物资成本约155万元，全国范围内每年可节约人工成本约400万，节约车辆费用约70万，具体如图8所示。

5 球罩清洗设备的设计升级

为了使这款球罩清洗设备成为一款能给大多数安防企业带来便利的成熟产品，特对第一代样品做了进一步的设计更新。目前，国内外的球机清洗设备还不具备供水冲洗的功能，这对球罩的清洗效果有极大的影响。在一代球罩清洗设备的基础上增加了可移动的储水装置，以便工作人员在同一地区快速、连续地完成多个球机的清洗工作。

在清洗刷头和伸缩杆的内部设计了可伸缩且互不干扰的供水和排水管系统，并将伸缩杆的尾部连接上便携式的供水储水装置，工作人员可通过控制手柄上的水阀旋钮轻松地调节冲洗球罩的水量。清洁液经过供水设备出发，流经控制手柄和伸缩杆内的弹簧软管进入清洁刷海绵中储存，当工作人员旋转伸缩杆时，蓄积清洁液的清洁刷海绵便会与球罩接触摩擦，以达到清洗的效果。同时，清洗后的废水会通过清洁刷和伸缩杆内部的排水系统流出，方便废水的收集、净化和循环再利用。在工业设计团队不断尝试、试验和改进后，第二代球型摄像机清洁工具诞生了，如图9、图10所示。

由于第二代产品的清洗试验效果非常显著，所以，为其申请了发明专利，并将其量产投入市场。该产品不仅解决了设备售后维护上的一大难题，同时，也为企业创造了可观的经济效益。基于“平安城市”建设中球型摄像机的广泛使用，该款产品带来的社会效益和经济效益将会非常可观。

6 结束语

工业设计团队本着简化解决方案、合理降低研发成本的设计原则，从市场调研、解决方案、材料选择、加工工艺、成本控制等多方面入手设计出了球型摄像机球罩清洗设备这款专利产品。在该产品的创新设计过程中，设计团队始终围绕着3个重点——简化构件、巧妙设计、降低成本来设计实践。好的设计必须是适合当前资源条件的设计，也是能巧妙、充分利用资源的设计。这样的设计既能解决企业自身的问题，又能解决市场的问题。解决了别的企业解决不了和解决不好的问题本身就是一种创新。

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作者简介：王璐（1985—），女，湖北武汉人，工业设计工程师，2008—2011年担任海尔集团创新设计中心工业设计师，2011年至今就职于武汉邮电科学研究院，主要从事产品设计和UI设计工作，2014年至今于武汉理工大学研究生院研修艺术设计专业。

〔编辑：白洁〕