关于清洁型机器人设计原理与方法设计研究

郭瑞军++李璐晨+关萌

摘 要：清洁机器人是目前最贴近人类的机器人，它能够代替人完成家庭地面的清理，最有可能进入千家万户成为家庭生活的一部分。清洁机器人的研究涉及到机构学、运动学、导航和路径规划等关键科学问题，在服务机器人方面是近年来国内外学者重点研究的领域之一。

关键词：清洁型；机器人；设计原理；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.215

1 清洁型机器人的拖地原理与工作方法

1.1 清洁机器人拖地机理

当需要被清洁的地面为泥土时，只需要将地面垃圾扫干净，无需对地面进行清洗。当需要被清洁的地面由泥土变为光洁的木板、石板时，仅仅将地面上垃圾扫干净并不能满足地面清洁要求。光洁的木板上存在的污渍无法通过清扫被去除，需要介质溶解地面污渍，然后通过抹布将地面擦干净。由此可见，洗地技术主要是针对扫地技术无法解决的问题，但同时洗地技术对地面的要求相对较高。清洁机器人的拖地技术源于人使用拖把拖地的传统拖地技术，但是在传统的拖地技术上提出了更加苛刻的条件，传统的拖地技术可描述为：

步骤一：将拖把浸泡在水中，蘸取适当的水；步骤二：利用拖把清洗地面污渍； 步骤三：拖洗一段地面后，将拖把上的污水挤掉。

一个传统拖地过程可认为是这三个步骤的循环，在拖地过程中的每一个步骤都是有人的参与，每一步骤出现问题都会得到人为控制，从而确保拖地任务能够完成。但是如果这一过程中没有人的参与，而是由一个机器执行这些动作，往往会出现很多问题。比如在第一步中，拖把蘸取水的量一般无法界定，水量过少不能实现拖地的效果，但是水量过多，会造成地面水残留。第二步中，为确保地面擦洗干净，拖洗时间也无法具体确定。第三步中，无法确定拖把是否需要挤掉污水。由此可见，清洁机器人的拖地机理并不能等同传统的拖地方法，需要做更深层次的研究。

为清除地面的污渍，清洁机器人拖地技术需要针对传统拖地技术中存在的可变因素进行量化。建立各变量之间的数学模型，并确定各变量之间的约束关系，在此基础上研究拖地方法确保污水不会残留。

1.2 常用的清洁机器人拖地方法

目前的拖地技术也取得相关的研究成果，主要的方案为：湿拖技术和洗地技术。清洁机器人的湿拖技术是针对水残留的一种解决方案。该方案针对造成水残留的根源进行拖地方法的设计，机器人的出水量控制到了最低程度从而保证地面没有水残留。该技术的具体实施可描述为：在清洁机器人前端加上一块设计有若干细孔夹持板，夹持板下方可连接抹布，在抹布上设计有储水装置，在拖地过程中，储水装置中的水不断的供给抹布，使其达到拖地的效果。湿拖技术主要的优点在于，方法简单，拖地结构易于设计。缺点是，由于出水量小，没有设计清洗装置，不能清理一些顽固污渍。

为了能够清理掉地面顽固污渍，则不能减少机器人的出水量，洗地技术应运而生。该技术在理论上实现了传统的拖地机理与机器人相结合，具体可描述为：首先，清洁机器人开始移动，将清洗液喷洒到清洁机器人前方；然后，毛刷将洒上清洗液的地面刷一遍；最后，回收洗过的地面上的清洗液。

2 基于海綿滚压的拖地方法设计

为了实现减少地面水残留的目的，在分析传统与现有清洁机器人拖地原理的基础上，提出一种基于海绵滚压地面的拖地方法。如图1所示，该拖地方法提出的拖地系统主要由三部分组成。

第一步：将清洁的水喷洒到地面上，目前拖地型机器人在喷水设计方法上有很多方法，这里主要谈论滴水方式，如图 2所示，该方案的优点在于，滴到地面上的水量是可计算的且出水比较均匀。

第二步：采用硬度适中的刷子刷洗地面，将地面污迹清洗掉。如图3所示，喷洒过净水的地面在经过刷子刷洗之后，地面污迹被清洗掉，此时地面留下污水。

第三步：将地面的污水回收。污水回收方法是否合理决定整个拖地方法是否有效。本文提出滚压的拖地方法具体污水回收过程，如图4所示，在拖地过程中，海绵刷压在地面上，当接触到地面污水时，由于海绵自身具有吸水性，污水会被海绵吸收。海绵在转动过程中受到刮条的挤压，此处的污水会被排出海绵，进入机器人内部的回收槽。该污水回收方法主要运用到了海绵吸水性强的特性，但是海绵刷子的转速，地面污水量以及刮条嵌入海绵的深度等因素都会影响海绵回收污水的性能。为彻底分析该回收方法的有效性，需要对海绵刷的各参数进行建模分析，从而确定各参数的合理范围，验证该方法的合理性。

3 结语

综上所述，目前室内地面清洁机器人作为新兴行业，存在许多技术问题，需要我们去研究。将来，室内地面清洁工作有望完全交给清洁机器人，让机器人技术造福人类。

参考文献：

[1]薛慧心.智能家庭扫地机器人设计原理研究与分析[J].信息技术，2014（11）：196-198.

[2]陆婵婵，密雅荣.智能家庭清洁机器人专利技术综述[J].中国新通信，2015（10）：35.