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庭院智能小型扫地机设计

2018-10-24朱哲慧毕灵珊岳淑雯曾浩怿李浩蔚

卷宗 2018年19期

朱哲慧 毕灵珊 岳淑雯 曾浩怿 李浩蔚

摘 要:本论文采用人机工程学及功能合理化的相关理论,研究了庭院小型智能扫地机设计过程中对于机器结构设施的设计以及对于硬件软件功能的改良与规划。研究结果表明庭院扫地机在结构设计,功能设计以及智能化领域均具有较大的提升空间。以庭院小型智能扫地机设计的具体案例进行解释说明。

关键词:扫地机智能化;家用扫地机器人;庭院扫地机器人;功能合理化;改良设计

近些年来,扫地机经历了从研发到上市到走入千家万户的寻常百姓家中的过程。其功能也趋于完善和具体,触控功能,自动充电,声波导航,灰尘定点侦测等等。随着现代科学技术与人类生活的结合越来越紧密,智能化的风潮正盛,旨在提高人的生活质量,使人类生活更加舒适便捷。越来越多人开始追求生活品质的提升和精神层次的满足。本文旨在研究庭院式扫地机的设计原理,分析相关文献资料,对比分析庭院式扫地机与家用扫地机的差异性:体积,行走能力,收集与存储结构等等,并结合具体设计案例进行分析。

1.智能扫地机现状及设计原理

人类工作性质和工作节奏的转变,使得操作相对简单的扫地机器人的应用越发普及,逐渐成为常用的家用电器之一。就其硬件设施配置而言,智能机器人实现清扫作用的设备主要为底部配置的3个左右的小型清扫刷,与吸尘滚刷相配合进行清洁工作,能够兼顾大面积区域及传统清扫工具难以清洁的死角地区,如家具底部,地毯周围等等。其软件的发展也日趋完善与全面,更加凸显智能化的应用。红外传感,自动回充,智能避障等功能相继开发应用,与扫机机器人的工作完美结合,提高工作效率和工作质量。

目前采用红外传感原理进行路线规划的扫地机器人较多,少部分采用超声波仿生技术进行控制。红外线传感原理简单,成本低廉,但尚有一定的局限性:其对于扫地机器人所处的环境有较高的要求,故虽然检测系统有意调整,但一些碰撞难以避免。而相对而言超声波仿生技术可靠性更强,灵敏度更高,但相应的存在价格偏高的问题。对于其自动回充功能,在人为操控模式或机器本身的控制面板的操控下,能够使得机器归位,完成充电,后进入待机模式。其智能避障的功能依托于地图规划,在扫地机器人产生碰撞后形成记忆,划分出相应的地图区域,使得其在日后的清扫过程中避过该区域或获得缓冲。部分品牌扫地机所设置的“灯塔”,“虚拟墙”即是出于此种原理,是的扫地机器人得以有效防跌落,防侧翻。

2 庭院式扫地机与家用扫地机

与家用扫地机器人相比,庭院式扫地机器人体积相对较大,且多为手推式或乘坐式,其转向方式及行进方式的控制较为困难,有待改进,机器智能化有待提高。

于手推式庭院扫地机而言,其清扫毛刷在机身前后均有分布,可根据地面以及垃圾情况,随时进行高度调整,使之达到最低的无功损耗和最佳的清扫效果。除此之外,其扶手可进行高度调节,适应使用人不同高度的要求,并允許折叠,节省空间,便于储存。垃圾箱装卸方便、封闭严密,并可承装酸、碱、盐、油垢等腐蚀性垃圾。主要部件采用工程塑料制造,抗腐蚀、耐老化、不变形,转动部位选用封闭式精密轴承,使整机运转灵活、工作省力。清扫效率是传统人工扫帚的4-6倍,适用面积为500-3000㎡,特别适合清扫街道、小区、公园、庭院、学校、车间、库房以及大型活动场馆等不宜使用动力驱动型清扫设备的场所。于乘坐式庭院扫地机而言,其结构功能偏向于工业电动扫地机。通常采用蓄电池为动力,在小型车辆底盘上加装风机、电机,下面安装边刷、滚刷扫吸结合,以达到清扫目的。由于其工程性和专业性,使得其工作效率较高,每小时可以清扫8000平米左右,在同样的作业面积上大大缩短了工作时间,相当于12-15个工人的工效。但相比之下其价格偏高,功能较为复杂,更多的应用于工厂车间等清扫技术性要求相对较高且清扫内容物针对性强的场所,其内部结构也较为复杂,且体积偏大,不易操作,与普通的小面积家庭清扫有一定区别。

综上所述,本论文旨在以创新型智能庭院扫地机的设计为例,对智能技术与庭院扫地机的结合应用进行探讨。

3 用户定位

在调研过程中所接触到的家庭式智能扫地机器人的比例占大多数,根据研究目标对用户进行调研。通过线上问卷发放及实地访谈了解用户特征信息。在问卷调查中,问卷拟定针对用户日常清扫所使用的工具,使用体验,垃圾种类,清扫面积以及对扫地机的熟悉程度,接受度等方面的问题进行提问。

综合网上问卷发放及实地访谈的结果发现,18-25岁年龄阶段的目标群体对于扫地机的接受程度最高,达到86.2%,并且在46-55岁年龄段的用户群体出于身体素质和思想的开放程度,对智能家用扫地机有较多的使用体验,故也具有较高的接受度。但由于受访者中该年龄层的用户所占的比例较小,使得数据具有一定的偶然性。综合分析,将智能扫地机的主体用户定义为18-30岁年龄阶段的上班族,其出于生活工作节奏和个人时间的考虑,对于扫地机的需求较大,且出于年龄和心理因素,该层次的用户对于智能化的接受程度也较高,在后期对于扫地机的智能化开发及功能设定中能够提供比较好的参照。

4 案例分析

论文结合具体扫地机的设计案例,对于庭院扫地机的外观及功能进行考量,使其与智能化相融合,提供更加简易清晰的使用方式。

1)设计理念

经过一些列对于人机工程结构的推敲,对交互信息架构的规划和外观的演变,在原有的扫地机的结构基础上对其进行优劣势分析,针对其中部分功能进行改进。在优化结构的同时对其功能的合理性进行考虑,在设计过程中,旨在还原庭院扫地机的基础功能及附加功能,对其冗杂的结构和外观进行调整规划,使得空间利用更加合理,使得功能得到最大限度的合理化。

2)具体方案

在庭院扫地机器人的设计过程中,对其功能进行整合。保留其必须的行走,转向,收集等基本功能以及相应的人机配合尺寸,并且基于功能出发对于其实现方式进行再设计,力求最大限度的合理。在设计过程中对其进行改良,为其增加收集物处理的功能,通过将收集物搅碎处理,为其节省空间。最后的内容物可通过遥控或按钮操作使机器打开后盖取出,操作简单便捷。

3)交互设计

以功能为基础对机器的手机APP交互信息架构进行梳理主要分为信息录入,消息提示,预约清扫,流程操控,清扫地图,回冲模式等。

用户自行根据机器人类型进行扫叶机器人的绑定操作,手机APP与扫叶机器人相连接,机器人通过工作环境中的在Wi-fi接受讯息,执行由用户通过APP发布的清扫指令。与扫地机器人成功连接后,可在侧边栏中查看自身信息,以及设置相应的模式,接收信息提示等等。在APP界面中划分出相应的工作区块:预约清扫,远程操控等,对扫地机器人的工作行程及工作路线作出规划,并且设置回冲模式,使机器人在低电量状态下自行完成回冲。在预约清扫的模块中可以根据自身需要对清扫力度进行安静,正常及强力三个模块的调节,并且可以查看预计的清扫时长,任务进度等重要指标。运用折线图的方式清晰直观的记录机器清扫时间的差异,以周为单位记录其清扫面积,次数,耗电量等信息,合理运用图表,使用户简单明了的了解到机器的工作情况。

5 结论及展望

目前,家用式智能扫地机器人的发展日趋完善。庭院式在智能化及功能合理化的方向仍有待开发,其体积,清扫方式,收集处理功能以及性价比方面都有较大的提升空间。扫地机器人的出现为人类的清洁方式带来了巨大的革新,在不久的将来随着在不同行业及领域的清洁机器人的研发应用,将促进清洁产业的多元化,带动清洁产业整体向前发展。