保潔機器人資訊

地面清潔機器人作為智能移動機器人實用化發展的先行者

地面清潔機器人作為智能移動機器人實用化發展的先行者,其研究始于20世紀80年代,到目前為止,已經產生了一些概念樣機和產品。吸塵機器人的發展,帶動了家庭服務機器人行業的發展,也促進了移動機器人技術、圖像和語音識別、傳感器等相關技術的發展。現結合國內外的文獻將清掃機器人及其自動充電技術的發展現狀闡述如下。

1.2.1 國外產品研究狀況

對于機器人大家可能不會太陌生,工業機器人在很多領域都得到了比較廣泛的應用,但是對于家庭機器人我們所了解的卻相當的少,而日本,歐美等國家的研究則比較領先,有的都已經投入市場,在實際中投入使用。

RC3000是世界上第一臺能夠自行完成所有家庭地面清潔工作的清潔機器人,如圖1-1所示,它有光電清潔機器人傳感器和芯片控制,當遇到障礙時,會隨機改變一個角度,然后繼續直走,直到遇到新的障礙物。內置了四種清潔程序,保證在遇到不同污漬的地面時,可以調整其清潔程序;通過傳感器對于地板污漬的判斷,選擇合適的應用程序。內置光敏傳感器,確保在遇到樓梯與臺階時,能夠自動避讓,不會掉落。扁平的設計使其能夠清潔床,沙發,茶幾等家具的下部位置。其相應的充電站有紅外發射、工作時間設定、工作模式選擇、充電、垃圾處理五個功能。充電站一直發射紅外定位和導航信號來指引機器人回到充電站完成充電和垃圾處理的任務;同時能夠根據用戶設定的信息來控制機器人完成相應的操作。

如圖1-1所示。

圖1-1 智能機器人RC3000

Fig1-1 Intelligent Robot RC3000

在日本,東日本鐵路公司、Shink電器公司和Howa工業有限公司聯合研制了車站地面清掃機器人,機器人可沿墻壁從任何一個位置自動啟動,利用不斷旋轉的刷子將廢棄物掃人自帶容器中。該機器人可采用 “磁導引方式”、“示教方式”或 “墻面復制方式”控制。東日本路公司、富士工業有限公司Subaru實驗室和JR東方設施管理有限公司聯合研制了車站地面擦洗機器人,該機器人工作時一面將清洗液噴灑到地面上,一面用旋轉刷不停地擦洗地面,并將臟水吸人所帶的容器中。機器人中的感知系統采用光纖陀螺和超聲波傳感器,自動清洗系統有兩種,一種是“面積設定模式”,即將待清洗的面積分為若干個單位面積,按照其存儲器中的單位面積識別其行使路線,機器人還可利用其傳感器識別和躲避障礙物;另一種叫“路徑地圖模式”,機器人按照內裝的路徑地圖行使,機器人可存9幅地圖,并可利用IC卡作為外存,在該模式下,機器人不會避障,僅適用于需要反復擦洗的指定地段。

東日本鐵路公司和東芝公司聯合研制的用于座椅布局簡單的列車內部地面清洗的機器人,其體積小、重量輕、易于出人車廂及在車廂之間運動,感知系統采用超聲波距離傳感器和光學、接觸式的接近傳感器;機器人采用推算定位法,利用編碼器中的數據,保持自己的位置和路徑,若探測到錯誤位置,機器人會通過距離傳感器自動修正;高級的列車地面清洗包括掃除垃圾、噴灑清洗液、擦洗、回收污水、用清水沖洗和給地面打蠟六個步驟。日本靜甲株式會社的清水工廠開發出一種自動清掃機器人,可用于各種工廠的清掃工作,機器人采用光纖陀螺控制機器人的方向,采用編碼器和超聲波傳感器測距,采用光學探測器探測障礙物,機器人的四周裝有橡膠墊,橡膠墊內部裝有觸覺傳感器,一旦機器人與人接觸,觸覺傳感器信號會使機器人停下來以保證人的安全。松下和日立公司也研制出了可清掃磚地木質地板和地毯地面的清潔機器人,該機器人采用蓄電池作為動力源,可自動去充電站充電,能夠自主避障和路徑規劃。

松下電器產業公司在2002年上半年推出了家庭用清潔機器人的試制機。該機器人可以根據房間的形狀、地板狀況、垃圾量進行自動清掃,還配備有避開墻壁、爐子等熱源以及障礙的安全功能;該機器人配備有50個傳感器可一邊自動行走一邊進行清掃,工作時首先沿房間四周走一圈,記憶房間形狀,然后在避開障礙物的同時開始縱橫來回移動,清潔工作完成后會自動停止。該機器人清掃一般的日本式房間約需要9min,相當于人打掃同樣大房間所需時間的1-1.5倍,可清掃房間地板的92%-93%;機器人利用光及超聲波的測距傳感器及感壓傳感器來避開障礙物,機器人的內置回轉傳感器用來控制行走姿勢以保持既定的行進方向,但在地毯上行走時如果不采取措施則會受到 “地毯花紋”影響而彎曲前進,因此該公司在機器人中安裝了方向舵傳感器,可以檢測出由于地毯花紋影響而產生的行進方向偏差,因此即使在鋪有地毯的地板上也能夠直線前進,機器人體內還安裝有防止從臺階等高處滾下的落差傳感器、感知暖爐等熱源的熱傳感器、檢測自身所受外力大小的重量傳感器及防滑傳感器、檢測添加動力的負載傳感器,機器人同普通的障礙物最少保持10cm的距離,而在探測到熱源時,將會同熱源至少保持50cm的距離。

20世紀90年代,美國就推出了地面清潔機器人 RoboScrub,該機器人配有激光導航系統,采用超聲波測距和避障,用光碼條實現定位。2002年9月清潔機器人"Roomba”在美國面市,它重約2kg,直徑為30英寸,具有高度自主能力,可以游走于房間各家具縫隙間,靈巧地完成清掃工作,據說這是將用于軍事的“躲避地雷的移動技術”應用到了吸塵器上。Roomba的動作有點兒遲緩,但它卻能穩定、安全地完成任務。由于能夠在完成任務后自動切斷電源,所以可以在外出期間讓Roomba在家進行清掃。如圖1-2所示。

圖1-2 智能清潔機器人Roomba

Fig1-2 Intelligent Cleaning Robot Roomba


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