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浅析家庭智能清洁机器人的技术发展趋势与现状

所属栏目:智能科学技术论文 发布日期:2021-12-23 09:28 热度:

   现如今,城市的生活节奏越来越快,人们的时间越来越碎片化,用于清洁家庭卫生的时间更是挤不出来,而随着科学技术的不断发展以及物联网时代的到来,智能电器技术的发展愈来愈完善和便捷,家庭智能清洁机器人出现在人们的的视线范围内,很多家庭开始考虑甚至已经购买了家庭智能清洁机器人。通过家庭智能清洁机器人,可以轻松快捷地处理繁重的家庭卫生,不仅省时且省力。

浅析家庭智能清洁机器人的技术发展趋势与现状

  1 家庭智能清洁机器人的技术发展趋势

  1.1 市场分析

  有需求就会有市场,人们对于家庭智能清洁机器人的需求已经日渐增加,家庭智能清洁机器人作为一种自动化产品在家用市场上深受欢迎,家庭智能清洁机器人的智能化水平日渐提高,能够在清扫家庭环境的时候科学地规划清扫路径和根据所面临的垃圾选择不同的清洁方式。在人工智能时代刚刚开始的时候,家庭智能清洁机器人的制作成本比较高,技术处于比较值钱的状态,因此机器人成本较高,很少有家庭能够达到使用智能清洁机器人的消费水平。而现在随着人工智能时代的到来,越来越多的公司能有时间和经济水平进行研发家庭智能清洁机器人,因此技术竞争日益激烈,机器人的制作成本会有一个大幅度的下降,随着成本降低,会有更多的家庭能够消费得起家庭智能清洁机器人,因此市场消费比例就会有一个大幅度提升。

  1.2 过去与现有技术的分析

  过去家庭智能清洁机器人需要人工使用,开始使用时候需要人工打开机器人,清洁完成之后也需要人工去关闭机器人,这样的家庭智能清洁机器人的智能技术水平较低。而随着物联网的高速发展,物联网技术日益变得成熟,覆盖的区域越来越广,现如今人们可以将家庭智能清洁机器人和移动智能设备相连接,通过移动智能设备去控制家庭智能清洁机器人的开关,方便快捷。过去由于处理器对图片的识别技术较低,而且摄像头的设备成本也较高,因此很少使用视觉技术。现在随着智能技术的不断发展融合,家庭智能清洁机器人已经开始采取视觉技术,可以通过视觉技术对地面上的垃圾进行一个摄影,然后图像处理后选择合适的清洁方式,提高清洁的效率和质量[1].

  在清洁智能机器人发展初期,对于清洁路径的规划、物体的避障还处于探索初期阶段。从硬件方面就能看出,以扫地机器人为例子,初期的机器人避障使用的是物理碰撞传感器,而路径的规划也未体现出来,对于跌落检测也仅仅处于初期阶段。

  1.2.1 避障技术

  机器人的避障技术作为驱动能力极为必要的一项功能,在研究过程中被视为重中之重。避障技术的实现最基本要做到对环境的感知,而对环境的感知往往通过传感器来获取周围的环境信息,包括大小、位置以及材质。通过传感器收到的信息传回"大脑",并及时对当前环境进行分析后,做出最优解,反馈给驱动部分,达到避障的作用。目前常使用的传感器有超声波传感器、红外传感器、深度相机、激光雷达、物理碰撞传感器等[2].在这些传感器中,以激光雷达、深度相机为代表的传感器,其优点是检测距离远、对三维轮廓的识别精度高、对于复杂轮廓的物体有较好的识别能力;缺点是造价不低且安装难度较高。而以超声波传感器、红外传感器为代表的传感器,其优点是成本低廉、实施简单,在识别透明物体上有不错的表现;缺点是识别距离近、精度低,难以做到对部分或整体环境的分析和识别。

  从表现上来看,达到更好的避障技术应是让各传感器合理地发挥他们的作用,进行复合式的安装,将各传感器进行融合,取长补短,达到有效避障。

  1.2.2 路径规划

  路径规划作为运动规划中的一类,在国内研究中有着较为深厚的基础。就清洁机器人的路径规划来看,此类问题属于连续域范围内的遍历式路径规划,解决此类问题的常用算法有神经网络算法、遗传算法、粒子群算法等[3].当清洁机器人工作时,处理从传感器传输来的各种环境信息,计算并合理地规划当前最合理的清洁路径。此时传感器、系统处理器以及优质的算法对于机器人来说尤为重要,就传感器来说,实时的扫描周围的环境并及时反馈,这必须与激光雷达、深度相机等避障传感器相结合,达到构建周围环境的三维轮廓模型的作用。处理器及时处理数据,并运用适合的算法在构建好的三维模型中计算最合理的路径。

  当然,仅靠三维模型技术和遍布式路径规划算法相结合是不够的,以后的发展中更应做到将多种算法相结合,对路径规划算法进行改进。

  2 家庭智能清洁机器人的发展现状

  家庭智能清洁机器人目前最多的是扫地机器人和擦窗机器人两种类型。家庭智能清洁机器人的最大目的就是凭借人工智能技术,代替人工劳动,对家庭环境,如地面、窗户进行自动地清洁和打扫[4].

  2.1 扫地机器人

  扫地机器人顾名思义就是清洁地面卫生所使用的家庭智能清洁机器人,现在的扫地机器人技术可以达到自动识别地面上是否有灰尘,通过图像识别技术分析地面的垃圾环境应该运用哪种清洁技术,从而选择最适合的清洁模式,可以保证扫地机器人达到清洁效率的最大化。有部分品牌机器人会具有对一些边角缝隙清洁的单独模式,能够完美地对整体环境进行清扫,也可以设置预约清洁的功能,

  可以对机器人设定特定的工作时间。扫地机器人图像识别过程如图1所示。

  图像技术更新和完善之后,各类传感器运营而生,上文中提到,避障技术和路径规划对于扫地机器人来说是必不可少的,高效的技术组合,让机器人工作起来更加得心应手。在机器人进入一个陌生环境后,将会及时的扫描周围环境,并建立对应的三位环境模型,在确定周围环境后便更换最适合的清洁模式。

  归根结底,扫地机器人最重要的就是其清洁能力,扫地、吸尘、集尘、拖地等便是衡量机器人清洁能力的体现。就扫地功能来说,多采用刷扫、真空、静电吸附等形式,将各种垃圾及时地吸入机器内部的集尘盒中,方便集中处理[5].就拖地功能来说,拖地抹布的选材和水泵的给水,都对拖地功能的能力体现至关重要。

  2.2 擦窗机器人

  地球上的土地是有限的,而人口却在不断增加,近二十年来,国内高楼不断增加,对于高层居住的人们来说,清洁窗户玻璃是不太安全的一件事,而擦窗机器人能够代替人们对窗户进行清洁,从而规避高层清理窗户的危险,并且可以大面积地进行清理。擦窗机器人在机器人底部装有抹布,其设计能够将机器人完全的贴服在玻璃的表面上,机器人在窗户上移动的时候会带动底部的抹布去进行擦拭玻璃,并且在开启机器人之后,图像识别技术会启动智能感应,通过图像技术传达回中央处理器后能够识别到窗户的大小,规划特定的路线,对于一些角落里的脏处也能擦到,并且清洁速度也很快。擦窗机器人一般会比较小巧,这样才能够灵活行走,以及对速度有一个较好的掌控[6].

  对于玻璃表面的材质、弧度、角度也会有一个较好的掌控,通过LDS激光规划、陀螺仪规划技术来进行扫描周围环境以及建立三维环境模型,从而通过中央处理器取决于是否在擦拭过程中产生危险。

  在一次次的技术革新中,更是演变出了无线擦窗机器人,在摆脱了线的约束下,工作起来更加得心应手。支撑起此项技术的背后必须有以下几个条件:(1)续航能力。只有在电池的容量增大后,才能满足更高强度的清洁任务。(2)加强离心式风机的综合性能。只有这样才能预防掉落的危险发生,增强工作效率,减少电源的消耗。(3)更好的安全系统。一是防止高空坠落,二是预防机器的掉落,造成财产的损失。在电量较少的情况下,将会预留一部分的电量用于让机器进入待机状态,牢牢地吸附在所擦拭的物体表面,防止掉落,确保机器和周围环境的安全。

  3 总结

  进入了人工智能时代之后,智能技术在未来基本上能够覆盖人们生活的所有范围和层面,同时也会为人们的生活带来很多的便利,由于清洁和打扫是人们生活每天都必须面对的,因此家庭智能清洁机器人是在家庭中最受欢迎的机器人。未来,家庭智能清洁机器人的智能技术发展还会更上一层楼,在物联网技术和家庭智能方面都会有新的发展,技术会变得更加成熟。

  参考文献

  [1]牛立群,孙晓普家用清洁机器人的技术发展趋势与现状[J]科技与创新, 2020(12);.74-75.

  [2]彭缓缓,郭毅锋,李健,等智能移动机器人的多传感器控制避障研究[J].机械设计与制造, 2021(1):259-262.

  [3]张广林,胡小梅,柴剑飞,等路径规划算法及其应用综述[J] .现代机械, 2011(5):85-90.

  《浅析家庭智能清洁机器人的技术发展趋势与现状》来源:《科技与创新》,作者:袁茂鸿,郭衍哲,林培坤

文章标题:浅析家庭智能清洁机器人的技术发展趋势与现状

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