扫地机原理

扫地机器人论文

LELEwasfinallyrevidonthemorningofDecember16,2020

第1章：扫地机器人现状

第一台扫地机是在2001年由伊莱克斯生产的，随后美国军工企

业irobot公司凭借其在机器人领域的深厚技术功底于2002年也推出

了roomba扫地机器人。后来很多一线厂家也相继进入这个领域，相

继推出自己的扫地机。国内的生产要从2006年开始算起，那个时候

扫地机器人才开始出现在我们的视线中，一开始国内的厂家多数为

国外代加工产品，经过这几年的学习和发展也相继打沙袋 推出具有中国特

色的机型。

论其发展，国内的扫地机器人技术已经是很快了，但在主要的核

心技术上和国外一线产品仍有差距，目前国内的很多品牌采用的技

术大多为参照国外产品，如irobot扫地机器人、proscenic扫地机器

人。目前国外一线的产品中比较具有特点而且好的产品也就irobot、

neato、proscenic三个器牌，当然还有其它的品牌，不过那些算下来

性价比都不是很好，要不是价格太贵，要不就是技术还不如这三

个。

irobot扫地机器人的技术特点是中扫对夹式清扫，也就是常说的

三段式清扫，一通过边刷将垃圾扫至中间部位，然后通过中部的毛

刷和胶刷对滚将垃圾卷起，最后由吸尘盒中的电机吸入，另外该品

牌还有一个技术特点就是iadapt技术，这个主要是机器人的算法，

可以让该品牌的机型以每秒60次的速度计算地面状况，做出相应的

动作，该品牌目前是整个行业里技术最好，销量最高的品牌。

neato扫地机器人的技术特点是RPS技术，也就是先通过激光扫

描记录房间的整体环境，再通过计算得出最有利的路线，进行规划

清扫，避免重复清扫，最大化的节省时间和能源。但由于这项技术

对环境的要求特别（不能在房间里有高反光物体），再加上该品牌

由于功率较大，因此噪音也是全行业里最大的，因此在实际的应用

上不如irobot产品。

proscenic扫地机器人的技术特点是V型升降扫刷加仿生超生波

技术，这两项技术前者才使扫刷更好的贴近地面，但由于该品牌电

机所形成的吸力偏弱，因此在实际的应用中对于稍重点的物体效果

不是很好，优点就是他噪音较小。仿生超生波相比行业内普遍采用

的红外技术更有优势，应用上也更全面，但技术成本也比红外线技

术高很多。

第2章：IROBOT扫地机器人

清扫模式：三段式清扫

三段式清扫的工作原理就是先通过边刷将垃圾扫至中部扫刷位

置，再由中部扫刷对夹模仿扫帚的动作将垃圾卷起，最后吸尘盒中

的马达将垃圾吸入，其实这项技术原理很简单，但我们从国内很多

的仿造产品的评测中看出效却没有irobot的好，原因就是内部的设

计也是关键。

另外还有V型升降式中扫技术，这一种技术更适合于地板类的地

面，因为它是可以上下浮动的，这样可以使毛刷更好的贴近地面，

同时又可以对地板进行刨光的作用，所以这种滚刷对地板类的光洁

地面的清洁效果更好一些。像台湾的proscenic产品就采用这种技

术。

第三种是单吸口式，这是扫地机器人最早采用的一种技术，正在

逐渐被淘汰。

探测技术：红外探测技术

这是一项评价扫地机好坏的重要指标。做得好的产品能够有效识

别几厘米以内的物体，如桌腿，这样可以保证扫地机不会因为无法

发现障碍物再不停的在原地撞击家具，至使物体的表面创伤。

目前市面上采用最为广泛的是红外探测技术，iRobot也是采用这

种技术。但这项技术有个缺点，就是对透明物体无效，有时对浅色

和深色也会失效，这也是为什么扫地机用过一些时间后会发现家里

的家具腿部多多少少都会有点印迹的原因。

当然目前市面上还有另外一种被采用为数不多的探测技术，仿生

超生波技术，这项技术能够让你的扫地机像蝙蝠一样精准的探测前

面物体，做到有效规避障碍物。当然由于这项技术的成本非常高，

因此采用这项技术的产品不多，目前只有三叶虫、proscenic、夏

普。而这三个品牌里面只有proacenic的产品性价比是最高的，甚至

比欧美的产品还怀念以前的时光的短句 要低，而且也更适合我们东方家庭。

寻路方式：随机碰撞式寻路系统

扫地机器人通过不停的碰撞收集房间内的信息，原理是把每一次

碰撞都是会记录下来作为一个点，然后通过一个周期甚至数个周期

的点结合形成一幅图，而这幅图就是房间的地形图。这门技术的优

点是产品的成本较低（主要为算法的软件研发成本），对清扫环境

的要求低（如室内光线等要求），工作可靠性较高（不易发生故

障）。缺点为整体的清扫效率相对较低（清扫所花费时间较长），

清扫覆盖率较为随机，清扫效果部分区域可能较好（多次覆盖）而

部分区域效果较差（1次覆盖），对自身脱困能力要求较高（进入

进去容易出来难的区域）。

另外还存在一种寻路方式为neato采用的路径式寻路规划技术。采

用这门技术的扫地机器人在清扫之前要先通过激光发射器扫描房

间，获得房间的图形然后再进行路径规划。但路径规划系统虽然能

够进行全覆盖清扫，却它对环境有一定的要求，例如室内不能有高

反光的物体等。另外可能是由于技术还不是十分的成熟，时常会有

用户反应会无法回充或者在某个房间重复清扫。最后这项技术还需

要我们手动的摆方好合适的灯塔位置来引导扫地机。目前这项技术

还没有任何国产机型采用。

iAdapt专利技术

智能iAdapt专利技术我们可以理解为一种扫地系统技术，这种

扫地系统技术是建立在人工智能软件和控制硬件的基础之上的。首

先，它通过对iRobot扫地机器人内部的红外探测器、机器的底盘、

液滴传感器、粉尘检测器、刷胶刷测速系统等一系列硬件进行数据

采集，再通过人工智能软件，自动计算出障碍物的形状、大小，最

终通过智能AICommonLisp编写的软件对数据进行分析，从而得出

扫地机器人的清扫计划。

在清扫的过程，智能iAdapt专利技术会随着清扫计划的进行，

不断自动的进行调整，完善，从而达到最好的清洁效果。我们只能

看到iRobot最后的清洁效果，但在这清洁的过程中，iRobot的智能

iAdapt专利技术它可以每秒对机器周围的障碍物进行多达60次的测

试，还可以根据不同的作业环境做出40多种不同的计划，堪称完

美。

防跌落技术

一般运用的是红外探测技术，例如将Roomba780翻面后可以看

到，在其边缘对称布置有6个跌落传感器，其能够探测出超过的落

差,这样当清扫工作时遇到台阶等时，便会及时转向避免机身跌落损

坏。

重污区识别技术

iRobot扫地机的灰尘感应目前有两代技术问世。

第一代是金属感应器，它是安装在扫地机毛刷的里面，就是取下

毛刷时看到的黄色金属片，当毛刷息的成语 旋转的同时带起灰尘，同时灰尘

在被吸入的过程会撞击到安装在毛刷里面的金属感应器，这时的金

属感应器通过撞击在金属感应片上出现的密度变化来认定是否是穿的英语 重

污区，从而确定清扫路线。这种感应器的缺点就是对毛发之类轻物

体的没什么效果。

第二代是光感探测器，它早安问候语图片 安装的位置是在HEAP集尘盒入口处，

他是通过被吸入物对光感探测器的遮蔽程度来确认是否为重污区，

由于它和第一代金属感应不同，因此它能感应出任何类型的污物。

第3章：技术创新

避水技术

现在市面上的扫地机器人都没有避水功能，也就是说当地面有积

水的话，扫地机器人并不对其做任何动作，这样不仅对地面的清洁

效果有很大的影响，还对扫地机器人本身损害很大，所以必须防止

这种情况的发生。

我们提出的解决方案为，在扫地机器人底部上下左右各安装一个

激光发射器，发射1170nm波长的近红外光，然后通过接收漫反射

光的强度，从而地下判断有没有积水，有的话便给予绕开。

技术难题林逋梅妻鹤子 ：激光发射器和激光接收器成本比较高，另外体积比较

大，扫地机器人不方便挂载。

小范围清扫模式独立技术

如果我们打算让一个扫地机器人在小范围内清扫，我们第一步必

须把扫地机器人提到这个区域，然后设定小范围清扫模式。假设此

时又需要让它清扫另外一个小区域，那么我们必须等机器人在第一

个区域清扫完之后，再把它提到第二个区域，再设置小范围清扫模

式。那么要是再需要让它清扫第三第四个小区域呢？……

为什么不把指令独立出来了？这就是我们的设计灵感。

我们可以设计一个装饰品（任何你喜欢的外形），当然这个装饰

品要耐脏，体积要够大，另外里面要有红外线发射器，给扫地机器

人发射命令用，所以也必须有开关。我们可以给这些小装饰品设置

优先权限。当同时向扫地机器人发射命令时，机器人优先处理权限

高的命令。那么当我们家里有几个重污区想要着重处理时，将小装

饰品打开开关，放在重污区，将另外的小装饰品放在另外的重污

区，那么扫地机器人就会根据小装饰品的优先程度，按顺序清扫这

些区域。

我们这里仅仅针对的是小范围清扫，难道不可以设置其他的清扫

模式吗？当然可以，这一点交由大家思考。

操作界面可视化技术

前面已经提到过，扫地机器人通过各种传感器信号收集房间内家

具等的位置信息，然后通过数据处理形成一幅图，而这幅图就是房

间的地形图。20年后 扫地机器人实时扫描家具的位置信息，那么得到的就

是房间的实时地形图。我们在移动终端上，如iPad、手机等，设计

一个软件，使移动终端可以与扫地机器人毛笔小楷 进行通信，将房间的实时

地形图显示在移动终端上，人们通过移动终端可以知道扫地机器人

的位置，并且可以控制扫地机器人，为扫地机器人划定工作区域。