吸塵機器人 | 智能吸塵器 - Sherf 優仕休閒資訊 - 優仕網部落格

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吸塵機器人 | 智能吸塵器
吸塵機器人又稱或清潔機器人或自動吸塵器或智能吸塵器,它是目前家用電器領域最具挑戰性的熱門研發課題,但是難度極大。比如日本日立自上世紀八十年代後期便開始研發,至今尚未有成熟的產品面世;其它日本松下、韓國三星、LG、HanoolRobotics、瑞典伊萊克斯、荷蘭飛利浦、德國Karcher、英國Dyson、澳大利亞Floorbotics、美國Eureka及iRobot、EvolutionRobotic、台灣聯騰電子等公司均在或曾積極開發並提供了一些樣品或小批量產品。有的如玩具般在房間內隨機移動(如iRobot的Roomba——嚴格地講,Roomba是一種急功近利的產品,它更像是玩具而非成熟的產品,雖然非常暢銷,但普遍不被開發吸塵機器人的同行看重,即便如此,它還能被《時代》週刊評為2002年度全球最佳發明,最近台灣聯騰電子也推出了同它類似的產品。),有的能在單個房間內較簡單地以一定的路線移動(不能100%走遍)並能自動充電(如伊萊克斯的Trilobite),有的還能在垃圾回收站清理掉內部垃圾(如karcher),有的計劃在近幾年上市(如日立、三星、LG等),有的熱了一陣但最近沒有了消息(如松下、Eureka等),有的已經放棄(如Dyson)。其它還有一些公司或團隊也正熱衷於開發這個產品,不一一列舉,美國甚至有這方面的比賽(參見:www.botlanta.org/rally2000/scores.html;www.botlanta.org/rally2001/scores.html;www.botlanta.org/rally2002/scores.html;www.botlanta.org/rally2003/scores.html;www.botlanta.org/rally2004/scores.html)。至於國內,哈工大曾經與海爾合作從事這個項目的開發,但由於種種因素的限制,項目失敗了;目前,蘇州泰怡凱與浙江大學仍在合作研製,但進展緩慢;珠海德豪潤達也開始涉及這個領域,但困難重重。
 
作為一種令人滿意的智能吸塵機器人它應當具有能自動並徹底清潔家庭或辦公室中它能走得到的地面的功能——不需要人彎著腰操作;不需要人拖著電線移來移去;不需要人把它拆開把累積在內部的垃圾傾倒出來;不需要人在旁邊忍受它的噪音,需要的只是人們一次性設定它的工作方式:一次性工作還是每天工作一次、還是隔天工作、還是三天或隔幾天工作一次,每次工作在什麼時刻,其餘人們便不用管它(當然人們也可把它當作普通吸塵器使用——插上導管清潔如床或茶几底下等它走不進的地方)。它能自動充電、自動把內部垃圾傳送到一個大容量垃圾箱中去。同時它還很安全:不會有觸電危險、不會撞壞東西、不會被撞壞、不會跌落至樓梯下、也不會走得太遠而消失得無影蹤,更重要的:作為一種家用電器而非奢侈品,它的價格不會太貴,普通家庭完全買得起。
 
事實上,雖然有一些公司推出了一些樣品或產品,但卻不能達到上述滿意程度:清潔效果不佳,功能完全沒有達到,價格更是不能讓人接受。因此均只能算是早期產品或稱第一代產品。
 
作為一位優秀的程序員和硬件工程師,我在十五年前便涉足這個領域,立足於編製最佳的控制程序並最大限度地控制成本、提高效率、增強功能等設計理念,經過長期的探索和反覆修改終於設計出與其它吸塵機器人形態和性能均不一致的新一代產品模式。同時一些獨特的構思使我獨樹一幟,能在這個項目上擁有多項具有原始創新性的自主知識產權。可以說目前無論是軟件設計還是硬件設計我都走在了世界同行前列,具體反映在下述特點上:
 
  1. 遍歷:無論是何種相對平坦的形狀複雜、障礙物繁多的房間,無論是何種面積大小的套房,它能走遍它走得到的地方,不留死角,而且重複線路很少。該程序主體已基本調試完畢,可在電腦上模擬演示。從資料上看國外公司的吸塵機器人只能處理單個的房間以及處理一些簡單的障礙物。在吸塵機器人項目中,路徑規劃控制程序的開發可以說難度最大,而且化的時間也較長,比如日立儘管目前已搭出了模型,但仍宣稱需三年時間完善控制程序。通過查閱各公司的資料,以及與國外同行的一些交流,我能確定我的控制程序是最好的。
  2. 行走方式獨特:我發明了一種新的機器人行走機構(專利申請號03112949.8——已申請PCT或03220318.7——已獲授權)。機器人不用轉彎也無時間停頓即可直接向前或向後或向左或向右移動,對於在房間中繞著房間邊界或障礙物移動的吸塵機器人來說,這個改進十分重要,它極大地縮短了機器人的行走時間,提高了行走效率與行走的可靠性(在它需要走直線時,比傳統的機器人走得直),又極大地降低了成本和能耗,還便於控制。這種替代傳統輪式機器人行走機構的新方式對整個機器人移動技術的提高有很大的意義(本來能實現三自由度移動就是機器人領域的一個難題,為了解決這個難題,人們設計了一些較複雜的機械機構並用較複雜的方式控制它)。而國外的吸塵機器人普遍採用傳統的左右輪驅動加上萬向輪輔助支撐的二自由度移動方式,它在向左或右運動時需有一個轉彎的過程,耗時又耗能。正因為如此,我設計的行走機構完全稱得上吸塵機器人項目中具有重要意義的突破,必將成為此項目今後的標準技術。
  3. 結構獨特:我為吸塵器發明了一種新的氣流運行裝置(專利申請號03132397.9),它能將吸塵電機排出的氣流返回機器人底部,把吸塵器傳統的單一吸塵模式改為吸和吹的統一方式,吸力更大並且噪音較小,同時該裝置具有能將吸塵器內局部氣流逆轉的功能,在需排塵時可自動將機器人內部垃圾逆向吹出、吹進與充電座子做在一起的大容量垃圾箱中。與它配套的自動垃圾箱(專利申請號200310106456.8)結構簡單,容量較大,成本低,機器人與它對接方式簡單可靠。國外吸塵機器人中,Karcher和日立均設計有自動垃圾箱,但需在垃圾箱內安裝一大功率吸塵電機,整個垃圾箱相當於另一台吸塵器,並且該吸塵電機及其附屬設施佔據了垃圾箱內很大的體積,而我的設計是靠機器人吸塵所用的吸塵電機將垃圾吹進垃圾箱的,垃圾箱部分除了充電設施外並無其它電子設施。該垃圾箱的垃圾容器可設計為半年或一年或更長時間才需更換或清理一次垃圾。
  4. 傳感器技術獨特:傳感器是機器人的重要組成部分,主要用於檢測障礙物、移動中糾偏和定位,其成本在整個機器人中占的比重也較大。我經過多種方案的比較和篩選,最後發明了一種簡單傳感器作為它的接觸型傳感器(專利申請號200410014461.0),它具有成本低廉、加工工藝簡單、安裝方便、覆蓋範圍大(全接觸面)、不怕碰撞等特點,它相當於機器人的廉價的皮膚,這也是我對整個機器人領域中傳感器技術的一項突破。對於傳統非接觸型傳感器,我也作了有意義的改進(專利申請號200410014702.1),可達到安裝數量盡可能少,盲區盡可能小的目的。國外吸塵機器人傳感器使用上或多或少還是存在一些問題:比如傳感器安裝數量較多、接觸型和非接觸型盲區問題、防撞擊設計問題等等。
  5. 高效低價:基於它的行走機構,行走電機可採用普通直流電機,而不必像其它機器人那樣採用昂貴的步進電機及電機驅動模塊。同時它所採用的接觸型障礙物傳感器、它涉及的非接觸型傳感器的安裝方式和數量,均大幅度降低了成本,比其它主流的吸塵機器人,每台直接成本起碼低20美元。國外幾種成品從宣佈的售價看,均在1500-3000美元之間,而我的成本低於100美元,適宜大眾化,市場化。同時,由於獨特的控制程序和獨特的行走機構,我設計的機器人是所有吸塵機器人中效率最高的:針對同樣寬度(25厘米)的機器人,如果以同樣的速度行進(每秒20厘米),清掃一間15平方米(可清掃面積)的房間,最不被看好但目前又最暢銷的Roomba一類的機器人約需40分鐘,其它主流機器人約需15分鐘——能不能走遍還是個問題,我的僅需8分鐘左右——不僅能全部走遍,而且能最大限度地節省能源,延長電池的壽命,真正的價廉物美。
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共有 1 則回應
Tom (2011-12-03 17:40:04)
請問您發明的機種在哪看得到, 有上市或成品嗎?
Sherf (2011-12-12 21:06:13)
我們只是幫忙宣傳客戶的網站
你有興趣可以往他們的公司網頁看看 http://www.kunne.com/
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