基本信息
- 项目名称：
- 智能型扫地拖地清洁机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对市场上清洁机器人只能扫地而不能有效拖地和价格昂贵情况，研制一种智能型扫地拖地清洁机器人。创新点有：（1）设计一种自清洁拖地结构，实现自动拖地和自清洁；（2）设计一种清洁机器人拖板的超声波清洗装置；（3）设计一种自动充水、排污水装置；（4）设计一种基于电子罗盘的全区域覆盖路径规划算法，提高清洁效率。获专利授权１项，申请发明专利２项，省一等奖2项,获市高校学生知识产权创新赛“金奖”，并获企业资助。
- 详细介绍：
- 近年来，全球服务机器人以每年40%的速度增长，据预测，到2020年，市场需求额可高达1500亿美元以上，其中，清洁机器人将是主要增长点。 本项目针对目前市场上的清洁机器人只能扫地而不能有效拖地和价格昂贵的情况，研制了一种集吸尘、扫地和拖地功能于一体的结构精巧、造价便宜的智能型扫地拖地清洁机器人。 其特色及创新点主要体现在： （1）全新地设计了一种智能清洁机器人的自清洁拖地结构，实现自动拖地和自清洁的独特功能，突破了市面上的清洁机器人无有效拖地功能的瓶颈，目前该技术已获专利授权； （2）设计了一种清洗清洁机器人拖板的超声波清洗方法及装置（正在申请发明专利）； （3）设计了一种自动充水、排污水装置（已申请发明专利），实现智能换水，自主高效拖地； （4）采用成本较低的多传感器融合技术，设计一种基于电子罗盘的全区域覆盖路径规划算法，提高了清洁的覆盖率和效率。 本作品已获专利授权１项，已申请发明专利２项、实用新型专利１项；前期作品曾获2010年省大学生电子设计竞赛“一等奖”，2010年第二届高校学生知识产权创新赛发明创新类“金奖”，第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛校赛科技发明类“一等奖”，2011年第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛省赛科技发明类“一等奖”；2011年省大学生创新实验项目重点项目立项；由于其先进性和实用性，本作品与企业签订合作协议并获得资助；并受到电视台的专门采访。本作品主要适用于家庭及公共场馆的室内清洁，和目前市场上的同类产品相比，本作品具有独特的自动拖地功能，其清洁效率高，且具有低成本优势，因此必然具有广阔的市场前景，产生很好的经济效益和社会效益。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- １、发明目的：针对目前市场上清洁机器人只能扫地缺乏有效拖地功能的情况，研制了一台集扫地和拖地功能于一体的智能型扫地拖地清洁机器人样机。最终形成一种结构合理、性能优异、成本低廉、功耗低、智能化程度较高的机电一体化应用产品。 ２、基本思路：通过针对清洁机器人的吸尘扫地和拖地机械结构、移动机构、传感器系统、机器人避障和路径规划算法进行研究，研制出物美价廉的样机。 ３、本作品创新点如下： (1)设计了一种智能清洁机器人的自清洁拖地结构（已获授权,专利申请号：201020582763.9），能实现自动拖地和自清洁； (2)设计了一种清洗清洁机器人拖板的超声波清洗方法及装置（正在申请发明专利）； (3)设计了一种自动充水、排污水装置（已申请发明专利），实现智能换水，自主高效拖地； (4)采用成本较低的多传感器融合技术，设计一种基于电子罗盘的全区域覆盖路径规划算法，提高了清洁的覆盖率和效率。 ４、作品的技术关键在于：(1)设计覆盖率高、可执行度好的避障策略和路径规划算法，以提高清洁机器人的清洁效率；(2)设计高精度耐用的吸尘扫地、拖地机械结构，达到节能的目的，从而保证作品长时间自主完成清洁任务。 ５、主要技术指标：针对20平米的测试房间，40分钟扫地区域覆盖率达95%，拖地区域覆盖率达85%，清洁效率较高。
科学性、先进性
- 1.科学性：在对国内外相关技术进行详细研究的基础上，该发明的工作原理是通过红外传感器、电子罗盘、垃圾检测传感器、液位传感器和微动开关等组成的传感器系统采集外部环境数据，并做出规划决策，控制移动机构、扫地拖地机构等执行机构，以实现快速避障、高效扫地拖地、自主充水排水及自主充电等功能。系统运用红外检测原理、丝杆传动机械原理、自动控制等科学原理。方案科学可行。 2.先进性：针对目前市场上清洁机器人只能扫地缺乏有效拖地功能的情况，研制的作品集吸尘、扫地和拖地功能于一体,其先进性主要体现在： (1)设计一种智能清洁机器人的自清洁拖地结构（已获专利授权，申请号：201020582763.9），实现自动拖地和自清洁的独特功能； (2)设计一种清洗清洁机器人拖板的超声波清洗方法及装置（正在申请发明专利）； (3)设计一种自动充水、排污水装置（已申请发明专利），实现智能换水，自主高效拖地； (4)采用成本较低的多传感器融合技术，设计一种基于电子罗盘的全区域覆盖路径规划算法，提高了清洁效率。
获奖情况及鉴定结果
- ①2010年9月，省大学生电子设计竞赛“一等奖”； ②2010年11月，第二届高校学生知识产权创新赛发明创新类“金奖”； ③2011年3月，第十二届全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校赛科技发明类“一等奖”； ④2011年4月，第十二届全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛省赛科技发明类“一等奖”； ⑤2011年6月，省大学生创新实验项目“重点项目”立项。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品、图纸、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1、使用说明：①首先通过键盘或者遥控器启动清洁机器人工作。②依工作模式执行相应操作。③需要在机器人工作场所安置水站、充电站及虚拟墙等。2、技术特点和优势：一种集吸尘、扫地和拖地功能于一体的智能型清洁机器人。已获专利授权，设计了自清洁拖地结构，采用超声波清洗技术，并设计全区域覆盖路径规划算法，提高了清洁效率。3、适用范围：家庭及公共场馆室内清洁，还可扩展为教学设备、消防安全、救援抢险等。４、推广前景与经济效益预测：全球服务机器人以每年40%的速度增长，据预测，到2020年，市场需求额可达1500亿美元以上，其中，清洁机器人将是主要增长点。拥有3.5亿个家庭的中国,服务机器人销量将如手机,保守估计有上亿台,而全球总需求量达几十亿台。除计算机,网络等市场外，单是机器人维修与配套市场就难以想象其规模，这将是未来多年间任何产业也无法比拟的大市场。和同类产品相比，本作品具有独特的自动拖地功能，清洁效率高，且具有低成本优势，项目与企业签订了协议并获得资助及电视台媒体报道，因此必然具有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 目前，在美国、日本、韩国、欧洲等发达国家和地区，如Irobot、伊莱克斯、三星、日立等世界著名公司都已开发出智能清洁机器人。 美国专业机器人公司Irobot的产品Roomba，是以数学运算理念设计的，按逐渐扩大的螺旋状运转覆盖整个空间，碰到障碍物后，会转过一定角度继续清洁，通过交叉、重复螺旋运转的路线清洁。该产品没有定位功能，只能做简单的避障，导致它的路径规划重复无效率。 瑞典家电制造商伊莱克斯（Electolux）研制生产的清洁机器人小“三叶虫”体积小巧,利用超声波探测障碍物，配有编码器来实现相对定位功能，可建立电子地图，清扫方式为，先沿墙壁绕房间走一周，规划路径后遇障碍物时重新规划路线。 韩国三星公司发布的最新吸尘机器人VC-RP30W,内部装有陀螺仪和编码器导航，对于陀螺仪的累积误差通过机器人天花板上的一个视觉定位装置来消除，使用直走迂回算法遍历房间。 2011年，Irobot公司推出新产品Scooba 230，采用了iAdapt科技来感知和监控环境以及使用不同的策略确保地面的干净，内置三级清洗系统，包括清洗、擦洗和擦干地面。缺点是需要人工完成加水换水。 近些年，国内也已开始有关清洁机器人的研究开发工作，特别是在移动机器人的运动规划与控制方面取得了一定的成就。哈尔滨工业大学与香港中文大学合作研制了全方位移动地面清扫机器人。采用全方位移动技术，实时避障，具备自动和遥控两种控制方式。浙江大学机械电子研究所也开展了关于清洁机器人的研究工作，并推出了具有初步智能的清洁机器人样机，该机器人能够自主避障，具备自动充电功能，一次清洁覆盖率达到90%。另外华南理工大学、上海交通大学等院校科研机构也进行了不同程度的研究，取得了一些成果。 深圳银星智能电器有限公司生产的KV8是的国内产品化的清洁机器人的代表，是国内首个产品化清扫机器人。其采用外螺旋的清扫方式，可以沿墙行走清洁墙角，红外测距传感器用来避障，价格很便宜。缺点是，没有定位功能，效率低下。 综合以上分析可以看出：绝大部分清洁机器人不具备有效拖地功能，便宜的低端产品要么没有合理的传感器组要么是定位算法过于粗糙，而高端产品，因价格十分高昂而难以普及。从家用清洁机器人市场发展趋势来看，提供一套真正针对自动有效扫地拖地且成本低、价格便宜问题的解决方案将是清洁机器人研发中的热点问题和关键技术。
