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机器人吸尘器

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正在充电中的自动打扫机,上方半圆形的为充电器

机器人吸尘器,又称自动打扫机、自动吸尘机、智能吸尘、扫地机器人等,用以打扫家里环境,但不能在养猫狗的家庭使用。其原理为一自动化技术机身,搭配有集尘设施的真空吸尘装置,由机身内置的微处理器控制路径行走,加上毛刷或是抹布、除尘纸打扫,达到更好的居家自动打扫效果。

历史

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iRobot的Roomba,自动打扫机由此型号开始为市场接受

第一款量产的自动打扫机是由瑞典的伊莱克斯于1997年引入的Electrolux Trilobite英语Electrolux Trilobite,当时曾在英国扫地机器人一曲BBC电视台的科学节目,明日世界(Tomorrow's World)中介绍。[1]

英国的戴森公司(Dyson)于2001年推出名为DC06的自动打扫机,但因为价格过于高昂,并没有推出市面。[2]

其后,美国的iRobot于2002推出Roomba,原本预计生产10,000至15,000部,发售后大受市场欢迎,单是圣诞期间已出售50,000部。[3]自此,多家公司推出不同型号的自动打扫机。

概述

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自动打扫机的机身多以圆形为主,也有方型圆角及三角型圆角的,多尽量设计得细小及矮,以便能进入细小空间及家俬底部。使用充电电池推动,以遥控器、或是机身上的面板操控。一般能设定时间预约打扫,大部分型号能在电源将用尽时自行返回充电器充电。

运作时以特定的路线模式行走,走动间同时开动内置的吸尘机及扫,将地方的灰尘吸除。行走时能自动侦测及避开障碍物,例如碰到墙壁时会自行转向,有防止坠落功能,以避免掉落梯间等地方。部分较早期机型可能缺少部分功能,现今已慢慢普及。

多数机器人吸尘器无法回避宠物呕吐物及排泄物,会在打扫时将这些秽物沾到所有的地板上,有养猫狗的家庭并不适合使用。

构造及原理

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自动打扫机为一移动装置,在移动的同时以各种方式清洁地面。

行走

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以长时间暴光摄影显示出iRobot、Roomba清洁时的行走路径
Neato Robotics的XV-1,使用SLAM同步定位与地图构建,顶部凸起的扁小圆塔便是激光距离扫描器所在。

行走推动的方式绝大部分为二轮推动,也有使用履带的设计。

行走路线的制定方式有很多种,最谱遍的是类似首先为IRobot、Roomba所采用的既定预置模式,微处理器根据预置程式以简单的法则走行,例如螺旋形行走、沿墙边行走、随机行走并在碰到障外物后略为改变角度等,这设计是基于身兼麻省理工学院研究员及iRobot的首席技术长(CTO),Rodney Brooks提出的哲学:机器人应该像昆虫一样,以简单的处理基制应对问题。

有些设计会有自身的导航功能,例Evolution Robotics(于2012年被iRobot收购)的北极星导航器(NorthStar Navigation),原理就有如室内的卫星导航系统[4]使自动打扫机能知道现正身处于家中的哪一位置。

也有采用同步定位与地图构建(SLAM/Simultaneous localization and mapping),通过感测器在行走过程中即时得出四周的地图,然后推算出自身位置,并规划清洁路线。所使用的感测器有影象传感器,也有激光测距扫描。 2010年2月,Neato Robotics推出的XV-1使用同步定位与地图构建系统,以激光距离感感器(LDS)作360°扫描得出二维地图,然后规划出高效率的清洁跑线,当中原理与Google自动驾驶系统中使用的成象系统相同。2016年,小米也推出相近设计产品。

Dyson的Dyson 360 Eye,以全方位视野影象界定自身位置,同时判断那些位置未清洁过。[5] 侦测障碍物的感测方训式有接触式传感、红外线感测、超声波感测等,接触式传感的缺点在于有机会碰花家俱表面及会发出额外的噪声,当感测到碰到有障碍物时,微处理器向会转向改变行走方向,避开障碍物。而为防止在梯间等高处掉下,前方底部多有感测器探测地面情况,从而能避免掉下。

然而,自动打扫机仍然有机会因复杂环境碰上而"被困",这时,自动打扫机就会以闪灯、声响,甚至模拟语音作"求救"。

清洁

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Evolution Robotics 的Mint 自动打扫机使用Swiffer的湿清洁布以湿抹(湿拖)形式清洁

清洁地面的方法有真空吸尘机毛刷抹布。大部设计都包括有真空吸尘机及毛刷,一般会在前方左右或其中一方有侧边刷,边刷旋转时会将灰扫至真空吸尘机进气口前方,然后由真空吸尘机把灰尘吸入收集。部分设计会在真空吸尘机进气口前方加设中旋转央刷,增加清洁效果。

电源

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备有充电停泊处,可供自动回充的充电器。

早期的设计并没有自动回停泊处充电的功能,当电量不足时,使用者须手动把其放回充电器充电。随后出现自动回充设计,充电器上设有充电停泊处及作信标用的红外线发射器,当需要充电时,自动打扫机会依靠红外信标作引导,自行回到充电停泊处控并碰接上充电电极,为机身内的电池充电。电池多以镍氢电池为主,部分用锂离子电池

特殊设计

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机器人科技现今越趋成熟,故每种品牌都有不同的研发方向,拥有特殊的设计,如: 双吸尘盖、附手持吸尘器、集尘盒可水洗及拖地功能、可放芳香剂,或是光触媒杀菌等功能。 虚拟墙是讯号发射器,当自动打扫机接接到其讯号后就会避开,是给使用者限制自动打扫机的活动范围用。

参见

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参考资料

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  1. ^ Robot cleaner hits the shops. [2015-12-05]. (原始内容存档于2020-10-08). 
  2. ^ Dyson's Vision: A Robot Vacuum that can see. [2015-12-05]. (原始内容存档于2020-10-08). 
  3. ^ How the Roomba was realized. [2015-12-05]. (原始内容存档于2014-01-15). 
  4. ^ 存档副本. [2015-12-06]. (原始内容存档于2015-12-08). 
  5. ^ Dyson 360 Eye™ robot. Dyson. [2015-03-26]. (原始内容存档于2015-03-26).