Pengembangan dan desain program robot menyapu

随着技术的不断发展，各种新型的设备不断涌现处理，扫地机器人也得以出现。最初，智能扫地机器人在欧美国家得到大范围的应用。近年来，随着经济的发展，智能扫地机器人在我国的使用范围也在不断扩大。所谓智能扫地机器人，又可以称为自动打扫机、智能吸尘器、机器人吸尘器等，这也是当前智能家居电器的重要组成部分。它主要应用人工智能，自动在房间内进行地板清理工作。智能扫地机器人多采用刷扫和真空的形式，先将地面的杂物通过机器的吸力，纳入到垃圾收纳盒之内，从而进行地面的清理工作。

1. Fungsi dan jenis robot penyapu

Tubuh robot penyapu cerdas adalah mesin nirkabel, yang berbentuk cakram. Menggunakan baterai sendiri, robot penyapu cerdas dapat dikontrol menggunakan remote control atau panel kontrol. Pengguna dapat menjadwalkan pembersihan sebelum menggunakannya. Bagian depan robot penyapu cerdas dilengkapi dengan sensor, yang dapat dengan cepat dan akurat mendeteksi rintangan di depan. Garis robot penyapu cerdas telah ditetapkan oleh pabrikan, dan dapat berputar dengan sendirinya ketika menghadapi hambatan, dan melakukan pekerjaan pembersihan dalam ruangan secara terencana.

Untuk saat ini, robot penyapu cerdas sebagian besar adalah dari jenis berikut: ① Robot penyapu tunggal. Robot penyapu ini dapat secara efektif menangani debu mengambang di tanah, tetapi bagi debu yang terserap secara elektrostatis, efek pembersihannya tidak baik. RobotSapu robot menyapu dengan sikat tengah. Robot jenis ini dapat secara efektif menghilangkan partikel besar, dan efek menghilangkan selimut juga bagus, tetapi tidak ideal untuk perawatan debu tanah. Pembersihan robot jenis ini banyak dilakukan dengan sikat lem dan kuas. ③ Sistem pembersihan V brushing mengangkat, sistem ini dapat lebih sesuai dengan tanah, sehingga mengumpulkan debu yang diserap oleh listrik statis. Tentu saja, semakin baik kinerjanya, semakin tinggi harganya.

Kedua, prinsip teknis program robot penyapu cerdas

Alasan mengapa robot penyapu cerdas rumah tangga dapat bekerja dengan nyaman adalah sebagai berikut: robot cerdas menggunakan prinsip sensor inframerah untuk kontrol arah.Tentu saja, beberapa robot low-end juga menggunakan teknologi bionik ultrasonik. Sebagai perbandingan, biaya teknologi penginderaan inframerah lebih rendah, tetapi penerapan teknologi ini memiliki persyaratan lingkungan yang lebih tinggi. Dengan kata lain, umpan balik dari teknologi ini pada benda-benda berwarna terang itu tidak cukup fleksibel. Dalam penggunaan jangka panjang, sinar infra merah robot juga akan berdampak tertentu pada furnitur di rumah, dan furnitur tersebut dapat dicat. Teknologi bionik ultrasonik tidak memiliki masalah ini. Sensitivitas teknologi ini relatif tinggi, yang secara efektif dapat mendeteksi posisi, tetapi biaya aplikasi teknologi ini tinggi, yang juga menyebabkan harga robot pembersih menjadi tinggi, dan sulit beredar di pasar dalam skala besar. .

Secara umum, robot penyapu cerdas dikendalikan oleh komputer mikro. Ada tiga sikat penyapu di bagian bawah robot penyapu, yang terutama membersihkan rumah dengan menggulung area. Secara umum, tubuh robot pembersih relatif kecil, sehingga dapat dengan fleksibel melewati berbagai area, termasuk area yang sulit dibersihkan di bawah tempat tidur dan di bawah sofa. Robot penyapu juga memiliki fungsi menghindari rintangan secara cerdas. Setelah tabrakan terjadi, robot yang menyapu dapat menghasilkan memori, sehingga membentuk area peta dalam ruangan. Selama proses pembersihan berikutnya, robot penyapu dapat mengingat sesuai dengan peta sebelumnya untuk mencegah tabrakan lain.

Di bawah situasi baru, robot penyapu cerdas telah memasuki keluarga biasa. Robot cerdas menyapu tidak hanya dapat mewujudkan kontrol suara, tetapi juga mewujudkan kontrol inframerah jarak jauh, memberikan pengguna pengalaman pembersihan yang lebih ramah pengguna.

3. Ide desain program robot menyapu

Robot pembersih dapat dibagi menjadi dua bagian kerja: pembersihan dan pengisian sesuai dengan isi tugas yang diselesaikan, jadi menurut ide desain perangkat keras, harus memiliki dua bagian perangkat keras: badan robot seluler dengan perangkat pembersih dan perangkat pengisian daya. Sebelum melakukan tugas pembersihan dalam-ruang, robot perlu menentukan situasi umum lingkungan dalam-ruang melalui sensor dan secara otomatis merencanakan jalurnya. Selama proses pembersihan, perlu untuk memantau rintangan dan kisaran pembersihan secara real time. Ketika daya lebih rendah dari nilai yang ditetapkan, robot harus kembali ke perangkat pengisian dengan sendirinya, dan Secara otomatis menerima pengisian daya, dan peralatan pengisian daya tersambung ke catu daya 220V rumah untuk memberikan energi bagi robot pembersih. Menurut analisis di atas, peralatan perangkat keras utama yang dibutuhkan oleh robot pembersih adalah catu daya, peralatan pengisian daya, motorik, struktur mekanik, peralatan penginderaan, dll. Desain perangkat keras robot penyapu adalah sebagai berikut.

1. Desain catu daya

Setiap operasi robot apa pun membutuhkan pasokan energi terus menerus, dan sistem tenaga adalah sumber energi untuk robot pembersih, yang merupakan jaminan dasar untuk operasi normal semua komponen perangkat keras lainnya. Mode kerja robot sweeping menentukan bahwa sistem dayanya pada dasarnya ditenagai oleh baterai yang dapat diisi ulang. Kapasitas baterai berhubungan positif dengan waktu dan tenaga pembersihan. Mode kerja robot sweeping yang sering dilakukan juga memiliki efek yang besar pada jumlah pengisian dan pengosongan baterai dan masa pakai baterai. Tuntutan tinggi. Memilih baterai yang tepat memerlukan pertimbangan faktor yang komprehensif seperti berat, volume, kapasitas, arus pengisian dan pengosongan, dan lingkungan penggunaan.

Dalam pemilihan baterai robot mobile, perlu untuk mempertimbangkan mode kerja aktual dan karakteristik robot, serta kondisi obyektif seperti biaya dan masa pakai. Baterai nikel-logam hidrida memiliki biaya rendah, sirkuit bantu baterai sederhana, dan polusi terhadap lingkungan rendah, tetapi kerugiannya terhadap lingkungan rendah, tetapi kerugiannya adalah rendah. Mudah untuk menghasilkan efek memori, masalah yang sama juga ada pada baterai lithium, volume baterai timbal-asam terlalu besar, yang merupakan pemborosan volume terlalu banyak untuk robot penyapuan kompak, yang jelas-jelas tidak pada tempatnya. Baterai lithium-ion memiliki keunggulan spesifik dibandingkan jenis baterai lainnya. Yang pertama adalah kepadatan energi yang tinggi. Baterai energi spesifik yang tinggi dari baterai asam timbal hanya sekitar 100Wh / kg, tetapi baterai lithium ion umum dapat mencapai 600Wh / kg. Yang kedua adalah tegangan pengenal tinggi. Baterai lithium-ion sel tunggal dapat mencapai tegangan sekitar 3,8V, jauh melebihi 2V baterai nikel-logam hidrida. Dengan membangun baterai lithium-ion, baterai ini dapat sepenuhnya memenuhi pasokan daya dari beberapa robot penyapu robot yang berjalan secara bersamaan. Pasokan. Yang ketiga adalah bahwa kemampuan beradaptasi suhu sangat kuat, dapat bekerja secara normal antara -20 ℃ dan 60 ℃, dan suhu dalam ruangan rumah tangga biasa adalah antara 0 ℃ dan 40 ℃, yang sepenuhnya memenuhi persyaratan, yang keempat adalah bahwa baterai lithium-ion tidak mengandung logam berat. Dan zat berbahaya, tidak akan membawa terlalu banyak kerusakan dalam proses penggunaan, skrap dan daur ulang. Namun, baterai lithium-ion memiliki masalah sendiri, seperti sifat kimia aktif dan ledakan mudah, yang memerlukan perhatian khusus saat digunakan. Baterai lithium-ion banyak digunakan dalam perangkat elektronik bergerak, seperti ponsel, komputer notebook, dan komputer tablet. Oleh karena itu, untuk mensintesis keunggulan baterai lithium-ion, robot penyapu harus memilih baterai seperti sumber daya. Dengan mempertimbangkan konten kerja aktual dan durasi robot pembersih, digunakan 6 baterai lithium ion 1,2V 3 000mAh.

2. Peralatan pengisian untuk penyapu

Perangkat pengisian juga disebut sebagai basis pengisian dalam sistem robot menyapu.Ini mirip dengan tumpukan pengisian mobil listrik.Karena lokasi perangkat pengisian diperbaiki, robot menyapu perlu dibebankan bolak-balik secara siklikal. Mirip dengan sebagian besar peralatan rumah tangga di rumah, basis pengisian robot penyapu juga menggunakan tegangan AC 220V dan standar saat ini. Perangkat pengisi daya dapat memperoleh daya dari stopkontak biasa, yang sederhana dan nyaman. Arus yang diperlukan untuk mengisi baterai robot penyapu adalah arus searah bertegangan rendah, sehingga harus melalui langkah-langkah pengurangan tegangan, perbaikan, dan penyaringan di tengah.

Jika perangkat pengisi daya langsung mengisi daya baterai tanpa konversi tegangan yang wajar, kemungkinan akan menyebabkan kerusakan permanen pada baterai, dan bahkan menyebabkan bahaya seperti pembakaran dan ledakan. Proses ini juga dapat diganti dengan adaptor daya yang sesuai dengan spesifikasi. Dalam bentuk pengisian, saat ini dibagi menjadi dua bentuk utama pengisian kabel dan pengisian nirkabel. Pengisian kabel mirip dengan pengisian peralatan elektronik biasa. Saat robot penyapu mencapai garis peringatan pengisian, maka akan secara otomatis mengirimkan peringatan dini. Setelah pengguna menemukannya, hubungkan ke perangkat pengisian melalui kabel tepat waktu. Keuntungan dari pengisian kabel adalah bahwa perangkat ini relatif sederhana, biayanya rendah, dampak pada umur baterai kecil, dan kerugiannya adalah operasinya rumit. Pengisian nirkabel adalah mode pengisian yang telah menjadi populer dalam beberapa tahun terakhir. Robot penyapu dapat kembali ke basis pengisian tetap dengan sendirinya. Setelah basis pengisian mendeteksi robot, dapat mengisi daya dengan induksi. Setelah pengisian selesai, robot meninggalkan basis pengisian dan terus bekerja. . Dibandingkan dengan pengisian kabel, pengisian nirkabel lebih mudah dan cerdas, tetapi juga memiliki karakteristik efisiensi pengisian yang rendah dan kerusakan baterai yang cepat. Singkatnya, untuk membangun sistem robot penyapuan yang lebih cerdas dan nyaman dan sepenuhnya menyadari karakteristik operasi otonomnya, pilihan terbaik adalah mode pengisian nirkabel.

3. Mengendarai motor

Alasan mengapa robot penyapu dapat berjalan dengan bebas di dalam ruangan adalah bahwa energi mekanik berasal dari konversi motor menjadi energi listrik .. Motor adalah perangkat output langsung dari sistem kontrol. Poros output terhubung langsung ke peralatan transmisi gerak robot. Energi mekanik yang dihasilkan oleh rotasi motor menggerakkan aktuator robot. Dengan menyesuaikan kecepatan, robot juga dapat menyelesaikan serangkaian gerakan yang dioperasikan manusia. Dalam hal pemilihan motor, motor AC memiliki struktur sederhana dan harga rendah, tetapi akurasi kontrolnya rendah, dan sulit untuk mencapai kondisi kerja robot pembersih yang presisi tinggi dan kecepatan rendah, dan ada kelemahan bahwa self-steering akan terjadi dalam keadaan tertentu; motor DC biasa Itu dapat mengatasi kekurangan autobiografi dan memiliki jaminan stabilitas yang baik, tetapi ada masalah gesekan sikat, yang tidak cocok untuk robot penyapu umur panjang; motor stepper dapat menyelesaikan gerakan yang tepat, tetapi torsi dan bebannya kecil, sehingga mereka besar Sebagian besar dari mereka digunakan dalam instrumen; motor DC brushless memiliki volume dan massa yang kecil, memiliki rentang kecepatan yang baik, linieritas, umur dan biaya penggantian perawatan, dan memiliki kebisingan yang rendah selama operasi, tidak ada kerugian dari sikat, setelah menambahkan magnet permanen, Kinerjanya telah ditingkatkan lebih lanjut. Dikombinasikan dengan persyaratan robot penyapu untuk ukuran motor dan lingkungan hening di rumah, pilihan terbaik untuk motor adalah motor sinkron magnet permanen DC brushless.

4. Aktuator robot penyapu

Seperti yang disebutkan sebelumnya, poros output motor secara langsung menggerakkan aktuator untuk menyelesaikan aksi. Aktuator adalah perangkat yang menyapu robot dan kekuatan eksternal. Ini adalah bagian penting yang menentukan akurasi, fleksibilitas, dan stabilitas seluruh sistem. Untuk robot penyapu, ada tiga jenis aktuator yang dapat dipilih: kaki-kaki, perayap, dan roda. Robot kaki-kaki meniru mode berjalan laba-laba, dan itu masih dalam tahap eksperimental, dan kecepatan berjalan sangat lambat, yang tidak cocok untuk digunakan di rumah; robot perayap lebih dewasa, tetapi mereka sebagian besar digunakan di tanah berlumpur, berpasir, dan tanah tidak rata lainnya. Kecepatan mengemudi juga lambat. Mempertimbangkan lingkungan permukaan jalan yang halus untuk pekerjaan di dalam ruangan, perangkat penggerak roda yang paling cocok adalah yang paling cocok, aktuator ini terdiri dari beberapa cakram roda. Jumlah dan jenis roda juga akan memengaruhi mode mengemudi robot. Dikombinasikan dengan persyaratan rentang gerak dan kecepatan mengemudi, mode roda empat paling cocok untuk pekerjaan pembersihan dalam ruangan, dan juga memfasilitasi realisasi yang nyaman dari perencanaan lintasan nanti.

5. Sensor

Ketika bekerja di dalam ruangan, robot yang menyapu tidak dapat dipisahkan dari berbagai sensor, sensor setara dengan berbagai organ sensor robot, mirip dengan fitur wajah manusia. Robot penyapu perlu menilai posisi mereka selama bekerja, mengukur jarak, kecepatan, akselerasi, postur, dll., Mendeteksi hambatan di sekitar mereka sendiri, dan kadang-kadang perlu mendapatkan informasi seperti suhu sekitar dan kelembaban. Sensor berikut diperlukan untuk robot penyapu.

1) Akselerometer dan giroskop. Akselerometer dan giroskop adalah alat untuk mengukur perpindahan dan sudut robot, accelerometer mengukur akselerasi robot, dan giroskop mengukur akselerasi sudut, perpindahan dan perpindahan sudut robot dapat diperoleh dengan integrasi kuadratik. Penentuan posisi yang tepat.

2) Sensor ultrasonik. Sensor ultrasonik adalah jenis sensor yang banyak digunakan, terutama digunakan untuk mendeteksi rintangan dan jangkauan. Pemancar ultrasonik yang terletak di ujung depan dapat mengirim dan menerima gelombang ultrasonik.

3) Sensor kedekatan inframerah. Secara harfiah, jenis sensor ini menghasilkan sinyal tertentu ketika mendekati rintangan. Setelah sinyal inframerah dipancarkan kembali ketika menemui hambatan, jika waktu dan intensitas cahaya memenuhi persyaratan yang ditetapkan sebelumnya pada saat ini, maka dinilai bahwa bagian depan dihadang. Ketika rintangan tercapai, informasi ini dikirim ke agen kontrol sehingga robot dapat menghindari hambatan dalam waktu.

Selain sensor di atas, ada juga sensor penting seperti pengukur jarak laser, pengukur jarak radar, odometer, sensor penglihatan, sensor suhu / kelembaban, dll.

Singkatnya, dengan peningkatan terus-menerus dari pendapatan sekali pakai penghuni, robot penyapu rumah tangga telah menjadi alat rumah pintar yang penting yang sebagian besar keluarga telah beli atau sedang mempertimbangkan untuk membeli. Banyak perusahaan alat rumah tangga juga berfokus pada pengembangan robot penyapu otonom, mencoba berbagi ini. Pasar yang sangat besar. Pemilihan perangkat keras dan desain robot penyapu sangat kritis, yang secara langsung mempengaruhi mode kerja dan efek robot.Resain yang wajar dari struktur perangkat keras dapat meningkatkan kinerja pembersihan robot.Menjelajahi sistem perangkat keras yang lebih ringan, efisien, hemat energi, dan tahan lama adalah masa depan. Arah pengembangan.

4. Masalah yang harus dipecahkan dalam program robot penyapuan

Meskipun keuntungan penerapan robot penyapu cerdas jelas, itu secara efektif memecahkan beban pembersihan pengguna. Namun, untuk saat ini, ada masalah tertentu dalam proses aplikasi robot penyapu cerdas.

(1) Area sapuan robot sapuan cerdas tidak cukup komprehensif. Saat ini, semua robot penyapu cerdas telah diatur untuk memiliki fungsi pembersihan area tertentu. Ini adalah teknologi sensor inframerah yang disebutkan di atas.Biaya aplikasi teknologi ini rendah, tetapi cacatnya jelas selama penerapan teknologi. Selama penggunaan robot, port divergensi spesifiknya akan memancarkan sinar. Selama gerakan, ketika sinar mengenai beberapa benda gelap, mereka akan diumpankan kembali ke komputer mikro di dalam sistem. Setelah itu, memori tertentu akan terbentuk pada panel memori robot, dan itu akan memilih untuk beralih ke membersihkan area lain. Namun, sejauh menyangkut kehidupan keluarga yang sebenarnya, penempatan banyak benda mungkin tampak berantakan, dan warna furnitur juga berbeda, di samping itu, bentuk benda dalam ruangan berbeda, dan sinar inframerah sulit dipantulkan kembali secara ilmiah dan wajar. Dengan cara ini, area pembersihan robot dapat dikelompokkan bersama, dan beberapa area akan sulit dibersihkan.

(2) Robot cerdas akan memiliki efek destruktif tertentu pada benda yang tidak beraturan dan silindris. Dalam proses pembersihan yang sebenarnya, robot cerdas menyapu secara otomatis menghindari ketika menemui kendala. Pekerjaan penghindaran dapat dibagi menjadi dua bagian: penghindaran total dan penghindaran buffer. Jika robot cerdas menyapu menggunakan teknologi bionik ultrasonik, secara efektif dapat menghindari berbagai kendala. Namun, sebagaimana disebutkan dalam pembahasan sebelumnya, biaya aplikasi teknologi bionik ultrasonik tidak tinggi, dan keseluruhan rentang aplikasi tidak cukup lebar. Oleh karena itu, sebagian besar robot penyapu saat ini digunakan di rumah menggunakan teknologi inframerah, yang terbatas pada berbagai hambatan padat dan tidak teratur, untuk benda-benda non-padat, seperti berbagai benda tidak beraturan, identifikasi sistem relatif sulit. Oleh karena itu, mudah bagi robot penyapu untuk mengenai sudut meja selama pekerjaannya, menyebabkan beberapa kerusakan.

(3) Robot penyapu cerdas tidak cukup kuat untuk membersihkan berbagai partikel besar. Kemampuan hisap robot penyapu cerdas relatif kuat, dan secara efektif dapat membersihkan semua jenis debu biasa. Namun, robot memiliki batasan tertentu, diameter isap relatif kecil, dan rambut sikat robot yang menyapu juga spiral. Dengan cara ini, beberapa partikel besar sulit untuk dihirup, yang akan memengaruhi kebersihan pembersihan.