【儀表網(wǎng) 儀表科普】 掃地機(jī)器人逐漸走入千家萬戶，為我們的家居生活帶來了極大的便利，一句話就能“吩咐”掃地機(jī)器人完成掃地甚至拖地的工作。別看掃地機(jī)器人個頭很小，它的身上可謂是集合了眾多的科技創(chuàng)新，涉及到機(jī)械、電子、控制、機(jī)器人甚至人工智能等多個學(xué)科領(lǐng)域，多種科技協(xié)同才能完成看似簡單的清潔工作。下面讓我們一起來了解一下掃地機(jī)器人身上的高科技吧。
 

　　掃地機(jī)器人又稱為智能吸塵器或機(jī)器人吸塵器，其系統(tǒng)可以分為四個模塊，分別是移動模塊、感知模塊、控制模塊和吸塵模塊。它多是利用毛刷并輔助吸塵來進(jìn)行清掃。內(nèi)部裝置有集塵盒，將清掃的塵土和垃圾收集起來。隨著技術(shù)的成熟，后來的掃地機(jī)器人身上還可以安裝清潔布，在完成吸塵與清除垃圾后對地面進(jìn)行進(jìn)一步地清潔。
 

　　機(jī)器人身上搭載著各種測距儀與傳感器，這是機(jī)器人能夠感知外界環(huán)境、并能及時做出決策的基礎(chǔ)。超聲波傳感器可以持續(xù)向外發(fā)射超聲波信號，接收器利用遇到障礙物時反射回來的信號判斷前方障礙物的大小和距離。紅外測距傳感器發(fā)射的是紅外信號，利用反射回的紅外信號的強(qiáng)度也可判斷出障礙物的距離。接觸式傳感器可以分為電感式、電容式、電位器式和霍爾式位移傳感器，可以對空間的大小以及桌椅等的高度進(jìn)行測量，以防止掃地機(jī)器人鉆入下面后出不來情況的發(fā)生。防碰撞傳感器可以通過光電開關(guān)實(shí)現(xiàn)，在碰撞過后及時做出反應(yīng)。防跌落傳感器一般置于掃地機(jī)器人下方，多是利用超聲波測距來感知前方地面高度，防止在樓梯上跌落。
 

　　除此之外，掃地機(jī)器人中還有常用的如防過熱傳感器、集塵盒滿檢測傳感器以及電子羅盤和陀螺儀等傳感器。這些傳感器擔(dān)負(fù)起機(jī)器人的眼睛、耳朵等功能，對周圍環(huán)境以及自身模塊做到了如指掌，從而能正常地工作。
 

　　掃地機(jī)器人中另一大關(guān)鍵技術(shù)就是其路徑規(guī)劃技術(shù)。路徑規(guī)劃的好壞決定了掃地機(jī)器人工作的效率。合理選擇沿邊清掃、集中清掃、隨機(jī)清掃和直線清掃等多種路徑清掃方案，能夠遍歷所有的清掃區(qū)域并對較臟的區(qū)域適當(dāng)多次清掃，是掃地機(jī)器人的基本功。早的掃地機(jī)器人采用的是隨機(jī)碰撞的模式，依據(jù)其搭載的傳感器，通過多次的碰撞選擇出合適的路徑。這種方式效率比較低。隨著技術(shù)的發(fā)展，更為準(zhǔn)確、的路徑規(guī)劃模式應(yīng)運(yùn)而生。
 

　　激光測距式導(dǎo)航是利用機(jī)器人頂端搭載的可旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器進(jìn)行激光測距生成室內(nèi)地圖，弄清楚墻壁以及家具的位置，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑的規(guī)劃。首先，我們需要在屋里建立起一個固定點(diǎn)的信號發(fā)射裝置，機(jī)器人可以通過這一基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行定位，再通過碰撞的方式建立起室內(nèi)地圖，以方便清掃。圖像式測算導(dǎo)航系統(tǒng)首先利用頂部的攝像頭對全屋進(jìn)行巡航掃描，結(jié)合紅外傳感器實(shí)現(xiàn)對屋內(nèi)環(huán)境的建模，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。
 

　　本文由北京郵電大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究專業(yè)副教授張忠寶進(jìn)行科學(xué)性把關(guān)。