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掃地機器人身上的高科技 你都知道哪些?

掃地機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”掃地機器人完成掃地甚至拖地的工作。別看掃地機器人個頭很小,它的身上可謂是集合了眾多的科技創新,涉及到機械、電子、控制、機器人甚至人工智能等多個學科領域,多種科技協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器人身上的高科技吧。

掃地機器人又稱為智能吸塵器或機器人吸塵器,其系統可以分為四個模塊,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行清掃。內部裝置有集塵盒,將清掃的塵土和垃圾收集起來。隨著技術的成熟,后來的掃地機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行進一步地清潔。

機器人身上搭載著各種測距儀與傳感器,這是機器人能夠感知外界環境、并能及時做出最優決策的基礎。超聲波傳感器可以持續向外發射超聲波信號,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。紅外測距傳感器發射的是紅外信號,利用反射回的紅外信號的強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行測量,以防止掃地機器人鉆入下面后出不來情況的發生。防碰撞傳感器可以通過光電開關實現,在碰撞過后及時做出反應。防跌落傳感器一般置于掃地機器人下方,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。這些傳感器擔負起機器人的眼睛、耳朵等功能,對周圍環境以及自身模塊做到了如指掌,從而能正常地工作。

掃地機器人中另一大關鍵技術就是其路徑規劃技術。路徑規劃的好壞決定了掃地機器人工作的效率。合理選擇沿邊清掃、集中清掃、隨機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域并對較臟的區域適當多次清掃,是掃地機器人的基本功。最早的掃地機器人采用的是隨機碰撞的模式,依據其搭載的傳感器,通過多次的碰撞選擇出合適的路徑。這種方式效率比較低。隨著技術的發展,更為準確、高效的路徑規劃模式應運而生。

激光測距式導航是利用機器人頂端搭載的可旋轉激光發射器進行激光測距生成室內地圖,弄清楚墻壁以及家具的位置,在此基礎上進行路徑的規劃。首先,我們需要在屋里建立起一個固定點的信號發射裝置,機器人可以通過這一基準點進行定位,再通過碰撞的方式建立起室內地圖,以方便清掃。圖像式測算導航系統首先利用頂部的攝像頭對全屋進行巡航掃描,結合紅外傳感器實現對屋內環境的精確建模,在此基礎上進行導航和路徑規劃。

本文由北京郵電大學計算機科學與技術研究專業副教授張忠寶進行科學性把關。

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