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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 智能型掃地拖地清潔機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 針對(duì)市場(chǎng)上清潔機(jī)器人只能掃地而不能有效拖地和價(jià)格昂貴情況，研制一種智能型掃地拖地清潔機(jī)器人。創(chuàng)新點(diǎn)有：（1）設(shè)計(jì)一種自清潔拖地結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拖地和自清潔；（2）設(shè)計(jì)一種清潔機(jī)器人拖板的超聲波清洗裝置；（3）設(shè)計(jì)一種自動(dòng)充水、排污水裝置；（4）設(shè)計(jì)一種基于電子羅盤的全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃算法，提高清潔效率。獲專利授權(quán)１項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專利２項(xiàng)，省一等獎(jiǎng)2項(xiàng),獲市高校學(xué)生知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新賽“金獎(jiǎng)”，并獲企業(yè)資助。
- 詳細(xì)介紹：
- 近年來(lái)，全球服務(wù)機(jī)器人以每年40%的速度增長(zhǎng)，據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，市場(chǎng)需求額可高達(dá)1500億美元以上，其中，清潔機(jī)器人將是主要增長(zhǎng)點(diǎn)。 本項(xiàng)目針對(duì)目前市場(chǎng)上的清潔機(jī)器人只能掃地而不能有效拖地和價(jià)格昂貴的情況，研制了一種集吸塵、掃地和拖地功能于一體的結(jié)構(gòu)精巧、造價(jià)便宜的智能型掃地拖地清潔機(jī)器人。 其特色及創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在： （1）全新地設(shè)計(jì)了一種智能清潔機(jī)器人的自清潔拖地結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拖地和自清潔的獨(dú)特功能，突破了市面上的清潔機(jī)器人無(wú)有效拖地功能的瓶頸，目前該技術(shù)已獲專利授權(quán)； （2）設(shè)計(jì)了一種清洗清潔機(jī)器人拖板的超聲波清洗方法及裝置（正在申請(qǐng)發(fā)明專利）； （3）設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)充水、排污水裝置（已申請(qǐng)發(fā)明專利），實(shí)現(xiàn)智能換水，自主高效拖地； （4）采用成本較低的多傳感器融合技術(shù)，設(shè)計(jì)一種基于電子羅盤的全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃算法，提高了清潔的覆蓋率和效率。 本作品已獲專利授權(quán)１項(xiàng)，已申請(qǐng)發(fā)明專利２項(xiàng)、實(shí)用新型專利１項(xiàng)；前期作品曾獲2010年省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽“一等獎(jiǎng)”，2010年第二屆高校學(xué)生知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新賽發(fā)明創(chuàng)新類“金獎(jiǎng)”，第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽校賽科技發(fā)明類“一等獎(jiǎng)”，2011年第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽省賽科技發(fā)明類“一等獎(jiǎng)”；2011年省大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目立項(xiàng)；由于其先進(jìn)性和實(shí)用性，本作品與企業(yè)簽訂合作協(xié)議并獲得資助；并受到電視臺(tái)的專門采訪。本作品主要適用于家庭及公共場(chǎng)館的室內(nèi)清潔，和目前市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品相比，本作品具有獨(dú)特的自動(dòng)拖地功能，其清潔效率高，且具有低成本優(yōu)勢(shì)，因此必然具有廣闊的市場(chǎng)前景，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- １、發(fā)明目的：針對(duì)目前市場(chǎng)上清潔機(jī)器人只能掃地缺乏有效拖地功能的情況，研制了一臺(tái)集掃地和拖地功能于一體的智能型掃地拖地清潔機(jī)器人樣機(jī)。最終形成一種結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)異、成本低廉、功耗低、智能化程度較高的機(jī)電一體化應(yīng)用產(chǎn)品。 ２、基本思路：通過(guò)針對(duì)清潔機(jī)器人的吸塵掃地和拖地機(jī)械結(jié)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感器系統(tǒng)、機(jī)器人避障和路徑規(guī)劃算法進(jìn)行研究，研制出物美價(jià)廉的樣機(jī)。 ３、本作品創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)設(shè)計(jì)了一種智能清潔機(jī)器人的自清潔拖地結(jié)構(gòu)（已獲授權(quán),專利申請(qǐng)?zhí)枺?01020582763.9），能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拖地和自清潔； (2)設(shè)計(jì)了一種清洗清潔機(jī)器人拖板的超聲波清洗方法及裝置（正在申請(qǐng)發(fā)明專利）； (3)設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)充水、排污水裝置（已申請(qǐng)發(fā)明專利），實(shí)現(xiàn)智能換水，自主高效拖地； (4)采用成本較低的多傳感器融合技術(shù)，設(shè)計(jì)一種基于電子羅盤的全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃算法，提高了清潔的覆蓋率和效率。 ４、作品的技術(shù)關(guān)鍵在于：(1)設(shè)計(jì)覆蓋率高、可執(zhí)行度好的避障策略和路徑規(guī)劃算法，以提高清潔機(jī)器人的清潔效率；(2)設(shè)計(jì)高精度耐用的吸塵掃地、拖地機(jī)械結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)能的目的，從而保證作品長(zhǎng)時(shí)間自主完成清潔任務(wù)。 ５、主要技術(shù)指標(biāo)：針對(duì)20平米的測(cè)試房間，40分鐘掃地區(qū)域覆蓋率達(dá)95%，拖地區(qū)域覆蓋率達(dá)85%，清潔效率較高。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.科學(xué)性：在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，該發(fā)明的工作原理是通過(guò)紅外傳感器、電子羅盤、垃圾檢測(cè)傳感器、液位傳感器和微動(dòng)開(kāi)關(guān)等組成的傳感器系統(tǒng)采集外部環(huán)境數(shù)據(jù)，并做出規(guī)劃決策，控制移動(dòng)機(jī)構(gòu)、掃地拖地機(jī)構(gòu)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)快速避障、高效掃地拖地、自主充水排水及自主充電等功能。系統(tǒng)運(yùn)用紅外檢測(cè)原理、絲桿傳動(dòng)機(jī)械原理、自動(dòng)控制等科學(xué)原理。方案科學(xué)可行。 2.先進(jìn)性：針對(duì)目前市場(chǎng)上清潔機(jī)器人只能掃地缺乏有效拖地功能的情況，研制的作品集吸塵、掃地和拖地功能于一體,其先進(jìn)性主要體現(xiàn)在： (1)設(shè)計(jì)一種智能清潔機(jī)器人的自清潔拖地結(jié)構(gòu)（已獲專利授權(quán)，申請(qǐng)?zhí)枺?01020582763.9），實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拖地和自清潔的獨(dú)特功能； (2)設(shè)計(jì)一種清洗清潔機(jī)器人拖板的超聲波清洗方法及裝置（正在申請(qǐng)發(fā)明專利）； (3)設(shè)計(jì)一種自動(dòng)充水、排污水裝置（已申請(qǐng)發(fā)明專利），實(shí)現(xiàn)智能換水，自主高效拖地； (4)采用成本較低的多傳感器融合技術(shù)，設(shè)計(jì)一種基于電子羅盤的全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃算法，提高了清潔效率。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- ①2010年9月，省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽“一等獎(jiǎng)”； ②2010年11月，第二屆高校學(xué)生知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新賽發(fā)明創(chuàng)新類“金獎(jiǎng)”； ③2011年3月，第十二屆全國(guó)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽校賽科技發(fā)明類“一等獎(jiǎng)”； ④2011年4月，第十二屆全國(guó)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽省賽科技發(fā)明類“一等獎(jiǎng)”； ⑤2011年6月，省大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“重點(diǎn)項(xiàng)目”立項(xiàng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1、使用說(shuō)明：①首先通過(guò)鍵盤或者遙控器啟動(dòng)清潔機(jī)器人工作。②依工作模式執(zhí)行相應(yīng)操作。③需要在機(jī)器人工作場(chǎng)所安置水站、充電站及虛擬墻等。2、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：一種集吸塵、掃地和拖地功能于一體的智能型清潔機(jī)器人。已獲專利授權(quán)，設(shè)計(jì)了自清潔拖地結(jié)構(gòu)，采用超聲波清洗技術(shù)，并設(shè)計(jì)全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃算法，提高了清潔效率。3、適用范圍：家庭及公共場(chǎng)館室內(nèi)清潔，還可擴(kuò)展為教學(xué)設(shè)備、消防安全、救援搶險(xiǎn)等。４、推廣前景與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：全球服務(wù)機(jī)器人以每年40%的速度增長(zhǎng)，據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，市場(chǎng)需求額可達(dá)1500億美元以上，其中，清潔機(jī)器人將是主要增長(zhǎng)點(diǎn)。擁有3.5億個(gè)家庭的中國(guó),服務(wù)機(jī)器人銷量將如手機(jī),保守估計(jì)有上億臺(tái),而全球總需求量達(dá)幾十億臺(tái)。除計(jì)算機(jī),網(wǎng)絡(luò)等市場(chǎng)外，單是機(jī)器人維修與配套市場(chǎng)就難以想象其規(guī)模，這將是未來(lái)多年間任何產(chǎn)業(yè)也無(wú)法比擬的大市場(chǎng)。和同類產(chǎn)品相比，本作品具有獨(dú)特的自動(dòng)拖地功能，清潔效率高，且具有低成本優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目與企業(yè)簽訂了協(xié)議并獲得資助及電視臺(tái)媒體報(bào)道，因此必然具有廣闊的市場(chǎng)前景。
同類課題研究水平概述
- 目前，在美國(guó)、日本、韓國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，如Irobot、伊萊克斯、三星、日立等世界著名公司都已開(kāi)發(fā)出智能清潔機(jī)器人。 美國(guó)專業(yè)機(jī)器人公司Irobot的產(chǎn)品Roomba，是以數(shù)學(xué)運(yùn)算理念設(shè)計(jì)的，按逐漸擴(kuò)大的螺旋狀運(yùn)轉(zhuǎn)覆蓋整個(gè)空間，碰到障礙物后，會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度繼續(xù)清潔，通過(guò)交叉、重復(fù)螺旋運(yùn)轉(zhuǎn)的路線清潔。該產(chǎn)品沒(méi)有定位功能，只能做簡(jiǎn)單的避障，導(dǎo)致它的路徑規(guī)劃重復(fù)無(wú)效率。 瑞典家電制造商伊萊克斯（Electolux）研制生產(chǎn)的清潔機(jī)器人小“三葉蟲”體積小巧,利用超聲波探測(cè)障礙物，配有編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)定位功能，可建立電子地圖，清掃方式為，先沿墻壁繞房間走一周，規(guī)劃路徑后遇障礙物時(shí)重新規(guī)劃路線。 韓國(guó)三星公司發(fā)布的最新吸塵機(jī)器人VC-RP30W,內(nèi)部裝有陀螺儀和編碼器導(dǎo)航，對(duì)于陀螺儀的累積誤差通過(guò)機(jī)器人天花板上的一個(gè)視覺(jué)定位裝置來(lái)消除，使用直走迂回算法遍歷房間。 2011年，Irobot公司推出新產(chǎn)品Scooba 230，采用了iAdapt科技來(lái)感知和監(jiān)控環(huán)境以及使用不同的策略確保地面的干凈，內(nèi)置三級(jí)清洗系統(tǒng)，包括清洗、擦洗和擦干地面。缺點(diǎn)是需要人工完成加水換水。 近些年，國(guó)內(nèi)也已開(kāi)始有關(guān)清潔機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)工作，特別是在移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制方面取得了一定的成就。哈爾濱工業(yè)大學(xué)與香港中文大學(xué)合作研制了全方位移動(dòng)地面清掃機(jī)器人。采用全方位移動(dòng)技術(shù)，實(shí)時(shí)避障，具備自動(dòng)和遙控兩種控制方式。浙江大學(xué)機(jī)械電子研究所也開(kāi)展了關(guān)于清潔機(jī)器人的研究工作，并推出了具有初步智能的清潔機(jī)器人樣機(jī)，該機(jī)器人能夠自主避障，具備自動(dòng)充電功能，一次清潔覆蓋率達(dá)到90%。另外華南理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等院?？蒲袡C(jī)構(gòu)也進(jìn)行了不同程度的研究，取得了一些成果。 深圳銀星智能電器有限公司生產(chǎn)的KV8是的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品化的清潔機(jī)器人的代表，是國(guó)內(nèi)首個(gè)產(chǎn)品化清掃機(jī)器人。其采用外螺旋的清掃方式，可以沿墻行走清潔墻角，紅外測(cè)距傳感器用來(lái)避障，價(jià)格很便宜。缺點(diǎn)是，沒(méi)有定位功能，效率低下。 綜合以上分析可以看出：絕大部分清潔機(jī)器人不具備有效拖地功能，便宜的低端產(chǎn)品要么沒(méi)有合理的傳感器組要么是定位算法過(guò)于粗糙，而高端產(chǎn)品，因價(jià)格十分高昂而難以普及。從家用清潔機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，提供一套真正針對(duì)自動(dòng)有效掃地拖地且成本低、價(jià)格便宜問(wèn)題的解決方案將是清潔機(jī)器人研發(fā)中的熱點(diǎn)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)。
