智能化家庭清洁工具设计研究

智能化家庭清洁工具设计研究

吴建龙 沈亚斌

杭州顺事科技有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：随着我国科技的发展，基于用户的需求，对智能清洁机器人进行研究，总结现有产品优缺点，进行产品的创新设计，为未来的智能清洁机器人提供一定的设计参考。如今，人工智能时代的来临让智能清洁行业应运而生，各种智能清洁产品也如雨后春笋般诞生并广受好评。由此可见，在这个智能互联的时代，智能清洁已然成为发展的必然趋势。为了满足公众对智能清洁的需求，以用户为中心，基于公共场所清洁的需求以及智能机器人的发展趋势，进行基于用户体验的智能清洁机器人设计。

关键词：智能化；家庭清洁工具；设计研究

引言

现代文明社会离不开规范化的污水处理。仅德国就有长达60万千米的下水道网络。通常情况下，这些狭小的地下管道都要定期维护和维修才能确保其正常的排水功能。其中大约18%的地下管道急需维修。在全球范围内，我们常常会看到类似的情况：地下管道系统老化，积压了大量等待维修的管道。然而地下管道的空间通常都非常狭小，维修人员很难进入其中：由于空间和成本的原因，现有的地下管道通常也无法轻易挖开清理。因此，使用专业机器人的非开挖式维修清洁技术就成为了最经济的替代解决方案。为了使机器人能够在狭窄的管道更好地工作，必须制造出尽可能非常紧凑并配有强大的微型驱动装置。由于中国人口老龄化的程度愈渐加深，而从事传统清洁工作的主力是50-60岁的人群，这部分人群将在未来几年内达到退休年龄，并离开清洁行业，而年轻人对进入清洁或保洁行业一线工作的意愿也越来越低，这意味着未来的传统清洁行业会面临大量的劳动力短缺和高昂人工费用的问题。而新冠疫情的出现也对公共领域的清洁提出了更高要求。

1设备结构及设备工作原理

BV硬条及条外透明纸包装机主要是将来自C800小盒外透明纸包装机提供的合格单包排列烟包，通过螺旋堆叠提升器以“二五平包”方式组合为10包小盒烟包连续排列的双层烟包，输入到BV硬条及条外透明纸包装机，然后在一号轮进行10包小盒烟包外包裹条盒纸并折叠完成硬条包装，一号轮与二号轮间进行透明纸及拉线供料，最后在二号轮进行硬条外包裹上透明纸，完成合格、完全的硬条包装，并将条包输送给下一工序。条盒纸的吸取、上胶是BV硬条及条外透明纸包装机的关键工序，其工艺过程如下：条盒纸在料库内经过吸盘吸取、单张分离后，由吸风输送带向下输送，当条盒纸经过喷胶装置工位设定的相位时，垂直安装在输送通道上的喷胶器高速向条盒纸的上胶位喷射出一定数量的点状胶水，已喷涂胶水的条盒纸继续输送到包装工位后将二五平包的10包小盒烟包包裹成条盒，条盒纸上的点状胶水干涸后将条盒纸粘贴固定成型。成型的条盒送入下一工序进行透明纸的包装。BV作为一种全新的硬条及条外透明纸包装机，其采用电控的喷胶系统来进行条盒纸的上胶。高压胶泵从胶桶中抽取出的胶水经过增压后由分配器将胶水流分配给数个喷胶枪。喷胶枪有3个位置，分别是工作位置、喷胶位置和停止位置。在正常工作时，喷胶枪处于工作位置，当条盒纸在输送通道内输送时，在条盒纸喷上胶水点；当停机时间达到设定值时，喷胶枪从工作位置返回停止位置；当机器启动发出喷胶指令时，喷胶枪从停止位置转动到喷胶位置，喷掉喷胶枪头部的一段有凝结趋势的胶水，使喷胶枪头保持干净，然后喷胶枪继续转动到工作位置，等待工作开始。

2智能清洁机器人现状研究

（一）智能清洁机器人现状

清洁机器人是服务类型的机器人，其工作内容主要包括清洁和清洗等。在新冠疫情暴发后，清洁机器人销量猛增，各大企业也陆续制作适合公共场所使用的智能清洁机器人，使得其开始驶向千亿级蓝海市场，而中国商用清洁机器人的市场规模在2025年预计将可能达到27.8亿元。

（二）智能清洁机器人产品调研分析

智能清洁机器人类型繁多，将市场上现有的产品进行科学合理的分析是对后期产品设计研究的基础和前提，通过调研归纳并分析了以下几个方面。（1）造型分析：现有的智能清洁机器人造型外观单一、形式单调，且是普遍工业化风格偏多，产品造型并不够精致，并且大多数产品体量都较大，给人一种笨重感。（2）功能分析：现有的智能清洁机器人在功能上有区别性，根据使用场所和用途分为扫地机器人、吸尘机器人以及擦窗机器人等，而且科技的进步使得各种功能可以集于一体，但是绝大部分的产品都只注重地面的清洁，对环境的清洁并不到位，并不能很好地达到当今疫情大环境的清洁要求。（3）交互体验分析：通过对智能清洁机器人产品的分析可以了解到，智能清洁机器人的普及使用已是未来的大趋势，但企业大多都以清洁机器人的技术作为研究主体，从而忽略了服务型产品需要以用户的需求进行研究，所以产品带来的交互体验感并不好。

3存在问题

实际生产中该机组经常出现条盒喷胶器在条盒输送到位后，喷胶器未能在条盒纸的上胶区域内喷射出设定的点状胶水，条盒纸输送到包装工位后将二五平包的烟包包裹成条盒，但由于条盒纸没有胶水的粘贴定型，条盒送入下一工序进行透明纸包装前，由于条盒外各面无定位或压板的保护、支撑作用，盒内的10包烟会散开。散开的烟包和条盒纸在透明纸包装及折叠过程中会造成输送堵塞、设备卡机，轻则触发设备内的产品过程包装质量检测或堵塞检测而停机，影响设备生产效率、增加原辅材料的消耗，重则造成烟条推杆或包装折叠零件的变形或断裂。胶黏剂是卷烟制造过程中不可缺少的用于卷烟包装材料黏合的原辅材料。目前，国内卷烟生产中使用的胶黏剂大多是以乙酸乙烯酯为主要原料合成的一种热塑性白乳胶。BV硬条及条外透明纸包装机中条盒纸的黏合剂即为白乳胶，白乳胶是以水为分散介质进行乳液聚合而得，是一种水性环保胶，其因性能优良而得到各个行业的广泛使用，但白乳胶在接触空气或存放环境较差的地方易干结形成胶皮。虽然原喷胶装置设置有自动清洁喷枪头的功能，但该功能在实施时仅是喷胶枪在工作位旋转到停止位时在软胶上摩擦一段距离，并不能将喷胶枪上凝结的胶垢完全清洁干净。由于排胶时无专用工具及喷胶枪喷孔尺寸较小，操作工采用设备自带的排胶功能完全排空管路内的滞留胶液约需60min，为提高工作效率，也可以由修理工将喷胶装置从设备上拆下，然后快速将内部胶液排出，但该方法用时也在40min左右，另外，由于拆卸喷胶装置，会加快零件磨损、影响零件装配精度，设备的稳定性受到影响。

4地下作业需要智能化技术

在地下管道中，工作使用的机械装备需要的是坚固耐用。这些机械装备很少是市场中常见的标准化解决方案，大多数都是根据地下管道清洁任务自主研发的机械装备，因为这是解决地下管道清理和维修等复杂任务的唯一方法。我们必须假设：未来缺少技术工人的情况会越来越严重。因此无需专业技术知识就能操作和使用管道机器人的智能技术显得十分重要。”这也就意味着，在地下管道清理和修复工作中，自动化技术变得越来越重要了。虽然第一批管道机器人仍然采用电刷换向控制、由地面上的控制车辆进行控制、部分清理和修复工具还是液压驱动的机械装置，但已经出现了分布式智能化控制和自动化解决方案的发展趋势。这一发展有着以下显著优势。其一，纯电力驱动排除了很多潜在的故障源和错误源，同时降低了功耗，提高了工作精度。其二，长且粗的电缆容易发生故障，较长的电缆和液压管道要消耗更多的牵引驱动动力。其三，减少了动力供应车辆发出的噪声和排放的废气。这非常有利于在城市中心和居民住宅区清理和修复地下管道。其四，以电力驱动和蓄电池代替电缆供电实现了管道机器人无排放、无噪音的环保型工作。

5基于用户体验的智能清洁机器人设计

5.1功能设计

（1）清洁功能：集清扫、吸尘、洗地和拖地4种功能，除了清扫以及洗地之外，还增加了吸的功能，将清扫、吸尘、拖地以及洗地于一体，这样不仅一次操作就完成了传统清洁的多个步骤，还能保证清洁的效率，产品清扫细节如图4所示。并且产品配备有自清洁的功能，会对滚刷、管道以及水箱进行深度清洁，机器会根据自身脏污程度判断是否需要开启自清洁。

（2）消毒功能：传统的人工消杀病毒存在感染的风险，同时消毒液可能对人体有害，智能清洁机器人则可以避免这个问题，而且机器人不会感到劳累。传统的喷洒消毒水的方式不仅会使地面湿滑，造成人员摔跤，还可能会发生消毒液吸入对清洁人员产生危害的场景。综合用户调研及多方面的考虑，选择雾化消毒的方式，这样的方式不仅不会让由于地面遗留大量液体产生难以清理的污渍，还能对地面及环境进行更彻底的消毒。机器人采用自动喷洒的方式，将雾化的双氧水喷到环境中，这样很多人工无法消毒到的细微缝隙都可以兼顾。相比于用消毒水喷洒和擦拭，这样更能有效地消灭病毒和细菌。而且，双氧水是一种无色透明的液体，能分解成水和氧气，不但没有残留，并且消毒效果更好，也为用户提供了更好的保护，以此也能达到地面和空气的全面清洁。

（3）交互功能：公共场所使用的传统的清洁车或清洁产品与场所内的用户交互极少或没有，最多的交互就是与清洁人员和清洁管理人员，为了能进一步提升智能清洁机器人的交互体验感，给产品赋予一定的语音功能，方便与用户进行基本的沟通，并且可提供日期、温度、天气以及穿衣温馨提示等。

5.2造型设计

现有机器人造型分为拟物机器人和拟人机器人，拟物机器人就是仿照各种各样的生物及物品做出方便人类生活的机器人，仿人机器人顾名思义就是模仿人的形态和行为设计制造的。用户会对不同形态的机器人产生不同的感受，比如，拟物机器人会带给用户更加可靠、理性、设备感强的感觉。而拟人机器人让用户产生的是可爱、友好以及有亲和力的感觉。

5.3CMF设计

（1）色彩分析：通过对现有清洁机器人产品进行初步CMF分析可以发现，以往的清洁机器人色彩通常采用黑和白这种低彩度的颜色。本次设计的智能清洁机器人的使用场景是在公共场所，也就是车站、飞机场、商场等。在公共场所中，清洁机器人的配色方案要选择既美观性又与周围环境相协调，所以尽量采用轻柔和温和的低彩度、中低黑度搭配低调的黑白灰色调或当季的Pantone流行色调，这样搭配产品圆润的造型可以削弱自身的工业感。

（2）材质分析：清洁机器人选用的材料一般要具有强度高、硬度高、抗弯曲能力强等良好的力学性能。除此之外，公共场所的地面中包含很多酸碱性物质、水渍等，会导致接触物质易生锈、易被腐蚀，所以在选材时要选用防水、防潮、耐腐蚀、美观的特性。所以清洁机器人外壳选用塑料材质。

结语

智能清洁机器人作为一种新兴的产品种类，在现阶段虽没有广泛应用，但是潜力巨大且优势明显。智能清洁机器人是为用户服务的媒介，也是连接用户与服务的桥梁，其设计对社会的发展具有非常重要的意义，这也就需要设计师在未来不断探索与应用，智能清洁机器人在技术和功能上才会更加完善。现代化的无刷微型电动机，也为这一特殊应用开辟了新的可能性。凭借较高的功率密度和紧凑型的结构设计、集成式的控制器以及较高的工作效率，使其可以在非常有限的空间里完成许多不同的工作和任务、从而实现各种各样具有高节能潜力的资源节约型解决方案。

参考文献

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