現(xiàn)如今，城市的生活節(jié)奏越來越快，人們的時間越來越碎片化，用于清潔家庭衛(wèi)生的時間更是擠不出來，而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，智能電器技術(shù)的發(fā)展愈來愈完善和便捷，家庭智能清潔機器人出現(xiàn)在人們的的視線范圍內(nèi)，很多家庭開始考慮甚至已經(jīng)購買了家庭智能清潔機器人。通過家庭智能清潔機器人，可以輕松快捷地處理繁重的家庭衛(wèi)生，不僅省時且省力。

　　1 家庭智能清潔機器人的技術(shù)發(fā)展趨勢

　　1.1 市場分析

　　有需求就會有市場，人們對于家庭智能清潔機器人的需求已經(jīng)日漸增加，家庭智能清潔機器人作為一種自動化產(chǎn)品在家用市場上深受歡迎，家庭智能清潔機器人的智能化水平日漸提高，能夠在清掃家庭環(huán)境的時候科學(xué)地規(guī)劃清掃路徑和根據(jù)所面臨的垃圾選擇不同的清潔方式。在人工智能時代剛剛開始的時候，家庭智能清潔機器人的制作成本比較高，技術(shù)處于比較值錢的狀態(tài)，因此機器人成本較高，很少有家庭能夠達(dá)到使用智能清潔機器人的消費水平。而現(xiàn)在隨著人工智能時代的到來，越來越多的公司能有時間和經(jīng)濟水平進(jìn)行研發(fā)家庭智能清潔機器人，因此技術(shù)競爭日益激烈，機器人的制作成本會有一個大幅度的下降，隨著成本降低，會有更多的家庭能夠消費得起家庭智能清潔機器人，因此市場消費比例就會有一個大幅度提升。

　　1.2 過去與現(xiàn)有技術(shù)的分析

　　過去家庭智能清潔機器人需要人工使用，開始使用時候需要人工打開機器人，清潔完成之后也需要人工去關(guān)閉機器人，這樣的家庭智能清潔機器人的智能技術(shù)水平較低。而隨著物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益變得成熟，覆蓋的區(qū)域越來越廣，現(xiàn)如今人們可以將家庭智能清潔機器人和移動智能設(shè)備相連接，通過移動智能設(shè)備去控制家庭智能清潔機器人的開關(guān)，方便快捷。過去由于處理器對圖片的識別技術(shù)較低，而且攝像頭的設(shè)備成本也較高，因此很少使用視覺技術(shù)。現(xiàn)在隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展融合，家庭智能清潔機器人已經(jīng)開始采取視覺技術(shù)，可以通過視覺技術(shù)對地面上的垃圾進(jìn)行一個攝影，然后圖像處理后選擇合適的清潔方式，提高清潔的效率和質(zhì)量[1].

　　在清潔智能機器人發(fā)展初期，對于清潔路徑的規(guī)劃、物體的避障還處于探索初期階段。從硬件方面就能看出，以掃地機器人為例子，初期的機器人避障使用的是物理碰撞傳感器，而路徑的規(guī)劃也未體現(xiàn)出來，對于跌落檢測也僅僅處于初期階段。

　　1.2.1 避障技術(shù)

　　機器人的避障技術(shù)作為驅(qū)動能力極為必要的一項功能，在研究過程中被視為重中之重。避障技術(shù)的實現(xiàn)最基本要做到對環(huán)境的感知，而對環(huán)境的感知往往通過傳感器來獲取周圍的環(huán)境信息，包括大小、位置以及材質(zhì)。通過傳感器收到的信息傳回"大腦",并及時對當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行分析后，做出最優(yōu)解，反饋給驅(qū)動部分，達(dá)到避障的作用。目前常使用的傳感器有超聲波傳感器、紅外傳感器、深度相機、激光雷達(dá)、物理碰撞傳感器等[2].在這些傳感器中，以激光雷達(dá)、深度相機為代表的傳感器，其優(yōu)點是檢測距離遠(yuǎn)、對三維輪廓的識別精度高、對于復(fù)雜輪廓的物體有較好的識別能力;缺點是造價不低且安裝難度較高。而以超聲波傳感器、紅外傳感器為代表的傳感器，其優(yōu)點是成本低廉、實施簡單，在識別透明物體上有不錯的表現(xiàn);缺點是識別距離近、精度低，難以做到對部分或整體環(huán)境的分析和識別。

　　從表現(xiàn)上來看，達(dá)到更好的避障技術(shù)應(yīng)是讓各傳感器合理地發(fā)揮他們的作用，進(jìn)行復(fù)合式的安裝，將各傳感器進(jìn)行融合，取長補短，達(dá)到有效避障。

　　1.2.2 路徑規(guī)劃

　　路徑規(guī)劃作為運動規(guī)劃中的一類，在國內(nèi)研究中有著較為深厚的基礎(chǔ)。就清潔機器人的路徑規(guī)劃來看，此類問題屬于連續(xù)域范圍內(nèi)的遍歷式路徑規(guī)劃，解決此類問題的常用算法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法、粒子群算法等[3].當(dāng)清潔機器人工作時，處理從傳感器傳輸來的各種環(huán)境信息，計算并合理地規(guī)劃當(dāng)前最合理的清潔路徑。此時傳感器、系統(tǒng)處理器以及優(yōu)質(zhì)的算法對于機器人來說尤為重要，就傳感器來說，實時的掃描周圍的環(huán)境并及時反饋，這必須與激光雷達(dá)、深度相機等避障傳感器相結(jié)合，達(dá)到構(gòu)建周圍環(huán)境的三維輪廓模型的作用。處理器及時處理數(shù)據(jù)，并運用適合的算法在構(gòu)建好的三維模型中計算最合理的路徑。

　　當(dāng)然，僅靠三維模型技術(shù)和遍布式路徑規(guī)劃算法相結(jié)合是不夠的，以后的發(fā)展中更應(yīng)做到將多種算法相結(jié)合，對路徑規(guī)劃算法進(jìn)行改進(jìn)。

　　2 家庭智能清潔機器人的發(fā)展現(xiàn)狀

　　家庭智能清潔機器人目前最多的是掃地機器人和擦窗機器人兩種類型。家庭智能清潔機器人的最大目的就是憑借人工智能技術(shù)，代替人工勞動，對家庭環(huán)境，如地面、窗戶進(jìn)行自動地清潔和打掃[4].

　　2.1 掃地機器人

　　掃地機器人顧名思義就是清潔地面衛(wèi)生所使用的家庭智能清潔機器人，現(xiàn)在的掃地機器人技術(shù)可以達(dá)到自動識別地面上是否有灰塵，通過圖像識別技術(shù)分析地面的垃圾環(huán)境應(yīng)該運用哪種清潔技術(shù)，從而選擇最適合的清潔模式，可以保證掃地機器人達(dá)到清潔效率的最大化。有部分品牌機器人會具有對一些邊角縫隙清潔的單獨模式，能夠完美地對整體環(huán)境進(jìn)行清掃，也可以設(shè)置預(yù)約清潔的功能，

　　可以對機器人設(shè)定特定的工作時間。掃地機器人圖像識別過程如圖1所示。

　　圖像技術(shù)更新和完善之后，各類傳感器運營而生，上文中提到，避障技術(shù)和路徑規(guī)劃對于掃地機器人來說是必不可少的，高效的技術(shù)組合，讓機器人工作起來更加得心應(yīng)手。在機器人進(jìn)入一個陌生環(huán)境后，將會及時的掃描周圍環(huán)境，并建立對應(yīng)的三位環(huán)境模型，在確定周圍環(huán)境后便更換最適合的清潔模式。

　　歸根結(jié)底，掃地機器人最重要的就是其清潔能力，掃地、吸塵、集塵、拖地等便是衡量機器人清潔能力的體現(xiàn)。就掃地功能來說，多采用刷掃、真空、靜電吸附等形式，將各種垃圾及時地吸入機器內(nèi)部的集塵盒中，方便集中處理[5].就拖地功能來說，拖地抹布的選材和水泵的給水，都對拖地功能的能力體現(xiàn)至關(guān)重要。

　　2.2 擦窗機器人

　　地球上的土地是有限的，而人口卻在不斷增加，近二十年來，國內(nèi)高樓不斷增加，對于高層居住的人們來說，清潔窗戶玻璃是不太安全的一件事，而擦窗機器人能夠代替人們對窗戶進(jìn)行清潔，從而規(guī)避高層清理窗戶的危險，并且可以大面積地進(jìn)行清理。擦窗機器人在機器人底部裝有抹布，其設(shè)計能夠?qū)�機器人完全的貼服在玻璃的表面上，機器人在窗戶上移動的時候會帶動底部的抹布去進(jìn)行擦拭玻璃，并且在開啟機器人之后，圖像識別技術(shù)會啟動智能感應(yīng)，通過圖像技術(shù)傳達(dá)回中央處理器后能夠識別到窗戶的大小，規(guī)劃特定的路線，對于一些角落里的臟處也能擦到，并且清潔速度也很快。擦窗機器人一般會比較小巧，這樣才能夠靈活行走，以及對速度有一個較好的掌控[6].

　　對于玻璃表面的材質(zhì)、弧度、角度也會有一個較好的掌控，通過LDS激光規(guī)劃、陀螺儀規(guī)劃技術(shù)來進(jìn)行掃描周圍環(huán)境以及建立三維環(huán)境模型，從而通過中央處理器取決于是否在擦拭過程中產(chǎn)生危險。

　　在一次次的技術(shù)革新中，更是演變出了無線擦窗機器人，在擺脫了線的約束下，工作起來更加得心應(yīng)手。支撐起此項技術(shù)的背后必須有以下幾個條件：(1)續(xù)航能力。只有在電池的容量增大后，才能滿足更高強度的清潔任務(wù)。(2)加強離心式風(fēng)機的綜合性能。只有這樣才能預(yù)防掉落的危險發(fā)生，增強工作效率，減少電源的消耗。(3)更好的安全系統(tǒng)。一是防止高空墜落，二是預(yù)防機器的掉落，造成財產(chǎn)的損失。在電量較少的情況下，將會預(yù)留一部分的電量用于讓機器進(jìn)入待機狀態(tài)，牢牢地吸附在所擦拭的物體表面，防止掉落，確保機器和周圍環(huán)境的安全。

　　3 總結(jié)

　　進(jìn)入了人工智能時代之后，智能技術(shù)在未來基本上能夠覆蓋人們生活的所有范圍和層面，同時也會為人們的生活帶來很多的便利，由于清潔和打掃是人們生活每天都必須面對的，因此家庭智能清潔機器人是在家庭中最受歡迎的機器人。未來，家庭智能清潔機器人的智能技術(shù)發(fā)展還會更上一層樓，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和家庭智能方面都會有新的發(fā)展，技術(shù)會變得更加成熟。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]牛立群，孫曉普家用清潔機器人的技術(shù)發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀[J]科技與創(chuàng)新， 2020(12);.74-75.

　　[2]彭緩緩，郭毅鋒，李健，等智能移動機器人的多傳感器控制避障研究[J].機械設(shè)計與制造， 2021(1)：259-262.

　　[3]張廣林，胡小梅，柴劍飛，等路徑規(guī)劃算法及其應(yīng)用綜述[J] .現(xiàn)代機械， 2011(5)：85-90.

　　《淺析家庭智能清潔機器人的技術(shù)發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀》來源：《科技與創(chuàng)新》，作者：袁茂鴻,郭衍哲,林培坤