[发明圈]大学生发明智能拖地机器人

刮起48小时“头脑风暴”

大学生发明智能拖地机器人

□周刊记者  苏弼坤  文/图

很多人都用过或见过智能扫地机器人。不管最后的体验感觉如何，初次见到它的时候，第一感觉就是小家伙像精灵一般灵活，碰到障碍物还能自行转弯。扫地机器人确实给懒人提供了一些偷懒的时间。

因为懒，人们发明了吸尘器，又发明了扫地机器人。然而，从扫帚到扫地机器人，人类用了几千年的时间才得以实现。近日，黄淮学院机械与能源工程学院的袁鹏伟、司振飞、刘振国、乔艺博、李占领5名大学生在创客空间里经过48小时的“头脑风暴”，完成了一个具有扫地、拖地、风干功能的智能机器人。

几名学生展示制作好的智能拖地机器人。

设计智能拖地机器人。

1  48小时“头脑风暴”

“说起这个机器人，还要从今年6月11日由郑州创客空间和黄淮学院组织开展的创客马拉松讲起。”昨日上午，在黄淮学院创客中心，智能拖地机器人制作团队的成员之一袁鹏伟说，6月11日下午，创客马拉松组委会进行了一个简短的培训课程，向参赛选手讲解了各零部件的用途以及机器人编程软件的使用，之后比赛正式开始。

袁鹏伟说，在赛制上，创客马拉松要求创客团队在48小时内完成智能项目“从0到1”的过程，也就是说一个智能项目从设想到做成实物且能顺利使用，只有48小时的时间。创客团队由电子科学与技术专业的司振飞、刘振国和机械电子工程专业的袁鹏伟、乔艺博、李占领5人组成。团队在没有任何头绪的情况下完成了所有的开发和设计。

“开发完成后，专业的评委、导师将从创意度、完成度、设计度、商业化等多个角度对我们的项目进行打分评定。”司振飞说，从零件的使用数量到项目的外形，都影响着项目的得分情况，所以他们必须在有限的时间内实现材料更集成、功能更完备甚至具有超越性的项目开发。

2  “头脑风暴”团队发生分歧

“培训课程后开始计时，也就是说我们所有的时间加在一起还不足48小时，可是我们的项目还是‘0’，要想变成‘1’，需要我们团队所有人开动脑筋。”团队成员刘振国说，既然团队是多个人组成的，项目意见肯定有所不同。6月11日，从培训课程结束到晚饭后的几个小时里，他们初步设想了3个方案，其中一个是司振飞提出的智能门锁，还有一个是大家初步设想的智能垃圾桶，最后一个方案是袁鹏伟提出的智能拖地机器人。

刘振国说，智能门锁是在无钥匙的情况下实现门锁的自动开合，避免了匆忙外出忘带钥匙或钥匙丢失的尴尬局面。但是因为当时团队可用的时间还不到40个小时，并且创客马拉松提供的材料中没有门锁。智能门锁被首先否定了。

而智能垃圾桶项目，是考虑到人们倒垃圾时，总是不经意间将垃圾倒到外面。为了避免垃圾外泄，他们在垃圾桶的开口处安装了一个喇叭形的接口，接口能根据垃圾的流量自行调节开口大小，不过因为这个项目不够“高大上”，最终也被否定。

“其实，智能拖地机器人一直都不是我们最满意的方案，毕竟现在市面上已经有智能扫地机器人存在，并且因为工作条件限制和工作结果不理想，一直被人认为是一个伪需求的智能产品。”袁鹏伟说，之所以确定了这一方案是因为他们当时走在创客中心的大厅时，看到了打扫卫生的阿姨，一个人拿着好几斤重的湿拖把完成繁重的工作量。如果能够制造出一个有别于现在市面上的智能扫地机器人，将扫地、拖地、风干功能集一身，将给清洁人员减少很多工作量。最终，6月11日晚9时左右，他们敲定了这个方案。

3  克服困难实现突破

袁鹏伟说，市面上已有的扫地机器人在工作中存在很多弊端，比如只能在发生碰撞后才能转身，如果在建筑物内部环境复杂的情况下，很有可能会在犄角旮旯处出现打扫盲区，并且碰撞次数过多会造成机器人表面损伤。如果照搬这种设计肯定会在评分时大打折扣。

如果想让机器人实现自动转身，只需在机器人前面加装超声波装置，当超声波模块收到前方有障碍物的信息后自动做出转弯指令。在转弯方面，袁鹏伟和其他4人第一次尝试了程序指令转弯，也就是在超声波模块接收到障碍物信息发出转弯指令时，机器人会自动转弯。

“经过第一次试验，我们发现，程序转身只能在非工作状态下完成，一旦开始洒水拖地，因为地面湿滑和机器人自重，机器根本无法实现转弯，完全就是一幅找不着北的样子。”司振飞说，正是这一句“找不着北”，他突然想到了陀螺仪，如果给机器人加装陀螺仪，让其根据自身的定位转身，将不会出现程序转弯角度不足的问题。

“为了避免出现墙角处转弯不足，我们借鉴了现有扫地机器人的转弯程序，也就是通过程序设定，在超声波模块检测到障碍物时，首先倒退一段，然后才转弯。”司振飞说，陀螺仪虽然帮助他们实现了转弯角度不足的问题，但同时存在洒水过多的问题，如果洒水过多地面过湿，造成机器人无法正常运行，即便是装有陀螺仪一样是在原地打转。为了解决这一问题，他们在洒水的喷头上装了步进电机，以求更高的控制精度，让洒水喷头保证打湿拖布的同时不过多地洒水，既节省了水资源又保证了地面湿度适中，机器人能转弯自如。

4  避免“撞车”团队两夜没合眼

“现在扫地机器人已经不新鲜了。生产它的出发点是让人们省心省力打扫卫生，但实际用起来可能不是这样。”司振飞说，为了避免和现在市面上销售的扫地机器人“撞车”，他们借鉴了现有扫地机器人的长处，同时尽可能地避免现有机器人的短处，甚至转化为长处。

“外观也是评分标准之一，所以在解决了各种技术方面的问题后，我们又在外观方面花了近20个小时。”刘振国说，为了能给机器人多挣一些“颜值分”，他们最终把机器人设计成为金字塔形状，同时在金字塔的边线上加装灯带，并利用单片机技术，给灯带设计了延迟频闪，让机器人在开机的那一刻就能给人带来穿越感。

“现有的扫地机器人确实给了我们启发，但是我们要在技术上更进一步。为了避免和现有的机器人‘撞车’，我们5个人在这48小时里几乎没有怎么休息。”司振飞说，从6月11日下午到6月13日中午，机器人最终成型。这段时间里，他们5个人没有离开创客中心半步，渴了饿了就叫外卖，困了就趴在桌子上睡一两个小时。

5  “跑完”创客马拉松后没止步

“48小时后，我们的项目得到了创客马拉松组委会的认可。虽然活动已经结束，但是这个项目我们并不打算停下来。”袁鹏伟说，在当时的48小时里，因为材料有限、时间有限、想法有限，这个智能拖地机器人现在还处于“半成品”状态。

“我们5个人现在还在为它升级换代。”司振飞说，在创客马拉松评比时，他们的机器人能实现的功能只有扫地、拖地、风干。现在他们正在为机器人添加湿度传感器和加湿装置，以求实现其根据室内温湿度状况打扫卫生，并加湿空气。另外，他们还设想在机器人表面加装光伏发电和音乐播放装置，以实现智能家居更贴心和绿色能源的充分利用。同时，他们还将加入物联网，在不久的将来实现远程操控，即便是家中无人，也能够打扫卫生、加湿空气、放音乐等。

“可以说这台智能拖地机器的进化过程还有很长的路要走，我们会继续努力，继续我们的‘头脑风暴’，让它更‘高大上’。”袁鹏伟说，如果这台机器人真的能给人们的生活带来某些实用性的变化，他们会考虑为它申请专利。