[發明圈]大學生發明智能拖地機器人

刮起48小時“頭腦風暴”

大學生發明智能拖地機器人

□周刊記者  蘇弼坤  文/圖

很多人都用過或見過智能掃地機器人。不管最后的體驗感覺如何，初次見到它的時候，第一感覺就是小家伙像精靈一般靈活，碰到障礙物還能自行轉彎。掃地機器人確實給懶人提供了一些偷懶的時間。

因為懶，人們發明了吸塵器，又發明了掃地機器人。然而，從掃帚到掃地機器人，人類用了幾千年的時間才得以實現。近日，黃淮學院機械與能源工程學院的袁鵬偉、司振飛、劉振國、喬藝博、李占領5名大學生在創客空間里經過48小時的“頭腦風暴”，完成了一個具有掃地、拖地、風干功能的智能機器人。

幾名學生展示制作好的智能拖地機器人。

設計智能拖地機器人。

1  48小時“頭腦風暴”

“說起這個機器人，還要從今年6月11日由鄭州創客空間和黃淮學院組織開展的創客馬拉松講起。”昨日上午，在黃淮學院創客中心，智能拖地機器人制作團隊的成員之一袁鵬偉說，6月11日下午，創客馬拉松組委會進行了一個簡短的培訓課程，向參賽選手講解了各零部件的用途以及機器人編程軟件的使用，之后比賽正式開始。

袁鵬偉說，在賽制上，創客馬拉松要求創客團隊在48小時內完成智能項目“從0到1”的過程，也就是說一個智能項目從設想到做成實物且能順利使用，只有48小時的時間。創客團隊由電子科學與技術專業的司振飛、劉振國和機械電子工程專業的袁鵬偉、喬藝博、李占領5人組成。團隊在沒有任何頭緒的情況下完成了所有的開發和設計。

“開發完成后，專業的評委、導師將從創意度、完成度、設計度、商業化等多個角度對我們的項目進行打分評定。”司振飛說，從零件的使用數量到項目的外形，都影響著項目的得分情況，所以他們必須在有限的時間內實現材料更集成、功能更完備甚至具有超越性的項目開發。

2  “頭腦風暴”團隊發生分歧

“培訓課程后開始計時，也就是說我們所有的時間加在一起還不足48小時，可是我們的項目還是‘0’，要想變成‘1’，需要我們團隊所有人開動腦筋。”團隊成員劉振國說，既然團隊是多個人組成的，項目意見肯定有所不同。6月11日，從培訓課程結束到晚飯后的幾個小時里，他們初步設想了3個方案，其中一個是司振飛提出的智能門鎖，還有一個是大家初步設想的智能垃圾桶，最后一個方案是袁鵬偉提出的智能拖地機器人。

劉振國說，智能門鎖是在無鑰匙的情況下實現門鎖的自動開合，避免了匆忙外出忘帶鑰匙或鑰匙丟失的尷尬局面。但是因為當時團隊可用的時間還不到40個小時，并且創客馬拉松提供的材料中沒有門鎖。智能門鎖被首先否定了。

而智能垃圾桶項目，是考慮到人們倒垃圾時，總是不經意間將垃圾倒到外面。為了避免垃圾外泄，他們在垃圾桶的開口處安裝了一個喇叭形的接口，接口能根據垃圾的流量自行調節開口大小，不過因為這個項目不夠“高大上”，最終也被否定。

“其實，智能拖地機器人一直都不是我們最滿意的方案，畢竟現在市面上已經有智能掃地機器人存在，并且因為工作條件限制和工作結果不理想，一直被人認為是一個偽需求的智能產品。”袁鵬偉說，之所以確定了這一方案是因為他們當時走在創客中心的大廳時，看到了打掃衛生的阿姨，一個人拿著好幾斤重的濕拖把完成繁重的工作量。如果能夠制造出一個有別于現在市面上的智能掃地機器人，將掃地、拖地、風干功能集一身，將給清潔人員減少很多工作量。最終，6月11日晚9時左右，他們敲定了這個方案。

3  克服困難實現突破

袁鵬偉說，市面上已有的掃地機器人在工作中存在很多弊端，比如只能在發生碰撞后才能轉身，如果在建筑物內部環境復雜的情況下，很有可能會在犄角旮旯處出現打掃盲區，并且碰撞次數過多會造成機器人表面損傷。如果照搬這種設計肯定會在評分時大打折扣。

如果想讓機器人實現自動轉身，只需在機器人前面加裝超聲波裝置，當超聲波模塊收到前方有障礙物的信息后自動做出轉彎指令。在轉彎方面，袁鵬偉和其他4人第一次嘗試了程序指令轉彎，也就是在超聲波模塊接收到障礙物信息發出轉彎指令時，機器人會自動轉彎。

“經過第一次試驗，我們發現，程序轉身只能在非工作狀態下完成，一旦開始灑水拖地，因為地面濕滑和機器人自重，機器根本無法實現轉彎，完全就是一幅找不著北的樣子。”司振飛說，正是這一句“找不著北”，他突然想到了陀螺儀，如果給機器人加裝陀螺儀，讓其根據自身的定位轉身，將不會出現程序轉彎角度不足的問題。

“為了避免出現墻角處轉彎不足，我們借鑒了現有掃地機器人的轉彎程序，也就是通過程序設定，在超聲波模塊檢測到障礙物時，首先倒退一段，然后才轉彎。”司振飛說，陀螺儀雖然幫助他們實現了轉彎角度不足的問題，但同時存在灑水過多的問題，如果灑水過多地面過濕，造成機器人無法正常運行，即便是裝有陀螺儀一樣是在原地打轉。為了解決這一問題，他們在灑水的噴頭上裝了步進電機，以求更高的控制精度，讓灑水噴頭保證打濕拖布的同時不過多地灑水，既節省了水資源又保證了地面濕度適中，機器人能轉彎自如。

4  避免“撞車”團隊兩夜沒合眼

“現在掃地機器人已經不新鮮了。生產它的出發點是讓人們省心省力打掃衛生，但實際用起來可能不是這樣。”司振飛說，為了避免和現在市面上銷售的掃地機器人“撞車”，他們借鑒了現有掃地機器人的長處，同時盡可能地避免現有機器人的短處，甚至轉化為長處。

“外觀也是評分標準之一，所以在解決了各種技術方面的問題后，我們又在外觀方面花了近20個小時。”劉振國說，為了能給機器人多掙一些“顏值分”，他們最終把機器人設計成為金字塔形狀，同時在金字塔的邊線上加裝燈帶，并利用單片機技術，給燈帶設計了延遲頻閃，讓機器人在開機的那一刻就能給人帶來穿越感。

“現有的掃地機器人確實給了我們啟發，但是我們要在技術上更進一步。為了避免和現有的機器人‘撞車’，我們5個人在這48小時里幾乎沒有怎么休息。”司振飛說，從6月11日下午到6月13日中午，機器人最終成型。這段時間里，他們5個人沒有離開創客中心半步，渴了餓了就叫外賣，困了就趴在桌子上睡一兩個小時。

5  “跑完”創客馬拉松后沒止步

“48小時后，我們的項目得到了創客馬拉松組委會的認可。雖然活動已經結束，但是這個項目我們并不打算停下來。”袁鵬偉說，在當時的48小時里，因為材料有限、時間有限、想法有限，這個智能拖地機器人現在還處于“半成品”狀態。

“我們5個人現在還在為它升級換代。”司振飛說，在創客馬拉松評比時，他們的機器人能實現的功能只有掃地、拖地、風干。現在他們正在為機器人添加濕度傳感器和加濕裝置，以求實現其根據室內溫濕度狀況打掃衛生，并加濕空氣。另外，他們還設想在機器人表面加裝光伏發電和音樂播放裝置，以實現智能家居更貼心和綠色能源的充分利用。同時，他們還將加入物聯網，在不久的將來實現遠程操控，即便是家中無人，也能夠打掃衛生、加濕空氣、放音樂等。

“可以說這臺智能拖地機器的進化過程還有很長的路要走，我們會繼續努力，繼續我們的‘頭腦風暴’，讓它更‘高大上’。”袁鵬偉說，如果這臺機器人真的能給人們的生活帶來某些實用性的變化，他們會考慮為它申請專利。