[發(fā)明圈]大學(xué)生發(fā)明智能拖地機(jī)器人

刮起48小時“頭腦風(fēng)暴”

大學(xué)生發(fā)明智能拖地機(jī)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(jī)器人。不管最后的體驗(yàn)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(zhuǎn)彎。掃地機(jī)器人確實(shí)給懶人提供了一些偷懶的時間。

因?yàn)閼校藗儼l(fā)明了吸塵器，又發(fā)明了掃地機(jī)器人。然而，從掃帚到掃地機(jī)器人，人類用了幾千年的時間才得以實(shí)現(xiàn)。近日，黃淮學(xué)院機(jī)械與能源工程學(xué)院的袁鵬偉、司振飛、劉振國、喬藝博、李占領(lǐng)5名大學(xué)生在創(chuàng)客空間里經(jīng)過48小時的“頭腦風(fēng)暴”，完成了一個具有掃地、拖地、風(fēng)干功能的智能機(jī)器人。

幾名學(xué)生展示制作好的智能拖地機(jī)器人。

設(shè)計智能拖地機(jī)器人。

1  48小時“頭腦風(fēng)暴”

“說起這個機(jī)器人，還要從今年6月11日由鄭州創(chuàng)客空間和黃淮學(xué)院組織開展的創(chuàng)客馬拉松講起。”昨日上午，在黃淮學(xué)院創(chuàng)客中心，智能拖地機(jī)器人制作團(tuán)隊(duì)的成員之一袁鵬偉說，6月11日下午，創(chuàng)客馬拉松組委會進(jìn)行了一個簡短的培訓(xùn)課程，向參賽選手講解了各零部件的用途以及機(jī)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(chuàng)客馬拉松要求創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)在48小時內(nèi)完成智能項(xiàng)目“從0到1”的過程，也就是說一個智能項(xiàng)目從設(shè)想到做成實(shí)物且能順利使用，只有48小時的時間。創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)由電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的司振飛、劉振國和機(jī)械電子工程專業(yè)的袁鵬偉、喬藝博、李占領(lǐng)5人組成。團(tuán)隊(duì)在沒有任何頭緒的情況下完成了所有的開發(fā)和設(shè)計。

“開發(fā)完成后，專業(yè)的評委、導(dǎo)師將從創(chuàng)意度、完成度、設(shè)計度、商業(yè)化等多個角度對我們的項(xiàng)目進(jìn)行打分評定。”司振飛說，從零件的使用數(shù)量到項(xiàng)目的外形，都影響著項(xiàng)目的得分情況，所以他們必須在有限的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)材料更集成、功能更完備甚至具有超越性的項(xiàng)目開發(fā)。

2  “頭腦風(fēng)暴”團(tuán)隊(duì)發(fā)生分歧

“培訓(xùn)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(xiàng)目還是‘0’，要想變成‘1’，需要我們團(tuán)隊(duì)所有人開動腦筋。”團(tuán)隊(duì)成員劉振國說，既然團(tuán)隊(duì)是多個人組成的，項(xiàng)目意見肯定有所不同。6月11日，從培訓(xùn)課程結(jié)束到晚飯后的幾個小時里，他們初步設(shè)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(shè)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(jī)器人。

劉振國說，智能門鎖是在無鑰匙的情況下實(shí)現(xiàn)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?yàn)楫?dāng)時團(tuán)隊(duì)可用的時間還不到40個小時，并且創(chuàng)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(xiàng)目，是考慮到人們倒垃圾時，總是不經(jīng)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(jù)垃圾的流量自行調(diào)節(jié)開口大小，不過因?yàn)檫@個項(xiàng)目不夠“高大上”，最終也被否定。

“其實(shí)，智能拖地機(jī)器人一直都不是我們最滿意的方案，畢竟現(xiàn)在市面上已經(jīng)有智能掃地機(jī)器人存在，并且因?yàn)楣ぷ鳁l件限制和工作結(jié)果不理想，一直被人認(rèn)為是一個偽需求的智能產(chǎn)品。”袁鵬偉說，之所以確定了這一方案是因?yàn)樗麄儺?dāng)時走在創(chuàng)客中心的大廳時，看到了打掃衛(wèi)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(xiàn)在市面上的智能掃地機(jī)器人，將掃地、拖地、風(fēng)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(shí)現(xiàn)突破

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

如果想讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動轉(zhuǎn)身，只需在機(jī)器人前面加裝超聲波裝置，當(dāng)超聲波模塊收到前方有障礙物的信息后自動做出轉(zhuǎn)彎指令。在轉(zhuǎn)彎方面，袁鵬偉和其他4人第一次嘗試了程序指令轉(zhuǎn)彎，也就是在超聲波模塊接收到障礙物信息發(fā)出轉(zhuǎn)彎指令時，機(jī)器人會自動轉(zhuǎn)彎。

“經(jīng)過第一次試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，程序轉(zhuǎn)身只能在非工作狀態(tài)下完成，一旦開始灑水拖地，因?yàn)榈孛鏉窕蜋C(jī)器人自重，機(jī)器根本無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)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(jī)器人加裝陀螺儀，讓其根據(jù)自身的定位轉(zhuǎn)身，將不會出現(xiàn)程序轉(zhuǎn)彎角度不足的問題。

“為了避免出現(xiàn)墻角處轉(zhuǎn)彎不足，我們借鑒了現(xiàn)有掃地機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎程序，也就是通過程序設(shè)定，在超聲波模塊檢測到障礙物時，首先倒退一段，然后才轉(zhuǎn)彎。”司振飛說，陀螺儀雖然幫助他們實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)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(jī)器人無法正常運(yùn)行，即便是裝有陀螺儀一樣是在原地打轉(zhuǎn)。為了解決這一問題，他們在灑水的噴頭上裝了步進(jìn)電機(jī)，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(jié)省了水資源又保證了地面濕度適中，機(jī)器人能轉(zhuǎn)彎自如。

4  避免“撞車”團(tuán)隊(duì)兩夜沒合眼

“現(xiàn)在掃地機(jī)器人已經(jīng)不新鮮了。生產(chǎn)它的出發(fā)點(diǎn)是讓人們省心省力打掃衛(wèi)生，但實(shí)際用起來可能不是這樣。”司振飛說，為了避免和現(xiàn)在市面上銷售的掃地機(jī)器人“撞車”，他們借鑒了現(xiàn)有掃地機(jī)器人的長處，同時盡可能地避免現(xiàn)有機(jī)器人的短處，甚至轉(zhuǎn)化為長處。

“外觀也是評分標(biāo)準(zhǔn)之一，所以在解決了各種技術(shù)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(jī)器人多掙一些“顏值分”，他們最終把機(jī)器人設(shè)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(jī)技術(shù)，給燈帶設(shè)計了延遲頻閃，讓機(jī)器人在開機(jī)的那一刻就能給人帶來穿越感。

“現(xiàn)有的掃地機(jī)器人確實(shí)給了我們啟發(fā)，但是我們要在技術(shù)上更進(jìn)一步。為了避免和現(xiàn)有的機(jī)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(jī)器人最終成型。這段時間里，他們5個人沒有離開創(chuàng)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(chuàng)客馬拉松后沒止步

“48小時后，我們的項(xiàng)目得到了創(chuàng)客馬拉松組委會的認(rèn)可。雖然活動已經(jīng)結(jié)束，但是這個項(xiàng)目我們并不打算停下來。”袁鵬偉說，在當(dāng)時的48小時里，因?yàn)椴牧嫌邢蕖r間有限、想法有限，這個智能拖地機(jī)器人現(xiàn)在還處于“半成品”狀態(tài)。

“我們5個人現(xiàn)在還在為它升級換代。”司振飛說，在創(chuàng)客馬拉松評比時，他們的機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)的功能只有掃地、拖地、風(fēng)干。現(xiàn)在他們正在為機(jī)器人添加濕度傳感器和加濕裝置，以求實(shí)現(xiàn)其根據(jù)室內(nèi)溫濕度狀況打掃衛(wèi)生，并加濕空氣。另外，他們還設(shè)想在機(jī)器人表面加裝光伏發(fā)電和音樂播放裝置，以實(shí)現(xiàn)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(lián)網(wǎng)，在不久的將來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，即便是家中無人，也能夠打掃衛(wèi)生、加濕空氣、放音樂等。

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