袁致煥 鄔學(xué)謙 熊開勝

(1.蘇州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院 江蘇蘇州 215000；2.蘇州萬特銳儀器有限公司 江蘇蘇州 215000)

1 掃地機器人性能測試技術(shù)分類

掃地機器人性能測試方法標準GB/T 34454-2017《家用干式清潔機器人 性能測試方法》等同采用國際標準IEC 62929：2014 Cleaning robots for household use-Dry cleaning: Methods of measuring performance，其中對于掃地機器人除塵能力的測試方法進行了詳細的描述，主要包括矩形框除塵和直線除塵這兩種方法。矩形框除塵測試用于提供機器人以自主運行方式在無障礙的空曠區(qū)域工作和移動時的除塵能力的指示性數(shù)據(jù)，可用于不同產(chǎn)品之間進行比較。直線除塵測試用于評價機器人在排除自主移動的影響時的除塵能力，測試結(jié)果可以在機器人之間直接對比。矩形框除塵是比較傳統(tǒng)的測試方法，在掃地機器人的舊標準QB/T 4833-2015《家用和類似用途清潔機器人》中使用的就是該方法，該方法規(guī)定：如果機器人在15min內(nèi)停止自主清潔工作，則測試結(jié)束，記錄工作時間；如果機器人在15min后仍然工作，應(yīng)停止機器人移動，記錄工作時間為15min。這樣就帶來一個問題，除塵量和工作時間將作為兩個參數(shù)反映掃地機器人的除塵能力，從而無法對兩臺不同運行模式的掃地機器人進行除塵能力上的直觀比較。根據(jù)IEC內(nèi)部會議討論結(jié)果，這種方法將在下一版的IEC標準中去除，直線除塵將成為唯一反映掃地機器人除塵能力的測試方法。

2 掃地機器人直線除塵自動化測試內(nèi)容及解決方法

2.1 使測試灰塵按標準要求均勻分布，通過滾輪壓入地毯

標準中要求布灰區(qū)域的寬度根據(jù)掃地機器人的吸塵口寬度而定，因而撒灰槽應(yīng)該設(shè)計成可以調(diào)節(jié)寬度，撒灰槽行走距離可以自動控制，標準中要求的硬地板測試灰塵分布為50g/m2，地毯測試灰塵分布為125g/m2。至于如何將灰塵在硬地板和地毯上均勻分布，擬采用的方法一是灰槽底部安置一根帶有多孔的滾軸，滾軸按照一定的速度轉(zhuǎn)動，標準試驗灰就可以均勻分布在地毯上。擬采用的方法二是用細毛滾刷代替多孔滾軸，在滾軸下面增加一個類似梳子的結(jié)構(gòu)，便于超細顆粒分離脫落。當灰槽的灰完全漏撒完畢，標準壓軌進行10個來回輥壓。

2.2 輔助掃地機器人勻速直線運動并測速

機器人直線運動，是一個試驗假設(shè)的理想狀態(tài)。事實上影響機器人直線行走有很多因素，如清潔運行邏輯、電子齒輪失步、萬向輪以及主動輪不圓等因素，就算掃地機器人設(shè)置為直線行走的測試模式，也很難真的做到直線行走。擬解決兩個問題，確保機器人直線運動且準確地行駛在布灰區(qū)域以及其運動速度（速度快慢會影響除塵效率）測試。直線行走的解決方法：目前來說大部分掃地機器人都具備直線行走測試模式，在機上按鍵、遙控器或APP的協(xié)助下進行測試，與此同時增加一個可調(diào)節(jié)的輔助滑軌及定位裝置，從而使掃地機器人能沿軌跡進行直線行走。速度測試的解決方法：機器人一般行走速度為0.1～0.3m/s，需要準確到0.05mm,才不至于對結(jié)果產(chǎn)生影響。方法一是測量運動區(qū)間總時間，計算平均速度，方法二是視覺跟蹤軌跡計算平均速度。前者比后者測量準確，但后者可以記錄試驗過程中可能碰到的卡滯、局部停止現(xiàn)象。

2.3 測試過程自動化閉環(huán)控制并生成報告

除塵能力測試中，撒灰，壓灰，測速，稱重等過程都至關(guān)重要，標準都有著明確的要求，因而自動化閉環(huán)控制可以避免復(fù)雜操作流程的錯亂及人為操作帶來的不確定度，撒灰時控制撒灰區(qū)域的寬度及長度，壓灰時需要控制壓灰的速度及力度，測速時控制好傳感器的間距，稱重時將實時數(shù)據(jù)導(dǎo)入至軟件中，最后通過編寫好的運算方式運算出硬地板直線除塵能力，地毯直線除塵能力，運行速度等參數(shù)。

3 完善研制掃地機器人直線除塵自動化測試裝置

3.1 研制使測試灰塵均勻分布及壓入地毯的裝置

該任務(wù)的研究目標是實現(xiàn)灰塵的均勻分布及壓入地毯。研究內(nèi)容包括研究如何精準地確定布灰區(qū)域，包括通過絲桿調(diào)節(jié)撒灰槽內(nèi)的擋板來確定布灰區(qū)域的寬度，通過伺服電機調(diào)節(jié)撒灰槽行走的區(qū)間來確定布灰區(qū)域的長度；研究如何控制標準灰在撒灰槽中流出速度；研究如何控制標準壓軌的力度和速度來進行壓灰。考核指標：硬灰塵能夠均勻分布并壓入地毯內(nèi)，達到標準要求的分布密度；壓灰滾輪能對地毯施加標準要求的恒定壓力，壓灰滾輪速度達到0.5±0.02 m/s。

3.2 研制輔助掃地機器人勻速直線運動并測速的裝置

該任務(wù)的研究目標是實現(xiàn)輔助機器人的勻速直線運動并測速。研究內(nèi)容包括研究如何通過增加可調(diào)節(jié)輔助滑軌及定位裝置的方式，使掃地機器人能夠直線運行；研究如何通過增加跟蹤相機或者光電傳感器的方式，對掃地機器人的平均速度進行測試?？己酥笜耍簰叩貦C器人能夠沿軌跡直線行走，測速采樣率達到30Hz以上。

3.3 研制實時導(dǎo)入稱重數(shù)據(jù)并計算結(jié)果的軟件

該任務(wù)的研究目標是實現(xiàn)對掃地機器人的自動稱重，通過軟件計算出除塵能力的數(shù)值。研究內(nèi)容包括如何將稱重數(shù)據(jù)實時導(dǎo)入軟件，避免人為操作帶來的偏差；研究如何將原始數(shù)據(jù)通過預(yù)設(shè)的公式進行運算，得出測試結(jié)果?？己酥笜耍簩⒏鞣Q重物放于天平后，能夠?qū)崟r導(dǎo)入稱重數(shù)據(jù)至測試軟件，最后能夠自動計算出正確的除塵能力數(shù)值。

4 結(jié)語

（1）研制使測試灰塵均勻分布及壓入地毯的裝置，在灰槽底部安置一根帶有多孔的滾軸，滾軸按照一定的速度轉(zhuǎn)動，同時振動撒灰槽，標準試驗灰就可以均勻分布在地毯上。為了讓不同類型的標準灰塵都能很好地通過，亦可采用細毛滾刷代替多孔滾軸的方式。

（2）加入自動升降壓灰輪，并通過伺服電機控制滾輪在一定的速度和力度下進行前后往復(fù)運動，將灰塵完全壓入地毯中。

（3）通過絲桿調(diào)節(jié)撒灰槽內(nèi)的擋板來確定布灰區(qū)域的寬度。通過伺服電機調(diào)節(jié)撒灰槽行走的區(qū)間來確定布灰區(qū)域的長度。

（4）采用導(dǎo)軌滑塊搭配定位桿的方式，輔助掃地機器人在規(guī)定區(qū)域內(nèi)做精準直線運動，并通過光電傳感器測量平均速度。

（5）通過軟件及控制器，實現(xiàn)撒灰，壓灰，測速，稱重等過程自動化閉環(huán)控制，并自動生成報告。