科创中国

行业领域

电子信息技术,计算机及网络技术

需求背景

扫地机器人是集多种功能于一体的智能时代产物，旨在解决用户多样化清洁需求，产品每项功能都是用户在使用该产品时的需求解决方案。然而，设计师根据其经验与操作逻辑产出的设计师模型与用户在特定环境下根据自身需求产生的用户模型存在不匹配现象，导致用户与产品之间存在交互障碍，影响用户的交互体验。用户的需求受内外部环境的同时作用，通常是多元、动态、模糊的，难以通过单一方法进行详细描述。

针对清洁类机器人的交互体验研究，运用心理学领域方法研究扫地机器人与用户之间交互感知机制及用户的交互动机和目的。也有研究通过访谈与原型实验评估了用户更倾向的扫地机器人个性，从而指导扫地机器人的行为设计。通过可用性测试等途径对扫地机器人进行研究，发现碰撞、摩擦性能等均会对用户体验产生影响，并通过理论分析提出了改进方式。国内学者通过研究用户与扫地机器人交互中亲密度与用户体验的相关性，为用户与扫地机器人情感化交互提供设计思路。然而，目前基于用户行为对提升扫地机器人交互体验的研究较少。特定场景下用户行为是内在显性意识与潜意识的外在表现，产品是用户行为需求的物化支持。完全以人性化为出发点进行设计存在一定问题，以用户所产生的行为为指向的设计能更好服务用户。

本技术科学系统地分析用户在家庭情境下与扫地机器人碰撞与摩擦性能的测试，获取用户潜在需求、已满足需求与未满足需求，为扫地机器人产品交互体验优化设计策略制定指明方向，以期提升用户体验。

需解决的主要技术难题

本技术所研究的扫地机器人硬件平台按照结构可以划分为三个子设备：机器人机体、机器人充电基地和激光阻挡器。其中机器人机体按照功能可以划分为三个子系统：动力和电力子系统、传感探测子系统、控制器子系统。控制器子系统：使用意法半导体的32位 CortexM3 处理器芯片STM32F103Z为核心，附带复位、时钟电路，以控制传感探测子系统和动力与电力子系统。电机驱动电路核心是一片 专用电机驱动IC L298N。L298N 芯片内含两个全桥式驱动器，可以同时驱动两个直流电机或者一个两相四线步进电机。逻辑输入部分加入 TLP521-4 光电隔离IC，更好的保护控制器；

模块最大输入电压为 40V，单路峰值电流为3A，持续 2A，最大功率 25W，直插式 IC 背贴散热片，有效避免了芯片过热；

逻辑端输入端采用标准 TTL 电平控制，并设有两个使能端 ENA\ENB，用来允许、禁止器件工作。

工作温度范围在-25℃到130℃之间电机为48:1直流减速电机，***零负载实测转速***。

L298N 电路对外有如下接口： IN1-IN4：逻辑输入端，其中IN1、IN2 控制电机 M1；IN3、IN4 控制电机 M2。通过改变高电平的占空比调速。

ENA、ENB：L298N 使能端（高电平有效，默认短接到 VCC），可通过这两 个端口实现 PWM 调速（使用 PWM 调速时取下跳线帽）。

VCC/GND：逻辑控制部分供电，可以用控制器的 5V/*** 来供电。 VIN/GND：电机供电电源接口，VIN、GND 分别接电源正、负极。

M1、M2：电机线接口。

期望实现的主要技术目标

为实现扫地机器人摩擦力与碰撞力检测,基于电容传感器具有灵敏度高、稳定性好、噪声和滞后性可优化校正等优良特性,研制高灵敏三自由度触力传感器和二自由度触力传感器,对传统电容结构进行结构创新改进,以达到多自由度、空间解耦、高精度测量的要求。

(l)基于切向层差分纤结构和正向碓硅胶疏松电介质结构的设计优化,实现切向和法向的高灵敏度测量。

(2)基于分层组合结构几何参数的设计优化,实现多自由度的解耦设计和高精度测量。

(3)基于印制电路板技术、MEMs硅基工艺和等离子处理技术,实现阵列式触力传感器的微型化、集成化设计。

（4)采用CAN总线及WIFI通讯实现传感器与上位监控系统之间的高效数据传输。

需求解析

解析单位：“科创中国”科技创新全链条服务生态系统专业科技服务团（北京八月瓜科技有限公司） 解析时间：2022-11-21

张晖

中国电子技术标准化研究院

主任

综合评价

技术需求提出单位对需求的精准度描述较清晰。业内已有现成技术可以解决此技术需求问题。 江苏美的清洁电器股份有限公司已经研发了一种扫地机器人碰撞检测系统及方法，系统包括：三轴加速度计，用于检测扫地机器人在三个轴方向上的加速度；陀螺仪，用于检测所述扫地机器人的机身姿态信息；控制器，用于执行以下操作：根据所述三个轴方向上的加速度确定所述扫地机器人满足动作突变条件且根据所述机身姿态信息确定所述扫地机器人的突变动作为碰撞时，利用所述三个轴方向上的加速度确定发生碰撞的方位。建议技术需求提出单位可以与江苏美的清洁电器股份有限公司进行对接。 至于技术需求指标中的高灵敏三自由度触力传感器和二自由度触力传感器，鼎达信科技公司研发了三轴力解耦测量的高灵敏触觉传感器可以实现三轴力的解耦测量及切向、法向相同量级的高灵敏特性，还具有较好解耦特性；并且无突起结构，适用于分布式载荷力的高灵敏测量，可以基本满足此指标。建议技术需求提出单位可以与鼎达信科技公司进行对接。

查看更多>

处理进度