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智能家居產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，極大地促進了智能家電產(chǎn)品的推廣。掃地機器人，又稱自動打掃機、智能吸塵器、機器人吸塵器等，是智能家用電器的一種，通過采用一定的人工智能技術，自動在房間內(nèi)完成清掃、吸塵、擦地等地板清理工作。掃地機器人通常采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的工作。

目前市場上掃地機器人的品牌繁多，市場發(fā)展參差不齊，不同品牌產(chǎn)品的宣傳和產(chǎn)品的實際性能存在差距，即消費者存在一定的信息不對稱，這也為消費者選購帶來了一定的困難。本文從消費者角度出發(fā)，通過對比十種不同品牌的掃地機器人，對其功能性與智能性進行對比試驗研究，通過試驗得到直觀的評價結果不僅能夠考察掃地機器人產(chǎn)品的各項性能指標，同時也能給消費者提供直觀的參考依據(jù)和有效的指導。

1、工作原理

掃地機器人系統(tǒng)通常由移動機構、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和吸塵系統(tǒng)四個部分組成，移動機構是掃地機器人的主體，決定了機器人的運動空間，一般采用輪式機構，感知系統(tǒng)一般采用超聲波測距儀、接觸和接近覺傳感器、紅外線傳感器和CCD攝像機等。掃地機器人的控制與工作環(huán)境往往是不確定的或多變的，因此必須兼顧安全可靠性、抗干擾性等。就紅外傳感偵測技術而言，傳感器數(shù)量越多，掃地機器人在自動回充、防跌落探測、防碰撞等智能性感應方面就會越精準?；镜膾叩貦C器人構成如圖1所示。

圖1 掃地機器人基本構成示意圖

掃地機器人是由微電腦控制，可實現(xiàn)自動導航并對地面進行清掃和吸塵，其碰撞頭上搭載的紅外反射探測器，可自動判斷前方是否為障礙物或懸崖，實現(xiàn)對前方障礙物的躲避和繞過以防跌落；其兩側的清掃輪一方面清掃角落和地面，另一方面通過相對旋轉(zhuǎn)，使垃圾不會從機體底部溜掉，同時在清掃吸塵一體的雙重作用下，使被掃起來的塵土有規(guī)律和順暢地進入垃圾收集盒內(nèi)。掃地機器人前輪和清掃輪動力箱內(nèi)安裝的光電傳感器，可使掃地機器人擁有自動防機體和掃輪卡死的功能：當被卡住時會自動后退或關機。簡而言之，掃地機器人之所以智能，主要靠的是傳感器，一款好的掃地機器人，能夠?qū)⒏兄?、?zhí)行與控制運行及吸塵能力綜合起來，實現(xiàn)清掃效果最優(yōu)化，智能效果人性化。

2、性能對比試驗及分析

本文通過挑選10款電商熱銷的掃地機器人進行橫向?qū)Ρ仍囼灒放朴袗弁?、福瑪特、國王、海爾、科沃斯、美的、俐拓、浦桑尼克、松下、iRobot，價格區(qū)間從699元到3999元不等，從功能性和智能性兩方面來開展性能對比試驗分析。其中功能性涉及移動機構和吸塵系統(tǒng)，體現(xiàn)清掃與吸塵的結果，主要從產(chǎn)品的清潔能力、清掃模式、集塵盒容量及噪聲等方面進行對比試驗研究；智能性涉及掃地機器人的感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，即體現(xiàn)清掃與吸塵的過程，主要從充放電、避障能力、防跌落等方面進行對比試驗研究。掃地機價格構成圖如圖2所示。

圖2 掃地機價格構成圖

2.1 功能性對比試驗

2.1.1 清潔能力

掃地機器人最重要的功能就是清潔能力，這是它的本職工作，也是第一要務。一般來講，與清潔能力相關的因素主要有電池容量、吸塵口吸力大小、滾刷轉(zhuǎn)速、邊角刷數(shù)量等。較大的電池容量能有效保證掃地的持續(xù)性；吸塵口由軟膠制成，保證清潔時能與地面緊密貼合形成真空區(qū)，讓吸力瞬間提升，能輕松吸進灰塵；高速運轉(zhuǎn)的雙滾刷能夠真正“快準狠”地吸入大小不一的灰塵；邊角刷數(shù)量多有利于驅(qū)趕周圍灰塵有效吸入吸塵盒。

本文通過碎紙與黃豆的吸入量來研究掃地機器人的清潔能力，具體做法如下：清潔能力1，將碎紙機打碎的碎紙50g均勻鋪撒在1.2×1.2硬地板平面內(nèi)（如圖3所示），統(tǒng)一開啟自動清潔功能，記錄下清掃干凈所需的總時間（s），計算出清掃效率1。

圖3 碎紙試驗

清潔能力2，統(tǒng)一將1kg標準大豆均勻鋪撒在1.2×1.2硬地板平面內(nèi)（如圖4所示），統(tǒng)一開啟自動清潔功能，統(tǒng)一運行60s，稱量吸塵盒內(nèi)被吸入的黃豆重量，計算出清掃效率2，測試結果如表1所示。

圖4 黃豆試驗

從表1可以看出，在清掃碎紙的試驗中，清掃效率最大值能達到30g/min，最小值只有2.4g/min。從測試過程發(fā)現(xiàn)，結果差距大的主要原因在于掃地機器人的吸力大小和電機運轉(zhuǎn)速度，即跑得快就清掃得快，而且集塵盒容量大，有利于快速吸入碎紙。本次試驗中還出現(xiàn)掃地機器人因沒有垃圾滿盒的提示，一直處于自動清掃模式下胡亂走動，5min后竟然沒有吸入任何碎紙，結果發(fā)現(xiàn)碎紙被滾輪擋住，機器視為障礙物自動停止。在黃豆的吸入試驗中，為防止?jié)M盒太快，只是讓機器運行1min，清掃效率最大值0.246g/min，最小值0.01g/min，差距也不小，數(shù)值低的原因是吸力不夠，很難吸入黃豆，其他不能提高清掃效率的原因主要是輪子結構容易導致黃豆卡住，即使在碎紙清掃效率最大的樣品KY-86也存在掃地機器人自身的問題。通過以上兩項試驗可以看出，同一款掃地機器人在對待不同吸入物時各有自身的優(yōu)勢，但是吸力大、集塵盒大及本身移動機構做得好的優(yōu)勢明顯。

2.1.2 集塵盒

用戶在購買掃地機器人的時候，大多數(shù)人都關心掃不掃得干凈，可是很多人忽略了集塵盒的設計。由于掃地機器人的集塵盒是唯一需要手動清潔的部分，所以如果集塵盒設計得不夠好，用戶在使用過程中會遇到諸多不便。

集塵盒透明設計可以方便用戶在不用打開集塵盒的情況下，就知道內(nèi)部垃圾的容量情況，如果垃圾較多，可以及時清理。如果集塵盒設計成不透明的，用戶每次需要將集塵盒打開，才能知道垃圾容量情況，這在無形中就增加了一個步驟，一次兩次用戶可能覺得無所謂，可是時間一長用戶必然覺得麻煩。

集塵盒的初級濾網(wǎng)非常有必要，集塵盒設有初級濾網(wǎng)，在掃地機吸塵的過程中，如果家里毛發(fā)較多，毛發(fā)會在風機強大的吸力下粘附在初級濾網(wǎng)上。在清理時，只需要將初級濾網(wǎng)用水沖洗即可，一步到位即可清洗所有“小毛毛”。

大容量集塵盒的好處在于，用戶每天使用掃地機器人打掃衛(wèi)生，但是清潔集塵盒只需要一星期一次即可。集塵盒容量過小會增加清潔集塵盒的頻率，長此以往，用戶也會覺得用掃地機器人未必省事，清理集塵盒就添了大麻煩。

顯然，具有易拆卸的、大容量的、透明的集塵盒的掃地機將更受用戶青睞。

2.1.3 清掃模式

掃地機器人掃地模式主要有如下四種模式：（1）自動清掃模式，也叫隨機清潔模式，機器會根據(jù)不同的環(huán)境進行隨機的自動清掃工作；（2）定點清掃模式，也叫重災區(qū)模式，特殊的地點如灰塵較多的地區(qū)會自動切換模式，進行旋轉(zhuǎn)式清掃，可以讓清潔度取得更好的效果；（3）沿邊清掃模式，機器人會自動隨著墻壁的邊緣進行清掃；（4）預約清掃模式，即機器人從設定的位置進行清掃。同時具備以上四種清掃模式的掃地機才是更好的掃地機。

2.1.4 噪聲

掃地機器人工作的時候，發(fā)出聲音的主要是馬達以及轉(zhuǎn)動清掃設備，如邊角刷、滾輪等行走時的聲音。先進的掃地機會采用渦流降噪技術，這種技術通過改進風道、增加渦輪，致使電機的功率變相增大，以此來達到降低噪音的效果。

根據(jù)GB 22337-2008《社會生活環(huán)境噪聲排放標準》[4]：居住區(qū)白天和夜間的噪聲最低值分別為55dB（A）和45dB（A），長期生活在高噪聲的環(huán)境下會對人的身心健康造成影響。本次通過GB/T 4214.1-2017[4]中的半球法進行噪聲的測試。

2.1.5 評測結果與分析

本次針對掃地機器人功能性項目評測結果如表2所示。

從表2可以看出，在集塵盒方面，最大明示值最大為700mL，最小值僅為150mL，結合表1可以看出，集塵盒容量較大的掃地機器人在比較細小輕薄的垃圾吸入時，效率值普遍偏高，考慮到垃圾的倒出難易程度，本文以垃圾完全倒出需要的步數(shù)來考察，即步數(shù)為1時，拿掉集塵盒就可以將垃圾倒出；步數(shù)為4時，說明需要逐步揭開各過濾網(wǎng)及護罩等保護裝置才能完全倒出垃圾?？上攵?，步數(shù)用的越多表示垃圾倒出難度越大，本次試驗僅有2款掃地機可以一步到位倒出垃圾，研究表明，集塵盒容積大且容易倒出垃圾的掃地機器人更受歡迎。

在清掃模式方面，10款掃地機器人中，同時具備四大清掃模式的共有5款，其余5款或多或少會缺少某一種或兩種清掃模式，但是自動清掃功能也成為掃地機器人必備的功能，不同款式的掃地機器人主要在此基本功能上增加局部、沿邊及預約功能。研究發(fā)現(xiàn)，不同品牌的掃地機器人在清掃模式上的設置都不盡相同，有的具備基本的四個功能或更少滿足清掃要求，有的在四大模式上還增加定時及其他不規(guī)則路線的清掃模式等。然而事實表明，多余的清掃模式反而太過于花哨，不利于消費者的正確使用，因此掃地機器人的清掃模式具備基本的功能且使用簡便即可。

在噪聲方面，實際測試了包括擦地機在內(nèi)的10款掃地機器人，并集合制造商明示的噪聲數(shù)值。研究發(fā)現(xiàn)，僅有4款掃地機器人經(jīng)得起測試驗證，即實測值與標稱值基本接近，剩下的6款噪聲實測值均高于標稱值，說明制造商過大宣傳自身產(chǎn)品噪聲數(shù)值，即本身做不到這么低的噪聲值卻向消費者宣稱可以做到，部分產(chǎn)品噪聲數(shù)值明顯高于標準規(guī)定的55dB（A）。

2.2 智能性對比試驗

掃地機器人的智能性與功能性是密不可分的，也是相輔相成的。智能性體現(xiàn)在感知與執(zhí)行，智能掃地機器人一般都會采用紅外光學傳感技術，這樣機器人的方位空間感知會更精準，就紅外傳感偵測技術而言，傳感器數(shù)量越多，掃地機器人在自動回充、防跌落探測、防碰撞等智能性感應方面就會越精準。本文主要從四個方面來分析：

（1）是否有路線規(guī)劃，如果是非智能的掃地機，大多數(shù)是采用隨機方式來回進行清掃，智能掃地機器人可通過區(qū)域規(guī)劃而實現(xiàn)完整覆蓋，即掃過的地方不會反復的連續(xù)再次清掃，可以達到節(jié)能省電的效果。

（2）是否有防跌落，防止碰撞與跌落是體現(xiàn)掃地機器人智商的關鍵，也是延長掃地機使用壽命的一個重要元素，主要通過紅外光學感應技術監(jiān)測與判斷離墻距離，感應臺階高度差，也是沿邊清掃功能必不可少的技術。

（3）能否自動回充電，靈敏的感應是作為智能掃地機不可或缺的元素，自動回充電是其中典型的代表，當掃地機工作尚未結束但處于低電量或沒電時，能自動找到自己的充電座并完成一次正常的充電，此項主要與電池續(xù)航及充電過程息息相關。

（4）對灰塵的感應，灰塵的識別也是掃地機智能化的一個重要特點，它通過內(nèi)置的感應裝置，對室內(nèi)或周圍的大塊或細小垃圾進行識別與鑒定，清掃時吸入吸塵盒帶走，并在重點區(qū)域進行反復清掃直至灰塵被掃干凈。

本次研究的掃地機器人智能性相關指標如表3所示。

從表3可以看出，在充放電方面，掃地機器人制造商宣稱的充放電時間與實測值或多或少存在數(shù)值上的差異，本次試驗實測值均在空載下進行，機器以100%電量開始放電直至放電致0%結束來計算放電時間，即在固定的區(qū)域內(nèi)計時開始，直至掃地機停止不動，充電時將放電完畢的機器接上充電裝置，開始計時直到顯示充電完畢或電量達到滿格，同時檢測充電狀態(tài)。結果發(fā)現(xiàn)只有1款掃地機通過數(shù)字顯示充電完畢，其余都是通過小閃爍或較大的閃爍來提醒充電完畢，沒有通過聲音來提示充電完畢的掃地機，事實表明，聲音或屏幕顯示更能有利于消費者判斷是否充電完畢。表3中放電時間即續(xù)航時間，測試發(fā)現(xiàn)，放電時間最少的為1.2h，其電池容量能為3600mAh，是10款掃地機中電池容量最大的。通過清掃試驗發(fā)現(xiàn)該款機器運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速快，因而耗電量大。其中續(xù)航能力最強的掃地機達到5h，其電池容量為2200mAh。研究發(fā)現(xiàn)電池容量大小與續(xù)航能力高低無直接的聯(lián)系，需要結合掃地機本身的功率及產(chǎn)品結構來考慮。掃地機的電池類型主要為鋰電池或鎳氫電池，各商家根據(jù)自身的機器選擇適合自己的電池類別與容量，當然電池容量越大、續(xù)航時間越長的掃地機器人更受歡迎。

在防跌落方面，主要通過將掃地機放置在高度為1.5m，長度和寬度為1.2m的桌面上，開啟自動清掃模式讓其空載工作0.5h，觀察掃地機器人能否跌落下來。試驗發(fā)現(xiàn)10款掃地機均具有防跌落功能，其中有1款宣稱8cm落差以上可防止跌落，然而試驗發(fā)現(xiàn)將落差調(diào)整為5cm時，滾輪就會卡住桌子邊沿不能動彈，提示報警。

在自動回充電方面，本次主要結合產(chǎn)品自身的宣傳特點，有1款拖地機除外，其余9款掃地機都具備自動回充功能，對比這幾款掃地機自動回充電過程，大多數(shù)機器都是工作到放電快結束時報警提示音開啟，提醒機器回到充電座自行充電，其中有1款掃地機由于距離充電座太遠，還沒到達就停止。如果只是為了讓機器回到充電樁充電，可通過遙控器或APP操作進行，10款掃地機器人中有4款具備APP功能，可進行對掃地機器的清掃啟停、充放電等操作，8款掃地機具備遙控器操作功能，但是其中的3款規(guī)定了遙控范圍，且在規(guī)定的范圍內(nèi)可操作，研究發(fā)現(xiàn)5m內(nèi)8款掃地機均可自由操作。

3、綜合評價

無論價格高低，清潔能力與執(zhí)行能力才是用戶使用掃地機器人的第一要素，將掃地機器人的性能分為功能性和智能性兩部分，通過打分進行綜合評價，如表4所示。

便于直觀了解得分與價格的比例關系，將表4中的綜合評價分經(jīng)過處理后，得到每款掃地機器人的綜合性價比（分/百元）指標趨勢圖，如圖5所示。

圖5 綜合性價比趨勢圖

從圖5可以看出，隨著價格的升高，掃地機器人的性價比反而呈下降趨勢，研究表明，并不是價格越高的產(chǎn)品就越好。

4、結論

通過對掃地機器人的價格、清潔能力、集塵盒結構、清掃模式、噪聲、充放電等進行對比試驗研究，詳細闡述了掃地機器人的功能性與智能性，通過綜合評價打分直觀地反映出某品牌掃地機器人性能差異。對于掃地機器人而言，清潔能力和價格是非常重要的購買因素，但絕對不是唯一要素。綜合評價得分越高，說明了該產(chǎn)品的性價比越好，越值得消費者購買；同時，該綜合評價模型的提出對消費者購買合適的掃地機器人提供了一定參考和依據(jù)，對促進掃地機器人行業(yè)技術進步具有良好的指導作用。

本文作者

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術研究院 田波 何曙

中國質(zhì)量認證中心 王偉偉

參考文獻

[1] IEC 62849-2016,Performance evaluation methods of mobile householdrobots[S].

[2] IEC 62929-2014,Cleaning robots for household use-Dry cleaning:Methods of measuring performance家用清潔機器人.干燥清潔:測量性能的方法[S].

[3] GB 22337-2008,社會生活環(huán)境噪聲排放標準[S].

[4] GB/T 4214.1-2017,聲學家用電器及類似用途器具噪聲測試方法 第1部分 通用要求[S].

來源：《輕工標準與質(zhì)量》2020年第五期