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智能家居產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，極大地促進(jìn)了智能家電產(chǎn)品的推廣。掃地機(jī)器人，又稱自動(dòng)打掃機(jī)、智能吸塵器、機(jī)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(shù)，自動(dòng)在房間內(nèi)完成清掃、吸塵、擦地等地板清理工作。掃地機(jī)器人通常采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進(jìn)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(jī)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(shí)際性能存在差距，即消費(fèi)者存在一定的信息不對(duì)稱，這也為消費(fèi)者選購帶來了一定的困難。本文從消費(fèi)者角度出發(fā)，通過對(duì)比十種不同品牌的掃地機(jī)器人，對(duì)其功能性與智能性進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)得到直觀的評(píng)價(jià)結(jié)果不僅能夠考察掃地機(jī)器人產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)，同時(shí)也能給消費(fèi)者提供直觀的參考依據(jù)和有效的指導(dǎo)。

1、工作原理

掃地機(jī)器人系統(tǒng)通常由移動(dòng)機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和吸塵系統(tǒng)四個(gè)部分組成，移動(dòng)機(jī)構(gòu)是掃地機(jī)器人的主體，決定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間，一般采用輪式機(jī)構(gòu)，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(jī)等。掃地機(jī)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(shù)而言，傳感器數(shù)量越多，掃地機(jī)器人在自動(dòng)回充、防跌落探測、防碰撞等智能性感應(yīng)方面就會(huì)越精準(zhǔn)。基本的掃地機(jī)器人構(gòu)成如圖1所示。

圖1 掃地機(jī)器人基本構(gòu)成示意圖

掃地機(jī)器人是由微電腦控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航并對(duì)地面進(jìn)行清掃和吸塵，其碰撞頭上搭載的紅外反射探測器，可自動(dòng)判斷前方是否為障礙物或懸崖，實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的躲避和繞過以防跌落；其兩側(cè)的清掃輪一方面清掃角落和地面，另一方面通過相對(duì)旋轉(zhuǎn)，使垃圾不會(huì)從機(jī)體底部溜掉，同時(shí)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(jìn)入垃圾收集盒內(nèi)。掃地機(jī)器人前輪和清掃輪動(dòng)力箱內(nèi)安裝的光電傳感器，可使掃地機(jī)器人擁有自動(dòng)防機(jī)體和掃輪卡死的功能：當(dāng)被卡住時(shí)會(huì)自動(dòng)后退或關(guān)機(jī)。簡而言之，掃地機(jī)器人之所以智能，主要靠的是傳感器，一款好的掃地機(jī)器人，能夠?qū)⒏兄?zhí)行與控制運(yùn)行及吸塵能力綜合起來，實(shí)現(xiàn)清掃效果最優(yōu)化，智能效果人性化。

2、性能對(duì)比試驗(yàn)及分析

本文通過挑選10款電商熱銷的掃地機(jī)器人進(jìn)行橫向?qū)Ρ仍囼?yàn)，品牌有愛拓、福瑪特、國王、海爾、科沃斯、美的、俐拓、浦桑尼克、松下、iRobot，價(jià)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(duì)比試驗(yàn)分析。其中功能性涉及移動(dòng)機(jī)構(gòu)和吸塵系統(tǒng)，體現(xiàn)清掃與吸塵的結(jié)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(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究；智能性涉及掃地機(jī)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(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究。掃地機(jī)價(jià)格構(gòu)成圖如圖2所示。

圖2 掃地機(jī)價(jià)格構(gòu)成圖

2.1 功能性對(duì)比試驗(yàn)

2.1.1 清潔能力

掃地機(jī)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?jiǎng)?wù)。一般來講，與清潔能力相關(guān)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(shí)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(jìn)灰塵；高速運(yùn)轉(zhuǎn)的雙滾刷能夠真正“快準(zhǔn)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(jī)器人的清潔能力，具體做法如下：清潔能力1，將碎紙機(jī)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(dòng)清潔功能，記錄下清掃干凈所需的總時(shí)間（s），計(jì)算出清掃效率1。

圖3 碎紙?jiān)囼?yàn)

清潔能力2，統(tǒng)一將1kg標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)清潔功能，統(tǒng)一運(yùn)行60s，稱量吸塵盒內(nèi)被吸入的黃豆重量，計(jì)算出清掃效率2，測試結(jié)果如表1所示。

圖4 黃豆試驗(yàn)

從表1可以看出，在清掃碎紙的試驗(yàn)中，清掃效率最大值能達(dá)到30g/min，最小值只有2.4g/min。從測試過程發(fā)現(xiàn)，結(jié)果差距大的主要原因在于掃地機(jī)器人的吸力大小和電機(jī)運(yùn)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(yàn)中還出現(xiàn)掃地機(jī)器人因沒有垃圾滿盒的提示，一直處于自動(dòng)清掃模式下胡亂走動(dòng)，5min后竟然沒有吸入任何碎紙，結(jié)果發(fā)現(xiàn)碎紙被滾輪擋住，機(jī)器視為障礙物自動(dòng)停止。在黃豆的吸入試驗(yàn)中，為防止?jié)M盒太快，只是讓機(jī)器運(yùn)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(jié)構(gòu)容易導(dǎo)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(jī)器人自身的問題。通過以上兩項(xiàng)試驗(yàn)可以看出，同一款掃地機(jī)器人在對(duì)待不同吸入物時(shí)各有自身的優(yōu)勢，但是吸力大、集塵盒大及本身移動(dòng)機(jī)構(gòu)做得好的優(yōu)勢明顯。

2.1.2 集塵盒

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

集塵盒透明設(shè)計(jì)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(shí)清理。如果集塵盒設(shè)計(jì)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(gè)步驟，一次兩次用戶可能覺得無所謂，可是時(shí)間一長用戶必然覺得麻煩。

集塵盒的初級(jí)濾網(wǎng)非常有必要，集塵盒設(shè)有初級(jí)濾網(wǎng)，在掃地機(jī)吸塵的過程中，如果家里毛發(fā)較多，毛發(fā)會(huì)在風(fēng)機(jī)強(qiáng)大的吸力下粘附在初級(jí)濾網(wǎng)上。在清理時(shí)，只需要將初級(jí)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(jī)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(huì)增加清潔集塵盒的頻率，長此以往，用戶也會(huì)覺得用掃地機(jī)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(jī)將更受用戶青睞。

2.1.3 清掃模式

掃地機(jī)器人掃地模式主要有如下四種模式：（1）自動(dòng)清掃模式，也叫隨機(jī)清潔模式，機(jī)器會(huì)根據(jù)不同的環(huán)境進(jìn)行隨機(jī)的自動(dòng)清掃工作；（2）定點(diǎn)清掃模式，也叫重災(zāi)區(qū)模式，特殊的地點(diǎn)如灰塵較多的地區(qū)會(huì)自動(dòng)切換模式，進(jìn)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(jī)器人會(huì)自動(dòng)隨著墻壁的邊緣進(jìn)行清掃；（4）預(yù)約清掃模式，即機(jī)器人從設(shè)定的位置進(jìn)行清掃。同時(shí)具備以上四種清掃模式的掃地機(jī)才是更好的掃地機(jī)。

2.1.4 噪聲

掃地機(jī)器人工作的時(shí)候，發(fā)出聲音的主要是馬達(dá)以及轉(zhuǎn)動(dòng)清掃設(shè)備，如邊角刷、滾輪等行走時(shí)的聲音。先進(jìn)的掃地機(jī)會(huì)采用渦流降噪技術(shù)，這種技術(shù)通過改進(jìn)風(fēng)道、增加渦輪，致使電機(jī)的功率變相增大，以此來達(dá)到降低噪音的效果。

根據(jù)GB 22337-2008《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》[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(huì)對(duì)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(jìn)行噪聲的測試。

2.1.5 評(píng)測結(jié)果與分析

本次針對(duì)掃地機(jī)器人功能性項(xiàng)目評(píng)測結(jié)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(jié)合表1可以看出，集塵盒容量較大的掃地機(jī)器人在比較細(xì)小輕薄的垃圾吸入時(shí)，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(shí)，拿掉集塵盒就可以將垃圾倒出；步數(shù)為4時(shí)，說明需要逐步揭開各過濾網(wǎng)及護(hù)罩等保護(hù)裝置才能完全倒出垃圾。可想而知，步數(shù)用的越多表示垃圾倒出難度越大，本次試驗(yàn)僅有2款掃地機(jī)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(jī)器人更受歡迎。

在清掃模式方面，10款掃地機(jī)器人中，同時(shí)具備四大清掃模式的共有5款，其余5款或多或少會(huì)缺少某一種或兩種清掃模式，但是自動(dòng)清掃功能也成為掃地機(jī)器人必備的功能，不同款式的掃地機(jī)器人主要在此基本功能上增加局部、沿邊及預(yù)約功能。研究發(fā)現(xiàn)，不同品牌的掃地機(jī)器人在清掃模式上的設(shè)置都不盡相同，有的具備基本的四個(gè)功能或更少滿足清掃要求，有的在四大模式上還增加定時(shí)及其他不規(guī)則路線的清掃模式等。然而事實(shí)表明，多余的清掃模式反而太過于花哨，不利于消費(fèi)者的正確使用，因此掃地機(jī)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(shí)際測試了包括擦地機(jī)在內(nèi)的10款掃地機(jī)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(jī)器人經(jīng)得起測試驗(yàn)證，即實(shí)測值與標(biāo)稱值基本接近，剩下的6款噪聲實(shí)測值均高于標(biāo)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(fèi)者宣稱可以做到，部分產(chǎn)品噪聲數(shù)值明顯高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的55dB（A）。

2.2 智能性對(duì)比試驗(yàn)

掃地機(jī)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(jī)器人一般都會(huì)采用紅外光學(xué)傳感技術(shù)，這樣機(jī)器人的方位空間感知會(huì)更精準(zhǔn)，就紅外傳感偵測技術(shù)而言，傳感器數(shù)量越多，掃地機(jī)器人在自動(dòng)回充、防跌落探測、防碰撞等智能性感應(yīng)方面就會(huì)越精準(zhǔn)。本文主要從四個(gè)方面來分析：

（1）是否有路線規(guī)劃，如果是非智能的掃地機(jī)，大多數(shù)是采用隨機(jī)方式來回進(jìn)行清掃，智能掃地機(jī)器人可通過區(qū)域規(guī)劃而實(shí)現(xiàn)完整覆蓋，即掃過的地方不會(huì)反復(fù)的連續(xù)再次清掃，可以達(dá)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(jī)器人智商的關(guān)鍵，也是延長掃地機(jī)使用壽命的一個(gè)重要元素，主要通過紅外光學(xué)感應(yīng)技術(shù)監(jiān)測與判斷離墻距離，感應(yīng)臺(tái)階高度差，也是沿邊清掃功能必不可少的技術(shù)。

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

（4）對(duì)灰塵的感應(yīng)，灰塵的識(shí)別也是掃地機(jī)智能化的一個(gè)重要特點(diǎn)，它通過內(nèi)置的感應(yīng)裝置，對(duì)室內(nèi)或周圍的大塊或細(xì)小垃圾進(jìn)行識(shí)別與鑒定，清掃時(shí)吸入吸塵盒帶走，并在重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行反復(fù)清掃直至灰塵被掃干凈。

本次研究的掃地機(jī)器人智能性相關(guān)指標(biāo)如表3所示。

從表3可以看出，在充放電方面，掃地機(jī)器人制造商宣稱的充放電時(shí)間與實(shí)測值或多或少存在數(shù)值上的差異，本次試驗(yàn)實(shí)測值均在空載下進(jìn)行，機(jī)器以100%電量開始放電直至放電致0%結(jié)束來計(jì)算放電時(shí)間，即在固定的區(qū)域內(nèi)計(jì)時(shí)開始，直至掃地機(jī)停止不動(dòng)，充電時(shí)將放電完畢的機(jī)器接上充電裝置，開始計(jì)時(shí)直到顯示充電完畢或電量達(dá)到滿格，同時(shí)檢測充電狀態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有1款掃地機(jī)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(jī)，事實(shí)表明，聲音或屏幕顯示更能有利于消費(fèi)者判斷是否充電完畢。表3中放電時(shí)間即續(xù)航時(shí)間，測試發(fā)現(xiàn)，放電時(shí)間最少的為1.2h，其電池容量能為3600mAh，是10款掃地機(jī)中電池容量最大的。通過清掃試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該款機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速快，因而耗電量大。其中續(xù)航能力最強(qiáng)的掃地機(jī)達(dá)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(jié)合掃地機(jī)本身的功率及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來考慮。掃地機(jī)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(jī)器選擇適合自己的電池類別與容量，當(dāng)然電池容量越大、續(xù)航時(shí)間越長的掃地機(jī)器人更受歡迎。

在防跌落方面，主要通過將掃地機(jī)放置在高度為1.5m，長度和寬度為1.2m的桌面上，開啟自動(dòng)清掃模式讓其空載工作0.5h，觀察掃地機(jī)器人能否跌落下來。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)10款掃地機(jī)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(yàn)發(fā)現(xiàn)將落差調(diào)整為5cm時(shí)，滾輪就會(huì)卡住桌子邊沿不能動(dòng)彈，提示報(bào)警。

在自動(dòng)回充電方面，本次主要結(jié)合產(chǎn)品自身的宣傳特點(diǎn)，有1款拖地機(jī)除外，其余9款掃地機(jī)都具備自動(dòng)回充功能，對(duì)比這幾款掃地機(jī)自動(dòng)回充電過程，大多數(shù)機(jī)器都是工作到放電快結(jié)束時(shí)報(bào)警提示音開啟，提醒機(jī)器回到充電座自行充電，其中有1款掃地機(jī)由于距離充電座太遠(yuǎn)，還沒到達(dá)就停止。如果只是為了讓機(jī)器回到充電樁充電，可通過遙控器或APP操作進(jìn)行，10款掃地機(jī)器人中有4款具備APP功能，可進(jìn)行對(duì)掃地機(jī)器的清掃啟停、充放電等操作，8款掃地機(jī)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(jī)均可自由操作。

3、綜合評(píng)價(jià)

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

便于直觀了解得分與價(jià)格的比例關(guān)系，將表4中的綜合評(píng)價(jià)分經(jīng)過處理后，得到每款掃地機(jī)器人的綜合性價(jià)比（分/百元）指標(biāo)趨勢圖，如圖5所示。

圖5 綜合性價(jià)比趨勢圖

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

4、結(jié)論

通過對(duì)掃地機(jī)器人的價(jià)格、清潔能力、集塵盒結(jié)構(gòu)、清掃模式、噪聲、充放電等進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，詳細(xì)闡述了掃地機(jī)器人的功能性與智能性，通過綜合評(píng)價(jià)打分直觀地反映出某品牌掃地機(jī)器人性能差異。對(duì)于掃地機(jī)器人而言，清潔能力和價(jià)格是非常重要的購買因素，但絕對(duì)不是唯一要素。綜合評(píng)價(jià)得分越高，說明了該產(chǎn)品的性價(jià)比越好，越值得消費(fèi)者購買；同時(shí)，該綜合評(píng)價(jià)模型的提出對(duì)消費(fèi)者購買合適的掃地機(jī)器人提供了一定參考和依據(jù)，對(duì)促進(jìn)掃地機(jī)器人行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有良好的指導(dǎo)作用。

本文作者

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 田波 何曙

中國質(zhì)量認(rèn)證中心 王偉偉

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來源：《輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量》2020年第五期