产品系统设计综合实践报告

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综合测评

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兰州理工大学学生作业

产品系统设计综合实践报告

2015年秋季学期

专业班级： 工业设计 2班

课程名称： 产品系统设计

学生姓名： 张变红

学生学号： 12020212

指导教师： 李奋强 李旭 王鹏 周爱民

设 计 艺 术 学 院

产品系统设计综合实践报告

班级： 12工设2班 学号： 12020212 姓名： 张变红 课程名称 产品系统设计 实践项目名称：智能扫地机 产品系统设计综合实践 摘要

目前，各式各样的服务机器人越来越多应用于人们的生活中，从事着与人们生活息息相关的服务工作，极大地提高和改善了人们的生活质量。室内智能扫地机器人就是在这种背景下诞生的一种家庭服务机器人。室内智能扫地机器人的路径规划采用区域充满的规划方法，目标是在设定区域内寻找一条从始点到终点且经过所有可达点的连续路径。根据建立的扫地机器人平台，提出清扫机器人随机运动路径规划算法。机器人利用其上安装的红外传感器和摄像头来识别和感知房间环境，机器人开始以螺旋运动方式覆盖房间的空白区域，当遇到障碍物时，启动障碍物应对策略，通过计算机软件仿真和在房间环境中进行实验验证了该算法的有效性。

1、引言

随着人们生活水平的提高，健康、舒适的家居环境越来越被更多的人所关注。买房装修成为人们茶余饭后谈论的热点话题，但装修后又脏又累的卫生清扫工作，成为困扰家庭主妇的又一大难题对不少家庭而言，吸尘器已成为清洁家庭的必备小家电。而对于设计师来说，设计出造型新颖、功能强大、结构合理的吸尘器使他们的工作及任务，而测绘可以帮助他们更清楚的了解吸尘器的内部结构及工作原理，有助于他们合理的进行设计。

1.1目的

近年来，随着中国工业的快速发展，吸尘器的产销量也大幅度增加，随着人们生活节奏的加快，迫切需要从繁重的清洁工作中解脱出来由此诞生了一种家用服务型智能扫地机。它将移动机器人技术和吸尘技术有机的结合起来，实现家庭、宾馆、写字楼等室内环境的半自动或全自动清洁，因此具有广阔的市场前景。

1.2意义

自动扫地机器人是当今服务机器人领域的研究热点。从理论和技术上讲，自动扫地机器人比较具体的体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性；从市场上前景讲，自动扫地机器人将大大降低劳动强度，提高劳动效率，适用于宾馆﹑酒店﹑图书馆﹑办公场所和大众家庭。因此开发自动扫地机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。

2、设计人物及调研分析

2.1设计定位

2.1.1功能定位

可以定时预约、远程操控、自行工作的智能化家用电器。

2.1.2用户群群定位

选择的年龄范围：是25-35岁左右，主要考虑到这年龄层次的人群，都是属于起步不久的工作者或者是以事业稳定急速发展的青年人士。这类人，生活节奏快，比较忙，而且对生活质量要求较高，所以他们喜欢比较智能化的家居。

从性别分析：从男性的角度来看，通常喜欢经济实用、耐久性的家用器具，而且喜欢简约化风格的，颜色偏向于灰色、白色、蓝色等冷色系。从女性的角度来看，她们喜欢经济实用的家用器具，风格偏向于柔和、舒服、精致的。颜色偏向于暖色。

使用地点：家用及宾馆、写字楼等 公共场所使用。

经济范围：6000-10000元

2.2设计要求

首先需要产品整体要求呈现出科技感强，结构合理，吸尘性能良好的特点。

功能要求：吸尘能力强、吸尘容量达，工作噪音低。

造型要求：简洁流畅、、尊贵大气、造型优美、、外形小巧、收纳方便、、曲线流畅、清新简约、时尚外观设计、跃动感强。

2.2.1功能参数与性能指标

尺寸：直径340mm, 高80mm

功能参数：

1、功率

对于任何电器，功率首先代表的是耗电量的大小，而对于室内智能扫地机来说，不仅代表着机器的耗电量大小，更代表室内智能扫地机的吸力如何。室内智能扫地机的功率越大，一般情况下代表着机器的吸力也越大。本次设计的产品功率在1500W 以内，这样一般的家庭电路都能接受

2、真空度

室内智能扫地机吸力的又一个重要衡量参数。一般情况下，室内智能扫地机的功率越大，也就意味着真空度越大。

3、噪音

对于我们室内智能扫地机，肯定是噪音越小越好。影响室内智能扫地机产生噪音的因素有两

个，一是室内智能扫地机其自带的电机，另一原因就是室内智能扫地机其自身的设计。所以本次设计可以使室内智能扫地机在0.5米内就把噪音降到60分贝以下。

4、使用年限

室内智能扫地机一般的使用年限为3年左右。

2.2.2设计主要内容和造型要求

功能：

a. 自动返回充电功能

启动机器人自动充电模式，它在完成工作后会自动返回充电并进入待机状态。用户只要打开机器人，剩下的清洁工作就不用担心了。

b. 具有预约定时自动清扫功能

可以预约一次和一周内任意预约清扫时间，可以放心上班和出差，也可以自动打扫。 c. 脱困功能

可以顺利跳过2CM 高的电线等杂物，具有聪明的摆脱困境功能，入遇困境，机器人会自动尝试用各种办法摆脱困境。

d. 防跌落功能

在楼梯，会议桌等地方工作也不用担心机器会跌落而造成顺坏及危险，机器人自动感知到危险而避开。

e. 液晶显示屏智能报警提醒

智能识别系统能够帮助您判断机器人使用过程中出现的问题，智能识别系统能够自动识别各种异常情况。

f. 灵巧边刷

单独的边刷控制边刷高速旋转，将墙角/墙边的垃圾清扫出来并进入尘盒，真正的有效清扫边角灰尘。

结构：整个扫地机的结构由车体、吸尘装置、传感部分、空气采样部分、控制部分组成。传感部分包括底盘两侧的超声传感器和前面的碰撞条和光电开关组成的接触式传感器。扫地机前轮为从动轮，后轮为驱动轮。当发生碰撞时，碰撞条带动光电开关移动产生信号变化。超声传感器对扫地机侧面进行探测，保证扫地机和障碍物的距离或目标进行边缘跟踪。

造型：扫地机的基本造型是圆形的，高度为80cm ，比一般的家具低，所以可自由穿梭在床、沙发的下面，可以保证无死角打扫。扫地机的面板上是语音提示系统装置及操作按钮和把手。整个界面比较简洁，还有在面板的边缘有个红外感应器，可接受远程操控。整体造型简洁、

时尚，符合现代人的审美观。

2.2.3产品基准或竞争对手

通过前期的调研了解了智能扫地机的各大品牌，包括科沃斯、浦桑尼克、飞利浦、福玛特、艾罗伯特等。此款扫地机与市场上的艾罗伯特在造型和功能上比较相近。

3、设计方案构思及方案论证

3.1方案构思

3.1.1方案1构思说明及草图

图1. 方案一

此款设计方案主要是在外观造型方面着手构思，还是以圆形为基本型进行设计，一种是边缘比较圆滑、整体感觉比较扁平；另一种是面板和底盘分界较明显，边缘过度感不强，也不是那么圆润。

3.1.2方案2构思说明及草图

图2. 方案二

在做此款设计方案的时候我主要是想到了扫地机的一个系统的功能，它可以向电脑360清理软件清理电脑一样，也可以给房间做个完整的清理，首先有房检的功能，当检测到房间哪里有问题（比如：房间灰尘太多、某种气体超标危害人体健康、太过干燥…）时，可着重进行清理或指挥调整，这主要是对它的内部系统进行智能化。而且基于这种想法，我给扫地机起了个名字叫安全居士，它可以智能操控保障人们的生活。面板我也设计成了类似360的图标。

3.1.3方案3构思说明及草图

图3. 方案三

此方案的设计特别之处就是把室内空气检测仪与扫地机的功能结合在一起，这样它除了有扫地功能之外还有了室内空气检测的功能。在面板上安装了各种空气采集器，而且监测的结果完全可以通过计算机系统在面板上的LED 显示屏上显示出来，而且也可以通过自带的打印机打印出结果。

3.2方案论证

通过设计构思，我初步形成的设计思路是整体造型方面与市场上的相比较差别不大，都是圆柱状的，最主要的是面板的设计，在面板的上方做一个LED 电子显示屏，然后屏幕两侧就是电子屏显示内容的操控按钮，可以上翻、下翻查看显示的结果等。然后面板下方就是扫地机功能指示按钮和把手设计，把空气采集器设计在扫地机的两侧，这样整体外观显得大方得体。这一切智能化的操控都是通过内部安装的计算机系统指示操控的，所以在整个结构合理安装的情况下这些功能都是能够实现的。

4、方案深化及方案表现

4.1基本功能及辅助功能

基本功能：1. 自动检测垃圾并对较脏的区域重点清扫

2. 自动寻找智能充电座回去充电

3. 定时清扫

4. 当机器被卡住能自动摆脱

5. 支持遥控

6. 边角清扫程序

7. 不重复清洁、不留死角和楼梯防跌落功能

8. 语音提示系统

辅助功能：进行室内空气检测。

4.2基本技术结构

此款智能扫地机有沿边清扫技术，可自动清扫墙边、桌角等边缘污垢，完成清扫后能够自动返航充电；防跌落技术，可自动避开楼梯等落差平台；可定时清扫，随意指定每日清扫时间；有轻触防撞缓冲器，能避免家具受损，可防缠和流苏，自动反转脱困；污垢探测技术，探测更多污垢启动局部模式重点清扫。

旋转边刷，拾起墙角、家居底部的细微灰尘，毛刷和胶刷对向旋转，飞速卷起地面灰尘、毛发、碎屑。一体式轴承的升级即胶刷毛刷清洁头一体化设计，减少毛发缠绕。

4.3造型特征表现

造型是产品的实体形态，视功能的表现形式。此款扫地机是以曲线为主的线条的结构风格，从情感上说，曲线代表的是温柔的、委婉的情感，所以整体造型能够给人带来温馨的亲切感。整体造型简单大方，整体感很强；然后在面板上上部有一凸起的部分像房子一样，代表着居室，显示屏就像窗户，这样个人感觉有家的温馨感，也代表了它是在室内工作的。在扫地机两侧分别有两个空气采集器，整体是嵌入在车体里面的，外面有个盖子可以和车身很好的融合在一体，在扫地机工作时可自动打开，进行空气采集，当其不工作时，就会自动合上，使整个设计显得一体化。

4.4色彩方案

本次设计的智能扫地机以单色为主，主要用到的颜色有白色、黑色、灰色等几种。

图4. 灰色系扫地机 图5. 白色系扫地机

4.5人机分析

按钮人及分析：在同一平面相邻切相互平行配置的按钮操纵器开关不产生干涉的内侧间距应符合以下规则：

按键设计中应遵循的距离标准 单位：mm

此设计中按钮由于是单指操作所以间距设计为10mm ，直径为10mm 符合人机工程。

4.6产品使用说明

随着智能扫地机的发展，智能扫地机的附加功能日益增加，也越发的显得智能，操作也越发的简单。使用时按一下电源按钮就会自动进行工作。

4.7方案表现图

(1) 产品建模图

(2)产品效果图

(3)产品尺寸图（三视图）

(4)产品局部详图

5、总结

5.1产品设计的优点、特点

优点：自动检测垃圾并对较脏的区域重点清扫；自动寻找智能充电座回去充电；定时清

扫；当机器被卡住能自动摆脱；支持遥控；边角清扫程序；不重复清洁、不留死角和楼梯防跌落功能；语音提示系统，如操作不当可自动报警指示。

5.2设计创新之处

本次设计不但有功能方面的创新也有造型方面的创新。功能方面最主要的是增加了室内空气检测装置和语音报警装置。造型方面，采用大量的曲线处理造型，使整个造型简单而又大方，同时也有了家庭温馨感。

5.3不足之处

产品设计结果基本符合设计定位要求，但是还是与最初的设计思路有些偏差。在人及尺寸上的设计考虑不够全面，还有一些功能受技术限制不能实现，产品结构方面也有些处理不当，产品造型略微有点简单，少了一点家庭温馨感。

5.4今后改进的方向

通过本次设计我清楚地认识到：产品的设计需要考虑很多方面，有限的技术限制、产品结构影响以及对软件运用的能力等多个方面，我们应该学会全方位思考产品的突破点和创新点，扩充自己的实力，提高设计水平。虽然在设计高程中有很多困难与问题得到解决，但难免还有很多不足之处，希望各位老师和同学给予指正于建议。