智能家居产业蓬勃发展，极大地促进了智能家电产品的推广。扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘器、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，通过采用一定的人工智能技术，自动在房间内完成清扫、吸尘、擦地等地板清理工作。扫地机器人通常采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的工作。

目前市场上扫地机器人的品牌繁多，市场发展参差不齐，不同品牌产品的宣传和产品的实际性能存在差距，即消费者存在一定的信息不对称，这也为消费者选购带来了一定的困难。本文从消费者角度出发，通过对比十种不同品牌的扫地机器人，对其功能性与智能性进行对比试验研究，通过试验得到直观的评价结果不仅能够考察扫地机器人产品的各项性能指标，同时也能给消费者提供直观的参考依据和有效的指导。

1、工作原理

扫地机器人系统通常由移动机构、感知系统、控制系统和吸尘系统四个部分组成，移动机构是扫地机器人的主体，决定了机器人的运动空间，一般采用轮式机构，感知系统一般采用超声波测距仪、接触和接近觉传感器、红外线传感器和CCD摄像机等。扫地机器人的控制与工作环境往往是不确定的或多变的，因此必须兼顾安全可靠性、抗干扰性等。就红外传感侦测技术而言，传感器数量越多，扫地机器人在自动回充、防跌落探测、防碰撞等智能性感应方面就会越精准。基本的扫地机器人构成如图1所示。

图1 扫地机器人基本构成示意图

扫地机器人是由微电脑控制，可实现自动导航并对地面进行清扫和吸尘，其碰撞头上搭载的红外反射探测器，可自动判断前方是否为障碍物或悬崖，实现对前方障碍物的躲避和绕过以防跌落；其两侧的清扫轮一方面清扫角落和地面，另一方面通过相对旋转，使垃圾不会从机体底部溜掉，同时在清扫吸尘一体的双重作用下，使被扫起来的尘土有规律和顺畅地进入垃圾收集盒内。扫地机器人前轮和清扫轮动力箱内安装的光电传感器，可使扫地机器人拥有自动防机体和扫轮卡死的功能：当被卡住时会自动后退或关机。简而言之，扫地机器人之所以智能，主要靠的是传感器，一款好的扫地机器人，能够将感知、执行与控制运行及吸尘能力综合起来，实现清扫效果最优化，智能效果人性化。

2、性能对比试验及分析

本文通过挑选10款电商热销的扫地机器人进行横向对比试验，品牌有爱拓、福玛特、国王、海尔、科沃斯、美的、俐拓、浦桑尼克、松下、iRobot，价格区间从699元到3999元不等，从功能性和智能性两方面来开展性能对比试验分析。其中功能性涉及移动机构和吸尘系统，体现清扫与吸尘的结果，主要从产品的清洁能力、清扫模式、集尘盒容量及噪声等方面进行对比试验研究；智能性涉及扫地机器人的感知系统和控制系统，即体现清扫与吸尘的过程，主要从充放电、避障能力、防跌落等方面进行对比试验研究。扫地机价格构成图如图2所示。

图2 扫地机价格构成图

2.1 功能性对比试验

2.1.1 清洁能力

扫地机器人最重要的功能就是清洁能力，这是它的本职工作，也是第一要务。一般来讲，与清洁能力相关的因素主要有电池容量、吸尘口吸力大小、滚刷转速、边角刷数量等。较大的电池容量能有效保证扫地的持续性；吸尘口由软胶制成，保证清洁时能与地面紧密贴合形成真空区，让吸力瞬间提升，能轻松吸进灰尘；高速运转的双滚刷能够真正“快准狠”地吸入大小不一的灰尘；边角刷数量多有利于驱赶周围灰尘有效吸入吸尘盒。

本文通过碎纸与黄豆的吸入量来研究扫地机器人的清洁能力，具体做法如下：清洁能力1，将碎纸机打碎的碎纸50g均匀铺撒在1.2×1.2硬地板平面内（如图3所示），统一开启自动清洁功能，记录下清扫干净所需的总时间（s），计算出清扫效率1。

图3 碎纸试验

清洁能力2，统一将1kg标准大豆均匀铺撒在1.2×1.2硬地板平面内（如图4所示），统一开启自动清洁功能，统一运行60s，称量吸尘盒内被吸入的黄豆重量，计算出清扫效率2，测试结果如表1所示。

图4 黄豆试验

从表1可以看出，在清扫碎纸的试验中，清扫效率最大值能达到30g/min，最小值只有2.4g/min。从测试过程发现，结果差距大的主要原因在于扫地机器人的吸力大小和电机运转速度，即跑得快就清扫得快，而且集尘盒容量大，有利于快速吸入碎纸。本次试验中还出现扫地机器人因没有垃圾满盒的提示，一直处于自动清扫模式下胡乱走动，5min后竟然没有吸入任何碎纸，结果发现碎纸被滚轮挡住，机器视为障碍物自动停止。在黄豆的吸入试验中，为防止满盒太快，只是让机器运行1min，清扫效率最大值0.246g/min，最小值0.01g/min，差距也不小，数值低的原因是吸力不够，很难吸入黄豆，其他不能提高清扫效率的原因主要是轮子结构容易导致黄豆卡住，即使在碎纸清扫效率最大的样品KY-86也存在扫地机器人自身的问题。通过以上两项试验可以看出，同一款扫地机器人在对待不同吸入物时各有自身的优势，但是吸力大、集尘盒大及本身移动机构做得好的优势明显。

2.1.2 集尘盒

用户在购买扫地机器人的时候，大多数人都关心扫不扫得干净，可是很多人忽略了集尘盒的设计。由于扫地机器人的集尘盒是唯一需要手动清洁的部分，所以如果集尘盒设计得不够好，用户在使用过程中会遇到诸多不便。

集尘盒透明设计可以方便用户在不用打开集尘盒的情况下，就知道内部垃圾的容量情况，如果垃圾较多，可以及时清理。如果集尘盒设计成不透明的，用户每次需要将集尘盒打开，才能知道垃圾容量情况，这在无形中就增加了一个步骤，一次两次用户可能觉得无所谓，可是时间一长用户必然觉得麻烦。

集尘盒的初级滤网非常有必要，集尘盒设有初级滤网，在扫地机吸尘的过程中，如果家里毛发较多，毛发会在风机强大的吸力下粘附在初级滤网上。在清理时，只需要将初级滤网用水冲洗即可，一步到位即可清洗所有“小毛毛”。

大容量集尘盒的好处在于，用户每天使用扫地机器人打扫卫生，但是清洁集尘盒只需要一星期一次即可。集尘盒容量过小会增加清洁集尘盒的频率，长此以往，用户也会觉得用扫地机器人未必省事，清理集尘盒就添了大麻烦。

显然，具有易拆卸的、大容量的、透明的集尘盒的扫地机将更受用户青睐。

2.1.3 清扫模式

扫地机器人扫地模式主要有如下四种模式：（1）自动清扫模式，也叫随机清洁模式，机器会根据不同的环境进行随机的自动清扫工作；（2）定点清扫模式，也叫重灾区模式，特殊的地点如灰尘较多的地区会自动切换模式，进行旋转式清扫，可以让清洁度取得更好的效果；（3）沿边清扫模式，机器人会自动随着墙壁的边缘进行清扫；（4）预约清扫模式，即机器人从设定的位置进行清扫。同时具备以上四种清扫模式的扫地机才是更好的扫地机。

2.1.4 噪声

扫地机器人工作的时候，发出声音的主要是马达以及转动清扫设备，如边角刷、滚轮等行走时的声音。先进的扫地机会采用涡流降噪技术，这种技术通过改进风道、增加涡轮，致使电机的功率变相增大，以此来达到降低噪音的效果。

根据GB 22337-2008《社会生活环境噪声排放标准》[4]：居住区白天和夜间的噪声最低值分别为55dB（A）和45dB（A），长期生活在高噪声的环境下会对人的身心健康造成影响。本次通过GB/T 4214.1-2017[4]中的半球法进行噪声的测试。

2.1.5 评测结果与分析

本次针对扫地机器人功能性项目评测结果如表2所示。

从表2可以看出，在集尘盒方面，最大明示值最大为700mL，最小值仅为150mL，结合表1可以看出，集尘盒容量较大的扫地机器人在比较细小轻薄的垃圾吸入时，效率值普遍偏高，考虑到垃圾的倒出难易程度，本文以垃圾完全倒出需要的步数来考察，即步数为1时，拿掉集尘盒就可以将垃圾倒出；步数为4时，说明需要逐步揭开各过滤网及护罩等保护装置才能完全倒出垃圾。可想而知，步数用的越多表示垃圾倒出难度越大，本次试验仅有2款扫地机可以一步到位倒出垃圾，研究表明，集尘盒容积大且容易倒出垃圾的扫地机器人更受欢迎。

在清扫模式方面，10款扫地机器人中，同时具备四大清扫模式的共有5款，其余5款或多或少会缺少某一种或两种清扫模式，但是自动清扫功能也成为扫地机器人必备的功能，不同款式的扫地机器人主要在此基本功能上增加局部、沿边及预约功能。研究发现，不同品牌的扫地机器人在清扫模式上的设置都不尽相同，有的具备基本的四个功能或更少满足清扫要求，有的在四大模式上还增加定时及其他不规则路线的清扫模式等。然而事实表明，多余的清扫模式反而太过于花哨，不利于消费者的正确使用，因此扫地机器人的清扫模式具备基本的功能且使用简便即可。

在噪声方面，实际测试了包括擦地机在内的10款扫地机器人，并集合制造商明示的噪声数值。研究发现，仅有4款扫地机器人经得起测试验证，即实测值与标称值基本接近，剩下的6款噪声实测值均高于标称值，说明制造商过大宣传自身产品噪声数值，即本身做不到这么低的噪声值却向消费者宣称可以做到，部分产品噪声数值明显高于标准规定的55dB（A）。

2.2 智能性对比试验

扫地机器人的智能性与功能性是密不可分的，也是相辅相成的。智能性体现在感知与执行，智能扫地机器人一般都会采用红外光学传感技术，这样机器人的方位空间感知会更精准，就红外传感侦测技术而言，传感器数量越多，扫地机器人在自动回充、防跌落探测、防碰撞等智能性感应方面就会越精准。本文主要从四个方面来分析：

（1）是否有路线规划，如果是非智能的扫地机，大多数是采用随机方式来回进行清扫，智能扫地机器人可通过区域规划而实现完整覆盖，即扫过的地方不会反复的连续再次清扫，可以达到节能省电的效果。

（2）是否有防跌落，防止碰撞与跌落是体现扫地机器人智商的关键，也是延长扫地机使用寿命的一个重要元素，主要通过红外光学感应技术监测与判断离墙距离，感应台阶高度差，也是沿边清扫功能必不可少的技术。

（3）能否自动回充电，灵敏的感应是作为智能扫地机不可或缺的元素，自动回充电是其中典型的代表，当扫地机工作尚未结束但处于低电量或没电时，能自动找到自己的充电座并完成一次正常的充电，此项主要与电池续航及充电过程息息相关。

（4）对灰尘的感应，灰尘的识别也是扫地机智能化的一个重要特点，它通过内置的感应装置，对室内或周围的大块或细小垃圾进行识别与鉴定，清扫时吸入吸尘盒带走，并在重点区域进行反复清扫直至灰尘被扫干净。

本次研究的扫地机器人智能性相关指标如表3所示。

从表3可以看出，在充放电方面，扫地机器人制造商宣称的充放电时间与实测值或多或少存在数值上的差异，本次试验实测值均在空载下进行，机器以100%电量开始放电直至放电致0%结束来计算放电时间，即在固定的区域内计时开始，直至扫地机停止不动，充电时将放电完毕的机器接上充电装置，开始计时直到显示充电完毕或电量达到满格，同时检测充电状态。结果发现只有1款扫地机通过数字显示充电完毕，其余都是通过小闪烁或较大的闪烁来提醒充电完毕，没有通过声音来提示充电完毕的扫地机，事实表明，声音或屏幕显示更能有利于消费者判断是否充电完毕。表3中放电时间即续航时间，测试发现，放电时间最少的为1.2h，其电池容量能为3600mAh，是10款扫地机中电池容量最大的。通过清扫试验发现该款机器运转转速快，因而耗电量大。其中续航能力最强的扫地机达到5h，其电池容量为2200mAh。研究发现电池容量大小与续航能力高低无直接的联系，需要结合扫地机本身的功率及产品结构来考虑。扫地机的电池类型主要为锂电池或镍氢电池，各商家根据自身的机器选择适合自己的电池类别与容量，当然电池容量越大、续航时间越长的扫地机器人更受欢迎。

在防跌落方面，主要通过将扫地机放置在高度为1.5m，长度和宽度为1.2m的桌面上，开启自动清扫模式让其空载工作0.5h，观察扫地机器人能否跌落下来。试验发现10款扫地机均具有防跌落功能，其中有1款宣称8cm落差以上可防止跌落，然而试验发现将落差调整为5cm时，滚轮就会卡住桌子边沿不能动弹，提示报警。

在自动回充电方面，本次主要结合产品自身的宣传特点，有1款拖地机除外，其余9款扫地机都具备自动回充功能，对比这几款扫地机自动回充电过程，大多数机器都是工作到放电快结束时报警提示音开启，提醒机器回到充电座自行充电，其中有1款扫地机由于距离充电座太远，还没到达就停止。如果只是为了让机器回到充电桩充电，可通过遥控器或APP操作进行，10款扫地机器人中有4款具备APP功能，可进行对扫地机器的清扫启停、充放电等操作，8款扫地机具备遥控器操作功能，但是其中的3款规定了遥控范围，且在规定的范围内可操作，研究发现5m内8款扫地机均可自由操作。

3、综合评价

无论价格高低，清洁能力与执行能力才是用户使用扫地机器人的第一要素，将扫地机器人的性能分为功能性和智能性两部分，通过打分进行综合评价，如表4所示。

便于直观了解得分与价格的比例关系，将表4中的综合评价分经过处理后，得到每款扫地机器人的综合性价比（分/百元）指标趋势图，如图5所示。

图5 综合性价比趋势图

从图5可以看出，随着价格的升高，扫地机器人的性价比反而呈下降趋势，研究表明，并不是价格越高的产品就越好。

4、结论

通过对扫地机器人的价格、清洁能力、集尘盒结构、清扫模式、噪声、充放电等进行对比试验研究，详细阐述了扫地机器人的功能性与智能性，通过综合评价打分直观地反映出某品牌扫地机器人性能差异。对于扫地机器人而言，清洁能力和价格是非常重要的购买因素，但绝对不是唯一要素。综合评价得分越高，说明了该产品的性价比越好，越值得消费者购买；同时，该综合评价模型的提出对消费者购买合适的扫地机器人提供了一定参考和依据，对促进扫地机器人行业技术进步具有良好的指导作用。

本文作者

上海市质量监督检验技术研究院 田波 何曙

中国质量认证中心 王伟伟

参考文献

[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家用清洁机器人.干燥清洁:测量性能的方法[S].

[3] GB 22337-2008,社会生活环境噪声排放标准[S].

[4] GB/T 4214.1-2017,声学家用电器及类似用途器具噪声测试方法 第1部分 通用要求[S].

来源：《轻工标准与质量》2020年第五期