机器人可以帮助人类，完成人类较难做到或是懒得处理的琐碎事情，常久以来一直是大众对于机器人所报有的梦想与憧憬，例如搬运重物、处理高危险事务、打扫环境…等。iRobot公司的Roomba清扫机器人，是最早能将机器人科技家电化的划时代产品，透过极具效率的科学运算与搭配耐用、实际的机构设计，让这款清扫机器人可以一连发展5代产品，成为市面上此类型产品的功能临摹对象，透过这次实机拆解最新款的iRobot Roomba 570，了解Roomba的成功秘方…

美国iRobot公司，是由美国麻省理工学院(MIT)罗迪布鲁克斯教授(Rondy Brooks)创立，由于iRobot初期设计、制造许多各型军用机器人，有的机器人可以用于扫雷用途，有的机器人则是以侦测敌军应用为主，再将卫星定位(GPS)信息传回美军战地指挥所，原先也是针对战争用途开发的军用设备。

所以，从波湾沙漠战争(Desert Storm)到伊拉克战争(Iraq War)，美军运用大量iRobot机器人在战争当中取代真人，以数以千计的iRobot机器人替代士兵处理危险任务。

然而战争结束后，军用机器人使用数量需求锐减，iRobot逐渐转移设计与应用方向，重新开始设计家庭用具清扫功能的机器人，并于1995年加入台湾宏碁集团资金，将家用机器人设计付诸实行。

而iRobot研发出的扫地机器人「Roomba」，到今日已是第5代产品，扫地机器人变成每个家庭主妇的梦幻家电，不但可有效清除家中地板灰尘，甚至未来还将机器人运作行为，导入居家关怀设计概念，当下也带来话题与娱乐性，让人们享受生活便利的同时，也带来娱乐效果。

直至今日，iRobot全球销售超过200万台家用清扫机器人，透过拆解，可以了解，到底是什么样的机构设计，可以让家庭主妇为之著迷。

新款iRobot Roomba 570，与旧款的扫地机器人最大的差异在于，下方底盘设计加强系统密闭性，先前的旧款扫地机器人，容易发生灰尘侵入主机内部，让主机板上日积月累附著大量灰尘的困扰。

而新一代的主机底盘构造，则改采完全密封，让主机板与扫地机构完全分离设计，彼此若有电力供应或感测控制连接，也透过模块化的连接座传输必要电力或控制讯号，连接处并针对防尘强化设计，并加装了防护塑料垫片，防止灰尘进入。

除此之外，扫地机器人新增1项特殊的配件「虚拟墙」，iRobot Roomba 570将虚拟墙升级成「虚拟灯塔」，虚拟墙的功能原本是用作来限制或阻挡扫地机器人扫除区域的配件，使用者可以在希望Roomba运作清扫的区域，如门口摆1个虚拟墙设备，其实就是一个红外线感应发讯装置，其放出红外线讯号就像多了一道看不见的墙壁，Roomba就不会跑出扫地范围以外区块，限制空间也能更有效率完成区块清洁扫除工作。

但是，旧款的虚拟墙在使用上，需要手动进行开关切换，若没有设定好，Roomba扫地机器人很可能一不小心就会跑出原本设定限制的清扫范围，原本该打扫的地方就感到扫得不干净，而使用者也需要再重新把机器拉回原处，不但浪费电力、也浪费打扫时间。

新款扫地机器人，搭配的是「虚拟灯塔」，虚拟灯塔与虚拟墙的外观大同小异，同为红外线感应技术设计的发射控制器，只是不同的功能在于，虚拟灯塔有自动开/关虚拟墙壁功能，及协调扫地机器人进行清扫的区域通知功能。

也就是说，当虚拟灯塔知道Roomba清扫机器人在这个区块完成清扫任务后，便会自动开放红外线构筑的虚拟墙，让扫地机器人到下个区块继续进行清扫工作，当Roomba清扫机器人移动到了下个区块后，虚拟灯塔会再度关上虚拟墙，但反观前一代设计，旧款Roomba一次就只能清扫1个区块(所谓区块即如房间、客厅)。

而旧款机种当清扫完限制区块后，使用者必须将Roomba提著带到下个区块清扫，所以，即使部分旧款(4260、4230)具有定时启动清扫功能，也只能完成定时单一区块清扫，而新一代Roomba 570则改进这个缺点，会在启动区块清扫完毕后，自行打开虚拟墙进入第2区块进行清扫，进入后自行关闭1号虚拟墙，在第2区块内执行清扫。

当第2个区块清扫完毕，它又会打开2号虚拟墙，进入第3个区块清扫，扫完后它会打开2号及1号虚拟墙，回到第1区块的充电座上，自动倒车将充电端子自动凑上充电座执行充电，这样的功能可以利用不在家的时间，定时将家中绝大部份的区域清洁工作一次完成，保持家中在最干净的状况，也不会碰上休息或看电视时，Roomba运作干扰休憩活动进行。

Roomba清扫机器人扫地模式，为利用自动扫除技术，关键核心在于特殊的扫除路径算法！其算法可用最经济的路线，达到每执行1次扫除，就可确保每处都有被打扫过4次的机率，这是为何Roomba扫得比人扫得还干净的技术关键！

Roomba除可在无障物的平面顺利进行扫除工作外，如果遇到桌子的桌脚或是其它柱形障碍物区域，由于扫除机器人机器前端布满红外线障碍传感器，前半圆形设计还有碰撞感应开关，可避免直接冲撞家具或是障碍物的问题，而清扫机器人还会绕著桌脚或柱子四周彻底打扫，不放过任何死角。

打扫模式在开启电源后，扫地机器人会先在原地，以逆时钟旋转方式向外扩展扫除区域，1个房间大约使用35~40分钟进行扫除，当完成清扫后，即会自动进入下个屋内区块继续完成清扫，或是选择在1个小范围继续执行清扫模式，这时就会限定机器人在1公尺内的距离执行打扫。

除此之外，还可透过预约设定，以1周7天为1个大单位，设定礼拜一到礼拜天的清扫时间，就算人不在家也可以自动启动打扫行程，或是透过无线遥控方式，也可以把Roomba 570当成1台另类的遥控车，让家中的小朋友当遥控车玩的同时，也能达到清洁屋内地板的另类加值效果。

不管是新款或是旧款扫地机器人，感测装置都是以红外线感测和触碰感测为主，业者表示，使用非雷射导向或是更先进的无线控制技术，并不是技术上办不到，而是就清洁、扫除应用而言，无线感测或是碰撞感测的技术选择，应以实用、低成本、耐用为主要要求，而不是为了导入更新更炫的技术而进行相关设计。

Roomba机器本体、虚拟墙和充电座，均透过红外线无线技术进行互相连结、控制，在机器底盘的部分亦设置4组红外线装置，可以防止Roomba移动到楼梯口或是有落差空间，透过摔落感应即时控制驱动系统回车，避免操作不慎摔落。

此外，底盘轮子结构有简单的悬吊机构设计！一旦提起机器本体，Roomba即立刻自动停止扫除运作，除此之外，悬吊系统还能应付不同材质地面时，发挥应有的清扫功能！例如，硬质地板与软质长毛地毯，也能识别地板材质不同动态调整扫除机构。

Roomba 570的扫除机构，就具浮动能力的驱动轮设计，可以适应不同地板环境，而扫除的清扫机构，仅透过简单的物理悬吊设计，当轮子走到长毛地毯使驱动阻力增加，透过齿轮组的物理驱动钢索控制扫除机构的悬吊高度，让地毯的清扫深度加强，类似这样简单的机构设计概念，在这台扫地机器人设计上，都可以看到类似的巧思。

至于扫地机器人的刷子，即是执行清扫行程效率的重点机构！所以刷子设计一定是非常特殊，新一代的扫地机器人被设计成特殊爪型扫尘刷，扫尘刷的位置针对Roomba的运作路径最佳化，所以很多人觉得奇怪，扫尘刷应该在Roomba四处都装才扫得干净？其实，有用的刷子一把就够了，设计太多除了效益不高，也只是浪费电罢了！Roomba所有的扫地元件，都可以被简单的拆卸下来，让使用者不用将Roomba送厂维修，在家中就能完成清洁动作，延长机器与元件使用寿命。

扫地运作时，清扫集尘机构中的滚筒状刷子，会将地面上的毛发扫入集尘室中，许多毛发也会卷在毛刷上面，久而久之就会降低清扫效果。为了克服这样的难题，iRobot公司设计1个毛刷清洁套，而使用随机附送的毛刷清洁套，只需要将套筒与毛刷组合，来回刷上几回，透过套筒上倒钩设计，插入毛刷时可将毛发勾断，拔出时顺便将毛发带离刷毛，即可轻易的将附著在毛刷上的毛发清除。

底部的清扫集尘机构，内部为1根柱状毛刷与柱状塑料刷平行并排，设计原理就像平日用的扫把与畚箕！毛刷负责将灰尘扬起带入塑料刷上，塑料刷再负责将灰尘送入集尘室中，如此一来可轻松又确实的完成整套扫除工作。
扫地运作时，清扫集尘机构中的滚筒状刷子，会将地面上的毛发扫入集尘室中，许多毛发也会卷在毛刷上面，久而久之就会降低清扫效果。为了克服这样的难题，iRobot公司设计1个毛刷清洁套，而使用随机附送的毛刷清洁套，只需要将套筒与毛刷组合，来回刷上几回，透过套筒上倒钩设计，插入毛刷时可将毛发勾断，拔出时顺便将毛发带离刷毛，即可轻易的将附著在毛刷上的毛发清除。

底部的清扫集尘机构，内部为1根柱状毛刷与柱状塑料刷平行并排，设计原理就像平日用的扫把与畚箕！毛刷负责将灰尘扬起带入塑料刷上，塑料刷再负责将灰尘送入集尘室中，如此一来可轻松又确实的完成整套扫除工作。

在底盘还附设有1个灰尘感应装置，而所谓的灰尘感应装置，居然只是1个麦克风，透过打扫时灰尘扬起时碰撞麦克风的声音，再与系统预存的灰尘声纹进行比对，让Roomba可判断地面上的灰尘厚度，然后下达在此区块停留的时间加长，让清洁行程在特别髒的区块停留久一些，直到麦克风判断此处灰尘减少已完成清扫后，才指示Roomba此区完成清洁，可到其它区会计续清扫行程，看似简单的原理，其构造与技术应用发想却十分不简单！

除了清扫模块外，还有1组侧刷模块，新一代侧刷增加刷毛，原本2支毛刷扩增为6支，如此一来大幅度增加清扫墙壁边缘时的干净度。

iRobot Roomba 570底部有3个轮子，前方1个小轮子用于导向功能，设计上可以简单的取出轮轴进行清洁，扫地时最常遇到的仍然是毛发卡在轮子转轴机构中，万一头发卡在轮轴部分，轮子就不会继续转动，轮子的轴承部分就极易因此磨损，降低使用寿命。

而后方的2个轮子模块，为密封设计，与前方导向轮作用不同，负责Roomba本体的移动，每组驱动轮模块分别由驱动马达与齿轮组、控制电路构成，完成整体动作，左/右驱动轮为马达直接驱动设计，可以让中央系统更有效率控制驱动行程，也能减少转换动力的能源损失。
iRobot Roomba 570底部有3个轮子，前方1个小轮子用于导向功能，设计上可以简单的取出轮轴进行清洁，扫地时最常遇到的仍然是毛发卡在轮子转轴机构中，万一头发卡在轮轴部分，轮子就不会继续转动，轮子的轴承部分就极易因此磨损，降低使用寿命。

而后方的2个轮子模块，为密封设计，与前方导向轮作用不同，负责Roomba本体的移动，每组驱动轮模块分别由驱动马达与齿轮组、控制电路构成，完成整体动作，左/右驱动轮为马达直接驱动设计，可以让中央系统更有效率控制驱动行程，也能减少转换动力的能源损失。
iRobot Roomba 570底部有3个轮子，前方1个小轮子用于导向功能，设计上可以简单的取出轮轴进行清洁，扫地时最常遇到的仍然是毛发卡在轮子转轴机构中，万一头发卡在轮轴部分，轮子就不会继续转动，轮子的轴承部分就极易因此磨损，降低使用寿命。

而后方的2个轮子模块，为密封设计，与前方导向轮作用不同，负责Roomba本体的移动，每组驱动轮模块分别由驱动马达与齿轮组、控制电路构成，完成整体动作，左/右驱动轮为马达直接驱动设计，可以让中央系统更有效率控制驱动行程，也能减少转换动力的能源损失。

在电力系统部分，旧款电力约能离线使用60~90分钟，新一代的Roomba，使用12颗中型的镍氢电池，可以跑120分钟，由面板上的LED灯作为电力容量指示，绿灯为满电状态、黄灯为消耗中、红灯为缺电中，3个颜色为指示，当缺乏电力时会自动回到充电座进行充电。

在新款的充电座系统上，增加导航轨道，改善前一代机器回去充电时，有时必须试了两、三次才能顺利回到基座充电的缺点，在充电设计上，除依靠充电座充电外，也可透过变压器直接外接在Roomba本体上进行充电，提高扫地机器人的携带性与机动性。

新一代遥控器比前一代遥控器更具质感，打破遥控器一定是长长方方的感觉，遥控器除了设定定时清洁行程，它还有遥控Roomba前进/左/右驱动遥控功能，主要的功能在于清扫完成时，它可能刚好停留在床底下，这时有了遥控器，使用者就不需要爬到床底把Roomba抓出来，这也是1项很贴心的设计。

若是不想用遥控器，也可直接在主机的上方完成设定定时开关或是测试机器的一般操作，所有的按键设计都非常简单易懂，而且采LED光源指示，在黑暗处也能看得非常清晰。

拆解机壳外部后，会看到内部主机板为一大片PCB板，从PCB的上方正面观察，表面黏著设计的LED直接与PCB板结合，并且可以看到正面触控键盘相对应的端点，机体上的所有按键，全都用表面黏著方式焊在机板，PCB板看起来十分简洁，而弧形的前端有总导向装置模块，后方则分别为马达模块、充电模块、定时模块、遥控模块及扬声器。

iRobot Roomba 570是目前所有同类型清扫机器人功能最完备的1款，所以，在主机板设计上，也是最完整的设计内容，在旧款机器上可能看不到定时模块、有的看不到遥控模块，但为了简化备料，其它版本的PCB板就会在没有对应加值功能区块上，找不到对应零件或料件，不过随产品进化，未来会有更多、更新的设备不断地添加。

由PCB版下方背面可以看到弧形前端有碰撞模块，前方导向轮的内置电源插槽，当导向轮掉落或忘记安装，Roomba也不会自顾自的乱跑造成更严重的损坏，算是相当贴心的设计！两侧轮子的电源插槽、集尘系统的电源插槽及充电电源的插槽，此外，在这边可以看到iRobot Roomba 570是透过ST ARM系统芯片，完成整体的运动协调。

前几代Roomba对于障碍物，是采轻轻碰撞的感应方式，新一代机器在侦测到前方有障碍物时，已改成会先减速后再轻轻接触，藉由更轻微小心的接触，可以保护家俱不会因Roomba的清扫行程而损坏，不至于经多次打扫后损坏家具或扫地机器。

而内建的ARM芯片架构(Advanced RISC Machine)，是1个32位元精简指令集中央处理器架构，广泛使用在不同种类的嵌入式系统，具有节能、低耗电特点。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到其踪影，例如，行动电话、掌上型电玩，计算机外围设备，甚至在控制飞弹的计算机军用设备中，都可以看到。

前方半环状的感应器，设有6个红外线收发器与碰撞感应器，负责辨识目前的方位以及碰触到硬物时，避开继续打扫。扫地机器人的整体内部架构，至此一览无遗，透过此次拆解了解iRobot对扫地机器人有著各项人性设计，如模块化设计，简化拆卸与故障排除问题。

如强化耐用的机构设计，让它长时间使用不怕损坏，计算机控制全以单芯片设计，强化耐用度，控制UI设计极简易，不用学习就会用，甚至开发趣味性与话题性的遥控操作应用，让家中的小朋友也乐于遥控Roomba进行打扫。使用单纯的双轮驱动系统，设计跟两轮车「赛格威」(Segway)有异曲同工之妙，用最少的组件完成最精致的驱动行程控制，另外，搭配无动力导向轮与各自配置驱动马达的驱动轮，即构成iRobot实用的驱动系统...

另外就算话题性再怎么高，趣味性再怎么强，扫不干净再聪明也是枉然，iRobot利用强化清扫与集尘设计，让灰尘只进不出，创意与概念相当值得学习。如这代强化清洁毛刷，刷毛更长，当遇到头发绞住影响扫除机构运作，还会自动反转解除故障问题，集尘机构利用大量物理技术设计，如高低反差与橡胶隔尘设计，让刷毛刷进尘屑的同时，也会经内部橡胶刷清除沾附刷毛上的灰尘、毛发，避免灰尘泄出造成二度污染，让扫除更具效率。

各种不同材质地面，自动调整刷子清扫角度，灰尘感应侦测功能在清扫过程中，遇到灰尘较厚的地方，会自动在原地停留，直到清扫完成后离开，楼梯侦测功能可自动侦测楼梯，不会掉落。 前几代机器都怕卷到电线或流苏，新一代机器毛刷卷到电线或流苏，刷子会自动反转，前几代机器都不适用于有流苏的地毯，新一代机器已没有这个问题。

刷子已改为易清理毛刷，所附的刷子清洁工具为1个套筒，套筒内为钩子，清洁毛刷时，只需将刷子在套筒内来回穿梭，即可轻易取下刷子上的毛发，特别是针对养宠物的朋友，缩短刷子清理时间，零件模块化，较易于维修。

而系统利用IR随时确认主机与充电座间的距离，充电座本身会发出引导的两条红外线，当电池电力极低时，确保还有电力跑到充电座执行充电。在拆解的过程中，发现大部分的螺丝都有防止遗失的保护措施，也就是说所有的螺丝都不会离开主体，可以防止在清洁机器时，避免发生组装时找不到螺丝的窘况。

研究这Roomba外观时，看到有1个类似电视s端子插孔，询问代理商得到的答案，是有可能未来可以透过原厂获得更新功能。不过原厂更透露下一代产品可能会大幅升级，结合摄影机，可以透过网络在外地控制家中的机器运作。可以通话也可以传输影像，最多可达10个人同时使用，也可以作为家中的安全监控，或是查找家人在家中的位置与家人谈话，变成家庭安全防护与打扫的机器人。

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