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智能洗衣机械中人工智能技术的深度应用

2020-06-01 296 上传者：管理员

摘要：人工智能技术有望解决洗衣机械等传统家用电器所存在的问题,洗衣机械智能化发展成为大势所趋。文章针对洗衣机械实现智能化的技术和方法,通过在数据库中检索和调查近年来有关智能洗衣机械的专利和论文,尝试对近年来洗衣机械与人工智能技术(AI)融合发展实现的功能应用及现状进行综述。通过综述可以看出,如今人们更加注重于洗衣机械的操作体验、洗涤效果、远程控制等功能,并且这些功能可以通过图像处理技术、语音识别技术、智能控制技术、物联网技术予以实现。

关键词：
人工智能技术
人机交互
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洗衣机械
物联网技术
自动识别
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人工智能(AI)是由人类发明具有判断逻辑行为和重组逻辑过程的智能物件,且人工智能为家电带来了全新的交互体验。洗衣机械可以降低人们的洗衣负担。在人工智能的加持下,洗衣机械的相关研究有序发展,曾磐等[1]的深度学习在洗衣机械中的应用具有较高可行性,刘小华等[2]针对浑浊度变化和洗涤时间不确定性研究有重要的意义,之后可以结合实际引入到生活当中。

现在大部分洗衣机械的人工智能化还处于理论设计阶段,而AI技术在洗衣机械中的渗透展现出广阔的应用前景。因此人工智能(AI)技术在洗衣机械中的应用受到广泛的关注。目前并未有研究针对智能技术在洗衣机械中的应用进行综述。笔者通过调查、检索数据库中已有的研究(论文和专利),拟概述近年来人工智能技术(AI)在洗衣机械方面的应用与研究现状。

1、人工智能技术在智能洗衣机械中的深度应用

1.1 图像处理技术

智能洗衣机械通过图像处理技术可以实现不同模式的目标与功能对象的识别。图像处理技术在提升洗衣机械的智能化水平方面具有很大的潜力,曾磐等[1]提出了一种基于计算机视觉领域中图像处理技术(卷积神经网络算法)以用于实现对衣物图像的采集,并提供恰当的洗涤模式。专利CN110273259A[3]公开了一种基于被洗涤衣物的物理特性,通过智能算法计算得出最适合的洗涤流程信息。基于以上信息,可以看出,在洗衣机械领域中,图像处理技术主要是针对被洗涤衣物进行信息识别,通过对不同衣物材质、尺寸等物理特性的智能识别,启用不同的洗涤模式,帮助使用者更精准、有效地选择适合的洗涤模式。

1.2 智能控制技术(单片机技术)

智能控制技术已经被广泛用于提升洗衣机械的智能化水平,单片机是实现这一技术最有力的工具。秦晓梅等[4]报道了一种低成本的80C51单片机类型,通过智能控制技术实现了人机对话功能。也有研究集中在洗衣过程的数学建模上,刘小华[2]采用模糊控制原理实现了不同衣物浑浊程度的识别,沈华刚等[5]进一步采用模糊控制原理,不仅实现了不同衣物浑浊程度的识别,并且通过MC6805R3单片机控制电路实现对不同衣物材质、数量的最适水温调控。

洗衣机在使用过程中经常会发生不可避免的故障性事件,丛秋波[6]提出一种基于RFID和NFC技术的远程故障监测系统,可以实现对洗衣机械的实时远程监测,专利CN110552164A[7]是针对洗衣机械滚筒可能出现的撞桶现象,提出一种非线性系统及时纠偏的技术理念,有望降低洗衣机械滚筒发生碰壁的可能性。智能控制技术涉及的范围较为广泛,单片机是实现这一技术最有利的手段和工具,捕捉和处理更多的过程参数,一方面需要合理的数学模型,另一方面,对单片机的性能也有一定的要求和挑战。

1.3 智能语音识别技术

智能语音识别技术可以使洗衣机械与用户进行流畅自然的沟通,从而直接控制洗衣机的工作状态。很多研究表明,智能语音识别技术在提升洗衣机械的智能化水平方面有广阔的前景。李鹤群等[8]针对海尔智能洗衣机的专利技术进行了系统化的分析,专利CN101649537B[9]提出了一种语音辅助洗衣的程序,可以实现对用户难以理解的洗衣机械功能进行回答,更有助于用户(尤其是新用户)快速掌握洗衣机械中的一系列复杂功能,实现洗衣机械的“智能解读”。

针对有视觉缺陷的用户和无法正常观察辨别洗衣机械各项功能的操作人群,专利CN209619684U[10]公开了一种语音识别装置(VT100型号),可以有效实现洗衣机械控制面板中参数的调控,并且通过扩音口对当前参数进行提示。基于以上信息,可以看出,在洗衣机械领域智能语音识别技术主要是通过对不同关键字、误操作等特性的智能识别,会提示、启用不同的洗涤模式,从而帮助用户理解和使用洗衣机械。

1.4 洗衣机械物联网技术

物联网技术可以使洗衣机械在任何时间、任何地点感知用户的指令,并且做出高效的执行。很多研究表明,物联网技术在推动洗衣机械智能化的道路上发挥不可替代的作用。专利CN102383286B[11]公开了一种基于物联网技术和语音识别技术实现了洗衣机械的智能升级、费用缴纳。专利CN109862104A[12]公开了一种采用NB-IoT技术实现大数量洗衣和自主烘干的一体化的方式,并且可以对大数量和大容量的洗衣机械群进行稳定的控制。智能洗衣机械通过“共享”技术可以实现对社会剩余资源利用的最大化,提高使用者对洗衣机械的满意度。

一些研究表明,“共享”技术对于提高洗衣机械智能化发展有更加广阔的前景及发展趋势。专利CN110533845A[13]公开了一种从单一独立走向网络一体化的高校服务系统,利用全面的一站式服务来改善高校学生的使用需求,从而对洗衣机械的开关、预约等进行集中控制。基于以上信息,可以看出,目前物联网技术主要是针对洗衣机械领域的远程控制、云端服务,并且通过对被洗涤衣物所需电量、洁净程度以及加入洗涤剂种类等主要方面进行智能化控制,从而对被洗涤衣物启用最佳的洗涤方式。

2、总结与展望

目前实现洗衣机械智能化水准的重要技术和方法如图1所示。

图1 洗衣机械实现智能化改造的途径

对于智能洗衣机械,首先要实现“视觉”和“听觉”信息的采集,图像处理技术和智能语音控制技术在洗衣机械中的应用。洗衣机械领域中的图像处理技术可以使用摄像机和图像捕捉装置,实现不同模式的目标和对象的识别,而智能语音识别技术可以使用智能语音识别装置使洗衣机械与用户进行流畅自然的沟通,通过这两种技术的引入,帮助使用者更精准的选择合适的洗涤模式。

在实现洗衣机械“看得见”和“听得懂”的基础上,需要统一的“智能大脑”对洗衣机械进行统一的调控,而这一关键部分为智能控制技术在洗衣机械中的应用。各种型号的单片机为实现这一技术需要捕捉更多的信息和过程参数,对单片机硬件性能和相应的解析数学模型提出了要求和挑战。

洗衣机械与洗衣机械、洗衣机械和云端、洗衣机械和用户之间的互联体验,也是洗衣机械智能化水平提升的关键。将“共享”技术应用到洗衣机械当中,可以有效实现洗衣机械与洗衣机械的联动,从而实现对社会剩余资源利用的最大化。另外,物联网技术应用到洗衣机械当中,是实现当下“万物互联”的重要举措,通过手机、云端服务器、传感器等这些硬件设备的相互配合,可以实现洗衣机械和云端、洗衣机械和用户之间的互联体验。物联网技术可以使洗衣机械在任何时间、任何地点感知用户的指令,并且做出高效的执行。

在未来,人工智能的深度学习、一站式体系化的操作系统运用到洗衣机械当中,使人可以有更多的时间从事其他的工作。

参考文献：

[1]曾磐.基于深度学习的智能洗衣机系统构建[D].深圳:深圳大学,2017.

[2]刘小华.基于神经网络模糊控制的智能洗衣机自动控制器的设计[J].电子制作,2012(12):149.

[3]黄盛睦,金相润,朴润植.基于事物感测设定功能的洗衣机､云服务器及其设定方法:CN110273259A[P].2019-09-24.

[4]秦晓梅,巢明,崔承毅,等.基于单片机技术的智能洗衣机控制系统设计[J].实验技术与管理,2019,36(10):193-196.

[5]沈华刚,吕刚磊,张军.基于模糊控制的全自动洗衣机的设计[J].无线互联科技,2017(5):57-58.

[6]丛秋波.智能洗衣机方案采用RFID和NFC技术[J].电子设计技术,2012,19(11):22,28.

[7]焦山旺,徐彭城,熊明,等.偏心感知方法及偏心感知装置､存储介质､波轮洗衣机:CN110552164A[P].2019-12-10.

[8]李鹤群,任悦.海尔智能洗衣机专利技术分析[J].科技资讯,2019,17(5):85-86.

[9]曹春华,许升,张惠玉,等.一种语音控制且获得语音帮助的洗衣方法及洗衣机:CN101649537[P].2010-02-17.

[10]颜义往,陈鉴荣,张景贵,等.一种语音识别洗衣机:CN209619684U[P].2019-11-12.