図面 (/)

技術 清掃ロボット

出願人 大成建設株式会社
発明者 加藤崇森直樹
出願日 2016年6月24日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2016-125298
公開日 2017年12月28日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-228195
状態 特許登録済
技術分野 電気掃除機(2) 移動体の位置、進路、高度又は姿勢の制御 床、カーペットの清掃
主要キーワード 水平面視 コーン間 原子力事故 内側筐体 外側筐体 レーザーレンジファインダー 立入禁止 真空モータ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年12月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

空間的に設けられた立入禁止表示を認識し、立入禁止場所への侵入を防止可能な、清掃ロボットを提供する。

解決手段

走行手段2と清掃手段3を備える清掃ロボット1であって、光を出射し、障害物により反射された反射光受光することで、前記障害物との距離を計測する距離計測装置15と、制御装置20を更に備え、該制御装置20は、前記光の出射角度を上下方向に変化させる、距離計測装置制御部と、該距離計測装置15における計測結果を基に、前記障害物を回避するように進行方向を決定する、進行方向決定部と、該進行方向決定部により決定された進行方向に向けて、前記走行手段を走行制御する走行制御部と、を備える、清掃ロボット1を提供する。

概要

背景

周知のように、室内を自動で清掃する清掃ロボットが、広く使用されている。
特許文献1には、図7に示されるような清掃ロボット100が開示されている。清掃ロボット100は、制御部120によって制御されている。
制御部120はレーザーレーダー112,超音波センサ113、距離画像カメラ114で取得する環境情報及び清掃対象域の地図情報に基づいて清掃部のサイドブラシ104やメインブラシ105の回転や高さ位置を制御したり、フラッパー107の開閉時間間隔や開閉量を制御するとともに、駆動輪102及び偏心キャスタ103による走行を制御する。
レーザーレーダー112は走行する水平面の進行方向に対して±90°の範囲を一定角度毎にレーザー照射することにより距離計測を行ってロボット本体100から見た障害物や壁の2次元的配置を計測する。

上記のような清掃ロボット100を、施工期間中の建設作業場で使用することは、次のような理由により難しい。建設作業場においては、建設資材集積している場所や、コンクリート打設した直後の床等の、立ち入り注意を要する立入禁止区画が存在する。通常、このような立入禁止区画を囲うように、2つのコーンと該コーンの頂部間に架け渡されたコーンバーが設けられ、これにより作業員は、立入禁止区画を認識する。
しかし、上記のような清掃ロボット100においては、レーザーレーダー112が設置された高さ位置における水平面内の情報しか取得できないため、2つのコーンは認識できたとしても、レーザーレーダー112とは異なる高さに位置する、コーン間に架け渡されたコーンバーは認識できない。結果として、清掃ロボット100は、コーンバーの下を潜り抜け、あるいはコーンバーに接触した後コーンバーを立入禁止場所へと押し込ながら、立入禁止場所へと侵入してしまう。

概要

空間的に設けられた立入禁止表示を認識し、立入禁止場所への侵入を防止可能な、清掃ロボットを提供する。走行手段2と清掃手段3を備える清掃ロボット1であって、光を出射し、障害物により反射された反射光受光することで、前記障害物との距離を計測する距離計測装置15と、制御装置20を更に備え、該制御装置20は、前記光の出射角度を上下方向に変化させる、距離計測装置制御部と、該距離計測装置15における計測結果を基に、前記障害物を回避するように進行方向を決定する、進行方向決定部と、該進行方向決定部により決定された進行方向に向けて、前記走行手段を走行制御する走行制御部と、を備える、清掃ロボット1を提供する。

目的

本発明が解決しようとする課題は、空間的に設けられた立入禁止表示を認識し、立入禁止場所への侵入を防止可能な、清掃ロボットを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

走行手段と清掃手段を備える清掃ロボットであって、光を出射し、障害物により反射された反射光受光することで、前記障害物との距離を計測する距離計測装置と、制御装置を更に備え、該制御装置は、前記光の出射角度を上下方向に変化させる、距離計測装置制御部と、該距離計測装置における計測結果を基に、前記障害物を回避するように進行方向を決定する、進行方向決定部と、該進行方向決定部により決定された進行方向に向けて、前記走行手段を走行制御する走行制御部と、を備える、清掃ロボット。

請求項2

前記清掃手段は清掃ブラシを備え、前記障害物は粉じんを含む、請求項1に記載の清掃ロボット。

請求項3

前記距離計測装置はレーザーレンジファインダーであり、前記光はレーザー光である、請求項1または2に記載の清掃ロボット。

請求項4

前記光の出射角度の下限は、床面と平行な方向である、請求項1から3のいずれか一項に記載の清掃ロボット。

技術分野

0001

本発明は、清掃ロボットに関するものである。

背景技術

0002

周知のように、室内を自動で清掃する清掃ロボットが、広く使用されている。
特許文献1には、図7に示されるような清掃ロボット100が開示されている。清掃ロボット100は、制御部120によって制御されている。
制御部120はレーザーレーダー112,超音波センサ113、距離画像カメラ114で取得する環境情報及び清掃対象域の地図情報に基づいて清掃部のサイドブラシ104やメインブラシ105の回転や高さ位置を制御したり、フラッパー107の開閉時間間隔や開閉量を制御するとともに、駆動輪102及び偏心キャスタ103による走行を制御する。
レーザーレーダー112は走行する水平面の進行方向に対して±90°の範囲を一定角度毎にレーザー照射することにより距離計測を行ってロボット本体100から見た障害物や壁の2次元的配置を計測する。

0003

上記のような清掃ロボット100を、施工期間中の建設作業場で使用することは、次のような理由により難しい。建設作業場においては、建設資材集積している場所や、コンクリート打設した直後の床等の、立ち入り注意を要する立入禁止区画が存在する。通常、このような立入禁止区画を囲うように、2つのコーンと該コーンの頂部間に架け渡されたコーンバーが設けられ、これにより作業員は、立入禁止区画を認識する。
しかし、上記のような清掃ロボット100においては、レーザーレーダー112が設置された高さ位置における水平面内の情報しか取得できないため、2つのコーンは認識できたとしても、レーザーレーダー112とは異なる高さに位置する、コーン間に架け渡されたコーンバーは認識できない。結果として、清掃ロボット100は、コーンバーの下を潜り抜け、あるいはコーンバーに接触した後コーンバーを立入禁止場所へと押し込ながら、立入禁止場所へと侵入してしまう。

先行技術

0004

特開2006−209644号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明が解決しようとする課題は、空間的に設けられた立入禁止表示を認識し、立入禁止場所への侵入を防止可能な、清掃ロボットを提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、走行手段と清掃手段を備える清掃ロボットであって、光を出射し、障害物により反射された反射光受光することで、前記障害物との距離を計測する距離計測装置と、制御装置を更に備え、該制御装置は、前記光の出射角度を上下方向に変化させる、距離計測装置制御部と、該距離計測装置における計測結果を基に、前記障害物を回避するように進行方向を決定する、進行方向決定部と、該進行方向決定部により決定された進行方向に向けて、前記走行手段を走行制御する走行制御部と、を備える、清掃ロボットを提供する。
上記のような構成によれば、清掃ロボットは、距離計測装置制御部により、距離計測装置から出射される光の出射角度を上下方向に変化させて障害物を検知するため、距離計測装置が設置された高さ位置よりも上方の物体も、空間的に、検知可能となる。すなわち、例えばコーン間に架け渡されたコーンバー等の、空間的に設けられた立入禁止表示も障害物として検知可能となるため、立入禁止表示の下を潜り抜けずに回避するように進行方向決定部により走行手段を走行制御することで、立入禁止場所への侵入を防止することができる。

0007

本発明の一態様においては、前記清掃手段は清掃ブラシを備え、前記障害物は粉じんを含む。
上記のような構成によれば、床面に粉じんが散乱している場合には、清掃ブラシによって粉じんが巻き上げられて空中に飛散する。このとき、距離計測装置から出射された光は、粉じんにより反射されるため、粉じんが障害物として検知され、進行方向決定部は粉じんを回避するように新たな進行方向を決定し、この新たな進行方向に向けて走行手段を走行制御しようとする。しかし、このような場合には、粉じんは清掃ロボットの全周囲に飛散しているため、新たな進行方向においても粉じんが障害物として検知され、更に新たな進行方向を決定し、走行手段を走行制御しようとする。すなわち、床面に散乱していた粉じんの内の、大部分の粉じんが清掃手段によって清掃されて、清掃ロボットの周囲に粉じんがほとんど飛散していない状況になるまで、清掃ロボットは粉じんの検知と進行方向の決定を繰り返すため、粉じんが多い場所を重点的に清掃することが可能となる。
また、床面上の粉じんを検知するための、距離計測装置以外の他のセンサを特別に用意する必要がない。更に、例え進行方向決定部による進行方向の決定が、例えばランダムなど、何らかの熟慮された戦略に基づいて行われるものでなかったとしても、粉じんが多い場所を重点的かつ効果的に清掃することができる。したがって、清掃ロボットの製作コストを低減することができる。

0008

本発明の一態様においては、前記距離計測装置はレーザーレンジファインダーであり、前記光はレーザー光である。
上記のような構成によれば、障害物が特に粉じんである場合において、空中に飛散する粉じんを効果的に検知することが可能となる。

0009

本発明の一態様においては、前記光の出射角度の下限は、床面と平行な方向である。
上記のような構成によれば、距離計測装置が床面を障害物として検知しないため、検知された障害物が床面か否かを判定する必要がなく、したがって、清掃ロボットを容易に製作することができる。

発明の効果

0010

本発明によれば、空間的に設けられた立入禁止表示を認識し、立入禁止場所への侵入を防止可能な、清掃ロボットを、提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の実施形態として示した清掃ロボットの、(a)は側面図、(b)は平面図である。
本発明の実施形態として示した清掃ロボットにおける距離計測装置の説明図である。
本発明の実施形態として示した清掃ロボットにおける制御装置のブロック図である。
本発明の実施形態として示した清掃ロボットの、進行方向の決定方針を示す説明図である。
本発明の実施形態として示した清掃ロボットの、進行方向の決定方針を示す説明図である。
本発明の実施形態として示した清掃ロボットの動作を示すフローチャートである。
従来の清掃ロボットを示す説明図である。

実施例

0012

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

0013

図1は、本発明の実施形態として示した清掃ロボット1の、(a)は側面図、(b)は平面図である。本実施形態においては、清掃ロボット1は、施工期間中の建設作業場において使用されるものである。
清掃ロボット1は、走行手段2と清掃手段3を備えている。本実施形態においては、清掃ロボット1は、内側筐体5と外側筐体18を備えており、走行手段2や清掃手段3を含む各構成部は主に内側筐体5に取り付けられて、内側筐体5及び各構成部を囲うように外側筐体18が設けられているが、このような構成に限られないことは言うまでもない。

0014

走行手段2は、駆動輪用モータ6(6A、6B)、駆動輪7(7A、7B)、ベルト8、及びキャスタ9を備えている。
清掃ロボット1は、図1における右側である進行方向後側に右側駆動輪7Aと左側駆動輪7Bの2つの駆動輪7を、図1における左側である進行方向Iの前側に1つのキャスタ9を備えており、清掃ロボット1は、これら3つの駆動輪7及びキャスタ9が床面Fに接するように床面F上に載置されている。右側駆動輪7Aと左側駆動輪7Bの各々に対応して、右側駆動輪用モータ6Aと左側駆動輪用モータ6Bの2つの駆動輪用モータ6が、内側筐体5に固定されて設けられている。各駆動輪用モータ6に対して、バッテリー4から電力が供給されている。右側駆動輪用モータ6Aと右側駆動輪7A、及び左側駆動輪用モータ6Bと左側駆動輪7Bはそれぞれ、ベルト8によって連結され、これにより、各駆動輪用モータ6(6A、6B)によって生成された動力が、対応する駆動輪7(7A、7B)に伝達される。

0015

右側駆動輪用モータ6Aと左側駆動輪用モータ6Bの回転量は、図3を用いて後述する、制御装置20の走行制御部26によって、個別に制御されている。右側駆動輪用モータ6Aの回転量と左側駆動輪用モータ6Bの回転量が同じ場合には、清掃ロボット1は直進する。右側駆動輪用モータ6Aの回転量が左側駆動輪用モータ6Bの回転量より大きい場合は、清掃ロボット1は左方向に曲がるように前進する。右側駆動輪用モータ6Aの回転量が左側駆動輪用モータ6Bの回転量より小さい場合は、清掃ロボット1は右方向に曲がるように前進する。
キャスタ9は、鉛直方向に延在するように内側筐体5に接続された支持軸部9bと、支持軸部9bの下端に回転可能に接続された、円板状の車輪部9aを備えている。支持軸部9bは、内側筐体5に対して水平面内において360°に自在に回転可能に設けられており、これにより、キャスタ9は、清掃ロボット1の進行方向に追随して回転する。
内側筐体5の底面5aの床面Fからの高さや、駆動輪7の径の大きさ、駆動輪用モータ6のトルクは、建設作業場にビスが落下していても、これに駆動輪7がロックされずに乗り越えることができる程度に設計されている。
2つの駆動輪用モータ6は、図3を用いて後述する制御装置20の、走行制御部26によって制御されている。

0016

清掃手段3は、サイドブラシ(清掃ブラシ)10、サイドブラシ駆動モータ11、ドラムブラシ12、ドラムブラシ駆動モータ13、及びホッパ14を備えている。
サイドブラシ10は、円形の支持板部10aの一方の表面にブラシ部10bが接合されて形成されており、支持板部10aが床面Fと平行になってブラシ部10bが床面Fに接触するように位置せしめられて、支持板部10aの中心位置で水平面内で回転可能に、内側筐体5に取付けられている。特に図1(b)に示されるように、サイドブラシ10は、ブラシ部10bの一部が、外側筐体18よりも主に右方向の外側に突出するように、清掃ロボット1の右側前方に設けられている。サイドブラシ10は、バッテリー4から電力を供給されて作動するサイドブラシ駆動モータ11によって、図1(b)における反時計回りの方向Aに回転されることにより、床面F上に位置するゴミ等を、後述するドラムブラシ12の前方へと移動させる。
サイドブラシ駆動モータ11は、図3を用いて後述する制御装置20の清掃制御部25によって、サイドブラシ10が一定の速度で回転するように制御されている。

0017

ドラムブラシ12は、円柱形状に形成されており、円柱形状の側面にブラシが設けられている。ドラムブラシ12は、軸方向が清掃ロボット1の左右方向と一致するように位置せしめられて、円柱形状の中心軸位置で回転可能に、内側筐体5に取付けられている。図1(a)に示されるように、ドラムブラシ12は清掃ロボット1の下側に取り付けられており、ドラムブラシ12の下側が外側筐体18よりも下方向に突出して床面Fに接触するように設けられている。ドラムブラシ12は、バッテリー4から電力を供給されて作動するドラムブラシ駆動モータ13によって、図1(a)における反時計回りの方向Bに回転されることにより、床面F上に位置するゴミ等を絡め捕り、外側筐体18の内部へ搬送する。
ドラムブラシ12の後方には、ホッパ14が設けられている。ホッパ14は、ドラムブラシ12によって外側筐体18内部へ搬送されたゴミ等を受け取り、格納する。
ドラムブラシ駆動モータ13は、図3を用いて後述する制御装置20の清掃制御部25によって、ドラムブラシ12が一定の速度で回転するように制御されている。

0018

清掃ロボット1は、距離計測装置15を備えている。距離計測装置15は、光を出射し、障害物により反射された反射光を受光することで、障害物との距離を計測する。
本実施形態においては、距離計測装置15は、レーザーレンジファインダーであり、光はレーザー光である。距離計測装置15は、例えば光を反射する鏡を回転させることで、例えば一秒間に1081回の頻度で、距離計測装置15の前方Cから左右に例えば各々135°、計270°の範囲で光を往復して光出射部15cから出射し、水平方向に走査することで、周囲の物体までの距離を計測する。距離計測装置15の光の射程距離は、例えば10m程度である。
距離計測装置15は、清掃ロボット1の前側に、図1(a)のように水平面視した場合における距離計測装置15の前方Cと、床面Fと平行な、清掃ロボット1の直進時の進行方向Iが、一致するように設けられている。これにより、距離計測装置15は、清掃ロボット1の直進方向Iを中心として左右に、例えば各々135°の範囲で光を照射することができるように設けられている。

0019

距離計測装置15は、その下側において、清掃ロボット1の左右方向に延在して、清掃ロボット1の直進方向Iと水平面内で直交するように設けられた軸15aと、鉛直方向に延在する支持部15bを介して、内側筐体5に取付けられている。
軸15aの一端には、図1(b)に示されるように距離計測装置駆動モータ16が設けられている。距離計測装置駆動モータ16は、本実施形態においてはステッピングモータである。距離計測装置駆動モータ16は、図3を用いて後述する制御装置20の距離計測装置制御部27によって、軸15aを中心に上下方向に距離計測装置15を回動させて、光の出射角度を上下方向に変化させるように制御されている。図2(a)は、距離計測装置15の前方Cが清掃ロボット1の直進方向Iに一致する状態である。本実施形態においてはこの状態が距離計測装置15の初期位置であり、なおかつ、光の出射角度の下限となる位置である。図2(b)は、距離計測装置15の前方Cが清掃ロボット1の直進方向Iから45°上方を向くように、距離計測装置15が上方向に回動させられた状態である。本実施形態においては、この状態が、光の出射角度の上限となる位置である。
距離計測装置15からの光の出射角度が図2(a)、(b)に示される下限位置と上限位置の間を、例えば1秒間に1回往復する程度の速度で、距離計測装置15は上下方向に回動させられている。

0020

上記のような構成により、距離計測装置15は、清掃ロボット1の直進方向Iを基点として、水平方向に−135°〜135°、上下方向に0°〜45°の角度範囲における、距離計測装置15から10m以内の空間に位置する物体を検知する。距離計測装置15によって取得された情報は、図3を用いて後述する制御装置20の障害物判定部23と表示制御部28に送信される。

0021

清掃ロボット1は、図1に示されるように、赤外線センサ17を備えている。赤外線センサ17は、内側筐体5の底面5aの、最前方の車輪であるキャスタ9よりも前の位置に、下方向に赤外線を出射するように設けられており、床面Fに形成された、例えば25mm以上の高い段差や穴を、これらにキャスタ9が到達する前に検知する。赤外線センサ17によって取得された情報は、図3を用いて後述する制御装置20の進行方向決定部24に送信される。

0022

清掃ロボット1は、入力装置21を備えている。入力装置21は、清掃ロボット1の移動速度や、清掃ロボット1を手動で動かすときの移動方向指示などの入力を受け付け図3を用いて後述する制御装置20の、走行制御部26と表示制御部28に送信する。

0023

清掃ロボット1は、出力装置22を備えている。出力装置22は、入力装置21による入力を促すためのユーザインターフェース、入力装置21によって入力された各種入力、及び、距離計測装置15によって検出された障害物に関する情報等を表示するように、図3を用いて後述する制御装置20の表示制御部28によって制御されている。

0024

清掃ロボット1は、制御装置20を備えている。制御装置20は、図3に示されるように、障害物判定部23、進行方向決定部24、清掃制御部25、走行制御部26、距離計測装置制御部27、及び表示制御部28を備えている。

0025

障害物判定部23は、距離計測装置15から送信された情報を受信する。距離計測装置15は、清掃ロボット1の直進方向Iを基点とした、水平方向に−135°〜135°、上下方向に0°〜45°の角度範囲の中の、距離計測装置15からの各方向において、距離計測装置15から10m以内の空間内に物体が有る場合に、後述の要領でそれが障害物か否かを判定し、障害物が検知された場合には、その方向と、距離計測装置15から物体までの距離を、障害物判定部23へ送信している。
しかし、光の水平方向及び上下方向の往復頻度によっては、上記角度範囲内の全ての角度における情報を制御装置20が処理しようとすると、処理対象のデータ量が大きくなり、特に制御装置20の処理能力が高くない場合には、処理が困難となる可能性がある。ここで、清掃ロボット1の走行に大きく影響するのは、清掃ロボット1の特に直進方向Iに近い角度位置における物体の情報である。したがって、本実施形態においては、図4に示されるように、障害物判定部23は、距離計測装置15の前方Cを基点として水平方向に例えば−30°(角度位置E)〜30°(角度位置D)の角度範囲における情報を距離計測装置15から受信した情報から抽出し、この角度範囲内に位置する物体に対して、次に記載する障害物の判定を行っている。

0026

障害物判定部23は、物体の種類を次のように推定して、物体が障害物か否かを判定する。
例えば、物体が上下方向に0°〜45°の角度範囲における全ての範囲において略同等の距離で検出されている場合には、物体は壁であり障害物であると推定可能である。
また、物体が上記上下方向の角度範囲における一定の小さな範囲の高さにおいてのみ検出されて、水平方向における他の角度においても同じ一定範囲の高さに物体が検出された場合には、空中に幅の小さな物体が水平方向に延在して位置しており、この物体はコーンバー51、すなわち回避すべき障害物であると推定可能である。
更に、物体が上記上下方向の角度範囲におけるある一定の角度よりも上方全てにおいて検出されてはいるが、この物体は清掃ロボット1の全高よりも高い位置に位置すると判断される場合には、これは実際には障害物ではなく、その下方を清掃可能であると判断してもよい。

0027

ここで、障害物は、粉じんを含んでいる。すなわち、障害物判定部23は、物体が粉じんと判断した場合にも、本実施形態においては、障害物として進行方向決定部24に情報を送信している。
粉じんが散乱している床面Fをサイドブラシ10が清掃しようとして、粉じんが床面Fから空中に巻き上げられた場合に、距離計測装置15は粉じんを物体として認識する。
物体が壁や、図4に示されるようなコーン50やコーンバー51等である場合には、本実施形態においては距離計測装置15の射程距離が10mであるため、距離計測装置15から送信される物体の距離は、例えば1m〜10m等の値をとり得るが、粉じんの場合は清掃ロボット1の周囲の空間に飛散するため、距離は0〜0.1m等と、壁やコーンバー51等に比べると非常に小さい値となり得る。
このように、障害物判定部23において、距離の値が所定の値以下である場合においては、物体が粉じんであると推定可能である。

0028

上記のように、障害物判定部23は、直進方向Iを基点として水平方向に−30°〜30°、上下方向に0°〜45°の角度範囲の中に物体が検知された場合には、その各々が障害物であるか否かを判定し、障害物と判定された物体の位置する方向と障害物までの距離を、進行方向決定部24に送信する。

0029

進行方向決定部24は、清掃ロボット1の直進方向Iを基点として水平方向に−30°〜30°、上下方向に0°〜45°の角度範囲における、障害物の方向及び距離情報を、障害物判定部23から受信する。進行方向決定部24は、これらの情報、すなわち、距離計測装置15における計測結果を基に、障害物を回避するように進行方向を決定する。
進行方向決定部24は、障害物判定部23が障害物として判定した物体が存在しない場合においては、直進するように走行制御部26を指示する。

0030

障害物判定部23が障害物として判定した物体が存在する場合には、進行方向決定部24は、次のように進行方向を決定する。
例えば、図4に示されるように、2つのコーン50とコーン50の頂部間に架け渡されたコーンバー51が設けられており、直進方向Iから右側の方向Dにおける、障害物すなわちコーンバー51との距離が、左側の方向Eにおけるコーンバー51との距離よりも短くなっている場合においては、進行方向決定部24は、清掃ロボット1がコーンバー51に対して、斜め方向右側から接近していると判断し、左側に曲がってコーンバー51を回避するように、走行制御部26に指示する。
逆に、直進方向Iから右側の方向Dにおける距離が、左側の方向Eにおける距離よりも長くなっている場合においては、進行方向決定部24は、清掃ロボット1がコーンバー51に対して、斜め方向左側から接近していると判断し、右側に曲がってコーンバー51を回避するように、走行制御部26に指示する。
このように、障害物に対して斜め方向から接近していると判断した場合においては、進行方向決定部24は、左右何れかのうち鈍角に曲がることにより障害物を回避可能な方向に曲がって障害物を回避するように、走行制御部26に指示する。これは、鋭角に曲がろうとすると、内輪差が大きくなり、障害物に衝突する可能性が高いためである。

0031

直進方向Iから右側の方向Dにおける距離と、左側の方向Eにおける距離が等しい場合においては、進行方向決定部24は、清掃ロボット1がコーンバー51に対して、直交するように接近していると判断し、右側に曲がってコーンバー51を回避するように、走行制御部26に指示する。
このとき、左側に曲がってコーンバー51を回避しようとすると、サイドブラシ10は清掃ロボット1の右側前方に取り付けられているため、図5に示されるように、左折時にサイドブラシ10のドラムブラシ12側の端点10cが描く軌跡Gと、左折時にドラムブラシ12のサイドブラシ10側の端点12aが描く軌跡Hとの間に、間隙Sが生じうる。この間隙Sは、サイドブラシ10とドラムブラシ12のいずれによっても清掃されない場所となるため、床面Fに未清掃の領域が残ってしまう。これを防ぐため、障害物に直交するように接近していると判断した場合においては、右側に曲がってコーンバー51を回避するように、走行制御部26に指示している。

0032

本実施形態においては、上記のように、障害物判定部23は、粉じんを障害物と判定しているため、進行方向決定部24は、粉じんを避けようと、進行方向を決定する。この場合、例えば図4を用いて説明したように、直進方向Iから右側の方向Dにおける距離と、左側の方向Eにおける距離に基づいて、進行方向が決定されるが、左右いずれの方向に曲がったとしても、その直後に距離計測装置15が依然として飛散している粉じんを物体として認識し、障害物判定部23が粉じんを障害物として判定するため、清掃ロボット1は、粉じんの飛散が収まり、床面Fに散乱していた粉じんの内の、大部分の粉じんが清掃され、サイドブラシ10によって空中に粉じんが巻き上げられなくなるまで、前進することなく、その場で回転し続けるように動作する。

0033

進行方向決定部24はまた、赤外線センサ17からの情報を受信する。赤外線センサ17が、進行方向の床面Fに段差や穴を検知した場合には、進行方向決定部24は、清掃ロボット1をその場で停止させて、後退するように、走行制御部26を制御する。

0034

清掃制御部25は、一定の速度でサイドブラシ10及びドラムブラシ12を回転させるように、サイドブラシ駆動モータ11及びドラムブラシ駆動モータ13を制御する。

0035

走行制御部26は、進行方向決定部24により決定された進行方向に向けて、走行手段2を走行制御する。より具体的には、走行制御部26は、進行方向決定部24からの指示に基づいて、右側駆動輪用モータ6A及び左側駆動輪用モータ6Bの各々に対し、回転量を制御する。
走行制御部26はまた、入力装置21から、作業者によって入力装置21に入力された移動方向指示を受信する。この場合においては、進行方向決定部24からの指示よりも、入力装置21から受信した移動方向指示を優先させ、移動方向指示に基づいて、右側駆動輪用モータ6A及び左側駆動輪用モータ6Bの各々に対し、回転量を制御する。

0036

距離計測装置制御部27は、光の出射角度を上下方向に変化させる。より具体的には、距離計測装置制御部27は、距離計測装置15を上下方向に回動させて向きを変え、距離計測装置15からの光の出射角度を、図2に示される下限位置と上限位置の間で、上下方向に変化させるように、距離計測装置駆動モータ16を制御する。

0037

表示制御部28は、入力装置21によって入力された各種入力、及び、距離計測装置15によって検出された物体に関する情報等を等を受信し、これらを出力装置22により出力表示するように、出力装置22を制御する。

0038

次に、清掃ロボット1の、制御装置20による制御手順を、図1から図3及び図6を用いて説明する。

0039

作業者が、入力装置21に対して清掃開始を指示することにより、処理が開始される(ステップS1)。
まず、制御装置20は、距離計測装置15を初期設定する。具体的には、距離計測装置15からの光の出射角度が、図2(a)に示されるような、清掃ロボット1の直進方向Iに一致する下限位置となるように、制御装置20の距離計測装置制御部27が、距離計測装置駆動モータ16を調整する(ステップS2)。
その後、距離計測装置15を動作させて光を水平方向に往復して出射するようにした状態で(ステップS3)、距離計測装置15が、下限位置と、図2(b)に示されるような直進方向Iと平行な方向から45°上方を向く上限位置との間を往復して回動するように、制御装置20の距離計測装置制御部27が距離計測装置15を制御する(ステップS4)。
上記のステップS1からS4によって、清掃ロボット1は停止した状態で、距離計測装置15が、清掃ロボット1の直進方向Iを基点として、水平方向に−135°〜135°、上下方向に0°〜45°の角度範囲における、距離計測装置15から10m以内の空間に位置する物体を検知する状態となっている。以降、制御装置20の表示制御部28が、距離計測装置15によって検知された物体に関する情報を、出力装置22に表示し続ける。

0040

距離計測装置15の準備が完了した後に、制御装置20の清掃制御部25は、サイドブラシ駆動モータ11及びドラムブラシ駆動モータ13を制御し、サイドブラシ10及びドラムブラシ12を各々、一定の速度で回転させる。同時に、制御装置20の走行制御部26は、右側駆動輪用モータ6A及び左側駆動輪用モータ6Bを同一の回転量で作動させることで、清掃ロボット1を直進させる(ステップS5)。

0041

制御装置20は、清掃制御部25と走行制御部26により清掃ロボット1を清掃、走行制御させつつ、障害物を検知する(ステップS6)。
具体的には、制御装置20の障害物判定部23が、距離計測装置15から送信された情報を受信し、図4に示されるように、距離計測装置15の前方Cを基点として水平方向に−30°(角度位置E)〜30°(角度位置D)の角度範囲における物体の情報を、距離計測装置15から受信した情報から抽出する。障害物判定部23は更に、上記したように、抽出された各物体が障害物であるか否かを判定し、障害物と判定された物体の位置する方向と障害物までの距離を、進行方向決定部24に送信する。
制御装置20の進行方向決定部24は、障害物判定部23から障害物の情報が送信されなければ、走行制御部26に直進するように指示し、走行制御部26は右側駆動輪用モータ6A及び左側駆動輪用モータ6Bを同一の回転量で作動させることで、清掃ロボット1を直進させる(ステップS7)。

0042

進行方向決定部24は、障害物判定部23から障害物の情報が送信されてきた場合は、距離計測装置15における計測結果を基に、障害物を回避するように進行方向を決定する(ステップS8)。
例えば、図4に示されるように、障害物に対する、直進方向Iから右側の方向Dにおける距離が、左側の方向Eにおける距離よりも短くなっている場合においては、進行方向決定部24は、清掃ロボット1が障害物に対して、斜め方向右側から接近していると判断し、左側に曲がって障害物を回避するように、走行制御部26に指示する。
逆に、直進方向Iから右側の方向Dにおける距離が、左側の方向Eにおける距離よりも長くなっている場合においては、進行方向決定部24は、清掃ロボット1が障害物に対して、斜め方向左側から接近していると判断し、右側に曲がって障害物を回避するように、走行制御部26に指示する。
このように、障害物に対して斜め方向から接近していると判断した場合においては、進行方向決定部24は、左右何れかのうち鈍角に曲がることにより障害物を回避可能な方向に曲がって障害物を回避するように、走行制御部26に指示する。
直進方向Iから右側の方向Dにおける距離と、左側の方向Eにおける距離が等しい場合においては、進行方向決定部24は、清掃ロボット1が障害物に対して、直交するように接近していると判断し、右側に曲がって障害物を回避するように、走行制御部26に指示する。
また、赤外線センサ17が、進行方向の床面Fに、段差や穴を検知した場合には、進行方向決定部24は、清掃ロボット1をその場で停止させて、後退するように、走行制御部26を制御する。

0043

走行制御部26は、進行方向決定部24からの指示に基づいて、右側駆動輪用モータ6A及び左側駆動輪用モータ6Bの各々に対し、回転量を制御することにより、清掃ロボット1を方向転換させ、障害物を回避する(ステップS9)。
その後、再度ステップS6に戻り障害物検知処理以降を繰り返す。
このとき、例えば障害物が粉じんである場合においては、ステップS9において左右いずれの方向に曲がったとしても、その直後にステップS6において、距離計測装置15が依然として飛散している粉じんを物体として認識し、ステップS8の回避方向決定処理移行するため、清掃ロボット1は、粉じんの飛散が収まり、床面に散乱していた粉じんの内の、大部分の粉じんが清掃されて、サイドブラシ10によって空中に粉じんが巻き上げられなくなるまで、前進することなく、その場で回転し続けるように動作する。

0044

制御装置20は、適宜、清掃が完了したか否かを判断する(ステップS10)。本実施形態においては、予め設定された一定の時間が処理開始から経過した時点で、清掃が完了したと判断するようにしている。
清掃が完了したと判断した場合には、処理を終了して清掃ロボット1の電源を切断する(ステップS11)。
清掃が完了していないと判断した場合には、再度ステップS6に戻り、障害物検知処理以降を繰り返す。

0045

次に、上記の清掃ロボット1の効果について説明する。

0046

清掃ロボット1は、距離計測装置制御部27により、距離計測装置15から出射される光の出射角度を上下方向に変化させて障害物を検知するため、距離計測装置15が設置された高さ位置よりも上方の物体も、空間的に、検知可能となる。すなわち、例えば図4に示されるようなコーン50間に架け渡されたコーンバー51等の、空間的に設けられた立入禁止表示も障害物として検知可能となるため、立入禁止表示の下を潜り抜けずに回避するように進行方向決定部24により走行手段2を走行制御することで、立入禁止場所への侵入を防止することができる。

0047

また、床面Fに粉じんが散乱している場合には、サイドブラシ10によって粉じんが巻き上げられて空中に飛散する。このとき、距離計測装置15から出射された光は、粉じんにより反射されるため、粉じんが障害物として検知され、進行方向決定部24は粉じんを回避するように新たな進行方向を決定し、この新たな進行方向に向けて走行手段2を走行制御しようとする。しかし、このような場合には、粉じんは清掃ロボット1の全周囲に飛散しているため、新たな進行方向においても粉じんが障害物として検知され、更に新たな進行方向を決定し、走行手段2を走行制御しようとする。すなわち、床面に散乱していた粉じんの内の、大部分の粉じんが清掃手段3によって清掃されて、清掃ロボット1の周囲に粉じんがほとんど飛散していない状況になるまで、清掃ロボット1は粉じんの検知と進行方向の決定を繰り返すため、粉じんが多い場所を重点的に清掃することが可能となる。
また、距離計測装置15によって、サイドブラシ10により空中に巻き上げられた粉じんを検出する構成となっているため、床面F上の粉じんを検知するための、距離計測装置15以外の他のセンサを特別に用意する必要がない。更に、例え進行方向決定部24による進行方向の決定が、例えばランダムなど、何らかの熟慮された戦略に基づいて行われるものでなかったとしても、粉じんが多い場所を重点的かつ効果的に清掃することができる。したがって、清掃ロボット1の製作コストを低減することができる。

0048

また、距離計測装置15はレーザーレンジファインダーであるため、レーザーレンジファインダーが出射するレーザー光が粉じんを正確に検知可能である。したがって、空中に飛散する粉じんを効果的に検知することが可能となる。

0049

また、距離計測装置15は、清掃ロボット1の直進方向Iを基点として、水平方向に−135°〜135°、上下方向に0°〜45°の角度範囲における、距離計測装置15から10m以内の空間に位置する物体を検知するように構成されているため、距離計測装置15は、床面Fを障害物として検知しない。したがって、検知された障害物が床面Fか否かを判定したりする必要がなく、容易に清掃ロボット1を製作することができる。

0050

なお、本発明の清掃ロボット1は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、ゴミ等はドラムブラシ12で絡め捕られた後にホッパ14内に格納されるのみであるが、真空モータを設置してゴミ等を吸引するようにしてもよい。ただし、真空モータを使用すると、バッテリー4の消費激しくなり、また、騒音が大きくなるため、清掃ロボットを使用可能な状況に制限が生じる可能性がある。
また、上記実施形態においては、サイドブラシ10は清掃ロボット1の右側前方に設けられているが、これに限られず、清掃ロボット1の左側前方に設けられていてもよいし、清掃ロボット1前方の左右両側に設けられていてもよい。

0051

また、上記実施形態においては、障害物判定部23は、図4に示されるように、距離計測装置15の前方Cを基点として水平方向に−30°〜30°の角度範囲における物体の情報を、距離計測装置15から受信した情報から抽出しているが、この角度範囲は他の角度であっても構わない。例えば、この範囲を−60°〜60°、あるいは−85°〜85°等と大きくすることで、清掃ロボット1の左右両方向に位置する物体も障害物として認識可能となるため、例えば、壁を障害物とみなして、壁に沿って移動しながら清掃する等の、より高度な制御が可能となる場合がある。この角度範囲は、上記のように、制御装置20の処理能力等と併せて総合的に策定するのが良い。
また、上記実施形態においては、距離計測装置15は、出射する光が、0°から45°上方を向く位置の間で上下方向に回動するように制御されているが、上限角度である45°は、例えば図1(a)に示される、距離計測装置15の上方を覆う部18a等の、外側筐体18の一部を障害物であると誤って認識しないように、距離計測装置15が外側筐体18を検知しない角度であれば、より大きな他の角度であっても構わない。また、例えば距離計測装置15がコーンバー51の高さに近い位置に設けられた場合においては、上限角度はより小さな他の値であっても構わない。
また、上記実施形態においては、距離計測装置15から出射する光の水平方向の往復頻度は1秒間に1081回であり、距離計測装置15の上下方向の回動頻度は1秒間に1回であったが、他の値であっても構わないのは言うまでもない。

0052

また、上記実施形態においては、1つの制御装置20の中に、障害物判定部23から表示制御部28までの処理部が格納される構成となっているが、これに限られず、制御装置20とは別の第2の処理装置を設けたうえで、一部の処理部を第2の処理部上に実現してもよい。

0053

また、上記実施形態においては、サイドブラシ10、ドラムブラシ12の回転速度は一定となるように、清掃制御部25によって制御されているが、これに限られない。例えば、障害物判定部23が物体を粉じんと判断した場合においては、清掃中の場所は粉じんが床面に多く散乱していると推測して、サイドブラシ10、ドラムブラシ12の回転速度を上昇させ、粉じんの回収効率を高めてもよい。
また、上記実施形態においては、障害物を検知した場合には、回避方向を決定して回避し、再度障害物を検知するという処理を繰り返しているため、上記のように、障害物が粉じんである場合には、粉じんの飛散が収まり周囲が清掃されるまで、前進することなく、その場で回転し続けるように動作していたが、障害物判定部23において障害物が粉じんであると判定された場合には、清掃ロボット1は回転せずに、粉じんが床面に着地するまでその場に停止して清掃のみを続けるようにしてもよい。

0054

また、上記実施形態においては、図6を用いて説明したように、ステップS10における清掃が完了したか否かの判断は、清掃開始からの経過時間を基に行われていたが、これに限られない。例えば、バッテリー4の容量が残り20%以下となった場合に停止するように処理を行うことで、バッテリー4の残量が少なくなりすぎて距離計測装置15による物体の検知が正常にできなくなる状態を回避しつつ、可能な限り長い時間、清掃することが可能となる。

0055

また、上記実施形態においては、清掃ロボット1は施工期間中の建設作業場において使用されるものであったが、これに限られないことは言うまでもない。例えば原子力発電所などにおいて、予めコーンとコーンバーで立入禁止区画を囲っておき、原子力事故が発生した場合に、作業員が立ち入ることができる程度に放射線量が下がるまで、塵芥などの除去を行い除染するために使用されても構わない。

0056

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

0057

1清掃ロボット16距離計測装置駆動モータ
2走行手段 17赤外線センサ
3清掃手段 18外側筐体
4バッテリー20制御装置
5内側筐体21入力装置
6駆動輪用モータ22出力装置
7駆動輪23障害物判定部
8ベルト24 進行方向決定部
9キャスタ25清掃制御部
10サイドブラシ(清掃ブラシ) 26走行制御部
11 サイドブラシ駆動モータ 27 距離計測装置制御部
12ドラムブラシ28表示制御部
13 ドラムブラシ駆動モータ
14 ホッパ
15 距離計測装置

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • ソニー株式会社の「 制御装置および制御方法」が 公開されました。( 2021/07/08)

    【課題・解決手段】制御装置(1b)は、制御部(11)と、予測部(100)と、修正部(103)と、を備えて構成される。制御装置が備える制御部は、制御対象(3)の動作の、第1の時系列情報に基づく制御を実行... 詳細

  • 浙江大学の「 壁面でジャンプする片脚型ロボット機構及び制御方法」が 公開されました。( 2021/07/08)

    【課題】本発明は壁面でジャンプする片脚型ロボット機構及び制御方法を開示し、壁面でジャンプする片脚型ロボット機構は、ロボット脚部を備え、前記ロボット脚部の胴体には、複数の回転翼が固接され、複数の回転翼は... 詳細

  • ダイソン・テクノロジー・リミテッドの「 真空掃除機」が 公開されました。( 2021/07/08)

    【課題・解決手段】真空掃除機は、吸引チャンバを画成しかつ撹拌器モータによって回転されるように構成された撹拌器を有する掃除機ヘッドと、塵埃分離器と、吸引チャンバ内にそして塵埃分離器内に空気を引き込むよう... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ