CN109074071B - 作业机器人以及边缘检测器 - Google Patents

Abstract

提供一种即便存在干涉也能够高精度地检测边缘等的作业机器人以及边缘检测器。自走于具有对象平面(SF)的构造物(SP)上并在构造物(SP)的对象平面(SF)上进行作业的机器人，具备：机器人主体(2)，设置有用于自走的移动机构(4)；控制部30，控制机器人主体(2)的移动；作业部(10)，进行对对象平面(SF)的清扫等作业，控制部(30)具备检测对象平面(SF)的端缘(E)的边缘检测部(31)，具有多个超声波收发器，能够发送与接收超声波，控制部(30)控制多个超声波收发器(s)，使得从多个超声波收发器(s)中的2个超声波收发器发送频率相同而相位不同的超声波。

Description

作业机器人以及边缘检测器

技术领域

本发明涉及作业机器人以及边缘检测器。更详细而言，涉及在用于太阳光发电的太阳电池阵列以及用于太阳热发电的聚光镜等的表面上自走并进行清扫等作业的作业机器人，以及设置于上述作业机器人的边缘检测器。

背景技术

近年来，对利用可再生能源的发电的需求提高，特别是利用太阳光的太阳光发电或太阳热发电备受瞩目。

例如，在太阳光发电设备中，既有设置于普通住宅的3～4千瓦左右的发电容量的设备，也有商业用的具有超过的1兆瓦的发电容量的大规模的发电设备。此外，在太阳热发电设备中，有许多具有超过1兆瓦的发电容量的大规模的设备，并且有望作为代替火力发电或原子能发电的发电设施。

另一方面，在太阳光发电或太阳热发电等的利用了太阳光的发电中，从太阳接收日照光从而发电。为此，若太阳电池阵列(即太阳电池模块) 或聚光镜的受光面变脏，则在太阳光电池中构成太阳电池模块的受光面的玻璃罩的透光率与污垢的程度相对应地降低，因此发电的电量减少。此外，在太阳热发电中，由于聚光镜的反射率降低，所以发电的电量减少。即，在太阳光发电或太阳热发电中，若太阳电池模块或聚光镜的受光面变脏，则发电性能将大幅地降低。

为此，为了除去太阳电池阵列等的受光面的污垢，对太阳电池阵列等适当进行清扫是至关重要的。

如果是设置于普通住宅的设备，也可以定期地由人进行清扫。另一方面，在大规模的太阳光发电设备的情况下，由于其表面积非常大，所以实际上由人进行清扫从而除去太阳电池阵列表面的污垢是困难的。例如，在1兆瓦的太阳光发电设备的情况下，是由一块一块的100瓦的发电输出的太阳电池模块构成的。在该情况下，在整个太阳光发电设备中，太阳电池模块接近1万块。在1块太阳电池模块的面积是1平方米的情况下，应当清扫的面积达到1万平方米。并且，在太阳光发电设备的情况下，设置有多个将多块太阳电池模块作为一组的太阳电池阵列，虽然该太阳电池阵列的面积根据现场的各种条件而不同，但是大致上为50平方米到1000平方米。因此，在大规模的太阳光发电设备中，使作业机器人能够自动行走于太阳电池阵列等的表面或者通过远程操作行走于太阳电池阵列等的表面，是一种有效的清扫方案。

然而，作为自走式清扫机器人，在最近开发了各种自动地对建筑物的地板等进行清扫的机器人(例如专利文献1)，我们考虑将这种自走式清扫机器人作为用于清扫太阳电池阵列等的机器人而采用。

可是，专利文献1的自走式清扫机器人，是在建筑物的地板等的室内进行清扫的机器人。地板的边缘由墙壁等隔断，自走式清扫机器人通过与墙壁等的障碍物接触等的方法来检测障碍物，从而判断地板等的清扫区域。然而，在太阳电池阵列等的表面等的情况下，由于在该表面的边界不存在障碍物等，所以不能够判断边界。然后，如果不能够判断边界，则自走式清扫机器人有可能从表面等落下而损伤。

因此，还开发了一种技术，由边缘检测传感器检测边缘的位置，从而防止自走式清扫机器人从表面等落下。例如，在专利文献2的技术中，使用光学传感器作为边缘检测传感器。这种光学传感器，通过检测表面等的光的反射从而对边缘进行检测。还有其他各种非接触传感器被用于检测边缘。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-166968号公报

专利文献2：WO2011/113555号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，在太阳电池阵列等的表面，有在阵列之间彼此存在凹槽的情况。由于这种凹槽会成为自走式清扫机器人的障碍，所以需要检测出该凹槽。

以往，虽然很难使用除专利文献2的技术那样的使用光的反射的方法之外的方法对这种凹槽进行检测，但是另一方面，在使用光的反射的方法中存在如下问题。

首先，由于自走式清扫机器人受到进行作业的表面等的颜色的影响，所以有可能因表面等的颜色而不能够正确地检测光的反射。

此外，有可能受到在表面等反射的太阳光等的干涉光的影响。

并且，在灰尘或沙石等那样的反射光的物体进入到传感器与表面等之间的情况下，不能够区分由物体进行的反射与在表面等的反射。

如上所述的问题，是在设置于室外的太阳光发电设备中难以避免的问题，因此我们需要一种机器人，能够消除这种问题，且具备能够检测出凹槽的边缘检测传感器。

本发明鉴于上述事实，目的是提供一种作业机器人，即便存在干涉也能够高精度地检测凹槽，还提供一种设置于这种作业机器人的边缘检测器。

用于解决上述技术问题的方案

(作业机器人)

第1方案的作业机器人，是在具有平面的构造物上行走并在该构造物的平面上进行作业的机器人，其特征在于，具备：机器人主体，设置有用于在构造物上行走的移动机构；控制部，控制该机器人主体的移动；作业部，进行在平面上的作业，所述控制部具备检测所述平面的端缘以及/或者凹槽的边缘检测部，所述边缘检测部具有多个超声波收发器，能够发送与接收超声波，所述控制部控制所述多个超声波收发器，使得从所述多个超声波收发器中的2个超声波收发器发送频率相同而相位不同的超声波。

第2方案的作业机器人，其特征在于，在第1方案中，所述多个超声波收发器，以沿着与该作业机器人的行进方向交叉的宽度方向排列的方式配置。

第3方案的作业机器人，其特征在于，在第1方案中，所述多个超声波收发器，以沿着该作业机器人的行进方向排列的方式配置。

第4方案的作业机器人，是在具有平面的构造物上行走并在该构造物的平面上进行作业的机器人，其特征在于，具备：机器人主体，设置有用于在构造物上行走的移动机构；控制部，控制该机器人主体的移动；作业部，进行在平面上的作业，所述控制部具备检测所述平面的端缘以及/或者凹槽的边缘检测部，该边缘检测部具备：发送部，具有2个发送频率相同而相位不同的超声波的超声波发送器；接收部，具有接收该发送部发送的超声波的超声波接收器。

第5方案的作业机器人，其特征在于，在第4方案中，所述发送部的2个超声波发送器中，1个超声波发送器具有接收超声波的功能，所述接收部的超声波接收器具有发送超声波的功能。

第6方案的作业机器人，其特征在于，在第4方案或者第5方案中，所述边缘检测部具备多个所述接收部，该多个接收部，以该多个接收部与所述发送部的2个超声波发送器排成一列的方式配设。

第7方案的作业机器人，其特征在于，在第4方案～第6方案中，所述边缘检测部具备以夹着所述发送部的方式配设的所述接收部，所述发送部以及所述接收部，以沿着与该作业机器人的行进方向交叉的宽度方向排列的方式配置。

第8方案的作业机器人，其特征在于，在第4方案～第6方案中，所述边缘检测部具备以夹着所述发送部的方式配设的所述接收部，所述发送部以及所述接收部，以沿着该作业机器人的行进方向排列的方式配置。

第9方案的作业机器人，其特征在于，在第1方案～第8方案的任一方案中，所述边缘检测部具有距离测量功能，测量到所述构造物的平面的距离。

(边缘检测器)

第10方案的边缘检测器，其特征在于，具备多个超声波收发器，能够发送与接收超声波，且具有如下功能：从所述多个超声波收发器中的 2个超声波收发器发送频率相同而相位不同的超声波。

第11方案的边缘检测器，其特征在于，在第10方案中，所述多个超声波收发器以排成一列的方式配设。

第12方案的边缘检测器，其特征在于，具备：发送部，具有2个超声波发送器，能够发送频率相同而相位不同的超声波；接收部，具有超声波接收器，接收该发送部发送的超声波。

第13方案的边缘检测器，其特征在于，在第12方案中，所述发送部的2个超声波接收器中，1个超声波发送器具有接收超声波的功能，所述接收部的超声波接收器具有发送超声波的功能。

第14方案的边缘检测器，其特征在于，在第12方案或者第13方案中，具备多个所述接收部，该多个接收部，以该多个接收部与所述发送部的2个超声波发送器排成一列的方式配设。

第15方案的边缘检测器，是在第12方案～第14方案中，具备以夹着所述发送部的方式配设的所述接收部。

第16方案的边缘检测器，是在第10方案～第15方案的任一方案中，所述边缘检测器具有距离测量功能，测量到所述构造物的距离。

发明效果

(作业机器人)

根据第1方案，超声波收发器发出的超声波在构造物的平面反射时，能够通过任一个超声波收发器检测到该反射。并且，只要从2个超声波收发器发送频率相同而相位不同的超声波，就能够加强超声波收发器接收的反射波的强度。因此，在分析超声波收发器接收的信号时，能够使对平面的端缘或凹槽等的检测精度变高。

根据第2方案、第3方案，能够提高对平面的边缘或凹槽等进行检测的精度。

根据第4方案，发送部的超声波发送器发出的超声波在构造物的平面反射时，能够通过接收部的超声波接收器检测到该反射。并且，只要从2个超声波发送器发送频率相同而相位不同的超声波，就能够加强超声波接收器接收的反射波的强度。因此，在分析超声波接收器接收的信号时，能够使对平面的端缘或凹槽等的检测精度变高。

根据第5方案，由于能够使边缘检测部小型化，所以能够使装置紧凑。

根据第6方案～第8方案，能够使检测平面的端缘或凹槽等的精度提高。

根据第9方案，由于能够使从超声波发送器发送的超声波变得适合对象平面，所以能够使对平面的端缘或凹槽等的检测精度变高。

(边缘检测器)

根据第10方案，在使从超声波收发器发送的超声波照射到构造物时，能够通过超声波收发器检测由构造物反射的反射波。并且，只要从 2个超声波收发器发送频率相同而相位不同的超声波，就能够加强通过超声波收发器接收的反射波的强度。因此，在分析超声波收发器接收的信号时，能够使对构造物的平面的端缘或凹槽等的检测精度变高。

根据第11方案，能够使检测平面的端缘或凹槽等的精度提高。

根据第12方案，在使从发送部的超声波发送器发送的超声波照射到构造物时，能够通过接收部的超声波接收器检测到由构造物反射的反射波。并且，只要从2个超声波发送器发送频率相同而相位不同的超声波，就能够加强超声波接收器接收的反射波的强度。因此，在分析超声波接收器接收的信号时，能够使对平面的端缘或凹槽等的检测精度变高。

根据第13方案，由于能够使边缘检测部小型化，所以能够使装置紧凑。

根据第14方案、第15方案，能够使检测平面的端缘或凹槽等的精度提高。

根据第16方案，由于能够使从超声波发送器发送的超声波适合对象物并检测凹槽等的端缘，所以能够提高检测平面的端缘或凹槽等的对象物的精度。

附图说明

图1A是本实施方式的作业机器人1的概略俯视图，图1B是边缘检测部31的概略说明图。

图2A是由边缘检测部31检测凹槽的说明图，图2B是具备一对接收部31b的边缘检测部31的概略说明图。

图3是具备边缘检测部31、且进行清扫作业的本实施方式的作业机器人1的概略说明图。

图4是具备边缘检测部31、且进行清扫作业的本实施方式的作业机器人1的概略主视图。

图5是由具备具有一对超声波收发器s1、s2的发送部31a的边缘检测部31检测凹槽的说明图。

图6是具备边缘检测部31的作业机器人1的概略俯视图，该边缘检测部31具备具有一对超声波收发器s1、s2的发送部31a。

图7是由边缘检测部31检测凹槽的说明图，边缘检测部31具备：发送部31a，具有一对超声波收发器s1、s2；接收部31b，具有超声波收发器r1。

图8是具有多个接收部31b的边缘检测部31的概略说明图。

图9是本实施方式的作业机器人1进行清扫等的作业的构造物SP的概略说明图。

具体实施方式

本发明的作业机器人，是在形成为平面状的部分进行作业的机器人，具有能够一边在平面状的部分移动一边高效率地进行作业的特征。

另外，在本说明书中的平面的概念包括具有一定程度的曲率的面。例如，是包括与作业机器人的移动机构的接地点间的距离(例如轮距或轨距等)相比曲率半径充分大的面等那样的、具有不影响作业机器人的行走的程度的曲率的曲面的概念。

本发明的作业机器人所实施的作业没有特别地限制。例如，对作业机器人所行走的平面的清扫或对该平面的缺陷检查、对表面形状或部件的厚度的测量、对温度的测量、对表面粗糙度的测量、对表面上的光反射率或光泽度的测量，对其他物理量的测量都符合本发明的作业机器人所实施的作业。此外，收集或观察、剥离表面的附着物或涂装等、涂装以及在这之前的准备处理、涂镀作业也符合本发明的作业机器人所实施的作业。进而，也可以例举薄膜等的粘帖、研磨、做记号、通过信息提示进行交流等来作为本发明的作业机器人所实施的作业。

(构造物SP的对象平面SF)

首先，在对作业机器人1进行说明之前，对于本实施方式的作业机器人1实施清扫等作业的构造物SP以及作为清扫对象的平面(对象平面SF)简单地进行说明。

如图9所示，例如，由本实施方式的作业机器人1实施清扫等作业的构造物SP，是大规模的太阳光发电设备的太阳电池阵列或者太阳热发电设施中的聚光镜、太阳能热水器等。在这些构造物SP中，有在阵列之间存在凹槽的情况。在行走于具有这样的凹槽的对象平面SF时，车轮等有可能陷入凹槽中，从而变得不能够行走。本实施方式的作业机器人1，将具有这样的凹槽的构造物SP的对象平面SF作为进行清扫等作业的对象。

即，本实施方式的自走式清扫机器人1，适用于对由多个平面构成的、在各平面间具有间隙等的对象平面SF进行清扫。例如，如果是大规模的太阳光发电设备的太阳电池阵列，虽然使多个太阳电池模块并列从而形成对象平面SF，但是在邻接的太阳电池模块之间具有一定程度的间隙。此外，虽然在太阳热发电设施中的聚光镜中将多块镜并列从而形成对象平面SF，但是在镜之间具有一定程度的间隙。本实施方式的自走式清扫机器人1适用于对像这样的对象平面SF、即在多个平面间具有间隙这样的对象平面SF进行清扫。

另外，本实施方式的作业机器人1的进行清扫等作业的构造物SP 以及对象平面SF，并不限于太阳光发电设备的太阳电池阵列、或者太阳热发电设施中的聚光镜、太阳能热水器等。只要是具有如上所述的对象平面SF的构造物SP，就能够进行清扫等的作业。

在下述说明中，对由作业机器人清扫太阳电池阵列、太阳热发电设施中的聚光镜、太阳能热水器等的构造物SP的表面(即上述各受光面，下述称为对象平面SF)的情况进行说明。

另外，在作业机器人1实施清扫以外的作业的情况下，在设置有后述的一对清扫部10、10(或者其中一个清扫部10)的位置，设置作业用的装置或者传感器、器具等。例如，本发明的自走式机器人所实施的作业是对平面的缺陷检查、对表面形状或部件的厚度的测量、对温度的测量、对表面粗糙度的测量、对表面的光反射率或光泽度的测量、对其他物理量的测量的情况下，设置各测量所使用的各种传感器。此外，在本发明的自走式机器人所实施的作业是涂镀作业或涂装作业的情况下，设置喷雾喷嘴等的器具。进而，如果是表面的附着物或涂装等的剥离处理或研磨处理、涂镀等之前的准备处理，则设置喷砂处理或旋转式、振动式的研磨装置。在本发明的自走式机器人进行薄膜等的粘帖的情况下，设置滚轴等。在由本发明的自走式机器人通过信息提示进行交流等的情况下，设置显示屏或LED、扬声器等。

(作业机器人1)

接着，对本实施方式的作业机器人1进行说明。

本实施方式的作业机器人1，自走于构造物SP的对象平面SF上并在构造物SP的对象平面SF上进行清扫等作业。

如图3以及图4所示，作业机器人1具备：机器人主体部2，具备移动机构4，用于在构造物SP的对象平面SF(参照图9)上行走；一对清扫部10、10，设置于该机器人主体部2；控制部30，控制移动机构4 和一对清扫部10、10的动作。

(一对清扫部10、10)

如图3以及图4所示，一对清扫部10、10分别设置于机器人主体部2的前后。该清扫部10具备旋转的刷子12，通过使该刷子12旋转，能够在平面SF上进行清扫。

另外，清扫部10的结构，即，清扫部10是如何在构造物SP的对象平面SF上进行清扫的，并没有特别地限制。例如，作为刷子12，不仅可以使用在旋转轴设置刷毛的刷子，还可以使用在旋转轴的表面立设有板状的叶片的刷子，也可以使用旋转轴的表面整面或者一部分由海绵状的部件覆盖的刷子，或者在旋转轴的整个表面或者一部分安装了布的刷子等。此外，也可以取代刷子12，设置散水装置(喷雾喷嘴等)与刮板(橡胶扫帚)来作为清扫部10。此外，也可以取代刷子12而设置真空吸尘器(抽吸式吸尘器)、或者除刷子12之外再设置真空吸尘器(抽吸式吸尘器)来作为清扫部10。进而，还可以设置喷出气体的空气喷嘴来作为清扫部10。

此外，虽然对在机器人主体部2的前后设置一对清扫部10、10的情况进行了说明，但是清扫部10也可以仅设置在机器人主体部2的前方或者仅设置在后方。

进而，设置清扫部10的位置没有特别地限制，也可以设置在机器人主体部2的下表面或与对象平面SF相对的位置。

(移动机构4)

如图3以及图4所示，在机器人主体部2设置有移动机构4。该移动机构4，设置为能够使机器人主体部2在前后方向上移动或者能够使机器人主体部2旋转移动。例如，如图3以及图4所示，移动机构4可以由一对侧方驱动轮4a、4a与一个中间驱动轮4b构成。在该情况下，只要将一对侧方驱动轮4a、4a与一个中间驱动轮4b，在俯视状态下以形成三角形的方式配置，就能够使作业机器人1以稳定的状态配置在对象平面SF上。在这种情况下，优选为在移动机构4的所有的驱动轮4a、 4b分别设置驱动马达，各驱动马达能够独立地驱动各驱动轮4a、4b。于是，只要通过控制部30控制各驱动马达的动作状态，就能够使作业机器人1直线地移动或是旋转移动。特别地，只要在中间驱动轮b采用全向轮(全方向移动车轮)，作业机器人1的旋转移动等就能变得顺畅，此外，能够提高作业机器人1的移动的自由度。

另外，移动机构4并不限于如上所述的构成，只要构成为能够使作业机器人1直线地移动或者旋转移动即可。例如，也可以是，中间驱动轮4b即全向轮不作为驱动轮，而仅将一对驱动轮4a、4a作为驱动轮。

此外，也可以采用从动车轮(脚轮)用于中间驱动轮4b从而代替全向轮。即便在这种情况下，只要调整一对驱动轮4a、4a的转速，就能够自如地变更作业机器人1的移动方向。

进而，也可以是与乘用车等的车辆同样的结构。例如如图6所示，将车轮4c设置为4轮，可以将其前方(或者后方)的2个轮作为转向轮，其他的车轮作为驱动轮，也可以是4轮驱动或4轮转向。

此外，移动机构4也可以设置履带从而代替车轮。在这种情况下，若以夹着机器人主体部2的中心(重心)的方式设置一对履带，通过控制驱动一对履带的驱动马达的动作，能够使作业机器人1直线地移动或者旋转移动。

(控制部30)

控制部30具有控制移动机构4的动作从而控制作业机器人1的移动的功能。例如，如上所述地，在各驱动轮4设置有驱动马达的情况下，控制设置于各驱动轮4的驱动马达的动作，从而控制机器人主体2的移动方向或移动速度、即控制作业机器人1的移动方向与移动速度。例如，在以使所有的驱动轮4的移动速度(具体而言，转速(旋转速度)×驱动轮的周长)相同的方式使各驱动马达4m动作的情况下，能够使作业机器人1直行移动。另一方面，在以一对侧方驱动轮4a、4a间产生移动速度的差的方式使各驱动马达4m动作的情况下，能够使作业机器人1以旋转的方式移动。

本实施方式的作业机器人1由于具有上述的构成，因此只要将作业机器人1放置到构造物SP的对象平面SF上，就能够由作业机器人1对构造物SP的对象平面SF进行清扫(参照图9)。即，由于能够通过移动机构4使作业机器人1在对象平面SF上移动，所以能够通过一对清扫部10、10清扫对象平面SF。

(边缘检测)

如图1、图3、图4所示，作业机器人1具备多个边缘检测部31，用于检测对象平面SF的边缘(端缘)和凹槽。并且，控制部30基于边缘检测部31所检测的信号，控制移动机构4的动作，从而防止作业机器人1从对象平面SF的边缘落下或者陷入凹槽。

另外，在下述中，为了使构成容易理解，基于结构简化后的图1进行说明。

如图1以及图2所示，边缘检测部31设置于一对清扫部10、10的两侧端缘附近。如图1以及图2所示，该边缘检测部31具备发送部31a 与接收部31b。

接收部31b从发送部31a所发出的超声波中，检测出在对象平面SF 被反射的反射波(参照图1(B))。该接收部31b，具备接收超声波的超声波接收器r，并且能够将对应于超声波接收器r所接收的反射波的信号发送到控制部30。控制部30具有如下功能：基于接收的时机或强度、频率等，推断是否为从发送部31a发送的信号，并且，推断在对象平面SF有没有凹槽等。另外，能够使用可接收超声波的公知的传感器作为该接收部31b的超声波接收器r。

接着，发送部31a具备2个超声波发送器s，能够朝向对象表面SF 发送超声波。这2个超声波发送器s、s，实质上具有相同的构造，且具有能够发送相同频率的超声波的功能。

这2个超声波发送器s、s，通过控制部30调整发送的超声波的相位。具体而言，接下来，控制部30基于各种信息，调整从发送部31a 的2个超声波发送器s、s发送的超声波的相位。若更详细地进行说明，则接收部31b的超声波接收器r接收2个超声波发送器s、s发送的超声波在对象平面SF上被反射的反射波，控制部30控制2个超声波发送器s、s发送的超声波，使接收的反射波的强度加强(换而言之，使得在接收部31b的超声波接收器r能够最高效地接收超声波)。

具体而言，控制部30将从2个超声波发送器s、s发送的超声波调整为下述状态。

首先，在控制部30，存储有发送部31a的2个超声波发送器s、s 与接收部31b的超声波接收器r的相对位置、以及从发送部31a的2个超声波发送器s、s以及接收部31b的超声波接收器r到对象表面SF的距离(通常距离)等。通常距离是指将作业机器人1放置于平坦的对象表面SF的状态下，从发送部31a的2个超声波发送器s、s以及接收部 31b的超声波接收器r到对象表面SF的距离。

如图1B所示，若2个超声波发送器s、s发送相同频率的超声波，则发送的超声波之间干涉从而形成振幅变大的线(干涉线L)。该干涉线L的形成位置根据2个超声波发送器s、s的相位的偏差而变化。在此，将干涉线L与对象平面SF相交的点作为交点P，将通过该交点P且与对象平面SF正交的直线作为对象线CL。于是，相对于对象线CL来说与干涉线L对称的反射线RL也会变成振幅变大的线。因此，只要以使反射线RL通过接收部31b的超声波接收器r的方式控制2个超声波发送器s、s发送的超声波的相位，就能够加强接收部31b的超声波接收器r接收的反射波的强度。

由于上述那样的构成，在作业机器人1在对象平面SF上一边进行作业一边行走时，只要从2个超声波发送器s、s发送超声波，若在上述交点P没有凹槽等，则超声波在对象平面SF上反射并被接收部31b 的超声波接收器r接收(参照图1B)。于是，控制部30能够判断出没有凹槽等。

另一方面，在应当成为上述交点P的部分有凹槽等的情况下，由于超声波未在对象平面SF上反射，所以接收部31b不能够接收到超声波 (参照图2A)。于是，控制部30能够判断在对象平面SF上有凹槽等或者判断是边缘。

在此，由于超声波原本是以扩散的状态传播的，所以即便有凹槽等，也有可能在其附近的平面上发生反射，从而导致该反射被接收部31b检测出。

然而，在本申请的边缘检测部31中，从2个超声波发送器s、s发送超声波，并且，对如上所述的2个超声波发送器s、s发送的超声波的相位进行调整。为此，即便接收了来自凹槽的周边(应当成为交点P 的部分的周边)的反射波，其强度与超声波在应当成为交点P的部分反射的情况相比，也大幅地减弱了。

因此，由于控制部30能够识别出反射波是在应当成为交点P的部分以外的地方所反射的超声波，所以能够判断在对象平面SF上的应当成为交点P的部分中有凹槽，或者存在边缘。即，能够防止对凹槽或边缘的检测产生遗漏。

(发送部31a的超声波发送器s)

在配设发送部31a的2个超声波发送器s时，期望两者的间隔尽可能地狭窄。这样一来，由于能够容易地加强接收部31b的超声波接收器 r所接收的反射波的强度，因此能够使对凹槽等的检测精度变高。因为从超声波发送器s发送的超声波在超声波发送器s的中心上是最强的，越远离中心则变得越弱。因此，只要将2个超声波发送器s靠近地设置，就能够扩大使接收部31b的超声波接收器r接收的反射波变强的区域，因此，接收部31b的超声波接收器r等的布局的自由度变高，且即便是宽度窄的凹槽也能容易地检测。

(多个接收部31b)

也可以是边缘检测部31设置多个接收部31b(图2B)。在这种情况下，只要控制2个超声波发送器s、s，发送适用于各接收部31b的超声波接收器r的相位的超声波，即便在凹槽的宽度狭窄的情况下，也能够提高其检测精度。

例如，只要从2个超声波发送器s、s交替地发送适用于各接收部 31b的超声波接收器r的相位的超声波，那么只要是比适用于各接收部 31b的超声波接收器r的反射位置的间隔宽的凹槽，就能够可靠地检测出。“适用于各接收部31b的超声波接收器r的相位的超声波”是指，如上所述地反射线RL通过了接收部31b的超声波接收器r的超声波。此外，“适用于各接收部31b的超声波接收器r的反射位置”是指，反射线RL通过接收部31b的超声波接收器r时的交点P的位置。

在这种情况下，优选为，在检测沿着作业机器人1的行进方向延伸的凹槽时，接收部31a以及2个接收部31b、31b沿着与作业机器人1 的行进方向交叉的宽度方向排列。如果是这种配置，那么即便与作业机器人1的行进方向并行延伸的凹槽的宽度狭窄，也能够高精度地检测凹槽。

此外，优选为在检测与作业机器人1的行进方向交叉的凹槽时，接收部31a以及2个接收部31b、31b沿着作业机器人1的行进方向排列。如果是这种配置，那么即便与行进方向交叉的凹槽的宽度狭窄，也能够高精度地检测凹槽。

进而，也可以是，发送部31a以及2个接收部31b、31b，相对于作业机器人1的行进方向倾斜地配置。在这种情况下，能够通过一个边缘检测部31检测与作业机器人1的行进方向交叉的凹槽以及沿着作业机器人1的行进方向延伸的凹槽。

此外，接收部31b的设置数量没有特别地限制，如上所述，可以是 1个也可以是2个。然而，接收部31b的数量越多，越能够防止对凹槽等的检测的遗漏。例如，以发送部31a的2个超声波发送器s、s与多个接收部31b排成一列的方式设置。这样一来，能够防止对发送部31a 的2个超声波发送器s、s与多个接收部31b排成一列的方向(下述简称为排列方向)交叉的凹槽等凹槽的检测的遗漏。

如上所述，在边缘检测部31中，能够检测出在上述的交点P的位置处的凹槽等。另一方面，只要使从2个超声波发送器s、s发送的超声波的相位变化，则上述的交点P沿着排列方向变化。即，只要使从2 个超声波发送器s、s发送的超声波的相位变化，就能够使检测凹槽等的位置变化。因此，由于只要设置多个接收部31b，就能够高效地在多个不同的交点P检测反射的反射波，因此能够检测出在排列方向上的凹槽的可能性变高。特别地，只要使从2个超声波发送器s、s发送的超声波的相位连续地变化，就能够沿着排列方向连续地调查有没有凹槽，因此能够提高在排列方向上检测出凹槽的可能性，从而能够防止对凹槽等的检测的遗漏。

发送部31a的2个超声波发送器s、s与多个接收部31b以排成一列的方式设置时，发送部31a的2个超声波发送器s、s与多个接收部 31b的相对位置没有特别地限制。例如可以是，如图8(A)、图8(B) 所示，在2个超声波发送器s、s的内侧、外侧配置多个接收部31b。此外，也可以是，如图8(C)所示，在夹着2个超声波发送器s、s的两侧分别配置接收部31b。进而，还可以是，如图8(D)所示，在夹着2 个超声波发送器s、s的两侧以及2个超声波发送器s、s之间分别配置接收部31b。

(距离测量功能)

此外，边缘检测部31还可以具有距离测量功能，测量到对象平面 SF的距离。如果设置了这种距离测量功能，那么即便对象平面SF或其状态发生变化，也能够将从2个超声波发送器s发送的超声波的状态调整为合适的状态。因此，即便对象平面SF或其状态发生变化，也能够维持对凹槽等的检测的高精度。

例如，在新的对象平面SF进行作业时，首先只要通过距离测量功能，测量从边缘检测部31到对象平面SF的距离，那么即便是新的对象平面SF，也能够适当地检测凹槽等。此外，即便是在作业机器人1在平面SF上移动的期间，只要适当地通过距离测量功能测量距离，就能够维持对凹槽等的检测的高精度。

(将超声波发送器s与超声波接收器s通用化的情况)

在上述例子中，对将发送超声波的超声波发送器s与接收超声波的超声波接收器r分别单独设置的情况进行了说明。然而，也可以是，作为超声波发送器s或超声波接收器r，具有接收超声波与发送超声波两种功能，即，也可以使用超声波收发器。在这种情况下，只要使用超声波收发器代替发送部31a的超声波发送器s，就能够使超声波收发器作为超声波发送器发挥功能，并且只要使用超声波收发器代替接收部31b 的超声波接收器r，还能够使超声波收发器作为超声波接收器或超声波发送器发挥功能。

例如，如图7所示，发送部31a具有2个超声波收发器s1、s2，接收部31b具有1个超声波收发器r1。于是，在从2个超声波收发器s1、 s2发送超声波的情况下，能够由接收部31b的超声波收发器r1接收在对象平面SF反射的超声波(图7B)。另一方面，在从接收部31b的超声波收发器r1、以及从与该接收部31b的超声波收发器r1相邻的超声波收发器s2发送超声波的情况下，能够使超声波收发器s1接收在对象平面SF反射的超声波(图7A)。于是，与图2B所示的设置2个接收部 31b的情况相同，能够防止产生对凹槽或边缘的检测的遗漏。并且，由于相比于图2B的结构，能够减少超声波接收器r的数量，因此能够使边缘检测部31小型化。于是，也能够使设置有边缘检测部31的作业机器人1小型化。

在将2个超声波收发器s1、s2设置在发送部31a的情况下，也可以不设置接收部31b。即，2个超声波收发器s1、s2的任一个能够发挥超声波发送器与超声波接收器两种功能即可(图5)。即便在这种情况下，只要调整从2个超声波收发器s1、s2发送的超声波的相位，就能够使各超声波收发器s1、s2分别作为超声波接收器发挥功能。即，以使与干涉线L相对于对象线CL对称的反射线RL通过任一个超声波收发器s1、s2的方式调整从超声波收发器s1、s2发送的超声波的相位。于是，仅通过超声波收发器s1、s2，就能够检测凹槽或边缘。(图5A、图5B)。

(边缘检测器31的用途)

边缘检测器31有如下优点：只要设置于在对象平面SF上移动的作业机器人1等，就能够如上所述地防止的作业机器人1陷入到凹槽等。

然而，边缘检测器31也可以使用于作业机器人1以外的用途，其用途没有特别地限制。例如，能够作为检测形成于建筑物等的构造物或道路等表面的凹槽或边缘的传感器而使用。即，能够作为安装在各种装置或设备的、检测形成于对象构造物的表面的凹槽等的传感器使用。在这种情况下，边缘检测器31的控制可以是如下方式：通过安装了边缘检测器31的装置或设备的控制装置控制动作，或者在边缘检测器31自身设置控制部，从而能够仅将检测到的信息供给至外部。

(工作机器人1的动作)

上述的作业机器人1，通过控制部30控制移动机构4的动作或清扫等的作业。为此，只要将作业机器人1的动作控制为自动地行走于控制部30所存储的路线等，就能够几乎自动地使作业机器1一边在对象平面SF上移动一边实施清扫等作业。

另一方面，也可以是，作业者从外部操作作业机器人1从而控制其行走或清扫等作业。例如，也可以是，使用利用了无线或红外线等的无线通信，远程操作作业机器人1。即，也可以是，作业者操作无线通信用控制器从而远程操作作业机器人1。此外，也可以是，作业者使用通过信号线等与作业机器人1连接的控制器而操作作业机器人1。作业者只要使用无线通信用的控制器或者由信号线连结的控制器操作作业机器人1，作业者就能够一边确认清扫等作业的状况，一边实施作业。于是，能够根据周围的状况的变化等使作业机器人1实施适当的作业。

像这样地，即便是作业者控制作业机器人1的动作的情况，也优选具有如上所述的边缘检测功能或如下所述的防止脱轮功能。如果具有这样的功能，即便作业者操作失误，也能够使作业机器人1适当地行走并实施作业。此外，即便作业者的操作失误，也能够防止作业机器人1从对象平面SF落下。

也可以是，作业机器人1，同时利用作业者的操作与自动行走(作业)。即，虽然通常自动地(即仅由控制部30进行控制)进行作业或行走，但也可以是，若从控制器输入作业者的操作，则从自动行走(作业) 的状态切换到通过作业者的操作进行的动作。在这种情况下，在从控制器等的输入未达到一定程度的情况下，切换到自动行走(作业)的状态。于是，优选为，即便作业者的操作出现失误或者忘记切换至自动行走(作业)的状态，也能够继续地实施作业。

工业实用性

本发明的作业机器人能够用于：大规模的太阳光发电设施的太阳电池阵列、太阳热发电设施的聚光镜、对太阳能热水器中的受光面等的平面的清扫或对该平面的缺陷检查、对表面形状或部件的厚度的测量、对温度的测量、对表面粗糙度的测量、对表面的光反射率或光泽度的测量、对其他物理量的测量、收集或观察、剥离表面的附着物或涂装等、涂装以及在这之前的准备处理、涂镀作业、薄膜等的粘帖、研磨、做记号、通过信息提示进行交流等。

附图标记说明

1 作业机器人

2 机器人主体部

4 移动机构

10 清扫部

12 刷子

30 控制部

31 边缘检测部

31a 发送部

31b 接收部

s 超声波发送器

r 超声波接收器

s1、s2 超声波收发器

r1 超声波收发器

SP 构造物

SF 对象平面

Claims (16)

1.一种作业机器人，在具有平面的构造物上行走并在该构造物的平面上进行作业，其特征在于，具备：

机器人主体，设置有用于在构造物上行走的移动机构；

控制部，控制该机器人主体的移动；

作业部，进行在平面上的作业，

所述控制部具备设置于所述机器人主体的、检测所述平面的端缘以及/或者凹槽的边缘检测部，所述边缘检测部具有多个超声波收发器，能够发送与接收超声波，

所述控制部选择发送超声波的两个超声波收发器、和相对于所述机器人主体比该两个超声波收发器更靠外配置的超声波收发器作为接收部，

以使从2个超声波收发器发送频率相同而相位不同的超声波的方式进行控制，从而使在作为该接收部所选择的超声波收发器的接收部接收的平面上被反射的反射波的强度加强。

2.如权利要求1所述的作业机器人，其特征在于，

所述多个超声波收发器，以沿着与该作业机器人的行进方向交叉的宽度方向排列的方式配置。

3.如权利要求1所述的作业机器人，其特征在于，

所述多个超声波收发器，以沿着该作业机器人的行进方向排列的方式配置。

4.一种作业机器人，在具有平面的构造物上行走并在该构造物的平面上进行作业，其特征在于，具备：

机器人主体，设置有用于在构造物上行走的移动机构；

控制部，控制该机器人主体的移动；

作业部，进行在平面上的作业，

所述控制部具备设置于所述机器人主体的、检测所述平面的端缘以及/或者凹槽的边缘检测部，该边缘检测部具备:

发送部，具有2个发送频率相同而相位不同的超声波的超声波发送器；

接收部，被设置于相对于所述机器人主体位于比该发送部更靠外的位置，具有接收该发送部发送的超声波的超声波接收器，

基于从所述边缘检测部到平面的距离以及所述接收部的多个超声波收发器的相对位置，控制所述发送部的两个超声波发送器发送的超声波的相位，从而使在该接收部的超声波接收器接收的平面上被反射的反射波的强度加强。

5.如权利要求4所述的作业机器人，其特征在于，

所述发送部的2个超声波发送器中，1个超声波发送器具有接收超声波的功能，

所述接收部的超声波接收器具有发送超声波的功能。

6.如权利要求4或权利要求5所述的作业机器人，其特征在于，

所述边缘检测部具备多个所述接收部，

该多个接收部，以该多个接收部与所述发送部的2个超声波发送器以排成一列的方式配设。

7.如权利要求4～6任一项所述的作业机器人，其特征在于，

所述边缘检测部具备以夹着所述发送部的方式配设的所述接收部，

所述发送部以及所述接收部，以沿着与该作业机器人的行进方向交叉的宽度方向排列的方式配置。

8.如权利要求4～6的任一项所述的作业机器人，其特征在于，

所述边缘检测部具备以夹着所述发送部的方式配设的所述接收部，

所述发送部以及所述接收部，以沿着该作业机器人的行进方向排列的方式配置。

9.如权利要求1～8的任一项所述的作业机器人，其特征在于，

所述边缘检测部具有距离测量功能，测量到所述构造物的平面的距离。

10.一种边缘检测器，检测作为对象的平面的缺陷，其特征在于，

具备多个超声波收发器，能够发送与接收超声波，

且具有如下功能：从所述多个超声波收发器中的2个超声波收发器发送频率相同而相位不同的超声波，

选择不位于发送超声波的两个超声波收发器之间的超声波收发器作为接收器，控制发送所述超声波的两个超声波收发器发送的超声波的相位，使得在作为该接收器所选择的超声波收发器接收的平面上被反射的反射波的强度加强。

11.如权利要求10所述的边缘检测器，其特征在于，

所述多个超声波收发器以排成一列的方式配设。

12.一种边缘检测器，检测作为对象的平面的缺陷，其特征在于，具备：

发送部，具有2个超声波发送器，能够发送频率相同而相位不同的超声波；

接收部，具有超声波接收器，接收该发送部发送的超声波的平面上的反射波且不位于所述发送部的两个超声波发送器之间，

该边缘检测器控制所述发送部的两个超声波发送器发送的超声波的相位，使得在该接收部的超声波接收器接收的平面上被反射的反射波的强度加强。

13.如权利要求12所述的边缘检测器，其特征在于，

所述发送部的2个超声波发送器中，1个超声波发送器具有接收超声波的功能，

所述接收部的超声波接收器具有发送超声波的功能。

14.如权利要求12或权利要求13所述的边缘检测器，其特征在于，

具备多个所述接收部，

该多个接收部，以该多个接收部与所述发送部的2个超声波发送器排成一列的方式配设。

15.如权利要求12～14的任一项所述的边缘检测器，其特征在于，

具备以夹着所述发送部的方式配设的所述接收部。

16.如权利要求10～15的任一项所述的边缘检测器，其特征在于，

所述边缘检测器具有距离测量功能，测量到作为对象的平面的距离。

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