JP2002244736A - 移動作業ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 監視部を備えた移動作業ロボットは、監視部
を作業領域の天井や壁等に設置する必要があるため、複
数の作業領域で作業を行う場合には作業領域ごとに複数
の監視部を設置したり、監視部の付けかえ準備が必要で
あったり、監視部を設置するために工事上の制約や美観
の問題などで使用できる場所が限定されていた。 【解決手段】 本体部１の移動を外部から監視する移動
手段２４を有した監視部２と、監視部２の移動手段２４
を制御して操作者が監視部２を移動操作する操作部３と
を備えることで、作業を行う前に操作者が操作部３を操
作して監視部２を作業領域に移動させることができるか
ら、監視部２の設置工事が不要となり、１台の監視部２
で複数の作業領域の作業が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行機能を有し移
動しながら作業を行なう自走式掃除機や自動芝刈機等の
移動作業ロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より作業機器に走行手段やセンサ類
および走行制御手段を付加して、自動的に作業領域を移
動して作業を行なう各種の移動作業ロボットが開発され
ている。例えば自走式掃除機は、清掃機能として本体底
部に吸込具や塵埃掻き上げ用の回転ブラシなどを備え、
自在に移動するために走行機能としての駆動用ローラと
移動方向を転換するための操舵手段と、走行時に障害物
を検知する障害物検知手段と、自己の位置を認識する位
置認識手段とを備え、この障害物検知手段によって清掃
領域の障害物を迂回しつつ、位置認識手段によって自己
が清掃した清掃領域を認識し、まだ清掃していない清掃
領域を移動して清掃領域全体を清掃するものである。

【０００３】しかしながら、このような従来の移動作業
ロボットでは、位置認識手段にジャイロセンサや走行距
離センサなどの内界センサを用いた相対位置認識を行な
っているため、位置計測誤差の累積が大きくなり移動経
路がずれたり、スタート点を見失うことがあった。

【０００４】この問題を解決するために、本体部の移動
を外部から監視する監視部を備え、監視部から得られた
位置情報を本体部に送信して本体部がこの位置情報に基
づいて移動することにより、位置計測誤差が累積せず広
い移動領域でも確実に移動できる移動作業ロボットが提
案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、監視部
を備えた移動作業ロボットは、監視部を作業領域の天井
や壁等に設置する必要があり、複数の作業領域で作業を
行う場合には作業領域ごとに複数の監視部を設置した
り、監視部の付けかえ準備が必要であった。また、監視
部を設置するために、工事上の制約や美観の問題などで
使用できる場所が限定されるという課題を有している。

【０００６】そこで本発明は、監視部の設置工事が不要
で、１台の監視部で複数の作業領域の作業が行え、位置
計測誤差が累積せず広い移動領域でも確実に作業を行う
ことができる移動作業ロボットを提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、走行手段およ
び操舵手段を有するとともに作業要素を設けた本体部
と、前記本体部の移動を外部から監視する移動手段を有
した監視部と、前記監視部の移動手段を制御して操作者
が監視部を移動操作する操作部とを備えることで、作業
を行う前に操作者が操作部を操作して監視部を作業領域
に移動させることができるから、監視部の設置工事が不
要となり、１台の監視部で複数の作業領域の作業が行え
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、走行
手段および操舵手段を有するとともに作業要素を設けた
本体部と、前記本体部の移動を外部から監視する移動手
段を有した監視部と、前記監視部の移動手段を制御して
操作者が監視部を移動操作する操作部とを備え、前記本
体部は前記監視部に対し光を発する発光手段を有し、前
記監視部は前記本体部の移動領域の画像を入力する画像
入力手段と、この画像入力手段が入力した画像から得ら
れる位置情報を前記本体部に送信する送信手段を有し、
前記本体部は前記送信手段からの信号を受信する受信手
段を有し、前記受信手段からの位置情報に応じて移動す
ることで、位置計測誤差が累積せず広い移動領域でも確
実に移動でき、しかも作業を行う前に操作者が操作部を
操作して監視部を作業領域に移動させることにより監視
部の設置工事が不要となり、１台の監視部で複数の作業
領域の作業が行える。

【０００９】請求項２に記載した発明は、操作部が監視
部の移動手段を遠隔制御する遠隔制御手段を有するもの
で、操作者は作業領域から離れた場所で監視部を移動さ
せることができる。

【００１０】請求項３に記載した発明は、操作部に画像
出力手段を有し、監視部の画像入力手段が入力した画像
を前記画像出力手段に出力するもので、その画像出力手
段により操作者は本体部の作業状況を確認できる。ま
た、請求項２に記載した発明の遠隔操作と組み合わせる
ことにより、操作部の画像出力手段を見ながら監視部の
移動を操作できる。

【００１１】請求項４に記載した発明は、操作部が公衆
回線、例えば、電話回線またはインターネット等と接続
する携帯端末からなるもので、操作者は特別な操作部を
準備することなく通常使用している携帯電話などを用い
て、作業領域から離れた場所からいつでも監視部を移動
させることができる。

【００１２】請求項５に記載した発明は、本体部の発光
手段が赤外光を発光するランプまたはＬＥＤからなるも
ので、監視部の画像入力手段は照明や太陽光などの外乱
光の影響を受けにくく、より確実に発光手段の画像を入
力できる。

【００１３】請求項６に記載した発明は、監視部の送信
手段が電波または光または超音波またはそれらを組み合
わせた無線信号を送信するもので、監視部と本体部との
物理的な接続がなく本体部の移動動作に制約がない。

【００１４】請求項７に記載した発明は、監視部の移動
手段が無限軌道を有するもので、監視部の移動領域に凹
凸があってもスムーズに移動できる。

【００１５】請求項８に記載した発明は、監視部の移動
手段が歩行装置を有するもので、監視部の移動領域に階
段などの段差があってもスムーズに移動できる。

【００１６】請求項９に記載した発明は、作業要素を、
塵埃を吸引する電動送風機と、前記電動送風機の吸引作
用を受ける吸込具としたもので、移動しながら床面の塵
埃を吸引して清掃が行なえる。

【００１７】請求項１０に記載した発明は、作業要素
を、塵埃を吸引する電動送風機と、前記電動送風機の吸
引作用を受ける吸込具と、吸込具に設けた塵埃掻き上げ
用のアジテータとしたもので、移動しながら床面の塵埃
を掻き上げつつ吸引して清掃が行なえる。

【００１８】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の実施例を自走式
掃除機に応用した場合を例にとって、図１〜５に基づい
て説明する。

【００１９】図１は本実施例の全体外観斜視図である。
図において、１は移動しながら清掃を行なう本体部で、
清掃領域の床面Ａ上を移動する。２は本体部１を監視す
る監視部で、清掃領域の床面Ａを俯瞰するようになって
いる。３は操作者が監視部２を操作する操作部である。

【００２０】本体部１の構成を図２に示す。図におい
て、４、５は左右の駆動モータで、それぞれの出力軸は
左右の減速機６、７を介して左右の走行輪８、９を駆動
する。この左駆動モータ４と右駆動モータ５を独立に回
転制御することにより、例えば左駆動モータ４のみを回
転させれば右旋回でき、逆に右駆動モータ５のみを回転
させれば左旋回でき、さらに左駆動モータ４と右駆動モ
ータ５の両方を回転させれば直進できるといったよう
に、本体部１を移動させることができ、走行手段および
操舵手段を兼ねている。１０は各種入力に応じて左右の
駆動モータ４、５を制御し、本体部１の走行制御を行な
う走行制御手段で、マイクロコンピュータおよびその他
制御回路からなる。１１は本体部１の上面に取付けたラ
ンプやＬＥＤ等からなる発光手段で、回路基板１２の発
光制御手段１２ａにより点滅制御される。発光手段１１
には赤外光を発光するものを使用している。この発光手
段１１は、本体部１の左右中央の走行輪８、９から離れ
た位置に設けている。１３、１４は障害物検知センサ
で、本体部１の前方および側方の障害物までの距離を光
により検知するようになっている。１５は床面を掃除す
る清掃ノズルで、吸込具を構成し、この吸込み口には回
転ブラシなどからなるアジテータ１６が設けられ、電動
送風機からなるファンモータ１７で発生させた真空圧に
よりゴミを吸引する。前記アジテータ１６はノズルモー
タ１８により伝動ベルト１９を介して回転駆動される。
２０は電池などからなる電源で、本体部１内に電力を供
給する。

【００２１】監視部２は、図３のシステム構成図に示す
ように、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子とレンズ
などからなる画像入力手段２１が設けられ、本体部１の
発光手段１１を含む床面Ａ全体の画像を入力する。画像
入力手段２１のレンズ部には赤外光だけをよく通すフィ
ルタが設けられ、発光手段１１以外から入力される光を
できるだけ遮断して、照明や太陽光などの影響を受けに
くくしている。この画像入力手段２１の画像データは位
置認識手段２２で演算処理され、その結果を送信手段２
３により本体部１に送信する。この送信データは本体部
１の回路基板１２の受信手段１２ｂにより受信される。
本実施例では、この監視部２と本体部１との通信には電
波を用いた無線方式にしている。２４は移動手段で、図
１に示すように監視部２の底部に設けた車輪２５を駆動
して監視部２を前後左右に移動させる。２６は制御手段
で、通信手段２７からの信号により移動手段２４を制御
する。

【００２２】操作部３には、プッシュスイッチやジョイ
スティック等からなる操作手段３１と、液晶やＥＬ素子
等の表示画面からなる画像出力手段３２とを備え、操作
手段３１からの信号を通信手段３３を介して上記監視部
２の通信手段２７に送る。また、監視部２では画像入力
手段２１が入力した画像信号が通信手段２７に送られる
ようになっているので、この信号は通信手段２７から通
信手段３３に送られ画像出力手段３２で見ることができ
る。この通信手段２７と３３の通信には電波を用いた無
線方式にしている。これにより、操作者は画像出力手段
３２の画像を見ながら操作手段３１を操作することによ
り、遠く離れた所からでも監視部２の移動手段２４を遠
隔制御して監視部２を任意の場所へ移動させることがで
きる。

【００２３】特に、本実施例では操作部３にＰＨＳや携
帯電話などの携帯端末器を使用できるようにしているの
で、電話回線等の公衆回線を用いて操作信号および画像
信号のやりとりが可能となり、直接電波の届かない遠方
においても監視部２の移動操作ができる。しかも特別な
操作部３の準備がいらず、どの携帯電話からでも操作が
できるから、経済的にもすぐれ、紛失することも少なく
なる。

【００２４】次に、監視部２が本体部１の位置と方向を
検出する動作について説明する。

【００２５】監視部２を清掃領域の床面Ａ全体を俯瞰す
る位置に移動させると、画像入力手段２１により本体部
１の発光手段１１を含む床面Ａ全体の画像を入力する。
したがって、例えば本体部１が停止した状態で発光手段
１１が点灯している場合には、画像入力手段２１には発
光手段１１が点灯している本体部１および床面Ａやその
周辺の画像が入力される。

【００２６】本実施例では、発光手段１１が点灯してい
る画像と発光手段１１が消灯している画像の２つの画像
データを入力し、位置認識手段２２がこの両データの差
分をとって発光手段１０の画像を抽出し、画像面に対す
る位置座標を検出する。そして、この検出位置に基いた
情報を送信手段２３により本体部１の受信手段１２ｂに
送信するものである。

【００２７】図４は、本体部１において発光制御手段１
２ａが発光手段１１を点滅させるタイミングを示すもの
である。まず監視部２の送信手段２３から送信された情
報信号４０を受信手段１２ｂが受信すると発光制御手段
１２ａは発光手段１１を点灯状態４１にする。監視部２
の画像入力手段２１は、送信手段２３が送信動作を行な
う毎に画像を入力するようになっており、このとき発光
手段１１のみが点灯している画像を入力する。次に情報
信号４２を受信手段１２ｂが受信すると発光制御手段１
２ａは発光手段１１を消灯状態４３にする。このとき画
像入力手段２１は発光手段１１が消灯している画像を入
力する。位置認識手段２２が上記２つの画像データの差
分をとって発光手段１１の画像を抽出し、画像面に対す
る位置座標を検出する。この動作を繰り返し行なうこと
により、本体部１が走行中であっても発光手段１１の位
置が検出できる。そして位置認識手段２２は上記のよう
に発光手段１１の位置座標を検出すると同時にこれを記
憶しておき、次に新たに検出した位置座標との差から発
光手段１１の移動方向を算出し記憶する。当然ながら本
体部１が途中で停止した場合は発光手段１１の位置座標
に変化がないから移動方向は算出できないが、そのとき
はそれ以前に算出した値をその時点の値として記憶して
おく。監視部２の送信手段２３から本体部１の受信手段
１２ｂへは、上述した発光手段１１の位置座標と移動方
向の２種類のデータが位置情報として送信される。

【００２８】以上のような構成において、本実施例の全
体動作について説明する。

【００２９】図５に示すように、まず操作部３の操作手
段３１を操作して監視部２を清掃領域の床面Ａ全体を俯
瞰する位置に移動させる。このとき、操作部３の画像出
力手段３２には監視部２の画像入力手段２１が入力した
画像が映るのでそれを見ながら位置を確認する。

【００３０】次に、本体部１の運転を開始させると、本
体部１は障害物検知センサ１３、１４で周囲の障害物を
検知し、走行制御手段１０が左右の駆動モータ４、５を
回転制御して走行を始める。同時に清掃ノズル１５のノ
ズルモータ１８およびファンモータ１７が作動し、アジ
テータ１６で床面のゴミを掻き上げながら吸引して清掃
を行なう。本体部１は、障害物検知センサ１３、１４で
本体部１周辺の壁までの距離を測定しながら所定のパタ
ーンで作業を行なう。このときは、監視部２からは本体
部１の位置座標データが位置情報として送信され、走行
制御手段１０の内部で移動マップとして記憶される。そ
して、障害物などを回避しながら走行制御を行ない、図
に示すような移動軌跡で作業を行なう。また、例えば清
掃領域の中央部に障害物がある場合には、その障害物の
片側だけ作業を行ない、反対側が未清掃であることは移
動マップで認識できるから、あとでその部分の清掃を行
なうようにしている。このようにして、移動マップ上で
未清掃箇所がなくなった地点で本体部１は停止し、運転
を終了する。

【００３１】なお、本実施例では、監視部２と本体部１
との通信に電波を用いているが、光や超音波などを用い
た他の無線方式であっても同様の動作が実現できる。

【００３２】以上のように本実施例によれば、本体部１
は送信手段２３からの信号を受信する受信手段１２ｂを
有し、受信手段１２ｂからの位置情報に応じて移動する
ことで位置計測誤差が累積せず広い移動領域でも確実に
移動でき、しかも作業を行う前に操作者が操作部３を操
作して監視部２を作業領域に移動させることにより監視
部２の設置工事が不要となり、１台の監視部２で複数の
作業領域の作業が行えるものである。

【００３３】また、操作部３が監視部２の移動手段２４
を遠隔制御できるから、操作者は作業領域から離れた場
所で監視部２を移動させることができる。

【００３４】さらに、操作部３に画像出力手段３２を有
し、監視部２の画像入力手段２１が入力した画像を前記
画像出力手段３２に出力するから、操作者は操作部３の
画像出力手段３２を見ながら監視部２の移動を操作でき
るとともに本体部１の作業状況も確認できる。

【００３５】操作部３が電話回線と接続する携帯端末か
らなるから、操作者は特別な操作部３を準備することな
く通常使用している携帯電話などを用いて、作業領域か
ら離れた場所からいつでも監視部２を移動させることが
できる。

【００３６】本体部１の発光手段１１は、赤外光を発光
するランプまたはＬＥＤからなるから、監視部２の画像
入力手段２１は照明や太陽光などの外乱光の影響を受け
にくく、より確実に発光手段１１の画像を入力できる。

【００３７】監視部２の送信手段２３は、電波または光
または超音波を用いて信号を送信するから、監視部２と
本体部１との物理的な接続がなく本体部１の移動動作に
制約がないものである。

【００３８】なお、本実施例では、自走式掃除機につい
て述べたが、作業要素は掃除機に限るものでなく、芝刈
り機や荷物運搬機等の他の作業要素であっても同様の効
果を奏するものである。

【００３９】（実施例２）実施例１では監視部２の移動
手段２４が車輪２５を有し、これを駆動して移動する方
式のものについて説明したが、移動手段２４として無限
軌道を採用した実施例について説明する。

【００４０】図６に示すように、監視部２の下部の左右
に２つの無限軌道２８を有した移動手段２４を設けてい
る。

【００４１】これにより、実施例１の車輪２５では移動
できなかった凹凸のある地面や傾斜面でもスムーズに移
動できるものである。したがって、芝刈りなどの屋外作
業用に適している。

【００４２】（実施例３）ここでは、移動手段２４に歩
行装置を有した実施例について説明する。

【００４３】図７に示すように、監視部２の底部に２足
歩行装置２９を有した移動手段２４を設けている。

【００４４】これにより、実施例１の車輪２５や実施例
２の無限軌道２８では移動できなかった階段などの段差
でもスムーズに移動できるものである。したがって、例
えば家の１階と２階に本体部を準備しておけば、１台の
監視部で１階と２階の両方の作業が可能となる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、作業を
行う前に操作者が操作部を操作して監視部を作業領域に
移動させることができるから、監視部の設置工事が不要
となり、１台の監視部で複数の作業領域の作業が行え、
しかも工事上の制約や美観の問題などで使用できる場所
が限定されることがなくなる。さらに、作業領域内のレ
イアウト変更や障害物に対しても柔軟に対応でき、作業
のやり残しが生じることがなくなるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である自走式掃除機の外
観斜視図

【図２】同本体部の構造を示す内部透視斜視図

【図３】同システム構成を示すブロック図

【図４】同本体部の発光手段の動作を示す波形図

【図５】同本体部の清掃動作と携帯端末の動作を示す説
明図

【図６】本発明の第２の実施例の監視部の斜視図

【図７】本発明の第３の実施例の監視部の斜視図

【符号の説明】

１ 本体部 ２ 監視部 ３ 操作部 ４、５ 駆動モータ ６、７ 減速機 ８、９ 走行輪 １０ 走行制御手段 １１ 発光手段 １２ａ 発光制御手段 １２ｂ 受信手段 ２１ 画像入力手段 ２４ 移動手段 ２５ 車輪 ２６ 制御手段 ２７、３３ 通信手段 ３１ 操作手段 ３２ 画像入力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０５Ｄ 1/00 Ｇ０５Ｄ 1/00 Ｂ (72)発明者 保野 幹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 土師 雅代 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3B116 AA31 AB54 BA35 BB71 CD41 3C007 AS15 CS08 CY02 DS01 FS01 FU08 HS04 HS27 JS03 JS06 JS07 JU03 JU09 JU12 JU13 JU14 KS03 KS05 KS12 KS16 KS36 KT04 KT11 KT15 KV08 KV11 KV18 KW06 LS05 LT06 LT12 LT18 LV04 MS06 MS08 MS15 MT06 MT15 WA16 WA28 WB14 WB16 WC03 WC16 5H301 AA01 BB11 BB12 CC03 DD06 DD08 DD16 DD17 DD18 GG08 GG09

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行手段および操舵手段を有するととも
   に作業要素を設けた本体部と、前記本体部の移動を外部
   から監視する移動手段を有した監視部と、前記監視部の
   移動手段を制御して操作者が監視部を移動操作する操作
   部を備え、前記本体部は前記監視部に対し光を発する発
   光手段を有し、前記監視部は前記本体部の移動領域の画
   像を入力する画像入力手段と、この画像入力手段が入力
   した画像から得られる位置情報を前記本体部に送信する
   送信手段を有し、前記本体部は前記送信手段からの信号
   を受信する受信手段を有し、前記受信手段からの位置情
   報に応じて移動する移動作業ロボット。
2. 【請求項２】 操作部は、監視部の移動手段を遠隔制御
   する遠隔制御手段を有する請求項１に記載の移動作業ロ
   ボット。
3. 【請求項３】 操作部に画像出力手段を有し、監視部の
   画像入力手段が入力した画像を前記画像出力手段に出力
   する請求項１または２に記載の移動作業ロボット。
4. 【請求項４】 操作部は、公衆回線と接続する携帯端末
   からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動作業
   ロボット。
5. 【請求項５】 本体部の発光手段は、赤外光を発光する
   ランプまたはＬＥＤとした請求項１〜５のいずれか１項
   に記載の移動作業ロボット。
6. 【請求項６】 監視部の送信手段は、電波または光また
   は超音波またはこれらを組み合わせた無線信号を送信す
   る請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動作業ロボッ
   ト。
7. 【請求項７】 監視部の移動手段は、無限軌道を有する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の移動作業ロボッ
   ト。
8. 【請求項８】 監視部の移動手段は、歩行装置を有する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の移動作業ロボッ
   ト。
9. 【請求項９】 作業要素を、塵埃を吸引する電動送風機
   と、前記電動送風機の吸引作用を受ける吸込具とした請
   求項１〜８のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。
10. 【請求項１０】 作業要素を、塵埃を吸引する電動送風
    機と、前記電動送風機の吸引作用を受ける吸込具と、吸
    込具に設けた塵埃掻き上げ用のアジテータとした請求項
    １〜８のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。