JP2006167261A - 移動作業ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】作業状態・作業内容などに合わせて、最適な清掃能力で作業することが可能で、作業効率を向上させる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。
【解決手段】本体部１１は、本体部１１を移動走行させる走行手段１２と、走行手段１２を制御する走行制御手段２５と、床面の塵埃を吸引する電動送風機１３と、電動送風機１３の吸引力を制御する吸引制御手段２４と、吸引した塵埃を検知する塵埃検知手段２１と、塵埃検知手段２１を制御する検知感度制御手段２０とを備え、前記検知感度制御手段２０は、作業状態・作業内容により塵埃検知手段２１の検知感度を変更する。これによって、作業状態・作業内容に合わせ、その状況時に最適な電動送風機１３の吸引力の制御や、走行手段１２の走行速度の制御を行い、最適な清掃能力で作業効率を向上させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、作業状態・作業内容により塵埃の有無検知の感度を変更する移動作業ロボットに関するものである。

従来、移動しながら床面の塵埃を掃除していく掃除ロボットでは、塵埃の取残しを少なくするため、赤外線センサなどを用いて床面の塵埃の有無を判定し、塵埃を検知したときは吸引モータのパワーを上げたり、移動速度を低速にしたりするなどの手法が考えられてきた。

また、塵埃量の多少に関わらず塵埃の取残しを少なくするような走行パターンなども考えられている。例えば、清掃エリアをメッシュ分割し、利用者が選択した清掃パターンに応じてメッシュの粗さを変更する方法などがある。つまり、往復運動しながら作業する掃除ロボットが、往路と復路がオーバーラップして走行する量を、利用者が選択した清掃パターンによって変更する方法である（例えば、特許文献１参照）。

ここで、従来の技術について図６を用いて説明する。図６は、利用者が選択した清掃モードに応じた粗さで清掃領域を分割する清掃ロボットの走行例を示す。

清掃ロボット１が移動しながら部屋の掃除を行う際、例えば、利用者が部屋の中に塵埃が多いと判断し、その状態に合わせた清掃モードを選択した場合は、清掃ロボットが往復運動の折返しで移動する距離（オーバーラップ量）Ｗの距離を短くし、塵埃が少ないと判断したときは、オーバーラップ量Ｗの距離を長くすることで、塵埃の取残しを少なくでき、かつ塵埃量に応じた適切な清掃時間で清掃を行うことができる。
特開２０００−３５３０１４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、塵埃の有無を検知する検知感度が一定である。また、その検知精度は外乱光やノズルの振動や衝撃により誤検知しないように設定されている。利用の形態には様々な場合が想定されるが、従来の構成では検知感度は一定であり、塵埃の有無によって吸引モータの吸引力を変えたり、移動速度を変えたりするような制御を行う場合、塵埃のとりにくい場所、とりやすい場所、利用者が念入りに清掃したいとき、簡単にきれいにしたいとき、その他諸々の状況に適した清掃が行われているとは言えなかった。また、状況に適した清掃が行われていないということは、念入りに清掃しなくても良い状況でも吸引力を上げたり、走行速度を落として作業に時間がかかったりするので、作業の効率が悪く結果的に電池の消耗が激しくなり、頻繁に充電しなければならず使い勝手が悪くなることに加えて電池の劣化の進行も早くなるといった問題もあった。

また、特に、絨毯を清掃作業するような場合は、常に同じ検知感度で清掃作業を行うと、絨毯の毛まで塵埃と検知して吸引力を上げ絨毯を磨耗させてしまうというような課題もあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、作業状態・作業内容などに合わせて、最適な清掃能力で作業することが可能で、作業効率を向上させる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。

前記従来の課題を解決するために、本発明の移動作業ロボットは、移動して作業を行う本体部は、本体部を移動走行させる走行手段と、走行手段を制御する走行制御手段と、床面の塵埃を吸引する電動送風機と、電動送風機の吸引力を制御する吸引制御手段と、電動送風機により吸引した塵埃を検知する塵埃検知手段と、塵埃検知手段を制御する検知感度制御手段とを備え、前記検知感度制御手段は、本体部の作業状態・作業内容により塵埃検知手段の検知感度を変更するものである。

これによって、作業状態・作業内容に合わせて、塵埃の有無の検知感度を変更し、その状況時に最適な電動送風機の吸引力の制御や、走行手段の走行速度の制御を行うことができ、最適な清掃能力で作業効率を向上させることができる。

本発明の移動作業ロボットは、作業状態・作業内容などに合わせて、最適な清掃能力で作業することが可能で、作業効率を向上させることができる。

第１の発明は、移動して作業を行う本体部は、本体部を移動走行させる走行手段と、走行手段を制御する走行制御手段と、床面の塵埃を吸引する電動送風機と、電動送風機の吸引力を制御する吸引制御手段と、電動送風機により吸引した塵埃を検知する塵埃検知手段と、塵埃検知手段を制御する検知感度制御手段とを備え、前記検知感度制御手段は、本体部の作業状態・作業内容により塵埃検知手段の検知感度を変更する移動作業ロボットとすることにより、作業状態・作業内容に合わせて、塵埃の有無の検知感度を変更し、その状況時に最適な電動送風機の吸引力の制御や、走行手段の走行速度の制御を行うことができ、最適な清掃能力で作業効率を向上させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、本体部の向きを検出する方向検出手段と、方向検出手段により決定した本体部の基準方向を記憶する基準方向記憶手段を備え、本体部の基準方向の移動走行と非基準方向の移動走行とで作業領域の清掃を行うとともに本体部の基準方向の移動走行と非基準方向の移動走行とで塵埃検知手段の検知感度を変更することにより、一度清掃作業をした領域を再び作業するときは床面の塵埃有無の検知感度を下げることで、作業状態や作業内容に合わせて最適な清掃能力で清掃作業するので、作業効率を向上させることができる。また、作業効率を向上させることができるので、電池により電源が供給される移動作業ロボットなどでは、電池の無駄な放電も防止することができる。

第３の発明は、第１の発明において、作業時間を測定する作業時間測定手段を備え、作業時間が経過するに従い塵埃検知手段の検知感度を低く変更することにより、作業が進むにつれて重複して清掃作業をする領域が多くなるので、時間の経過によって塵埃検知手段の検知感度を低く変化させ、作業状態や作業内容に合わせて最適な清掃能力で清掃作業をする。これにより、作業効率を向上させることができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、利用者が本体部の操作を行う入力手段と、利用者によって選択可能である各種設定情報を記憶しておく設定情報記憶手段を備え、入力手段により利用者が選択した設定情報に従って、塵埃検知手段の検知感度を変更させることにより、利用者が念入りに清掃したいとき、簡単に清掃したいときなどの選択を入力手段で選択し、移動作業ロボットは選択された作業モードに従って清掃作業を行う。作業モードに従って塵埃検知手段の検知感度を変更することで、利用者の用途にあった効率の良い最適な清掃能力で作業することができる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、本体部の周囲の障害物や壁面までの距離を測定する測距手段を備え、測距手段により走行作業中に周囲に障害物が近接したとき、または壁際を走行している際には塵埃検知手段の検知感度を高く変更することにより、埃やゴミがたまりやすい壁際や障害物などの周囲を清掃する際は、塵埃検知手段の検知感度を高くし、念入りに清掃することで、移動作業ロボットが走行している場所の状況に合わせて清掃能力を変更するので、塵埃の取残しなどを減少させることができ、状況に合わせた作業を行うことができる。

第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、利用者が選択した設定情報に従って、塵埃検知手段の検知感度を変更させる機能を無効にすることにより、利用者が念入りに清掃したい場合、念入りに作業を行う作業モードを選択すると、作業状態や作業内容、移動作業ロボットの周囲の状況、走行場所、作業の経過時間などによって、塵埃検知手段の検知感度を変化する機能を無効とし、常に一定の検知感度で清掃作業を行うことで、利用者の使用用途に合わせた清掃能力で作業を行うことができる。

第７の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明において、塵埃検知手段により塵埃を検出すると、所定時間、走行制御手段により移動速度を落とす、または吸引制御手段により電動送風機の吸引力を上げるようにしたことにより、移動作業ロボットの走行速度を落としてゆっくり念入りに清掃したり、電動送風機の吸引力を上げたりすることで、塵埃の有無に合わせて清掃能力を変更するので、塵埃の取残しを減少させるとともに、効果的な電池の消費とすることができる。

第８の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明において、塵埃検知手段により塵埃を検出すると、所定時間、走行制御手段により移動速度を落とし、かつ吸引制御手段により電動送風機の吸引力を上げるようにしたことにより、移動作業ロボットの走行速度を落とし、かつ電動送風機の吸引力を上げることで念入りに清掃を行うことができるので、塵埃の取残しが少なくすることができる。また、塵埃の有無に合わせて清掃能力を変更するので、効果的な電池の消費を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図５は、本発明の実施の形態１における移動作業ロボットを示すものである。

図１に示すように、移動して作業を行う移動作業ロボットの本体部１１は、本体部を移動走行させる走行手段１２と、床面の塵埃を吸引するために吸引風を発生する電動送風機１３と、周囲の壁や障害物までの距離を測定したり、検知したりする測距手段１４と、本体部１１の向きを検出する方向検出手段１５と、利用者が移動作業ロボットを操作するための入力手段兼表示手段であるタッチパネル１６と、電力を供給する電池１７とを備えている。また、ここではタッチパネル１６は移動作業ロボットの設定情報などを利用者に報知する表示手段としての機能と入力手段としての機能も備えているが、入力手段と表示手段を別々に独立して設けるようにしても構わない。

また、図２に示すように、本体部１１は、走行手段１２を駆動制御する走行制御手段１８と、電動送風機１３を駆動する電動送風機駆動手段１９と、電動送風機１３により吸引した床面の塵埃を検知する塵埃検知手段２１と、塵埃検知手段２１を制御する検知感度制御手段２０と、移動作業ロボットのセンサ情報や予め設定されている各種設定情報などに基づいて移動作業ロボットの制御を行う制御手段２３と、制御手段２３の制御機能の１つである電動送風機１３の吸引力を制御する吸引制御手段２４と、同じく制御手段２３の制御機能の１つである走行手段１２の走行速度や移動方向の変更などを制御する走行制御手段２５と、移動作業ロボットの各種情報を記憶する記憶手段２６と、記憶手段２６の１つである作業中の向きの基準となる方向を記憶する基準方向記憶手段２７と、作業モードなどの各種設定情報を記憶する設定情報記憶手段２８と、移動作業ロボットが自律走行をしながら作業を開始してからの時間を測定する作業時間測定手段２９とを備えている。

そして、前記検知感度制御手段２０は、走行作業中に本体部１１の作業状態・作業内容によって塵埃検知手段２１の検知感度を高く、または低く変更するものである。

また、図３に示すように、塵埃検知手段２１は、床面の塵埃を検知するための塵埃検知センサ部３１と、塵埃検知センサ部３１の出力信号を増幅する信号増幅手段３４と、増幅した信号が所定のレベル以上であったときに塵埃有りと検知するための比較手段３５と、信号増幅手段３６の信号の増幅率を変更するための設定値変更手段３６とを備えている。前記塵埃検知センサ部３１は、赤外線発光部３２、赤外線受光部３３からなるもので、赤外線発光部３２と赤外線受光部３３の間を、電動送風機１３が発した吸引風により吸引した床面の塵埃が通過することで塵埃を検知するものである。

次に、以上のように構成された、移動作業ロボットにおいて、その動作、作用について説明する。

まず、移動作業ロボットの本体部１１の走行パターンについて、図４、図５を用いて説明する。床面の清掃を行う移動作業ロボットの走行パターンには様々な方法が考えられているが、ここでは、図４に示すような縦方向の清掃を行い、縦方向の清掃が終了すると、図５に示すような横方向の清掃に移行するような場合について説明する。但し、この走行パターンは本実施の形態の効果を説明するための１つの例であり、その他の走行パターンでもその効果は変わらない。

まず、移動作業ロボットは、基準方向を基準方向記憶手段２７に記憶する。この基準方向の決定の方法にも様々な方法が考えられているが、本実施の形態１においてはどのような方法を用いてもその効果は変わらないので、ここでは説明の簡略化のために、移動作業ロボットが最初に壁３７に沿って走行した方向（図４における１０方向）を基準方向として記憶することにする。移動作業ロボットは、図４に示す基準方向記憶手段２７に記憶した基準方向に対して水平方向、つまり非基準方向（図４における１０方向と、０１方向）に往復走行を行いながら清掃作業を行い、方向を１８０度回転させて折り返すときに所定の距離ずつ横方向（１１方向）に進むことで作業領域を広げていく。

基準方向への清掃作業が終了すると、次に基準方向と直行する方向（つまり図５における００方向と、１１方向）に往復走行を行いながら清掃作業を行い、方向を１８０度回転させて折り返すときに所定の距離ずつ縦方向（０１方向）に進むことで作業領域を広げていく。

このような走行経路で移動する移動作業ロボットの動作について図２、図３を用いて説明する。移動作業ロボットは、電動送風機１３で床面の塵埃を吸引しながら移動し、吸引した塵埃が図３の塵埃検知センサ部３１の赤外線発光部３２と赤外線受光部３３の間を通過すると出力信号が変化し、塵埃検知センサ部３１の出力信号を、信号増幅手段３４で増幅する。増幅した信号は比較手段３５により、所定の電圧閾値以上、または所定の電圧閾値以下であるかどうかを判定し、床面に塵埃が有りと判断した場合は制御手段２３に塵埃有の情報を出力する。

前記制御手段２３は、塵埃有りの情報を受信すると塵埃の取残しを少なくするため、移動作業ロボットの移動スピードを落としたり、電動送風機１３による塵埃の吸引力を上げたりする。もちろん、移動スピードを落としながらかつ吸引力を上げることで、塵埃取残しを少なくする効果をより高めることができる。

移動作業ロボットの走行速度の制御は様々な方法が考えられているが、例えば、走行制御手段２５からパルス電圧を出力し、印加したパルス電圧により走行手段駆動手段１８によって走行手段１２を駆動させるような場合、パルス電圧のオン時間、オフ時間のパルス幅を変更し移動速度を変える。よって、塵埃を検知し移動速度を落としたいときは、パルス電圧のオン時間を短くし、オフ時間を長くすることで移動速度を落とすことができる。

同様に、電動送風機１３が発する吸引風を上げる場合も、例えば、吸引制御手段２４からパルス電圧を出力し、印加したパルス電圧により電動送風機駆動手段１９によって電動送風機１３を駆動させるような場合、パルス電圧のオン時間、オフ時間のパルス幅を変更し塵埃の吸引力を変える。

上述した、移動速度や吸引力の制御方法は本実施の形態を説明するための一例であり、その他の手段で制御してもその効果は変わらない。

このように、移動しながら清掃作業中に床面の塵埃を検出すると、塵埃の取残しを少なくするため移動速度を落としたり、吸引力を上げたりするが、図４に示すような縦方向の清掃を行い、縦方向の清掃が終了すると、図５に示すような横方向の清掃を行う移動作業ロボットの走行パターンに代表されるように、清掃作業を進めていくと一度作業を行った場所を二度、三度と重複して清掃作業する場合が生じてくるので、清掃作業の開始直後と同じ清掃能力で清掃することは、電池１７の消耗なども含めた作業効率が良くない面がある。

図４に示すような縦方向の清掃を行うときは、まだ作業領域は全面が未作業領域であるので塵埃検知センサ部３１の検知感度は通常、つまり初期設定または利用者の選択した清掃モードに従った検知感度で清掃作業を行い、次に、図５に示すような横方向の清掃を行うときは、すでに縦方向の清掃作業で広範囲の作業領域が一度清掃作業を行っている領域であるから、塵埃検知手段２１の検知感度を下げて清掃作業を行う。

塵埃検知手段２１の検知感度変更の方法は、例えば、図３において塵埃検知センサ部３１の出力信号を、信号増幅手段３４で増幅するときの増幅率を、縦方向の清掃作業時と横方向の清掃作業時で変更するため、制御手段２３により設定値変更手段３５の信号増幅手段３４の増幅率を変更することで、塵埃検知手段２１の検知感度を変更することができる。この他にも、比較手段３５において、増幅した塵埃検知センサ部３１の出力電圧と比較して塵埃の有無を判定する判定閾値を変更する方法などでもよく、塵埃検知手段２１の検知感度を変更する手段はこの他の方法でも構わない。

縦方向と横方向の検知感度を変更することで、例えば、清掃する床面が絨毯などの場合、縦方向移動中の清掃作業ではほとんどの作業領域が未作業領域であるので、塵埃の取残しを減少するため強めの吸引力で清掃を行うが、すでに縦方向の清掃作業で広範囲の作業領域が一度清掃作業を行っている領域であるにも関わらず同じ吸引力で清掃を行うと、多少の塵埃取残しのために必要以上のパワーで吸引するので絨毯の毛なども塵埃と検出して絨毯を磨耗させてしまったりする不具合の発生を低減することができる。

また、縦方向と横方向の塵埃検知手段２１の検知感度を変える代わりや、縦方向、横方向の走行パターンでなく、ランダムに作業領域内を走行しながら清掃作業を行う移動作業ロボットの場合は、作業時間が経過するにつれて清掃を行った清掃面積も広くなるので、重複して作業を行っている領域も広くなる。このような場合は、図２において移動作業ロボットが自律走行をしながら作業を開始してからの時間を測定する作業時間測定手段２９により、移動作業ロボットが清掃作業を開始してからの経過時間を測定し、時間が経過するにつれて塵埃検知手段２１の検知感度を時間の経過と共に、所定の限界となる検知感度まで段階的に下げていくことで、重複した清掃領域では塵埃検知手段２１の検知感度を下げることで、状況に応じた清掃能力での作業を行うことができる。

また、図４に示すように、壁際や、作業領域内に置かれている障害物３６の周囲には比較的塵埃がたまりやすく、また移動作業ロボットが清掃作業しにくい作業領域である。図１に示すように、移動作業ロボットは、壁３７面までの距離や障害物３６までの距離を測定する測距手段１４が備えられており、測距手段１４により測定した壁３７面までの距離や障害物３６までの距離が所定の距離より近くなると、壁面や障害物に衝突しないように走行制御手段２５により移動作業ロボットの走行速度を落とすと共に、比較的塵埃のたまりやすい場所の塵埃の取残しを少なくするために、塵埃検知手段２１の検知感度を上げることにより、塵埃のたまりやすい場所、清掃しにくい場所の取残しを少なくすることができる。

このように、作業の進行状況（本実施の形態の例では、縦方向の清掃作業であるか、横方向の清掃作業であるか）、移動作業ロボット周囲の状況に合わせて、塵埃の有無判定の検知感度を変化させることで、移動作業ロボットの作業状態・作業内容に合わせて、塵埃の有無の検知感度を変更させることによって、その状況時に最適な電動送風機１３の吸引力の制御や、走行速度の制御を行うことができる。

よって、その状況にあった最適の清掃能力で作業を行うので、同じ清掃効果を短時間で行うことが可能で、つまり電池１７の消耗なども抑制することができるので、充電の手間などが少なくなり、利用者の使い勝手が向上するという利点もある。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における移動作業ロボットについて説明する。基本構成は実施の形態１と同様であるので、相違点についてのみ説明する。

本実施の形態では、実施の形態１に加えて、利用者が選択した清掃モードに従って移動作業ロボットの塵埃検知手段２１の検知感度を変更するようにしたものである。

図１において、利用者が清掃を始める前に、タッチパネル（入力手段）１６に、例えば、「標準」「簡単」「念入り」などの表示を行い、利用者は部屋の状況や用途によって作業モードをタッチパネル（入力手段）１６から選択する。つまり、移動作業ロボットは利用者が選択した作業モードに従って、塵埃検知手段２１の検知感度を変更する。例えば、「簡単」を選択したときは塵埃検知手段２１の検知感度を低く変更し、「念入り」を選択したときは塵埃検知手段２１の検知感度を高く変更する。塵埃検知手段２１の検知感度変更の方法例については実施の形態１で述べているのでここでは省略する。

また、「念入り」を選択した場合は、利用者は取残しを少なくしっかり清掃をしたいということであるから、常に検知感度を一定もしくは検知感度を下げる方向への変更させる機能を無効とし、実施の形態１で述べたように、縦方向清掃作業時と横方向清掃作業時で検知感度を変えたり、時間の経過と共に検知感度を下げたりするという制御は行わない。

このように、利用者の選択した情報に基づいて塵埃検知手段２１の検知感度を変更し移動作業ロボットの清掃能力を変更するので、利用者の使用用途に合わせた清掃作業を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる移動作業ロボットは、作業状態・作業内容などに合わせて、最適な清掃能力で作業することが可能で、作業効率を向上させることができるので、床面の材質などに合わせて最適な清掃能力で清掃を行う掃除機などの用途に応用できる。

本発明の実施の形態１、２における移動作業ロボットを示す概略構成図 同移動作業ロボットの各種手段を示すブロック図 同移動作業ロボットの塵埃検知手段を示すブロック図 同移動作業ロボットの縦方向走行時の移動経路を示す図 同移動作業ロボットの横方向走行時の移動経路を示す図 従来の清掃ロボットの走行パターンの例を示す図

符号の説明

１１ 本体部
１２ 走行手段
１３ 電動送風機
１４ 測距手段
１５ 方向検出手段
１６ 入力手段（タッチパネル）
２０ 検知感度制御手段
２１ 塵埃検知手段
２３ 制御手段
２４ 吸引制御手段
２６ 記憶手段
２７ 基準方向記憶手段
２８ 設定情報記憶手段

Claims (8)

1. 移動して作業を行う本体部は、本体部を移動走行させる走行手段と、走行手段を制御する走行制御手段と、床面の塵埃を吸引する電動送風機と、電動送風機の吸引力を制御する吸引制御手段と、電動送風機により吸引した塵埃を検知する塵埃検知手段と、塵埃検知手段を制御する検知感度制御手段とを備え、前記検知感度制御手段は、本体部の作業状態・作業内容により塵埃検知手段の検知感度を変更する移動作業ロボット。
2. 本体部の向きを検出する方向検出手段と、方向検出手段により決定した本体部の基準方向を記憶する基準方向記憶手段を備え、本体部の基準方向の移動走行と非基準方向の移動走行とで作業領域の清掃を行うとともに本体部の基準方向の移動走行と非基準方向の移動走行とで塵埃検知手段の検知感度を変更する請求項１に記載の移動作業ロボット。
3. 作業時間を測定する作業時間測定手段を備え、作業時間が経過するに従い塵埃検知手段の検知感度を低く変更する請求項１に記載の移動作業ロボット。
4. 利用者が本体部の操作を行う入力手段と、利用者によって選択可能である各種設定情報を記憶しておく設定情報記憶手段を備え、入力手段により利用者が選択した設定情報に従って、塵埃検知手段の検知感度を変更させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。
5. 本体部の周囲の障害物や壁面までの距離を測定する測距手段を備え、測距手段により走行作業中に周囲に障害物が近接したとき、または壁際を走行している際には塵埃検知手段の検知感度を高く変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。
6. 利用者が選択した設定情報に従って、塵埃検知手段の検知感度を変更させる機能を無効にする請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。
7. 塵埃検知手段により塵埃を検出すると、所定時間、走行制御手段により移動速度を落とす、または吸引制御手段により電動送風機の吸引力を上げるようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。
8. 塵埃検知手段により塵埃を検出すると、所定時間、走行制御手段により移動速度を落とし、かつ吸引制御手段により電動送風機の吸引力を上げるようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。

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