JP7411897B2 - 掃除機システム、および掃除機 - Google Patents

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Description

本発明は、所定の領域を自律的に走行して掃除することのできる掃除機、および掃除機システムに関するものである。
従来、清掃領域に貼り付けられたマーカに担持された情報に基づき掃除機が自己位置を精度よく取得して自律的に走行し、清掃を実行する掃除機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2014-21624号公報
ところが、オフィスビル、ホテル、商業施設、工場などの比較的広い領域を清掃する掃除機は、正確に自己位置を把握するだけでは足らず、マップ内の所定領域における清掃内容などが定められた清掃計画に基づき清掃が実行される。
本発明は、掃除機を用いて清掃計画を作成することができる掃除機システム、および掃除機システムが備える掃除機を提供する。
本発明の掃除機システムは、所定の清掃領域内を自走して清掃する掃除機を備える掃除機システムであって、前記清掃領域内に配置可能な第一マーカと、前記清掃領域のマップを取得するマップ取得部と、を備え、前記掃除機は、前記清掃領域内において前記掃除機と前記第一マーカとの位置関係を示す第一位置関係を取得する位置関係取得部と、前記第一マーカが担持する第一マーカ情報を取得するマーカ情報取得部と、を備え、前記掃除機システムはさらに、前記第一マーカ情報と、前記第一位置関係と、前記マップ内における前記掃除機の位置情報である自己位置と、に基づき前記マップ内における清掃計画を作成する清掃計画作成部を備える。
本発明の掃除機は、掃除機システムが備える掃除機であって、清掃領域のマップを取得するマップ取得部と、前記清掃領域内において前記掃除機と前記掃除機システムが備える第一マーカとの第一位置関係を検出する位置関係検出手段と、前記位置関係検出手段が検出した前記第一位置関係を取得する位置関係取得部と、前記第一マーカが担持する第一マーカ情報を検出する情報検出手段と、前記情報検出手段が検出した第一マーカ情報を取得するマーカ情報取得部と、を備える。
掃除機システムは、清掃計画を容易に作成できる。
図1は、実施の形態における掃除情報提供装置を備える掃除機システムを掃除対象のフロアと共に示す図である。 図2は、実施の形態における第一マーカの例1を示す斜視図である。 図3は、実施の形態における第一マーカの例2を示す斜視図である。 図4は、実施の形態における第一マーカの例3を示す斜視図である。 図5は、実施の形態における掃除機の外観を示す側面図である。 図6は、実施の形態における掃除機の外観を示す底面図である。 図7は、実施の形態における掃除機システムの各機能部を示すブロック図である。 図8は、実施の形態における掃除機システムの動作の流れを示すフローチャートである。
次に、本発明における掃除機システム、および掃除機システムが備える掃除機の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明における掃除機システム、および掃除機の一例を示したものに過ぎない。従って本発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
図1は、実施の形態における掃除情報提供装置を備える掃除機システムを掃除対象のフロアと共に示す図である。同図に示すように、掃除機システム100は、ホテルやテナントビルなどの施設200のフロアなどである清掃領域201の清掃計画を作成し、作成された清掃計画に従って掃除機130が自律的に掃除するシステムである。掃除機システム100は、掃除機130と、第一マーカ110と、を備えている。本実施の形態の場合、掃除機システム100は、端末装置160をさらに備えている。
第一マーカ110は、清掃領域201内に配置可能な部材であり、清掃計画を作成する際において現実の位置とマップ内における仮想的な位置とを対応付けるための部材である。また、第一マーカ110は、清掃計画が作成された後は取り外すことができる部材であることが好ましい。第一マーカ110の形状は、特に限定されるものではなく、壁、ドア、家具などに貼り付けることができるシート形状、床に載置することができる柱形状、床に載置することができる錐形状、曲がり角の角部に配置できる断面がL字状の棒形状などを例示することができる。
第一マーカ110は、第一マーカ情報を担持している。第一マーカ110が第一マーカ情報を担持する態様は特に限定されるものではない。本実施の形態の場合第一マーカ110は、一次元コード、二次元コード、特定のパターン、テキスト、シンボル、絵など第一マーカ情報と紐付けられた記号を標示することにより第一マーカ情報を担持している。また、第一マーカ情報として第一マーカ110に標示される記号は、視認可能であり人が第一マーカ情報の内容を理解できる記号となっている。これにより、一次元コードや二次元コードだけが標示される場合に比べ、第一マーカ110を清掃領域201内に配置する際の作業を容易にすることができる。なお、一次元コードや二次元コードなど掃除機130が備える装置が識別しやすい記号と、文字や絵など人が認識しやすい記号を並記しても構わない。
また、第一マーカ110は、いわゆるRF(Radio Frequency)タグなどの電磁気的に第一マーカ情報を担持できる素子を備えてもよい。この場合、第一マーカ110は、電磁波や光などにより第一マーカ情報を送信しても構わない。文字や絵など人が認識しやすい記号を並記しても構わない。
掃除機システム100は、複数個の第一マーカ110を備え、その中の1つは、例えば図2に示すように、「S」の文字が表示され、清掃の開始位置を示すスタート情報を担持するスタートマーカ111、他の1つは、例えば「G」の文字が表示され、清掃の終了位置を示すゴール情報を担持するゴールマーカ112であってもよい。
また、第一マーカ110の中の1つは、図3に示すように、清掃計画に用いられる矩形領域の角部を示す第一角部情報を担持する第一角部マーカ113、他の1つは、前記矩形領域における第一角部マーカ113の対角を示す第二角部情報を担持する第二角部マーカ114であってもよい。また、第一角部マーカ113、および第二角部マーカ114の少なくとも一方には、第一角部マーカ113、および第二角部マーカ114で特定される矩形領域内の清掃態様を示す清掃情報が前記第一マーカ情報として担持されてもよい。清掃情報とは、例えば強、中、弱などの掃除機の吸引力の段階、矩形領域内をn往復(nは整数)することを示す情報、掃除機130の走行速度を示す情報等を例示できる。本実施の形態の場合、複数存在している清掃態様に紐付けられた数字(3)が、第一マーカ110の表面に標示されている。
また、第一マーカ110の中の1つは、図4に示すように、越境禁止線の一端を示す第一禁止線情報が担持される第一禁止線マーカ115、他の1つは、前記越境禁止線の他端を示す第二禁止線情報が担持される第二禁止線マーカ116であってもよい。さらに、第一禁止線マーカ115と第二禁止線マーカ116とを結ぶ線のどちら側が進入禁止領域かを示す進入禁止マーカ117を第一マーカ110の中の1つとしてもよい。
本実施の形態の場合、複数の第一マーカ110のうちの少なくとも一部は、マップを作成する際の指標となる第二マーカとして機能させても構わない。例えば、第一角部マーカ113、および第二角部マーカ114を、清掃領域201の全ての隅部に配置すれば、第一角部マーカ113、および第二角部マーカ114の複数の組によりそれぞれ示される矩形領域をつなぎ合わせることにより、清掃領域201のマップを作成に寄与することが可能となる。また、第一角部マーカ113、および第二角部マーカ114に後述の位置関係検出手段136が放射する光を強く反射する鏡状の反射部材を設けることにより、位置関係検出手段136に第一角部マーカ113、および第二角部マーカ114であることを認識させても構わない。
図5は、実施の形態における掃除機の外観を示す側面図である。図6は、実施の形態における掃除機システムの外観を示す底面図である。これらの図に示されるように、実施の形態にかかる掃除機130は、フロアの共用部分など掃除の対象領域である清掃領域201の全部、または一部を自律的に走行し、清掃領域201に存在するごみを吸引するロボット型の掃除機である。
本実施の形態によれば、掃除機130は、各種の構成要素が搭載されるボディ131、ボディ131を移動させる駆動ユニット132、清掃領域201に存在するごみを集める掃除ユニット134、ごみをボディ131の内部に吸引する吸引ユニット133、駆動ユニット132と、掃除ユニット134と、吸引ユニット133とを制御する制御ユニット135、位置関係検出手段136、および情報検出手段137(図2参照)を備えている。
ボディ131は、駆動ユニット132、制御ユニット135などを収容する筐体である。下部に対し上部が取り外し可能な構成となっている。ボディ131の外周部にはボディ131に対して変位可能なバンパ139が取り付けられている。また、図3に示されるとおり、ボディ131は、ごみをボディ131の内部に吸引するための吸込口138が設けられている。
駆動ユニット132は、制御ユニット135からの指示に基づき掃除機130を走行させる装置である。駆動ユニット132は、掃除面上を走行するホイール140、ホイール140にトルクを与える走行用モータ(不図示)、および、走行用モータを収容するハウジング141を有する。ボディ131の底面にはキャスター142が補助輪として備えられている。掃除機130は、2つのホイール140の回転を独立して制御することで、直進、後退、左回転、右回転など自在に走行することができる。
掃除ユニット134は、塵埃を掃き集めて吸込口138からごみを吸い込ませるためのユニットであり、吸込口138の近傍に配置される回転ブラシ、回転ブラシを回転させるブラシ駆動モータなどを備えている。
吸引ユニット133は、吸込口138から塵埃を吸い込みボディ131の内部に吸い込んだ塵埃を保持するユニットであり、電動ファン(不図示)、および塵埃保持部143を有する。電動ファンは、塵埃保持部143の内部の空気を吸引し、ボディ131の外方に空気を吐出させることにより、吸込口138からごみを吸い込み、塵埃保持部143内にごみを収容する。
位置関係検出手段136は、清掃領域201内において掃除機130と第一マーカ110との第一位置関係を検出する装置である。位置関係検出手段136は、ボディ131の周囲に存在する第一マーカ110、壁、および家具などの障害物の方向、距離などを検出し、2.5次元的な情報取得する。また、位置関係検出手段136が検出した方向と距離との情報から掃除機130の自己位置を把握することも可能となっている。位置関係検出手段136の種類は特に限定されるものではないが、例えば光を放射し障害物により反射して帰ってきた光に基づいて位置と距離とを検出するLiDAR(Light Detection and Ranging)、ToF(Time of Flight)カメラ等を例示できる。また、位置関係検出手段136としては、障害物が反射した照明光や自然光を像として取得し視差に基づき位置と距離とを取得する複眼カメラなどを例示することができる。
情報検出手段137は、第一マーカ110が担持する第一マーカ情報を検出する装置である。情報検出手段137が第一マーカ情報を検出する方法は、第一マーカ110が第一マーカ情報を担持する方法に対応すれば特に限定されるものではない。本実施の形態の場合、第一マーカ110は、表面に標示される記号により第一マーカ情報を担持し、提示しているため、情報検出手段137は、第一マーカ110に標示された記号を画像データとして検出することができるデジタルカメラが採用されている。なお、位置関係検出手段136が第一マーカ情報を検出できるものである場合、位置関係検出手段136を情報検出手段137として機能させてもかまわない。
なお、掃除機130は、位置関係検出手段136、および情報検出手段137以外にセンサを備えていても構わない。
例えば、ボディ131の底面の複数箇所に配置され、清掃領域201としての床面が存在するか否かを検出する床面センサを備えてもよい。また、駆動ユニット132に備えられ、走行用モータによって回転する一対のホイール140のそれぞれの回転角を検出するエンコーダを備えてもよい。また、掃除機130が走行する際の加速度を検出する加速度センサ、掃除機130が旋回する際の角速度を検出する角速度センサを備えてもよい。また、床面に堆積している塵埃の量を測定する塵埃量センサを備えてもよい。バンパ139の変位を検出して障害物が衝突したことを検出する接触センサを備えてもよい。また、ボディ131の前方に存在する障害物を検出する位置関係検出手段136以外の超音波センサなどの障害物センサを備えてもよい。
端末装置160は、プログラムを実行することにより種々の機能を実現することができるコンピュータ等である。本実施の形態の場合、端末装置160は、いわゆるスマートフォンやタブレット端末と称される装置であり、掃除機130との間で通信により情報の授受が可能となっている。
図7は、実施の形態における掃除機システムの各機能部を示すブロック図である。同図に示すように、掃除機システム100は、マップ取得部171、位置関係取得部172、マーカ情報取得部173と、清掃計画作成部174と、を備えている。本実施の形態の場合、掃除機システム100は、マップ作成部175と、記憶部176とを備えている。
位置関係取得部172は、清掃領域201内における掃除機130と第一マーカ110との位置関係である第一位置関係を位置関係検出手段136から取得する。本実施の形態の場合、第一マーカ110である第一角部マーカ113、および第二角部マーカ114などは、マップ作成部175がマップを作成するために必要な情報を提示する第二マーカとしても機能している。位置関係取得部172は、掃除機130と第二マーカとして機能する第一マーカ110との位置関係である第二位置関係も位置関係検出手段136から取得する。
マップ作成部175は、位置関係取得部172が取得した掃除機130と第二マーカとの第二位置関係に基づきマップを作成する。マップの作成方法は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技術によりマップが作成される。作成されたマップは記憶部176に保持される。
マップ取得部171は、清掃領域201のマップを取得する。マップの取得先は、特に限定されるものではない。例えばマップ取得部171は、CAD(computer-aided design)等で予め設計されたフロアのデータを清掃領域201のマップとして取得してもよい。また、他の掃除機などによって作成されたマップをマップ取得部171が取得しても構わない。また、端末装置160において修正されたマップをマップ取得部171が取得しても構わない。
本実施の形態の場合、掃除機130は、走行しながら取得した第二位置関係を含めてSLAM技術によりマップを逐次作成するため、マップ取得部171は、作成途中のマップを逐次取得する。
マーカ情報取得部173は、第一マーカ110が担持する第一マーカ情報を取得する。例えば、第一マーカ110が電波や光により第一マーカ情報を出力している場合、マーカ情報取得部173は、前記電波や光を受信する情報検出手段137から第一マーカ情報を取得する。本実施の形態の場合、第一マーカ情報は、第一マーカ110の表面に標示された記号によって担持されており、情報検出手段137は、第一マーカ情報が担持された記号を画像データとして取得している。マーカ情報取得部173は、情報検出手段137から取得した画像データを画像解析することにより記号を特定し、記号に関連付けられた情報を第一マーカ情報として取得する。
なお、マーカ情報取得部173は、第二マーカから第二マーカ情報を取得しても構わない。マーカ情報取得部173が取得した第二マーカ情報は、マップ作成部175によりマップの作成に用いられる。
清掃計画作成部174は、マーカ情報取得部173が取得した第一マーカ情報と、位置関係取得部172が取得した第一位置関係と、マップ取得部171が取得したマップと、
位置関係検出手段136に加えて掃除機130が備えるエンコーダなどの他のセンサからの情報に基づき掃除機130のマップ内における位置情報である自己位置と、に基づきマップ内における清掃計画を作成する。作成された清掃計画は記憶部176に保持される。
清掃計画とは、清掃領域201を区画する情報と、区画内の清掃態様を示す情報が含まれた情報である。清掃態様には、例えば吸引ユニット133の吸引力、駆動ユニット132による掃除機130の走行速度、および掃除機130の走行経路などが含まれる。清掃計画の具体例としては、図1に示すように、エレベーター202の前の領域は、最も多くの人が通過する領域であると想定されるため、エレベーター202の前の第一角部マーカ113と第二角部マーカ114とで形成される領域は、他の領域より清掃態様を強化するなどの情報が清掃計画の一部になる。
次に、掃除機システム100の動作を説明する。図8は、掃除機システムの動作の流れを示すフローチャートである。掃除機130は、所定の位置から自律的な走行を開始し、位置関係取得部172、その他エンコーダなどのセンサからの情報に基づきマップの作成を開始する(S101)。マップ作成のために走行中の掃除機130は、情報検出手段137、およびマーカ情報取得部173の少なくとも一方により第一マーカ110の存在の確認を実行する(S102)。第一マーカ110の存在が確認できれば、第一マーカ情報の取得を容易にするために走行速度を、第一マーカ情報を取得するまで下げる(S103)。また、第一マーカ110に近づいても構わない。
次に、情報検出手段137により第一マーカ110から第一マーカ情報を取得する(S104)。第一マーカ110が第二マーカとしても機能している場合、第二マーカ情報を取得しても構わない。
次に、取得した第一マーカ情報に基づき作成途中のマップに対応させた清掃計画を作成する(S105)。以上のS102からS105のステップを、マップ作成完了(S106:Yes)まで繰り返す。
本実施の形態の掃除機システム100によれば、実際のフロアの状況を確認しながら、フロアの状況に応じた種類の第一マーカ110を配置し、第一マーカ110の種類に応じた清掃計画が自動的に作成されるため、誰でも容易に適切な清掃計画を作成させることが可能となる。
また、実際のフロアに第一マーカ110を配置し、前記フロアを掃除機130に自動走行させることにより、フロアを示す情報であるマップをSLAM技術などにより作成し、かつ清掃計画を自動的に作成することができる。これにより、新しいフロアを掃除機130で掃除させるための初期設定を短縮化できる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
例えば、第一マーカ110に標示される記号自体が、位置関係検出手段136が放射する光を強く反射する反射素材で形成されても構わない。
また、第一マーカ110が第二マーカの機能を併有する場合を説明したが、第一マーカ110とは別に第二マーカをフロアに配置しても構わない。
また、掃除機システム100が端末装置160を備える場合を説明したが、掃除機システム100は、端末装置160を備えなくてもかまわない。
また、プログラムを実行することにより実現される処理部は、掃除機130、および端末装置160のいずれかに備えられればよい。また、プログラムを実行することにより実現される処理部の一部は、掃除機130、および端末装置160の両方に備えられてもよい。
また、マップ作成と同時進行で清掃計画を作成する場合を説明したが、マップを別途取得している場合などにおいては、掃除機130を自動的に走行させて清掃計画だけを作成させても構わない。
また、マップを矩形領域で区画する場合を説明したが、三角形の各頂点を示す第一マーカ110をフロアに配置してマップを三角形の領域で区画し、三角形の領域に基づく清掃計画を作成させても構わない。
また、円弧上の異なる3点に対応した第一マーカ110を配置して、境界の一部、または全部が円弧である領域を区画してもかまわない。
また、第一マーカ110に基づき作成された清掃計画は端末装置160等により、手動で変更できても構わない。
また、1台の掃除機130を用いて清掃計画を作成する場合を説明したが、複数台の掃除機130を走行させてマップや清掃計画を作成しても構わない。この場合、端末装置160を複数台の掃除機130と通信可能とし、端末装置160が情報を統括して、マップや清掃計画を作成してもよい。
本発明にかかる掃除機システム、および掃除機は、比較的大きなフロアの清掃計画の作成に利用可能である。
100 掃除機システム
110 第一マーカ
111 スタートマーカ
112 ゴールマーカ
113 第一角部マーカ
114 第二角部マーカ
115 第一禁止線マーカ
116 第二禁止線マーカ
117 進入禁止マーカ
130 掃除機
131 ボディ
132 駆動ユニット
133 吸引ユニット
134 掃除ユニット
135 制御ユニット
136 位置関係検出手段
137 情報検出手段
138 吸込口
139 バンパ
140 ホイール
141 ハウジング
142 キャスター
143 塵埃保持部
160 端末装置
171 マップ取得部
172 位置関係取得部
173 マーカ情報取得部
174 清掃計画作成部
175 マップ作成部
176 記憶部
200 施設
201 清掃領域
202 エレベーター

Claims (7)

  1. 所定の清掃領域内を自走して清掃する掃除機を備える掃除機システムであって、
    前記清掃領域内に配置可能な第一マーカと、
    前記清掃領域のマップを取得するマップ取得部と、を備え、
    前記掃除機は、
    前記清掃領域内において前記掃除機と前記第一マーカとの位置関係を示す第一位置関係を取得する位置関係取得部と、
    前記第一マーカが担持する第一マーカ情報を取得するマーカ情報取得部と、を備え、
    前記掃除機システムはさらに、
    前記第一マーカ情報と、前記第一位置関係と、前記マップ内における前記掃除機の位置情報である自己位置とに基づき前記マップ内における清掃計画を作成する清掃計画作成部を備え
    前記第一マーカは、
    前記第一マーカ情報として越境禁止線の一端を示す第一禁止線情報が担持される第一禁止線マーカ、および前記越境禁止線の他端を示す第二禁止線情報が担持される第二禁止線マーカを備える
    掃除機システム。
  2. 前記清掃領域内に配置可能な第二マーカと、
    前記位置関係取得部が取得した前記掃除機と前記第二マーカとの第二位置関係に基づきマップを作成するマップ作成部と、を備え、
    前記マップ取得部は、
    前記マップ作成部による作成途中のマップを逐次取得し、
    前記清掃計画作成部は、
    前記マップ取得部が取得した作成途中のマップに基づき清掃計画を逐次作成する
    請求項1に記載の掃除機システム。
  3. 前記清掃計画作成部を有する端末装置を備える
    請求項1または2に記載の掃除機システム。
  4. 前記第一マーカは、
    前記第一マーカ情報として清掃の開始位置を示すスタート情報を担持するスタートマーカ、および清掃の終了位置を示すゴール情報を担持するゴールマーカを備える
    請求項1から3のいずれか一項に記載の掃除機システム。
  5. 前記第一マーカは、
    前記第一マーカ情報として清掃計画に用いられる矩形領域の角部を示す第一角部情報を担持する第一角部マーカ、および前記矩形領域における前記第一角部マーカの対角を示す第二角部情報を担持する第二角部マーカを備える
    請求項1から4のいずれか一項に記載の掃除機システム。
  6. 前記第一角部マーカ、および前記第二角部マーカの少なくとも一方には、前記第一角部マーカ、および前記第二角部マーカで特定される矩形領域内の清掃態様を示す清掃情報が前記第一マーカ情報として担持される
    請求項5に記載の掃除機システム。
  7. 前記請求項1からのいずれか1項に記載の掃除機システムが備える掃除機であって、
    清掃領域のマップを取得するマップ取得部と、
    前記清掃領域内において前記掃除機と前記掃除機システムが備える第一マーカとの第一位置関係を検出する位置関係検出手段と、
    前記位置関係検出手段が検出した前記第一位置関係を取得する位置関係取得部と、
    前記第一マーカが担持する第一マーカ情報を検出する情報検出手段と、
    前記情報検出手段が検出した第一マーカ情報を取得するマーカ情報取得部と、
    を備える掃除機。
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