JPH06337714A - 清掃ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平面図形が凹凸形状の電車の床面などの凹形
部をロボットで清掃する場合、複数箇所の凹形部のうち
最小凹形部の大きさに合わせた定型の清掃パターンのみ
で処理するので、清掃できない部分が生じる。これを無
くするため凹形部の形状を自動的に判断して清掃パター
ンを変える制御装置とする。 【構成】 凹形部の間口と奥行を測る測距部を設け、距
離センサーで測り、これを基に走行パターン作成部で、
その凹形部に合った清掃パターンに自動的に変更して、
清掃を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は清掃ロボットの清掃（走
行）パターンの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の清掃ロボットについて図９〜図１
２を参照して、電車内の床面などを自動清掃する場合に
ついて説明する。

【０００３】電車の床面は、壁やシートなどにより床が
区切られて、床の平面図形で示すと凹凸形状に形成され
ている（参考に電車床の全体平面図の図６を参照方）。

【０００４】このような形状の床面の凹形部の清掃（走
行）パターンは、図１０に示すような形を基本としてい
る（、、…の矢印線の順に走行する）。

【０００５】このような形のため、凹形部の長さ（間
口）の異なる凹凸形状が数カ所あって（図１１の場
合）、清掃開始位置Ａ、Ｂ、Ｃ（図中５０、５１、５
２）のどの位置からでも自動清掃ができるような清掃パ
ターンにするために、最短間口の凹形部に合わせた清掃
パターンに固定して清掃（走行）する。

【０００６】この場合の制御部は、その構成ブロック図
（図９）に示すようである。即ち、この制御構成におい
て、走行するための基準となる壁からの距離データと距
離センサ３から得られる実距離データから、現在位置認
識部２により実距離が基準距離より一定距離以上長くな
ったことで、凹凸形状の凹形部を走行中であることを認
識する。また、走行モード判断部により、現在位置での
走行モードが距離センサによる誘導走行か距離センサを
使わないパターン走行かを判断する。これにより、図１
２に示す立ち上がりのエッジを検出するためのエッジセ
ンサのＯＦＦ→ＯＮ切替りで、それ以降の走行モードが
パターン走行であることを判断し、凹凸形状の凹形部の
清掃を実行する。

【０００７】その清掃パターンの制御は、パターン走行
制御部１１で行い、パターンの移動距離などを計算する
パターン走行データ計算部４６、実際の距離のカウント
を行う距離カウント部７、及び凹凸形状の凹形部の長さ
の最も短い距離を登録する最小距離データ登録部４５よ
り成り、ここで計算された左右駆動輪の速度指令データ
を速度制御部１４で処理し、モータを駆動する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような制
御構成の場合、清掃開始位置がＡ、Ｂ、Ｃのどこからで
もスタート可能にするために、凹凸形状の凹形部の清掃
パターンを凹形部の長さの最短のものに固定する。

【０００９】このため、図１２に示すように、凹形部の
間口が固定した長さより長いものについては走行しない
部分、つまり清掃出来ない部分５４が多くなり、清掃能
力が落ちる結果となる。また逆に、それぞれの凹凸形状
に合った清掃パターンを適用する場合、パターンがそれ
ぞれ決められていて、しかも清掃開始位置が一カ所に限
定されるため、誤って異なる位置から清掃開始した場合
は、ロボットが認識している凹凸形状の清掃パターンと
実際に清掃している凹凸形状とが異なるため、壁などに
ロボットがぶつかる場所が発生する。

【００１０】また、それぞれの凹凸形状のパターンデー
タを持つ必要があるためデータ量とその処理も増えるな
どの問題が発生する。

【００１１】本発明では、凹凸形状の凹形部の長さ（図
２の２０）を測距（距離の測定）する手段を設けること
で、異なる長さの凹凸形状の清掃パターンを自動的に変
更させることが出来、上記問題を解決して、清掃できな
い部分（ふき残し部分）を最小限におさえることができ
る清掃ロボットを得ることを目的とする。

【００１２】また、この発明は、凹凸形状の凹形部の長
さを測距すると同時に、凹形部の幅（図２の１９）を測
距する手段を設けることにより、長さも、幅も異なる凹
凸形状の清掃パターンを自動的に作成することで、全て
同一の制御で異なる寸法の凹凸形状の清掃を行うことが
できる清掃ロボットとすることも目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、図１〜図４に示す構成の制御手段により、
床面上にてエッジセンサ、距離センサから現在位置を認
識し、走行モードを判断して必要に応じて走行パターン
を作成して走行（清掃）する。走行異常が発生すると、
走行を停止させるもので、制御部の構成は次のようであ
る。

【００１４】現在位置を認識する現在位置認識部２と走
行モードが誘導走行かパターン走行かを判断する走行モ
ード判断部４と凹形部の立ち下がり（図２の２１）およ
び立ち上がり（図２の２２）を検出するためのエッジ検
出部５とエッジ検出の情報より測距開始、終了を制御す
る測距制御部６と実際の駆動輪の移動距離をカウントす
る距離カウント部７とカウントしたデータより長さを計
算する長さ計算部８、さらに、凹形部の長さを測距中に
幅方向の距離を距離センサで測距し、そのデータから幅
方向の距離を計算する幅方向距離計算部９と両方の測距
データよりその凹凸形状の清掃パターンを作成する走行
パターン作成部１０と、ここで作成した走行パターンを
制御するパターン走行制御部１１と、パターン制御部か
らの左右駆動輪に与える速度指令データを処理するため
の速度制御部１４及び駆動モータ１５で清掃ロボットの
制御部を構成する。

【００１５】

【作用】このような構成であるので、現在位置認識部２
により走行するための基準距離と距離センサ３から得ら
れる実距離から現在位置が凹凸形状の凹形部（図２の１
８）かそれ以外（図２の１７）かを認識する。走行モー
ド判断部４は凹形部を走行するパターン走行か、それ以
外の距離センサ３による誘導走行かを判断して、誘導走
行時は、誘導走行制御部１２により基準距離と距離セン
サの実距離のずれ量を補正するように左右に与える速度
指令値を計算し、速度制御部１４でその速度指令値を処
理する。

【００１６】また、誘導制御時にエッジ検出部５では凹
凸形状の立ち下と立上がりを検出し、エッジセンサのＯ
Ｎ→ＯＦＦ、ＯＦＦ→ＯＮに切替ったことで夫々測距開
始、終了とし、この間に距離カウント部７がカウント
し、測距制御部６よりこのデータ受けた長さ計算部８
は、データを実際の制御に必要なデータに変換し、走行
パターン作成部１０にそのデータを渡す。

【００１７】また、凹凸形状の凹形部の長さ方向の測距
が開始すると同時に、幅方向距離計算部９で、幅方向距
離１９の測距制御を開始する。ここでは、周期的に距離
センサ３のデータを入力し、前回入力データとの変化量
が一定値以内でかつ連続で一定時間続いた場合を測距デ
ータとして有効データとし、エッジなどの切り替わり途
中の距離データなどを有効データにしないように制御す
る。

【００１８】この２つの測距デーより、走行パターン作
成部１０では、図３に示すような前後方向の移動距離２
３、２４及び図４に示すような横方向の移動距離２５、
２６を計算し、その凹凸形状での走行パターンを決定す
る。

【００１９】パターン走行制御部１１でこの走行パター
ンに沿って制御を行い、速度制御部１４は速度指令デー
タを処理し、モータを駆動する。

【００２０】

【実施例】この発明を図１、図５、図６、図８に示す実
施例に基づいて説明する。

【００２１】これから説明する清掃ロボットは、電車の
ような車両内においてドア部とシート部から成る凹凸形
状を自走しながら床面を清掃する清掃ロボットに適用し
たものである。まずこの清掃ロボットの全体構成の概要
を説明する。

【００２２】図５は、清掃ロボットの外形図である。清
掃ロボット２７は清掃を行うブラシ２８と洗浄した汚水
を吸い取るスクイージ２９と走行するために左右に設け
られた駆動輪３４と距離を測定しながら自動走行するた
めの距離センサ３２、前方の距離を測定するための距離
センサ３１とロボットの走行位置がシート部からドア部
へ、また、ドア部からシート部への切り替わりのエッジ
を検出するために設けられたエッジセンサ３０を備えて
いる。この他に、ロボット内部には洗浄水をためるタン
ク、汚水をためるタンクなども備えている。

【００２３】次に上記構成の清掃ロボットの基本動作に
ついて説明する。

【００２４】電車のような列車内は、図６に示すように
シート部とドア部が交互に配置された形状になってい
る。これらの凹凸形状のものを清掃する場合、自走する
ための誘導はシート部の高さを距離センサ３２で測距し
ながら走行時の基準距離とのずれを補正するように左右
駆動輪に速度指令を与えて、自動走行する。

【００２５】この場合、シート部からドア部へ移ったこ
とはエッジを検出するためのエッジ検出センサ３０によ
り検出し、ドア部（凹形部）であることを認識した時点
で、誘導するための基準距離をシート部からドア部の距
離に変化させ、自動走行する。再び、エッジ検出センサ
がドア部からシート部（凸形部）にかかったことを認識
した時点で停止し、距離センサによる誘導走行からパタ
ーン走行に切り替え、ドア部の中を図１０で示す走行パ
ターンで左右の駆動輪の移動した距離をカウントしなが
ら自動走行する。ドア部内のパターン走行が終了し、再
び次のシート部をエッジ検出センサ３０が検出した時点
で誘導走行に切り替え、以後同様の動作の繰り返しとな
る。但し、車端でのＵターン部分は、前方の距離センサ
３１などと組み合わせて制御し、反対側のシート部にき
たら再び同様の制御となる。

【００２６】このようなパターンで自動清掃を行う場
合、ドア部の寸法が全て同じであれば前述した基本動作
で問題ないが、電車の種類によってはドア部の寸法が異
なる場合があるため、どのシート部からでも清掃開始が
できるようにするためには、ドア部の走行パターンを寸
法のいちばん短いものに固定しておく必要があり、清掃
できない部分が多くなるため、図８のブロック図のよう
な構成とする。

【００２７】図８のブロック図において、側面距離セン
サまたはエッジを検出するエッジ検出センサの情報か
ら、シート部ドア部判断部３９により、ロボットがシー
ト部またはドア部を走行中かを認識し、走行モード判断
部４では、距離センサによる誘導走行か距離カウントに
よるパターン走行かを判断して、それぞれシート部・ド
ア部誘導走行制御部４４、ドア部内パターン走行制御部
４３で走行制御を行い、左右駆動輪の速度指令データを
算出し、速度制御部１４で処理し、ロボットを駆動させ
ることは前述した基本動作と同様であるが、ドア部のな
かをパターン走行する場合、そのドア部の形状（寸法）
に合った走行パターンを自動的に作成する機能を次のよ
うに構成する。

【００２８】エッジセンサがシート部からドア部へ切り
替わるエッジをエッジ検出４で認識し、ドア部に切り替
わったことで、ドア部測距制御部４０は距離カウント部
７に測距開始位置であることを知らせ、距離カウントを
開始する。また、ロボットがドア部からシート部へ切り
替わったことをエッジ検出部５で検出し、再度、シート
部に切り替わったことでドア部測距制御部４０は距離カ
ウント部７に測距終了位置であることを知らせ、距離カ
ウントを終了する。測距したデータはドア部長さ計算部
４１で制御に必要なデータに変換する。走行パターン作
成部１０では、このデータにより、ドア部内の基本走行
パターンの前後方向の移動距離（図３の２３、２４）を
計算し、そのドア部の寸法にあった走行パターーンを作
成し、ドア部内パターン制御部４３でそのデータをもと
に走行制御を行う。

【００２９】他の実施例（図７、図８） また、例えば前述した実施例で、図７に示すようなシー
ト部の幅が異なる場合などを考えた場合、次のような走
行パターンを自動作成する。

【００３０】距離カウント部７において、ドア部の長さ
を測距中に、同時にロボット側面の距離センサのデータ
をもとに、シート部からドア部までの幅をドア部横方向
距離計算部４２で計算する。この場合、距離センサデー
タがシート部からドア部への切り替わり途中のものを有
効にしないように、変化量が一定量でかつ一定時間続い
た時を、正常な有効データとする。この測距データと前
述した実施例のドア部長さの測距データの両方のデータ
より、ドア部内の走行パターンを前後方向に移動する距
離を変化させるのに加えてさらに、横方向の移動距離
（図４の２５、２６）を変化させることで、そのドア部
内の走行パターンを自動的に作成できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明により、電車のドア部（凹形部）
などのように、異なる凹凸形状の清掃を行う清掃ロボッ
トにおいて、その凹凸形状に適した走行パターン（清掃
パターン）が自動的に作成でき、かつ、清掃できない部
分を最小限におさえることができる。

【００３２】また、自動的に測距して走行パターンを作
成するため、それぞれの凹凸形状のデータをもつ必要が
なく、形状が異なっても同一の制御で、清掃可能になる
ため、構成なども簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御回路構成のブロック図であ
る。

【図２】本発明の対称である凹凸形状の床の説明図であ
る。

【図３】図２の凹形部の走行パターンの間口変化の説明
図である。

【図４】図２の凹形部の走行パターンの横幅変化の説明
図である。

【図５】（ａ）本発明による清掃ロボットの作動中の側
面図と（ｂ）正面図である。

【図６】本発明の対象である電車の床の平面図である。

【図７】図６においてシートの幅が異なる場合の図であ
る。

【図８】本発明の制御装置ブロック図である。

【図９】従来の制御装置ブロック図である。

【図１０】従来及び本発明での凹凸形状の基本走行パタ
ーン（清掃パターン）を示す図である。

【図１１】従来の対象となる床の問題点を示すための図
である。

【図１２】従来の走行パターンによるふき残しを説明す
る図である。

【符号の説明】

１…エッジセンサ ２…現在位置認識部 ３…距離センサ ４…走行モード判断部 ５…エッジ検出部 ６…測距制御部 ７…距離カウント部 ８…長さ計算部 ９…幅方向距離計算部 １０…走行パターン作成部 １１…パターン走行制御部 １２…誘導走行制御部 １３…走行パターン作成装置 １４…速度制御部 １５…駆動モータ １６…エンコーダ １７…凸形部 １８…凹形部 １９…幅方向距離Ｌ２ ２０…長さ方向距離Ｌ１ ２１…立ち下がりエッジ ２２…立ち上がりエッジ ２７…清掃ロボット ３０…エッジ検出センサ ３１…前方距離センサ ３２…側面距離センサ ３４…駆動輪 ３５…ドア部 ４５…最短距離データ登録部 ４６…パターン走行データ計算部 ５３…最短距離での清掃範囲 ５４…ふき残し部分 ５５…立ち上がりエッジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 正浩 東京都千代田区丸の内一丁目６番５号 東 日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 射場 智 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 距離測定センサーにより距離を測って、
   壁から基準距離を維持して走行しつつ、清掃を行う清掃
   ロボットの制御装置において、 壁により区切られた床面形状の凹形部分と凸形部分間と
   の移り変わりを表すエッジを検出するエッジ検出装置
   と、凹形部の間口（長さ）を測定する測距開始位置およ
   び終了位置を調整する測距制御部と、長さ測定のため駆
   動輪の移動距離をカウントする距離カウント部と、カウ
   ントデータより凹形部の間口を計算する長さ計算部とを
   備え、その検出値に基づき、その凹形部形状に合った清
   掃（走行）パターンを作成する走行パターン作成装置を
   備えたことを特徴とする清掃ロボットの制御装置。
2. 【請求項２】 前記凹形部の間口（長さ）と壁までの幅
   とを同時に距離センサーで測り、この値により、長さと
   幅の異なる凹形部形状に合った清掃パターンを作成する
   走行パターン作成装置としたことを特徴とする請求項１
   記載の清掃ロボットの制御装置。