JPWO2020095372A1 - 自走式掃除ロボット - Google Patents

Abstract

ユーザが希望する掃除方法を細かく設定することができる自走式掃除ロボットを提供する。本発明の自走式掃除ロボット１は、本体１１と、本体１１を走行可能とする駆動部１２と、掃除領域４０を掃除する掃除部１３と、障害物を検出するセンサ部１４と、本体１１に搭載され、駆動部１２及びセンサ部１４を制御する制御ユニット２０と、を備える。制御ユニット２０は、プログラミングコードを作成するための統合開発環境を有する制御部２１を備え、制御部２１は外部からの接続が可能である。

Description

本発明は、ユーザの要望に沿った走行を実現するためのプログラミングを行うことができる自走式掃除ロボットに関するものである。

近年、自律走行して床掃除をする自走式掃除ロボットが普及してきている。自走式掃除ロボットは、壁、柱及び家具等の障害物を検出し、これらの障害物を避けながら走行することができる。

このような自走式掃除ロボットは、動作させると自動的に障害物を避けながら掃除領域を走行して掃除する。しかしながら、走行ルートを指定しないと無作為に走行するため、掃除ができていない場所が残ったり、同じ場所を何度も掃除したりして、掃除効率が良くないといった問題があった。

上記問題を解決するために、例えば特許文献１に記載の電気掃除機では、電気掃除機が掃除領域の地図を作成し、その地図に基づいて設定した走行ルートを走行することで、効率よく、かつ掃除領域をくまなく掃除することができる。また、特許文献２に記載の掃除機ロボットでは、掃除機ロボットが作成した掃除領域の地図に基づいてユーザが走行ルートを指定することで、掃除機ロボットがその走行ルートに従って効率よく掃除することができる。

特開２０１８−０７５１９１号公報 特開２００７−２２６３２２号公報

しかしながら、特許文献１のように予め組み込まれたプログラムに従って電気掃除機が自動で設定した走行ルートでは、ユーザが求める効率的な走行ルートとなっていない場合がある。また、特許文献２のようにユーザが走行ルートを指定できるとしても、線で掃除するルートを指定するか、点でその周囲を掃除するか等、選択の幅が狭く、掃除領域全体を掃除し、かつ、特定部分を重点的に往復して掃除する等のユーザの要望を満たす細かな指定ができないという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ユーザが希望する掃除方法を細かく設定することができる自走式掃除ロボットを提供することを目的とする。

本発明の自走式掃除ロボットは、本体と、本体を走行可能とする駆動部と、本体に取り付けられ、掃除領域を掃除する掃除部と、本体に取り付けられ、障害物を検出するセンサ部と、本体に搭載され、駆動部及びセンサ部を制御する制御ユニットとを備える。制御ユニットは、プログラミングコードを作成するための統合開発環境を有する制御部を備え、制御部は外部からの接続が可能である。

本発明の自走式掃除ロボットは、本体が搭載する制御ユニットの制御部に外部から接続して、本体を走行させる駆動部の制御プログラムを作成することができる。このように、ユーザが駆動部の制御プログラムを作成することで、自走式掃除ロボットの走行をユーザの希望するような走行とすることができる。

好ましい実施形態の自走式掃除ロボットは、制御部でプログラミングを行うためのプログラミング用テキストをさらに備えている。

この構成を有することで、プログラミングの経験がないユーザでも、テキストを見ながらプログラミングを容易に行うことができる。これにより、本発明の自走式掃除ロボットは、プログラミングの導入教材としても有益である。

好ましい実施形態の自走式掃除ロボットでは、統合開発環境は、ビジュアルプログラミング言語が動作可能な環境である。

この構成を有することで、プログラミングの初心者、及び、小学生又は中学生といった低年齢層の児童又は生徒でも容易にプログラミングを行うことができる。その結果、本発明の自走式掃除ロボットは、プログラミングの導入教材としても有益である。

好ましい実施形態の自走式掃除ロボットでは、センサ部は、距離計測センサを備え、制御部は、環境地図作成及び自己位置推定を行いながら走行ルートを決定する機能を有する。

この構成を有することで、自走式掃除ロボットが自動で走行ルートを決定することができるため、ユーザが走行ルートをプログラミングしなくても使用することができる。

好ましい実施形態の自走式掃除ロボットでは、制御ユニットは、駆動部、センサ部及び掃除部を動作させるためのプログラムを格納する記憶部をさらに備える。記憶部には、予め掃除方法を制御するプログラムが搭載されている。

この構成を有することで、ユーザは何らの開発を行うことなく、制御部に搭載されているプログラムを使用して自走式掃除ロボットを利用することができる。

本発明に係る自走式掃除ロボットによれば、ユーザが希望する掃除方法を細かく設定することができる。

本発明の自走式掃除ロボットの一実施形態を示す斜視図である。 図１の自走式掃除ロボットの底面図である。 図１の自走式掃除ロボットの機能構成の一例を示すブロック図である。 図１の自走式掃除ロボットに表示装置及び入力装置を接続した状態を示す図である。 図１の自走式掃除ロボットが掃除する掃除領域の一例を示す平面図である。 図５の掃除領域における図１の自走式掃除ロボットの走行ルートの一例を示す平面図である。 図５の掃除領域における図１の自走式掃除ロボットの走行ルートの他の例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、自走式掃除ロボット１は、本体１１と、本体１１を走行可能とする駆動部１２と、本体１１に取り付けられる掃除部１３及びセンサ部１４とを備えている。

駆動部１２は、自走式掃除ロボット１（本体１１）を床面上で前進方向及び後退方向に自律走行させるものである。本実施形態では、駆動部１２は車輪型であり、本体１１の底面の左右部に一対設けられている。

掃除部１３は、床面の掃除領域４０（図５参照）を掃除するものである。本実施形態では、掃除部１３は、ゴミ等を掻き集めるブラシ部１３１と集められたゴミ等を吸引する吸引部１３２とからなる。ブラシ部１３１及び吸引部１３２は、本体１１の底面の中央部に設けられている。

センサ部１４は、障害物、接触物（人、物等の自走式掃除ロボット１と接触するもの）等を検出して周囲の環境情報を取得するものである。センサ部１４には、障害物検出センサ（例えば、３Ｄデプスイメージセンサ）、接触物検出センサ、距離計測センサ（例えば、超音波測距センサ、赤外線測距センサ、レーザ測距センサ、３Ｄデプスイメージセンサ）、方向検出センサ（例えば、地磁気センサ）、回転角度検出センサ（例えば、エンコーダ）等を任意の個数及び組合せにて用いることができる。本実施形態では、センサ部１４として、障害物までの距離を検出し、自走式掃除ロボット１に障害物を避けて走行させるための距離計測センサ１４１，１４２と、接触物を検出する接触物検出センサ１４３とを備えている。

接触物検出センサ１４３には、物体に接触したことを検出できる既知の任意の接触センサが用いられる。接触物検出センサ１４３は、本体１１の前側の側面に取り付けられているバンパー１１２に埋め込まれて設けられている。距離計測センサ１４１，１４２には、本体１１の前側（バンパー１１２）に取り付けられるＴｏＦレーザ測距センサ１４１と、本体１１の前側の底面に取り付けられる赤外線測距センサ又は超音波測距センサ１４２が用いられる。なお、距離計測センサ１４１，１４２には、障害物との距離を検出できれば、他の既知の任意のセンサを用いてもよい。

また、自走式掃除ロボット１には、本体１１の内部に、駆動部１２、掃除部１３及びセンサ部１４を制御するための制御ユニット２０が搭載されている。図３に示すように、制御ユニット２０は、制御部２１、記憶部２２、走行制御部２３、及び、掃除制御部２４を備えている。

制御部２１は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）であり、プログラミングコードを作成するための統合開発環境を有している。また、制御部２１は、センサ部１４を制御してセンサ部１４に周囲の環境情報を取得させる機能、及び、センサ部１４から取得した周囲の環境情報に基づき、掃除領域４０（図５参照）の環境地図を作成する機能を備えている。

図１及び図４に示すように、制御部２１は、外部から接続するための表示装置接続ポート２１１及び入力装置接続ポート２１２を備えている。本体１１の上面には蓋１１１が設けられており、蓋１１１を開くことにより、表示装置接続ポート２１１及び入力装置接続ポート２１２が現れるようになっている。表示装置接続ポート２１１には表示装置３１が、入力装置接続ポート２１２には入力装置３２が接続できる。なお、入力装置接続ポート２１２は、図１及び図４では２個で示しているが、入力装置接続ポート２１２及び入力装置接続ポート２１２に接続される入力装置３２の個数は２個に限られず、１個でも３個以上でもよい。

表示装置３１は、作成するプログラムの内容を表示して、ユーザが確認できるようにするもので、例えばディスプレイ、テレビ画面等を用いることができる。また、入力装置３２は、作成するプログラムを入力するもので、例えば、キーボード、マウス等を用いることができる。

統合開発環境は、ユーザが自走式掃除ロボット１に任意の動作をさせるためのプログラミングを行う環境で、例えば、Python、Java（登録商標）、Scratch、Google Blockly、Viscuit等のうちの少なくとも１つのプログラミング言語が動作可能な環境となっている。この中でも特に、Scratch、Google Blockly、Viscuit等のビジュアルプログラミング言語が動作可能であることが好ましい。

記憶部２２は、駆動部１２、掃除部１３及びセンサ部１４を動作させるためのプログラムを格納するものである。走行制御部２３は、記憶部２２に格納されている駆動部１２を動作させるプログラムを呼び出し、駆動部１２の動作をプログラムに従って制御するものである。掃除制御部２４は、記憶部２２に格納されている掃除部１３を動作させるプログラムを呼び出し、掃除部１３の動作をプログラムに従って制御するものである。

図３に示すように、自走式掃除ロボット１は、制御部２１で行うプログラミングの方法を説明するプログラミング用テキストをさらに備えることができる。

次に、図５〜図７を参照して、自走式掃除ロボット１の動作及び走行ルートのプログラミングについて説明する。

図５に示すように、室内等の掃除領域４０内には、家具等の障害物４１，４２が載置されている。障害物４１は、ソファー、棚等の下方を自走式掃除ロボット１が通ることのできないものであり、障害物４２は、テーブル、椅子等の下方を自走式掃除ロボット１が通ることのできるものである。

自走式掃除ロボット１は、掃除領域４０内に載置され、電源がＯＮされる、又は、所定の指示が与えられると、掃除領域４０内を移動し始める。移動し始めた自走式掃除ロボット１は、センサ部１４によって掃除領域４０内の壁及び障害物４１，４２を検出し、その情報を制御部２１に送信する。制御部２１は、センサ部１４から取得した掃除領域４０内の壁及び障害物４１，４２の情報から、例えばＳＬＡＭ（環境地図作成）法等を用いて掃除領域４０内の環境地図を作成する。作成された環境地図は、制御部２１から記憶部２２に送られ、記憶部２２で保存される。

自走式掃除ロボット１による掃除領域４０内の環境地図の作成が完了すると、ユーザは自走式掃除ロボット１の蓋１１１を開け、表示装置接続ポート２１１に表示装置３１を接続し、入力装置接続ポート２１２に入力装置３２を接続する。そして、制御部２１の統合開発環境においてプログラミングソフトを起動するとともに、記憶部２２に格納されている掃除領域４０内の環境地図を読み込んで表示装置３１に表示させる。

ユーザは、表示装置３１及び入力装置３２を用いて、掃除領域４０内の環境地図を見ながら、自走式掃除ロボット１の走行ルートとして最適なルートをプログラミングする。例えば、脚のある障害物４２の下まで掃除したい場合は、図６の矢印で示すような走行ルートが考えられる。また、障害物４１の間の細かい部分まで掃除し、より掃除領域４０内の隅々まで掃除したい場合は、図７の矢印で示すような走行ルートが考えられる。このような走行ルートで自走式掃除ロボット１が走行できるようプログラミングを行う。

ユーザが作成した走行ルートを決定するプログラムは、記憶部２２に保存される。自走式掃除ロボット１は、記憶部２２から読み出した走行ルートを走行制御部２３に送信し、走行制御部２３が駆動部１２を制御することで、自走式掃除ロボット１が走行ルートに沿って走行する。

また、ユーザは、表示装置３１及び入力装置３２を用いて、掃除領域４０内において、重点的に掃除したい部分等をプログラミングすることができる。例えば、テーブル（障害物）４２の周囲を重点的に掃除したい場合、テーブル４２の周囲を走行する際に掃除部１３の吸引部１３２を強める等の掃除条件をプログラミングしておくことができる。

ユーザが作成した掃除条件のプログラムは、記憶部２２に保存される。自走式掃除ロボット１は、記憶部２２から読み出した掃除条件を掃除制御部２４に送信し、掃除制御部２４が掃除部１３を制御することで、自走式掃除ロボット１は掃除条件に沿った掃除を行う。

以上のように、本発明の自走式掃除ロボット１は、本体１１が搭載する制御ユニット２０の制御部２１に外部から接続することができる。制御部２１には統合開発環境が備えられているため、ユーザは自走式掃除ロボット１の外部から接続した表示装置３１及び入力装置３２を用いて、自走式掃除ロボット１の動作を決定するプログラミングを行うことができる。これにより、自走式掃除ロボット１の走行ルート及び掃除方法をユーザの要望に合わせて決定することができる。その結果、掃除領域４０においてユーザが重点的に掃除したい部分に焦点を当てた走行ルート及び掃除方法を決めることができる。

また、本発明の自走式掃除ロボット１は、制御部２１で行うプログラミングの方法を説明するプログラミング用テキストを備えている。これにより、プログラミングの経験がないユーザでも、テキストを見ながらプログラミングを容易に行うことができる。また、統合開発環境をビジュアルプログラミング言語が動作可能な環境とすることで、プログラミングの初心者、及び、小学生又は中学生といった低年齢層の児童又は生徒でも容易にプログラミングを行うことができる。近年、プログラミング教育が義務化される傾向となってきているが、プログラミングの本質は、人が行っている作業をプログラミングによりロボット等に行わせることで、人の作業負担を減らせることである。本発明の自走式掃除ロボット１では、掃除をするという人が行っていることをプログラミングにより、人であれば重点的に掃除するところ等を同じように重点的に掃除できるよう自走式掃除ロボット１を動作させることができる。このように、本発明の自走式掃除ロボット１では、単にプログラミングを学習するだけでなく、本来のプログラミングの目的とともにプログラミングを学習することができる。その結果、本発明の自走式掃除ロボット１は、プログラミングの導入教材としても有益である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて様々に変更して実施することが可能である。

例えば、駆動部１２は、本体１１を自律走行させられればよく、車輪は３個以上としてもよいし、車輪型ではなくキャタピラー型としてもよい。

また、掃除部１３は、ブラシ部１３１及び吸引部１３２をセットで備える必要はなく、いずれか一方でもよい。また、ブラシ部１３１及び吸引部１３２に代わり、床面を拭くことができる床拭き部等の他の掃除道具を備えてもよい。掃除部１３を構成する掃除道具（ブラシ部、吸引部、床拭き部等）は任意の組合せにすることもでき、また掃除道具の個数もそれぞれ複数個設ける等の任意の個数とすることもできる。

その他、自走式掃除ロボット１は、既知の任意の自走式掃除ロボットの形態を取り得、外部とのアクセスが可能で、かつ、駆動部１２及び掃除部１３を制御するプログラムを作成及び／又は書き換えすることができる構成となっていればよい。

自走式掃除ロボット１は、プログラミング用テキストを備えているが、プログラミング用テキストは紙媒体のテキストだけでなく、自走式掃除ロボット１の記憶部に格納された電子テキストでもよい。また、プログラミング用テキストは必須ではなく、備えなくてもよい。

また、上記実施形態では、自走式掃除ロボット１は、掃除領域４０内の環境地図を作成する機能を備えていたが、必ずしも掃除領域４０内の環境地図を作成する機能を有する必要はない。すなわち、ユーザが掃除領域４０の環境地図を作成するプログラムを作成し、そのプログラムを実行させることで、掃除領域４０内の環境地図を作成してもよい。この場合、一の室内においても掃除の不要な領域を除いて環境地図を作成すること等ができ、よりユーザの要望に沿った掃除を自走式掃除ロボット１が行うことができる。また、ユーザにとっては、掃除領域４０の環境地図を作成する方法も学習することができ、学習教材としての利用価値も高まる。

また、反対に、自走式掃除ロボット１は、制御部２１において、環境地図の作成を行うとともに、自己位置推定を行い、自走式掃除ロボット１の走行ルートを自動で決定する機能を有してもよい。これにより、ユーザが走行ルートをプログラミングしなくても使用することができ、プログラミングが苦手なユーザでも簡単に自走式掃除ロボット１を利用することができる。

また、自走式掃除ロボット１は、制御部２１に予め走行ルート及び／又は掃除方法を制御するプログラムを搭載していてもよい。これにより、ユーザは何らの開発を行うことなく、制御部２１に搭載されているプログラムを使用して自走式掃除ロボット１を利用することができる。また、予め搭載されているプログラムは、制御部２１に外部からアクセスして変更することができてもよい。これにより、予め搭載されているプログラムからユーザが変更したい箇所のみプログラムを修正することができ、一部分のプログラミングで自走式掃除ロボット１が動作するため、ユーザのプログラミングの労力を減らすことができる。

１ 自走式掃除ロボット
１１ 本体
１２ 駆動部
１３ 掃除部
１４ センサ部
１４１ レーザ測距センサ
１４２ 赤外線測距センサ，超音波測距センサ
２０ 制御ユニット
２１ 制御部
２２ 記憶部
３３ プログラミング用テキスト
４０ 掃除領域

Claims (5)

1. 本体と、
   前記本体を走行可能とする駆動部と、
   前記本体に取り付けられ、掃除領域を掃除する掃除部と、
   前記本体に取り付けられ、障害物を検出するセンサ部と、
   前記本体に搭載され、前記駆動部及び前記センサ部を制御する制御ユニットと、を備え、
   前記制御ユニットは、プログラミングコードを作成するための統合開発環境を有する制御部を備え、
   前記制御部は外部からの接続が可能である自走式掃除ロボット。
2. 前記制御部で行うプログラミングの方法を説明するプログラミング用テキストをさらに備える請求項１に記載の自走式ロボット。
3. 前記統合開発環境は、ビジュアルプログラミング言語が動作可能な環境である請求項１又は２に記載の自走式掃除ロボット。
4. 前記センサ部は、距離計測センサを備え、
   前記制御部は、環境地図作成及び自己位置推定を行いながら走行ルートを決定する機能を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の自走式掃除ロボット。
5. 前記制御ユニットは、前記駆動部、前記センサ部及び前記掃除部を動作させるためのプログラムを格納する記憶部をさらに備え、
   前記記憶部には、予め掃除方法を制御するプログラムが搭載されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の自走式掃除ロボット。
   
   

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