JP6822788B2 - 清掃ロボット - Google Patents

Description

本発明は、清掃ロボットに関するものである。

周知のように、室内を自動で清掃する清掃ロボットが、広く使用されている。
特許文献１には、図７に示されるような清掃ロボット１００が開示されている。清掃ロボット１００は、制御部１２０によって制御されている。
制御部１２０はレーザーレーダー１１２，超音波センサ１１３、距離画像カメラ１１４で取得する環境情報及び清掃対象域の地図情報に基づいて清掃部のサイドブラシ１０４やメインブラシ１０５の回転や高さ位置を制御したり、フラッパー１０７の開閉時間間隔や開閉量を制御するとともに、駆動輪１０２及び偏心キャスタ１０３による走行を制御する。
レーザーレーダー１１２は走行する水平面の進行方向に対して±９０°の範囲を一定角度毎にレーザー照射することにより距離計測を行ってロボット本体１００から見た障害物や壁の２次元的配置を計測する。

上記のような清掃ロボット１００を、施工期間中の建設作業場で使用することは、次のような理由により難しい。建設作業場においては、建設資材を集積している場所や、コンクリートを打設した直後の床等の、立ち入りに注意を要する立入禁止区画が存在する。通常、このような立入禁止区画を囲うように、２つのコーンと該コーンの頂部間に架け渡されたコーンバーが設けられ、これにより作業員は、立入禁止区画を認識する。
しかし、上記のような清掃ロボット１００においては、レーザーレーダー１１２が設置された高さ位置における水平面内の情報しか取得できないため、２つのコーンは認識できたとしても、レーザーレーダー１１２とは異なる高さに位置する、コーン間に架け渡されたコーンバーは認識できない。結果として、清掃ロボット１００は、コーンバーの下を潜り抜け、あるいはコーンバーに接触した後コーンバーを立入禁止場所へと押し込ながら、立入禁止場所へと侵入してしまう。

特開２００６−２０９６４４号公報

本発明が解決しようとする課題は、空間的に設けられた立入禁止表示を認識し、立入禁止場所への侵入を防止可能な、清掃ロボットを提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、走行手段と清掃手段を備える清掃ロボットであって、光を出射し、障害物により反射された反射光を受光することで、前記障害物との距離を計測する距離計測装置と、制御装置を更に備え、該制御装置は、前記光の出射角度を上下方向に変化させる、距離計測装置制御部と、該距離計測装置における計測結果を基に、前記障害物を回避するように進行方向を決定する、進行方向決定部と、該進行方向決定部により決定された進行方向に向けて、前記走行手段を走行制御する走行制御部と、を備える、清掃ロボットを提供する。
上記のような構成によれば、清掃ロボットは、距離計測装置制御部により、距離計測装置から出射される光の出射角度を上下方向に変化させて障害物を検知するため、距離計測装置が設置された高さ位置よりも上方の物体も、空間的に、検知可能となる。すなわち、例えばコーン間に架け渡されたコーンバー等の、空間的に設けられた立入禁止表示も障害物として検知可能となるため、立入禁止表示の下を潜り抜けずに回避するように進行方向決定部により走行手段を走行制御することで、立入禁止場所への侵入を防止することができる。

本発明の一態様においては、前記清掃手段は清掃ブラシを備え、前記障害物は粉じんを含む。
上記のような構成によれば、床面に粉じんが散乱している場合には、清掃ブラシによって粉じんが巻き上げられて空中に飛散する。このとき、距離計測装置から出射された光は、粉じんにより反射されるため、粉じんが障害物として検知され、進行方向決定部は粉じんを回避するように新たな進行方向を決定し、この新たな進行方向に向けて走行手段を走行制御しようとする。しかし、このような場合には、粉じんは清掃ロボットの全周囲に飛散しているため、新たな進行方向においても粉じんが障害物として検知され、更に新たな進行方向を決定し、走行手段を走行制御しようとする。すなわち、床面に散乱していた粉じんの内の、大部分の粉じんが清掃手段によって清掃されて、清掃ロボットの周囲に粉じんがほとんど飛散していない状況になるまで、清掃ロボットは粉じんの検知と進行方向の決定を繰り返すため、粉じんが多い場所を重点的に清掃することが可能となる。
また、床面上の粉じんを検知するための、距離計測装置以外の他のセンサを特別に用意する必要がない。更に、例え進行方向決定部による進行方向の決定が、例えばランダムなど、何らかの熟慮された戦略に基づいて行われるものでなかったとしても、粉じんが多い場所を重点的かつ効果的に清掃することができる。したがって、清掃ロボットの製作コストを低減することができる。

本発明の一態様においては、前記距離計測装置はレーザーレンジファインダーであり、前記光はレーザー光である。
上記のような構成によれば、障害物が特に粉じんである場合において、空中に飛散する粉じんを効果的に検知することが可能となる。

本発明の一態様においては、前記光の出射角度の下限は、床面と平行な方向である。
上記のような構成によれば、距離計測装置が床面を障害物として検知しないため、検知された障害物が床面か否かを判定する必要がなく、したがって、清掃ロボットを容易に製作することができる。

本発明によれば、空間的に設けられた立入禁止表示を認識し、立入禁止場所への侵入を防止可能な、清掃ロボットを、提供することが可能となる。

本発明の実施形態として示した清掃ロボットの、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の実施形態として示した清掃ロボットにおける距離計測装置の説明図である。 本発明の実施形態として示した清掃ロボットにおける制御装置のブロック図である。 本発明の実施形態として示した清掃ロボットの、進行方向の決定方針を示す説明図である。 本発明の実施形態として示した清掃ロボットの、進行方向の決定方針を示す説明図である。 本発明の実施形態として示した清掃ロボットの動作を示すフローチャートである。 従来の清掃ロボットを示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態として示した清掃ロボット１の、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。本実施形態においては、清掃ロボット１は、施工期間中の建設作業場において使用されるものである。
清掃ロボット１は、走行手段２と清掃手段３を備えている。本実施形態においては、清掃ロボット１は、内側筐体５と外側筐体１８を備えており、走行手段２や清掃手段３を含む各構成部は主に内側筐体５に取り付けられて、内側筐体５及び各構成部を囲うように外側筐体１８が設けられているが、このような構成に限られないことは言うまでもない。

走行手段２は、駆動輪用モータ６（６Ａ、６Ｂ）、駆動輪７（７Ａ、７Ｂ）、ベルト８、及びキャスタ９を備えている。
清掃ロボット１は、図１における右側である進行方向後側に右側駆動輪７Ａと左側駆動輪７Ｂの２つの駆動輪７を、図１における左側である進行方向Ｉの前側に１つのキャスタ９を備えており、清掃ロボット１は、これら３つの駆動輪７及びキャスタ９が床面Ｆに接するように床面Ｆ上に載置されている。右側駆動輪７Ａと左側駆動輪７Ｂの各々に対応して、右側駆動輪用モータ６Ａと左側駆動輪用モータ６Ｂの２つの駆動輪用モータ６が、内側筐体５に固定されて設けられている。各駆動輪用モータ６に対して、バッテリー４から電力が供給されている。右側駆動輪用モータ６Ａと右側駆動輪７Ａ、及び左側駆動輪用モータ６Ｂと左側駆動輪７Ｂはそれぞれ、ベルト８によって連結され、これにより、各駆動輪用モータ６（６Ａ、６Ｂ）によって生成された動力が、対応する駆動輪７（７Ａ、７Ｂ）に伝達される。

右側駆動輪用モータ６Ａと左側駆動輪用モータ６Ｂの回転量は、図３を用いて後述する、制御装置２０の走行制御部２６によって、個別に制御されている。右側駆動輪用モータ６Ａの回転量と左側駆動輪用モータ６Ｂの回転量が同じ場合には、清掃ロボット１は直進する。右側駆動輪用モータ６Ａの回転量が左側駆動輪用モータ６Ｂの回転量より大きい場合は、清掃ロボット１は左方向に曲がるように前進する。右側駆動輪用モータ６Ａの回転量が左側駆動輪用モータ６Ｂの回転量より小さい場合は、清掃ロボット１は右方向に曲がるように前進する。
キャスタ９は、鉛直方向に延在するように内側筐体５に接続された支持軸部９ｂと、支持軸部９ｂの下端に回転可能に接続された、円板状の車輪部９ａを備えている。支持軸部９ｂは、内側筐体５に対して水平面内において３６０°に自在に回転可能に設けられており、これにより、キャスタ９は、清掃ロボット１の進行方向に追随して回転する。
内側筐体５の底面５ａの床面Ｆからの高さや、駆動輪７の径の大きさ、駆動輪用モータ６のトルクは、建設作業場に釘やビスが落下していても、これに駆動輪７がロックされずに乗り越えることができる程度に設計されている。
２つの駆動輪用モータ６は、図３を用いて後述する制御装置２０の、走行制御部２６によって制御されている。

清掃手段３は、サイドブラシ（清掃ブラシ）１０、サイドブラシ駆動モータ１１、ドラムブラシ１２、ドラムブラシ駆動モータ１３、及びホッパ１４を備えている。
サイドブラシ１０は、円形の支持板部１０ａの一方の表面にブラシ部１０ｂが接合されて形成されており、支持板部１０ａが床面Ｆと平行になってブラシ部１０ｂが床面Ｆに接触するように位置せしめられて、支持板部１０ａの中心位置で水平面内で回転可能に、内側筐体５に取付けられている。特に図１（ｂ）に示されるように、サイドブラシ１０は、ブラシ部１０ｂの一部が、外側筐体１８よりも主に右方向の外側に突出するように、清掃ロボット１の右側前方に設けられている。サイドブラシ１０は、バッテリー４から電力を供給されて作動するサイドブラシ駆動モータ１１によって、図１（ｂ）における反時計回りの方向Ａに回転されることにより、床面Ｆ上に位置するゴミ等を、後述するドラムブラシ１２の前方へと移動させる。
サイドブラシ駆動モータ１１は、図３を用いて後述する制御装置２０の清掃制御部２５によって、サイドブラシ１０が一定の速度で回転するように制御されている。

ドラムブラシ１２は、円柱形状に形成されており、円柱形状の側面にブラシが設けられている。ドラムブラシ１２は、軸方向が清掃ロボット１の左右方向と一致するように位置せしめられて、円柱形状の中心軸位置で回転可能に、内側筐体５に取付けられている。図１（ａ）に示されるように、ドラムブラシ１２は清掃ロボット１の下側に取り付けられており、ドラムブラシ１２の下側が外側筐体１８よりも下方向に突出して床面Ｆに接触するように設けられている。ドラムブラシ１２は、バッテリー４から電力を供給されて作動するドラムブラシ駆動モータ１３によって、図１（ａ）における反時計回りの方向Ｂに回転されることにより、床面Ｆ上に位置するゴミ等を絡め捕り、外側筐体１８の内部へ搬送する。
ドラムブラシ１２の後方には、ホッパ１４が設けられている。ホッパ１４は、ドラムブラシ１２によって外側筐体１８内部へ搬送されたゴミ等を受け取り、格納する。
ドラムブラシ駆動モータ１３は、図３を用いて後述する制御装置２０の清掃制御部２５によって、ドラムブラシ１２が一定の速度で回転するように制御されている。

清掃ロボット１は、距離計測装置１５を備えている。距離計測装置１５は、光を出射し、障害物により反射された反射光を受光することで、障害物との距離を計測する。
本実施形態においては、距離計測装置１５は、レーザーレンジファインダーであり、光はレーザー光である。距離計測装置１５は、例えば光を反射する鏡を回転させることで、例えば一秒間に１０８１回の頻度で、距離計測装置１５の前方Ｃから左右に例えば各々１３５°、計２７０°の範囲で光を往復して光出射部１５ｃから出射し、水平方向に走査することで、周囲の物体までの距離を計測する。距離計測装置１５の光の射程距離は、例えば１０ｍ程度である。
距離計測装置１５は、清掃ロボット１の前側に、図１（ａ）のように水平面視した場合における距離計測装置１５の前方Ｃと、床面Ｆと平行な、清掃ロボット１の直進時の進行方向Ｉが、一致するように設けられている。これにより、距離計測装置１５は、清掃ロボット１の直進方向Ｉを中心として左右に、例えば各々１３５°の範囲で光を照射することができるように設けられている。

距離計測装置１５は、その下側において、清掃ロボット１の左右方向に延在して、清掃ロボット１の直進方向Ｉと水平面内で直交するように設けられた軸１５ａと、鉛直方向に延在する支持部１５ｂを介して、内側筐体５に取付けられている。
軸１５ａの一端には、図１（ｂ）に示されるように距離計測装置駆動モータ１６が設けられている。距離計測装置駆動モータ１６は、本実施形態においてはステッピングモータである。距離計測装置駆動モータ１６は、図３を用いて後述する制御装置２０の距離計測装置制御部２７によって、軸１５ａを中心に上下方向に距離計測装置１５を回動させて、光の出射角度を上下方向に変化させるように制御されている。図２（ａ）は、距離計測装置１５の前方Ｃが清掃ロボット１の直進方向Ｉに一致する状態である。本実施形態においてはこの状態が距離計測装置１５の初期位置であり、なおかつ、光の出射角度の下限となる位置である。図２（ｂ）は、距離計測装置１５の前方Ｃが清掃ロボット１の直進方向Ｉから４５°上方を向くように、距離計測装置１５が上方向に回動させられた状態である。本実施形態においては、この状態が、光の出射角度の上限となる位置である。
距離計測装置１５からの光の出射角度が図２（ａ）、（ｂ）に示される下限位置と上限位置の間を、例えば１秒間に１回往復する程度の速度で、距離計測装置１５は上下方向に回動させられている。

上記のような構成により、距離計測装置１５は、清掃ロボット１の直進方向Ｉを基点として、水平方向に−１３５°〜１３５°、上下方向に０°〜４５°の角度範囲における、距離計測装置１５から１０ｍ以内の空間に位置する物体を検知する。距離計測装置１５によって取得された情報は、図３を用いて後述する制御装置２０の障害物判定部２３と表示制御部２８に送信される。

清掃ロボット１は、図１に示されるように、赤外線センサ１７を備えている。赤外線センサ１７は、内側筐体５の底面５ａの、最前方の車輪であるキャスタ９よりも前の位置に、下方向に赤外線を出射するように設けられており、床面Ｆに形成された、例えば２５ｍｍ以上の高い段差や穴を、これらにキャスタ９が到達する前に検知する。赤外線センサ１７によって取得された情報は、図３を用いて後述する制御装置２０の進行方向決定部２４に送信される。

清掃ロボット１は、入力装置２１を備えている。入力装置２１は、清掃ロボット１の移動速度や、清掃ロボット１を手動で動かすときの移動方向指示などの入力を受け付け、図３を用いて後述する制御装置２０の、走行制御部２６と表示制御部２８に送信する。

清掃ロボット１は、出力装置２２を備えている。出力装置２２は、入力装置２１による入力を促すためのユーザインターフェース、入力装置２１によって入力された各種入力、及び、距離計測装置１５によって検出された障害物に関する情報等を表示するように、図３を用いて後述する制御装置２０の表示制御部２８によって制御されている。

清掃ロボット１は、制御装置２０を備えている。制御装置２０は、図３に示されるように、障害物判定部２３、進行方向決定部２４、清掃制御部２５、走行制御部２６、距離計測装置制御部２７、及び表示制御部２８を備えている。

障害物判定部２３は、距離計測装置１５から送信された情報を受信する。距離計測装置１５は、清掃ロボット１の直進方向Ｉを基点とした、水平方向に−１３５°〜１３５°、上下方向に０°〜４５°の角度範囲の中の、距離計測装置１５からの各方向において、距離計測装置１５から１０ｍ以内の空間内に物体が有る場合に、後述の要領でそれが障害物か否かを判定し、障害物が検知された場合には、その方向と、距離計測装置１５から物体までの距離を、障害物判定部２３へ送信している。
しかし、光の水平方向及び上下方向の往復頻度によっては、上記角度範囲内の全ての角度における情報を制御装置２０が処理しようとすると、処理対象のデータ量が大きくなり、特に制御装置２０の処理能力が高くない場合には、処理が困難となる可能性がある。ここで、清掃ロボット１の走行に大きく影響するのは、清掃ロボット１の特に直進方向Ｉに近い角度位置における物体の情報である。したがって、本実施形態においては、図４に示されるように、障害物判定部２３は、距離計測装置１５の前方Ｃを基点として水平方向に例えば−３０°（角度位置Ｅ）〜３０°（角度位置Ｄ）の角度範囲における情報を距離計測装置１５から受信した情報から抽出し、この角度範囲内に位置する物体に対して、次に記載する障害物の判定を行っている。

障害物判定部２３は、物体の種類を次のように推定して、物体が障害物か否かを判定する。
例えば、物体が上下方向に０°〜４５°の角度範囲における全ての範囲において略同等の距離で検出されている場合には、物体は壁であり障害物であると推定可能である。
また、物体が上記上下方向の角度範囲における一定の小さな範囲の高さにおいてのみ検出されて、水平方向における他の角度においても同じ一定範囲の高さに物体が検出された場合には、空中に幅の小さな物体が水平方向に延在して位置しており、この物体はコーンバー５１、すなわち回避すべき障害物であると推定可能である。
更に、物体が上記上下方向の角度範囲におけるある一定の角度よりも上方全てにおいて検出されてはいるが、この物体は清掃ロボット１の全高よりも高い位置に位置すると判断される場合には、これは実際には障害物ではなく、その下方を清掃可能であると判断してもよい。

ここで、障害物は、粉じんを含んでいる。すなわち、障害物判定部２３は、物体が粉じんと判断した場合にも、本実施形態においては、障害物として進行方向決定部２４に情報を送信している。
粉じんが散乱している床面Ｆをサイドブラシ１０が清掃しようとして、粉じんが床面Ｆから空中に巻き上げられた場合に、距離計測装置１５は粉じんを物体として認識する。
物体が壁や、図４に示されるようなコーン５０やコーンバー５１等である場合には、本実施形態においては距離計測装置１５の射程距離が１０ｍであるため、距離計測装置１５から送信される物体の距離は、例えば１ｍ〜１０ｍ等の値をとり得るが、粉じんの場合は清掃ロボット１の周囲の空間に飛散するため、距離は０〜０．１ｍ等と、壁やコーンバー５１等に比べると非常に小さい値となり得る。
このように、障害物判定部２３において、距離の値が所定の値以下である場合においては、物体が粉じんであると推定可能である。

上記のように、障害物判定部２３は、直進方向Ｉを基点として水平方向に−３０°〜３０°、上下方向に０°〜４５°の角度範囲の中に物体が検知された場合には、その各々が障害物であるか否かを判定し、障害物と判定された物体の位置する方向と障害物までの距離を、進行方向決定部２４に送信する。

進行方向決定部２４は、清掃ロボット１の直進方向Ｉを基点として水平方向に−３０°〜３０°、上下方向に０°〜４５°の角度範囲における、障害物の方向及び距離情報を、障害物判定部２３から受信する。進行方向決定部２４は、これらの情報、すなわち、距離計測装置１５における計測結果を基に、障害物を回避するように進行方向を決定する。
進行方向決定部２４は、障害物判定部２３が障害物として判定した物体が存在しない場合においては、直進するように走行制御部２６を指示する。

障害物判定部２３が障害物として判定した物体が存在する場合には、進行方向決定部２４は、次のように進行方向を決定する。
例えば、図４に示されるように、２つのコーン５０とコーン５０の頂部間に架け渡されたコーンバー５１が設けられており、直進方向Ｉから右側の方向Ｄにおける、障害物すなわちコーンバー５１との距離が、左側の方向Ｅにおけるコーンバー５１との距離よりも短くなっている場合においては、進行方向決定部２４は、清掃ロボット１がコーンバー５１に対して、斜め方向右側から接近していると判断し、左側に曲がってコーンバー５１を回避するように、走行制御部２６に指示する。
逆に、直進方向Ｉから右側の方向Ｄにおける距離が、左側の方向Ｅにおける距離よりも長くなっている場合においては、進行方向決定部２４は、清掃ロボット１がコーンバー５１に対して、斜め方向左側から接近していると判断し、右側に曲がってコーンバー５１を回避するように、走行制御部２６に指示する。
このように、障害物に対して斜め方向から接近していると判断した場合においては、進行方向決定部２４は、左右何れかのうち鈍角に曲がることにより障害物を回避可能な方向に曲がって障害物を回避するように、走行制御部２６に指示する。これは、鋭角に曲がろうとすると、内輪差が大きくなり、障害物に衝突する可能性が高いためである。

直進方向Ｉから右側の方向Ｄにおける距離と、左側の方向Ｅにおける距離が等しい場合においては、進行方向決定部２４は、清掃ロボット１がコーンバー５１に対して、直交するように接近していると判断し、右側に曲がってコーンバー５１を回避するように、走行制御部２６に指示する。
このとき、左側に曲がってコーンバー５１を回避しようとすると、サイドブラシ１０は清掃ロボット１の右側前方に取り付けられているため、図５に示されるように、左折時にサイドブラシ１０のドラムブラシ１２側の端点１０ｃが描く軌跡Ｇと、左折時にドラムブラシ１２のサイドブラシ１０側の端点１２ａが描く軌跡Ｈとの間に、間隙Ｓが生じうる。この間隙Ｓは、サイドブラシ１０とドラムブラシ１２のいずれによっても清掃されない場所となるため、床面Ｆに未清掃の領域が残ってしまう。これを防ぐため、障害物に直交するように接近していると判断した場合においては、右側に曲がってコーンバー５１を回避するように、走行制御部２６に指示している。

本実施形態においては、上記のように、障害物判定部２３は、粉じんを障害物と判定しているため、進行方向決定部２４は、粉じんを避けようと、進行方向を決定する。この場合、例えば図４を用いて説明したように、直進方向Ｉから右側の方向Ｄにおける距離と、左側の方向Ｅにおける距離に基づいて、進行方向が決定されるが、左右いずれの方向に曲がったとしても、その直後に距離計測装置１５が依然として飛散している粉じんを物体として認識し、障害物判定部２３が粉じんを障害物として判定するため、清掃ロボット１は、粉じんの飛散が収まり、床面Ｆに散乱していた粉じんの内の、大部分の粉じんが清掃され、サイドブラシ１０によって空中に粉じんが巻き上げられなくなるまで、前進することなく、その場で回転し続けるように動作する。

進行方向決定部２４はまた、赤外線センサ１７からの情報を受信する。赤外線センサ１７が、進行方向の床面Ｆに段差や穴を検知した場合には、進行方向決定部２４は、清掃ロボット１をその場で停止させて、後退するように、走行制御部２６を制御する。

清掃制御部２５は、一定の速度でサイドブラシ１０及びドラムブラシ１２を回転させるように、サイドブラシ駆動モータ１１及びドラムブラシ駆動モータ１３を制御する。

走行制御部２６は、進行方向決定部２４により決定された進行方向に向けて、走行手段２を走行制御する。より具体的には、走行制御部２６は、進行方向決定部２４からの指示に基づいて、右側駆動輪用モータ６Ａ及び左側駆動輪用モータ６Ｂの各々に対し、回転量を制御する。
走行制御部２６はまた、入力装置２１から、作業者によって入力装置２１に入力された移動方向指示を受信する。この場合においては、進行方向決定部２４からの指示よりも、入力装置２１から受信した移動方向指示を優先させ、移動方向指示に基づいて、右側駆動輪用モータ６Ａ及び左側駆動輪用モータ６Ｂの各々に対し、回転量を制御する。

距離計測装置制御部２７は、光の出射角度を上下方向に変化させる。より具体的には、距離計測装置制御部２７は、距離計測装置１５を上下方向に回動させて向きを変え、距離計測装置１５からの光の出射角度を、図２に示される下限位置と上限位置の間で、上下方向に変化させるように、距離計測装置駆動モータ１６を制御する。

表示制御部２８は、入力装置２１によって入力された各種入力、及び、距離計測装置１５によって検出された物体に関する情報等を等を受信し、これらを出力装置２２により出力表示するように、出力装置２２を制御する。

次に、清掃ロボット１の、制御装置２０による制御手順を、図１から図３及び図６を用いて説明する。

作業者が、入力装置２１に対して清掃開始を指示することにより、処理が開始される（ステップＳ１）。
まず、制御装置２０は、距離計測装置１５を初期設定する。具体的には、距離計測装置１５からの光の出射角度が、図２（ａ）に示されるような、清掃ロボット１の直進方向Ｉに一致する下限位置となるように、制御装置２０の距離計測装置制御部２７が、距離計測装置駆動モータ１６を調整する（ステップＳ２）。
その後、距離計測装置１５を動作させて光を水平方向に往復して出射するようにした状態で（ステップＳ３）、距離計測装置１５が、下限位置と、図２（ｂ）に示されるような直進方向Ｉと平行な方向から４５°上方を向く上限位置との間を往復して回動するように、制御装置２０の距離計測装置制御部２７が距離計測装置１５を制御する（ステップＳ４）。
上記のステップＳ１からＳ４によって、清掃ロボット１は停止した状態で、距離計測装置１５が、清掃ロボット１の直進方向Ｉを基点として、水平方向に−１３５°〜１３５°、上下方向に０°〜４５°の角度範囲における、距離計測装置１５から１０ｍ以内の空間に位置する物体を検知する状態となっている。以降、制御装置２０の表示制御部２８が、距離計測装置１５によって検知された物体に関する情報を、出力装置２２に表示し続ける。

距離計測装置１５の準備が完了した後に、制御装置２０の清掃制御部２５は、サイドブラシ駆動モータ１１及びドラムブラシ駆動モータ１３を制御し、サイドブラシ１０及びドラムブラシ１２を各々、一定の速度で回転させる。同時に、制御装置２０の走行制御部２６は、右側駆動輪用モータ６Ａ及び左側駆動輪用モータ６Ｂを同一の回転量で作動させることで、清掃ロボット１を直進させる（ステップＳ５）。

制御装置２０は、清掃制御部２５と走行制御部２６により清掃ロボット１を清掃、走行制御させつつ、障害物を検知する（ステップＳ６）。
具体的には、制御装置２０の障害物判定部２３が、距離計測装置１５から送信された情報を受信し、図４に示されるように、距離計測装置１５の前方Ｃを基点として水平方向に−３０°（角度位置Ｅ）〜３０°（角度位置Ｄ）の角度範囲における物体の情報を、距離計測装置１５から受信した情報から抽出する。障害物判定部２３は更に、上記したように、抽出された各物体が障害物であるか否かを判定し、障害物と判定された物体の位置する方向と障害物までの距離を、進行方向決定部２４に送信する。
制御装置２０の進行方向決定部２４は、障害物判定部２３から障害物の情報が送信されなければ、走行制御部２６に直進するように指示し、走行制御部２６は右側駆動輪用モータ６Ａ及び左側駆動輪用モータ６Ｂを同一の回転量で作動させることで、清掃ロボット１を直進させる（ステップＳ７）。

進行方向決定部２４は、障害物判定部２３から障害物の情報が送信されてきた場合は、距離計測装置１５における計測結果を基に、障害物を回避するように進行方向を決定する（ステップＳ８）。
例えば、図４に示されるように、障害物に対する、直進方向Ｉから右側の方向Ｄにおける距離が、左側の方向Ｅにおける距離よりも短くなっている場合においては、進行方向決定部２４は、清掃ロボット１が障害物に対して、斜め方向右側から接近していると判断し、左側に曲がって障害物を回避するように、走行制御部２６に指示する。
逆に、直進方向Ｉから右側の方向Ｄにおける距離が、左側の方向Ｅにおける距離よりも長くなっている場合においては、進行方向決定部２４は、清掃ロボット１が障害物に対して、斜め方向左側から接近していると判断し、右側に曲がって障害物を回避するように、走行制御部２６に指示する。
このように、障害物に対して斜め方向から接近していると判断した場合においては、進行方向決定部２４は、左右何れかのうち鈍角に曲がることにより障害物を回避可能な方向に曲がって障害物を回避するように、走行制御部２６に指示する。
直進方向Ｉから右側の方向Ｄにおける距離と、左側の方向Ｅにおける距離が等しい場合においては、進行方向決定部２４は、清掃ロボット１が障害物に対して、直交するように接近していると判断し、右側に曲がって障害物を回避するように、走行制御部２６に指示する。
また、赤外線センサ１７が、進行方向の床面Ｆに、段差や穴を検知した場合には、進行方向決定部２４は、清掃ロボット１をその場で停止させて、後退するように、走行制御部２６を制御する。

走行制御部２６は、進行方向決定部２４からの指示に基づいて、右側駆動輪用モータ６Ａ及び左側駆動輪用モータ６Ｂの各々に対し、回転量を制御することにより、清掃ロボット１を方向転換させ、障害物を回避する（ステップＳ９）。
その後、再度ステップＳ６に戻り、障害物検知処理以降を繰り返す。
このとき、例えば障害物が粉じんである場合においては、ステップＳ９において左右いずれの方向に曲がったとしても、その直後にステップＳ６において、距離計測装置１５が依然として飛散している粉じんを物体として認識し、ステップＳ８の回避方向決定処理へ移行するため、清掃ロボット１は、粉じんの飛散が収まり、床面に散乱していた粉じんの内の、大部分の粉じんが清掃されて、サイドブラシ１０によって空中に粉じんが巻き上げられなくなるまで、前進することなく、その場で回転し続けるように動作する。

制御装置２０は、適宜、清掃が完了したか否かを判断する（ステップＳ１０）。本実施形態においては、予め設定された一定の時間が処理開始から経過した時点で、清掃が完了したと判断するようにしている。
清掃が完了したと判断した場合には、処理を終了して清掃ロボット１の電源を切断する（ステップＳ１１）。
清掃が完了していないと判断した場合には、再度ステップＳ６に戻り、障害物検知処理以降を繰り返す。

次に、上記の清掃ロボット１の効果について説明する。

清掃ロボット１は、距離計測装置制御部２７により、距離計測装置１５から出射される光の出射角度を上下方向に変化させて障害物を検知するため、距離計測装置１５が設置された高さ位置よりも上方の物体も、空間的に、検知可能となる。すなわち、例えば図４に示されるようなコーン５０間に架け渡されたコーンバー５１等の、空間的に設けられた立入禁止表示も障害物として検知可能となるため、立入禁止表示の下を潜り抜けずに回避するように進行方向決定部２４により走行手段２を走行制御することで、立入禁止場所への侵入を防止することができる。

また、床面Ｆに粉じんが散乱している場合には、サイドブラシ１０によって粉じんが巻き上げられて空中に飛散する。このとき、距離計測装置１５から出射された光は、粉じんにより反射されるため、粉じんが障害物として検知され、進行方向決定部２４は粉じんを回避するように新たな進行方向を決定し、この新たな進行方向に向けて走行手段２を走行制御しようとする。しかし、このような場合には、粉じんは清掃ロボット１の全周囲に飛散しているため、新たな進行方向においても粉じんが障害物として検知され、更に新たな進行方向を決定し、走行手段２を走行制御しようとする。すなわち、床面に散乱していた粉じんの内の、大部分の粉じんが清掃手段３によって清掃されて、清掃ロボット１の周囲に粉じんがほとんど飛散していない状況になるまで、清掃ロボット１は粉じんの検知と進行方向の決定を繰り返すため、粉じんが多い場所を重点的に清掃することが可能となる。
また、距離計測装置１５によって、サイドブラシ１０により空中に巻き上げられた粉じんを検出する構成となっているため、床面Ｆ上の粉じんを検知するための、距離計測装置１５以外の他のセンサを特別に用意する必要がない。更に、例え進行方向決定部２４による進行方向の決定が、例えばランダムなど、何らかの熟慮された戦略に基づいて行われるものでなかったとしても、粉じんが多い場所を重点的かつ効果的に清掃することができる。したがって、清掃ロボット１の製作コストを低減することができる。

また、距離計測装置１５はレーザーレンジファインダーであるため、レーザーレンジファインダーが出射するレーザー光が粉じんを正確に検知可能である。したがって、空中に飛散する粉じんを効果的に検知することが可能となる。

また、距離計測装置１５は、清掃ロボット１の直進方向Ｉを基点として、水平方向に−１３５°〜１３５°、上下方向に０°〜４５°の角度範囲における、距離計測装置１５から１０ｍ以内の空間に位置する物体を検知するように構成されているため、距離計測装置１５は、床面Ｆを障害物として検知しない。したがって、検知された障害物が床面Ｆか否かを判定したりする必要がなく、容易に清掃ロボット１を製作することができる。

なお、本発明の清掃ロボット１は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、ゴミ等はドラムブラシ１２で絡め捕られた後にホッパ１４内に格納されるのみであるが、真空モータを設置してゴミ等を吸引するようにしてもよい。ただし、真空モータを使用すると、バッテリー４の消費が激しくなり、また、騒音が大きくなるため、清掃ロボットを使用可能な状況に制限が生じる可能性がある。
また、上記実施形態においては、サイドブラシ１０は清掃ロボット１の右側前方に設けられているが、これに限られず、清掃ロボット１の左側前方に設けられていてもよいし、清掃ロボット１前方の左右両側に設けられていてもよい。

また、上記実施形態においては、障害物判定部２３は、図４に示されるように、距離計測装置１５の前方Ｃを基点として水平方向に−３０°〜３０°の角度範囲における物体の情報を、距離計測装置１５から受信した情報から抽出しているが、この角度範囲は他の角度であっても構わない。例えば、この範囲を−６０°〜６０°、あるいは−８５°〜８５°等と大きくすることで、清掃ロボット１の左右両方向に位置する物体も障害物として認識可能となるため、例えば、壁を障害物とみなして、壁に沿って移動しながら清掃する等の、より高度な制御が可能となる場合がある。この角度範囲は、上記のように、制御装置２０の処理能力等と併せて総合的に策定するのが良い。
また、上記実施形態においては、距離計測装置１５は、出射する光が、０°から４５°上方を向く位置の間で上下方向に回動するように制御されているが、上限角度である４５°は、例えば図１（ａ）に示される、距離計測装置１５の上方を覆う庇部１８ａ等の、外側筐体１８の一部を障害物であると誤って認識しないように、距離計測装置１５が外側筐体１８を検知しない角度であれば、より大きな他の角度であっても構わない。また、例えば距離計測装置１５がコーンバー５１の高さに近い位置に設けられた場合においては、上限角度はより小さな他の値であっても構わない。
また、上記実施形態においては、距離計測装置１５から出射する光の水平方向の往復頻度は１秒間に１０８１回であり、距離計測装置１５の上下方向の回動頻度は１秒間に１回であったが、他の値であっても構わないのは言うまでもない。

また、上記実施形態においては、１つの制御装置２０の中に、障害物判定部２３から表示制御部２８までの処理部が格納される構成となっているが、これに限られず、制御装置２０とは別の第２の処理装置を設けたうえで、一部の処理部を第２の処理部上に実現してもよい。

また、上記実施形態においては、サイドブラシ１０、ドラムブラシ１２の回転速度は一定となるように、清掃制御部２５によって制御されているが、これに限られない。例えば、障害物判定部２３が物体を粉じんと判断した場合においては、清掃中の場所は粉じんが床面に多く散乱していると推測して、サイドブラシ１０、ドラムブラシ１２の回転速度を上昇させ、粉じんの回収効率を高めてもよい。
また、上記実施形態においては、障害物を検知した場合には、回避方向を決定して回避し、再度障害物を検知するという処理を繰り返しているため、上記のように、障害物が粉じんである場合には、粉じんの飛散が収まり周囲が清掃されるまで、前進することなく、その場で回転し続けるように動作していたが、障害物判定部２３において障害物が粉じんであると判定された場合には、清掃ロボット１は回転せずに、粉じんが床面に着地するまでその場に停止して清掃のみを続けるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、図６を用いて説明したように、ステップＳ１０における清掃が完了したか否かの判断は、清掃開始からの経過時間を基に行われていたが、これに限られない。例えば、バッテリー４の容量が残り２０％以下となった場合に停止するように処理を行うことで、バッテリー４の残量が少なくなりすぎて距離計測装置１５による物体の検知が正常にできなくなる状態を回避しつつ、可能な限り長い時間、清掃することが可能となる。

また、上記実施形態においては、清掃ロボット１は施工期間中の建設作業場において使用されるものであったが、これに限られないことは言うまでもない。例えば原子力発電所などにおいて、予めコーンとコーンバーで立入禁止区画を囲っておき、原子力事故が発生した場合に、作業員が立ち入ることができる程度に放射線量が下がるまで、塵芥などの除去を行い除染するために使用されても構わない。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１ 清掃ロボット １６ 距離計測装置駆動モータ
２ 走行手段 １７ 赤外線センサ
３ 清掃手段 １８ 外側筐体
４ バッテリー ２０ 制御装置
５ 内側筐体 ２１ 入力装置
６ 駆動輪用モータ ２２ 出力装置
７ 駆動輪 ２３ 障害物判定部
８ ベルト ２４ 進行方向決定部
９ キャスタ ２５ 清掃制御部
１０ サイドブラシ（清掃ブラシ） ２６ 走行制御部
１１ サイドブラシ駆動モータ ２７ 距離計測装置制御部
１２ ドラムブラシ ２８ 表示制御部
１３ ドラムブラシ駆動モータ
１４ ホッパ
１５ 距離計測装置

Claims (4)

1. 走行手段と清掃手段を備える清掃ロボットであって、
   光を出射し、障害物により反射された反射光を受光することで、前記障害物との距離を計測する距離計測装置と、
   制御装置を更に備え、
   該制御装置は、
   前記光の出射角度を上下方向に変化させる、距離計測装置制御部と、
   前記距離計測装置からの計測結果を基に、前記障害物の種類を推定する、障害物判定部と、
   該距離計測装置における計測結果を基に、前記障害物を回避するように進行方向を決定する、進行方向決定部と、
   該進行方向決定部により決定された進行方向に向けて、前記走行手段を走行制御する走行制御部と、
   を備え、
   前記障害物判定部は、前記距離計測装置から前記障害物までの距離が所定の値以下である場合には、前記障害物を粉じんと推定し、
   前記粉じんと推定される前記障害物が検知されなくなるまで、前記障害物の検知と、前記進行方向決定部による回避方向決定と、前記走行制御部による方向転換と、を繰り返すことで、前記粉じんが多い場所を重点的に清掃する、清掃ロボット。
2. 前記清掃手段は清掃ブラシを備え、前記障害物が粉じんを含む場合には、
   前記清掃ブラシで飛散する粉じんが検知されなくなるまで、決定された回避方向への方向転換と回避方向決定と障害物検知とを繰り返す、請求項１に記載の清掃ロボット。
3. 前記距離計測装置はレーザーレンジファインダーであり、前記光はレーザー光である、請求項１または２に記載の清掃ロボット。
4. 前記光の出射角度の下限は、床面と平行な方向である、請求項１から３のいずれか一項に記載の清掃ロボット。

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