智能家庭清潔機(jī)器人專利技術(shù)綜述

陸嬋嬋 密雅榮

【摘要】隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能家庭清潔機(jī)器人將成為智能物聯(lián)網(wǎng)時代家庭的核心終端。本文分析了國內(nèi)外智能家庭清潔機(jī)器人的專利申請情況，并以時間為主線針對清潔機(jī)器人的路徑規(guī)劃、智能避障和地面清潔情況監(jiān)測三個方面對清潔機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行梳理。通過對清潔機(jī)器人的專利發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，希望對我國智能家庭清潔機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供一些參考信息。

【關(guān)鍵詞】清潔 機(jī)器人 專利申請

一、引言

國際機(jī)器人聯(lián)合會（International Federation of Robotics，IFR）對服務(wù)機(jī)器人按照用途進(jìn)行分類，分為專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家用服務(wù)機(jī)器人兩類。而智能家庭清潔機(jī)器人是家用服務(wù)機(jī)器人的典型代表。本文通過對各國專利信息的分析對清潔機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行梳理和展望。

二、智能家庭清潔機(jī)器人的發(fā)展階段分析

現(xiàn)對1990年-2014年全球智能清潔機(jī)器人專利申請量進(jìn)行統(tǒng)計，圖1示出了1990-2014年智能清潔機(jī)器人專利申請量的年度發(fā)展趨勢?？梢詫⒅悄芗彝デ鍧崣C(jī)器人的發(fā)展大致分為以下三個階段。

1996年以前（起步階段），機(jī)器人技術(shù)在國外已經(jīng)盛行，但是家庭清潔仍處于手動時期。原因在于，1996年之前，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展較好的各國并沒有重點關(guān)注機(jī)器人在家庭清潔領(lǐng)域的發(fā)展。

1996年-2006年是家庭清潔機(jī)器人的成長階段，發(fā)展較好的美國、瑞典投入大量的研究。二十世紀(jì)初，日本也開始關(guān)注家庭清潔機(jī)器人的發(fā)展。

2006年之后，機(jī)器人進(jìn)入成熟階段，主要原因在于家庭服務(wù)型機(jī)器人得到各國關(guān)注。其中，韓國政府近幾年將發(fā)展清潔機(jī)器人和教育用機(jī)器人等服務(wù)型機(jī)器人產(chǎn)業(yè)列為國家級發(fā)展戰(zhàn)略。瑞典擁有專注清潔機(jī)器人研究的龍頭企業(yè)一伊萊克斯。

2012年我國制定了《服務(wù)機(jī)器人科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》扶持行業(yè)發(fā)展，提供了很好的平臺。

三、智能家庭清潔機(jī)器人的技術(shù)分支發(fā)展趨勢分析

智能家庭清潔機(jī)器人通常包括路徑規(guī)劃、智能避障以及地面清潔程度檢測的研究，以下將針對1996-2014期間三方面進(jìn)行詳細(xì)梳理和展望。

路徑規(guī)劃是實現(xiàn)自動清潔的基礎(chǔ)。結(jié)合障礙物識別技術(shù)，隨著控制技術(shù)的發(fā)展，利用遙控技術(shù)實現(xiàn)對全部清潔面的覆蓋。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，1996年-2006年智能清潔機(jī)器人的路線控制成為各國研究的熱門，且在2006年-2010年持續(xù)增長，在2010之后專利申請量逐漸減低，主要原因在于智能清潔機(jī)器人路徑規(guī)劃處于相對成熟時期。在實現(xiàn)機(jī)器人的自主行走的基礎(chǔ)上，移動清潔機(jī)器人的智能避障是該領(lǐng)域迫切需要解決的問題。

韓國光州電子株式會社于2001年提出了清潔機(jī)器人的自動避障方法，清潔機(jī)器人在檢測到障礙物時自動轉(zhuǎn)向避開障礙物。2004年LG電子提出了以螺旋方式進(jìn)行清掃，且能智能避障行走，并在清掃完畢后進(jìn)行自動充電的清潔機(jī)器人。2004年之后，清潔機(jī)器人的智能避障技術(shù)得到快速發(fā)展。原因在于此階段國內(nèi)外人機(jī)交互技術(shù)取得了長足的進(jìn)步。在實現(xiàn)清潔機(jī)器人的有效避障礙的基礎(chǔ)上，清潔機(jī)器人的清潔效率及功率損耗有待提高，清潔機(jī)器人在清潔時，會一直運動，直到電量消耗完畢為止。因此，灰塵量檢測成為清潔機(jī)器人面臨的又一難題。

2004年，三星電子、LG等公司提出根據(jù)地面圖像檢測地面清潔程度的發(fā)明構(gòu)思，采用照相機(jī)拍攝地面的畫面，并通過圖像處理來確定地面的灰塵量。2006年三星電子通過在線檢測地面清潔程度來控制行進(jìn)速度，并進(jìn)行自動充電。2007年美國采用紅外和攝像頭共同作用檢測地面的灰塵量，對于灰塵量檢測有了進(jìn)一步的提高。之后，科沃斯提出了對地面清潔程度進(jìn)行區(qū)域劃分，對不同清潔程度的區(qū)域采用不同的工作模式，從而節(jié)約清潔機(jī)器人的功率。近年來由于清潔機(jī)器人在家庭清潔中需要量的快速增長，家庭清潔機(jī)器人逐漸走向智能化。

四、智能清潔機(jī)器人的發(fā)展展望

通過前文的分析，全自動清潔機(jī)器人自2002年以來得到快速發(fā)展，但是清潔機(jī)器人的工作環(huán)境是家庭環(huán)境，其實際應(yīng)用性要求很高且成本很高。因此清潔機(jī)器人面臨很多問題，比如功率節(jié)省、成本低等問題，因而智能清潔機(jī)器人將來的發(fā)展趨勢可以向著清潔效率高、成本低的方向發(fā)展。