智能家庭清潔機器人專利技術綜述

陸嬋嬋 密雅榮

【摘要】隨著計算機技術的發展，智能家庭清潔機器人將成為智能物聯網時代家庭的核心終端。本文分析了國內外智能家庭清潔機器人的專利申請情況，并以時間為主線針對清潔機器人的路徑規劃、智能避障和地面清潔情況監測三個方面對清潔機器人的技術發展路線進行梳理。通過對清潔機器人的專利發展趨勢進行分析，希望對我國智能家庭清潔機器人技術的發展提供一些參考信息。

【關鍵詞】清潔 機器人 專利申請

一、引言

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

二、智能家庭清潔機器人的發展階段分析

現對1990年-2014年全球智能清潔機器人專利申請量進行統計，圖1示出了1990-2014年智能清潔機器人專利申請量的年度發展趨勢。可以將智能家庭清潔機器人的發展大致分為以下三個階段。

1996年以前（起步階段），機器人技術在國外已經盛行，但是家庭清潔仍處于手動時期。原因在于，1996年之前，機器人技術發展較好的各國并沒有重點關注機器人在家庭清潔領域的發展。

1996年-2006年是家庭清潔機器人的成長階段，發展較好的美國、瑞典投入大量的研究。二十世紀初，日本也開始關注家庭清潔機器人的發展。

2006年之后，機器人進入成熟階段，主要原因在于家庭服務型機器人得到各國關注。其中，韓國政府近幾年將發展清潔機器人和教育用機器人等服務型機器人產業列為國家級發展戰略。瑞典擁有專注清潔機器人研究的龍頭企業一伊萊克斯。

2012年我國制定了《服務機器人科技發展“十二五”專項規劃》扶持行業發展，提供了很好的平臺。

三、智能家庭清潔機器人的技術分支發展趨勢分析

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

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

韓國光州電子株式會社于2001年提出了清潔機器人的自動避障方法，清潔機器人在檢測到障礙物時自動轉向避開障礙物。2004年LG電子提出了以螺旋方式進行清掃，且能智能避障行走，并在清掃完畢后進行自動充電的清潔機器人。2004年之后，清潔機器人的智能避障技術得到快速發展。原因在于此階段國內外人機交互技術取得了長足的進步。在實現清潔機器人的有效避障礙的基礎上，清潔機器人的清潔效率及功率損耗有待提高，清潔機器人在清潔時，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器人面臨的又一難題。

2004年，三星電子、LG等公司提出根據地面圖像檢測地面清潔程度的發明構思，采用照相機拍攝地面的畫面，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速度，并進行自動充電。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一步的提高。之后，科沃斯提出了對地面清潔程度進行區域劃分，對不同清潔程度的區域采用不同的工作模式，從而節約清潔機器人的功率。近年來由于清潔機器人在家庭清潔中需要量的快速增長，家庭清潔機器人逐漸走向智能化。

四、智能清潔機器人的發展展望

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