智能家庭清洁机器人专利技术综述

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【摘要】随着计算机技术的发展，智能家庭清洁机器人将成为智能物联网时代家庭的核心终端。本文分析了国内外智能家庭清洁机器人的专利申请情况，并以时间为主线针对清洁机器人的路径规划、智能避障和地面清洁情况监测三个方面对清洁机器人的技术发展路线进行梳理。通过对清洁机器人的专利发展趋势进行分析，希望对我国智能家庭清洁机器人技术的发展提供一些参考信息。

【关键词】清洁 机器人 专利申请

一、引言

国际机器人联合会（International Federation of Robotics，IFR）对服务机器人按照用途进行分类，分为专业服务机器人和家用服务机器人两类。而智能家庭清洁机器人是家用服务机器人的典型代表。本文通过对各国专利信息的分析对清洁机器人技术进行梳理和展望。

二、智能家庭清洁机器人的发展阶段分析

现对1990年-2014年全球智能清洁机器人专利申请量进行统计，图1示出了1990-2014年智能清洁机器人专利申请量的年度发展趋势。可以将智能家庭清洁机器人的发展大致分为以下三个阶段。

1996年以前（起步阶段），机器人技术在国外已经盛行，但是家庭清洁仍处于手动时期。原因在于，1996年之前，机器人技术发展较好的各国并没有重点关注机器人在家庭清洁领域的发展。

1996年-2006年是家庭清洁机器人的成长阶段，发展较好的美国、瑞典投入大量的研究。二十世纪初，日本也开始关注家庭清洁机器人的发展。

2006年之后，机器人进入成熟阶段，主要原因在于家庭服务型机器人得到各国关注。其中，韩国政府近几年将发展清洁机器人和教育用机器人等服务型机器人产业列为国家级发展战略。瑞典拥有专注清洁机器人研究的龙头企业一伊莱克斯。

2012年我国制定了《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》扶持行业发展，提供了很好的平台。

三、智能家庭清洁机器人的技术分支发展趋势分析

智能家庭清洁机器人通常包括路径规划、智能避障以及地面清洁程度检测的研究，以下将针对1996-2014期间三方面进行详细梳理和展望。

路径规划是实现自动清洁的基础。结合障碍物识别技术，随着控制技术的发展，利用遥控技术实现对全部清洁面的覆盖。随着传感器技术的发展，1996年-2006年智能清洁机器人的路线控制成为各国研究的热门，且在2006年-2010年持续增长，在2010之后专利申请量逐渐减低，主要原因在于智能清洁机器人路径规划处于相对成熟时期。在实现机器人的自主行走的基础上，移动清洁机器人的智能避障是该领域迫切需要解决的问题。

韩国光州电子株式会社于2001年提出了清洁机器人的自动避障方法，清洁机器人在检测到障碍物时自动转向避开障碍物。2004年LG电子提出了以螺旋方式进行清扫，且能智能避障行走，并在清扫完毕后进行自动充电的清洁机器人。2004年之后，清洁机器人的智能避障技术得到快速发展。原因在于此阶段国内外人机交互技术取得了长足的进步。在实现清洁机器人的有效避障碍的基础上，清洁机器人的清洁效率及功率损耗有待提高，清洁机器人在清洁时，会一直运动，直到电量消耗完毕为止。因此，灰尘量检测成为清洁机器人面临的又一难题。

2004年，三星电子、LG等公司提出根据地面图像检测地面清洁程度的发明构思，采用照相机拍摄地面的画面，并通过图像处理来确定地面的灰尘量。2006年三星电子通过在线检测地面清洁程度来控制行进速度，并进行自动充电。2007年美国采用红外和摄像头共同作用检测地面的灰尘量，对于灰尘量检测有了进一步的提高。之后，科沃斯提出了对地面清洁程度进行区域划分，对不同清洁程度的区域采用不同的工作模式，从而节约清洁机器人的功率。近年来由于清洁机器人在家庭清洁中需要量的快速增长，家庭清洁机器人逐渐走向智能化。

四、智能清洁机器人的发展展望

通过前文的分析，全自动清洁机器人自2002年以来得到快速发展，但是清洁机器人的工作环境是家庭环境，其实际应用性要求很高且成本很高。因此清洁机器人面临很多问题，比如功率节省、成本低等问题，因而智能清洁机器人将来的发展趋势可以向着清洁效率高、成本低的方向发展。