うんちく星人の雑学部屋

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便利な家電「ロボット掃除機」には2種類のタイプがある?

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こんにちは。うんちく星人です。

秋に入りましたね。

私は北海道に住んでいるのでもう半袖じゃ過ごせません(泣)

1年なんてあっという間ですから、すぐに冬が訪れることでしょう。

実は冬は厚い布団や毛布、服を着るため一番埃が溜まる季節です。

また、寒いし家の掃除もしたくなくなる季節でもあります。

そこで便利なのがロボット掃除機。黙っていても勝手に掃除してくれる頼もしいやつです。

今回はロボット掃除機の自動運転の仕組みを紹介したいと思います!

 

ロボット掃除機の移動方法は2種類ある

ロボット掃除機には、今はやりの人工知能AI)とたくさんのセンサーがついています。

このセンサーを駆使して人工知能で分析し、部屋の障害物や広さを把握して移動します。

この把握方法は2種類存在します。

一つ目は、行き当たりばったりで動いているように見えるタイプです。このタイプは障害物にぶつかるたびに進路を変えて移動しておおよその場所を把握します。まるで、真っ暗闇の中で人が手探りで部屋の様子を探るようにして把握するのです(笑)

二つ目は、あらかじめ部屋の大きさや様子を把握し、「地図」を作った上で人工知能が移動経路を考えて動くタイプです。

では、それぞれの仕組みを見ていきましょう。

①手探りで場所を把握して移動するタイプ

現在売られているロボット掃除機の多くは、手探りで場所を把握するタイプです。

一見するとランダムに動いているように見えますが、動きながら場所を把握し、同じ場所を何度か通るようにして漏れのないように動きます。

このタイプは、タッチセンサーや障害物に近づいたことを感知する超音波センサー、赤外線センサーなどを使って、壁や障害物に近寄ったりぶつかったりしながら部屋の方向を探ります。条件反射的に動くのが特徴です

そして、距離センサーが進んだ距離、ジャイロセンサーが回転角度を感知することによって自分がいる場所を把握します。また、車輪がスリップした場合には加速度センサーそれを検知し、走行距離を補正します。

イスの脚にぶつかった場合にはイスの脚の周囲を一回りするなど、人工知能が状況に応じて判断しながら掃除をすることになります。

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手探りで移動するタイプのイメージ



「センサーセンサーって、、、センサー多すぎだろ」て思う方もいらっしゃると思うのでそれぞれのセンサーが使われてる身近なモノをご紹介します。

タッチセンサー:リモコンのボタン、部屋の電気のスイッチなど

赤外線センサー:自動ドア、暗視スコープ、

超音波センサー:バックモニター付き自動車の駐車支援システム、妊娠やがんのエコー検査

距離センサー:超音波センサーや赤外線センサーのことです。

ジャイロセンサー:カメラの手振れ補正、カーナビの横方向の移動測定

加速度センサースピードメータースマホの縦横画面切り替え検知、カーナビの縦方向の移動測定、エアバッグ

 

ちなみに、障害物を避けるのに赤外線センサーと超音波センサーの2つが必要なのは、それぞれメリットデメリットがあるからです。

赤外線は検出精度が高いぶん、透明なものや鏡などは検出しづらく測定範囲が狭いのですが、超音波は精度が低い分、障害物の材質問わず測定することができ測定範囲も広いです。この2つを組み合わせることでより正確に障害物を検出しています。

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②あらかじめ地図をつくって移動するタイプ

このタイプのロボット掃除機に使われているのはSLAMと呼ばれる技術です。

SLAMはSimultaneous Localization and Mappinngの略で、要は自分のいる位置の把握と自分が掃除する場所の地図作成を同時に行うということです。これらを同時に処理することによって、自分自身の動きを制御することができます。

具体的には、光学カメラで部屋の天井や壁を撮影したり、レーザーや超音波、赤外線などを周囲に射出し、その戻り具合によって壁までの距離を計測するなどして部屋の地図を作ります。その地図をもとに、人工知能が効率的な移動方法を考えて動くのです。

このため、まるで意思を持っているかのように部屋を直線的に動いて、効率よく掃除をしてくれます。このため、①のタイプより掃除時間が短いです

ただし、地図はあくまでもおおよその地図なので、椅子などの障害物に当たることもあります。その場合には、手探りで場所を把握する①のタイプと同じように、イスの脚をぐるっと一回りするなどの動きをすることになります。

つまり、①のタイプに、地図を作る機能が付加されたタイプの掃除機といえます。

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地図を作るタイプのイメージ図

ロボット掃除機の疑問

疑問①階段から落ちないのはなぜ?

ロボット掃除機が階段から落ちないのは、掃除機の底に下向きに付けられた赤外線センサーがあるからです。このセンサーが床までの距離を測定し、階段や玄関のふちを検知しているのです。

また、赤外線センサーは床の凹凸も検知できるため、絨毯とフローリングの違いも認識することができます。

疑問②吸引の強弱はどうやって決めている?

絨毯の上に行くと吸引力が高まるのは赤外線センサーのおかげです。赤外線センサーによって人工知能が絨毯と判断すると吸引力が高まるようにプログラムされています。

またごみの多い場所に行くと、まるでごみを見つけたかのように吸引力がアップします。しかし、掃除機の底にカメラがついているわけではありません。では、一体どうやってゴミが多い場所と判断するのでしょう?

これは、吸い込み口についている光センサーによってごみの通過量を感知したり、ゴミが吸い込まれることによって生じる音(周波数)の変化を感知するなど、ゴミを吸い込んでから「ゴミがあるな」と感知するわけです。

疑問③どうやって充電場所まで戻る?

充電場所(ドック)から赤外線が出ており、その赤外線を頼りに戻っていきます。ドックは、灯台のような役目を持っているわけですね。

ロボット掃除機のデメリット

さて、ここまでロボット掃除機の仕組みを紹介してきましたが、もちろんロボット掃除機にもデメリットはあります。

私が考えたデメリットをあげると、

・比較的高額

・隙間などのゴミは吸えない

・液体を吸い上げると拡散する

・床に小物を置けない

・家具を傷つける可能性がある

・階段一段一段掃除できない

・蹴とばしちゃう

・ペットがいる場合、ペットのストレスにつながる

・掃除時間が長い=うるさい時間が長い

・フィルター交換など結局メンテナンスは必要

これだけあります。

今後、これらの問題を解決してくれるロボット掃除機が出てくれるといいですね。

まとめ

いかがでしたでしょうか。

今回はロボット掃除機の仕組みをご紹介しました。

調べてみるとたくさんのセンサーがついており、それらのセンサーがさまざまなものに活用されていることがわかりました。

また近年は、人工知能の発展が目覚ましく、自動運転技術や人型作業ロボットの開発が進んでいます。そいいったものに必ず使用されているセンサーの仕組みや特徴を調べておくことも安全性などを理解するうえで重要ではないでしょうか。

全自動化という意味では、ロボット掃除機は時代のパイオニアと言えるでしょう。

 

では次回の雑学もお楽しみに!