(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
床面を走行するための駆動手段および操舵手段と、前記床面の清掃等の作業を行なう作業手段と、走行および作業を制御する制御手段を備え、移動しながら作業を行う自走式の移動作業用ロボットであって、本体の方向を計測する方向計測手段と、前記床面に敷かれた絨毯の絨毯目の影響により走行軌跡の方向が前記ロボットの目指す方向とずれる角度を検出する絨毯目検出手段を備えるとともに、前記制御手段は、前記方向計測手段の出力が所定の上下限値内にあるときの前記絨毯目検出手段のずれ角出力を有効として選別する選別処理部を備え、前記絨毯目検出手段からのずれ角出力のうち前記選別処理部により有効と選別して取り入れたずれ角情報のみを直進走行時のずれ角情報として直進走行を制御するようにした移動作業用ロボット。
【請求項２】
床面を走行するための駆動手段および操舵手段と、前記床面の清掃等の作業を行なう作業手段と、走行および作業を制御する制御手段を備え、移動しながら作業を行う自走式の移動作業用ロボットであって、前記床面に敷かれた絨毯の絨毯目の影響により走行軌跡の方向が前記ロボットの目指す方向とずれる角度を検出する絨毯目検出手段を備えるとともに、前記制御手段は、前記駆動手段への入力値を監視する入力監視部と、前記入力監視部の出力が所定の上限値内にあるときの前記絨毯目検出手段のずれ角出力を有効として選別する選別処理部を備え、前記絨毯目検出手段からのずれ角出力のうち前記選別処理部により選別して取り入れたずれ角情報のみを直進走行時のずれ角情報として直進走行を制御するようにした移動作業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動床面掃除機・自動床面仕上げ装置等のように往復移動を繰り返しながら自動的に作業を行う移動作業用ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、作業機器が走行駆動装置、制御手段、およびセンサ類などを備え、自動的に移動しながら作業を行う移動作業用ロボットが種々開発されている。例えば自走式掃除機は、本体底部に吸込みノズルやブラシなどを清掃手段として備え、走行および操舵手段と走行時の障害物を検知する障害物検知手段と位置を認識する位置認識手段とを移動手段として備え、障害物検知手段によって清掃場所の周囲の壁や障害物を検知するとともに、位置認識手段によって清掃区域を認識し、その清掃区域内全体を移動して清掃するものである。
【０００３】
このような自走式掃除機が用いられる場所には絨毯が敷き詰められている場合が多いが、この絨毯の絨毯目により走行方向が影響を受け、絨毯が敷かれていない場合とは異なる方向に進行することが知られており、絨毯目の影響を検出して走行方向を補正する手段が用いられている。この絨毯目とは絨毯の植毛が基布に対して垂直でなく、一方向にやや傾斜している毛並みの状態である。
【０００４】
以下、絨毯目が走行に与える影響について図面を参照しながら説明する。図７は絨毯が敷かれていない平坦な床面上を自走式掃除機が直進走行した走行軌跡を示す平面図である。図において、１は自走式掃除機の本体（以下の説明において、ロボットを単に本体と称す）、実線ａは走行軌跡である。この場合は、絨毯がないので当然絨毯目の影響がなく、本体１の走行軌跡は操作者の希望どおりに実線ａになる。
【０００５】
一方、図８は絨毯が敷かれている床面を本体１が直進走行した時の走行軌跡を示す平面図である。図において、破線ａは操作者が希望する走行軌跡、実線ｂは実際の走行軌跡、矢印は絨毯目の方向である。図８に示したように、絨毯目の方向（毛並みが寝る方向）が、例えば左から右である絨毯の上で本体１を直進走行させると、本体１は所望の破線ａの方向を向いているにもかかわらず、絨毯目の影響により逐次右方向に並行移動する。この現象は、絨毯の毛先に乗った本体１が自重で絨毯目の方向に落ち込んで移動するためと考えられる。その結果、走行軌跡は、破線ａから右へ角度θだけずれた実線ｂになる。このような角度ずれが生じる状態で往復移動した時、直進軌跡間で隙間ができて清掃のやり残し部分が生じたり、逆に軌跡間が狭くなって同じ場所を何回か通過して清掃効率が低下したりする。
【０００６】
上記課題を解決する手段として、ずれ角θを検出し、走行方向を補正する手段が考えられてれる。図９はずれ角θを検出する絨毯目検出手段の一例の構成を示す側面図である。図において、４１は本体１の底部に固定された取付台４８に回転自在に支持された支持軸、４２は支持軸４１にレバー軸４５を介して回動自由に取り付けられたレバー、４３はレバー４２にローラ軸４６を介して回転自在に支持されたローラ、４４はレバー４２を介してローラ４３を床面Ｆに付勢するばねなどの弾性体である。４７は支持軸４１の本体１に対する回転角度を検出する回転検出器、Ｆは床面である。
【０００７】
上記構成においてその動作を説明する。本体１が走行する時、ローラ４３はローラ軸４６を中心にして床面Ｆ上を転がりながら本体１に追従する。この時、本体１に対して自由に方向を変えることのできるローラ４３は、それ自体は絨毯目の影響をほとんど受けず（発明者らは、ローラ４３の接地面積が小さい時に、絨毯目の影響を受けにくいことを確認している）、本体１の走行軌跡の方向を向いて転がる。
【０００８】
したがって、図８に示したように、本体１が破線ａの方向を向きながら絨毯目の影響によって実線ｂに沿って直進する時、ローラ４３は実線ｂの方向を向いている。その結果、本体１の向きとローラ４３の向きとの間に相対的な角度差が生じ、この角度差が絨毯目によって生じるずれ角θである。このずれ角θの大きさは回転検出器４７により検出できる。このずれ角θでずれる分だけ、破線ｃで示したように、本体１を左方向に向けて直進させることにより、走行軌跡が所望の破線ａとなるように走行方向を補正することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の絨毯目検出手段を設けた移動作業用ロボットでは、本体が直進中であっても、落下物や段差を乗り越えたり、障害物を回避したり等によって、絨毯目とは全く関係のないずれ角を検出すると、その情報が走行軌跡の補正にそのまま反映され、意図しない走行軌跡が発生するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するもので、つねに絨毯目による走行ずれだけを正確に検出して、所望の走行作業を行う移動作業用のロボットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するための第１の課題解決手段は、床面を走行するための駆動手段および操舵手段と、前記床面の清掃等の作業を行なう作業手段と、走行および作業を制御する制御手段を備え、移動しながら作業を行う自走式の移動作業用ロボットであって、本体の方向を計測する方向計測手段と、前記床面に敷かれた絨毯の絨毯目の影響により走行軌跡の方向が前記ロボットの目指す方向とずれる角度を検出する絨毯目検出手段を備えるとともに、前記制御手段は、前記方向計測手段の出力が所定の上下限値内にあるときの前記絨毯目検出手段のずれ角出力を有効として選別する選別処理部を備え、前記絨毯目検出手段からのずれ角出力のうち前記選別処理部により有効と選別して取り入れたずれ角情報のみを直進走行時のずれ角情報として直進走行を制御するようにしたものである。
【００１２】
第２の課題解決手段は、床面を走行するための駆動手段および操舵手段と、前記床面の清掃等の作業を行なう作業手段と、走行および作業を制御する制御手段を備え、移動しながら作業を行う自走式の移動作業用ロボットであって、前記床面に敷かれた絨毯の絨毯目の影響により走行軌跡の方向が前記ロボットの目指す方向とずれる角度を検出する絨毯目検出手段を備えるとともに、前記制御手段は、前記駆動手段への入力値を監視する入力監視部と、前記入力監視部の出力が所定の上限値内にあるときの前記絨毯目検出手段のずれ角出力を有効として選別する選別処理部を備え、前記絨毯目検出手段からのずれ角出力のうち前記選別処理部により選別して取り入れたずれ角情報のみを直進走行時のずれ角情報として直進走行を制御するようにしたものである。
【００１３】
【作用】
第１の課題解決手段によれば、選別処理部は所定周期で、方向計測手段から本体方向情報を、絨毯目検出手段からずれ角情報を入力し、本体方向情報に基づいて直進走行時のずれ角情報を選別し、制御手段は前記絨毯目検出手段からのずれ角出力のうち選別されたずれ角情報のみを用いて直進走行を制御し、絨毯目に無関係なずれ角情報を排除して制御する。
【００１４】
第２の課題解決手段によれば、選別処理部は所定周期で、入力監視部から駆動手段への入力値の情報を、絨毯目検出手段からずれ角情報を入力し、駆動手段への入力値に基づいて直進走行時のずれ角情報を選別し、制御手段は前記絨毯目検出手段からのずれ角出力のうち選別されたずれ角情報のみを用いて直進走行を制御し、絨毯目に無関係なずれ角情報を排除して制御する。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の移動作業用ロボットの一実施例について自走式掃除機を例に図面を参照しながら説明する。図１は本実施例の構成を示す縦断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。図において、１は自走式掃除機の本体（以下単に本体と称する）、２Ｌ・２Ｒはそれぞれ左駆動輪と右駆動輪、３Ｌと３Ｒはそれぞれ左減速機４Ｌと右減速機４Ｒを介して左駆動輪２Ｌと右駆動輪２Ｒを駆動する左駆動モータと右駆動モータ、５Ｌと５Ｒはそれぞれ左駆動モータ３Ｌと右駆動モータ３Ｒに接続されたロータリエンコーダ等からなるモータ回転検出器、９は本体１に回転自在に取り付けた従輪である。なお、本体１は駆動モータ３Ｌ、３Ｒと、減速機４Ｌ、４Ｒとにより回転する駆動輪２Ｌ、２Ｒにより左右独立に駆動される。また、駆動モータ３Ｌ、３Ｒの軸回転数がモータ回転検出器５Ｌ、５Ｒにより検出される。
【００１６】
１２は本体１の周囲に突出して設けられた接触検知手段で、その表面は弾性材で構成され、壁面、柱、床面の突起物、段差、家具、人間等の障害物に本体１が接触したときの衝撃を和らげるとともに、その接触を検出する。１４は電動送風機、１５は集塵室、１６および１７はその内部に設けたフィルタ、１８は本体１の底部に設けた床ノズル、１９は床ノズル１８を集塵室１５に連通させている接続パイプである。２１は駆動モータ３Ｌと３Ｒ等を制御し、本体１の動作を制御する制御手段、２２は本体１から周囲の障害物までの距離を計測する測距手段で、本体１の周囲に設けた超音波センサから構成されている。２３は本体１の方向を計測する方向計測手段で、本実施例ではレートジャイロおよびこの出力を積分する積分器等から成っている。２４は本体１の走行中に絨毯目の方向と強さを検出する絨毯目検出手段で、例えば図９に示したものである。３１は装置全体に電力を供給している蓄電池、４５は人が本体１の移動を操作するときの取っ手となるハンドルである。
【００１７】
図３は上記制御手段２１の構成を示すブロック図である。なお、図１および図２と同じ構成要素には同一番号を付与している。図において、モータ回転検出器５Ｌおよび５Ｒ、接触検知手段１２、測距手段２２、方向計測手段２３、絨毯目検出手段２４の出力が制御手段２１に伝達される。制御手段２１は、これらの出力を判断して駆動モータ３Ｌおよび３Ｒに制御信号を出力し、本体１の移動方向と走行距離とを制御する。また、制御手段２１は、清掃走行時には清掃手段である電動送風機１４と床ノズル１８に設けた回転式ブラシとを駆動する。
【００１８】
以下、本実施例における制御手段について説明する。本実施例における制御手段が従来と異なる点は、選別処理部６１を備え、所定周期で、方向計測手段２３から本体方向情報を、絨毯目検出手段２４からずれ角情報を入力し、本体方向情報に基づいて直進走行時のずれ角情報を選別し、選別されたずれ角情報のみを絨毯目による走行ずれの有効出力として活用することにある。
【００１９】
図４は自律走行で清掃を行うときの走行軌跡の一例を示す図である。まず、本体１はスタート位置Ｓから前進を開始し、所定の設定距離Ｌだけ走行するか、あるいは壁面Ｗ１の手前まで走行して停止し、次に、方向を少し右に変えて今度は後進を始める。そして、前進時と同様に、所定の設定距離Ｌだけ走行するか、あるいは壁面Ｗ２の手前まで走行して停止し、再び、方向を少し右に変えて前進を始める。以降、この動作を繰り返して清掃作業を進め、所定の往復数に達するか側方に壁面Ｗ３を検出することにより、清掃作業を終了する。この時、前進と後進の一往復で、あらかじめ決められた清掃幅Ｗだけ清掃方向に進むように走行する。
【００２０】
上記構成においてその動作を説明する。選別処理部６１は上述のように、所定周期で、方向計測手段２３から本体方向情報を、絨毯目検出手段２４からずれ角情報を入力するが、図５は絨毯目情報（ずれ角情報）と本体方向情報の一例を示す波形図であり、本体１が直進走行中に段差を乗り越えた時を例にとっている。図において、本体方向が大きく変化する区間があるが、これは本体１が段差を乗り越える動作に対応するものであり、さらにピークが２ヶ所あるのは、駆動輪２と従輪９がそれぞれ時間差を持って段差を乗り越えていることを示している。
【００２１】
この時、本体方向の変化に伴いずれ角も変化するが、この変化は、絨毯目検出手段２４のローラ４３が、本体１と自身の段差乗り越え動作に追従した結果であり、絨毯目によるずれ角を表すものではない。そこで、選別処理部６１は、本体方向情報に対してあらかじめ所定の上限値と下限値を備え、上限値と下限値を越えた区間（図で時間ｔ１からｔ２までの区間）の絨毯目情報を絨毯目に無関係として排除し、これ以外の区間の情報を有効として抽出する。そして、制御手段２１は選別された有効出力のみを活用して絨毯目によるずれ角の補正を行う。
【００２２】
以上のように、本実施例の移動作業用ロボットによれば、選別処理部６１を備えて、本体方向の上限値と下限値に基づいて直進走行時のずれ角情報を選別し、選別されたずれ角情報のみを用いて走行を制御することにより、所望の走行軌跡を得ることができる。
【００２３】
なお、段差の形態（高さ、形状、本体１との角度等）が異なったり、段差でなく落下物であったり、障害物回避時にも、本実施例を適用できる。
【００２４】
また、選別処理部６１の選別を、本体方向を設定した上限値と下限値と比較することとしたが、本体方向でなくその変化率により行うのでもよい。
【００２５】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、本実施例の基本構成は図１および図２に示した構成と同じとし、また、絨毯目検出手段の構成も図９に示した構成と同じとして、詳細な説明を省略する。また、走行のパターンも図４に示したパターンとする。
【００２６】
次に本実施例における制御手段について図３を参照しながら説明する。なお、その構成は基本的には前記実施例１と共通なので、相違部分についてのみ説明する。制御手段２１は入力監視部７０を備え、駆動モータ３Ｌ、３Ｒを駆動制御するために動力源から供給される入力値（本実施例では電流値あるいは電力値）を監視し、選別処理部６１は、所定周期で、入力監視部７０から駆動モータ３Ｌ、３Ｒへの入力値情報を、絨毯目検出手段２４からずれ角情報を入力し、入力値情報に基づいて直進走行時のずれ角情報を選別し、選別されたずれ角情報のみを絨毯目による走行ずれの有効出力として活用する。
【００２７】
上記構成においてその動作を説明する。選別処理部６１は、所定周期で、入力監視部７０から入力値情報を、絨毯目検出手段２４からずれ角情報を入力するが、図６は絨毯目情報（ずれ角情報）と入力値情報の一例を示す波形図であり、本体１が直進走行中に段差を乗り越えた時を例にとっている。図において、入力値が大きく変化する区間があるが、これは本体１が段差を乗り越える動作に対応するものであり、さらにピークが２ヶ所あるのは、駆動輪２と従輪９がそれぞれ時間差を持って段差を乗り越えていることを示している。つまり、段差乗り越えという不規則な動作によって本体１に加速度が生じたため、この加速度に抗して本体１を駆動制御しようとするために入力値が上昇したものである。この時、本体方向の変化（実施例１参照）に伴いずれ角も変化するが、この変化は、絨毯目検出手段２４のローラ４３が、本体１と自身の段差乗り越え動作に追従した結果であり、絨毯目によるずれ角を表すものではない。そこで、選別処理部６１は、入力値情報に対してあらかじめ所定の上限値を備え、これをを越えた区間（図で時間ｔ１からｔ２までの区間）の絨毯目情報を絨毯目に無関係として排除し、これ以外の区間の情報を有効として抽出する。そして、制御手段２１は選別された有効出力のみを活用して絨毯目によるずれ角の補正を行う。
【００２８】
以上のように、本実施例の移動作業用ロボットによれば、選別処理部６１を備えて、駆動モータ３Ｌ、３Ｒへの入力の上限値に基づいて直進走行時のずれ角情報を選別し、選別されたずれ角情報のみを用いて走行を制御することにより、所望の走行軌跡を得ることができる。
【００２９】
なお、段差の形態（高さ、形状、本体１との角度等）が異なったり、段差でなく落下物であったり、障害物回避時にも、本実施例を適用できる。
【００３０】
また、選別処理部６１の選別を、駆動モータ３Ｌ、３Ｒへの入力値と設定上限値との比較によるとしたが、実際には床面に敷かれている絨毯の種類によって走行負荷の大小があり、設定値を決めにくい場合もある。その時は入力値ではなく入力値の変化率により行うのでもよい。
【００３１】
また、入力監視部７０は駆動モータ３Ｌ、３Ｒの入力値を監視するとしたが、監視する対象としては、左駆動モータ３Ｌと右駆動モータ３Ｒの和でも、それぞれ個々にでも、左右どちらか一方のみでもよく、限定するものではない。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、請求項１の発明によれば、選別処理部を備えて、本体方向情報に基づいて直進走行時のずれ角情報を選別し、選別されたずれ角情報を用いて走行を制御することにより、落下物や段差を乗り越えたり、障害物を回避したり等によって、絨毯目検出手段が絨毯目とはまったく関係のないずれ角を検出しても、これを排除するので、このような絨毯目の異常によるずれのない所望の走行軌跡で移動作業を行うことができる。
【００３３】
また、請求項２の発明によれば、入力監視部を備え、この入力監視部の入力値情報で段差、落下物等を乗り越えるタイミングを検出し、このタイミングにおける絨毯目検出手段からのずれ角情報を排除しているので、絨毯目の異常によるずれのない所望の走行軌跡で移動作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示す移動作業ロボットの縦断面図
【図２】  図１におけるＡ−Ａ断面図
【図３】  同移動作業用ロボットの制御手段とその周辺の構成を示すブロック図
【図４】  同移動作業用ロボットの自律走行パターンの一例を示す図
【図５】  同移動作業用ロボットの絨毯目検出手段のずれ角および本体方向の状況と選別処理部の処理を示す波形図
【図６】  本発明の第２の実施例における移動作業用ロボットの絨毯目検出手段のずれ角および駆動手段への入力レベルの状況と選別処理部の処理を示す波形図
【図７】  移動作業用のロボットが直進走行する走行軌跡を示す平面図
【図８】  移動作業用のロボットが絨毯目の影響を受けて直進走行する走行軌跡を示す平面図
【図９】  移動作業用のロボットに使用されている絨毯目検出手段の構成を示す側面図
【符号の説明】
１  本体（ロボット）
２  駆動輪（操舵手段）
３  駆動モータ（駆動手段）
１８  床ノズル（作業手段）
２１  制御手段
２３  方向計測手段
２４  絨毯目検出手段
６１  選別処理部
７０  入力監視部
【図１】
0003713734.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003713734.tif 000008
【図８】
0003713734.tif 000009
【図９】
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