(57)【要約】【課題】床上に空間を開けて配置される障害物の下や、段差のような障害物を検出して進入できるか否かを判断することできる自走式機器を提供する。【解決手段】筐体と、筐体を走行させかつ方向転換させる駆動部と、走行経路上の障害物を検出する複数の障害物センサーと、それぞれの障害物センサーの検出に基づいて前記駆動部による筐体の走行および方向転換を制御する制御部とを備え、各障害物センサーは、他の障害物センサーと鉛直方向における検出範囲が異なるように鉛直面内における指向の向きおよび／または位置を異ならせて前記筐体の所定の位置にそれぞれ配され、前記制御部は、それぞれの障害物センサーを用いて走行面上の複数の方向の障害物を検出しかつ筐体を前記走行面上で方向転換させて各障害物センサーに同一の障害物を検出させてみて、その障害物の鉛直方向の配置を判断することを特徴とする自走式機器。【選択図】図８
2014013551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
筐体を走行させかつ方向転換させる駆動部と、
走行経路上の障害物を検出する複数の障害物センサーと、
それぞれの障害物センサーの検出に基づいて前記駆動部による筐体の走行および方向転換を制御する制御部とを備え、
各障害物センサーは、他の障害物センサーと鉛直方向における検出範囲が異なるように鉛直面内における指向の向きおよび／または位置を異ならせて前記筐体の所定の位置にそれぞれ配され、
前記制御部は、それぞれの障害物センサーを用いて走行面上の複数の方向の障害物を検出しかつ筐体を前記走行面上で方向転換させて各障害物センサーに同一の障害物を検出させてみて、その障害物の鉛直方向の配置を判断することを特徴とする自走式機器。
【請求項２】
前記障害物センサーは基準センサーおよび上向きセンサーを含み、前記上向きセンサーは、鉛直方向における検出範囲の下限が基準センサーの検出範囲の下限よりも高い位置にあり、
前記制御部は、前記基準センサーが障害物を検出したときに筐体を方向転換させて前記上向きセンサーにその障害物を検出させてみて、前記上向きセンサーが障害物を検出するときはその障害物の方向に走行できないと判断するが、前記上向きセンサーが障害物を検出しないときはその障害物の上を前記筐体が乗越えられると判断する請求項１に記載の自走式機器。
【請求項３】
前記障害物センサーは基準センサーおよび下向きセンサーを含み、前記下向きセンサーは、鉛直方向における検出範囲の上限が基準センサーの検出範囲の上限よりも低い位置にあり、
前記制御部は、前記基準センサーが障害物を検出したときに筐体を方向転換させて前記下向きセンサーにその障害物を検出させてみて、前記下向きセンサーが障害物を検出するときはその障害物の方向に走行できないと判断するが、前記下向きセンサーが障害物を検出しないときはその障害物の下の隙間を前記筐体が走行できると判断する請求項１または２に記載の自走式機器。
【請求項４】
前記障害物センサーは、前記基準センサー、前記下向きセンサーおよび前記上向きセンサーを備え、
前記制御部は、前記基準センサーが障害物を検出したときに筐体を方向転換させて前記上向きセンサーおよび前記下向きセンサーにその障害物をそれぞれ検出させてみて、いずれも障害物を検出するときはその障害物の方向に走行できないと判断し、いずれか一方のみが障害物を検出するときは前記筐体が乗越えられるかまたは下の隙間に進入できる障害物であると判断する請求項３に記載の自走式機器。
【請求項５】
各障害物センサーは測距センサーであり、鉛直方向における前記検出範囲は前記筐体から予め定められた距離だけ離れた位置での検出範囲であり、
前記制御部は、何れかの障害物センサーが障害物を検出したとき、その障害物から前記距離だけ手前で筐体を停止させ、筐体を方向転換させて各障害物センサーにその障害物を検出させてみる請求項１〜４の何れか一つに記載の自走式機器。
【請求項６】
各障害物センサーは、他の障害物センサーと同一の指向特性を有する請求項４に記載の自走式機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自走式機器に関し、特に、自走式機器の進行方向前方の障害物を検出する機能を備えた自走式機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
前方の障害物を検出する前方センサー、左側方および右側方の障害物を検出する左段差センサーおよび右段差センサーを備えて自走するロボットクリーナーが知られている（特許文献１）。この特許文献１に記載のロボットクリーナーは、掃除開始前に、その場で１回転して前方センサー、左段差センサーおよび右段差センサーからの出力を基に、自走式機器の周囲に障害物が存在するか否か判断する。障害物が存在する場合は、その障害物を回避して走行し掃除する。
また、検出高さが異なる複数のセンシング手段を備え、検出対象の物体までの距離を測定する自走式掃除機が特許文献２により公知である。特許文献２に記載の自走式掃除機は、複数の光学式センサーによって障害物までの距離を検出し、最短の距離まで自走式掃除機を近づくよう走行を制御するものである。この制御により、台所の収納棚のように高さ方向凹凸のある障害物、又は自走式機器の進行方向に凹凸がある壁があっても障害物のすぐ傍まで掃除できるようにするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１６０２２号公報
【特許文献２】特開２００６−４３０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載されたロボットクリーナーは、掃除前に周囲に存在する障害物を検出して、障害物が存在する場合は、回避して走行し掃除するものである。また、特許文献２に記載された自走式掃除機は、高さ方向又は進行方向に凹凸のある障害物のすぐ傍まで近づいて掃除することができるものである。
しかしながら、室内には、脚付きベッドや家具、或いは椅子のように床上に空間を開けて配置される障害物がある。そのような、床上に空間を開けて配置される障害物は、その下に潜り込んで走行し、掃除することが望まれる。また、室内には、じゅうたんやカーペット或いは敷居のように床上に段差のある障害物がある。自走式機器はじゅうたんやカーペット或いは敷居のように床上からの段差が小さい障害物は乗り越えて走行し、掃除することが望まれる。
本発明は、このような問題に鑑みて、床上に空間を開けて配置される障害物の下や、段差のような障害物を検出して進入できるか否かを判断することできる自走式機器を提供するものである。床上に空間を開けて配置される障害物とは、例えば脚付きベッドや家具、或いは椅子である。自走式機器は、可能であれば障害物の下に潜り込んで走行する。また、段差は、例えば床上にあるじゅうたんやカーペットの縁の部分、或いは敷居のようなものに相当する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は、筐体と、筐体を走行させかつ方向転換させる駆動部と、走行経路上の障害物を検出する複数の障害物センサーと、それぞれの障害物センサーの検出に基づいて前記駆動部による筐体の走行および方向転換を制御する制御部とを備え、各障害物センサーは、他の障害物センサーと鉛直方向における検出範囲が異なるように鉛直面内における指向の向きおよび／または位置を異ならせて前記筐体の所定の位置にそれぞれ配され、前記制御部は、それぞれの障害物センサーを用いて走行面上の複数の方向の障害物を検出しかつ筐体を前記走行面上で方向転換させて各障害物センサーに同一の障害物を検出させてみて、その障害物の鉛直方向の配置を判断することを特徴とする自走式機器を提供する。
【０００６】
ここで、自走式機器は、例えば、自走式掃除機または自走式空気清浄機であり、その他にロボットのように自立走行する機器なども指す。また、駆動部は、筐体を走行させるために、例えば進行方向に直交して回転軸が配置された左右の駆動輪をそれぞれ備える。この場合、左右の駆動輪を同方向に同じ回転速度で回転すると直進走行し、一方の回転速度を変えると、回転速度の遅い方に方向転換する。また、２つの駆動輪を互いに逆方向に回転させると、その場で筐体が旋回する。このように、２つの駆動輪の回転速度を制御することにより、直進走行、曲線走行、または回転運動を制御することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の自走式機器において、各障害物センサーは、他の障害物センサーと鉛直方向における検出範囲が異なるように鉛直面内における指向の向きおよび／または位置を異ならせて前記筐体の所定の位置にそれぞれ配され、前記制御部は、それぞれの障害物センサーを用いて走行面上の複数の方向の障害物を検出しかつ筐体を前記走行面上で方向転換させて各障害物センサーに同一の障害物を検出させてみて、その障害物の鉛直方向の配置を判断するので、走行面上の複数の方向の障害物を同時に検出できるだけでなく、各障害物センサーに同一の障害物を検出させてみて、その障害物の鉛直方向の配置を判断できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の自走式機器の横断面図を示す。
【図２】本発明の自走式機器１の斜視図を示す。
【図３】本発明の自走式機器のブロック図を示す。
【図４】本発明の自走式機器を用いて、障害物までの距離を測定する場合の自走式機器の一部断面図を示す。
【図５】本発明の自走式機器の各障害物センサーの高さ方向の検出範囲の例および障害物によって走行が可能か否かを表す一覧表を示す。
【図６】図４に対応し、本発明の自走式機器を用いて、障害物までの距離を測定する場合の自走式機器の縦断面図を示す。
【図７】本発明の自走式機器を用いて、下向きセンサーによって、障害物を検出する場合の自走式機器の一部断面図を示す。
【図８】図７に対応し、本発明の自走式機器を用いて、上向きセンサーによって、障害物までの距離を測定する場合の自走式機器の斜視図を示す。
【図９】本発明の自走式機器を用いて、上向きセンサーによって、障害物を検出する場合の自走式機器の一部断面図を示す。
【図１０】図９に対応し、本発明の自走式機器を用いて、下向きセンサーによって、障害物までの距離を測定する場合の自走式機器の斜視図を示す。
【図１１】本発明の自走式機器の制御フロー図を示す。
【図１２】本発明の自走式機器を用いて、上向きセンサーによって、障害物を検出する場合の自走式機器の一部断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いてこの発明を詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
≪自走式機器の構成≫
以下には、本発明の自走式機器を実施形態により説明する。
図１は、本発明の自走式機器の横断面図を示し、自走式機器１は、外側を覆う筐体内に自走式機器の進行方向に直角に配置した回転軸にそれぞれ駆動輪２ａ、２ｂを備える。２つの駆動輪２ａと２ｂはそれぞれ独立し、駆動モータ３ａと３ｂによって駆動される。駆動モータ３ａと３ｂは制御部によって制御され、２つの駆動モータ３ａと３ｂが同方向に同じ速度で駆動されるときは、自走式機器は直進走行する。しかし、いずれか一方の駆動モータの回転数を低くすると、自走式機器は回転数の低い駆動輪の方に曲がる曲線走行する。また、２つの駆動輪を互いに逆方向に回転させると、その場で回転運動する。このように、２つの駆動輪の回転速度を制御することにより、直進走行、曲線走行、または回転運動を制御することができる。駆動輪２ａ、２ｂおよび駆動モータ３ａと３ｂは、この発明に係る駆動部に相当する。さらに、筐体内には、駆動モータ３ａ、３ｂなどへ電力を供給するバッテリー７がある。
【００１０】
自走式機器１は、側面走行方向前方に、例えば超音波距離送信機および超音波受信器よりなる基準センサー４を備え、さらにその右側に、同型の超音波距離送信機および超音波受信器よりなる上向きセンサー５を備える。またさらに、左側にも、同型の超音波距離送信機および超音波受信器よりなる下向きセンサー６を備える。基準センサー４は、自走式機器の前方に配置する必要がある。なお、上向きセンサー５および下向きセンサー６の配置は一例である。上向きセンサー５および下向きセンサー６は互いに干渉しないように右側または左側に所定距離を開けて配置してもよい。
測距センサーは、超音波を使用する以外に、赤外光やレーザー光を使用してもよい。赤外光を用いる場合、測距センサーは赤外線発光器と赤外線受光器により構成することができる。レーザー光を用いる場合、測距センサーはレーザー発光器とレーザー受光器により構成することができる。
【００１１】
前記上向きセンサー５の指向性は、自走式機器が障害物を検出したときに停止する位置から障害物までの所定距離と、自走式機器が潜り込める高さによって決められる角度を有する。また、前記下向きセンサー６の指向性は、自走式機器が障害物を検出したときに停止する位置から障害物までの所定距離と、自走式機器が乗り越えられる高さによって決められる角度を有する。このような指向性は、超音波距離送信機および超音波受信器を用いる場合はホーンや音響レンズを設けて所望の特性に調整することができる。また、赤外線発光器と赤外線受光器を用いる場合は赤外線発光器（ＬＥＤ）の前方にレンズを設けたり、フードを設けたりすることにより所望の指向性を得ることができる。または、赤外線受光器の前方にレンズを設けたり、フードを設けたりすることにより所望の指向性を得ることができる。レーザー光を用いる場合も赤外線と同様である。ただし、レーザー光の場合は指向性が先鋭すぎることも考えられる。その場合は、先鋭なレーザービームを所定角度に渡って走査させることによって指向性を広げることができる。
【００１２】
自走式機器１は、掃除機である場合、塵埃を収集するフィルター、吸引口、排気口を備える。さらに、吸気口から排気口へ空気を吸込み、排気するファンおよびファンモータ、塵埃を収集するメインブラシ、サイドブラシ、塵埃を分離収集するダストボックスを備える。また、フィルターの目詰まりセンサー、制御部、その他を備える。ただし、ここではそれらの図示を省略している。また、自走式機器１が空気清浄機である場合は、イオン発生器、空気汚れセンサー、制御部、その他を備えるが、ここでは図示を省略している。
【００１３】
図２は、本発明の自走式機器１の斜視図を示し、特に、基準センサー４、上向きセンサー５および下向きセンサー６を示す。図２に示すように、自走式機器１が通常走行する場合、基準センサー４は、自走式機器１の筐体側面の走行方向前方に配置され、走行方向前方の障害物を検出する。また、上向きセンサー５は、自走式機器１の筐体側面の走行方向右側に配置され、走行方向右前方の障害物を検出する。また、下向きセンサー６は、自走式機器１の筐体側面の走行方向左側に配置され、走行方向左前方の障害物を検出する。なお、自走式機器表面に示した一点鎖線は、基準センサー４、上向きセンサー５および下向きセンサー６の配置位置を示す。自走式機器の外側に示した一点鎖線は、基準センサー４の検出面を示す。
【００１４】
図３は、本発明の自走式機器のブロック図を示し、自走式機器１は、制御部２１にメインコントローラ２２と、メモリ２３、計算部２４を備える。メモリ２３は、自走式機器１の走行、および自走式機器の動作を制御するプログラムを格納する不揮発性のメモリを含む。メインコントローラ２２は、ＣＰＵを主体とするハードウェアであり、メモリ２３から順次所要のプログラムを読み出し、プログラムに従って順次処理を実行する。計算部は、計算用のハードウェアであり、デジタルシグナルプロセッサまたは数値演算プロセッサを主体とするハードウェアである。ただし、ハードウェア資源としてはメインコントローラ２２と共通のＣＰＵを用いソフトウェアで計算の処理を行ってもよい。
【００１５】
制御部２１は、右駆動輪モータドライバ２５、左駆動輪モータドライバ２７、ファンモータドライバ２９と接続され、これらドライバの動作を制御する。右駆動輪モータドライバ２５は、右走行用モータ２６（図１の駆動モータ３ａに対応）に接続され、右走行用モータ２６を駆動する。左駆動輪モータドライバ２７は、左走行用モータ２８（図１の駆動モータ３ｂに対応）に接続され、左走行用モータ２８を駆動する。右走行用モータ２６および左走行用モータ２８の駆動により、自走式機器１は直進走行、または曲線走行、または回転する。ファンモータドライバ２９は、ファンモータ３０を駆動する。ファンモータ３０はファンを駆動し、自走式機器に設けた吸引口より空気を吸込み、フィルターを通して排気口より排気する。この気流により、塵埃を分離してダストボックスに塵埃を収集する。即ち、掃除を行なう。
【００１６】
自走式機器が掃除機の場合、これら以外に、温度センサー、フィルター汚れセンサー、湿度センサーのような各種センサーを備えている。また、温度管理範囲、湿度管理範囲、フィルター汚れ管理範囲のような管理テーブルが必要となるが、詳細の説明は省略する。また、自走式機器が空気清浄機である場合は、吸気した空気中の汚れ等を捕捉、におい等を分解する活性炭等を備えるフィルターを備え、必要に応じてイオン発生器、イオン濃度検出器などが設けられる場合があるが、詳細の説明では省略する。
また、制御部２１には、基準センサー４、下向きセンサー６および上向きセンサー５が接続され、これらセンサー出力より、計算部２４によって障害物までの距離の計算が行なわれる。この計算の詳細は、図７および図９を使用して説明する。
【００１７】
本発明の自走式機器１は、以上のように構成される。自走式機器１が図４（横断面図）に示すように紙面下方より上方へ直進走行している場合に障害物５１が前方に検出されたとする。図６（側面図）では、紙面右側より左側へ直進走行している場合、進行方向前方に障害物５１が現れたことに相当する。ここで、自走式機器１は、図４の場合は、紙面上方へ更に直進走行すると、障害物５１から所定距離Ｌだけ離れた位置に達する。図６の場合は、紙面左側へさらに直進走行すると、障害物５１から所定距離Ｌだけ離れた位置に達する。この所定距離Ｌは、後述するように上方障害物または下方障害物を計算するのに都合のよい距離である。
基準センサー４が超音波発信機と超音波受信機よりなる場合、超音波発信機より超音波が発射され、障害物５１で反射して超音波受信機により受信される。制御部２１は、発信器が超音波を発射するときから、受信器がその超音波を受信するまでの時間を測定する。測定された時間と予めメモリ２３に格納した超音波の音速とから次の距離を求める。即ち、超音波発信機から障害物までの距離と、障害物から超音波受信機までの距離との和を求める。この計算は、計算部２４によって実行される。求められた距離の半分が、自走式機器１から障害物５１までの距離である。なお、超音波の音速は、空気の温度に依拠するので、温度センサーと、温度と音速の関係表を、メモリ２３に格納しておくことが望ましい。
【００１８】
なお、走行中は筐体の全幅より広い範囲で前方の障害物を検出する必要があり、さらに方向転換する場合のために側方の障害物も検出する必要がある。よって、走行中に制御部２１は基準センサー４、下向きセンサー６および上向きセンサー５をそれぞれ動作させて前方および側方の広い範囲に渡って障害物を検出させる。そして、検出結果に基づいて左右の駆動モータ３ａおよび３ｂを制御する。
【００１９】
≪上方障害物の検出と判断≫
次に、本発明の自走式機器１によって、上方に存在する上方障害物５２を検出し、その高さを計算する場合を説明する。
図４および図６に示したように制御部２１は、自走式機器１が走行して障害物５１までの距離が障害物から所定の距離Ｌに達したときに距離Ｌの手前から減速させ、距離Ｌで停止するように制御する。停止後、自走式機器１は下向きセンサー６が走行方向前方になるよう筐体を所定の角度だけ旋回させる。そして、下向きセンサー６の発信器６ａに超音波を発信させて障害物で反射した超音波を受信器６ｂに受信させる。
【００２０】
図５（ａ）に、本発明の自走式機器の各障害物センサーの高さ方向の検出範囲の例を示す。図５（ａ）のセンサー「Ｒ」は上向きセンサー５に対応し、センサー「Ｃ」は基準センサー４に対応し、センサー「Ｌ」は下向きセンサー６に対応する。このように、図５（ａ）に示す「Ｃ」、「Ｒ」および「Ｌ」の各センサーは、水平方向において床面５０上の前方、右側側方および左側側方の異なる方向にある障害物をそれぞれ検出する。同時に、高さ方向において「Ｃ」、「Ｒ」および「Ｌ」の各センサーは異なる検出範囲をカバーする。「Ｃ」の基準センサー４は、下方障害物と上方障害物をいずれも検出し得るように取付けられている。これに対して「Ｒ」の上向きセンサー５は、上方障害物のみを検出し、「Ｌ」の下向きセンサー６は下方障害物のみを検出するように検出範囲が設定されている。即ち、図５（ａ）は、距離Ｌだけ離れた位置にある障害物を各センサー検出するときの検出範囲を示している。鎖線で示す枠線は、それよりも下方に障害物があった場合乗越えることができ、また、その枠線よりも上方に障害物があった場合その下の隙間に進入することができる範囲を示している。以下、これを進入可能範囲と呼ぶ。進入可能範囲の高さをＦとする。
【００２１】
高さ方向の検出範囲をより詳細に説明する。図５（ａ）に「Ｃ」で示す基準センサー４は、所定の距離Ｌだけ離れた位置において、検出範囲Ｃｆ、ＣｔおよびＣｂをカバーするように取付けられている。Ｃｆは、進入可能範囲と重複する検出範囲であり、Ｃｔは進入可能範囲の上限を超えた検出範囲である。そしてＣｂは、進入可能範囲の下限を超えた検出範囲である。図５（ａ）に「Ｒ」で示す上向きセンサー５は、進入可能範囲と重複する検出範囲Ｒｆおよび進入可能範囲の上限を超えた検出範囲Ｒｔを有するように取付けられている。また、図５（ａ）に「Ｌ」で示す下向きセンサー６は、進入可能範囲と重複する検出範囲Ｌｆおよび進入可能範囲の下限を超えた検出範囲Ｌｂを有するように取付けられている。
【００２２】
図６には、図５（ａ）のうちセンサー「Ｃ」に対応する基準センサー４について、検出範囲Ｃｂ、ＣｆおよびＣｔを示している。基準センサー４は、超音波を放射する発信器４ａと放射された超音波が障害物に反射して帰ってくるのを受信する受信器４ｂを有する。受信器４ｂは、障害物から距離Ｌだけ離れた位置で、進入可能範囲の下限よりも下方にＣｂの検出範囲を有しており、かつ、進入可能範囲の上限よりも上方にＣｔの検出範囲を有して取付けられている。よって、進入可能範囲よりもやや上方に障害物があるときや、進入可能範囲よりもやや下方に障害物があるときにも、その障害物を検出する。
図７は、図５（ａ）のうちセンサー「Ｌ」に対応する下向きセンサー６について、検出範囲ＬｂおよびＬｆを示している。図７に示すように、下向きセンサー６の受信器６ｂは、受信器６ｂを通る水平面に対して仰角αの方向を検出範囲の上限とするような指向特性を有して取付けられている。距離Ｌだけ離れた位置に置いて、下向きセンサー６の検出範囲の上限は進入可能範囲の上限と一致するように取付けられている。なお、これは説明を簡単にするためであり、実際には全高Ｔよりもやや高くなるように取付けられる。制御部２１は、下向きセンサー６の発信器６ａから超音波を放射させる。進入可能範囲よりも下方に障害物がある場合は、その超音波は反射されて受信器６ｂによって受信され、障害物が検出される。しかし、進入可能範囲よりも上方にある障害物がある場合、超音波は反射されないので、受信器６ｂによる受信出力は得られない。図７はこの状態を示しており、進入可能範囲よりも上方にある障害物がある場合である。
【００２３】
よって、下向きセンサー６の受信器６ｂに受信出力が得られないとき、上方障害物５２の床面５０からの高さが自走式機器１の全高Ｔより高いといえる。この場合、制御部２１は、自走式機器１が上方障害物５２の下に潜り込んで進入可能であると判断する。逆に、受信器６ｂに受信出力が得られた場合、制御部２１は、自走式機器１が上方障害物５２の下に進入することはできず、上方障害物５２の手前で走行方向を変える必要があると判断する。
また、図７に示す例では、基準センサー４と下向きセンサー６とは、鉛直方向における検出範囲が互いに異なるように鉛直面内における指向の向きを異ならせて配置されている。変形例として、基準センサー４と下向きセンサー６との取付け位置を鉛直方向に異ならせることも考えられる。図７に示す自走式機器１では全高Ｔが小さいが、全高Ｔが大きな自走式機器では取付け位置を異ならせることによって鉛直方向における検出範囲が互いに異なるようにできる。
【００２４】
図８は、基準センサー４が障害物、例えば食器棚５３を検出し、食器棚５３の手前距離Ｌの位置で走行停止している様子を示す。この状態から制御部２１は、下向きセンサー６が自走式機器１の走行方向前方になるように筐体を回転させて下向きセンサー６が食器棚５３を検出するか否かを調べる。ここで自走式機器の全高Ｔとする。下向きセンサー６は、距離Ｌだけ離れた位置で高さ方向の検出範囲の上限が全高Ｔよりもやや大きくなるように取付けられている。いま、説明を簡単にするために下向きセンサー６の検出範囲の上限が全高Ｔに等しいとしている。制御部２１は、下向きセンサー６が食器棚５３を検出したときは、食器棚の下にある隙間の高さは全高Ｔよりも小さいと判断する。これに対して下向きセンサー６が食器棚５３を検出しなかったときは、隙間の高さは全高Ｔよりも大きいと判断する。そして、下向きセンサー６が食器棚５３を検出したときは進入不可と判断し、食器棚５３を検出しなかったときは進入可能と判断する。
【００２５】
≪下方障害物の検出と判断≫
次に、本発明の自走式機器１によって、下方に存在する下方障害物５４の高さを検出し、それを乗越えられるか否かを判断する場合を説明する。
図４および図６に示したように、自走式機器１が走行して下方に存在する障害物５１までの距離が所定距離Ｌに達したとき、自走式機器１は走行を停止する。そして、自走式機器１は上向きセンサー５が走行方向前方になるよう回転し、上向きセンサー５の発信器５ａより超音波を送信し、下方障害物５４で反射した超音波を受信器５ｂにより受信する。
【００２６】
図９は、図５（ａ）のうちセンサー「Ｒ」に対応する上向きセンサー５について、検出範囲ＲｆおよびＲｔを示している。図９に示すように、上向きセンサー５の受信器５ｂは、受信器５ｂを通る水平面に対して俯角βの方向を検出範囲の下限とするような指向特性を有して取付けられている。距離Ｌだけ離れた位置に置いて、上向きセンサー５の検出範囲の下限は進入可能範囲の下限（床面５０からの高さをＳとする）と一致するように取付けられている。なお、説明を簡単にするためにこのような前提をおいたが、実際には乗越えに余裕を持たせるために乗越え可能な高さの最大値Ｓよりもやや低くなるように取付ける。制御部２１は、上向きセンサー５の発信器５ａから超音波を放射させる。進入可能範囲よりも上方に障害物がある場合は、その超音波は反射されて受信器５ｂによって受信され、障害物が検出される。しかし、進入可能範囲よりも下方にある障害物がある場合、超音波は反射されないので、受信器５ｂによる受信出力は得られない。図９はこの状態を示しており、進入可能範囲よりも下方にある障害物がある場合である。
【００２７】
よって、上向きセンサー５の受信器５ｂに受信出力が得られないとき、下方障害物５４の床面５０からの高さが、自走式機器１が乗越えられる最大高さＳより低いといえる。この場合、制御部２１は、自走式機器１が下方障害物５４を乗越えて走行可能であると判断する。逆に、受信器５ｂに受信出力が得られた場合、制御部２１は、自走式機器１が下方障害物５４を乗越えることができず、下方障害物５４の手前で走行方向を変える必要があると判断する。
また、図９に示す例では、基準センサー４と上向きセンサー５とは、鉛直方向における検出範囲が互いに異なるように鉛直面内における指向の向きを異ならせて配置されている。変形例として、基準センサー４と上向きセンサー５との取付け位置を鉛直方向に異ならせることも考えられる。図９に示す自走式機器１では全高Ｔが小さいが、全高Ｔが大きな自走式機器では取付け位置を異ならせることによって鉛直方向における検出範囲が互いに異なるようにできる。
【００２８】
図１０は、基準センサー４が段差等の障害物、例えば敷居５５を検出し、敷居５５の手前距離Ｌの位置で走行停止している様子を示す。この状態から制御部２１は、上向きセンサー５が自走式機器１の走行方向前方になるように筐体を回転させて上向きセンサー５が敷居５５を検出するか否かを調べる。上向きセンサー５は、距離Ｌだけ離れた位置で高さ方向の検出範囲の下限が、乗越え可能な高さよりもやや低くなるように取付けられている。説明を簡単にするために上向きセンサー５の検出範囲の下限が乗越え可能な高さの最大値Ｓに等しいとしている。制御部２１は、上向きセンサー５が敷居５５を検出したときは、食器棚の下にある隙間の高さは乗越え可能な最大高さＳよりも高いと判断する。これに対して上向きセンサー５が敷居５５を検出しなかったときは、下方の障害物の高さは乗越え可能な最大高さＳよりも低いと判断する。そして、上向きセンサー５が敷居５５を検出したときは走行不可と判断し、敷居５５を検出しなかったときは走行可能と判断する。
【００２９】
≪フローチャート、上方障害物および下方障害物の検出≫
図１１は、本発明の自走式機器の制御フロー図を示す。図１１に沿って制御部２１が実行する処理を説明する。また、この説明では、基準センサー４、上向きセンサー５および下向きセンサー６の３つのセンサーを組み合わせて上方および下方の障害物を検出する処理について説明する。
自走式機器１がスタートし、ランダム走行、または予め定められた走行パターンに従って走行している場合（ステップＳ１）に、走行方向前方に設置した基準センサー４によって障害物５１を検出する（ステップＳ２）。基準センサー４が障害物を検出しない場合（ステップＳ２の「なし））、ステップＳ１に戻り、ランダム走行、または予め定められた走行パターンによる走行を継続する。基準センサー４が障害物５１を検出すると、走行を停止し、左回転して、上向きセンサー５が自走式機器の走行方向前方になるようにする（ステップＳ３）。
【００３０】
次に、ステップＳ４では、上向きセンサー５によって下方障害物５４の有無を判断する。上向きセンサー５による下方障害物５４の検出は、図９および図１０で説明した通りである。下方障害物５４が検出されない場合（ステップＳ４の「なし」）、ステップＳ８に移行する。そして、自走式機器１がステップＳ１で走行していた方向、即ち、測距センサーが走行方向前方になるように正面に向きなおす。その後、ルーチンはステップＳ１に戻り、走行を続ける。
【００３１】
上記ステップＳ４で、下方障害物５４を検出した場合（ステップＳ４の「あり」）、自走式機器１は、右回転して、下向きセンサー６が自走式機器の走行方向前方になるようにする（ステップＳ５）。次に、ステップＳ６では、下向きセンサー６によって上方障害物５２の有無を判断する。下向きセンサー６による上方障害物５２の検出は、図７および図８で説明した通りである。上方障害物５２が検出されない場合（ステップＳ６の「なし」）、ステップＳ８に移行する。そして、自走式機器１がステップＳ１で走行していた方向、即ち、測距センサーが走行方向前方になるように正面に向きなおす。その後、ルーチンはステップＳ１に戻り、走行を続ける。上記ステップＳ６で、上方障害物５２を検出した場合（ステップＳ６の「あり」）、自走式機器１は、更に回転して、別経路を探索し（ステップＳ７）、最初にステップＳ１に戻って、走行を継続する。
上記説明において、ステップＳ３およびＳ４と、ステップＳ５およびＳ６はどちらを先に行なってもよい。
【００３２】
図５（ｂ）は、ステップＳ２、ステップＳ４およびステップＳ６において、障害物を検出した場合と、障害物を検出しない場合に、自走式機器が走行を続けることができるか否かを一覧表にしたものである。即ち、ステップＳ２で、基準センサー４が障害物を検出した場合は、Ｃが１であり、検出しない場合は、Ｃが０である。また、ステップＳ４で、上向きセンサー５が障害物を検出した場合は、Ｒが１であり、検出しない場合は、Ｒが０である。同様に、ステップＳ６で、下向きセンサー６が障害物を検出した場合は、Ｌが１であり、検出しない場合は、Ｌが０である。
【００３３】
従って、図５の一覧表において、（１）の行は、走行方向前方の障害物、上方障害物、および下方障害物がない場合であり、直進走行が可能であることを示す（ステップ２でなしの場合）。（２）の行は、走行方向前方の障害物が基準センサー４により検出されたが、上向きセンサー５にて障害物を検出しないケースである。これにより、下方障害物がないことが判断される。そして、上方障害物についてもないことが判断される。これにより、下向きセンサーによる障害物を検出する必要がなくなる（ステップ４でなしの場合）。なお、この状態を示す図９を参照すると、下方障害物５４があるが、上向きセンサー５が検出していないことから、乗り越えられる障害物の高さであると判定することになる。図５（ａ）のグラフと対応させて説明すると、ＲｆとＲｔの範囲に障害物がなく、その検出範囲と重複しないＣｂおよびＬｂの検出範囲に障害物があるかないかに関わらず、制御部２１は、乗り越えられる下方障害物があるものと判断し前進が可能であると判断する。
【００３４】
（３）の行は、走行方向前方の障害物が基準センサー４により検出され、上向きセンサー５でも障害物を検出したケースである。このケースの場合は、下方障害物はないが上方障害部があると判断される。（ステップ４でありの場合）（図１２参照）そして、下向きセンサー６が自走式機器の走行方向前方になるようにして下向きセンサーで上方障害物についてもないことが判断される。この場合、進入可能範囲よりも上方に障害物がある場合であり進入可能でＯＫの判定となる。（ステップ６でなしの場合）（図７参照）
（４）の行は、走行方向前方の障害物が基準センサー４により検出され、上向きセンサー５でも障害物を検出され、下向きセンサー６でも障害物が検出された場合である。この場合、進入可能範囲よりも下方に障害物がある場合であり、進入可能範囲内に障害物があり進入が不可となりＮＧの判定となる。（ステップ６でありの場合）図５（ａ）のグラフと対応させて説明すると、この場合は、全てのセンサーの検出範囲が重複している進入可能範囲に障害物があるといえる。よって、制御部２１は、前進が不可能であると判断する。
なお、基準センサー４により検出された場合、上向きセンサー５および下向きセンサー６により検出された状況を同時に判断して、走行方向の前方だけの高さ判定ではなくて、前方、左側、右側にて、それぞれ上方障害物および下方障害物の高さが異なる場合の判定もできるように対応することが考えられる。
【００３５】
以上、この発明の実施形態を述べたが、前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。
【００３６】
要するに、この発明の自走式機器は、筐体と、筐体を走行させかつ方向転換させる駆動部と、走行経路上の障害物を検出する複数の障害物センサーと、それぞれの障害物センサーの検出に基づいて前記駆動部による筐体の走行および方向転換を制御する制御部とを備え、各障害物センサーは、他の障害物センサーと鉛直方向における検出範囲が異なるように鉛直面内における指向の向きおよび／または位置を異ならせて前記筐体の所定の位置にそれぞれ配され、前記制御部は、それぞれの障害物センサーを用いて走行面上の複数の方向の障害物を検出しかつ筐体を前記走行面上で方向転換させて各障害物センサーに同一の障害物を検出させてみて、その障害物の鉛直方向の配置を判断することを特徴としている。
さらに、この発明の自走式機器には、幾つかの好ましい態様がある。以下、この発明の好ましい態様について説明する。
【００３７】
前記障害物センサーは基準センサーおよび上向きセンサーを含み、前記上向きセンサーは、鉛直方向における検出範囲の下限が基準センサーの検出範囲の下限よりも高い位置にあり、前記制御部は、前記基準センサーが障害物を検出したときに筐体を方向転換させて前記上向きセンサーにその障害物を検出させてみて、前記上向きセンサーが障害物を検出するときはその障害物の方向に走行できないと判断するが、前記上向きセンサーが障害物を検出しないときはその障害物の上を前記筐体が乗越えられると判断するようにしてもよい。このようにすれば、基準センサーと上向きセンサーとを用いて、段差等の下方障害物が乗り越えられる高さか否かを判断することができる。
【００３８】
また、前記障害物センサーは基準センサーおよび下向きセンサーを含み、前記下向きセンサーは、鉛直方向における検出範囲の上限が基準センサーの検出範囲の上限よりも低い位置にあり、前記制御部は、前記基準センサーが障害物を検出したときに筐体を方向転換させて前記下向きセンサーにその障害物を検出させてみて、前記下向きセンサーが障害物を検出するときはその障害物の方向に走行できないと判断するが、前記下向きセンサーが障害物を検出しないときはその障害物の下の隙間を前記筐体が走行できると判断するようにしてもよい。このようにすれば、基準センサーと下向きセンサーとを用いて、床面から離れて上方にある障害物の下の隙間に進入できるか否かを判断することができる。
【００３９】
さらに、前記障害物センサーは、前記基準センサー、前記下向きセンサーおよび前記上向きセンサーを備え、前記制御部は、前記基準センサーが障害物を検出したときに筐体を方向転換させて前記上向きセンサーおよび前記下向きセンサーにその障害物をそれぞれ検出させてみて、いずれも障害物を検出するときはその障害物の方向に走行できないと判断し、いずれか一方のみが障害物を検出するときは前記筐体が乗越えられるかまたは下の隙間に進入できる障害物であると判断するようにしてもよい。このようにすれば、前記基準センサー、前記下向きセンサーおよび前記上向きセンサーを組み合わせて、下方の障害物が乗越えられる高さか否かを判断すると共に、上方の障害物の下に進入できる隙間があるかどうかを判断することができる。
【００４０】
また、各障害物センサーは測距センサーであり、鉛直方向における前記検出範囲は前記筐体から予め定められた距離だけ離れた位置での検出範囲であり、前記制御部は、何れかの障害物センサーが障害物を検出したとき、その障害物から前記距離だけ手前で筐体を停止させ、筐体を方向転換させて各障害物センサーにその障害物を検出させてみるように制御してもよい。このようにすれば、障害物の手前でその障害物の方向に走行可能か否かを判断することができる。
さらにまた、各障害物センサーは、他の障害物センサーと同一の指向特性を有していてもよい。このようにすれば、各障害物センサーを共通化することができるので、安価な自走式機器を実現することができる。
この発明の好ましい態様は、ここで示した複数の態様のうち何れかを組み合わせたものも含む。
【符号の説明】
【００４１】
１：自走式機器
２ａ、２ｂ：駆動輪
３ａ、３ｂ：駆動モータ
４：基準センサー
５：上向きセンサー
６：下向きセンサー
４ａ、５ａ、６ａ：発信器
４ｂ、５ｂ、６ｂ：受信器
７：バッテリー
２１：制御部
２２：メインコントローラ
２３：メモリ
２４：計算部
２５：右駆動輪モータドライバ
２６：右走行用モータ
２７：左駆動輪モータドライバ
２８：左走行用モータ
２９：ファンモータドライバ
３０：ファンモータ
５０：床面
５１：障害物
５２：上方障害物
５３：食器棚
５４：下方障害物
５５：敷居
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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