(57)【要約】  多機能ロボット装置は、様々な用途に有用となり得る。一つの態様によれば、多機能ロボット装置は、ロボット本体と動作可能に結合された選択的に取り外し可能な機能カートリッジの能力に従って、所望の機能を実行するように選択的に構成可能である。位置測定及びマッピング技術は、動作環境、データ圧縮、又は両方の部分と関連する部分マップを使用することが出来る。
2009509220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多機能ロボットであって、
駆動機構を有する本体と、
前記本体に結合された機能カートリッジであって、前記ロボットが、前記機能カートリッジの特性に従って機能を実行するように選択的に構成される、機能カートリッジと、
を具備する、多機能ロボット。
【請求項２】
前記本体が、前記ロボットを動作環境内に位置決めするように前記駆動機構に指示を行うための電子モジュールをさらに包含する、請求項１に記載の多機能ロボット。
【請求項３】
前記本体が、データを前記電子モジュールに提供するための感知装置をさらに包含し、前記データが、前記動作環境内の対象物に対する前記ロボットの位置に関係する、請求項２に記載の多機能ロボット。
【請求項４】
前記感知装置が光学アセンブリを包含し、前記データが光学データである、請求項３に記載の多機能ロボット。
【請求項５】
前記指示が、前記光学式データによって介入される、請求項４に記載の多機能ロボット。
【請求項６】
前記感知装置が、近接センサを包含し、前記データが近接データである、請求項３に記載の多機能ロボット。
【請求項７】
前記指示が、前記近接データによって介入される、請求項６に記載の多機能ロボット。
【請求項８】
前記機能カートリッジが、前記本体に結合される時に、前記特性は、前記ロボットに拭取り機能を実行させる、請求項１に記載の多機能ロボット。
【請求項９】
前記機能カートリッジが、前記本体に結合される時に、前記特性は、前記ロボットに真空吸引機能を実行させる、請求項１に記載の多機能ロボット。
【請求項１０】
前記機能カートリッジが、前記本体に結合される時に、前記特性が、前記ロボットに掃引機能を実行させる、請求項１に記載の多機能ロボット。
【請求項１１】
前記機能カートリッジが、前記本体に結合される時に、前記機能カートリッジの動作を可能にするための機械的接続部が、自動的に形成される、請求項１に記載の多機能ロボット。
【請求項１２】
前記本体が、前記機能カートリッジの前記特性を識別するための検出構成要素をさらに包含する、請求項１に記載の多機能ロボット。
【請求項１３】
ロボット装置であって、
駆動機構と、
前記ロボット装置を動作環境内に位置決めするように前記駆動機構に指示を行うための電子モジュールと、
前記電子モジュールに光学データを提供するための光学アセンブリであって、前記光学データが、前記動作環境内の対象物に対する前記ロボット装置の位置に関係し、且つ前記駆動機構に提供される前記指示に介入する、光学アセンブリと、
前記ロボット装置の機能を確立する選択的に取付け可能な機能カートリッジであって、前記ロボット装置が、前記機能カートリッジの特性に従って機能を実行するように選択的に構成される、機能カートリッジと、
を具備する、ロボット装置。
【請求項１４】
前記機能カートリッジの前記特性を識別するための検出構成要素をさらに包含する、請求項１３に記載のロボット装置。
【請求項１５】
前記機能カートリッジが、取り付けられる時に、前記機能カートリッジの動作を可能にするための機械的接続部が、自動的に形成される、請求項１３に記載のロボット装置。
【請求項１６】
前記機械的接続部が、前記駆動機構に結合される、請求項１５に記載のロボット装置。
【請求項１７】
前記機能カートリッジが、取り付けられる時に、前記機能カートリッジの動作を可能にするための電気的接続部が、自動的に形成される、請求項１３に記載のロボット装置。
【請求項１８】
前記電気的接続部が、前記ロボット装置によって支承される電源に結合される、請求項１７に記載のロボット装置。
【請求項１９】
前記電気接続部が、前記機能カートリッジと前記電子モジュールとの間の双方向データ通信を可能にする、請求項１７に記載のロボット装置。
【請求項２０】
前記電子モジュールが、前記電気的接続部を介して受信されたデータに従って前記機能カートリッジの前記特性を識別する、請求項１９に記載のロボット装置。
【請求項２１】
多機能ロボットであって、
本体であって、
駆動機構と、
前記ロボットを動作環境内に位置決めするように前記駆動機構に指示を行うための電子モジュールと、
前記電子モジュールにデータを提供するための感知装置であって、前記データが、前記動作環境内の対象物に対する前記ロボット装置の位置に関係する、感知装置と、
近接データを前記電子モジュールに提供するためのセンサアレイであって、前記近接データが、前記動作環境内の障害物に対する前記ロボット装置の位置に関係する、センサアレイと、
機能カートリッジを受容するための取付け機構と、
を包含する、本体と、
前記取付け機構に係合するように選択的に取付け可能な機能カートリッジであって、前記ロボットが、前記機能カートリッジの特性に従って機能を実行するように選択的に再構成される、機能カートリッジと、
を具備する、多機能ロボット。
【請求項２２】
前記本体が、前記機能カートリッジの前記特性を識別するための検出構成要素をさらに包含する、請求項２１に記載の多機能ロボット。
【請求項２３】
ロボットのナビゲーションを容易にするために、動作環境をマッピングする方法であって、
前記動作環境の部分を表す部分マップと関連する走査点で光学データを獲得するステップと、
前記動作環境の部分の特徴部を識別し、識別された特徴部を前記部分マップと関連付けるステップと、
前記部分マップによって表された前記動作環境の部分を横断するステップと、
追加の光学データを獲得するステップと、
前記横断するステップ及び前記追加データを獲得するステップに応答して前記部分マップを更新するステップと、
を含む方法。
【請求項２４】
前記横断するステップと、前記追加データを獲得するステップと、前記更新するステップとを選択的に繰り返すステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記部分マップを出て、前記動作環境の異なる部分を表す異なる部分マップの走査点に進むステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記光学データを獲得するステップと、前記追加の光学データを獲得するステップとが、平行光源を利用するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記光学データを獲得するステップと、前記追加の光学データを獲得するステップとが、拡散光源を利用するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記識別するステップと、前記更新するステップとが、前記光学データと前記追加の光学データとに応答して、識別された特徴部に対する距離を計算するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
ロボットのナビゲーションを容易にするように動作環境をマッピングする方法であって、
前記動作環境を複数の部分マップに分割するステップであって、前記複数の部分マップの各々のそれぞれ一つが前記動作環境のそれぞれの部分を表す、分割するステップと、
前記複数の部分マップのそれぞれの一つをマッピングするステップであって、
前記動作環境のそれぞれの部分と関連する特徴部を識別するための光学データを獲得するステップと、
前記獲得するステップに応答して、識別された特徴部を前記複数の部分マップの前記それぞれの一つと関連付けるステップと、
前記獲得するステップと、前記関連付けるステップとを選択的に繰り返すステップと、
前記複数の部分マップの前記それぞれの一つを出て、前記動作環境の異なる部分を表す前記複数の部分マップの異なる一つに進むステップと、によって、
前記複数の部分マップのそれぞれの一つをマッピングするステップと、
前記動作環境の各々のそれぞれの部分がマッピングされるまで、前記マッピングするステップを選択的に繰り返すステップと、
を含む方法。
【請求項３０】
前記光学データを獲得するステップが、平行光源を利用するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記光学データを獲得するステップが、拡散光源を利用するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記関連付けるステップが、前記複数の部分マップの前記それぞれの一つを表すデータを維持するデータ構造を圧縮するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
動作環境内のロボットの位置測定を決定する方法であって、
前記動作環境を複数の部分マップに分割するステップと、
前記ロボットと、前記ロボットによって現在占められている前記複数の部分マップの一つに対応する前記動作環境の部分の特徴部との間の距離に関係するデータを獲得するステップと、
前記獲得ステップに従って前記ロボットの位置を計算するステップと、
を含む方法。
【請求項３４】
前記獲得するステップと前記計算するステップとを、選択的に繰り返すステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記データを獲得するステップが、平行光源を利用するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記データを獲得するステップが、拡散光源を利用するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
動作環境内のロボットの位置を決定するためのデータ及び指示によって符号化される、コンピュータが読み取り可能な媒体を包含するロボットであって、
前記データ及び指示が、前記ロボットに、
複数のパーティクルの各々が、前記ロボットの位置及び傾斜に関する仮説を表す関連の仮説データを有する、前記複数のパーティクルを発生させ、
前記ロボットの現在位置から前記動作環境の視野に関係するデータを獲得させ、
前記データを前記複数のパーティクルの少なくとも幾つかと関連する前記仮説データと比較させ、及び
前記データと前記仮定データとの比較に従って、前記複数のパーティクルの少なくとも幾つかに重み付けを適用させる、
ロボットにおいて、
前記複数のパーティクルの各々に関する前記仮説データの位置成分が、前記動作環境内の位置の部分集合に限定される、ロボット。
【請求項３８】
データ及び指示よってさらに符号化される請求項３７に記載のロボットであって、
前記データ及び指示はさらに、前記ロボットに
前記関連の仮説データが、前記ロボットによって獲得された前記データと同様である場合に、前記複数のパーティクルの一つの重みを増加させ、及び
前記関連の仮説データが、前記ロボットによって獲得された前記データと同様でない場合に、前記複数のパーティクルの一つの重みを減少させる、
ロボット。
【請求項３９】
データ及び指示によってさらに符号化される請求項３８に記載のロボットであって、前記データ及び指示が、前記ロボットに廃棄閾値未満の重みを有する前記複数のパーティクルのデータ及び指示をさらに廃棄させる、ロボット。
【請求項４０】
データ及び指示によってさらに符号化される請求項３８に記載のロボットであって、前記データ及び指示が、前記ロボットにクローン閾値を越える重みを有する前記複数のパーティクルのデータ及び指示をさらにクローンさせる、ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、一般に、ロボット装置の分野に関し、より詳しくは、様々な用途に有用な多機能ロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
清掃のような家庭用途及び商業用途に使用できる自動又は自律装置（すなわち、ロボット装置又はロボット）は、補充の必要がある消耗品を利用することが多く、この関連で、このような消耗品は、真水又は液体清掃溶液、床ワックス、バッファ又は清掃パッド等を含むが、それらに限定されない。この性質の従来の装置は、所有者又は操作者が、液体リザーバを再充填するか又はさもなければ消耗品の供給を手で補充することを無条件に必要とする。消費者の観点から、一般に、このような消耗品の取扱い及び取付けは難しく、厄介であり、汚れやすく、又はそれらが組み合わさっている場合があることが認識される。製造業者の観点から、単一の装置に使用するための多数の消耗品の流通は非効率、困難であり（例えば、流通チャンネルの制約のため）、あるいはその両方であることがある。従来の技術は、ロボット装置の所有者又は操作者が、装置が必要とする消耗品を補充するための簡単かつ効率的な方法を提供することに失敗している。
【０００３】
ロボット装置は、しばしば、機能特性又は動作挙動に影響を及ぼすために、使用者のある程度の指示又は制御を可能にするが、完全に又は部分的にのみ自律的に動作できるか否かにかかわらず、機能ロボット装置は、一般に、使用者又は操作者からの入力なしに、又は最小の入力により、環境の周りでナビゲートするように動作しなければならない。多くの家庭用途又は商業用途に対して費用効果を高めるために、ロボットナビゲーションを可能にするか又は容易にする従来のセンサシステムは、非常に簡単である傾向がある。その点で、初歩的なナビゲーションシステムでは、従来の装置は動作環境の周りで非効率に跳ね返ることになり、これらの装置は、反応して障害物にぶつかって跳ね返り、すでに処理された領域を繰り返して再び訪れ、有益な消耗品及びバッテリ容量を浪費させる。代替方法として、費用効果を維持するために冗長性を最小にするか又は排除しつつ、いくつかの機能を果たすように高度のセンサシステムを実装することが有用であろう。
【０００４】
ロボットが作動していないとき、ロボットの作業が完了した後、ロボットをその動作環境から取り除くことが望ましいことが多い。例えば、台所の床の清掃が課せられたロボット装置は、清掃サイクルを完了した後に通行領域に留まった場合、台所に居る人に危険をもたらす可能性がある。ロボットの格納を容易にすると言われる従来の機構（例えば「ドック」又は充電ステーション）は、不十分であり、非効率な機械的及び電気的な連結構造、並びに不十分なナビゲーション能力の結果として、多くのロボットは、確実にかつ一貫して従来のドッキング又は充電ステーションに係合できない。従来の実施方法は、確実なロボットの格納及び充電の解決方法を提供できず、当該方法はまた、一般に、基部又は充電ステーションに係合される時に、ロボットが有利な視野からその動作環境を観測することを可能に出来ない。
【０００５】
さらに、従来のロボット装置は、一般に、用途又は作業に特定であり、すなわち、従来のロボット装置は、他の機能を除外して特定の機能を実行するように構成されかつ動作する。一例として、床拭取りロボットは、拭取り機能を可能にするように具体的に設計され且つ動作する構造要素を含むことができ、さらに、ロボットの動作を支配するか又はさもなければそれに介入するコンピュータハードウェア及びソフトウェア、任意のセンサシステム等のすべては、ロボットの床拭取りを可能にする特定の用途固有の構造的構成をもっぱら専用とする。このような床拭取りロボットは、構造的に大きく改造することなしに、他の操作（例えば、床の真空吸引又は床のワックスかけ）を実行するように再構成することができず、さらに、典型的なロボットプラットホームの全体的な機能を変更するために、センサの再構成、ソフトウェアの再プログラミング、又はそれらのある組み合わせも必要である。従来の技術は、ロボット装置の所有者又は操作者が、所望の機能を実行するように装置を選択的に再構成するための簡単かつ効率的な方法を提供することに失敗している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、従来技術の上述及び他の様々な欠点を克服し、様々な用途に有用である多機能ロボット装置を提供する。本発明の一形態によれば、多機能ロボット装置は、所望の機能を実行するように選択的に構成可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下により詳細に説明するように、多機能ロボットの一実施形態は、駆動機構を有する本体と、本体に結合された機能カートリッジであって、ロボットが、機能カートリッジの特性に従って機能を実行するように選択的に構成される機能カートリッジとを備える。さらに、本体は、ロボットを操作環境に位置決めするように駆動機構に指示を行うための電子モジュールと、データを電子モジュールに提供するための感知装置とを備えてもよい。データは、動作環境内の対象物に対するロボットの位置に関係付けられてもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態において、感知装置は光学アセンブリを備え、データは光学データであり、追加して又は代わりに、感知装置は近接センサを備え、データは近接データである。駆動機構に提供される指示を、光学データ、近接データ、又は両方によって左右してもよい。
【０００９】
機能カートリッジの特性により、機能カートリッジが本体に結合された時に、ロボットが拭取り機能、真空吸引機能、又は掃引機能を実行するようにされる実施形態が開示される。いくつかの例では、機能カートリッジが本体に結合された時に、機能カートリッジの動作を可能にするための機械的接続部が自動的に形成される。いくつかの実施形態において、さらに、本体は、機能カートリッジの特性を識別するための検出構成要素を備える。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、ロボット装置のいくつかの実施形態は、駆動機構と、ロボット装置を動作環境に位置決めするように駆動機構に指示を行うための電子モジュールと、動作環境内の対象物に対するロボット装置の位置に関係しかつ駆動機構に提供される指示に影響を及ぼす光学データを電子モジュールに提供するための光学アセンブリと、ロボット装置の機能を確立する選択的に取付け可能な機能カートリッジであって、ロボット装置が、機能カートリッジの特性に従って機能を実行するように選択的に構成される機能カートリッジとを備える。
【００１１】
さらに、このようなロボット装置は、機能カートリッジの特性を識別するための検出構成要素を備えてもよく、上述のように、機能カートリッジの動作を可能にするための機械的接続部は、機能カートリッジが取り付けられる時に自動的に形成可能である。いくつかの実施形態において、機械的接続部は駆動機構に結合され、代わりに、機械的接続部は、異なる機構から動作電力を受け取ることができる。追加して又は代わりに、機能カートリッジの動作を可能にするための電気的接続部は、機能カートリッジが取り付けられる時に自動的に形成可能である。電気的接続部は、ロボット装置によって支承される電源に結合してもよい。電気接続部により、機能カートリッジと電子モジュールとの間の双方向のデータ通信が可能であり、ある状況において電子モジュールは、電気的接続部を介して受信されたデータに従って機能カートリッジの特性を識別する実施形態が開示される。
【００１２】
いくつかの実施形態において、多機能ロボットは、本体と、本体の取付け機構に係合するように選択的に取付け可能な機能カートリッジであって、ロボットが、機能カートリッジの特性に従って機能を実行するように選択的に再構成可能である機能カートリッジとを備える。その点で本体は、駆動機構と、ロボットを動作環境に位置決めするように駆動機構に指示を行うための電子モジュールと、動作環境内の対象物に対するロボット装置の位置に関係するデータを電子モジュールに提供するための感知装置と、動作環境内の障害物に対するロボット装置の位置に関係する近接データを電子モジュールに提供するためのセンサアレイと、機能カートリッジを受容するための取付け機構とを備える。上述のように、本体は、機能カートリッジの特性を識別するための検出構成要素をさらに備えてもよい。
【００１３】
本発明の他の実施形態によれば、ロボットのナビゲーションを容易にするように動作環境をマッピングする方法のいくつかの実施形態は、一般に、動作環境の部分を表す部分マップと関連する走査点において光学データを獲得するステップと、動作環境の部分の特徴部を識別して、識別された特徴部を部分マップと関連付けるステップと、部分マップによって表された動作環境の部分を横断するステップと、追加の光学データを獲得するステップと、横断するステップ及び追加データを獲得するステップに応答して部分マップを更新するステップとを含む。さらに、このような方法は、横断するステップと、追加データを獲得するステップと、更新するステップとを選択的に繰り返すステップを含む。
【００１４】
部分マップを出て、動作環境の異なる部分を表す異なる部分マップの走査点に進むステップをさらに含む実施形態が開示される。光学データを獲得するステップ及び追加の光学データを獲得するステップは、平行光源を利用するステップ、拡散光源を利用するステップ、又は両方を含んでもよい。いくつかの実施形態において、識別するステップ及び更新するステップは、光学データと追加の光学データとに応答して、識別された特徴部に対する距離を計算するステップを含む。
【００１５】
ロボットのナビゲーションを容易にするように動作環境をマッピングする方法の幾つかの方法は、一般に、動作環境を複数の部分マップに分割するステップであって、複数の部分マップの各々のそれぞれ一つが動作環境のそれぞれの部分を表すステップと、動作環境のそれぞれの部分と関連する特徴部を識別するための光学データを獲得し、獲得に応答して識別された特徴部を複数の部分マップのそれぞれの一つと関連付け、獲得すること及び関連付けることを選択的に繰り返すことによって複数の部分マップのそれぞれの一つをマッピングするステップと、複数の部分マップのそれぞれの一つを出て、動作環境の異なる部分を表す複数の部分マップの異なる一つに進むステップとを含む。幾つかのこのような実施形態は、動作環境の各々のそれぞれの部分がマッピングされるまで、マッピングするステップを選択的に繰り返すステップを含む。
【００１６】
上記のように、及びより詳細に以下に説明するように、光学データを獲得するステップは、平行光源を利用するステップ、拡散光源を利用するステップ、又は両方を含んでもよい。本明細書に記載する幾つかの例では、関連付けるステップは、複数の部分マップのそれぞれの一つを表すデータを維持するデータ構造を圧縮するステップを含む。
【００１７】
動作環境内のロボットの位置測定を決定するいくつかの開示した方法は、動作環境を複数の部分マップに分割するステップと、ロボット及びロボットによって現在占められている複数の部分マップの一つに対応する動作環境の部分の特徴部の間の距離に関係するデータを獲得するステップと、獲得ステップに従ってロボットの位置を計算するステップとを含む。さらに、このようないくつかの方法は、獲得するステップと、計算するステップとを選択的に繰り返すステップを含む。データの獲得は、平行光源を利用するステップ、拡散光源を利用するステップ、又は両方を含んでもよい。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、ロボットは、動作環境内のロボットの位置を決定するためのデータ及び指示で符号化されたコンピュータ読み取り可能な媒体を備え、データ及び指示により、ロボットは、ロボットの位置及び傾斜に関する仮説を表す関連の仮説データを各々が有する複数のパーティクルを発生し、ロボットの現在の位置から動作環境の視野に関係するデータを獲得し、データを複数のパーティクルの少なくとも幾つかと関連する仮説データと比較し、データと仮定データとの比較に従って複数のパーティクルの少なくとも幾つかに重み付けをし、複数のパーティクルの各々に関する仮説データの位置成分は、動作環境内の位置の部分集合に限定される。
【００１９】
追加のデータ及び指示により、さらにロボットは、関連の仮説データがロボットによって獲得されたデータと同様である場合に、複数のパーティクルの一つの重みを増大し、関連の仮説データがロボットによって獲得されたデータと同様でない場合に、複数のパーティクルの一つの重みを減少してもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態において、さらにデータ及び指示により、ロボットは、複数のパーティクルの内の廃棄閾値未満の重みを有するパーティクルを廃棄してもよく、又は複数のパーティクルの内のクローン閾値を越える重みを有するパーティクルをクローンしてもよく、又はその両方でもよい。
【００２１】
本発明の様々な実施形態の上記及び他の態様は、添付図面と関連して本発明の次の詳細な記述を吟味することによって明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に図面を参照すると、図１Ａと図１Ｂは鳥瞰の及び仰視の斜視図であり、図２Ａと図２Ｂは、多機能ロボット装置の典型的な実施形態の鳥瞰の及び仰視の部分組立分解斜視図である。
【００２３】
多機能ロボット装置（「ロボット」）１００を、一般に、使用者又は操作者側の介入なしに又は僅かな介入により自律的に又は自動的に作業を実行する機能によって特徴づけることが可能であることが認識されるであろう。
【００２４】
その点で、ロボット１００は、一般に、ある程度の知性を提供するように、またさもなければ電気機械的構造要素及び以下に記載する様々な他の構造要素の動作を制御するか又はそれに介入するように動作するコンピュータハードウェア及びソフトウェアを備えることが出来る。全体的な形状、物理的寸法、構造的な配向又は配置、及び様々な構成要素の動作特性のすべては、当業者によって容易に理解される多数の変形が可能である。
【００２５】
アーキテクチャ概要
図１Ａと図１Ｂ及び図２Ａと図２Ｂに示されるように、ロボット１００は、一般に、本体２００と機能カートリッジ３００とを備える。図３Ａは、ロボット本体の典型的な実施形態の部分組立分解斜視図である。図４は部分組立分解斜視図であり、図５Ａは、ロボット本体と関連して使用するようになっている用途特定のカートリッジの典型的な実施形態の簡略側断面図である。
【００２６】
より詳細に以下に説明するように、本体２００は、一般に、床又は処理されるべき他の表面のような動作環境の周りにロボット１００を推進させるための原動力を提供するように構成され、かつ動作可能である。その点で、本体２００は、電子モジュール２２０と、センサアレイ２３０と、原動駆動機構２４０（例えば、モータ２４１、２４３及び車輪２４２、２４４を含む）と、光学アセンブリ２６０のような光学センサ装置と、ポンプ機構２９０と、以下に述べるようなカートリッジ３００の構成要素に任意に動作力を提供するようになっている一つ又はそれ以上の追加のモータ２５０とを含む。
【００２７】
本体２００はまた、一般に、操作者入力パネル２７０を備えることができる。図面に示したように、パネル２７０は、入力を受け入れる一群のボタンで具現可能であるが、パネル２７０は、操作者がロボット１００と相互作用すること、例えば、選択的に電力をオン又はオフする及び命令を入力するか又は他の指示を行うことを可能にする代替構造を包含してもよい。その点で、パネル２７０は、動作状態に関する情報（例えば、現在のプログラミング、残余のバッテリ充電、次の清掃サイクルまでの時間等）を表示するように構成される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は他のモニタのようなディスプレイを含んでもよく、このようなディスプレイを、操作者から入力を受け入れる接触感応性であってもよい。追加して又は代わりに、パネル２７０は、ロボット１００に特定の作業を実行するように指示するために、ソフトウェア又はファームウェアを再構成するために、又はさもなければロボット１００と相互作用して、その動作に影響を及ぼすか又は介入するために、操作者が英数字を入力することを可能にするキーパッドを含んでもよい。その点で、パネル２７０で受け入れた入力を、電子モジュール２２０に伝送してもよい。さらに、一般に当分野で公知のような消費者エレクトロニクスデバイスを操作するために一般的に使用されるようなリモート制御ユニット（図示せず）から信号を受信するように動作するセンサを、パネル２７０に設けることが望ましいかもしれない。代替方法として、電子モジュール２２０は、リモート制御ユニットから入力を直接、すなわち、パネル２７０の介入を必要とすることなく受信してもよい。
【００２８】
様々な構成要素は、動作中に電力を必要とすることがあることが認識されるであろう。したがって、本体２００は、使い捨て可能又は充電可能なバッテリ又は一連のバッテリのような電力源を含むか、又はそれらとインタフェースするように構成してもよく、バッテリ又は一連のバッテリは、電子式電力管理ハードウェア、ファームウェア、又はソフトウェア（例えば、バッテリパック又はいわゆる「スマートバッテリ」）を含むか、あるいはそれらと一体化してもよい。追加して又は代わりに、燃料電池、太陽電池、あるいは大型コンデンサ又は一連のコンデンサを使用してもよい。いくつかの装置では、本体２００は、例えばワイヤ又はケーブルを通して外部源から動作電力を受け取るように構成可能であり、このような外部源は、動作中に構成要素に電力を供給することができ、内部電源を充電することができ、あるいは両方が可能である。多数の適切な電力供給及び接続ハードウェアは、一般に当分野で公知であり、ここでは詳細に説明しない。したがって、直流バッテリ源、交流電源、電源インタフェースハードウェア、ならびに付属変圧器及び内部電力配線は、分かりやすくするため図面から省略されている。堅牢かつ柔軟な電力供給及び管理システムを発明的な能力なしに実装してもよく、及び例示的な実施形態が特定の電源にも、また特定の電力管理方策にも限定されるようには意図されないことが認識されるであろう。
【００２９】
さらに、本体２００は、カートリッジ３００を本体２００に選択的に挿入するか、又はさもなければ物理的にそれと係合できるように、機能カートリッジ３００の協働構造要素と相互動作するように構成され、かつ動作するカートリッジ係合機構（分かりやすさのため図示してない）を含んでもよい。当業者は、様々な結合及び抑止機構が、本体２００とカートリッジ３００とを動作的に確実に係合させるために適切であり得ることを認識するであろう。協働機構の例は、タブ及びスロット装置、トラック又はガイドレールに沿って摺動するようになっている突出部、及びヒンジ結合機構を含むが、それらに限定されない。さらに、このような係合機構は、本体２００とのその係合からカートリッジ３００を解放するように動作するタブ、ノブ、摺動可能なラッチ、又は他の解放機構（図１Ｂと図２Ｂの参照番号２０１）を含んでもよい。本発明の開示は、係合機構が、以下に説明するようにカートリッジ３００によって支承される、又はその中に配置される構成要素の動作を可能にする、又はさもなければ容易にするために、適切な機械的接続部及び任意の必要な又は所望の電気接続部を受け入れることを前提として、特定の係合及び解放技術にも、又はカートリッジ３００と本体２００とを結合するために使用可能な他の選択的な取付け方策にも限定するようには意図されていない。
【００３０】
特に、本体２００及びカートリッジ３００を、本体２００との係合の際にカートリッジ３００の様々な構成要素の機能を促進するのに必要な、又は所望の機械的及び電気的接続部が自動的に形成可能であるように相互接続するために構成してもよい。このように相互接続された場合、カートリッジ３００と本体２００は、動作可能に結合されると称することができる。動作中に本体２００は、例えば電子モジュール２２０によって提供される指示又は勧告に応じて、又はさもなければそれらに従って、動作環境内の所望の又は無作為の位置に係合カートリッジ３００を選択的に位置決めすることが出来る。
【００３１】
電子モジュール２２０は概ね、ロボット１００用の必要な又は所望の制御機能を提供する程度に十分で適切な電子装置又は電気構成部品を備えることができる。その点で、電子モジュール２２０は、一つ又はそれ以上のプログラム可能なコンピュータプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、又は他のハードウェア要素に具現してもよく、又はさもなければそれらを備えてもよく、それらは、以下に記載するナビゲーション機能及び他の機能の幾つか又はすべてを可能にするように、適切にプログラム可能である又はさもなければ構成可能である。一例として、電子モジュール２２０は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）の配置、又はロボット１００又はその構成要素の挙動に介入するための指示を提供できる任意の他の種類のプロセッサ又はアドレス可能メモリを含むか、又はそれらとして実装可能である。一般に当分野で公知のように、電子モジュール２２０は、揮発性メモリ、非揮発性メモリ、又は両方の組み合わせ（分かりやすくするため図示してない）を組み込むか又はさもなければそれに対するアクセスを有することができる。
【００３２】
さらに、電子モジュール２２０は、電子モジュール２２０に組み込まれる、又はそれによってアクセスできるソフトウェア又はファームウェアの再プログラミング又は再構成を可能にする、又はさもなければ容易にするために、有線（例えば、ファイヤワイヤ（ＦＩＲＥＷＩＲＥ）又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ））又は無線（例えば、ブルートゥース（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ）又はＩＥＥＥ８０２．１１（ＷｉＦｉ）標準）通信ポートのような通信ポートを含んでもよい。代わりに、電子モジュール２２０は、ハードウェア及びソフトウェア機能の容易な更新又は再構成を可能にする取り外し可能な（すなわち、交換可能な）カード又はモジュールとして実装可能である。追加して又は代わりに、電子モジュール２２０がアクセスを有するメモリ（揮発性又は不揮発性）は、交換可能なカード又はメモリモジュールを備えるか又は実装してもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態において、電子モジュール２２０は、適切なＲＦ送信器が装備された又は取り付けられたデバイスから発する信号を検出するために、無線周波数（ＲＦ）受信機を組み込むか又はそれに対するアクセスを有することができる。操作者の便宜のために、電子モジュール２２０をプログラミングするか又は指示して、例えばキーチェーンに取り付けられた送信器から、あるいは無線電話又は他のある品目に接着された送信タグから発するＲＦ信号又は合図を識別することが出来る。このように構成される場合に、このような能力を有する電子モジュール２２０を備えるロボット１００は、紛失した財布、キーホルダ、ハンドバッグ、又はロボット１００と共にパッケージされる又はオプションアクセサリとして販売可能なＲＦ送信器を支承する任意の他の品目を見つける際に、操作者を補助できる。
【００３４】
センサアレイ２３０は、一般に、ロボット１００が使用される動作環境の外観を感知するように動作する、一つ又はそれ以上のセンサ２３１又はセンサ群２３５を備えることができる。その点で、センサアレイ２３０は、動作環境に配置された物理的構造に関する有用な情報を獲得して、処理又は他の分析のために電子モジュール２２０に当該情報を伝送することができる。このようにして、センサアレイ２３０は、例えば、「近接検出器」として機能し、効率的に動作環境の障害のない部分を行きながら、ロボット１００が障害を回避することを可能にする。
【００３５】
ロボット１００の幾つかの実施形態は、粉塵の多い又はさもなければ不衛生な動作環境内の清掃装置として有用であることが認識され、したがってセンサ２３１を、使用中に可能な限り清浄かつ障害なしに留まるように本体２００に位置決めすることが出来る。図１Ａと図２Ａに示したように、センサ２３１が微粒子又は他の汚染物による性能の悪化を被る可能性を最小にするために、取り扱われるべき表面の上方に高く、センサ群２３５を位置決めすることが出来る。その点で、さらに、例えばプラスチック又はアクリル製の窓のようなカバー、よろい窓、又は他のある保護構造によって、例えばセンサ２３１を損傷と泥から保護することが出来る。このような保護要素は、センサ２３１の動作を妨げるべきではなく、またセンサ２３１へのまたそこからの信号が実質的に減衰されずに通過することを可能にする材料から、構成可能であることが認識されるであろう。このような構造に使用される材料は、使用する特定の感知技術に従って選択してもよい。
【００３６】
センサ２３１は、任意の数の感知構造又はハードウェア要素に具現可能である。一般に当分野で公知のように、センサ２３１を、選択された周波数帯、例えば、ＲＦ、赤外線（ＩＲ）、紫外線（ＵＶ）、マイクロ波等の電磁気エネルギに対し感度高く設計することが出来る。例えば、超音波の使用が可能なような代わりの感知技術は、センサ２３１によって実施可能である。例えば、十分なデータ処理リソースを有する、より高度なシステムでは、センサ２３１を光学センサ又はビデオセンサによって特徴づけることが可能である。
【００３７】
センサ２３１又はセンサ群２３５の相対位置及び配向が知られており、電子モジュール２２０に記録される又は記憶される場合に、センサアレイ２３０は、ロボット１００の正確な位置決め及びナビゲーションを容易にすることが出来る。その点で、互いに対するセンサ２３１の既知の形状、並びにセンサ２３１又は群２３５の組み合わせによって電子モジュール２２０に提供される信号の性質及びタイミングの両方を考慮し、位置処理及びナビゲーション処理を電子モジュール２２０によって実行してもよい。位置に関し、センサポジショナ（参照番号２３６）を使用して、各センサ２３１を群２３５内で所望の配向に保持してもよい。窓又は他の保護用の構成要素が、上述のようにセンサ２３１の汚損を防止するために使用される場合には、一般に、これらの構造体をポジショナ２３６の外側に位置決めしてもよい。
【００３８】
センサアレイ２３０の各々の個々のセンサ２３１は、信号をプロセッサ又は他のコンピュータハードウェアに伝送できるように電子モジュール２２０に結合してもよく、追加して又は代わりに、センサ群２３５を同様に電子モジュール２２０に結合してもよいことが認識されるであろう。クラスタ２３５からの信号は、例えば、クラスタ２３５の各センサ２３１の別個の信号の形態で、又はクラスタ２３５の一つ又はそれ以上のセンサ２３１からの複合信号として電子モジュール２２０に伝送してもよい。いくつかの実施形態において、特定のクラスタ２３５の個々のセンサ２３１は、同一種類である必要はなく、同一技術を使用する必要もない。例えば、センサクラスタ２３５には、一つの位置でＲＦセンサを、他の位置でＩＲセンサを使用してもよい。異なるセンサ技術の様々な組み合わせは、特定の用途に特定の有用性を備えるかもしれない。
【００３９】
図３Ｂ〜図３Ｄは、センサアレイによって使用されるセンサ形状の一実施形態の簡略側面図である。図面に示した発光器及び検出器は、図示した検出ゾーンを生成するためにポジショナ２３６によって固定することが出来る。
【００４０】
センサアレイ２３０を備える近接センサシステムは、ロボット１００用に衝突回避機能を提供する、又は促進することが出来る。図示した実施形態では、センサアレイ２３０の要素は、交差円錐を利用して本体２００に対し所望の又は適切な位置に検出ゾーンを生成する。本体２００に対する検出ゾーンの位置が、発光器及び検出器がポジショナ２３６によって保持される相対角度によって影響を受ける可能性があり、このゾーンの所望の又は最適な位置が、使用する感知技術の範囲、予想されるロボット１００の最大速度、動作環境に位置する障害物、又は構造体の大きさ及び性質等を含むが、それらに限定されない多くの要因によって介入される可能性があることが認識されるであろう。
【００４１】
発光器は、一般に当分野で公知のように、ＩＲ発光ダイオード（ＬＥＤ）又は他の源でもよい。発光器に使用される技術に応じて、発光器によって供給される出力の波長に整合するピーク感度を有するように、適切な検出器を選択してもよい。図３Ｂに示したように、動作時に発光器は、検出器の検出円錐とある角度で交差する光円錐を投射することができる。この３次元領域の交差部内で、発光器は一般に、任意の対象物の一つ又はそれ以上の表面を照明し、反射光又は拡散光は、直接見ることが出来る又はさもなければ検出器により観測することが出来るであろう。したがって、センサアレイ２３０のこれらのセンサ２３１の構成要素は、本体２００に対し既知の近接内の対象物又は表面の正の検出を示すデータを電子モジュール２２０に提供することが出来る。例えば、図３Ａに示したようなロボット１００の本体２００に多数の発光器及び検出器を配列することによって、様々な検出ゾーンを選択的に生成して、安全なナビゲーションを妨害するか又は妨げる可能性がある障害物及び他の潜在的な危険物を検出することが出来る。
【００４２】
本体２００に対する既知の位置及び配向の検出ゾーンを生成するために既知の固定された形状を使用することによって、典型的な方法は、簡単な２進法の検出スキームを使用することができ、すなわち、検出器によって出力された信号は、ゼロからノンゼロに（又はその逆に）切り替わって、検出を示すことができる。このことを容易にするために、図３Ｂ〜図３Ｄに示した形状は、円錐が最低限かつ所定の位置で重なり合うように、照明円錐（発光器用）及び斜めの角度に配置された検出円錐（検出器用）を利用する。形状は、表面の隆起部における非常に小さな上昇、崖、又は他の変化においてでさえも、検出器によって観測される反射がゼロからノンゼロ（又はその逆）に変化させられるように微調整が可能であり、したがって、出力信号を切り替え、センサ２３１が検出を行ったことを電子モジュール２２０に示すことができる。典型的な一実施形態において、この形状により、センサ２３１は、１／４インチ（０．６３５ｃｍ）以下の高さの障害物又は他の品目を検出することができ、センサ２３１は、例えば硬い床の上の低い敷物の存在を検出できる。検出器によって観測された光は、ゼロ又はノンゼロ（表面又は対象物が既知の位置の検出ゾーンにあるかどうかに応じて）であるので、またしたがって、検出器によって出力された信号をゼロとノンゼロとの間で切り替えることができるので、典型的な方法は、発光器によって照明された対象物又は障害物に対する距離を推定するために、検出された光の強度を測定する、又はさもなければ定量化することに依存する必要はない。したがって、センサアレイ２３０の性能は、さもなければセンサ２３１の精度に有害な影響を及ぼすかもしれない照明された対象物の表面色、組織、及び他の特性の変化に対する感度は、低い可能性がある。
【００４３】
ロボット１００が動作環境内でナビゲートする時に、検出ゾーンで遭遇する任意の対象物は、検出可能な表面をセンサ２３１に提示する。典型的な形状により、有効性の損失なしにセンサ２３１が機能することが可能な、広範囲の入射角（照明された表面に対し）が可能であり、センサ２３１に対し事実上任意の配向の表面を検出することができる。同様に、著しく変わりやすい表面特徴部又は組織を有する、又はさもなければ幾何学的に又は特性上不規則である対象物さえも、それにもかかわらずセンサ２３１によって識別可能であり、例えば適切な処理のために、電子モジュール２２０に報告可能な又はさもなければ伝送可能な信号が得られる。図３Ｃに示したように、段部の水平及び垂直の表面の両方は、発光器によって照明可能な潜在的な目標表面を提供し、結果として、検出器が記録するべき入射光を反射する。いくつかの実施形態において、検出ゾーンの高さ（又は垂直重ね合わせ）を初期化し、プログラミングし、又はさもなければ物理的に調整し（例えばポジショナ２３６によって）、高さがロボット１００の登り能力を越える障害物の検出を可能にする。幾つかの例では、このような閾値未満の垂直寸法を有する対象物を検出しないことが望ましいかもしれず、代わりに、このような対象物は、センサ２３１によって検出されるが、電子モジュール２２０によっては無視されてもよい。１／４インチ（０．６３５ｃｍ）の高さを有する障害物を取り除くことができる典型的な一実施形態では、検出ゾーンを適切に寸法決めし、かつセンサ２３１がこの高さよりも低い対象物を検出しないように配向が可能である。
【００４４】
障害物として特徴づけることが可能な物理的構造体に加えて、構造体の欠如を検出することが有用であるかもしれない。例えば、センサ２３１の典型的な形状は、例えば崖における表面の消失の検出を容易にする。幾つかの例では、崖をロボット１００の登り能力を越える垂直寸法を有するステップダウンとして画定してもよい。図３Ｄに示したように、発光器及び検出器の幾何学的な配置は、車輪２４２、２４４の底部と同一の高さの表面の一定又は連続的な検出を提供し、すなわち、センサ２３１は、ロボット１００が配置される表面を検出することが出来る。幾つかの実施形態において、検出ゾーンを適切に寸法決めし、かつロボット１００が下降するための能力を有する程度にのみ垂直に突出するように配向が可能である。このように配列されると、センサ２３１は、この閾値を越える高さの突然の低下を検出することができ、このような崖は、一般に、検出器からの信号に損失をもたらす。このような信号損失は、電子モジュール２２０に報告することができ、これによって、コース補正又は他の措置に関し、ロボット１００に対する損傷を防止するように本体２００に指示することが出来る。前述の崖の検出原理はまた、横方向に又は水平に適用可能であり、この場合に、センサ２３１による検出により、ロボット１００が例えば、壁が鋭くそれる位置においてさえも、壁から一定の距離を維持できてもよい。
【００４５】
上述のように、図３Ｂ〜図３Ｄに示したセンサ２３１の典型的な形状により、検出器によって観測される信号強度の定量化を必要とすることなく、障害物及び崖の正確な検出が可能である。組織、反射、色、幾何学的な凹凸、又はこれらの要因の組み合わせは、幾つかの感知技術の精度に悪影響を及ぼすことがあるが、図示した実施形態は、このような要因によって一般的に導入される検出値又は距離測定値と関連する誤差を低減する、又は最小にすることが出来る。
【００４６】
上述のように、原動駆動機構２４０は、一例として、各々のそれぞれの車輪２４２、２４４用のそれぞれのモータ２４１、２４３を含むことが出来る。所望の方法でロボット１００を推進させるために、代わりの機械的装置が等しく適切であり得ることが認識されるであろう。例えば、一般に駆動輪及びトレッドを備える「キャタピラ（登録商標）」又は他のトラクタ機構は、ロボット１００用の原動力を提供でき、また幾つかの実施においてより大きな牽引力を提供することが出来る。追加して又は代わりに、多数の駆動軸の幾つか又はすべては、操縦可能な車輪を含んでもよく、あるいは他のより複雑な操舵リンク機構又はギヤアセンブリが、いくつかの用途に適切であるかもしれない。
【００４７】
典型的な一実施形態において、駆動機構２４０は、例えば、異なる速度で又は異なる方向に車輪２４２、２４４の各々を駆動することによって、簡単な方向制御を提供することができ、トラクタ駆動装置は同様の方法で働き、異なる速度で又は異なる方向に個々のトレッドを独立して駆動し、軸を中心とする回転を生成する。動作中に、モータ２４１は例えば、電子モジュール２２０から伝送される制御信号に応答し、特定の速度及び方向で車輪２４２を独立して駆動することができ、同様に、モータ２４３は、電子モジュール２２０によって供給される信号に応答して車輪２４４を独立して駆動することが出来る。このような独立した駆動方策により、ロボット１００の正確な運動制御が、比較的廉価な部品によりかつ複雑なステアリングギヤなしに達成できるが、より複雑かつ高価な駆動及び操縦システムが、幾つかの要求の高い用途に、又はコスト制約が緩和される状態において望ましいかもしれない。幾つかの例では、モータ２４１と２４３は、モータ速度又はトルク出力の制御を容易にするために、例えばマイクロコンピュータ又はＰＬＣのような電子制御器に対するアクセスを含むか又は有することが望ましいかもしれない。
【００４８】
モータ２４１と２４３は、一般に当分野で公知のような電気ブラシモータ、及び同様の装置によって一般に特徴づけることが可能である。一例として、適切と思われる商業的に入手可能な１つのモータは、中速度、高トルク、高効率のカーボンブラシモータであるモデルＦＣ−２８０ＰＡ−２０１５０（マブチモーター（株）（Ｍａｂｕｃｈｉ  Ｍｏｔｏｒ  Ｃｏ．，  Ｌｔｄ）によって市販されている）である。電力源から機械的トルク又は他の駆動力を生成するための様々な種類のステッピングモータ、誘導電動機、及び他の電気駆動装置が、当分野で公知であり、ある実施に対して適切であるかもしれない。より詳細に以下に説明するように、モータ２４１と２４３は、例えば、カートリッジ３００と一体の又はそれに取り付けられた協働する構造体に係合するようになっている機械的インタフェース２４９を通して、カートリッジ３００の構成要素を駆動するようにさらに動作可能である。
【００４９】
さらに、駆動機構２４０は、車輪ブラシ２４７を含んでもよい。ロボット１００の動作中に、車輪ブラシ２４７は、車輪２４２、２４４が、回転を妨げる可能性がある破片又は他の品目を補足することを防止することができる。その点で、ブラシ２４７は、ロボット１００が進むときに、このような破片を取り除くように動作し、車輪２４２、２４４の経路内の任意の材料を内側に偏向させるように傾けて（すなわち、ロボット１００の中心に向かって）、例えばブラシローラ又は他の掃引装置による収集又は除去を容易にすることが出来る。
【００５０】
組み合わせて、電子モジュール２２０と関連して又はそれらの制御下で動作するセンサアレイ２３０及び駆動機構２４０は、障害物を回避し、動作環境全体のシステム的なかつ効率的な処理を確実にしつつ、ロボット１００が動作環境の周りで正確にナビゲートすることを可能にする。例えば、一つ又はそれ以上のセンサ２３１からの信号は、ロボット１００が崖（例えば、処理される表面のステップダウン又は穴）、取付具、あるいは敷物又はカーペットのような他のある障害物に近付いていることを電子モジュール２２０に示すことが出来る。適切な処理の後に、例えばロボット１００が、移動している速度及び障害物に対するその角度配向の推定に基づき（例えば、センサ２３１からの多数の読み取り及び本体２００に配置されたセンサ２３１の相対位置及び配向の知識に基づき）、電子モジュール２２０は、適切な信号を駆動機構２４０に提供し、障害物回避の必要に又は所望に応じてモータ２４１と２４３の一方又は両方を遅くするか又は速めることが出来る。その点で、光学アセンブリ２６０も、動作環境に関する有用な入力を電子モジュール２２０に提供できる。
【００５１】
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ２６０は、一般に、光学データを獲得するために適切な光学センサ装置を備え、この関連で、「光学的」という用語は、視覚データを含むが、それに限定されない。その点で、光学アセンブリ２６０は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補的な酸化金属半導体（ＣＭＯＳ）センサ、又は電磁スペクトルの選択周波数又は周波数帯に対し感度を有することが可能な様々な他の種類の画像センサ装置の、任意の物を含んでもよい。光学アセンブリ２６０の構造及び動作の詳細については、特に図１０〜図１７を参照して以下に説明する。
【００５２】
ポンプ駆動機構２９０は、一般に、ポンプモータ２９１と、カートリッジ３００及び本体２００の適切な係合の際に、カートリッジ３００に配置された協働構造と結合するように動作する駆動シャフト２９２とを備えることが出来る（例えば以下に記載するポンプ駆動機構３９０）。幾つかの実施形態において、シャフト２９２は皿穴にされてもよく、又はさもなければ凹部内に配置してもよく（例えば、図２Ｂに図示）、上述の方法で、シャフト２９２は、ポンプ駆動機構２９０に対する機械的結合を必要としないカートリッジ３００の実施形態と接触せず、その適切な取付けも妨げないように寸法決めして位置決めすることが出来る。ポンプモータ２９１は、作業要件に従って、及びより詳細に以下に説明するようなカートリッジ３００によって使用される協働するポンプ駆動機構３９０の特定の動作特性（用途特定であることがある）に従って、シャフト２９２が選択的に回転するように、電子モジュール２２０の制御下で動作可能である。
【００５３】
ポンプモータ２９１は、駆動モータ２４１と２４３を参照して、上述したモータ技術の種類の任意のものでもよい。ロボット１００に課せられる用途の要求を満たす程度に、ポンプモータ２９１が電子モジュール２２０からの信号に、十分に応答することを前提として、ブラシモータ、ステッピングモータ、誘導モータ等を含む様々な実施形態が適切となる。
【００５４】
簡単に上述したように、本体２００は、動作力をカートリッジ３００の機能構成要素に提供するように構成され、かつ配置された一つ又はそれ以上のモータ２５０を含んでもよい。例えば、モータ２５０は、例えばギヤ機構又は駆動シャフトを介して、例えば真空ポンプ、たたき棒、又は両方に結合されるカートリッジ３００の協働構造体に係合するように動作可能である。同様に、モータ２５０は、以下に述べるようなカートリッジ３００に配置されたクリーニングパッド材料用の巻取りローラに電力を供給するために使用可能である。追加して又は代わりに、カートリッジ３００の幾つかの構成要素は、例えば、以下に述べるようなカートリッジの協働ギヤ又は他の構造体に適切な又は所望のトルクを供給するようになっているギヤアセンブリを通して、駆動モータ２４１と２４３によって駆動してもよい。
【００５５】
カートリッジ３００内の機能的な清掃システムの機械的要素を維持しつつ、本体２００（電力及び電子制御要素が容易に利用可能である）にモータ２５０を設けることによって、バッテリパックと他のシステム構成要素との重複を排除又は最小にすることができ、さらに、このアーキテクチャにより、より大きな能力及び柔軟性を有する本体２００と関連して使用可能な、広範囲の単純化した機能カートリッジ３００が可能になる。幾つかの実施形態において、例えばカートリッジ３００は、カートリッジ３００が使い捨て可能として取り扱われるように、簡単であることが可能であり、またこのような廉価な部品から構成することが出来る。他方、高価なモータ、バッテリ及び電力管理ハードウェア、及び他の回路が、カートリッジ３００それ自体によって支承されるような状況では、使用後にカートリッジ３００を廃棄することは望ましくないかもしれない。
【００５６】
前述のことを前提として、本体２００の典型的な実施形態は、一般型又は「機能上不可知論的」と特徴づけることが可能であり、すなわち、本体２００の構成要素は、ロボット１００に意図される特定の用途又は作業に関係なく、構成し、寸法決めし、また空間的に配向できることが認識されるであろう。逆に、カートリッジ３００は、用途特定の構成要素又は構造要素で構成可能である。この分布状のアーキテクチャを前提として、本体２００と係合する機能カートリッジ３００の性質によって、ロボット１００の全体的な機能を確立する、又はさもなければ規定することが出来る。例えば、カートリッジ３００は、硬い表面用の湿式清掃機能（例えば、拭取り機能）を提供するようになっていてかつ動作可能であり、この場合、本体２００とカートリッジ３００との間の構造的な協働により、カートリッジ３００の構成要素は、乾燥破片を収集し、清掃溶液を塗布し、またロボット１００が自律的な湿式拭取り装置として動作するように、清掃溶液をモップで拭き取るようにする、又はそうすることが出来る。代わりに、カートリッジ３００は、柔らかい又は毛羽のある表面用の乾式清掃機能（例えば、真空吸引機能）を提供するようになっていてかつ動作可能であり、この場合、本体２００とカートリッジ３００との間の構造的な協働により、カートリッジ３００の構成要素は、表面（追い出しダスト及び乾燥破片）をたたき、またロボット１００が自律的真空吸引装置として動作するように追い出された破片を吸引するようになる、又はそうすることが出来る。両方の場合、及び本明細書に記載した他の例では、本体２００及びその様々な構成要素の構造設計、配向、及び動作特性は、不変であることが可能であるが、電子モジュール２２０によって提供される指示は、ロボット１００が使用される特定の用途に従って変更してもよいことが考えられる。
【００５７】
次に、カートリッジ３００を参照すると、図４は、同様の特徴部を有する典型的な実施形態の部分組立分解斜視図であり、図５Ａはその簡略側断面図である。図４と図５Ａに示したように、カートリッジ３００は、単一の便利なパッケージに、床の掃引及び拭取り操作の両方に必要な又は所望の複数の機能を組み合わせることが可能である。カートリッジ３００の動作構成要素は、図４に最善に示したように、シェル部分３０１Ａと３０１Ｂを備えることが可能なハウジング内に収納してもよい。シェル部分３０１Ａと３０１Ｂは、動作中に加えられるトルク及び他の応力に耐えるために、適切な任意の剛性材料から製造可能である。広範囲の材料が適切であり得ることが認識されるであろう。例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、又は様々な銅合金のような金属は、要求の高い用途に使用するために望ましいかもしれず、これに対し、プラスチック、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、又はアクリル樹脂は、他の用途に望ましいかもしれない。例えば、使い捨て可能な実施形態では、シェル部分３０１Ａと３０１Ｂは、真空形成された薄いプラスチック又はワックスがけした又は他の方法で処理された厚紙を含む、又は当該厚紙から全体を構成することが出来る。
【００５８】
典型的な実施形態において、カートリッジ３００の一部分は、一般に、掃引装置３１０を含む。図面に示したように、掃引装置３１０は、ブラシローラ３１１と、破片空洞又は受容部３１２とを備えてもよく、共に、これらの構成要素は、床又は他の実質的に平面又は他の表面から、ばらばらのダスト及び破片を収集するようになっていてかつ動作可能である。ダスト及び他のばらばらの破片の除去は、徹底的な清掃のために湿式処理されるべき表面を調製する、又は「プライム（ｐｒｉｍｅ）」するために有用であり得る（その点で、ロボット１００の通常の移動方向は図５Ａの矢印で示されることが指摘される）。代わりに、掃引装置３１０は、簡単なビーム、「スキージ」ワイパ、又はダスト又は他のばらばらの乾燥破片を受容部３１２内に収集するように動作する同様の構造的拭い取り要素（図示せず）を備えることが出来る。幾つかの実施形態において、受容部３１２は、取り外し可能な又は選択的に閉鎖可能なカバーを備え、受容部の内容物が意図することなくこぼされる、又はさもなければ解放されることを防止することが出来る。受容部３１２の内容物の保持を容易にするために、様々な構造体を利用してもよい。例えば、ブラシローラ３１１と受容部３１２との間に、ヒンジ結合式又は摺動プレート（図示せず）を利用してもよい。このようなプレートは、ブラシローラ３１１が動作していない時に、ばね付勢される、又はさもなければ閉位置（すなわち、シール受容部３１２）に留まるように構成してもよい。ブラシローラ３１１が回転する時に、プレートは開位置に移動し（例えば、ヒンジ又は摺動レールによって）、ダストローラ３１２によって投げられた破片が受容部３１２に入ることを可能にする。
【００５９】
図７Ａ〜図７Ｃは、掃引装置３１０の実施形態に有用であるブラシローラアセンブリの典型的な実施形態の簡略図である。図４と図７Ａに最善に示したように、ブラシローラ３１１は、シェル部分３０１Ａと３０１Ｂの開口３１３を通して延びる端部部分３１６を含むことが出来る。幾つかの実施形態において、ブラシローラ３１１は、シェル部分３０１Ａと３０１Ｂ内に緩くはまることができ、すなわち、以下に説明するように端部部分３１６と本体２００のインタフェース構造との適切な係合が十分なクリアランスによって受け入れられることを前提として、開口３１３は、軸受面３１４に対し厳しい公差を必要としない。代わりに、端部部分３１６が開口３１３と正確に整列されることを確実にすることが望ましいかもしれず、幾つかの高度の実施形態では、ブラシローラ３１１が自由に回転することを可能にしつつ、締り嵌めを促進するために、例えば、玉軸受アセンブリ又は他の構造体を使用することが出来る。
【００６０】
一実施形態において、端部部分３１６は、カートリッジ３００と本体２００との適切な挿入の際に、駆動機構２４０と関連する境界面２４９に係合するように設計される。図３Ａに示した実施形態では、境界面２４９は、モータ２４１、２４３によって駆動されるギヤ機構を備える。したがって、端部部分３１６は、境界面２４９のギヤに係合するように動作するギヤ３１５又は他の構造体を備えることができる。動作時に、ギヤ３１５は、トルクを端部部分３１６に伝達し、ブラシローラ３１１を回転させる。
【００６１】
ギヤ機構は、例えば特にトルク低減が望ましい場合に、境界面２４９の幾つかの用途に適切であり得る。代わりに、簡単なドライブシャフト又はベルト又はチェーン駆動のような、より単純な機械的接続を使用してもよい。境界面２４９によって内部で使用されるギヤ機構にも関わらず、境界面２４９と端部部分３１６との適切な係合が、端部部分３１６自体と一体化される、又はそれらに取り付けられたギヤを必要としない可能性があることも認識されるであろう。例えば、確実な係合は、端部部分３１６において、先細りの円錐又は他の適切に成形された突出構造体を境界面２４９から受容部に挿入することによって（ブラシローラ３１１の回転軸と整列して）達成することが出来る。境界面２４９の構造が、端部部分３１６の受容部又は他の協働構造体に挿入するために設計される場合に、このように設計された境界面２４９の構造体にばね荷重をかけることが望ましいかもしれない。このような実施形態では、ばね、ブッシュ、又は他の付勢要素により、使用中に端部部分３１６の安全な係合が可能になり、一方、十分な柔軟さ又は「弾力性」を提供して、境界面２４９又は端部部分３１６の構成要素を損傷する可能性があるような過度の又は不都合な力を必要とすることなく、境界面２４９の構造体の挿入、及びその取り除きを可能にする。代わりに、回転を端部部分３１６に伝達するために、ゴム駆動車輪又は他の摩擦ベースのシステムを使用してもよい。
【００６２】
前述の例は、ブラシローラ３１１が駆動機構２４０によって境界面２４９を通して駆動される状態に取り組んでいるが、代わりに、上述のような独立したモータ２５０によってブラシローラ３１１を駆動してもよい。このような代わりの構成では、境界面による伝動、ならびに当該境界面が端部部分３１６に係合する機構は、実質的に上述したように実装してもよい。
【００６３】
カートリッジ３００のいくつかの使い捨て可能な実施形態では、廉価な材料を使用してブラシローラ３１１を構成することが望ましいかもしれない。ブラシローラ３１１のこのような一実施形態は、図７Ｂに示したようなシート材料から構成される非常に簡単なブラシ３１９を使用することが出来る。図では、各々の垂直線は一枚のシート材料内の切断部を表し、材料のストリップ（参照番号３１２）は、完全なままに留まり、この部分のスピンドル又はローラへの取り付けを可能にする。構成されると、例えば渦巻又は螺旋パターンの、あるいは簡単に回転軸に沿った列の厚紙又はプラスチック管に、ブラシ３１９を例えば貼り付け、あるいはさもなければ接着するか又は取り付ける（ストリップ３１２で）ことが出来る。ブラシ３１９のストリップ３１２がゴム又は他の十分に可撓性の材料から製作される場合に、ディンプル又は他の突出部は、ロッド又はスピンドル内に穿孔される、又はさもなければ機械加工される穴又は凹みに係合するようにされた所定のパターン又は配置で、ストリップ３１２と一体化してもよい。他の方法を使用して、ブラシ３１９をスピンドル又は他の回転要素に取り付けてもよいことが認識されるであろう。
【００６４】
図７Ｃに示した代替実施形態では、ブラシ３１９は、切り離された選択領域を有する「Ｌ」字状部片を使用して構成される。このような二つの要素を相互ロックしてもよい。代わりに、図示した形状を有する一つ又はそれ以上のブラシ３１９は、シャフト、管、又は他の回転要素に環状に取り付けてもよい。
【００６５】
図７Ｂと図７Ｃに示した実施形態に適切な材料は、薄いプラスチック被覆又はワックス被覆の、あるいは他の方法で適切に処理された厚紙を含むが、それらに限定されず、所望の強さ及び可撓性特性を有する廉価な材料が使用可能である。
【００６６】
使い捨て可能又はそうでないように意図されるか否かにかかわらず、多くのブラシは、プラスチック又は木である剛毛が、一度に一つの房だけフレームに挿入される比較的高価な工程を使用して形成されることが認識されるであろう。典型的な床清掃ブラシ（例えば真空掃除機に見られるような）は、通常、厚いプラスチック又は木から製造されたスピンドルを備え、同様に特殊な機械によって挿入される房を有する。必ずしも使い捨て可能であるようには意図されないカートリッジ３００の幾つかの実施形態では、図７Ｂと図７Ｃに示した実施形態よりも典型的な真空たたき棒ブラシであるブラシローラ３１１を使用することが出来る。これらのより堅牢な実施では、剛毛又は房は、一般に当分野で公知のナイロン、プラスチック、又は他の材料から製造できる。
【００６７】
次に図４と図５Ａに戻ると、図面の掃引装置３１０の後方に配置されたカートリッジ３００の他の部分は、一般に、流体リザーバ３８０とポンプ駆動機構３９０とを含むことが出来る。例示した実施形態では、ポンプ駆動機構３９０に組み込まれる、又はそれに動作結合されるポンプ３９３は、例えば、水又は清掃溶液のような液体をリザーバ３８０から床又は処理されるべき他の表面に押圧することが出来る。上述のように、ポンプ駆動機構３９０は、本体２００と一体化されたポンプ駆動機構２９０のシャフト２９２を受容する、又はさもなければそれと結合するようになっていてかつ動作可能である。動作時に、シャフト２９２は、ポンプ駆動機構３９０と一体の協働（受容部）構造体３９９に係合し、シャフト２９２（上述のようにポンプモータ２９１によって電力が供給される）は、以下に説明するようにポンプ３９３を駆動できる。
【００６８】
ある状態では、液体の漏れ又はこぼれを最小にしつつ、カートリッジ３００及び本体２００の選択的な係合及び解放を可能にするように、リザーバ３８０から液体を抽出することが望ましいかもしれない。その点で、ポンプ３９３は、図４と図６に最善に示されているように、蠕動ポンプに具現される、又はそれを備えることができ、この場合に、図６は、蠕動ポンプ機構の典型的な実施形態の簡略図である。
【００６９】
一例として蠕動ポンプは、カートリッジ３００の幾つかの実施に様々な利点を提供する。この技術は、一般に廉価であり、カートリッジ３００の使い捨て可能なバージョンを実行可能にする。さらに、蠕動ポンプは、本体２００からカートリッジ３００を取り除く際に、リザーバ３８０内に残る液体をシールする弁として作用する。また、この技術は、本明細書に記載する自動的な係合方策に適応しており、したがって、ポンプ装置、機械的接続、プライミング、又は操作者による他の介入も必要ない。
【００７０】
当分野で公知のように、蠕動ポンプは、一般に、上流側及び下流側（それぞれ参照番号３９５と３９６で図示）にインペラアセンブリ３９４及びそれぞれの長さの管を備える。
【００７１】
インペラアセンブリ３９４は、可撓性導管（例えば参照番号３９７で示した領域の）を連続段階で圧縮し、圧送された材料を引き込んで、連続締め付け作用を介して下流に材料を移動させる。リザーバ３８０と流体的に結合された送り導管３９５は、使用中にポンプ３９３に供給することができる。動作時に、インペラアセンブリ３９４と関連する一連のローラ３９１は、導管セクション３９７を圧縮し、リザーバ３８０から送り導管３９５を通して液体を引くために必要な吸引作用を提供するように機能することが出来る。圧送された液体は、インペラアセンブリ３９４を通過し、流体静力学的圧力の下で出力導管３９６を介して分配セクション３９８に押圧されることが可能である。分配セクション３９８は、一つ又はそれ以上のノズル又はノズルアセンブリを使用することができ、追加して又は代わりに、分配セクション３９８は、簡単に、導管の閉端セクションに具現してもよく、一つ又はそれ以上のドリップ孔は圧送された液体を所望のパターンで解放するように動作する。簡単に上述したように、分配セクション３９８は、例えば、処理されるべき表面に、又は処理されるべき表面をモップで拭き取るために使用されるパッド３３０のセクションに、液体を直接堆積させることが出来る。当業者は、分配部分３９８の構造及び構成は様々な修正が可能であり、例えば、リザーバ３８０に維持される液体の種類及び粘度、インペラアセンブリ３９４によって供給される流量、ロボット１００が移動する速度、電子モジュール２２０によって指示される特定の割り当てられた作業、及び他の要因によって介入され得ることを認識するであろう。
【００７２】
インペラアセンブリ３９４の必要な又は所望の回転は、ポンプ駆動機構３９０と２９０の適切な係合を通して、並びにシャフト２９２及び受容部３９９の構造的な協働によって促進することができ、回転は、電子モジュール２２０からの信号に応答して動作するポンプモータ２９１によって可能にされ、かつ適切に制御可能である。動作要件、形態要因制限、及び他の考慮に応じて、様々な種類の蠕動ポンプ又は他のポンプを使用してもよいことが認識されるであろう。例えば、インペラアセンブリ３９４は、導管セクション３９７を圧縮するために、図面に示したような一連のローラ３９１よりも、むしろ小さな「指部」又は他の突出部を使用する簡単かつ廉価な構造を使用することが出来る。蠕動技術は、幾つかの用途で使用するための望ましい特性を有するが、本発明の開示は、カートリッジ３００と一体化される、又はそれによって使用される特定のポンプ機構に限定されるようには意図されない。
【００７３】
幾つかの実施形態において、単一の蠕動ポンプは、リザーバ３８０から液体を引くために使用してもよい。リザーバ３８０が剛性でありかつシールされる場合に（例えば、図５Ａに示したように）、液体体積の低減及び結果として生じる圧力変化は、圧力差のためカートリッジ３００の構造的構成要素に対する不都合な応力をもたらす可能性がある。カートリッジ３００に対する損傷を防止するため、ポンプ３９３は、リザーバ３８０内に空気を圧送して戻してリザーバ３８０内の圧力を周囲圧力と等しくするように、周期的に逆に作動してもよい。例えば、ポンプは、各々の清浄サイクル後に所定の時間逆に作動してもよく、このような方策は、漏れの可能性をさらに低減するか又は実質的に排除することができるが、この理由は、圧力を等しくしつつ、逆のポンピング動作中にポンプ３９３の下流側の液体をリザーバ３８０に戻すことが出来るからである。
【００７４】
追加して又は代わりに、圧力差によるリザーバ３８０及び他の構造要素に対する応力を緩和するために、空気リリーフ弁を設けてもよい。他の代替方法として、第二の蠕動ポンプを使用して、リザーバ３８０内に空気を圧送してもよく、このような構成では、第二のポンプは、重複を避けるためにインペラアセンブリ３９４の第二の管を使用してもよい。
【００７５】
リザーバ３８０に生成される真空圧に起因する損傷に対しそれほど敏感でない代替実施形態では、図４に示したように、折り畳み可能な袋又はバッグとしてのリザーバ３８０を実装することが望ましいかもしれない。この袋は、ゴム、プラスチック又は他の任意の適切に可撓性でかつ耐漏れ性の材料から構成することが出来る。この実施形態によれば、液体が送り導管３９５を通して引かれるとき、リザーバ３８０は真空下で収縮することが出来る。リザーバ３８０の袋が図４の実施で収縮する時に、それに応じて受容部３１２の体積が増大することが認識されるであろう。
【００７６】
次に図４と図５Ａに戻ると、図面のポンプ機構３９０の後方に配置されたカートリッジ３００の他の部分は、動作環境又は処理されるべき表面をモップで拭き取り、表面に堆積した任意の清掃溶液ならびに薄められた泥及び破片を捕捉するように動作する吸収パッド３３０を含むことが出来る。代替方法として、いくつかの実施形態では、ポンプ３９３は、パッド３３０を表面に適用する前に又は実質的に適用と同時に、水又は清掃溶液を（処理されるべき表面よりもむしろ）パッド３３０に直接供給することが出来る。他の実施形態において、液体を別個のパッド（すなわち、図４と図５Ａに示したパッドと無関係に）に適用することが出来る。このような無関係のパッドがパッド３３０の前方に配置される場合に、処理されるべき表面を磨くために振動させる、又はさもなければ激しく動かしてもよく、この場合、図面に示したパッド３３０は、ばらばらの微粒子物質及び表面に留まる残りの清掃溶液をモップで拭き取るために使用してもよい。図面に示した構成要素の空間配向、ならびに多数の用途に使用される構成要素の種類は、様々な修正及び変更が可能であり、また所望の機能又はカートリッジ３００を組み込んだロボット１００の意図する用途に応じることが出来ることが認識されるであろう。
【００７７】
図面に示したように、パッド３３０は、連続ストリップとして実装してもよい。使用中、パッド３３０材料は、例えばロール３３１から送ることができ、余剰の又は汚れた材料を巻取りローラ３３２に巻き取ってもよい。パッド３３０の部分は使用中に汚れるので、その部分は、処理されるべき表面と接触する位置に（巻取りローラ３２２によって）引き込まれる材料と選択的に又は周期的に交換することができる。その点で、典型的な実施形態は、能動的に巻取りローラ３３２を使用して、ロール３３１からパッド３３０を引き、したがって、巻取りローラ３３２は、本体２００の協働構造体と相互作用し、それによって駆動されることが可能である。巻取りローラ３３２と本体２００との動作係合は、実質的にブラシローラ３１１を特に参照して上述したように実施できる。
【００７８】
ブラシローラ３１１と同じように、巻取りローラ３３２は、一般に、開口３３３が軸受面３３４に対して厳しい公差を有する必要がないように、シェル部分３０１Ａと３０１Ｂ内に緩くはまり込むことが可能な端部部分３３６を含む。シェル部分３０１Ａと３０１Ｂは、端部部分３３６と本体２００のインタフェース構造体との適切な係合に干渉しないようになっていてもよい。巻取りローラ３３２が自由に回転することをなお可能にしつつ、端部部分３３６と開口３３３との正確な整列を確実にすることが望ましいかもしれない。
【００７９】
一実施形態において、端部部分３３６は、カートリッジ３００と本体２００との適切な挿入の際に、モータ２５０と関連する境界面２５９のばね付勢の構造体に係合するようになっていて、使用中に、モータ２５０は、巻取りローラ３３２の所望の動作に関し、例えば電子モジュール２２０からの、又は専用の処理構成要素からの指示に応答することが出来る。図３Ａに示した実施形態では、境界面２５９は、モータ２５０によって駆動されるギヤ機構を備える。したがって、端部部分３３６は、境界面２５９のギヤに係合するように動作するギヤ３３５又は他の構造体を備えることが出来る。動作時に、ギヤ３３５は、トルクを端部部分３３６に伝達し、巻取りローラ３３２を回転させる。
【００８０】
張力スパイク（図５Ａの参照番号３３８）は、送りロール３３１が動作中に過剰の（ゆるい）パッド３３０の材料を繰り出すことを防止できる。スパイク３３８は、例えば、ばね荷重をかけてもよい、又は巻取りローラ３３２が巻いている時にパッド３３０を解放するように、さもなければ動作中にパッド３３０に対する必要な又は所望の張力を保持するように動作する他の能動的な機構を含んでもよい。
【００８１】
上述のように、ギヤ機構は、例えば、特にトルク低減又は回転速度の制御が望ましい場合に、境界面２５９のいくつかの用途に適切であり得る。しかし、上述の境界面２４９と同様に、境界面２５９は、ドライブシャフト、ベルト駆動、又は他のより単純な機械的接続を使用してもよい。境界面２５９によって内部で使用されるギヤ機構にも関わらず、端部部分３３６と境界面２５９との適切な係合が、ギヤ３３５の使用に加えて又はその代わりに、上述のような構造要素の任意のものを使用して達成することが出来る。
【００８２】
前述の例は、巻取りローラ３３２が独立モータ２５０によって境界面２５９を介して駆動される状況に関するが、代わりに、巻取りローラ３３２を駆動機構２４０によって駆動してもよい。このような代わりの構成では、境界面２４９による伝動、並びに境界面２４９が端部部分３３６に係合する機構は、すでに記載した機構と同様でもよい。巻取りローラ３３２が駆動機構２４０によって駆動される場合に、巻取りローラ３３２を送りロール３３１よりも駆動機構２４０の近くに配置することが望ましいかもしれず、すなわち、図４と図５Ａに示した巻取りローラ３３２及び送りロール３３１の位置は反転してもよい。駆動機構２４０により近接した位置に巻取りローラ３３２を移動することにより、境界面２４９の構成要素を簡略にすることが出来る。
【００８３】
図５Ｂは、用途特定のカートリッジ用の代わりのパッド構成の簡略断面図であるが、他の構成も考えられる。幾つかの実施形態では、送りロール３３１を省略してもよい。巻取りローラ３３２と対照的に、送りロール３３１は任意の構造的なローラ機構に関連付けてもよい、又はそうしなくてもよく、送りロール３３１が特定の実施形態から省略される場合に、付属ローラ機構も一般に省略されることが認識されるであろう。例えば、清掃パッド３３０の材料は、巻きフォーマットの代わりに扇状折り畳みフォーマットで（すなわち、それ自体繰り返し折り返して）簡単に貯蔵してもよく、代わりに、塗装用途で典型的に実施されているように、パッド３３０全体を単一のローラによって支承してもよい。典型的な図５Ｂの実施形態では、パッド３３０の材料は、連続ベルト３３９として実装することが出来る。清掃装置（掻取り要素、静電要素、液体クリーナ、又はそれらの組合せ）を含むアセンブリは、処理されるべき表面に適用する前に、ベルト３３９及びパッド３３０を清掃するために使用してもよい。
【００８４】
図８Ａ〜図８Ｄは、用途特定のカートリッジに関連して使用するためのパッド材料の典型的な実施形態の簡略図である。
【００８５】
パッド３３０は、任意の数の材料を含む、又は組み込むことが出来る。材料は、例えば静電気的又は一般的でもよく、また織られても又は織られなくてもよい。紙、セルロース、綿、又は他の繊維質材料が、幾つかの用途で有用であり得る。パッド３３０は、単一シートの材料（例えばキルト紙）から構成されることが可能である。図面に示した代替実施形態では、パッド３３０を層状に積み重ねて、所望の清掃効果を生成することができる。例えば、図８Ａでは、パッド３３０は、吸収性層８１０、プラスチック又は他の非透過性層８２０、及び表面接触層８３０を含む。層８３０は、研磨性又は静電気的であり得る。図８Ｂにおいて、メッシュ層８４０を含んでもよい。ナイロン、綿、又は強く織られたセルロース材料のような網目状材料が、パッド３３０の洗浄する又は磨く特性を改善できる。
【００８６】
図８Ｃに示したように、パッド材料は、水、清掃溶液、液状床ワックス、又はパッド３３０用に利用される材料に従って選択可能な他の所望の液体のような液体で含浸することができ、化学処理がその材料、又は両方に適用される。例えば、パッド材料がカートリッジ３００から解かれる、又はさもなければ配置される時に、液体を含有するポケット８５０を穿孔することができ、代わりに、ポケット８５０は、処理される表面に対する削磨の結果穿孔されてもよい。上述の方法で、清掃動作を可能にする程度に十分な液体は、パッド３３０それ自体の材料によって運ばれてもよく、リザーバ３８０をカートリッジ３００に一体化するそのための必要性が最小になる、又は排除されるが、それにもかかわらず、リザーバ３８０は、例えば、湿式ブラシ機能を設け、ロボット１００がたてるダストを最小にすること等の他の目的で液体を運ぶことが出来る。
【００８７】
図８Ｄに示したように、パッドストリップ８８０は、吸収性層８１０を含まない隙間空間８３１によって分離されたパッド３３０（上述のような吸収性層８１０をおそらくは含んでもよい）を特徴とする多数の領域を含んでもよい。図８Ｄに示したように、パッドストリップ８８０は、実質的に連続的な表面接触層８３０を含んでもよい。この構成により、浸出を防止する、又は最小にすることができ、いくつかの湿式用途では、この浸出により、例えばパッド材料の部分が早期に又はさもなければ望むよりも徹底的に湿らされる可能性がある。
【００８８】
一般に当分野で公知のようなパッド３３０と関連して、様々な材料及び化学処理が実施又は使用可能であることが認識されるであろう。例えば、表面接触層８３０は、水吸収性の化学物質等で含浸して、厚さを増すことなく吸収を強化してもよい。本発明の開示は、特定の種類の材料又はパッド３３０として実装される、材料の組み合わせに限定されるようには意図されない。
【００８９】
図９は、用途特定のカートリッジの他の典型的な実施形態の複数の簡略図である。一実施形態において、カートリッジ９００は、例えば、硬い床又は敷物及びカーペットのような毛羽のあるフローリング材で真空吸引機能を実行するように実装してもよい。
【００９０】
カートリッジ９００が本体２００によって電力供給を受けるように構成される場合に、真空たたき棒ローラブラシ９１１は、巻取りローラ３３２及びブラシローラ３１１を参照して上述したのと同様の方法で、本体２００とのカートリッジ９００の適切な係合の際にモータ２５０と関連する境界面２５９に係合するように構成されかつ動作可能であり、使用中に、モータ２５０は、例えばブラシ９１１の所望の操作について、電子モジュール２２０からの又は専用の処理構成要素からの指示に応答することが出来る。代わりに、ブラシ９１１は、実質的に上述のような駆動機構２４０によって駆動してもよい。同様に、カートリッジ９００に配置された真空ポンプは、巻取りローラ３３２を駆動するように動作する上述のモータのような本体２００と関連するモータ２５０によって駆動してもよい。このような実施形態では、真空ポンプに供給される回転速度を上げるために、またトルクを下げるために、カートリッジ９００に又は境界面２５９にギヤ機構を含むことが望ましいかもしれない。
【００９１】
いくつかの実施において、カートリッジ９００では、ある程度、自己電力供給が行われ、すなわち、カートリッジは、たたき棒ローラブラシ９１１、真空ポンプ９３９、又はその両方を駆動するための一体型モータを含むことが出来る。例えば、このようなモータに電力を供給するために、又は電子モジュール２２０がカートリッジ９００の種類及び能力を確認することを可能にするために必要な電気接続は、カートリッジ９００と本体２００との係合の際に自動的に行われることが可能である。完全な自己電力供給が行われる実施形態では、カートリッジ９００は、専用のバッテリ又はスマートバッテリパックを含むことが出来る。このようなバッテリの充電（例えば、本体２００に結合された外部電源から電流を引く）を可能にする電気接続は、カートリッジ９００と本体２００との係合の際に自動的に行われることが可能である。
【００９２】
図９に示したように、一つの典型的な真空カートリッジ９００により、一般に、上述の様々な特徴部のあるものが組み合わせられる。図示したように、真空カートリッジ９００は、たたき棒アセンブリ９１０、吸引チャンバ９２０、及びポンプアセンブリ９３０を備える。たたき棒アセンブリ９１０は、駆動機構２４０及び境界面２４９によって、又は本体２００と関連する専用のモータ２５０及び境界面２５９によって駆動されるように構成された端部部分９１６を有するブラシ９１１を備える。機械的相互接続は、実質的に上述の方法で実施可能である。
【００９３】
使用中に、たたき棒アセンブリ９１０は、吸引チャンバ９２０によって収集されるべき泥を除去する。チャンバ９２０は、一般に、フィルタ９２１（例えば、ＨＥＰＡ（高効率粒子空気フィルタ）、静電気フィルタ等）を組み込んだ剛性ハウジング、一般に当分野で公知のような粒子状物質を収集するための半透過性バッグ又は袋、又はそれらの組み合わせによって特徴づけることが出来る。いずれにしろ、実質的に図４と図５Ａの説明における受容部３１２を参照して、上述したようなチャンバ９２０をシールするための構造（ばね付勢のプレート又はヒンジドアと同様）を含むことが望ましいかもしれない。チャンバ９２０は、選択的に閉鎖可能なハッチ又はドア９２２を含んでもよく、このハッチ又はドアにより、収集された材料を廃棄し、フィルタ９２１を清掃するか又は交換し、あるいは有効寿命の終わりに近い真空バッグを交換するためのチャンバ９２０へのアクセスが可能である。
【００９４】
典型的な実施形態では、真空カートリッジ９００は、ポンプアセンブリ９３０内のモータ９３１とベルト駆動機構９３２とを使用する。組み合わせて、これらの構成要素は図示したようにポンプ９３９を駆動する。いくつかの用途では、ポンプ９３９は、リスかご型送風機でもよいが、真空用途に適切な他のポンプ技術も適切であり得る。モータ９３１用の動作電力は、専用のバッテリ又はスマートバッテリパック９３３によって供給してもよい。バッテリパック９３３の充電（例えば、本体２００に結合された外部電源から電流を引く）を可能にする電気接続は、カートリッジ９００と本体２００との係合の際に自動的に行われることが可能である。代わりに、バッテリパック９３３は省略してもよく、この場合に、動作電力をモータ９３１に供給するために必要な電気接続は、真空カートリッジ９００及び本体２００が動作可能に結合される時に自動的に行われることが可能である。
【００９５】
ポンプアセンブリ９３０はまた、モータ９３１の動作を制御するための又はさもなければそれに介入するための電子装置（図示せず）を含んでもよい。例えば、真空バッグが一杯である、又はさもなければチャンバ９２０が自由な空気流を可能にしない場合に、このような電子装置は、モータ９３１に対する損傷を防止するために、モータ９３１を減速する、又はクラッチ機構を始動してベルト駆動を解放するように実装可能である。このような電子装置はまた、以下に説明するような真空カートリッジ９００の動作特性に関し、データを電子モジュール２２０に供給するように実装可能である。
【００９６】
前述のものは、機能カートリッジ３００と９００の幾つかの典型的な実施形態であり、ハードウェア及びソフトウェア構成要素の実質的な再構成なしに、ロボット１００が多数の作業を実行することを可能にするために有用であり得る。様々な修正及び変更により、ロボット１００の能力が向上されることが認識されるであろう。例えば、除湿器技術を本体２００に又は特製の機能カートリッジに組み込むことによって、例えば、清掃溶液として使用するために、空気中の水分から水を復水することが出来る。代わりに、液体容器（例えば、清浄な液体用及び使用済み液体用）は、特製の機能カートリッジに組み込んでもよく、これらの容器は、使い捨て可能である、又は再充填可能であり得る。幾つかの実施形態では、液体は、例えば、貯水タンクのような開口容器、又は外部源によって（例えば、雨水、構造体の下流注ぎ口からの流出液体、ホース又はシャワヘッドからの出力水等によって）充填可能な他の頂面開放のリザーバに貯蔵することが出来る。
【００９７】
他の例として、機能カートリッジは、織物又は他の物理的マトリックスを使用する機械的フィルタ、炭素又は他のフィルタ媒体を使用する化学的フィルタ等のような洗濯可能な（すなわち、選択的に取り外し可能な）フィルタを使用するように構成可能であり、再循環される清掃溶液は、このようなフィルタあるいは沈澱物タンクと関連して利用してもよい。代替方法として、汚染された清掃溶液の処分が必要でないように蒸発する清掃溶液を使用してもよく、操作者に必要なことは、清掃溶液の周期的な補充及びフィルタの清掃及び交換に過ぎない。
【００９８】
上述のように、本発明の一形態によれば、いくつかの異なる種類の特製の機能カートリッジ（例えば、上述のカートリッジ）を使用して、ロボット１００及び本体２００に広い機能性及び柔軟性を提供することが出来る。当業者は、機能カートリッジと本体２００との係合の際に、異なるカートリッジの種類を識別するように電子モジュール２２０を容易にプログラミングすることが可能であることを認識するであろう。本体２００の電気接点は、例えばカートリッジに配置された導電性フィルムの唯一の識別パターンを読み取るようになっていてかつ動作可能であり、同様に、機能カートリッジの構造体に一体化された磁石の唯一のパターンは、カートリッジの種類を識別するために使用可能である。例えば、一連のパンチ穴又はディンプル、あるいは他の構造要素も使用可能である。幾つかの実施形態において、カートリッジに配置された二次元又は三次元のバーコードは、例えば、カートリッジと本体２００とを結合する前に光学センサ（以下に記載）によって、又はカートリッジが本体２００と動作可能に結合されるときにコードを読み取るように整列される本体２００の専用センサによって読み取ることが出来る。幾つかのより高度の実施形態において、機能カートリッジは、本体の協働する接点と結合するための電力及び電気接続部を含んでもよく、またカートリッジの能力に関する所望の情報を電子モジュール２２０に提供できるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）又は他の適切な揮発性又は不揮発性のデータ記憶装置を含んでもよい。
【００９９】
上述の方法で、機能カートリッジは、本体２００がカートリッジと関連して動作するようにプログラムするか又はさもなければ指示する程度に十分な所望の又は必要な情報を電子モジュール２００に提供できるように構成可能であり、カートリッジの動作特性に従ってロボット１００の機能を有効に確立する。代わりに、カートリッジの性質及び能力に関する入力を供給するために、パネル２７０を使用してもよい。
【０１００】
カートリッジによって可能にされるべき特定の種類の機能を識別すると、電子モジュール２２０は、カートリッジを使用することが必要とされ又は所望されるように、ある設定を構成するか又は初期化することができる。例えば、電子モジュール２２０は、モータ２５０の適切な速度設定及びサイクル時間設定を識別し、適切にポンプ駆動機構２９０を選択的に可能にするか又は不可能にし、動作時間パラメータを設定し、複数の予備プログラミングされた清掃サイクルシーケンスの一つから選択する等々を行うことが出来る。上述の方法で、ロボット１００は、本体２００に選択的に結合される取り外し可能なカートリッジの機能に従って特定の作業を実行するように選択的に構成可能である。
【０１０１】
ナビゲーション及び障害物回避
幾つかの例では、操作者がロボット１００を動作環境内の特定の位置に導くことを可能にすることが望ましい場合がある。操作者の指示の下で動作するか又は自律的に機能するかにかかわらず、ロボット１００は、一般に、独立してナビゲートしなければならない。以下に説明するように、光学アセンブリ２６０は、ロボット１００が、動作環境内の他の対象物又は境界に対し、当該ロボットが相対関係にある場所を決定することを可能にする。この関連の空間配向の一つの重要な観点は、対象物に対する距離を確実に確認できることある。
【０１０２】
図１０は、光学センサを備える光学アセンブリの典型的な実施形態の構成要素の簡略ブロック図である。図１１、図１６Ａ及び図１６Ｂは、動作環境内のロボットの簡略平面図であり、図１６Ｂでは、ロボット１００は代わりの光学アセンブリの一実施形態によって特徴づけられる。
【０１０３】
図１０に示したように、光学アセンブリ２６０は一般に、光学センサ１０１０、光源１０９０、及び電子モジュール２２０との双方向のデータ通信を可能にするインタフェース１０２０を備える。幾つかの実施形態において、インタフェース１０２０は、光学アセンブリ２６０の構成要素を動作させる、又は電子モジュール２２０によってそれらの構成要素の制御を容易にするために必要な、追加の電子装置を任意に含んでもよい。例えば、図３Ａと図１１の本体２００と一体の光学アセンブリ２６０が示されているが、外側システムも使用できることが認識され、この場合に、物理的接続部（例えばＵＳＢ又はＦＩＲＥＷＩＲＥ）又は無線接続部（例えばＢＬＵＥＴＯＯＴＨ又は８１１．０２）により、必要な又は所望のデータを光学アセンブリ２６０の構成要素と電子モジュール２２０との間に伝送することが出来る。
【０１０４】
簡単に上述したように、センサ１０１０は、ＣＣＤ、リニアＣＣＤ、ＣＭＯＳ、位置敏感型検出器（ＰＳＤ）、又は供給源１０９０からの出力と同一の電磁スペクトルの周波数帯で感度を有する他のセンサ装置を含む、又はその中に具現することが出来る。この技術のあるもの、又はその変形は、デジタルカメラ及び他の消費者電子装置の用途で普及しつつあり、様々な種類のデジタルカメラの感知技術を光学アセンブリ２６０に一体化することが出来る。センサ１０１０として使用するために適切なデバイスの一例は、ＣＭＯＳセンサ（例えば、Ｐｉｘｅｌｐｌｕｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって現在市販されているモデル番号Ｐ０３１３０Ｒ０）であるが、他の種類のセンサ技術を上述のように使用してもよい。
【０１０５】
供給源１０９０は、レーザ、ＬＥＤ、又はセンサ１０１０によって検出可能なスペクトルの帯域内の電磁エネルギを生成する他の任意の供給源を備える、又はその中に具現することが出来る。幾つかの用途は、これらの技術の組み合わせを利用することにより利益を得ることが出来る。供給源１０９０の出力は、人間の目に見えても又は見えなくてもよい。適切な供給源１０９０の一例は、短い周波数のレーザダイオード（例えば、Ｕｎｉｏｎ  Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって現在市販されているモデル番号ＳＬＤ−６５０−Ｐ５−３００−０５）であるが、供給源１０９０用に他の種類の出力を使用してもよい。
【０１０６】
照明された対象物の色及び反射が、センサ１０１０によって受け取られた光の品質及び特性に介入することによって、幾つかの方法論を使用する距離測定結果に影響を及ぼす可能性があるから、異なる周波数帯で可変出力を生成できる供給源１０９０を利用することが望ましいかもしれない。供給源１０９０の出力を異なる周波数にシフトさせることにより、ある場合には、より正確な結果を生成することが出来る。追加して又は代わりに、他の周波数を伝送する間にある周波数を減衰するように動作するフィルタを利用して、同様の効果を生成してもよい。供給源１０９０が一つ又はそれ以上の独立した出力源を使用でき、例えば、より詳細に以下に説明するように、供給源１０９０が、同時に又は断続的に動作するレーザ及びＬＥＤの両方を組み込むことが可能であることも認識されるであろう。二つ以上の独立した光源を使用する供給源１０９０のこのような実施は、ある状況では特に有用であり得る。
【０１０７】
さらに、供給源１０９０は、放射光をコリメートする、又はさもなければ放射光の特性に影響を及ぼすために、一般に当分野で公知のような光学パッケージ（図３Ａの参照番号１０９９）を含んでもよい。このような光学パッケージは、一つ又はそれ以上の固定焦点レンズ、能動的な焦点制御装置、光コリメータ、ビームスプリッタ、開口、ミラー、選択的な帯域通過フィルタ、又はこれらの及び他の構成要素の様々な組み合わせを使用することが出来る。より詳細に以下に説明するように、センサ１０１０は、同様に光学パッケージ１０１９の様々な構造を備える、又はそれと組み合わせて実装可能である。
【０１０８】
幾つかの実施形態において、供給源１０９０からの出力を回転させてもよい。その点で、本体２００の専用モータ（図３Ａの参照番号１０９１）を使用して、供給源１０９０それ自体の又は選択された光学パッケージの要素の、所望の回転を提供でき、この構成により、供給源１０９０の構成要素が共有のモータによって回転される場合に必要である複雑なギヤ機構を排除することが出来るが、このような実施形態は可能であり、またある状況ではより費用効率的であるかもしれない。例えば、供給源１０９０は全体として回転可能であり、又は光学パッケージ１０９９の特定の要素（例えば、ミラー又はビームスプリッタ）を回転してもよい。当業者は、従来の光源及び他の光学構成要素からの回転ビームの生成が、発明的な能力なしに達成可能であることを認識するであろう。
【０１０９】
図１１に示したように、供給源１０９０及びセンサ１０１０、又はそれらのそれぞれの光学アセンブリは、完全に３６０度の動作環境の視野を有するように配置することができる。したがって、供給源１０９０からのビームは、ロボット１００が配置される表面に対し垂直の軸を中心とする３６０度のパターンで連続的に又は断続的に回転可能であり、代わりに、３６０度よりも小さい円弧にわたってビームを前後に掃引してもよい。追加して又は代わりに、供給源１０９０からの出力は、瞬間的に特定の方向に能動的に向けてもよい。前述の選択の各々は、距離測定を容易にするデータを獲得するために役立つかもしれない。
【０１１０】
使用中に、図１１に示したように、供給源１０９０からの投射光は、動作環境内の対象物に反射することができ、測定可能な角度でセンサ１０１０によって受け取られることが可能である。供給源１０９０及びセンサ１０１０の相対位置及び空間配向が知られ、かつインタフェース１０２０又は電子モジュール２２０に記録される、又はさもなければ記憶される場合に、光学アセンブリ２６０は、精密な距離計算を可能にすることによってロボット１００の正確な位置決めを容易にすることが出来る。その点で、位置及びナビゲーション処理は、供給源１０９０に対するセンサ１０１０の既知の形状ならびにセンサ１０１０によって受信される信号の性質及びタイミングの両方を考慮して、電子モジュール２２０によって実行してもよい。例えば、距離は、センサ１０１０と供給源１０９０との間の既知の距離、センサ１０１０によって検出される反射光の角度、ロボット１００の速度、供給源１０９０によるビームの生成と遅延センサ１０１０におけるその後の受信との間の時間遅延、順次測定の間の相違等のような要因の組み合わせを使用して、三角法により決定することが出来る。図１１に示すように、光がセンサ１０１０に入る角度は、一般に、ロボット１００の移動に基づき、かつ供給源１０９０によって生成されるビームの回転のため、時間の経過に従って変化する。
【０１１１】
センサ１０１０の感知表面１０１１に入射する光の角度は、様々な方法で決定することが出来る。例えば、角度は、感知表面１０１１の列内の最も明るい画素を識別することによって決定してもよい。代わりに、例えば、隣接する一連の最も明るい画素の中心又は中心領域を識別することによって、また最も明るい画素点を考慮することによって、最も明るい隣接する一連の画素を利用してもよい。サブピクセル処理、補間、正規化等のような様々な画像処理技術を使用して、明るい領域をセンサ１０１０の感知表面１０１１に配置すること、及び当該領域を使用して入射光の角度を確認することが出来る。
【０１１２】
幾つかの実施形態において、実質的に垂直の表面（例えば壁部）に入射するとき、当該表面の実質的に垂直の線として光を検出できるように、供給源１０９０からの出力を平面として投射することができる。投射された線の異なる部分に対する距離は、センサ１０１０によって検出された光の角度を測定することによって決定することが出来る。例えば、供給源１０９０からの出力が、光学アセンブリ２６０に対し垂直の表面に投射される場合に、センサ１０１０は、直線の垂直線を検出することができる。供給源１０９０からの出力が垂直でない表面に投射される場合に、センサ１０１０は、垂直から斜めの線を検出することができる。図１２は、光学センサによって受け取られた異なる入力を示した簡略図である。センサ１０１０によって検出可能な様々な線構造が図１２に示されている。
【０１１３】
光学アセンブリ２６０の構成要素の典型的な構成を前提として、対象物に対する距離を検出するために、様々な方法論を使用することが出来る。例えば、いわゆる「飛行時間」及び三角測量計算が、簡単に上で説明されたが、一般に、構成要素の相対位置、角度配向、速度、及び多数の測定値に基づく計算に有利である。他の方法は、センサ１０１０に入射する反射電磁エネルギの振幅の測定を使用することが出来る。その点で、供給源１０９０からの出力がレーザ光又は他の高度にコリメートされた光である場合に、照明された対象物の材料、色、及び反射率特性は、当該対象物から反射されるセンサ１０１０によって検出される光の振幅に影響を及ぼす可能性があり、従って、このようにして獲得された距離測定値は、極めて正確である、又は照明される対象物の組成物に応じてこの感知方法論の制限のために相当の不正確さを蒙る可能性がある。
【０１１４】
この欠点に対抗するための一つの方策は、レーザ（又は他の平行光源）及びＬＥＤ（又は他の拡散光源）のような、異なる種類の独立した光源で対象物を照明することを含む。様々に拡散する反射光の測定により、色、反射、又は照明された対象物の他の特性によって引き起こされるような戻り平行光に検出される振幅変動を考慮するために、独立して又は組み合わせて動作する電子モジュール２２０及びインタフェース１０２０による計算が可能である。上述の方法で、平行光源と組み合わせた拡散光源の使用は、例えば、誤差補正、正規化、又は検出された平行光の振幅（及び振幅変化）の評価に有効な他の計算を容易にすることが出来る。従って、供給源１０９０の幾つかの実施形態は、上述したように、異なる多様の二つ以上の独立した電磁エネルギ源を使用することができる。これらの状況において、光学パッケージ１０１９（以下に記載）は、検出されるべき各々の種類の光のためにセンサ１０１０の表面の専用部分を使用するように構成することが可能である。
【０１１５】
上述のように計算された距離測定値の精度は、距離測定値が獲得される規則性及び周波数によって介入されることがある。従って、一実施形態において、供給源１０９０は、連続ビームを生成するように永続的に動作し、センサ１０１０は、周期的な間隔で受け取られる光を瞬間的に読み取ることができ、幾つかの例では、連続測定の間の間隔がより短いと、それだけ測定値はより正確になることが可能である。代替方法として、十分な処理電力が利用可能である場合に、センサ１０１０は、ロボット１００がその配向を動的に変える時にリアルタイムで変化する信号を監視するように連続的に動作することが出来る。
【０１１６】
上述のように、センサ１０１０は光学パッケージ１０１９と関連して使用可能である。幾つかの状態では、光学パッケージ１０１９は、供給源１０９０からの出力と実質的に同一の周波数で動作する狭周波数帯域光学フィルタを含むことが望ましいかもしれず、このような実施形態では、センサ１０１０によって検出可能な最も明るい光は、一般に、供給源１０９０によって投射される光である。このようなフィルタ方策は、ある用途には望ましくないかもしれないことが認識されるであろう。
【０１１７】
図１３、図１４と図１５は、光学パッケージの様々な実施形態と関連して動作するセンサの簡略断面図である。
【０１１８】
幾つかの実施形態において、例えば、光学パッケージ１０１９は、センサ１０１０がすべての方向からデータを同時に受信することを可能にする３６０度のレンズ又は半球形ミラーを使用してもよい。代わりに、ミラーは半球形である必要はない。例えば、放物線又は他の断面を有するミラーは、水平から到着しない光線が、センサ１０１０の感知表面１０１１の図１３に示されているのと同一の個所に投射することを可能にするように構成可能であり、図面に示されているように、レンズ又はレンズアレイは、センサ１０１０の全体的な機能を促進することが出来る。この技術は、検出された光を最大化し、かつセンサ１０１０の性能を高めつつ、画像処理を単純化することが出来る。図１３に示した集束ミラー及び開口は、感知表面１０１１に対し垂直の軸を中心に回動される、又は完全な３６０度の円弧で構成され、当該軸に対し半径方向のすべての方向から光を同時に捕捉することを可能にすることが認識されるであろう。したがって、図１３の構成では、距離測定用途のために狭いリングの画素のみが感知表面１０１１で使用される。次に、感知表面１０１１の残りの部分は、図１４に示したように、例えば標準カメラとして実装してもよく、距離測定機能を可能にする、又は高めることが示される場合に、さらにレンズを実装してもよい。
【０１１９】
代わりに、図１５に示したように、図１４に示したレンズの代わりにミラーを使用してもよい。光学パッケージ１０１９が図１５に示した方法でミラーを使用する場合に、画像データは、図１４の構成のような上からよりも、むしろ側面から獲得可能であり、図示したように、所望に応じて又は適切にレンズを含んでもよい。様々な組み合わせのミラー、レンズ、プリズム、フィルタ、光コリメータ、及び他の構成要素を備えるレンズ組立体１０１９は、感知表面１０１１の中心部分が任意の方向からの光を受け取るこが出来るように考案してもよい。
【０１２０】
一般にセンサ１０１０に関し、当業者は、電磁スペクトルのある帯域のエネルギを検出するために最適化されたある感知技術が、比較的狭い焦点領域及び高度の倍率、又は「ズーム」から利益を受けることが出来ることを認識するであろう。したがって、センサ１０１０及び光学パッケージ１０１９は、狭い焦点領域ならびに高い光学又はデジタルズームを提供するように、構成要素で適切に構成することが出来る。このような一実施形態について、図１６Ｃと図１６Ｄを特に参照して以下に説明する。
【０１２１】
供給源１０９０と関連して使用される光学パッケージは、多数のビームを出力しかつ同時に回転することが出来るように、一つ又はそれ以上のビームスプリッタ又はプリズムを利用できることが認識されるであろう。幾つかの実施形態において、光学パッケージ１０１９は、同時に又は迅速に連続して多数の方向から多数の画像を受け取るように構成されかつ動作することが可能である。一例として、ミラー付きのピラミッド（又は他の装置）を備える光学パッケージ１０１９と関連して、単一のＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ１０１０を利用して四方向からの同時の検出を可能にすることができ、例えば、このような実施形態は、四つのレーザ又は他の独立した光源を備える供給源１０９０、又は光学パッケージ１０９９に配置される適切なビームスプリッタを介して出力される単一の光源と関連して使用してもよい。図１６Ａは、同時にかつ約１８０度の相対角度で供給源１０９０から放出する二つのビームを示している。前述のことを前提として、任意の数及び角度配向のビームを利用できるが、実際の用途は、一般に、電子モジュール２２０及びインタフェース１０２０の処理リソースによって、並びにセンサ１０１０の能力によって制限される可能性があることが認識されるであろう。
【０１２２】
図１７は、動作環境内の第一の位置、及び基部と係合した第二の位置のロボットの簡略側面図である。上に説明したように、センサ１０１０及び光学パッケージ１０１９は、ロボット１００が図１７の左側に示したような動作環境で機能している時に、処理されるべき表面に対し垂直の軸を中心に、センサ１０１０が有効に３６０度観測できるように構成することが可能である。例えば、図１７の右側に示したように、基部にドッキングされる間にロボット１００が異なる配向にある時に、センサ１０１０は、例えば、実質的に図１４と図１５を参照して上述したような感知表面１０１１の中央部分を利用することによって、有利な視野から動作環境を観測するように使用できる。
【０１２３】
ロボット１００が図１７の右側に示した配向にある時に、例えば、センサ１０１０を使用して、動作環境内の特定の位置に投射される光の位置及び運動を検出することが出来る。したがって、操作者は、例えば、レーザ状の光源（レーザポインタ）又はセンサ１０１０によって検出されるべき適切な周波数で動作する他のある供給源を使用して、ロボット１００に命令を入力する、又は発することが出来る。
【０１２４】
例えば、レーザポインタを使用して、動作環境内の特定の点を識別してもよい。ロボット１００は、いくつかの異なる方法で当該位置情報に関し機能するように、すなわち、清掃機能を実行するための当該位置に移動し、当該位置を回避し、当該位置を基準点として（例えば特別な領域を表す多角形の頂点として）又は境界マーカとして記憶する等々を行うように指示されることが可能である。その点で、センサ１０１０によって検出されたようなレーザポインタにより識別された位置を電子モジュール２２０がいかに処理すべきかについて指示を行うために、リモート制御ユニットを使用して操作者インタフェースパネル２７０に信号伝送することが出来る。
【０１２５】
当業者は、供給源１０９０、センサ１０１０、及び光学パッケージ１０１９、１０９９の構成要素の実施及び構造的配置が、多数の変形を可能にすることを認識するであろう。例えば、従来のレンズを有する一つ又はそれ以上のカメラを利用してもよく、１８０度の「魚眼」レンズが光学パッケージ１０１９で利用される場合に、二つのセンサにより３６０度の領域をカバーすることが出来る。供給源１０９０からのビームを回転するために光学パッケージを使用するよりも、むしろロボット本体２００の外側の回転プラットホームに固定光源が使用でき、センサ１０１０は、このような回転プラットホームに装着してもよく又は装着しなくてもよい。特に、図１６Ｂは、動作環境内の代わりの光学アセンブリの一実施形態によって特徴づけられるロボットの他の簡略平面図である。
【０１２６】
図１６Ｂに示したように、光学アセンブリ２６０は、センサ１０１０及び供給源が装着される回転プラットホーム又はブームを備えることが出来る。動作時に、例えば供給源１０９０は、回転軸を中心とするブームの回転によって出力回転を実施できるように、ブームの長手方向軸線に対し固定することが出来る。この構成により、内部回転ミラー又は他の回転アセンブリの必要性が最小にされる、又は排除されるように、供給源１０９０及び付属の光学パッケージ１０９９を簡略化することが出来る。図１６Ｂに示したように、供給源１０９０及びセンサ１０１０をブームの回転軸の反対側に配置することが望ましいかもしれない。
【０１２７】
図１６Ｃは、光学アセンブリの他の代替実施形態の簡略平面図である。図示したように、供給源１０９０とセンサ１０１０の両方を、ブームの回転軸の同一の側に位置させてもよい。例えば、近い対象物を検出するために使用される近位ミラーは、センサ１０１０に比較的近くに位置決めしてもよく、逆に、例えば、遠い対象物を検出するために使用される遠位ミラーは、センサ１０１０から比較的遠くに位置決めしてもよい。図示した実施形態では、近位ミラー及び遠位ミラーは、異なる高さに（例えば、図１６Ｃに示した回転軸に沿って）位置決めし、感知表面１０１１のそれぞれの部分が、各々のそれぞれのミラーからの光の検出を可能にする。
【０１２８】
近位ミラー及び遠位ミラーの異なる視野を、長い距離及び近い距離の両方の検出の特徴的属性を容易にするために使用してもよく、特定の対象物についてより適切な視野を有するミラーからの光を距離計算のために利用可能であることが認識されるであろう。例えば、近位ミラーを通して観測されるようなレーザ点の位置を、近くの対象物に対する距離を決定するために使用してもよく、これに対し、遠位ミラーを通して観測されるようなレーザ点の位置を、遠くの対象物に対する距離を決定するために使用してもよい。遠い距離の検出の精度は、各々のそれぞれのミラーと関連する観測、ミラーのコリメート特性、及び他の要因のために、近位のミラーを介してよりも遠位ミラーを介して、より大きな可能性がある。追加して又は代わりに、両方のミラーが対象物（例えば、ミラーの観測領域が重なり合う位置の対象物）を検出する時に、両方のミラーからの測定値を使用して、例えば平均値を計算する、又は一つの測定を他の測定に対し照合することが出来る。
【０１２９】
図１６Ａ、図１６Ｃ及び図１６Ｄに示した光学アセンブリの組み合わせ又は混合は、望ましい距離測定特性を有することが出来る。このような一つの混合実施形態では、供給源１０９０は、所望の角度の配向で二つのビーム（一方のビームは図１６Ｃと図１６Ｄに示したビームを相補するため）を出力するように実装可能であり、例えば、相補的ビームは、図示したビームに対し１８０度に配向することが出来る（図１６Ａに示したように）。図１６Ｃと図１６Ｄの構成は、追加の近位ミラーと追加の遠位ミラーとを含むように適切にでき、これらの追加のミラーは、相補的ビームを検出するように位置決め可能である。同時の距離測定値を動作環境内の様々な位置から獲得できるが、上述のように、実際の用途は、電子モジュール２２０のプロセッサ帯域幅、感知表面１０１１の利用可能な部分、供給源１０９０によって出力される電力、及び他の要因によって、制限される可能性がある。
【０１３０】
別の例として、センサ１０１０によって観測されるレーザポインタで操作者が行う身振りに応答するように、電子モジュール２２０を構成することが可能である。円運動は、清掃されるべき領域を示してもよく、時計回りの運動は一つの清掃モードを要求してもよく、一方、反時計回りの運動は別のモードを要求してもよい。特定の方向の指示を一般に提供する身振りが、当該方向にロボット１００を移動する指示として電子モジュール２２０によって解釈されてもよい。同様に、異なる色（又は周波数）のレーザ光は、実行されるべき交互の動作を示すことが出来る。
【０１３１】
追加して又は代わりに、電子モジュール２２０が、特定の動作環境の局面に関し「トレーニングされる」、又はプログラミングされる、又は指示されてもよい。例えば、選択された反射特性を有する材料の、一つ又はそれ以上のストリップ、長さ、又はスワッチは、このように電子モジュール２２０をトレーニングするために動作環境内に配置してもよく、この材料は、例えば、トレーニング操作の後に取り除いて廃棄するか、又は電子モジュール２２０の引き続く再トレーニングのために保管してもよい。幾つかの実施形態において、この材料は、例えば、選択された長さのパターン又は境界を動作環境で表すことができるような一巻きの接着材料であってもよい。「ストリップ」又は「スワッチ」という用語を以降に使用するかもしれないが、選択された材料が、例えば電子モジュール２２０によってストリップの認識又は識別を可能にするために、本体２００の構成要素に十分にユニークな感覚の入力するならば、材料を任意の形状又は大きさにしてもよい。
【０１３２】
トレーニング操作中に、ロボット１００は、センサアレイ２３０、光学アセンブリ２６０、又は両方の組み合わせを使用して、動作環境をナビゲートし、この反射材料のストリップの位置及び範囲を識別することが出来る。例えば、パネル２７０を介して又はリモート制御ユニットを介して、操作者入力を受け取り、ストリップによって輪郭が描かれた動作環境の領域の意図又は目的について、電子モジュール２２０に指示することが出来る。例えば、永続的な障害物（例えば階段）の位置及び範囲は、輪郭が描かれ、又はさもなければ識別される。追加して又は代わりに、材料のストリップをロボット１００が物的障壁として取り扱うように指示される仮想の又は「想像の」壁を建てるために使用してもよい。電子モジュール２２０は、このような障害物に関係する（以下に述べるような基部又は他の標識の位置に関する）位置又は他の位置情報を記憶し、指示されない限りさもなければ指示されるまで、それらの位置を決して訪れないようにトレーニングすることが出来る。
【０１３３】
同様にこのような材料のストリップを、（例えば仮想の壁を使用することによって）、動作環境内の領域をゾーンに分離するか又は区分するために使用することができ、各々のゾーンをロボット動作に関し異なって処理することが可能である。例えば、清掃操作は、あるゾーンで他のゾーンよりも頻繁に行うことができ、幾つかのゾーンは完全に無視してもよい。湿式清掃操作は、幾つかのゾーンで妨げられる可能性があり（例えば、堅木又は繊細なフローリング材に亘って）、一方、他のゾーン（例えば、タイル張りの台所床）では要求される。例えば、接着剤の部分又は公知の反射又は他の特性を有する他の材料を介して、容易に識別可能な感覚入力を備える電子モジュール２２０を設けることは、カスタマイズ可能な自律操作のために（電子モジュール２２０を通して）ロボット１００の詳細なプログラミングと制御とを可能にする。このようなカスタマイズ化が実行可能である程度は、電子モジュール２２０の処理能力によって、及び電子モジュールと関連するか又はそれによってアクセス可能なメモリ又はデータ記憶装置の容量によって影響を受ける可能性があることが認識されるであろう。
【０１３４】
上述したようなセンサアレイ２３０及び光学アセンブリ２６０を実装するロボット１００の実施形態は、徹底的にかつ系統的に動作環境全体を覆う点で特に効率的になり得る。
【０１３５】
その点で、光学アセンブリ２６０によって獲得される距離測定値に関係するデータに少なくとも部分的に基づき、ロボット１００を電子モジュール２２０によって案内する、又は介入することが可能になる。同時の位置測定及びマッピング（ＳＬＡＭ）技術の様々なバージョンは、このような用途で有用であり得る。
【０１３６】
典型的なＳＬＡＭ方法論によれば、位置測定は、動作環境の表示を共に形成する多数のデータポイント又は「パーティクル」の生成に基づく。各々の別個のパーティクルは、データ構造のノードであり、ロボット１００の現在位置の推定に関係するデータ、並びにロボットの方向又は配向（すなわち、いわゆる「傾斜」）の推定に関係するデータを含む。さらに、各々のそれぞれのパーティクルが、動作環境全体のマップ（すなわち、「グローバル」マップ）のそれ自体のそれぞれのバージョンを生成することを可能にするために、十分なデータが維持される。このようなマップの表示は、例えば、線分である、又は境界の輪郭を描く、又はさもなければ動作環境の特徴部を表す格子であり得る。
【０１３７】
ロボット１００が動作環境を横断する時に、距離センサ読み取り（例えば、光学アセンブリ２６０によって獲得された）を使用して、各々の別個のパーティクルと関連する空間のマップを更新し、ならびにパーティクルの重み、関連度スコア、又は推定精度を表すある他の要因を増分又は減分することが出来る。リアルタイムで獲得された特定の距離測定値が、パーティクルにより予想されるであろう当該の測定と十分に合う場合に（例えば、グローバルマップのそのバージョンに関係するパーティクルのデータに基づき）、当該パーティクルの重みを増加してもよい。他方、特定の距離測定が、パーティクルにより予想されるであろう測定と十分に合わない場合に、当該パーティクルの重みを減少してもよい。一般に、個々のパーティクルの重み又は関連度スコアが所定の閾値未満に落ちた場合に、後続処理においてパーティクルを廃棄する、又はさもなければ無視してもよく、これに対し、十分に高い（例えば、異なる所定の閾値を越える）重み又は関連度スコアを有するパーティクルは、クローンされ、二つ以上の同一のパーティクルを生成することが出来る。
【０１３８】
動作環境の横断に関し、ロボット１００用の車輪運動を走行距離計又は他の器具で測定することが出来る。次に、車輪２４２、２４４の既知の回転を前提として、各パーティクルに予想されるであろう運動の推定に基づき、各々のそれぞれのパーティクルの位置を更新することが出来る。少量のランダム誤差がパーティクルの運動の更新に導入され、このようなランダム誤差により、同一の（すなわち、クローンされた）パーティクルは、更新マウントの数として互いに離れて漂うようにされる。
【０１３９】
さらに、ロボット１００は、走行距離計の読み取りが示唆する経路に正確に従わないことが予想され、例えば、機械の反動、ロボット１００の偏揺を引き起こす破片、及び無数の他の要因により、ロボット１００の経路は、簡単な走行距離計の読み取りを使用して予測できない方法で逸脱させられる。パーティクル位置更新へのランダム誤差の付加は、ロボット１００の各々の可能な実際の経路にそれぞれ従うパーティクル集団となる傾向がある。従って、パーティクルの重み（又は他の関連度スコアシステム）は、一般に、これらの可能性を吟味し、有望な可能性を識別し、また最善の可能性を高めるための機構を提供することが出来る。
【０１４０】
図１６Ｅは、同時の位置測定及びマッピングの方法の一実施形態の簡略フロー線図である。ブロック１６０１に示されているように、ロボット１００の位置及び傾斜に関する仮説を各々が表し、またロボットと関連するグローバルなマップのそれぞれのバージョンを各々が有する、パーティクル集団が生成される可能性がある。ロボット１００が動作環境を横断する時に（ブロック１６０２）、リアルタイムのデータ獲得（例えば、光学アセンブリ２６０を介した）により、動作環境の観測可能な特徴部に対する距離測定値を提供することが出来る。これらの距離測定値は、各パーティクルの位置データを更新するために使用してもよく、ブロック１６０３に示したように、このような更新は、ロボット１００の認識又は推定された運動（光学アセンブリ２６０による観測、走行距離計の出力等）に基づくことができ、また一般に、パーティクル毎に異なるランダム誤差の要因を考慮することが出来る。各パーティクルの重み又は関連度スコアは、割り当て又は修正（すなわち、増分又は減分）が可能であり、ブロック１６０４に示したように、所定のパーティクルの重みは、その関連するグローバルマップにおける所定のパーティクルの位置により、所定の測定がいかに良く説明されているかに基づく、又はそれによって介入されることが可能である。次に、パーティクル集団は、例えば、重み又は関連性に応じてパーティクルをクローンする、又は廃棄できるように再サンプリングしてもよい（ブロック１６０５）。上述の方法で、優れた候補パーティクルが強化され、一方、グローバルマップの劣った推定を示すパーティクルは無視されることが可能である。前述の処理に少なくとも基づき、各々の別個のパーティクルと関連するグローバルマップのバージョンをブロック１６０６に示したように更新することが出来る。プロセスは、一般に、ブロック１６０２へのループバックで示されるような繰り返しである。
【０１４１】
方法に固有の一般的な不確実性、ならびにランダム誤差の故意の導入を前提として、典型的なＳＬＡＭ方法論は、多数の仮説（すなわち、パーティクル）を使用する。数千のパーティクルを使用して、リアルタイムで獲得される個々の距離測定と関連するロボット１００の位置の最も正確な表示となり得る多くの可能な同様の位置（データ構造に示されているように）の間で選択する際に、ＳＬＡＭアルゴリズムを支援することが出来る。
【０１４２】
グローバルマップが使用される場合に、パーティクルの数は、マップの大きさ、すなわち、動作環境全体に比例して増加する。この場合に、二つの要因により、最小記憶容量及び処理オーバヘッド要件が実質的に増大され、パーティクルの数は動作環境の増加につれて増加し、結果として、各パーティクルがメモリに維持しなければならないグローバルマップの大きさが増加する。したがって、データ記憶のために必要なメモリの大きさ又は容量は、一般に、動作環境の面積の２乗だけ増加する。さらに、各反復で更新の必要があるデータ量の増加のため、すなわち、例えば所定の間隔の各々の距離測定により、又は両方の組み合わせのため、プロセッサリソースに負担が掛かる可能性がある。
【０１４３】
動作環境全体の部分マップを使用する同様の方法は、効率、処理オーバヘッド及び必要な記憶容量の最小化を行うことが出来る。このような代わりの方法論では、位置測定も別個のパーティクルに基づくことができ、パーティクルの各々をデータ構造の別個のノードとして特徴づけることができ、パーティクルの各々は、ロボット１００の現在の位置及び傾斜の推定に関係するデータをそれぞれ含む。上述の方法から出発して、データ構造の代わりの実施は、動作環境のグローバルマップの別個のバージョンと関連付けられる別個のパーティクルを必要としないかもしれない。むしろ、単一のマップをパーティクルのすべてと関連付けてもよい。
【０１４４】
さらに、グローバルマップの用途が不要であるように、動作環境全体を分割しても又は区分してもよい。本実施形態において、一連の部分マップを使用して、モザイク又はタイル式に動作環境全体を覆うことが出来る。その点で、図１６Ｇは、部分マップに区分された動作環境の簡略平面図である。部分マップは、参照番号Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐｎによって表される。十分な数ｎの部分マップを動作環境の総適用範囲を確実にするために選択してもよく、必要な数ｎが、動作環境の全体の大きさ、動作環境の特定の形状、動作環境の境界内又は境界位置する障害物、ロボット１００が訪れないようにトレーニング又はさもなければ指示された動作環境内の位置の形状及び表面積、光学アセンブリ２６０又は他の感知装置の制限等々を含むが、それらに限定されない様々な要因によって介入されてもよいことが認識されるであろう。
【０１４５】
部分マップは、一般に、任意の形状及び大きさでよいが、ある実施形態は、以下により詳細に説明するように制約されてもよい。さらに、隣接する部分マップの間の境界は、剛性である必要はなく、精確に計算する必要もないことが認識されるであろう。ある部分マップは、隣接する部分マップと重なり合ってもよいことが予想できる。例えば、部分マップＰ４は、図１６Ｇに示したような部分マップＰ２とＰ５の両方（例えば、網状線で示した領域）と重なり合い、同様に、部分マップＰｎ−１とＰｎは重なり合うように示されている。同様に、他の部分マップは、図面に示した程度よりも多く、又は少なく重なり合うことが出来る。部分マップの間のこのような意図された重なり領域は、分かりやすくするため一般に図１６Ｇから省略されている。同様に、図１６Ｇの動作環境の表示は、図１１及び図１６Ａ−図１６Ｂに示した動作環境と同一のスケールでないことが指摘される。さらに、図１６Ｇは、かなり簡単な格子パターンで配置された複数の部分マップを示しているが、例えば、直交座標系又は極座標を使用して部分マップを構成してもよいこと、及び本発明の開示が、ある実施形態に関して特に示さない限り、特定の構成又は配向の部分マップに限定されるようには意図されないことが認識されるであろう。
【０１４６】
ロボット１００が動作環境を横断する時に、距離センサの測定値（例えば、光学アセンブリ２６０からの出力）を使用して、空間のマップを更新すること、並びに位置測定のためにパーティクルの重みを適切に増分又は減分することが出来る。図１６Ｅを参照して説明した方法論と同じように、特定のリアルタイムの距離測定値が、所定のパーティクルにより予想される測定値（例えば、部分マップに関係するデータに基づく）と十分に合う場合に、当該パーティクルの重み又は関連度スコアを増かしてもよい。しかし、特定の距離測定が、所定のパーティクルにより予想されるであろう測定と十分に合わない場合に、当該パーティクルの重み又は関連度を減少してもよい。以前の方法と同じように、関連の重み又は関連度スコアが所定の閾値未満に落ちた場合に、個々のパーティクルを廃棄するか又は無視してもよく、逆に、関連の重み又は関連度スコアが異なる所定の閾値を越えた場に、個々のパーティクルをクローンしてもよい（二つ以上の同一のパーティクルを生成する）。
【０１４７】
図１６Ｅの実施形態と同様に、車輪運動は、走行距離計又は他の器具で測定することができ、次に、車輪２４２、２４４の既知の回転を前提として、各パーティクルの予想されるであろう運動の推定に基づき、各々のそれぞれのパーティクルの位置を更新することが出来る。少量のランダム誤差が導入され、同一の（すなわち、クローンされた）パーティクルが時間の経過に亘って互いに離れて漂うようにされる可能性がある。上述のように、ロボット１００は、走行距離計の読み取りが示唆する経路に正確に従わない可能性があり、ランダム誤差の付加は、多数の可能性の原因であるパーティクル集団になる傾向がある。パーティクルの重み（又は他の関連度スコアシステム）は、一般に、劣った可能性の除去、可能性を予想させる識別、及び最善の可能性の強化を促進することができる。
【０１４８】
動作環境が部分マップＰ１、Ｐ２、・・・Ｐｎに区分された場合に、少数のパーティクルによってさえも、正確な位置測定の結果を獲得することが出来る。特に、小さな部分マップ空間内では、可能な位置及び傾斜の数は比較的小さい（例えば動作環境全体に比較して、その範囲を知ることは出来ない）。いくつかの実施形態において、上述のＳＬＡＭ技術を使用してグローバルマップを表すために必要とされるかもしれない何千ものパーティクルと比較して、部分マップを表すためには５０のパーティクルで十分であり得る。さらに、グローバルマップの部分集合又は区分のみが任意の所定の処理ステップで考慮されるので、パーティクルの数は、空間全体の大きさの増大につれて増加する必要がなく、従って、データ構造に必要な記憶容量は、（面積の２乗による増加と反対に）動作環境の全体面積に比例して直線的に増加することが出来る。
【０１４９】
さらに、パーティクルのすべては、この代わりの実施の一実施形態の単一マップに基づき根拠を得ることが出来るので（各々の別個のパーティクルがグローバルマップのそれぞれの専用バージョンの使用を必要とするよりもむしろ）、追加の記憶容量の節減を達成することが出来る。例えば、この代わりの方法論は、図１６Ｅを参照して説明した方法と比較して、必要なメモリ又はデータ記憶容量の５Ｏｘ程度の低減を提供することが出来る。メモリ必要量は指数関数的によりも、むしろ直線的に増加するので、メモリの低減は動作環境の範囲に依存して、５Ｏｘよりもはるかに大きくなる可能性があることが認識されるであろう。
【０１５０】
この代わりの実施によれば、部分マップＰｎは、容易に識別できかつ正確にマッピングできる動作環境内の特徴部に従って構成される。典型的な実施形態において、部分マップの境界は、一般に、距離感知装置（例えば光学アセンブリ２６０）の範囲の直径内にはまる最大の正方形によって制約されるが、このようなマップの他の形状、並びにそれらのマップの範囲に影響を及ぼす異なる基準は、様々な用途において有用であり得る。部分マップＰ１、Ｐ２、・・・Ｐｎを、動作環境内の障害部分及び他の特徴部の物理的末端によって、ならびに隣りの又は隣接する部分マップへの「出口」によって境界付けてもよい。この関連で、部分マップに対する「出口」境界を、一般に、他の（例えば隣接するが、それに限定されない）部分マップへのルート又は経路によって特徴づけることが出来ることが認識されるであろう。
【０１５１】
いくつかの実施形態において、各々の部分マップは、それぞれの「走査点」によって特徴づけることが出来る。実際に、空間内のどの位置が、全体的な部分マップ空間の最善の観測を可能にするかという推定に基づき、部分マップ内の位置を選択でき、代わりに、このような走査点は、特定の位置からの観測の品質に関する任意の評価にも関わらず、例えば、便利さ、効率、又は便宜に従って選択してもよい。例えば、一つの実施において、走査点は、既知の又は観測されたすべての境界又は特徴部から最も遠い点であると推定された位置として選択してもよいが、他の選択が可能である。以下に説明するように、部分マップを使用する位置測定及びマッピング技術は、特に堅牢であって、観測フィールド、最大観測可能な範囲、又は他の要因に関して、有効性のために特定の「理想的」な又は「最適」な走査点に頼る必要はない。
【０１５２】
さらに、各々の部分マップは、隣接する（又は他の）部分マップの相対位置の識別を容易にする位置データを含むことが出来る。これらのデータは、各々のそれぞれの隣接する部分マップについて選択された走査点のそれぞれの相対位置の指標又は推定を表すことが出来る。この情報は、例えば出口構造体に記憶され、これによって、隣接する部分マップ用の走査点にいかに到達すべきかについて、電子モジュール２２０の制御又は指示の下に動作するロボット１００に情報が伝えられる。その点で、部分マップは、隣接するマップの走査点への出口の接続部（データ構造内）を介して「緩く関連付けられ」てもよく、すなわち、隣接するマップ間の相対位置情報は正確である必要はない。ロボット１００が一つの部分マップから次の部分マップに移動するとき、新しい部分マップ内のその正確な位置は容易に計算可能である。
【０１５３】
上述のように、全体的なグローバルマップは、複数の部分マップの収集によって特徴づけることができ、既知の部分マップからのデータに基づき、望むなら再構築してもよい。
【０１５４】
ロボット１００が既知の部分マップに入ったかどうかを確かめるために、パーティクルを以前に訪れられた部分マップ（「フラグ」パーティクル）に意図して配置することが出来る。同様に、所定の時点におけるロボット１００の現在の位置が、以前に訪れた部分マップであることが確認された場合に（一つ以上のフラグパーティクルの存在に基づき）、フラグパーティクルは、システムから高い重みを受け取り始めることができる。一般に「ループの閉鎖」と称されるこのような方策により、ロボット１００は（電子モジュール２６０又は他の処理要素を介して）、ロボットが既知の空間に再び入ったことを決定することが出来る。部分マップを共に接続（例えば、タイル張り又は縫い合わせ）することと関連する総誤差の最大の大きさを追跡することによって、ロボット１００が実際に占めることができる位置を表す可能性が最も高い領域に対するこのようなフラグパーティクルの配置を制限することが出来る。この技術により、さもなければ必要となるかもしれないフラグパーティクルの挿入と関連する余分のメモリを最小にすることが出来る。さらに、フラグパーティクルの重みの更新を、ロボット１００が現在横断している部分マップと関連するパーティクルよりも頻繁でなくすことが可能である。フラグパーティクルが更新される頻度を最小にすることにより、これらの追加のパーティクルの正確な記録を維持するために必要な処理能力を低減する。
【０１５５】
図１６Ｆは、部分マップを使用する同時の位置測定及びマッピングの方法の典型的な実施形態の簡略フロー線図である。
【０１５６】
ブロック１６２１に示したように、ロボット１００の位置及び傾斜に関する仮説を各々が表すパーティクル集団を生成することが出来る。上述のように、これらのパーティクルのいずれもが、それと関連するグローバルマップのそれぞれのバージョンを必要とせず、実際に、いくつかの実施形態では、グローバルマップは必要でない。動作環境の初期走査（例えば、３６０度又は他の円弧による）は、ブロック１６３１に示したように行うことができ、この走査は、例えば光学アセンブリ２６０によって、又はある他の距離測定技術によって実行することが出来る。少なくとも部分的に初期走査の結果に基づき、部分マップの走査点はブロック１６３２に示したように選択でき、上述のように、部分マップ内に含まれる動作環境の各々の観測可能な特徴部から最も遠いと推定される特定の部分マップ内の点は、走査点として選択できるが、いくつかの用途では他の基準が適切であるかもしれない。位置測定を維持しつつ（例えば、初期走査の結果に基づき）、ロボット１００は、識別される走査点まで動作環境を横断することができる。
【０１５７】
ブロック１６３３に示したように、補足走査（例えば、３６０度又は他の円弧による）を実行して、走査点からの光学式データを獲得することが出来る。これらの光学データは、部分マップの構成を始めるための基礎として使用可能である。例えば、走査点から観測されるような動作環境の特徴部及び境界に関し、動作環境に配置する障害物に関する位置情報、あるいは各々の組み合わせは、電子モジュール２２０による後続処理のためにメモリに記憶してもよい。基本的に、この補足光学走査中に収集された情報は、引き続く走査操作中に獲得される任意の情報よりも大きな程度で、部分マップに介入できることが認識されるであろう。
【０１５８】
図１６Ｆの右側に示したマッピング手順は、ロボット１００が割り当てられた又は予備プログラミングされた作業を実行する時に、ロボットが動作環境を横断している間に（ブロック１６２２）繰り返して実行することが出来る。ロボット１００によって現在占められている部分マップ（すなわち、「局所」部分マップ）に関し、局所マップは、距離感知技術（すなわち、光学アセンブリ２６０）から新たに獲得された情報出力で更新可能であり、更新されたデータは、例えば、電子モジュール２２０で利用可能なプロセッサリソース、光学アセンブリ２６０に実装されるハードウェアの制限、プログラミングコードの精巧さ、及び他の要因に応じて、連続的に、周期的に又は要求に応じて提供することが出来る。従って、局所マップは、それらのデータが受信される時に、新たに獲得されたデータに従って展開でき、この更新機能はブロック１６３４に示されている。処理操作を簡略化するために、ロボット１００が局所部分マップ内の所定の位置で適切に位置測定されることを電子モジュール２２０により常に想定されることが望ましいかもしれない（位置測定手順は、図１６Ｆの下方の左部分に示されている）。
【０１５９】
ブロック１６３５に示したように、電子モジュール２２０は、ロボット１００によって割り当てられた作業の実行中に局所部分マップを構成しかつ修正するので、前述の更新操作は繰り返しとなり得る。局所部分マップのすべての領域が、動的に変化することに、又は電子モジュール２２０に提供された所定の指示に従って処理された時に、ロボット１００は、局所マップから未調査の出口を検索することが出来る。例えば、未調査の出口に対し相対的な優先性を規定する論理に従って、又はさもなければ所望のように異なる基準に基づき、すべての未調査の出口をランダムに訪れることが出来る。この機能は、ブロック１６３７に示されている。どの部分マップを次に訪れるべきかを決定する様々な方法を使用してもよいことが認識されるであろう。例えば、電子モジュール２２０は、最初に最も近い未調査の出口を訪れるようにロボット１００に指示してもよく、代わりに、推定された最小の物理的大きさを有する出口を最初に検査してもよい（例えば、この出口は行き止まりである可能性が最も高いと考えられる）。他の代替方法として、高度のアルゴリズムにより、特定の作業の合計操作時間を最小にする部分マップの訪問順序を推定することが出来る。本発明の開示は、部分マップを訪れる順序又は優先性を決定するために使用される特定の方法論に限定されるようには意図されていない。
【０１６０】
局所部分マップからの未調査の出口が存在しない場合に、電子モジュール２２０は、マップ構造全体を横断して、任意の部分マップと関連する最も近い未調査の出口を識別することができ（局所マップに隣接しているか否かにかかわらず）、一つ又はそれ以上の未調査の出口が存在する場合に、ロボット１００は、割り当てられた作業を続けるために、出口をナビゲートするように指示されることが可能であり、上述のように、次に続く部分マップの選択は、ランダムである、優先順位が付けられる、又はさもなければ様々な要因に基づいてもよい。未調査の出口がマップ構造のどこにも存在しない場合に、マッピング手順は、動作環境全体が横断されかつ適切にマッピングされた時に、終了することが可能である。
【０１６１】
ロボット１００が未調査の出口に到着すると、（次に続く部分マップに関し）初期の光学走査の操作中に受け取られた入力に少なくとも部分的に基づく走査点の識別から始めて、（ブロック１６３１へのループバックによって示されているように）前述の手順を繰り返してもよい。
【０１６２】
さらに、ロボット１００は、調査された出口を使用して、一つの部分マップの位置から他の部分マップの既知の位置に横断してもよい。例えば、ロボット１００は、作業の完了時に、充電ステーション又は基部（以下に記載）に、あるいはある他の所定の又はさもなければ指定された位置に戻るように指示されることが可能であり、ロボット１００が作業を完了した時に、電子モジュール２６０は、既知の調査された出口の位置に関するデータを使用して、一連の部分マップを通してロボット１００を案内し、ロボット１００がその現在の位置から所定の又はさもなければ指定された目的地に進むことを可能にする。特定の部分マップを横断する間に、ロボット１００は、適切な隣接する部分マップに至る出口の位置を突き止めるために充分なその方位を見出すことが出来る。
【０１６３】
上述のように、位置測定手順は、図１６Ｆの下方の左部分に示されている。当初、局所部分マップの初期走査の結果に少なくとも部分的に基づき、（ブロック１６３１に示したように）パーティクルを初期化することが出来る。この初期化手順に続き、各パーティクルをロボット１００の位置にあると想定することが出来る。
【０１６４】
ロボット１００の運動は、実質的に上述したように監視可能である。例えば、運動の推定は、アルゴリズムの最後の反復から獲得された走行距離測定法の（又は他の）測定値に基づいてもよい。位置更新は、この運動モデルに基づき各パーティクルに適用してもよく、ブロック１６４１に示したように、位置更新は、パーティクル毎に異なる、ある誤差要因によって意図的に歪められる可能性がある。
【０１６５】
次に、各パーティクルの重み又は他のスコアを計算することができ、この計算は、直近の距離測定値と、測定値が現在分析されかつ加重されるパーティクルの位置から得られると仮定して、これらの測定値が局所部分マップと如何に良く一致するかの評価とに、少なくとも部分的に、基づくことが出来る。具体的に、各パーティクルを、局所部分マップに対するその相対位置が、直近に獲得された光学データを如何に良く説明しているか又は再確認しているかを決定するために評価することが出来る。この手順は、ブロック１６４２に示されている。
【０１６６】
各パーティクルの重み又はスコアは正規化可能であり、またブロック１６４３に示したように、パーティクル集団は再サンプリング可能である。この関連で、例えば、再サンプリング操作は、重みを確率と考えることができる場合に、重みに応じてパーティクルをクローンすることが出来る。高い重みのパーティクルは、一般に、正確であると識別される、より高い確率を有するものとして認識されることが可能であり、従って、最高のスコアパーティクル（又は最大の重みを有するパーティクル）は、数回クローンすることが出来る。逆に、より低い重みのパーティクルは、まったくクローンされない見込みが最も高く、最低の重みのパーティクルを、後続処理で廃棄する、又はさもなければ無視してもよい。本実施形態によれば、クローンされたパーティクルは新しい動作パーティクル、すなわち、分析のために能動的かつ利用可能なパーティクルとして取り扱うことが出来る。
【０１６７】
ブロック１６４４に示したように、ロボット１００が位置測定される位置は、前述の動作の結果に基づき計算することが出来る。いくつかの実施形態において、位置測定される位置は、分析のために現在利用可能なパーティクルのすべてに関する平均位置及び角度を決定することによって計算可能であるが、幾つかの場合には他の計算が適切となり得る。例えば、位置測定される位置は、高い（又は最も高い）パーティクル密度の領域内のパーティクルに関する平均位置及び角度を決定することによって計算可能であり、このような領域の境界は、例えば、閾値パーティクル密度によって介入することができ、あるいはある最大領域に人工的に制限することが可能である。ブロック１６２２へのループバックによって示されるように、前述の位置測定手順は繰り返しであることが可能であり、ロボット１００が動作環境を横断して作業を実行する時に、連続的に又は周期的に行われる。
【０１６８】
図１６Ｅの実施形態では、各パーティクルと関連するグローバルマップにより、大きな空間におけるループ閉鎖を容易にする必要が認識されるであろう。一例として、曲がったホールウェイを使用すると、グローバルマップが各々のねじれ及び曲がりの長さ及び形状を正確にモデル化しない場合に、ホールウェイそれ自体が閉ループを形成することを知ることができない。各々の別個のパーティクルと関連する別個のグローバルマップを維持することは、このような複雑な動作環境の実際の形状が可能性のセットに含まれていることを確実にするための機構を提供して、グローバルマップ全体の形状に関する多数の仮説を可能にする。
【０１６９】
しかし、部分マップを使用する図１６Ｆの実施形態に関し、ループ閉鎖は比較的より容易であるが、この理由は、光学アセンブリ２６０が、所定の局所部分マップ内のすべての構造、特徴、及び障害を観測することができ、従って、これらの項目に関する情報を電子モジュール２２０に提供できるからである。より大きなループの閉鎖は、はるかに複雑ではないが、この理由は、ループが多数の部分マップを横断するからである。これらの部分マップは、上述したように設計によって緩く結合されるので、累積誤差は、ループが閉鎖されてしまったことをシステムが識別することを妨げない。
【０１７０】
前述の機能のあるもの又はすべてのものは、例えば、独立して又は光学アセンブリ２６０のインタフェース１０２０と関連して動作する電子モジュール２２０によって実行可能であることが認識されるであろう。例えば、十分なプロセッサリソース及びメモリを、単一のチップで、又は非常に小さなパッケージで、特に、部分マップを使用する図１６Ｆの実施形態で実装することが可能である。図１６Ｆのブロックの構成は、必ずしも特定の順序又は順番の事象を意味しないし、他の可能性を除外するようにも意図されないことが指摘される。例えば、ブロック１６２２、１６３４と１６３５に示した操作は、実質的に互いに同時に行われることが可能であり、さらに、これらの操作は、一般に、ブロック１６２２と１６４１〜１６４４に示した位置測定操作と実質的に同時に行われる。当業者は、例えば、プロセッサ及び内部の通信帯域幅、メモリ容量、光学アセンブリ２６０の能力等に応じて、ある状況では多数の修正及び変更が適切であり得ることを容易に認識するであろう。
【０１７１】
さらに、動作環境の任意の永続的な特性又は他の特別な特徴をメモリに記憶し、特定の部分マップ又は選択されたグループの部分マップと関連付けることが可能である。この方策は、ナビゲーション、障害の回避、又は両方を容易にするために、単一の運転サイクル中に又はサイクルからサイクルまでに「記憶される」べきである、又は「記憶され」なければならない（あるいはさもなければ有利になり得る）動作環境の任意の特徴又は形態をメモリに保持することが出来る。例えば、動作環境内でロボット１００が特定の空間に入ることを妨げるように、（例えば、上に詳述したように）仮想の又は想像の壁が規定された場合に、当該仮想壁の位置は、（例えば、仮想壁の範囲に応じて）所定の部分マップ又は一連の部分マップ内の特徴として記憶することが出来る。このような特徴は光学アセンブリ２６０によって認識されない可能性があるにもかかわらず、電子モジュール２２０は、その存在について通知され、適切な部分マップと関連する適切なデータレコードを維持することが出来る。
【０１７２】
その点で、ある部分マップに関する又はそれと関連するデータは、圧縮フォーマットで記憶して、メモリ必要量を最小にできることが認識されるであろう。ロボット１００が現在動作していない部分マップ（すなわち、局所部分マップではない）は、上述のような任意の永続的な特性又は特別な特徴と共に、圧縮フォーマットで記憶してもよく、特定の部分マップと関連するデータは、次に、ロボット１００が当該部分マップに入り、当該部分マップが局所部分マップになるとき、処理のために圧縮解除するか又は拡張することが出来る。
【０１７３】
追加して又は代わりに、他の部分マップのために使用される圧縮フォーマットと異なってもよく又は異ならなくてもよい圧縮フォーマットで、局所部分マップと関連するデータをメモリに記憶してもよい。ロボット１００が動作環境を移動する時に、局所部分マップと関連する幾つかのデータにアクセスして更新できるので、圧縮解除及び再圧縮と関連する処理負荷を低減する、又は最小にする圧縮スキームは、このような用途で特に有用であり得る。このような一つの圧縮スキームは、階層ブロック構造として局所部分マップを記憶でき、いくつかの実施形態では、局所部分マップの全体空間を、空間のモザイクを形成するブロックに分割してもよく、部分マップは動作環境全体の分割表示を提供するので、このようなブロックは、局所部分マップの分割表示を提供することが出来る。このようなブロックは、例えば、上述のようにタイル張りのモザイクとして配置可能であるし又はある程度重なり合ってもよい。ブロックは、例えば、マッピングされた構造又は特徴の表示を含むことができ、追加して又は代わりに、構造的要素又はバーチャル要素が存在しない領域を含んでもよい。
【０１７４】
その点で、各々のブロックは、状態を有するものとして識別する、又はフラグすることが出来る。幾つかの実施形態において、三つの状態、すなわち未知、空き、及び「その他」を識別することが有用であるかもしれない。ブロックが「未知」としてフラグされた場合に、ブロックによって表される動作環境内の位置に関するデータは、上述したように獲得でき、このようなデータの連続した獲得により、「未知の」ブロックは、異なる状態を有するものとして再び特徴づけられる、又は再分類されることが可能である。ブロックによって表される動作環境内の位置に、構造物、障害物、又はマッピングを必要とする他の（物理的又は想像の）特徴がないことが知られた場合に、当該ブロックは「空き」としてフラグすることができ、さらなる処理操作で潜在的に無視できる。ブロックが「その他」としてフラグされた場合、当該ブロックは、同様の方法で識別されるか又はフラグ可能なより小さいブロック（すなわち、「サブブロック」）を収容することが出来る。サブブロックは、セルが空き又は空虚であるかどうかに関する表示又は他の指標を含む格子セルを収容することができる。「その他」としてフラグされたブロックは、「空虚」である領域又はサブブロック、並びにマッピングされた構造物又は特徴部によって特徴づけられる領域又はサブブロックの両方を収容できることが認識されるであろう。
【０１７５】
いくつかの実施形態において、例えば、前述のデータ構造は、圧縮解除され、更新され、次に再び圧縮される局所部分マップ用のデータ量を最小にすることによって、処理を容易にすることが出来る。上述の詳細な説明から容易に認識されるように、同時の位置測定及びマッピング技術のために必要な処理能力の大部分は、一般に、ロボット１００に対する各々の角度を獲得するために、各パーティクルによって予想される距離感知装置又は器具の距離測定の決定に関係付けることが出来る。正確な位置測定及び精密なマッピングは、局所部分マップの大きな領域が空であることが知られている場合に、実質的により少ない処理能力で済む可能性があり、カッコ内のようなもの（例えば、未知の領域又は識別可能な特徴を含む領域を処理するためにリソースを解放して、このような空虚の領域に関する後続処理を省略してもよい）として識別することが出来る。上述の方法において、あるブロックが更新され、一方、他のブロックが更新されないように、データ構造を処理する前に検査することが出来る。
【０１７６】
再充電及びオフデューティサイクル
上述のように、ロボット１００を動作環境から取り除くことがしばしば望まれる。図１８は、充電ステーションの簡略図である。図１９Ａと図１９Ｂは、それぞれ、オフデューティ時に最小の空間を占めるように構成されたロボットの一実施形態の簡略平面図及び側断面図である。図示したように、ロボット１００の実施形態は、例えば、壁に対して真直ぐに登るように構成されかつ動作可能である。図２０Ａと図２０Ｂは、それぞれ、基部の一実施形態の簡略平面図及び側断面図である。
【０１７７】
幾つかの実施形態において、ロボット１００は、充電ステーション１８００に達し、かつ上述のような動作環境の有利な視野を達成するように、直立位置に配置することが出来る。充電ステーション１８００は、例えば、通常のコンセント１８０１に差し込まれるアダプタ１８１０を備えることができ、またロボット１００が係合する適切な電気接点１８２０を設けることが出来る。図１８に示したように、充電ステーション１８００は、それが挿入される一次コンセント１８０１を他のデバイスが共有できるように、選択的に二次コンセント１８３０を含んでもよい。充電ステーション１８００はまた、（ＲＦ又はＩＲ信号により）その位置をロボット１００に知らせるために、ホーミングビーコン１８４０を包含してもよい。センサアレイ２３０、光学アセンブリ２６０、又は両方の組み合わせを使用して、独立して又はホーミングビーコン１８４０からの補助により、ロボット１００を充電ステーション１８００に導くことが出来る。当業者は、充電ステーション１８００の他の実施形態も可能であり、例えば、充電ステーション１８００は、所望の位置の壁に固定して取り付けることができ、電力を受け取るためのコード又はケーブルを使用することが出来ることを容易に認識するであろう。代わりに、充電ステーション１８００は、それが使用される家庭又は商業用建物の電気システムに配線することが出来る。
【０１７８】
使用されていない時に、ロボット１００は、充電ステーション１８００に係合し、本体２００又は機能カートリッジによって支承された任意の内部バッテリ又はバッテリパックを充電するのに十分な電力を受け取ることが出来る。従って、本体２００は、ロボット１００が充電ステーション１８００に係合する時に、充電ステーション１８００の電気接点１８２０と接合するように適切に位置決めかつ寸法決めされた電気コネクタ又は他の導電構造体を備えることができる。二つの構成要素の動作係合の際に、自動的な電気接続を行うための様々な方法論が一般に公知であり、かつ様々な技術に広く利用されている。
【０１７９】
充電操作のために適切にロボット１００を位置決めするために、充電ステーション１８００は、一般に基部１９００を備える、又は当該基部と関連して使用することが出来る。その点で、基部１９００は、ロボット１００の充電ステーション１８００への結合を容易にする点で、ならびにロボット１００を所望の配向に位置決めする点で有効な構造によって特徴づけられることが可能である。幾つかの実施形態において、基部１９００は、充電ステーション１８００と結合するために適切な位置にロボット１００を能動的に持ち上げるモータ又は他のアクチュエータを備えることができ、例えば、トラック１９１０又は他の機構と係合すると、ロボット１００は、それ自体の電力を使用することなく所望の位置に配向されることが可能である。代わりに、ロボット１００は、駆動機構２４０を使用してそれ自体の力の下で動作し、基部１９００にそれ自体を位置決めすることが出来る。
【０１８０】
例えば、図１９Ａと図１９Ｂに示した実施形態では、本体２００の下側の係合ギヤ２４６は、基部１９００と関連するトラック１９１０と噛合するように構成可能である。例えば、ロボット１００は、Ｔ溝を介してトラック１９１０に固定してもよい。本体２００のギヤ２４６の付加を必要としない他の実施形態では、基部１９００は、一般に、図２０Ａと図２０Ｂに示したように、車輪２４２と２４４と一体化されたギヤ又はスプロケット歯（図１Ａと図１Ｂの参照番号２４５）に係合するように位置決めされるサイドレール２０１０を備えることができる。本実施形態によれば、ロボット１００は、上述のような駆動機構２４０を介したロボットそれ自体の力の下に、所望の位置に登ることができる。
【０１８１】
図２０Ａと図２０Ｂに示したようにギヤ付き基部１９００を登るために、各々のそれぞれの車輪２４２、２４４用のそれぞれのギヤ２４５は、基部１９００と関連するレール２０１０に設けられたギヤと整列することができる。ギヤ２４５とレール２０１０との適切な整列は、いくつかの方法で達成することができることが認識されるであろう。例えば、組込み式のセンサを車輪２４２、２４４に設けて、ギヤ２４５の歯の位置を検出することができる。ロボットは、ギヤ２４５の歯が互いに、かつレール２０１０のギヤ歯と正確に整列されるように、車輪２４２、２４４を選択的に回転することができる。ロボットは、センサアレイ２３０、光学アセンブリ２６０、又は両方の組み合わせを使用して、整列を補助することができる。レール２０１０のギヤトラックは、車輪２４２、２４４の両方が適切に係合されない場合、車輪２４２、２４４が前方に進むことを防止するインターロック機構を有することができ、ロボット１００は、レール２０１０に登って、適切な係合により自由な移動が可能になるまで、両方の車輪２４２、２４４を低いトルクで前方に移動させることができる。
【０１８２】
基部１９００は、トラック１９１０又はレール２０１０と係合するためにロボット１００の整列を容易にするミラーを含むことができる。例えば、センサ２３１によって出力される信号を反射するように、小さなミラー又は他の反射面を基部１９００に位置させることができる。本体２００のセンサ２３１の特定の形状及び相対位置が知られている場合、これらの反射面は、精密な整列が達成されたときに、センサ２３１が特定の信号（例えば最大帰還）又は他の指標を受信するように位置決めかつ配向することができる。上述の方法で、トラック１９１０又はレール２０１０との接触の前に、又はそれとほぼ同時に、適切な整列を保証することが可能である。代わりに、ロボット１００は、不整列の係合で基部１９００を登る可能性があり、レール２０１０が整列機構（例えば、漏斗又は拡幅部）を含む場合、ロボット１００はそれほど精密でなくてもよく、またレール２０１０は適切な係合を容易にするように構築される。
【０１８３】
図２１と図２２は、オフデューティサイクル中の基部及び充電ステーションの実施形態に係合されるロボットの簡略側面図である。操作のためにロボット１００を基部１９００から取り除くことを容易にするための機構を設けることができることが認識されるであろう。ロボット１００が図２１に示したように位置決めされる場合、ロボット１００が下降している（すなわち、壁の基部から離れている）ときに、本体２００の下方部分を壁から離して移動できる。基部１９００及び充電ステーション１８００からのロボット１００の自己移動を可能にする機構は、一例として、いくつかの方法で設けることができる。機械式レバーを物理的に使用して、ロボット１００が下降するときに、本体２００の下方部分を基部１９００から離して押すことができる。代わりに、減衰機構又はガバナを駆動機構２４０に含めてもよい。本実施形態によれば、車輪２４２と２４４が特定の速度よりも速く駆動されたとき、ガバナシステムが回転を減速するように介入する。このような減衰機構は、例えば、空圧式又は油圧式でもよく、又は摩擦式でもよい。減衰機構が車輪２４２、２４４を回転させるよりも速くロボット１００を降下するために車輪２４２、２４４を動かすことは、このような減衰機構がロボット１００にトルクを働かせてもよく、概ね、外方向で上向きに下方部分を引っ張る傾向を有する。
【０１８４】
代わりに、能動的又は受動的でもよい二次車輪又はギヤは、本体２００に含めて、基部１９００と関連するトラック（例えば、レール２０１０にあるトラック又は専用トラック）に係合するように位置決めすることができる。本体２００を適切に配向することによって基部１９００からの離脱を容易にすることに加えて、本実施形態は、ある状態において所望の機械的機能を可能にする追加の利点を提供することができる。例えば、このような二次車輪又はギヤを使用して、ロボット１００が清掃サイクルに続き基部１９００に戻る度毎に、保守機能を実行することができる。上述のように、周期的に蠕動ポンプを逆に作動させることが望ましいかもしれず、本体２００に配置されかつ基部１９００のトラックに係合するように構成された二次ギヤ機構を使用して、ポンプ３９３のためにこのような逆サイクルを可能にすることができる。追加して又は代わりに、パッド３３０の材料は、このような二次ギヤを使用して（例えば、巻取りローラ３３２、又は異なる実施形態の他の構造によって）促進してもよく、この機能のためにモータのコストを節約する。例えば、同様に他の機能を実行することができ、すなわち、構成要素のカバーを開く、又は取り除くことができ、センサを配置でき、光学アセンブリ２６０の動作モードを切り替えることができ（この切替を電気的に、例えば電子モジュール２２０の制御下で達成する代わりの方法として）、ロボットがオフデューティである間に、より小さな空間を占めるようにロボット１００の構造的な構成要素を再構成できる等々を実行することができる。
【０１８５】
上述のように、二次車輪ギヤ、又は他の突出する構造部材は、ロボット１００を基部１９００に又は代わりの二次トラックに位置させるために使用されるトラック（例えば、レール２０１０によって使用可能）に乗るように位置決めすることができる。二次トラックは、ある状況で有利となり得る。その点で、二次トラックは、二次の組のギヤ又は車輪のカスタマイズされた運動を可能にし、これによって可能にされた機能に対し柔軟性を提供することができる。例えば、二次トラックは、限定された距離について歯又はねじ山を含み、主駆動輪（２４２、２４４）について行われるよりも少ない第２の組のギヤの回転を可能にする。
【０１８６】
基部１９００の図２２の実施により、手動によるロボット１００の移動を可能にすることができる。図２２に示したように、この機能を可能にする一つの方法は、レール２０１０のギヤ歯の限界までロボット１００が駆動することを可能にすることである。基部１９００の頂部の漏斗形状を選択的に含むことにより（図２２の右側に示したように）、ロボット１００の手動の置き換えを容易にすることができる。基部１９００のいくつかの実施において、レール２０１０は、基部１９００の頂部に近い壁に向かってロボット１００を引き寄せるようにしてもよい。このような構成により、床の近くの突出成形を回避しつつ、ロボット１００を壁に対し可能な限り平坦に維持することができる。さらに、この方策により、充電ステーション１８００における本体２００の構成要素と充電接点との適切な係合を容易にすることができる。
【０１８７】
基部１９００と関連するトラックのセクションは、選択的に取り外し可能であり、垂直セクションが取り外されたときに、図面に示したような壁の代わりに又は床に、基部１９００の使用を可能にする（すなわち、垂直セクションが取り付けられた状態で）。このことにより、柔軟性が提供され、垂直に配向された基部１９００が望ましくない状態においても、基部１９００のある特徴部（充電ステーション１８００、ビーコン特徴部等との動作結合部）の使用を可能にすることができる。
【０１８８】
充電ステーション１８００によって使用される任意のホーミング技術に加えて又はその代わりに、基部１９００は、ロボット１００が動作環境内の基部１９００の位置を識別することを可能にする特徴部を含むことができる。例えばビーコンが使用されてもよく、センサアレイ２３０によって受信可能なＲＦ又はＩＲ信号を使用する。追加して又は代わりに、例えば、光学アセンブリ２６０によって実行される距離測定法を使用して、ユニークな識別形状、着色スポットの配置、又は他の識別シンボルを検出してもよい。
【０１８９】
その点で、基部１９００は、動作環境内のナビゲーションを容易にする構造要素又は電子構成要素を組み込むことができることが認識されるであろう。ナビゲーション補助は、伝送角度に従って符号を変更するビーコンを備えることができる。例えば、ＩＲ又はＲＦマーカは、掃引が行われるときに信号特性（例えば、周波数）又はデータ特性（例えば、現在の角度を表すデジタル伝送データ）を変更しつつ動作環境にわたって掃引することができる。センサアレイ２３０による受信及び電子モジュール２２０による適切な処理の際に、ロボット１００は、このような信号を使用して、ロボットの現在位置の成分、すなわち、基部１９００に対する角度配向を決定することができる。
【０１９０】
角度情報を伝送する単一の基部１９００は、基部１９００に対する距離が既知である場合、動作環境内のその正確な位置を決定する際にロボット１００を補助することができる。距離は、二つの既知の特徴部の基部１９００を検査することによって決定することができる。これらの特徴部は、例えば、２つのビーコンでもよく、この場合、ロボット１００は、上述したような各々のビーコンから直接角度情報を受信することができる。追加して又は代わりに、特徴部は構造的であってもよく、この場合、ロボット１００は、光学アセンブリ２６０を使用して角度配向を観測することができる。これらの特徴部の間の距離が既知であり、電子モジュール２２０に記憶されている場合、基部１９００に対する正確な距離を容易に計算することができる。他の代替方法として、多数のステーションにより、動作環境内又はその周りの異なる場所から角度情報を伝送することができ、これらのステーションの１つは基部１９００でもよく、一方、他のステーションは簡単なビーコンステーションでもよい。多数のステーションから受信された信号の三角測量により、ロボット１００の精密な位置の正確な測定を補助することができる。
【０１９１】
ある状態で、基部１９００に対する様々な修正が、ある状況において有用であることが可能であり、及び所望の機能を可能にする又は容易にするために、追加の構造を含めることができることが認識されるであろう。例えば、基部１９００は、必要又は所望の場合に、自動的に又は手動によって補助される清掃溶液又は他の液体の補充を可能にするため（例えば、リザーバ３８０を充填するため）、一つ又はそれ以上の液体リザーバを備えてもよい。追加して又は代わりに、基部１９００は、機能カートリッジの要素から（例えば、受容部３１２又は吸引チャンバ９２０から）破片及び他の粒子状物質を受容するための廃物受容部を備えてもよい。いくつかのより高度の実施形態において、基部１９００は、第２のカートリッジが使用のために本体２００に結合されているときに、第一のカートリッジが基部１９００に取り付けられたままであるように、またその逆の場合も、多数の機能カートリッジを交換するように構成することが可能である。上述の方法で、消耗品、廃物、及びロボット１００の構造的な構成要素との、操作者の相互作用を最小にすることができる。
【０１９２】
さらに、基部１９００は、ラック、棚、区画、又は消耗品、ボトル、及び他の貯蔵品（例えば、上述のような電子モジュール２２０をトレーニングするために使用される反射性ストリップ又はスワッチ）を収容するための他の保管領域を構成することができる。一実施形態において、基部１９００は、ホルダ、クリップ、ソケット、又はリモート制御ユニットを保持するための他の構造を使用することができる。いくつかのより高度の実施形態において、例えば、審美的に快い外観を達成するために又はより実利主義的な目的のために、ホルダを基部と一体化することができる。ある場合に、このような構成は、基部１９００とリモート制御ユニットとの実施可能な結合を可能にし、これによって、リモート制御ユニットは内部バッテリを再充電すること、リモート制御ユニットと基部１９００又は電子モジュール２２０との間の双方向データ通信すること等を可能にする。
【０１９３】
単に例示として及び限定することなく、特定の実施形態を参照して、本発明のいくつかの特徴及び態様が、詳細に図示され説明された。当業者は、開示された実施形態に対する代わりの実施及び様々な修正が、本発明の開示の範囲及び意図内にあることを認識するであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されると考慮されるべきことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１Ａ】多機能ロボット装置の典型的な実施形態の鳥瞰斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの多機能のロボット装置の仰視斜視図である。
【図２Ａ】多機能ロボット装置の典型的な実施形態の部分組立分解鳥瞰斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの多機能のロボット装置の部分組立分解仰視斜視図である。
【図３Ａ】ロボット本体の典型的な実施形態の部分組立分解斜視図である。
【図３Ｂ】センサアレイによって使用されるセンサ形状の一実施形態の簡略側面線図である。
【図３Ｃ】センサアレイによって使用されるセンサ形状の一実施形態の簡略側面線図である。
【図３Ｄ】センサアレイによって使用されるセンサ形状の一実施形態の簡略側面線図である。
【図４】ロボット本体と関連して使用するようになっている用途特定のカートリッジの典型的な実施形態の部分組立分解斜視図である。
【図５Ａ】用途特定のカートリッジの典型的な実施形態の簡略断面図である。
【図５Ｂ】用途特定のカートリッジの代わりのパッド装置の簡略断面図である。
【図６】蠕動ポンプ機構の典型的な実施形態の簡略線図である。
【図７Ａ】ブラシローラアセンブリの典型的な実施形態の簡略線図である。
【図７Ｂ】ブラシローラアセンブリの典型的な実施形態の簡略線図である。
【図７Ｃ】ブラシローラアセンブリの典型的な実施形態の簡略線図である。
【図８Ａ】用途特定のカートリッジに関連して使用するためのパッド材料の典型的な実施形態の簡略線図である。
【図８Ｂ】用途特定のカートリッジに関連して使用するためのパッド材料の典型的な実施形態の簡略線図である。
【図８Ｃ】用途特定のカートリッジに関連して使用するためのパッド材料の典型的な実施形態の簡略線図である。
【図８Ｄ】用途特定のカートリッジに関連して使用するためのパッド材料の典型的な実施形態の簡略線図である。
【図９】用途特定のカートリッジの別の典型的な実施形態の複数の簡略線図である。
【図１０】光学センサを備える光学アセンブリの典型的な実施形態の構成要素の簡略ブロック線図である。
【図１１】動作環境内のロボットの簡略平面図である。
【図１２】光学センサによって受容された異なる入力を示す簡略線図である。
【図１３】光学パッケージの典型的な実施形態と関連して動作するセンサの簡略断面線図である。
【図１４】光学パッケージの別の実施形態と関連して動作するセンサの簡略断面線図である。
【図１５】光学パッケージの別の実施形態と関連して動作するセンサの簡略断面線図である。
【図１６Ａ】動作環境内のロボットの別の簡略平面図である。
【図１６Ｂ】動作環境内の代わりの光学アセンブリの一実施形態によって特徴づけられるロボットの別の簡略平面図である。
【図１６Ｃ】光学アセンブリの別の代替実施形態の簡略平面線図である。
【図１６Ｄ】光学アセンブリの別の代替実施形態の簡略平面線図である。
【図１６Ｅ】同時の位置測定及びマッピングの方法の一実施形態の簡略フロー線図である。
【図１６Ｆ】部分マップを使用する同時の位置測定及びマッピングの方法の典型的な実施形態の簡略フロー線図である。
【図１６Ｇ】部分マップに区分された動作環境の簡略平面図である。
【図１７】動作環境内の第一の位置の、及び基部と係合した第二の位置のロボットの簡略側面図である。
【図１８】充電ステーションの簡略図である。
【図１９Ａ】オフデューティ時に最小の空間を占めるように構成されたロボットの一実施形態の簡略平面図である。
【図１９Ｂ】オフデューティ時に最小の空間を占めるように構成されたロボットの一実施形態の簡略側断面図である。
【図２０Ａ】基部の一実施形態の簡略平面図である。
【図２０Ｂ】基部の一実施形態の簡略側断面図である。
【図２１】オフデューティサイクル中の基部及び充電ステーションの一実施形態に係合されるロボットの簡略側面図である。
【図２２】オフデューティサイクル中の基部及び充電ステーションの別の実施形態に係合されるロボットの簡略側面図である。
【図１Ａ】
2009509220.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
2009509220.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2009509220.tif 000009
【図３Ｄ】
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【図４】
2009509220.tif 000011
【図５Ａ】
2009509220.tif 000012
【図５Ｂ】
2009509220.tif 000013
【図６】
2009509220.tif 000014
【図７Ａ】
2009509220.tif 000015
【図７Ｂ】
2009509220.tif 000016
【図７Ｃ】
2009509220.tif 000017
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
2009509220.tif 000020
【図８Ｄ】
2009509220.tif 000021
【図９】
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【図１０】
2009509220.tif 000023
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2009509220.tif 000028
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
2009509220.tif 000032
【図１６Ｅ】
2009509220.tif 000033
【図１６Ｆ】
2009509220.tif 000034
【図１６Ｇ】
2009509220.tif 000035
【図１７】
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【図１８】
2009509220.tif 000037
【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
2009509220.tif 000039
【図２０Ａ】
2009509220.tif 000040
【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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2009509220.tif 000045
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