(57)【要約】【課題】常に部屋の大きさに応じた作業時間を設定して自律走行作業を実行し、大きさの異なる各種部屋に対して柔軟に対処する。【解決手段】手動掃除時には手動操作用吸引機構が取り付けられ、自動掃除時には自動用吸引機構が取り付けられ、車輪で走行するロボット本体を使用し、ある部屋においてロボット本体を手動操作して掃除を行い、そのときの手動掃除時間を計測して記憶し、その後、その部屋を自動掃除する時には記憶してある手動掃除時間に基づいて自動掃除時間を求める。そして、ロボット本体は設定された自律掃除時間に基づいて部屋内を自律走行しつつ掃除を実行する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律走行及び手動操作走行が可能な走行手段と、
この走行手段の走行により作業を実行するロボット本体と、
前記走行手段を自律走行制御する走行制御手段と、
前記走行手段を手動操作で走行させて前記ロボット本体に部屋内で作業させたときの手動作業時間を計測する手動作業時間計測手段と、
この手動作業時間計測手段が計測した手動作業時間を記憶する手動作業時間記憶手段と、
前記走行手段を前記走行制御手段により自律走行制御して前記ロボット本体に同一の部屋に対して手動操作で作業したときと同様の作業を行わせるとき、前記手動作業時間記憶手段に記憶した手動作業時間に基づいて自律走行作業時間を設定する自律走行作業時間設定手段を備え、
前記ロボット本体は設定された自律走行作業時間に基づいて部屋内での自律走行作業を実行することを特徴とする走行式作業用ロボット。
【請求項２】
自律走行及び手動操作走行が可能な走行手段と、
この走行手段の走行により作業を実行するロボット本体と、
前記走行手段を自律走行制御する走行制御手段と、
部屋番号を指定する部屋番号指定手段と、
前記走行手段を手動操作で走行させて前記ロボット本体に部屋内で作業させたときの手動作業時間を計測する手動作業時間計測手段と、
前記部屋番号指定手段で部屋番号を指定して前記走行手段を手動操作で走行させたときの、前記手動作業時間計測手段が計測した手動作業時間を部屋番号で区別して記憶する手動作業時間記憶手段と、
前記走行手段を前記走行制御手段により自律走行制御して前記ロボット本体に指定した部屋番号の部屋に対して手動操作で作業したときと同様の作業を行わせるとき、前記手動作業時間記憶手段に記憶した該当する部屋番号の手動作業時間に基づいて自律走行作業時間を設定する自律走行作業時間設定手段を備え、
前記ロボット本体は設定された自律走行作業時間に基づいて部屋内での自律走行作業を実行することを特徴とする走行式作業用ロボット。
【請求項３】
自律走行及び手動操作走行が可能な走行手段と、
この走行手段の走行により作業を実行するロボット本体と、
前記走行手段を自律走行制御する走行制御手段と、
前記走行手段を一定時間、部屋内の壁から壁へのランダム走行制御し、その間の直進距離を複数回測定する直進距離計測手段と、
この直進距離計測手段が計測した複数の直進距離を記憶する直進距離記憶手段と、
前記直進距離計測手段による一定時間の直進距離測定が終了すると、前記直進距離記憶手段に記憶された直進距離に基づいて自律走行作業時間を設定する自律走行作業時間設定手段を備え、
前記ロボット本体は設定された自律走行作業時間に基づいて部屋内での自律走行作業を実行することを特徴とする走行式作業用ロボット。
【請求項４】
自律走行及び手動操作走行が可能な走行手段と、
この走行手段の走行により作業を実行するロボット本体と、
前記走行手段を自律走行制御する走行制御手段と、
部屋番号を指定する部屋番号指定手段と、
前記走行手段を手動操作で走行させて前記ロボット本体に部屋内で作業させたときの手動作業時間を計測する手動作業時間計測手段と、
前記部屋番号指定手段で部屋番号を指定して前記走行手段を手動操作で走行させたときの、前記手動作業時間計測手段が計測した手動作業時間を部屋番号で区別して記憶する手動作業時間記憶手段と、
前記走行手段を前記走行制御手段により自律走行制御して前記ロボット本体に指定した部屋番号の部屋に対して手動操作で作業したときと同様の作業を行わせるとき、前記手動作業時間記憶手段に記憶した該当する部屋番号の手動作業時間に基づいて自律走行作業時間を設定する第１の自律走行作業時間設定手段と、
前記手動作業時間記憶手段に手動作業時間が記憶されていない部屋番号の部屋を自律走行作業するとき、前記走行手段を一定時間、壁から壁へのランダム走行制御し、その間の直進距離を複数回測定する直進距離計測手段と、
この直進距離計測手段が計測した複数の直進距離を記憶する直進距離記憶手段と、
前記直進距離計測手段による一定時間の直進距離測定が終了すると、前記直進距離記憶手段に記憶された直進距離に基づいて自律走行作業時間を設定する第２の自律走行作業時間設定手段を備え、
前記ロボット本体は設定された自律走行作業時間に基づいて部屋内での自律走行作業を実行することを特徴とする走行式作業用ロボット。
【請求項５】
直進距離計測手段は、自律走行作業を実行しながら直進距離の測定を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の走行式作業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律走行や手動操作走行によってロボット本体が作業を実行する走行式作業用ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自律走行しながら部屋を掃除する走行式作業用ロボットが知られているが、従来の走行式作業用ロボットは図８に示すように、ロボット本体１に操作部２を設け、この操作部２にＳ、Ｍ、Ｌの３つのボタン３を設け、ユーザが部屋の大きさに応じて３つのボタン３から１つを選択して作業時間を設定し、この作業時間に従ってロボット本体１に自律走行による掃除を行わせるものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】インターネットホームページ、[online]、［平成１６年８月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.irobot.com/consumer/product_detail.cfm?prodid=8
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、部屋の大きさに応じて３つのボタンから１つを選択して作業時間を設定するものでは、３種類の部屋の大きさにしか対応することができず、大きさの異なる部屋が４種類以上あったときには不十分な対応しかできなかった。また、想定した最も大きな部屋よりも大きな部屋があった場合にも作業時間が不足することで不十分な対応しかできなかった。このため、対応できる部屋の種類を増やして選択ボタン数も多くすることが考えられるが、これでは操作部２が大きくなり、また、ボタン数も多いため操作性も悪くなるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、常に部屋の大きさに応じた作業時間を設定して自律走行作業を実行でき、大きさの異なる各種部屋に対して柔軟に対処できる走行式作業用ロボットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、自律走行及び手動操作走行が可能な走行手段と、この走行手段の走行により作業を実行するロボット本体と、走行手段を自律走行制御する走行制御手段と、走行手段を手動操作で走行させて前記ロボット本体に部屋内で作業させたときの手動作業時間を計測する手動作業時間計測手段と、この手動作業時間計測手段が計測した手動作業時間を記憶する手動作業時間記憶手段と、走行手段を走行制御手段により自律走行制御してロボット本体に同一の部屋に対して手動操作で作業したときと同様の作業を行わせるとき、手動作業時間記憶手段に記憶した手動作業時間に基づいて自律走行作業時間を設定する自律走行作業時間設定手段を備え、ロボット本体は設定された自律走行作業時間に基づいて部屋内での自律走行作業を実行することにある。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、常に部屋の大きさに応じた作業時間を設定して自律走行作業を実行でき、大きさの異なる各種部屋に対して柔軟に対処できる走行式作業用ロボットを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は本発明を走行式掃除ロボットに適用したものについて述べる。
【０００８】
図１はロボット本体１１を手動操作によって動作させるときの全体構成を示す図で、前記ロボット本体１１の取付け部１２に手動操作用吸引機構１３を取り付けている。
【０００９】
前記吸引機構１３は、一端に床面を摺動して塵を吸い込む吸込み口１４を着脱自在に取り付けた第１の延長管１５と、一端に操作部１６を取り付けた第２の延長管１７をスライド自在に嵌合し、かつ、前記操作部１６からホース１８を延出し、そのホース１８の先端部を前記取付け部１２に嵌合している。前記操作部１６には手元スイッチ１９を配置している。
【００１０】
前記ロボット本体１１は、吸い込んだ塵を集めるダストカップ２０、フィルタ２１、クリーナモータ２２を有するクリーナ機構を内蔵している。このクリーナ機構は、前記クリーナモータ２２の駆動によって空気流を発生させ、前記吸引機構１３の吸込み口１４から空気を吸い込み、その空気を第１の延長管１５、第２の延長管１７、操作部１６、ホース１８を順次経由し、さらに、取付け部１２からダストカップ２０、フィルタ２１、クリーナモータ２２を経由して外部に排出し、そのときに塵も一緒に吸引し、その塵を前記ダストカップ２０に集めるようにしている。
【００１１】
前記ロボット本体１１は、中央部の左右に走行手段として床面２３を走行する車輪２４を設け、この各車輪２４を自律走行時にはそれぞれ車輪モータ２５によって独立して駆動するようになっている。なお、走行手段としては、車輪の他、キャタピラのような構成のものであってもよい。
【００１２】
前記各車輪２４には回転を検知するエンコーダ２６を直進距離計測手段として設け、車輪の回転数から直進距離を計測するようにしている。前記ロボット本体１１は、また、制御回路を組み込んだ回路基板２７及び前記クリーナモータ２２、車輪モータ２５を駆動する電源及び前記制御回路を駆動する電源となる充電可能なバッテリ２８を内蔵している。
【００１３】
前記ロボット本体１１の筐体上面に操作パネル２９を設けるとともに前部側面に自律走行時に障害物を検出する障害物センサ３０を設けている。前記操作パネル２９には、図２に示すように、部屋番号を表示する７セグメントＬＥＤ３１、部屋番号を選択して指定する部屋番号指定手段３２を構成する「進む」ボタン３２ａと「戻る」ボタン３２ｂ、自律走行しつつ掃除を行わせる自動掃除を開始させる「開始」ボタン３３、自動掃除を停止させる「停止」ボタン３４が配置されている。
【００１４】
図３は制御回路の構成を示すブロック図で、制御部本体を構成するＣＰＵ（中央処理装置）４１を設け、このＣＰＵ４１に、このＣＰＵ４１が各部を制御するプログラムデータ等を格納したフラッシュＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）４２、データを一時格納するメモリ等を設けたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）４３、作業時間の計測時に使用するタイマ４４を接続している。また、前記ＣＰＵ４１に、前記クリーナモータ２２を制御するクリーナモータ制御部４５及び前記左右の車輪モータ２５（２５ａ，２５ｂ）を制御する車輪モータ制御部４６を接続している。前記左右の車輪モータ２５（２５ａ，２５ｂ）及び車輪モータ制御部４６は走行制御手段を構成している。
【００１５】
前記バッテリ２８に電源回路４７を接続し、この電源回路４７から各部に所定の電圧を供給している。前記ＣＰＵ４１、フラッシュＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、タイマ４４、クリーナモータ制御部４５、車輪モータ制御部４６及び電源回路４７は回路基板２７に組み込まれている。前記ＣＰＵ４１は、前記左エンコーダ２６ａから左車輪２４の回転数を取り込み、前記右エンコーダ２６ｂから右車輪２４の回転数を取り込み、前記障害物センサ３０から障害物の検出信号を取り込むようにしている。
【００１６】
また、前記ＣＰＵ４１に前記手元スイッチ１９及び操作パネル２９を接続している。前記手元スイッチ１９には、電源オンとともにクリーナ機構の吸い込み力を標準に設定する標準ボタン４８、電源オンとともにクリーナ機構の吸い込み力を強に設定する強ボタン４９、電源オンするための切ボタン５０が配置されている。
【００１７】
この走行式掃除ロボットは、自律走行させて掃除を行うときには、ロボット本体１１の取付け部１２から手動操作用吸引機構１３を外し、代わりに、図７に示すように、先端部に吸込み口５１を取り付けた自動用吸引機構５２を取り付けるようになっている。
【００１８】
この走行式掃除ロボットを手動操作により掃除するときは、ユーザはロボット本体１１の操作パネル２９の部屋番号選択手段３２、すなわち、「進む」ボタン３２ａ、「戻る」ボタン３２ｂを操作して部屋番号を選択し指定する。ＣＰＵ４１は、図４に示すように、Ｓ１にて、部屋番号選択ボタン３２ａ，３２ｂの操作を判断すると、Ｓ２にて、選択ボタン３２ａ，３２ｂの操作を受け付け、指定された部屋番号をＬＥＤ３１で表示する（部屋番号指定手段）。
【００１９】
続いて、ＣＰＵ４１は、図５に示す制御を行う。すなわち、Ｓ１１にて、手元スイッチ１９の操作を判断する。そして、Ｓ１２にて、切ボタン５０かを判断し、Ｓ１３にて標準ボタン４８か強ボタン４９かを判断する。掃除の開始時には、ユーザは、手元スイッチ１９の標準ボタン４８か強ボタン４９をオン操作するので、Ｓ１３にて標準ボタン操作を判断すると、Ｓ１４にて、クリーナモータ２２を「標準」の強さで駆動する。また、Ｓ１３にて強ボタン操作を判断すると、Ｓ１５にて、クリーナモータ２２を「強」の強さで駆動する。
【００２０】
そして、Ｓ１６にて、部屋番号の選択があるかを判断し、部屋番号の選択があれば、Ｓ１７にて、タイマ４４を動作して手動作業時間、すなわち、手動による掃除時間の計測を開始する（手動作業時間計測手段）。
【００２１】
その後、Ｓ１２にて、切ボタン５０が操作されたことを判断すると、Ｓ１８にて、クリーナモータ２２を停止する。そして、Ｓ１９にて、部屋番号の選択があるかを判断し、部屋番号の選択があれば、Ｓ２０にて、タイマ４４が計測した手動掃除時間をＲＡＭ４３に部屋番号を付して記憶する（手動作業時間記憶手段）。
【００２２】
また、部屋を自動で掃除する時には、図７に示すように、手動操作用吸引機構１３に代えて自動用吸引機構５２を取り付ける。そして、ロボット本体１１の操作パネル２９の部屋番号選択手段３２を操作して部屋番号を指定する。指定された部屋番号はＬＥＤ３１にて表示される。この状態で開始ボタン３３を操作するとロボット本体１１は自律走行しつつ掃除を開始する。
【００２３】
すなわち、ＣＰＵ４１は、図６に示すように、Ｓ２１にて、開始ボタン３３の操作を判断すると、Ｓ２２にて、部屋番号が指定されたかを判断する。ユーザが部屋番号を指定する場合はその部屋番号に予め手動掃除時間が設定されているので、部屋番号の指定を判断すると、Ｓ２３にて、部屋番号に対応した手動掃除時間に基づいて自律走行作業時間である自動掃除時間を設定する（第１の自律走行作業時間設定手段）。
【００２４】
この設定は、手動掃除時間モデルと自動掃除時間モデルを利用して行う。  
すなわち、手動掃除時間モデルは、「人が手動で掃除した場合の部屋の広さに対する掃除時間」に関するモデルであり、ユーザアンケートや標準の間取りを実際に掃除してもらう実験等により得ることができる。このモデルを、
（標準手動掃除時間）＝Ｆ（部屋の広さ）                              …(1)
として表すと、この逆関数をとると、
（部屋の広さ）＝Ｆ−１（標準手動掃除時間）                            …(2)
となるため、この(2)式を用いれば、
（推定した部屋の広さ）＝Ｆ−１（計測した手動掃除時間）                …(3)
となり、手動掃除時間から部屋の広さを推定することができる。
【００２５】
一方、自動掃除時間モデルは、「ロボットが自動で掃除した場合の部屋の広さに対する掃除時間」に関するモデルであり、実験用に定めたいくつかの標準間取りで、ロボットをランダム走行で掃除させ、例えば、９８％の床カバー率（部屋の面積に対して９８％掃除ができた状態を示している）に達するまでの時間を計算機シミュレーションで求める。このモデルを、
（標準自動掃除時間）＝Ｇ（部屋の広さ）                              …(4)
として表す。前記(3)式を用いれば、手動掃除時間から部屋の広さを推定することができるので、(3)式を(4)式に代入することで、
（自動掃除時間）＝Ｇ（Ｆ−１（計測した手動掃除時間））                …(5)
となり、この(5)式によって、手動掃除時間から自動掃除時間を決定することができる。
【００２６】
こうして、自動掃除時間の設定が終了すると、Ｓ２４にて、クリーナモータ２２を起動して掃除を開始するとともにタイマ４４による時間カウントを開始する。また、左右の車輪モータ２５ａ，２５ｂを回転駆動してランダム走行を開始する。こうしてロボット本体１１はランダム走行を行いつつ自動掃除を開始する。自動掃除においては、ロボット本体１１は障害物センサ３０によって壁などの障害物を検知し、これに衝突しないように制御して走行するようになる。
【００２７】
この状態でタイマ４４のカウント時間が設定した自動掃除時間に達するとタイムアウトを判断し、Ｓ２５にて、ロボット本体１１のランダム走行を停止させ、Ｓ２６にて、クリーナモータ２２を停止する。こうして自動掃除を終了する。
【００２８】
このようにして、予めユーザが部屋内を手動で掃除した時間に基づいて自動掃除時間を設定し、その自動掃除時間に従って該当する部屋を自動掃除するので、部屋の大きさに合った自動掃除時間を設定することができる。従って、部屋の大きさが異なっても、常に部屋の大きさに応じた自動掃除時間を設定することができ、大きさの異なる各種部屋に対して柔軟に対処できる。
【００２９】
また、ユーザが部屋番号を指定せずに自動掃除を行う場合は、この部屋には予め手動掃除時間が設定されていないので、ＣＰＵ４１は、Ｓ２２にて、部屋番号の指定なしを判断し、Ｓ２７にて、クリーナモータ２２を起動し、Ｓ２８にて左右の車輪モータ２５ａ，２５ｂを回転駆動してランダム走行しつつ掃除を開始するとともにタイマ４４による時間カウントを開始する。
【００３０】
そして、Ｓ２９にて、左右のエンコーダ２６ａ，２６ｂを使用して予め設定した所定時間、直進距離の計測を開始する。タイマ４４が所定時間をカウントするとタイムアウトを判断し、Ｓ３０にて、直進距離の計測を終了する（直進距離計測手段）。
【００３１】
すなわち、ロボット本体１１は所定時間にわたって自律走行しながら部屋内をランダムに走行し、壁に接近すると障害物センサ３０でそれを検知して向きを変えて再び他の壁に向かって直進するという動きを繰り返しながら掃除を行う。このようにして壁と壁との間で何回か直進を繰り返し、その都度測定した直進距離をＲＡＭ４３に記憶する（直進距離記憶手段）。  
そして、Ｓ３１にて、計測した直進距離から自動掃除時間を設定する（第２の自律走行作業時間設定手段）。
【００３２】
直進距離により自動掃除時間を決定するには、「ランダム走行時の直進距離に対する部屋の広さ」のモデルと自動掃除時間のモデルを利用する。「ランダム走行時の直進距離に対する部屋の広さ」のモデルは、標準間取りにおける計算機シミュレーションで直進距離と部屋の広さの関係を計測することで得ることができる。モデル化する際には、「直進距離の最大値」を利用する方法、「直進距離の平均値」を利用する方法、「直進距離の中央値」を利用する方法など様々な手法が考えられる。
【００３３】
例えば、「直進距離の最大値」を利用してモデル化すると、
（部屋の広さ）＝Ｈ（直進距離の最大値）                              …(6)
となる。自動掃除開始から所定時間だけランダム走行する間に得られた直進距離の最大値を(6)式に代入すると、部屋の広さを推定することができる。
【００３４】
この推定した部屋の広さを前記(4)式における自動掃除時間モデルに代入すると、
（自動掃除時間）＝Ｇ（Ｈ（直進距離の最大値））                        …(7)
となり、自動掃除開始から所定時間だけランダム走行する間に得られた直進距離の最大値から部屋を自動掃除するに必要な時間を算出することができる。
【００３５】
Ｓ３１にて、自動掃除時間を設定すると、Ｓ２４にて、この設定した自動掃除時間に従ってロボット本体１１は自動掃除を継続する。タイマ４４はすでに所定時間をカウントしているので、その所定時間から継続して時間をカウントする。
【００３６】
そして、タイマ４４のカウント時間が設定した自動掃除時間に達すると、タイムアウトを判断し、Ｓ２５にて、ロボット本体１１のランダム走行を停止させ、Ｓ２６にて、クリーナモータ２２を停止する。こうして自動掃除を終了する。
【００３７】
このように、予め手動掃除時間が設定されていない部屋を自動掃除する場合には、ランダム走行によって自動掃除を開始し、自動掃除を行いながら最初の所定時間だけ直進距離測定を行う。そして、所定時間において計測した直進距離の最大値から部屋の広さを推定し、この推定した部屋の広さから部屋を自動掃除するに必要な自動掃除時間を求め、この自動掃除時間に従って自動掃除を行うので、予め手動掃除時間が設定されていない部屋についても部屋の大きさに応じた掃除時間を設定して自動掃除を行うことができる。従って、この場合も、常に部屋の大きさに応じた自動掃除時間を設定することができ、大きさの異なる各種部屋に対して柔軟に対処できる。  
また、このような方式で自動掃除時間を設定するものでは、操作パネル２９の構成が大型化、複雑化することはない。
【００３８】
なお、この実施の形態では、予め手動掃除時間が設定されていない部屋を自動掃除する場合には、自動掃除を行いながら最初の所定時間だけ直進距離測定を行い、その後に求めた自動掃除時間に従って自動掃除を継続するものについて述べたが必ずしもこれに限定するものではない。すなわち、直線距離測定時には自動掃除を行わず、直線距離測定して自動掃除時間を求めた後にその自動掃除時間に従って自動掃除を開始するものであってもよい。  
なお、この実施の形態は、本発明を走行式掃除ロボットに適用したものについて述べたがこれに限定するものでなく、部屋において掃除以外の作業を行うロボットにも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態を示す、ロボット本体を手動操作によって動作させるときの全体構成図。
【図２】同実施の形態におけるロボット本体の、操作パネルの構成を示す図。
【図３】同実施の形態の制御回路の構成を示すブロック図。
【図４】同実施の形態におけるロボット本体の、部屋番号選択ボタン操作時の処理を示す流れ図。
【図５】同実施の形態においてロボット本体を手動で操作して掃除するときの処理を示す流れ図。
【図６】同実施の形態においてロボット本体を自律走行して掃除するときの処理を示す流れ図。
【図７】同実施の形態においてロボット本体を自律走行動作させるときの全体構成図。
【図８】従来例を示す平面図。
【符号の説明】
【００４０】
１１…ロボット本体、１３…手動操作用吸引機構、２０…ダストカップ、２２…クリーナモータ、２４…車輪、２５（２５ａ，２５ｂ）…車輪モータ、２６（２６ａ，２６ｂ）…エンコーダ、４１…ＣＰＵ（中央処理装置）、４３…ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、４４…タイマ、５２…自動用吸引機構。
【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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