(57)【要約】【課題】走行可能な領域を効率よく走行できるとともに、走行動作の見栄えを向上できる電気掃除機を提供する。【解決手段】電気掃除機11は、本体ケースと、駆動輪と、推定部65と、メモリ68と、走行制御部61とを有する。駆動輪は、本体ケースを走行させる。推定部65は、自己位置を推定する。メモリ68は、互いに交差する基準方向に基づいて作成され本体ケースが走行可能な領域を示す地図データを記憶する。走行制御部61は、駆動輪の動作を制御することにより走行可能な領域で本体ケースを走行させる。電気掃除機11は、走行可能な領域の外枠を区画する障害物に沿う方向と地図データの基準方向とのいずれかに対して所定の関係を有する方向と本体ケースの走行方向とを相対的に合わせるように補正する機能を備える。【選択図】図１
2019121189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
この本体を走行させる走行駆動部と、
自己位置を推定する自己位置推定手段と、
互いに交差する基準方向に基づいて作成され前記本体が走行可能な領域を示す地図データを記憶する記憶手段と、
前記駆動部の動作を制御することにより前記走行可能な領域で前記本体を走行させる走行制御手段とを具備し、
前記走行可能な領域の外枠を区画する障害物に沿う方向と前記地図データの基準方向とのいずれかに対して所定の関係を有する方向と前記本体の走行方向とを相対的に合わせるように補正する機能を備えた
ことを特徴とした自律走行体。
【請求項２】
走行制御手段は、走行可能な領域の外枠を区画する障害物と地図データの基準方向とのいずれかに対して所定の関係を有する方向に対して本体の走行方向を合わせるように補正し、その方向を前記本体の走行開始方向とする
ことを特徴とした請求項１記載の自律走行体。
【請求項３】
本体が走行可能な領域の外枠を区画する障害物に到達した際に補正を実施する機能を備えた
ことを特徴とした請求項１または２記載の自律走行体。
【請求項４】
走行制御手段は、本体の走行開始時に、駆動部の動作を制御してこの本体を走行開始位置に近接した走行可能な領域の外枠を区画する障害物に向かって走行させる
ことを特徴とした請求項３記載の自律走行体。
【請求項５】
走行制御手段は、本体が走行可能な領域の外枠を区画する障害物に到達した位置で駆動部の動作を制御して前記本体を前記障害物に対して垂直な方向と平行な方向とのいずれかに走行方向を向けるように旋回させることでこの走行方向を補正する
ことを特徴とした請求項１ないし４いずれか一記載の自律走行体。
【請求項６】
本体の向きを基準として、この向きと記憶手段に記憶された地図データのいずれかの基準方向との角度差に対応する角度、この基準方向を補正する補正手段を備えた
ことを特徴とした請求項１ないし５いずれか一記載の自律走行体。
【請求項７】
本体が走行可能な領域の外枠を区画する障害物に到達した位置を基準として、この位置に対応する記憶手段に記憶された地図データ中の位置との差分、この地図データの位置を補正する補正手段を備えた
ことを特徴とした請求項１ないし６いずれか一記載の自律走行体。
【請求項８】
走行制御手段は、本体の走行開始時に、駆動部の動作を制御してこの本体を地図データにて走行開始位置の背後に位置する外形側へと走行させる
ことを特徴とした請求項１ないし７いずれか一記載の自律走行体。
【請求項９】
走行制御手段は、本体の走行開始時に、駆動部の動作を制御してこの本体を所定の一方向へと直進させる
ことを特徴とした請求項１ないし８いずれか一記載の自律走行体。
【請求項１０】
走行制御手段は、本体の走行開始時に、駆動部の動作を制御してこの本体を地図データのいずれかの基準方向においてこの地図データ中の障害物との距離が小さい方向へと直進させる
ことを特徴とした請求項９記載の自律走行体。
【請求項１１】
走行制御手段は、地図データの外形の縦横比に基づきこの地図データの長手方向を本体の走行開始方向とするように補正する
ことを特徴とした請求項１ないし１０いずれか一記載の自律走行体。
【請求項１２】
本体が地図データの外形に対応する位置に到達する度に補正の要否を判断する機能を備えた
ことを特徴とした請求項１ないし１１いずれか一記載の自律走行体。
【請求項１３】
本体の走行開始位置となる基地装置に沿った走行可能な領域の外枠を区画する障害物に対して平行な方向と垂直な方向とを基準方向として前記本体が走行可能な領域を示す地図データを作成するマッピング手段を備えた
ことを特徴とした請求項１ないし１２いずれか一記載の自律走行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、本体が走行する領域を示す地図データに基づき走行する自律走行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被掃除面としての床面上を自律走行しながら床面を掃除する、いわゆる自律走行型の電気掃除機(掃除ロボット)が知られている。
【０００３】
このような電気掃除機において、例えば掃除したい部屋の大きさや形状、および障害物などを地図データに反映して作成(マッピング)し、この作成した地図データに基づいて設定した走行経路に沿って自律走行するものがある。
【０００４】
このような走行の際の走行制御としては、例えば所定方向に沿って走行し、その所定方向に対して交差(直交)する方向に走行し、さらに所定方向に沿って逆方向に走行し、その所定方向に対して交差(直交)する方向に走行し…という動作を順次繰り返す、いわゆるジグザグ走行が知られている。
【０００５】
このようなジグザグ走行は、走行開始地点から実施されるため、走行方向が部屋の略四角形状の外形に対して平行な方向か垂直な方向かを判断しておらず、部屋の外形形状や障害物の配置によっては、部屋内を精度よく走行できない場合がある。
【０００６】
例えば、走行方向前方に障害物を検出した場合、この障害物を含み走行方向に対して直交する方向に沿う壁面を基準として走行方向を補正するものがある。しかしながら、この構成の場合には、走行方向に対して壁面が垂直となっていることが前提となっており、走行方向が壁面に対して傾斜している場合、部屋の形状に即した好ましい走行方向を設定することが容易でない。
【０００７】
特に、自律走行型の電気掃除機の走行開始地点としては、電源部となる電池を充電する充電装置などが用いられ、この充電装置の向きを基準として走行方向が設定されることが多い。そのため、充電装置の向きや位置が、人やペットなどとの接触などの何らかの原因によって僅かに変化すると、走行方向が部屋の外形に対して傾き、走行精度が容易に低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２８６７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、走行可能な領域を効率よく走行できるとともに、走行動作の見栄えを向上できる自律走行体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の自律走行体は、本体と、駆動部と、自己位置推定手段と、記憶手段と、走行制御手段とを有する。駆動部は、本体を走行させる。自己位置推定手段は、自己位置を推定する。記憶手段は、互いに交差する基準方向に基づいて作成され本体が走行可能な領域を示す地図データを記憶する。走行制御手段は、駆動部の動作を制御することにより走行可能な領域で本体を走行させる。そして、自律走行体は、走行可能な領域の外枠を区画する障害物に沿う方向と地図データの基準方向とのいずれかに対して所定の関係を有する方向と本体の走行方向とを相対的に合わせるように補正する機能を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態の自律走行体を示すブロック図である。
【図２】同上自律走行体を示す斜視図である。
【図３】同上自律走行体を下方から示す平面図である。
【図４】同上自律走行体による物体の距離の計算方法を模式的に示す説明図である。
【図５】(a)は一方の撮像手段により撮像した画像の一例を模式的に示す説明図、(b)は他方の撮像手段により撮像した画像の一例を模式的に示す説明図、(c)は(a)および(b)の画像に基づく視差画像の一例を示す説明図である。
【図６】(a)は同上自律走行体の走行可能な領域と地図データとがずれている状態を模式的に示す説明図、(b)は同上自律走行体の走行開始位置となる基地装置が走行可能な領域に対して傾斜状に配置されている状態を模式的に示す説明図である。
【図７】(a)は同上自律走行体が走行開始位置から走行可能な領域の外枠を区画する障害物に向かって旋回した状態を模式的に示す説明図、(b)は同上自律走行体が障害物に向かって走行した状態を模式的に示す説明図、(c)は同上自律走行体が障害物に沿って旋回した状態を模式的に示す説明図である。
【図８】同上自律走行体の補正後のジグザグ走行を模式的に示す説明図である。
【図９】同上自律走行体が走行可能な領域の外枠を区画する障害物に向かって走行する方向を模式的に示す説明図である。
【図１０】(a)は同上自律走行体が走行開始位置の背後に位置する障害物に向かって走行する状態を模式的に示す説明図、(b)は(a)の走行中に障害物に近接した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、一実施形態の構成を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１ないし図５において、11は自律走行体としての電気掃除機である。この電気掃除機11は、基地装置としての充電装置(充電台)12とともに自律走行体装置としての電気掃除装置(電気掃除システム)を構成するものである。そして、電気掃除機11は、本実施形態において、被掃除部である走行面としての床面上を自律走行(自走)しつつ床面を掃除する、いわゆる自走式のロボットクリーナ(掃除ロボット)である。
【００１４】
この電気掃除機11は、本体である本体ケース20を備えている。また、この電気掃除機11は、走行駆動部である駆動輪21を備えている。さらに、この電気掃除機11は、床面の塵埃を掃除する掃除部22を備えている。また、この電気掃除機11は、センサ部23を備えている。さらに、この電気掃除機11は、撮像部24を備えている。また、この電気掃除機11は、コントローラである制御手段としての制御部26を備えている。さらに、この電気掃除機11は、画像を表示する表示部を備えていてもよい。そして、この電気掃除機11は、電源部となる給電用の電池を備えていてもよい。さらに、この電気掃除機11は、外部装置や使用者との間で信号が入出力される入出力部を備えていてもよい。なお、以下、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向に沿った方向を前後方向(図２に示す矢印FR，RR方向)とし、この前後方向に対して交差(直交)する左右方向(両側方向)を幅方向として説明する。
【００１５】
本体ケース20は、例えば合成樹脂などにより形成されている。この本体ケース20は、各種装置や部品を収納可能な形状に形成されている。この本体ケース20は、例えば扁平な円柱状(円盤状)などに形成されていてもよい。また、この本体ケース20には、集塵口である吸込口31などが床面に対向する下部などに設けられていてもよい。
【００１６】
駆動輪21は、電気掃除機11(本体ケース20)を床面上で前進方向および後退方向に走行(自律走行)させる、すなわち走行用のものである。本実施形態では、この駆動輪21は、例えば本体ケース20の左右に一対設けられている。この駆動輪21は、駆動手段としてのモータ33により駆動される。なお、この駆動輪21に代えて、走行駆動部としての無限軌道などを用いることもできる。
【００１７】
モータ33は、駆動輪21に対応して配置されている。したがって、本実施形態では、このモータ33は、例えば左右一対設けられている。そして、このモータ33は、各駆動輪21を独立して駆動させることが可能となっている。
【００１８】
掃除部22は、例えば床面の塵埃を除去するものである。この掃除部22は、例えば床面上の塵埃を吸込口31から集めて捕集したり、床面などを拭き掃除したりする機能を有している。この掃除部22は、吸込口31から空気とともに塵埃を吸い込む電動送風機35と、吸込口31に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き上げる回転清掃体としての回転ブラシ36およびこの回転ブラシ36を回転駆動させるブラシモータ37と、本体ケース20の周縁部に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き集める旋回清掃部としての補助掃除手段(補助掃除部)であるサイドブラシ38およびこのサイドブラシ38を駆動させるサイドブラシモータ39との少なくともいずれかを備えていてもよい。また、この掃除部22は、吸込口31と連通して塵埃を溜める集塵部40を備えていてもよい。
【００１９】
センサ部23は、電気掃除機11(本体ケース20)の走行をサポートする各種の情報をセンシングするものである。より具体的に、このセンサ部23は、例えば床面の凹凸状態(段差)や、電気掃除機11の走行の障害となる壁あるいは障害物、床面の塵埃量などをセンシングするものである。このセンサ部23は、例えば障害物検出手段としての赤外線センサあるいは超音波センサや、吸込口31から集塵部40に吸い込む塵埃量を検出する塵埃量センサ(ごみセンサ)などを備えていてもよい。赤外線センサや超音波センサは、例えば電気掃除機11(本体ケース20)の側部などと障害物となる物体との距離などを測定する距離測定手段(距離測定部)の機能を備えていてもよい。
【００２０】
撮像部24は、撮像手段(撮像部本体)としてのカメラ51を備えている。また、この撮像部24は、検出補助手段(検出補助部)としてのランプ53を備えていてもよい。したがって、電気掃除機11は、撮像手段(撮像部本体)としてのカメラ51を備えている。また、電気掃除機11は、検出補助手段(検出補助部)としてのランプ53を備えていてもよい。
【００２１】
カメラ51は、本体ケース20の走行方向である前方に向けられており、本体ケース20が載置される床面と平行な方向に対して、所定の水平画角(例えば１０５°など)でデジタルの画像(動画)を撮像するデジタルカメラである。このカメラ51は、単数でも複数でもよい。本実施形態では、カメラ51は、左右一対設けられている。また、これらカメラ51，51は、互いの撮像範囲(視野)が重なっている。そのため、これらカメラ51，51により撮像される画像は、その撮像領域が左右方向にラップしている。なお、カメラ51により撮像する画像は、例えば可視光領域のカラー画像や白黒画像でもよいし、赤外線画像でもよい。
【００２２】
ランプ53は、カメラ51の撮像方向を照明することで撮像に必要となる明るさを得るものである。このランプ53は、各カメラ51に対応して設けられている。すなわち、ランプ53は、例えば一対設けられている。これらランプ53は、例えばＬＥＤなどが用いられる。これらランプ53は、必須の構成ではない。
【００２３】
制御部26は、例えば制御手段本体(制御部本体)であるＣＰＵやＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイコンが用いられる。この制御部26は、駆動輪21(モータ33)を駆動させる走行制御手段である走行制御部61を備えている。また、この制御部26は、掃除部22と電気的に接続される掃除制御手段である掃除制御部62を備えている。さらに、この制御部26は、センサ部23と電気的に接続されるセンサ制御手段であるセンサ接続部63を備えている。また、この制御部26は、撮像部24と電気的に接続される検出部64を備えている。さらに、この制御部26は、自己位置推定手段である推定部65を備えている。また、この制御部26は、マッピング手段(マッピング部)である地図作成部66を備えている。さらに、この制御部26は、補正手段である補正部67を備えている。また、この制御部26は、記憶手段(記憶部)としてのメモリ68を備えている。さらに、この制御部26は、電池と電気的に接続されている。また、この制御部26は、電池の充電を制御する充電制御部を備えていてもよい。したがって、電気掃除機11は、走行制御手段である走行制御部61を備えている。また、電気掃除機11は、掃除制御手段である掃除制御部62を備えている。さらに、電気掃除機11は、センサ制御手段であるセンサ接続部63を備えている。また、電気掃除機11は、障害物検出部である検出部64を備えている。さらに、電気掃除機11は、自己位置推定手段である推定部65を備えている。また、電気掃除機11は、マッピング手段(マッピング部)である地図作成部66を備えている。さらに、電気掃除機11は、補正手段である補正部67を備えている。また、電気掃除機11は、記憶手段としてのメモリ68を備えている。さらに、電気掃除機11は、電池の充電を制御する充電制御部を備えていてもよい。
【００２４】
走行制御部61は、モータ33の駆動を制御する、すなわち、モータ33に流れる電流の大きさおよび向きを制御することにより、モータ33を正転、あるいは逆転させることで、モータ33の駆動を制御し、モータ33の駆動を制御することで駆動輪21の駆動を制御するものである。この走行制御部61は、電気掃除機11が配置されて走行可能な領域である走行領域を示す(走行領域に対応する)地図データに基づいて走行経路を設定し、駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで、この走行経路に沿って本体ケース20(電気掃除機11)を走行領域で自律走行させる走行モードを備えている。この走行制御部61により設定する走行経路としては、地図データ中の走行可能(掃除可能)な領域(障害物や段差などの走行不能な領域を除く領域)を最短の走行距離で走行できる経路、例えば電気掃除機11(本体ケース20)が可能な限り直進する(方向転換が最も少ない)経路、障害物となる物体への接触が少ない経路、あるいは、同じ箇所を重複して走行する回数が最小となる経路など、効率的に走行(掃除)を行うことができるように設定される。すなわち、走行制御部61は、走行済み(掃除済み)領域を避けて走行経路を設定することができる。なお、本実施形態において、電気掃除機11が走行可能な領域は実質的に掃除部22による掃除対象となる領域であるから、走行領域は掃除対象領域と同一となっている。
【００２５】
例えば、上記の走行モードとしては、走行領域をジグザグ状の走行パターンを繰り返す走行経路に沿って自律走行するジグザグ走行モードとしてもよい。ここで、ジグザグ状の自律走行(ジグザグ走行)とは、走行領域において所定の一方向に平行な方向に沿って往復走行を繰り返しながら一方向と交差(直交)する他方向に順次進んで走行領域(掃除対象領域)を塗り潰すように自律走行することをいう。すなわち、ジグザグ状の自律走行とは、走行領域において所定の方向に往復を繰り返しながら、この所定の方向と交差(直交)する方向に向かって進んでいく走行動作をいう。より詳細に、ジグザグ状の自律走行とは、所定の一方向に沿って走行し、その方向に対して交差(直交)する他方向に走行し、所定の一方向に沿って反対方向に走行し、その方向に対して交差(直交)する他方向に走行し、…という走行を順次繰り返す、いわば矩形波状の走行経路に沿って走行する走行動作をいう。なお、走行制御部61は、ジグザグ走行モードの他に、その他の走行経路を設定する走行モードを別途備えていてもよい。
【００２６】
掃除制御部62は、掃除部22の動作を制御するものである。本実施形態において、この掃除制御部62は、電動送風機35、ブラシモータ37およびサイドブラシモータ39の駆動を制御する、すなわち、電動送風機35、ブラシモータ37、および、サイドブラシモータ39の通電量をそれぞれ別個に制御することで、これら電動送風機35、ブラシモータ37(回転ブラシ36)、および、サイドブラシモータ39(サイドブラシ38)の駆動を制御する。
【００２７】
センサ接続部63は、センサ部23による検出結果を取得するものである。
【００２８】
検出部64は、カメラ51により撮像された画像中から特徴点などを抽出することにより、本体ケース20の周囲に位置する物体(電気掃除機11の走行の障害となる障害物など)の形状(物体の距離、高さおよび幅など)を検出するように構成されている。換言すれば、この検出部64は、カメラ51により撮像された画像に基づいて本体ケース20からの距離を算出した物体が障害物であるかどうかを判定するように構成されている。
【００２９】
図４を参照して、カメラ51，51から周囲の物体までの距離を検出する技術の概要を説明する。まず、左右一対で設けられた２つのカメラ51，51のうち一方の撮像画像G1において、距離検出の対象となる物体Ｏで位置が一意に定まる特徴点SP(角部など)を複数抽出する。この撮像画像G1を撮影したカメラ51から焦点距離ｆだけ離れた位置に撮像座標平面を設定すると、三次元の座標空間では、カメラ51の中心と撮像座標平面上の各特徴点とを結んだ延長線上に物体Ｏの特徴点SPが存在するはずである。同様のことを２つのカメラ51，51のうち他方の撮像画像G2を用いて行えば、こちらの撮像座標平面上の各特徴点を結んだ延長線上にも物体Ｏの特徴点SPが存在するはずである。したがって、物体Ｏの特徴点SPの三次元座標空間における座標は、２つの撮像座標平面それぞれを通過する延長線上の交わる位置として一意に定めることができる。さらに、２つのカメラ51，51間の距離ｌに基づくことで、カメラ51，51から物体Ｏの各特徴点SPまでの実際の空間における距離を取得することができる。このような処理を撮像範囲全体で行うことで、カメラから周囲の物体までの距離情報を撮像画像に付加した距離画像(いわゆる視差画像)を得ることができる。
【００３０】
図５は、一方のカメラ51による撮像画像G1(図５(a))と、他方のカメラ51による撮像画像G2(図５(b))とに基づいて、距離画像GL(図５(c))を生成した例を示している。図５(c)に例示する距離画像GLでは、明度が高いほど(紙面では白いほど)カメラ51からの距離が近いことを示している。例えばこの距離画像GLの下部は全幅に亘って白くなっており、また下部ほど白さが増して、カメラ51からの距離が近くなっていることから、電気掃除機11が置かれた床面であることが分かる。また、距離画像GL中、全体が同じくらいの白さで所定形状のものは１つの物体として検出することができ、図示する例では物体Ｏである。上述したように、カメラ51，51から物体Ｏまでの距離は取得されているので、距離画像GL中の幅Ｗ、高さＨに基づき、物体Ｏの実際の幅、高さを知ることもできる。このような情報に加えてカメラ51，51の撮像方向や電気掃除機11の進行方向を考慮すれば、物体Ｏが電気掃除機11の走行の障害となる障害物か否かを判断することも可能となる。
【００３１】
このように、この検出部64は、例えばカメラ51により所定の画像範囲(例えば本体ケース20の幅および高さに対応して設定された画像範囲)中に撮像されている物体の距離を、予め設定された、あるいは可変設定された閾値である設定距離と比較し、この設定距離以下の距離(電気掃除機11(本体ケース20)からの距離)に位置する物体を障害物であると判定するように構成されている。したがって、この検出部64は、カメラ51により撮像された画像に基づいて本体ケース20からの距離を算出した物体が障害物であるかどうかを判定する障害物判定部の機能を備えている。
【００３２】
なお、この検出部64は、例えばカメラ51により撮像された生画像のレンズの歪み補正やノイズの除去、コントラスト調整、および画像中心の一致化などの一次画像処理をする画像補正機能を備えていてもよい。また、この検出部64は、カメラ51やランプ53の駆動を制御する撮像制御部の機能を備えていてもよい。
【００３３】
推定部65は、検出部64により検出された本体ケース20の周囲の形状(障害物となる物体の距離および高さ)に基づき走行領域における電気掃除機11の自己位置を推定するものである。具体的に、この推定部65は、カメラ51により撮像した画像中の物体の特徴点の三次元座標に基づき、走行領域における電気掃除機11の自己位置を推定する。
【００３４】
地図作成部66は、カメラ51により撮像された画像に基づいて検出部64により検出された本体ケース20の周囲の形状(障害物となる物体の距離および高さ)に基づき、走行可能な走行領域を示す地図(マップ)データを作成(マッピング)するものである。具体的に、この地図作成部66は、カメラ51により撮像された画像中の物体の特徴点の三次元座標に基づき、検出部64により検出された走行領域内に位置する物体(障害物)などの位置関係および高さを記す地図を作成する。換言すれば、この地図作成部66は、検出部64により判定された物体(障害物)の形状、位置関係および高さを反映した地図データを作成する。この地図データは、例えば所定の座標系(例えば直交座標系)上に作成される。より詳細に、この地図データは、例えばこの座標系に基づき設定されるメッシュを基本単位として作成される。したがって、この地図データには、この座標系を構成する、互いに交差(直交)する基準方向が設定され、この基準方向に基づいて地図データが作成される。この地図作成部66により作成した地図データは、メモリ68に記憶することができる。なお、この地図作成部66は、すでに作成した地図データ中の障害物などの形状や配置と検出部64により検出された周囲の形状や配置とが一致しない場合には、地図データを適宜補正することができる。
【００３５】
そして、これら推定部65および地図作成部66は、一体に構成されていてもよい。また、これらの処理は、例えばそれぞれカメラ51により撮像した同一の画像データに基づいて実行されてもよい。これらの処理は、電気掃除機11が走行している間、継続的に実行されてもよい。
【００３６】
補正部67は、メモリ68に記憶された地図データと実際の走行領域との方向や位置がずれている場合に、地図データの向きや位置を補正するものである。この補正部67による具体的な補正は後述する。
【００３７】
メモリ68は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性のものが用いられる。このメモリ68には、地図作成部66により作成された地図データとともに、この地図データにおける走行済み(掃除済み)領域が記憶される。
【００３８】
入出力部は、図示しないリモコンなどの外部装置から送信される制御コマンドや、本体ケース20に設けられたスイッチ、あるいはタッチパネルなどの入力手段から入力される制御コマンドを取得するとともに、例えば充電装置12などに対して信号を送信するものである。
【００３９】
電池は、掃除部22、センサ部23、撮像部24、および、制御部26などに給電するものである。この電池としては、本実施形態において、例えば充電可能な二次電池が用いられる。このため、本実施形態では、例えば本体ケース20の底部に、電池を充電するための充電端子71が露出して配置されている。
【００４０】
充電装置12は、電気掃除機11が走行(掃除)を終了したときに帰還する基地部となっている。したがって、この充電装置12は、例えばこの電気掃除機11の走行(掃除)開始位置となっている。この充電装置12は、例えば定電流回路などの充電回路を内蔵していてもよい。また、この充電装置12には、電池の充電用の充電用端子73が設けられている。この充電用端子73は、充電回路と電気的に接続されている。そして、この充電用端子73は、充電装置12に帰還した電気掃除機11の充電端子71と機械的および電気的に接続されるようになっている。
【００４１】
次に、上記一実施形態の動作を説明する。
【００４２】
まず、電気掃除機11による掃除の開始から終了までの概略を説明する。電気掃除機11は、掃除を開始すると、メモリ68に記憶された地図データに基づいて走行しつつ床面を掃除し、地図データを随時更新していく。そして、掃除が終了すると、電気掃除機11は、例えば充電装置12へと帰還した後、電池の充電作業に移行する。
【００４３】
上記の制御をより具体的に説明すると、電気掃除機11は、例えば予め設定された掃除開始時刻となったときや、リモコンまたは外部装置によって送信された掃除開始の制御コマンドを入出力部によって受信したときなどのタイミングで、制御部26が走行モードに切り換わり、掃除を開始する。このとき、メモリ68に走行領域の地図データが記憶されていない場合には、所定の動作を行ってカメラ51、検出部64、およびセンサ部23などによって電気掃除機11(本体ケース20)の周囲の障害物などを検出することで地図作成部66により地図データを作成することもできるし、外部から地図データを入力または読み込むこともできる。
【００４４】
次いで、地図データに基づき、走行制御部61が走行経路を作成する。例えば、本実施形態では、電気掃除機11(本体ケース20)が走行領域をジグザグ状に走行する走行経路(以下、ジグザグ走行)とする。
【００４５】
そして、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)を制御することで本体ケース20を設定した走行経路に沿って自律走行させつつ、掃除制御部62が掃除部22を動作させて走行領域(掃除対象領域)の床面を掃除する(掃除モード)。掃除部22では、例えば掃除制御部62により駆動された電動送風機35、ブラシモータ37(回転ブラシ36)、あるいはサイドブラシモータ39(サイドブラシ38)により床面の塵埃を、吸込口31を介して集塵部40へと捕集する。また、電気掃除機11は、自律走行の際、センサ部23や検出部64により地図に記されていない走行領域内の障害物などの物体を検出すると、その物体の三次元座標を取得して地図作成部66が地図データに反映させ、メモリ68に記憶していく。
【００４６】
この電気掃除機11(本体ケース20)の走行(掃除)時、走行領域の長手方向や幅方向(短手方向)を基準としてジグザグ走行することで走行領域内を短距離、短時間で効率よく走行(掃除)できる。このとき、電気掃除機11は、走行開始位置となる充電装置12が走行領域の外枠を区画する障害物(外壁)に対して平行(略平行も含む)に配置されていることを前提として、この充電装置12に対して垂直(略垂直も含む)な方向とその方向に対して交差(直交)する方向とを基準としてジグザグ走行する。そのため、仮に地図データの基準方向と実際の走行領域の前後左右方向との向きのずれや地図データと実際の走行領域との位置のずれがある場合、ジグザグ走行の品位が損なわれる可能性がある。
【００４７】
例えば、図６(a)に示すように、充電装置12の位置や向きが何らかの原因で変化してメモリ68に記憶している地図データMDと実際の走行領域CAとの向きや位置が変化して地図データMDの基準方向(図中のｘ方向およびｙ方向)に対して実際の走行領域CAの前後左右方向が傾斜している場合、あるいは、図６(b)に示すように、充電装置12が走行領域の外枠を区画する障害物(外壁)Ｗに対して非平行、すなわちこの障害物Ｗに対して斜めに配置されている場合などが挙げられる。これらの場合、上記のように充電装置12の位置や角度を基準としてジグザグ走行すると、走行制御部61により設定された走行経路の途中で予期しない障害物に衝突したり、実際の走行領域の外枠まで到達しないうちに走行方向を変化させたりすることが発生し(例えば図６(a)の矢印に示す)、余分な回避動作や場所によって走行距離が異なり走行制御が複雑になる(例えば図６(b)の矢印に示す)など、ジグザグ走行の品位が低下する可能性がある。
【００４８】
そこで、本実施形態の電気掃除機11は、上記のようなずれを補正する機能を有する。
【００４９】
例えば、図６(a)に示すように、地図データMDの基準方向(図中のｘ方向およびｙ方向)に対して実際の走行領域CAの前後左右方向が傾斜している場合には、走行領域CAの外枠を区画する障害物(外壁)ROBを利用して電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向を補正する。すなわち、本実施形態では走行領域CAの外枠を区画する障害物(外壁)ROBに対して所定の関係を有する方向、例えば走行領域CAの外枠を区画する障害物(外壁)ROBに対して平行(略平行を含む)な方向、または垂直(略垂直を含む)な方向に対して電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向を合わせるように補正する。
【００５０】
概略として、電気掃除機11(本体ケース20)は、走行開始位置(充電装置12の位置)に近接して位置する障害物ROBに向かって走行し、その障害物ROBに対して所定距離以下(衝突も含む)の位置(以下、障害物ROBに対して所定距離以下となった状態を「障害物ROBに到達した」という)から障害物ROBに対して平行(略平行を含む)、または垂直(略垂直を含む)方向に走行方向を沿わせるように旋回動作することで、走行方向を補正する。このとき、補正部67では、メモリ68に記憶された地図データMDの角度、および、位置の少なくともいずれかを補正する。具体的に、補正部67は、本体ケース20(電気掃除機11)の向きを基準として、この向きとメモリ68に記憶された地図データMDのいずれかの基準方向との角度差に対応する角度、この基準方向を補正する。また、補正部67は、本体ケース20(電気掃除機11)が走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBに到達した位置を基準として、この位置に対応するメモリ68に記憶された地図データMD中の位置との差分、この地図データMDの位置を補正する。そして、走行制御部61は、この補正された地図データMDに基づいて走行経路を設定し、電気掃除機11(本体ケース20)をジグザグ走行させるように駆動輪21(モータ33)の動作を制御する。
【００５１】
より詳細に、まず、電気掃除機11は、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の動作を制御して、地図データMD中の仮想的な障害物(外壁)IOBに対して電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向が垂直(略垂直も含む)に向くように旋回(その場旋回)し(図７(a))、その後、走行領域CAに実在する障害物(外壁)ROBに到達するまで直進する(図７(b))。すなわち、地図データMD中の障害物IOBに向かうように電気掃除機11(本体ケース20)を走行させることで、走行領域CA中の障害物ROBに対して到達させる。このとき、例えば、地図データMDを利用して、走行開始位置(充電装置12の位置)から基準方向のいずれか(例えばｘ方向)に目標とする障害物ROB以外の障害物がないことを確認した上で、走行する向き(＋ｘ方向または−ｘ方向)を選択してもよい。そして、障害物ROBに対して到達した電気掃除機11は、例えばセンサ部23の赤外線センサや超音波センサにより検出した本体ケース20の側部と障害物との距離などを利用し、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の動作を制御して、障害物ROBに対して走行方向が平行(略平行も含む)となるように旋回(その場旋回)する(図７(c))。この結果、旋回することで補正された電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向の向きがジグザグ走行の走行開始方向となるため、補正部67では、その向きと、地図データMDのいずれかの基準方向(例えばｙ方向)との差分θを計算し、その差分θを補正情報として、地図データMDに反映する(地図データMDの基準方向を補正する)。そして、この補正された地図データMDに基づき走行制御部61がジグザグ走行を実施するように走行経路を設定して駆動輪21(モータ33)の動作を制御する。これにより、走行開始位置(充電装置12の位置)が、他の走行領域に移設されるなどでない限り、すなわち同一の走行領域CA内で地図データMDに示される位置とは異なる位置に移設されたとしても、図８に示すように、ジグザグ走行を実際の走行領域CAに沿って正確に実施できる。
【００５２】
また、例えば図７(b)において、走行領域CAに実在する障害物(外壁)ROBに対して到達するまでの走行距離が、地図データMD上で障害物IOBに対して想定された距離と乖離している場合、すなわち障害物ROBと障害物IOBとの位置がずれている場合には、補正部67がその差分も補正情報として、地図データMDに反映する(地図データMDの位置を補正する)ことで、充電装置12の位置が変更された場合に対応可能となる。
【００５３】
なお、上記の制御において補正部67が走行領域CAに実在する障害物(外壁)ROBに向かって走行する際には、センサ部23の赤外線センサや超音波センサにより検出した本体ケース20と障害物との距離などを利用し、走行方向を判断してもよい。
【００５４】
また、例えば図６(b)に示すように、充電装置12が走行領域の外枠を区画する障害物(外壁)ROBに対して非平行、すなわちこの障害物ROBに対して斜めに配置されている場合など、実際の走行領域CAと地図データMDとが一致しているものの、走行開始位置となる充電装置12が傾斜して配置されている場合には、地図データMD中の走行領域CAの外枠を区画する障害物IOB、または、実際の走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBを利用し、走行開始位置(充電装置12の位置)に対して最短距離に位置する障害物IOBまたは障害物ROBに向かって走行し、上記図６(a)の場合と同様に補正動作を行うことで、同様に対応できる。
【００５５】
このように、上記一実施形態によれば、走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBに沿う方向と地図データMDの基準方向とのいずれかに対して所定の関係を有する方向と本体ケース20(電気掃除機11)の走行方向とを相対的に合わせるように補正する。この結果、例えば走行制御部61が本体ケース20(電気掃除機11)をジグザグ走行させる場合には、走行領域CAを区画する障害物(外壁)ROBに対して平行(略平行も含む)、または垂直(略垂直も含む)な方向に沿って往復走行を繰り返すことが可能になるため、ジグザグ走行においては走行効率への寄与が大きい、方向転換のための旋回時に生じる角度や距離の誤差を抑制でき、走行領域CA内を短距離、短時間で効率よく走行(掃除)できる。
【００５６】
しかも、走行制御部61が本体ケース20(電気掃除機11)をジグザグ走行させる場合には、走行領域CAの縦横方向に沿って、より賢く、動きとしても綺麗に走行領域CAを走行(掃除)させることができ、走行動作の見栄えを向上できるとともに、走行領域CAを隅々まで余すところなく走行させやすくなり、掃除部22による掃除残しも抑制できる。
【００５７】
また、走行制御部61が、走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBと地図データMDの基準方向とのいずれかに対して所定の関係を有する方向に本体ケース20(電気掃除機11)の走行方向を合わせるように補正し、その方向を本体ケース20(電気掃除機11)の走行開始方向とすることで、走行制御部61が本体ケース20(電気掃除機11)を例えばジグザグ走行させる際に、本体ケース20(電気掃除機11)の向きを変えたりすることなく、そのまま効率よくジグザグ走行を開始できる。
【００５８】
さらに、本体ケース20(電気掃除機11)が走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBに到達した際に補正を実施することで、地図データMDの向きや位置、電気掃除機11の自己位置を実際の障害物ROBに合わせて適切に補正できる。
【００５９】
このとき、走行制御部61が、走行開始時に、駆動輪21(モータ33)の動作を制御して本体ケース20(電気掃除機11)を走行開始位置に近接した走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBに向かって走行させることで、本体ケース20(電気掃除機11)を走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBに効率よく、かつ、精度よく到達させることができ、上記の補正をより確実に実施できる。
【００６０】
しかも、地図データMD中の仮想的な障害物IOBの位置を利用して障害物ROBに到達させることができるので、地図データMDが実際の走行領域CAに対してずれていても、地図データMDに基づいて障害物IOBに向かって本体ケース20(電気掃除機11)を走行させることにより、走行領域CAを闇雲に走行させる場合と比較して、他の障害物などに衝突したりすることなく、電気掃除機11を障害物ROBに到達させる確率を向上できる。
【００６１】
そして、走行制御部61が、本体ケース20(電気掃除機11)の走行領域の外枠を区画する障害物に到達した位置で駆動輪21(モータ33)の動作を制御して本体ケース20(電気掃除機11)を障害物に対して垂直な方向と平行な方向とのいずれかに走行方向を向けるように旋回させることでこの走行方向を補正することにより、走行制御部61により本体ケース20(電気掃除機11)をジグザグ走行させる際の走行方向を精度よく設定できる。
【００６２】
また、補正部67が、本体ケース20(電気掃除機11)の向きを基準として、この向きとメモリ68に記憶された地図データのいずれかの基準方向との角度の差分θに対応する角度、この基準方向を補正することで、メモリ68に記憶された地図データと実際の走行領域CAとの向きが異なっている場合にそれらを合わせることができる。
【００６３】
さらに、補正部67が、本体ケース20(電気掃除機11)が走行領域の外枠を区画する障害物に到達した位置を基準として、この位置に対応するメモリ68に記憶された地図データ中の位置との差分、この地図データの位置を補正することで、メモリ68に記憶された地図データと実際の走行領域CAとの位置が異なっている場合にそれらを合わせることができる。
【００６４】
したがって、これら補正部67による補正によって、走行制御部61が電気掃除機11(本体ケース20)を走行させる際に、補正された地図データに基づき走行経路を実際の走行領域CAに合わせて適切に設定できる。
【００６５】
また、走行制御部61が、本体ケース20(電気掃除機11)の走行開始時に、駆動輪21(モータ33)の動作を制御してこの本体ケース20(電気掃除機11)を所定の一方向へと直進させることで、障害物ROBに到達するようにすることで、充電装置12が斜めに置かれた場合にも誤った外壁を検出するリスクを低減できる。
【００６６】
このとき、走行制御部61が、駆動論21(モータ33)の動作を制御して、図９に示すように、本体ケース20(電気掃除機11)を地図データMDのいずれかの基準方向(例えばｘ方向)においてこの地図データMD中の障害物IOBとの距離が小さい方向へと直進させることで、距離が大きい方向へと直進させる場合と比較して、目標とする走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBに本体ケース20(電気掃除機11)を接近させる際に他の障害物を誤って検出(他の障害物に誤って衝突)しにくくできる。したがって、走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBへとより到達しやすくできる。
【００６７】
なお、例えば充電装置12に対して地図データMDの基準方向(例えばｘ方向)側に位置する障害物ROBを利用して補正を実施するのに代えて、例えば図１０(a)の矢印に示すように、走行領域CAに実在する障害物(外壁)ROBに到達する際に、椅子や机の脚などの他の障害物に衝突することを避けるために、走行開始位置となる充電装置12の背後に位置する外形である障害物ROB側に走行させ、この障害物ROBを利用して補正を実施してもよい。すなわち、充電装置12の位置を利用して、走行領域CA中の障害物ROBに到達させてもよい。
【００６８】
この場合には、まず、電気掃除機11は、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の動作を制御して、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向が充電装置12から離れる方向に対して垂直(略垂直も含む)に向くように旋回(その場旋回)し、その方向(例えばｘ方向)に所定距離(例えば数１０ｃｍ程度)直進した後、さらに充電装置12側に(例えば９０°)旋回して走行方向を変え、直進する。すなわち、電気掃除機11(本体ケース20)を充電装置12に沿って、この充電装置12を迂回してこの充電装置12の背後に向かうようにＬ字状に走行する。充電装置12は、通常走行領域CAの外枠を区画する外壁沿いに設置されている可能性が高いことから、この方法を用いることにより、短時間で、かつ、他の障害物に衝突しにくい走行経路で、走行領域CAを区画する外枠となる障害物ROBに対して効率よく到達可能となる。
【００６９】
また、図１０(b)に示すように、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の動作を制御して、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向が充電装置12から離れる方向に対して垂直(略垂直も含む)に向くように旋回(その場旋回)し、その方向(例えばｘ方向)に所定距離直進したときに障害物ROBに到達した場合、すなわち目標とする充電装置12の背後に位置する障害物ROBに向かって走行している途中で地図データMDの基準方向(ｘ方向)に沿って数１０ｃｍ程度の走行距離で障害物ROBに到達した場合には、この障害物ROBが走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBである可能性が高いので、この障害物ROBを利用して補正を行うことで、より短時間で補正を実施できる。
【００７０】
さらに、電気掃除機11(本体ケース20)のジグザグ走行における走行開始方向は、地図データの縦横比に基づき決定するようにしてもよい。この場合には、例えば地図データの縦横比から、相対的に長い方向、すなわち地図データの長手方向を走行開始方向とすることで、例えば相対的に短い方向、すなわち地図データの短手方向を走行開始方向とする場合と比較して、ジグザグ走行の方向転換時の旋回の回数を低減でき、走行領域を短時間で効率よく走行(掃除)できるとともに、ジグザグ走行の動作の見栄えを向上できる。
【００７１】
また、障害物ROBに到達した位置によっては、補正動作として障害物ROBに対して平行(略平行も含む)となるように旋回する、いわゆる壁平行スピンではなく、障害物ROBに対して垂直(略垂直)となるように旋回する、壁垂直スピンを用い、その方向をジグザグ走行の走行開始方向としてもよい。
【００７２】
また、上記各実施形態において、ジグザグ走行中、走行領域CAの外枠を区画する障害物ROBに電気掃除機11(本体ケース20)が到達した際に補正の要否を逐次確認し、必要に応じて補正動作をしてもよい。この場合には、仮に何らかの原因で推定した電気掃除機11の自己位置の向きの精度が悪化してしまった場合でも、自己推定の誤差をキャンセルすることができる。
【００７３】
さらに、例えば初回の走行時など、電気掃除機11のメモリ68にまだ地図データが記憶されていない場合には、実際の障害物ROBを基準として地図データの基準方向を設定し、この基準方向に基づき地図作成部66によって地図データを作成することもできる。例えば、この場合には、走行領域CAの外壁である可能性が高い、充電装置12に沿ってこの充電装置12の背後に位置する障害物ROBに向かって走行し、この障害物ROBに対して平行(略平行も含む)な方向、または垂直(略垂直も含む)な方向が走行方向となるように上記の補正動作を行うことで、地図データの基準方向を設定することが可能になる。したがって、地図データの基準方向と実際の走行領域の縦横方向とのずれが生じにくくなるとともに、充電装置12は一般的に障害物ROBの近傍に配置されていることから、地図データの基準方向を短時間で設定できる。
【００７４】
なお、上記一実施形態において、走行領域CA(地図データMD)は、説明を明確にするために、単なる四角形状としたが、障害物が様々に配置された走行領域や、四角形状でない走行領域であっても、同様の処理によって対応できる。
【００７５】
さらに、補正部67は、地図データの補正の際に、充電装置12の位置や向きを固定し地図データ全体を補正するようにしたが、例えば地図データ全体を固定し、充電装置12の位置や向きを補正するようにしてもよい。
【００７６】
また、例えば地図データと実際の走行領域とが一時的にずれているのみの場合を考慮し、補正部67により地図データを補正せずに、走行制御部61により設定する走行経路の走行方向のみを補正してもよい。
【００７７】
そして、自律走行体として自走式の電気掃除機11を例に挙げて説明したが、例えば掃除部22を備えない、いわゆる見守りロボットなどの自律走行体でもよい。
【００７８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
11    自律走行体としての電気掃除機
12    基地装置としての充電装置
20    本体である本体ケース
21    走行駆動部である駆動輪
61    走行制御手段である走行制御部
65    自己位置推定手段である推定部
66    マッピング手段である地図作成部
67    補正手段である補正部
68    記憶手段としてのメモリ
【図１】
2019121189.tif 000003
【図２】
2019121189.tif 000004
【図３】
2019121189.tif 000005
【図４】
2019121189.tif 000006
【図５】
2019121189.tif 000007
【図６】
2019121189.tif 000008
【図７】
2019121189.tif 000009
【図８】
2019121189.tif 000010
【図９】
2019121189.tif 000011
【図１０】
2019121189.tif 000012