(57)【要約】【課題】センサ手段によらず障害物までの距離を正確に測定できる自律走行装置を提供することを目的とする。【解決手段】障害物２までの距離を順次測定する第一のセンサ手段３と、障害物までの一定の距離を測定する第二のセンサ手段９と、センサ手段３、９から障害物までの距離を決定する第一、第二のセンサ距離決定手段６、１０と、走行を行う部屋の位置ごとのセンサ出力量情報を記憶するマップ記憶手段７と、センサ距離決定手段６、１０による障害物２までの距離情報とマップ記憶手段７のセンサ出力量情報とから第一のセンサ手段３のセンサ出力量を決定し、マップ記憶手段７へ出力するセンサ出力量決定手段８とを備えたものである。これによって、第一のセンサ手段３のセンサ出力量は、第二のセンサ手段９で調整されることになり、障害物までの距離を正確に測定できることになる。【選択図】図１
2008065418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行装置本体の走行にともない障害物までの距離を順次測定する第一のセンサ手段と、障害物までの一定の距離のみを測定する第二のセンサ手段と、第一、第二のセンサ手段のセンサ出力から障害物までの距離を決定し、第一、第二の距離として出力する第一、第二のセンサ距離決定手段と、走行装置本体が走行を行う部屋の位置ごとのセンサ出力量情報を記憶するマップ記憶手段と、第一、第二のセンサ距離決定手段による障害物までの第一、第二の距離情報と、マップ記憶手段が記憶するセンサ出力量情報とから第一のセンサ手段のセンサ出力量を決定し、マップ記憶手段へセンサ出力量情報として出力するセンサ出力量決定手段とを備えた自律走行装置。
【請求項２】
第一のセンサ手段は、センサ出力を出力する第一のセンサ出力手段と、センサ出力が障害物に反射した反射波を入力する第一のセンサ入力手段とを有し、第一のセンサ出力手段と第一のセンサ入力手段との送受信時間から障害物までの距離を測定するようにした請求項１に記載の自律走行装置。
【請求項３】
第二のセンサ手段は、接触センサで構成した請求項１または２に記載の自律走行装置。
【請求項４】
第一のセンサ距離決定手段による第一の距離が第二のセンサ距離決定手段による第二の距離よりも短いと、第一のセンサ手段の出力量を大きくする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自律走行装置。
【請求項５】
第一のセンサ距離決定手段は、第一のセンサ入力手段により障害物からの反射波が混信していると判断すると、第一のセンサ手段の出力量を小さくする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律走行装置。
【請求項６】
マップ記憶手段は、その記憶するマップ情報をマップ表示手段により使用者に表示するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律走行装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律走行装置における機能の少なくとも一部をコンピュータにより実行するためのプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムを記録した読みとり可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害物までの距離を測定しながら走行する自律走行装置とプログラムおよび記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の自律走行装置は、超音波センサで障害物までの距離を測定した距離情報に基づいて障害物を避けながら任意の場所まで移動するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３１８４４６７号公報
【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、前記従来の構成では、超音波の送信時間と反射波の受信時間の時間差で障害物までの距離を測定するものであるため、超音波センサのエネルギー量が小さいと障害物による反射波が小さくなり、受信時間を確定できず障害物までの距離が測定できず、逆に、超音波のエネルギー量が大きいと障害物の多重反射によって混信が起こり、正確な受信時間がわからず、これまた障害物までの距離が測定できないという課題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、センサ手段によらず障害物までの距離を正確に測定できる自律走行装置とプログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の自律走行装置は、走行装置本体の走行にともない障害物までの距離を順次測定する第一のセンサ手段と、障害物までの一定の距離のみを測定する第二のセンサ手段と、第一、第二のセンサ手段のセンサ出力から障害物までの距離を決定し、第一、第二の距離として出力する第一、第二のセンサ距離決定手段と、走行装置本体が走行を行う部屋の位置ごとのセンサ出力量情報を記憶するマップ記憶手段と、第一、第二のセンサ距離決定手段による障害物までの第一、第二の距離情報と、マップ記憶手段が記憶するセンサ出力量情報とから第一のセンサ手段のセンサ出力量を決定し、マップ記憶手段へセンサ出力量情報として出力するセンサ出力量決定手段とを備えたものである。
【０００６】
これによって、障害物までの距離を順次測定する第一のセンサ手段のセンサ出力量は、障害物までの一定の距離のみを測定する第二のセンサ手段で調整されることになり、障害物までの距離を正確に測定できることになる。
【０００７】
また、自律走行装置のプログラムは、コンピュータ上に実現できるため、容易に使用者に手段を提供することができる。
【０００８】
また、プログラムを記録した読みとり可能な記録媒体は、プログラムの配布・更新やそのインストール作業が容易にできるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の自律走行装置とプログラムおよび記録媒体は、センサ手段によらず障害物までの距離を正確に測定できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、走行装置本体の走行にともない障害物までの距離を順次測定する第一のセンサ手段と、障害物までの一定の距離のみを測定する第二のセンサ手段と、第一、第二のセンサ手段のセンサ出力から障害物までの距離を決定し、第一、第二の距離として出力する第一、第二のセンサ距離決定手段と、走行装置本体が走行を行う部屋の位置ごとのセンサ出力量情報を記憶するマップ記憶手段と、第一、第二のセンサ距離決定手段による障害物までの第一、第二の距離情報と、マップ記憶手段が記憶するセンサ出力量情報とから第一のセンサ手段のセンサ出力量を決定し、マップ記憶手段へセンサ出力量情報として出力するセンサ出力量決定手段とを備えた自律走行装置とするものである。これによって、障害物までの距離を順次測定する第一のセンサ手段のセンサ出力量は、障害物までの一定の距離のみを測定する第二のセンサ手段で調整されることになり、障害物までの距離を正確に測定できることになる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明において、第一のセンサ手段は、センサ出力を出力する第一のセンサ出力手段と、センサ出力が障害物に反射した反射波を入力する第一のセンサ入力手段とを有し、第一のセンサ出力手段と第一のセンサ入力手段との送受信時間から障害物までの距離を測定するようにしたことにより、障害物までの距離を正確に測定できるものである。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、第二のセンサ手段は、接触センサで構成したことにより、障害物の確実な検知が可能となることから、より正確な第一のセンサ手段によるセンサ出力量の決定を行うことができる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、第一のセンサ距離決定手段による第一の距離が第二のセンサ距離決定手段による第二の距離よりも短いと、第一のセンサ手段の出力量を大きくすることにより、より正確な第一のセンサ手段の出力量を決定することができる。つまり、第一のセンサ手段で障害物を認識せずに、第二のセンサ手段で障害物が存在することは、第一のセンサ手段の出力量が小さいために障害物を検知できないことであるから、第一のセンサ手段の出力量を大きくすることにより、障害物検知能力を向上させるものである。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、第一のセンサ距離決定手段は、第一のセンサ入力手段により障害物からの反射波が混信していると判断すると、第一のセンサ手段の出力量を小さくすることにより、混信を低減することができ、より安定した障害物検知を行うことができる。
【００１５】
第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、マップ記憶手段は、その記憶するマップ情報をマップ表示手段により使用者に表示するようにしたことにより、使用者に部屋の状況を視覚的に教え、修正、補正を容易に行うことができるので、より正確な障害物検知を行うことができる。
【００１６】
第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明の自律走行装置における機能の少なくとも一部をコンピュータにより実行するためのプログラムとすることにより、プログラムは、コンピュータ上に実現できるため、容易に使用者に手段を提供することができる。
【００１７】
第８の発明は、特に、第７の発明におけるプログラムを記録した読みとり可能な記録媒体とすることにより、プログラムの配布・更新やそのインストール作業が容易にできるものである。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における自律走行装置を示すものである。
【００２０】
図に示すように、本実施の形態における自律走行装置は、走行装置本体１の走行にともない障害物２までの距離を順次測定する第一のセンサ手段３と、障害物２までの一定の距離のみを測定する第二のセンサ手段９と、第一、第二のセンサ手段３、９のセンサ出力から障害物２までの距離を決定し、第一、第二の距離として出力する第一、第二のセンサ距離決定手段６、１０と、走行装置本体１が走行を行う部屋の位置ごとのセンサ出力量情報を記憶するマップ記憶手段７と、第一、第二のセンサ距離決定手段６、１０による障害物２までの第一、第二の距離情報と、マップ記憶手段７が記憶するセンサ出力量情報とから第一のセンサ手段３のセンサ出力量を決定し、マップ記憶手段７へセンサ出力量情報として出力するセンサ出力量決定手段８とを備えている。
【００２１】
第一のセンサ手段３は、本実施の形態では超音波センサから構成されており、障害物２に対して超音波をセンサ出力量決定手段５の出力量でセンサ出力する第一のセンサ出力手段３ａと、センサ出力が障害物２に反射した反射波を入力する第一のセンサ入力手段３ｂとを有し、第一のセンサ出力手段３ａと第一のセンサ入力手段３ｂとの送受信時間から障害物２までの距離を測定するようにしている。また、第一のセンサ手段３は走行装置本体１に設置され、モータ１１、車輪１４によって移動しながら、走行装置本体１と障害物２の距離を測定する。
【００２２】
第一のセンサ距離決定手段６は、第一のセンサ出力手段３ａによる送信時間と第一のセンサ入力手段３ｂによる受信時間を入力として、障害物２と走行装置本体１の距離を計算し第一の距離として出力する。
【００２３】
第二のセンサ手段９は、本実施の形態では走行装置本体１のバンパに設けた接触センサから構成されており、障害物２に接触することにより障害物２までの距離を測定し、その結果を第二の距離として第二のセンサ距離決定手段１０に出力する。第二のセンサ距離決定手段１０は、第二のセンサ手段９の結果に基づいて、障害物２と走行装置本体１の距離を計算し、第二の距離として出力する。
【００２４】
マップ記憶手段７は、走行する部屋のマップ位置に応じた第一のセンサ出力手段３ａのセンサ出力量を記憶している。マップ記憶手段７は、走行位置検出手段１３により走行する部屋の走行位置が入力されると、走行位置に対応したセンサ出力量をセンサ出力量決定手段５に出力する。
【００２５】
センサ出力量決定手段８は、第一のセンサ距離決定手段６による第一の距離と第二のセンサ距離決定手段１０による第二の距離、マップ記憶手段７のセンサ出力量を入力として、より最適な第一のセンサ出力手段３ａの出力量を決定し、マップ記憶手段７に出力する。マップ記憶手段７では、センサ出力量決定手段８からのセンサ出力量と現在記憶しているセンサ出力量を比較して、更新されていると判断すると、現在の走行装置本体１の位置に対応するマップのセンサ出力量を更新する。
【００２６】
また、走行位置検出手段１３は、車輪１４、モータ１１、モータ制御手段１２から走行装置本体１の位置を測定し、センサ出力量決定手段８に走行位置として出力する。
【００２７】
また、マップ表示手段１５を有し、マップ記憶手段７の記憶するマップ情報を使用者に表示するようにしており、使用者に部屋の状況を視覚的に教え、修正、補正を容易に行うことができ、より正確な障害物検知を行うことが可能なものである。
【００２８】
そして、上記した自律走行装置における各手段の機能の少なくとも一部はコンピュータにより実行するためのプログラムとしており、プログラムはコンピュータで読みとり可能な記録媒体に記録しているものである。
【００２９】
次に、本実施の形態における自律走行装置の動作について説明する。
【００３０】
まず、図２に基づいて、第一のセンサ距離決定手段６の動作を説明する。ただし、第一のセンサ手段３として超音波センサを用いた場合を示している。
【００３１】
第一のセンサ出力手段３ａである送信センサによる超音波の送信波と、第一のセンサ入力手段３ｂである受信センサによる障害物から反射した反射波を時間経過とともに示している。一般的に知られるように、送信した時間ｔ１と反射波を受信した受信時間ｔ２と障害物の距離ｘとの間には
ｘ＝（ｔ２−ｔ１）／（２・ｖ）
の関係がある。ただし、ｖは超音波の速度である。
【００３２】
また、図に示すように、その他の波として、送信センサから受信センサに筐体で伝搬したり、回り込んだりして発生する直接波が存在する。
【００３３】
一般に、反射波の受信時間ｔ２を検知するために、図の点線で示すしきい値を設け、その値以上になった時間を受信時間ｔ２とすることで、直接波による誤検知の防止、反射波による受信時間ｔ２の確定を行う。
【００３４】
次に、送信波と反射波のエネルギー関係について以下で説明する。ただし、ここではエネルギーを示す指標として、送信波と反射波の大きさ、つまり、振幅を使用する。
【００３５】
反射波の大きさは送信波の大きさに比例する。また、反射波の大きさは、反射波の対象とする障害物の種類によって異なり、布製ソファ、径の小さい丸棒などは、同じ距離、送信波の大きさでも、反射波の大きさは小さくなる。よって、反射波が小さいとしきい値よりも小さくなるため、障害物までの距離を測定できないという不具合が生じる。
【００３６】
逆に、障害物を壁とした場合、反射波は、同じ距離、送信波の大きさでも大きくなる。よって、送信波が大きい場合は、図３に示すように、超音波は対象とする障害物だけでなく、その他の障害物、または走行装置本体１と障害物２との間で多重反射を起こすことにより、受信センサで反射波も多重に出現する混信現象を引き起こす可能性がある。そして、最悪の場合、障害物２と走行装置本体１の間で正確に距離を測定できないという不具合が生じる。
【００３７】
したがって、本実施の形態では、状況に応じて送信波の大きさを選択するものとする。反射波が小さく、障害物２を検知できない場合は、送信波のエネルギーを大きくすることにより反射波も大きして、障害物２の検知確率を大きくする。また、逆に、反射波の混信現象が起こっている場合は、送信波のエネルギーを小さくすることで、混信による誤検知の確率を小さくする。
【００３８】
これを、第一のセンサ距離決定手段６と第二のセンサ距離決定手段１０とセンサ出力決定手段８で具体的に実現する。
【００３９】
ここで、第一のセンサ手段３を超音波センサにより非接触で距離測定をする方式、第二のセンサ手段９を接触センサで距離測定をする方式を採用する。第二のセンサ手段９は接触式で測距を行うため、確実に障害物２の測距を行うことができる。そこで、第一のセンサ手段３である超音波センサで測距できずに、障害物２を第二のセンサ手段９で検知した場合（第一のセンサ距離決定手段６による第一の距離が第二のセンサ距離決定手段１０による第二の距離よりも短い場合）は、障害物検知を確実に行うためにその地点の送信波のエネルギーを大きくする。よって、超音波センサによる障害物検知の確率を大きくすることができる。
【００４０】
また、超音波の反射波が混信状態であると判断すると、次の走行で障害物２の誤検知の確率を減少させるために、その地点の送信波のエネルギーを小さくする。そうすることにより、超音波センサによる誤検知の確率を小さくすることができる。
【００４１】
上記動作によると、確実に検知する第二のセンサ手段９のデータで、超音波の送信波の大きさが適正であるかどうかを判断し、第一のセンサ手段３を適正値になるように変更を行うことができる。
【００４２】
上記動作を実現するために、第一のセンサ手段３である超音波センサを用いて非接触式で障害物２と走行装置本体１の第一の距離を第一のセンサ距離決定手段６を用いて行う。同様に、第二のセンサ距離決定手段１０は、第二のセンサ手段９の接触センサを用いて第二の距離を計算する。
【００４３】
センサ出力量決定手段８では、超音波センサを用いた第一の距離と接触センサを用いた第二の距離を比較する。第一の距離が入力されていないのに第二の距離が入力された場合は超音波センサの送信波のエネルギーが小さいとして、マップ記憶手段７で記憶するその地点の送信波のエネルギー量を大きくなる方に更新する。
【００４４】
また、第一のセンサ距離決定手段６による第一のセンサ距離が図３に示す混信状態、つまり、反射波が多数存在し、距離が確定できない状態と判断すると、超音波センサの送信波のエネルギーが大きいとして、マップ記憶手段７で記憶するその地点の送信波のエネルギー量を小さい方に更新する。
【００４５】
次の走行で走行装置本体１が走行する際に、マップ記憶手段７が記憶するその地点の送信波エネルギーになるように、センサ出力量決定手段５で第一のセンサ出力手段３ａを調節する。よって、過去の障害物の検知状況、障害状況から超音波センサの送信波のエネルギーを決定するので、より安定した障害物の測距を行うことができる。
【００４６】
図４は、ある地点での走行回数を横軸に送信波のエネルギーを縦軸にして、送信波のエネルギーの遍歴を図示したものである。この図に示すように、走行回数が少ないときは、送信波のエネルギーが小さいとして送信波のエネルギーを大きくし、ある一定の走行回数を経過すると送信波のエネルギーは一定の値になることがわかる。送信波のエネルギーが一定になることは安定した障害物の測距を行うことができる状態となったことを示している。
【００４７】
図５は、送信波のパルス回数を横軸に送信波のパルス数縦軸にして、送信波のエネルギーを図示したものである。送信波のエネルギーを変更する方法として、送信波の振幅を変える方法があるが、より簡単な方法として送信波のパルス数を用いる方法について説明する。
【００４８】
送信波を発生する超音波センサは圧電素子を機械振動させ、音波を発生する方式である。よって、図５に示すように、パルス数と送信波のエネルギーは無関係ではなく、ある一定のパルスまではパルス数が増加すると送信波のエネルギーも増加していくことが一般に知られている。そこで、送信波のエネルギーを増加させるためには、送信波のパルス数を増加させるとよいことがわかる。
【００４９】
センサ出力量決定手段５は、マップ記憶手段７が記憶する送信波のエネルギーになるように送信波のパルス回数を決定し、そのパルス回数だけ超音波センサによる超音波を発振する。
【００５０】
次に、マップ記憶手段７の動作について図６で説明する。
【００５１】
図６（ａ）は、走行する部屋を上から見た図である。ただし、ソファ、タンス、椅子も同時に示した。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）の部屋を一定回数以上走行して決定したときの送信波のエネルギー量を示している。ただし、部屋を単位距離ごとに区切ったセルごとの値を示した。
【００５２】
この図６により、部屋の周壁に近いところは、反射波による混信がおきるために送信波のエネルギー量が小さくなること、ソファのような超音波の反射率が低いものの周囲では障害物を検知するために送信波のエネルギーが大きくなることがわかる。
【００５３】
マップ記憶手段７では、一例にて示したセルごとの送信波のエネルギー量を記憶しており、走行位置検出手段１３による走行位置に応じた送信波のエネルギー量をセンサ出力量決定手段５、センサ出力量決定手段８に出力する。また、マップ記憶手段７は、センサ出力量決定手段８で決定した送信波のエネルギー量を走行位置検出手段１３による走行位置に相当するセルに書き込む。
【００５４】
上記したように、本実施の形態の自律走行装置は、障害物までの距離を順次測定する第一のセンサ手段のセンサ出力量は、障害物までの一定の距離のみを測定する第二のセンサ手段で調整されることになり、障害物までの距離を正確に測定できる。
【００５５】
また、第一のセンサ手段は、センサ出力を出力する第一のセンサ出力手段と、センサ出力が障害物に反射した反射波を入力する第一のセンサ入力手段とを有し、第一のセンサ出力手段と第一のセンサ入力手段との送受信時間から障害物までの距離を測定するようにしたことにより、障害物までの距離を正確に測定できるものである。
【００５６】
また、第二のセンサ手段は、接触センサで構成したことにより、障害物の確実な検知が可能となることから、より正確な第一のセンサ手段によるセンサ出力量の決定を行うことができる。
【００５７】
また、第一のセンサ距離決定手段による第一の距離が第二のセンサ距離決定手段による第二の距離よりも短いと、第一のセンサ手段の出力量を大きくすることにより、より正確な第一のセンサ手段の出力量を決定することができる。つまり、第一のセンサ手段で障害物を認識せずに、第二のセンサ手段で障害物が存在することは、第一のセンサ手段の出力量が小さいために障害物を検知できないことであるから、第一のセンサ手段の出力量を大きくすることにより、障害物検知能力を向上させるものである。
【００５８】
また、第一のセンサ距離決定手段は、第一のセンサ入力手段により障害物からの反射波が混信していると判断すると、第一のセンサ手段の出力量を小さくすることにより、混信を低減することができ、より安定した障害物検知を行うことができる。
【００５９】
また、マップ記憶手段は、その記憶するマップ情報をマップ表示手段により使用者に表示するようにしたことにより、使用者に部屋の状況を視覚的に教え、修正、補正を容易に行うことができるので、より正確な障害物検知を行うことができる。
【００６０】
また、自律走行装置における機能の少なくとも一部をコンピュータにより実行するためのプログラムとすることにより、プログラムは、コンピュータ上に実現できるため、容易に使用者に手段を提供することができる。
【００６１】
また、プログラムを記録した読みとり可能な記録媒体とすることにより、プログラムの配布・更新やそのインストール作業が容易にできるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明にかかる自律走行装置とプログラムおよび記録媒体は、センサ手段によらず障害物までの距離を正確に測定できるものであるので、掃除ロボット、カメラ搭載ロボット、芝刈りロボットなどの用途にも適応できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態における自律走行装置の構成を示すブロック図
【図２】同自律走行装置における第一のセンサ距離決定手段の動作を示す図
【図３】同自律走行装置における反射波の混信状態を示す図
【図４】同自律走行装置における走行回数と送信波のエネルギーの関係を示す図
【図５】同自律走行装置における送信波のパルス回数と送信波のエネルギーの関係を示す図
【図６】（ａ）同自律走行装置が走行する部屋を上から見た図（ｂ）同自律走行装置が部屋を一定回数以上走行して決定したときの送信波のエネルギー量を示す図
【符号の説明】
【００６４】
１  走行装置本体
２  障害物
３  第一のセンサ手段
３ａ  第一のセンサ出力手段
３ｂ  第一のセンサ入力手段
５  センサ出力量決定手段
６  第一のセンサ距離決定手段
７  マップ記憶手段
８  センサ出力量決定手段
９  第二のセンサ手段
１０  第二のセンサ距離決定手段
１３  走行位置検出手段
１５  マップ表示手段
【図２】
2008065418.tif 000003
【図３】
2008065418.tif 000004
【図４】
2008065418.tif 000005
【図５】
2008065418.tif 000006
【図１】
2008065418.tif 000007
【図６】
2008065418.tif 000008