(57)【要約】【課題】障害物回避を効率良く行って移動し清掃などの作業をすることが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】本体を移動させる左、右駆動モータ３ａ、３ｂと、壁などの障害物を検知する障害物検知手段２２と、左、右駆動モータ３ａ、３ｂを制御して本体の移動を制御する移動制御手段２１とを備え、前記移動制御手段２１は、本体の移動中に障害物検知手段２２が障害物を検知したときに、少なくとも障害物検知手段２２で障害物を検知しなくなる位置まで本体を回転させて回避制御をするようにしたものである。これによって、障害物を確実に回避し、さらに何度も停止することなくスムーズな回転で効率良く障害物を回避して移動し清掃などの作業をすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体を移動させる走行手段および操舵手段と、壁などの障害物を検知する障害物検知手段と、前記走行手段および操舵手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、本体の移動中に障害物検知手段が障害物を検知したときに、少なくとも障害物検知手段で障害物を検知しなくなる位置まで本体を回転させて回避制御をするようにした自律走行装置。
【請求項２】
障害物検知手段は、障害物までの距離を検知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】
障害物検知手段は、本体進行方向を軸とした前方左右側に配置される左側障害物検知手段と右側障害物検知手段を備え、左側障害物検知手段と右側障害物検知手段のいずれかで障害物を検知した場合、検知した方向と反対側の方向に回転し、少なくとも障害物検知手段で検知しなくなる位置まで回避するようにした請求項１または２に記載の自律走行装置。
【請求項４】
障害物検知手段は、本体進行方向を軸とした前方左右側に配置される左側障害物検知手段と右側障害物検知手段を備え、本体の移動中に右側障害物検知手段と左側障害物検知手段の両方で障害物を検知した場合、検知した障害物までの距離が遠い方向に回転し、少なくとも障害物検知手段で検知する距離が一定距離以上になる位置まで回避するようにした請求項１または２に記載の自律走行装置。
【請求項５】
障害物の回避は、障害物検知手段で障害物を検知しなくなる位置からさらにランダムな角度で同一回転方向に回転して行うようにした請求項３または４に記載の自律走行装置。
【請求項６】
障害物の回避のためのランダムな角度は、回転開始前の位置から１８０度以内に決定する角度である請求項５に記載の自律走行装置。
【請求項７】
障害物の回避のためのランダムな角度まで回転した時点で、障害物検知手段で障害物を検知すると、停止することなく障害物を検知しない位置まで同一方向に回転するようにした請求項５または６に記載の自律走行装置。
【請求項８】
障害物の回避は、障害物を検知して回避回転する回数が所定回数毎に障害物の際に沿って移動するようにした請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律走行装置。
【請求項９】
障害物の回避は、所定時間毎に障害物を検知した場合、障害物の際に沿って移動するようにした請求項１〜８のいずれか１項に記載の自律走行装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載における自律走行装置の機能の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動的に清掃を行う掃除ロボットなどの自律走行装置およびプログラム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としては、本体左右の障害物検知手段からの入力に応じて、左右の駆動モータへの出力を制御し、本体を任意の角度だけ回転させて方向転換させ障害物を回避するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３６４５４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、障害物を検知したときの本体の回転角度が任意であると、回転後に新たな障害物を検知して直進できず、一旦停止して再度、任意の回転角度で回転して障害物を回避しなければならない場合がある。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、障害物回避を効率良く行って移動し清掃などの作業をすることができる自律走行装置およびプログラム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およびプログラムは、本体を移動させる走行手段および操舵手段と、壁などの障害物を検知する障害物検知手段と、前記走行手段および操舵手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、本体の移動中に障害物検知手段が障害物を検知したときに、少なくとも障害物検知手段で障害物を検知しなくなる位置まで本体を回転させて回避制御をするようにしたものである。
【０００６】
これによって、障害物を確実に回避し、さらに何度も停止することなくスムーズな回転で効率良く障害物を回避して移動し清掃などの作業をすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の自律走行装置およびプログラムは、障害物回避を効率良く行って移動し清掃などの作業をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、本体を移動させる走行手段および操舵手段と、壁などの障害物を検知する障害物検知手段と、前記走行手段および操舵手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、本体の移動中に障害物検知手段が障害物を検知したときに、少なくとも障害物検知手段で障害物を検知しなくなる位置まで本体を回転させて回避制御をするようにした自律走行装置とすることにより、障害物を確実に回避し、さらに何度も停止することなくスムーズな回転で効率良く障害物を回避して移動し清掃などの作業をすることができる。
【０００９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、障害物検知手段は、障害物までの距離を検知するようにしたことにより、一定距離内を検知すると障害物を回避する動作ができる。
【００１０】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、障害物検知手段は、本体進行方向を軸とした前方左右側に配置される左側障害物検知手段と右側障害物検知手段を備え、左側障害物検知手段と右側障害物検知手段のいずれかで障害物を検知した場合、検知した方向と反対側の方向に回転し、少なくとも障害物検知手段で検知しなくなる位置まで回避するようにしたことにより、障害物回避のため回転する角度が小さくて済む方向に回転して効率良く回避することができる。そして、少なくとも障害物検知手段で検知しなくなる位置まで回避することにより確実に障害物を回避することができる。
【００１１】
第４の発明は、特に、第２の発明において、障害物検知手段は、本体進行方向を軸とした前方左右側に配置される左側障害物検知手段と右側障害物検知手段を備え、本体の移動中に右側障害物検知手段と左側障害物検知手段の両方で障害物を検知した場合、検知した障害物までの距離が遠い方向に回転し、少なくとも障害物検知手段で検知する距離が一定距離以上になる位置まで回避するようにしたことにより、障害物回避のため回転する角度が小さくて済む方向に回転して効率良く回避することができる。そして、少なくとも障害物検知手段で検知する距離が一定距離以上になる位置まで回避することにより確実に障害物を回避することができる。
【００１２】
第５の発明は、特に、第３または第４の発明において、障害物の回避は、障害物検知手段で障害物を検知しなくなる位置からさらにランダムな角度で同一回転方向に回転して行うようにしたことにより、偏りなく自律走行装置の本体を移動させることができる。
【００１３】
第６の発明は、特に、第５の発明において、障害物の回避のためのランダムな角度は、回転開始前の位置から１８０度以内に決定する角度であることにより、遠回りの無駄な回転をさせず、効率良く障害物を回避することができる。
【００１４】
第７の発明は、特に、第６の発明において、障害物の回避のためのランダムな角度まで回転した時点で、障害物検知手段で障害物を検知すると、停止することなく障害物を検知しない位置まで同一方向に回転するようにしたことにより、障害物を回避するための回転が止まることがないためスムーズな回転で、確実に障害物を回避することができる。
【００１５】
第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明において、障害物の回避は、障害物を検知して回避回転する回数が所定回数毎に障害物の際に沿って移動するようにしたことにより、椅子などの狭い家具の下に自律走行装置の本体が入った場合、椅子の下から脱出できるようにしたものである。
【００１６】
第９の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明において、障害物の回避は、所定時間毎に障害物を検知した場合、障害物の際に沿って移動するようにしたことにより、同じ領域ばかり作業させないように移動できるものである。
【００１７】
第１０の発明は、特に、第１〜第９のいずれか１つの発明における自律走行装置の機能の少なくとも一部をコンピュータに実現させるためのプログラムとすることにより、プログラムであるので電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させて本発明の自律走行装置の少なくとも一部を容易に実現することができる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布やインストール作業が簡単にできる。
【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）
図は、本発明の実施の形態における自律走行装置を示している。
【００２０】
図１、図２に示すように、本実施の形態における自律走行装置は、本体１を移動させる左右の駆動輪２と一つの補助車輪８よりなる走行手段と、独自に回転制御することができる左駆動モータ３ａと右駆動モータ３ｂよりなる操舵手段と、本体１の前方の障害物を検知するための左送信手段５ａと右送信手段５ｂの２つの送信手段と、左障害物検知手段６ａと中障害物検知手段６ｂと右障害物検知手段６ｃよりなり壁などの障害物を検知する障害物検知手段２２と、走行手段および操舵手段を制御して本体１の移動を制御する移動制御手段２１とを備えている。
【００２１】
前記送信手段である左送信手段５ａと右送信手段５ｂからは、前方の障害物を検知するために一定期間毎に超音波が送信され、障害物で反射した超音波を、障害物検知手段２２である左障害物検知手段６ａと中障害物検知手段６ｂと右障害物検知手段６ｃで受信することにより障害物までの距離を測距している。なお、検知範囲は、図１に示したように、主に左障害物検知手段６ａが左検知範囲、中障害物検知手段６ｂが中検知範囲、右障害物検知手段６ｃが右検知範囲となっている。
【００２２】
移動制御手段２１は、左障害物検知手段６ａと中障害物検知手段６ｂと右障害物検知手段６ｃで構成される障害物検知手段２２からの入力に応じて、左駆動モータ３ａおよび右駆動モータ３ｂへの出力を制御し、本体１の移動を制御する。そしてまた、この移動制御手段２１は、本体１の移動中に障害物検知手段２２が障害物を検知したとき、少なくとも障害物検知手段２２で障害物を検知しなくなる位置まで本体１を回転させて回避制御をするようにしている。
【００２３】
なお、本実施の形態においては、自律走行装置の作業例として、ノズルとブラシと吸引モータで床面にある埃やゴミを吸い取る清掃手段４を備えている。また、壁沿いする際の壁との並行走行を蛇行することなく円滑に走行させるため、近距離を測距するための赤外線送受信手段７ａ、７ｂを本体１左側面と右側面に各々備えている。さらに、補助車輪８が回転しているか否かによって走行状態を検知するため走行センサ９を備えている。また、図示しないが、本体１の前方部には万が一、障害物に衝突したときに衝突を検知する衝突検知部も備え付けられている。
【００２４】
次に、図３、図４を用いて、本実施の形態における自律走行装置が障害物を検知して回避するときの動作を説明する。
【００２５】
図３において、前進中に（Ｓ１１）、左障害物検知手段６ａと中障害物検知手段６ｂと右障害物検知手段６ｃのいずれかで障害物との距離が５ｃｍ以内を検知すると（Ｓ１２）、自律走行装置は停止する（Ｓ１３）。なお、５ｃｍは自律走行装置の走行速度によって障害物を検知してから障害物に衝突せずに停止できる距離であれば小さい距離の方が隅々まで清掃などの作業ができるので望ましい。
【００２６】
停止すると現在の角度を基準とするため現在角度初期化を行う（Ｓ１４）。左障害物検知手段６ａで検知した距離と右障害物検知手段６ｃで検知した距離を比較し（Ｓ１５）、遠い方の方向に回転を開始する（Ｓ１６、Ｓ１７）。
【００２７】
回転を開始し、障害物との距離が（５ｃｍ＋α）以上になると障害物を回避して前進できる位置まで回転したと認識し（Ｓ１８）、この位置の角度をΘ１とする（Ｓ１９）。なお、本実施の形態ではαは３ｃｍとしたが、何ｃｍに決めても構わない。
【００２８】
次に、Θ１〜１８０度の間でランダム角度Θ２を算出し（Ｓ２０）、Θ２回転すると（Ｓ２１）、停止して（Ｓ２３）、前進する（Ｓ２４）。もし、Θ２回転したときに新たに障害物との距離が（５ｃｍ＋α）以内を検知したならば（Ｓ２２）、検知しなくなる位置まで回転を続けてから、停止して（Ｓ２３）、前進する（Ｓ２４）。なお、障害物の回避は、障害物検知手段で障害物を検知しなくなる位置からさらにランダムな角度で同一回転方向に回転して行うようにしているのは、清掃領域に偏りなく自律走行装置の本体１を移動させるためである。また、ランダム角度を最大１８０度に決めているのは、１８０度以上であると反対方向から回転する方が回転角度は小さくてすむし、無駄な回転時間を要してしまうため上限を設けている。
【００２９】
なお、回転角度について図４（ａ）、図４（ｂ）を用いてもう少し詳しく説明する。
【００３０】
例えば、図４（ａ）のように左障害物検知手段６ａが障害物Ａとの距離が近くなって停止した場合、左障害物検知手段６ａの検知距離が（５ｃｍ＋α）になる位置がΘ１であり、ランダム角度まで回転してＶ１方向に前進する位置がΘ２になる位置である。
【００３１】
また、図４（ｂ）に示すようにΘ２の位置で新たな障害物Ｂを検知してしまった場合は、さらに回転を続けて障害物Ｂとの距離が（５ｃｍ＋α）以上になった位置でＶ２方向に前進する。
【００３２】
次に、図５を用いて際移動制御をする場合の条件動作を説明する。
【００３３】
初めに際沿い開始タイマをスタートさせて（Ｓ５１）、前進し（Ｓ５２）、障害物を検知すると（Ｓ５３）、停止し（Ｓ５４）、障害物検知回数をカウントアップする（Ｓ５５）。検知回数が１０回以上（Ｓ５６）、もしくは際沿い開始タイマが２分以上経過すれば（Ｓ５７）、図３のＳ１４〜Ｓ２４までの回避方法ではなく、際沿い走行を行う（Ｓ６０）。際沿い走行を行う際には、障害物検知回数と際沿い開始タイマをクリアする（Ｓ５８）（Ｓ５９）。なお、一定時間あるいは障害物検知一定回数毎に障害物の際に沿って移動させるのは、椅子などの狭い家具の下に自律走行装置の本体が入った場合、椅子の下から脱出できるようにし、同じ場所ばかり清掃などの作業をさせないためである。
【００３４】
また、検知回数の１０回や際沿い開始タイマの２分は、一意に決めた数値でなくても構わないし、前進する移動距離の情報を利用して際沿いするようにしても構わない。
【００３５】
なお、際移動制御は赤外線送受信手段７ａ、７ｂを利用して障害物との距離を一定に保つように制御して自律走行装置を走行させるもので、予め決められた時間、際移動をした後、通常の前進走行に戻る。
【００３６】
以上のように、本実施の形態においては、障害物を確実に回避し、さらに、何度も停止することなくスムーズな回転で効率良く障害物を回避して、清掃領域を偏りなく清掃するなど作業することができる。清掃作業は一例としてあげたものであり、他の作業、例えば芝刈りなどであってもよいし、監視作業などであってもよいものである。
【００３７】
なお、障害物回避制御で障害物を検知しなくなる角度Θ１まで回転する検知手段として超音波センサを利用したが、赤外線センサなど障害物との距離を一定に保つように制御できる測距可能な手段であればどのような手段であっても構わない。これは障害物検知でも同様である。
【００３８】
また、際移動制御は赤外線送受信手段を利用したが、超音波センサなど障害物との距離を一定に保つように制御できる測距可能な手段であればどのような手段であっても構わない。
【００３９】
また、際移動制御で際移動をする時間は、予め決められた時間で際移動をすることとしたが、時間でなく一定距離を走行すれば通常の前進走行に戻るように走行距離で決定してもよい。
【００４０】
なお、本実施の形態はいずれも自律走行装置の手段の全てもしくは一部として、コンピュータを機能させるためのプログラムとしても同様の構成でできるものである。本実施の形態で説明した手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信したりすることで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明にかかる自律走行装置およびプログラムは、障害物回避を効率良く行って移動し清掃などの作業をすることができるので、掃除ロボット、芝刈りロボット、監視ロボット、その他の作業ロボットなどに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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模式図
【図２】同自律走行装置における移動制御手段周辺部のブロック図
【図３】同自律走行装置の障害物回避動作を示すフローチャート
【図４】同自律走行装置の障害物回避動作の説明図
【図５】同自律走行装置の際移動制御動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００４３】
１  本体
２  駆動輪（走行手段）
３ａ  左駆動モータ（操舵手段）
３ｂ  右駆動モータ（操舵手段）
５ａ  左送信手段
５ｂ  右送信手段
６ａ  左障害物検知手段
６ｂ  中障害物検知手段
６ｃ  右障害物検知手段
７ａ、７ｂ  赤外線送受信手段
２１  移動制御手段
２２  障害物検知手段
【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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