(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット掃除機において、
本体と、
画像を記録するカメラ装置を含み、前記ロボット掃除機の付近から３次元（３Ｄ）データを取得するように構成された３Ｄセンサシステムを有する障害物検出装置と、
前記ロボット掃除機を掃除対象表面上で駆動させるように構成された推進システムと、
掃除部材と、
処理ユニットと
を備え、
前記処理ユニットが、
前記ロボット掃除機の第１の位置において、前記３Ｄデータから対象物の３Ｄ形状を決定し、前記３Ｄ形状から少なくとも１つの特徴を抽出して取得し、データベースに保存されている前記ロボット掃除機の周囲の３Ｄマップであって、前記ロボット掃除機の複数の位置で前記障害物検出装置によって記録された前記対象物の複数の画像を分析することで取得される複数の特徴によって形成されている、前記対象物の前記３Ｄ形状の保存された複数の特徴、に少なくとも部分的に基づいて構築された前記３Ｄマップにおける、前記保存された複数の特徴のうちの１つ又は複数の特徴と、取得された前記少なくとも１つの特徴とを比較し、前記取得された少なくとも１つの特徴が前記保存された１つ又は複数の特徴の１つと一致したときに、前記保存された１つ又は複数の特徴の前記１つに基づいて、前記３Ｄマップにおける前記ロボット掃除機の位置を推定し、推定した前記位置に基づき、前記３Ｄマップを使用して前記ロボット掃除機をナビゲートするように制御し、前記保存された１つ又は複数の特徴の前記１つに関連付けられた命令に基づく動作を実行するように構成される、
ロボット掃除機。
【請求項２】
前記３Ｄセンサシステムは更に、前記ロボット掃除機の前記付近を照明するように構成された第一および第二の垂直ラインレーザを含む、請求項１に記載のロボット掃除機。
【請求項３】
前記命令は、一度に特定の領域または部屋のうちの１つだけを掃除する命令を含む、
請求項１または２に記載のロボット掃除機。
【請求項４】
前記命令は、１日のうちの特定の時間に特定の領域または部屋を掃除する命令、１日のうちの特定の時間に特定の領域または部屋を掃除しない命令、および、特定の領域または部屋に入らない命令、のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
【請求項５】
前記少なくとも１つの特徴は、所定の垂直オフセットを有する少なくとも２つの反射要素から取得される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
【請求項６】
前記垂直オフセットは１〜１０ｃｍの範囲である、請求項５に記載のロボット掃除機。
【請求項７】
前記少なくとも１つの特徴は、垂直に位置されたバーコードから取得される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
【請求項８】
前記カメラ装置は、前記対象物である人工３Ｄ物体マーカを記録し、前記人工３Ｄ物体マーカの位置を導き出し、前記人工３Ｄ物体マーカのうちの少なくとも１つから少なくとも１つの特徴を取得するように構成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
【請求項９】
前記処理ユニットは、保存された特徴を生成すべく、前記人工３Ｄ物体マーカから導き出された少なくとも１つの取得された特徴に関する入力を使用者から受け取るように構成されたユーザインタフェースを有する、請求項８に記載のロボット掃除機。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか一項に記載のロボット掃除機に教示する方法であって、
前記対象物である人工３Ｄ物体マーカに関する情報を前記ロボット掃除機に供給するステップと、
前記ロボット掃除機上に配置されたインタフェースを介して、各種類の前記人工３Ｄ物体マーカから特徴を導き出し、導き出された前記特徴を保存し、保存された前記特徴を特定の領域に割り当てるステップと、
前記人工３Ｄ物体マーカを、それらが割り当てられた前記特定の領域に関連して位置付けるステップと、
前記ロボット掃除機を各保存された特徴に割り当てられた命令でプログラムするステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１から９の何れか一項に記載のロボット掃除機の動作方法において、
前記障害物検出装置によって前記ロボット掃除機の付近から前記３Ｄデータを取得するステップと、
前記処理ユニットにより、前記ロボット掃除機の前記第１の位置において、前記３Ｄデータから前記対象物の前記３Ｄ形状を決定し、前記３Ｄ形状から前記少なくとも１つの特徴を抽出することによって前記少なくとも１つの特徴を取得するステップと、
前記取得された少なくとも１つの特徴を前記保存された１つ又は複数の特徴と比較するステップと、
前記取得された少なくとも１つの特徴が前記保存された１つ又は複数の特徴の前記１つと一致したときに、前記ロボット掃除機の動作を前記保存された１つ又は複数の特徴の前記１つに割り当てられた命令に従って制御するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記３Ｄデータはカメラ装置によって画像の形態で生成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記対象物である異なる種類の人工３Ｄ物体マーカを異なる部屋への入口の付近に設置するステップをさらに含み、前記ロボット掃除機は、設置された前記人工３Ｄ物体マーカのうちの少なくとも１つから特徴と位置を認識し、取得して、前記少なくとも１つの種類の前記人工３Ｄ物体マーカの既知の特徴に割り当てられた命令に従う動作を実行するように構成される、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
充電台と、前記充電台に近接する固有の充電台マーカとを設置するステップをさらに含み、前記処理ユニットは、前記固有の充電台マーカとその特定の特徴を認識し、取得することにより、前記充電台までのルートを見つけるように構成される、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
一度に特定の領域または部屋のうちのいくつかまたは１つのみが掃除されるようにインタフェースを介して前記ロボット掃除機の前記処理ユニットをプログラムするステップをさらに含む、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のロボット掃除機と、前記対象物である人工３Ｄ物体マーカのセットと、を含むロボット掃除キット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット掃除機と、ロボット掃除機を走査し、特定の種類のマーカおよびそれらの特徴を認識して特定の領域または部屋に関連付け、それに応じてその動作を制御するようにロボット掃除機を動作させ、教示する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばロボットバキュームクリーナ等のロボットバキュームクリーナが当該技術分野で知られている。一般に、ロボットバキュームクリーナには、クリーナを掃除対象表面上で移動させるためのモータの形態の駆動装置が備えられている。ロボットバキュームクリーナにはさらに、自律行動を起こさせて、ロボットバキュームクリーナが自由に動き回り、例えば部屋の形態の空間を掃除できるようにするためのマイクロプロセッサおよびナビゲーション手段の形態の知能も備えられている。
【０００３】
多くの技術分野において、自律行動をなすロボットを使って、これらが存在し得る障害物と衝突せずに空間内を自由に移動できるようにすることが望ましい。
【０００４】
特に掃除対象の複雑な環境および表面の中でのロボットバキュームクリーナのナビゲーションおよび位置決めを支援することが望ましい。ナビゲーションおよび位置決めはしたがって、人工のマーカまたは人工のランドマークを使うことによって改良できる。
【０００５】
例えば、当該技術分野には、テーブルおよび椅子等の家具、ならびに壁および階段等のその他の障害物のある部屋をほぼ自動で真空掃除する能力を有するロボットバキュームクリーナがある。従来、これらのロボットバキュームクリーナは、例えば超音波または光波を使用することによって部屋をナビゲートされる。さらに、ロボットバキュームクリーナは一般的に、正確に動作させるために、階段センサ、壁追跡センサ、および各種のトランスポンダ等の追加のセンサで補完されなければならない。このようなセンサは高額であり、ロボットの信頼性に影響を与える。
【０００６】
多数の先行技術のロボットバキュームクリーナが、Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ（ＳＬＡＭ）と呼ばれる技術を採用している。ＳＬＡＭは、移動ロボットバキュームクリーナによる未知の環境のマップ構築と同時に、そのマップを使用した環境のナビゲーションの問題に関係している。これは一般的に、レンジ計測のための水平走査レーザと組み合わされる。さらに、ロボットの車輪の移動により計測されるロボットの概略位置を提供するために走行距離計測法が用いられる。
【０００７】
米国特許出願公開第２００２／００９１４６６号明細書は、部屋の天井に向けられた、その天井のベースマークを認識するための第一のカメラおよび、障害物に向けて線状光ビームを発するラインレーザ、障害物からの反射線状光ビームを認識するための第二のカメラを備える移動ロボットを開示している。ラインレーザは、移動ロボットの正面で水平に延びる直線の形態のビームを発する。
【０００８】
天井のベースマークおよび天井のマーカ全般の使用には、特定の欠点が伴う。第一に、ロボットには２つのカメラ、すなわち、天井を「見上げる」少なくとも１つのカメラと、移動方向、すなわち水平ラインレーザからのレーザビームの方向を見る他のカメラが必要となり、これは高額で、ロボットの構築を複雑にする。さらに、使用者は、椅子またははしごを使って天井に少なくとも１つのベースマークを付けなければならない。
【０００９】
これに加えて、ロボットバキュームクリーナが自然のランドマークまたは掃除対象表面内のマーカにしか頼ることができない場合、または何もなさすぎる、または反復的すぎる環境の場合、したがって環境のシグネチャが十分に豊富でない場合、ロボット掃除機は、ナビゲーション中およびその現在位置を特定しようとする際に問題に遭遇する可能性がある。
【００１０】
さらに、ロボット掃除機に特別な情報を伝えることが難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、上述の問題を解決し、ナビゲーションと自己位置決めを正確に行うことができ、その用途において効率的で、使用者にとって高い柔軟性を提供するロボット掃除機を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、充電台によるロボット掃除機の効率的な再充電を支援し、ロボット掃除機が充電台を容易に見つけ、認識できるようにするロボット掃除機を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、簡単なセットアップを可能にする、ロボット掃除機の教示および動作方法を提供することであり、この方法は、ロボット掃除機によって実行される掃除のプログラム可能性を向上させ、後の段階で掃除動作の精度を高める。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的は、特許請求の範囲の独立項において特許請求されるようなロボット掃除機によって、またロボット掃除機の動作および教示方法によって達成される。
【００１５】
本明細書においては、ロボット掃除機が開示され、これは、本体と、ロボット掃除機の付近からデータを取得するように構成された障害物検出装置と、を含む。ロボット掃除機は、掃除部材と、推進システムと、をさらに含み、前記推進システムは、ロボット掃除機を掃除対象表面上で駆動させるように構成され、処理ユニットは、障害物検出装置により取得された前記データから少なくとも１つの特徴を抽出し、取得して、取得された特徴を保存された特徴と比較し、取得された特徴が保存された特徴のうちの１つと一致した場合に、ロボット掃除機の位置を推定するように構成される。
【００１６】
本明細書においてはさらに、本発明のある実施形態において、ロボット掃除機が開示され、これは本体と、立体（３Ｄ）センサシステムの形態の障害物検出装置と、を含み、前記３Ｄセンサシステムは、ロボット掃除機の付近の少なくとも一部の画像を記録するように構成される。３Ｄセンサシステムとカメラはそれぞれ、ロボット掃除機の付近からのデータを記録された画像の形態で生成し、処理ユニットは、前記画像から少なくとも１つの特徴を抽出することによって特徴とその位置を取得し、取得された特徴を保存された特徴と比較し、取得された特徴が保存された特徴のうちの１つと一致したときに、ロボット掃除機の位置を推定するように構成される。
【００１７】
保存された特徴はデータベースの中に保存されてもよく、これは障害物検出装置の処理ユニットに内蔵されるか、少なくともこれに接続されている。
【００１８】
障害物検出装置は、３Ｄセンサシステムを含んでいてもよく、この３Ｄセンサシステムはレーザスキャナ、カメラ、レーダ、その他であってもよい。
【００１９】
ロボット掃除機は、したがって、掃除対象表面上で動き回っている間にその付近を継続的に観察し、記録することによって掃除動作を実行してもよい。その多くの取得された特徴のうちの１つが保存された特徴と一致したとき、ロボット掃除機は保存された特徴に関連する命令に基づいて動作を実行してもよい。したがって、保存された特徴、例えば「台所」を、「掃除しない」という命令に関連付けることが可能であり、これは、取得された特徴のうちの１つが特定の保存された特徴、「台所」と一致しなければ直ちに、ロボット掃除機に台所を掃除させない。保存された特徴である台所は、特定の人工の３Ｄマーカから導き出されるか、または冷蔵庫、コンロその他から特定の特徴を認識することから導き出されてもよい。
【００２０】
３Ｄセンサシステムは、ロボット掃除機の付近の画像を記録するように構成されたカメラ装置と、ロボット掃除機の前記付近を照明するように構成された第一および第二の垂直ラインレーザと、を含んでいてもよい。処理ユニットはさらに、記録された画像から位置情報を導き出すように構成されてもよい。
【００２１】
３Ｄまたは垂直マーカは、自然の、または人工のマーカであってよい。
【００２２】
取得された特徴と保存された特徴は、３Ｄマーカから導き出されてもよい。３Ｄマーカ、したがって、ロボット掃除機の位置もまた、記録された画像から導き出されてよい。
【００２３】
ロボット掃除機は、掃除対象表面のマップを構築したら、保存された特徴および関連する部屋がどこにあるかを覚え、または取得することを開始し、使用者はロボット掃除機に「浴室」を掃除するように命令してもよく、その結果、ロボット掃除機はまっすぐに浴室に行き、そこを掃除する。
【００２４】
本明細書においてはさらに、掃除機に教示する方法が開示され、これは、
マーカに関する情報をロボット掃除機に供給するステップと、
各種類のマーカから特徴を導き出し、生成された特徴を保存し、ロボット掃除機上に配置されたインタフェースを介して、保存された特徴を特定の部屋または領域に割り当てるステップと、
マーカをそれらが割り当てられた特定の領域に関連して位置決めするステップと、
ロボット掃除機を、保存された各特徴に割り当てられた命令でプログラムするステップと、
を含む。
【００２５】
教示段階の後、ロボット掃除機は、自律的に移動し、設置されたマーカを認識し、それらの特徴とそれらの位置および割り当てられた対応する領域を取得し、取得された特徴を保存された特徴と比較し、取得された特徴が保存された特徴のうちの１つと一致したら、前記１つの保存された特徴に割り当てられた命令に従ってその動作または移動を制御することによって掃除を開始してもよい。
【００２６】
この方法によって、使用者はロボット掃除機を容易に設置し、セットアップすることができ、それにより、これは基本的に、セットアップが行われた時点から効率的に動作できる。
【００２７】
ロボット掃除機が教示モードに設定された時に実行できる教示段階は比較的短く、それによって使用者は掃除プロセスを容易に制御できる。例えば、使用者はロボット掃除機に対し、「台所」、「寝室」、または「浴室」と定義された特定の領域または部屋を特定の時間に掃除しないように指示することが可能であり、それは、夜間は寝室に、または朝、入浴する準備ができたときに浴室にロボット掃除機にあってほしくないこともあるからである。ロボット掃除機の進入が禁止される階段等の他の領域もロボット掃除機に教示でき、それが例えば「階段」という特定の領域に割り当てられた特定の垂直マーカを見ると、それ以上進まない。保存された各特徴は対応する命令に割り当てられてもよく、階段の場合、これは「方向転換せよ」、または「止まれ」であってもよい。
【００２８】
教示段階は、工場において３Ｄマーカを使って行われてもよい。すると、３Ｄマーカの各々に「台所」、「浴室」、「寝室」、「家事室」、「居間」等のタグを付ける必要があり、それによって使用者は３Ｄマーカを対応する部屋の入口に設置するだけでよくなる。すると、使用者は３Ｄマーカを設置した後にロボット掃除機のスイッチを入れてもよく、その結果、ロボット掃除機は移動および掃除を開始するのと同時に、その環境または掃除対象表面および３Ｄマーカの位置およびそれに対応する保存された特徴について学習する。
【００２９】
本明細書において、ロボット掃除機の他の動作方法が開示されており、この方法は、
障害物検出装置によって、ロボット掃除機の付近からデータを取得するステップと、
障害物検出装置によって、前記データから少なくとも１つの特徴を抽出して、前記特徴とその位置を取得するステップと、
取得された特徴を保存された特徴と比較するステップと、
取得された特徴が保存された特徴のうちの１つと一致したとき、保存された特徴の１つに割り当てられた命令に従ってロボット掃除機の動作を制御するステップと、
を含む。
【００３０】
この方法により、カスタマイズされた掃除を実行し、掃除動作の効率を向上させることができる。
【００３１】
取得されるデータは、部屋その他の画像、写真、マップ、３Ｄ表現等の形態によるものであってもよい。
【００３２】
ある実施形態において、少なくとも１つの特徴は、所定の垂直オフセットを有する少なくとも２つの反射要素から取得されてもよい。
【００３３】
２つの反射要素は、ロボット掃除機を充電するように構成された充電台までのルートをマークするために使用されてもよく、またはこれらは充電台に直接マークするために使用されてもよい。
【００３４】
垂直オフセットは、１〜１０ｃｍの範囲、好ましくは２ｃｍ、より好ましくは３ｃｍとなるように選択されてもよい。
【００３５】
これによって、ロボット掃除機による反射マーカとそれらのオフセットのそれぞれの認識が容易となり得る。
【００３６】
前述の取得された特徴は、垂直に配置されたバーコードから取得されてもよい。
【００３７】
ロボット掃除機の好ましい実施形態において、障害物検出装置は、３Ｄセンサシステムと、ロボット掃除機の付近を照明するように構成された少なくも１つのラインレーザと、を含んでいてもよい。
【００３８】
ラインレーザにより、ロボット掃除機の付近を照明することで、３Ｄセンサの記録と画像品質が改善する。
【００３９】
ある実施形態において、少なくとも１つのラインは垂直ラインレーザであってもよい。
【００４０】
これにより、ロボット掃除機が動作する環境の３Ｄマップの構築が容易となる。
【００４１】
ある実施形態において、ロボット掃除機の障害物検出装置は、３Ｄ物体マーカの画像を記録し、マーカのうちの少なくとも１つから少なくとも１つの特徴を導き出し、取得するように構成される。
【００４２】
３Ｄマーカは好ましくは、少なくとも部分的に対称の３Ｄ物体マーカであってもよく、これらはロボット掃除機にとって、掃除対象表面から水平な様々な方向から見たときに同じに見える。
【００４３】
少なくとも部分的に対称の３Ｄ物体マーカは、完全に対称であってもよい。
【００４４】
３Ｄ物体マーカを使用することにより、障害物検出装置、したがって３Ｄセンサシステムと処理ユニットによる認識が改善する。
【００４５】
様々な種類の垂直マーカは、垂直および／または水平マーカのモジュール式セットとして構成されてもよく、これらは、そのロボット掃除機により掃除されるべき表面の大きさと幾何学形状に応じて拡張されてもよい。
【００４６】
３Ｄ物体マーカを、対称のフロアランプ、対称のチェス駒、対称の花瓶、対称のホールスタンド、対称の燭台およびその他のような日用品とすることも可能であり得る。
【００４７】
これにより、ロボットが異なる垂直マーカとしてデザインオブジェクトを使用する機会ができるかもしれない。ロボット掃除キットは家庭用電化製品として設計されるため、日用品を垂直マーカとして使用することにより、技術的な掃除キットをデザイン上の特徴または家具の特徴と組み合わせることができ、デザイン上の特徴が使用され、実際の技術的電化製品に組み込まれる。
【００４８】
垂直マーカとして使用される日用品は、ロボットが認識しやすいように固有の対称形状を有する必要がある場合がある。
【００４９】
３Ｄマーカは比較的小さい個別の３Ｄ物体マーカであってもよく、これは、壁または家具等、縦に長い物体に接着させ、または貼り付けるように構成される。
【００５０】
使用者が、背の高い花瓶、ホールスタンドまたはその他等の比較的大型の独立した３Ｄ物体を垂直マーカにしたくない場合は、壁に接着させ、または貼り付けることのできる比較的小さい個別の３Ｄ物体を使用してもよい。小さい３Ｄ物体は、高さが５〜２０ｃｍであってもよく、床に比較的近い電源コンセントの隣に個別に貼り付けることができる。３Ｄ物体または３Ｄの人工マーカはしたがって、床から０ｃｍ〜５０ｃｍの範囲に取り付けてもよい。
【００５１】
３Ｄマーカまたは物体は、ドア、ゲート、または廊下等の入口の近くに貼り付けて、ロボット掃除機に、それがどの領域または部屋に入ろうとしているかを「示す」ように構成されてもよい。
【００５２】
別の実施形態において、処理ユニットはユーザインタフェースを含んでいてもよく、これは、保存された特徴を生成するために、３Ｄ物体マーカのうちの少なくとも１つから導き出された少なくとも１つの取得された特徴に関する使用者からの入力を受け取るように構成される。
【００５３】
ユーザインタフェースはまた、ロボット掃除機に対して命令を発し、それをプログラムするために使用されてもよい。
【００５４】
別の実施形態において、障害物検出装置は第二の垂直ラインレーザを含んでいてもよく、第一および第二の垂直ラインレーザは３Ｄセンサシステムの横方向に配置される。
【００５５】
第二の垂直ラインレーザは、垂直マーカを認識する障害物検出装置の能力を向上させてもよい。垂直ラインレーザを横に位置付けることにより、カメラの動作角度をよりよく照明できる。
【００５６】
さらに、垂直ラインレーザは、振動する、または縦方向に回転するレーザビームを含んでいてもよく、これは高周波数で振動または回転し、前記ラインレーザは垂直レーザ面を作り、これが空間または部屋にわたって垂直レーザラインを縦方向に投射する。
【００５７】
ロボット掃除機を動作させる上述の方法は、異なる種類のマーカを異なる部屋の入口付近に取り付けるステップをさらに含んでいてもよく、ロボット掃除機は、取り付けられたマーカのうちの少なくとも１つから特徴と位置を認識して取得し、少なくとも１種類のマーカの既知の特徴に割り当てられた命令に従ってその動作または移動を制御するように構成される。
【００５８】
有利な点として、この方法は、充電台と充電台に近接する固有の充電台マーカを取り付けるステップをさらに含み、ロボット掃除機は、固有の充電台マーカとその特定の特徴を認識し、取得することによって充電台までのルートを見つけるように構成される。
【００５９】
上述のように、固有の充電台マーカを使用することにより、ロボット掃除機が充電台までのルートを見つける能力が改善する。固有の充電台マーカはさらに、ロボット掃除機が実際に充電台に接続されるようにより正しく位置決めするのを助けることができる。
【００６０】
これに加えて、この方法は、インタフェースを介してロボット掃除機の処理ユニットのプログラミングと教示を行い、一度に特定の領域または部屋のうちのいくつかまたは１つだけが掃除されるようにするステップをさらに含んでいてもよい。
【００６１】
これにより、使用者は高い柔軟性を得ることができ、自分のニーズに応じてロボット掃除機を調節できる。ユーザインタフェースはまた、タイマ付の機能またはその他を提供して、ロボット掃除機が例えば夜間には掃除をしないようにしてもよい。
【００６２】
留意される点として、本発明は特許請求の範囲に記載されている特徴のあらゆる考え得る組合せに関している。本発明に関するその他の特徴と本発明による利点は、付属の特許請求の範囲と以下の説明をよく読めば明らかとなるであろう。当業者であれば、本発明の異なる特徴を組み合わせて、以下に説明されるもの以外の実施形態を考案できることがわかる。
【００６３】
本明細書において開示されている何れの方法のステップも、特に明確なことわりがないかぎり、開示されている順序の通りに実行されなくてもよい。
【００６４】
さらに、本明細書中に記載されている認識可能な、発見可能な、顕著に異なる、等の用語は、人間の眼の能力ではなく、ロボット掃除機の能力に関するものである。
【００６５】
ここで、例として以下のような添付の図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１ａ】本発明によるロボット掃除機を含むロボット掃除キットが設置された表面を示す。
【図１ｂ】ロボット掃除キットにおいて本発明によるロボット掃除機と共に使用可能な各種の人工垂直マーカを示す。
【図１ｃ】ロボット掃除キットにおいて本発明によるロボット掃除機と共に使用可能な各種の人工垂直マーカを示す。
【図１ｄ】ロボット掃除キットにおいて本発明によるロボット掃除機と共に使用可能な各種の人工垂直マーカを示す。
【図１ｅ】ロボット掃除キットにおいて本発明によるロボット掃除機と共に使用可能な各種の人工垂直マーカを示す。
【図１ｆ】ロボット掃除キットにおいて本発明によるロボット掃除機と共に使用可能な各種の人工垂直マーカを示す。
【図１ｇ】ロボット掃除キットにおいて本発明によるロボット掃除機と共に使用可能な各種の人工垂直マーカを示す。
【図２】いくつかの部品を取り除いた状態の、本発明によるロボット掃除キットのロボット掃除機の上面図をより詳細に示す。
【図３】本発明によるロボット掃除キットのロボット掃除機の正面図を示す。
【図４】設置前の本発明によるロボット掃除キットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
本発明を、本発明の特定の実施形態が示されている添付の図面を参照しながら、以下により詳しく説明する。しかしながら、本発明は様々な形態で実施されてもよく、本明細書に示されている実施形態に限定されると解釈されるべきでなく、これらの実施形態は、本開示を網羅的で完全なものとし、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために、例として提供されている。説明全体を通じて、同様の番号は同様の要素を指す。
【００６８】
ここで、図面を参照すると、これらは本発明の例示的な実施形態を示しており、ロボット掃除キットまたはシステム１は、ロボット掃除機２と、図４に示されているようなモジュール式の人工垂直マーカセット４と、を含む。ロボット掃除キット１は、ロボット掃除機２のバッテリ（図示せず）を再充電するように構成された充電台６をさらに含む。
【００６９】
ロボット掃除機２は、３Ｄセンサシステム１２の形態の障害物検出装置を含み、これは、水平または垂直ラインレーザであってもよい第一および第二のラインレーザ８、１０と、カメラ装置１３と、を含む。ロボット掃除機は、図２および３に最もよく示されているように、処理ユニット１４と、駆動輪１６を含む推進システム２０と、本体１８と、掃除部材２２と、をさらに含んでいてもよい。第一および第二のラインレーザ８、１０は、好ましくは垂直ラインレーザ８、１０であってもよく、これらはカメラ装置１３の付近に、ただしそれとずらして配置され、ロボット掃除機２の高さと幅より大きい高さと幅を照明するように構成される。さらに、カメラ装置１３の角度は、第一および第二のラインレーザ８、１０により照明される空間より小さく、それによってカメラ装置１３は確実に最適に使用されることになる。カメラ装置１３は１秒間に複数の画像を撮影し、記録するように構成される。画像からのデータ、すなわち障害物検出装置によってロボット掃除機の付近から得られたデータが処理ユニット１４によって抽出されてもよく、このデータは、処理ユニット１４に接続されているか、それと一体に形成されている電子記憶媒体５０に保存されてもよい。
【００７０】
推進システム２０は、駆動輪１６の代わりにクローラまたはさらにはホバークラフトシステムを含んでいてもよい。
【００７１】
掃除部材２２は、ブラシロールと、フロアモップと、掃除用開口部と、を含んでいてもよい。ロボット掃除機２がロボット掃除機である場合、掃除部材２２は、掃除用開口部に接続された吸込みファンをさらに含んでいてもよい。
【００７２】
ロボット掃除機１の推進システム２０は、図２において最もよく示されているように、２つの駆動輪１６を含む。駆動輪１６は、推進システム２０のドライブ１１、１１'を介して相互に独立して移動するように構成されていてもよい。駆動輪１６の各々は、ドライブ１１、１１'を含んでいてもよい。推進システム２０したがって２つのドライブ１１、１１'は、処理ユニット１４または制御手段に接続されていてもよい。各ドライブ１１、１１'は、それぞれの駆動輪１６のためのサスペンションおよびギアボックスをさらに含んでいてもよい。
【００７３】
第一および第二の垂直ラインレーザ８、１０は、ロボット掃除機２の付近を、通常はロボット掃除機２の移動方向に走査するように、好ましくは垂直走査するように構成される。第一および第二のラインレーザ８、１０は、レーザビームを送るように構成され、これは家または部屋の家具、壁、およびその他の物体を照明する。３Ｄセンサシステム１２およびカメラ装置１３はそれぞれ画像を撮影して記録し、処理ユニット１４は、ロボット掃除機２が動作している間に、ピースを合体させて、ロボット掃除機２によりカバーされる距離を測定することによってロボット掃除機２が動作している周囲状況の画像またはレイアウトを作成してもよい。ロボット掃除機２はしたがって、動作／掃除によってその環境または周囲状況について学習するように構成される。
【００７４】
図３を参照すると、１つまたは複数のマイクロプロセッサの形態で具現化された処理ユニット１４は、マイクロプロセッサに関連する適当な記憶媒体５０、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、またはハードディスクドライブにダウンロードされるコンピュータプログラムを実行するように構成される。処理ユニット１４は、コンピュータ実行可能命令を含む適当なコンピュータプログラムが記憶媒体５０にダウンロードされ、処理ユニット２０により実行された時に、本発明の実施形態による方法を実行するように構成される。記憶媒体５０はまた、コンピュータプログラムを含むコンピュータプログラム製品であってもよい。あるいは、コンピュータプログラムは、適当なコンピュータプログラム製品、例えばデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、またはメモリスティック等によって記憶媒体５０に移行されてもよい。別の代替案として、コンピュータプログラムはネットワークを通じて記憶媒体５０にダウンロードされてもよい。処理ユニット１４はあるいは、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）、その他の形態で具現化されてもよい。
【００７５】
図３に関しては、例示を目的として、障害物検出装置および３Ｄセンサシステム１２がロボット掃除機２の本体１８から分離されている。しかしながら、実際の実施例では、３Ｄセンサシステム１２は、ロボット掃除機２の本体１８と一体化されて、ロボット掃除機２の高さが最小限にされる可能性が高く、それによってこれは例えばソファ等の障害物の下に入り込むことができる。
【００７６】
モジュール式垂直マーカセット４は、複数の種類の人工マーカ２４ｂ〜２４ｇを含む。モジュール式垂直マーカセット４は、複数のペアの同じ種類のマーカ２４ｂ〜２４ｇを含んでいてもよく、これらの同じ種類の垂直マーカの２４ｂ〜２４ｇのペアは、図１ａに示されているように、部屋へと続くドア枠の両側に設置されてもよい。ロボット掃除機２の向きのためには、２つのマーカ２４ｂ〜２４ｇをドア枠の両側に設置することが有利である場合もあるが、１つの垂直マーカ２４ｂ〜２４ｇだけをドア枠の横またはドア枠に設置することも可能である。
【００７７】
ロボット掃除機２およびその処理ユニット１４はそれぞれ、各種の垂直マーカ２４ｂ〜２４ｇが第一および第二のレーザ８、１０によって照明されたときに作られた、少なくとも１つの特徴または特性を認識し、保存してもよい。しかしながら、第一および第二のレーザ８、１０は前記特徴を生成するために必要ではなく、第一および第二のレーザ８、１０を使用せずに、マーカ２４ｂ〜２４ｇまたは掃除対象表面５２内のその他の物体から特徴を導き出すことが可能である。特徴は、ロボット掃除機２が動き回っている間に３Ｄセンサシステム１３が写真を撮影するときに生成された画像から抽出されるデータを含む。これは図１ａにおいて最もよく示されている。ロボット掃除機２はしたがって、その環境の様々な特徴を学習し、認識し、保存するように構成される。設置されたマーカ２４ｂ〜２４ｇは、これらが壁に対して取り付けられた時。
【００７８】
好ましくは、垂直マーカ２４ｂ〜２４ｇの各々から複数の特徴が抽出され、保存されてもよい。垂直マーカ２４ｂ〜２４ｇから導き出される特徴または特性が多いほど、ロボット掃除機はよりよく人工マーカ２４ｂ〜２４ｇを認識し、識別できる。
【００７９】
ロボット掃除機２に、各種のマーカ２４ｂ〜２４ｇとそれらの特徴を記録し、認識するように教示するために、ロボット掃除機２は垂直基準面の正面に位置付けられてもよく、すると、使用者はマーカ２４ｂ〜２４ｇを次々に一時的に設置してもよい。すると、障害物検出装置によって各々の種類のマーカ２４ｂ〜２４ｇの画像が撮影され、この画像が分析されて、少なくとも１つの特徴が取得され、例えば記憶媒体５０の上のデータベースの中に保存される。データベースに保存された取得特徴が保存された特徴を形成する。したがって、各種のマーカ２４ｂ〜２４ｇはデータベースの中に少なくとも１つの関連する保存された特徴を有する。各々の種類のマーカ２４ｂ〜２４ｇについて、データベースの中に複数の保存された特徴があってもよい。
【００８０】
処理ユニット１４は、図２に示されているように、ユーザインタフェース４４を含んでいてもよい。ユーザインタフェース４４は、基準面を走査した直後に使用者が各種のマーカ２４ｂ〜２４ｇの各々の特定の名前およびそれに割り当てられた部屋または領域を入力することができるように構成されていてもよく、それによって使用者は、マーカ２４ｂ〜２４ｇを設置する前に、設置されたマーカ２４ｂ〜２４ｇに割り当てられた、対応する名前の部屋または領域への入口で基準走査が行われるようにしてもよい。
【００８１】
例えば、使用者は、台所に名前を付け、ロボット掃除機２にフラッグで知らせたいと望むこともあり、したがって、特定の１対の、または１つの特定のマーカ２４ｂ〜２４ｇが垂直基準面に一時的に設置され、その後、走査され、特徴がロボット掃除機２によって記録され、すると、特定のマーカに関連付けられた部屋または領域の名前と、その特徴または垂直マーカ２４のペアのほか、特定の保存された特徴が認識された時に何をすべきかに関する命令がユーザインタフェース４４に書き込まれ、処理ユニット１４によって保存されてもよい。その後、最後のステップとして、特定のマーカ２４ｂ〜２４ｇの特定のペアまたはその中の１つが台所の入口に設置されてもよい。ここでロボット掃除機２が面５２を掃除するように掃除モードに設定されると、これは画像を記録し、その画像から特徴を導き出して取得し、これらの取得された特徴を、データベースからの保存された特徴と比較する。取得された特徴が「台所」に関する保存された特徴と一致すれば、ロボット掃除機２は「台所」に関する特定の保存された特徴に割り当てられた命令に従って動作する。使用者は、台所を掃除しないように決めていることもあり（命令）、ロボット掃除機２はしたがって、取得された特徴が「台所」に関して保存された特徴と一致すると、方向転換して戻る。したがって、本発明によれば、ロボット掃除機２に対して台所に入らないように、または１日のうちの特定の時間だけ掃除するように、またはその他の指示または教示を行うことができる。この方法とこのロボット掃除機により、使用者はまた、階段または他の敷居等の進入禁止領域を設定し、マークすることも可能となる。
【００８２】
特定時間動作した後、ロボット掃除機２はまた、保存された特徴したがって、設置されたマーカ２４ｂ〜２４ｇが掃除面５２内のどこに位置付けられるか、およびロボット掃除機２自体が構築したマップを覚える。
【００８３】
ロボット掃除機２は、とりわけ、教示または学習モードで、および掃除モードで動作するように構成されてもよい。したがって、教示モードで行われる上記の教示プロセスの後に、ロボット掃除機２は掃除モードに切り換えられてもよく、このモードでは自律的に動作および表面５２の掃除を開始し、異なるマーカ２４ｂ〜２４ｇと教示されたそれらの対応する特徴を認識するが、その時点で前記マーカは、図１ａにおいて最もよく示されているように、対応する名前の部屋または領域への入口に設置されている。
【００８４】
図１ａは、トイレ５４、階段５６、第一の寝室５８、第二の寝室６０、第三の寝室６２、家事室６４、および台所６６等の様々な部屋または領域を含む家の例示的な面５２を示している。上述の部屋の各々に、図１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇに示されているような１種類の特別なマーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇのペアによりマークされている。異なる種類のマーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇのペアの各々とその典型的な特徴がロボット掃除機２に対して示され、教示されているため、ロボット掃除機２は垂直マーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇのペアを認識し、例えば、図１ｇの領域「階段」をマークするために使用されている特定の垂直マーカ２４ｇの特別な半円形の３次元形状に気付くと、それ以上進まない。図１ｂ〜１ｇからわかるように、固有の異なるマーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇの各々は３次元（３Ｄ）形状を有し、垂直マーカの中心軸Ａを含み、マーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇが設置されている壁６８によって画定される表面に垂直な向きの垂直平面について少なくとも部分的に対称である。
【００８５】
図１ｂ〜１ｇに示されているすべてのマーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇは、本明細書中で後述する図１ｆに示される固有の充電台マーカ４０、２４ｆ以外、部分的に円形の形状を含む。図１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅおよび１ｇに示されるマーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｇは、壁６８に設置され、床からの様々な位置から見たときに、同じに見える部分的に円形の形状を含む。したがって、ロボット掃除機２が特定のマーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｇにどの角度で近付くかに関係なく、垂直ラインレーザ８、１０により作られるシグネチャは、同じか少なくとも非常に類似するため、ロボット掃除機２には、どの特定のマーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｇがその正面にあるかがわかる。
【００８６】
図１ｂは、円錐台形の上下の区間および円筒形の中央の区間を含む特定のマーカ２４ｂを示している。図のマーカ２４ｂは中心垂直軸に沿って半分に切断されるが、中心軸Ａを通らない垂直平面に沿って切断することもでき、同じことが図１ｃ、１ｄ、１ｅおよび１ｇに示されているマーカ２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｇにも当てはまる。
【００８７】
図１ｃは、切断された球形からなる特定のマーカ２４ｃを示している。前述のように、球形は半分に切断されてもよいが、球の中心に対して偏心的に配置された平面に沿って切断されてもよい。
【００８８】
図１ｄは、相互から既知の垂直距離Ｂ、Ｃに設置された３つのディスク状区間からなる特定のマーカ２４ｄを示す。ディスク状区間間の垂直距離Ｂ、Ｃを変化させることにより、図１ｄだけに示されている実施形態とは異なる各種のマーカ２４ｄを作ることができる。これは、ロボット掃除機２がディスク状区間間の距離を測定し、したがって認識できる点に気付けば、ずっと明瞭になる。垂直距離Ｂ、Ｃは同じとすることも、またはこれらを相互に異なるようにすることもできる。垂直距離が同じでない場合、これら２つの異なる距離Ｂ、Ｃにより、人工マーカ２４ｄから２つの異なる特徴が作られる。
【００８９】
図１ｅは、円筒区間であってもよい特定のマーカ２４ｅを示している。上述のように、円筒区間は半円筒形であってもよく、または中心軸を通らない平面に沿って切断されてもよい。
【００９０】
図１ｇは、中心軸Ａを含む、別の実施形態の特定のマーカ２４ｇを示し、この中心軸に対して、マーカ２４ｇは少なくとも一方向に対称である。図１ｇに示されているマーカ２４ｇは非常に特異的であり、特別な形状を有する。
【００９１】
図１ｆは、ストライプの形状の２つの反射要素４２を含む、特定の固有の充電台マーカ４０を示している。ロボット掃除機２は、図１ａの例では家事室６４の中にある充電台６の位置を覚え、保存するように構成されているため、固有の充電台マーカ４０は、とりわけ、ロボット掃除機２を充電台へと案内、誘導するように構成される。反射要素４２の使用によって、シグネチャと、その取得された少なくとも１つの特徴は特殊であり、ロボット掃除機２のそれぞれ処理ユニット１４とカメラによって容易に認識可能である。２つの反射要素４２は、垂直オフセットＡを持たせて配置される。このオフセットは１〜１０ｃｍの範囲であってもよい。
【００９２】
固有の充電台マーカ４０は、充電台６に直接位置付けられても、または充電台６に少なくとも近接して位置付けられてもよい。固有の充電台マーカ４０を充電台６に位置付けた場合、これをロボット掃除キット１の販売前に工場側で直接行うことができ、また、充電台６が掃除対象表面５２の中の別の場所に移動されるときに固有の充電台マーカ４０も追従し、ロボット掃除機２は充電台６を見つける。
【００９３】
これでロボット掃除機２は各部屋または領域を基本的に名前で知っているため、使用者は、掃除プロセス全体を調整、制御し、プログラムすることができる。ロボット掃除機に対し、インタフェース４４を介して、どの部屋または領域をいつ掃除すべきかを指示することさえ可能であり得る。例えば、使用者はロボット掃除機２に対し、台所６６は食事の準備が終わった後に掃除するように指示することも可能であり得る。ロボット掃除機２は掃除面５２のレイアウトを学習し、保存してあり、したがって、図１ｄに示されるように、台所がどこにあるかがわかっているため、ロボット掃除器２はプロセスされた時点以降に掃除動作を実行する。各種のマーカ２４ｂ〜２４ｇはしたがって、ロボット掃除機２がナビゲートするのを助け、これらはまた、掃除対象表面５２上でのロボット掃除機２のナビゲーションを改善する。
【００９４】
各種のマーカ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇは、壁６８の、好ましくは電気ソケットに近い光スイッチより低い位置に接着し、または貼り付けるように構成される。
【００９５】
しかしながら、異なるマーカ２４ｂ〜２４ｇは、壁６８に貼り付け、または接着するように構成されなくてもよい。各種のマーカ２４〜２４ｇは、部屋の中で自立するように構成されてもよく、したがって燭台３２、ホールスタンド、ロボット掃除機２により認識可能な特殊な形状の花瓶、またはチェス駒（ポーン２８、クイーン、またはルーク）のような特殊な物体をはじめとする日用品であってよく、これらもまた、ロボット掃除機２により認識され得る。しかしながら、自立型の物体がロボット掃除機２のためのマーカ２４ｂ〜２４ｇとして使用される場合、これらが人によって移動されて、ロボット掃除機２を混乱させる若干のリスクがある。
【００９６】
各種のマーカ２４ｂ〜２４ｇは、垂直マーカ２４ｂ〜２４ｇが垂直ラインレーザ８、１０によって照明された時に、特定の垂直シグネチャを作る高さプロファイルを有する。
【００９７】
これに加えて、各種の垂直マーカ２４ｂ〜２４ｇは電力またはその他の動力を一切必要とせず、追加の付属品を用いずに容易に設置し、位置決めすることのできる受動マーカとして機能するように構成される。
【００９８】
図４に示されているように、各種のバーコードもまたマーカ２４ｂ〜２４ｇとして使用されてよい。バーコードは、図１ｂ〜１ｇに示されている固有マーカと同様に壁に接着するか、または貼り付けるように構成されてもよい。バーコードが使用される場合、障害物検出装置はラインレーザ８、１０を含むべきである。
【００９９】
図４は、プラグを介して電気ソケットに接続されるように構成された充電台６と、ロボット掃除機２と、モジュール式各種マーカセット４と、を含むロボット掃除キット１を示している。図４において例示的に示されているモジュール式各種マーカセット４は、燭台３２、ポーン２８、何らかの種類のレゴブロックピース７０、および円筒７６を含む。モジュール式各種マーカセット４はモジュール式として構成されているため、複数のモジュール式各種マーカセット４か設計され、使用されてもよく、セットのうちのいくつかは、特殊な種類の異なるマーカ２４ｂ〜２４ｇのペアを含んでいてもよい。ロボット掃除キット１の使用者はいつでも必要に応じて他の種類の垂直マーカ２４ｂ〜２４ｇを買い足すことができる。
【０１００】
以上、各種のマーカ２４ｂ〜２４ｇを垂直走査できる垂直ラインレーザ８、１０を含むロボット掃除機２によって本発明を説明した。
【０１０１】
水平方向に延び、特別な水平プロファイルを有する水平ラインレーザと各種の水平マーカを使用することも可能であり、本発明の範囲に含まれる。
【０１０２】
ここまで、略無限な数の各種のマーカのうちのいくつかである２４ｂ〜２４ｇを使ってロボット掃除キット１を説明した。垂直に延び、少なくとも部分的に、または完全に対称な、多くの形状または種類の物体が、特定の種類のマーカ２４ｂ〜２４ｇとして機能するための要求事項を満たすことができる。マーカ２４ｂ〜２４ｇに対するわずかな限定的な要求事項の１つは、それを人が容易に持ち運べる点であることもある。異なるマーカ２４ｂ〜２４ｇは、様々な種類の垂直マーカ２４ｂ〜２４ｇであってもよく、これはその高さに沿って特定の垂直シグネチャを有する。
【０１０３】
本発明による実施形態を、保存され、取得された特徴を生成するためにマーカ２４ｂ〜２４ｇを使って説明してきた。しかしながら、ロボット掃除機２の障害物検出装置および処理ユニット１４の能力により、ロボット掃除機２に対し、家の中にあるありふれた物体をマーカとして（図示せず）使用することにより、掃除対象表面５２およびその領域と部屋を教示することが可能である。例えば、階段５６は家の中でかなり特殊な形状をしており、マーカ２４ｂ〜２４ｇを使用しなくてもロボット２によって容易に認識可能であり得る。同じことが、使用可能なマーカ２４ｂ〜２４ｇとしてのコンロのある台所等、その他の部屋にも当てはまる。
【０１０４】
したがって、本発明の範囲は図面に示され、本明細書中で説明されているマーカ２４ｂ〜２４ｇに限定されない。マーカは、掃除対象領域の中に配置され、または位置付けられた何れの適当な物体または形状を取り入れることもできる。このようなマーカの例は、花瓶、テレビ画面、家具、ランプ、浴槽等であってもよい。
【０１０５】
以上、本発明を主としていくつかの実施形態に関連して説明した。しかしながら、当業者であれば容易にわかるように、付属の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲内において、上で開示されたもの以外の実施形態も同様に可能である。
【図１ａ−１ｇ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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