(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット掃除機の動作方法であって、
前記ロボット掃除機の本体における一つの面に設けられた障害物検出装置により、前記ロボット掃除機の付近の障害物検出装置の出力データを記録するステップと、
前記障害物検出装置の出力データからランドマークおよびその位置を特定するステップ、ならびに前記ランドマークから前記ランドマークの２次元または３次元表面形状に関する情報を含む情報を導き出して前記ランドマークの表面の２次元または３次元特性に基づくランドマークシグネチャを生成するステップであって、前記ランドマークの前記ランドマークシグネチャは、少なくとも、前記ランドマークの地面からの高さ、前記ランドマークの正味の高さ、および面法線の方向を含む、ステップと、
前記生成されたランドマークシグネチャを保存するステップと、
前記生成されたランドマークシグネチャを所定のランドマークシグネチャと比較するステップと、
前記生成されたランドマークシグネチャが前記所定のランドマークシグネチャのうちの１つと一致するか否かを判断するステップと、
前記ランドマークの前記位置を用いて前記ロボット掃除機の位置特定および掃除対象領域のマッピングを行い、前記判断に基づいて前記ロボット掃除機を動作させるステップと、
を含み、
前記障害物検出装置は、垂直ラインレーザと、前記ロボット掃除機において前記垂直ラインレーザと同一の面に設けられたカメラ装置とを有し、
前記障害物検出装置の出力データを記録する前記ステップは、前記垂直ラインレーザにより垂直レーザ面を形成するレーザビームを照射し、前記レーザビームを回転または並進することによりランドマークを走査し、前記ランドマークからの前記レーザビームの反射光による画像を前記カメラ装置により記録するステップを含む、
方法。
【請求項２】
前記障害物検出装置は、第１および第２の垂直ラインレーザを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記障害物検出装置は、前記本体における前記面に設けられた単一のカメラを一台のみ含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
動作させるステップは、前記ロボット掃除機を前記判断に基づいてナビゲートするステップを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記生成されたランドマークシグネチャを、前記ロボット掃除機の現在の位置に基づいてマップの中に位置付け、保存するステップを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ランドマークの表面の中心点の位置に関する情報を導き出すステップを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ランドマークの前記表面の面法線の方向および／または角度に関する情報を導き出すステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ロボット掃除機において、
本体と、
前記ロボット掃除機を関心対象表面上で移動させるように構成された推進システムと、
障害物を検出するよう構成される、前記本体における一つの面に設けられた障害物検出装置と、
前記ロボット掃除機を、前記障害物検出装置の出力データから検出された障害物に対して位置決めし、前記ロボット掃除機を関心対象表面上で移動させるように前記推進システムを制御するべく構成された処理ユニットと、
を含み、
前記処理ユニットは、前記障害物検出装置の出力データからランドマークおよびその位置を特定し、前記ランドマークから、前記ランドマークの２次元または３次元表面形状に関する情報を含む少なくとも１つの特性を導き出して、生成された２次元または３次元ランドマークシグネチャを作成して保存するように構成され、前記処理ユニットはさらに、前記生成されたランドマークシグネチャを所定のランドマークシグネチャと比較して、前記生成されたランドマークシグネチャが前記所定のランドマークシグネチャのうちの１つと一致するか否かを判断するように構成され、前記ランドマークの前記ランドマークシグネチャは、少なくとも、前記ランドマークの地面からの高さ、前記ランドマークの正味の高さ、および面法線の方向を含み、前記処理ユニットはさらに、前記ランドマークの前記位置を用いて前記ロボット掃除機の位置特定および掃除対象領域のマッピングを行い、前記判断に基づいて前記ロボット掃除機を動作させるように構成され、
前記障害物検出装置は、垂直レーザ面を形成するレーザビームを照射し、前記レーザビームを回転または並進することにより前記ランドマークを走査する、垂直ラインレーザと、前記本体において、前記垂直ラインレーザと同一面に設けられたカメラ装置とを含み、
前記カメラ装置は、前記ランドマークからの前記レーザビームの反射光による画像を記録する、
ロボット掃除機。
【請求項９】
前記障害物検出装置は３Ｄセンサシステムを含む、請求項８に記載のロボット掃除機。
【請求項１０】
前記３Ｄセンサシステムは、
第一および第二の垂直ラインレーザを含む、請求項９に記載のロボット掃除機。
【請求項１１】
前記障害物検出装置は、前記本体の前記面に設けられた単一のカメラを一台のみ含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載のロボット掃除機。
【請求項１２】
前記動作は、前記処理ユニットによる前記ロボット掃除機のナビゲーションを含む、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
【請求項１３】
前記処理ユニットは、記録された前記障害物検出装置の出力データから、前記ランドマークの表面の中心点の位置に関する情報を導き出すように構成される、請求項８〜１２のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
【請求項１４】
前記処理ユニットは、記録された前記障害物検出装置の出力データから、前記ランドマークの前記表面の面法線に関する情報を導き出すように構成される、請求項１３に記載のロボット掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランドマークおよびそれらの特性を認識し、認知することによって、掃除対象表面内をナビゲートするように構成されたロボット掃除機、およびランドマーク認識方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットバキュームクリーナは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手段が備えられている。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と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】
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ことのでき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してきた。さらに、ロボットバキュームクリーナは一般に、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。
【０００５】
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、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においてそのロボットの位置特定の問題に関係している。これは、レンジ計測のための水平走査レーザに、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走行距離計測法を組み合わせたものを用いて行われることが多い。
【０００６】
米国特許出願公開第２００９／０３０６８２２Ａ１号明細書は、その環境を水平面に沿って走査し、それによってその環境およびその中にあるランドマークの２次元（２Ｄ）シグナチャを作成するロボットを開示している。
【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。これはまた、ロボットの環境の２Ｄシグネチャも作成する。
【０００８】
環境の２Ｄマップまたはシグネチャは、ロボットまたはロボットバキュームクリーナが２Ｄシグネチャからその位置を推定できない場合があり、したがって、迷ったり方向感覚を失ったりすることがあるため、問題につながる場合がある。
【０００９】
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。
【００１０】
これに加えて、既知のロボットバキュームクリーナはしたがって、これらがスムーズに動作し、表面または領域を自律的に掃除するまで、使用者による実質的な初期労力を必要とする。
【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、セットアップが容易で、そのナビゲーションと位置決めが正確であり、初期掃除動作から自律的に動作するような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、経済的で、ナビゲートが容易な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、ロボット掃除機による掃除動作の効率を向上させるロボット掃除機の動作方法を提供することである。
【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、ロボット掃除機の動作方法が開示され、これは、
障害物検出装置により、ロボット掃除機の付近の障害物検出装置の出力データを記録するステップと、
処理ユニットを介して、画像からランドマークおよびその位置を特定するステップおよび、ランドマークから情報を導き出してランドマークシグネチャを生成するステップと、
生成されたランドマークシグネチャを保存するステップと、
生成されたランドマークシグネチャを所定のランドマークシグネチャと比較するステップと、
生成されたランドマークシグネチャが所定のランドマークシグネチャのうちの１つと一致しない場合、生成されたランドマークシグネチャが新しいランドマークシグネチャであると判断するステップ、または
生成されたランドマーク位置シグネチャが所定のランドマーク位置シグネチャのうちの１つと一致した場合、生成されたランドマーク位置シグネチャが既知であると判断するステップと、
ロボット掃除機をこの判断に基づいて動作させるステップと、
を含む。
【００１６】
この方法により、ロボット掃除機は新しい、または既知の環境内での自己位置を特定し、その周囲状況を迅速に学習できる。
【００１７】
障害物検出装置は、画像の記録を可能にするカメラ装置を含む３Ｄセンサシステムの形態で具現化されてもよい。画像は障害物検出装置出力データを形成してもよい。
【００１８】
ロボット掃除機は、ロボットバキュームクリーナまたはロボットモップであってもよい。
【００１９】
ランドマークは、カウンタ、階段、ドア、コンロ等の建物内の固定された物体もしくは障害物または家具等の移動可能な物体もしくは障害物であってもよい。このようなランドマークから、ランドマークシグネチャを導き出すことができる。ランドマークシグネチャは、平坦な表面または他の形状を有する表面のいずれかについて、表面の位置、形状、向き、またはその他の特性の何れの組合せに基づいていてもよい。
【００２０】
ランドマークシグネチャが認識されると、そのランドマークの位置を使って、ロボット掃除機の位置推定および／またはロボット掃除機のマップ表現を修正でき、ランドマークが最後に観察され、認識されてから累積された位置的不確実性がすべて取り除かれる。
【００２１】
３Ｄセンサシステムはセンサシステムであってもよく、これはロボット掃除機に対して観察点の３次元位置を判断することができる。
【００２２】
３Ｄセンサシステムは例えば、レーダ、赤外線センサ、カメラと垂直レーザとの組合せ、３Ｄカメラ装置等として具現化されてもよい。
【００２３】
所定のおよび生成されたランドマークシグネチャは、それぞれのランドマークの３次元（３Ｄ）特性を含んでいてもよい。
【００２４】
ある実施形態において、この方法は、ロボット掃除機を、それを関心対象表面上でナビゲートすることによって動作させるステップを含んでいてもよい。
【００２５】
この方法は、生成されたランドマークシグネチャをロボット掃除機の現在位置に対して位置決めし、保存するステップをさらに含んでいてもよい。
【００２６】
これによって、掃除対象領域のマップ、レイアウト、または床面図を構築できる。情報と位置データはピースごとに収集されて、合体される。したがって、ロボット掃除機は位置特定とマッピングを同時に行うことができる。
【００２７】
生成されたランドマークシグネチャは、処理ユニットに接続されるデータベースの中で所定とされ得る。
【００２８】
ランドマークおよびその画像のそれぞれから、そのランドマークの３Ｄ表面形状に関する情報が導き出されてもよい。
【００２９】
導き出された情報は、ランドマークシグネチャの中に組み込まれてもよい。
【００３０】
さらに、ランドマークおよびその画像からそれぞれ情報が導き出されてもよく、前記情報はランドマークの表面の中心点の位置に関する。
【００３１】
導き出されたこのような情報もまた、ランドマークシグネチャの中に組み込まれ、ランドマークシグネチャの少なくとも一部を形成してもよい。
【００３２】
他の実施形態において、ランドマークおよびその画像のそれぞれから、そのランドマークの表面の面法線の方向および／または角度に関する情報が導き出されてもよい。
【００３３】
導き出されたこのような情報もまた、好ましくは、ランドマークシグネチャの中に組み込まれてよい。
【００３４】
導き出された情報は、ランドマークの規模または範囲に関する情報をさらに含んでいてもよい。
【００３５】
処理ユニットによって、障害物検出装置により撮影された画像から情報が導き出されてもよい。
【００３６】
本明細書においてはさらに、ロボット掃除機も開示され、これは本体と、ロボット掃除機を関心対象表面上で移動させるように構成された推進システムと、を含む。ロボット掃除機は、障害物を検出するように構成された障害物検出装置と、ロボット掃除機を障害物検出装置の出力データから検出された障害物に対して位置決めし、さらに、ロボット掃除機を関心対象表面上で移動させるように推進システムを制御するべく構成された処理ユニットとをさらに含んでいてもよい。処理ユニットは、障害物検出装置の出力データからランドマークおよびその位置を特定し、ランドマークから少なくとも１つの特性を導き出して、生成されたランドマークシグネチャを作成して保存するように構成され、処理ユニットはさらに、生成されたランドマークシグネチャを所定のランドマークシグネチャと比較して、生成されたランドマークシグネチャが所定のランドマークシグネチャのうちの１つと一致するか否かを判断するように構成され、処理ユニットはさらに、その判断に基づいてロボット掃除機を動作させるように構成される。
【００３７】
このようなロボット掃除機は、新しい、または既知の周囲状況内で容易にナビゲートできる。学習工程は短時間で効率的である。これに加えて、ロボット掃除機は、移動可能な障害物と固定された障害物とを区別することができる。基本的に、ロボット掃除機は、ナビゲートするために、壁、ドア、階段、手すり等の固定された障害物を探し、特定する。
【００３８】
移動可能な障害物は、ロボット掃除機の位置特定を混乱させる可能性がより高く、それは、これらが常に必ずしも同じ場所にあるとはかぎらず、それに対して固定された障害物は「既知の」または確実な入力を生成し、ロボット掃除機のナビゲートを助けるからである。
【００３９】
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。処理システムはさらに、記録された画像から位置データを導き出すように構成されてもよい。垂直ラインレーザは、撮影された画像の品質を改善させる。
【００４０】
ロボット掃除機が障害物検出装置の横に配置された２つの垂直ラインレーザを含むことが可能である。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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】
【００４４】
【図１】本発明によるロボット掃除機の上から見た図を概略的に示す。
【図２】本発明によるロボット掃除機の正面図を概略的に示す。
【図３】ランドマークを走査しているロボット掃除機を示す。
【図４】１つの家具が壁に立てかけて置かれている特定のケースにおいて、ランドマークを走査し、記録しているロボット掃除機を示す。
【図５】本発明の方法によるフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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、以下に本発明を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、本開示が網羅的で完全なものとなり、本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように、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。
【００４６】
ここで、図１および２を参照すると、本発明によるロボット掃除機の上から見た図および正面図が示されており、ロボット掃除機２は、本体４と、掃除部分１０と、少なくとも１つの駆動輪６、図の例においては２つの駆動輪６、６'と各々が駆動輪６、６'の一方に接続されている２つのドライブを含む推進システム８、８'と、を含んでいてもよい。
【００４７】
推進システム８、８'は、駆動輪６、６'の代わりに、何らかの種類のドライブに接続されたクローラの形態、図面に示されているような車輪、またはホバークラフトシステムとして具現化されてもよい。
【００４８】
ロボット掃除機２は、少なくとも１つのラインレーザ１６、図の実施形態では２つのラインレーザ１６、１８を有する３Ｄセンサシステム１２として具現化された障害物検出装置をさらに含んでいてもよい。ラインレーザ１６、１８は、３Ｄセンサシステム１２の視角を照明するように構成された垂直ラインレーザ１６、１８の形態で具現化されてもよい。処理ユニット２０は、３Ｄセンサシステム１２に接続されるか、その中に一体的に配置されてもよく、推進システム８、８'を制御するように構成されてもよい。
【００４９】
３Ｄセンサシステム１２は、カメラ装置１４をさらに含んでいてもよい。
【００５０】
処理ユニット２０は、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てもよく、それは処理ユニット１４に関連する適当な記憶媒体２２、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２０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２２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２２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２２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２２にダウンロードされてもよい。処理ユニット２０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。
【００５１】
処理ユニット２０は、図２に示されているように、好ましくは処理ユニット２０に接続されたドライブコントローラ２４を制御するように構成されてもよい。ドライブコントローラ２４はさらに、ロボット掃除機を関心対象表面２６、２６'上で移動させるようにドライブ８、８'を制御するべく構成されてもよい。表面２６、２６'は、掃除するべき表面であってもよい。
【００５２】
図２に関しては、例示を目的として、３Ｄセンサシステム１２がロボット掃除機２の本体４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４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。
【００５３】
駆動輪６、６'は、ドライブ８、８'を介して、例えばドライブコントローラ２４を介して相互に独立して移動するように構成されてもよい。駆動輪６，６'は、ドライブ８、８'を含んでいてもよい。各ドライブ８、８'は、対応する駆動輪６、６'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。
【００５４】
３Ｄセンサシステム１２は、障害物を検出して、検出された障害物があればそれに関する情報を処理ユニット２０に通信する、赤外線（ＩＲ）センサおよび／またはソナーセンサ、マイクロ波レーダ、その周囲状況を記録するカメラシステム、３Ｄカメラシステム、レーザスキャナ、その他の形態で具現化されてもよい。処理ユニット２０はドライブと通信して、３Ｄセンサシステム１２により提供された情報に従って車輪８、８'の運動を制御し、それによってロボット掃除機１０は関心対象表面上を所望の通りに移動することができる。
【００５５】
３Ｄセンサシステム１２は、ロボット掃除機２の付近から、それが関心対象表面２６、２６'上を移動している間に画像を撮影するように構成される。３Ｄセンサシステム１２および垂直ラインレーザ１６、１８は、ロボット掃除機２が移動しているときには前方向（図１参照）を見ている。処理ユニット２０は、前記画像を処理し、画像内のランドマーク２８、２８'を特定し、そこから情報、特性、またはシグネチャを生成または作成するように構成される。
【００５６】
処理ユニット２０は、画像内の、固定されて移動不能なランドマーク２８、２８'を特定し、これらのランドマーク２８、２８'を家具またはその他のような固定されていない物体から区別するように構成される。
【００５７】
ここで、図３を参照すると、壁部分の形態のランドマーク２８を記録しているロボット掃除機２が例示されている。ロボット掃除機２は、ランドマーク２８の正面に自己位置決めして、それを観察する。３Ｄセンサシステム１２およびカメラ装置１４のそれぞれを介して画像を認知することにより、ロボット掃除機２と処理ユニット２０はそれぞれ、図のケースにおいてはまっすぐの平坦な壁であるランドマーク２８からランドマークシグネチャを作成する。
【００５８】
垂直ラインレーザ１６、１８の各々は、ロボット掃除機２の正面の床および障害物を照明する。照明された空間または線は、３Ｄセンサシステムにより観察される。３Ｄセンサシステムは、垂直ラインレーザ１６、１８により形成される垂直面に対してずらした状態で位置付けられ、その結果、これは視差を使ってレーザビームを反射するあらゆる物体または障害物の３Ｄ位置を判断することができる。それにより、ロボット掃除機は各垂直ラインレーザ１６、１８によって照明される物体または障害物の３Ｄ表現を決定できる。単純化のために、図３および４では１つの垂直ラインレーザ１６の１つの垂直レーザ面だけが示されている。複数の垂直レーザ面、したがって複数の垂直ラインレーザ１６、１８（図２参照）を配置し、使用して障害物を照明することも本発明の範囲に含まれる。
【００５９】
垂直レーザ面は鉛直角βを有し、前記角度は、垂直レーザ面が少なくとも３Ｄセンサシステム１２の視角を照明するように選択される。
【００６０】
障害物およびランドマーク２８を照明し、記録するために、ロボット掃除機２は、回転して、図４に示されているように垂直ラインレーザ１６がランドマーク２８の全体を走査するように構成されてもよい。ロボット掃除機２が回転する代わりに、垂直ラインレーザ１６、１８だけが回転または旋回することも可能である。
【００６１】
図４に示されるように、ランドマーク２８'は、１つの家具であってもよく、以下の特徴または特性のうちの１つまたは複数を含んでいてもよい：ランドマークの中心点Ｍの位置、ランドマークの面法線Ｎの向きおよび始点、ランドマークの水平範囲Ｄに関する情報、ランドマークの表面の大きさＡに関する情報および／またはランドマークの表面の形状に関する情報。これらの特徴は、ロボット掃除機を並進移動または回転させて、垂直ラインレーザ１６、１８が付近を走査できるようにし、またカメラ装置１４がその正面の空間全体の３Ｄ表現を作成できるようにすることによって抽出可能である。この３Ｄ表現の中でランドマークを特定できる。このようなランドマークの１つの分類となり得るものが、Ａのような平坦な表面である。
【００６２】
図４において、表面情報は例えば、「平坦」であってもよく、表面は３Ｄ空間において合同の平面の座標として定義されてもよい。
【００６３】
これに加えて、本発明による方法およびロボット掃除機によれば、さらに、垂直距離Ｂに関する特性を測定し、抽出することができ、これは床面からの家具の高さ、家具本体の高さＨ、または家具の全高Ｃを示す。
【００６４】
上述の特徴を抽出することで、豊富なランドマークシグナチャが生成され、これは他の考えられるランドマークシグナチャと一致する可能性が低い。
【００６５】
上述の特性のうちの１つ、例えば水平範囲Ｄから、処理ユニット２０は、ランドマークの少なくとも１つの３Ｄ特性を含む重要で固有のランドマークシグナチャを作成または生成する。
【００６６】
精度制度を高めるために、２つまたはそれ以上の特性を組み合わせて、固有で特異なランドマークシグナチャを作成してもよい。
【００６７】
任意選択により、壁の垂直範囲Ｖに関する情報を取得し、保存することも可能であり得る。これは部屋によって異なり、部屋がすべての領域で同じ垂直範囲Ｖを有する場合、これは無用であることがある。しかしながら、部屋が異なる垂直範囲Ｖすなわち高さを有することもあり、その場合、この垂直範囲Ｖに関する特性を作ることにより、所定のまたは生成されたランドマークシグナチャを作成するために使用できる。
【００６８】
垂直範囲Ｖはさらに、ランドマークの表面上の中心点Ｍを計算し、位置特定するために使用されてもよい。
【００６９】
上述の特性はすべて、例えば、３次元（３Ｄ）空間における座標およびベクトルを使って保存され、したがって、生成された、および所定のランドマークシグナチャは、好ましいことに、３Ｄランドマークシグナチャである。例えば面法線Ｎは、３Ｄ始点と３Ｄ終点を持つベクトル（３Ｄ座標）によって特徴付けられてもよく、それは、図３に示される壁が例えば傾斜している場合があるからである。
【００７０】
ロボット掃除機２および処理ユニット２０はそれぞれ、表面２６、２６'の中のその位置に関する生成されたランドマークシグナチャを保存し、それによって初期掃除中、表面２６、２６'の位置データが作成され、保存される。生成されたランドマークシグネチャは、例えば記憶媒体２２上のデータベースに保存されると、これは所定のランドマークシグネチャになる。少なくとも１つのランドマークシグネチャが生成されると、これは所定のランドマークシグネチャと比較される。第一の初期掃除動作中に、ロボット掃除機２は、生成されたランドマークシグネチャのほとんどを保存して、データベースを構築してもよい。
【００７１】
本発明による方法およびロボット掃除機は、ロボット掃除機の位置決めのフィードバック精度を、一致の判定によって、したがってロボット掃除機に対するフィードバックを生成することによって向上させ、このフィードバックはランドマークが把握されたという情報に関しており、それによってロボット掃除機はそれがどこに位置するかを知る。誤一致、したがって位置特定エラーが減少する。ランドマークが提供できる特徴または特性が多いほど、またはランドマークから抽出可能な特徴が多いほど、ロボット掃除機の位置決めおよび位置特定はより正確になる。
【００７２】
図４は、他の例示的面２６'の他の壁を記録し、観察しているロボット掃除機２を示している。この壁は２つの平坦な表面および１つの円筒表面からなる。図３に示されている特性を認識できるほかに、ロボット掃除機２と処理ユニット２０はそれぞれ、図４に示されるように、本体の高さＨ、本体の床からの高さＢ、家具の水平範囲Ｄ、表面の中心点Ｍおよび／または面法線Ｎの方向等の特性または特徴を認識するように構成されてもよい。上述の特性または特徴から、ロボット掃除機２は処理ユニット２０を介して、生成された、したがって、後には所定となるランドマークシグネチャを作成する。ランドマークシグネチャが生成された後、ロボット掃除機２は掃除動作を続けても、または、例えばそれが初期掃除動作である場合には直接、次のランドマークにとりかかってもよい。
【００７３】
あるいは、図４に示される場合において、ロボット掃除機２は、その位置を変えて同じランドマーク２８'について別の生成されたランドマークシグネチャを作成してもよく、それによって、後でそこに別の方向から近付いたときにランドマーク２８'を認識できる。図４に示される例において、これは、例えば図４に示されている家具の本体の奥行Ｅであってもよい。
【００７４】
ランドマーク認識はまた、ロボット掃除機が移動している掃除動作中に行われてもよく、したがって、同時の位置特定とマッピングが可能となる。
【００７５】
図５は、ロボット掃除機の動作のための方法ステップを示す。この方法ステップは、ロボット掃除機の付近の画像を、その検出用カメラ装置１４を通じて記録するステップＳ０１と、画像内のランドマークおよび表面２６、２６'の中のその位置を、画像とロボット掃除機の位置から特定するステップＳ０２と、処理ユニット２０を介して、ランドマークから情報を導き出して生成されたランドマークシグネチャを生成するステップＳ０３と、を含んでいてもよい。その後、生成されたランドマークシグネチャは保存され（Ｓ０４）、すでに以前に決定されたランドマークシグネチャと比較され（Ｓ０５）、判断部３０で、生成されたランドマークシグネチャが所定のランドマークシグネチャうちの１つと一致しない（Ｓ０６）か、生成されたランドマーク位置シグネチャが所定のランドマーク位置シグネチャのうちの１つと一致する（Ｓ０７）かが判断される。すると、この結果に応じて、その生成されたランドマークシグネチャが既知である（Ｓ０７）か、新しい（Ｓ０６）かが判断される。
【００７６】
ランドマーク認識によって、掃除しなければならない、または掃除するべきではない関心対象表面２６、２６'上でのロボット掃除機２のナビゲーションが改善される。
【００７７】
認識段階、したがって、ロボット掃除機２が関心対象表面２６、２６'のレイアウト、マップ、または床面図、したがってその位置データを学習している段階は、例えばリモートコンピュータを介して、ロボット掃除機２を面２６、２６'の中の特定のランドマーク２８、２８'へと案内し、それにランドマーク２８、２８'を学習および認識させることによって短縮できる。あるいは、ロボット掃除機２は、自律的に移動し、面２６、２６'のレイアウトを学習するように構成されてもよい。
【００７８】
生成された／所定のランドマークシグネチャには、それらが存在する部屋または領域に関連付けるためにラベル付けされてもよい。ラベル付けされたランドマークは次に、「毎回掃除する」、「週に１回掃除する」、「毎日掃除する」、「朝だけ掃除する」、「この領域を避ける」等の命令に結び付けられてもよい。
【００７９】
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。
［項目１］
ロボット掃除機の動作方法であって、
障害物検出装置により上記ロボット掃除機の付近の障害物検出装置の出力データを記録するステップと、
上記画像からランドマークおよびその位置を特定するステップ、ならびに上記ランドマークから情報を導き出してランドマークシグネチャを生成するステップと、
上記生成されたランドマークシグネチャを保存するステップと、
上記生成されたランドマークシグネチャを所定のランドマークシグネチャと比較するステップと、
上記生成されたランドマークシグネチャが上記所定のランドマークシグネチャのうちの１つと一致するか否かを判断するステップと、
上記判断に基づいて上記ロボット掃除機を動作させるステップと、
を含む、方法。
［項目２］
上記障害物検出装置の出力データが、カメラ装置により記録された画像の形態である、項目１に記載の方法。
［項目３］
上記ランドマークシグネチャは上記ランドマークの３次元（３Ｄ）特性に基づく、項目１または２に記載の方法。
［項目４］
動作させるステップは、上記ロボット掃除機を上記判断に基づいてナビゲートするステップを含む、項目１〜３のいずれか１項に記載の方法。
［項目５］
上記生成されたランドマークシグネチャを、上記ロボット掃除機の現在の位置に基づいてマップの中に位置付け、保存するステップを含む、項目１〜４のいずれか１項に記載の方法。
［項目６］
上記ランドマークの３Ｄ表面形状に関する情報を導き出すステップを含む、項目１〜５のいずれか１項に記載の方法。
［項目７］
上記ランドマークの表面の中心点の位置に関する情報を導き出すステップを含む、項目１〜６のいずれか１項に記載の方法。
［項目８］
上記ランドマークの上記表面の面法線の方向および／または角度に関する情報を導き出すステップを含む、項目７に記載の方法。
［項目９］
ロボット掃除機において、
本体と、
上記ロボット掃除機を関心対象表面上で移動させるように構成された推進システムと、
上記ロボット掃除機を、障害物検出装置の出力データから検出された障害物に対して位置決めし、上記ロボット掃除機を関心対象表面上で移動させるように上記推進システムを制御するべく構成された処理ユニットと、
を含み、
上記処理ユニットは、上記障害物検出装置の出力データからランドマークおよびその位置を特定し、上記ランドマークから少なくとも１つの特性を導き出して、生成されたランドマークシグネチャを作成して保存するように構成され、上記処理ユニットはさらに、上記生成されたランドマークシグネチャを所定のランドマークシグネチャと比較して、上記生成されたランドマークシグネチャが上記所定のランドマークシグネチャのうちの１つと一致するか否かを判断するように構成され、上記処理ユニットはさらに、上記判断に基づいて上記ロボット掃除機を動作させるように構成される、ロボット掃除機。
［項目１０］
上記障害物検出装置は３Ｄセンサシステムを含む、項目９に記載のロボット掃除機。
［項目１１］
上記３Ｄセンサシステムは、
上記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、
上記ロボット掃除機の上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、
を含み、
上記処理ユニットはさらに、上記記録された画像から位置データを導き出すように構成される、項目９または１０に記載のロボット掃除機。
［項目１２］
上記所定の、および生成されたランドマークシグネチャは、それぞれの上記ランドマークの３次元（３Ｄ）特性を含む、項目９〜１１のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
［項目１３］
上記動作は、上記処理ユニットによる上記ロボット掃除機のナビゲーションを含む、項目９〜１２のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
［項目１４］
上記処理ユニットは、上記記録された画像から、上記ランドマークの３Ｄ表面形状に関する情報を導き出すように構成される、項目１１〜１３のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
［項目１５］
上記処理ユニットは、上記記録された画像から、上記ランドマークの表面の中心点の位置に関する情報を導き出すように構成される、項目１１〜１４のいずれか１項に記載のロボット掃除機。
［項目１６］
上記処理ユニットは、上記記録された画像から、上記ランドマークの上記表面の面法線に関する情報を導き出すように構成される、項目１５に記載のロボット掃除機。
【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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