(57)【要約】【課題】カメラで撮像したイメージから位置認識標識を正確に抽出することができるロボット掃除機の位置認識標識の検出方法を提供する。【解決手段】イメージから基準位置認識標識と比較すべき対象ターゲットを抽出するステップと；対象ターゲットの形状が基準位置認識標識の形状と一致するか否かを判断するステップと；形状が一致すると、対象ターゲットとの間の距離が基準位置認識標識との間の距離と一致するか否かを判断するステップと；距離が一致すると、対象ターゲットの周りのイメージが位置認識標識の周りのイメージと一致するか否かを判断するステップ；及び周りのイメージが一致すると、対象ターゲットを位置認識標識として設定するステップとを含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置認識標識が設けられた領域を撮像するカメラと、前記カメラにより生成されたイメージと格納されている基準位置認識標識を用いて位置を認識する制御部と、前記制御部の信号に従って移動する駆動部と、を含むロボット掃除機に用いられる、前記制御部が前記イメージから前記位置認識標識を検出するロボット掃除機の位置認識標識の検出方法において、
前記イメージから前記基準位置認識標識と比較すべき対象ターゲットを抽出するステップと；
前記対象ターゲットの形状が前記基準位置認識標識の形状と一致するか否かを判断するステップと；
前記形状が一致すると、前記対象ターゲットとの間の距離が前記基準位置認識標識との間の距離と一致するか否かを判断するステップと；
前記距離が一致すると、前記対象ターゲットの周りのイメージが前記位置認識標識の周りのイメージと一致するか否かを判断するステップ；及び
前記周りのイメージが一致すると、前記対象ターゲットを位置認識標識として設定するステップとを含むことを特徴とするロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
【請求項２】
前記位置認識標識が、相互離隔して設けられた２つの認識標識からなることを特徴とする請求項１記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
【請求項３】
前記２つの認識標識が、黒色の丸状をなす第１の認識標識と、前記第１の認識標識の直径と同じ直径を有するか、それより小径の黒色の丸状をなす第２の認識標識と、からなることを特徴とする請求項２記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
【請求項４】
前記２つの認識標識が、黒色の丸状をなす第１の認識標識と、黒色のドーナッツ状をなす第２の認識標識と、からなることを特徴とする請求項２記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
【請求項５】
前記位置認識標識が、作業領域の天井に設けられたことを特徴とする請求項１記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
【請求項６】
前記カメラが、走行方向に対し垂直する前記作業領域の天井のイメージが撮像できるように前記ロボット掃除機の本体に取り付けられたことを特徴とする請求項２記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
【請求項７】
前記位置認識標識が、相互離隔して設けられた２つの認識標識からなることを特徴とする請求項６記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
【請求項８】
前記２つの認識標識が、黒色の丸状をなす第１の認識標識と、前記第１の認識標識の直径と同じ直径を有するか、それより小径の黒色の丸状をなす第２の認識標識と、からなることを特徴とする請求項７記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
【請求項９】
前記２つの認識標識が、黒色の丸状をなす第１の認識標識と、黒色のドーナッツ状をなす第２の認識標識と、からなることを特徴とする請求項７記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
【請求項１０】
外部装置と無線で通信しながら作業を行うロボット掃除機において、
複数の輪体を駆動する駆動部と；
位置認識標識が設けられた作業領域の天井を撮像する上方カメラ；及び
前記上方カメラにより生成されたイメージと格納されている基準位置認識標識の形状、距離及び周りのイメージとを比較し、前記イメージから前記位置認識標識を検出することにより現位置を認識する制御部と；を含み、
前記制御部が、現位置を用いて前記駆動部を駆動することにより指示された作業を行うことを特徴とするロボット掃除機。
【請求項１１】
前記位置認識標識が、相互離隔して設けられた２つの認識標識からなることを特徴とする請求項１０記載のロボット掃除機。
【請求項１２】
前記２つの認識標識が、黒色の丸状をなす第１の認識標識と、前記第１の認識標識の直径と同じ直径を有するか、それより小径の黒色の丸状をなす第２の認識標識と、からなることを特徴とする請求項１１記載のロボット掃除機。
【請求項１３】
前記２つの認識標識が、黒色の丸状をなす第１の認識標識と、黒色のドーナッツ状をなす第２の認識標識と、からなることを特徴とする請求項１１記載のロボット掃除機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラを用いて現位置を認識しつつ走行するロボット掃除機に関し、より詳しくは、カメラで撮像したイメージから位置認識標識を検出する方法及びその方法を用いるロボット掃除機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カメラを用いて自己の現位置を検出し、該位置情報を用いて走行しながら作業を行うロボット掃除機は、カメラで撮像できる場所に設けられた位置認識標識を備えている。位置認識標識は、通常、２つの認識標識からなり、２つの認識標識が相互離隔して作業領域の天井に設けられている。カメラは、天井に設けられた位置認識標識が撮像できるようにロボット掃除機の本体に垂直に取り付けられている。
【０００３】
このようなロボット掃除機において、制御部がカメラで位置認識標識が設けられている天井を撮像したイメージから位置認識標識を検出する方法を説明すると、次の通りである。
【０００４】
先ず、イメージから位置認識標識であるか否かを判断すべき対象ターゲットを抽出する。次いで、対象ターゲットの形状が位置認識標識の形状と一致するか否かを判断する。仮に、対象ターゲットの形状が位置認識標識の形状と一致すると、対象ターゲットとの間の距離が、位置認識標識をなす２つの認識標識との間の距離と一致するか否かを判断する。
【０００５】
対象ターゲットとの間の距離が一致すると、対象ターゲットが、検出すべき位置認識標識であると判断する。従って、ロボット掃除機の制御部は、該対象ターゲットを基準にして直前の位置認識標識の座標と比較することでロボット掃除機の現位置を検出し、走行しながら指示された作業を行うようになる。
【０００６】
しかしながら、前記のような従来のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法では、図１に示したように、作業領域の天井に人為的に設けた位置認識標識９０と類似する形状の造形物９１ａ乃至９１ｇがある場合には、ロボット掃除機が類似する形状の造形物を位置認識標識として誤認し得るという不具合がある。仮に、位置認識標識９０の検出に誤りが発生すると、ロボット掃除機が作業を行う際、エラーが発生するか、または走行エラーが発生するという不具合がある。
【０００７】
従って、作業領域の天井に位置認識標識と類似する造形物がある場合にもロボット掃除機が正確に位置認識標識を検出することができる方法に対する発明が求められてきている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のロボット掃除機に関する上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、作業領域の天井に位置認識標識と類似する造形物がある場合にもロボット掃除機が正確に位置認識標識を検出することができる方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、上述した位置認識標識が検出できる方法を用いるロボット掃除機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記のような本発明の目的は、位置認識標識が設けられた領域を撮像するカメラと、カメラにより生成されたイメージと格納されている基準位置認識標識を用いて位置を認識する制御部と、制御部の信号に従って移動する駆動部と、を含むロボット掃除機に用いられる、制御部がイメージから位置認識標識を検出するロボット掃除機の位置認識標識の検出方法において、イメージから基準位置認識標識と比較すべき対象ターゲットを抽出するステップと；対象ターゲットの形状が基準位置認識標識の形状と一致するか否かを判断するステップと；形状が一致すると、対象ターゲットとの間の距離が基準位置認識標識との間の距離と一致するか否かを判断するステップと；距離が一致すると、対象ターゲットの周りのイメージが位置認識標識の周りのイメージと一致するか否かを判断するステップ；及び周りのイメージが一致すると、対象ターゲットを位置認識標識として設定するステップと；を含むことを特徴とするロボット掃除機の位置認識標識の検出方法を提供することにより達成される。
【００１１】
ここで、位置認識標識は、相互離隔して設けられた２つの認識標識からなることを特徴とする。
【００１２】
なお、２つの認識標識は、黒色の丸状をなす第１の認識標識と、第１の認識標識の直径と同じ直径を有するか、それより小径の黒色の丸状をなす第２の認識標識と、からなることが好ましい。また、２つの認識標識は、黒色の丸状をなす第１の認識標識と、黒色のドーナッツ状をなす第２の認識標識と、からなることが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法において、位置認識標識は、作業領域の天井に設けられ、カメラは、走行方向に対し垂直する作業領域の天井のイメージが撮像できるようにロボット掃除機の本体に取り付けられることを特徴とする。
【００１４】
ここで、位置認識標識は、相互離隔して設けられた２つの認識標識からなることが好ましい。
【００１５】
本発明のまた他の側面として、前記のような本発明の目的は、外部装置と無線で通信しながら作業を行うロボット掃除機において、複数の輪体を駆動する駆動部と；位置認識標識が設けられた作業領域の天井を撮像する上方カメラ；及び上方カメラにより生成されたイメージと格納されている基準位置認識標識の形状、距離及び周りのイメージとを比較し、イメージから位置認識標識を検出することにより現位置を認識する制御部と；を含み、制御部が、現位置を用いて駆動部を駆動することにより指示された作業を行うことを特徴とするロボット掃除機を提供することにより達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
本発明に係る位置認識標識の検出方法を用いるロボット掃除機は、位置認識標識が設けられている場所を撮像してイメージを生成するカメラと、カメラが生成したイメージから位置認識標識を検出する制御部と、指示された命令を行うために制御部により駆動される駆動部と、を含む。なお、制御部は、位置認識標識を検出するために基準位置認識標識に関するデータを格納している。格納されている基準位置認識標識は、複数で構成された認識標識の形状、認識標識との間の距離を含む。また、制御部は、カメラで位置認識標識が設けられている場所の一定領域を撮像し、位置認識標識の周りのイメージとして格納している。位置認識標識は、カメラが撮像したイメージからロボット掃除機の現位置を認識するための基準であって、位置認識標識の移動量と移動方向が算出できる特定の形状に形成される。位置認識標識の例としては、図３Ａ乃至図３Ｃに示したような２つの認識標識を所定の距離を隔てて作業領域の天井に設けることである。なお、２つの認識標識のうちの第１の認識標識９０ａ、９０ａ’は、黒色の丸で形成し、第２の認識標識９０ｂ、９０ｂ’は、第１の認識標識９０ａと同じ直径を有する黒色の丸（図３Ａ）や、第１の認識標識９０ａ’の直径より小径を有する黒色の丸（図３Ｂ）で形成することができる。または、第１の認識標識９０ａ”は、黒色の丸で形成し、第２の認識標識９０ｂ”は、ドーナッツ状を有する黒色の丸で形成することができる（図３Ｃ）。このように、位置認識標識９０が図１のように作業領域の天井に設けられた場合、カメラは、天井が撮像できるようにロボット掃除機の本体に走行方向に対し垂直して取り付けられる。
【００１８】
前記のような構成を有するロボット掃除機が、カメラで生成したイメージから位置認識標識を検出する方法について、図２を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
先ず、図１に示したように、カメラにより撮像したイメージから格納されている基準位置認識標識と比較すべき対象ターゲットを抽出する（Ｓ１０）。なお、対象ターゲットは、図１に示したように天井のイメージと区分される造形物の画像であって、位置認識標識９０とこれと類似する造形物９１ａ乃至９１ｇの画像を含む。
【００２０】
次いで、対象ターゲットの形状が制御部に格納されている基準位置認識標識の形状と同一であるか否かを判断する（Ｓ２０）。ここで、位置認識標識９０が、図３Ｃに示したような形状である場合には、先ず、第１の認識標識９０ａ”が黒色の丸であるか否かを判断し、次に、第２の認識標識９０ｂ”がドーナッツ状の黒色の丸であるか否かを判断する。
【００２１】
対象ターゲットの形状が基準位置認識標識の形状と同一の場合には、対象ターゲットとの間の距離が基準位置認識標識の第１の認識標識９０ａ”と第２の認識標識９０ｂ”との間の距離Ｌと一致するか否かを判断する（Ｓ３０）。なお、距離は、中心間の距離で判断するのが好ましい（図３Ｃ参照）。
【００２２】
次いで、対象ターゲットとの間の距離が基準位置認識標識との間の距離と一致する場合には、対象ターゲットの周りのイメージが位置認識標識の周りのイメージと一致するか否かを判断する（Ｓ４０）。ここで、対象ターゲットの周りのイメージとは、図４に示したように対象ターゲット９０’を含む一定の領域のイメージＢをいう。また、位置認識標識の周りのイメージとは、図４に示したように位置認識標識９０を含む一定の領域のイメージＡをいう。なお、対象ターゲット９０’を含む一定の領域のイメージＢの面積は、位置認識標識９０を含む一定の領域のイメージＡのそれと同一である。そして、位置認識標識の周りのイメージＡは、ロボット掃除機を設置する時、カメラを用いて位置認識標識９０を撮像した後、一定の領域のイメージを位置認識標識９０の周りのイメージＡとして制御部に格納しておいたものである。仮に、対象ターゲットの形状及び距離が基準位置認識標識の形状及び距離と一致する場合にも対象ターゲット９０’が位置認識標識でない場合には、対象ターゲットの周りのイメージＢが実際に位置認識標識が設けられている場所の位置認識標識の周りのイメージＡと同一の場合は生じない。従って、制御部が位置認識標識でない天井の造形物を位置認識標識として誤認するエラーは生じなくなる。また、対象ターゲットの周りのイメージＢと位置認識標識の周りのイメージＡとを比較する方式は、公知された画像比較方法のいずれを使用してもよい。
【００２３】
対象ターゲットの周りのイメージＢと位置認識標識の周りのイメージＡとが一致すると、制御部は、前記対象ターゲットを位置認識標識として認識し、その座標を抽出する（Ｓ５０）。次いで、制御部は、直前の位置認識標識の座標と新たに抽出した位置認識標識の座標とを比較することで現在のロボット掃除機の位置を認識する。
【００２４】
以上で説明したような本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法によると、ロボット掃除機が天井の造形物を位置認識標識として誤認する問題は生じなくなる。
【００２５】
図５と図６には、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法を適用したロボット掃除機の一実施の形態であって、カバーを取り外した斜視図及び機能ブロック図をそれぞれ示している。ロボット掃除機１０は、本体１１、吸塵部１６、駆動部２０、上方カメラ３０、前方カメラ３２、制御部４０、送／受信部４３、センサ部１２、及び充電バッテリ５０を含む。
【００２６】
吸塵部１６は、空気を吸込みながら対向するフロアのホコリが集塵できるように本体１１上に取り付けられている。このような吸塵部１６は、知られている種々の方式により構成することができる。一例として、吸塵部１６は、吸込モーター（図示せず）と、吸込モーターの駆動によりフロアと対向して形成された吸込み口または吸込み管を通って吸込まれたホコリを集塵する集塵室を備える。
【００２７】
駆動部２０は、前方の両側に設けられた２つの輪体２１ａ、２１ｂと、後方の両側に設けられた輪体２２ａ、２２ｂと、後方の２つの輪体２２ａ、２２ｂをそれぞれ回動させるモーター２３、２４及び後方の輪体２２ａ、２２ｂの動力を前方の輪体２１ａ、２１ｂに伝達できるように設けられたタイミングベルト２５とを含む。駆動部２０は、制御部４０の制御信号に従って各モーター２３、２４を独立して正方向または逆方向に回動させる。走行方向は、各モーター２３、２４の回転数を相違して制御することにより決められる。
【００２８】
前方カメラ３２は、前方のイメージが撮像できるように本体１１上に取り付けられ、撮像したイメージを制御部４０に出力する。
【００２９】
上方カメラ３０は、作業領域の天井に設けられている位置認識標識９０（図４）が撮像できるように本体１１上に取り付けられ、撮像したイメージを制御部４０に出力する。前方カメラ３２と上方カメラ３０としては、一般にＣＣＤカメラが多用される。
【００３０】
センサ部１２は、周りに信号を送り出し、反射されてきた信号が受信できるように本体１１の週面部に沿って所定の間隔を隔てて配設されている障害物検出センサ１４と、走行距離が測定できる走行距離検出センサ１３とを備える。
【００３１】
障害物検出センサ１４は、赤外線を出射する赤外線発光素子１４ａと、反射されてきた光を受信する受光素子１４ｂとが垂直状に対をなして本体１１の外周面に沿って多数配設されている。また他には、障害物検出センサ１４として、超音波を出射し、反射されてきた超音波を受信することで障害物が検出できるようになっている超音波センサを適用することもできる。障害物検出センサ１４は、障害物または壁との距離を測定するにも用いられる。
【００３２】
走行距離検出センサ１３としては、輪体２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂの回転数を検出する回転検出センサを適用することができる。例えば、回転検出センサとしては、モーター２３、２４の回転数を検出すべく設けられたエンコーダーを適用することができる。
【００３３】
送／受信部４３は、送信すべきデータをアンテナ４２を通じて送出し、アンテナ４２を通じて受信した信号を制御部４０に伝送する。
【００３４】
充電バッテリ５０は、本体１１上に取り付けられ、ロボット掃除機１０のモーター２３、２４や制御部４０等の動作に必要な電源を供給する。
【００３５】
制御部４０は、送／受信部４３を通じて受信した信号を処理し、各要素を制御する。本体１１上に機器の機能設定を操作するための多数のキーが設けられたキー入力装置（図示せず）が更に備えられた場合、制御部４０は、キー入力装置から入力されたキー信号を処理する。
【００３６】
制御部４０は、上方カメラ３０により撮像したイメージから位置認識のための基準として用いるために作業領域の天井に設けておいた位置認識標識９０（図４）を検出し、その座標を求める。その後、引き続き上方カメラ３０で撮像したイメージから位置認識標識９０の移動方向及び移動距離を求めることでロボット掃除機１０の現位置を算出する。また、制御部４０は、このようにして求めた現位置の情報を用いて目的とする作業を行うように駆動部２０等の各要素を制御する。
【００３７】
制御部４０が上方カメラ３０により撮像したイメージから位置認識標識９０が検出できるようにするための基準位置認識標識に対する基本的なイメージ情報は、制御部４０の記憶装置４１に格納されている。
【００３８】
制御部４０がロボット掃除機１０の現位置を認識する方法を説明すると、次の通りである。先ず、制御部４０は、上方カメラ３０で作業領域の天井を撮像することで上方イメージを生成する。その後、上方イメージと記憶装置４１に格納されている基準位置認識標識とを対比し、上方イメージから位置認識標識９０を検出する。
【００３９】
ここで、制御部４０が上方カメラから位置認識標識９０を検出する方法を詳細に説明すると、次の通りである。先ず、制御部４０は、上方イメージから基準位置認識標識と対比すべき対象ターゲットを抽出する。その後、制御部４０は、対象ターゲットが基準位置認識標識の形状と同一であるか否かを判断する。形状が同一であると、制御部４０は、対象ターゲットとの間の距離が基準位置認識標識との間の距離と一致するか否かを判断する。距離が一致すると、制御部４０は、再び対象ターゲットの周りのイメージＢが位置認識標識の周りのイメージＡと一致するか否かを判断する。仮に、周りのイメージまで一致すると、制御部４０は該対象ターゲットを位置認識標識９０として認識する。制御部４０が上方イメージから位置認識標識９０を検出する時、位置認識標識の周りのイメージＡまで比較するため、制御部４０が上方イメージ内にある天井の他の造形物を位置認識標識９０として誤認するということは生じない。
【００４０】
制御部４０は、前記のような過程を通じて上方イメージから位置認識標識９０を検出した後、該検出された位置認識標識９０の座標及び方向を求める。その後、駆動部２０を用いてロボット掃除機１０を移動させた後、再び上方カメラ３０で天井を撮像して新たな上方イメージを生成し、該新たな上方イメージから位置認識標識９０を検出して位置認識標識９０の座標及び方向を求める。次いで、位置認識標識９０の座標及び方向の変動量を算出すると、制御部４０は、ロボット掃除機１０の現位置が認識できるようになる。このように制御部４０が現位置を認識することができるため、ロボット掃除機１０は、作業領域内で指示された所定の作業を行うことができるようになる。
【００４１】
以上で説明したように、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法によると、ロボット掃除機は、作業領域の天井に位置認識標識と類似する造形物がある場合にもカメラで撮像したイメージから正確に位置認識標識を検出することができるようになる。従って、位置認識標識の認識エラーにより作業を行う際のエラーや走行エラーが生じない。
【００４２】
以上、添付図面を参照しながら本発明のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法及びこの検出方法を適用したロボット掃除機の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変形例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的思想に属するものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法によると、ロボット掃除機は、作業領域の天井に位置認識標識と類似する造形物がある場合にも、正確に位置認識標識を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボット掃除機に取り付けられた上方カメラで撮像した天井のイメージを示す図である。
【図２】本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法を示すフローチャートである。
【図３Ａ】図２のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法の対象となる位置認識標識の実施の形態を示す図である。
【図３Ｂ】図２のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法の対象となる位置認識標識の実施の形態を示す図である。
【図３Ｃ】図２のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法の対象となる位置認識標識の実施の形態を示す図である。
【図４】図２のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法に用いられる位置認識標識の周りのイメージを示す図である。
【図５】図２のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法を用いるロボット掃除機の一例を示す斜視図である。
【図６】図５のロボット掃除機の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０    ロボット掃除機
１２    センサ部
１６    吸塵部
２０    駆動部
３０    上方カメラ
３２    前方カメラ
４０    制御部
４１    記憶装置
９０    位置認識標識
９０’  対象ターゲット
９０ａ、９０ａ’、９０ａ”  第１の認識標識
９０ｂ、９０ｂ’、９０ｂ”  第２の認識標識
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ、９１ｆ、９１ｇ  位置認識標識と類似する造形物
【図１】
2004240940.tif 000003
【図２】
2004240940.tif 000004
【図３Ａ】
2004240940.tif 000005
【図３Ｂ】
2004240940.tif 000006
【図３Ｃ】
2004240940.tif 000007
【図４】
2004240940.tif 000008
【図５】
2004240940.tif 000009
【図６】
2004240940.tif 000010