(57)【要約】【課題】地図情報を使用せずに走行距離の誤差補正を行う。【解決手段】ロボット本体１を、左側方測距センサ３−３，３−４によって壁４０からの距離を計測し一定の距離を保った状態で前方に真っ直ぐ走行させ、Ａ位置にあるとき前方測距センサ３−１によって前方の壁４１との距離ｍを計測する。また、エンコーダ１０ａ，１０ｂの出力から走行距離を計測する。続いて、所定時間ｔが経過してロボット本体がＢ位置に到達すると、前方測距センサによって前方の壁との距離ｎを計測する。また、走行距離をエンコーダの出力から計測する。滑り検知手段は、位置Ａから位置Ｂまでの走行距離と、所定時間ｔ当たりの計測距離の変化量（ｍ−ｎ）を比較し、その差から滑り有無を判定する。そして、滑りが有ったときには計測距離の変化量（ｍ−ｎ）を実際の走行距離と見なし、その変化量に基づいてエンコーダで測定した所定時間当たりの走行距離を補正する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行車本体に設けた走行用車輪を回転駆動する駆動手段と、前記走行車本体の走行方向前方又は後方にある物体までの距離を計測する測距手段と、前記駆動手段を制御して前記走行車本体を走行制御する走行制御手段と、前記走行用車輪の回転数から走行距離を計測する走行距離計測手段と、この走行距離計測手段が計測した所定時間当たりの走行距離と前記測距手段が計測した所定時間当たりの計測距離の変化量とを比較し滑りの有無を検知する滑り検知手段と、この滑り検知手段が滑り有りを検知すると、前記測距手段により計測した所定時間当たりの計測距離の変化量に基づいて所定時間当たりの走行距離を補正する走行距離補正手段とを備えたことを特徴とする自律走行車。
【請求項２】
走行車本体に設けた走行用車輪を回転駆動する駆動手段と、前記走行車本体の走行方向前方又は後方にある物体までの距離を計測する第１の測距手段と、前記走行車本体の走行方向左方又は右方にある物体までの距離を計測する第２の測距手段と、この第２の測距手段による計測値に基づいて左方又は右方の物体との距離を一定に保ちつつ、前記駆動手段を制御して前記走行車本体を走行制御する走行制御手段と、前記走行用車輪の回転数から走行距離を計測する走行距離計測手段と、この走行距離計測手段が計測した所定時間当たりの走行距離と前記第１の測距手段が計測した所定時間当たりの計測距離の変化量とを比較し滑りの有無を検知する滑り検知手段と、この滑り検知手段が滑り有りを検知すると、前記第１の測距手段により計測した所定時間当たりの計測距離の変化量に基づいて所定時間当たりの走行距離を補正する走行距離補正手段とを備えたことを特徴とする自律走行車。
【請求項３】
走行車本体に設けた走行用車輪を回転駆動する駆動手段と、前記走行車本体の走行方向前方又は後方にある物体までの距離を計測する測距手段と、前記走行車本体の走行方向を計測する方向計測手段と、この方向計測手段による計測に基づいて前記駆動手段を制御し、前記走行車本体を所定の方向に直進走行制御する走行制御手段と、前記走行用車輪の回転数から走行距離を計測する走行距離計測手段と、この走行距離計測手段が計測した所定時間当たりの走行距離と前記測距手段が計測した所定時間当たりの計測距離の変化量とを比較し滑りの有無を検知する滑り検知手段と、この滑り検知手段が滑り有りを検知すると、前記測距手段により計測した所定時間当たりの計測距離の変化量に基づいて所定時間当たりの走行距離を補正する走行距離補正手段とを備えたことを特徴とする自律走行車。
【請求項４】
走行距離補正手段は、滑り検知手段が滑り有りを検知し続けると、その滑り有りを検知し続けている期間における計測距離の変化量に基づいてその期間における走行距離を補正することを特徴とする請求項２又は３記載の自律走行車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自律走行する自律走行車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自律走行しつつ作業を行う自律走行ロボットは、予め地図情報を記憶しておき、この地図情報を参照して走行経路を探索し、走行経路距離を算出した後、探索された走行経路に沿って走行を開始する。そして、前方あるいは後方に壁があることを検出すると、当該壁の位置座標および出発位置の位置座標を読み出して所定の演算を行い、出発位置から当該壁までの距離Ｍを算出する。一方、ロボットから当該壁に向けて超音波を発射し、その反射波を受信することでロボットと壁との距離Ｌを計測する。また、ロボットが走行した距離Ｓをエンコーダ出力から求める。そして、Ｍ−（Ｌ＋Ｓ）によって、位置座標から算出した距離Ｍと、エンコーダと超音波を使用して計測した距離（Ｌ＋Ｓ）との誤差ΔＭを求め、この誤差をエンコーダによる累積測距誤差として走行距離を（Ｓ＋ΔＭ）に補正するものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−２２１０８号公報（第５頁左下欄〜第６頁左上欄等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１は、予め地図情報をメモリに記憶しておき、この地図情報の位置座標から距離Ｍを算出している。しかし、予め地図情報を作成してメモリに記憶するものでは、手間かが掛かりコスト的にも高価になる問題があった。このため、地図情報を使用しないことも考えられるが、この特許文献１の場合は地図情報が無ければ走行経路に沿った走行距離を参照することはできないので、距離Ｍを求めることはできない。従って、走行距離を補正することができないという問題があった。
そこで本発明は、地図情報を使用せずに走行距離の誤差補正ができる自律走行車を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、走行車本体に設けた走行用車輪を回転駆動する駆動手段と、走行車本体の走行方向前方又は後方にある物体までの距離を計測する、例えば超音波センサを使用した測距手段と、駆動手段を制御して走行車本体を走行制御する走行制御手段と、走行用車輪の回転数から走行距離を計測する、例えばエンコーダを使用した走行距離計測手段と、この走行距離計測手段が計測した所定時間当たりの走行距離と測距手段が計測した所定時間当たりの計測距離の変化量とを比較し滑りの有無を検知する滑り検知手段と、この滑り検知手段が滑り有りを検知すると、測距手段により計測した所定時間当たりの計測距離の変化量に基づいて所定時間当たりの走行距離を補正する走行距離補正手段とを備えたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は、本発明を、清掃作業を行う自律走行ロボットに適用したものについて述べる。
【０００７】
図１及び図２は自律走行ロボットの構成を示す図で、下部が略円形状で上部が略半球形状になっているロボット本体１の下端部に、その外周面に沿って障害物との接触を検知し、また、接触時の衝撃を和らげるバンパー２を取り付けている。そして、前記バンパー２上にロボット本体と周囲の物体との距離を計測する測距手段として、例えば、超音波センサからなる多数の測距センサ３を所定の間隔をあけて配置している。
【０００８】
前記ロボット本体１の内部には、クリーナモータ４とこのモータ４で回転するファン５とこのファン５の回転により底部に設けた吸込口６から塵を吸込んで集める集塵室７とからなるクリーナ機構が収納されている。
【０００９】
また、前記ロボット本体１の底部略中央の左右にそれぞれ走行用車輪８ａ、８ｂを取り付け、この各車輪８ａ，８ｂをそれぞれ駆動手段である左走行モータ９ａ、右走行モータ９ｂで回転駆動するようにしている。そして、前記各車輪８ａ，８ｂの回転をそれぞれ左右のロータリーエンコーダ（以下、単にエンコーダと称する。）１０ａ、１０ｂで検出するようにしている。前記左右のエンコーダ１０ａ，１０ｂは後述する走行距離計測手段に使用されるものである。
【００１０】
前記ロボット本体１の底部後端中央には回転自在で方向が左右に自由に旋回する旋回輪１１が取り付けられている。また、前記ロボット本体１内には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の制御回路部品を組み込んだ回路基板１２及び各部に電源を供給するバッテリ１３が収納されている。
【００１１】
前記バンパー２に配置されている各測距センサ３についてさらに詳しく説明すると、図３に示すように、図中矢印で示す走行方向に対して、先端中央に前方測距センサ３−１を配置し、後端中央に後方測距センサ３−２を配置し、左端に１対の左側方測距センサ３−３、３−４、右端に１対の右側方測距センサ３−５、３−６、左斜め前に左斜め前方測距センサ３−７、右斜め前に右斜め前方測距センサ３−８をそれぞれ配置している。
【００１２】
前記前方測距センサ３−１はロボット本体１が走行する前方にある障害物や壁などの物体までの距離を計測し、前記後方測距センサ３−２はロボット本体１が走行する方向とは反対の後方にある障害物や壁などの物体までの距離を計測し、左側方測距センサ３−３、３−４はロボット本体１が走行する方向の左側にある障害物や壁などの物体までの距離を計測し、右側方測距センサ３−５、３−６はロボット本体１が走行する方向の右側にある障害物や壁などの物体までの距離を計測し、左斜め前方測距センサ３−７はロボット本体１が走行する方向の左斜め前方にある障害物や壁などの物体までの距離を計測し、右斜め前方測距センサ３−８はロボット本体１が走行する方向の右斜め前方にある障害物や壁などの物体までの距離を計測するようになっている。
【００１３】
図４は制御部のハード構成を示すブロック図で、２１は制御部本体を構成するＣＰＵ、２２はこのＣＰＵ２１が各部を制御するプログラムが格納されたＲＯＭ、２３はデータを演算するためのメモリや一時記憶用バッファメモリ等、各種メモリを設けたＲＡＭである。また、２４は、前記各測距センサ３−１〜３−８、前記クリーナモータ４を回転制御するモータ制御部２５、左右の走行モータ９ａ，９ｂを回転制御するモータ制御部２６及び前記左右のエンコーダ１０ａ，１０ｂに対して信号の入出力制御を行うＩ／Ｏポートである。前記ＣＰＵ２１と、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３及びＩ／Ｏポート２４とはバスライン２７を介して電気的に接続されている。
【００１４】
図５は、前記ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、Ｉ／Ｏポート２４の複合体から構成される制御部３０を機能的に示したブロック図で、このロボットは、機能的には、前記モータ制御部２６を制御して前記各走行モータ９ａ，９ｂを回転駆動し、ロボット本体１を走行制御する走行制御手段３１と、前記各エンコーダ１０ａ，１０ｂの出力から得られる各走行用車輪８ａ，８ｂの回転数から走行距離を計測する走行距離計測手段３２と、この走行距離計測手段３２が計測した所定時間当たりの走行距離と、前記前方測距センサ３−１が計測した前方にある障害物や壁などの物体までの距離の、所定時間当たりの計測距離の変化量とを比較し滑りの有無を検知する滑り検知手段３３と、この滑り検知手段３３が滑り有りを検知すると、前記前方測距センサ３−１により計測した所定時間当たりの計測距離の変化量に基づいて所定時間当たりの走行距離を補正する走行距離補正手段３４とからなる。
【００１５】
このような構成において、ロボット本体１を走行させる場合は、走行制御手段３１によりモータ制御部２６を制御し、モータ制御部２６により各走行モータ９ａ，９ｂを回転駆動する。そして、各走行モータ９ａ，９ｂはそれぞれ走行用車輪８ａ，８ｂを回転駆動する。
【００１６】
図６に示すように、ロボット本体１を、左側方測距センサ３−３、３−４によって物体、例えば左側の壁４０からの距離を計測しつつその壁４０から一定の距離を保った状態で走行制御手段３１により前方に真っ直ぐ走行させ、ロボット本体１がＡ位置にあるとき前方測距センサ３−１によって前方の壁４１との距離ｍを計測する。そして、計測した距離ｍをＲＡＭ２３に格納する。また、このとき走行距離計測手段３２により、各エンコーダ１０ａ，１０ｂの出力から、走行を開始してからの走行距離を計測しＲＡＭ２３に格納する。
【００１７】
続いて、所定時間ｔが経過してロボット本体１がＢ位置に到達すると、再度前方測距センサ３−１によって前方の壁４１との距離ｎを計測する。そして、計測した距離ｎをＲＡＭ２３に格納する。また、このとき走行距離計測手段３２により、各エンコーダ１０ａ，１０ｂの出力から、走行を開始してからの走行距離を計測しＲＡＭ２３に格納する。
【００１８】
続いて、滑り検知手段３３は、走行距離計測手段３２が計測した位置Ａから位置Ｂまでの走行距離と、前方測距センサ３−１が計測した所定時間ｔ当たりの計測距離の変化量（ｍ−ｎ）を比較する。そして、エンコーダ１０ａ，１０ｂを使用して測定した走行距離と計測距離の変化量（ｍ−ｎ）との差を求め、その差の絶対値が予め設定された閾値よりも大きいと滑りが有ったと判定し、閾値以下であれば滑りが無かったと判定する。
【００１９】
例えば、ロボット本体１が床に敷かれた絨毯の上を走行したとき、溝や毛の方向によって走行用車輪８ａ，８ｂが滑る。この滑りによって、ロボット本体１の新興方向が変わる場合は、すぐに走行制御手段３１が壁４０から一定の距離を保って直進するように制御する。しかし、走行用車輪８ａ，８ｂの滑りによって、エンコーダ１０ａ，１０ｂで測定した走行距離は、実際の走行距離よりも長くなったり、短くなったりする。
【００２０】
そこで、滑り検知手段３３が滑り有りを検知すると、走行距離補正手段３４は、前方測距センサ３−１により計測した所定時間当たりの計測距離の変化量（ｍ−ｎ）を実際の走行距離と見なし、その変化量（ｍ−ｎ）に基づいてエンコーダ１０ａ，１０ｂで測定した所定時間当たりの走行距離を補正する。
【００２１】
このように、地図情報を使用せずに走行距離の誤差補正ができる。そして、補正された走行距離情報は、例えば、ロボット本体１の走行経路をメモリ上の地図に記憶する際に、地図上におけるロボット本体１の現在位置を特定するために利用される。
【００２２】
なお、ここでは走行方向の前方に壁４１があったので、前方測距センサ３−１によってその壁４１との距離を計測し変化量（ｍ−ｎ）を求めたが、後方に壁が有る場合は後方測距センサ３−２によってその壁との距離を計測し変化量（ｍ−ｎ）を求めるようにしてもよい、
次に、本発明の、他の実施の形態を、図面を参照して述べる。
なお、ロボット本体１の構成は基本的には前述した実施の形態と同一である。異なる点は、前述した実施の形態が１回毎に滑りを検知して走行距離を補正したのに対し、ここでは滑りを検知している間は補正を行わず、滑り無しを検知した時に滑りを検知していた区間の走行距離をまとめて補正するようになっている。
【００２３】
図７に示すように、領域４２に例えば絨毯が敷かれており、この領域４１をロボット本体１が左側方測距センサ３−３、３−４によって左壁４０から一定の距離を保った状態でその左壁４０に沿って直進し、途中、何回か滑り検知を繰り返す。すなわち、ロボット本体１が所定時間ｔにおいて移動区間ａを走行しＡ位置に到達すると、前方測距センサ３−１によって前方の壁４１との距離ｍ１を計測し、エンコーダ１０ａ，１０ｂを使用して測定した走行距離と比較して滑りの有無を判定する。ここでは滑り無しを判定する。
【００２４】
続いて、ロボット本体１は絨毯が敷かれている領域４２を走行するようになる。そして、所定時間ｔにおいて移動区間ｂを走行してＢ位置に到達すると、前方測距センサ３−１によって前方の壁４１との距離ｍ２を計測し、エンコーダ１０ａ，１０ｂを使用して測定した走行距離と計測距離の変化量（ｍ２−ｍ１）とから滑りの有無を判定する。ここでは滑り有りを判定することになる。
【００２５】
続いて、所定時間ｔにおいて移動区間ｃを走行してＣ位置に到達すると、前方測距センサ３−１によって前方の壁４１との距離ｍ３を計測し、エンコーダ１０ａ，１０ｂを使用して測定した走行距離と計測距離の変化量（ｍ３−ｍ２）とから滑りの有無を判定する。ここでも滑り有りを判定することになる。
【００２６】
続いて、所定時間ｔにおいて移動区間ｄを走行してＤ位置に到達すると、前方測距センサ３−１によって前方の壁４１との距離ｍ４を計測し、エンコーダ１０ａ，１０ｂを使用して測定した走行距離と計測距離の変化量（ｍ４−ｍ３）とから滑りの有無を判定する。ここでも滑り有りを判定する。
【００２７】
続いて、所定時間ｔにおいて移動区間ｅを走行してＥ位置に到達すると、前方測距センサ３−１によって前方の壁４１との距離ｍ５を計測し、エンコーダ１０ａ，１０ｂを使用して測定した走行距離と計測距離の変化量（ｍ５−ｍ４）とから滑りの有無を判定する。ここでは滑り無しを判定することになる。
【００２８】
このようにして連続した滑り有りの判定が終了すると、走行距離補正手段３４は、前方測距センサ３−１により計測した各計測距離の変化量の合計｛（ｍ２−ｍ１）＋（ｍ３−ｍ２）＋（ｍ４−ｍ３）｝を領域４２の全区間ｆにおける実際の走行距離と見なし、その走行距離に基づいてエンコーダ１０ａ，１０ｂで測定した全区間ｆの走行距離を補正する。
【００２９】
このようにしても地図情報を使用せずに走行距離の誤差補正ができる。しかも、滑りを検知していた区間の走行距離をまとめて補正するので、補正する回数が少なくなり、補正処理を簡略化できる。
【００３０】
なお、前述した各実施の形態においては、左側方測距センサ３−３、３−４によって左側の壁４０からの距離を計測しつつその壁４０から一定の距離を保った状態でロボット本体１を直進させるようにしたが必ずしもこれに限定するものではない。例えば、図８に示すように、ジャイロセンサなどの方向計測手段２８を設け、側方測距センサに代わってこの方向計測手段２８を使用してロボット本体１を直進制御するようにしてもよい。
なお、本発明は、上記各実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、地図情報を使用せずに走行距離の誤差補正ができる自律走行車を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、一実施の形態に係る自律走行ロボットの構成を示す正面図。
【図２】同実施の形態に係る自律走行ロボットの構成を示す一部切欠した側面図。
【図３】同実施の形態に係る自律走行ロボットの測距センサの配置状態を示す概略平面図。
【図４】同実施の形態に係る自律走行ロボットの制御部のハード構成を示すブロック図。
【図５】同実施の形態に係る自律走行ロボットの制御部の機能ブロック図。
【図６】同実施の形態における走行距離補正制御を説明するための図。
【図７】本発明の、他の実施の形態における走行距離補正制御を説明するための図。
【図８】本発明の、他の実施の形態における制御部の機能ブロック図。
【符号の説明】
１…ロボット本体、３…測距センサ、８ａ，８ｂ…走行用車輪、９ａ，９ｂ…走行モータ、１０ａ，１０ｂ…ロータリーエンコーダ、２６…モータ制御部、３１…走行制御手段、３２…走行距離計測手段、３３…滑り検知手段、３４…走行距離補正手段。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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