(57)【要約】【課題】  イメージセンサを利用して移動ロボットの方向及び動きを測定することで、移動距離を精密に計算し得るイメージセンサを利用した移動ロボット及びその移動距離測定方法を提供する。【解決手段】  所定周期毎に移動ロボットの動きに応じた床面を撮像してイメージをキャプチャーするイメージキャプチャー部１０と、該キャプチャーされたイメージに対する変位を測定する変位測定部４０と、該測定された変位値に基づいて前記移動ロボットの方向及び動きを計算して、実際の移動距離を出力するマイクロコンピュータ５０と、を含んでイメージセンサを利用した移動ロボットを構成する。【選択図】      図１
2004310737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周期毎に移動ロボットの動きに応じた床面を撮像してイメージをキャプチャーするイメージキャプチャー部と、
該キャプチャーされたイメージに対する変位を測定する変位測定部と、
該測定された変位値に基づいて前記移動ロボットの方向及び動きを計算して、実際の移動距離を出力するマイクロコンピュータと、を含んで構成されることを特徴とするイメージセンサを利用した移動ロボット。
【請求項２】
前記イメージキャプチャー部から出力されるイメージを格納するメモリと、
前記イメージキャプチャー部から現在出力されるイメージと前記メモリに格納された以前のイメージとを比較する比較器と、を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサを利用した移動ロボット。
【請求項３】
前記変位測定部は、前記比較器から出力される各フレームに写されたイメージに対するピクセルの移動経路を測定することを特徴とする請求項２記載のイメージセンサを利用した移動ロボット。
【請求項４】
前記イメージキャプチャー部は、前記底面に対して１８×１８ピクセル、６４段階の明暗のイメージを毎秒１５００フレームにキャプチャーすることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサを利用した移動ロボット。
【請求項５】
前記イメージキャプチャー部は、
光を照射するための発光ダイオードと、
該照射された光をガイドするための光ガイドと、
前記移動ロボットの動きによって、光レンズを通して前記床面から反射された光の強さの変化を感知して、床面に対するイメージをキャプチャーするイメージセンサと、から構成されることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサを利用した移動ロボット。
【請求項６】
所定周期毎に移動ロボットの動きに応じた床面を撮像して各イメージをキャプチャーする段階と、
該キャプチャーされた各イメージ間の変位を測定する段階と、
該測定された変位値に基づいて前記移動ロボットの方向及び動きを計算して、実際の移動距離を出力する段階と、を順次行うことを特徴とするイメージセンサを利用した移動ロボットの移動距離測定方法。
【請求項７】
前記キャプチャーされた各イメージを格納する段階を更に行うことを特徴とする請求項６記載のイメージセンサを利用した移動ロボットの移動距離測定方法。
【請求項８】
前記各イメージをキャプチャーする段階で、前記各イメージは所定ピクセルに分けられ、前記各ピクセルは、底面の材質により反射された光の入力を受けて、白黒の明暗に区別されて読み出されることを特徴とする請求項６記載のイメージセンサを利用した移動ロボットの移動距離測定方法。
【請求項９】
前記各イメージは、前記底面を１８×１８ピクセル、６４段階の明暗に区別して、毎秒１５００フレームにキャプチャーされることを特徴とする請求項８記載のイメージセンサを利用した移動ロボットの移動距離測定方法。
【請求項１０】
前記実際の移動距離は、前記ピクセルが移動した距離を所定時間、好ましくは、１／１５００ｓｅｃで割って計算することを特徴とする請求項９記載のイメージセンサを利用した移動ロボットの移動距離測定方法。
【請求項１１】
前記変位を測定する段階は、前記各イメージに対する前記ピクセルの方向及び動きの大きさによって移動距離を測定することを特徴とする請求項８記載のイメージセンサを利用した移動ロボットの移動距離測定方法。
【請求項１２】
前記変位を測定する段階は、前記キャプチャーされた各イメージを比較して、イメージが同様であると、前記移動ロボットに動きがないと判断し、イメージに変化があると、前記移動ロボットに動きがあると判断することを特徴とする請求項６記載のイメージセンサを利用した移動ロボットの移動距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動ロボットに係るもので、詳しくは、イメージセンサを利用して移動ロボットの方向及び動きを計算することで、移動距離を精密に測定し得るイメージセンサを利用した移動ロボット及びその移動距離測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、移動ロボットは、それ自体に取付けられた複数の超音波センサから超音波を発生し、反射される超音波を通して距離及び方向を探知する。
【０００３】
このような移動ロボットの代表的なものとして、ロボット清掃機が挙げられるが、該ロボット清掃機は、使用者の操作なしに、清掃区域を自ら走行しながら床面上の埃などの異物を吸入して、自動に清掃するものである。即ち、距離及び方向を探知する複数の超音波センサを利用して清掃区域内の家具、事務用品及び壁などの障害物までの距離を判別し、ロボット清掃機の左輪及び右輪モータを選択的に駆動させることで、自ら方向を転換しながら清掃するものである。
【０００４】
図４は従来のロボット清掃機を示した縦断面図で、図示されたように、従来のロボット清掃機においては、清掃機本体１の内側に吸入力を発生させるためのファンモータ２が装着され、該ファンモータ２により吸入される埃や汚物を集塵するフィルタ３の収容されるフィルタコンテナ４が前記ファンモータ２の後方に着脱自在に装着されている。又、前記フィルタコンテナ４の後面には埃や汚物の吸入される吸入管５が装着され、該吸入管５の下端部には吸入ヘッド８が形成されて、該吸入ヘッド８の内部に床面６上の埃や汚物を掃き上げるブラシ７が回転自在に装着されている。
【０００５】
又、前記清掃機本体１の下方側には、一対の駆動輪９が正又は逆回転自在に装着され、前記清掃機本体１の後端部には補助輪１０が装着され、前記清掃機本体１の後面には充電端子１１を有した充電端子部１２が装着され、室内の壁面１３の電源端子部１４には前記充電端子部１２と接続される接続端子１５が装着されている。よって、前記充電端子１１が前記接続端子ｌ５に接続されるとき、前記清掃機本体１の内側の充電バッテリ１６が充電されるようになる。
【０００６】
又、前記清掃機本体１の前面中央部には超音波を送受信する超音波センサ１７が装着され、該超音波センサ１７の左及び右側には、超音波を送信した後、反射される超音波を受信して障害物を感知し、且つ、目標物との距離を測定するための複数の超音波センサ１８が所定間隔離隔されている。又、前記電源端子部１４の下方側には前記充電端子部１２を前記電源端子部１４側に誘導するために光信号を発光する発光部１９が装着され、前記充電端子部１２の下方側には前記発光部１９から発光される光信号を受光する受光部２０が装着されている。
【０００７】
図中、符号２１は清掃機の各種動作を制御する制御手段、２２は排気口をそれぞれ示したものである。
【０００８】
以下、このように構成された従来のロボット清掃機の清掃動作に対して説明する。
【０００９】
まず、使用者が動作ボタンを押すと、前記充電バッテリ１６の電源を受けて前記ファンモータ２が駆動され、該ファンモータ２により前記フィルタコンテナ４に吸入力が発生する。
【００１０】
次いで、前記吸入力により床面６の埃や汚物が前記吸入ヘッド８に吸入され、該吸入された埃や汚物は、前記吸入管５を通して前記フィルタ３によりコンテナ４の内部に捕集される。又、前記制御手段２１は、制御信号により前記駆動輪９を駆動させることで、前記清掃機本体１を移動させて、使用者所望の所定領域の清掃を行うようになる。
【００１１】
且つ、自動清掃動作が行われる間、前記充電バッテリ１６の電圧レベルが既に設定された所定レベル以下に低下すると、前記制御手段２１は、前記充電バッテリ１６の制御手段により自動清掃機の清掃動作を停止させ、自動清掃機の現在の位置を内部メモリに記憶させた後、メモリに既に格納された復帰調整命令に従って清掃機を復帰させるための制御信号を発生する。
【００１２】
従って、前記清掃機本体１は、前記制御手段２１の制御信号により前記電源端子部１４側に移動し、前記清掃機本体１が前記電源端子部１４の付近に至ると、前記充電端子部１２の下方側の前記受光部２０は、前記電源端子部１４の下方側の前記発光部１９から発光される光信号を受光する。即ち、前記制御手段２１は、前記受光部２０から受光される光信号により駆動輪９を駆動制御することで、前記充電端子部１２を前記電源端子部１４側に接近させる。
【００１３】
次いで、前記充電端子部１２の前記充電端子１１は、前記電源端子部１４の前記接続端子１５に接触することで、前記電源端子部１４から供給される電源により前記清掃機本体１内の前記充電バッテリ１６の充電が行われる。
【００１４】
一方、前記ロボット清掃機は、それ自体に格納されたマップ情報により走行して清掃作業を行うことができ、最初に使用者の命令によって行われる前記清掃動作は、作業空間のレイアウトが変更されない限り継続して反復される。
【００１５】
然し、作業空間のレイアウトが変化して障害物の位置が変わると、前記ロボット清掃機の走行などを制御するために、変更されたレイアウトに適合したマップを新たに作成すべきである。
【００１６】
図５は従来のビーコンセンサを利用したロボット清掃機の清掃領域マッピングの説明図で、図示のように、ロボット清掃機は、障害物が存在する室内の所定領域で、開始点を出発した後、障害物認識センサを通して障害物を回避して走行することで、作業経路を生成するようになる。即ち、前記ロボット清掃機は、前記所定領域内を移動するとき、所定地点に設置されたビーコンセンサ４１〜４７から信号を受けて、作業経路に対する情報を獲得し、該受信した情報信号に基づいて清掃領域をマッピングするようになる。
【００１７】
一方、このようなマッピング動作を行うために、前記ロボット清掃機の移動距離を測定する必要があるので、前記ロボット清掃機は、モータの回転を測定するエンコーダや走行輪から分離されているホイールにより移動距離を測定するが、このとき、前記エンコーダやホイールにより輪の回転数を算出した後、その回転数に輪の周りの長さを掛けて移動距離を計算していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
然るに、このような従来のロボット清掃機は、輪やホイールが空回りする場合、ロボット清掃機が実際には動かなくても、動いたと見なされて計算されるため、移動距離の計算において正確度が低下されるという不都合な点があった。
【００１９】
又、機械式のオドメータがロボット清掃機に使用される場合、輪やホイールが空回りしなくても、輪の回転による誤差が継続して累積されるため、ロボット清掃機の移動距離を正確に計算し得ないという不都合な点があった。  
又、機構的な構造による動きを利用して移動距離を測定するため、定期的な維持補修、衝撃、埃及び湿気により誤差が発生するという不都合な点があった。
【００２０】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、イメージセンサを利用して移動ロボットの方向及び動きを測定することで、移動距離を精密に計算し得るイメージセンサを利用した移動ロボット及びその移動距離測定方法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】
【００２１】
このような目的を達成するため、本発明に係るイメージセンサを利用した移動ロボットにおいては、所定周期毎に移動ロボットの動きに応じた床面を撮像してイメージをキャプチャーするイメージキャプチャー部と、該キャプチャーされたイメージに対する変位を測定する変位測定部と、該測定された変位値に基づいて前記移動ロボットの方向及び動きを計算して、実際の移動距離を出力するマイクロコンピュータと、を含んで構成されることを特徴とする。
【００２２】
又、本発明に係るイメージセンサを利用した移動ロボットの移動距離測定方法においては、所定周期毎に移動ロボットの動きに応じた床面を撮像して各イメージをキャプチャーする段階と、該キャプチャーされた各イメージ間の変位を測定する段階と、該測定された変位値に基づいて前記移動ロボットの方向及び動きを計算して、実際の移動距離を出力する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るイメージセンサを利用した移動ロボット及びその移動距離測定方法においては、従来の移動ロボットの移動距離測定時、輪が空回りして発生するエラーを防止することができる。即ち、回転する輪とは関係なしに、イメージセンサを利用して動いた距離を測定するため、輪が空回りする場合も正確に移動距離を測定し得るという効果がある。
【００２４】
又、従来は、移動ロボットを駆動するために、移動ロボット本体の下部の左又は右輪にエンコーダをそれぞれ装着して移動距離を測定していたが、本発明に係る移動ロボットは、ロボット本体の中央部に一つのイメージセンサのみを装着して移動距離を測定することができる。即ち、機械的に動く部品を使用せずに移動距離を計算するため、機構的な構造が簡単であると共に、維持補修も非常に便利であるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は本発明に係るイメージセンサを利用した移動ロボットの構成を示したブロック図、図２は本発明に係るイメージキャプチャー部を示した構成図で、図示のように、本発明に係る移動ロボットにおいては、所定周期毎に移動ロボットの動きによる床面を撮像してイメージをキャプチャーするイメージキャプチャー部１０と、該イメージキャプチャー部１０から出力されるイメージを格納するメモリ２０と、前記イメージキャプチャー部１０から出力されたイメージと前記メモリ２０に格納された以前のイメージとを比較する比較器３０と、該比較器３０から出力される比較信号に基づいて前記キャプチャーされたイメージに対する変位を測定する変位測定部４０と、該変位測定部４０から出力される変位値に基づいて前記移動ロボットの移動方向及び動きを計算して、実際の移動距離を出力するマイクロコンピュータ５０と、を含んで構成されている。
【００２７】
又、前記イメージキャプチャー部１０は、図２に示したように、ブラシ７と駆動輪９間（図４参照）に装着され、光を照射するための発光ダイオード１４０と、該発光ダイオード１４０から照射された光をガイドするために、前記発光ダイオード１４０の側方に設置された光ガイド１３０と、該光ガイド１３０の側方に形成された光レンズ１２０と、前記移動ロボットの動きによって、前記光レンズ１２０を通して前記床面から反射された光の強さの変化を感知して、床面に対するイメージをキャプチャーするイメージセンサ１１０と、から構成されている。
【００２８】
以下、このように構成された本発明に係るイメージセンサを利用した移動ロボットの動作及び移動距離測定方法に対して説明する。
【００２９】
まず、前記発光ダイオード１４０から光が照射されると、該照射された光は移動ロボット本体の光ガイド１３０を通って方向性を有して床面に照射される。このとき、照射された光は床面により多方向に反射され、該反射された光は前記光レンズ１２０を通過して集光される。よって、前記イメージセンサ１１０は、前記床面から反射された光の強さの変化を感知して、床面に対するイメージをキャプチャーすることで、前記キャプチャーされたイメージとメモリに格納された以前のイメージとを比較して変位を測定することができる。
【００３０】
次いで、前記マイクロコンピュータ５０は、前記測定された変位値に基づいて前記移動ロボットの移動方向及び動きを計算して、実際の移動距離を出力する。
【００３１】
図３は本発明に係るイメージセンサを利用したロボット清掃機の移動距離測定方法を示した動作フローチャートで、図示されたように、本発明に係る移動ロボットの移動距離測定方法は、まず、使用者によって移動ロボットを動作させるための運転命令が選択されると、イメージキャプチャー部１０は現在の床面に対するイメージを撮像し、前記キャプチャーされたイメージはメモリ２０に格納される（ＳＰ１〜ＳＰ３）。このとき、前記床面に対するイメージ撮像は、所定周期毎に継続して行われる。
【００３２】
次いで、所定時間が経過した後、比較器３０により現在のイメージと以前にメモリに格納されたイメージとが互いに比較される（ＳＰ４、ＳＰ５）。
【００３３】
前記比較結果、以前のイメージと現在のイメージ間に変化が発生すると、変位測定部４０は、前記イメージ上で所定基準点が移動した変位を測定する（ＳＰ６）。即ち、前記キャプチャーされた各イメージを比較した結果、イメージが同様であると、前記移動ロボットに動きがないと判断し、イメージに変化があると、前記移動ロボットに動きがあると判断する。
【００３４】
次いで、マイクロコンピュータ５０により前記測定された変位値に基づいて前記移動ロボットの方向及び動きを計算して、実際の移動距離を出力する（ＳＰ７）。
【００３５】
以下、このように構成された本発明に係る移動距離測定方法をより詳しく説明する。
【００３６】
イメージキャプチャー部１０は、床面に対して１８×１８ピクセル、６４段階の明暗のイメージを毎秒１５００フレームにキャプチャーする。よって、前記各イメージに対する前記ピクセルの方向及び動きの大きさによる移動経路を比較及び計算して、移動距離を測定することができる。即ち、前記各フレームのイメージを比較して、イメージが同様であると、動きがないと判断し、イメージが変わると、ピクセルの移動した距離を所定のフレーム間時間で割って計算して、単位時間当りの移動距離を求めることができる。例えば、前記移動ロボットの１秒間の移動距離は、ピクセルが移動した距離を１／１５００ｓｅｃで割って計算して求めることができる。
【００３７】
一方、前記各ピクセルは、床面の材質により反射された光の入力を受けて、６４段階の白黒明暗に区別されて読み出されるため、動きを見逃すことはほとんどない。例えば、前記明暗が１〜２個程度移動中に変わっても、１８×１８ピクセルの解像度を有するため、動きを容易に判断することができるし、移動ロボットの実際の移動距離をエラーなしに精密に認識することができる。
【００３８】
尚、本発明は、具体的な例に対してのみ詳細に説明されたが、本発明の技術思想の範囲内で、多様な変形及び修正が可能であることは当業者であれば明白であり、このような変形及び修正が添付された特許請求の範囲に属することは当然なことである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るイメージセンサを利用した移動ロボットの構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係るイメージキャプチャー部を示した構成図である。
【図３】本発明に係るイメージセンサを利用したロボット清掃機の移動距離測定方法を示した動作フローチャートである。
【図４】従来のロボット清掃機を示した縦断面図である。
【図５】従来のビーコンセンサを利用したロボット清掃機の清掃領域マッピング説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…イメージキャプチャー部
２０…メモリ
３０…比較器
４０…変位測定部
５０…マイクロコンピュータ
１１０…イメージセンサ
１２０…光レンズ
１３０…光ガイド
１４０…発光ダイオード
【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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