(57)【要約】【課題】移動作業ロボットにおいて、作業領域に多くの障害物が存在する場合では、障害物を回避しながら作業領域全体をくまなく塗りつぶすように走行経路を予め決定することは難しく、複雑な制御が必要であった。【解決手段】移動制御手段８は、所定の方向およびこれに略直交する方向に本体１を作業領域内で往復移動させ、この往復移動中に作業領域を作業終了領域と障害物領域とに分類してマップに登録させることを特徴とする移動作業ロボットとした。そして、作業終了領域と障害物領域とを記憶することによって未作業領域を検出することが可能となり、複雑な制御を行うことなく、効率よく作業領域を作業する移動作業ロボットが実現出来るようになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体を移動させる走行手段および移動方向転換手段と、作業を実行する作業手段と、前記本体の周囲の障害物を検知する障害物検知手段と、走行距離を検出する走行距離検出手段と、本体の方向を検出する方向検出手段と、前記障害物検知手段、走行距離検出手段、方向検出手段からの入力により前記走行手段および移動方向転換手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、所定の方向およびこれに略直交する方向に本体を作業領域内で往復移動させ、この往復移動中に作業領域を作業終了領域と障害物領域とに分類してマップに登録させることを特徴とする移動作業ロボット。
【請求項２】
移動制御手段の移動制御は、作業領域の境界線に沿って本体を略一周させた後に、所定の方向およびこれに略直交する方向に本体を往復移動させる請求項１記載の移動作業ロボット。
【請求項３】
移動制御手段の移動制御は、往路と復路の間隔が所定幅となるように往復を繰り返し、方向転換中に側面の障害物が検出されなくなれば、方向転換を終了して次回の方向転換時と併せて所定幅となるように移動する請求項１または２記載の移動作業ロボット。
【請求項４】
移動制御手段の移動制御は、方向転換中での移動が連続して実施されなかった場合、次回の方向転換では所定幅分を移動する請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。
【請求項５】
移動制御手段の移動制御は、一度目の回転終了時に側面の障害物を検出せず、かつ前回の方向転換時に移動しなかった場合には、所定幅分を移動してから二度目の回転を実施する請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。
【請求項６】
移動制御手段の移動制御は、方向転換時の移動が所定幅未満だった場合には、作業領域を移動中に本体の側面に障害物が存在するかどうかを検索する請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。
【請求項７】
移動制御手段の移動制御は、本体が移動中の領域が既に作業終了領域と分類されている場合には作業を中断しながら移動する請求項１〜６のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動走行しながら自動的に作業を行う移動作業ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の移動作業ロボットとしては、予め作業領域内における障害物の位置関係を事前に把握して走行経路を作成するものがあった（例えば、特許文献１参照）。図８（ａ）、（ｂ）は、前記特許文献１に記載された従来の移動作業ロボットにおいて予め走行経路を計画するフローチャートを示すものである。
【０００３】
図８（ａ）のフローチャートにおいて、先ず作業領域を３種類に分類していた。さらに図８（ｂ）のフローチャートにおいて作業領域を分割し、分割された領域毎に走行経路を個別に計画していた。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３３４６５１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、予め作業領域内における障害物の位置関係を把握していなければならず、作業領域の状態が変化する度に走行経路計画を新たに作成しなければならなかった。
【０００６】
また、作業領域に多くの障害物が存在する場合では、障害物を回避しながら作業領域全体を、くまなく塗りつぶすように走行経路を予め決定することは困難であるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複雑な制御を行うことなく作業領域を作業しながら効率よく移動する移動作業ロボットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために本発明の移動作業ロボットは、本体を移動させる走行手段および移動方向転換手段と、作業を実行する作業手段と、前記本体の周囲の障害物を検知する障害物検知手段と、走行距離を検出する走行距離検出手段と、本体の方向を検出する方向検出手段と、前記障害物検知手段、走行距離検出手段、方向検出手段からの入力により前記走行手段および移動方向転換手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、所定の方向およびこれに略直交する方向に本体を作業領域内で往復移動させ、この往復移動中に作業領域を作業終了領域と障害物領域とに分類してマップに登録させることを特徴とするものである。
【０００９】
本構成によって、往復移動中に作業領域を作業終了領域と障害物領域とに分類してマップに登録させるので、未作業領域を検出することが容易になり、簡単な構成で効率よく作業領域を作業して移動する移動作業ロボットが実現できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、本体を移動させる走行手段および移動方向転換手段と、作業を実行する作業手段と、前記本体の周囲の障害物を検知する障害物検知手段と、走行距離を検出する走行距離検出手段と、本体の方向を検出する方向検出手段と、前記障害物検知手段、走行距離検出手段、方向検出手段からの入力により前記走行手段および移動方向転換手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、所定の方向およびこれに略直交する方向に本体を作業領域内で往復移動させ、この往復移動中に作業領域を作業終了領域と障害物領域とに分類してマップに登録させることを特徴とする移動作業ロボットとすることにより、簡単な構成で複雑な移動制御を行うことなく、効率よく作業領域を作業して移動することが出来る。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の移動制御手段の移動制御は、作業領域の境界線に沿って本体を略一周させた後に、所定の方向およびこれに略直交する方向に本体を往復移動させることにより、作業領域の輪郭が得られるので、作業が終了したかどうかが判別しやすくなる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１または２に記載の移動制御手段の移動制御は、往路と復路の間隔が所定幅となるように往復を繰り返し、方向転換中に側面の障害物が検出されなくなれば、方向転換を終了して次回の方向転換時と併せて所定幅となるように移動することにより、簡単な構成で複雑な制御を行うことなく作業領域の中央付近の障害物の周囲をくまなく作業することが出来る。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動制御手段の移動制御を、方向転換中での移動が連続して実施されなかった場合、次回の方向転換では所定幅分を移動することにより、無限ループに陥ることを防ぐことが出来る。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動制御手段の移動制御を、一度目の回転終了時に側面の障害物を検出せず、かつ前回の方向転換時に移動しなかった場合には、所定幅分を移動してから二度目の回転を実施することにより、無限ループに陥ることを防ぐことが出来る。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動制御手段の移動制御を、方向転換時の移動が所定幅未満だった場合には、作業領域を移動中に本体の側面に障害物が存在するかどうかを検索することにより、効率よく障害物領域を分類することが出来る。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１〜６のいずれか１項に記載の移動制御手段の移動制御を、本体が移動中の領域が既に作業終了領域と分類されている場合には作業を中断しながら移動することにより、同じ領域を何度も作業しなくても済むので効率よく作業を実施することが出来る。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例を自走式掃除機に応用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における自走式掃除機の全体図を示すものである。
【００１９】
図１において、１は移動しながら清掃を行う自走式掃除機の本体で、清掃領域を移動する。２、３は左右の駆動モータで、それぞれの出力軸は左右の減速機４、５を介して左右の走行輪６、７を駆動する。この左駆動モータ２と右駆動モータ３を独立に回転制御することにより本体１を移動させるもので、走行手段および移動方向転換手段を兼ねている。８は各種入力に応じて左右の駆動モータ２、３を制御し本体１の移動制御を行う移動制御手段で、マイクロコンピュータおよびその他制御回路からなる。９、１０、１１、１２は障害物検知手段で本体１の前方および側方の障害物までの距離を超音波センサ等により検知するようになっている。
【００２０】
また、特には図示してないが、エンコーダよりなる走行距離検出手段１３およびジャイロセンサよりなる方向検出手段１４により本体１の走行距離および走行方向を検出し、清掃領域の輪郭レイアウトや障害物の位置をメモリ１５に記憶する。１６は床面を掃除する清掃ノズルで吸い込み具を構成し、この吸い込み口には回転ブラシなどからなるアジテータ１７が設けられ、電動送風機からなるファンモータ１８で発生させた真空圧によりゴミを吸引する。前記アジテータ１７は、ノズルモータ１９により伝動ベルト２０を介して回転駆動される。２１は電池などからなる電源で、本体１内に電力を供給する。
【００２１】
上記構成による、本体１の走行動作について図２、３を用いて説明する。図２の開始点Ａから開始し、障害物検出手段９〜１２を用いて清掃領域の壁面を検出しながら該壁面に沿って移動走行する。このとき、走行距離検出手段１３と方向検出手段１４により走行距離および走行方向を検出して、図３（ａ）に示すようにメモリ１５に移動した領域を清掃終了領域として、検出した壁面を障害物領域として記憶する。本体１が壁面を略一周した地点、すなわち再び開始点Ａに到達した時点で清掃領域の輪郭レイアウトを認識したとして壁面に沿っての移動走行を終了し、左方向に９０°移動方向を転換して前進する。図２の障害物を検知した地点Ｂでは図３（ｂ）のようにメモリ１５に障害物領域を記憶した後、左方向に９０°移動方向を転換し、所定距離ｗだけ前進した後、再び左方向に９０°移動方向を転換して前進する。
【００２２】
地点Ｂの次に障害物を検知した地点Ｃでは、図３（ｃ）のようにメモリ１５に障害物領域を記憶した後、今度は右方向に９０°移動方向を転換して所定距離ｗだけ前進し、再び右方向に９０°移動方向を転換して前進する。このようにメモリ１５に記憶しながら前進と方向転換を繰り返して往路と復路の間隔が所定幅になるように前記本体１を移動させる。このとき図２の地点Ｄのように移動方向を転換しても前進できないときは、今までの進行方向と略直交する方向となるような矢印ｄの方向へ移動方向を転換した後、同様の往復運動を繰り返す。再び移動方向を転換しても前進できないと判断したときは、清掃終了領域もしくは障害物領域のいずれにも属していない領域を検索し、もしその領域の近傍が清掃領域の境界以外の障害物領域で囲まれていないのであれば未清掃領域と判断する。その際、走行距離検出手段１３と方向検出手段１４を用いて未清掃領域まで移動し、清掃終了領域もしくは障害物領域のいずれにも属していない領域が無くなるまで作業を続行させる。
【００２３】
なお所定距離ｗは、予め最適な値を実験的に決定するものである。
【００２４】
また、本実施例での別の走行動作について図４、５を用いて説明する。図４（ａ）の開始点Ａ１から開始し、走行距離検出手段１３と方向検出手段１４により走行距離および走行方向を検出して、図４（ｂ）に示すようにメモリ１５に清掃終了領域として記憶する。図４（ａ）の障害物を検知した地点Ｂ１では、図４（ｂ）のように障害物領域を記憶した後、左方向に９０°移動方向を転換し、右の側面に障害物が存在するかどうか確認しながら所定距離ｗだけ前進する。このとき、図４（ａ）のＣ１地点のように、前進した距離がｗに到達する前に右側面の障害物が存在しなくなった時には直ちに前進を終了し、再び左方向に９０°移動方向を転換して前進する。そして、再び障害物を検知した地点Ｄ１へ到達したときには、右方向に９０°移動方向を転換した後の前進距離を、以下の式で示すような値ｗ２に変更して前進する。
【００２５】
ｗ２＝ｗ−ｗ１                                          （式１）
ただし、ｗ１はＣ１地点での前進距離を表す。
【００２６】
このとき、Ｃ１地点で検知した障害物は清掃領域の境界ではなく、清掃領域の中央に存在する障害物である可能性が高いため、Ｄ１地点での方向転換を終了後、前進する際には側面に障害物が存在しないかどうか探索しながら前進し、もし障害物を検知した場合には図４（ｂ）に示すようにメモリ１５に記憶する。
【００２７】
なお、この図では左方向に方向転換した場合について述べてあるが、右方向に方向転換した場合でも同様である。このときは前進する際に左側面に障害物が存在するかどうか探索すればよい。
【００２８】
次に、図５（ａ）に示すような障害物の配置の場合について説明する。この場合、開始点Ａ２から開始するとＢ２地点へ達したときに、右方向に９０°移動方向を転換し、所定距離ｗを前進しようとすると左側面に障害物を検知しないため前進することなく再び右方向へ９０°移動方向を転換することになる。この状態で前進してＣ２地点へ達すると、左方向へ９０°移動方向を転換した後、所定距離ｗを前進しようとすると、右側面に障害物を検知しないため再び前進することなく再度左方向へ９０°移動方向を転換することになる。そうなると同じ領域を前進することになるために、本体１は再びＢ２地点へ到達することとなり、本体１は清掃領域上の２つの地点間を往復して清掃が終了しないことになる。この問題を解決するために、図５（ｂ）および図５（ｃ）のように考える。すなわち、図５（ｂ）の場合は、Ｂ３地点での方向転換が終了した時に、前進することなく回転が２度続いたことを記憶しておく。そしてＣ３地点での方向転換が終了した時に再び前進することなく回転が２度続いた場合は、再びＢ３地点へ達したときにｗだけ前進する。
【００２９】
このことを図６を用いて説明する。
【００３０】
ステップ１において、本体１を前進させる。
【００３１】
ステップ２において、本体１の前方に障害物があればステップ３に進み、障害物がなければステップ１に戻る。
【００３２】
ステップ３において、本体１の移動方向を左方向へ９０°転換させる。
【００３３】
ステップ４において、左フラグおよび右フラグが共にセットされていればステップ１３に進み、そうでない場合はステップ５に進む。
【００３４】
ステップ５において、前進する距離ｗ２Ｌを以下に示す式より求める。
【００３５】
ｗ２Ｌ＝ｗ−ｗ１Ｒ                                      （式２）
ステップ６において、本体１の右側方に障害物があればステップ７に進み、障害物がなければステップ１０に進む。
【００３６】
ステップ７において、左フラグをクリアにする。
【００３７】
ステップ８において、本体１を前進させる。
【００３８】
ステップ９において、走行距離がｗ２Ｌに達していればステップ１６に進み、達していない場合はステップ６に戻る。
【００３９】
ステップ１０において、走行距離がゼロであればステップ１１に進み、ゼロでなければステップ１２に進む。
【００４０】
ステップ１１において、左フラグをセットし、ステップ１６に進む。
【００４１】
ステップ１２において、走行距離をｗ１Ｌとして取得し、ステップ１７に進む。
【００４２】
ステップ１３において、左フラグと右フラグを共にクリアにする。
【００４３】
ステップ１４において、本体１を前進させる。
【００４４】
ステップ１５において、走行距離がｗに達していればステップ１６に進み、達していない場合はステップ１４に戻る。
【００４５】
ステップ１６において、ｗ１Ｌをゼロとする。
【００４６】
ステップ１７において、本体１の移動方向を左方向へ９０°転換させる。
【００４７】
ステップ１８において、本体１を前進させる。
【００４８】
ステップ１９において、本体１の前方に障害物があればステップ２０に進み、障害物がなければステップ１８に戻る。
【００４９】
ステップ２０において、本体１の移動方向を右方向へ９０°転換させる。
【００５０】
ステップ２１において、左フラグおよび右フラグが共にセットされていればステップ３０に進み、そうでない場合はステップ２２に進む。
【００５１】
ステップ２２において、前進する距離ｗ２Ｒを以下に示す式より求める。
【００５２】
ｗ２Ｒ＝ｗ−ｗ１Ｌ                                      （式３）
ステップ２３において、本体１の左側方に障害物があればステップ２４に進み、障害物がなければステップ２７に進む。
【００５３】
ステップ２４において、右フラグをクリアにする。
【００５４】
ステップ２５において、本体１を前進させる。
【００５５】
ステップ２６において、走行距離がｗ２Ｒに達していればステップ３３に進み、達していない場合はステップ２３に戻る。
【００５６】
ステップ２７において、走行距離がゼロであればステップ２８に進み、ゼロでなければステップ２９に進む。
【００５７】
ステップ２８において、右フラグをセットし、ステップ３３に進む。
【００５８】
ステップ２９において、走行距離をｗ１Ｒとして取得し、ステップ３４に進む。
【００５９】
ステップ３０において、左フラグと右フラグを共にクリアにする。
【００６０】
ステップ３１において、本体１を前進させる。
【００６１】
ステップ３２において、走行距離がｗに達していればステップ３３に進み、達していない場合はステップ３１に戻る。
【００６２】
ステップ３３において、ｗ１Ｒをゼロとする。
【００６３】
ステップ３４において、本体１の移動方向を右方向へ９０°転換させて、ステップ１に戻る。
【００６４】
同様に、図５（ｃ）の場合には、Ｂ４地点で１度目の移動方向転換後、側面に障害物が存在しないことを記憶しておき、２度目の移動方向転換を実施する。そしてＣ４地点で１度目の移動方向を転換した後、再び側面に障害物が存在しないことを確認した場合には、ｗだけ前進する。
【００６５】
このことを図７を用いて説明する。
【００６６】
ステップ４１において、本体１を前進させる。
【００６７】
ステップ４２において、本体１の前方に障害物があればステップ４３に進み、障害物がなければステップ４１に戻る。
【００６８】
ステップ４３において、本体１の移動方向を左方向へ９０°転換させる。
【００６９】
ステップ４４において、前進する距離ｗ２Ｌを以下に示す式より求める。
【００７０】
ｗ２Ｌ＝ｗ−ｗ１Ｒ                                      （式４）
ステップ４５において、本体１の右側方に障害物があればステップ４６に進み、障害物がなければステップ４９に進む。
【００７１】
ステップ４６において、左フラグをクリアにする。
【００７２】
ステップ４７において、本体１を前進させる。
【００７３】
ステップ４８において、走行距離がｗ２Ｌに達していればステップ５６に進み、達していない場合はステップ４５に戻る。
【００７４】
ステップ４９において、走行距離がゼロでなければステップ５０に進み、ゼロであればステップ５１に進む。
【００７５】
ステップ５０において、走行距離をｗ１Ｌとして取得し、ステップ５７に進む。
【００７６】
ステップ５１において、右フラグがセットされていればステップ５２に進み、セットされていなければステップ５５に進む。
【００７７】
ステップ５２において、右フラグをクリアする。
【００７８】
ステップ５３において、本体１を前進させる。
【００７９】
ステップ５４において、走行距離がｗに達していればステップ５６に進み、達していない場合はステップ５３に戻る。
【００８０】
ステップ５５において、左フラグをセットしてステップ５６に進む。
【００８１】
ステップ５６において、ｗ１Ｌをゼロとする。
【００８２】
ステップ５７において、本体１の移動方向を左方向へ９０°転換させる。
【００８３】
ステップ５８において、本体１を前進させる。
【００８４】
ステップ５９において、本体１の前方に障害物があればステップ６０に進み、障害物がなければステップ５８に戻る。
【００８５】
ステップ６０において、本体１の移動方向を右方向へ９０°転換させる。
【００８６】
ステップ６１において、前進する距離ｗ２Ｒを以下に示す式より求める。
【００８７】
ｗ２Ｒ＝ｗ−ｗ１Ｌ                                      （式５）
ステップ６２において、本体１の左側方に障害物があればステップ６３に進み、障害物がなければステップ６６に進む。
【００８８】
ステップ６３において、右フラグをクリアにする。
【００８９】
ステップ６４において、本体１を前進させる。
【００９０】
ステップ６５において、走行距離がｗ２Ｒに達していればステップ７３に進み、達していない場合はステップ６２に戻る。
【００９１】
ステップ６６において、走行距離がゼロでなければステップ６７に進み、ゼロであればステップ６８に進む。
【００９２】
ステップ６７において、走行距離をｗ１Ｒとして取得し、ステップ７４に進む。
【００９３】
ステップ６８において、左フラグがセットされていればステップ６９に進み、セットされていなければステップ７２に進む。
【００９４】
ステップ６９において、左フラグをクリアする。
【００９５】
ステップ７０において、本体１を前進させる。
【００９６】
ステップ７１において、走行距離がｗに達していればステップ７３に進み、達していない場合はステップ７０に戻る。
【００９７】
ステップ７２において、右フラグをセットしてステップ７３に進む。
【００９８】
ステップ７３において、ｗ１Ｒをゼロとする。
【００９９】
ステップ７４において、本体１の移動方向を右方向へ９０°転換させて、ステップ４１に戻る。
【０１００】
以上のように、本実施例においては作業を行いながら作業終了領域と障害物領域とを記憶することによって未作業領域を検出することが可能となり、またその都度作業領域をマップ形式で記憶するために、いかなる作業領域においても容易に作業を実施することが可能となる。
【０１０１】
なお、本実施例では障害物検出手段を超音波センサで実現しているが、赤外線センサやマイクロスイッチなどのタッチセンサでも同様の効果を上げることが出来る。
【０１０２】
（実施例２）
メモリ１５に清掃領域の状態を記憶してあるため、現在位置の状態を把握することが可能となる。このとき、現在位置が既に清掃を終了していた場合作業を中断することが可能となり、消費電力を低くすることが可能となる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な構成で複雑な移動制御を行うことなく、効率よく作業領域を作業する移動作業ロボットが実現出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における移動作業ロボットの全体構造を示す斜視図
【図２】同実施例の移動制御の動作説明図
【図３】（ａ）同実施例のメモリに記憶されたマップの状態図
（ｂ）同実施例のメモリに記憶されたマップの他の状態図
（ｃ）同実施例のメモリに記憶されたマップの他の状態図
【図４】（ａ）同実施例の移動制御の他の動作説明図
（ｂ）同実施例のメモリに記憶されたマップの他の状態図
【図５】（ａ）同実施例の移動制御の他の動作説明図
（ｂ）同実施例の移動制御の他の動作説明図
（ｃ）同実施例の移動制御の他の動作説明図
【図６】同実施例の移動制御手段での処理内容を示すフローチャート
【図７】同実施例の移動制御手段での処理内容を示す他のフローチャート
【図８】（ａ）従来の移動作業ロボットにおいて予め作業領域を分類するのフローチャート
（ｂ）同移動作業ロボットにおいて予め分類された作業領域毎に走行経路を計画するフローチャート
【符号の説明】
１  本体
２、３  駆動モータ
４、５  減速機
６、７  走行輪
８  移動制御手段
９、１０、１１、１２  障害物検知手段
１６  清掃ノズル
１８  ファンモータ
【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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