(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
領域内における本体の位置を決定する光検出装置であって、
−本体に取り付けられかつ本体が位置する環境から光を受光することができる少なくとも２個の光検出器であって、ほぼ垂直な軸のまわりに角度方向で間隔をあけて位置する検出点のそれぞれに配置した光検出器と、
−各検出点で受けた前記光検出器の検出信号に基づいて、少なくとも２つの異なる種類の光のレベルを表す情報を供給する情報供給手段と、
−光検出装置によって検出された光が光検出装置によって以前に検出された光と同じかあるいは実質的に同じであるときを特定するために、光検出装置から受けた情報と以前に光検出装置から受けかつメモリに格納された情報とを比較する情報比較手段と、を備えた光検出装置。
【請求項２】
光の種類が自然光、白熱光、及び／又は、蛍光である請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
情報供給手段が光検出器からの信号をフィルターにかけて、異なる種類の光の情報を取り出す請求項１に記載の光検出装置。
【請求項４】
情報供給手段が、光検出器からの信号を所定の時間にわたってデジタル化し、デジタル化した信号をモニターして信号の最大値及び最小値を取り出し、これらの値を用いてｄｃ及び時間変動する種類の光を示す情報を取り出す請求項１に記載の光検出装置。
【請求項５】
光の種類が光の色である請求項１に記載の光検出装置。
【請求項６】
色が赤、青及び緑、又は、マゼンタ、黄及びシアンのいずれかである請求項５に記載の光検出装置。
【請求項７】
可視光が複数の色に分けられ、各色が独立した検出器によって検出される請求項５又は請求項６のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項８】
可視光及び赤外光に対する独立した検出器を備えた請求項１に記載の光検出装置。
【請求項９】
光を受光する点が垂直軸のまわりに等角度の間隔で位置している請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
光検出器が全て共通の面に支持されている請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１１】
光検出器が水平から上方へ拡がる垂直面において入射ビーム角全体にわたって光を受光する請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１２】
各光検出器が、３６０°を備えた光検出器の数で割ることによって計算された垂直軸に対して垂直な第１の面において、入射ビーム角全体にわたって、あるいは実質的に入射ビーム角全体にわたって光を受光する請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１３】
シールド部材が隣接した光検出器間に配置されている請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１４】
光検出器がＣＣＤアレイから成る請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１５】
光検出器が本体に取り付けられたハウジング内に支持されている請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１６】
車両を所定の領域の回りで動かすための電力駆動手段と、車両の位置を特定するためのナビゲーションシステムとを備えた自律的車両であって、ナビゲーションシステムは、車両が前記領域において同じ位置に戻ったときを決定することを可能とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の光検出装置を含む自律的車両。
【請求項１７】
光検出装置の垂直軸が車両の中心に位置する請求項１６に記載の自律的車両。
【請求項１８】
光検出装置が本体の最上部に支持されている請求項１６又は請求項１７のいずれかに記載の自律的車両。
【請求項１９】
ロボット型クリーニング装置式である請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載の自律的車両。
【請求項２０】
ロボット型真空クリーナー式である請求項１９に記載の自律的車両。
【請求項２１】
所定の領域内の本体の位置を決定する方法であって、
−本体に取り付けられ、本体が位置する環境から光を受けることができる少なくとも２個の光検出器であって、ほぼ垂直な軸のまわりに角度方向で間隔をあけて位置する検出点のそれぞれに配置した光検出器を用いる段階と、
−各検出点で受けた前記光検出器の検出信号に基づいて、少なくとも２つの異なる種類の光のレベルを表す情報を取り出す段階と、
−光検出装置で検出された光が以前に光検出装置で検出された光と同じかあるいは実質的に同じであるときを特定するために、光検出装置から受けた情報と以前に光検出装置から受けかつメモリに格納された情報とを比較する段階と、を備えた本体の位置を判断する方法。
【請求項２２】
車両を床の所定の領域で動かすための電力駆動手段と、車両の位置を特定しかつクリーニング装置の移動を制御するナビゲーションシステムとを備えた自律的床クリーニング装置であって、
前記ナビゲーションシステムが光検出装置を備え、
該光検出装置が、
−クリーニング装置に取り付けられかつ本体が位置する環境から光を受光することができる少なくとも２個の光検出器であって、ほぼ垂直な軸のまわりに角度方向において間隔をあけて位置する検出点のそれぞれに配置した光検出器と、
−各検出点で検出された前記光検出器の検出信号に基づいて、少なくとも２つの異なる種類の光のレベルを表す情報を供給する情報供給手段と、
−光検出装置によって検出された光が光検出装置によって以前に検出された光と同じかあるいは実質的に同じであるときであって、クリーニング装置が前記領域における同じ位置に戻ったことを示すときを特定するために、光検出装置から受けた情報と以前に光検出装置から受けかつメモリに格納された情報とを比較する情報比較手段と、を備えた自律的床クリーニング装置。
【請求項２３】
ナビゲーションシステムは、クリーニング装置が渦巻きパターンで床の領域をカバーするように構成され、かつ、クリーニング装置が領域の同じ位置に戻ったという光検出装置からの指示によってクリーニング装置が内側又は外側に動かされ床領域の別の周回を始める請求項２２に記載の自律的床クリーニング装置。
【請求項２４】
光検出装置の垂直軸が車両の中心に位置する請求項２２又は請求項２３のいずれかに記載の自律的床クリーニング装置。
【請求項２５】
光検出装置が本体の最上部上に支持されている請求項２２から請求項２４のいずれか一項に記載の自律的床クリーニング装置。
【請求項２６】
情報供給手段が各検出点において受光した少なくとも２つの異なる種類の光を示す情報を供給する請求項２２から請求項２５のいずれか一項に記載の自律的床クリーニング装置。
【請求項２７】
ロボット型真空クリーナー式である請求項２２から請求項２６のいずれか一項に記載の自律的床クリーニング装置。
【請求項２８】
床領域を掃除する自律的床クリーニング装置の作動方法であって、該クリーニング装置が車両を床の所定の領域の回りで動かすための電力駆動手段と、車両の位置を特定しかつクリーニング装置の移動を制御するナビゲーションシステムとを備えており、該ナビゲーションシステムが光検出装置を備えている作動方法において、
−本体に取り付けられ、本体が位置する環境から光を受けることができる少なくとも２個の光検出器であって、ほぼ垂直な軸のまわりに角度方向で間隔をあけて位置する検出点のそれぞれに配置した光検出器を用いる段階と、
−各検出点で検出された前記光検出器の検出信号に基づいて、少なくとも２つの異なる種類の光のレベルを表す情報を取り出す段階と、
−光検出装置によって検出された光が光検出装置によって以前に検出された光と同じかあるいは実質的に同じであるときであって、クリーニング装置が前記領域における同じ位置に戻ったことを示すときを特定するために、光検出装置から受けた情報と以前に光検出装置から受けかつメモリに格納された情報とを比較する段階と、を備えた自律的床クリーニング装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ある領域内における本体の位置を決定する光検出装置、及び、そのような光検出装置を備えた自律的車両、通常ロボットクリーニング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
１９９８年に出版された“RAM-based Neural Networks（ISBN 981-02-3253-5）”の１６６頁から１７３頁に掲載された“A Compound Eye for a Simple Robotic Insect”なるタイトルの文献には、切頭二十面体の頂上ファセット上に装備された光依存抵抗を有し、かつ、部屋における虫の位置を評価する弁別装置ネットワークを用いた装置について記載されている。
【０００３】
本発明は、自律的車両での使用に適した改良型の光検出装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様では、域内における本体の位置を決定する光検出装置であって、本体に取り付けられかつ本体が位置する環境から光を受光することができる少なくとも２個の光検出器であって、ほぼ垂直な軸に対しての角度回りにおいて間隔をあけて位置する検出点のそれぞれに配置した光検出器と、各検出点で受けた少なくとも２つの異なる種類の光のレベルを表す情報を供給する情報供給手段と、光検出装置によって検出された光が光検出装置によって以前に検出された光と同じかあるいは実質的に同じであるときを特定するために、光検出装置から受けた情報と以前に光検出装置から受けかつメモリに格納された情報とを比較する情報比較手段と、を備えた光検出装置を提供する。
【０００５】
本発明の別な態様では、車両を所定の領域の回りで動かすための電力駆動手段と、車両の位置を特定するためのナビゲーションシステムとを備えた自律的車両であって、ナビゲーションシステムは、車両が前記領域において同じ位置に戻ったときを決定することを可能とする上記のような光検出装置を含む自律的車両を提供する。
【０００６】
各検出点で受光された少なくとも２つの異なる種類の光を表す情報を取り出すことによって、装置がある領域におけるある点で得られた１群の光測定をその領域の他の点で得られたものと区別することがより適切に行われる。例えば、特定の方向の全体の光レベルは同程度であるかもしれないが、同程度のレベルにしたときの異なる種類の光の相対量はかなり異なるかもしれない。光の種類は自然光、及び白熱光、蛍光のような人工光であってもよい。異なる種類の光の情報は、各光検出器で受光された信号をフィルターにかけることによって、あるいは、処理することによって導き出され、一定光（自然光）及び時間変動（人工）光のレベルについての情報を取り出すことができる。装置は、通常自然光と人工光との混合であって各光源が部屋の異なる位置に配置された屋内環境において特に有効である。
【０００７】
光検出器はフォトトランジスタあるいはフォトダイオードであってもよい。あるいは、ＣＣＤアレイであってもよい。
【０００８】
光を受光する点が垂直軸に対して等角度に配置されていることが好ましい。これによって、装置は回転対称となる。
【０００９】
光検出器は全てある水平面に支持されていることが好ましい。
【００１０】
光検出器は少なくとも４個であることが好ましく、８個であるとさらに好ましい。
【００１１】
光検出器は自律的車両に取付られたハウジング内に支持されていてもよい。
【００１２】
自律的車両はロボット型真空クリーナーのようなロボット型床クリーニング装置であってもよい。
【００１３】
光検出装置は、水平から上方へ拡がる垂直面において入射ビーム角全体にわたって光を受光することができるように支持された光検出器を備えて、本体の最上部に支持されていることが好ましい。
【００１４】
ユーザーが床に沿ってクリーニング装置を押しあるいは引く必要なく、床面を掃除することができるロボット型あるいは自律的真空クリーニング装置について多くの提案がある。これらは通常、ランダムなあるいは往復したパターンで床面を全体をカバーすることによって運転される。これらのクリーニング装置には、該クリーニング装置が自己の位置を決定し床面一体をナビゲートすることができるように床に装備されたナビゲーション標識（ビーコン）を必要とするものもある。しかしながら、これらはユーザーがクリーニング装置を使用したい各部屋に装備することを必要とするので望ましくはない。
【００１５】
従って、本発明の他の態様は、車両を床の所定の領域で動かすための電力駆動手段と、車両の位置を特定しかつクリーニング装置の移動を制御するナビゲーションシステムとを備えた自律的床クリーニング装置であって、前記ナビゲーションシステムが光検出装置を備え、該光検出装置が、クリーニング装置に取り付けられかつ本体が位置する環境から光を受光することができる少なくとも２個の光検出器であって、ほぼ垂直な軸に対して角度方向において間隔をあけて位置する検出点のそれぞれに配置した光検出器と、各検出点で検出された光のレベルを表す情報を供給する情報供給手段と、光検出装置によって検出された光が光検出装置によって以前に検出された光と同じかあるいは実質的に同じであるときであって、クリーニング装置が前記領域における同じ位置に戻ったことを示すときを特定するために、光検出装置から受けた情報と以前に光検出装置から受けかつメモリに格納された情報とを比較する情報比較手段と、を備えた自律的床クリーニング装置を提供する。
【００１６】
光検出装置の使用によって、ナビゲーション標識を必要としなくなる。光検出装置は、クリーニング装置が床面を渦巻き状にカバーする場合に特に有効である。床の領域の各周回の後に、クリーニング装置はその領域の実質的に同じ位置に戻り、次いで、クリーニング装置は１ステップの距離だけ（渦巻きが内側巻きの場合）内側にあるいは（渦巻きが外側巻きの場合）外側にずれる。このステップ距離は、例えば、クリーニング装置の１個分の幅あるいは実質的に１個分の幅に固定してもよいし、ユーザーが選択可能にしてもよい。
【００１７】
本発明の一態様では、自律的車両が上記のように作動することができるように、ナビゲーションシステムとナビゲーションシステムにおいて制御プロセッサを作動するためのソフトウェアとを備える。本発明の他の態様では、光検出装置を用いて領域内の本体の位置を決定する方法及び光検出装置から受けた情報を用いてクリーニング装置の作動を制御する方法を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照して、本発明を例示によってさらに詳細に記載する。
【００１９】
まず、図１Ａを参照すると、図示した光検出装置は、中心軸８に対して等角度間隔でプラスチックハウジング１１に取り付けられた８個の光検出器１０，通常光トランジスタあるいは光ダイオードを備えている。プラスチックハウジング１１は、例えば、自律的車両あるいは位置決定を行う他の装置の本体に取付けることができる。光検出器１０は、光検出装置の回りの８個の異なる方位点で受ける光を測定するために、共通の面、通常使用中に水平となる面に配置されている。光検出器１０は中心軸８から外側方向に向いている。隣接する光検出器１０の間には分離部材５が配置されているのが好ましい。分離部材５は各光検出器１０の視界を制限する機能を有する。分離部材５が光検出器の視界を形作るので、図１Ａで示したように、光検出器１０をハウジング１１の周縁から径方向内側に備えることが好ましい。
【００２０】
各光検出器１０は、中心軸８に対して垂直な第１の使用中水平面において、実質的に４５°、現実的には４０°から５０°の間の入射ビーム角ｉで光を受光するあるいは実質的にその角度で光を受光することが好ましい。各光検出器１０は、中心軸８及び各光検出器１０を通る第２の垂直面における少なくとも５°及び通常２５°の半コーン角の光も受光する。各光検出器１０が前記第２の面で光を受光する入射ビーム角は、通常、水平から上方へ拡がる。光検出器は、光検出装置を支持している車両を囲繞する環境からの光を受光する。
【００２１】
３個の光検出器１０’を備えた別の態様を図１Ｂに示す。光検出器１０’は非等角度で配置されているが、中心軸８の回りに配置されている。光検出器は約１２０°の入射角の光を受光することができるため、ハウジング１１に達する光の大部分は少なくとも一つの光検出器１０’に検出される。
【００２２】
別の態様を図１Ｃに示す。この配置では、光検出器は、導光体１０ａを介して受光した光を光が検出される光検出器１０ｂの中央アレイに導く多くの（この場合６個）受光器１０’’を備えた電荷結合素子（ＣＣＤ）を形成する。これは、光検出器１０，１０’のいずれかに入射した光を同じ場所で受光し検出する上述の構成とは対照的である。
【００２３】
図１Ｄは光検出装置の組立分解図である。プリント基板３１は光検出器１０のアレイを支持する。リード３０は基板３１からの信号を伝達する。光検出器１０は挿入体３２と外側リング３３との間の適所に固定される。外側リング３３のリブ３４は隣接する光検出器１０の間にはまる。リブ３４は図１Ａにおいて分離部材５の機能を有し、光検出器の視野角の規定を補助するものであり、それによって各光検出器はそれずれだけが見える光を示す測定が可能となる。半球透明プラスチック部３５は外側リング及び光検出器にはまり、光検出器をシールドする。この構成では、光検出器は３６０°全視野から光を受光することができる。装置は小型ででこぼこした形状であり、自律的車両上に容易に装備することができる。特に、自律的車両の上面に位置決めするのに適している。
【００２４】
図１Ｅは光検出装置の側面図である。光検出器１０は水平に対してある一定の角度で支持され、光検出器の視界は垂直面において水平から上方へ拡がっている。光検出器１０は外側リング３３及び挿入体３２（図示せず）によってこの位置に固定されている。
【００２５】
本体が測定時に位置した特別な位置について区別される一群の信号を導くことは重要である。これは、異なる種類の光（自然光、白熱光、蛍光）又は各位置で検出される光の色を示す信号を導くことによって、実施することができる。これを実施する一方法は、各検出位置に一群の独立した光検出器であって、各々異なる種類の光に応答する光検出器を備えることである。
【００２６】
さらに好適な構成は、各検出位置において全範囲の予想される種類の光に応答する１個の光検出器を備えることである。次いで、各光検出器によって出力された信号が処理される。処理の一形態は各検出器からの信号を処理することである。各光検出器１０，１０’、１０’’からの信号は図２に示したようにフィルターネットワークに送られる。フィルターネットワークは、通常約１０Ｈｚで作動する低域フィルター１２と通常約７０Ｈｚで作動する帯域フィルター１２とを備えている。低域フィルター１２は検出された周囲光あるいは自然光を示す信号を通過させ、帯域フィルター１３は人工光、例えば、検出された白熱光及び蛍光を示す信号を通過させる。しかしながら、通常約５０Ｈｚ及び１００Ｈｚで作動する２つの帯域フィルターはそれぞれ、検出された白熱光及び蛍光を示す信号を通過されるだろう。フィルター１２及び１３の出力はアナログ−デジタル変換器１４及び１５に送り、デジタル値を格納する。
【００２７】
他の形式の処理としては、信号をデジタル形式に変換し、そのデジタル信号を異なる種類の光を示す値を導く時間間隔の間デジタル信号をモニターすることである。光検出器１０から戻された信号を図３に示す。受けた信号は２つの成分を有する。日光のような自然光に起因した一定量あるいはｄ.ｃ.量４７と白熱光及び蛍光のような人工光源に起因した時間変動量とがある。白熱光は、主電源の周波数によって明るさが変動する。もちろん、自然光も周波数を有するが、光の変動振幅は光検出器が受光した光を平均値スムージングしてしまうので検出されない。１０ミリ秒間モニタリングすることが効果的であることがわかった。図４はこの方法を実施する装置を示している。各光検出器１０からの出力は時間多重式の処理回路２２に送られる。マルチプレクサー１８は光検出器１０からの出力をアナログ−デジタル変換器２０及び処理回路２２に結合する。処理回路２２はモニターされている時間の間受けた信号の最小値（図３の４５）及び最大値（図４の４６）を探す。その最大値及び最小値から、処理回路は光の時間変動部分のピークピーク範囲を導くことができ、これが最大値と最小値との差である。光のｄ.ｃ.値は最小値４５と等価である。処理は、ＦＰＧＡ式あるいはＡＳＩＣ式のデジタル論理回路によって、又はマイクロプロセッサ上ではしるソフトウェアによって実施することができる。マルチプレクサ１８は、光検出器１０の各々からの信号を連続して受けるように作動する。
【００２８】
上述の光検出装置はそれぞれ、８個の光検出器１０、３個の光検出器１０’、６個の光検出器１０’’を持っている。しかしながら、（実質的に軸８に対して等角度に配置された）２個の光検出器だけ、あるいは、８個以上の光検出器を備えることも可能である。しかしながら、光検出器の数は偶数であることが好ましく、回転対称の本体あるいはハウジングを提供するために、中心垂直軸について等角度で配置することが好ましい。光検出器の数が増加するほど、回転対称の好ましさが減少することが望ましい。各光検出器は、おおよそ３６０°を備えた光検出器の数で割って計算された使用中水平面で入射ビーム角全体にわたる光を受光することが好ましい。この好適な特徴の好ましさは、光検出器の数が増加するほど低減される。
【００２９】
光検出器１０、１０’、１０’’は可視光及び赤外光を検出する。しかしながら、他の位置で得られた信号及び格納された読み（readings）から容易に区別される信号及び格納された読みを提供するために、可視光及び赤外光に対して、好ましくは各光検出器位置に独立の光検出器を備えたものも考えられる。独立の光検出器による受光のために、適当なファイバを用いて、入射可視光が区別可能な多くの色に分離することも考えられる。これは、ファイバが入射可視光が赤、青、緑へ分離され、それによって、各原色の独立した読みができるならば特に効果的である。同様に、補色のマゼンタ、黄及びシアンが使用してもよいし、区別された信号が検出され格納され得るならば他のセットの色（数は必ずしも３つでなくてもよい）でもよい。これが、一信号あるいは格納された読みを他からの区別に付加され、装置の能力によって、２つの区別された位置で得られた読みを正確に区別するのを補助する。
【００３０】
図５Ａ及び図５Ｂは光検出装置によって実施された変換プロセスを図示している。光検出器１０が受光した光は固定光度の一定光源からの距離に指数的に変化する。光源に近づくと、光検出器の位置の少しの変化が光測定の大きな変化の原因となる。しかしながら、光検出器が光源から遠いときは、光検出器の位置の少しの変化は光測定の少しの変化にしかならない。光検出器測定と他の測定との比較が広く光源からの距離に従って広範囲にわたって変化するので、その指数的関係は線形比較を困難にする。図５Ａは実際の光の強度が光源（水平軸）からの距離と共に光強度（垂直軸）に変化することを示している。処理プロセス２２は、光検出器１０で戻された実際の光強度測定を光源からの距離に対してさらに線形に新しい値に変換する。これは対数型の変換である。この変換は、処理回路２２に格納された索引テーブル（図５Ｂ）を用いることによって実施可能である。光検出器が光源から等しいステップで動くので、索引テーブルは光検出器から戻された光の値の範囲を調査することによって編集することができる。容易に行うために、光検出器によって戻された実際の光測定は図５Ｂで示したように、０から１００の範囲の値に変換される。
【００３１】
図６は、測定値を格納するために、図４の光検出装置によって実施される段階（ステップ）を示している。第１に、ステップ２７０では、装置は光検出器アレイの光検出器１０から波形を受ける。上述したように、測定を抽出し（ステップ２７２）、測定を格納する前に索引テーブルを用いてｄｃ測定を変換する。これが各光検出器で繰り返される（ステップ２７８）。
【００３２】
それらの測定が行われた位置が同じかどうかを決定するために、２セットの光測定を一致させる方法をこれから記載する。図７は光コンパス１７によって戻された戻された２セットの読みを示している。セット７５０はクリーニング装置の第１の位置に対する読み、セット７５２はクリーニング装置の第２の位置に対する読みを示している。数は、クリーニング装置の回りの８つの方向の各々において、光検出器によって戻された変換された測定に一致する。図８は、２つのセットの光コンパス測定を比較する方法における段階を示している。差は各方向に対する光検出器測定の間で計算される。図７の７５４にこの差を示している。２セットの読み（図７の例では、５＋１０＋０＋０＋０＋５＋０＋０＝２０）の間のトータルの差が導出され、次いで、光検出器の数（図７では８個の光検出器）によって除算されエラー距離（error metric）が導出される。光検出器は個々に、この方式で、受光した光のｄｃ成分（自然光）とａｃ成分（人工光）とを扱うことができる。しかしながら、索引テーブルを用いてａｃ光の測定を変換しないことが好ましい。というのは、測定はｄｃ測定より小さい傾向があり変換が不当にそれらを歪めるからである。この比較過程の結果は２つの位置で得られる２セットの読みの類似性を示すエラー距離である。エラー距離は、２セットの測定の可能な各方法（全部で８個）に対して導かれる。異なる方向で２セットの測定を比較する理由は、車両が同じ位置にいる間、２つのセットの測定が得られるが、車両は同じ方向を指さないからである。異なる方向で測定を比較することによって、これらの条件の下で適当な一致見つけることができる。
【００３３】
結果的なエラー距離のセットは様々な基準に従って重みをかけられ、最終的に、２セットの測定の特別な方向が一致を表すのに十分よいかどうかを決定するスレショルドと比較することができる。
【００３４】
上述したように、光検出装置の特別な応用の一つに、光検出装置によって検出された光がその装置によって前に検出された光と同じであるときあるいは実質的に同じであるときを特定することによって、ある部屋において、自律的車両、通常、ロボット型真空クリーナーのようなロボット型のクリーニング装置を位置決めするための補助がある。障害物回避センサから受けた情報に関連して、光検出装置から受けた情報は部屋内で自律的車両をナビゲートするために利用できる。
【００３５】
図９は、主要本体あるいは支持シャーシ１０２と、２つの運転車輪１０４と、ブラシ棒ハウジング１２２と、２つの充電式バッテリ１６１及び１６２と、欧州特許第００４２７２３号公開公報にさらに詳細に記載されたタイプのデュアルサイクロン分離器型のダスト分離装置と、ユーザーインターフェイス１４４と、さらに詳細に記載される様々なセンサ２０２，２０４，２０６，２０８，２１０、２２０，２３０，２４０，２５０とを備えたロボット型真空クリーナー１００型のロボット型あるいは自律的、床クリーニング装置を示している。クリーニング装置１００の上面には光検出装置あるいは光コンパス１７が装備されている。この位置では、光検出装置１７はクリーニング装置の回りに妨げられない視野がある。光検出装置内の検出器は図１Ｅに図示したように配置され、垂直面において水平から情報へ拡がる視野を有し、そのため、光検出器はクリーニング装置の一部によって邪魔されることはない。
【００３６】
図１０は、図９のクリーニング装置に対する制御回路を示している。回路は２つの充電式バッテリ１６１，１６２と、バッテリ−モータ管理システム４１と、吸込ファン駆動モータ５０と、真空クリーナーの左右の車輪１０４を駆動する牽引モータ４３と、真空クリーナーのブラシ棒駆動モータ２８とを備えており、また、マイクロプロセッサとフィールドプログラム可能ゲートアレイとを含んでいる。ユーザーインターフェースボード２９は、ユーザーがクリーニング装置を制御することができる複数のユーザースイッチ７５と、クリーニング装置がユーザーに指示することができる複数の指示ランプ７６とを備えている。クリーニング装置の上面は邪魔されない環境の視界を有する光検出器を備えているので、ユーザーインターフェースボードは光検出器１７にも結合する。通信バス７０は処理回路２３をバッテリ−モータ管理システム４１とユーザーインターフェースボード２９とに結合させる。光検出装置１７内の光検出器１０の各々からの測定は、バス７０に沿って上述の全ての処理が行われる処理回路２３に運ばれる。一連の光測定はメモリ９７に格納され、索引テーブル（図５Ｂ）が非揮発性メモリ９６に格納される。光検出器によって行われた光測定の処理を実施するため、測定を比較するため、及び、クリーニング装置のナビゲーションするための制御ソフトウェアは処理回路２３によって実行するためにメモリ９６に格納される。
【００３７】
ロボット型真空クリーナーは、複数の赤外線発信器２１０ａ、２２０、２２６，２３０ａ及び赤外線受信器２２５と、複数の超音波発信器２０２ａ、２０４ａ、２０６ａ、２０８ａ及び超音波受信器２０２ｂ、２０４ｂ、２０６ｂ、２０８ｂと、例えば、部屋の入口あるいは階段の端に配置した携帯用入口位置指示装置の存在を検出する入口検出器（図１０の符号９５）と、動物や火のようなクリーニング装置近傍の熱源の検出のための焦電検出器あるいはパッシブ赤外線（ＰＩＲ）検出器２４０ａ，２４０ｂとを備えている。４個のメイン超音波受信器２０２ｂ、２０４ｂ、２０６ｂ、２０８ｂはロボット型真空クリーナーの前側、後側及び両側に面している。これらの受信器が受ける信号は、部屋の特徴部から又は部屋の物体からの距離を表す情報を提供するだけでなく、感知したサイズ、形状及び物体材料の種類に従って受ける信号の振幅及び幅を提供する。
【００３８】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、光検出器がそのセンサから受ける情報を示している。これらの図は、テーブル４００及びソファ４０２の障害物を含む部屋のクリーニング装置１００を示している。クリーニング装置は、光コンパス１７を用いて８個の異なる方向（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）から受ける光を測定する。この測定の組合せは通常、所定の部屋内、ロボット型装置の数倍の幅の領域内に特有なものであることがわかった。図１１における部屋は、窓７０２からの自然光及び人工光源７００からの光を組合せて照明されている。光源からの光は、クリーニング装置上の光コンパス１７に達する前に物体４００，４０２及び部屋の壁で反射される。光コンパス１７に加えて、クリーニング装置は、クリーニング装置の前後左右にに位置するように図示された一群の超音波センサ２０２，２０４，２０６、２０８も有する。図１１Ｂは、超音波センサが行う測定を示している。各超音波センサは、物体のクリーニング装置からの距離を示す信号ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３、ＵＳ４を提供する。光コンパスデータＬ１からＬ８及び超音波センサデータＵＳ１からＵＳ４の組合せによって、クリーニング装置が部屋内の位置を唯一つに特定することができる。
【００３９】
図１２及び図１３は、部屋を掃除するロボット型真空クリーナーを作動する一方法を示している。この方法では、クリーナーを通常の渦巻き状に部屋内を動かす。通常、クリーナーは壁に沿ってあるいは部屋内に自由に配置する（図１２の位置Ｗ）。最初に、クリーナーは部屋の特徴を把握する（図１３のステップ３００）。これは部屋の壁、又は部屋内の主要な物体あるいは特徴であるのが好ましい。一度、部屋の特徴がわかると、次いでクリーニング装置が部屋の端に沿って前進する。装置の左側を壁（あるいは他の障害物）に近づけたまま、装置ができるだけ部屋の周縁近くに沿っているので、この時間を“周縁走査”と呼ぶ。これは図１２の点Ａから点Ｈで示している。装置の左側を壁（あるいは他の障害物）に近づけたままであるので、この側がクリーナーヘッド１２２が突出している側だからである。クリーナー上の様々なセンサは部屋の障害物や他の特徴部、例えば、部屋の角や暖炉を検知し、処理回路２３は、部屋の特徴部に近づいたときに、そのような障害物を避け方向を変えるように、ロボット型真空クリーナーをナビゲートする。部屋の特徴部に近づくことによって生ずる方向のそれぞれの変化の際に、処理回路２３は光検出器１７及び４個のメイン超音波受信器２０２ｂ、２０４ｂ、２０６ｂ、２０８ｂからの情報をメモリ９７に格納する。これは図１１Ａ及び図１１Ｂで示した情報である。これらの点を“ウェイポイント”と呼ぶ（図１２のＢ、Ｃ、Ｄ）。記載した実施形態は光検出器１７及び超音波センサからの読みを用いるが、他のセンサからの読みを用いることもできる。処理回路は、クリーナーがそれぞれの方向の変更において変わる方向についての情報を格納することができる。ウェイポイントに達する度に、クリーナーが光検出器１７及び４個の超音波受信器２０２ｂ、２０４ｂ、２０６ｂ、２０８ｂから受けた情報をモニタし、これを以前にメモリ９７に格納したウェイポイント情報と比較する（ステップ３０４）。光検出器１７及び４個の超音波受信器２０２ｂ、２０４ｂ、２０６ｂ、２０８ｂから受けた情報が以前に格納した情報と同じあるいは実質的に同じである点にロボット型真空クリーナーが達したとき（位置Ｉは図１２の位置Ｂと同じである）、処理回路２３は、ロボット型真空クリーナーが部屋の中を一横断しあるいは一周回したことを判断し、ロボット型真空クリーナーが実質的に一個のクリーナー幅だけ内側にステップするようにプログラムされている。クリーニング装置は、第２の回路の端部で一致する使用に対しては、新しいウェイポイントＩ’をとり、右に９０°回転し、第２の周回を始める。処理回路２３はウェイポイント情報の格納を続け、光検出器１７及び４個の超音波受信器２０２ｂ、２０４ｂ、２０６ｂ、２０８ｂから受けた情報と以前に格納したウェイポイント情報とを比較する（ステップ３０８）。Ｔでは、クリーニング装置は位置Ｔ’での２つの光測定のセットを位置Ｉ’でのものと一致させ、さらに内側に移動する。クリーナーは一般的な内側渦巻き状に部屋内を移動する。
【００４０】
ロボット型真空クリーナーが最初に部屋の中央部に位置するとき、壁あるいは障害物を見つけるまで進む。ロボット型クリーナーが壁を見つけたならば、上記の経路に従う。クリーナーが部屋の中央に特徴部（例えば、中央暖炉）あるいは障害物を見つければ、クリーナーは、その特徴部あるいは障害物の回りに周回を完了し、次いで通常外側渦巻き経路に従う。
【００４１】
上述の実施形態は例示として挙げたものであり、クレームで規定した本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形例が可能であることが当業者には明らかであろう。例えば、光検出装置の回りの少なくとも８個のコンパス点から受けた光を検知することは好ましいので、例えば、中心軸の回りに等角度で配置した４個づつの光検出器の独立した２つのアレイを用い、一方のアレイを他方のアレイに対して角度方向でずらすことも可能である。同様に、適当な数の検出器の積層アレイによって異なる数の光検出器を備えることができる。本発明の範囲内に収まる別な変形においては、第１のアレイが水平に対して第１の角度ａ（例えば、５０°）まで入射光を受けかつ第２のアレイが第１の角度と水平に対して第２の角度ｂ（おそらく８０°）との間の入射光を受けるように、光検出器のアレイを備えることもできる。このタイプの構成は図１４に図示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】   （Ａ）本発明の第１の態様による光検出装置の実施形態を示す概略図である。（Ｂ）本発明の第１の態様による光検出装置の他の実施形態を示す概略図である。（Ｃ）本発明の第１の態様による光検出装置の他の実施形態を示す概略図である。（Ｄ）光検出装置の組立分解図である。（Ｅ）光検出装置の側面図である。
【図２】   図１の光検出装置の各光検出器につながるフィルターネットワークの回路図である。
【図３】   図１における光検出器の一つが戻された信号の例を示す図である。
【図４】   図１の光検出器から受けた信号の処理のための他の装置を示す図である。
【図５】   （Ａ）光検出器からの測定光がどのように変換されるかを示す図である。（Ｂ）光検出器からの測定光がどのように変換されるかを示す図である。
【図６】   光測定を格納する方法を示した図である。
【図７】   ２セットの光測定を比較する方法を示した図である。
【図８】   光測定を比較する方法を示した図である。
【図９】   光検出装置を組み込んだロボット型真空クリーナーの斜視図である。
【図１０】   図３で示したロボット型真空クリーナーに対する電力管理システム及びとナビゲーションシステムの回路図である。
【図１１】   （Ａ）通常の部屋におけるクリーニング装置とクリーニング装置のセンサによって行われる測定を示す図である。（Ｂ）通常の部屋におけるクリーニング装置とクリーニング装置のセンサによって行われる測定を示す図である。
【図１２】   クリーニング装置が部屋の中をナビゲートすることができる経路を示す図である。
【図１３】   図１２で示した方法で部屋内のナビゲートするようにクリーニング装置を制御する方法の流れ図である。
【図１４】   本発明による光検出装置の第４の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
８  中心軸
１０、１０’、１０’’  光検出器
１００  クリーニング装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0004819221.tif 000003
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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