(57)【要約】【課題】走行経路にガイド手段や位置指標を設けたり、本体にＣＣＤカメラを設ける必要があるため、設置ができない家庭内では走行位置の認識ずれの補正ができず目標どおり走行できなかったり、構成が複雑で補正処理時間がかかるという課題を有していた。【解決手段】走行手段１０１と、制御手段１０２と、走行方向検知手段１０３と、走行距離検知手段１０４と、走行中の位置認識手段１０５と、計時手段１０６と、認識位置の誤差を推定する誤差推定手段１０７とを備え、誤差推定手段１０７は、所定方向を等速走行中に、所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差から、または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差から、その方向の認識位置の誤差を推定することで、ガイド手段や位置指標を備えなくとも、簡単な構成で走行位置の認識ずれの補正を短時間で行いながら部屋の隅々まで走行を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行手段と、前記走行手段を制御するための制御手段と、走行方向を検知するための走行方向検知手段と、走行した距離を検知するための走行距離検知手段と、前記走行方向検知手段で検知した走行方向と前記走行距離検知手段で検知した走行距離から走行中の位置を認識する位置認識手段と、計時手段と、前記位置認識手段の認識位置の誤差を推定する誤差推定手段とを備え、前記誤差推定手段は、所定方向を等速走行中に、所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差から、または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差から、その方向の認識位置の誤差を推定する自走式機器。
【請求項２】
制御手段は、誤差推定手段が算出する所定方向を等速走行中に所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差の累計または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差の累計が所定値以上の時に、その方向の認識位置を無効とする請求項１記載の自走式機器。
【請求項３】
制御手段は、誤差推定手段が算出する１回あたりの所定方向を等速走行中に所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差が所定値以上の時に、その方向の認識位置を無効とする請求項１または２記載の記載の自走式機器。
【請求項４】
制御手段は、誤差推定手段によりその方向の認識位置を無効とされない時には所定方向を等速走行中に所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差に応じた認識位置の補正を行う請求項１〜３のいずれか１項記載の自走式機器。
【請求項５】
制御手段は、誤差推定手段の推定により認識位置が無効となった方向については、走行方向検知手段で検知される方向情報に基づいて走行を制御する請求項２〜４のいずれか１項記載の記載の自走式機器。
【請求項６】
報知手段を備え、誤差推定手段の推定により認識位置が無効となった場合には報知を行う請求項２〜５のいずれか１項記載の自走式機器。
【請求項７】
基準値設定手段を備え、誤差推定手段は、所定方向を等速走行中に所定時間内に走行した距離と前記基準値設定手段で設定された距離値の差から、または所定距離を走行するのに要した時間と前記基準値設定手段で設定された時間値との差から、その方向の認識位置の誤差を推定する請求項１〜６のいずれか１項記載の自走式機器。
【請求項８】
コンピュータを請求項１〜７のいずれか１項記載の自走式機器の全てもしくは一部として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の介助なしに自律して走行する自走式機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自走式機器は、走行経路の一部に沿って設けられたガイド手段近傍走行時にはガイド手段検出器の検出情報に従い走行し、ガイド手段非検知個所走行時には車輪の回転を検出するエンコーダで現在位置を算出しながら走行経路に固定的に設けられた位置指標を電気光学手段で光学的に検出してずれ補正をするものであった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来の自走式機器の模式図、図７は、特許文献１に記載された従来の自走式機器の構成を示すものである。２、３は設定された走行経路の始点、終点近傍においてその走行経路にそって設けられたガイド手段である。ガイド手段２、３は、具体的には床面に貼り着けられた磁気テープよりなり、走行ロボット１の始点、終点近傍での走行時のガイドとなる。４、５はロボットの停止位置を示す停止位置マークであって、ガイド手段２、３と同様に磁気テープからなる。
【０００４】
図６において、走行経路の始点近傍であって、ガイド手段２をガイド手段検出器９、１０によって検出できる部分の走行時には、ガイド手段検出器９、１０の検出結果によって走行ロボット１は正確な現在位置、走行速度を確認しながら走行することができる。この時、ガイド手段検出器９、１０の検出結果から位置確定部２４によって現在位置が算出確定され、目標位置算出部１７が算出する目標位置と比較してモータ１８が制御される。
【０００５】
走行経路の中間付近であって、ガイド手段２、３をガイド手段検出器９、１０によって検出できない部分の走行時には、エンコーダ１９とＣＣＤカメラ１３の検出結果により現在位置を算出確認しつつ走行する。この時、第１算出部２２はエンコーダ１９からの情報により駆動輪６、７の回転数をカウントして既走行距離を算出し、それに基づき現在位置を算出する。
【０００６】
この走行経路の中間付近走行時には、駆動輪６、７のスリップなどの原因により、エンコーダ１９からの情報では正確な現在位置が算出できないことがある。そこで、走行ロボット１に備えられたＣＣＤカメラ１３によって終点の目標であるガイド手段３を位置指標として視覚的に確認し、確認結果によっても現在位置を算出している。即ち、ＣＣＤカメラ１３の画像を画像処理装置２０で処理し、写し出されたガイド手段３の方向や大きさから、第２算出部２３によって現在位置を算出する。但し、画像処理装置２０、第２算出部２３による現在位置の算出は、第１算出部２２による算出と比べ比較的長い時間を要するため、走行時の現在位置の算出は主として第１算出部２２によって行うこととし、走行中の所定時間毎に画像処理装置２０、第２算出部２３によっても算出を行って、算出結果によって第１算出部２２による算出結果を補正して、位置確定部２４によって確定する構成として処理時間短縮してもよい。
【０００７】
走行経路の終点近傍では、ガイド手段３をガイド手段検出器９、１０によって検出できる部分まで走行ロボット１が到達すると、再びガイド手段検出器９、１０の検出結果によって正確な現在位置、走行速度を確認しながら走行する。ガイド手段２、３の検出ができない走行経路の中間付近走行時において、多少走行経路から外れるようなことがあっても、走行ロボット１がガイド手段３まで到達すると、ガイド手段３を検出することにより正確な位置を確認して走行することができる。そして、停止位置検出器１１が停止位置マーク５を検出すると、かかる走行は終了停止され、走行ロボット１は次なる走行に備えるものであった。
【特許文献１】特開平３−２２９３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、走行位置の認識ずれの補正のためにガイド手段２、３や位置指標４、５を設ける必要があるため、一例として挙げられているような磁気テープ等の設置ができない家庭内では走行位置の認識ずれの補正ができず目標どおり走行できないという課題を有していた。さらに、ガイド手段２、３が近辺にない走行経路の中間付近では走行位置の認識ずれの補正のためにＣＣＤカメラ１３によって終点の目標であるガイド手段３を位置指標として視覚的に確認し、確認結果によっても現在位置の補正を行っており、構成が複雑で補正処理時間がかかるという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ガイド手段や位置指標を備えなくとも、簡単な構成で床面の状態で発生するスリップの影響等による走行位置の認識ずれの補正を短時間で行いながら部屋の隅々まで走行を行う自走式機器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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、走行手段と、前記走行手段を制御するための制御手段と、走行方向を検知するための走行方向検知手段と、走行した距離を検知するための走行距離検知手段と、前記走行方向検知手段で検知した走行方向と前記走行距離検知手段で検知した走行距離から走行中の位置を認識する位置認識手段と、計時手段と、前記位置認識手段の認識位置の誤差を推定する誤差推定手段とを備え、前記誤差推定手段は、所定方向を等速走行中に、所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差から、または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差から、その方向の認識位置の誤差を推定する自走式機器としたものである。
【００１１】
これによって、ガイド手段や位置指標を備えなくとも、簡単な構成で床面の状態で発生するスリップの影響等による走行位置の認識ずれの補正を短時間で行いながら部屋の隅々まで走行を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の自走式機器は、ガイド手段や位置指標を備えなくとも、簡単な構成で床面の状態で発生するスリップの影響等による走行位置の認識ずれの補正を短時間で行い、誤差が補正が効かない程大きいと判断した時には、走行方向検知手段を用いて部屋の隅々まで走行を行う自走式機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、走行手段と、前記走行手段を制御するための制御手段と、走行方向を検知するための走行方向検知手段と、走行した距離を検知するための走行距離検知手段と、前記走行方向検知手段で検知した走行方向と前記走行距離検知手段で検知した走行距離から走行中の位置を認識する位置認識手段と、計時手段と、前記位置認識手段の認識位置の誤差を推定する誤差推定手段とを備え、前記誤差推定手段は、所定方向を等速走行中に、所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差から、または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差から、その方向の認識位置の誤差を推定するようにしたことで、ガイド手段や位置指標を備えなくとも、簡単な構成で走行位置の認識ずれの補正を短時間で行いながら部屋の隅々まで走行を行うことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の自走式機器は、制御手段は、誤差推定手段が算出する所定方向を等速走行中に所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差の累計または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差の累計が所定値以上の時に、その方向の認識位置を無効とすることで、誤差の大きさを自動的に判断して誤差の大きい時に誤った認識位置に従って走行することのない自走式機器を提供することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１または請求項２に記載の自走式機器は、制御手段は、誤差推定手段が算出する１回あたりの所定方向を等速走行中に所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差が所定値以上の時に、その方向の認識位置を無効とすることで、誤差の大きさを自動的に判断して誤差の大きい時に誤った認識位置に従って走行することのない自走式機器を提供することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自走式機器は、制御手段は、誤差推定手段によりその方向の認識位置を無効とされない時には所定方向を等速走行中に所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差に応じた認識位置の補正を行うことで、誤差の大きさを自動的に判断して誤差が許容範囲内である時には認識位置を補正して正しく走行できる自走式機器を提供することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項２〜４のいずれか１項に記載の自走式機器は、制御手段は、誤差推定手段の推定により認識位置が無効となった方向については、走行方向検知手段で検知される方向情報に基づいて走行を制御することで、誤差の大きさを自動的に判断して誤差の大きい時にも走行不能にはならず、ある程度隅々まで走行できる自走式機器を提供することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項２〜５のいずれか１項記載の自走式機器は、報知手段を備え、誤差推定手段の推定により認識位置が無効となった場合には報知を行うことで、使用者が誤差の大きいことを知って走行阻害している要因を取り除くきっかけを提供することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１〜６のいずれか１項記載の自走式機器は、基準値設定手段を備え、誤差推定手段は、所定方向を等速走行中に所定時間内に走行した距離と前記基準値設定手段で設定された距離値の差から、または所定距離を走行するのに要した時間と前記基準値設定手段で設定された時間値との差から、その方向の認識位置の誤差を推定することで、走行場所の床面の状態に合わせて誤差の範囲を調整できる自走式機器を提供することができる。
【００２０】
請求項８に記載した発明は、コンピュータを請求項１〜７のいずれか１項記載の自走式機器の全てもしくは一部として機能させるためのプログラムとする構成として、コンピュータを請求項１〜７のいずれか１項記載の自走式機器の全てもしくは一部として機能させることで、汎用コンピュータやサーバーを用いて本発明の自走式機器の全てもしくは一部を容易に実現することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における自走式機器の構成を示すブロック図である。走行手段である駆動輪１０１、制御手段１０２、走行方向を検知するための走行方向検知手段１０３、走行した距離を検知するための走行距離検知手段１０４（本実施の形態では補助輪の回転数から走行距離を検知する走行センサ）、走行方向検知手段１０３と走行距離検知手段１０４の出力結果から走行座標を算出する位置認識手段１０５、計時手段１０６、計時手段１０６と走行方向検知手段１０３と走行距離検知手段１０４の出力結果から誤差を推定する誤差推定手段１０７、周囲の障害物を検知するための障害物検知手段１０８を備えている。また、図２は本実施の形態における自走式機器の動作の流れを示すフローチャートで、図３は本実施の形態の走行模式図である。１０９は自走式機器本体、１１０は走行範囲、１１１は走行範囲１１０内の一部の床面に敷かれた敷物、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは走行範囲１１０内に置かれた障害物である。
【００２３】
以上のように構成された自走式機器について、以下その動作、作用を説明する。ここで誤差推定手段１０７は、１８０°方向から０°方向の走行（０°狙い）と０°方向から１８０°方向の走行（１８０°狙い）の場合にＹ座標の誤差の推定を、９０°方向から２７０°方向の走行（２７０°狙い）と２７０°方向から９０°方向の走行（９０°狙い）の場合にＸ座標の誤差の推定を行うものとする。進行方向が０°狙いまたは１８０°狙いの場合について説明を行う。図１〜図３において、まず、制御手段１０２は、進行距離と狙い距離（本実施の形態では３０ｃｍ）との差の累積をクリアし、駆動輪１０１を制御して走行範囲１０９で走行を開始し、障害物検知手段１０８で障害物１１２を回避しながら走行させ、位置認識手段１０５は、走行方向検知手段１０３と走行距離検知手段１０４の出力結果から走行座標を算出していく（ステップ１〜３）。制御手段１０２は、走行の狙いの方向が０°狙いまたは１８０°狙いで、かつ等速（本実施の形態では３０ｃｍ／秒）走行を開始するタイミングで計時手段１０６で計時を開始すると同時に走行距離検知手段１０４で等速走行で進んだ距離を計測開始する（ステップ４〜６）。計時手段１０６での計時が１秒を経過すると、計時及び等速走行で進んだ距離計測を停止する（ステップ７、８）。誤差推定手段１０７は、まずこの１回あたりの１秒間に進んだ距離と本来１秒間で進むべき狙い距離である３０ｃｍとの差が２０ｃｍ以上かどうかを判断し（ステップ９）、２０ｃｍ以上であれば位置認識手段１０５で算出される認識位置のＹ座標を無効化する（ステップ１２）。差が２０ｃｍ未満であれば、Ｙ座標方向の差を累積し、累積値が３０ｃｍ以上かどうか判断し（ステップ１０、１１）、３０ｃｍ以上であれば位置認識手段１０５で算出される認識位置のＹ座標を無効化する（ステップ１２）。３０ｃｍ未満であれば、位置認識手段１０５で算出される認識位置のＹ座標にこの１回あたりの１秒間に進んだ距離と本来１秒間で進むべき狙い距離である３０ｃｍとの差を加減して、Ｙ座標を補正し、等速走行終了まで以上の処理を繰り返す（ステップ１３、１４、３）。
【００２４】
進行方向が２７０°狙いまたは９０°狙いの場合についても認識位置（Ｘ座標）について同様な動作を行う。
【００２５】
また、本実施の形態では、所定方向を等速走行中に、所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差から走行中の認識位置の誤差を推定するようにしたが、逆に例えば３０ｃｍを走行するのに要した時間と１秒との差から即ち所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差から走行中の認識位置の誤差を推定することもできる。その時は例えば１回あたりが３秒を越えるか１／３秒になった時と、累積時間が５秒を越えるか１／５秒以下になった時には無効化し、それ以外は１回あたりの時間の差に相当する走行距離分だけ座標を補正するようにすれば良い。さらに、本実施の形態では、誤差推定手段１０７での誤差算出は差の絶対値での比較としたが、差の本来値に対する割合としてもかまわない。本実施の形態では、走行距離検知手段１０４を補助輪の回転数から走行距離を検知する走行センサとしたが、駆動輪１０１の回転数をカウントして走行距離を検知するようにしてもかまわない。
【００２６】
以上のように、本実施の形態においては、走行手段である駆動輪１０１、制御手段１０２、走行方向を検知するための走行方向検知手段１０３、走行した距離を検知するための走行距離検知手段１０４（本実施の形態では補助輪の回転数から走行距離を検知する走行センサ）、走行方向検知手段１０３と走行距離検知手段１０４の出力結果から走行座標を算出する位置認識手段１０５、計時手段１０６、計時手段１０６と走行方向検知手段１０３と走行距離検知手段１０４の出力結果から誤差を推定する誤差推定手段１０７、周囲の障害物を検知するための障害物検知手段１０８を備え、誤差推定手段１０７は、所定方向を等速走行中に、所定時間内に走行した距離と予め定めた距離値との差から、または所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差から、その方向の位置認識手段１０５で認識される走行中の認識位置の誤差を推定するようにしたことで、ガイド手段や位置指標を備えなくとも、簡単な構成で走行位置の認識ずれの補正を短時間で行いながら部屋の隅々まで走行を行うことができる自走式機器を提供することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における自走式機器の構成を示すブロック図である。図１の構成に加えて、報知手段１１３、基準時間設定手段１１４、外周位置記憶手段１１５を備えている。図５は、本実施の形態における自走式機器の動作の一部の流れを示すフローチャートである。本実施の形態の走行模式図は、実施の形態１の図３と同様とする。
【００２８】
以上のように構成された自走式機器について、以下その動作、作用を説明する。まず、制御手段１０６は、駆動輪１０１を制御し、障害物検知手段１０８で障害物１１２を回避しながら走行させ、位置認識手段１０５で走行座標を算出しながら、走行範囲１１０の外周を走行し、外周の座標を外周位置記憶手段１１５に記憶する。図５において、まず、制御手段１０６は、誤差推定手段１０７がＸ座標について無効としたかどうかをチェックし（ステップ１５）、無効であればＸ方向は狙いの角度で障害物検知するまで走行とし（ステップ１６）、有効であればＸ方向は狙いの角度で障害物検知するまで走行し、その後外周位置記憶手段１１５に記憶したＸ座標をもとにＸ方向は狙いの角度で障害物検知したＸ座標が端でない場合には予め決められたＸ座標まで走行する（ステップ１７）。次にと制御手段１０６は、誤差推定手段１０７がＹ座標について無効としたかどうかをチェックし（ステップ１８）、無効であればＹ方向は狙いの角度で障害物検知するまで走行とし（ステップ１９）、有効であればＹ方向は狙いの角度で障害物検知するまで走行し、その後外周位置記憶手段１１５に記憶したＹ座標をもとにＹ方向は狙いの角度で障害物検知したＹ座標が端でない場合には予め決められたＸ座標まで走行する（ステップ２０）。即ち、図３に示した走行模式図のような往復走行では、Ｙ座標が有効であればよって障害物１１２ｂ側の塗りつぶし走行を行った後、障害物１１２ｄを回り込んで障害物１１２ｃ側も塗りつぶし走行できるのに対して、無効になっても障害物１１２ｄの障害物１１２ｂ側または障害物１１２ｃ側のいずれか一方は塗りつぶし走行できる。この場合には、図３に示した走行模式図のような往復走行で走行範囲を走行終了後に、９０°回転した往復走行を行うことで、塗り残し面積を減らすことができる。また、誤差推定手段１０７が認識位置を無効化した時に、無効となった方向を報知手段１１３で表示する。さらに、第１の実施の形態では狙い距離を３０ｃｍとしたが、基準時間設定手段１１４で狙い距離の基準値を設定できるようにしている。
【００２９】
また、本実施の形態では、外周走行をして外周の座標を外周位置記憶手段１１５に記憶するようにしたが、外周走行をせずに外周位置記憶手段１１５に直接入力して記憶させるようにしてもかまわない。さらに、本実施の形態では、報知手段１０９での報知を表示したが、ブザー音等で吹鳴回数や吹鳴パターンを変えて報知するようにしてもかまわないし、メロディや音声等で報知するようにしてもかまわない。また、基準時間設定手段１１４で設定される基準値は所定距離を走行するのに要した時間と予め定めた時間値との差から走行中の認識位置の誤差を推定する場合には時間を設定するようにしてもかまわない。
【００３０】
以上のように、本実施の形態においては、制御手段１０６は、誤差推定手段１０７の推定により認識位置が無効となった方向については、走行方向検知手段１０３で検知される方向情報に基づいて走行を制御することで、誤差の大きさを自動的に判断して誤差の大きい時にも走行不能にはならず、ある程度隅々まで走行できる自走式機器を提供することができる。また、報知手段１１３を備え、誤差推定手段１０７の推定により認識位置が無効となった場合には報知を行うことで、使用者が誤差の大きいことを知って走行阻害している要因を取り除くきっかけを提供することができる。さらに、基準値設定手段１１４を備え、誤差推定手段１０７は、所定方向を等速走行中に所定時間内に走行した距離と基準値設定手段１１４で設定された距離値の差から、または所定距離を走行するのに要した時間と前記基準値設定手段で設定された時間値との差から、その方向の認識位置の誤差を推定することで、走行場所の床面の状態に合わせて誤差の範囲を調整できる自走式機器を提供することができる。
【００３１】
（実施の形態３）
次に本発明の第３の実施の形態について図４を用いて説明する。
【００３２】
本実施の形態は、コンピュータを、図４の自走式機器の全てもしくは一部として機能させるためのプログラムとする構成として、コンピュータを全てもしくは一部として機能させるものである。
【００３３】
以上のように本実施の形態においては、自走式機器の全てもしくは一部として機能させるためのプログラムとすることで、汎用コンピュータやサーバーを用いて本発明の自走式機器の全てもしくは一部を容易に実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明にかかる自走式機器は、ガイド手段や位置指標を備えなくとも、簡単な構成で床面の状態で発生するスリップの影響等による走行位置の認識ずれの補正を短時間で行いながら、部屋の隅々まで走行を行うことができる。このため、家庭用及び業務用の作業機器としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１における自走式機器の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における自走式機器の動作の流れを示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１における自走式機器の走行模式図
【図４】本発明の実施の形態２、実施の形態３における自走式機器の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態２における自走式機器の動作の一部の流れを示すフローチャート
【図６】従来の自走式機器における自走式機器の構成を示すブロック図
【図７】従来の自走式機器の動作の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
【００３６】
１０１  駆動輪（走行手段）
１０２  制御手段
１０３  走行方向検知手段
１０４  走行距離検知手段
１０５  位置認識手段
１０６  計時手段
１０７  誤差推定手段
１１３  報知手段
１１４  基準時間設定手段
１１５  外周位置記憶手段
【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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