(57)【要約】【課題】掃除対象の部屋の状況に応じて規則走行とランダム走行を適切に使い分ける走行制御を可能とする自走式掃除機の提供。【解決手段】掃除対象空間の床面上を走行機構により自走しながら掃除を行う自走式掃除機について、予め定められた走行経路に従って走行を行わせる規則走行様式を生成する規則走行生成手段８、走行方向をランダムに変化させる走行を行わせるランダム走行様式を生成するランダム走行生成手段９、規則走行生成手段とランダム走行生成手段それぞれからの出力を走行機構に選択的に出力する切替器１０、および掃除対象空間をその壁面に沿って一周する壁沿い一周走行の成否を判定する壁沿い一周判定手段６を設け、そして壁沿い一周走行をまず試行させてその成否を壁沿い一周判定手段６で判定させ、その結果に応じ、規則走行とランダム走行を選択的に行わせるようにしている。【選択図】図１
2005352707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掃除対象空間の床面上を走行機構により自走しながら掃除を行う自走式掃除機において、
予め定められた走行経路に従って走行を行わせる規則走行様式を生成する規則走行生成手段、走行方向をランダムに変化させる走行を行わせるランダム走行様式を生成するランダム走行生成手段、前記規則走行生成手段と前記ランダム走行生成手段それぞれからの出力を前記走行機構に選択的に出力する切替器、および前記掃除対象空間をその壁面に沿って一周する壁沿い一周走行の成否を判定する壁沿い一周判定手段を備え、そして前記壁沿い一周走行をまず試行させてその成否を前記壁沿い一周判定手段で判定させ、その結果に応じ、前記壁沿い一周走行が成功であった場合には前記切替器により前記規則走行生成手段からの出力を前記走行機構へ出力して前記規則走行様式で走行を行わせ、前記壁沿い一周走行が不成功であった場合には前記切替器により前記ランダム走行生成手段からの出力を前記走行機構へ出力して前記ランダム走行様式で走行を行わせるようにされていることを特徴とする自走式掃除機。
【請求項２】
前記壁沿い一周判定手段は、走行開始時点からの走行の経過時間に基づいて壁沿い一周走行の成否を判定する第１の判定方式、走行開始時点からの回転方向角を予め設定の基準回転角度αと比較してなす判定と走行開始時点からの走行距離を予め設定の基準走行距離と比較してなす判定とを組み合わせて壁沿い一周走行の成否を判定する第２の判定方式、および走行中の現在位置と走行開始位置との間の距離に基づく判定と走行開始時点からの回転方向角を前記基準回転角度αよりも大きく予め設定の基準回転角度βと比較してなす判定、それに走行開始時点からの走行距離を予め設定の基準走行距離と比較してなす判定とを組み合わせて壁沿い一周走行の成否を判定する第３の判定方式の何れか一つまたはこれら各判定方式の組み合わせを含むようにされている請求項１に記載の自走式掃除機。
【請求項３】
前記ランダム走行に際してランダムな走行方向転換を生じさせる障害物に対して当該障害物の周面に倣うように走行を行わせるならい走行様式を生成するならい走行生成手段を備えるとともに、前記障害物に対する既通過と未通過を判定する既通過／未通過判定手段を備え、前記既通過／未通過判定手段で未通過と判定された障害物に対しては前記ならい走行生成手段からの出力を前記走行機構へ出力して前記ならい走行様式で走行を行わせるようにされている請求項１または請求項２に記載の自走式掃除機。
【請求項４】
前記既通過／未通過判定手段は、前記障害物に関して作成される地図情報を用いて前記障害物に関する既通過／未通過の判定を行う判定方式、および走行中に検出した前記障害物に関して当該障害物を中心にして撮像して得られる周囲画像の比較で前記障害物に関する既通過／未通過の判定を行う判定方式の何れか一つまたはこれら各判定方式の組み合わせを含むようにされている請求項３に記載の自走式掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掃除対象空間の床面上を自走しながら掃除を行う自走式掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自走式掃除機の走行様式には規則走行とランダム走行がある。規則走行は、予め定められた走行経路に従って掃除対象空間（掃除対象の部屋）の床面上を満遍なく走行する走行様式であり、部屋の形状寸法に応じて定まる走行時間または走行距離だけ規則的な走行を行わせることで掃除の完了とする。一方、ランダム走行は、掃除対象の部屋における壁面や障害物に接触しあるいは接触しそうになると、それらからランダムな角度方向に反射するように走行方向を変化させることを繰り返しながら部屋の床面上を走行する走行様式であり、規則走行の場合のような掃除完了の基準がないため、適宜に設定される走行時間または走行距離だけ走行を行わせることで掃除完了とする。
【０００３】
上記のような規則走行を行わせるには、部屋の形状寸法に応じた掃除完了までの走行様式を設定する必要がある。これについては、部屋の３次元形状データを予め取得し、そのデータに基づいて走行様式を生成する方法が考えられる。しかし部屋の３次元形状データを作成するには手間がかかり、またデータ量が多いなどの問題もあり、あまり現実的ではない。これに対して、部屋の壁面を基準とし、初めに部屋の壁面に沿って自走式掃除機を一周させることで部屋の形状寸法を取得し、それから壁沿い一周走行で得られた部屋の形状寸法に基づいて規則走行を行わせる方法（例えば特許文献１）は、より現実的である。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−４６２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
規則走行とランダム走行を掃除の効率からみると、ランダム走行では重複して掃除する部分が発生する可能性が高いことから、規則走行のほうが優れているといえる。ただ、規則走行には一つの問題がある。すなわち規則走行による場合、上記のように、まず掃除対象の部屋の壁面に沿って自走式掃除機を一周させることで部屋の形状寸法を取得し、それから規則的な走行を行わせる方法がより現実的である。しかしこの場合、部屋の壁面などを検知するために自走式掃除機に設けられているセンサの累積誤差などの要因あるいは部屋を仕切るドアが開いていてそこから自走式掃除機が部屋の外に逸走するなどすることで、壁沿い一周走行を完結しない事態が発生し得る。また、掃除対象の部屋の内部構造が複雑であると壁面沿い一周を完結するのに多大な時間を要する事態もあり得る。そしてこのような事態となった場合、現実的には壁沿い一周走行後の規則走行を行うことができず、掃除を中断せざるを得なくなる。
【０００６】
そこで、掃除対象の部屋の状況に応じて規則走行とランダム走行を適切に使い分けできるようにすることにより、できるだけ効率よく掃除できるようにすることが望まれる。またランダム走行については上記のような掃除効率の問題があり、重複掃除部分をできるだけ発生させないようにして掃除効率を高めることが望まれる。またランダム走行には掃除効率の問題の他に、掃除し残し部分を発生させ易いという問題もある。すなわち、例えば掃除対象の部屋に設置されている家具などの障害物に凹部がある場合に、その凹部の角でランダムな角度方向に反射してしまって凹部の内側に入り込めなくなることにより凹部の内側が掃除し残しになる可能性があるという問題であり、こうした掃除し残しを有効に防止できるようにすることが望まれる。
【０００７】
本発明は以上のような事情を背景になされたものであり、掃除対象の部屋の状況に応じて規則走行とランダム走行を適切に使い分ける走行制御を可能とする自走式掃除機の提供を目的とし、またランダム走行における掃除し残しを有効に防止できるようにした自走式掃除機の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的のために本発明では、掃除対象空間の床面上を走行機構により自走しながら掃除を行う自走式掃除機において、予め定められた走行経路に従って走行を行わせる規則走行様式を生成する規則走行生成手段、走行方向をランダムに変化させる走行を行わせるランダム走行様式を生成するランダム走行生成手段、前記規則走行生成手段と前記ランダム走行生成手段それぞれからの出力を前記走行機構に選択的に出力する切替器、および前記掃除対象空間をその壁面に沿って一周する壁沿い一周走行の成否を判定する壁沿い一周判定手段を備え、そして前記壁沿い一周走行をまず試行させてその成否を前記壁沿い一周判定手段で判定させ、その結果に応じ、前記壁沿い一周走行が成功であった場合には前記切替器により前記規則走行生成手段からの出力を前記走行機構へ出力して前記規則走行様式で走行を行わせ、前記壁沿い一周走行が不成功であった場合には前記切替器により前記ランダム走行生成手段からの出力を前記走行機構へ出力して前記ランダム走行様式で走行を行わせるようにされていることを特徴としている。
【０００９】
また本発明では上記のような自走式掃除機について、前記壁沿い一周判定手段は、走行開始時点からの走行の経過時間に基づいて壁沿い一周走行の成否を判定する第１の判定方式、走行開始時点からの回転方向角を予め設定の基準回転角度αと比較してなす判定と走行開始時点からの走行距離を予め設定の基準走行距離と比較してなす判定とを組み合わせて壁沿い一周走行の成否を判定する第２の判定方式、および走行中の現在位置と走行開始位置との間の距離に基づく判定と走行開始時点からの回転方向角を前記基準回転角度αよりも大きく予め設定の基準回転角度βと比較してなす判定、それに走行開始時点からの走行距離を予め設定の基準走行距離と比較してなす判定とを組み合わせて壁沿い一周走行の成否を判定する第３の判定方式の何れか一つまたはこれら各判定方式の組み合わせを含むものとしている。
【００１０】
また本発明では上記のような自走式掃除機について、前記ランダム走行に際してランダムな走行方向転換を生じさせる障害物に対して当該障害物の周面に倣うように走行を行わせるならい走行様式を生成するならい走行生成手段を備えるとともに、前記障害物に対する既通過と未通過を判定する既通過／未通過判定手段を備え、前記既通過／未通過判定手段で未通過と判定された障害物に対しては前記ならい走行生成手段からの出力を前記走行機構へ出力して前記ならい走行様式で走行を行わせるようにしている。
【００１１】
また本発明では上記のような自走式掃除機について、前記既通過／未通過判定手段は、前記障害物に関して作成される地図情報を用いて前記障害物に関する既通過／未通過の判定を行う判定方式、および走行中に検出した前記障害物に関して当該障害物を中心にして撮像して得られる周囲画像の比較で前記障害物に関する既通過／未通過の判定を行う判定方式の何れか一つまたはこれら各判定方式の組み合わせを含むものとしている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、まず壁沿い一周走行を試行させ、その成否を所定の判定方式で判定することで掃除対象の部屋が規則走行に適しているか否かを判定し、その結果に応じて規則走行とランダム走行を選択して掃除をさせるようにしている。このため本発明によれば、掃除対象の部屋の状況に応じて規則走行とランダム走行を適切に使い分ける走行制御が可能となり、より効率的に掃除を行えるようになる。
【００１３】
また本発明では、ランダム走行に際して障害物に関する既通過／未通過の判定を行い、未通過と判定された障害物に対してのみ障害物の凹部にまで確実に入り込んで掃除することのできるならい走行を行わせるようにしている。このため本発明によれば、ランダム走行における掃除し残しを有効に防止でき、しかも掃除の重複も有効に避けて掃除の効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施する上で好ましい形態について説明する。図１に、第１の実施形態による自走式掃除機における走行制御系の構成をブロック図にして示す。なお自走式掃除機は、吸引により掃除を行う吸引掃除機構系や自走のための走行機構系などの機構要素を備えているが、それらには周知の構成を用いることができる。したがって以下ではそれらについての説明は省略している。
【００１５】
走行制御系は、位置／方向角計測手段１、現在位置／方向角演算手段２、時間計測手段３、壁沿い一周判定手段６、走行経路記憶手段７、規則走行生成手段８、ランダム走行生成手段９および切替器１０を備えている。
【００１６】
位置／方向角計測手段１は、例えば走行機構系の走行用モータに取り付けられるエンコーダが用いられる位置計測手段と、例えば自走式掃除機に取り付けられるジャイロセンサが用いられる方向角計測手段を組み合わせて構成されており、自走式掃除機の走行に従ってその位置と走行方向角の検出信号を発生する。現在位置／方向角演算手段２は、位置／方向角計測手段１で検出した自走式掃除機の位置と方向角の検出データを受け取り、自走式掃除機の現在位置と方向角を演算する。時間計測手段３は、自走式掃除機が走行を開始した時点からの走行時間を累積的に計測する。壁沿い一周判定手段６は、現在位置／方向角演算手段２、時間計測手段３および走行経路記憶手段７それぞれからの出力を受け、後述するような掃除対象の部屋の壁面に沿う自走式掃除機の壁沿い一周走行の成否を判定する。走行経路記憶手段７は、時間計測手段３の出力と現在位置／方向角演算手段２から出力される現在位置／方向角とから、自走式掃除機の位置／方向角の時系列の値を記憶する。規則走行生成手段８は、自走式掃除機を規則走行様式で走行させるためのサーボ指令値を生成する。ランダム走行生成手段９は、自走式掃除機をランダム走行様式で走行させるためのサーボ指令値を生成する。切替器１０は、サーボ駆動系１１に出力するサーボ指令値の切り替えを行う。すなわち規則走行生成手段８が生成する規則走行のサーボ指令値またはランダム走行生成手段９が生成するランダム走行のサーボ指令値を壁沿い一周判定手段６による判定結果に応じて切り替えてサーボ駆動系１１に出力し、これを受けたサーボ駆動系１１による制御の下で走行機構系１２が規則走行またはランダム走行を自走式掃除機になさせる。
【００１７】
図２に、四角形の部屋における規則走行とランダム走行それぞれの走行パターンの例を示す。図２のａが規則走行の例で、この例の規則走行は、部屋の壁に平行する方向での直線走行と９０度の方向転換の組み合わせによるジグザグ的な折り返しを規則的に繰り返すような走行パターンで予め定められた走行経路で走行するようになっている。このような規則走行の場合では、部屋の形状寸法に応じて定まる走行時間または走行距離だけ規則的な走行を行わせることで自走式掃除機が掃除開始の始点に重なる位置ないし始点のすぐ近くの位置の終点に戻る状態となって掃除の完了となる。一方、図２のｂは、ランダム走行の例である。ランダム走行では、掃除対象の部屋における壁面や障害物に接触しあるいは接触しそうになると、それらからランダムな角度方向に反射するように走行方向を転換させることを繰り返しながら部屋の床面上を走行することになる。このようなランダム走行では、適宜に設定される走行時間または走行距離だけ走行し終えた位置が終点となって掃除完了となる。
【００１８】
次に、壁沿い一周判定手段６による壁沿い一周走行の成否判定について説明する。図３に壁沿い一周走行の成否判定における処理の流れを示す。壁沿い一周走行とは、掃除対象の部屋をその壁に沿って一周するように走行させる走行様式である。ただし、部屋の壁に沿って固定的に設置されている家具などがある場合には、この家具などの外周面も壁沿い一周走行における「部屋の壁」に含まれるものとする。このような壁沿い一周走行の成否判定には第１〜第３の判定方式がある。第１〜第３の判定は、いずれもまず壁沿い一周走行の不成功を判定し、不成功でない場合には成功であると判定する論理をとっており、これらのいずれか一つまたは組み合わせで壁沿い一周走行の成否判定がなされる。
【００１９】
第１の判定は、判定ブロック（処理ステップ）１０１で行う。判定ブロック１０１では、走行開始時点からの走行の経過時間に基づいて判定処理を行う。具体的には時間計測手段３により走行開始時点からの経過時間をカウントし、その経過時間が一定値つまり予め部屋の大きさに応じて壁沿い一周走行に要するものとして設定してある基準時間以上である場合には、壁沿い一周走行に必要なだけ走行したはずなのに未だ走行しているということで、壁沿い一周走行に成功しなかたものとし、一周判定を否とする。壁沿い一周判定手段６が一周判定を否とした場合には、切替器１０がランダム走行生成手段９からのサーボ指令値をサーボ駆動系１１に出力させ、これによって自走式掃除機はランダム走行により部屋の掃除を行う。一方、経過時間が基準時間を越えていなければ、壁沿い一周走行が不成功ではないので、一周判定を成とする。そして第１の判定だけによる場合には、この一周判定成をもとに切替器１０が規則走行生成手段８からのサーボ指令値をサーボ駆動系１１に出力させ、これによって自走式掃除機は規則走行により部屋の掃除を行う。
【００２０】
第２の判定は、判定ブロック１０２と判定ブロック１０３で行う。判定ブロック１０２では、走行開始時点からの自走式掃除機の方向角、つまり走行中に自走式掃除機が走行方向転換のためになす方向回転動作による走行開始時点から現在までの回転角度量の判定を行う。具体的には走行開始時点から現在までの積算回転角度（方向角）を予め部屋の形状に応じて壁沿い一周走行でなすはずとして設定してある基準回転角度（基準方向角）αと比較し、回転角度が基準回転角度α以上である場合には一周判定を成とする。そして第２の判定だけまたは第１の判定と第２の判定の組み合わせだけによる場合には、この一周判定成をもとに切替器１０が規則走行生成手段８からのサーボ指令値をサーボ駆動系１１に出力させる。なお基準回転角度αは、上記のように部屋の形状に応じて壁沿い一周走行でなすはずとして設定されるものであるが、コーナーが４箇所ある一般的な四角い部屋の場合であれば、３６０度未満の範囲で任意に設定すればよい。また自走式掃除機の積算回転角度は、図４に示すように、進行方向に対して反時計回りを正、時計周りを負として走行中の方向転換における回転角度を積算する。こうすることにより、図４の例のように部屋の壁面に凹凸がある場合でも、壁沿い一周走行をした後の積算回転角度が理想的には360度になる。
【００２１】
判定ブロック１０２において回転角度が基準回転角度αに達していないと判定された場合には、続いて判定ブロック１０３による判定を行う。判定ブロック１０３では、走行開始時点からの走行距離に基づいて判定する。具体的には走行開始時点から積算した走行距離が一定値、つまり予め部屋の大きさに応じて壁沿い一周走行に要するものとして設定してある基準走行距離以上ある場合は、基準回転角度αの回転をなしていないのに壁沿い一周走行に必要な距離以上の走行をなしているということで、壁沿い一周走行に成功しなかたものとし、一周判定を否とする。一周判定否とされた場合にランダム走行が選択されるのは上での説明と同様である。判定ブロック１０３での判定で走行距離が基準走行距離以下とされた場合には判定ブロック１０１に戻る。
【００２２】
第３の判定は判定ブロック１０４〜１０６で行う。判定ブロック１０４では、自走式掃除機の現在位置と走行開始位置との間の距離に基づいた判定を行う。具体的には現在位置／走行開始位置間距離が一定値以下つまり予め設定の基準距離以下ならば壁沿い一周走行を終えて走行開始位置に戻ったものとして一周判定を成とする。そして後述の判定ブロック１０７による判定を省略する場合には、この一周判定成をもとに切替器１０が規則走行生成手段８からのサーボ指令値をサーボ駆動系１１に出力させる。一方、現在位置／走行開始位置間距離が基準距離以上ならば、続いて判定ブロック１０５による判定を行う。
【００２３】
判定ブロック１０５では、判定ブロック１０２と同様な判定を行う。ただし判定ブロック１０５における基準回転角度は判定ブロック１０２における基準回転角度αとは異なる基準回転角度βが用いられ、走行開始時点からの回転角度が基準回転角度β以上であれば、走行開始位置から遠く離れているのに基準回転角度β以上の回転を既になしていることから壁沿い一周走行に成功しなかったものとし、一周判定を否とする。一方、走行開始時点からの回転角度が基準回転角度βに達していない場合は、続いて判定ブロック１０６による判定を行う。なお、基準回転角度βは基準回転角度αよりも大きな角度として任意に設定すればよい。
【００２４】
判定ブロック１０６では、判定ブロック１０３と同様に、走行開始時点からの走行距離を判定する。走行距離が基準走行距離以上ある場合は、基準回転角度βの回転をなしていないのに壁沿い一周走行に必要な距離以上の走行をなしているということで、壁沿い一周走行に成功しなかったものとし、一周判定を否とする。判定ブロック１０６での判定で走行距離が基準走行距離以下とされた場合には判定ブロック１０１に戻る。
【００２５】
以上のような第３の判定については、さらに判定ブロック１０７による判定を付加することで判定精度を高めることができる。判定ブロック１０７は、自走式掃除機の現在における方向角と走行開始時の初期方向角との偏差に基づいて判定を行い、判定ブロック１０４で一周判定を成とされた条件の下でさらに壁沿い一周走行の成否を判定する。具体的には自走式掃除機の現在における方向角と走行開始時の初期方向角との方向角偏差が予め設定の基準偏差以下であることを壁沿い一周走行の成功の条件とし、これを満たしていれば一周判定を成とし、満たしていなければ一周判定を否とする。
【００２６】
図５と図６に、壁沿い一周走行が成功する場合と失敗する場合それぞれの走行状態の例を示す。図５のａは成功の例である。この図の例のように壁沿い一周走行が成功する場合には、壁沿いに一周して戻ってきた自走式掃除機の終点位置は走行開始点と重なり、またその時点での方向角は３６０度＋微小角Δであって、初期方向角０度との差は微小角Δであるので、上述の判定処理により壁沿い一周走行が成功であると判定される。
【００２７】
図５のｂは、上述の判定処理において壁沿い一周走行不成功と判定される場合の例である。図５のｂの例では、方向角は３５５度であり第２の判定における判定ブロック１０２で例えば基準回転角度αが３５０度と設定されていれば、これを超えていることから一周判定を成とされるものの、方向角が３５５度となった時点での現在位置／走行開始位置間距離がｄとなっており、この現在位置／走行開始位置間距離ｄが基準距離を超えていることから一周判定を否と判定される。このような壁沿い一周走行の不成功は、位置や方向角を検出するセンサの累積誤差が大きかったり、自走式掃除機本体と床面との間で大きな滑りが発生したような場合に起こり得る。
【００２８】
図５のｃは、上述の判定処理において壁沿い一周走行不成功と判定される場合の他の例である。図３のｃは、掃除対象の部屋が複雑な配置の仕切りで部分的に仕切られており、この仕切りも部屋の壁とし、壁沿い一周走行に際してその仕切りに沿う走行もなす場合である。この例の場合には、位置Ｘ１ですでに方向角は３７０度になった後も走行を続け走行開始点からの走行距離が位置Ｘ２でＬとなった時点でもまだ走行を続けている状態となっている。したがって、判定ブロック１０２における基準回転角度αを３５０度、判定ブロック１０４における現在位置／走行開始位置間距離についての基準距離を位置Ｘ２での現在位置／走行開始位置間距離Ｄより小さい値、判定ブロック１０５における基準回転角度βを４００度、判定ブロック１０６における基準走行距離を走行距離Ｌより小さい値にそれぞれ設定してあれば、上述の判定処理において一周判定否と判定される。
【００２９】
図６は、上述の判定処理において壁沿い一周走行不成功と判定される場合のさらなる他の例である。図６の例では、本来ドアを閉めた状態で四角形の部屋Ａを掃除させるつもりの場合に、ドアが開いて、自走式掃除機が壁沿い一周走行中に部屋Ａの外に出てしまった場合である。この場合、現在の方向角は判定ブロック１０２における基準回転角度αよりも小さい１８０度であるが、走行開始からの経過時間が判定ブロック１０１における基準時間を超過し、また走行開始からの走行距離が判定ブロック１０３における基準走行距離を超過する状況となる。したがって上述の判定処理での第１の判定または第２の判定で一周判定否と判定される。
【００３０】
以上のように本発明では、まず壁沿い一周走行を試行させ、その成否を所定の判定方式で判定することで掃除対象の部屋が規則走行に適している否かを判定し、その結果に応じて規則走行とランダム走行を選択して掃除をさせるようにしている。このため本発明によれば、掃除対象の部屋の状況に応じて規則走行とランダム走行を適切に使い分ける走行制御が可能となり、より効率的に掃除を行えるようになる。
【００３１】
以下では第２の実施形態について説明する。図７に、第２の実施形態による自走式掃除機における走行制御系の構成をブロック図にして示す。本実施形態の自走式掃除機における走行制御系は、第１の実施形態での自走式掃除機における走行制御系に障害物に関する要素を付加した構成となっており、図７ではその付加部分だけを示してあり、第１の実施形態と共通する構成については図示を省略してある。
【００３２】
障害物に関する走行制御系は、掃除対象の部屋の壁や部屋に置かれている家具など自走式掃除機の走行に対して障害となるものを障害物として扱い、特に凹部を有しており、ランダム走行を行わせる場合にその凹部の角でランダムな角度方向に反射してしまうことにより凹部の内側を掃除し残してしまう可能性のある障害物に関して、凹部の内側も確実に掃除し、しかもそこを重複して掃除することも有効に避けて掃除効率を高めるようにする走行制御を行う。
【００３３】
以上のような走行制御機能を負う障害物用走行制御系は、障害物検出手段２１、障害物位置演算手段２２、障害物位置記憶手段２３、地図生成手段２４、地図記憶手段２５、位置比較手段２６、撮像手段２７、画像処理手段２８、画像データベース作成手段２９、画像データベース３０、画像比較手段３１、同一障害物通過判定手段３２、切替器３３およびならい走行生成手段３４を備えており、第１の実施形態での走行制御系における位置／方向角演算手段２からデータを取り込むとともに、第１の実施形態での走行制御系におけるランダム走行生成手段９が生成するランダム走行用のサーボ指令値も取り込むようにされている。
【００３４】
障害物検出手段２１は、例えば超音波センサや赤外線センサなどの非接触型の位置検出センサ、あるいは障害物と接触すると信号を発する接触型のタッチセンサなどを適宜に組み合わせて構成され、障害物を検出すると信号を発生する。障害物位置演算手段２２は、障害物検出手段２１で検出したデータから障害物の位置を求め、これで求められた障害物の位置は障害物位置記憶手段２３に記憶する。
【００３５】
地図生成手段２４は、位置／方向角演算手段２で求められる自走式掃除機の現在位置／方向角と障害物位置記憶手段から得られる障害物の位置とから、走行経路上にある障害物に関する地図情報を生成する。この障害物地図情報は、例えば、走行経路つまり掃除対象の部屋の床面を一定サイズの区画に区切り、その各区画内に障害物が存在しているかどうか、また障害物がある場合に、その障害物が部屋の壁や壁沿いに置かれている障害物であるのか、あるいは壁から離して置かれている障害物（内部障害物）であるのかなどの情報を記述して構成される。そのような障害物地図情報の構成例を図８に示す。この例では、区画名として各区画にＭ１、Ｍ２、Ｍ３…Ｍｎを与え、そして各区画にそれぞれの区画中心位置を座標値（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）…（Ｘｎ，Ｙｎ）で記録するとともに各区画について障害物がある場合にはその属性（部屋壁、内部障害物など）を、障害物が無い場合には「なし」をそれぞれ記録したテーブルの形態で障害物地図情報を構成している。地図生成手段２４で生成されたこのような障害物地図情報は地図記憶手段２５に記憶される。
【００３６】
位置比較手段２６は、障害物の既通過／未通過を判定する手段の一つであり、地図記憶手段２５からの障害物地図情報を用いて障害物に関する既通過／未通過の判定を行う。その判定は以下のようにしてなされる。今、自走式掃除機が走行中に障害物を検出し、その障害物について位置座標（ｘｉ，ｙｉ）が得られたとする。そしたら障害物地図情報で参照し、位置座標（ｘｉ，ｙｉ）にもっとも近い中心位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を持つ区画Ｍｉについて障害物の記録を調べる。そしてその結果が障害物なしであれば、検出障害物が未通過の障害物であるとして走行条件フラグに「ならい走行」を設定する。一方、障害物が記録されていた場合には、検出障害物が既通過の障害物であるとして走行条件フラグに「ランダム走行」を設定する。なお障害物地図情報は、位置／方向角計測手段１による位置／方向角の計測に累積誤差があると精度が低下する。そこで、適切な時間間隔で障害物地図情報を常に更新して判定のための対象範囲を限定することにより、判定の正確性を高めるようにするのが好ましい。このことは後述の画像比較手段３１による判定についても同様である。
【００３７】
撮像手段２７は、例えばＣＣＤカメラなどにより構成され、走行中の自走式掃除機の周囲について画像を取得する。撮像手段２７で取得された周囲画像は、画像処理手段２８で２値化などの処理をなされた後、画像データベース作成手段２９において位置／方向角演算手段２からの撮像地点に関する位置／方向角データと組み合わせて画像データベース化されて画像データベース３０に保存される。画像データベース３０に保存される画像データの例を図９に示す。この例では、画像名として各画像にPict１、Pict２、…などを与え、そして各画像にそれぞれの撮像地点に関する位置／方向角データ（Rx１，Ry１，Rθ１）、（Rx２，Ry２，Rθ２）、…などを記録したテーブルの形態で画像データを構成している。
【００３８】
画像比較手段３１は、障害物の既通過／未通過を判定する手段の他の一つであり、画像データベース３０からのデータを用いて障害物に関する既通過／未通過の判定を行う。その判定は以下のようにしてなされる。自走式掃除機は走行中に障害物を検出するとその障害物を中心にした周囲画像を撮像手段２７で撮像するとともに、その撮像地点での自走式掃除機の位置／方向角を位置／方向角演算手段２から取得する。それからこの障害物検出時取得周囲画像を画像データベース３０に保存の周囲画像と比較する。具体的には、障害物検出時取得周囲画像における位置／方向角にもっとも近い位置／方向角の既保存周囲画像を画像データベース３０から選出し、この既保存周囲画像と障害物検出時取得周囲画像を重ね合わせてパターンマッチングを行う。そして所定の誤差範囲で両画像のパターンが一致していれば、検出障害物が既通過の障害物であるとして走行条件フラグに「ランダム走行」を設定する。一方、両画像のパターンが一致していなかった場合には、回転、縮小、拡大などの処理を画像に施した後に再度パターンマッチングを行う。この再度のパターンマッチングで両画像のパターンが一致すれば、上の場合と同様に、検出障害物が既通過の障害物であるとして走行条件フラグに「ランダム走行」を設定し、再度のパターンマッチングでもパターンが一致しなかった場合には、検出障害物が未通過の障害物であるとして走行条件フラグに「ならい走行」を設定する。また同時に、この未通過の障害物に関する障害物検出時取得周囲画像をそれの位置／方向角とともに画像データベース３０に保存する。
【００３９】
同一障害物通過判定手段３２は、自走式掃除機が走行中に検出した障害物が既通過であるか未通過であるかの判定を位置比較手段２６と画像比較手段３１それぞれから送られて来る走行条件フラグに基づいて判定し、その結果を切替器３３に出力する。これを受けた切替器１０は、サーボ駆動系１１に出力するサーボ指令値の切り替えを行う。すなわちならい走行生成手段３４が生成するならい走行のサーボ指令値またはランダム走行生成手段９が生成するランダム走行のサーボ指令値を同一障害物通過判定手段３２による判定結果に応じて切り替えてサーボ駆動系１１に出力し、これを受けたサーボ駆動系１１による制御の下で走行機構系１２（図１）がならい走行またはランダム走行を自走式掃除機になさせる。なお同一障害物通過判定手段３２において障害物を未通過と判定するには、位置比較手段２６と画像比較手段３１それぞれから送られて来る走行条件フラグがともに「ならい走行」となっていることを条件とするのが判定精度の上で好ましいが必ずしもそのようにする必要はない。
【００４０】
ここで、ならい走行とは、図１０のａに示す例のように、障害物Ｓにある凹部Ｓｒなどの周面の凹凸構造などに倣うようにする走行を所定距離または所定時間だけ行った後にランダム走行に戻る走行様式であり、この走行様式とすることで掃除し残し部分の発生を極力減らすことができる。すなわちランダム走行だけであると、障害物に凹部（これは障害物の側面における図１０のａの例のような凹部Ｓｒだけでなく、例えばテーブルや椅子などのように下部空間を有する障害物におけるその下部空間も含むものとする）がある場合に、その凹部の角でランダムな角度方向に反射してしまうことにより凹部の内側を掃除し残しにする可能性が高くなるが、ならい走行とすることにより、確実に凹部の内部まで入り込んで掃除を行うことができるようになり、掃除し残し部分の発生を極力減らすことができる。ただ、ランダム走行では同一の障害物が行き当たる可能性があり、その場合にならい走行を同一の障害物について繰り返すと掃除の重複となって掃除効率を低下させることになる。これを防ぐのが上述の障害物に関する既通過／未通過の判定とこれに基づくならい走行とランダム走行の切替である。すなわちこの切替操作により、ならい走行は初めて行き当たる障害物についてのみ行わせるようにし、既に行き当たっている障害物については、図１０のｂに示す例のように、ランダム走行を行わせるようにすることで掃除の重複が発生するのを有効に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、自走式掃除機について掃除対象の部屋の状況に応じて規則走行とランダム走行を適切に使い分けて掃除効率を高めることができる。このような本発明は、自走式掃除機の分野に有用なものとして広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態による自走式掃除機における走行制御系の構成をブロック図にして示す図である。
【図２】四角形の部屋における規則走行とランダム走行それぞれの走行パターンの例を示す図である。
【図３】壁沿い一周走行の成否判定における処理の流れを示す図である。
【図４】壁沿い一周走行における回転角度の積算について説明する図である。
【図５】壁沿い一周走行における走行状態の例を示す図である。
【図６】壁沿い一周走行における走行状態の他の例を示す図である。
【図７】第１の実施形態による自走式掃除機における走行制御系の構成をブロック図にして示す図である。
【図８】障害物地図情報の構成例を示す図である。
【図９】画像データの例を示す図である。
【図１０】ならい走行とランダム走行の切替について説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    位置／方向角計測手段
２    現在位置／方向角演算手段
３    時間計測手段
６    壁沿い一周判定手段
７    走行経路記憶手段
８    規則走行生成手段
９    ランダム走行生成手段
１０    切替器
１１    サーボ駆動系
１２    走行機構系
２１    障害物検出手段
２２    障害物位置演算手段
２３    障害物位置記憶手段
２５    地図記憶手段
２６    位置比較手段
２７    撮像手段
２８    画像処理手段
２９    画像データベース作成手段
３０    画像データベース
３１    画像比較手段
３２    同一障害物通過判定手段
３３    切替器
３４    ならい走行生成手段
【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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【図９】
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【図１０】
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