(57)【要約】【課題】発信および受信の制御処理が簡単で、また、単純で安価な回路構成の移動ロボットシステムを提供することを目的とする。【解決手段】充電ステーション１１０は、充電ステーション１１０の位置をロボット１００に通知する発信手段１１１と、充電手段１１２とを有し、ロボット１００は、充電手段１１２により充電される電池１０４と、移動手段１０３と、移動した量を算出する移動量算出手段１０１ｂと、発信手段１１１の発信を受信する受信手段１０２と、受信手段１０２で受信された情報から移動手段１０３を制御するコントロール手段１０１ａとを有する。これによって、１つの発信手段１１１と１つの受信手段１０２のみで、ロボット１００を充電ステーション１１０の所定位置に移動することができ、発信および受信の制御処理が簡単で、また、単純で安価な回路構成とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動するロボットと、このロボットを充電する充電ステーションとを備え、充電ステーションは、充電ステーションの位置をロボットに通知するための光を発信する発信手段と、ロボットの電池を充電する充電手段とを有し、ロボットは、充電ステーションの充電手段により充電される電池と、ロボットを移動させる移動手段と、移動手段にて移動した量を算出する移動量算出手段と、充電ステーションの発信手段で発信された光を受信する受信手段と、受信手段で受信された光の情報から移動手段を制御するコントロール手段とを有した移動ロボットシステム。
【請求項２】
充電ステーションの発信手段は、予め決めておいた一定の角度で光を発信する請求項１に記載の移動ロボットシステム。
【請求項３】
充電ステーションの配置は、移動するロボットの空間内の壁際または予め決められた任意の角度のコーナに設置する請求項１または２に記載の移動ロボットシステム。
【請求項４】
ロボットの受信手段は、予め決めておいた一定の角度からの光を受信する請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【請求項５】
ロボットは、壁などの障害物との距離を検出する測距手段を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【請求項６】
ロボットは、充電ステーションから発信された光を受信したとき、コントロール手段により特定の行動をして、充電ステーションの位置と方向を自動的に算出して、充電ステーションの充電位置まで移動するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【請求項７】
ロボットの特定の行動は、受信手段が受信と未受信を繰り返す光の到達距離の境界領域を沿うように進み、充電ステーションの充電位置まで移動するようにした請求項６に記載の移動ロボットシステム。
【請求項８】
ロボットの特定の行動は、受信手段を振るようにロボットをジグザグに移動して、受信手段の受信の有無または強弱から、充電ステーションの充電位置まで移動するようにした請求項６に記載の移動ロボットシステム。
【請求項９】
ロボットの特定の行動は、受信手段で光を受信した場合に回転行動をして、受信手段の受信の有無または強弱から、充電ステーションの充電位置まで移動するようにした請求項６に記載の移動ロボットシステム。
【請求項１０】
充電ステーションは、充電手段の充電状態からロボットとの接続の有無を検出し、発信手段の発信信号を変更または停止するようにした請求項１〜９のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【請求項１１】
ロボットは接近通知手段を有し、充電ステーションは接近通知手段から発信された信号を受信する接近感知手段を有し、接近感知手段で信号を受信した一定の期間のみ充電ステーションの発信手段の信号を有効にする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【請求項１２】
ロボットは接近通知手段を有し、充電ステーションは接近通知手段から発信された信号を受信する接近感知手段を有し、接近感知手段で信号を受信した一定の期間のみ充電ステーションの充電機能を有効にする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【請求項１３】
接近通知手段および接近感知手段で利用する信号は、超音波、可視光、赤外線、レーザ、電波、または磁場である請求項１１または１２に記載の移動ロボットシステム。
【請求項１４】
発信手段で発信する光は、可視光、赤外線、紫外線、またはレーザ光である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【請求項１５】
発信手段で発信する光は、環境光に対する影響を少なくするよう特定の周波数変調を行う請求項１〜１４のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動的に充電し、部屋内を移動して部屋の掃除などができる移動ロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動ロボットシステムの電池を自動的に充電する場合、ロボットを充電ステーションの予め決められた位置に移動し、充電ステーションと接続する必要がある。そのため、従来は、充電ステーションから複数の赤外線光を発信し、ロボットに備えてある複数の受信手段で赤外線光を受信し、これにより、ロボットを充電ステーションに移動させていた（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
これは、図１７に示すような構成である。すなわち、ロボット１７００は、少なくともロボットの走行制御を行うマイクロ・コンピュータ部１７０１、充電ステーションの発信した赤外線ＬＥＤ光を受信する複数のフォトＩＣ受信手段１７０２、ロボットを移動させる移動手段１７０３、ロボットの駆動に必要な電力を供給する電池１７０４により構成されている。充電ステーション１７１０は、少なくともロボット１７００に充電ステーションの位置を示すために発信する複数の赤外線ＬＥＤ発信手段１７１１、ロボット１７００の電池１７０４を充電するための充電手段１７１２により構成されている。
【０００４】
ロボット１７００が充電ステーション１７１０へ移動する場合、図１８に示すように、まず、Ｓ１８０１にて赤外線ＬＥＤ発信手段１７１１の発信した信号を、フォトＩＣ受信手段１７０２にて受信するまでの、探索行動を行う。Ｓ１８０２では、フォトＩＣ受信手段１７０２が受信していない場合は、Ｓ１８０１に移行し探索行動を続ける。フォトＩＣ受信手段１７０２が受信した場合は、Ｓ１８０３へ動作を移行する。Ｓ１８０３では、フォトＩＣ受信手段１７０２の各受信状態および複数の赤外線ＬＥＤ光の違いを区別することで、充電ステーション１７１０が前方にある場合は、前進、右側にある場合は、右、左側にある場合は、左の動作を選択する。Ｓ１８０４では、ロボット１７００が充電ステーション１７１０と接続していない場合は、Ｓ１８０２に移行し、充電ステーション１７１０までの移動動作を継続する。ロボット１７００が充電ステーション１７１０と接続した場合に、動作が完了する。
【特許文献１】特開２００４−２７５７１６号公報
【特許文献２】特表２００１−５２５５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、複数の赤外線ＬＥＤ光を干渉しないようにするために、ロボット１７００および充電ステーション１７１０に複雑な発信および受信の制御処理が必要であり、また、充電ステーション１７１０の位置を検出するために、複数個の光の送受信回路が必要になり、安価に作成することが困難になる、という課題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、発信および受信の制御処理が簡単で、また、単純で安価な回路構成の移動ロボットシステム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】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の移動ロボットシステムは、移動するロボットと、このロボットを充電する充電ステーションとを備え、充電ステーションは、充電ステーションの位置をロボットに通知するための光を発信する発信手段と、ロボットの電池を充電する充電手段とを有し、ロボットは、充電ステーションの充電手段により充電される電池と、ロボットを移動させる移動手段と、移動手段にて移動した量を算出する移動量算出手段と、充電ステーションの発信手段で発信された光を受信する受信手段と、受信手段で受信された光の情報から移動手段を制御するコントロール手段とを有するものである。
【０００８】
これによって、１つの発信手段と１つの受信手段のみで、ロボットを充電ステーションの所定位置に移動することができ、発信および受信の制御処理が簡単で、また、単純で安価な回路構成とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の移動ロボットシステムは、発信および受信の制御処理が簡単で、また、単純で安価な回路構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、移動するロボットと、このロボットを充電する充電ステーションとを備え、充電ステーションは、充電ステーションの位置をロボットに通知するための光を発信する発信手段と、ロボットの電池を充電する充電手段とを有し、ロボットは、充電ステーションの充電手段により充電される電池と、ロボットを移動させる移動手段と、移動手段にて移動した量を算出する移動量算出手段と、充電ステーションの発信手段で発信された光を受信する受信手段と、受信手段で受信された光の情報から移動手段を制御するコントロール手段とを有する移動ロボットシステムとすることにより、１つの発信手段と１つの受信手段のみで、ロボットを充電ステーションの所定位置に移動することができ、発信および受信の制御処理が簡単で、また、単純で安価な回路構成とすることができる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明において、充電ステーションの発信手段は、予め決めておいた一定の角度で光を発信することにより、ロボットは受信手段の受信する光の到達範囲から、充電ステーションの位置と方向を算出し、充電ステーションの充電位置まで移動することができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、充電ステーションの配置は、移動するロボットの空間内の壁際または予め決められた任意の角度のコーナに設置することにより、発信手段の発信する光の角度を制限し、ロボットは受信手段の受信する光の到達範囲から充電ステーションの位置と方向を算出し、充電ステーションの充電位置まで移動することができる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、ロボットの受信手段は、予め決めておいた一定の角度からの光を受信することにより、受信手段の受信の有無または強弱から、ロボットと充電ステーションとの相対的な方向を検出して、ロボットが充電ステーションの充電位置まで移動することができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、ロボットは、壁との距離を検出する測距手段を有することにより、ロボットは壁などの障害物との距離の情報を利用することで、正確に充電ステーションの充電位置まで移動することができる。
【００１５】
第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、ロボットは、充電ステーションから発信された光を受信したとき、コントロール手段により特定の行動をして、充電ステーションの位置と方向を自動的に算出して、充電ステーションの充電位置まで移動するようにしたことにより、ロボットは正確に充電ステーションの充電位置まで移動することができる。
【００１６】
第７の発明は、特に、第６の発明において、ロボットの特定の行動は、受信手段が受信と未受信を繰り返す光の到達距離の境界領域を沿うように進み、充電ステーションの充電位置まで移動するようにしたことにより、ロボットは正確に充電ステーションの充電位置まで移動することができる。
【００１７】
第８の発明は、特に、第６の発明において、ロボットの特定の行動は、受信手段を振るようにロボットをジグザグに移動して、受信手段の受信の有無または強弱から、充電ステーションの充電位置まで移動するようにしたことにより、ロボットは正確に充電ステーションの充電位置まで移動することができる。
【００１８】
第９の発明は、特に、第６の発明において、ロボットの特定の行動は、受信手段で光を受信した場合に回転行動をして、受信手段の受信の有無または強弱から、充電ステーションの充電位置まで移動するようにしたことにより、ロボットは正確に充電ステーションの充電位置まで移動することができる。
【００１９】
第１０の発明は、特に、第１〜第９のいずれか１つの発明において、充電ステーションは、充電手段の充電状態からロボットとの接続の有無を検出し、発信手段の発信信号を変更または停止するようにしたことにより、ロボットに充電ステーションの接続状態を伝えることができる。
【００２０】
第１１の発明は、特に、第１〜第１０のいずれか１つの発明において、ロボットは接近通知手段を有し、充電ステーションは接近通知手段から発信された信号を受信する接近感知手段を有し、接近感知手段で信号を受信した一定の期間のみ充電ステーションの発信手段の信号を有効にすることにより、ロボットが充電ステーションに接近していないときは、発信に必要な消費電力を抑えることができる。
【００２１】
第１２の発明は、特に、第１〜第１０のいずれか１つの発明において、ロボットは接近通知手段を有し、充電ステーションは接近通知手段から発信された信号を受信する接近感知手段を有し、接近感知手段で信号を受信した一定の期間のみ充電ステーションの充電機能を有効にすることにより、ロボットが充電ステーションに接近していないときは、充電機能は通電せず、誤動作を防ぎ安全性を高めることができる。
【００２２】
第１３の発明は、特に、第１１または第１２のいずれか１つの発明において、接近通知手段および接近感知手段で利用する信号は、超音波、可視光、赤外線、レーザ、電波、または磁場であることにより、接近通知手段および接近感知手段による発信および受信が正確に行うことができる。
【００２３】
第１４の発明は、特に、第１〜第１３のいずれか１つの発明において、発信手段で発信する光は、可視光、赤外線、紫外線、またはレーザ光であることにより、長寿命で省電力の充電ステーションを作成することが可能である。
【００２４】
第１５の発明は、特に、第１〜第１４のいずれか１つの発明において、発信手段で発信する光は、環境光に対する影響を少なくするよう特定の周波数変調を行うことにより、環境光に対する影響を少なくすることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における移動ロボットシステムを示している。
【００２７】
図に示すように、移動するロボット１００は、少なくともロボットの走行制御および移動距離の算出を行うマイクロ・コンピュータ部１０１、充電ステーション１１０から発信された光を受信する受信手段１０２、ロボット１００を移動させる移動手段である移動手段１０３、ロボット１００の駆動に必要な電力を供給する電池１０４を有している。マイクロ・コンピュータ部１０１は、受信手段１０２で受信された光の情報から移動手段１０３を制御するコントロール手段１０１ａと、移動手段１０３にて移動した量を算出する移動量算出手段１０１ｂとを備えている。
【００２８】
ロボット１００を充電する充電ステーション１１０は、少なくともロボット１００に充電ステーションの位置を通知するための光を発信する発信手段１１１、ロボット１００の電池１０４を充電する充電手段１１２を有している。なお、充電位置については、充電ステーション１１０の任意の位置であり、充電手段１１２によってロボット１００の電池１０４を充電可能な位置であれば特に限定されるものではない。
【００２９】
ここで、ロボット１００は、充電ステーション１１０の発信手段１１１の発信した光を受信手段１０２で受信することで、マイクロ・コンピュータ部１０１のコントロール手段１０１ａによって、移動手段１０３を制御することにより、充電ステーション１１０の予め決められた位置へ移動し、ロボット１００が充電ステーション１１０の充電手段１１２に接続する。これにより、電池１０４を充電することができるものである。
【００３０】
以下、各構成部の詳細について説明する。
【００３１】
マイクロ・コンピュータ部１０１は、例えば、ＣＰＵ、メモリで構成されており、受信手段１０２で受信した信号から、移動手段１０３への制御信号を生成する。構成としては、他にも、ＣＰＵ、メモリを１つにした１チップマイコンや、ＦＰＧＡ、ＤＳＰなどの他の演算可能なものであっても構わない。また、ＨＤＤやＤＶＤやフラッシュメモリなどの記録装置と一緒に構成することで、メモリ容量を大量に利用するような複雑な処理をすることも可能にすることができる。さらに、無線ＬＡＮなどの通信装置と一緒に構成することで、ロボット１００と外部機器との通信が可能になり、蓄積しているデータの送信や、新たな制御パターンの受信など、さらに高度な処理を可能にすることができる。
【００３２】
移動手段１０３のコントロールには、移動手段として利用する装置にあわせて、ＰＷＭなどによる制御やシリアル通信による移動量の設定などさまざまな形態にすることが可能である。
【００３３】
また、移動距離の算出方法は、移動手段１０３への命令から移動量を算出することが可能であり、例えば、左右２輪の移動手段を持つロボットの場合は、左右の駆動輪の速度設定と、設定経過時間から移動した距離と回転角度を算出することができる。さらに、移動手段１０３にエンコーダを備え付け、駆動後の結果を受信することで、移動量の精度を高めることができる。さらに、加速度センサやジャイロのような他の装置と組み合わせることで、移動量の算出精度を高めても構わない。
【００３４】
受信手段１０２は、例えば、発信手段１１１の発信する光を受信することが可能な、フォトトランジスタ、フォトダイオード、Ｃｄｓセル、ＣＣＤなどの光を受信するセンサであり、発信手段１１１の発信の光量や周波数特性に合わせた特性を持つものである。また、ロボット１００に配置する受信手段１０２の場所は、充電ステーション１１０の発信手段１１１の位置と移動のパターンから決めることができる。特に、ロボット１００上面に突起状に配置することで、水平方向の全周囲に渡って受信することが可能となる。また、ロボット１００上面に備え付けた受信手段１０２の上に、垂直方向からの光を遮光する構造を設置することで、垂直方向からの外乱光の影響を減らし、水平方向への感度を高めることが可能である。さらに、垂直方向からの光を遮光する構造の内側を円錐状にした反射構造にすることで、水平方向からの光を受信手段１０２に集光することができるため、さらに感度を高めることが可能である。
【００３５】
移動手段１０３は、例えば、２つのモータと２つの駆動輪を左右に水平に配置するように構成することで、マイクロ・コンピュータ部１０１からの制御信号によって、左右のモータの回転数を変化させることにより、駆動輪が動作して、ロボットが移動する。また、駆動輪に回転を検出するエンコーダを備えることで、左右のエンコーダの検出したパルス数をマイクロ・コンピュータ部１０１に伝えることで、移動量の算出精度を高めることができる。移動手段１０３は、モータと駆動輪の組み合わせ以外にも、複数のサーボモータを組み合わせた関節型のアクチュエータを組み合わせた２本足や４本足などの多足移動可能なものや、利用するモータは、リニアモータなど物理的な動作が可能なものであれば構わない。
【００３６】
電池１０４は、例えば、ニッケル水素２次電池にすることで、ロボット１００への電力の供給および充電手段１１２による充電が可能である。他にも、ロボット１００への電力が供給可能で、充電できるものであれば、ニッケルカドミウム２次電池、リチウムイオン２次電池、リチウムポリマー２次電池、燃料電池などでも構わない。
【００３７】
発信手段１１１は、例えば、赤色のＬＥＤにすることで、受信手段１０２が受信可能な光を発信することができる。他にも、受信手段１０２が受信可能であれば、白色などの他色のＬＥＤや、赤外線ＬＥＤや、レーザや、蛍光管や、無機ＥＬや、有機ＥＬなどであっても構わなく、素子の価格や入手し易さを考慮して、受信と発信の組み合わせにより選定することが可能である。また、発信手段１１１を配置する場合に、発信手段１１１をロボット１００の受信手段１０２の備え付けてある高さと同じ高さにすることで、効率よく光を伝えることが可能である。また、家具などの障害物が充電ステーション１１０の周囲に存在するところで利用する場合は、天井などの充電ステーションから離れた場所に設置しても構わない。
【００３８】
充電手段１１２は、電池１０４へ電力となるエネルギーを供給するものであり、例えば、電圧を発生させる２つ以上の端子にすることで、２次電池への電力の供給が可能になる。電圧は、電池１０４の特性に合わせて設定する。さらに、電池１０４内の温度を計測するためのサーミスタなどのセンサと接続される端子を組み合わせることで、充電時の電池１０４への過充電を防ぐことが可能になる。また、流した電流と、充電した時間を記憶しておくことで、適切な充電処理を行うことが可能になる。また、充電手段１１２は、２つ以上の端子以外に、電池１０４に電力となるエネルギーを供給することができるものであればよく、例えば、電磁誘導を利用することで、２次電池へ電力を供給する構成や、燃料を注入する装置にすることで、燃料電池へ燃料を供給するものであっても構わない。
【００３９】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における移動ロボットシステムを示している。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４０】
図に示すように、本実施の形態においては、発信手段１１１と受信手段１０２間の受発信を特定方向としたものである。この例では充電ステーション１１０に備え付けた発信手段１１１は、予め決めてある一定の光の発信角度αで光を発信するように構成している。光の角度の制限方法としては、例えば、全方向に発信する発信手段１１１の左右に間仕切り１１１ａをＶ字状に配置することで、任意に予め決めた角度の光を発信することができるし、発信角度の定められた発光素子を利用することも可能である。また、全方向に発信する発光素子の場合は、垂直方向に円錐状の反射板を設置することで、水平方向への到達距離を広くすることができる。また、例えば、発光素子が中心方向で強く発信する場合は、発信角度によって、到達距離が異なる構成にすることができ、光の到達範囲の形状をさらに特徴的に構成することができる。このような構成にすることで、光の到達範囲の円弧形状から発信位置を算出することも可能となる。
【００４１】
この構成では、光の到達領域Ａを制限することにより、到達領域や角度を予めロボット１００のマイクロ・コンピュータ部１０１に入力しておくことで、光の到達領域の情報と受信状態からロボット１００を充電ステーション１１０の充電位置まで正確に移動させることができる。
【００４２】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における移動ロボットシステムを示している。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４３】
図に示すように、本実施の形態においては、充電ステーション１１０の配置は、移動するロボット１００の空間内の壁Ｂにおける壁際（図３（ａ））または予め決められた任意の角度のコーナ（図３（ｂ））に設置するものである。
【００４４】
この構成により、図２で記載したような間仕切り１１１ａが不要となり、正確な角度で発信の調整をすることができる。なお、壁Ｂからの反射などの影響を少なくするために、壁Ｂには光を吸収する黒色の素材などを貼り付けても構わない。
【００４５】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における移動ロボットシステムを示している。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４６】
図に示すように、本実施の形態においては、発信手段１１１と受信手段１０２間の受発信を特定方向とするために、受信手段１０２を特定の角度からの光のみを受信するように、左右の間仕切り１００ａを備えた例である。このような構成にすることで、特定の角度からの光のみを受信することが可能となる。
【００４７】
図４（ａ）は、左右の間仕切り１００ａをＶ字状に設け、前方からのみ受信可能とした場合であり、図４（ｂ）は、左右の間仕切り１００ａをＶ字状に設けて前方から受信可能とするとともに、左右の間仕切り１００ａ間のコーナに開放部１００ｂを設けて後方からも受信可能としたものである。また、これら以外にも、受信角度が全方位でない予め決まった角度の光を受信する受光素子を利用しても構わない。
【００４８】
この構成により、受信状態から受信した光の方向を算出できるようになり、さらに、方向に精度が求められるような状態においては、光の受信角を絞り込むことで、精度を高めることも可能となる。
【００４９】
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５における移動ロボットシステムを示している。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００５０】
図に示すように、本実施の形態においては、ロボット５００は、壁などの障害物との距離を検出する測距手段５０５を有するものである。測距手段５０５は、例えば、光の反射を利用した測距センサ、あるいは超音波を利用した測距センサである。他にも、レーザを用いたものなどでもよく、障害物を検出するものであればいずれでも構わない。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５１】
この構成により、充電ステーション１１０を壁際や壁隅のコーナに設置していることを前提としている場合において、ロボット１００は、受信手段１０２で受信した後に壁沿いに動作をする、あるいは壁からの距離を計測することで、充電ステーション１１０の充電位置まで移動することが可能となる。
【００５２】
（実施の形態６）
図６、図７は、本発明の実施の形態６における移動ロボットシステムのフローチャートおよびロボットの移動の流れを示している。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００５３】
本実施の形態においては、ロボット１００は、充電ステーション１１０から発信された光を受信したとき、コントロール手段１０１ａにより特定の行動をして、充電ステーション１１０の位置と方向を自動的に算出して、充電ステーション１１０の充電位置まで移動するようにしたものである。具体的には、特定の行動は、受信手段１０２が受信と未受信を繰り返す光の到達距離の境界領域を沿うように進み、ロボット１００が充電ステーション１１０の充電位置まで移動するようにしたものである。
【００５４】
ロボット１００が充電ステーション１１０へ移動する場合、図６に示すように、まず、Ｓ６０１にて発信手段１１１の発信した信号を、受信手段１０２にて受信するまで探索行動を行う。探索行動は、例えば、右あるいは左の壁沿いに一定の距離を保ちながら移動する壁沿い行動であったり、壁や障害物を見つけるまで直進して、見つけた場合にランダムな方向に移動するランダム行動であったり、らせん状に旋回することで回転半径を大きくしていくらせん行動であったり、ある一定の距離ごとに角度を変化させるジグザグ行動であったり、記憶してある位置情報を使って移動する位置移動行動であったり、カメラやＧＰＳや超音波などの他のセンサを利用して移動するセンサ受信行動である。図７の（ａ）の例では、Ｓ６０１におけるランダム行動Ｃにより探索行動を行っている場合のロボット１００を示している。
【００５５】
Ｓ６０２では、受信手段１０２が受信していない場合は、Ｓ６０１に移行し探索行動を続ける。受信手段１０２が受信した場合は、Ｓ６０３へ動作を移行する。図７の（ｂ）の例では、Ｓ６０２における、受信手段１０２が発信手段１１１の光を受信した状態を示している。なお、図７のＤは光が常に検出される領域であり、Ｅは光の受信と未受信を繰り返す領域を示している。
【００５６】
Ｓ６０３では、光の受信と未受信を繰り返す光の到達距離の境界を沿う行動Ｆを行う。光の到達距離の境界を沿うには、例えば、受信手段１０２の受信状態を一定時間内に一定の回数カウントして、カウント数が、一定の値になるように、ロボット１００を移動させる。具体的には、左回転方向で沿う場合は、例えば、１０ミリ秒の間に１ミリ秒毎に１０回の光の受信状態をカウントすることにより、５回カウントされるような領域を沿うように、カウントが５よりも少ないときは、光の強くなる方向である左旋回を行い、カウントが５よりも多いときは、光の弱くなる方向である右旋回を行うことで、光の到達距離の境界を沿うことが可能である。
【００５７】
Ｓ６０４では、ロボット１００が一定角度以上回転したことをマイクロ・コンピュータ部１０１の移動量算出手段１０１ｂで検出した場合は、Ｓ６０５へ移行する。ここで一定角度以上の角度としては、図７の（ｃ）に示すような、具体的には６０度や７５度など光の到達範囲の途切れたところでロボット１００が大きく旋回するときの角度に合わせて設定する。
【００５８】
Ｓ６０５では、予め決めてある光の角度と到達距離から、マイクロ・コンピュータ部１０１によって充電ステーション１１０の位置と方向を算出する。具体的には、例えば、光の角度が９０度で、光の到達距離が１００ｃｍである場合において、充電ステーション１１０の位置は、ロボット１００が一定角度以上回転した場所から、１００ｃｍ離れた場所で、相対角度は４５度になる。
【００５９】
Ｓ６０６では、マイクロ・コンピュータ部１０１が移動手段１０３を制御して、充電ステーション１１０へ移動を行う。ここで、本実施の形態では、一定以上の角度で回転した場合に距離と角度を算出してその値から移動を行っているが、光の到達範囲の構成によっては、引き続き光の到達範囲の境界を沿う行動を行って充電ステーション１１０まで移動しても構わない。
【００６０】
Ｓ６０７では、ロボット１００の電池１０４が充電ステーション１１０の充電手段１１２と接続していない場合は、Ｓ６０２に移行し動作を続ける。電池１０４と充電手段１１２が接続した場合に動作が終了する。なお、充電手段１１２と電池１０４の接続は、電池によって、例えば、接続時に通電されるため、電圧あるいは電流の変化から検知することができる。また、例えば、電池１０４にスイッチなどのセンサを設けることで、接続を検知することが可能になる。また、本実施の形態では、充電手段１１２と電池１０４が接続した場合について例を挙げているが、電磁波など非接触で充電可能な場合や、他の構成物から電池に充電手段からのエネルギーを伝える場合など、電池１０４を充電している状態を接続した状態とする。
【００６１】
なお、本実施の形態では、光を探索する行動と、光の到達距離の境界を沿う行動と距離を算出して移動する行動を組み合わせた例を示したが、他にも、発信手段１１１の配置、および受信手段１０２の配置、ならびに前進、後退、右旋、左旋、右回り、左回りなどの行動を複数組み合わせることによって、任意の位置にロボット１００を移動させることが可能である。
【００６２】
本実施の形態では、発信手段１１１の発信した光の到達距離の境界をロボット１００の受信手段１０２の受信状態を利用しながら沿うことで、１つの発信手段１１１と１つの受信手段１０２のＯＮ／ＯＦＦのみの単純な構成であっても充電ステーション１１０の充電位置までロボット１００を正確に移動させることが可能となる。
【００６３】
（実施の形態７）
図８、図９は、本発明の実施の形態７における移動ロボットシステムのフローチャートおよびロボットの移動の流れを示している。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態においては、ロボット１００の特定の行動は、受信手段１０２を振るようにロボット１００をジグザグに移動して、受信手段１０２の受信の有無または強弱から、充電ステーション１１０の充電位置まで移動するようにしたものである。
【００６５】
ロボット１００が充電ステーション１１０へ移動する場合、図８に示すように、まず、Ｓ８０１にて発信手段１１１の発信した信号を、受信手段１０２にて受信するまで探索行動を行う。探索行動は、実施の形態６のＳ６０１と同じである。
【００６６】
Ｓ８０２では、受信手段１０２が信号を受信していない場合は、Ｓ８０１に移行し探索行動を続ける。受信手段１０２が信号を受信した場合は、Ｓ８０３へ動作を移行する。
【００６７】
Ｓ８０３では、右旋回行動を行う。具体例としては、左右２輪の移動手段１０３で動作する場合においては、右輪よりも左輪の方を速く回転させることで、右方向へ旋回することができる。
【００６８】
Ｓ８０４では、受信手段１０２の受信状況が一定時間内に未受信にならなかった場合に、Ｓ８０５へ移行し、一定時間内に未受信になった場合に、Ｓ８０６へ移行する。具体例としては、一定時間の間隔を５秒とすると、５秒以内に受信状態から未受信状態へ切り替わった状態が、未受信の状態である。
【００６９】
Ｓ８０５では、一定時間右旋回した後にも受信状態が続いているので、旋回方向が期待とは逆向きの可能性があるため、右旋回で進んだ距離だけ戻る動作を行う。具体的な例としては、右旋回時に動作させた移動手段１０３を逆方向に同じ時間だけ動作させることで、元の位置に戻ることができる。
【００７０】
Ｓ８０６では、左旋回を行う。例えば、右旋回と同様に、左輪よりも右輪の方を速く回転させることで左側に旋回することが可能である。受信手段１０２の受信状況を確認しながら右旋回と左旋回を繰り返し行うことで、図９（ａ）のロボット１００の軌跡に示すようにジグザグに行動Ｇしながら光の領域に沿った移動をして、充電ステーション１１０へ近づくことができる。
【００７１】
Ｓ８０７では、ロボット１００の電池１０４が充電ステーション１１０の充電手段１１２と接続していない場合は、Ｓ８０８に移行し動作を続ける。電池１０４と充電手段１１２が接続した場合に動作が終了する。なお、充電手段１１２と電池１０４の接続については、実施の形態６のＳ６０７と同じである。
【００７２】
Ｓ８０８では、受信手段１０２の受信状況が一定時間内に受信にならなかった場合は光の領域を見失ったものとして、Ｓ８０１へ移行し、一定時間内に受信になった場合に、Ｓ８０３へ移行する。
【００７３】
なお、本実施の形態では、光を探索する行動と、ジグザグに光の領域に沿う行動を組み合わせた例を示したが、他にも、発信手段１１１の配置および受信手段１０２の配置、ならびに前進、後退、右旋、左旋、右回り、左回りなどの行動を複数組み合わせることによって、任意の位置にロボットを移動させることが可能である。
【００７４】
本実施の形態では、図９（ｂ）に示すロボット１００がジグザグに移動しているときの光センサ受信状態例のように、特に光の境界範囲での受信期間Ｈ（および未受信期間）がはっきり判別できる場合に有効であり、発信手段１１１の発信した光の到達距離の境界をロボット１００の受信手段１０２の受信状態を利用しながらジグザグに沿うことで、１つの発信手段１１１と１つの受信手段１０２のＯＮ／ＯＦＦのみの単純な構成であっても充電ステーション１１０の充電位置までロボット１００を正確に移動させることが可能となる。
【００７５】
（実施の形態８）
図１０〜図１２は、本発明の実施の形態８における移動ロボットシステムのフローチャートおよびロボットの移動の流れを示している。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００７６】
本実施の形態においては、ロボット１００の特定の行動は、受信手段１０２で光を受信した場合に回転行動をして、受信手段１０２の受信の有無または強弱から、充電ステーション１１０の充電位置まで移動するようにしたものである。
【００７７】
ロボット１００が充電ステーション１１０へ移動する場合、図１０に示すように、まず、Ｓ１００１にて発信手段１１１の発信した信号を、受信手段１０２にて受信するまで、探索行動を行う。探索行動は、実施の形態６のＳ６０１と同じである。
【００７８】
Ｓ１００２では、受信手段１０２が受信していない場合は、Ｓ１００１に移行し探索行動を続ける。受信手段１０２が受信した場合は、Ｓ１００３へ動作を移行する。
【００７９】
Ｓ１００３では、図１１（ａ）に示すように、ロボット１００がその場で一回転の行動Ｉを行う。一回転の行動は、マイクロ・コンピュータ部１０１のコントロール手段１０１ａにより移動手段１０３をコントロールすることによって可能である。例えば、左右両輪で駆動する場合は、左右輪の回転方向を逆向きにすることで、一定時間回転させることにより、一回転することが可能である。
【００８０】
Ｓ１００４では、一回転したときの光の受信パターンから充電ステーション１１０の方向を算出する。例えば、図１１（ｂ）のロボット１００が一回転したときの光センサ受信状態の例に示すような受信パターンを取得することができる。本実施の形態によれば光の受信期間Ｊの中間地点が光の発信された方向Ｋとなることがわかる。また、図１２（ｂ）のロボット１００が一回転したときの光センサ受信状態の例によれば、受信期間Ｋ＞Ｌの長い方をロボット前方、短い方を後方とすることができ、受信パターンから前後を区別Ｍすることも可能となる。
【００８１】
Ｓ１００５では、Ｓ１００４で算出した充電ステーション１１０の方向および、予め決められてある光の到達距離から、充電ステーション１１０の充電位置まで移動する。ここで、光の到達距離がわからない状態であっても、充電ステーション１１０の方向が検出できれば、充電ステーション１１０の方向に移動することは可能であり、充電ステーション１１０における充電位置の接続精度の許容範囲内であれば構わない。
【００８２】
Ｓ１００６では、ロボット１００の電池１０４が充電ステーション１１０の充電手段１１２と接続していない場合は、Ｓ１００２に移行し動作を続ける。電池１０４と充電手段１１２が接続した場合に動作が終了する。なお、充電手段１１２と電池１０４の接続については、実施の形態６のＳ６０７と同じである。
【００８３】
なお、本実施の形態では、光を探索する行動と、一回転行動と、距離を算出して移動する行動を組み合わせた例を示したが、他にも、発信手段１１１の配置および受信手段１０２の配置ならびに前進、後退、右旋、左旋、右回り、左回りなどの行動を複数組み合わせることによって、任意の位置にロボットを移動させることが可能である。
【００８４】
本実施の形態では、図１１および図１２に示すロボット１００が光を受信したときに一回転することにより充電ステーション１１０の方向を検出する例に示すように、発信手段１１１の発信した光の方向をロボット１００が一回転したときの受信手段１０２における受信状態の変化を利用して、１つの発信手段１１１と１つの受信手段１０２のＯＮ／ＯＦＦのみの単純な構成であっても充電ステーション１１０の充電位置までロボット１００を正確に移動させることが可能となる。また、図１２に示した例（図４（ｂ）に対応）では、前方に広く構成した受信範囲によって発信手段１１１の発信する光の探索範囲を広くとりつつ、さらに後方の狭く構成した後方の受信範囲の領域を利用Ｎすることによって、精度良く後退して接続することが可能となる構成例である。
【００８５】
（実施の形態９）
図１３は、本発明の実施の形態９における移動ロボットシステムのフローチャートを示している。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００８６】
本実施の形態においては、充電ステーション１１０は、充電手段１１２の充電状態からロボット１００との接続の有無を検出し、発信手段１１１の発信信号を変更または停止するようにしたものである。
【００８７】
図に示す例では、Ｓ１３０１で、ロボット１００の電池１０４が充電ステーション１１０の充電手段１１２と接続している場合は、Ｓ１３０２に動作を移行し、接続していない場合は、Ｓ１３０３に動作を移行する。なお、充電手段１１２と電池１０４の接続については、実施の形態６のＳ６０７と同じである。
【００８８】
Ｓ１３０２では、発信手段１１１を無効にして発信しないようにする。このように発信しないようにすることで、ロボット１００は充電ステーション１１０付近で受信手段１０２の受信状態が無くなったときは、充電ステーション１１０の充電位置に移動したと判断し、動作を停止して充電状態の継続を行う。
【００８９】
Ｓ１３０３では、発信手段１１１を有効にして発信する。このようにすることにより、ロボット１００は充電ステーション１１０の位置を検出できるようになる。
【００９０】
このように構成および動作することにより、充電ステーション１１０に接続していることを、ロボット１００は接続のための回路を備えていなくても検出することができるので、単純な構成で移動ロボットシステムを構築することができる。また、充電ステーション１１０は充電している間は、発信のための電力を抑えることができるので、充電している間に使用するときの消費電力を抑えることができる。
【００９１】
なお、本実施の形態では発信手段１１１の有効および無効によって接続の有無をロボット１００に伝える方式を説明したが、接続の有無によって発信するパルス信号の内容を変更することによっても、接続の有無をロボット１００に伝えることができる。さらに、パルス信号であれば、充電が完了したことをロボット１００に伝えるような、接続の有無だけではなく他の状態についても、ロボット１００に伝えることができるので、さらにロボット１００の構成を単純化することも可能である。
【００９２】
（実施の形態１０）
図１４、図１５は、本発明の実施の形態１０における移動ロボットシステムおよびそのフローチャートを示している。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００９３】
本実施の形態においては、ロボット１４００は接近通知手段１４０５を有し、充電ステーション１４１０は接近通知手段１４０５から発信された信号を受信する接近感知手段１４１３を有し、接近感知手段１４１３で信号を受信した一定の期間のみ充電ステーション１４１０の発信手段１１１の信号を有効にするものである。
【００９４】
接近通知手段１４０５は、接近を非接触で受信側の装置に通知するものであり、例えば、超音波を発信する超音波発信装置であったり、可視光や赤外線やレーザを発信する発光装置であったり、電波あるいは磁場を発信する発信装置である。なお、この接近通知手段１４０５は、接近通知のみのために備えるのではなく、障害物検知に利用するために備えてある超音波発信装置や、壁との距離を検出する測距センサの発信装置や、パソコンなど他の機器と通信するために利用するような電波通信装置との併用が可能であり、併用することによって安価に構成することが可能となる。
【００９５】
また、接近感知手段１４１３は、接近通知手段１４０５の発信した信号を感知するものであり、接近感知に利用する装置に合わせて使用する装置を選択する。例えば、超音波が発信されてくる場合であれば超音波受信装置であり、他にも可視光や赤外線やレーザ、あるいは電波や磁場など発信する信号にあわせることで感知可能となる。
【００９６】
図１５の充電ステーションの制御フローは、充電ステーション１４１０に電源を接続されたところから動作が開始する。Ｓ１５０１では、ロボット１４００の接近通知手段１４０５から発信された信号を、充電ステーション１４１０の接近感知手段１４１３が感知している場合は、Ｓ１５０２に動作を移行し、感知していない場合は、Ｓ１５０３に動作を移行する。
【００９７】
Ｓ１５０２では、発信手段１１１を有効にして発信するようにする。このように発信するようにすることで、ロボット１４００は充電ステーション１４１０の位置を検出できるようになる。なお、接近感知した場合に、一定時間内は発信手段１１１を有効にすることで、ジッタのような信号が入ったり切れたりした場合でも、安定して発信させることができる。また、ロボット１４００が回転動作などを行い一時的に感知しなくなったときでも、ロボット１４００を充電ステーション１４１０へ移動させることができるようになる。
【００９８】
Ｓ１５０３では、発信手段１１１を無効にして発信しないようにする。このように発信しないようにすることで、ロボット１４００が接近していないときは、無効にすることで発信が必要でないときの消費電力を少なくすることができる。なお、接近通知手段１４０５が発信した信号を接近感知手段１４１３が感知距離する距離は、好ましくは、発信手段１１１の光の到達距離よりも長い方がよい。
【００９９】
このように構成および動作することにより、ロボット１４００が接近していることを、充電ステーション１４１０で感知して発信手段１１１を制御することで、不必要であった発信のための電力を抑えることができるので、消費電力を抑えることができる。
【０１００】
なお、本実施の形態では発信手段１１１の有効および無効の切り替えを行っているが、接近感知手段１４１３の感知の有無によって発信手段１１１の発信する光の強さを変えたり、パルス信号の内容を変更したりすることによって、接近の有無をロボット１００に伝えることができる。
【０１０１】
（実施の形態１１）
図１６は、本発明の実施の形態１１における移動ロボットシステムのフローチャートを示している。基本構成は実施の形態１０と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０２】
本実施の形態においては、ロボット１４００は接近通知手段１４０５を有し、充電ステーション１４１０は接近通知手段１４０５から発信された信号を受信する接近感知手段１４１３を有し、接近感知手段１４１３で信号を受信した一定の期間のみ充電ステーション１４１０の充電機能を有効にするものである。
【０１０３】
図に示す充電ステーション１４１０の制御フローは充電ステーション１４１０に電源を接続されたところから動作が開始する。
【０１０４】
Ｓ１６０１では、ロボット１４００の接近通知手段１４０５から発信された信号を、充電ステーション１４１０の接近感知手段１４１３が感知している場合は、Ｓ１６０２に動作を移行し、感知していない場合は、Ｓ１６０３に動作を移行する。
【０１０５】
Ｓ１６０２では、充電手段１１２を有効にして充電可能な状態とする。このように充電可能な状態とすることで、ロボット１４００は充電ステーション１４１０に接続して充電することが可能となる。なお、接近感知した場合に、一定時間内は発信手段１１１を有効にすることで、ジッタのような信号が入ったり切れたりした場合でも、安定して充電させることができる。また、ロボット１４００が回転動作などを行い一時的に感知しなくなったときでも、電池１０４を充電させることができる。
【０１０６】
Ｓ１６０３では、充電手段１１２を無効にして充電できない状態とする。
【０１０７】
このように構成および動作することにより、ロボット１４００が接近していることを、充電ステーション１４１０で感知して充電手段１１２を制御することで、ロボット１４００が接近していないときは、充電手段１１２は無効になるので、他の導電物が充電手段１１２に接触した場合であっても、誤って通電しないようになり、安全性を高めることができる。
【０１０８】
（実施の形態１２）
次に、本発明の実施の形態１２における移動ロボットシステムについて説明する。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０９】
本実施の形態においては、各実施の形態１〜１１の発信手段１１１で発信する光は、可視光、赤外線、紫外線、またはレーザ光である。
【０１１０】
これにより、例えば、発信手段１１１で発信する光が可視光であれば、発光ＬＥＤのような素子で構成することによって、長寿命で省電力の充電ステーションを作成することが可能である。また、赤外線の場合であれば、赤外線ＬＥＤを搭載することで同様の効果を得ることが可能である。
【０１１１】
（実施の形態１３）
次に、本発明の実施の形態１３における移動ロボットシステムについて説明する。基本構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１２】
本実施の形態においては、各実施の形態１〜１３の発信手段１１１で発信する光は、環境光に対する影響を少なくするよう特定の周波数変調を行うものである。
【０１１３】
これにより、例えば、特定の周波数帯のみに反応するように受信手段１０１を備えておくことで、環境光に対する影響をさらに少なくすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
以上のように、本発明にかかる移動ロボットシステムは、発信および受信の制御処理が簡単で、また、単純で安価な回路構成とすることができるので、掃除ロボットや、監視ロボットや、コミュニケーションロボットや、家事ロボットなどの、自動的に充電が必要な装置に有用である。さらに、充電以外にも、特定の位置あるいは経路に移動させる場合に有用である。例えば、ロボットの待機場所として記憶させておくことで、清掃ロボットの場合、清掃後に特定の場所に待機させることにより、利用者がごみを処理しやすくすることも可能であり、監視ロボットの場合、特定の場所の監視をさせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の実施の形態１における移動ロボットシステムの構成図
【図２】本発明の実施の形態２における移動ロボットシステムの充電ステーションを示す構成図
【図３】本発明の実施の形態３における移動ロボットシステムの充電ステーションの設置例を示す構成図
【図４】本発明の実施の形態４における移動ロボットシステムの充電ステーション例を示す構成図
【図５】本発明の実施の形態５における移動ロボットシステムの構成図
【図６】本発明の実施の形態６における移動ロボットシステムのフローチャート
【図７】同移動ロボットシステムにおけるロボットの充電ステーションへの移動を示す図
【図８】本発明の実施の形態７における移動ロボットシステムのフローチャート
【図９】同移動ロボットシステムにおけるロボットの充電ステーションへの移動を示す図
【図１０】本発明の実施の形態８における移動ロボットシステムのフローチャート
【図１１】同移動ロボットシステムにおけるロボットの充電ステーションへの移動を示す図
【図１２】同移動ロボットシステムにおけるロボットの充電ステーションへの移動の他例を示す図
【図１３】本発明の実施の形態９における移動ロボットシステムのフローチャート
【図１４】本発明の実施の形態１０における移動ロボットシステムの構成図
【図１５】同移動ロボットシステムのフローチャート
【図１６】本発明の実施の形態１１における移動ロボットシステムのフローチャート
【図１７】従来の移動ロボットシステムを示す構成図
【図１８】同従来の移動ロボットシステムのフローチャート
【符号の説明】
【０１１６】
１００、５００、１４００  ロボット
１０１  マイクロ・コンピュータ部
１０１ａ  コントロール手段
１０１ｂ  移動量算出手段
１０２  受信手段
１０３  移動手段
１０４  電池
１１０、１４１０  充電ステーション
１１１  発信手段
１１２  充電手段
５０５  測距手段
１４０５  接近通知手段
１４１３  接近感知手段
【図１】
2007276045.tif 000003
【図２】
2007276045.tif 000004
【図３】
2007276045.tif 000005
【図４】
2007276045.tif 000006
【図５】
2007276045.tif 000007
【図６】
2007276045.tif 000008
【図７】
2007276045.tif 000009
【図８】
2007276045.tif 000010
【図９】
2007276045.tif 000011
【図１０】
2007276045.tif 000012
【図１１】
2007276045.tif 000013
【図１２】
2007276045.tif 000014
【図１３】
2007276045.tif 000015
【図１４】
2007276045.tif 000016
【図１５】
2007276045.tif 000017
【図１６】
2007276045.tif 000018
【図１７】
2007276045.tif 000019
【図１８】
2007276045.tif 000020