(57)【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、前記本体周囲の障害物を検知することにより領域の境界を検知する境界検知手段と、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、前記領域で前記本体の直進、反転を繰り返して往復走行させながら、前記往復走行する方向と略直角の方向に前記本体を所定幅分Ｗずつ移動させ、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域の境界を、少なくとも２回連続して検知した場合に、移動を終了すると共に、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を第１回目に検知した後は、方向転換して反転走行し、この反転走行中に前記境界検知手段が、前記本体側方に障害物が有るか無いかを検知し、検知しなくなった場合、前記第１回目の前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を検知したことをクリアし、障害物を検知しなくなった方向へ、略９０度回転して前記所定幅分Ｗよりも小さい所定幅分Ｗ１を移動後、前記所定幅分Ｗ１移動前までに走行していた方向に向かって引き続き走行する移動ロボット。
【請求項２】
本体が領域内を移動中に、塵埃収集等の作業を行うこととした請求項１に記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の領域内を自動的に移動走行する移動ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動手段やセンサ類および移動制御手段を付加して自動的に移動を行う、いわゆる自立誘導型の移動ロボットが開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の移動ロボットでは終了判定に時間を用いていたために、領域の走行が終わっているにもかかわらず走行が続けられていたり、まだ走行していない領域が残っているにもかかわらず走行が終了してしまったりして、効率的に作業されているとは言い難かった。
【０００４】
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効率よく作業を行う移動ロボットを提供することを目的としている。
【０００５】
【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、前記本体周囲の障害物を検知することにより領域の境界を検知する境界検知手段と、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、前記領域で前記本体の直進、反転を繰り返して往復走行させながら、前記往復走行する方向と略直角の方向に前記本体を所定幅分Ｗずつ移動させ、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域の境界を、少なくとも２回連続して検知した場合に、移動を終了すると共に、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を第１回目に検知した後は、方向転換して反転走行し、この反転走行中に前記境界検知手段が、前記本体側方に障害物が有るか無いかを検知し、検知しなくなった場合、前記第１回目の前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を検知したことをクリアし、障害物を検知しなくなった方向へ、略９０度回転して前記所定幅分Ｗよりも小さい所定幅分Ｗ１を移動後、前記所定幅分Ｗ１移動前までに走行していた方向に向かって引き続き走行するようにしたものである。
【０００６】
これによって、簡単な構成で複雑な移動制御を行うことなく、領域の境界を検知できるので、領域内を効率よく移動走行を行う移動ロボットが実現できる。
【０００７】
【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、前記本体周囲の障害物を検知することにより領域の境界を検知する境界検知手段と、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、前記領域で前記本体の直進、反転を繰り返して往復走行させながら、前記往復走行する方向と略直角の方向に前記本体を所定幅分Ｗずつ移動させ、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域の境界を、少なくとも２回連続して検知した場合に、移動を終了すると共に、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を第１回目に検知した後は、方向転換して反転走行し、この反転走行中に前記境界検知手段が、前記本体側方に障害物が有るか無いかを検知し、検知しなくなった場合、前記第１回目の前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を検知したことをクリアし、障害物を検知しなくなった方向へ、略９０度回転して前記所定幅分Ｗよりも小さい所定幅分Ｗ１を移動後、前記所定幅分Ｗ１移動前までに走行していた方向に向かって引き続き走行する移動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、領域の境界を検知できるので、領域内を効率よく移動、走行することが出来る。また、所定距離Ｗよりも小さい所定距離Ｗ１だけ移動するようにすれば、側方の障害物の境界が鋭角に折れ曲がっているときなどに、未清掃領域の面積が小さくなり、走行及び清掃領域がより広がり、障害物の形状に関係なく、領域内を効率よく移動、走行することが出来る。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の本体が、領域内を移動中に、塵埃収集等の作業を行うこととしたことにより、移動、走行中に作業も行うことが出来るようになり、使用勝手が良くなるものである。
【０００９】
【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。
【００１０】
（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、図２は同、ブロック図を示すものである。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（移動方向転換手段）で、それぞれの出力軸は左右の走行輪（走行手段）４，５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、移動方向転換手段を兼ねている。６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の制御回路からなる。７は境界検知手段で、本体の前方および側方の障害物までの距離を光センサ等により検知、認識し、領域の境界を検知するようになっている。８は方向認識手段で、本体の向いている方向をジャイロ等により認識するようになっている。９は床面を掃除する清掃ノズルで、ファンモータ１０で発生させた真空圧によりゴミを吸引する。１１は電池などからなる電源で、本体１内に電力を供給する。
【００１１】
上記構成による本体１の走行動作について、図３を用いて説明する。まず開始点Ａ１から開始し、左右の駆動モータ２，３を駆動して前進する。障害物を認識し、境界を検知した地点Ｂ１で左方向に９０°移動方向へ転換し、所定距離Ｗだけ前進した後、再び左方向へ９０°移動方向を転換して前進する。障害物を認識し、境界を検知した地点Ｃ１で今度は右方向へ９０°移動方向を転換して所定距離ｗだけ前進し、再び右方向へ９０°移動方向を転換して前進する。このように反転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。このとき地点Ｄ１のように、本体の前方と側方とに領域の境界を検知して移動方向を転換しても前進できないときは、さらに方向を転換して、今まで前進してきた経路ｄ１を今度は逆方向に前進する。そして、地点Ｅ１で本体の前方と側方とに障害物を認識し、境界を検知して、再び移動方向を転換しても前進できないときは、それ以上前進できないような領域の境界を、本体の前方と側方とに連続して２回以上検知したとして、清掃領域が終了したと判断して掃除を終了させる。従って、図４に示すような清掃領域を開始点Ａ２から開始した場合、Ｄ２地点で移動方向を転換しても前進できなくなるが、経路ｄ２を逆方向に前進してＥ２地点へ達することによって前進することが可能となり、未清掃領域を生じさせることなく清掃作業を終了させることが出来る。
【００１２】
また、それ以上前進できないような領域の境界を、本体の前方と側方とに１回検知し、その後連続して再度、それ以上前進できないような領域の境界を、本体の前方と側方とに検知するまでに、前進可能な領域の境界を検知したときは、それ以上前進できないような領域の境界を、本体の前方と側方とに検知したことをリセットするようにして、安定した領域内の走行および作業を確保しているものである。
【００１３】
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。
【００１４】
以下、図５を用いて移動制御手段６での走行制御アルゴリズムの一例を示す。
【００１５】
ステップ１において、左右の駆動モータ２，３を駆動して本体１を前進させる。ステップ２において、境界検知手段７の入力を見て本体１の前方に障害物があるかどうかを判断し、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。ステップ３において、左右の駆動モータ２，３を停止して本体１を停止させる。ステップ４において、境界検知手段７の入力を見て進行方向側に障害物があるかどうかを判断し、障害物がなければステップ５へ進み、障害物があればステップ９へ進む。ステップ５において、側面フラグをクリアする。
【００１６】
ステップ６において、本体１を進行方向側へ９０°回転させる。ステップ７において、本体１を所定距離ｗだけ前進させる。ステップ８において、本体１をステップ６の時と同じ方向へ９０°回転させた後、ステップ１へ戻る。ステップ９において、側面フラグがセットされているかどうかを判断し、セットされていなければステップ１０へ進み、側面フラグがセットされていれば終了する。ステップ１０において、側面フラグをセットし、ステップ６へ進む。
【００１７】
なお、以上の説明では所定幅Ｗの移動を含んだ往復運動をしているが、前進と反転のみで構成されるジグザグ運動で、反転の際に回転半径の２倍の距離を横方向に移動しても、同様の効果が得られる。この場合回転の回数が少なくて済むため効率の点で有効である。
【００１８】
また、本実施例の境界検知手段が領域の境界を指定する磁気テープ（境界指定手段）を認識して、境界が有ることを検知するようにしても、同様の効果が得られる。この場合、必ずしも清掃領域が閉じた空間である必要がないため、清掃可能領域を広げることが出来る。なお、障害物または境界指定手段のいずれか１つを認識して、境界が有ることを検知しても、もちろん問題ないものである。
【００１９】
さらに、本実施例の境界検知手段が、段差を認識して、境界が有ることを検知するようにしても、同様の効果が得られる。この場合、清掃可能領域を広げることが出来、また段差に対して処理を施す必要がないため効率の点で有効である。なお、障害物または境界指定手段または段差のいずれか１つを認識して、境界が有ることを検知しても、もちろん問題ないものである。
【００２０】
（実施例２）
図６に示すような凸状の清掃領域を開始点Ａ３から開始した場合、やり残しを生じさせることなく作業を終了することが出来るが、図７に示す開始点Ａ４から開始した場合はＥ４地点で掃除が終了するため斜線部分のやり残しが生じることになり、部屋の形状によっては開始点を考慮する必要があった。
【００２１】
上記課題を解決するための本体１の走行動作について、図８を用いて説明する。まず開始点Ａ５から開始し、実施例１と同様に前進と回転を繰り返す。このとき地点Ｄ５のように移動方向を転換しても前進できない領域の境界を、境界検知手段が本体の前方と側方とに（第１回目として）検知したときは、さらに方向を転換して経路ｄ５の逆方向、すなわちｅ５方向へ転換し、前進する。この時本体１の進行方向側の側面（この場合は本体左側）をチェックし、障害物を検知しなくなる地点Ｅ５へ達したら移動方向を障害物を検知しなくなった方向へ転換して所定距離Ｗだけ前進する。以後、同様に回転と前進を繰り返すと再び移動方向を転換しても前進できない地点Ｆ５に達するので、経路ｆ５を逆方向に前進する。この時も進行方向側の側面をチェックしながら前進するが、障害物を検知した地点Ｇ５で移動方向を転換しても前進できないので、地点Ｆ５とＧ５とにおいて、前進できない領域の境界を、境界検知手段が本体の前方と側方とに連続して２回検知したとして、清掃領域が終了したと判断し、掃除を終了させる。
【００２２】
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。
【００２３】
以下、図９を用いて移動制御手段６での走行制御アルゴリズムの一例を示す。
【００２４】
ステップ１１において、左右の駆動モータ２，３を駆動して本体１を前進させる。ステップ１２において、側面フラグがセットされているかどうかを判断し、セットされていればステップ１３へ進み、セットされていなければステップ１８へ進む。ステップ１３において、進行方向側の側面が存在するかどうかを判断し、側面が存在しなければステップ１４へ進み、存在すればステップ１８へ進む。ステップ１４において、側面フラグをクリアにする。ステップ１５において、移動方向を進行方向側へ９０°回転させる。ステップ１６において、本体１を所定距離ｗだけ前進させる。
【００２５】
ステップ１７において、ステップ１５の時とは反対方向へ９０°回転させる。ステップ１８において、障害物検知手段７の入力を見て本体１の前方に障害物があるかどうかを判断し、障害物があればステップ１９に進み、障害物がなければステップ１１に戻る。ステップ１９において、左右の駆動モータ２，３を停止して本体１を停止させる。ステップ２０において、障害物検知手段７の入力を見て進行方向側に障害物があるかどうかを判断し、障害物がなければステップ２１へ進み、障害物があればステップ２５へ進む。ステップ２１において、側面フラグをクリアする。ステップ２２において、本体１を進行方向側へ９０°回転させる。
【００２６】
ステップ２３において、本体１を所定距離ｗだけ前進させる。ステップ２４において、本体１をステップ２２の時と同じ方向へ９０°回転させた後、ステップ１１へ戻る。ステップ２５において、側面フラグがセットされているかどうかを判断し、セットされていなければステップ２６へ進み、側面フラグがセットされていれば終了する。ステップ２６において、側面フラグをセットし、ステップ２２へ進む。
【００２７】
尚上記説明では、障害物を認識しなくなり、側方に境界が無いと検知しなくなる地点Ｅ５へ達したら移動方向を障害物を検知しなくなった側方方向へ転換して、それまでと同様に所定距離Ｗだけ前進するようにしているが、図１０に示すように、Ｗよりも小さい所定距離Ｗ１だけ、前進するようにしても良い。このようにすれば、境界（障害物）が鋭角に折れ曲がっているときなど、図１０に示す未清掃領域Ｓの面積が小さくなり、走行及び清掃領域がより広がるものである。
【００２８】
また、上記説明では、障害物を認識しなくなり、側方に境界が無いと検知しなくなる地点Ｅ５へ達したら移動方向を障害物を検知しなくなった側方方向へ転換する際、本体の回転角度がほほ９０度になるようにしているが、図１１に示すように障害物（領域）と本体１とが平行となるように回転して、障害物（領域）に沿って走行しても良い。このようにすれば、障害物（領域）の形状に関係なく最適な走行が実現でき、回転角度が９０°であるときと比べてより作業領域の形状に即した動作が可能となり、斜線部分のやり残しが生じないため、効率の点で有効である。
【００２９】
また、実施例１、２において自走式掃除機を例に説明したが、作業としては、掃除機に限られるものではなく、清掃等何でもかまわないものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜２に記載の発明によれば、簡単な構成で複雑な移動制御を行うことなく、自動的に効率よく領域内を移動、走行することが出来る。また、領域の形状に関係なく効率よく移動、走行することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における移動ロボットの構造を示す斜視図
【図２】  同、移動ロボットのブロック図
【図３】  同、移動ロボットの移動制御の動作説明図
【図４】  同、移動ロボットの他の移動制御の動作説明図
【図５】  同、移動ロボットの移動制御手段の処理内容を示すフローチャート
【図６】  本発明の実施例２における移動ロボットの移動制御の動作説明図
【図７】  同、移動ロボットの他の移動制御の動作説明図
【図８】  同、移動ロボットの他の移動制御の動作説明図
【図９】  同、移動ロボットの移動制御手段の処理内容を示すフローチャート
【図１０】  同、移動ロボットの進行方向へ移動時の回転動作説明図
【図１１】  同、移動ロボットの進行方向へ移動時の他の回転動作説明図
【符号の説明】
１  本体
２、３  駆動モータ（移動方向転換手段）
４、５  走行輪（走行手段）
６  移動制御手段
７  境界検知手段
８  方向認識手段
９  清掃ノズル
１０  ファンモータ
１１  電源
【図１】
0003931679.tif 000002
【図２】
0003931679.tif 000003
【図３】
0003931679.tif 000004
【図４】
0003931679.tif 000005
【図５】
0003931679.tif 000006
【図６】
0003931679.tif 000007
【図７】
0003931679.tif 000008
【図８】
0003931679.tif 000009
【図９】
0003931679.tif 000010
【図１０】
0003931679.tif 000011
【図１１】
0003931679.tif 000012