(57)【要約】【課題】受光部がＰＳＤである場合に、障害物の材質や反射率によらず走行中における障害物との接触や衝突のおそれを低減できる自律移動体を提供する。【解決手段】自律移動体１００は、発光部１１と、受光部１２と、距離検出部２０と、記憶部３０と、移動速度制御部５１と、を備える。発光部１１は、障害物に測距用光を投射する。受光部１２は、障害物からの反射光が入射され入射位置に応じた２つの信号を出力する。記憶部３０は、受光部１２での受光強度と関連付けされた複数のフィルタパラメータを記憶する。移動速度制御部は、受光部１２に入射した反射光の受光強度に応じて移動速度を制御する。２つの信号を用いて障害物までの距離を検出する距離検出部２０は、受光部１２に入射した反射光の受光強度に対応するフィルタパラメータを記憶部３０から選択し、上記距離の検出において当該フィルタパラメータを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行空間内に存在する障害物までの距離に応じて走行制御される自律移動体であって、
障害物に測距用光を投射する発光部と、
前記測距用光の障害物からの反射光が入射され、入射位置に応じた２つの信号を出力する受光部と、
前記２つの信号を用いて障害物までの距離を検出する距離検出部と、
前記受光部での受光強度と関連付けされた複数のフィルタパラメータを記憶する記憶部と、
前記受光部に入射した前記反射光の受光強度に応じて移動速度を制御する移動速度制御部と、を備え、
前記距離検出部は、前記受光部に入射した前記反射光の受光強度に対応するフィルタパラメータを前記記憶部から選択し、前記距離の検出において当該フィルタパラメータを用いる自律移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触センサにより走行する空間内に存在する障害物を検出し障害物との接触や衝突を避けるように走行制御を行う、自走式電気掃除機などの自律移動体が知られている。特許文献１には、赤外線を出射する発光素子（発光部）と、障害物に到達し反射した赤外線を受光する受光素子（受光部）とを有する赤外線センサを備え、障害物で反射された赤外線の受光素子における入射位置から障害物の位置を検出する自律移動体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９３５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受光部が位置検出素子（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である場合、障害物の材質や反射率によって、障害物からの反射光の受光部における受光強度は異なる。例えば、障害物が床面の段差である場合、床面の材質（カーペット、タイル、石、畳など）により床の段差からの反射光の受光部における受光強度は異なる。また、床面の色や床面に光沢があるかないかなどにより床面の反射率が異なると、床面の段差からの反射光の受光部における受光強度は異なる。障害物からの反射光の受光部における受光強度が弱いと位置検出精度が低下する。このため、障害物の材質や反射率によっては、障害物の位置を精度良く検出できず、障害物と接触、衝突してしまうおそれがあった。
【０００５】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、受光部がＰＳＤである場合に、障害物の材質や反射率によらず走行中における障害物との接触や衝突のおそれを低減できる自律移動体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】
【０００６】
本発明は、走行空間内に存在する障害物までの距離に応じて走行制御される自律移動体であって、障害物に測距用光を投射する発光部と、前記測距用光の障害物からの反射光が入射され、入射位置に応じた２つの信号を出力する受光部と、前記２つの信号を用いて障害物までの距離を検出する距離検出部と、前記受光部での受光強度と関連付けされた複数のフィルタパラメータを記憶する記憶部と、前記受光部に入射した前記反射光の受光強度に応じて移動速度を制御する移動速度制御部と、を備え、前記距離検出部は、前記受光部に入射した前記反射光の受光強度に対応するフィルタパラメータを前記記憶部から選択し、前記距離の検出において当該フィルタパラメータを用いるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、受光部がＰＳＤである場合に、障害物の材質や反射率によらず走行中における障害物との接触や衝突のおそれを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態にかかる自律移動体の概略構成を示すブロック図である。
【図２】距離センサによる、自律移動体から障害物までの距離の検出方法について説明する図である。
【図３】記憶部におけるノイズフィルタの保存形式について説明する図である。
【図４】移動速度制御部による自律移動体の移動速度の制御について説明する図である。
【図５】受光強度に応じたフィルタパラメータを用いて自律移動体から障害物までの距離を検出する処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、自律移動体１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、自律移動体１００は、距離センサ１０と、距離検出部２０と、記憶部３０と、走行部４０と、走行制御部５０と、を備えている。
【００１１】
距離センサ１０は、自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離を検出するためのセンサであり、発光部１１と、受光部１２と、を有する。発光部１１は、例えば、赤外線発光素子（ＩＲＥＤ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）などであり、障害物Ｈに測距用光Ｐ１を投射する。受光部１２は、位置検出素子（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。受光部１２は、測距用光Ｐ１の障害物Ｈにおける反射光Ｐ２が入射すると、当該反射光の入射位置に応じて２つの信号（光電流Ｉ１,Ｉ２）を出力する。
【００１２】
距離検出部２０は、受光部１２が出力した２つの信号を用いて自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離を検出する。自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離を検出する方法の詳細については後述する。記憶部３０は、受光部１２での受光強度と関連付けされた複数のフィルタパラメータを記憶する。ここでフィルタパラメータとは、距離センサ１０を介した自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出において、ノイズを除去するために適用するノイズフィルタのサンプリング数である。
【００１３】
走行部４０は、左右一対の車輪と、車輪を駆動するモータを有する。車輪は、左右がそれぞれ独立して回転する。自律移動体１００は、両車輪が同時に回転することによって前進または後退する。また、自律移動体１００は、それぞれの車輪が異なる方向に回転するか、一方の車輪が停止し他方の車輪が回転することによって旋回する。
【００１４】
走行制御部５０は、自律移動体１００が、走行空間内に存在する障害物Ｈに接触または衝突することなく走行するように、距離検出部２０において検出した障害物Ｈまでの距離の情報Ｄ１などに基づいて走行部４０を制御する。また、走行制御部５０は、移動速度制御部５１を有している。移動速度制御部５１は、受光部１２に入射した反射光の受光強度に応じて移動速度を制御する。移動速度制御部５１による自律移動体１００の移動速度の制御の詳細については後述する。
【００１５】
ここで、距離検出部２０における、自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出方法について以下で説明する。自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出には三角測量の原理を用いている。
図２は、距離検出部２０における、自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出方法について説明する図である。図２に示すように、発光部１１で発光された測距用光Ｐ１は、投光レンズ１３で集光され障害物Ｈに向けて出射される。障害物Ｈからの反射光Ｐ２は、受光レンズ１４を介して受光部１２に入射し、入射位置Ｎにおいて結像する。
【００１６】
受光部１２は、入射位置Ｎに応じた２つの信号（光電流Ｉ１，Ｉ２）を出力する。入射位置Ｎの中心線Ｃからの距離をｘ、受光部１２の全長をｔとすると、２つの光電流Ｉ１、Ｉ２の比率は、Ｉ１／Ｉ２＝（ｔ／２＋ｘ）／（ｔ／２−ｘ）で表すことができる。式を変形すると、ｘ＝｛（Ｉ２−Ｉ１）／（Ｉ１＋Ｉ２）｝×（ｔ／２）で表される。
【００１７】
投光レンズ１３と障害物Ｈとの距離Ｌ、投光レンズ１３と受光レンズ１４との間隔をＳ、受光レンズ１４の焦点距離（受光レンズ１４と受光部１２の結像面との距離）をｆとする。なお、投光レンズ１３と障害物Ｈとの距離Ｌを、自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離とみなす。三角測量の原理よりＬ：Ｓ＝ｆ：ｘなので、投光レンズ１３と障害物Ｈとの距離Ｌは、Ｌ＝Ｓ×（ｆ／ｘ）で表すことができる。上述した入射位置Ｎの中心線Ｃからの距離ｘの式を代入すると、Ｌ＝Ｓ×ｆ／｛（Ｉ２−Ｉ１）／（Ｉ１＋Ｉ２）｝／（ｔ／２）で表される。
【００１８】
受光部１２の全長ｔ、投光レンズ１３と受光レンズ１４との間隔Ｓ、受光レンズ１４の焦点距離ｆは既定値である。よって、受光部１２が出力する２つの光電流Ｉ１，Ｉ２を測定することにより、自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離（投光レンズ１３と障害物Ｈとの距離Ｌ）を検出することができる。
【００１９】
障害物Ｈの材質や反射率によって、障害物Ｈからの反射光Ｐ２の受光部１２における受光強度は異なる。例えば、カーペットまたは黒い色の床面に段差がある場合、受光部１２に入射する反射光の受光強度は小さくなる。ＰＳＤの特性上、障害物Ｈからの反射光Ｐ２の受光部１２における受光強度が小さいとノイズの影響が大きくなり、自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出精度（位置検出精度）が低下する。
【００２０】
反射光Ｐ２を受けたときに受光部１２が出力する光電流Ｉ１，Ｉ２の和（Ｉ１＋Ｉ２）は、反射光Ｐ２の受光強度の大きさに応じた値になる。つまり、光電流の和（Ｉ１＋Ｉ２）が相対的に大きければ距離センサ１０による位置検出精度は相対的に高く、光電流の和（Ｉ１＋Ｉ２）が相対的に小さければ距離センサ１０による位置検出精度は相対的に低くなる。よって、受光強度は、光電流Ｉ１，Ｉ２の和（Ｉ１＋Ｉ２）を求めることにより検出できる。
【００２１】
距離センサ１０を介した自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出において、ノイズの影響が大きい場合は適用するノイズフィルタのサンプリング数を増やす必要がある。距離検出部２０は、受光部１２に入射した反射光の受光強度に対応するフィルタパラメータ（サンプリング数）を記憶部３０から選択する。そして、自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出において適用するノイズフィルタのフィルタパラメータを、記憶部３０から選択したフィルタパラメータとする。
【００２２】
図３は、記憶部３０におけるフィルタパラメータの保存形態について説明する図である。図３に示すように、複数のフィルタパラメータは、対応する受光強度と関連付けて保存されている。フィルタパラメータＮＡは、受光強度がＡである場合に最適なノイズフィルタのフィルタパラメータである。同様に、フィルタパラメータＮＢは受光強度がＢである場合、フィルタパラメータＮＣは受光強度がＣである場合、フィルタパラメータＮＤは受光強度がＤである場合、にそれぞれ最適なノイズフィルタのフィルタパラメータである。受光強度Ａ〜Ｄはそれぞれ大きさが異なる。
【００２３】
上述したように反射光Ｐ２を受けたときに受光部１２が出力する光電流Ｉ１，Ｉ２の和（Ｉ１＋Ｉ２）は反射光Ｐ２の受光強度の大きさに応じた値になることから、受光強度を光電流Ｉ１，Ｉ２の和（Ｉ１＋Ｉ２）の大きさとしてもよい。なお、記憶部３０に記憶させる受光強度およびフィルタパラメータの数は４つに限るものではない。記憶部３０に記憶させる受光強度およびフィルタパラメータの数を多くすれば、受光部１２に入射した反射光の受光強度により適したフィルタパラメータの選択が可能になるので、自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出精度をより向上させることができる。
【００２４】
記憶部３０に記憶する受光強度と対応するノイズフィルタのフィルタパラメータの決定方法について以下で説明する。
自律移動体１００から障害物Ｈまでの実際の距離（真の距離）が既知である状況において、障害物Ｈの材質や反射率の異なる複数の条件に対し、受光強度の検出、および距離センサ１０を介した自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出を行う。各条件において、検出した自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離（検出距離）が真の距離に近づくように、適用するノイズフィルタのフィルタパラメータ（サンプリング数）を決定する。このようにすることで、受光強度に対応する複数のフィルタパラメータを決定することができる。
【００２５】
移動速度制御部５１による自律移動体１００の移動速度の制御について以下で説明する。
上述したように受光強度が小さい場合、適用するノイズフィルタのサンプリング数を大きくする必要がある。例えば、図３において、受光強度Ａ〜Ｄの大小関係は、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄであるとすると、各受光強度に対応するフィルタパラメータ（サンプリング数）の大小関係は、ＮＡ＜ＮＢ＜ＮＣ＜ＮＤとなる。
【００２６】
ノイズフィルタのサンプリング数を大きくすると、ノイズフィルタによる時間遅れが大きくなるため、距離センサ１０による障害物Ｈまでの距離の検出における応答性が低下する。ここで応答性とは、自律移動体１００が障害物Ｈを認識してから自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離が検出されるまでに要する時間のはやさである。自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離を検出している間に自律移動体１００が障害物Ｈに接触または衝突してしまうのを防ぐため、受光強度が小さい場合には、自律移動体１００の移動速度を減じる必要がある。
【００２７】
図４は、移動速度制御部５１による自律移動体１００の移動速度の制御について説明する図である。図４に示すように、距離センサ１０を介して検出した受光強度が相対的に大きい場合、移動速度制御部５１は自律移動体１００の最高速度の設定値を相対的に大きくする。また、距離センサ１０を介して検出した受光強度が相対的に小さい場合、移動速度制御部５１は、自律移動体１００の最高速度の設定値を相対的に小さくする。このようにすることで、自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離を検出している間に自律移動体１００が障害物Ｈに接触または衝突してしまうのを防ぐことができる。
【００２８】
受光強度に応じたフィルタパラメータを用いて自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離を検出する処理の流れについて説明する。
図５は、受光強度に応じたフィルタパラメータを用いて自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離を検出する処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、まず、距離検出部２０が、距離センサ１０の受光部１２に入射した障害物Ｈからの反射光の受光強度を検出する（ステップＳ１）。次に、距離検出部２０が、ステップＳ１で検出した受光強度に対応するフィルタパラメータを記憶部３０の中から選択する（ステップＳ２）。ステップＳ２に続き、検出した受光強度に対応する自律移動体１００の移動速度を選択する（ステップＳ３）。続いて、ステップＳ２で選択したフィルタパラメータを用いたノイズフィルタを適用して自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離を検出する（ステップＳ４）。自律移動体１００が走行している間、ステップＳ１からステップＳ４の処理を繰り返す。
【００２９】
以上より、受光部がＰＳＤである場合に、受光部に入射した反射光の受光強度に応じて距離センサ１０を介して測定した自律移動体１００から障害物Ｈまでの距離の検出において適用するノイズフィルタのフィルタパラメータを選択するようにしたことで、障害物の材質や反射率によらず走行中における障害物との接触や衝突のおそれを低減できる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  自律移動体
１０  距離センサ
１１  発光部
１２  受光部
２０  距離検出部
３０  記憶部
４０  走行部
５０  走行制御部
５１  移動速度制御部
Ｉ１、Ｉ２  出力電流
Ｈ  障害物
【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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