CN201233533Y - 自主行走装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种能改善在杂乱放置多个障碍物的区域往复行走时不能从特定区域内脱离出来的问题的自主行走装置。本实用新型的自主行走装置包括：检测有无障碍物及距障碍物的距离的障碍物检测单元(2)；使装置机体(1)移动行走的行走单元(7)；根据障碍物信息控制所述行走单元改变前进方向的控制单元。所述控制单元(5)具备一边使装置在移动区域内往复移动一边沿和往复移动方向垂直的方向移动的往复移动模式。在所述往复移动模式中，如果判定自主行走装置因移动区域内放置的障碍物而出现了不能移动的状态，则变更成能从不能移动的区域内脱离出来的障碍物回避操作模式，从而改善出现往复操作而往复移动不前进、或者不能执行结束的现象。

Description

自主行走装置

技术领域

本实用新型涉及一种在行走过程中可以检测并避开障碍物的自主行走装置、及为用于使该装置工作的计算机程序。

背景技术

现有的这种自主行走装置包括：控制单元；使装置机体移动行走的行走单元；检测装置机体的行走方向的行走方向检测单元；用于检测墙壁及障碍物的障碍物检测单元；工序结束判定单元；和下一工序开始位置判定单元。这一自主行走装置的行走控制方式如下，先根据所述行走方向检测单元的输出使机体朝第1方向行走，在向第1方向行走的过程中，如果所述障碍物检测单元检测到墙壁及障碍物，则使机体折返，朝与第1方向相反的第2方向行走；在朝第2方向行走的过程中，如果检测到前方有墙壁或障碍物，则再次折返，朝与第2方向相反方向即第1方向行走。并且，一边使装置在第1方向和第2方向上往复行走，一边在规定区域内朝与第1方向和第2方向大体垂直的方向行进，这一过程为工序A。当上述障碍物检测单元连续多次检测到造成无法在往复移动的前进方向(和与往复移动方向基本垂直的往复移动前进方向)上折返的墙壁或障碍物时，所述过程结束判定单元则判定所述工程A结束，然后控制装置机体沿着墙壁或者障碍物行走，直至所述下一过程开始位置判定单元判断出下一过程的开始位置为止(具中的一例可参考日本专利公开公报2003-241832)。

但在，虽然在上述的现有技术在连续多次检测到无法在往复移动的前进方向(和与往复移动方向大体垂直的往复移动前进方向)上不能折返的墙壁或障碍物时，所述过程结束判定单元会判定所述工程A结束，之后控制装置机体沿着墙壁或者障碍物行走，直至所述下一过程开始位置判定单元判定出下一过程的开始位置为止，但是，在像图11所示的那种杂乱地放着多张桌椅的地方发生折返时，存在着装置就在很长的一段时间内在大体同一区域反复地往复移动、在和往复移动方向垂直的方向上几乎不前进、很难从这个区域里脱离出来的问题，而且还存在过程结束判定单元会在移动区域的中间就判定工序A结束的现象。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的上述问题，其目的在于提供一种能改善在同一场所反复进行往复移动、不能从特定区域内脱离出来的现象的自主行走装置。

本实用新型的自主行走装置包括：检测有无障碍物及测定和障碍物之间的距离的障碍物检测单元；使装置机体移动行走的行走单元；和根据所述障碍物检测单元检测到的障碍物信息控制所述行走单元改变机体前进方向的控制单元。所述控制单元具有使装置机体一边在移动区域内往复移动一边朝与往复移动方向相垂直的横向移动的往复移动模式，当在所述往复移动模式中判定装置机体因放置在移动区域内的障碍物而处于无法移动状态时，变更为从不能移动的区域内脱离出来的障碍物回避操作模式。这样，装置机体能够从无法移动的区域内脱离出来，改善不断反复进行往复移动、或者操作自动结束的现象。

本实用新型产生的技术效果如下。本实用新型的自主行走装置及用于该装置工作的计算机程序在往复移动模式中如果判定在与往复移动方向相垂直的方向上的前进距离处于因放置在移动区域内的障碍物而低下状态，则变换为障碍物回避操作模式，因此能够改善反复进行往复移动、在往复移动方向上不前进或操作不能自动终止的问题。

本实用新型第1方案中的自主行走装置包括：检测有无障碍物及测定和障碍物之间的距离的障碍物检测单元；使装置机体移动行走的行走单元；和根据所述障碍物检测单元检测到的障碍物信息控制所述行走单元改变机体前进方向的控制单元。所述控制单元具有使装置机体一边在移动区域内往复移动一边朝与往复移动方向相垂直的横向移动的往复移动模式，当在所述往复移动模式中判定装置机体因放置在移动区域内的障碍物而处于无法移动状态时，变更为从不能移动的区域内脱离出来的障碍物回避操作模式。这样，装置机体能够从无法移动的区域内脱离出来，改善不断反复进行往复移动、或者操作自动结束的现象。

第2方案中的自主行走装置包括：检测有无障碍物及测定和障碍物之间距离的障碍物检测单元；使装置机体移动行走的行走单元；和根据所述障碍物检测单元检测到的障碍物信息控制所述行走单元改变装置机体前进方向的控制单元。所述行走单元具有使装置机体一边在移动区域内往复移动一边沿和往复移动方向垂直的横向移动、且当检测到移动区域内的障碍物时减少横向位移量的往复移动模式，在所述往复移动模式中因移动区域内放置的障碍物而造成横向位移量减少时，即判定为已经处于不能移动的状态，变更为从不能移动的区域内脱离出来的障碍物回避操作模式。这样，装置机体能够从无法移动的区域内脱离出来，改善不断反复进行往复移动、或者操作自动结束的现象。

第3方案的自主行走装置包括：检测有无障碍物及测定和障碍物之间的距离的障碍物检测单元；检测装置的机体移动方向的方向检测单元；测定装置的机体移动距离的距离测定单元；使装置机体移动行走的行走单元；根据所述方向检测单元和距离测定单元的输出计算出装置机体的坐标位置的位置测定单元；和接收前面所述各检测单元的输出、控制所述行走单元的控制单元。装置机体开始操作时的行走操作是一边在移动区域内变换方向进行往复移动、一边沿与往复移动方向垂直的方向前进的操作模式，在在所述垂直方向上的前进量下降时，则从开始操作时的操作模式变换成障碍物回避操作模式。这样，自主行走装置在同一区域不断往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题可以得到防止。

第4方案为，在第3方案的基础上还包括：根据所述方向检测单元和所述距离测定单元的输出计算出装置机体的位置坐标、并将所述位置坐标以及所述障碍物检测单元中的障碍物检测频度加以存贮的位置测定单元。所述控制单元至少将存贮在位置测定单元中的位置坐标移动量和障碍物检测频度中的一项作为在所述垂直方向上的前进减少量进行输入，并根据上述输入将行走操作模式从操作开始时的操作模式变换到障碍物回避操作模式。这样，自主行走装置在同一区域不断往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题可以得到防止。

第5方案为，在第3或第4方案的基础上，当位置坐标在与往复移动方向垂直的方向上的位移量比规定量小的情况下，控制单元则将行走操作模式从操作开始时的操作模式变换成障碍物回避操作模式。这样，在进行转向操作中的横向移动时因检测到障碍物而引起横向位移量减少、且这样的状态连续发生导致实际上往复移动前进方向上的位移量比相应次数的往复操作中应该移动的位移量小的情况下，装置机体就变换到其他操作模式。因此，自主行走装置在同一区域不断往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题可以得到防止。

第6方案为，在第4方案的基础上，在转向时的直线前进操作过程中检测到障碍物的频度大于或等于预定次数的情况下，控制单元则将行走操作模式由开始时的操作模式变换成障碍物回避操作模式。这样，在转向过程中的直线前进操作中多次检测到的障碍物、转向时的横向位移较时，自主行走装置在同一区域不断往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题可以得到防止。

第7方案为，在第3或第4方案的基础上，在往复运动过程中，当距离相对于存储在位置测定单元内的移动区域内的最大直线移动距离的比例小于预定比例的直线移动持续了预先设定的规定次数时，控制单元就从操作开始时的操作模式变换成障碍物回避操作模式。这样，自主行走装置在狭小的同一区域不断往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题可以得到防止。

第8方案为，在第3或第4方案的基础上，在往复移动过程中，如果在规定时间内位置坐标在和往复移动垂直的方向上的位移量比规定量小，控制单元则将操作开始时的操作模式变更成障碍物回避操作模式。这样，在往复移动的前进方向上的实际前进距离比规定量小的情况下，自主行走装置在同一区域不断往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题可以得到防止。

第9方案为，在第4方案的基础上，当位置坐标在与往复移动方向垂直的方向上的前进量发生下降、且检测到障碍物的频度超过预定的规定次数、而且当距离相对于存储在位置测定单元内的移动区域内的最大直线移动距离的比例小于预定比例的直线移动持续了预先设定的规定次数时，控制单元则将操作开始时的操作模式变更成障碍物回避操作模式。这样，在往复移动的前进方向上的实际前进距离比规定量小的情况下，自主行走装置在同一区域不断往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题可以得到防止。

第10方案为，在第3～第9的任一项方案的基础上，控制单元在将操作开始时的操作模式变更为障碍物回避操作模式的过程中，在操作开始时的操作模式结束后，先实施预定的脱离操作，然后再进入和操作开始时的操作模式不同的障碍物回避操作模式。这样，自主行走装置就可以从在同一区域反复操作使往复移动得不到行进的状态脱离出来，往复移动不前进或操作不能自动结束的问题就可以得到防止。

第11方案为，在第1～第10的任一项方案的基础上，所述的障碍物操作回避模式为在移动中检测到障碍物时朝随机决定的前进方向进行转向的操作模式。这样，自主行走装置在狭小的同一区域不断往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题可以得到防止。

第12方案中的自主行走装置包括：检测有无障碍物及测定和障碍物之间的距离的障碍物检测单元，检测装置机体的移动方向的方向检测单元，测定装置机体的移动距离的距离测定单元，使装置机体移动行走的行走单元，根据所述方向检测单元和距离测定单元的输出计算出装置机体的坐标位置、并将所述位置坐标的位移量加以存贮的位置测定单元；和接收前面所述的各个检测装置的输出、对所述行走单元进行控制的控制单元。自主行走装置具有在装置机体开始操作时先沿移动区域环绕一圈，然后在移动区域一边进行方向转换作往复移动、一边朝与往复移动方向垂直的方向前进的操作模式，且从所述的环绕一圈的操作中存贮在所述位置测定单元内的位置坐标计算出与往复移动方向垂直的方向上的移动区域的长度，再根据计算出的移动区域长度和装置机体的往复移动的规定间距求出装置机体的推定所需折返次数，如果往复移动中的折返次数超过上面求得的推定所需折返次数时，所述自主行走装置在移动过程中检测到障碍物时就从往复移动操作模式变更到朝随机决定的前进方向进行转向的操作模式。这样，根据存储在位置测定单元中的移动轨迹可以求出自主行走装置在移动区域内的往复移动方向和与之垂直的方向上的距离，再根据所求得的垂直方向上的距离长度可求出自主行走装置所需的折返次数，如果实际情况超过该求得的所需折返次数，则将自主行走装置变换到其他的操作模式。因此，自主行走装置不断进行往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题就可以得到防止。

第13方案为，在第12方案的基础上，所述操作模式的变更通过在所述装置机体的推定所需折返次数乘以规定的比例得到新的折返次数来进行。这样，自主行走装置在超过自主行走装置的推算出的所需折返次数乘上规定的比例所得到的折返次数的时候，就变换到其他的操作模式。自主行走装置不断进行往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题就可以得到防止。

第14方案为，在第13方案的基础上还包括能够设定规定比例的设定输入单元。这样，根据移动区域内往复移动垂直方向上的距离求得的自主行走装置的所需折返次数就能够选择所要乘上的比例。如果实际超过这个求得的折返次数，自主行走装置就变换到其他的操作模式。自主行走装置不断进行往复移动、往复移动不前进或操作不能自动结束的问题就可以得到防止。

第15方案为，在第3～第14的任一项方案的基础上，在和操作开始时的操作模式不同的障碍物回避操作模式中，控制单元将存贮在位置测定单元中的变更前的操作模式中的装置机体的位置坐标与操作过程中的装置机体的位置加以比较，控制装置机体避开在变更前的操作模式中已经通过过的位置。这样，因为可以避开已经经过的区域，所以能够防止再度陷入反复操作，自主行走装置往复移动不前进或操作不能自动结束的问题就可以得到防止。

第16方案为，在第3～第15的任一项方案的基础上，在和操作开始时的操作模式不同的障碍物回避操作模式中，控制单元将存贮在位置测定单元中的变更前的操作模式中的装置机体的位置坐标与操作过程中的装置机体的位置加以比较，控制装置机体避开在变更前的操作模式中无法移动的位置。这样，因为可以控制自主行走装置的移动方向使其不进入先前陷入反复操作而不能移动的区域内，所以能够防止再度陷入反复操作，自主行走装置往复移动不前进或操作不能自动结束的问题就可以得到防止。

第17方案为，通过对第1～第16的任一项方案的自主行走装置的一部分或者全部单元进行计算机编程，本实用新型的自主行走装置的一部分或者全部功能使用微处理器等可以方便地实现，并能够灵活对应超声波传感器变更、或老化等特性变化引起的用于实现自动行走操作的设定条件和倍数的变更。另外，因为可以利用存储体存贮数据，或利用通信电路来传送程序，所以能够方便地实现程序的分发。

附图说明

图1为本实用新型实施方式1中的自主行走装置的构成框图，

图2为上述自主行走装置中的障碍物检测单元的详细构成示意图，

图3为上述自主行走装置的机体操作的流程图，

图4为上述自主行走装置的操作流程图，

图5为上述自主行走装置的运动轨迹示意图，

图6为上述自主行走装置的机体操作流程图，

图7为本实用新型实施方式2中的自主行走装置的构成框图，

图8为该自主行走装置的操作流程图。

图9为该自主行走装置的另一种操作流程图。

图10为该自主行走装置的移动轨迹示意图。

图11为现有的自主行走装置的操作示意图。

上述附图中，1 为装置机体，2 为障碍物检测单元，3 为方向检测单元，4 为距离测定单元，5 为控制单元，6 为位置测定单元，7 为行走单元，8 为缓冲单元，9 为主动轮，10 为从动轮，11 为输入设定单元，60为第1操作模式(往复移动模式)，61 为脱离操作，62 为第2操作模式(障碍物回避操作模式)。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型的一些实施方式进行详细说明。同时需要指出的是，本实用新型的实施方式不具有限定本实用新型区域的作用。

(实施方式1)

图1中示出了本实用新型实施方式1中的自主行走装置。

如图1所示，自主行走装置机体1中设有：障碍物检测单元2、方向检测单元3、距离测定单元4、控制单元5、位置测定单元6、行走单元7、和缓冲单元8。障碍物检测单元2用于检测有无障碍物及测定与障碍物之间的距离。方向检测单元3由陀螺传感器等构成，用于检测装置机体1的转动角度和移动方向。距离测定单元4能够根据主动轮9的直径及其转动圈数来测定装置机体1的移动距离。行走单元7通过驱动主动轮9带动从动轮10使装置机体1行走。位置测定单元6根据所述方向检测单元3的方向输出信号和距离测定单元4的距离输出信号计算出装置机体1的坐标位置，并将装置机体1的移动轨迹存贮下来。缓冲单元8设置在装置机体1的前方，用于检测和所述障碍物的接触情况。控制单元5接收前面所述的障碍物检测单元2、方向检测单元3、距离测定单元4、位置测定单元6和缓冲单元8的输出信号，对所述行走单元7进行控制。

图2为机体1中的障碍物检测单元2的详细构成示意图。

如图2所示，在装置机体1的前方设有发送超声波的超声波发送传感器2a和2b、和接收被障碍物反射的超声波反射波的超声波接收传感器2c、2d和2e。另外，在装置机体1的右侧表面上设有利用红外线测定距障碍物的距离的光测距传感器2f和2g。θl、θc、θr分别表示超声波接收传感器2c、2d和2e可以检测到的范围。超声波发送传感器2a和2b、超声波接收传感器2c、2d和2e、光测距传感器2f和2g构成了障碍物检测单元2。

下面对具有上述构成的自主行走装置的操作情况和作用进行说明。

图3为本实用新型的自主行走装置的操作流程图。

本实用新型的自主行走装置在起动后首先利用障碍物检测单元2中的光测距传感器2f和2g检测装置机体1的右侧是否有墙壁(步骤1)，如果没有墙壁就前进(步骤2)。然后，当检测到装置前方第1规定距离以内(例如10cm)内有障碍物时(步骤3)，控制单元5控制行走单元7使装置机体1停止前进，并向左转90度。具体操作过程是，控制单元5一边通过方向检测单元3输出的方向检测结果监测装置机体1的转动角度，一边通过行走单元7使左右主动轮9向相反方向转动(如左主动轮后退、右主动轮前进)，使装置机体1左转(即朝逆时针方向转动)90度。

这样，原来位于装置机体1前方的障碍物(如墙壁)就会被检测到处于装置机体1的右侧，利用光测距传感器2f和2g可以测定出距离，并且可以判定出前后的距离差(步骤5)。如果前侧离墙壁较远的话，则使装置机体1右转(步骤8)，朝与墙壁平行方向转动；然后，再次对前后的距离差进行判定(步骤5)。同样，如果后侧离墙壁比较远的话(步骤6)，则使装置机体1左转(步骤7)，朝与墙壁平行方向转动；之后，再次判定前后的距离差(步骤5)。通过反复多次进行这样的操作，使前后距离的测定值最终相等，使装置机体1平行于位于其右侧的墙壁。

图4中示出了这一状态。在图4中，光测距传感器2f和2g各自测得的距离值为Df和Dg，通过将Df和Dg调整至相等，可以使装置机体1与位于右侧的墙壁平行。然后，控制单元5在装置机体1与墙壁平行时将方向检测单元3检测到的装置机体1的转动角度固定住，将装置机体1此刻的转动角度作为装置以后的移动方向。

另外，在图4中所示的例子中，装置机体1在起动后首先通过障碍物检测单元2检测右侧是否存在墙壁，如果不存在就前进，如果前方检测到障碍物或墙壁时就相对于检测到的障碍物左转90度，通过装置机体1的右侧对在装置机体1前方检测到的障碍物或墙壁进行检测，将装置机体1调整到与被检测到的障碍物或墙壁平行的状态。

此外，光测距传感器也可以设置在装置机体1的左侧表面，装置机体1起动后首先对左侧是否存在墙壁进行检测，如果左侧存在障碍物或者墙壁，则将装置机体1调整成相对其平行。或者，也可以首先使装置机体1进行360度的旋转，如果在转动过程中装置机体1右侧表面的光测距传感器2f、2g检测到障碍物或者墙壁的话，则将装置机体1调整到与检测到的障碍物或者墙壁平行。

接下来利用图5对装置机体1相对于障碍物或者墙壁平行后的操作进行说明。图5为在由墙壁包围起来的移动区域内放置着作为障碍物的多个椅子的状态，图中还示出了存贮在本实用新型的自主行走装置的位置测定单元6内的装置机体1的移动轨迹。

如图5所示，位置测定单元6根据方向检测单元3测定的装置机体1的转动角度(移动方向)、和从距离测定单元4测得的装置机体1的移动距离所计算出装置机体1的位置信息，其移动轨迹以2维坐标的形式存贮下来。

图5中的坐标X、Y轴分别被定义成坐标值随着向左和向上的移动而逐渐变大。图中的1个单位长度为和装置机体1的宽度大致相同(例如30cm)。在本实施方式中，图5所示的移动区域内最上部的Y轴坐标值设为p，这一值以后的说明中还会用到。

在图5中，以坐标(0，0)的PO点作为操作开始的起始点，装置机体1在和右侧的墙壁保持第1规定距离(例如10cm)的情况下开始直线前进；如果检测到装置机体1的前方有障碍物墙壁，就在原地(坐标(0，P))如上所述的那样使左右主动轮9朝相反的方向旋转，使装置机体1向左转90度，然后移动第2规定距离(为装置的宽度，约30cm)，到达坐标(1，p)，再左转90度，朝起始点方向前进。

在再次开始直线前进后，如果在第1规定距离处检测到前方有障碍物墙壁时，就在该点(坐标(1，0))如上所述地使左右主动轮9朝相反方向旋转，使装置机体1向右转90度，再移动第2规定距离(为装置宽度，约30cm)，到达坐标(2，0)；然后再右转90度，朝检测到障碍物前的相反方向直线前进。

也就是说，如果在直线前进过程中在第1规定距离内检测到障碍物的话，就朝往复运动的前进方向(图5为左侧方向H)进行90度转弯，接着直线前进第2规定距离长度，再接着进行90度转弯，通过这一系列操作进行了180度转弯。这样的一系列操作在每次检测到障碍物的时候都会进行。

上述的一系列操作以后将称为“第1操作模式60”。对于这一第1操作模式60的各个操作命名如下：直线前进中检测到障碍物后首次进行的90度转弯称为转向操作T1，横向移动称为横向前进T2，其后的90度转弯称为转向操作T3。

这样，通过方向检测单元3检测到的装置机体1的转动角度(移动方向)和距离测定单元4检测到的装置机体1的移动距离可以确定装置机体1的位置，并将装置机体1工作时的移动轨迹存贮到位置测定单元6中。另外，在横向前进T2的过程中，如果障碍物检测单元2或者缓冲单元8检测到障碍物，控制单元5则使装置机体1在该点停止横向前进T2，进行转向操作T3。

在如图5所示的放置有多个椅子等的地方，装置机体1在横向前进T2的过程中通过障碍物检测单元2或者缓冲单元8会检测到凳脚等障碍物，在横向上无法移动与装置机体1的宽度相当的距离，故就在该点进行转向操作T3，其移动轨迹如图5中的点划线所示的轨迹区间S内所示(虽然实际上位置测定单元6中记录的是2维坐标上的移动轨迹，并没有存贮进图5所示的椅子的位置，但这里为了说明起来方便，坐标图上也标出了椅子所在的位置)。

如图5中的轨迹区间S中所示，在坐标(4，p)到坐标(6，p-4)的区域内，由于在检测到障碍物后进行的折返操作(转向操作T1、横向前进T2、转向操作T3)的过程中又检测到了其他的障碍物，因此即使进行转向也不能在横向上移动第2规定距离长度，故实际上不断进行直线前进和少量的横向移动。

在图5的轨迹区间S中，在A、B、C、D、E、F位置进行的折返过程中的横向前进T2中，连续6次都再次检测到了成为折返对象的障碍物。

一般来说，进行6次折返操作的话，会在往复运动的前进方向H上移动与上述次数相对应的坐标距离，但实际上在轨迹区间S内在往复运动的前进方向H上只移动了2个坐标。另外，在到达轨迹区间S之前，在前进方向上Y坐标从0变化到P或者从P变化到0，但是在轨迹区间S内的变化却很少，仅仅是在P和P-4之间反复进行往复移动。因此，在这样的轨迹区间S内，即使在各个位置进行转弯，在横向上也不能移动第2规定距离，而且在纵向上也只前进了很短的距离，只是在差不多属于同一区域的(4，p)至(6，p-4)之间反复进行往复移动。

在上面那样的移动轨迹存贮到位置测定单元6内时，控制单元5即判定装置机体1处于在如上所述轨迹区间S那样的坐标变化很小的区域内反复地往复移动的状态，从而在一定时间内(例如2秒)执行脱离操作61，从该区域脱离出来。

脱离操作61是指这样的操作，即控制单元5为了使障碍物检测单元2在装置机体1前方检测到的障碍物被光测距传感器2f或2g检测到而使装置机体1左转或右转，并一边使装置机体1和被光测距传感器2f或2g检测的障碍物之间保持第3规定距离(例如5cm)一边移动。

另外，在执行了一定时间的脱离操作61后，如果障碍物检测单元2在装置机体1前方没有检测到障碍物即前方为畅通状态，控制单元5则使装置机体1直线前进，并在再次检测到障碍物之后执行不同于前面所述的(每次检测到障碍物时进行转向和往复移动的)第1操作模式60的第2操作模式62。在经过了一定的时间之后前面仍没有发现没有空档时，则延长沿着障碍物移动的时间，直到找到没有障碍物的地方为止。

上面的第2操作模式62是在检测到障碍物时朝随机决定的前进方向进行转向的随机操作模式。

下面用图6说明装置机体1变换到第2操作模式的操作。

图6为装置机体1变换到上面所述的第2操作模式时的操作流程图。控制单元5首先如前面所述的那样将装置机体1的方向调整到和墙壁平行，然后使装置机体1直线前进(图6中的步骤11)。如果在装置机体1前方的第1规定距离(例如10cm)内检测到障碍物(步骤12)，则停止前进(步骤13)，再进行转向操作T1(朝往复移动的前进方向进行90度转向、步骤14)。

接着，开始横向前进T2(步骤15)，一边对前方第1规定距离(例如10cm)内是否有障碍物(步骤16)进行确认，一边前进第2规定距离的距离长度(步骤17)。

如果在步骤16中检测到横向前进T2的过程中有障碍物时，控制单元5则使装置机体1停止前进(步骤20)，并根据存贮在位置测定单元6内的装置机体1的移动轨迹，判定在为了执行步骤17的转向而进行的直线前进操作过程中在步骤16连续检测到障碍物的次数是否超过了规定的次数(例如6次、步骤21)。

如果是连续检测到障碍物，则再判定连续检测到障碍物时往复移动的横坐标(X坐标)的变化量是大于还是小于规定量(例如3个单位坐标长度、步骤22)。

如果横坐标的变化量比规定量少，则再进行以下的判定：相对于原来的直线前进最大移动量(所述的p坐标距离)而言，在连续检测到障碍物时的同一往复移动过程中的纵坐标(Y坐标)的变化量的比例是否大于一定的比例(步骤23)。

如果纵坐标的变化也少，则控制单元5判定装置机体1在往复移动方向上没有前进，而只是在同一区域内反复进行往复移动，从而进入上述的脱离操作61(沿着障碍物移动的操作)，使装置机体1从该区域中脱离出来；在进行了一定时间的脱离操作61(例如2秒)或者将脱离操作延长到直至找到空档位置之后，使装置机体1直线前进，直到再次检测到障碍物(步骤24)。然后，变换到前面所述的随机操作亦即第2操作模式62(步骤25)。

另一方面，如果步骤21、步骤22和步骤23的条件不成立，则在步骤19执行转向操作T3，继续进行往复移动。

具体说来，在图5的移动轨迹中的A点向左90度转向后的横向前进T2过程中检测到障碍物、无法进行第2规定距离(30cm)的横向移动时，就进行下一个左转90度的转向操作T3；在B、C、D、E、F点也无法进行横向移动第2规定距离时，也进行下一个转弯90度的转向操作T3。这样的状态连续出现6次，而且横坐标的移动量在3个单位坐标距离以下，再加上由相对纵坐标的最大移动量的比例换算的距离长度在5个单位坐标距离以下，控制单元5就判定装置机体1在往复移动方向上没有前进，只是在同一区域内反复进行往复移动，从而执行上述的脱离操作61，使装置机体1从该区域脱离出来。在脱离操作61中，使装置机体1在一定的时间内沿着检测到的障碍物移动。然后，控制单元5再使装置机体1直线前进，直到再次检测到障碍物为止。在图5中的J点上再次检测到障碍物后，控制单元5则进入到朝随机决定的前进方向进行转向的第2操作模式62。

并且，控制单元5会将在第1操作模式60中能难进行往复移动的轨迹区间S的坐标(4，p)～(6，p-4)存贮到位置测定单元6中，之后在第2操作模式62的过程中对位置测定单元6识别出来的装置机体1的行走过程中的坐标位置进行监视；在行走中接近轨迹区间S时就会暂停，并且避免在原地朝已经通过过的轨迹区间S的方向进行转向，而是朝除此以外的、随机决定的前进方向进行转向。

另外，在检测到障碍物后随机地决定下一前进方向时，还根据存贮在位置测定单元6内的移动轨迹排除掉已经通过过位置的地方。举例来说，当装置机体1如图5中的虚线Lk所示的那样移动、在坐标(2，0)处进行前进方向检测时，就会避免朝该坐标的右方已经通过过的位置方向进行转向，而是朝除此之外的方向(例如点划线Lm所示的方向)随机地进行转向。

如上所述，在本实施方式1中对存贮在位置测定单元6中的装置机体1的位置坐标移动量和检测到障碍物的频度进行判定，在判定为是在同一区域内往复移动时，将装置机体1的行走操作模式从在移动区域内进行转向和往复移动的第1操作模式60变更为还进行障碍物脱离操作61的、操作方式不同的第2操作模式，从而可以防止自主行走装置在同一区域重复操作、在往复移动方向上不前进或者往复运动无法结束的问题。

另外，虽然本实施方式1中是根据存贮在位置测定单元中的装置机体1在转向时检测到障碍物的频度、往复移动中的横坐标和纵坐标变化量来判定装置机体1是否在同一区域内往复移动，并在判定为该情况时使装置机体1从第1操作模式60转换到第2操作模式的，但这也并非是限制性的规定。比方说，在从操作轨迹上发现直线移动距离与至今为止的距离少时，就开始对装置机体1横向的障碍物检测状态进行监视；如果前进距离变少且装置机体1的侧面检测到障碍物的频度比规定值多的话，就在该时点变换到第2操作模式。这样也可以得到和所述实施方式1相同的效果。

此外，在往复移动中，控制单元5也可以对每段规定时间(例如5分钟)内的横坐标移动量进行监测，如果横坐标的变换小于预先设定的规定量(如5个单位坐标距离)，就可以变换到第2操作模式，这样也可以达到和所述实施方式1相同的效果。

此外，第2操作模式62中也可以将存贮在位置测定单元6中的变更前的第1操作模式时的装置机体1位置轨迹、和位置测定单元6测得的装置机体1现在的位置加以比较，在行走过程中接近在第1操作模式60下通过过的位置的时候，就地暂停并避免朝第1操作模式60通过过的地方转向，而是朝除此之外的随机确定的方向进行转向。这样也可以达到和上面的实施方式1相同的效果。

另外，上面的描述中是根据存储在位置测定单元中的装置机体1在转向时的障碍物检测频度、往复移动过程中的横坐标变化量的下降(规定值之下)、和纵坐标变化量的下降这3个条件对装置机体1是否在往复移动方向上不前进/在同一区域内往复移动进行判定的，判定为“是”时再将装置机体1的行走模式从第1操作模式60转换到第2操作模式。但是，也可以在这些条件单独成立的情况下转换到第2操作模式，这样也可以达到和上面的实施方式1相同的效果。

(实施方式2)

接下来对本实用新型的实施方式2进行说明，这里主要对和实施方式1在构成、操作上的不同点进行阐述。对于相同的构成要素只是标上了相同的符号，对其构成及操作情况不再说明。

图7为本实用新型实施方式2的自主行走装置的构成框图。图8、9为该装置的操作流程图，图10为该装置的操作示意图。

图7中增加了一个设定输入装置11，在根据后面将要提到的在房间内的一个方向上的直线前进距离决定折返次数的时候，可以输入/设定必要的设定值。其他和实施方式1相同。

设定输入装置11的作用是，在根据后面将要提到的在房间内的特定方向上的直线前进距离求折返次数的时候，可以输入将折返次数设定为多、标准或者少这3种状态的设定值。

这里所述的在房间内的特定方向是指装置机体1在往复移动中前进的方向，可以是房间的横向，也可以是纵向，可以根据装置机体1进行往复移动的方向唯一地确定。

如图10所示，在装置机体1从P0点开始向图10的上方开始进行往复移动的场合下，由于图10中的房间的横向即为往复移动的前进方向，故上面所述的房间中的特定方向即为图10的横向H。

下面对具有上述构成的自主行走装置的操作情况和作用进行说明。

本实施方式中的自主行走装置在起动后，首先由控制单元5对设定输入装置11所设定的内容进行确认，从设定输入装置11的设定值求出确定折返次数的常数，并存贮起来。

具体操作过程如图8中的流程图所示。在本实用新型的自主行走装置中，控制单元5首先对由设定输入装置11设定的所需折返次数的确定常数的多少进行判定(步骤31和步骤32)。

如果设定输入装置11的设定内容是所要折返次数为“多”，则如图8所示的那样将确定常数设定为使折返次数比标准折返次数多的1.2，并且存贮下来(步骤33)。

其结果是，控制单元5设定的所需折返次数为从后面所述的环绕房间一周时得出的房间横向距离求得的次数的1.2倍。

另外，如果设定输入装置11的设定内容所要的折返次数是“标准”的话，则将决定常数设定为1(步骤34)。

其结果，控制单元5设定的所需折返次数为等于环绕房间一周运动时从房间的横向距离求得的次数。

同样，如果设定输入装置11的设定内容所需的折返次数是“少”，则将决定常数设定为0.8(步骤35)。

其结果，控制单元5将所需的折返次数设定为环绕房间一周运动时从房间的横向距离求得的次数的0.8倍。

这样，控制单元5首先要对从设定输入装置11设定的内容进行确认，再将根据该设定内容求出的确定所需折返次数的常数存贮下来。

接下来的操作和实施方式1中相同。即，首先调整到和装置右侧的墙壁平行的状态，然后一边和墙壁之间保持第1规定距离(10cm)一边前进；当障碍物检测单元2检测到装置机体1前方有障碍物时，则使装置机体1在该位置原地进行左转90度的转向，使原先在前方检测到的障碍物能够被装置机体1的右侧检测到；然后，一边在和原来在前方检测到的障碍物之间保持第1规定距离(10cm)一边沿左转后的方向前进；对于以后再次检测到的障碍物也反复进行与上述相同的转向操作。这样，如图10中实线所示，装置机体1将在房间(移动区域的外围)内逆时针环绕一圈(图9的步骤41)。

环绕一周操作的结束是这样判断的，即，当位置测定单元6检测到的装置机体1的位置回到了起点(图10的原点(0，0))，且装置机体1左转后与图10的房间右侧墙壁基本保持第1规定距离时操作即告完成。

其后，根据从存储在位置测定单元中的如图10所示的移动轨迹得出的横向距离W、装置机体1的第2规定距离(30cm)、和由设定输入装置11设定的且存贮在控制单元5内的所需180度折返次数的确定常数按照下面的方法算出装置机体1在该房间内所需进行的180度折返的次数(步骤42)。

所需180度折返次数＝距离W/第2规定距离×控制单元5中存贮的确定常数

然后，再次将装置机体1调整成与装置右侧的墙壁平行(步骤43)，当装置机体1与墙壁达到平行时，控制单元5将方向检测单元3检测到的装置机体1的转向角度固定下来，然后使装置机体1直线前进(步骤44)，执行和实施方式1相同的第1操作模式60。

具体操作步骤如下。首先使装置机体1直线前进，当检测到前方第1规定距离(10cm)以内有障碍物时(步骤45)，使装置机体1停止前进(步骤46)，向左转向90度(步骤47)；然后，直线前进第2规定距离，即朝横向移动(步骤48)，然后再次向左转向90度(步骤49)。

另外，步骤48中的横向移动(横向前进T2)和实施方式1相同，即，在前进到第2规定距离(30cm)的距离之前的过程中如果检测到障碍物的话，就在原地停止前进，执行步骤49中的转向操作(转向操作T3)。

接下来，对步骤47～49之间的折返次数进行累计(步骤50)，并判定是否在步骤42中推定的所需折返次数以内(步骤51)。如果在上述次数以内，就返回到步骤44，重新开始直线前进。

另一方面，如果上述的累计折返次数超过步骤42中推定的折返次数，就进入第2操作模式(步骤52)，在检测到障碍物时执行转到随机决定的前进方向的随机转向操作。

这样，当往复移动中的折返次数因障碍物等原因超过在最初逆时针环绕房间一圈时求得的推定折返次数时，就在检测到障碍物时进入到转向随机决定的前进方向的第2操作模式62。通过执行上面的操作，可以防止装置机体1重复操作而不从往复移动中前进、或者往复移动不能自动结束的现象。

此外，通过设定输入装置11可以根据往复移动的困难状况对折返次数的比例进行分段设定、调整(分为多、标准、少3段)，从而能够设置相对合理的行走条件，防止对往复移动造成妨碍。

另外，虽然本实施方式2中最初进行沿房间的周围逆时针绕行一周的操作，但这并非限制性的规定。光测距传感器设在装置的左侧，装置机体1起动后也可以沿着位于左侧的墙壁在房间的墙壁顺时针绕行一周。

(实施方式3)

下面对本实用新型实施方式3中的自主行走装置进行描述。

本实施方式3的实施形式是计算机程序，该程序使上述的实施方式1和2中的各种装置和设有CPU(或微处理器)、RAM、ROM、存储记录设备、I/O的电子信息设备或计算机和服务器等硬件资源间实现协调操作。

如果采用程序的形式，可以记录在磁介质或光盘等存储媒体上，或通过网络等的通信回路进行传输，新功能的发布、更新及安装作业很容易进行。

如上所述，本实用新型的自主行走装置和用于使该装置自主工作的程序对存贮在位置测定单元内的位置坐标移动量和障碍物检测频度进行判断，可以将装置机体的行走操作模式从在移动区域内进行转向、往复移动的操作模式变换到操作内容不同的操作模式。通过进行这样的操作，自主行走装置进行重复操作、往复移动不前进、以及操作不能自动终止的问题可以得到改善。因此，本实用新型可以广泛应用于自行式吸尘器、监测用机器人以及其他类型的机器人等中。

Claims (18)

1.一种自主行走装置，其特征在于包括：

检测有无障碍物及测定和障碍物之间的距离的障碍物检测单元；

使装置机体移动行走的行走单元；和

根据所述障碍物检测单元检测到的障碍物信息控制所述行走单元改变机体前进方向的控制单元，

所述控制单元具有使装置机体一边在移动区域内往复移动一边朝与往复移动方向相垂直的横向移动的往复移动模式，当在所述往复移动模式中判定装置机体因放置在移动区域内的障碍物而处于无法移动状态时，变更为从不能移动的区域内脱离出来的障碍物回避操作模式。

2.一种自主行走装置，其特征在于包括：

检测有无障碍物及测定和障碍物之间距离的障碍物检测单元；

使装置机体移动行走的行走单元；和

根据所述障碍物检测单元检测到的障碍物信息控制所述行走单元改变装置机体前进方向的控制单元，

所述行走单元具有使装置机体一边在移动区域内往复移动一边沿和往复移动方向垂直的横向移动、且当检测到移动区域内的障碍物时减少横向位移量的往复移动模式，在所述往复移动模式中因移动区域内放置的障碍物而造成横向位移量减少时，即判定为已经处于不能移动的状态，变更为从不能移动的区域内脱离出来的障碍物回避操作模式。

3.一种自主行走装置，其特征在于包括：

检测有无障碍物及测定和障碍物之间的距离的障碍物检测单元；

检测装置的机体移动方向的方向检测单元；

测定装置的机体移动距离的距离测定单元；

使装置机体移动行走的行走单元；

根据所述方向检测单元和距离测定单元的输出计算出装置机体的坐标位置的位置测定单元；和

接收前面所述各检测单元的输出、控制所述行走单元的控制单元，

装置机体开始操作时的行走操作是一边在移动区域内变换方向进行往复移动、一边沿与往复移动方向垂直的方向前进的操作模式，

在在所述垂直方向上的前进量下降时，则从开始操作时的操作模式变换成障碍物回避操作模式。

4.如权利要求3所述的自主行走装置，其特征在于还包括：根据所述方向检测单元和所述距离测定单元的输出计算出装置机体的位置坐标、并将所述位置坐标以及所述障碍物检测单元中的障碍物检测频度加以存贮的位置测定单元，

所述控制单元至少将存贮在位置测定单元中的位置坐标移动量和障碍物检测频度中的一项作为在所述垂直方向上的前进减少量进行输入，并根据上述输入将行走操作模式从操作开始时的操作模式变换到障碍物回避操作模式。

5.如权利要求3或4所述的自主行走装置，其特征在于：当位置坐标在与往复移动方向垂直的方向上的位移量比规定量小的情况下，控制单元则将行走操作模式从操作开始时的操作模式变换成障碍物回避操作模式。

6.如权利要求4所述的自主行走装置，其特征在于：在转向时的直线前进操作过程中检测到障碍物的频度大于或等于预定次数的情况下，控制单元则将行走操作模式由开始时的操作模式变换成障碍物回避操作模式。

7.如权利要求3或4所述的自主行走装置，其特征在于：在往复运动过程中，当距离相对于存储在位置测定单元内的移动区域内的最大直线移动距离的比例小于预定比例的直线移动持续了预先设定的规定次数时，控制单元就从操作开始时的操作模式变换成障碍物回避操作模式。

8.如权利要求3或4所述的自主行走装置，其特征在于：在往复移动过程中，如果在规定时间内位置坐标在和往复移动垂直的方向上的位移量比规定量小，控制单元则将操作开始时的操作模式变更成障碍物回避操作模式。

9.如权利要求4所述的自主行走装置，其特征在于：当位置坐标在与往复移动方向垂直的方向上的前进量发生下降、且检测到障碍物的频度超过预定的规定次数、而且当距离相对于存储在位置测定单元内的移动区域内的最大直线移动距离的比例小于预定比例的直线移动持续了预先设定的规定次数时，控制单元则将操作开始时的操作模式变更成障碍物回避操作模式。

10.如权利要求3、4、6、9所述的任一自主行走装置，其特征在于：控制单元在将操作开始时的操作模式变更为障碍物回避操作模式的过程中，在操作开始时的操作模式结束后，先实施预定的脱离操作，然后再进入和操作开始时的操作模式不同的障碍物回避操作模式。

11.如权利要求1～3、4、6、9所述的任一自主行走装置，其特征在于：所述的障碍物操作回避模式为在移动中检测到障碍物时朝随机决定的前进方向进行转向的操作模式。

12.如权利要求3、4、6、9所述的任一自主行走装置，其特征在于：在和操作开始时的操作模式不同的障碍物回避操作模式中，控制单元将存贮在位置测定单元中的变更前的操作模式中的装置机体的位置坐标与操作过程中的装置机体的位置加以比较，控制装置机体避开在变更前的操作模式中已经通过过的位置。

13.如权利要求3、4、6、9所述的任一自主行走装置，其特征在于：在和操作开始时的操作模式不同的障碍物回避操作模式中，控制单元将存贮在位置测定单元中的变更前的操作模式中的装置机体的位置坐标与操作过程中的装置机体的位置加以比较，控制装置机体避开在变更前的操作模式中无法移动的位置。

14.一种自主行走装置，其特征在于包括：

检测有无障碍物及测定和障碍物之间的距离的障碍物检测单元，

检测装置机体的移动方向的方向检测单元，

测定装置机体的移动距离的距离测定单元，

使装置机体移动行走的行走单元，

根据所述方向检测单元和距离测定单元的输出计算出装置机体的坐标位置、并将所述位置坐标的位移量加以存贮的位置测定单元；和

接收前面所述的各个检测装置的输出、对所述行走单元进行控制的控制单元，

自主行走装置具有在装置机体开始操作时先沿移动区域环绕一圈，然后在移动区域一边进行方向转换作往复移动、一边朝与往复移动方向垂直的方向前进的操作模式，

且从所述的环绕一圈的操作中存贮在所述位置测定单元内的位置坐标计算出与往复移动方向垂直的方向上的移动区域的长度，再根据计算出的移动区域长度和装置机体的往复移动的规定间距求出装置机体的推定所需折返次数，如果往复移动中的折返次数超过上面求得的推定所需折返次数时，所述自主行走装置在移动过程中检测到障碍物时就从往复移动操作模式变更到朝随机决定的前进方向进行转向的操作模式。

15.如权利要求14所述的自主行走装置，其特征在于：所述操作模式的变更通过在所述装置机体的推定所需折返次数乘以规定的比例得到新的折返次数来进行。

16.如权利要求15所述的自主行走装置，其特征在于还包括能够设定规定比例的设定输入单元。

17.如权利要求14～16所述的任一自主行走装置，其特征在于：在和操作开始时的操作模式不同的障碍物回避操作模式中，控制单元将存贮在位置测定单元中的变更前的操作模式中的装置机体的位置坐标与操作过程中的装置机体的位置加以比较，控制装置机体避开在变更前的操作模式中已经通过过的位置。

18.如权利要求14～16所述的任一自主行走装置，其特征在于：在和操作开始时的操作模式不同的障碍物回避操作模式中，控制单元将存贮在位置测定单元中的变更前的操作模式中的装置机体的位置坐标与操作过程中的装置机体的位置加以比较，控制装置机体避开在变更前的操作模式中无法移动的位置。

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