JP2002323926A - 自律走行車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自律走行車が壁際を走行中に床面の段差を検
出したときに単純な動作で段差を回避するための方向転
換を行うようにする。 【解決手段】 制御部３２は、床面センサ３が床面の段
差を検出し、段差判断情報記憶部３１２に記憶した凸段
差及び凹段差を判断するための基準となる距離情報によ
り回避すべき段差と判断したときに、後退回転情報記憶
部３１３に記憶しているロボットックリーナを進行方向
と反対側に所定距離後退させるのに必要な回転数だけ走
行モータ８ａ，８ｂを逆回転させ、続いて走行モータを
正、逆回転させてロボットクリーナを９０°回転させて
方向転換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、段差検出を行う自
律走行車に関する。

【０００２】

【従来の技術】段差検出を行う自律走行車としては、例
えば、特開平９−６２３５４号公報に記載されたものが
知られている。これは、車体の前部底面に床面までの距
離を測定する距離センサを取り付け、走行中にこの距離
センサによる検知距離が所定値以上大きくなったとき段
差があると判断して車体を停止させ、転倒や転落を防止
するというものである。

【０００３】このような自律走行車を、自律走行して床
面を掃除するロボットクリーナに適用した場合、床面に
溝や段等を検出すると進行方向を切換えて掃除を継続す
ることになる。特に、ロボットクリーナが壁の隅を掃除
するために壁面に沿って走行しているときに前方に溝や
段等を検出したときには壁に当たらないようにして方向
を転換する必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロボッ
トクリーナの形状が床面に対して矩形状に形成されてい
る場合は壁に当たらないようにして方向転換するには切
り返しによる方向転換が必要となる。すなわち、ロボッ
トクリーナが壁面に沿って走行しているときに前方に溝
や段等を検出すると、前部が壁に当たらないようにして
壁から斜め後方に離れるように後進し、必要なスペース
を確保したところで方向転換することになる。この場
合、前部が壁に接触しないような角度を設定して後進す
るという複雑な制御が要求されることになる。

【０００５】本発明はこのような課題を解決するために
されたもので、その目的は、前方に段差があり、側面に
壁面があるような状況で方向転換を図る場合に、単純な
動作によって段差を回避するための方向転換ができる自
律走行車を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
走行面に対して略円形状に形成された本体と、この本体
の底部に設けられた、少なくとも一対の駆動輪と、この
各駆動輪をそれぞれ独立して正、逆回転駆動する駆動手
段と、本体底部の各駆動輪よりもこの本体の進行方向側
に設けられ、走行面の段差を検出する段差検出センサ
と、この段差検出センサが段差を検出すると駆動手段を
制御して各駆動輪を所定量逆回転し、その後各駆動輪を
正、逆回転して本体を回転させる走行制御手段とを設け
たものである。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の自
律走行車において、走行制御手段を、各駆動輪を正、逆
回転して本体を回転させるときに、各駆動輪が描く回転
円の中心が本体の中心と略等しいか、本体の中心よりも
進行方向の反対側に位置するように各駆動輪を本体に設
けたものである。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の自
律走行車において、段差検出センサを、本体底部の各駆
動輪より進行方向側にその駆動輪に近接して設けた第１
の段差検出センサと、本体底部の進行方向最前部又はそ
の近傍に設けた第２の段差検出センサとからなり、走行
制御手段は、第２の段差検出センサが走行面の段差を検
出すると、駆動手段を制御して各駆動輪を減速駆動し、
第１の段差検出センサが走行面の段差を検出すると、駆
動手段を制御して各駆動輪を所定量逆回転し、その後各
駆動輪を正、逆回転して本体を回転させるものである。

【０００９】請求項４記載の発明は、走行面に対して略
円形状に形成された本体と、この本体の底部に設けられ
た、少なくとも一対の駆動輪と、この各駆動輪をそれぞ
れ独立して正、逆回転駆動する駆動手段と、この駆動手
段を制御し、各駆動輪が描く回転円よりも外側で前記本
体底部の進行方向側に設けられ、走行面の段差を検出す
る段差検出センサと、この段差検出センサが段差を検出
すると、駆動手段を制御して各駆動輪を正、逆回転して
本体を回転させる走行制御手段とを設けたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、各実施の形態は、本
発明をロボットクリーナに適用した場合について述べ
る。 （第１の実施の形態）図１及び図２はロボットクリーナ
の構成を示す図である。１は筐体で、この筐体１は下部
が略円形状で上部が略半球状になっている。前記筐体１
には、前面から側面に跨った下部に走行用センサとして
の複数の障害物センサ２を配置し、前面底面の後述する
左右の駆動車輪近傍でその左右の駆動車輪より進行方向
側には床面の段差を検出するための段差検出センサとし
て床面との距離を測定する床面センサ３を配置してい
る。前記床面検出センサ３は、測定した床面との距離
を、凸段差を判断するための基準距離と凹段差を検出す
るための基準距離とそれぞれ比較する。そして、前記測
定した距離が、凸段差を判断するための基準距離より短
い場合には、凸段差と認識する。また、前記測定した距
離が、凹段差を判断するための基準距離よりも長い場合
には、凹段差と認識する。

【００１１】前記障害物センサ２は、例えば、前面から
見える位置に所定の間隔をあけて３個配置し、左右の側
面に所定の間隔をあけて２個ずつ配置している。また、
前記障害物センサ２及び前記床面センサ３は、例えば、
超音波の発信部とその受信部とで構成される超音波セン
サが用いられる。なお、前記床面センサ３には光学式セ
ンサを用いても良い。

【００１２】前記筐体１の内部にはクリーナモータ４と
このクリーナモータ４で回転するファン５とこのファン
５の回転により底部に設けた吸込口６から塵を吸込んで
集める集塵室７が収納されている。また、前記筐体１の
底部中央の左右にそれぞれ左駆動車輪７ａ、右駆動車輪
７ｂを取り付け、この各駆動車輪７ａ，７ｂをそれぞれ
左走行モータ８ａ、右走行モータ８ｂで個々に正転、逆
転駆動するようにしている。そして、前記各駆動車輪７
ａ，７ｂの回転量及び方向をそれぞれ左エンコーダ９
ａ、右エンコーダ９ｂで検出するようにしている。

【００１３】また、前記各駆動車輪７ａ，７ｂを正、逆
回転してロボットクリーナを回転させるときにその駆動
車輪が描く回転円の中心が、ロボットクリーナの回転の
中心と略等しくなるように前記各駆動車輪７ａ，７ｂを
配置している。

【００１４】前記筐体１の底部後端中央には回転自在で
方向が自由に変化する車輪１０が取り付けられている。
また、前記筐体１内にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の制
御回路部品を組み込んだ回路基板１１及び各部に電源を
供給するバッテリ１２が収納されている。

【００１５】図３は、制御部の構成を示すブロック図
で、２１は制御部本体を構成するＣＰＵ、２２はこのＣ
ＰＵ２１が各部を制御するプログラムが格納されたＲＯ
Ｍ、２３は各種のデータを格納するメモリを設けたＲＡ
Ｍである。２４は前記障害物センサ２、床面センサ３、
クリーナモータ４を回転制御するモータ制御部２５、左
右の走行モータ８ａ，８ｂを回転制御するモータ制御部
２６及び左右のエンコーダ９ａ，９ｂに対して信号の入
出力を行うＩ／Ｏポートである。前記ＣＰＵ２１とＲＯ
Ｍ２２、ＲＡＭ２３、Ｉ／Ｏポート２４とはバスライン
２７を介して電気的に接続されている。

【００１６】図４は、制御部の構成を機能的に示す機能
ブロック図で、このロボットクリーナは、機能的には、
前記ＲＡＭ２３からなり、前記バッテリ１２によって電
源のバックアップを受けている記憶部３１と、前記ＣＰ
Ｕ２１、ＲＯＭ２２、Ｉ／Ｏポート２４の複合体からな
る制御部３２とによって構成されている。

【００１７】前記記憶部３１は、作業領域である部屋の
大きさと形状を示す位置座標と各部屋の出入口位置座標
のマップ情報や部屋の掃除のパターン情報等を記憶した
マップ情報記憶部３１１、前記床面センサ３が凸段差及
び凹段差を判断するための基準となる距離情報を記憶し
た段差判断情報記憶部３１２及び前記床面センサ３が段
差検出したときに、ロボットックリーナを進行方向と反
対側に所定距離後退させるのに必要な前記走行モータ８
ａ，８ｂの回転情報を記憶した後退回転情報記憶部３１
３を設けている。

【００１８】制御部３２は、走行するために前記モータ
制御部２５を制御する走行制御部３２１、掃除するため
に前記モータ制御部２５を制御するクリーナ制御部３２
２、前記左右のエンコーダ９ａ，９ｂの出力から移動量
と移動方向を算出し、この算出した移動量と移動方向及
び前記マップ情報記憶部３１１に格納してあるマップ情
報から現在位置及び方向を特定する位置・方向特定部３
２３を設けている。前記走行制御部３２１は、前記位置
・方向特定部３２３によって特定された現在位置と方
向、マップ情報、障害物センサ２で検出した障害物との
距離、前記床面センサ３で検出した段差等の情報を基
に、前記モータ制御部２５を制御する。

【００１９】次に、ロボットクリーナが壁際を自律走行
しているときに床面にある段差を検出したときの制御に
ついて図５乃至図７を参照して説明する。ロボットクリ
ーナは、障害物センサ２が進行方向右側に壁を検出しな
がら走行する。

【００２０】図５は部屋の隅を示す部分図で、４１は壁
を示し、４２，４３は床面を示している。床面４３は床
面４２に対し低くなっており、床面４２と床面４３との
境界は凹段差になっている。

【００２１】ロボットクリーナは、壁４１に沿って床面
４２上を走行し、床面センサ３が床面４２と床面４３と
の境界に差し掛かると段差を検出し停止する。このと
き、各駆動車輪７ａ，７ｂの軸を結ぶ直線７ｃの位置か
ら床面センサ３までの距離をＬ、左右の駆動車輪７ａ，
７ｂをそれぞれ正転、逆転することにより描かれる回転
円の半径をＲ１とする。なお、この場合の回転円は駆動
車輪７ａ，７ｂの幅の中心が描く円としている。

【００２２】制御部３２が左右の走行モータ８ａ，８ｂ
を制御して駆動車輪７ａを逆転、駆動車輪７ｂを正転す
ると、ロボットクリーナは床面に対して円形状になって
いるため壁４１に当たることはないが、その駆動車輪に
よる回転円の半径Ｒ１は距離Ｌより長いためロボットク
リーナは段差により脱輪し転落することになる。これを
防止するには、ロボットクリーナを回転円の半径Ｒ１と
距離Ｌとの差、つまり、（Ｒ１−Ｌ）だけ後退させる必
要がある。この（Ｒ１−Ｌ）に相当する距離だけロボッ
トクリーナを後退させるための走行モータ８ａ，８ｂの
回転情報が前記後退回転情報記憶部３１３に記憶される
ことになる。

【００２３】従って、ロボットクリーナは、床面センサ
３が床面４２と床面４３との境界に差し掛かると段差を
検出し停止する。

【００２４】続いて、図６に示すように、制御部３２は
前記後退回転情報記憶部３１３に格納されている回転情
報に基づいて走行モータ８ａ，８ｂを制御して駆動車輪
７ａ，７ｂを逆回転し距離（Ｒ１−Ｌ）だけ後進させ
る。

【００２５】次に、制御部３２は前記障害物センサ２か
らの情報によって壁がロボットクリーナの左右のどちら
なのかを判断し、ロボットクリーナが壁４１と反対側を
向くように走行モータ８ａ，８ｂを制御して駆動車輪７
ａを逆転、駆動車輪７ｂを正転させる。これにより、ロ
ボットクリーナは、図７に示すように、進行方向を９０
度方向左に転換する。そして、制御部３２は、走行モー
タ８ａ，８ｂにより駆動車輪７ａ，７ｂを正転制御しロ
ボットクリーナを再び自律走行させる。

【００２６】このように、ロボットクリーナは、壁４１
に沿って床面４２を走行しているときに、床面センサ３
が段差を検出すると、一旦停止し、その後（Ｒ１−Ｌ）
の距離だけ後退してから９０度回転することで壁際の段
差を回避して自律走行ができる。すなわち、前方に段差
があり、側面に壁面があるような状況において、従来の
ような複雑な切り返し制御を行う必要はなく、後退と回
転という単純な動作によって段差を回避できる。

【００２７】なお、この実施の形態では、各駆動車輪７
ａ，７ｂを正逆転して回転させたときにその駆動車輪が
描く回転円の中心がロボットクリーナ本体の回転の中心
と略等しくなるように各駆動車輪を配置したが、必ずし
もこれに限定するものではなく、駆動車輪が描く回転円
の中心がロボットクリーナ本体の回転の中心より進行方
向の反対側に位置するように配置してもよい。

【００２８】（第２の実施の形態）次に、第２の実施の
形態について述べる。なお、前述した実施の形態と同一
の部分には同一の符号を付し詳細な説明は省略する。前
記第１の実施の形態と異なるのは、図８に示すように、
床面センサ３を第１の段差検出センサとし、新たに、第
２の段差検出センサとして、進行方向の最前部の本体底
部に床面センサ３ｃを取り付けた点である。なお、図８
の(a)はロボットクリーナを側面から見た図であり、(b)
はロボットクリーナを上方から見たときの筐体１とセン
サ３，３ｃ、車輪７ａ，７ｂ，１０の位置関係及び車輪
７ａ，７ｂが正、逆回転したときの回転軌跡を示してい
る。

【００２９】この実施の形態においては、制御部３２
は、自律走行中に床面センサ３ｃが段差を検出すると走
行モータ８ａ，８ｂを減速制御し、この状態で床面セン
サ３が段差を検出すると走行モータ８ａ，８ｂを一旦停
止制御し、その後、走行モータ８ａ，８ｂを逆転制御し
て所定量後退させてから走行モータ８ａ，８ｂを正、逆
転制御してロボットクリーナを回転させるようになって
いる。

【００３０】従って、ロボットクリーナが高速で移動し
ている場合であっても、床面センサ３ｃが段差を検出す
ると減速するので、床面センサ３が段差を検出する前に
速度を充分に減速させることができ、従って、床面セン
サ３が段差を検出して直ちに停止させることができる。
これにより、ロボットクリーナが高速で走行していた場
合に起こる可能性のある制動距離不足によるロボットク
リーナの転落を防止することができる。

【００３１】また、床面センサ３と床面センサ３ｃとで
段差を異なるタイミングで検出することにより制御部３
２はそれぞれのセンサの配置にあった制御を行うことが
できる。これにより、ロボットクリーナは床面４２上を
段差ぎりぎりまで近づくことができ、隅々まで掃除を行
うことができる。

【００３２】なお、この実施の形態では床面センサ３ｃ
を進行方向の最前部に取り付けた場合について述べたが
必ずしもこれに限定するものではなく、最前部近傍であ
っても良い。

【００３３】（第３の実施の形態）次に、第３の実施の
形態について述べる。なお、前述した実施の形態と同一
の部分には同一の符号を付し詳細な説明は省略する。前
記各実施の形態と異なるのは、図９に示すように、床面
センサ３，３ｃに代えて、各駆動車輪７ａ，７ｂが正、
逆回転したときに描く回転円よりも外側で本体底部の進
行方向側に床面センサ３ｄを設けた点である。なお、図
９の(a)はロボットクリーナを側面から見た図であり、
(b)はロボットクリーナを上方から見たときの筐体１と
センサ３ｄ、車輪７ａ，７ｂ，１０の位置関係及び車輪
７ａ，７ｂが正、逆回転したときの回転軌跡を示してい
る。

【００３４】この実施の形態においては、制御部３２
は、自律走行中に床面センサ３ｄが段差を検出すると走
行モータ８ａ，８ｂを停止制御して各駆動車輪７ａ，７
ｂを停止させた後走行モータ８ａ，８ｂを正、逆転制御
して駆動車輪７ｂを正転、駆動車輪７ａを逆転してロボ
ットクリーナを回転させるようになっている。

【００３５】従って、ロボットクリーナは、壁４１に沿
って床面４２を走行中に床面センサ３ｄが段差を検出す
ると一旦停止し、その後後退せずにその場で９０度回転
して方向転換ができる。すなわち、床面センサ３ｄが段
差を検出した位置で回転しても、床面センサ３ｄと各駆
動車輪７ａ，７ｂとの位置関係が、各駆動車輪７ａ，７
ｂが正、逆回転したときに描く回転円よりも外側に床面
センサ３ｄを設けた位置関係になっているので、駆動車
輪が段差から脱輪することはない。従って、段差を回避
するための方向転換がより簡単にできる。

【００３６】なお、この実施の形態では段差を回避する
方向転換時にロボットクリーナを後退させる必要が無い
ので、記憶部３１の後退回転情報記憶部３１３は不要と
なる。

【００３７】なお、前述した各実施の形態においては床
面センサ３，３ｃ，３ｄを超音波センサとしたが必ずし
もこれに限定するものではなく、単純に床面の有無を検
出するのみの２値センサであってもよい。２値センサと
しては、プッシュスイッチに取り付けられたワイヤ等の
機械的スイッチや赤外線を用いた単純なホトリフレクタ
等がある。

【００３８】なお、前述した各実施の形態は本発明をロ
ボットクリーナに適用した場合について述べたが必ずし
もこれに限定するものではなく、車輪を使用して自律走
行するものであれば適用できるものである。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、各請求項記載の発
明によれば、前方に段差があり、側面に壁面があるよう
な状況で方向転換を図る場合に、単純な動作によって段
差を回避するための方向転換を行うことができる。

【００４０】また、請求項３記載の発明によれば、さら
に、自律走行車が高速で走行している場合に、第１の段
差検出センサが段差を検出すると減速させ、第２の段差
検出センサが段差を検出すると停止させるようにしてい
るので、制動距離不足による段差からの転落を防止でき
る。

【００４１】また、請求項４記載の発明によれば、さら
に、各駆動輪が描く回転円よりも外側に段差検出センサ
を設けているので、段差を検出した後後退させること各
方向転換ができるので、より単純な動作によって段差を
回避するための方向転換を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るロボットクリ
ーナの外部構成を示す正面図。

【図２】同実施の形態に係るロボットクリーナの内部構
成を示す一部切欠した側面図。

【図３】同実施の形態における制御部のハード構成を示
すブロック図。

【図４】同実施の形態における制御部の構成を機能的に
示す機能ブロック図。

【図５】同実施の形態におけるロボットクリーナの動き
を説明するための図。

【図６】同実施の形態におけるロボットクリーナの動き
を説明するための図。

【図７】同実施の形態におけるロボットクリーナの動き
を説明するための図。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係るロボットクリ
ーナの要部構成を示す図。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係るロボットクリ
ーナの要部構成を示す図。

【符号の説明】

１…筐体 ２…障害物センサ ３…床面センサ ７ａ，７ｂ…駆動車輪 ８ａ，８ｂ…走行モータ ３１２…段差判断情報記憶部 ３１３…後退回転情報記憶部 ３２…制御部 ３２１…走行制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 和則 静岡県三島市南町６番78号 東芝テック株 式会社三島事業所内 Ｆターム(参考） 3B116 AA31 AB54 BA35 BB72 CD41 5H301 AA02 AA10 BB11 BB14 CC03 CC06 DD01 GG10 GG12 GG29 HH10 MM09

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行面に対して略円形状に形成された本
   体と、この本体の底部に設けられた、少なくとも一対の
   駆動輪と、この各駆動輪をそれぞれ独立して正、逆回転
   駆動する駆動手段と、前記本体底部の前記各駆動輪より
   もこの本体の進行方向側に設けられ、走行面の段差を検
   出する段差検出センサと、この段差検出センサが段差を
   検出すると前記駆動手段を制御して前記各駆動輪を所定
   量逆回転し、その後前記各駆動輪を正、逆回転して前記
   本体を回転させる走行制御手段とを設けたことを特徴と
   する自律走行車。
2. 【請求項２】 走行制御手段が各駆動輪を正、逆回転し
   て本体を回転させるときに、前記各駆動輪が描く回転円
   の中心が前記本体の中心と略等しいか、前記本体の中心
   よりも進行方向の反対側に位置するように前記各駆動輪
   を前記本体に設けたことを特徴とする請求項１記載の自
   律走行車。
3. 【請求項３】 段差検出センサは、本体底部の各駆動輪
   より進行方向側にその駆動輪に近接して設けた第１の段
   差検出センサと、前記本体底部の進行方向最前部、又は
   その近傍に設けた第２の段差検出センサとからなり、 走行制御手段は、前記第２の段差検出センサが走行面の
   段差を検出すると、駆動手段を制御して前記各駆動輪を
   減速駆動し、前記第１の段差検出センサが走行面の段差
   を検出すると、前記駆動手段を制御して前記各駆動輪を
   所定量逆回転し、その後前記各駆動輪を正、逆回転して
   前記本体を回転させることを特徴とする請求項1記載の
   自律走行車。
4. 【請求項４】 走行面に対して略円形状に形成された本
   体と、この本体の底部に設けられた、少なくとも一対の
   駆動輪と、この各駆動輪をそれぞれ独立して正、逆回転
   駆動する駆動手段と、この駆動手段を制御し、前記各駆
   動輪が描く回転円よりも外側で前記本体底部の進行方向
   側に設けられ、走行面の段差を検出する段差検出センサ
   と、この段差検出センサが段差を検出すると、前記駆動
   手段を制御して前記各駆動輪を正、逆回転して前記本体
   を回転させる走行制御手段とを設けたことを特徴とする
   自律走行車。