JP2005222226A - 自律走行ロボットクリーナー - Google Patents

Abstract

【課題】自律走行ロボットクリーナーにおいて、加速度センサの出力及び地磁気センサの出力を基に走行ルートのずれを判定することにより、掃除ルートを正確に走行できる。
【解決手段】ロボットクリーナー１は、加速度センサの出力、地磁気センサの出力、及び走行制御出力を基に走行状態を判定し、走行状態が計画走行でなければ軌道を修正する。軌道修正に際しては、本来の走行方向に直交する方向に走行させる。例えば、ロボットクリーナー１は、Ｃ点からルートＺ１に沿ってジグザグ走行し、Ｐ１点を通過後、絨毯目の影響を受け、本来のルートＺ２からずれてルートＺ３に沿って東に傾いて走行する。Ｐ２点に到達した時点で、本来のルートＺ２からのずれ量ΔＳが所定値に達し、軌道を修正する。軌道修正では、Ｐ２点からずれ量ΔＳだけルートＺ４に沿って西に向かって直進する。その後、Ｐ３点からルートＺ５に沿って北に向かって軌道修正前の走行を再開する。
【選択図】図８

Description

本発明は、自律走行しながら部屋の掃除を行う自律走行ロボットクリーナーに関するものである。

従来から、自律走行ロボットクリーナーにおいて、ジャイロセンサにより方位判定を行っているが、ジャイロセンサでは相対方位は検出できるものの絶対方位を検出できないため、ジャイロセンサによる判定結果をファジー制御するなどして走行を制御している。また、絨毯目や人の物理的な力（人との接触）等により走行ルートが本来の走行ルートからずれた場合、軌道を修正する必要があるが、走行軌道を修正する際も、絨毯目の影響などを考慮してファジー制御を行っている。

また、ジャイロ及び加速度センサの検出信号と、方位センサから得られる検出値と、ポテンショメータから得られる出力値とを基に、走行機体が進行方向線からずれないように制御する自動直進制御装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。また、地磁気センサの出力を用いて自律走行を制御する技術も知られている（例えば、特許文献２乃至特許文献７参照）。
特開平４−３２６１０３号公報 特開昭５９−１０５１１１号公報 特開昭５９−１０５１１２号公報 特開平５−１０８１５０号公報 特開平１０−６６４０５号公報 特開平７−８４２８号公報 特開平７−１２９２４２号公報

ところが、上述した従来のロボットクリーナーにおいては、地磁気を基準とした絶対方位を検出しておらずファジー制御などして走行を制御しているため、本来の走行ルートを正確に走行することが困難である。また、地磁気を基準とした絶対方位を検出していないため、絨毯目や人の物理的な力（人との接触）等に起因する走行ルートのずれの判定、及び走行ルートがずれた際の軌道修正についても、正確に行うことが困難である。また、軌道の修正に関しては、ジャイロセンサや加速度センサの出力を基に本来のルートへ復帰する制御を行うが、ジャイロセンサや加速度センサには積算誤差が存在するため、長距離を移動した後では、正しく本来のルートに戻ることが困難である。

なお、上述した特許文献１に示された装置においては、方位センサは地磁気を基準として方位を検出する旨の記載がなく、この方位センサの出力を基に走行機体が進行方向線からずれないように制御したとしても、本来の走行ルートを正確に走行することは困難である。また、上述した特許文献２乃至特許文献７に示された技術においては、地磁気センサを用いているため絶対方位を判定できるものの、絨毯目や人の物理的な力（人との接触）等に起因する走行ルートのずれを判定していない。従って、これら特許文献１乃至特許文献７に開示の内容を適用したとしても、上記の課題を解決することはできない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、加速度センサの出力及び地磁気センサの出力を基に走行ルートのずれを判定することにより、掃除ルートを正確に走行することができ、正確な掃除を実行することができる自律走行ロボットクリーナーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、機器本体の正面が向いている方向を検出する方向検出手段と、機器本体を走行、旋回させる走行手段と、機器本体の走行する領域を掃除する掃除手段と、方向検出手段の出力を基に走行手段及び掃除手段を制御して、機器本体を走行させつつ機器本体の走行する領域を掃除させる掃除動作を実行する制御手段とを備えた自律走行ロボットクリーナーにおいて、機器本体の前後方向及び左右方向に作用する加速度を各々独立して検出する加速度センサと、地磁気の方向を検出する地磁気センサとを備え、方向検出手段は、地磁気センサの出力を基に地磁気の方向を基準として機器本体の正面が向いている方向を検出するものであり、制御手段は、加速度センサの出力、地磁気センサの出力、及び走行手段に対する走行制御出力を基に機器本体の走行状態が計画走行であるか否かを判定し、走行状態が計画走行であれば現状の走行を維持し、走行状態が計画走行でなければ軌道を修正した後に現状の走行を再開し、制御手段による走行状態が計画走行であるか否かの判定は、北方向を前方と仮定し、かつ前進方向を平面上でのＹ軸としたとき、（１）地磁気センサの出力に変化がなく加速度センサの出力にＹ軸方向の変化があって走行制御出力が前進である場合、（２）地磁気センサの出力が東に変位し加速度センサの出力にＸ軸方向の変化があって走行制御出力が右カーブである場合、（３）地磁気センサの出力が西に変位し加速度センサの出力に−Ｘ軸方向の変化があって走行制御出力が左カーブである場合、（４）地磁気センサの出力に変化がなく加速度センサの出力に−Ｙ軸方向の変化があって走行制御出力が後退である場合は、計画走行であると判定し、地磁気センサの出力に変化がなく、（５）加速度センサの出力にＸ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから右にスリップした状態であり、（６）加速度センサの出力に−Ｘ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから左にスリップした状態であり、（７）加速度センサの出力に−Ｙ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから後方にスリップした状態であり、（８）加速度センサの出力にＹ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから前方にスリップした状態であり、（５）乃至（８）の場合は、何れも軌道修正が必要であると判定し、地磁気センサの出力に変化があって加速度センサの出力に変化がない又は微小な変化がある場合は、軌道を維持し、制御手段は、走行手段を制御して、（５）又は（６）の場合の軌道修正に際しては、方向検出手段の出力を基に本来の走行方向に直交する方向に加速度センサによるスリップ量だけ走行させ、その後、本来の走行方向に向けて軌道修正前の走行を再開させ、（７）又は（８）の場合の軌道修正に際しては、加速度センサの出力によるスリップ量だけ本来の走行方向に沿って前進又は後退させ、その後、本来の走行方向に向けて軌道修正前の走行を再開させるものである。

請求項２の発明は、機器本体の正面が向いている方向を検出する方向検出手段と、機器本体を走行、旋回させる走行手段と、機器本体の走行する領域を掃除する掃除手段と、方向検出手段の出力を基に走行手段及び掃除手段を制御して、機器本体を走行させつつ機器本体の走行する領域を掃除させる掃除動作を実行する制御手段とを備えた自律走行ロボットクリーナーにおいて、機器本体に作用する加速度を検出する加速度センサと、地磁気の方向を検出する地磁気センサとを備え、制御手段は、加速度センサの出力及び地磁気センサの出力を基に走行状態が計画走行であるか否かを判定し、走行状態が計画走行であれば、現状の走行を維持し、走行状態が計画走行でなければ、軌道を修正するものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の自律走行ロボットクリーナーにおいて、方向検出手段は、地磁気センサの出力を基に地磁気の方向を基準として機器本体の正面が向いている方向を検出するものであり、制御手段は、北方向を前方と仮定し、かつ前進方向を平面上でのＹ軸としたとき、地磁気センサの出力に変化がなく加速度センサの出力にＸ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから右にスリップした状態であり軌道修正が必要であると判定し、地磁気センサの出力に変化がなく加速度センサの出力に−Ｘ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから左にスリップした状態であり軌道修正が必要であると判定し、右又は左にスリップした状態であると判定した場合の軌道修正に際し、方向検出手段の出力を基に本来の走行方向に直交する方向に加速度センサによるスリップ量だけ走行させ、その後、本来の走行方向に向けて軌道修正前の走行を再開させるものである。

請求項１の発明によれば、地磁気センサの出力により絶対方位を判定でき、この絶対方位と機器本体に作用する加速度と走行手段に対する走行制御出力とを基に走行状態を判定するため、本来の走行ルートを走行している計画走行であるか否かを正確に判定できる。そして、この判定結果を基に現状の走行を維持し又は軌道を修正するため、本来の走行ルートを正確に走行することができ、また、これにより部屋の間取り等の情報を入力することなく、部屋の掃除を実施できる。しかも、走行方向が地磁気の方向を基準として判定されるため、軌道の修正も地磁気の方向を基準として行われ、これにより、より正確に軌道を修正でき、本来の走行ルートをより正確に走行することができる。また、軌道の修正は、本来の走行方向に直交する方向に戻ることにより行われるため最短の移動距離となり、軌道修正時の誤差が少なく抑えられ、これにより、より正確に軌道を修正でき、本来の走行ルートをより正確に走行することができる。

請求項２の発明によれば、地磁気センサの出力により絶対方位を判定でき、この絶対方位と機器本体に作用する加速度とを基に走行状態を判定するため、本来の走行ルートを走行している計画走行であるか否かを正確に判定できる。そして、この判定結果を基に現状の走行を維持し又は軌道を修正するため、本来の走行ルートを正確に走行することができる。また、これにより部屋の間取り等の情報を入力することなく、部屋の掃除を実施できる。

請求項３の発明によれば、走行方向が地磁気の方向を基準として判定されるため、軌道の修正も地磁気の方向を基準として行われ、これにより、より正確に軌道を修正でき、本来の走行ルートをより正確に走行することができる。しかも、軌道の修正は、本来の走行方向に直交する方向に戻ることにより行われるため最短の移動距離となり、軌道修正時の誤差が少なく抑えられ、これにより、より正確に軌道を修正でき、本来の走行ルートをより正確に走行することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。まず、本実施形態による自律走行ロボットクリーナーの概略構成を図１（ａ）（ｂ）及び図２に示す。自律走行ロボットクリーナー１は、部屋の床面を自律走行して床面を掃除する機器であり、機器本体２を走行させる左車輪３、右車輪４、前車輪５と、床面に落ちているゴミを収集するサブブラシ６、メインブラシ７、ローラ８、吸引ノズル９、ダストボックス１０、吸引用ファン１１とを備えている。また、自律走行ロボットクリーナー１は、機器本体２の周囲の障害物を検出する前方センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、左段差センサ１３、右段差センサ１４、天井センサ１５と、センサ用照明ランプ１６とを備えている。

左車輪３、及び右車輪４は、各々独立して正転・逆転駆動される駆動輪であり、前車輪５は、従動輪である。自律走行ロボットクリーナー１は、左車輪３と右車輪４が同じ回転速度で正転駆動されることにより正面（前方）方向（図中矢印Ａ方向）に直進走行し、左車輪３と右車輪４の一方を正転駆動し、他方を逆転駆動することにより、その位置で時計回りの方向（図中矢印Ｂ方向）又は反時計回りの方向（図中矢印Ｃ方向）に旋回するようになっている。また、左車輪３と右車輪４が逆転駆動されることにより後退し、左車輪３と右車輪４が異なる回転速度で駆動されることにより右又は左にカーブして走行するようにもなっている。

サブブラシ６は、床面に落ちているゴミを掻き集めるものであり、機器本体２の前部に２つのものが配置されており、各々、図中矢印Ｄ１方向、Ｄ２方向に回転駆動されるようになっている。メインブラシ７は、床面に落ちているゴミを掻き上げるものであり、サブブラシ６の後方に配置されており、図中矢印Ｅ方向に回転駆動されるようになっている。ローラ８は、メインブラシ７により掻き上げられたゴミを吸引ノズル９の吸引口９ａ付近に搬送するものであり、メインブラシ７の回転に従動して図中矢印Ｆ方向に回転するようになっている。

吸引ノズル９は、メインブラシ７により掻き上げられたゴミ、及びローラ８により搬送されたゴミを吸引口９ａから吸引してダストボックス１０に排出するものである。吸引ノズル９の吸引口９ａは、機器本体２の走行方向（図中矢印Ａ方向）に垂直な方向に長くなっている。ダストボックス１０は、吸引ノズル９から排出されるゴミを集めておくものである。

吸引用ファン１１は、ダストボックス内１０内の空気をフィルタを介して機器本体２の外部に排出するものである。ダストボックス内の空気が吸引用ファン１１によって排出されることにより、ゴミが空気と共に吸引ノズル９の吸気口９ａから吸入されてダストボックス１０内に排出されるようになっている。自律走行ロボットクリーナー１は、走行しながらサブブラシ６でゴミを掻き集め、そのゴミを吸引ノズル９で吸引することにより、走行する領域を掃除する。

前方センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、左段差センサ１３、右段差センサ１４、天井センサ１５は、各々光学式の測距センサである。前方センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、機器本体２の前方の段差、溝、下りの階段、壁、柱、床に置かれた本、テーブル、椅子、扇風機等の障害物を検出し、その障害物までの距離を測定するものであり、機器本体２の前方を斜め下向き（図中矢印Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の向き）に監視している。

左段差センサ１３は、機器本体２の左側方の同様の障害物を検出し、その障害物までの距離を測定するものであり、機器本体２の僅かに前方の左側方を斜め下向き（図中矢印Ｈの向き）に監視している。右段差センサ１４は、機器本体２の右側方の同様の障害物を検出し、その障害物までの距離を測定するものであり、機器本体２の僅かに前方の右側方を斜め下向き（図中矢印Ｉの向き）に監視している。

天井センサ１５は、機器本体２の前上方にある障害物（テーブルやベッドの下を通り抜けできるか否か）を検出し、その障害物の高さと障害物までの距離を測定するものであり、機器本体２の前方を斜め上向き（図中矢印Ｊの向き）に監視している。センサ用照明ランプ１６は、前方センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、左段差センサ１３、右段差センサ１４、天井センサ１５により障害物を確実に検出できるように、機器本体２の周囲を照明するものである。

また、自律走行ロボットクリーナー１は、吸引ノズル９により吸引されるゴミを検出する検出するゴミセンサ１７と、床面が絨毯であるか否かを検出する絨毯センサ１８と、操作部１９と、ＬＣＤ２０と、ＬＥＤ２１と、スピーカ２２とを備えている。

ゴミセンサ１７は、透過型の光学式センサであり、光を発する発光部１７ａと、発光部１７ａからの光を受光する受光部１７ｂとを有している。発光部１７ａ及び受光部１７ｂは、吸引ノズル９の吸引口９ａ付近の両側部に配置されており、吸引ノズル９がゴミを吸引すると、ゴミは発光部１７ａと受光部１７ｂとの間を通過するようになっている。ゴミセンサ１７は、発光部１７ａから発せられて受光部１７ｂにて受光される光が遮ることにより、吸引ノズル９により吸引されるゴミを検出する。

絨毯センサ１８は、透過型の光学式センサであり、光を発する発光部１８ａと、発光部１８ａからの光を受光する受光部１８ｂとを有している。発光部１８ａ及び受光部１８ｂは、機器本体２の進行方向に垂直な方向に間隔を空けて、床面との間に僅かの隙間を有するように配置されており、機器本体２が絨毯の上を走行すると、絨毯の毛が発光部１８ａと受光部１８ｂとの間を遮るようになっている。絨毯センサ１８は、発光部１８ａから発せられて受光部１８ｂにて受光される光が遮ることにより、床面が絨毯であることを検出する。

操作部１９は、自律走行ロボットクリーナー１による掃除動作を開始・停止させるために操作され、また、その他の各種設定を行うために操作されるものである。ＬＣＤ２０は、文字表示により、自律走行ロボットクリーナー１の動作状況や各種メッセージを報知するものである。ＬＥＤ２１は、点灯、点滅、消灯することにより、自律走行ロボットクリーナー１の動作状況を報知するものである。スピーカ２２は、音声出力により、自律走行ロボットクリーナー１の動作状況や各種メッセージを報知するものである。これら操作部１９、ＬＣＤ２０、ＬＥＤ２１、スピーカ２２は、機器本体２の上部に配置されている。

さらに、自律走行ロボットクリーナー１は、不法侵入者等の監視を行うセキュリティ機能を有しており、不法侵入者等を検出する人体センサ２３と、不法侵入者等を撮影するカメラ２４と、カメラ用照明ランプ２５と、無線通信モジュール２６とを備えている。

人体センサ２３は、人体から放射される赤外線を受光することにより機器本体２の周辺の人体の有無を検出するものである。カメラ２４は、立っている人の顔を撮影できるように、機器本体２の前方の斜め上方向に向けて配置されている。カメラ用照明ランプ２５は、カメラ２４による撮影が確実に行えるように、機器本体２の前方の斜め上方向（すなわちカメラ２４の撮影方向）を照明するようになっている。無線通信モジュール２６は、カメラ２４で撮影した画像をアンテナ２７を介して監視センタ等へ無線で送信するものである。自律走行ロボットクリーナー１は、掃除動作を行わないときには、これら人体センサ２３、カメラ２４、カメラ用照明ランプ２５、及び無線通信モジュール２６を動作させて、不法侵入者等の監視を行うようになっている。

次に、自律走行ロボットクリーナー１の電気的ブロック構成を図３に示す。自律走行ロボットクリーナー１は、上述の前方センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、左段差センサ１３、右段差センサ１４、天井センサ１５、センサ用照明ランプ１６、ゴミセンサ１７、絨毯センサ１８、操作部１９、ＬＣＤ２０、ＬＥＤ２１、スピーカ２２、人体センサ２３、カメラ２４、カメラ用照明ランプ２５、及び無線通信モジュール２６を備えている。また、自律走行ロボットクリーナー１は、これらに加え、左車輪モータ３１、右車輪モータ３２、サブブラシモータ３３、メインブラシモータ３４、ゴミ吸引用モータ３５、加速度センサ３６、走行距離算出部３７、地磁気センサ３８、走行方向判定部３９、汚れ度判定部４０、地図情報メモリ４１、バッテリ４２、及び各部を制御する制御部４３を備えている。

左車輪モータ３１、右車輪モータ３２、及び上述の左車輪３、右車輪４により走行手段が構成されており、サブブラシモータ３３、メインブラシモータ３４、ゴミ吸引用モータ３５、及び上述のサブブラシ６、メインブラシ７、ローラ８、吸引ノズル９、ダストボックス１０、吸引用ファン１１により掃除手段が構成されている。また、地磁気センサ３８、及び走行方向判定部３９により走行方向検出手段が構成されている。

前方センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、左段差センサ１３、右段差センサ１４、天井センサ１５は、上述のように障害物を検出して障害物までの距離を測定し、それらの測定値が制御部４３に入力される。センサ用照明ランプ１６は、制御部４３による制御のもと、照明用の光を発光する。ゴミセンサ１７は、上述のようにゴミを検出し、その検出信号が汚れ度判定部４０に入力される。絨毯センサ１８は、上述のように床面が絨毯であることを検出し、その検出信号が制御部４３に入力される。操作部１９は、操作に応じた操作信号を出力し、その操作信号が制御部４３に入力される。ＬＣＤ２０、ＬＥＤ２１、及びスピーカ２２は、制御部４３による制御のもと、自律走行ロボットクリーナー１の動作状況や各種メッセージを報知する。

人体センサ２３は、上述のように人体の有無を検出し、その検出信号が制御部４３に入力される。カメラ２４は、制御部４３による制御のもと、撮影動作を行い、カメラ用照明ランプ２５は、制御部４３による制御のもと、照明用の光を発光する。無線通信モジュール２６は、制御部４３による制御のもと、カメラ２４で撮影した画像を無線で送信する。

左車輪モータ３１は、上述の左車輪３を正転・逆転させるものであり、右車輪モータ３２は、上述の右車輪４を正転・逆転させるものである。サブブラシモータ３３は、上述のサブブラシ６を回転させるものであり、メインブラシモータ３４は、上述のメインブラシ７を回転させるものである。ゴミ吸引用モータ３５は、上述の吸引用ファン１１を回転させるものである。これら左車輪モータ３１、右車輪モータ３２、サブブラシモータ３３、メインブラシモータ３４、及びゴミ吸引用モータ３５は、各々、制御部４３による制御のもと駆動される。

加速度センサ３６は、機器本体２に作用する加速度を検出して、加速度に応じた出力値を出力するものである。この加速度センサ３６は、機器本体２に作用する加速度を機器本体２の前後方向、左右方向、上下方向について各々独立して検出し、前後方向、左右方向、上下方向の各々の方向について、加速度に応じた出力値を出力する。走行距離算出部３７は、加速度センサ３６からの前後方向の加速度についての出力値を基に機器本体２の走行速度を算出し、さらに、その走行速度を基に走行距離を算出して、その値を出力する。

地磁気センサ３８は、地磁気を検出して、地磁気の方向に応じた出力値を出力するものである。走行方向判定部３８は、地磁気センサ３８からの出力値を基に、機器本体２の正面方向が地磁気の方向を基準としてどの方向を向いているか（すなわち地磁気の方向に対する機器本体２の走行方向）を判定し、その値を出力する。

汚れ度判定部４０は、ゴミセンサ１７からの出力を基に所定時間あたりのゴミの集塵量を検出することにより機器本体２が走行する領域の汚れ度を判定し、汚れ度が基準値を超えている場合にその旨を示す信号を出力する。地図情報メモリ４１は、機器本体２の現在位置、障害物の存在する位置、掃除済みの領域、床面の汚れ度が基準値を超えている領域等の機器本体２の走行を制御するのに必要な地図情報を記憶するものである。バッテリ４２は、各部に給電するものである。

制御部４３は、左車輪モータ３１及び右車輪モータ３２を駆動制御することにより、左車輪３及び右車輪を回転させて機器本体２の走行を制御し、また、サブブラシモータ３３、及びメインブラシモータ３４、及びゴミ吸引用モータ３５を駆動することにより、サブブラシ６、メインブラシ７、及び吸引用ファン１１を作動させてゴミの集塵動作を制御する。そして、制御部４３は、機器本体２の走行及びゴミの集塵動作を制御して、機器本体２を所定の走行様式で走行させつつ機器本体２の走行する領域を掃除する掃除動作を実行する。

制御部４３は、掃除動作において（１）障害物に到達すると機器本体２の大きさだけ横に移動した後に障害物と反対方向に走行する動作を繰り返すいわゆるジグザグ走行、（２）障害物の周囲に沿っての走行、（３）多くのゴミが密集して落ちている領域での螺旋状の走行、等の走行様式による掃除動作を実行する。制御部４３による掃除動作の実行は、前方センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、左段差センサ１３、右段差センサ１４、天井センサ１５からの出力、及び地図情報メモリ４１に記憶されている地図情報を基に行われる。

また、制御部４３は、掃除動作中、機器本体２の走行状態が計画走行であるか否かを判定し、走行状態が計画走行でなければ走行軌道を修正するための処理を実行する。制御部４３による機器本体２の走行状態が計画走行であるか否かの判定は、加速度センサ３６の出力、地磁気センサ３８の出力、及び左車輪モータ３１及び右車輪モータ３２に対する制御出力を基に行われる。また、制御部４３は、掃除動作中、絨毯センサ１８及び汚れ判定部４０からの出力を基に、機器本体２の走行速度を調整し、ゴミの集塵力を調節する。

さらに、制御部４３は、掃除動作中、機器本体２の現在位置、障害物の存在する位置、掃除済みの領域等を示す地図情報を作成する。制御部４３による地図情報の作成は、走行距離算出部３７及び走行方向判定部３９からの出力を基に機器本体２の位置及び走行方向が算出され、この算出された位置及び走行方向と前方センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、左段差センサ１３、右段差センサ１４、及び天井センサ１５からの出力とを基に行われる。制御部４３にて作成された地図情報は、地図情報メモリ４１に記憶される。すなわち、制御部４３は、掃除動作中に地図情報を作成してゆき、その作成してゆく地図情報を基に、さらに掃除動作を進めてゆく。

このような構成の自律走行ロボットクリーナー１は、図４に示すように、床６０を自律走行して掃除する際に、機器本体２の中心（左車輪３と右車輪４との中点）位置Ｏを自分のいる位置とし、機器本体２の正面が向いている方向をＹ軸方向（図１に示す矢印Ａ方向に該当）、機器本体２の正面方向を向いて右方向をＸ軸方向、上方向をＺ軸方向として認識している。

具体的には、機器本体２の中心位置Ｏに上記加速度センサ３６が配置されており、機器本体２の前後方向、左右方向、上下方向に作用する加速度をＹ軸方向、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の加速度として加速度センサ３６にて検出するようになっている。また、Ｙ軸上に上記地磁気センサ３８が配置されており、Ｙ軸方向に対する地磁気の傾きを地磁気センサ３８にて検出するようになっている。さらに、加速度センサ３６からのＹ軸方向の加速度についての出力値を基に、上記走行距離算出部３７にて機器本体２の走行距離を算出するようになっており、地磁気センサ３８からの出力値を基に、上記走行方向判定部３９にて地磁気の方向に対するＹ軸方向の傾き角度（すなわち機器本体２の正面が向いている方向）を判定するようになっている。

加速度センサ３６は、機器本体２の前方向に加速度が作用すると、その加速度の大きさに応じたＹ軸方向の「＋」の値を出力し、後方向に加速度が作用すると、その加速度の大きさに応じたＹ軸方向の「−」の値を出力する。また、機器本体２の右方向に加速度が作用すると、その加速度の大きさに応じたＸ軸方向の「＋」の値を出力し、左方向に加速度が作用すると、その加速度の大きさに応じたＸ軸方向の「−」の値を出力する。また、機器本体２の上方向に加速度が作用すると、その加速度の大きさに応じたＺ軸方向の「＋」の値を出力し、下方向に加速度が作用すると、その加速度の大きさに応じたＺ軸方向の「−」の値を出力する。

地磁気センサ３８は、地磁気の方向がＹ軸方向と一致した（すなわちＹ軸方向が真北を向いた）状態では「０」の値を出力する。また、地磁気の方向がＹ軸方向に対して−Ｚ軸方向に見て時計回り方向（Ｂ方向）に傾いた状態では、その傾き角度に応じた「＋」の値を出力し、地磁気の方向が−Ｚ軸方向に見て反時計回り方向（Ｃ方向）に傾いた状態では、その傾き角度に応じた「−」の値を出力する。従って、機器本体２が時計回り方向にカーブ（右カーブ）すると、地磁気の方向は反時計回り方向に変位することになり、地磁気センサ３８の出力値は減少し、また、機器本体２が反時計回り方向にカーブ（左カーブ）すると、地磁気の方向は時計回り方向に変位することになり、地磁気センサ３８の出力値は増加する。

走行方向判定部３９は、Ｙ軸方向が地磁気の方向（すなわち真北方向）を基準として東又は西に傾いている角度を出力する。すなわち、走行方向判定部３９は、Ｙ軸方向が地磁気の方向と一致してれば（すなわちＹ軸方向が真北を向いていれば）「０」の値を出力し、Ｙ軸方向が東の方に傾いていれば、その傾き角度の大きさに応じた「＋」の値（例えば北東を向いていれば「＋４５°」、真東を向いていれば「＋９０°」）を出力し、Ｙ軸方向が西に傾いていれば、その傾き角度の大きさに応じた「−」の値（例えば北西を向いていれば「−４５°」、真西を向いていれば「−９０°」）を出力する。

自律走行ロボットクリーナー１は、制御部４３による制御のもと、これら加速度センサ３６、地磁気センサ３８、走行距離算出部３７、走行方向判定部３９からの出力を基に、また、上記前方センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、左段差センサ１３、右段差センサ１４、及び天井センサ１５からの出力を基に、壁５０等の障害物を回避しながら所定の走行様式で自律走行しつつ床６０を掃除する。

ところで、自律走行ロボットクリーナー１は、絨毯目や人の物理的な力（人との接触）等により走行ルートが本来の走行ルートからスリップする（ずれる）ことがあり、走行ルートからスリップした場合には、軌道を修正する等の対応が必要となる。そこで、自律走行ロボットクリーナー１は、掃除動作中における走行中に、常時、走行状態を判定し、その判定結果に応じた対応をとるようになっている。

次に、上記掃除動作中における走行状態の判定条件と、その判定結果、及びその対応策について説明する。これら判定条件、判定結果、対応策は、図５に示すようになっている。地磁気センサ３８の出力値、加速度センサ３６の出力値、走行制御出力の内容（左車輪モータ３１及び右車輪モータ３２に対する制御出力）が判定条件である。

すなわち、（１）地磁気センサ３８の出力に変化がなく加速度センサ３６の出力にＹ軸「＋」位相の変化（Ｙ軸方向の「＋」の出力）があって走行制御出力が前進である場合は、本来の走行ルートを走行している状態であり計画走行であると判定する。また、（２）地磁気センサ３８の出力に増加の変化があり加速度センサ３６の出力にＸ軸「＋」位相の変化（Ｘ軸方向の「＋」の出力）があって走行制御出力が右カーブである場合も、本来の走行ルートを走行している状態であり計画走行であると判定する。

さらに、（３）地磁気センサ３８の出力に減少の変化があり加速度センサ３６の出力にＸ軸「−」位相の変化（Ｘ軸方向の「−」の出力）があって走行制御出力が左カーブである場合、（４）地磁気センサ３８の出力に変化がなく加速度センサ３６の出力にＹ軸「−」位相の変化（Ｙ軸方向の「−」の出力）があって走行制御出力が後退である場合も、本来の走行ルートを走行している状態であり計画走行であると判定する。

これら（１）〜（４）の場合は、地磁気センサ３８の出力値、加速度センサ３６の出力値、走行制御出力の内容が対応している（矛盾していない）ため計画走行であると判断でき、従って、軌道を維持（現状の走行制御）を維持する。

（５）地磁気センサ３８の出力に変化がなく加速度センサ３６の出力にＸ軸「＋」位相の閾値を越える変化（Ｘ軸方向の「＋」の閾値を越える出力）がある場合は、本来の走行ルートから右にスリップした状態であり計画走行でないと判定する。（６）地磁気センサ３８の出力に変化がなく加速度センサ３６の出力にＸ軸「−」位相の閾値を越える変化（Ｘ軸方向の「−」の閾値を越える出力）がある場合は、本来の走行ルートから左にスリップした状態であり計画走行でないと判定する。

（７）地磁気センサ３８の出力に変化がなく加速度センサ３６の出力にＹ軸「−」位相の閾値を越える変化（Ｙ軸方向の「−」の閾値を越える出力）がある場合は、本来の走行ルートから後方にスリップした状態であり計画走行でないと判定する。（８）地磁気センサ３８の出力に変化がなく加速度センサ３６の出力にＹ軸「＋」位相の閾値を越える変化（Ｙ軸方向の「＋」の閾値を越える出力）がある場合は、本来の走行ルートから前方にスリップした状態であり計画走行でないと判定する。

これら（５）〜（８）の場合は、地磁気センサ３８の出力値と加速度センサ３６の出力値とが対応していない（矛盾している）ため走行制御出力の内容に拘らず計画走行ではないと判断でき、従って、軌道を修正する。

（５）又は（６）の場合の軌道修正に際しては、スリップした距離だけ本来の走行方向に直交する方向に走行させ、その後、本来の走行方向に向けて軌道修正前の走行を再開させる。また、（７）又は（８）の場合の軌道修正に際しては、スリップした距離だけ本来の走行方向に沿って前進又は後退させ、その後、本来の走行方向に向けて軌道修正前の走行を再開させる。なお、スリップした距離は、加速度センサ３６の出力により求められ、本来の走行方向は、地磁気センサ３８及び走行方向判定部３９の出力により求められる。

（９）地磁気センサ３８の出力に閾値を越える大きな変化があって加速度センサ３６の出力にＸ軸「＋」位相、Ｘ軸「−」位相、Ｙ軸「＋」位相、Ｙ軸「＋」位相の閾値以下の微小な変化がある場合（加速度センサ３６の出力に変化がない場合を含む）は、計画走行であるか否かの結論を出さずに軌道を維持し、単位時間後の地磁気センサ３８の出力値を用いて再判定する。これは、部屋に置かれたオーディオ機器のスピーカや柱に用いられている鉄筋等による磁気の影響を受けて、地磁気センサ３８の出力が変化していると考えられるためである。

次に、上記自律走行ロボットクリーナー１の走行状態判定処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。まず、制御部４３は、機器本体２の走行制御中に（＃１）、地磁気センサ３８の出力値を読込むと共に（＃２）、加速度センサ３６の出力値を読込む（＃３）。

続いて、制御部４３は、上記＃２で読込んだ地磁気センサ３８の出力値、上記＃３で読込んだ加速度センサ３６の出力値、及び現在の走行制御出力（左車輪モータ３１及び右車輪モータ３２に対する制御出力）の内容を基に、機器本体２の走行状態を判定する（＃４）。この判定処理にて、上記図５に示す（１）〜（９）の判定がなされる。

そして、制御部４３は、機器本体２の走行状態が計画走行であれば（図５に示す（１）〜（４）であれば）（＃５でＹＥＳ）、現在の走行制御を維持し（＃６）、計画走行でなければ（図５に示す（５）〜（８）であれば）（＃５でＮＯ）、軌道修正処理を行う（＃７）。なお、上記＃４の処理で図５の（９）の場合の判別がなされた場合は、上記＃５の処理を行わずに、現在の走行制御を維持する。

その後、制御部４３は、上記＃１からの処理を繰り返す。この走行状態判定処理は、例えば１００ｍｓ周期で繰り返され、掃除動作が終了するまで行われる。これにより、自律走行ロボットクリーナー１は、自律走行中に、常時、本来の走行ルートを走行しているか否かが判別され、本来の走行ルートからずれた場合には、随時軌道が修正される。

このような走行状態判定処理によれば、地磁気センサの出力による絶対方位、機器本体２に作用する加速度、及び走行制御出力を基に走行状態を判定するため、本来の走行ルートを走行している計画走行であるか否かを正確に判定できる。そして、この判定結果を基に現状の走行を維持し又は軌道を修正するため、本来の走行ルートを正確に走行することができ、また、これにより部屋の間取り等の情報を入力することなく、部屋の掃除を実施できる。

次に、上記自律走行ロボットクリーナー１の右及び左スリップ時（上記図６の＃４での判別結果が図５に示す（５）（６）の場合）の軌道修正処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。まず、制御部４３は、加速度センサ３６のＸ軸方向（機器本体２の左右方向）の出力値を基に、スリップ量Δｏを算出する（＃１１）。なお、ここで用いる加速度センサ３６の出力は、上記図６の＃３で読込んだ値である。続いて、スリップ量Δｏを総スリップ量ΔＳに加算する（＃１２）。なお、総スリップ量ΔＳの初期値は「０」になっている。

そして、制御部４３は、総スリップ量ΔＳが所定値（例えば３ｃｍ）以上であれば（＃１３でＹＥＳ）、地磁気センサ３８及び走行方向判定部３９の出力を基に、機器本体２を本来の走行ルートに向けて本来の走行方向に直交する方向に旋回させ（＃１４）、総スリップ量ΔＳだけ直進させる（＃１５）。その後、地磁気センサ３８及び走行方向判定部３９の出力を基に、機器本体２を本来の走行方向に旋回させ（＃１６）、軌道修正前の走行制御を再開させる（＃１７）。そして、総スリップ量ΔＳの値を「０」にする（＃１８）。

なお、総スリップ量ΔＳが所定値以上でなければ（＃１３でＮＯ）、上記＃１４以降の軌道修正は未だ実行されずせず、総スリップ量ΔＳの値は保持される。この場合、上記図６（＃１〜＃７）の走行状態判定処理が繰り返されることにより、上記＃１１以降の処理が再度行われ、上記＃１３で総スリップ量ΔＳが所定値以上になると、上記＃１４以降の軌道修正が実行される。

このような軌道修正処理によれば、軌道の修正は、本来の走行方向に直交する方向に戻ることにより行われるため最短の移動距離となり、軌道修正時の誤差が少なく抑えられ、これにより、正確に軌道修正でき、本来の走行ルートをより正確に走行することができる。また、走行方向は地磁気センサ３８及び走行方向判定部３９の出力を基に地磁気を基準として判定されるため、軌道修正時の走行も地磁気の方向を基準として行われ、これにより、より正確に軌道を修正でき、本来の走行ルートをより正確に走行することができる。

なお、後方スリップ時及び前方スリップ時（上記図６の＃４での判別結果が図５に示す（７）（８）の場合）の軌道修正処理は、以下のようにして行われる。すなわち、制御部４３は、加速度センサ３６のＹ軸方向（機器本体２の前後方向）の出力値（上記図６の＃３で読込んだ値）を基にスリップ量Δｏを算出し、そのスリップ量Δｏだけ本来の走行方向に沿って前進又は後退させた後、本来の走行方向に向けて軌道修正前の走行を再開させる。

次に、上記自律走行ロボットクリーナー１の右スリップ時（上記図６の＃４での判別結果が図５に示す（５）の場合）の軌道修正の例を、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を参照して説明する。なお、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す軌道修正の例は、ジグザグ走行中に絨毯目による影響を受けた場合の例である。自律走行ロボットクリーナー１は、壁５０で囲まれた床６０の上に置かれており、掃除開始位置がＣ点とされ、掃除開始方向（機器本体２のＹ軸方向（前進方向））が地磁気の方向（北向き）とされている。壁５０ａは、地磁気の方向と平行になっている。

自律走行ロボットクリーナー１は、ジグザグ走行で掃除する動作モードが選択されており、掃除を開始すると、Ｃ点からルートＺ１に沿ってジグザグ走行する（図８（ａ）参照）。すなわち、自律走行ロボットクリーナー１は、北に向かって壁５０ａと平行に直進し、壁５０ｂに到達すると、右に９０°旋回して東に向かって機器本体２の大きさだけ移動した後、さらに右に９０°旋回して南に向かって直進し、壁５０ｃに到達すると、左に９０°旋回して東に向かって機器本体２の大きさだけ移動した後、さらに左に９０°旋回して北に向かって直進する走行を繰り返す。

自律走行ロボットクリーナー１は、Ｐ１点を通過すると、絨毯目の影響を受け、本来のルートＺ２からずれて、ルートＺ３に沿って右（東）に傾いて走行する（図８（ｂ）参照）。自律走行ロボットクリーナー１は、ルートＺ３に沿って走行している際、上記図６の＃５でＮＯ（計画走行でない）と判定されて、上記図７の＃１１以降の処理が行われる。その後、自律走行ロボットクリーナー１がＰ２点に到達した時点で、本来のルートＺ２からのスリップ量ΔＳが所定値（例えば３ｃｍ）に達し、上記図７の＃１３でＹＥＳと判定される。

そして、自律走行ロボットクリーナー１は、Ｐ２点上で機器本体２を本来の走行ルートＺ２に向けて本来の走行方向と直交するように旋回し、Ｐ２点から本来の走行方向と直交する方向にルートＺ４に沿ってスリップ量ΔＳだけ直進してＰ３点に到達する（図８（ｃ）参照）。図示の例では、本来のルートＺ２はＰ２点（機器本体２の位置）より西側にあり、本来の走行ルートは北向きとなっている。従って、自律走行ロボットクリーナー１は、Ｐ２点上で機器本体２を西に向くように旋回し、スリップ量ΔＳだけ西に向かって直進してＰ３点に到達する。これにより、本来のルートＺ２からのずれが修正されて、軌道が修正される。

なお、Ｐ２点上での旋回角度は、自律走行ロボットクリーナー１がＰ２点に到達したときの機器本体２の走行方向に依存し、地磁気センサ３８及び走行方向判定部３９の出力を基に算出される。また、スリップ量ΔＳは、自律走行ロボットクリーナー１がＰ１点を通過してからＰ２点に到達するまでの加速度センサ３６の出力を基に算出される。

その後、自律走行ロボットクリーナー１は、Ｐ３点上で機器本体２が北（本来の走行方向）を向くように右に９０°旋回し、Ｐ３点から軌道修正前の走行すなわちルートＺ５に沿って北に向かって直進走行を再開する（図８（ｄ）参照）。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、走行状態の判定は、走行制御出力の内容は用いず、加速度センサ３６の出力と地磁気センサ３８の出力とによって行ってもよい。また、図７の＃１５の処理において、総スリップ量ΔＳだけ直進走行させることに代えて、総スリップ量ΔＳよりも少し多めの量を直進走行させてもよい。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る自律走行ロボットクリーナーの概略構成を示す平面図、（ｂ）は同一部破断した側面図。 同ロボットクリーナーの正面図。 同ロボットクリーナーの電気的ブロック構成図。 同ロボットクリーナーの走行している状態を示す斜視図。 同ロボットクリーナーの走行状態の判定条件と、その判定結果、その対応策を示す図。 同ロボットクリーナーの走行状態判定処理を示すフローチャート。 同ロボットクリーナーの軌道修正処理を示すフローチャート。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、同ロボットクリーナーの走行例を示す図。

符号の説明

１ 自律走行ロボットクリーナー
２ 機器本体
３ 左車輪
４ 右車輪
５ 前車輪
６ サブブラシ
７ メインブラシ
８ ローラ
９ 吸引ノズル
１０ ダストボックス
１１ 吸引用ファン
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 前方センサ
１３ 左段差センサ
１４ 右段差センサ
１５ 天井センサ
１９ 操作部
３１ 左車輪モータ
３２ 右車輪モータ
３６ 加速度センサ
３７ 走行距離算出部
３８ 地磁気センサ
３９ 走行方向判定部
４３ 制御部
５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ 壁
６０ 床

Claims (3)

1. 機器本体の正面が向いている方向を検出する方向検出手段と、機器本体を走行、旋回させる走行手段と、機器本体の走行する領域を掃除する掃除手段と、前記方向検出手段の出力を基に前記走行手段及び前記掃除手段を制御して、機器本体を走行させつつ機器本体の走行する領域を掃除させる掃除動作を実行する制御手段とを備えた自律走行ロボットクリーナーにおいて、
   機器本体の前後方向及び左右方向に作用する加速度を各々独立して検出する加速度センサと、
   地磁気の方向を検出する地磁気センサとを備え、
   前記方向検出手段は、前記地磁気センサの出力を基に地磁気の方向を基準として機器本体の正面が向いている方向を検出するものであり、
   前記制御手段は、前記加速度センサの出力、前記地磁気センサの出力、及び前記走行手段に対する走行制御出力を基に機器本体の走行状態が計画走行であるか否かを判定し、走行状態が計画走行であれば現状の走行を維持し、走行状態が計画走行でなければ軌道を修正した後に現状の走行を再開し、
   前記制御手段による走行状態が計画走行であるか否かの判定は、北方向を前方と仮定し、かつ前進方向を平面上でのＹ軸としたとき、
   （１）前記地磁気センサの出力に変化がなく前記加速度センサの出力にＹ軸方向の変化があって前記走行制御出力が前進である場合、（２）前記地磁気センサの出力が東に変位し前記加速度センサの出力にＸ軸方向の変化があって前記走行制御出力が右カーブである場合、（３）前記地磁気センサの出力が西に変位し前記加速度センサの出力に−Ｘ軸方向の変化があって前記走行制御出力が左カーブである場合、（４）前記地磁気センサの出力に変化がなく前記加速度センサの出力に−Ｙ軸方向の変化があって前記走行制御出力が後退である場合は、計画走行であると判定し、
   前記地磁気センサの出力に変化がなく、（５）前記加速度センサの出力にＸ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから右にスリップした状態であり、（６）前記加速度センサの出力に−Ｘ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから左にスリップした状態であり、（７）前記加速度センサの出力に−Ｙ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから後方にスリップした状態であり、（８）前記加速度センサの出力にＹ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから前方にスリップした状態であり、前記（５）乃至（８）の場合は、何れも軌道修正が必要であると判定し、
   前記地磁気センサの出力に変化があって前記加速度センサの出力に変化がない又は微小な変化がある場合は、軌道を維持し、
   前記制御手段は、前記走行手段を制御して、
   前記（５）又は（６）の場合の軌道修正に際しては、前記方向検出手段の出力を基に本来の走行方向に直交する方向に前記加速度センサによるスリップ量だけ走行させ、その後、本来の走行方向に向けて軌道修正前の走行を再開させ、
   前記（７）又は（８）の場合の軌道修正に際しては、前記加速度センサの出力によるスリップ量だけ本来の走行方向に沿って前進又は後退させ、その後、本来の走行方向に向けて軌道修正前の走行を再開させることを特徴とする自律走行ロボットクリーナー。
2. 機器本体の正面が向いている方向を検出する方向検出手段と、機器本体を走行、旋回させる走行手段と、機器本体の走行する領域を掃除する掃除手段と、前記方向検出手段の出力を基に前記走行手段及び前記掃除手段を制御して、機器本体を走行させつつ機器本体の走行する領域を掃除させる掃除動作を実行する制御手段とを備えた自律走行ロボットクリーナーにおいて、
   機器本体に作用する加速度を検出する加速度センサと、
   地磁気の方向を検出する地磁気センサとを備え、
   前記制御手段は、
   前記加速度センサの出力及び前記地磁気センサの出力を基に走行状態が計画走行であるか否かを判定し、
   走行状態が計画走行であれば、現状の走行を維持し、
   走行状態が計画走行でなければ、軌道を修正することを特徴とする自律走行ロボットクリーナー。
3. 前記方向検出手段は、前記地磁気センサの出力を基に地磁気の方向を基準として機器本体の正面が向いている方向を検出するものであり、
   前記制御手段は、北方向を前方と仮定し、かつ前進方向を平面上でのＹ軸としたとき、
   前記地磁気センサの出力に変化がなく前記加速度センサの出力にＸ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから右にスリップした状態であり軌道修正が必要であると判定し、
   前記地磁気センサの出力に変化がなく前記加速度センサの出力に−Ｘ軸方向の変化がある場合は、本来の走行ルートから左にスリップした状態であり軌道修正が必要であると判定し、
   前記右又は左にスリップした状態であると判定した場合の軌道修正に際し、前記方向検出手段の出力を基に本来の走行方向に直交する方向に前記加速度センサによるスリップ量だけ走行させ、その後、本来の走行方向に向けて軌道修正前の走行を再開させる請求項２に記載の自律走行ロボットクリーナー。
   
   
   
   

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