JP2006031503A

JP2006031503A - 自律走行移動体

Info

Publication number: JP2006031503A
Application number: JP2004211029A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Hara; 圭祐原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】走行空間内の壁際や隅についても探索走行ができ、自律走行移動体を用いて作業を行うことができるとともに、走行空間内を探索移動するために必要な検知手段や検出手段の数をできるだけ減らし、小型化することが可能な自律走行移動体を提供することである。
【解決手段】自律走行移動体１は、移動体本体１０と、移動体本体１０を走行させる駆動輪１２と駆動モータ１４と、駆動モータ１４を制御する制御部２０と、移動体本体１０を走行させるための走行情報が入力され、かつ、入力された走行情報に基づいて駆動モータ１４を制御するための制御情報を制御部２０に与える操作ユニット５０とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般的には自律走行移動体に関し、特定的には所定の走行空間を自律走行して作業を行う自律走行電気掃除機、留守番ロボット等の自律走行移動体に関するものである。

従来から、空間を自律走行して作業を行う自律走行移動体は、指定された走行空間を境界壁に沿って周回走行することによって、走行空間の大きさと形状を示すマップを作成し、そのマップに基づいて作業を行うことができる。また、複数の自律走行移動体がマップ情報を共有することによって協調作業を行うことも可能である。

このような自律走行移動体が境界壁に沿って走行するためには、超音波センサや赤外線センサ等の測距センサを装備して、これらのセンサからの信号により境界壁までの距離を計算し、この距離が一定間隔になるように移動体の方向を微調整しながら移動する。

たとえば、特開平５−４６２３９号公報（特許文献１）には、指定された走行空間を所定の走行様式に従って自律走行するロボット本体と、ロボット本体を任意の走行空間の境界壁に沿って周回走行させる走行制御手段と、ロボット本体が周回走行するときに、走行空間の大きさと形状を示すマップを作成するマッピング手段とを備えた自律走行ロボットが開示されている。この公報には、吸引式掃除機を備えた自律走行ロボットが部屋の内部を周回し、走行空間の大きさと形状を示すマップを作成し、このマップに従って部屋全体の掃除を行うことが例示されている。この例では、自律走行ロボットの前輪の回転がエンコーダを介して走行距離に換算される。ロボット本体の正面と背面および左右の側面の各面には、接触センサと一対の超音波センサが組み込まれており、ロボット本体が壁や障害物に当たることなく走行するように走行環境を監視する。超音波センサは、互いに対をなす超音波送信素子と超音波受信素子を並べて配置したものであり、超音波送信素子から送信される超音波が物体から反射されて超音波受信素子に戻るまでの時間から、物体までの距離を計測することができる。ロボット本体の各面に配設された２個の超音波センサが検出する物体までの距離を一致させるようにロボット本体を姿勢制御することによって部屋の壁に対する各面の平行を出してロボット本体の向きを補正する。接触センサは、近接スイッチや感圧スイッチのように物体が直接接触したことを検出するものが用いられ、超音波センサの死角に入った物体とロボット本体との衝突を監視する。これらのセンサをロボット本体に組み込むことによって従来の自律走行ロボットは、指定された空間を境界壁に沿って周回走行することによって、走行空間の大きさと形状を示すマップを作成する。

また、たとえば、特開昭６１−２７００９０号公報（特許文献２）に代表されるように、ロボットのアームの一部にカメラを取り付け、カメラによって視覚認識を行うロボット装置は、数多くの公開特許公報に開示されている。
特開平５−４６２３９号公報特開昭６１−２７００９０号公報

従来の自律走行移動体の構成では、走行空間内を探索行動するために測距センサが必要である。測距センサとしては超音波センサと赤外線センサが主に使われている。これらのセンサで認識できない壁や障害物との衝突を回避するために、従来の自律走行移動体は接触センサを備えている。測距センサのうち、超音波センサは主に壁面を認識し、自律走行移動体と壁との間の距離が一定になるように、自律走行移動体の方向を修正する役目を担っており、赤外線センサは主に超音波センサでは認識が困難な柱や棒状の障害物を認識でき、自走式移動体が衝突することを回避する役目を担っている。

超音波センサは、視野角が広いので自律走行移動体の低い位置に取り付けると床面を検知して誤動作する問題があるため、壁面を認識する必要性から、床面より１０ｃｍ程度の高さの位置で自律走行移動体に装着する必要があった。また、超音波センサと赤外線センサは対象物までの測距範囲が限られており、超音波センサは壁面から１０ｃｍ以内、赤外線センサは障害物から５ｃｍ以内を認識することができないので、従来の自律走行移動体は壁面や障害物に近接することができないという欠点があった。従って、自律走行移動体の移動範囲が限られ、壁際や隅については探索走行ができず、このエリアについては自律走行移動体を用いて作業を行うこともできなかった。

従来の自律走行移動体には段差検知センサを備えているものもある。段差検知センサとしては赤外線の発光素子と受光素子を組み合わせたユニットが多く用いられている。床面が存在するときは段差検知センサから発光された赤外線が床面に反射して受光素子に入射するのに対し、床面より低い位置に段差があるときは段差検知センサから発光された赤外線が床面より低い段差上で反射しても受光素子に入射しないので、この作用を利用して段差を検知することができる。通常、自律走行移動体には進行方向に当る前面部と左右の側面部の計３箇所に段差検知センサが装着されていることが多い。また、走行空間内での様々な危険を回避するために、従来の自律走行移動体には熱源検知センサや人感センサなどを装着しているものもある。

このように、従来の自律走行移動体の構成では、測距センサをはじめとする各種センサ類が必要であるので、自律走行移動体の本体が大型になるという問題があった。また、複数個のセンサを装備しているために、従来の自律走行移動体は製造コストが高くなるという問題があった。

なお、従来の自律走行移動体には、バンパースイッチと段差検知センサだけを搭載しているタイプもある。このタイプの自律走行移動体は価格が安いので、ロボットクリーナとして市販されている商品もある。このタイプの自律走行移動体は、走行空間内を走行し、壁や障害物に接触すると、バンパースイッチによって壁や障害物が認識され、後退して進行方向を変える。この場合、自律走行移動体は壁沿いに走行しても、壁から離れて移動することがあり、進行方向を誤ることがある。従って、探索移動結果から走行空間の大きさと形状を示すマップを作成することができないという問題があった。

そこで、この発明の目的は、走行空間内の壁際や隅についても探索走行ができ、自律走行移動体を用いて作業を行うことができるとともに、走行空間内を探索移動するために必要な検知手段や検出手段の数をできるだけ減らし、小型化することが可能な自律走行移動体を提供することである。

この発明に従った自律走行移動体は、移動体本体と、移動体本体を走行させる駆動手段と、駆動手段を制御する制御手段と、移動体本体を走行させるための走行情報が入力され、かつ、入力された走行情報に基づいて駆動手段を制御するための制御情報を制御手段に与える操作手段とを備える。

この発明の自律走行移動体においては、探索移動に必要な走行情報を操作手段によって入力することができる。これにより、走行空間内を探索移動するために必要な検知手段や検出手段の数をできるだけ減らすことができ、移動本体を任意に移動させることができるので、走行空間内の壁際や隅についても探索移動ができるように走行空間に対して任意の大きさと形状を示すマップを作成することができる。

好ましくは、この発明の自律走行移動体は、移動体本体の走行距離を計測し、かつ、計測された走行距離の情報を制御手段に与える走行距離計測手段をさらに備える。

また、好ましくは、この発明の自律走行移動体は、移動体本体と移動体本体以外の他の物体との直接接触を認識する接触認識手段をさらに備える。

この発明の自律走行移動体においては、制御手段は、移動体本体の探索により得られた走行情報、または、操作手段に入力された走行情報に基づいて、走行空間の大きさと形状とを示すマップ情報を作成するマッピング手段を含み、操作手段は、マップ情報を記憶するマップ記憶手段を含むのが好ましい。

また、この発明の自律走行移動体においては、操作手段は、マップ情報に対応して走行空間を識別する識別情報を登録し、かつ、その識別情報に基づいて走行空間に対応するマップ情報を取り出す走行空間識別手段を含むのが好ましい。

さらに、この発明の自律走行移動体においては、操作手段は、マップ情報を記憶する着脱可能な記憶媒体からマップ情報を読み取る情報読み取り手段を含むのが好ましい。

この発明の自律走行移動体においては、操作手段は、マップ情報に基づいて走行経路を表示する表示手段を含むのが好ましい。

この発明の自律走行移動体においては、操作手段は、移動体本体から着脱可能に装着されているのが好ましい。

この発明の自律走行移動体は、移動体本体に装着された空間浄化手段をさらに備えるのが好ましい。

この発明の自律走行移動体において、空間浄化手段は、掃除手段、菌除去手段、および、空気調和手段からなる群より選ばれた少なくとも１種であるのが好ましい。

この発明によれば、走行空間内を探索行動するために必要な検知手段や検出手段の数をできるだけ減らし、自律走行移動体を小型化することができる。

本発明の自律走行移動体の一つの実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の概略的な構成を示す図である。

図１に示すように、自律走行移動体１は、移動体本体１０と、移動体本体１０を走行させる駆動手段としての駆動輪１２および駆動モータ１４と、駆動手段を制御する制御手段として移動体本体１０に備えられた制御部２０と、操作手段として移動体本体１０に装着された操作ユニット５０とを備える。制御部２０は、走行制御部２１とＣＰＵ２２とモータ駆動回路２３とメモリ２４と電源部２５とから構成される。また、移動体本体１０の走行距離を計測し、その計測された走行距離の情報を制御部２０に与えるために走行距離計測手段としての光学式距離検知センサ１３が移動体本体１０に取り付けられている。さらに、移動体本体１０と移動体本体１０以外の壁面や障害物等の他の物体との直接接触を認識するために接触認識手段としての接触センサユニット３０が移動体本体１０の走行方向に対して前面に取り付けられている。

所定の走行空間を移動して作業を行うためにドーム状の移動体本体１０は従動倫１１と左右一対の駆動輪１２の計３輪で支えられている。走行制御部２１からの制御信号によりモータ駆動回路２３に必要な回転角の情報が与えられ、その回転角の情報に従って駆動モータ１４が回転し、駆動輪１２が回転する。このようにしてモータ駆動回路２３により駆動モータ１４が駆動され、駆動輪１２と従動倫１１が回転して自律走行移動体１が走行移動する。駆動輪１２は従動倫１１とともに移動体本体１０を移動させるものであり、外周面にゴムタイヤが巻かれた車輪である。従輪３にはキャスターまたはボール車輪が用いられる。

この実施の形態においては、走行距離計測手段として光学マウスの原理を応用した光学式距離検知センサ１３を使って走行距離を計測し、得られた計測データは走行制御部２１に送られ、ＣＰＵ２２に取り込まれる。自律走行移動体１の走行空間内での位置を特定するために移動体本体１０に光学式距離検知センサ１３が装着されている。光学式距離検知センサ１３は市販の光学マウスと同様、ＣＣＤカメラで床面を１ｍｍ角程度の大きさの画像に撮影し、得られた画像データの変化量を移動距離に変換する。距離データはＣＰＵ２２に送られ、マッピング手段としてのＣＰＵ２２は距離データを積算して走行空間のマップを作成する。

図１に示す自律走行移動体１には、走行空間内の画像を撮影するビデオカメラ４０が装着されているが、必ずしも必要なものではない。本発明の自律走行移動体１では、走行空間の隅々まで移動することができるので、走行空間内の監視用としてカメラが装着されている。

電源スイッチ１５をＯＮの位置に設定すると、電源部２５が通電状態になり、ＣＰＵ２２に信号が送られる。電源部２５は、マンガンリチウム系やニッケル水素系の充電可能な電池から構成される。電源部２５の充電状態は充電制御部１６で管理され、走行に必要な電力が電源部２５に残っている場合のみ、ＣＰＵ２２から走行制御部２１に信号が出される。

自走式移動体１の前面部には、接触センサユニット３０として、円盤状のバンパー３１と、バンパー３１と連動するマイクロスイッチ３２、３３（図２）とが配設され、１個のバンパー３１と２個のマイクロスイッチ３２、３３が一つの接触認識手段としての接触センサユニット３０を構成する。自律走行移動体１の移動体本体１０の左側前面部と右側前面部に接触センサユニット３０が１ユニットずつ装着されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を示す部分断面図である。

図２には、バンパー３１とマイクロスイッチ３２、３３の平面的な位置関係が示されている。自律走行移動体１の移動体本体１０が壁面や障害物に接触した場合には、円盤状のバンパー３１が図１にて矢印で示すように水平面上で移動し、その移動に伴ってマイクロスイッチ３２またはマイクロスイッチ３３が押圧され、接点がＯＮ状態となる。このＯＮ状態の情報は走行制御部２１に送られ、ＣＰＵ２２に取り込まれる。ＣＰＵ２２は、移動体本体１０の壁面や障害物との衝突を避けるために、走行制御部２１に信号を出力する。この信号に応じて、移動体本体１０を後退させ、かつ、接触した方向を接触センサユニット３０で検知して、移動体本体１０を回転移動させるように、走行制御部２１を通じてモータ駆動回路２３に必要な回転角の情報が与えられ、その回転角の情報に従って駆動モータ１４が回転し、駆動輪１２が回転することによって移動体本体１０の走行が継続する。

移動体本体１０に装着された操作手段としての操作ユニット５０はコントロールパネルであり、複数のキー入力部５１と、表示部５２と、データ処理部５３と、マップ記憶部５４と、赤外線発光素子５５と、カード読み取り装置５６とを有している。キー入力部５１から、移動体本体１０の走行を制御する信号を入力すると、データ処理部５３を介してＣＰＵ２２に情報が送られ、走行制御部２１を経由してモータ駆動回路２３に必要な回転角の情報が与えられ、その回転角の情報に従って駆動モータ１４が回転し、駆動輪１２が回転することにより、移動体本体１０が走行空間内を指示通り移動する。走行中の情報や走行経路は表示部５２に表示される。移動体本体１０の探索移動により光学式距離検知センサ１３を通じて得られた走行情報、または、キー入力部５１によって操作ユニット５０に入力された走行情報に基づいて、マッピング手段としてのＣＰＵ２２内に走行空間の大きさと形状を示すマップ情報が作成される。操作ユニット５０を使えば、マップがどこまでできているか等のマッピング状況を、表示部５２に表示することができる。このマップ情報は操作ユニット５０内のマップ記憶手段としてのマップ記憶部５４に記憶保存される。操作ユニット５０のキー入力部５１から情報を入力することによって、必要に応じて、マップ情報に対応して走行空間を識別する識別情報を登録し、また、その識別情報に基づいて走行空間に対応するマップ情報をマップ記憶部５４から取り出すことができるようにデータ処理部５３には走行空間識別手段が備えられている。マップ記憶部５４から取り出されたマップ情報は表示部５２に表示される。

操作ユニット５０は、着脱可能に移動体本体１０に取り付けられている。操作ユニット５０には、自律走行移動体１の移動体本体１０と電気的に接続するための接点端子と、移動体本体１０に情報を送信するための赤外線発光素子５５が装備されている。移動体本体１０には赤外線信号を受光するための赤外線受光素子１７が装着されている。

図３は、本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体に着脱可能に装着される操作手段としての操作ユニット（コントロールパネル）５０を示す平面図である。

図３に示すように、走行空間を識別する識別情報として走行空間に対応する記号、たとえば、ルームナンバー３を入力し、または、走行方向と走行距離に関する情報を入力するための複数種類のキーからなるキー入力部５１と、これらの情報を表示するための液晶の表示部５２とが装着されている。また、走行空間のマップ情報が記憶されたカード形状の記憶媒体５７からマップ情報を読み取る情報読み取り手段としてのカード読み取り装置５６が装着されている。

図１に示す自律走行移動体１は指定された走行空間を自ら周回走行し、事前に走行空間の大きさと形状を示すマップを作成（マッピング）し、次にこのマップに基づいて走行空間全体を移動して所定の作業を行う。マッピング後の走行様式については、ジグザグ走行や螺旋走行などが知られているが、本発明では問わないので説明は省略する。

以上のように構成された本発明の自律走行移動体１を周回走行させてマップ情報を作成するために探索移動する動作について説明する。

図４〜図６は、本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行における探索移動の過程を順に示すフローチャートである。

図４に示すように、ステップＳ１から探索走行が開始する。まず、ステップＳ２にて電源スイッチ１５をＯＮの位置に設定する。そうすると、ステップＳ３にて電源部２５の充電状態が充電制御部１６によってチェックされる。ステップＳ４にて、走行に必要な電力として電源部２５の電池残量が十分ある場合にのみ、電源部２５が通電状態になり、ＣＰＵ２２に信号が送られ、ＣＰＵ２２から走行制御部２１に信号が出される。ステップＳ５にて、操作ユニット（コントロールパネル）５０にキー入力部５１から走行を制御する信号が入力されるのを待機する状態になる。

図７は、本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体に装着される操作手段としての操作ユニット（コントロールパネル）へのキー入力の順序の一例を示す図である。

たとえば、凹型形状の走行空間（ルームナンバー３）を探索移動させる場合、図７に示すように、部屋番号と走行方向に関する情報だけを順に入力し、ＳＴＡＲＴキーを押すと、すなわち、図４のステップＳ６にて走行情報がキー入力されると、ステップＳ８にてデータ処理部５３を通じてＣＰＵ２２によってメモリ２４に記憶保存され、ステップＳ９にてデータ処理部５３またはＣＰＵ２２によって走行経路が作成される。以下、この作成された走行経路に従って、自律走行移動体が探索移動を開始する。

図８は、本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行経路の作成例を示す図である。

操作ユニット５０に入力された走行方向に関する情報に基づいて、データ処理部５３またはＣＰＵ２２内で処理が行われ、図８の（Ａ）から（Ｂ）に示すように走行径路が作成される。ここでは、走行方向に関する情報だけを入力する場合について説明したが、走行方向と走行距離に関する情報を入力すれば、さらに精度の高い探索移動が可能になる。

図９は、上記のようにして作成された本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行経路を示す平面図である。

図４のステップＳ６にて走行情報がキー入力されず、ステップＳ７にて３０秒間経過しても走行情報がキー入力されない場合には、走行経路が作成されないので自律走行移動体は探索移動を開始しない。

自律走行移動体１は、図７の入力情報に基づいて図８に示すように作成された自律走行移動体の周回走行経路に従って、図９に示す走行空間をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｆ、Ｈ、Ｉ、Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｊ、Ｌ、Ｍ、Ｌ、Ｎ、Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｑ、Ｐ、Ａの順に走行する。自律走行移動体１の移動体本体１０は、まずＡ、Ｂ、Ｃの順に左側面にバンパー３１ａを接触させながら壁面１００と平行に走行する。すなわち、図４のステップＳ１０にて自律走行移動体１は左側の壁面１００に沿って走行する。このとき、ステップＳ１１にて接触センサユニット３０の出力をチェックする。ステップＳ１２にて、左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されておらず、接点がＯＦＦ状態で左側面からの信号がない場合には、ステップＳ１３にて左方向に１０°程度回転して自律走行移動体１の向きを修正する。ステップＳ１２にて左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されて、接点がＯＮ状態で左側面からの信号がある場合には、ステップＳ１４にて自律走行移動体１は左側の壁面１００に沿って直進走行する。このような壁面における自律走行移動体１の移動の直進性は具体的には次のようにして修正される。

図１０は、本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の壁面における探索移動を示す平面図である。

図１０の（Ａ）において矢印で示すように、接触センサユニット３０のバンパー３１ａが壁面１００から離れる方向に自律走行移動体１の移動体本体１０が移動し、左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されておらず、接点がＯＦＦ状態で左側面からの信号がない状態になると、（Ｂ）において矢印で示すように、左方向に１０°程度回転して自律走行移動体１の向きを修正する。そして、左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されて、接点がＯＮ状態で左側面からの信号が検出されると、（Ｃ）において矢印で示すように自律走行移動体１は左側の壁面１００に沿って直進走行する。このように自律走行移動体１の移動に直進性がなくなると、図１０に示すように壁面１００から一定時間離れると左方向に１０°程度回転して向きを補正しながら進行する。実際の走行は、図１０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ａ）、（Ｂ）に示すように直進と微小角度の回転を繰り返して進行する。

図４のステップＳ１５にて接触センサユニット３０の出力をチェックする。ステップＳ１６にて接触センサユニット３０におけるマイクロスイッチ３２、３３のＯＮ・ＯＦＦの状態をチェックし、壁面１００に到達していることが検知されれば、ステップＳ１７にて図９のＣ点に到達していることになる。

図１１は、本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体が図９のＣ点に到達した状態を示す平面図である。

図１１に示すように、自律走行移動体１がＣ点に到達すると、バンパー３１ａ、３１ｂが壁面１００との衝突を検知し、マイクロスイッチ３２ａ、３２ｂがＯＮ状態になる。マイクロスイッチ３３ａは、自律走行移動体１が左側の壁面１００に接触しながら走行しているため、ＯＮ状態を維持している。

図１１に示すように自律走行移動体１がＣ点に到達し、マイクロスイッチ３２ａ、３２ｂがＯＮ状態になると、図５のステップＳ１８にて自律走行移動体１の走行が一旦停止し、ステップＳ１９にて自律走行移動体１は後退し、図９のＢ点まで戻る。ステップＳ２０にて、メモリ２４に記憶保存されている走行情報の内容を確認する。確認された走行情報に基づいて、ステップＳ２１にて自律走行移動体１は右方向に９０°回転移動する。

自律走行移動体１の移動体本体１０は、図９のＤ点、Ｅ点の順に左側面にバンパー３１ａを接触させながら壁面１００と平行に走行する。すなわち、図５のステップＳ２２にて自律走行移動体１は左側の壁面１００に沿って走行する。このとき、ステップＳ２３にて接触センサユニット３０の出力をチェックする。ステップＳ２４にて、左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されておらず、接点がＯＦＦ状態で左側面からの信号がない場合には、ステップＳ２５にて左方向に１０°程度回転して自律走行移動体１の向きを修正する。ステップＳ２４にて左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されて、接点がＯＮ状態で左側面からの信号がある場合には、ステップＳ２６にて自律走行移動体１は左側の壁面１００に沿って直進走行する。このような壁面における自律走行移動体１の移動の直進性は具体的には図１０を参照して上述したように修正される。

図５のステップＳ２７にて接触センサユニット３０の出力をチェックする。ステップＳ２８にて接触センサユニット３０におけるマイクロスイッチ３２、３３のＯＮ・ＯＦＦの状態をチェックし、壁面１００に到達していることが検知されれば、ステップＳ２９にて図９のＥ点に到達していることになる。

自律走行移動体１はＥ点においてもＣ点に到達したときと同様にして、一旦Ｄ点まで後退し、右方向に９０°回転してＧ点を目指す。

図６のステップＳ３０にて自律走行移動体１の走行が一旦停止し、ステップＳ３１にて自律走行移動体１は後退し、図９のＤ点まで戻る。ステップＳ３２にて、メモリ２４に記憶保存されている走行情報の内容を確認する。確認された走行情報に基づいて、ステップＳ３３にて自律走行移動体１は右方向に９０°回転移動する。

自律走行移動体１の移動体本体１０は、図９のＦ点、Ｇ点の順に左側面にバンパー３１ａを接触させながら壁面１００と平行に走行する。すなわち、図６のステップＳ３４にて自律走行移動体１は左壁である壁面１００に沿って走行する。このとき、ステップＳ３５にて接触センサユニット３０の出力をチェックする。ステップＳ３６にて、左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されておらず、接点がＯＦＦ状態で左側面からの信号がない場合には、ステップＳ３７にて左方向に１０°程度回転して自律走行移動体１の向きを修正する。ステップＳ３６にて左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されて、接点がＯＮ状態で左側面からの信号がある場合には、ステップＳ３８にて自律走行移動体１は左側の壁面１００に沿って直進走行する。このような壁面における自律走行移動体１の移動の直進性は具体的には図１０を参照して上述したように修正される。

図６のステップＳ３９にて、左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されて、接点がＯＮ状態で左側面からの信号がある場合には、ステップＳ３８にて自律走行移動体１は左側の壁面１００に沿って直進走行する。ステップＳ３９にて、左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されておらず、接点がＯＦＦ状態で左側面からの信号がない場合には、ステップＳ４０にて図９のＧ点に到達していることになる。

図１２は、本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体が図９のＧ点に到達した状態を示す平面図である。

図１２に示すように、Ｇ点に到達した自律走行移動体１のバンパー３１ａ、３１ｂとマイクロスイッチ３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂの状態を示している。マイクロスイッチは全てＯＦＦ状態である。自律走行移動体１はＦ点においてこれと同じ状態になるが、壁から離れたものとしてステップＳ３７にて左方向に１０°回転する。しかし、ステップＳ３９にて、左側に位置するバンパー３１ａを介してマイクロスイッチ３３ａ（図１１）が押圧されておらず、接点がＯＦＦ状態のままで左側面からの信号がない場合には、壁を認識できないため、自律走行移動体１は方向を元に戻し、図６のステップＳ４１にて自律走行移動体１の走行が一旦停止し、ステップＳ４２にて自律走行移動体１は後退し、図９のＦ点まで戻る。ステップＳ４３にて、メモリ２４に記憶保存されている走行情報の内容を確認する。確認された走行情報に基づいて、ステップＳ４４にて自律走行移動体１は左方向に９０°回転移動し、ステップＳ４５に示すようにＩ点に向かって移動する。この間は短時間に処理を行うので、自律走行移動体１はＧ点を通り越すことはない。

同様にして、自律走行移動体１は操作ユニット５０に入力された走行方向に関する情報と、バンパー３１とマイクロスイッチ３２、３３から構成された接触センサユニット３０が検知した情報に基づいて周回走行し、Ａ点まで戻る。

このようにして自律走行移動体１の探索移動により光学式距離検知センサ１３を通じて得られた走行情報に基づいて、マッピング手段としてのＣＰＵ２２内に走行空間の大きさと形状を示すマップ情報が作成される。このマップ情報に基づいて自律走行移動体１が走行空間内を移動することによって所定の作業を行うことができる。

図１３は従来の自律走行移動体の周回走行経路を示す平面図、図１４は従来の自律走行移動体が図１３のｂ点に到達した状態を示す平面図、図１５は従来の自律走行移動体が図１３のｄ点に到達した状態を示す平面図である。

従来の自律走行移動体６を図９と同じ走行空間で走行させた場合、図１３のａ点からａ、b、ｃ、d、e、f、ｇ、h、aの順に移動する。自律走行移動体６は超音波センサ７０が壁面１００を認識できる最小距離Ａだけ離隔し、距離Ａを保ちながら、左側の壁面１００に平行に走行する。ｂ点では図１４に示すように対面から、距離Ａと自律走行移動体６の本体幅Ｌとの和（Ａ＋Ｌ）だけ手前に到達すると右方向に９０°回転し、ｃ点、ｄ点に向かって移動する。ｄ点の手前にさしかかると、図１５に示すように超音波センサ７０が継続して左側面の壁面１００を認識するために、左方向に９０°回転してe点を目指す。同様に、左側面の壁面１００を探索しながら、ａ点に戻って、自律走行移動体６の周回走行が終了する。

ここで、本発明の自律走行移動体１と従来の自律走行移動体６の周回走行移動の結果を比較してみる。

図１６は本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行軌跡を示す平面図、図１７は従来の自律走行移動体の周回走行軌跡を示す平面図である。

図１６においては太線の矢印が本発明の自律走行移動体１の周回走行軌跡を示し、２点鎖線で囲まれた部分は自律走行移動体１が通過した領域を示す。同様に、図１７においては太線の矢印が従来の自律走行移動体６の周回走行軌跡を示し、２点鎖線で囲まれた部分は自律走行移動体６が通過した領域を示す。

図１６と図１７を比較すると、図１６に示すように本発明の自律走行移動体１が走行空間内の壁際や隅についても探索走行ができ、走行空間内にて外周を隈なく走行できて自律走行移動体を用いて作業を行うことができる。これに対して図１７に示すように従来の自律走行移動体６では、壁際や隅を走行できていないことがわかる。たとえば、自律走行する電気掃除機を考えた場合、従来できなかった壁際や隅の掃除が本発明の自律走行移動体１に掃除機を搭載すれば可能になる。

上述のように、本発明の自律走行移動体１は、走行空間内を隅々まで走行することができるので、自律走行移動体１に掃除手段としての電気掃除機構、菌除去手段としてのプラスイオン、マイナスイオンのイオン発生ユニット、空気調和手段としての空気調和機を搭載すると、それぞれの作業効率を高めることができる。空気浄化手段としてプラスイオンおよび／またはマイナスイオンのイオン発生ユニット、空気調和機などを自律走行移動体に搭載することにより、遠隔操作により自律走行移動体を走行空間内で移動させ、移動した走行空間を快適な状態に保つことができる。

また、従来の自律走行移動体６は走行空間内を探索移動するために必要な検知手段や検出手段として各種センサ類を装備する必要があったため、本体サイズが大型になり、自律走行移動体６の高さが高くなること、製造コストが高いこと、きめ細かい動作ができないことなどの欠点があった。しかし、本発明の自律走行移動体１は、図１に示すように接触認識手段としての接触センサユニット３０と走行距離計測手段としての光学式距離検知センサ１３とが装備されているだけであり、走行空間内を探索移動するために必要な検知手段や検出手段の数をできるだけ減らし、自律走行移動体１の高さＨを低くすることができ、自律走行移動体を小型化することができる。

本発明の自律走行移動体１は、各種の検知または検出手段からの情報を極力減らし、操作ユニット５０を使って探索行動に必要な情報を入力することによって、自律走行移動体１を効果的に制御することを特徴としている。また、本発明の自律走行移動体１では、センシング動作を必要としないので、移動体本体１０を任意に走行させることができ、走行空間内にストーブ等の熱源がある場合においても、また乳幼児やペットがいる場合においても、操作ユニット５０から走行方向と距離を入力することによって上記の障害物を回避するように走行させることができ、安全に走行させることができるという利点がある。

上述したように本発明の自律走行移動体１は、走行空間に対して任意の大きさと形状を示すマップを作成することができ、そのマップを記憶しておき、マップに基づいて各種作業を行うことができる。また、走行空間の大きさが予めわかっている場合には、走行空間の大きさと形状を示す数値データを操作ユニット５０から、走行方向と走行距離の形式で入力し、操作ユニット５０内に装着された記憶媒体５７に保存しておき、必要時にダウンロードしてその走行情報に基づいて自律走行移動体１を走行させ、走行空間内のマップを作成させてもよい。

本発明では、自律走行移動体１の走行に必要な情報を入力するための操作ユニット５０を有し、操作ユニット５０から入力された制御情報に従い、走行空間内の壁沿いに自律走行移動体１を探索移動させる。操作ユニット５０は、移動体本体１０に装着されていてもよく、移動体本体１０と遠隔操作ができる無線通信機能を備えたリモートコントロール装置であってもよい。また、携帯電話機側に自律走行移動体１と通信制御可能な制御用チップを搭載しておくことにより、携帯電話機からのキー入力により、走行空間の外から自律走行移動体１を遠隔操作することも可能である。

本発明の自律走行移動体１の構成によれば、走行空間内の距離や方向を認識するための測距センサが不要となる。探索走行するために自律走行移動体１の自己位置を特定するために用いられるカメラユニットも必要としない。走行空間内で壁面を認識するための接触認識手段としての接触センサユニット３０と、走行距離を計測する計測手段としての光学式距離検知センサ１３とが少なくとも自律走行移動体１の移動体本体１０に装着されていればよい。

本発明の自律走行移動体１は、複数のキー入力部５１を有する薄型の操作ユニット５０、またはリモートコントロール装置からの制御信号を受信する受信部を有するのみであるから、移動体本体１０のサイズをコンパクトにすることが可能である。各種センサ類も不要となり、製造コストを低下することができる。さらに、本発明の自律走行移動体１は走行空間内の壁や障害物に近接して移動することができるので、測距センサを使ってセンシングしながら移動する場合に比べて、移動範囲が広がるという利点がある。

また、本発明の自律走行移動体１の応用分野として自律走行する電気掃除機に代表されるように、重点的に掃除させたい領域または掃除する必要のない領域を予め特定する場合、操作ユニット５０を使って自律走行移動体１に制御情報として方向と距離を入力して移動させることにより、作業に適したマップを作成することができる。このようにして作成された走行空間のマップを、操作ユニット５０のキー入力部５１を用いて、そのマップに対応させて数字や記号を割り付けて登録しておけば、２回目以降の作業時に、所定の数字や記号を入力することによってマップを呼び出すことができる。走行空間の大きさと形状が予めわかっている場合、マップのデータを記録メディア等の記憶媒体５７に登録しておき、操作ユニット５０内のカード読み取り装置５６に記憶媒体５７を挿入してダウンロードさせれば、移動体を探索移動させる必要がなく、記憶媒体５７内に記憶保存されたマップに従って自律走行移動体１を用いて掃除等の所定の作業をさせることができる。マンションの室内やハウスメーカーの戸建て住宅の部屋については、走行空間の大きさと形状が既知であるから、予めパソコンを使って部屋の設計図からマップデータを作り、記憶媒体５７に登録して準備しておけばよい。この場合、自律走行移動体１は予め指定されたマップに従って移動するので、障害物が置かれること等によって走行空間内の状況が変わらない限り、所定の作業を自動的に行うことができる。

操作ユニット５０は、移動体本体１０に装着されていてもよく、また移動体本体１０から分離されていてもよい。操作ユニット５０をリモートコントローラとして使用し、自律走行移動体１の移動に必要な走行情報をリモートコントローラから入力して、赤外線通信を使って赤外線発光素子５５と赤外線受光素子１７との間でデータを移動体本体１０に転送してもよい。

本発明の自律走行移動体の応用分野として、移動体本体にカメラユニット等の撮像機能と、携帯電話機等を使った画像転送機能とを備えた留守番ロボット等に適用すると、走行空間の外部から携帯電話機等の通信機器を使って、自律走行移動体の移動を制御することが可能である。自律走行移動体１から送られてくる撮像を通信機器の画面で確認しながら、遠隔操作により通信機器から自律走行移動体１または自律走行移動体１を制御するホームサーバーに制御信号を送ることができる。

上述のように、通信機器からの制御信号に従って、所定の走行空間内を移動した自律走行移動体は、その移動距離と回転角とから移動領域を示すマップを作成することができる。作成されたマップは、自律走行移動体の画像転送機能により通信機器に送られ、通信機器の画面上に表示させることも可能である。このようにして自走式移動体の移動領域を確認できれば、走行空間の外部からでも自律走行移動体に所定の作業を指示することができるという利点がある。

以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。

本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の概略的な構成を示す図である。図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を示す部分断面図である。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体に装着される操作手段としての操作ユニット（コントロールパネル）を示す平面図である。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行における探索移動の第１の過程を順に示すフローチャートである。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行における探索移動の第２の過程を順に示すフローチャートである。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行における探索移動の第３の過程を順に示すフローチャートである。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体に装着される操作手段としての操作ユニット（コントロールパネル）へのキー入力の順序の一例を示す図である。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行経路の作成例を示す図である。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行経路を示す平面図である。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の壁面における探索移動を示す平面図である。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体が図９のＣ点に到達した状態を示す平面図である。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体が図９のＧ点に到達した状態を示す平面図である。従来の自律走行移動体の周回走行経路を示す平面図である。従来の自律走行移動体が図１３のｂ点に到達した状態を示す平面図である。従来の自律走行移動体が図１３のｄ点に到達した状態を示す平面図である。本発明の一つの実施の形態として自律走行移動体の周回走行軌跡を示す平面図である。従来の自律走行移動体の周回走行軌跡を示す平面図である。

符号の説明

１：自律走行移動体、１０：移動体本体、１２：駆動輪、１３：光学式距離検知センサ、１４：駆動モータ、２０：制御部、２２：ＣＰＵ、３０：接触センサユニット、５０：操作ユニット、５１：キー入力部、５２：表示部、５３：データ処理部、５４：マップ記憶部、５６：カード読み取り装置、５７：記憶媒体。

Claims

移動体本体と、
前記移動体本体を走行させる駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、
前記移動体本体を走行させるための走行情報が入力され、かつ、入力された走行情報に基づいて前記駆動手段を制御するための制御情報を前記制御手段に与える操作手段とを備えた、自律走行移動体
前記移動体本体の走行距離を計測し、かつ、計測された走行距離の情報を前記制御手段に与える走行距離計測手段をさらに備える、請求項１に記載の自律走行移動体。
前記移動体本体と前記移動体本体以外の他の物体との直接接触を認識する接触認識手段をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の自律走行移動体。
前記制御手段は、前記移動体本体の探索により得られた走行情報、または、前記操作手段に入力された走行情報に基づいて、走行空間の大きさと形状とを示すマップ情報を作成するマッピング手段を含み、前記操作手段は、前記マップ情報を記憶するマップ記憶手段を含む、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の自律走行移動体。
前記操作手段は、マップ情報に対応して走行空間を識別する識別情報を登録し、かつ、その識別情報に基づいて前記走行空間に対応するマップ情報を取り出す走行空間識別手段を含む、請求項４に記載の自律走行移動体。
前記操作手段は、マップ情報を記憶する着脱可能な記憶媒体からマップ情報を読み取る情報読み取り手段を含む、請求項４または請求項５に記載の自律走行移動体。
前記操作手段は、マップ情報に基づいて走行経路を表示する表示手段を含む、請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の自律走行移動体。
前記操作手段は、前記移動体本体から着脱可能に装着されている、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の自律走行移動体。
前記移動体本体に装着された空間浄化手段をさらに備える、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の自律走行移動体。
前記空間浄化手段は、掃除手段、菌除去手段、および、空気調和手段からなる群より選ばれた少なくとも１種である、請求項９に記載の自律走行移動体。