JP2006260348A - 自律走行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部屋間を正確に精度よく走行移動することができる自律走行装置を提供することを目的とする。
【解決手段】過去と現在の走行情報を記憶する過去部屋間走行情報記憶手段１および部屋間走行情報記憶手段２と、過去と現在の走行情報を比較する部屋間走行情報比較手段３と、部屋間走行情報比較手段３の走行番号信号を入力として、走行装置本体１０の過去の制御パターンを記憶し、走行番号信号に従って過去の制御パターンを出力する過去制御パターン記憶手段４と、センサ７の値を出力するセンサ値測定手段６と、走行装置本体１０の制御パターンを決定する制御パターン決定手段５とを備えたものである。これによって、走行装置本体１０は過去の走行情報と現在の走行情報を比較参照し、最も適した制御パターンを決定するものであるため、部屋間を正確に精度よく走行移動することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、部屋間を移動する掃除ロボットなどの自律走行装置に関するものである。

従来、この種の自律走行装置は、部屋の基準壁に平行に走行させ正面の壁に到達すれば、走行装置本体の大きさ分だけ基準壁の垂直方向に走行させ、次に、基準壁に平行に走行するように向きを変え、次の正面の壁に到達するまで走行する。ここでまた同じ動作を繰り返して部屋全体を隈無く走行させている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１４８５７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、部屋全体を隈無く走行できるが、部屋間の移動経路に関する情報を持っていないため、別の部屋への移動、すなわち部屋間移動を正確に精度よく走行することができないものであった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、部屋間を正確に精度よく走行移動することができる自律走行装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の自律走行装置は、走行装置本体が部屋間を走行したときの過去の走行情報を記憶する過去部屋間走行情報記憶手段と、部屋間を走行したときの現在の走行情報を記憶する部屋間走行情報記憶手段と、過去部屋間走行情報記憶手段による過去の走行情報と部屋間走行情報記憶手段による現在の走行情報を比較し、比較結果を走行番号信号として出力する部屋間走行情報比較手段と、部屋間走行情報比較手段の走行番号信号を入力として、走行装置本体の過去の制御パターンを記憶し、走行番号信号に従って過去の制御パターンを出力する過去制御パターン記憶手段と、走行装置本体に設置されたセンサの値を出力するセンサ値測定手段と、過去制御パターン記憶手段による過去の制御パターン、センサ値測定手段によるセンサ値を入力として、走行装置本体の制御パターンを決定する制御パターン決定手段とを備えたものである。

これによって、走行装置本体は過去の走行情報と現在の走行情報を比較参照し、最も適した制御パターンを決定するものであるため、部屋間を正確に精度よく走行移動することができる。

本発明の自律走行装置は、走行装置本体が部屋間を正確に精度よく走行移動することができる。

第１の発明は、走行装置本体が部屋間を走行したときの過去の走行情報を記憶する過去部屋間走行情報記憶手段と、部屋間を走行したときの現在の走行情報を記憶する部屋間走行情報記憶手段と、過去部屋間走行情報記憶手段による過去の走行情報と部屋間走行情報記憶手段による現在の走行情報を比較し、比較結果を走行番号信号として出力する部屋間走行情報比較手段と、部屋間走行情報比較手段の走行番号信号を入力として、走行装置本体の過去の制御パターンを記憶し、走行番号信号に従って過去の制御パターンを出力する過去制御パターン記憶手段と、走行装置本体に設置されたセンサの値を出力するセンサ値測定手段と、過去制御パターン記憶手段による過去の制御パターン、センサ値測定手段によるセンサ値を入力として、走行装置本体の制御パターンを決定する制御パターン決定手段とを備えた自律走行装置とすることにより、走行装置本体は過去の走行情報と現在の走行情報を比較参照し、最も適した制御パターンを決定するものであるため、部屋間を正確に精度よく走行移動することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、部屋間走行情報比較手段は、過去部屋間走行情報記憶手段による過去の走行情報と部屋間走行情報記憶手段による現在の走行情報とを比較し、過去部屋間走行情報記憶手段が記憶する過去の走行情報の中で最も似通った情報をもつ走行番号を走行番号信号として出力する構成とすることにより、似通った居間と寝室などの部屋間を走行したときの走行データを参照し、部屋間の敷居の高さ、間仕切りの方法を知ることができるので、より正確に、且つ、安定した走行装置本体の制御を行うことができる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、部屋間走行情報比較手段は、過去部屋間走行情報記憶手段による過去の部屋間情報と部屋間走行情報記憶手段による現在の部屋間情報とを比較する構成とすることにより、過去と現在の部屋間の敷居高さ、間仕切りの方法などの部屋間情報の比較による走行データに参考することができるので、より安全で、かつ、より時短な走行データとすることができる。

第４の発明は、特に、第１の発明において、部屋間走行情報比較手段は、過去部屋間走行情報記憶手段が記憶する過去の部屋の周回走行時間と部屋間走行情報記憶手段による現在の部屋の周回走行時間とを比較する構成とすることにより、走行装置本体の位置を測定する走行センサ、ジャイロセンサの値がずれた場合でも部屋の周回走行時間によって、より正確に、且つ、安定した走行装置本体の制御を行うことができる。

第５の発明は、特に、第１の発明において、部屋間走行情報比較手段は、過去部屋間走行情報記憶手段が記憶する過去の家具配置と部屋間走行情報記憶手段による現在の家具配置を比較する構成とすることにより、部屋の中に存在するものの中でも家具配置は最も変わりにくいものの一つであるから、家具配置を用いることにより部屋間走行情報として安定した結果を得ることができる。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、制御パターン決定手段は、過去制御パターン記憶手段による過去の制御パターンの中で部屋間走行情報比較手段による比較信号の部屋番号と同じ部屋番号信号を選択し、走行する走行装置本体の第一の制御パターンを出力する構成とすることにより、過去に同じ部屋を走行した時の制御パターンを参考にして走行装置本体の制御パターンを決定するものであり、過去に成功、または、失敗した事例を基にした制御パターンとなるので、より正確で、確実な走行装置本体の制御を行うことができる。

第７の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、制御パターン決定手段は、過去制御パターン記憶手段による過去の制御パターンの中で最も走行時間が短いものを選択し、走行する走行装置本体の第一の制御パターンを出力する構成とすることにより、部屋間移動時の走行装置本体の走行時間を最も短くすることができる。

第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明において、制御パターン決定手段は、センサ値測定手段によるセンサ値に従って走行する走行装置本体の第二の制御パターンを出力する構成とすることにより、過去に走行した時になかった部屋の家具配置、人などの障害物があった場合でも柔軟に対応することができる。

第９の発明は、特に、第８の発明において、制御パターン決定手段は、第一の制御パターンと第二の制御パターンが存在する場合は、優先的に第二の制御パターンを使用する構成とすることにより、緊急の対応ができる第二の制御パターンを使用することで、より安全な走行を行う自律走行装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図は、本発明の実施の形態における自律走行装置を示すものである。

図１に示すように、走行装置本体１０は、過去に走行装置本体１０が走行した部屋、部屋と部屋をまたぐ敷居、間仕切りなどの情報を走行情報として記憶している過去部屋間走行情報記憶手段１と、現在走行中の走行装置本体１０が走行した部屋、部屋と部屋間の敷居、間仕切りなどの情報を部屋番号順に記憶している部屋間走行情報記憶手段２と、過去部屋間走行情報記憶手段１の過去の走行情報と部屋間走行情報記憶手段２の現在の走行情報を入力としている部屋間走行情報比較手段３とを備えている。

前記部屋間走行情報記憶手段２は、走行装置本体１０の走行が終了すると、過去の部屋間走行情報の一つとして、過去部屋間走行情報記憶手段１の走行情報に走行部屋番号を付加して記憶する。また、部屋間走行情報比較手段３は、過去部屋間走行情報記憶手段１の走行情報と部屋間走行情報記憶手段２の現在の走行情報とを比較して、過去の走行情報の中で最も似通った部屋を選択し、走行番号信号として出力する。

また、走行装置本体１０は、過去に走行した部屋、部屋と部屋間の移動時の制御パターンを走行部屋番号ごとに整理して記憶している過去制御パターン記憶手段４と、走行装置本体１０に設置されたセンサ７の出力を距離、温度、角度などに変換して、センサ値として出力するセンサ値測定手段６と、現在走行している走行装置本体１０の制御パターンを記憶し、走行装置本体１０の走行が終了すると、部屋間走行情報比較手段３による走行番号を添えて制御パターンを過去制御パターン記憶手段４が記憶する過去制御パターンの一つに追加する制御パターン決定手段５とを備えている。

前記過去制御パターン記憶手段４は、部屋間走行情報比較手段３による走行番号信号である制御パターンを走行番号制御パターンとして出力する。また、制御パターン決定手段５は、センサ値測定手段６のセンサ値と過去制御パターン記憶手段４の走行番号制御パターンを入力として、現在走行している走行装置本体１０の制御パターンを決定する。センサ値測定手段６は、センサ７の出力をセンサ値として過去制御パターン記憶手段４と制御パターン決定手段５とに出力する。

走行装置本体１０は、前記センサ７に加え、走行手段を構成する駆動用のモータ８と車輪９を備えており、モータ８が制御パターン決定手段５の制御パターンに従って駆動され、走行装置本体１０の走行が制御されるものである。

次に、本実施の形態における自律走行装置の動作について、図２〜図４に基づき説明する。

まず、図２に示すように、走行装置本体１０は、最初の工程として、第一の部屋１３の周回を走行する。そして、次の工程として部屋の中を往復走行するものである。周回を走行する周回工程では部屋の隅を走行することにより、部屋の形状、幅、長さを計測することができる。次に、第一の部屋１３の作業を終了すると、走行装置本体１０は、部屋間ドア１１の部屋間敷居１２を通って、第二の部屋１４に走行移動する。そして、第一の部屋１３と同様、第二の部屋１４での走行装置本体１０の作業を開始するものである。

図３（ａ）は、走行装置本体１０の周回工程で取得した過去部屋間走行情報記憶手段１の走行情報、図３（ｂ）は、部屋間走行情報記憶手段２が記憶する走行情報をそれぞれ一例として示しており、部屋の形状、幅、長さを計測している。また、過去部屋間走行情報記憶手段１と、部屋間走行情報記憶手段２が記憶する走行情報としては、第一の部屋１３と第二の部屋１４の位置関係、部屋間ドア１１の種類、部屋間敷居１２なども記憶している。そして、部屋間走行情報比較手段３は、図３の過去部屋間走行情報記憶手段１が記憶する走行情報である走行装置本体１０の移動距離、方向情報と、部屋間走行情報記憶手段２の走行情報である走行距離、方向情報をリアルタイムに比較し、過去に走行装置本体１０が走行した走行情報の中から現在の走行装置本体１０の走行情報が最も似通ったものを走行番号信号として識別する。

この走行番号信号および選択した過去部屋間走行情報記憶手段１の走行情報は過去制御パターン記憶手段４に出力される。過去制御パターン記憶手段４は、過去制御パターンの中から走行番号信号が一致する過去制御パターンを制御パターン決定手段５へ出力する。

図４のフロチャートを用いて、部屋間走行情報比較手段３の動作例を説明する。

まず、走行装置本体１０の周回工程により部屋情報を入手する。これにより部屋間走行情報記憶手段２による走行情報、例えば、部屋の面積Ｓ０を計算する（フロチャート１５）。次に、過去部屋間走行情報記憶手段１が記憶するｎ個の過去の走行情報Ｓｉ（だだし、ｉ＝１からｎ）との絶対値αｉ＝｜ＳＯ−Ｓｉ｜を求める（フロチャート１６）。そして、最も絶対値が小さいαｊを求め、その値が基準となる値εよりも大きい場合、その部屋番号ｊを現在走行している走行装置本体１０の部屋番号ｋとする（フロチャート１７、１８）。小さい場合は現在の部屋番号の最大値ｊｍａｘに１を追加して部屋番号の最大値を更新し、現在の部屋番号ｋをｊｍａｘとする（フロチャート１９）。

つまり、今までの走行情報の中で部屋の面積がほぼ同じものがあれば、同じ走行条件と判断し、そうでなければ違う走行条件と判定する。このように、部屋間走行情報比較手段３において走行している走行情報と過去の走行情報を比較することにより、過去に走行したかどうかを判定することができる。

故に、過去部屋間走行情報記憶手段１の過去の走行情報、部屋間走行情報記憶手段２の現在の走行情報を部屋間走行情報比較手段３により比較することにより、走行番号信号を決定することができる。

なお、上記説明では、過去に走行したかどうかを判定する際に使用する走行情報として部屋の面積を使用したが、その他にも縦の長さ、横の長さ、部屋間の敷居などのその他の部屋間情報を用いてもよく、要は部屋間情報を用いて判定ができればどのような情報でも良いものである。部屋間情報として、部屋間の敷居の高さ、間仕切りの方法などであれば、より正確に、且つ、安定した走行装置本体の制御を行うことができる。

さらに、部屋間走行情報比較手段３の走行情報識別判定に関する動作について詳細に図５〜図７に基づき説明する。

図５（ａ）は、過去部屋間走行情報記憶手段１が記憶する過去の第一、第二の走行情報を、図５（ｂ）は、部屋間走行情報記憶手段２が記憶する走行情報をそれぞれ示す。だだし、走行情報として走行装置本体１０の軌跡、部屋の幅、奥行き、すなわち部屋の大きさを示している。この図に示すように、部屋の大きさを用いることにより、現在の走行装置本体１０の走行情報と過去の走行情報を比較することができる。なお、ジャイロセンサ、走行センサを用いて部屋の大きさを算出することは容易に行うことができ、また、部屋の大きさの比較もスピーディに行うことができるので、過去の走行情報の検索を容易に、かつ、スピーディに行うことができる。

また、図６（ａ）は、過去部屋間走行情報記憶手段１が記憶する過去の第一、第二の走行情報を、図６（ｂ）は、部屋間走行情報記憶手段２が記憶する走行情報をそれぞれ示す。だだし、走行情報として走行装置本体１０の周回工程時に要した周回走行時間を示している。

部屋の周囲を走行する走行時間は走行速度が一定である場合は部屋の周囲の長さで決定する。部屋の周囲の長さは家具配置、部屋の大きさなどで決定することから、部屋の周回走行時間を知ることにより、家具配置、部屋の大きさを知ることができる。よって、部屋の周回走行時間を測定し、過去の周回走行時間を比較することにより、過去に走行した部屋かどうかを判定することができる。

また、周囲を走行する走行時間は、センサずれが生じやすい走行センサ、ジャイロセンサの精度に関係なく、走行速度、部屋の家具配置、大きさなどの環境で決定するため、走行装置本体１０の位置を測定する走行センサ、ジャイロセンサの値がずれた場合でも周回走行時間によって、過去の部屋の検索を安定した状態で行うことができる。

また、図７（ａ）は、過去部屋間走行情報記憶手段１が記憶する過去の第一、第二の走行情報を、図７（ｂ）は、部屋間走行情報記憶手段２が記憶する走行情報をそれぞれ示す。だだし、走行情報として走行装置本体１０の軌跡、すなわち家具配置を示している。

図７において、部屋の壁際に置かれた家具、特に大きく重たい家具、例えば、冷蔵庫や婚礼ダンスは、頻繁に動かすものではなく、常に同じ場所に存在し、仮に動かす場合でも、同じ部屋間で移動すると考えられる。よって、部屋の周囲を走行する間に部屋に設置された家具の大きさを測定し、過去の家具配置の情報を調べることにより、過去に走行した部屋かどうかを判定することができる。

図７に示すように、同じ部屋の大きさをしていても、家具はその部屋の目的、寝室、リビング、台所などに応じたものを設置しているので、家具の大きさ、場所、すなわち家具配置を知ることで、より正確な部屋の識別を行うことができる。

次に、過去制御パターン記憶手段４の動作について図８、図９に基づき説明する。

図８、図９は、第一の部屋１３から第二の部屋１４に移動する時の走行装置本体１０の動きを示している。ただし、図８では、部屋間ドア１１が閉まっているために部屋間移動がうまくできず、時間がかかった場合の走行装置本体１０の走行経路を示した。また、図９では、第二の部屋間ドア２１、第三の部屋間ドア２２、廊下２０を経由して、部屋間移動がスムーズに走行できた場合の走行装置本体１０の走行経路を示した。

このように、走行装置本体１０が図８、図９の情報をもとにして部屋を走行することができれば、部屋間ドア１１、第二の部屋間ドア２１、第三の部屋間ドア２２、廊下２０などの情報を予め知っているので、障害物にぶつかることなく最短の時間でスムーズに走行することができる。なお、過去制御パターン記憶手段４は、部屋間走行情報記憶手段２の走行番号と同じ走行番号である制御パターンを制御パターンのデータベースから抽出して、走行番号制御パターンとして出力するものである。

次に、制御パターン決定手段５の動作について説明する。

制御パターン決定手段５は、過去制御パターン記憶手段４による過去の制御パターンの中で部屋間走行情報比較手段３による比較信号の部屋番号と同じ部屋番号信号を選択し、走行する走行装置本体１０の第一の制御パターンを出力する構成としている。これにより、過去に同じ部屋を走行した時の制御パターンを参考にして走行装置本体１０の制御パターンを決定するものであり、過去に成功、または、失敗した事例を基にした制御パターンとなるので、正確で、確実な走行装置本体１０の制御を行うことができる。

また、制御パターン決定手段５は、過去制御パターン記憶手段４による過去の制御パターンの中で最も走行時間が短いものを選択し、走行する走行装置本体１０の第一の制御パターンを出力する構成とすれば、部屋間移動時の走行装置本体１０の走行時間を最も短くすることができる。

さらに、制御パターン決定手段５は、センサ値測定手段６によるセンサ値に従って走行する走行装置本体１０の第二の制御パターンを出力する構成とすることにより、過去に走行した時になかった部屋の家具配置、人などの障害物があった場合でも柔軟に対応することができる。

そして、制御パターン決定手段５は、第一の制御パターンと第二の制御パターンが存在する場合は、優先的に第二の制御パターンを使用する構成とすることにより、緊急の対応ができる第二の制御パターンを使用することで、より安全な走行を行う自律走行装置を提供することができる。この点について図１０に基づき説明する。

図１０（ａ）は、過去部屋間走行情報記憶手段１が記憶する過去の制御パターンを、図１０（ｂ）は、過去に走行した部屋と同じ走行番号をもった部屋を走行装置本体１０が走行している家具配置を示したものである。

図１０（ｂ）に示すように、ａ地点、ｂ地点では、過去とは異なる位置に家具が配置されているため、過去の制御パターンで走行した場合、走行装置本体１０は家具にぶつかってしまうことになる。そこで、過去に検知していないが、センサ値測定手段６によるセンサ値で家具を検知した場合は、過去の制御パターンの内容に関係なく、家具の回避動作を行うことにより、より安全な走行を行うことができるものである。なお、通常の場合は、過去の制御パターンに基づいた走行装置本体１０の制御を行うことにより、走行装置本体１０が過去に同じ部屋を走行した時の制御パターンを参照として、最も適した制御パターンを決定でき、より確実な走行を行うことができる。

このように、本実施の形態における自律走行装置は、過去の走行情報と現在の走行情報を比較参照し、最も適した制御パターンを決定するものであるため、部屋間を正確に精度よく走行移動することができるものである。

以上のように、本発明にかかる自律走行装置は、走行装置本体が部屋間を正確に精度よく走行移動することができるので、掃除ロボット、セキュリティロボットなどの用途として適応できる。

本発明の実施の形態における自律走行装置を示すブロック図 同自律走行装置が走行する部屋の構成を示す平面図 （ａ）同自律走行装置の過去部屋間走行情報記憶手段の走行情報を示す図（ｂ）同部屋間走行情報記憶手段の走行情報を示す図 同自律走行装置の部屋間走行情報比較手段の動作を示すフロチャート （ａ）同自律走行装置の部屋間走行情報比較手段による過去部屋間走行情報記憶手段の走行情報（第１例）を示す図（ｂ）同部屋間走行情報記憶手段の走行情報（第１例）を示す図 （ａ）同自律走行装置の部屋間走行情報比較手段による過去部屋間走行情報記憶手段の走行情報（第２例）を示す図（ｂ）同部屋間走行情報記憶手段の走行情報（第２例）を示す図 （ａ）同自律走行装置の部屋間走行情報比較手段による過去部屋間走行情報記憶手段の走行情報（第３例）を示す図（ｂ）同部屋間走行情報記憶手段の走行情報（第３例）を示す図 同自律走行装置の過去制御パターン記憶手段の動作（第１例）を示す図 同自律走行装置の過去制御パターン記憶手段の動作（第２例）を示す図 （ａ）同自律走行装置の制御パターン決定手段による過去部屋間走行情報記憶手段の部屋情報を示す図（ｂ）同部屋間走行情報記憶手段の部屋情報を示す図

符号の説明

１ 過去部屋間走行情報記憶手段
２ 部屋間走行情報記憶手段
３ 部屋間走行情報比較手段
４ 過去制御パターン記憶手段
５ 制御パターン決定手段
６ センサ値測定手段
７ センサ
８ モータ
９ 車輪
１０ 走行装置本体

Claims (9)

1. 走行装置本体が部屋間を走行したときの過去の走行情報を記憶する過去部屋間走行情報記憶手段と、部屋間を走行したときの現在の走行情報を記憶する部屋間走行情報記憶手段と、過去部屋間走行情報記憶手段による過去の走行情報と部屋間走行情報記憶手段による現在の走行情報を比較し、比較結果を走行番号信号として出力する部屋間走行情報比較手段と、部屋間走行情報比較手段の走行番号信号を入力として、走行装置本体の過去の制御パターンを記憶し、走行番号信号に従って過去の制御パターンを出力する過去制御パターン記憶手段と、走行装置本体に設置されたセンサの値を出力するセンサ値測定手段と、過去制御パターン記憶手段による過去の制御パターン、センサ値測定手段によるセンサ値を入力として、走行装置本体の制御パターンを決定する制御パターン決定手段とを備えた自律走行装置。
2. 部屋間走行情報比較手段は、過去部屋間走行情報記憶手段による過去の走行情報と部屋間走行情報記憶手段による現在の走行情報とを比較し、過去部屋間走行情報記憶手段が記憶する過去の走行情報の中で最も似通った情報をもつ走行番号を走行番号信号として出力する構成とする請求項１に記載の自律走行装置。
3. 部屋間走行情報比較手段は、過去部屋間走行情報記憶手段による過去の部屋間情報と部屋間走行情報記憶手段による現在の部屋間情報とを比較する構成とする請求項１に記載の自律走行装置。
4. 部屋間走行情報比較手段は、過去部屋間走行情報記憶手段が記憶する過去の部屋の周回走行時間と部屋間走行情報記憶手段による現在の部屋の周回走行時間とを比較する構成とする請求項１に記載の自律走行装置。
5. 部屋間走行情報比較手段は、過去部屋間走行情報記憶手段が記憶する過去の家具配置と部屋間走行情報記憶手段による現在の家具配置を比較する構成とする請求項１に記載の自律走行装置。
6. 制御パターン決定手段は、過去制御パターン記憶手段による過去の制御パターンの中で部屋間走行情報比較手段による比較信号の部屋番号と同じ部屋番号信号を選択し、走行する走行装置本体の第一の制御パターンを出力する構成とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律走行装置。
7. 制御パターン決定手段は、過去制御パターン記憶手段による過去の制御パターンの中で最も走行時間が短いものを選択し、走行する走行装置本体の第一の制御パターンを出力する構成とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律走行装置。
8. 制御パターン決定手段は、センサ値測定手段によるセンサ値に従って走行する走行装置本体の第二の制御パターンを出力する構成とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律走行装置。
9. 制御パターン決定手段は、第一の制御パターンと第二の制御パターンが存在する場合は、優先的に第二の制御パターンを使用する構成とする請求項８に記載の自律走行装置。