JP2007034866A - 移動体の走行制御方法及び自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】
自走式掃除機において、容易に自律掃除領域を設定する。
【解決手段】
自走式掃除機９は、マーカ２が発する濃淡または色彩の信号を検出するセンサ１０と、自身の回転角度を検出する回転角度センサ２８と、障害物を検出する障害物センサ２７と、これらセンサからの情報取り込みを制御するセンサ入出力制御部２４を有する。マーカからのＲＦＩＤ情報を入力するリーダライタ３０を通信制御部２５が有する。障害物センサが検出した信号が、マーカからの信号か否かをタグ判定部２６が判定する。センサの出力を予め記憶手段３１に記憶されたデータと比較して、走行方向を方向認識部３２が判断する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、自律走行する移動体に係り、特に自走式掃除機に好適な走行制御方法及び自律走行体に関する。

従来の自律走行する移動体の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の自律走行ロボットでは、基準位置と作業領域の出入口の間に設定した走行経路を走行させるために、初めに待機位置を基準位置として記憶させる。その後、走行制御手段がロボットを走行させ、駆動車輪の走行量をエンコーダが検出し、進行方向と移動距離を算出している。この計測データを随時経路記憶手段に記憶する。一方、ロボットに取り付けた視覚センサが出入口のマーカを認識し、マーカ位置を出入口として経路記憶手段に記憶する。

特開２００２−２８７８２４号公報

上記特許文献１に記載のロボットの自律走行においては、視覚センサが仮想的に出入口を検出しているが、視覚センサが検出精度を高めようとすると高価になるとともに、検出センサ及びその信号処理手段が大型化する。一方、検出精度を犠牲にして小型化すると、正確な仮想位置を検出できなくなる恐れがあり、自律走行の維持が困難になる。特に自律走行させる自走式掃除機に応用した場合には、同じところを繰り返し掃除したり、掃除ムラが出来るなどの不具合を発生する恐れがある。

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は簡単な方法で移動体を自律走行させることにある。本発明の他の目的は、移動体の移動範囲を容易に設定できるようにすることにある。本発明のさらに他の目的は、移動体の移動環境によらず、簡単に移動範囲を設定できるようにすることにある。そして、本発明はこれら目的の少なくともいずれかを達成することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の特徴は、境界を規定するマーカの信号を検出して移動体を走行させる移動体の走行制御方法において、マーカに対する移動体の向きの変化に応じて変化する信号を検出し、この検出信号を予め求めた移動体の角度情報と比較して移動体のマーカに対する向きを判定し、判定された移動体の角度に基づいて移動体の走行方向を制御するものである。

そしてこの特徴において、マーカにＲＦＩＤ発信手段を設け、このＲＦＩＤ発信手段からの信号によりマーカであることを移動体に認識させるようにしてもよく、マーカは、移動体がマーカと正対する位置からの回転角度により変化する濃淡または色彩の信号を発生するものであってもよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、マーカが発する濃淡または色彩の信号を検出するセンサと、自身の回転角度を検出する回転角度センサと、障害物を検出する障害物センサと、これらセンサからの情報取り込みを制御するセンサ入出力制御部と、マーカからのＲＦＩＤ情報を入力するリーダライタを有する通信制御部と、障害物センサが検出した信号がマーカからの信号か否かを判定するタグ判定部と、センサの出力を予め記憶手段に記憶されたデータと比較して走行方向を判断する方向認識部とを備えたものである。

そしてこの特徴において、記濃淡信号は、矩形状の板を左右方向に折りたたんだ形状に作成され、折りたたんだ板が交互に明度の高い色と明度の低い色に彩色されているマーカが発生する信号であることが望ましい。

上記目的を達成する本発明のさらに他の特徴は、床面上を水平方向に移動させる移動手段を備えた移動体の走行制御方法であって、移動体が検出する視野におけるパターンが移動体の向きに応じて変化する構造物を配置し、この構造物のパターンを移動体に認識させ、この変化するパターンに対応する移動体の視野の方向を記憶し、移動体が認識したパターンと記憶手段に記憶した視野の方向とから移動体の向きを定めることにある。

そしてこの特徴において、パターンが変化する構造体は、平板を多数回山形および谷形に交互に折り曲げた形に形成されており、折り曲げられた形の隣り合う面は互いに異なる方向を向いており、移動体の視野の方向に直交する面にこの構造体を射影したパターンに基づいて移動体の向きを定めるのが好ましい。

さらに、構造体のパターンを、構造体の表面の濃淡明度と輝度と色相の少なくともいずれかを用いて定めるようにしてもよく、その場合には、構造体のパターンを定めた濃淡明度または輝度または色相を、閾値を用いてディスクリート化し、この閾値と射影したパターンから求めた濃淡明度または輝度または色相が合致するように移動体を移動させて、移動体の向きを定めるのがよい。また、パターンが変化する構造体に取り付けた固体識別手段からの信号を、移動体が検出可能にするのが望ましい。

本発明によれば、床面上に簡易な境界認識具を配置するだけで、移動体を自律走行させることが出来る。また、境界認識具の構成が簡単であるから、移動体の移動範囲を容易に設定できる。さらに、境界認識具を床上に置くだけでよく設置に制限が無いので、移動環境によらずに簡単に移動範囲を設定できる。

以下、本発明に係る移動体の走行制御方法についてのいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１に、移動体を自律走行させるのに用いる境界認識具１を、斜視図で示す。以下の記載においては、移動体の例として自走式掃除を取り上げる。境界認識具１は、自走式掃除機が自律走行する際に、掃除領域外へのオーバーランを防止するためのものであり、部屋の床面に配置される。この境界認識具１は、境界として設定される仮想的な壁の位置と壁沿い向を示す仮想壁指標タグである。

仮想壁指標タグ１は、図２に詳細を示す矩形平板を折り曲げた形状に形成された濃淡凹凸マーカ２と、この濃淡凹凸マーカ２を収容する直方体状の透明ケース３と、直方体状の透明ケースの一側面に取り付けたアンテナ７およびＩＣチップ８付の無線タグ（ＲＦＩＤタグ：radio frequency identification tag)とを有している。透明ケース３の底面には、この透明ケース３を床に固定する両面接着テープ４が貼付されている。

濃淡凹凸マーカ２は、上下方向に折り曲げ線が形成されており、折り曲げて形成された平面は、交互に異なる濃さで表面着色されている。すなわち、図２に示すように、黒色の黒色の平面細板５に隣り合って白色の平面細板６が形成されている。黒色平面細板５と白色平面細板６は、山折り部分のなす角がθaであり、谷折り部分のなす角がθbとなっている。図中、左右に延びる点線矢印は、折れ曲げ平板が伸縮および展開する方向であり、この方向を指標タグ１と濃淡凹凸マーカ２が示す方向と定義する。黒色平面細板５と白色平面細板６の数は、少なくとも１枚づつ必要である。角θaと角θbは、折れ曲げ平面を構成できる角であればよく、１８０度以下の適宜の角度とする。

このように構成した仮想壁指標タグ１を接着面４を用いて床面に設置したときに、自走式掃除機９が境界を認識する様子を、図３を用いて説明する。図３の右側は、自走式掃除機９と仮想壁指標タグ１の上面図であり、同図の左側は仮想壁指標タグ１内の濃淡凹凸マーカ２の正面図である。したがって、同図右側では、濃淡凹凸マーカ２の折れ線が上下方向になっている。

ほぼ円柱形の自走式掃除機９は、その進行方向前面に色の濃淡明度を検出するセンサ１０が取り付けられている。このセンサ１０は、中心軸回りに所定の角度で円形のセンシング領域１１を有している。センサ１０の中心軸は、自走式掃除機９の中心Ｏを通っている。センサ１０は、例えば発光部と受光部を有する反射式光センサであり、発光部から投射した光の反射光を受光部で受け、受光光量により色の濃淡明度を識別する。自走式掃除機９は、詳細を図示しないが、吸引機構を備えた筐体と筐体を床面上で直進移動と回転移動させる機構と吸引と移動を制御する電装部品とを備え、自律的に床面上を清掃する。

図３において、仮想壁指標タグ１の方向とセンサ１０の中心軸方向が角度αをなす場合には、センサ１０がセンシングする領域１１では、黒色の平面細板５ａの領域が、白色の平面細板６ａの陰になり、白色の平面細板６の領域が大きい(同図Ａ参照)。これは、センサ１０の中心軸が仮想壁指標タグ１の正対面から右側にずれたためである。これに対して、センサ１０が仮想壁指標タグ１に正対すると、黒色の平面細板５と白色の平面細板６とをほぼ同じようにセンサ１０がセンシングする、すなわちセンシング領域１１が両者でほぼ等しくなる(同図Ｂ参照)。自走式掃除機９が左回転し、センサ１０の中心軸が仮想壁指標タグ１の方向から角度−αだけ変化すると、センサ１０がセンシングする領域１１では、白色の平面細板６ｃの領域が黒色の平面細板５ｃの陰になり、白色の平面細板６の領域が小さくなる(同図Ｃ参照)。

自走式掃除機９が回転すると、センサ１０の検出範囲１１に映る濃淡凹凸マーカ２の像が左右に伸縮変化する。この像の変化に応じて、センサ１０で検出する明度値も変化する。その結果、自走式掃除機９の回転角度と明度検出値との間には、例えば図４に示すような関係が得られる。

この図４においては、自走式掃除機９が仮想壁指標タグ１に正対する位置を、横軸のゼロとし、この正対位置から自走式掃除機９が右回転すれば回転角度が正になり、左回転すれば回転角度が負となる。明度検出値は、縦軸上の交点を中心とした回転対称形になっており、負の角度側から正の角度側に漸増する。上述した理由により、仮想壁指標タグ２のパターンは、負の回転角度側では黒色が多いパターンとなり、正の回転角度側では白色が多いパターンとなる。

図５に、センサ１０の上述したセンシング特性を用いて、自走式掃除機９を方向制御する制御システムの制御ブロック図を示す。自走式掃除機９は、掃除及び移動のための各種機構系２０を有する。たとえば、機構系２０は、筐体や機械要素部品、サーボモータなどの駆動部材、バッテリーなどの電源部材を有する。この機構系２０には、機構系２０が移動や掃除等の実際の動作を実行できるようサーボ駆動系２１が接続されている。サーボ駆動系２１には、このサーボ駆動系２１を動作させる指令を送信する制御器２２が接続されている。

サーボ駆動系２１は回路で構成されており、制御器２２からの指令信号により機構系２０が有するサーボモータなどの駆動部材を駆動させる。制御器２２は、例えば中央演算処理装置と周辺回路と記憶素子を備えた組込み型の小型計算機であり、周辺回路はセンサの入出力や通信を制御する。

制御器２２には、以下の５種の制御部が並列に接続されている。第１は、自走式掃除機９の走行を制御する走行制御部２３、第２は自走式掃除機９に取り付けたセンサ類が検出する信号のタイミング等を制御するセンサ入出力制御部２４、第３は後述するＲＦＩＤリーダライタ３０の通信を制御する通信制御部２５、第４はセンサが検出したものが仮想壁タグであるか否かを判定するタグ判定部２６、第５は自走式掃除機９の方向角を求める方向認識部３２である。

ここで、走行制御部２３は、サーボ駆動系２１へ指令する走行指令値を発生する。制御器２２に組み込むソフトウェアである。センサ入出力制御部２４には、障害物センサ２７や回転角センサ２８、濃淡センサ１０が接続されており、センサ入出力制御部はこれらセンサへの入出力を制御する。これも、制御器２２に組み込むソフトウェアである。センサ入出力制御部２４に接続される障害物センサ２７は、例えば超音波センサや赤外線センサであり、壁や家具などの障害物を検出し、この障害物と自走式掃除機９との距離を測定する。回転角センサ２８は、例えば自走式掃除機９の車輪を駆動する駆動モータに取り付けたエンコーダであり、車輪の回転角度を検出する。

タグ判定部２６は、障害物センサ２７が検出した障害物が仮想壁指標タグ１であるか否かをＲＦＩＤリーダライタ３０の送受信結果から判定する。方向認識部３２には、データベース３１が接続されており、このデータベース３１に記憶された情報と、センサ入出力制御部２４を介して得られた濃淡センサ１０および障害物センサ２７、回転角センサ２８の検出値と、タグ判定部２６の判定結果とから自走式掃除機９の方向角を求める。データベース３１は、例えば制御器２２が有する記憶領域であり、図４で示した自走式掃除機９の回転角と濃淡センサ１０の校正グラフや検出した仮想壁指標タグ１の位置などを記憶している。タグ判定部２６と方向認識部３２も、制御器２２に組み込むソフトウェアである。

通信制御部２５には、データ処理部２９とＲＦＩＤリーダライタ３０とが接続されている。そして、データ処理部２９は、ＲＦＩＤリーダライタ３０を経由して受信した仮想壁指標タグ１のＲＦＩＤ信号を処理する。ＲＦＩＤリーダライタ３０は、アンテナと制御部を内蔵しており、このアンテナと仮想壁指標タグ１のＲＦＩＤアンテナ７との間で情報を無線で送受信する。データ処理部２９およびＲＦＩＤリーダライタ３０も、制御器２２に組み込むソフトウェアである。

このように構成した制御システムを用いた制御のフローを、図６にフローチャートで示す。自走式掃除機９の自走運転を開始すると、自走式掃除機９は、予め定めた走行モードまたは自走式掃除機９が置かれた状態からの前進走行モードで床面上を走行する（ステップ１００）。走行の途中において、センサ入出力制御部２４は随時障害物センサ２７からの信号をタグ判定部２６に送り、タグ判定部２６は障害物の有無を判定する(ステップ１０１)。障害物と判定したら、ステップ１０２へ進む。障害物がなければ、障害物を発見するまで、上記手順で障害物の探索を進める。

自走式掃除機９の前進を継続し、所定距離になるまで自走式掃除機９を障害物に接近させる（ステップ１０２）。この所定距離は、仮想壁指標タグ１に取り付けたＲＦＩＤと自走式掃除機９が備えるＲＦＩＤリーダライタ３０との間で信号を送受信可能で、濃淡凹凸マーカ２の濃淡変化を濃淡センサ１０が確実に検出できる距離に設定する。ＲＦＩＤリーダライタ３０は検出した障害物に向けてＲＦＩＤ信号を送信する（ステップ１０３）。

ＲＦＩＤ信号を障害物に送信したので、障害物からの応答信号を待つ。所定時間内に応答信号が得られない場合には、ステップ１０１で検出した障害物が仮想壁指標タグ１ではないと判定する（ステップ１０４）。そして、ステップ１０５に進み、家具等の障害物として障害物の回避動作を実行する。障害物を回避したら、次の障害物検出動作を実行する。応答信号が得られた場合には、障害物を仮想壁指標タグ１であると判定し、ステップ１０６へ進む。

ステップ１０６では、濃淡センサ１０を用いて、仮想壁指標タグ２内の濃淡凹凸マーカ２の濃淡明度を検出する。検出した濃淡凹凸マーカ２の濃淡明度と、データベース３０に予め記憶したデータとから、濃淡明度に対応した自走式掃除機９の回転角を求める（ステップ１０７）。求めた角度情報に基づき、自走式掃除機９の方向角を制御する（ステップ１０８）。

掃除領域を設定するための仮想壁指標タグ１の設置を、図７から図１０を用いて説明する。図７および図８に、Ｌ字型に形成された部屋５０の全体及び一部５０ｂを自走式掃除機９が自律走行して掃除する場合を、上面図で示す。図７は部屋全体５０を掃除する場合であり、図８は本発明に係る仮想壁指標タグ１を用いて部屋を掃除領域５０ｂと非掃除領域５０ａとに区画する場合である。

部屋全体５０を掃除する図７では、前方に濃淡センサ１０が、前方および右横の２箇所に障害物検出センサ２７ａ、２７ｂが取り付けられた自走式掃除機９は、始めに壁５２ａ〜５２ｆ沿いに走行して部屋５０の輪郭を把握する。すなわち、図の右下の位置から走行を開始し、右横の障害物センサ２７ｂが進行方向の右側に壁５２ａを検出する。以後、壁５２ａ〜５２ｆとの距離を常に一定に保つようにして、壁５２ａ〜５２ｆに沿って一周走行する。

部屋５０の輪郭を把握したので、部屋５０の内部を予め定めた走行パターンで走行し、掃除する。ここでは、部屋５０の内部を、矩形を描くように掃除する。つまり、壁５２ａの方向に移動して掃除し、壁５２ｂの近くまで達したら図中左側に移動し、壁５２ａの方向に戻る。そして壁５２ｆの近くに達したら、図中右方向に少しだけ移動する。この動作を繰り返すことにより、部屋５０全体をくまなく掃除できる。

このＬ字型の部屋５０の角部５４で、掃除領域５０ｂと非掃除領域５０ａとに、仮想壁指標タグ１を用いて仕切る。仮想壁指標タグ１を、壁５２ａの近傍であって部屋のＬ角部５４を向く方向に配置する。図中の点線５２ｇは、部屋５０内に設定した仮想壁である。自走式掃除機９は掃除領域５０ｂの輪郭を把握するために、壁５２沿い走行を実施する。

図７の場合と異なり、自走式掃除機９の前方に仮想壁指標タグ１が配置されているので、壁５２ａ沿い走行中に前方障害物センサ２７ａが仮想壁指標タグ１を検出する。仮想壁指標タグ１が所定距離まで近づいたことを前方障害物センサ２７ａが検出したら、図６に示した制御フローに従って、自走式掃除機９は濃淡明度に対応した自身の回転角度αを演算する。

図３で示したように、仮想壁指標タグ１が前進する自走式掃除機９の真正面に置かれた場合、回転角度αは０度となる。また、仮想壁指標タグ１が自走式掃除機９と平行に置かれた場合、回転角度αは９０度となる。すなわち、角度（９０°−α）は、自走式掃除機９の進行方向と仮想壁指標タグ１の方向との偏差角度である。したがって、自走式掃除機９を角度（９０°−α）だけ回転させると、自走式掃除機９の進行方向が、仮想壁指標タグ１の方向と平行になる。

仮想壁指標タグ１により部屋５０が仮想的に仕切られたから、仮想壁指標タグ１の方向５２ｇを壁として、自走式掃除機９は壁沿い走行を継続する。その後、部屋５０の壁５２ｄ〜５２ｆ沿いに一周する。この壁５２ａ、５２ｇ、５２ｄ〜５２ｆ沿い走行において、仮想壁５２ｇの位置をデータベース３１に記憶する。その後の掃除領域５０ｂ内の走行においては、データベース３１に記憶された仮想壁５２ｇの位置を自走式掃除機９が越えないように制御する。

掃除領域５０ｂの他の例を、図９および図１０に示す。図９は、矩形の部屋５０に２個の仮想壁指標タグ１ａ、１ｂを設置して、切り落とし小矩形の掃除領域５０ｂを形成している。第１の仮想壁指標タグ１ａを、壁５２ａの近傍であって、第２の仮想壁指標タグ１ｂの方向を向くように設置する。第２の仮想壁指標タグ１ｂを、壁５２ｂから少し離れた部屋５０の中間部に、壁５２ｂにほぼ平行に設置する。

この場合でも、上記図８で示した例と同様の手法で、自走式掃除機９の前方障害物センサ２７ａが、仮想壁指標タグ１ａ、１ｂを検出したら、濃淡明度を測定し自走式掃除機の回転角度αを演算し、自走式掃除機の進行方向を制御する。これにより、仮想壁５３ａ、５３ｂにより掃除領域５０ｂが区画され、以後はこの領域を自走式掃除機９が越えないように走行制御する。

複数の仮想壁指標タグ１Ａ〜１Ｃを用いて近似的に曲線の仮想壁を構成する例を、図１０に示す。仮想壁指標タグ１Ａ〜１Ｃを、半径ｒの円周上とみなされるところに、わずかな間隔で配置する。そして、これらの仮想壁指標タグ１Ａ〜１Ｃの向きを、円周方向に設定する。仮想壁指標タグ１Ａ、１Ｂを結ぶ直線ｌａおよび仮想壁指標タグ１Ｂ、１Ｃを結ぶ直線ｌｂは、近似的に円弧の一部とみなせるので、自走式掃除機９が仮想壁指標タグ１Ｃ位置を越えて仮想壁指標タグ１Ｃ沿いに前進するときは、その後の自走式掃除機９の走行軌跡ｒａが円弧状となるように、自走式掃除機９の備える走行制御装置に制御させることもできる。

本発明に係る移動体の走行制御の他の実施例を、図１１および図１２を用いて説明する。図１１は、自走式掃除機９の回転角度を演算するときに用いる濃淡明度のグラフであり、図１２は、図１１から得られた回転角度を用いて自走式掃除機９の走行を制御するフローチャートである。本実施例が、上記実施例と相違するのは、自走式掃除機９の回転角度の求め方にある。なお、以下の記載では、仮想壁指標タグ１はＲＦＩＤを有していないか、または有していてもその機能を使用しないものと仮定している。

自走式掃除機９の方向認識部３２が有するデータベース３１には、予め濃淡センサ１０の検出値に対する黒側閾値Ｌｂと白側閾値Ｌｗが記憶されている。濃淡センサ１０の検出値が、黒側閾値Ｌｂ以下であればその値を０とする。検出値が白側閾値Ｌｗ以上であれば、その検出値を２５５とする。黒側閾値Ｌｂと白側閾値Ｌｗの間の場合は、１２７とする。これにより、検出値が離散化される。

この離散化した明度に基づいて、前方に濃淡センサ１０と障害物センサ２７ａを有する自走式掃除機９の走行を制御する。自走式掃除機９を直進走行させると、自走式掃除機９は、図６に示したときと同様に、仮想壁指標タグ１に接近するまで、ステップ２００〜ステップ２０２の動作を実行する。仮想壁指標タグ１に所定距離まで接近したら、一旦自走式掃除機９を停止させる（ステップ２０３）。次いで、濃淡センサ１０が障害物の濃淡明度を検出し、図１１に示したグラフを記憶したデータベース３１を参照して、検出した濃淡明度を閾値Ｌｗ、Ｌｂと比較し離散化する（ステップ２０４）。ここで、仮想壁指標タグ１と自走式掃除機９の位置が、図３（Ａ）の状態になっていると仮定すると、濃淡明度検出値を離散化した結果は０となる。

明度検出値を離散化した値が０または２５５、それ以外の判断をし（ステップ２０５）、明度の離散化値が０または２５５以外、つまり１５０ならば、自走式掃除機９を明度が０か２５５になるまで自身の中心回りに回転させる（ステップ２０６）。明度の離散化値が０または２５５なら、明度の離散化値が１５０になるまで自走式掃除機９を自身の中心回りに回転させる（ステップ２０７）。このとき、離散化した明度が０から１５０または２５５から１５０へ変わる回転角度θｓを、記憶手段に記憶する。

自走式掃除機９をさらに同じ方向に回転させ、明度の離散化値が０または２５５に変化するまで回転を続行する（ステップ２０８）。そして、ステップ２０７で、離散化値が０から１５０に変化してそのときの自走式掃除機９の回転角度の変化をθｓとして記憶したときには、ステップ２０８で離散化値が１５０から２５５へ変わっているのであればステップ２０８における自走式掃除機９の回転角度をθｅとして記憶する。

同様に、ステップ２０７で離散化値が２５５から１５０に変化してそのときの自走式掃除機９の回転角度の変化をθｓとして記憶したときには，ステップ２０８での離散化値が１５０から０へ変化しているのであれば、ステップ２０８における自走式掃除機９の回転角度をθｅとして記憶する。本実施例ではステップ２０８を終了した時点で、自走式掃除機９は図３（Ｃ）の状態になっている。

自走式掃除機９を回転させる過程において、自走式掃除機９の２個の回転角度θｓ、θｅが求められたか否かを判断する（ステップ２０９）。２個の回転角度θｓ、θｅが求められていたら、検出した障害物は仮想壁指標タグ１であると推定して、次式で仮想壁指標タグ１に自走式掃除機９が正対する角度を求める（ステップ２１０）。

θ＝（θｓ＋θｅ）／２
ステップ２０６〜２０８において、自走式掃除機９を自身の中心回りに回転させても、２個の回転角度θｓ、θｅが得られない、つまり明度変化がほとんどないときは、前方障害物センサ２７ａが検出した障害物は、仮想壁指標タグ１ではないと判断する（ステップ２１１）。

なお、本実施例では、自走式掃除機９が仮想壁指標タグ１に正対する角度を求めるのに、２個の角度θｓ、θｅを上式を用いて演算して求めている。しかし、黒側閾値Ｌｂと白側閾値Ｌｗの差を僅かにし、ステップ２０７における自走式掃除機９の回転において、離散化した明度が０から１５０へ、または２５５から１５０へ変化したら、近似的に自走式掃除機９が仮想壁指標タグ１と正対したものとする簡略化手法を用いてもよい。

例えば部屋５０の中を自走式掃除機９が自律走行中に、最初の走行で図１２に示したフローに従い仮想壁指標タグ１を認識して、データベース３１に記憶する。その後、再度の走行で同じ場所に障害物を検出したら、上記複雑な手法を用いる必要がないから、この簡略化手法で自走式掃除機９を走行させる。なお、黒側閾値Ｌｂと白側閾値Ｌｗの値は適宜定めればよいが、１回目と２回目以降の検出において値を変えてもよい。

上記の説明では、図３に示すように、自走式掃除機９を自身の中心回りに回転させ、仮想壁指標タブ１の濃淡明度の変化を検出し、黒側閾値Ｌｂと白側閾値Ｌｗを求めている。しかし、この方法では、自走式掃除機９を回転させると濃淡センサ検出範囲１１が水平方向に平行にずれていくので、自走式掃除９を所定角度以上回転させると、濃淡センサ１０の検出範囲１１が仮想壁指標タグ１から外れるおそれがある。

この不具合を回避するためには、前方の障害物センサ２７ａと仮想壁指標タグ１との距離を一定に保ち、前方の障害物センサ２７ａの中心軸と仮想壁指標タグ１表面との交点を回転中心として自走式掃除機９を並進および回転移動させて濃淡明度の変化を調べればよい。この場合、板幅の広い黒色平面細板５と白色平面細板６を使用すれば、これら細板５、６の枚数も少なくてすむ。また、仮想壁指標タブ１に自走式掃除機９が接近する距離を長くすることもできる。

また、仮想壁指標タグ１を部屋の壁５２沿いに設置するときに、幅の狭い黒色平面細板５と白色平面細板６の多数枚で構成された濃淡凹凸マーカ２を用いて、仮想壁指標タグ１へ自走式掃除機９をさらに接近させるようにしてよい。この場合、自走式掃除機９を自身の中心回りに回転させても、濃淡センサ検出範囲１１内に確実に濃淡凹凸マーカ２が位置するように調整できる。

なお上記各実施例では、自走式掃除機９の回転角度と濃淡凹凸マーカ２の明度を用いて、自走式掃除機９の回転角度を制御している。しかし、自走式掃除機９の回転角度を求めるのに、濃淡凹凸マーカ２の色相を利することもできる。この場合、反射光センサの代わりに、例えば発光ダイオードとＲＧＢフィルタを組み合わせた色相センサを用いれば、自走式掃除機１の回転角度を容易に求めることが出来る。色相フィルタ処理をすると、濃淡センサ検出１０が検出したデータからノイズ成分が低減し、方向制御のロバスト性が向上する。また、上記実施例では、濃淡凹凸マーカ２を透明ケースに収納しているが、これは濃淡凹凸マーカ２の折角θａ、θｂを校正状態と同じ状態に保つのを容易にする。したがって、校正状態と同じ状態を保つ、例えば図２の矢印のような保持具を濃淡凹凸マーカ２の上下に配置するようにしてもよい。

本発明に係る自走式掃除機に用いる仮想壁指標タグの一実施例の斜視図。 図１に示した仮想壁指標タグに用いる濃淡凹凸マーカの斜視図。 自走式掃除機における境界認識を説明する図。 濃淡凹凸マーカの性能を説明するグラフ。 本発明に係る自走式掃除機の一実施例の制御ブロック図。 図５に示した自走式掃除機の制御フローチャート。 自走式掃除機の運行を説明する図。 自走式掃除機の運行を説明する図。 自走式掃除機の運行を説明する図。 自走式掃除機の運行を説明する図。 濃淡凹凸マーカの性能を説明するグラフ。 本発明にかかる自走式掃除機の他の実施例の実施例の制御フローチャート。

符号の説明

１…仮想壁指標タグ、２…濃淡凹凸マーカ、３…透明ケース、４…接着テープ、５…濃色の平面細板、６…淡色の平面細板、７…ＲＦＩＤタグのアンテナ、８…ＩＣチップ、９…自走式掃除機、１０…濃淡センサ、１１…濃淡センサ検出範囲、２０…機構系、２１…サーボ駆動系、２２…制御器、２３…走行制御部、２４…センサ入出力制御部、２５…通信制御部、２６…タグ判定部、２７…距離センサ、２８…回転角センサ、２９…データ処理部、３０…ＲＦＩＤのリーダライタ、３１…データベース（記憶手段）、３２…方向認識部、１００〜１０８…ブロック、２００〜２１１…ブロック。

Claims (10)

1. 境界を規定するマーカの信号を検出して移動体を走行させる移動体の走行制御方法において、マーカに対する移動体の向きの変化に応じて変化する信号を検出し、この検出信号を予め求めた移動体の角度情報と比較して移動体のマーカに対する向きを判定し、判定された移動体の角度に基づいて移動体の走行方向を制御することを特徴とする移動体の走行制御方法。
2. 前記マーカにＲＦＩＤ発信手段を設け、このＲＦＩＤ発信手段からの信号によりマーカであることを移動体に認識させることを特徴とする請求項１に記載の移動体の走行制御方法。
3. 前記マーカは、移動体がマーカと正対する位置からの回転角度により変化する濃淡または色彩の信号を発生するものであることを特徴とする請求項１に記載の移動体の走行制御方法。
4. マーカが発する濃淡または色彩の信号を検出するセンサと、自身の回転角度を検出する回転角度センサと、障害物を検出する障害物センサと、これらセンサからの情報取り込みを制御するセンサ入出力制御部と、マーカからのＲＦＩＤ情報を入力するリーダライタを有する通信制御部と、前記障害物センサが検出した信号がマーカからの信号か否かを判定するタグ判定部と、前記センサの出力を予め記憶手段に記憶されたデータと比較して走行方向を判断する方向認識部とを備えたことを特徴とする自走式掃除機。
5. 前記濃淡信号は、矩形状の板を左右方向に折りたたんだ形状に作成され、折りたたんだ板が交互に明度の高い色と明度の低い色に彩色されているマーカが発生する信号であることを特徴とする請求項４に記載の自走式掃除機。
6. 床面上を水平方向に移動させる移動手段を備えた移動体の走行制御方法であって、移動体が検出する視野におけるパターンが移動体の向きに応じて変化する構造物を配置し、この構造物のパターンを移動体に認識させ、この変化するパターンに対応する移動体の視野の方向を記憶し、移動体が認識したパターンと記憶手段に記憶した視野の方向とから移動体の向きを定めることを特徴とする移動体の走行制御方法。
7. 前記パターンが変化する構造体は、平板を多数回山形および谷形に交互に折り曲げた形に形成されており、折り曲げられた形の隣り合う面は互いに異なる方向を向いており、移動体の視野の方向に直交する面にこの構造体を射影したパターンに基づいて移動体の向きを定めることを特徴とする請求項６に記載の移動体の走行制御方法。
8. 前記構造体のパターンを、構造体の表面の濃淡明度と輝度と色相の少なくともいずれかを用いて定めることを特徴とする請求項７に記載の移動体の走行制御方法。
9. 前記構造体のパターンを定めた濃淡明度または輝度または色相を、閾値を用いてディスクリート化し、この閾値と前記射影したパターンから求めた濃淡明度または輝度または色相が合致するように前記移動体を移動させて、移動体の向きを定めることを特徴とする請求項８に記載の移動体の走行制御方法。
10. 前記パターンが変化する構造体に取り付けた固体識別手段からの信号を移動体が検出可能であることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載の移動体の走行制御方法。

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