JP2008097089A - 自律走行装置とそのプログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】調整が必要なセンサ手段を他のセンサ手段により補正して障害物までの距離が確実に測定できるようにした自律走行装置を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも障害物検知用の第一、第二のセンサ手段３、４、９と、走行する部屋の位置ごとにおける第一のセンサ手段３、４のセンサ増幅率情報を記憶するマップ記憶手段７と、前記第一、第二のセンサ手段３、４、９からの入力情報とマップ記憶手段７が記憶するセンサ増幅率情報から第一のセンサ手段３、４のセンサ増幅率情報を決定し、マップ記憶手段７へ更新情報として出力するセンサ増幅率決定手段８とを備えたものである。これによって、調整が必要な第一のセンサ手段３、４のセンサ増幅率情報を第二のセンサ手段９により補正して更新し精度を上げて行くので、障害物２までの距離が確実に測定でき、所定の作業を行うことができるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、障害物を検知し回避しながら走行する掃除ロボット、監視ロボットなどの自律走行装置とそのプログラムおよび記録媒体に関するものである。

従来、この種の自律走行装置は、センサ手段として超音波送受信センサが用いられている（例えば、特許文献１参照）。これは、超音波送信センサからの超音波が障害物に当たって反射する反射波を超音波受信センサで受信し、送受信の時間差で障害物までの距離を測定するものである。
特許第３１８４４６７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、超音波送信センサからの超音波のエネルギー量が小さいと障害物による反射波が小さくなるため、受信時間を確定できず、また、逆に超音波のエネルギー量が大きいと障害物の多重反射によって混信現象が起こり、正確な受信時間がわからず、障害物までの距離を測定することができないという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、調整が必要なセンサ手段を他のセンサ手段により補正して障害物までの距離が確実に測定できるようにした自律走行装置とそのプログラムおよび記録媒体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とそのプログラムおよび記録媒体は、少なくとも障害物検知用の第一、第二のセンサ手段と、走行する部屋の位置ごとにおける第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を記憶するマップ記憶手段と、前記第一、第二のセンサ手段からの入力情報とマップ記憶手段が記憶するセンサ増幅率情報から第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を決定し、マップ記憶手段へ更新のセンサ増幅率情報として出力するセンサ増幅率決定手段とを備えたものである。

これによって、調整が必要な第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を第二のセンサ手段により補正して更新し精度を上げて行くので、例えば、第一のセンサ手段を超音波送受信センサで構成しても、障害物までの距離が確実に測定でき、所定の作業を行うことができるものである。

本発明の自律走行装置とそのプログラムおよび記録媒体は、調整が必要なセンサ手段を他のセンサ手段により補正して障害物までの距離が確実に測定でき、所定の作業を行うことができるものである。

第１の発明は、少なくとも障害物検知用の第一、第二のセンサ手段と、走行する部屋の位置ごとにおける第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を記憶するマップ記憶手段と、前記第一、第二のセンサ手段からの入力情報とマップ記憶手段が記憶するセンサ増幅率情報から第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を決定し、マップ記憶手段へ更新のセンサ増幅率情報として出力するセンサ増幅率決定手段とを備えた自律走行装置とするものである。これにより、調整が必要な第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を第二のセンサ手段により補正して更新し精度を上げて行くので、例えば、第一のセンサ手段を超音波送受信センサで構成しても、障害物までの距離が確実に測定でき、所定の作業を行うことができるものである。

第２の発明は、特に、第１の発明において、第一のセンサ手段は超音波送受信センサで構成したことにより、センサ増幅率を第二のセンサ手段により補正することができ、障害物までの距離が確実に測定され、所定の作業を行うことができるものである。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、第二のセンサ手段は接触センサで構成したことにより、第二のセンサ手段は障害物の確実な検知が可能であり、より正確に第一のセンサ手段の補正が行える。

第４の発明は、特に、第２または第３の発明において、第一のセンサ手段による障害物検知が不可で、第二のセンサ手段による障害物検知が実行された場合は、マップ記憶手段における第一のセンサ手段のセンサ増幅率を大きくする構成としたことにより、第一のセンサ手段の増幅率が小さいために障害物を検知できない状態にあっても、障害物検知能力を向上させることで、より正確に障害物の検知が行える。

第５の発明は、特に、第２〜第４のいずれか１つの発明において、第一のセンサ手段の障害物検知において反射波の混信現象時には、第一のセンサ手段のセンサ増幅率を小さくする構成としたことにより、第一のセンサ手段の出力量を小さくすることで、混信現象を低減することができるため、より正確に障害物の検知が行える。

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、マップ記憶手段が記憶するマップ情報をマップ表示手段で表示する構成としたことにより、使用者に部屋の状況を視覚的に教え、使用者による修正、補正を容易に行うことができるので、より正確な障害物検知を行うことができる。

第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明における自律走行装置の機能の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラムとすることにより、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気情報機器、コンピュータなどのハードリソースを協働させて本発明の一部あるいは全てを容易に実現することができる。

第８の発明は、特に、第７の発明において、プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体とすることにより、プログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単に行える。

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、自律走行装置は、装置本体１に次の各手段を搭載している。すなわち、障害物２を検知する第一のセンサ手段３、４と、第一のセンサ手段４からの出力を増幅して出力するセンサ増幅手段５と、第一のセンサ手段３の出力とセンサ増幅手段５からの出力で障害物２までの距離を決定し、第一の距離として出力する第一のセンサ距離決定手段６と、走行する部屋の位置ごとにおける第一のセンサ手段３、４のセンサ増幅率情報を記憶するマップ記憶手段７と、センサ増幅率決定手段８と、第二のセンサ手段９と、第二のセンサ手段９からの出力から障害物２までの距離を決定し、第二の距離として出力する第二のセンサ距離決定手段１０とを装備している。

前記第一のセンサ手段３、４は、本実施の形態においては超音波送受信センサで構成しており、第一のセンサ手段３が送信用の超音波送信センサであり、第一のセンサ手段４が受信用の超音波受信センサである。また、第二のセンサ手段９は本実施の形態においては接触センサで構成し、装置本体１のバンパーなどに装備している。センサ手段は第一、第二の２つに限られるものではなく、３つ以上あってもよい。

前記センサ増幅手段５は、マップ記憶手段７が記憶するセンサ増幅率情報で第一のセンサ手段４の受信波を増幅する。

前記センサ増幅率決定手段８は、マップ記憶手段７が記憶する第一のセンサ手段３、４のセンサ増幅率情報と、第一のセンサ距離決定手段６からの第一の距離と、第二のセンサ距離決定手段１０からの第二の距離とから第一のセンサ手段３、４の最適なセンサ増幅率を決定するものである。そして、センサ増幅率決定手段８は決定した第一のセンサ手段３、４のセンサ増幅率をマップ記憶手段７へ更新のセンサ増幅率情報として出力するものである。マップ記憶手段７は、センサ増幅率決定手段８からのセンサ増幅率情報と現在記憶しているセンサ増幅率情報を比較して、更新されていると判断すると、現在の装置本体１の位置に対応するマップのセンサ増幅率情報を更新する。

また、装置本体１は、車輪１４を駆動するモータ１１、モータ１１を制御するモータ制御手段１２、装置本体１の走行位置を検出する走行位置検出手段１３、およびマップ記憶手段７が記憶するセンサ増幅率情報および走行する部屋情報などのマップ情報を表示するマップ表示手段１５をも装備している。走行位置検出手段１３により走行する部屋の走行位置は、センサ増幅率決定手段８へ出力される。また、マップ表示手段１５は、使用者に部屋の状況を視覚的に教えて、使用者による修正、補正を容易に行うことができるようにするためのものである。

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説明する。

まず、図２は第一のセンサ手段３による超音波の送信波ａと、第一のセンサ手段４による障害物２から反射した反射波ｂを示す。一般的に知られているように、送信した時間ｔ１と反射波ｂを受信した受信時間ｔ２と障害物２の距離ｘとの間には
ｘ＝（ｔ２−ｔ１）／（２・ｖ）
の関係がある。ただし、ｖは超音波の速度である。

また、図２に示すように、その他の波として第一のセンサ手段３から第一のセンサ手段４に装置本体１の筐体で伝搬したり、回り込みによって発生したりする直接波ｃが存在する。そして、一般的に、反射波ｂの受信時間ｔ２を検知するために、点線で示すしきい値ｄを設け、その値以上になった時間を受信時間ｔ２とすることで、直接波ｃによる誤検知の防止、反射波ｂによる受信時間ｔ２の確定を行う。

次に、送信波ａと反射波ｂのエネルギーの関係について以下で説明する。ただし、ここではエネルギーを示す指標として、送信波ａと反射波ｂの大きさ、つまり、振幅を使用する。反射波ｂの大きさは送信波ａの大きさに比例する。また、反射波ｂの大きさは、反射波ｂの対象とする障害物２の種類によっても異なり、布製ソファ、径の小さい丸棒などは、同じ距離、送信波の大きさでも、反射波ｂの大きさは小さくなる。

よって、反射波ｂが小さいとしきい値ｄよりも小さくなるため、障害物２までの距離を測定できないという不具合が生じる。逆に、障害物２として壁の場合、反射波ｂは、同じ距離、送信波ａの大きさでも大きくなる。

送信波ａが大きい場合、超音波は対象とする障害物２だけでなく、その他の障害物、または、装置本体１と障害物２との間で多重反射を起こすことにより、図３に示すように、第一のセンサ手段４で反射波ｂも多重に出現する混信現象を引き起こす可能性がある。そして、最悪の場合、障害物２と装置本体１の間で正確に距離を測定できないという不具合が生じる。

そこで、本実施の形態では、状況に応じて第一のセンサ手段３、４の増幅率を最適に選択するようにしたものである。すなわち、反射波ｂが小さく、障害物２を検知できない場合は、第一のセンサ手段４における受信波の増幅率を大きくすることにより反射波ｂも大きして、障害物２の検知確率を大きくする。また、逆に、反射波ｂの混信現象が起こっている場合は、受信波の増幅率を小さくすることで、混信による誤検知の確率を小さくする。

具体的には、第一のセンサ手段３、４は超音波による非接触で距離を測定する測定方式であり、第二のセンサ手段９は接触センサによる測定方式である。第二のセンサ手段９は、接触式で測距を行うため、確実に障害物２の測距を行うことができる。そこで、超音波による第一のセンサ手段３、４で障害物検知ができずに、接触センサである第二のセンサ手段９で障害物２を検知した場合は、障害物検知を確実に行うためにその地点の受信波の増幅率を大きくする。よって、第一のセンサ手段３、４による障害物検知の確率を大きくすることができる。

また、第一のセンサ距離決定手段６は、超音波の反射波ｂが混信状態であると判断すると、次の走行で障害物２の誤検知の確率を減少させるために、その地点の受信波の増幅率を小さくする。そうすることにより、第一のセンサ手段３、４による誤検知の確率を小さくすることができる。

上記動作によると、確実に障害物２を検知する第二のセンサ手段９で、第一のセンサ手段４の受信波が適正であるかどうかを判断し、その適正値になるように大きさの変更を行うことができる。

すなわち、センサ増幅率決定手段８では、第一のセンサ距離決定手段６と第二のセンサ距離決定手段１０との出力を比較する。第一のセンサ距離決定手段６による第一の距離が入力されていないのに、第二のセンサ距離決定手段１０による第二の距離が入力された場合は、第一のセンサ手段４における受信波の増幅率が小さいとして、マップ記憶手段７で記憶するその地点の受信波の増幅率を大きくなる方に更新する。また、第一のセンサ距離決定手段６は第一の距離が図３に示す混信状態、つまり、反射波ｂが多数存在し、距離が確定できない状態と判断すると、第一のセンサ手段４における受信波の増幅率が大きいとして、マップ記憶手段７で記憶するその地点の受信波の増幅率量を小さい方に更新する。

次の走行で装置本体１が走行する際に、マップ記憶手段７が記憶するその地点の受信波エネルギーになるように、センサ増幅率決定手段８で第一のセンサ手段３、４を調節する。よって、過去の障害物の検知状況、障害状況から第一のセンサ手段４における受信波の増幅率を決定するので、より安定した障害物２の測距を行うことができる。

図４は、ある地点での走行回数ｎを横軸に受信波の増幅率αを縦軸にして、受信波の増幅率の遍歴を図示したものである。図に示すように、走行回数ｎが少ないときは、受信波の増幅率αが小さいとして受信波の増幅率αを大きくし、ある一定の走行回数ｎを経過すると受信波の増幅率αは一定の値になることがわかる。受信波の増幅率αが一定になることは安定した障害物２の測距を行うことができる状態となったことを示している。

次に、マップ記憶手段７の動作について図５に基づき説明する。

図５（ａ）は、走行する部屋Ａを上から見た状態を示し、ソファ１６、タンス１７、椅子１８も同時に示している。また、図５（ｂ）の数値は、部屋Ａを一定回数以上走行して決定したときの受信波の増幅率量を示している。ただし、部屋Ａを単位距離ごとに区切ったセルごとの値を示した。

図５より、部屋Ａの壁に近いところは、反射波による混信が起きるために受信波の増幅率が小さくなること、ソファ１６のような超音波の反射率が低いものの周囲では障害物を検知するために受信波の増幅率が大きくなることがわかる。

マップ記憶手段７では、一例にて示したセルごとの受信波の増幅率量を記憶しており、走行位置検出手段１３による走行位置に応じた受信波の増幅率をセンサ増幅手段５、センサ増幅率決定手段８に出力する。また、マップ記憶手段７は、センサ増幅率決定手段８で決定した受信波の増幅率量を走行位置検出手段１３による走行位置に相当するセルに書き込む。

以上のように、本発明の実施の形態では、少なくとも障害物検知用の第一、第二のセンサ手段と、走行する部屋の位置ごとにおける第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を記憶するマップ記憶手段と、前記第一、第二のセンサ手段からの入力情報とマップ記憶手段が記憶するセンサ増幅率情報から第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を決定し、マップ記憶手段へ更新のセンサ増幅率情報として出力するセンサ増幅率決定手段とを備えた自律走行装置とするものである。これにより、調整が必要な第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を第二のセンサ手段により補正して更新し精度を上げて行くので、例えば、第一のセンサ手段を超音波送受信センサで構成しても、障害物までの距離が確実に測定でき、所定の作業を行うことができるものである。また、マップ記憶手段が記憶するセンサ出力量を参考にして、次回のセンサ増幅率情報を決定するものであるので、大幅な修正、明らかな間違いをすることなく、正確な結果を実現することができる。

なお、本実施の形態では、第一のセンサ手段として超音波送受信センサを、第二のセンサ手段として接触センサを用いた例を示したが、これに限られるものではなく、これらセンサと同等な作用をするセンサであればどのようなもので使用できる。

また、本実施の形態の自律走行装置における機能の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラムとすることにより、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気情報機器、コンピュータなどのハードリソースを協働させて本発明の一部あるいは全てを容易に実現することができる。さらに、プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体とすることにより、プログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単に行える。

以上のように、本発明にかかる自律走行装置とそのプログラムおよび記録媒体は、調整が必要なセンサ手段を他のセンサ手段により補正して障害物までの距離が確実に測定でき、所定の作業を行うことができるものであるので、掃除ロボット、カメラ搭載ロボット、芝刈りロボット、監視ロボットなどの用途に適用できる。

本発明の実施の形態における自律走行装置の構成を示すブロック図 同自律走行装置における第一のセンサ距離決定手段の動作を示す説明図 同自律走行装置における反射波の混信状態を示す説明図 同自律走行装置における走行回数と受信波の増幅率の関係を示す図 同自律走行装置におけるマップと増幅率量の関係を示す図

符号の説明

１ 装置本体
２ 障害物
３、４ 第一のセンサ手段
５ センサ増幅手段
６ 第一のセンサ距離決定手段
７ マップ記憶手段
８ センサ増幅率決定手段
９ 第二のセンサ手段
１０ 第二のセンサ距離決定手段
１３ 走行位置検出手段

Claims (8)

1. 少なくとも障害物検知用の第一、第二のセンサ手段と、走行する部屋の位置ごとにおける第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を記憶するマップ記憶手段と、前記第一、第二のセンサ手段からの入力情報とマップ記憶手段が記憶するセンサ増幅率情報から第一のセンサ手段のセンサ増幅率情報を決定し、マップ記憶手段へ更新のセンサ増幅率情報として出力するセンサ増幅率決定手段とを備えた自律走行装置。
2. 第一のセンサ手段は超音波送受信センサで構成した請求項１に記載の自律走行装置。
3. 第二のセンサ手段は接触センサで構成した請求項１または２に記載の自律走行装置。
4. 第一のセンサ手段による障害物検知が不可で、第二のセンサ手段による障害物検知が実行された場合は、マップ記憶手段における第一のセンサ手段のセンサ増幅率を大きくする構成とした請求項２または３に記載の自律走行装置。
5. 第一のセンサ手段の障害物検知において反射波の混信現象時には、第一のセンサ手段のセンサ増幅率を小さくする構成とした請求項２〜４のいずれか１項に記載の自律走行装置。
6. マップ記憶手段が記憶するマップ情報をマップ表示手段で表示する構成とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律走行装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律走行装置における機能の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラム。
8. 請求項７に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

Images