JP2009104444A - 自律走行装置およびプログラム - Google Patents

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修 江口
Tadashi Nakatani
直史 中谷
Kazunori Kurimoto
和典 栗本
Kazuhiro Kuroyama
和宏 黒山
Hiroaki Kurihara
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Abstract

【課題】方向転換を精度良く行い、未通過領域の発生を抑え、移動領域の全てを隈無く移動することを可能にした自律走行装置を提供する。
【解決手段】装置本体1と、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段2と、装置本体1の移動方向を検知する方向検知手段3と、装置本体1を移動走行させる走行手段7と、前記各手段の出力を受けて走行手段7を制御する制御手段5とを有し、制御手段5は方向検知手段3の出力補正モードを有するものである。これによって、壁などの移動領域内の物を利用し装置本体1の動作時に方向検知手段3の出力の補正ができ、方向転換を精度良く行い、未通過領域の発生を抑え、移動領域の全てを隈無く移動することを可能にした。
【選択図】図1

Description

本発明は、障害物を検知しその回避を行いながら走行する自律走行装置およびプログラムに関するものである。
従来、この種の自律走行装置は、制御手段と、装置本体を移動走行させる走行手段と、装置本体の走行方向を検出する走行方向検知手段と、壁や障害物を検知するための障害物検知手段と、工程終了判定手段と、次工程開始位置判定手段とを備えている。そして、前記走行方向検知手段の出力に従って装置本体を第1の方向に走行させ、第1の方向に走行中前方に前記障害物検知手段が壁または障害物を検知すると装置本体を反転させ、第1の方向の反転方向である第2の方向に装置本体を走行させる。第2の方向に走行中、前方に壁または障害物を検知すると再び反転させ、第2の方向の反転方向である第1の方向に走行させる。このように、第1の方向と第2の方向とを装置本体が繰り返し往復走行しながら、所定区域を第1、第2の方向と略直角の方向に進行させる動作を行う様にしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−241832号公報
しかしながら、前記従来の構成では、装置本体の走行方向を検出する走行方向検知手段に、ジャイロセンサなどを用いることが多く、このジャイロセンサは一般に出力調整を適切に行わないと入力角度に対する出力信号のずれが生じる。また、起動時の出力が不安定な期間が存在することと、出力調整後でも出力信号の変動(角度ドリフト)や温度特性により出力信号のずれが発生してしまう。このような入力角度に対する出力信号のずれや変動が発生した場合、自律走行装置は方向転換動作の角度がずれてしまう。つまり、第1の方向または第2の方向の方向転換がずれ、うまく往復移動ができなくなったり、第1の方向と第2の方向に方向転換を行った後、方向転換前の当初の方向からずれてしまい、それにより未通過領域が発生したりして、移動領域の全てを隈無く移動することが困難となるという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するのもので、動作中に方向検知手段のずれを補正することで、方向転換を精度良く行い、未通過領域の発生を抑え、移動領域の全てを隈無く移動することを可能にした自律走行装置およびプログラム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およびプログラムは、装置本体と、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、装置本体の移動方向を検知する方向検知手段と、装置本体を移動走行させる走行手段と、前記各手段の出力を受けて走行手段を制御する制御手段とを有し、制御手段は方向検知手段の出力補正モードを有するものである。
これによって、壁などの移動領域内の物を利用し装置本体の動作時に方向検知手段の出力の補正ができ、方向転換を精度良く行い、未通過領域の発生を抑え、移動領域の全てを隈無く移動することを可能にした。
本発明の自律走行装置およびプログラムは、動作中に方向検知手段のずれを補正することで、方向転換を精度良く行い、未通過領域の発生を抑え、移動領域の全てを隈無く移動することを可能にしたものである。
第1の発明は、装置本体と、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、装置本体の移動方向を検知する方向検知手段と、装置本体を移動走行させる走行手段と、前記各手段の出力を受けて走行手段を制御する制御手段とを有し、制御手段は方向検知手段の出力補正モードを有する自律走行装置とすることにより、壁などの移動領域内の物を利用し装置本体の動作時に方向検知手段の出力の補正ができ、方向転換を精度良く行い、未通過領域の発生を抑え、移動領域の全てを隈無く移動することを可能にした。
第2の発明は、特に、第1の発明において、直角の壁面で装置本体を回転させ装置本体の側面に複数配置された障害物検知手段の出力により方向検知手段の出力補正を行うことにより、直角の方向検知手段の出力を精度良く補正が可能になり、方向転換の角度ずれにより未通過領域の発生による移動領域の全てを隈無く移動することが困難となることを改善することができる。
第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、障害物検知手段は少なくとも装置本体の前方および側面それぞれに複数個配置され、制御手段は装置本体の回転時に障害物検知手段の出力により直角の壁面の判断を行い、直角の壁面であると判定した際に方向検知手段の出力補正を行うことにより、移動領域内で装置本体が自ら探索した場所で直角の方向検知手段の出力を精度良く補正することが可能になり、方向転換の角度ずれにより未通過領域の発生による移動領域の全てを隈無く移動することが困難となることを改善することができる。
第4の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明において、制御手段は方向検知手段の出力補正を行う際、通電時からの所定の経過時間を必ず確保するようにしたことにより、通電初期の出力の不安定期間の影響を排除して、方向検知手段の出力を精度良く補正が可能になり、方向転換の角度ずれにより未通過領域の発生による移動領域の全てを隈無く移動することが困難となることを改善することができる。
第5の発明は、特に、第1〜第4のいずれか1つの発明において、装置本体の雰囲気温度を検知する温度検知手段を備え、制御手段は所定温度差以上で方向検知手段の出力補正を実行するようにしたことにより、温度変化による影響を排除して、方向検知手段の出力を精度良く補正が可能になり、方向転換の角度ずれにより未通過領域の発生による移動領域の全てを隈無く移動することが困難となることを改善することができる。
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、制御手段は側面の壁で時計、反時計方向に1回転した際の障害物検知手段の検知距離を基に方向検知手段の出力補正を実行するようにしたことにより、直角の壁面が存在せず平面の壁面が僅かな環境においても方向検知手段の出力を補正が可能になり、方向転換の角度ずれにより未通過領域の発生による移動領域の全てを隈無く移動することが困難となることを改善することができる。
第7の発明は、特に、第1〜第6のいずれか1つの発明において、制御手段は方向検知手段の出力補正に適した直角の壁面を認識不能な場合、側面の壁で時計、反時計方向に1回転した際の障害物検知手段の検知距離を基に方向検知手段の出力補正を実行するようにしたことにより、直角の壁面が存在せず平面の壁面が僅かしか存在しない環境においても方向検知手段の出力を補正が可能になり、方向転換の角度ずれにより未通過領域の発生による移動領域の全てを隈無く移動することが困難となることを改善することができる。
第8の発明は、特に、第6または第7の発明において、制御手段は障害物検知手段の装置本体の側面に存在する壁の検知距離を基に方向検知手段の出力補正を行う場所を決定し出力補正を実行することにより、直角の壁面が存在せず平面の壁面が僅かしか存在しない環境においても方向検知手段の出力を補正が可能になり、方向転換の角度ずれにより未通過領域の発生による移動領域の全てを隈無く移動することが困難となることを改善することができる。
第9の発明は、特に、第1〜第8のいずれか1つの発明の自律走行装置における手段の少なくとも一部をコンピュータにより実行させるためのプログラムとすることにより、マイコンなどを用いて自律走行装置の一部あるいは全てを容易に実現することができ超音波センサの変更または経年変化などの特性の変化や動作を実現するための設定条件や定数の変更が柔軟に対応できる。また、記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布が簡単にできる。
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、本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1)
図1は、本発明の実施の形態1における自律走行装置を示すものである。
図に示すように、本実施の形態における自律走行装置は、装置本体1と、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段2と、ジャイロセンサなどで構成され装置本体1の移動方向を検知する方向検知手段3と、駆動輪9の径とその回転数より装置本体1の移動距離を検知する距離認識手段4と、左右の駆動輪9を駆動し従輪10とともに装置本体1を移動走行させる走行手段7と、方向検知手段3の方向出力と距離認識手段4の距離出力より装置本体1の位置を算出し、かつ装置本体1の移動軌跡を記録する位置認識手段6とを有する。
また、加えて、装置本体1の前方に設置され障害物との接触を検知する緩衝手段8と、使用者が装置本体1の起動および停止または各種設定の変更(方向検知手段3の出力補正指示など)などの指示を入力する設定入力手段11と、通電時からの経過時間を計時する計時手段12と、装置本体1の雰囲気温度を検知する温度検知手段13とを有する。
さらに、障害物検知手段2、方向検知手段3、距離認識手段4、位置認識手段6、緩衝手段8、設定入力手段11、計時手段12、温度検知手段13の出力を受けて走行手段7を制御する制御手段5を備えている。この制御手段5は方向検知手段3の出力補正モードを有するものである。
次に、図2により、障害物検知手段2の装置本体1に対する詳細構成を説明する。
図2に示すように、装置本体1前方には、超音波を送信する送信側超音波センサ2a、2b、障害物で反射した超音波の反射波を受信する受信側超音波センサ2c、2d、2eが配置され、さらに装置本体1の右側面には赤外線で障害物までの距離を測定する光測距センサ2f、2gが配置されている。θl、θc、θrはそれぞれ受信側超音波センサ2c、2d、2eの検知範囲を示している。これら送信側超音波センサ2a、2b、受信側超音波センサ2c、2d、2e、光測距センサ2f、2gで障害物検知手段2を構成している。
以上のように構成された自律走行装置について、図3に基づき、その動作、作用を説明する。
自律走行装置は、起動後、装置本体1の右側に壁が存在するか否かを障害物検知手段2の光測距センサ2f、2gにより検知し(Step1)、存在しなければ前進する(Step2)。装置本体1前方に障害物を第1の所定距離以内(例えば10cm)に検知すると(Step3)、制御手段5は走行手段7を制御し装置本体1を停止させ左90度回転を行う(Step4)。このとき、制御手段5は方向検知手段3の方向出力で装置本体1の回転角を監視しながら、走行手段7により左右の駆動輪9を逆回転(左駆動輪は後退、右駆動輪は前進)させることで装置本体1の左(反時計方向)90度回転を行う。
そして、装置本体1の前方にあった障害物(壁)は装置本体1の右側で検知されるので光測距センサ2f、2gで距離を測定し前後の距離差を判定し前側が遠ければ(Step5)、壁と平行になるように装置本体1を右回転し(Step8)、再度、前後の距離を判断する(Step5)。同様に後ろ側が遠ければ(Step6)、壁と平行になるように装置本体1を左回転し(Step7)、再度、前後の距離を判断する(Step5)。このような動作を数回繰り返すことで、最終的に前後の距離測定値が同じになり装置本体1は右側に存在する壁と平行になる。
この様子を図4に示す。図4において、光測距センサ2f、および2gの検知距離がそれぞれ距離Df、Dgで同じとなることで、装置本体1は右側に存在する壁14と平行になる。そして、制御手段5は装置本体1が壁14と平行になると方向検知手段3により検知している装置本体1の回転角度をリセットし、以後の装置本体1の回転角度を装置本体1の移動方向として認識する。
つまり、この図4に示した例では、装置本体1の起動後、右側に壁14が存在するか否かを障害物検知手段2により検知し、存在しなければ前進して、装置本体1の前方に検知した障害物や壁に対し左90度回転を行い、装置本体1の前方で検知していた障害物や壁を装置本体1の右側で検知できる様にした後、その障害物や壁に対し装置本体1を平行になるようにしたものである。
なお、装置本体1の左側面にも光測距センサを配置し、装置本体1の起動後、左側に存在する壁の有無も検知し、左側に障害物や壁が存在していればそれに対して装置本体1を平行になるようにしても構わないし、または最初に装置本体1を360度回転させ、回転中、装置本体1の右側面の光測距センサ2f、2gで障害物や壁を検知した場合に、その障害物や壁に装置本体1を平行になるようにしても構わない。
次に、障害物や壁に対して装置本体1を平行にした以降の動作について図5を用いて説明する。
図5は、壁14に囲まれた移動領域内において、装置本体1の位置認識手段6に記憶される移動軌跡を示している。図5に示すように、位置認識手段6には装置本体1の方向検知手段3により検知した装置本体1の回転角度(移動方向)と、距離認識手段4により検知される装置本体1の移動距離により算出した装置本体1の位置情報からその移動軌跡が2次元の座標上に記憶される。図5における座標は、X,Y軸それぞれ左、上方向の移動で座標が増えていくように定義し、1座標は装置本体1の幅とほぼ同じ大きさ(例えば30cm)としている。本実施の形態では、図5に示す移動領域内の最上部のY座標値をpとおいて、以下の説明で用いるものとする。
図5において、座標(0,0)のP0地点で平行合わせを終え、ここを開始地点として移動を開始すると、平行合わせをした壁14との距離を第1の所定距離(10cm)に保ちながら前進し、装置本体1前方に障害物検知手段2で障害物を検知すれば、前方に検知した障害物を装置本体1の右側面で検知するように、その場で左90度に方向転換を行い、再度、前方に検知した障害物に対し、第1の所定距離(10cm)に保ちながら左方向に前進する動作を行い、続いて前方に検知した障害物に対しても上記と同様の方向転換を繰り返して行う。これにより、図5の実線で示すように部屋である移動領域の外周を左回りに一周動作する。
一周動作の終了の判断は位置認識手段6の認識する装置本体1の位置がスタート地点(図5の原点(0,0))に戻ってきて、装置本体1を左回転で図5の部屋における右側の壁14に対して第1の所定距離をほぼ確保した時点で終了とする。
次に、外周後の動作について説明する。図5において、開始地点(座標(0,0):P0地点)まで外周を回り戻ってくると、装置本体1の右側に存在する壁14との距離を第1の所定距離(例えば10cm)に保ちながら直進を始め、装置本体1前方に障害物の壁を検知すると、その場所(座標(0,p))で前述のように左右の駆動輪9を逆回転させて左90度方向転換して、第2の所定距離(装置本体1の幅、約30cm)移動し(座標(1,p))、さらに左90度方向転換し、開始地点方向に直進をする。
直進を再開後、前方に障害物の壁を第1の所定距離以内に検知すると、その場所(座標(1,0))で左右の駆動輪9を逆回転させて右90度方向転換して、第2の所定距離分移動し(座標(2,0))、さらに右90度方向転換し、障害物の壁を検知する前と逆方向に直進を行う。
つまり、直進中、障害物を第1の所定距離以内に検知すると、往復移動の進行方向(図5に向かって左側、方向H)に90度方向転換を行い、次に第2の所定距離の直進を行い、さらに再度の90度方向転換を行う。この一連の動きで180度の方向転換を行うものであり、この一連の動きを障害物検知の度に繰り返しを行っていくものである。
以後、この一連の動きを第1の動作モードと呼ぶものとし、この第1の動作モード内の各動作において、直進中、障害物を検知して最初の90度方向転換を方向転換T1、横方向移動を横方向直進T2、その後の90度方向転換を方向転換T3と呼ぶものとする。
このように方向検知手段3により検知した装置本体1の回転角度(移動方向)と、距離認識手段4により検知される装置本体1の移動距離により装置本体1の位置を認識し、装置本体1の動作の移動軌跡が位置認識手段6に記憶されていく。
次に、温度変化などの要因により方向検知手段3の出力にずれが発生した場合の装置本体1の移動領域における実際の実移動軌跡を図6に示す(移動領域内における装置本体1の実際の移動軌跡とは特に方向検知手段3の出力がずれた場合に、位置認識手段6の移動軌跡と異なる)。図6では方向検知手段3の出力が左右共に90度の回転が僅かに小さい場合の実移動軌跡を示し、図6の未通過領域R1,R2(横線塗りつぶし部)に示すように方向転換T1、方向転換T3共に90度まで回りきらないうちに方向転換が終了することによる未通過領域R1,R2が発生している。このように未通過領域が発生すると移動領域内を隈無く移動することができなくなる。未通過領域は方向検知手段3の出力ずれの大きさにほぼ比例して大きくなるので、方向検知手段3の出力ずれはできる限り無くす必要がある。
そこで、装置本体1の制御手段5は、温度検知手段13が検知する装置本体1の雰囲気温度が方向検知手段3の初期の出力調整した温度(例えば20℃)から所定温度差以上(例えば15℃以上)ある場合、または使用者による設定入力手段11からの動作中の補正動作許可を設定された場合に方向検知手段3の出力補正動作を行う。これは図5に示す起動して平行合わせ後の外周の巡回動作で、最初に前方に壁を検知した地点(座標0,p)で装置本体1を左右に所定の角度だけ回転させ、その時、障害物検知手段2の内、装置本体1の前方に配置される受信側超音波センサ2c、2eと側面に配置される光測距センサ2f、2gの検知距離を判定し、壁が直角か否かを判定し、直角であればその地点で方向検知手段3の出力補正を行う。
以下、直角の壁判定の内容を説明する。
まず、制御手段5は前述の横壁との平行合わせ動作(図3のStep5以降の動作)と同様に装置本体1を左右に回転させ、その回転動作中の受信側超音波センサ2c、2eと側面に配置される光測距センサ2f、2gの検知距離を判定する。
壁面が図7(a)、(b)に示すように直角の壁14であれば回転動作時の検知距離は図8に示すようになり、横の壁と装置本体1が平行の際に光測距センサ2f、2gの検知距離である距離Df、距離Dgが同じになり、その位置から装置本体1が右に回転していれば距離Df<距離Dgで右への回転角に応じてその差が広がり、逆に装置本体1が平行の位置から左に回転していれば距離Df>距離Dgで左への回転角に応じてその差が広がる。同様に受信側超音波センサ2c、2e前方の壁の検知距離である距離Dc、距離Deは、横の壁と装置本体1が平行の際に距離Dc=距離Deとなり、その位置から装置本体1が右に回転していれば距離Dc<距離Deで右への回転角に応じてその差が広がり、逆に装置本体1が平行の位置から左に回転していれば距離Dc>距離Deで左への回転角に応じてその差が広がる。
従って、装置本体1を横に存在する壁14に平行に合わせる際に受信側超音波センサ2c、2e前方の壁の検知距離である距離Dc、距離Deが図8に示すような特性を示し、装置本体1が横に存在する壁と平行になった位置で距離Dc=距離Deであれば、制御手段5は装置本体1の前方に存在する壁は横に存在する壁14と直角であると認識する。
そして、直角であると認識した後、装置本体1を左に回転させ装置本体1の前方にあった壁に対して装置本体1が平行になるように前述の平行合わせ動作を行う。そして、横の壁14に平行であった位置から前方の壁に再度平行合わせした位置までの回転角度を左90度として方向検知手段3の出力を補正する。その位置から装置本体1を右回転し、最初、装置本体1の横にあった壁14に対して装置本体1が平行になるように再度、前述の平行合わせ動作を行う。そして、最初、前方にあった壁に平行であった位置から横の壁14に平行合わせした位置までの回転角度を右90度として方向検知手段3の出力を補正する。
このようにして、左右90度回転の方向検知手段3の出力を補正することで、精度良く装置本体1の左右90度回転が行えるようになり、図7の未通過領域R1,R2の発生を抑えることができる。
ここまでは最初に装置本体1の前方に検出した壁が横の壁14と直角の場合であったが、そうでない場合(例えば図9に示す場合)には、横の壁14と装置本体1が平行の際に受信側超音波センサ2c、2e前方の壁の検知距離である距離Dc、距離Deは、距離Dc=距離Deではなく、また、その位置から装置本体1が左右に回転した場合の距離Dc、距離Deは図8と異なるものである。
このように装置本体1の前方に検出した壁が横の壁14に直角でない場合には、制御手段5はその地点での方向検知手段3の出力補正を行わず、次に前方に検出した壁で再度出力補正の可否を試みる。また、制御手段5は計時手段12により通電時からの経過時間を入力し所定の時間(例えば5分)が経過しなければ、装置本体1を停止させ、経過するまで方向検知手段3の出力補正を実行しない。これにより方向検知手段3の起動時の不安定な期間の影響を排除できる。
次に、外周を巡回中、一度も直角の壁を検出できなかった場合の装置本体1の動作について図10を用いて説明する。
図10に示すように、装置本体1が外周を巡回中、一度も直角の壁を検出できずに開始地点(座標(0,0):P0地点)まで戻ってきた場合、前述のように直角の壁を基準に方向検知手段3の出力補正を行うことは不可能なので、装置本体1の制御手段5は前述の横の壁14との平行合わせ動作(図3のStep5以降の動作)を行う。横の壁14の平行合わせが終了後、図11(a)に示すように装置本体1を左に回転(ほぼ360度)させ装置本体1の右側面にあった壁14に対して装置本体1が再度、平行になるように前述の平行合わせ動作を行う。そして、右側面の壁14に平行であった位置から左1回転して再度右側面の壁14に平行合わせした位置までの回転角度を左360度として方向検知手段3の出力を補正する。
そして、図11(b)に示すようにその位置から装置本体1を右回転(ほぼ360度)し、装置本体1の右側面にあった壁14に対して装置本体1が再度、平行になるように前述の平行合わせ動作を行う。そして、右側面の壁14に平行であった位置から右1回転して再度右側面の壁14に平行合わせした位置までの回転角度を右360度として方向検知手段3の出力を補正する。このように左右の360度の回転に対する方向検知手段3の出力の補正をすることにより、左右それぞれの90度方向転換の精度を向上することができる。
以上のように、本実施の形態においては、障害物検知手段2を用いて装置本体1付近に存在する壁が直角であれば装置本体1を左右に90度回転させることで左右90度回転の方向検知手段3の出力を補正し、装置本体1付近に直角の壁が存在しない場合に障害物検知手段2を用いて装置本体1を左右に360度回転させることで左右90度回転の方向検知手段3の出力を補正する。これにより、精度良く装置本体1の左右90度回転が行えるようになり、未通過領域の発生を抑えることができる。すなわち、方向検知手段3のずれを補正することで、方向転換を精度良く行い、未通過領域の発生を抑え、移動領域の全てを隈無く移動することを可能にできるものである。
なお、本実施の形態では、装置本体1の右側に光測距センサ2f、2gを配置し、外周時に直角の壁を検出でき無かった場合に装置本体1右側面の壁に対して装置本体1を左右に360度回転して壁との平行合わせを行い、方向検知手段3の出力補正を行うとしたが、これに限定されるものではなく、装置本体1の左側面にも光測距センサを配置し、左右に180度回転して壁との平行合わせを行い、方向検知手段3の出力補正を行うようにしても構わない。左右の180度の回転に対する方向検知手段3の出力の補正により、左右それぞれの90度方向転換の精度を向上でき、同様な効果が得られるものである。
また、本実施の形態では、最初に部屋の外周を左回りに一周動作をするとしたが、これに限定されるものではなく、装置本体1の左側面にも光測距センサを配置し、装置本体1の起動後、左側に存在する壁伝いに部屋の外周を右回りに一周動作を行うようにしても構わない。
(実施の形態2)
図12、図13は、本発明の実施の形態2における自律走行装置を示している。実施の形態1と同一要素については同一符号を付してその説明を省略し、相違点を中心に説明する。
図12に示すように、障害物検知手段2は、装置本体1前方には超音波を送信する送信側超音波センサ2a、2bと、障害物で反射した超音波の反射波を受信する受信側超音波センサ2dのみが配置されている。さらに、装置本体1の右側面には赤外線で障害物までの距離を測定する光測距センサ2f、2gが配置されている。
これら送信側超音波センサ2a、2b、受信側超音波センサ2d、光測距センサ2f、2gで障害物検知手段2を構成しており、装置本体1前方の障害物検知のための受信側超音波センサ2dは一つであることが実施の形態1と異なる。受信側超音波センサ2dの個数に関しては、実施の形態1のように複数か、あるいは単独かは自律走行装置に要求される障害物検知手段2の障害物検知範囲とコストにより適宜選択されるものである。
使用者による設定入力手段11から方向検知手段3の補正実行が指示された場合、以下の様に方向検知手段3の出力補正動作を行う。
これは、図12(a)に示す起動後、装置本体1と共に装置本体1の製造者から用意されるか(装置本体1と同程度の高さおよび幅を持つL字形状の壁14)、または使用者により移動領域内の直角であることが明らかな壁の付近で図12(a)に示すような位置に装置本体1を移動させた後に、設定入力手段11からの方向検知手段3の補正指示がなされ、始動されると、制御手段5は前述の横壁との平行合わせ動作(図3のStep5以降の動作)と同様に装置本体1を左右に回転させて平行合わせを行う(図10(a))。
図10(b)に示すように横の壁の平行合わせが終了後、装置本体1を左に回転させ装置本体1の前方にあった壁に対して装置本体1が平行になるように再度、前述の平行合わせ動作を行う。そして、横の壁に平行であった位置から前方の壁に平行合わせした位置までの回転角度を左90度として方向検知手段3の出力を補正する。
そして、その位置から装置本体1を右回転し、最初、装置本体1の横にあった壁に対して装置本体1が平行になるように再度、前述の平行合わせ動作を行う。そして、最初、前方にあった壁に平行であった位置から横の壁14に平行合わせした位置までの回転角度を右90度として方向検知手段3の出力を補正する。このようにして左右90度回転の方向検知手段3の出力を補正することで、最小の障害物検知手段2を構成するセンサの個数で精度良く装置本体1の左右90度回転が行えるようになり、図6の未通過領域R1,R2の発生を抑えることができる。
また、使用者による設定入力手段11からの方向検知手段3の補正実行指示された以外にも、装置本体1の制御手段5は、例えば温度検知手段13が検知する装置本体1の雰囲気温度が方向検知手段3の初期の出力調整した温度(例えば20℃)から所定温度差以上(例えば15℃以上)ある場合、以下の様に方向検知手段3の出力補正動作を行う。
このときの動作を図13に基づき説明する。
装置本体1は使用者から起動され、温度検知手段13が検知する装置本体1の雰囲気温度が方向検知手段3の初期の出力調整した温度(例えば20℃)から所定温度差以上(例えば15℃以上)ある場合、制御手段5は、実施の形態1と同様に装置本体1付近に存在する壁14に対して装置本体1の平行合わせを行い、平行合わせを終了後、その場所を開始地点として移動を開始し、外周を巡回する動作を行う。外周動作において制御手段5は、光測距センサ2f、2gの検知距離に従い壁14との距離を第1の所定距離(10cm)に保ちながら装置本体1を前進させる。この動作中、制御手段5は、光測距センサ2f、または2gの検知距離と方向検知手段3の出力の履歴を参照し、壁が平面か否かの判定を行う。
つまり、図13(a)に示すように壁面が平面であれば、装置本体1がこの壁14との距離を第1の所定距離(10cm)に保ちながら装置本体1を前進させた場合、方向検知手段3の出力はほぼ同じで一定の方向を示し、かつ光測距センサ2f、2gの検知距離も殆ど変化がないものとなる。
このように方向検知手段3の出力と光測距センサ2f、2gの検知距離に所定時間(例えば2秒間)、殆ど変化がない場合、制御手段5は壁14面が平面であると判定し、装置本体1を一旦停止し、その場で前述の横の壁14との平行合わせ動作(図3のStep5以降の動作)を行う。横の壁14の平行合わせが終了後、図13(a)に示すように装置本体1を左に回転(ほぼ360度)させ装置本体1の右側面にあった壁14に対して装置本体1が再度、平行になるように前述の平行合わせ動作を行う。そして、右側面の壁14に平行であった位置から左1回転して再度右側面の壁14に平行合わせした位置までの回転角度を左360度として方向検知手段3の出力を補正する。そして、図13(b)に示すようにその位置から装置本体1を右回転(ほぼ360度)し、装置本体1の右側面にあった壁14に対して装置本体1が再度、平行になるように前述の平行合わせ動作を行う。
右側面の壁に平行であった位置から右1回転して再度右側面の壁に平行合わせした位置までの回転角度を右360度として方向検知手段3の出力を補正し、装置本体1の移動を再開し外周の巡回動作を継続させる。このように左右の360度の回転に対する方向検知手段3の出力の補正をすることにより、左右それぞれの90度方向転換の精度を向上することができるものである。
なお、本実施の形態でも最初に部屋の外周を左回りに一周動作をするとしたが、これに限定されるものではなく、装置本体1の左側面にも光測距センサを配置し、装置本体1の起動後、左側に存在する壁伝いに部屋の外周を右回りに一周動作を行うようにしても構わない。さらにその場合、左右に360度回転して壁との平行合わせを行うのでなく、左右に180度回転して壁との平行合わせを行い、180度の回転に対する方向検知手段3の出力の補正により、左右それぞれの90度方向転換の精度を向上でき、同様な効果が得られるものである。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3における自律走行装置について説明する。
本実施の形態では、実施の形態1、2で説明した各手段は、CPU(またはマイコン)、RAM、ROM、記憶・記録装置、I/Oなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施させるものである。
プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回路を用いて配信したりすることで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。
以上のように、本発明にかかる自律走行装置およびプログラムは、動作中に方向検知手段のずれを補正することで、方向転換を精度良く行い、未通過領域の発生を抑え、移動領域の全てを隈無く移動することを可能にしたものであるので、自走式掃除機や監視用ロボット、その他の作業ロボットなど自律走行装置全般に適用できる。
本発明の実施の形態1における自律走行装置のブロック図 同自律走行装置の障害物検知手段の詳細を説明する平面図 同自律走行装置の装置本体のフローチャート 同自律走行装置の装置本体の動作説明図 同自律走行装置の移動軌跡の説明図 同自律走行装置の実移動軌跡の説明図 同自律走行装置の装置本体の直角壁における動作説明図 同自律走行装置の障害物検知手段による検知距離の説明図 同自律走行装置の装置本体の非直角壁における動作説明図 同自律走行装置の装置本体の非直角壁領域における移動軌跡の説明図 同自律走行装置の装置本体の非直角壁領域における動作説明図 本発明の実施の形態2における自律走行装置の装置本体の動作説明図 同自律走行装置の装置本体における他の動作説明図
符号の説明
1 装置本体
2 障害物検知手段
3 方向検知手段
4 距離認識手段
5 制御手段
6 位置認識手段
7 走行手段
11 設定入力手段
12 計時手段
13 温度検知手段

Claims (9)

  1. 装置本体と、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、装置本体の移動方向を検知する方向検知手段と、装置本体を移動走行させる走行手段と、前記各手段の出力を受けて走行手段を制御する制御手段とを有し、制御手段は方向検知手段の出力補正モードを有する自律走行装置。
  2. 直角の壁面で装置本体を回転させ装置本体の側面に複数配置された障害物検知手段の出力により方向検知手段の出力補正を行う請求項1に記載の自律走行装置。
  3. 障害物検知手段は少なくとも装置本体の前方および側面それぞれに複数個配置され、制御手段は装置本体の回転時に障害物検知手段の出力により直角の壁面の判断を行い、直角の壁面であると判定した際に方向検知手段の出力補正を行う請求項1または2に記載の自律走行装置。
  4. 制御手段は方向検知手段の出力補正を行う際、通電時からの所定の経過時間を必ず確保するようにした請求項1〜3のいずれか1項に記載の自律走行装置。
  5. 装置本体の雰囲気温度を検知する温度検知手段を備え、制御手段は所定温度差以上で方向検知手段の出力補正を実行するようにした請求項1〜4のいずれか1項に記載の自律走行装置。
  6. 制御手段は側面の壁で時計、反時計方向に1回転した際の障害物検知手段の検知距離を基に方向検知手段の出力補正を実行するようにした請求項1〜5のいずれか1項に記載の自律走行装置。
  7. 制御手段は方向検知手段の出力補正に適した直角の壁面を認識不能な場合、側面の壁で時計、反時計方向に1回転した際の障害物検知手段の検知距離を基に方向検知手段の出力補正を実行するようにした請求項1〜6のいずれか1項に記載の自律走行装置。
  8. 制御手段は障害物検知手段の装置本体の側面に存在する壁の検知距離を基に方向検知手段の出力補正を行う場所を決定し出力補正を実行する請求項6または7に記載の自律走行装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の自律走行装置における手段の少なくとも一部をコンピュータにより実行させるためのプログラム。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016051343A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 株式会社東芝 自律走行体
JP2016086906A (ja) * 2014-10-30 2016-05-23 三菱電機株式会社 自走式掃除機
JP2017503267A (ja) * 2013-12-18 2017-01-26 アイロボット コーポレイション 自律移動ロボット
JP2018114067A (ja) * 2017-01-17 2018-07-26 シャープ株式会社 自走式掃除機

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