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

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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