JP2009169802A - 自律走行装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】本体が障害物の狭間を通過することを試みることができ、狭い場所に入り込んだ場合には脱出を容易にすることが可能な自律走行装置およびプログラムを提供すること。
【解決手段】本体１を移動させる走行手段３と、本体１の前進方向に対して障害物１２が左右のどちら側にあるか判別し障害物１２までの離間距離を測定できる複数の障害物検知手段６と、複数の障害物検知手段６の信号に基づいて走行手段３を制御して本体１を移動させる移動制御手段２１とを備え、障害物検知手段６で検知する障害物１２までの検知距離が接近限界距離以下になると停止制御することを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、障害物を回避して自律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としては、例えば、清掃機能を有して、複雑な制御を行うことなく清掃領域を効率よく清掃するようにするというものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来の自律走行装置のブロック図、図９は、従来の自律走行装置の障害物回避制御の動作説明図である。

図８に示すように、移動制御手段１０８は障害物検知手段１０９、１１０からの入力に応じて、左駆動モータ１０２および右駆動モータ１０３への出力を制御する。

障害物回避制御としては、図９に示すように矢印ａ１の方向に移動中にＰ１地点で障害物Ｗ１を検出した場合は直ちに停止し、障害物検知手段１０９、１１０の測距データを比較して障害物Ｗ１が本体１０１の左右どちら側にあるのかを判断する。この図の場合、障害物Ｗ１は障害物検知手段１１０の近くに検出されるので、本体１０１の右側に障害物Ｗ１があると判断して本体１０１を左向きに任意の角度Θ１だけ方向転換し、矢印ｂ１の方向に直進する。以上のように、簡単な構成で複雑な制御を行わずに効率よく清掃領域を移動できるというものである。
特開２００２−１３６４５４号公報

しかしながら、前記従来の自律走行装置では、障害物を検知したときの本体の回転角度が任意であると、次のような不都合がある。例えば、回転角度（例えば、９０度以上の大きい角度）が多き過ぎた場合、回転後に新たな障害物を検知して直進できず、一旦停止して再度、回転して障害物を回避しないといけない可能性がある。その時、先と同じ回転角度（９０度以上の角度）を回転すると、最初の障害物とぶつかる可能性があり、最初の障害物を再度回避する必要が生じる。しかし、ランダムな角度で回転させると、何時になったら回避動作を完了するのか判らなくなる。

本発明は、本体が狭い間を通過できるか否かを判断して通過することを試みることができ、さらに、狭い場所に入り込んだ場合には脱出を容易にすることが可能な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、本体を移動させる走行手段と、前記本体の前進方向に対して障害物が左右のどちら側にあるか判別し障害物までの離間距離を測定できる複数の障害物検知手段と、前記複数の障害物検知手段の検知出力に基づいて前記走行手段を制御し前記本体を移動させる移動制御手段とを備え、前記障害物検知手段で検知する障害物までの検知距離が接近限界距離以下になると停止制御することを特徴としたものである。

本発明の自律走行装置、およびプログラムは、障害物検知状況によって、本体が狭い間を通過できるか否かを判断し、通過できると判断した場合は、通過することを試みることで、より広くの領域を走行し、さらに、狭い場所に入り込んだ場合でも容易に脱出することができる。特に、本発明の自律走行装置に清掃機能を備えると、ゴミや埃が溜まり易い狭い障害物が乱立した場所に入って行き、掃除することが可能になるため、清掃可能な範囲が広がるということで効果が大きい。

第１の発明は、本体を移動させる走行手段と、前記本体の前進方向に対して障害物が左右のどちら側にあるか判別し障害物までの離間距離を測定できる複数の障害物検知手段と、前記複数の障害物検知手段の検知出力に基づいて前記走行手段を制御し前記本体を移動させる移動制御手段とを備え、前記障害物検知手段で検知する障害物までの検知距離が接近限界距離以下になると停止制御することを特徴とした自律走行装置であり、障害物が左右のどちら側に在るかが判別できるため、回避すべき方向が直ぐに決定され、障害物を効率良く回避することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、複数の障害物検知手段が測定した複数の障害物までの検知距離を基に、本体が前記複数の障害物の狭間を通過できるか否かを判断する狭間通過判別手段を備え、前記狭間通過判別手段で前記本体が前記複数の障害物の狭間を通過できると判断した場合は、前記本体を前進させることを特徴とした自律走行装置としたことで、本体が通過できると判断したところは、全ての方向に対して前進を試みるため、障害物の狭間でも走行可能となり、高い走行カバー率を実現できる。

第３の発明は、特に、第２の発明における移動制御手段は、狭間通過判別手段で本体が複数の障害物の狭間を通過できると判断した際、前進して前記複数の障害物検知手段で検知する左右の検知距離が共に接近限界距離以下になると、前記本体を停止させ回避動作させることを特徴とした自律走行装置とすることで、本体前方の左右で障害物が検知されれば、本体前方には障害物の壁が存在するもの、または障害物の狭間が狭すぎると判断することができ、通過できない障害物の狭間を無理に通過しようとしないので、無駄な動作をしなくてすむ。

第４の発明は、特に、第２または３の発明において、複数の検知部で構成され本体の前進方向に対して左右のどちら側が衝突したかを判別できる衝突検知手段と、複数の障害物検知手段および前記衝突検知手段の検知出力に基づいて走行手段を制御し前記本体を移動させる移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、前記本体が狭間を通過できると判断した場合に、前記衝突検知手段で前記本体の左右どちらかの衝突検知をすると、一旦、バックして衝突検知した方向と反対方向に所定角度回転することにより方向転換して前進することを特徴とした自律走行装置としたものであり、本体が障害物に衝突するまで、障害物の狭間を通過することを試みるため、本体が複数の障害物の狭間を通過することが可能になる。

第５の発明は、特に、第４の発明における移動制御手段は、本体が障害物に衝突して方向転換する度に、前記本体を回転させる回転角度を小さくすることを特徴とした自律走行装置とするもので、本体が障害物に衝突する度に回転角度を小さくしていくことで、本体の進行方向を程よく微調整することができ、通過可能な障害物の狭間であれば本体の通過を確実にできる。

第６の発明は、特に、第５の発明における回転角度を、衝突するたびに１／２に小さくしていくことを特徴とした自律走行装置としたものであり、本体が通過できる障害物の狭間への切返し動作少なくして確実に通過する。

第７の発明は、特に、第５または６の発明における移動制御手段は、衝突検知手段が左右の両方で衝突検知した場合、本体が複数の障害物の狭間を通れないと判断し、前記本体を停止させて回避動作することを特徴とした自律走行装置とするものであり、障害物検知手段の検知精度が低い場合においても、衝突検知手段の検出信号によって、障害物の狭間が本体幅より小さいことがわかる。

第８の発明は、特に、第２〜７の発明いずれか１つにおける狭間通過判別手段は、本体が複数の障害物の狭間を通過できると判断した場合に、障害物に対して接近可能な接近限界距離を小さくして、前記本体が前記狭間を通過することの可否を再度判断することを特徴とした自律走行装置とすることにより、本体が複数の障害物の狭間を通過する時に、本体が複数の障害物に近づいても、狭間通過判別手段が通過できないと判断を覆すことなく本体を前進させることができ、本体が通過可能な狭間を見逃すことなく通過することができる。

第９の発明は、特に、第３〜８の発明のいずれか１つにおける狭間通過判別手段は、本体が複数の障害物の狭間を通過できると判断して、障害物に対して接近可能な接近限界距離を小さくした後に再度判断し、前記本体が狭間を通過できないと判断した場合に、前記接近限界距離を大きくして元に戻すことを特徴とした自律走行装置とすることにより、本体が障害物の狭間を通過した後は、本体が別の障害物に近づくと障害物の手前で確実に停止することができる。

第１０の発明は、特に、第１〜９の発明いずれか１つにおいて、清掃機能を備えたことにより、ゴミや埃が溜まり易い障害物が乱立した狭い場所にも入り込めて、清掃することができる。

第１１の発明は、特に、第２〜１０の発明のいずれか１つにおける移動制御手段は、本体が壁際に沿って走行する以外の走行では、前記本体が複数の障害物の狭間を通過することの可否を前記狭間通過判別手段で判断せずに、前記本体の走行を制御することを特徴とした自律走行装置とするものであり、いつでも狭い場所に入り込むことはしないことで無駄な動作を少なくすることができる。

第１２の発明は、第１〜１１の発明のいずれか１つの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現させるためのプログラムである。プログラムであるので電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させて本発明の自律走行装置を自律走行させて、障害物の狭間を走行させつつ掃除を行うことができる。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やインストール作業が簡単にできる。

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、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１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における自律走行装置を上から見た模式図、図２は、本発明の第１の実施の形態における自律走行装置の移動制御周辺部のブロック図、図３は、本発明の第１の実施の形態における自律走行装置の超音波検知距離を示す説明図である。

図１において、自律走行装置の本体１は、駆動走行するために左右に配置された駆動輪２と、左側の駆動輪を駆動する左駆動モータ３ａと、右側の駆動輪を駆動する右駆動モータ３ｂと、清掃手段４とで構成される。清掃手段４は、ノズル、ブラシ及び吸引モータで構成され、床面にある埃やゴミを吸い取る清掃機能を有している。走行手段３は、左駆動モータ３ａと右駆動モータ３ｂとから成り、左駆動モータ３ａおよび右駆動モータ３ｂを同一方向に前転して本体１を前進させ、同一方向に逆転して本体１を後退させ、左駆動モータ３ａと右駆動モータ３ｂを独立に回転制御することにより、本体１の移動方向が変更することができ、操舵手段の機能を兼ねている。

また、前方の障害物を検知するために、左超音波送信手段５ａと右超音波送信手段５ｂとの２つの超音波送信手段から一定期間毎に超音波が送信され、障害物で反射した超音波を左超音波受信手段６ａ、中超音波受信手段６ｂ及び右超音波受信手段６ｃの３つの超音波センサ受信手段で受信することにより、障害物までの離間距離を測定する。なお、検知範囲は、図１に示したように主に左超音波受信手段６ａが自律走行装置の前方左側方向を検知し、中超音波受信手段６ｂが前方中央方向を検知し、右超音波受信手段６ｃが前方右側方向を検知するようになっている。

さらに、近距離を測定するために赤外線センサを利用した左赤外線送受信手段７ａを本体１左側面に、右赤外線送受信手段７ｂを本体１右側面に各々備えており、壁沿いに走行する際の壁面との平行状態を検出するために用いる。左赤外線送受信手段７ａおよび右赤外線送受信手段７ｂの取り付け位置は、前後方向中心線より本体１中心からＸ＝１８度前方方向に寄った位置に取り付けている。このように赤外線送受信手段の取り付け位置は、真横もしくは少し前方の位置に配置することで、本体１を壁面に対して平行な状態を維持する際、および障害物を回避する際に利用するのに効果を発揮する。

また、走行中の本体１を支えるために補助車輪８が複数あり（図示は１つのみ）、補助車輪が回転しているか否かによって、本体１の走行状態を検知するための走行センサ９を備えている。

また、本体１の前方部には万が一、障害物に衝突したときに衝突を検知する衝突検知手段１０を備えている。なお、衝突検知手段１０は、本体左側と本体中央前方側と本体右側の３方向の衝突時の方向が検知でき、左衝突検知手段１０ａ、中衝突検知手段１０ｂ、右衝突検知手段１０ｃで構成されている。衝突検知手段１０は、バンパ構造をしており、衝突するとスイッチが押されて、衝突したことを検知する。このようなメカ的な方法で検知すると、衝突の有無を確実に検知できるが、故障し易い欠点を有する。衝突検知の不確実性が許容できるのであれば、赤外線等の光受発光を利用して検知するような方法を用いても良い。

また、本体の向いている角度を把握するために、角速度計測手段１１を備えている。角速度計測手段１１は、具体的にはジャイロセンサ等を用い、本体１を所定角度回転する時などに利用する。

図２において、移動制御手段２１は、左超音波受信手段６ａ、中超音波受信手段６ｂ及び右超音波受信手段６ｃで構成される障害物検知手段６と、左衝突検知手段１０ａ、中衝突検知手段１０ｂ及び右衝突検知手段１０ｃで構成される衝突検知手段１０からの検出信号に応じて、移動制御手段２１が走行手段３である左駆動モータ３ａ及び右駆動モータ３ｂへの出力を制御し、本体１の進行方向を操舵する。

また、障害物検知手段６あるいは衝突検知手段１０で障害物を検知した場合には、左赤外線送受信手段７ａおよび左赤外線送受信手段７ｂで構成される測距手段７で距離を測定し、移動制御手段２１は、左駆動モータ３ａおよび右駆動モータ３ｂへの出力を制御して、障害物回避制御を行い、障害物を回避する。なお、測距手段７に赤外線送受信センサを用いたのは、超音波検知センサよりも指向性が高く、近接距離が精度良く検知できるためである。

また、壁１２ａ際に沿って走行する場合は、移動制御手段２１は、壁１２ａに沿った方向の測距手段７の入力に応じて、左駆動モータ３ａおよび右駆動モータ３ｂへの出力を制御して、本体１を壁１２ａ際に沿って移動させる際に移動制御を行う。

また、本体１を所定角度回転したりする時に、角速度計測手段１１の計測値を利用して、移動制御手段２１を介して左駆動モータ３ａおよび右駆動モータ３ｂへの出力を制御して、回転を終了したりすることができる。

また、狭間通過判別手段２４は、障害物が本体との限界接近距離以下を検知して停止した時に、障害物検知手段６の検知状況に応じて、本体１が狭い間隔の場所を通過するか否かを判定する。

なお、超音波を利用して障害物を検知して算出した距離は、図３に示すように、中超音波受信手段６ｂの検知距離をＭＤとし、左超音波受信手段６ｂの検知距離をＬＤとし、右超音波受信手段６ｃの検知距離をＲＤとする。超音波送信手段５ａ、５ｂと超音波受信手段６ａ、６ｂ、６ｃが同じ位置ではないため、超音波から障害物までの往路と、障害物から受信部までの復路の距離には差が生じ、超音波の送信から受信までの時間差に予め計算したオフセット値を考慮して、近似的に換算した検知距離を求める。

図４（ａ）は、本体１の本体幅より広い間隔に障害物がある環境、図４（ｂ）は、本体１の本体幅より狭い間隔に障害物がある環境を想定し、図５の狭間通過判別手段の狭間判定動作を示すフローチャートを用いて、狭間通過判別動作を説明する。

まず、図４（ａ）において、本体１は、走行制御手段２１の際移動制御により、右側の壁１２ａ沿いに走行してきたこととする（Ｓ１１）。この壁沿いに走行する動作を壁沿い走行モードと呼ぶこととする。

壁沿い走行モードでは、右赤外線送受信手段７ｂによる距離測定によって、壁１２ａまでの距離が所定値を保つように壁１２ａに沿って走行する。そして、本体１が左側の障害物１２ｂに接近した時、左超音波受信手段６ａにより本体１が左側の障害物１２ｂに接近限界距離以下まで接近したことを検知すると（Ｓ１２）、本体１の進行を一旦停止する（Ｓ１３）。本実施の形態では、本体１が停止する判断基準となる、障害物との接近限界距離は、壁沿い走行モードにおいては２ｃｍとする。

停止した時に、狭間通過判別手段２４により、中超音波受信手段６ｂが検知する本体１から障害物までの検知距離が第１の所定距離Ｄ１より遠く、本実施の形態では第１の所定距離Ｄ１＝１０ｃｍより遠くに障害物があること、即ち、本体１の正面間近には障害物が無いことを確認する。且つ、接近限界距離以下で検知した障害物の方向と反対方向の左超音波受信手段６ｃの検知距離が第２の所定距離Ｄ２（＝３ｃｍ）〜第３の所定距離Ｄ３（＝１５ｃｍ）の間であれば（Ｓ１４）、本体１の左側にも障害物があることを把握し、かつその障害物の間を本体１が通過できると判断して（Ｓ１５）、本体１が左方向に直進しても右障害物に衝突しない角度まで本体１方向を回転する（Ｓ１６）。

そして、壁沿い走行を一時中断して、障害物検知手段６である左超音波受信手段６ａと右超音波受信手段６ｃの障害物までの接近限界距離を２ｃｍから０．５ｃｍに変更し（Ｓ１７）、一定距離（例えば、本体１の大きさに相当する距離）前進する（Ｓ１８）。これにより、本体１を壁１２ａに沿わずに障害物の狭間を通過させることが可能になる。つまり、接近限界距離を小さくするのは、本体幅ぎりぎりの間隔にある障害物１２ａ、１２ｂの狭間を通過させるため、障害物の際まで接近することを可能とさせるためである。

一定距離（例えば、本体１の大きさに相当する距離）前進できると、本体１が障害物１２ｂ、１２ｃの狭間の通過を完了したものと判断し（Ｓ１９）、壁沿い走行モードの移動制御へ戻る（Ｓ２０）。このように、（Ｓ１５）〜（Ｓ１９）までの一定距離前進する動作を、以下、狭間通過モードと呼ぶこととする。

（Ｓ１４）で狭間通過の判定条件に合わない場合は、狭間通過モードを止めて元の壁沿い走行モードで走行する（Ｓ２１）。

図４（ｂ）においては、本体１は、壁沿い走行モードで、同様に際移動制御により右側の壁沿いを沿って走行してきて（Ｓ１１）、図４（ａ）と同様に一番右の障害物が接近限界距離以下に入ったため停止する（本体点線で示した位置）。次に一番右の障害物を本体回転により回避して再び前進した場合に、右から２つ目の障害物を右超音波受信手段６ａにより接近限界距離以下を検知して（Ｓ１２）、停止する（Ｓ１３）（本体が図の実線で示した位置）。

停止した時に、狭間通過判別手段２４により、中超音波受信手段６ｂの検知距離は遠いが（本実施の形態では、１０ｃｍ以上）、左超音波受信手段６ｃの検知距離がＤ２以下を検知したため（Ｓ１４）、本体１が通過できないと判断し、本体１は左方向に回転して回避動作する（Ｓ１６）。

このように、狭間通過判別手段２４は、障害物までの検知距離が接近限界距離以下であることを検知して停止した時に、左、中、右の３つの超音波検知状況によって、狭間を通過するか否かを判別する。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る自律走行装置について、図１、図２、図４、図６および図７を用いて説明する。実施の形態２の自律走行装置の構成は、図１および図２に示す構成と同様であり、その説明を省略する。狭間通過する際に用いる衝突検知手段２４を活用した動作に特徴があり、その点を中心に説明する。なお、以下、説明にでてくる「壁沿い走行モード」、「狭間通過モード」の定義は、実施の形態１で説明した内容と同じことを意味する。

図６は、本発明の第２の実施の形態における自律走行装置の狭間通過モードで衝突検知した場合の動作説明図、図７は、本発明の第２の実施の形態における自律走行装置の狭間通過モードで衝突検知した場合の動作を示すフローチャートである。

図６において、壁１２ａ沿いに壁沿いモードで本体が走行してきて、左側の障害物１２ａまでの検知距離が接近限界距離以下として検知して停止した状態で、右側の障害物１２ｃの検知距離が狭間通過モードに入る条件を満たしていた場合、狭間通過モードに移行し、右方向に所定角度回転して前進した際に、図６（ａ）に示すように、本体１が右側の障害物１２ｃに接触したとする（Ｓ５１〜５４）。

障害物検知手段６で障害物を確実に検知すれば衝突することはない。しかし、例えば超音波センサでは、ある程度の硬さがあり、地面から天井への垂直方向と平行に面する障害物であれば、超音波測距センサで正確な距離が測定できるが、斜めに配置された障害物であれば、自律走行装置に返ってくる超音波の反射波が弱くなり、正確な距離が測定できない場合がある。また、光測距センサは、一般的に超音波センサと比較して指向性が強いため、自走式掃除ロボットに２つ備えた程度では、センサの死角がいたる所に生じて、障害物を検知できずに、走行制御に支障をきたすことが多い。複数の種類のセンサを数多く備えれば、死角が少なくなるが、コスト面で現実的ではないため、あらゆる環境でセンサの死角を完全に無くすことは困難であり、障害物を非接触で回避することは困難である。

このように図６（ａ）の状況になった場合は、進行してきた経路軌跡を一定距離バックする（Ｓ５５）。進行してきた経路軌跡をバックするのは、確実にバックで戻れるからであり、方向を特定せずに単にバックして、経路途中に存在していた障害物に衝突してしまう可能性を無くすためである。

バックした後、図６（ｂ）の状況から、先ほど右側の障害物１２ｃに衝突したことを検知しているので（Ｓ５６）、本体１を反対方向の左側にΘ度回転して（Ｓ５７）、右側の障害物１２ｃに対する回避を図り、図６（ｃ）の状況になる。本体１をΘ度回転した後に、次に障害物にぶつかった時に動作させるΘ角度を１／２に設定しておく（Ｓ５８）。その状態で、本体１を前進させる。

その結果、図６（ｄ）に示すように左側の障害物に接触してしまったとする。同様に進行してきた経路軌跡を一定距離バックして図６（ｅ）の位置となり、今度は、前回の半分の角度がΘ度に記憶されているので、前回の１／２の角度分を右方向に回転して（Ｓ５７）、図６（ｆ）の位置になり、本体１の直進が可能な状態になる。

つまり、本体１の前進で障害物に衝突すると、衝突の度に回転する所定角度を１／２にして、前進方向を切り返す角度を小さくして、本体１の進行方向を微調整して障害物１２ｂ、１２ｃの狭間を通り抜けるようにして、本体１を前進させる。

本体１が衝突した時に切り返す角度が所定角度で固定の場合は、本体１の進行方向を切り返す動作を位置までも繰り返す可能性があるが、衝突する度に回避する時の回転角度を１／２の角度に小さくすれば、切り返す角度が直ぐに収束するため、本体１が狭間を通過させる動作を完了させることができる。

ただし、左衝突検知手段１０ａと右衝突検知手段１０ｃの左右両方の衝突検知をした場合、あるいは、中衝突検知手段１０ｂの衝突を検知した場合は、狭間が本体幅より狭く通過できないのは明らかなので、回避動作させる（Ｓ５９）。

以上のように、本実施の形態においては、本体幅より広く通り抜けることができる間隔があれば、狭間通過判別手段で狭間通過モードにして、狭間を通過することにより、より多くの領域を走行し、さらに、狭い場所に入り込んだ場合でも容易に脱出することができる。特に、清掃機能を備えると、ゴミ、埃は溜まりやすい狭い場所は、ユーザー自身も掃除をしにくいし、清掃領域が広がるということで効果が大きい。

なお、狭間通過モードで狭間通過を中止する判断として、中衝突検知手段１０ｂもしくは左右両方の衝突検知手段１０ａ、１０ｃで衝突を検知という条件にしていたが、衝突検知する度に回避する角度を１／２にして小さくして行った時に、回避角度の限界値まで小さくして通過の可否を判断する、衝突回数に制限を設けて通過の可否を判断する、などの判断基準を設けても構わない。

また、本実施の形態では、狭間通過判別手段２４により狭間通過モードに遷移して、前進、衝突、回転回避の切返し動作で狭間通過を試みたが別の手段として、例えば、指向性の強い赤外線センサの測距手段７を利用して、２つの障害物をスキャンするように本体を一旦１８０度近く回転して回転速度と検知距離、検知タイミングから２つの障害物までの離間距離を算出して、再度、狭間を通過できる間隔か否かを判断すれば、精度良く狭間通過判断ができる。

また、狭間通過判別手段２４は、壁沿い走行中に実施したが、部屋を外周してマップを作成し、マップの中を直線的な縦方向の走行や横走行の走行などで塗りつぶしていく場合には、外周の壁沿い走行以外にも狭間判別手段を用いると、頻繁に狭い場所に入って、走行効率が落ちる恐れがあるので、壁沿い走行中のみに限定しても構わない。また勿論、縦方向の走行や横走行の走行で狭い領域から一定時間脱出できなくなった場合には、壁沿い走行モードに切り替えて、狭間判別手段を使用すると、容易に狭い領域から脱出することができる。

また、狭間通過判別手段２４は、障害物が限界停止距離以下を検知して停止した時に、３つの超音波検知手段６ａ、６ｂ、６ｃの検知距離が所定値以下か否かで、狭間通過モードにするか否かを判断したが、３つの検知距離の所定値は最適化するために可変であっても構わないし、さらに、測距手段７の検知状態も併用して、精度高くしても構わない。

また、障害物検知手段６は超音波を利用したが、超音波であれば、送信部２つと受信部３つの計５つの少ないセンサ数で本体前方のほぼ全域を効率良くカバーできるので、コスト的にも安価で実現できる。

また、狭間通過判別の精度を必要としないのであれば、本実施の形態のように左、中、右の３つの超音波受信手段６ａ、６ｂ、６ｃや衝突検知手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃを左右の２つに減らしても良いし、精度が必要であれば、３つに限らずさらに超音波受信手段や衝突検知手段の数を増やして、狭間通過判別手段６の判定条件を細分化するようにしても構わない。

また、コスト面の問題を除けば、障害物回避制御は、超音波でなくても、障害物を検知でき、同等の広角の視野をカバーできれば、赤外線センサやレーザーレンジファインダー、カメラでの画像認識を利用するなど、他の手段でも構わない。

また、狭間通過モードでは、衝突検知手段で衝突を検知して切返して狭間の通過を試みたが、近接センサ等で、衝突直前に停止することができて切返し動作ができれば、本体は障害物に対して非接触で実現できるため、本体を傷つける心配が無くなり、より一層好ましい。

また、際移動制御は、赤外線送受信手段を利用したが、超音波センサなど障害物との距離を一定に保つように制御できる測距可能な手段であればどのような手段であっても構わない。

また、測距手段７として、本体真横のやや前方に左右、赤外線送受信手段を取り付けたが、さらに追加で真横に取り付けると、αの値がさらに小さくでき、回転終了判断に利用する障害物との最接近値の精度が良くなる。

また、角速度計測手段１１では、ジャイロセンサ等を利用したが、センサを必ずしも用いなくても、駆動輪のモータを制御するＰＷＭ値や電流値などを利用して回転する角度を判別できるようにしても構わない。

なお、本実施の形態はいずれも自律走行装置の手段の全てもしくは一部として、コンピュータを機能させるためのプログラムとしても同様の構成でできるものである。

なお、本実施の形態で説明した手段・部は、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、サーバー等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してもよい。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線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及びプログラムは、自走式機器であれば、清掃に限定されたものではなく、掃除ロボット、監視ロボット、搬送ロボットや芝刈り機など障害物を回避走行する装置に、同様の方法で適用できる。

本発明の第１の実施の形態における自律走行装置を上から見た模式図 同自律走行装置の移動制御周辺部のブロック図 同自律走行装置の超音波検知距離を示す説明図 同自律走行装置の狭間通過の動作を説明するための図 同自律走行装置の狭間通過判別手段の動作を示すフローチャート 本発明の第２の実施の形態における自律走行装置の狭間通過モードで衝突検知した場合の動作説明図 同自律走行装置の狭間通過モードの動作を示すフローチャート 従来の自律走行装置のブロック図 従来の自律走行装置の障害物回避制御の動作説明図

符号の説明

１ 本体
３ 走行手段
４ 清掃手段
５ａ 左超音波送信手段
５ｂ 右超音波送信手段
６ 障害物検知手段
６ａ 左超音波受信手段
６ｂ 中超音波受信手段
６ｃ 右超音波受信手段
７ 測距手段
７ａ 左赤外線送受信手段
７ｂ 右赤外線送受信手段
１０ 衝突検知手段
１０ａ 左衝突検知手段
１０ｂ 中衝突検知手段
１０ｃ 右衝突検知手段
１２ａ 壁（障害物）
１２ｂ、１２ｃ 障害物
２１ 移動制御手段
２４ 狭間判別手段

Claims (12)

1. 本体を移動させる走行手段と、前記本体の前進方向に対して障害物が左右のどちら側にあるか判別し障害物までの離間距離を測定できる複数の障害物検知手段と、前記複数の障害物検知手段の検知出力に基づいて前記走行手段を制御し前記本体を移動させる移動制御手段とを備え、前記障害物検知手段で検知する障害物までの検知距離が接近限界距離以下になると停止制御することを特徴とした自律走行装置。
2. 複数の障害物検知手段が測定した複数の障害物までの検知距離を基に、本体が前記複数の障害物の狭間を通過できるか否かを判断する狭間通過判別手段を備え、前記狭間通過判別手段で前記本体が前記複数の障害物の狭間を通過できると判断した場合は、前記本体を前進させることを特徴とした請求項１記載の自律走行装置。
3. 移動制御手段は、狭間通過判別手段で本体が複数の障害物の狭間を通過できると判断した際、前進して前記複数の障害物検知手段で検知する左右の検知距離が共に接近限界距離以下になると、前記本体を停止させ回避動作させることを特徴とした請求項２記載の自律走行装置。
4. 複数の検知部で構成され本体の前進方向に対して左右のどちら側が衝突したかを判別できる衝突検知手段と、複数の障害物検知手段および前記衝突検知手段の検知出力に基づいて走行手段を制御し前記本体を移動させる移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、前記本体が狭間を通過できると判断した場合に、前記衝突検知手段で前記本体の左右どちらかの衝突検知をすると、一旦、バックして衝突検知した方向と反対方向に所定角度回転することにより方向転換して前進することを特徴とした請求項２または３記載の自律走行装置。
5. 移動制御手段は、本体が障害物に衝突して方向転換する度に、前記本体を回転させる回転角度を小さくすることを特徴とした請求項４記載の自律走行装置。
6. 回転角度を、衝突するたびに１／２に小さくしていくことを特徴とした請求項５記載の自律走行装置。
7. 移動制御手段は、衝突検知手段が左右の両方で衝突検知した場合、本体が複数の障害物の狭間を通れないと判断し、前記本体を停止させて回避動作することを特徴とした請求項５または６記載の自律走行装置。
8. 狭間通過判別手段は、本体が複数の障害物の狭間を通過できると判断した場合に、障害物に対して接近可能な接近限界距離を小さくして、前記本体が前記狭間を通過することの可否を再度判断することを特徴とした請求項２〜７のいずれか１項に記載の自律走行装置。
9. 狭間通過判別手段は、本体が複数の障害物の狭間を通過できると判断して、障害物に対して接近可能な接近限界距離を小さくした後に再度判断し、前記本体が狭間を通過できないと判断した場合に、前記接近限界距離を大きくして元に戻すことを特徴とした請求項３〜８のいずれか１項に記載の自律走行装置。
10. 清掃機能を備えたことを特徴とした請求項１〜９のいずれか１項に記載の自律走行装置。
11. 移動制御手段は、本体が壁際に沿って走行する以外の走行では、前記本体が複数の障害物の狭間を通過することの可否を前記狭間通過判別手段で判断せずに、前記本体の走行を制御することを特徴とした請求項２〜１０のいずれか１項に記載の自律走行装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項記載の自律走行装置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。

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