JP2009301247A

JP2009301247A - 自律移動ロボットの仮想壁システム

Info

Publication number: JP2009301247A
Application number: JP2008153660A
Authority: JP
Inventors: Ko Tanaka; 航田中; Yuko Okada; 祐子岡田; Taiji Tajima; 泰治田島; Takuya Kawabe; 拓也川邊
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】
本発明は自律移動ロボットに関わり、特に部屋の中を自走して掃除を行う自走式掃除機の進入禁止領域への移動を制限する仮想壁システムに関するものである。
【解決手段】
信号を送信する第１の送信手段と、第１の送信手段からの信号を受信する第１の受信手段と、第１の受信手段の信号の変化を検出する状態検出手段と、自律移動ロボットに信号を送信する第２の送信手段と、状態検出手段が検出した信号に基づいて送信手段を制御する第１の制御手段とを備えた仮想壁システムと、第２の送信手段からの信号を受信する第２の受信手段と、自律移動ロボットを移動させる移動手段と、第２の受信手段が受信した信号に基づいて移動ロボットの移動量や方向を演算する演算手段と、演算手段により演算された移動ロボットの移動量や方向に基づき移動手段を制御する制御手段とを備えた自立移動ロボットを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は自律移動ロボットに関わり、特に部屋の中を自走して掃除を行う自走式掃除機の移動領域を制限する仮想壁システムに関するものである。

自律的に移動する自律移動ロボットの移動可能領域を制限し、効率的に仕事をさせるシステムが必要とされている。自走式掃除機を例に挙げる。自走式掃除機は部屋を自律的に移動しながら掃除を行うものであるが、ユーザが掃除をさせたい領域から自走式掃除機が離脱してしまう恐れや進入して欲しくない領域に進入する恐れがある。

例えば、ある部屋を掃除させたいために自走式掃除機を運転させたが、隣接した部屋間に物理的な仕切りがない場合、その部屋の掃除が終わる前に別の部屋に移動してしまう恐れがある。解決策としては、部屋と部屋との間のドアを閉めて物理的に移動できないようにする方法が考えられるが、ドアが存在しない状況も想定される。物理的に障害物を設置する方法も考えられるが、ユーザにとっては自身が移動するときの障害になるため、掃除をするたびに設置と撤収を繰り返すことになり、煩雑である。

部屋同士の移動に関する課題だけではなく、１つの部屋内においても、ある空間に閉じ込めておきたいという要望もある。また、逆に部屋の中のある領域には進入して欲しくないという要望もある。そう言った場合は物理的な障害物を設置することは現実的ではない。以上のように、特定の領域内に移動を制限したり、特定の領域に進入しないようにする技術は自律移動ロボットにとって有益であると考えられる。

自律移動ロボットの移動可能領域を制限するために、ある種の境界を生成しその境界を移動ロボットが越えないように運用するシステムが考えられている。物理的な障害とならず、ヒトの目には見えないためユーザの邪魔にならないという利点によって、境界の生成に光線や音波が利用されたシステムが提案されている。これは、境界信号を用いて、仮想的な壁を生成し、自律移動ロボットがその仮想的な壁を検出することでそれ以上進行できないようにするシステムである。

特許文献１では、境界信号（仮想壁）として赤外線ビームを利用し、境界信号発生装置が境界を規定する赤外線ビームを送信し、その信号をロボットが検出することで、赤外線ビームを越えないようにロボットを制御する方法が記載されている。赤外線は照明条件等に影響を受けやすいので、特許文献２では、境界信号に超音波を利用する方法が記載されている。

特開２００３−２２８４２１号公報特開２００７−１７５２８６号公報

特許文献１および特許文献２では、自律移動ロボットが境界信号発生装置から送信された境界信号を受信し、その境界信号が作った境界を越えないように自律移動ロボット自身が判断し、行動するものである。当該文献らに記載の領域制限方法では、赤外線も超音波も人の目には見えないものであるため、使用するユーザはどの領域に境界を生成できているのか、つまりどの範囲に境界信号が送信されているのかを確認できない。よって、ユーザが境界を生成したと判断した領域が、実際は生成できておらず、ユーザが進入を制限したい領域に自律移動ロボットが進入してしまう恐れがある。

また、当該文献らに記載の方法において、境界信号はある一定の幅を持った信号として明記されている。よって、ユーザが設定したい境界線よりも内側で自律移動ロボットが境界線を認識してしまう恐れがある。自走式掃除機を対象とした場合、境界線ぎりぎりまで進入できなければ、その部分の際の掃除ができない恐れがある。

本発明の目的は前記課題を解決し、ユーザにとって境界信号の生成を確認でき、境界ぎりぎりまで自律移動ロボットが進入できる仮想壁システムを提供することである。

前記課題を解決するために本発明の仮想壁システムは、仮想壁発生装置と自律移動ロボットとを備えている。

請求項１に記載の発明では、仮想壁システムは、信号を送信する第１の送信手段と、第１の送信手段からの信号を受信する第１の受信手段と、第１の受信手段の信号を検出する状態検出手段と、状態検出手段が検出した信号に基づいて自律移動ロボットに信号を送信する第２の送信手段と、第２の送信手段を制御する第１の制御手段とを備えた仮想壁発生装置と、第２の送信手段からの信号を受信する第２の受信手段と、自律移動ロボットを移動させる移動手段と、第２の受信手段が受信した信号に基づいて自律移動ロボットの移動量や方向を演算する演算手段と、演算手段により演算された移動ロボットの移動量や方向に基づいて移動手段を制御する第２の制御手段とを備えた自律移動ロボットを有している。

または、請求項２に記載の発明では、仮想壁システムは、信号を送信する第１の送信手段と、第１の送信手段からの信号を受信する第１の受信手段と、第１の受信手段の信号を検出する状態検出手段と、状態検出手段が検出した信号に基づいて自律移動ロボットの移動量や方向を演算する演算手段と、演算手段により演算された自律移動ロボットの移動量や方向などの情報を自律移動ロボットに送信する第２の送信手段と、第２の送信手段を制御する第１の制御手段とを備えた仮想壁発生装置と、第２の送信手段からの信号を受信する第２の受信手段と、自律移動ロボットを移動させる移動手段と、第２の受信手段が受信した信号に基づいて移動手段を制御する第２の制御手段とを備えた自律移動ロボットを有している。

また、仮想壁発生装置は、状態検出手段の検出結果を表示することができる状態表示手段を有している。

さらに、仮想壁発生装置は、第１の送信手段と受信手段と状態検出手段を組み合わせて、第１の送信手段の送信方向における物体までの距離を検出する距離検出手段を備えている。

そして、請求項５に記載の発明では、仮想壁システムは、信号を送信する第１の送信手段と、第１の送信手段からの信号を受信する第１の受信手段と、信号を送信する第２の送信手段と、第２の送信手段からの信号を受信する第２の受信手段と、第１の受信手段が受信した信号を検出する第１の状態検出手段と、第２の受信手段が受信した信号を検出する第２の状態検出手段と、第１の状態検出手段が検出した信号および第２の状態検出手段が検出した信号のいずれか、または両方に基づき前記自律移動ロボットに信号を送信する第３の送信手段と、第３の送信手段を制御する第１制御手段とを備えた仮想壁発生装置と、第３の送信手段からの信号を受信する第３の受信手段と、自律移動ロボットを移動させる移動手段と、第３の受信手段が受信した信号に基づいて自律移動ロボットの移動量や方向を演算する演算手段と、演算手段により演算された自律移動ロボットの移動量や方向に基づいて移動手段を制御する第２の制御手段とを備えた自律移動ロボットを有している。

そして、請求項６に記載の発明では、仮想壁システムは、信号を送信する第１の送信手段と、第１の送信手段からの信号を受信する第１の受信手段と、信号を送信する第２の送信手段と、第２の送信手段からの信号を受信する第２の受信手段と、第１の受信手段が受信した信号を検出する第１の状態検出手段と、第２の受信手段が受信した信号を検出する第２の状態検出手段と、第１の状態検出手段が検出した信号および第２の状態検出手段が検出した信号のいずれか、または両方に基づいて前記自律移動ロボットの移動量や方向を演算する演算手段と、演算手段により演算された自律移動ロボットの移動量や方向などの情報を自律移動ロボットに送信する第３の送信手段と、第３の送信手段を制御する第１の制御手段とを備えた仮想壁発生装置と、第３の送信手段からの信号を受信する第３の受信手段と、自律移動ロボットを移動させる移動手段と、第３の受信手段により受信された信号に基づいて自律移動ロボットを制御する第２の制御手段とを備えた自律移動ロボットを有している。

また、第１の送信手段と第２の送信手段の送信方向は水平方向に平行な同一平面内でお互い平行な関係を持つ。

さらに、第１の送信手段と第１の受信手段と第１状態検出手段との組み合わせで、第１の送信手段の送信方向に存在する物体までの距離を検出することができる第１の距離検出手段を構成し、第２の送信手段と第２の受信手段と第２状態検出手段との組み合わせで、第２の送信手段の送信方向に存在する物体までの距離を検出することができる第２の距離検出手段を構成している。

以上の装置を利用することで、自律移動ロボットが境界線を確実に越えることが無く、また境界線が生成されている場所をユーザが確認することができる仮想壁システムを実現することができる。

本発明によれば、仮想壁発生装置は境界の生成と物体が進入したことの検出を行うことができる。さらに、仮想壁発生装置は状態表示手段を持っており、物体が境界へ進入したことをユーザに提示することができる。これにより、例えばユーザが仮想壁発生装置の生成している境界線を手で遮れば、仮想壁発生装置は境界への物体の進入を検出し、状態表示装置によってそのことを表示することができる。これにより、ユーザは境界領域を確認することができる。

以下、図面を用いて本発明における最良の実施形態を説明する。図１は自走式掃除機１と仮想壁発生装置１００の模式図である。図２は自走式掃除機１と仮想壁発生装置１００の構成を表すブロック図である。

自走式掃除機１は円筒形状をしており、前面にバンパ部１５を備えている。円筒形状をしていることでその場回転をしても周りの障害物に接触する恐れが無い。バンパ部１５は弾性体（図示せず）で支持されている。バンパ部１５は前後に揺動するよう構成されており、前方からの圧力により後方に揺動する。圧力から開放されると弾性体の力により元の位置に戻る。また、バンパ部１５は複数の障害物検出センサ（図示せず）を備えている。

自走式掃除機１は前後方向中央左右対称に２つの独立した左駆動輪３５，右駆動輪４５を備えている。そして、左駆動輪３５，右駆動輪４５に指令を出すことで自走式掃除機１を走行させることができる走行駆動装置６０を有している。２つの左駆動輪３５，右駆動輪４５をそれぞれ独立に駆動することによって、自走式掃除機１は直進，後退、その場回転などを行うことが可能となっている。

自走式掃除機１は障害物検出センサの情報や仮想壁発生装置１００から受信した情報などを基に、自走式掃除機１の動作計画を生成する制御装置４０を有しており、制御装置４０が走行駆動装置６０に指令することで自走式掃除機１は動作を行う。また、センサ情報や走行情報など各種情報を記憶しておく記憶装置５０を有している。

自走式掃除機１は仮想壁発生装置１００の通信装置１３０から送信された情報を受信することができる通信装置２０を有している。これは仮想壁発生装置１００との通信にのみ使用する限定的なものである必要は無い。自走式掃除機１は、ユーザが自走式掃除機１に動作を指令するときに用いるリモートコントローラ（図示せず）などを有しているのが一般的である。リモートコントローラから自走式掃除機１に対して情報を送信する際に用いる通信装置と、仮想壁発生装置１００との通信に用いる通信装置は共用してもかまわない。さらに、リモートコントローラだけでなくその他通信の必要がある機器はすべてその通信装置を共用してもよく、共用せずそれぞれ独立していても良い。

仮想壁発生装置１００は、前方の物体までの距離を測定することができる距離センサ１１０を有している。この距離センサ１１０は例えば指向性の強い赤外線ビームを用いた赤外線距離センサである。

赤外線距離センサでは赤外線ビームが当たり反射した物体までの距離が検出できる。赤外線距離センサは赤外線ビームを発光する素子と物体に反射して帰ってきた赤外線ビームを受光する素子を有しているのが一般的である。そして受光した赤外線ビームの信号の強度や赤外線ビームの受光素子上での照射位置などの情報から、前方の物体まで距離を計測する。図１および図２では赤外線ビーム２４０が指す方向の物体までの距離を計測する様子を示している。距離センサ１１０は赤外線を利用したものに限らず、超音波を用いたものでも実現可能であるが、指向性が強いほうが望ましい。

仮想壁発生装置１００は、状態を表示することができる状態表示装置１２０を有している。これはＬＥＤを点けたり消したりする程度の簡単なものでも良いし、ディスプレイ状のもので複雑は情報が提示可能なものでも良い。

仮想壁発生装置１００は、自走式掃除機１に設置された通信装置２０と情報のやり取りができる通信装置１３０を有している。

仮想壁発生装置１００は、制御装置１４０と記憶装置１５０を有している。制御装置１４０は前記した距離センサ１１０の値を基に、自走式掃除機１の通信装置２０に情報を送信したり、状態表示装置１２０を制御したりするために搭載されている。記憶装置１５０は検出した距離などの各種情報を記憶するために搭載されている。

仮想壁発生装置１００は距離センサ１１０や通信装置１３０，状態表示装置１２０などを駆動するためのバッテリ（図示せず）を有している。ＡＣ電源から電源ケーブルを用いた給電でも良いが、自身にバッテリを有することで、持ち運びが容易で、設置場所の制限も少なくできる。

仮想壁発生装置１００は電源スイッチ１７０を有しており、ユーザは仮想壁を生成したい場所に仮想壁発生装置１００を設置した後、その電源を投入することで仮想壁発生装置１００を駆動させることができる。

仮想壁発生装置１００は距離センサ１１０により前方にある物体までの距離を検出することができる。図１では壁２５０までの距離を検出することができる。図１において、壁２５０までの間に物体が出現すると、赤外線ビーム２４０はその物体に反射する。そして距離センサ１１０はその物体までの距離を検出する。つまり、仮想壁発生装置１００の前方に自走式掃除機１が移動してくると、仮想壁発生装置１００に搭載されている距離センサ１１０の検出距離が変化する。これにより、仮想壁発生装置１００は前方に自走式掃除機１が存在することを検出することができる。このときに仮想壁発生装置１００の制御装置１４０は状態表示装置１２０を制御し物体の検出を表示することができる。また、通信装置１３０を用いて自走式掃除機１の通信装置２０に対して情報を送信することができる。

この構成により、例えばユーザが仮想壁発生装置１００の距離センサ１１０が送信している赤外線ビーム２４０を手で遮れば、距離センサ１１０の検出距離が変化し仮想壁発生装置１００は境界への物体の進入を検出する。そして、状態表示装置１２０によってそのことを表示することができる。これにより、ユーザは境界領域を確認することができる。

図３は仮想壁システムの概要を表す模式図である。図３には部屋Ｒ１と部屋Ｒ２が描かれている。その部屋Ｒ１およびＲ２には、机２００，椅子２０１，ソファ２０２，テレビ２０３，タンス２０４などが設置されている。また、仮想壁発生装置１００と自走式掃除機１も設置されており、ユーザは部屋Ｒ１を自走式掃除機１によって掃除をしたいと考えている。部屋Ｒ１と部屋Ｒ２の間は戸口が無く、または戸口が開かれており、空間的に連続な状態となっている。

自走式掃除機１は空間的に連続しているところは、乗り越えられない段差などが無い限り、自由に移動することができる。図３のような環境では、部屋Ｒ１と部屋Ｒ２の間を自由に行き来することが可能である。ユーザは部屋Ｒ１のみを掃除したい。しかし、部屋Ｒ１と部屋Ｒ２と空間的に連続であるため、自走式掃除機１は部屋Ｒ１から部屋Ｒ２に移動する可能性がある。部屋Ｒ２に進入している時間は部屋Ｒ１の掃除ができないので、部屋Ｒ１の掃除の完了により多くの時間がかかる恐れがある。よって、ユーザは部屋Ｒ２に自走式掃除機１が進入することを防ぎたい、という要望を持つことが考えられる。つまり、部屋Ｒ２は自走式掃除機１にとっては進入禁止領域となる。このような場合、ユーザは図３のように仮想壁発生装置１００を設置することで、進入禁止領域を設定することができる。

仮想壁発生装置１００は赤外線ビームを利用した距離センサ１１０を有している。赤外線を用いた距離センサは指向性が強く、センサが向いている方向の物体までの距離を検出できる。仮想壁発生装置１００の距離センサ１１０が送信している赤外線ビームは境界線Ａを生成する。このとき、距離センサ１１０は壁Ａまでの距離を検出している。仮想壁発生装置１００は、それらの電源スイッチ１７０が投入されたときの距離センサ１１０の検出距離を記憶装置１５０に記憶しておく。

次の図４が境界線Ａに自走式掃除機１が接近した状態を表している。自走式掃除機１が境界線Ａ上に来ると、仮想壁発生装置１００の距離センサ１１０の検出している距離が変化する。つまり、記憶装置１５０に記憶していた電源投入時の検出距離と差が生じる。これにより、仮想壁発生装置１００は壁Ａと自身との間に物体が出現したことを検知できる。このとき、仮想壁発生装置１００はその物体を自走式掃除機１と判断し、通信装置１３０を用いて、自走式掃除機１の通信装置２０に境界線Ａ上であるという情報と検出距離データを送信する。これにより、自走式掃除機１は自身が境界線Ａを越えようとしていることと、仮想壁発生装置１００からの距離を知る。この情報を基に自走式掃除機１の制御装置４０は走行駆動装置６０に対して指令を出し、自走式掃除機１の停止や回転の処理を行う。これにより、自走式掃除機１は境界線Ａから離れて元の部屋Ｒ１に戻り、掃除を続けることができる。

次に仮想壁システムによる自走式掃除機１の進入禁止領域への進入防止アルゴリズムについて、図５〜図１２を用いて具体的に説明する。図５は進入禁止領域への進入防止アルゴリズムの各ステップの流れを示したフローチャートである。図６〜図１２は自走式掃除機１の進入禁止領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図である。

（Ｓ４０１）：図６は自走式掃除機１が仮想壁発生装置１００の生成している境界に接近しつつある様子を示している。仮想壁発生装置１００は壁Ｃから壁Ｄの間に境界線Ｐを生成している。境界線Ｐは仮想壁発生装置１００に搭載されている赤外線距離センサ１１０の赤外線ビームにより生成される。このとき、仮想壁発生装置１００の距離センサ１１０は壁Ｄまでの距離を検出しており、仮想壁発生装置１００の記憶装置１５０には壁Ｄまでの距離が記憶されている。

（Ｓ４０２）：図７が境界線Ｐ上に自走式掃除機１が来たときの様子を示している。このとき、仮想壁発生装置１００の距離センサ１１０は自走式掃除機１までの距離を検出する。記憶装置１５０に記憶されている距離と差が生じることで、仮想壁発生装置１００の制御装置１４０は壁Ｄと仮想壁発生装置１００との間に物体が出現したことを検知する。また、このとき仮想壁発生装置１００の制御装置１４０は状態表示装置１２０を駆動させ、前方に物体が存在するということを表示する。仮想壁発生装置１００の制御装置１４０はその物体を自走式掃除機１とみなす。そして、制御装置１４０は仮想壁発生装置１００の通信装置１３０を用いて自走式掃除機１の通信装置２０に対して境界線Ｐ上に来たという情報と検出距離データを送信する。

（Ｓ４０３）：それを受けた自走式掃除機１の制御装置４０は走行駆動装置６０に指令し、自走式掃除機１を後退させる。なお、ここでは自走式掃除機１は後退することで境界線Ｐ上から退避しているが、１８０度その場回転してから直進しても同様の効果が得られる。

（Ｓ４０４）：後退することで図８のように、自走式掃除機１は境界線Ｐ上から退避し、再度仮想壁発生装置１００の距離センサ１１０は壁Ｄまでの距離を検出する。このとき、仮想壁発生装置１００の制御装置１４０は通信装置１３０を用いて自走式掃除機１の通信装置２０に境界線Ｐ上から退避したことを通知する。また状態表示装置１２０に指令し、前方に物体がない（電源投入時の環境と同じ）ということを表示する。

（Ｓ４０５）：そして、図９に示すように自走式掃除機１の制御装置４０は走行駆動装置６０に指令を出し、自走式掃除機１をその場回転させる。回転角度は予め決められた角度でも良いし、ランダムに選択されたものでも良い。

（Ｓ４０６）：その後、図１０に示すように自走式掃除機１の制御装置４０は走行駆動装置６０に指令し、自走式掃除機１を直進させる。

以上の手順により、自走式掃除機１は境界線Ｐ上を超えることができず、禁止領域への進入を防止することができる。ただし、その場回転を行い、直進をしたとき、場合によってはまた直ぐに境界線Ｐ上に来てしまう恐れもある。このような場合、直前の回避運動（その場回転の角度など）を記憶装置５０に記憶しておき、それを利用することで再度境界線Ｐ上に来ないような回避運動を生成することが可能である。

逆に、境界線上に戻る方向へ回転することを利用して仮想壁の際の掃除を実現することが可能である。上記の手順により、自走式掃除機１は図１０のように掃除領域に戻れたとする。

（Ｓ４０７）：このとき、図１１に示すように、一定量前進したあと、先ほど境界線Ｐから離脱したときの回転角度を利用して、また境界線Ｐ上に戻る方向に回転する。

（Ｓ４０８）：その方向へ直進すると、再度境界線Ｐ上に自走式掃除機１が来ることになる。

ここで先ほど回避したときと同様の動作を行うことで同じように境界線Ｐ上から退避することができる。

これを繰り返すと図１２に示すようなジグザグの動作を行うことができる。この動作によって、仮想壁の際の掃除を実現することができる。

また、指向性が強い赤外線を利用することで、境界線は幅が小さい細いものが生成される。これにより、ユーザが生成した境界線ぎりぎりまで自走式掃除機は進入することができるため、掃除ができない領域を小さくすることが可能となる。

さらに、次のような手順を採用することもできる。図７に示すように自走式掃除機１が境界線Ｐ上に来たとする。ここで、自走式掃除機１はある角度でその場回転を行う。回転角度は予め決められているものでも良いし、ランダムに選択されても良い。次に自走式掃除機１はある一定量前進する。この一定量は自走式掃除機１の直径よりも小さい値とする。このとき、自走式掃除機１が進入禁止領域の方向を向いている場合、仮想壁発生装置１００の距離センサ１１０は自走式掃除機１が前進しても自走式掃除機１までの距離を検出している。このことから、今自走式掃除機１が進行した方向は進入禁止領域の方向であると判断することができる。このとき、先ほど前進した移動量分後退することでその場回転を行った位置に戻る。そして、またある角度その場回転を行い、一定量直進する。これを繰り返す。そして、自走式掃除機１が一定量直進している間に仮想壁発生装置１００の距離センサ１１０が壁Ｄまでの距離を検出すると、自走式掃除機１は境界線Ｐ上から掃除領域へ戻ったと判断することができる。

次に仮想壁発生装置が距離センサを２つ持つ場合の実施形態を説明する。距離センサを２つ設置することで以下のようなメリットがある。
・適切な退避動作を設定できる
・進入禁止領域への進入に対してより安全に制限できる

図１３に２つの赤外線を利用した距離センサ３１０Ａ，３１０Ｂを持った仮想壁発生装置３００を示す。距離センサ３１０Ａ，３１０Ｂが仮想壁発生装置３００の前面の左右にある間隔Ｓで同じ高さの位置に取り付けられている。仮想壁発生装置３００は前記仮想壁発生装置１００と同様、制御装置（図示せず），記憶装置（図示せず），電源スイッチ３７０，通信装置３３０，状態表示装置３２０を有している。

図１４〜図１８を用いて２つの距離センサ３１０Ａ，３１０Ｂを持った仮想壁発生装置３００を用いたときの、自走式掃除機１の進入禁止領域への進入防止アルゴリズムを説明する。図１４は各ステップの流れを示したフローチャートである。図１５〜図１８は各ステップを表した模式図である。

（Ｓ５０１）：図１５は仮想壁発生装置３００が生成している境界に自走式掃除機１が接近しつつある様子を示している。仮想壁発生装置３００は壁Ｅから壁Ｆの間にそれぞれの距離センサ３１０Ａ，３１０Ｂに対応した境界線Ｑ１と境界線Ｑ２を生成している。このとき、仮想壁発生装置３００に設置された距離センサ３１０Ａと３１０Ｂは両方とも壁Ｆまでの距離を検出している。

（Ｓ５０２）：図１６が境界線Ｑ１上に自走式掃除機１が来たときの様子を示している。このとき、仮想壁発生装置３００の距離センサ３１０Ａは自走式掃除機１までの距離を検出する。これにより、仮想壁発生装置３００の制御装置は壁Ｅと仮想壁発生装置３００との間に自走式掃除機１が出現したことを認識する。このとき、制御装置は状態表示装置３２０を制御し、自走式掃除機１が出現したことを表示する。また、このときの検出距離、つまり、距離センサ３１０Ａが始めて自走式掃除機１を検出したときの検出値Ｌ１を記憶装置に記憶しておく。そして、制御装置は仮想壁発生装置３００の通信装置３３０を用いて自走式掃除機１に境界線Ｑ１上に来たという情報と検出距離がＬ１であるという情報を送信する。

（Ｓ５０３）：それを受けた自走式掃除機１の制御装置は走行駆動装置６０に指令を出し、直ぐに停止できる速度に自走式掃除機１の走行速度を落とし直進を続ける。

（Ｓ５０４）：図１７が境界線Ｑ２上に自走式掃除機１が来たときの様子を示している。このとき、仮想壁発生装置３００の距離センサ３１０Ｂは自走式掃除機１までの距離を検出する。このとき、記憶していた距離センサ３１０Ａで自走式掃除機１をはじめに検出したときの検出距離Ｌ１と距離センサ３１０Ｂで検出した検出距離Ｌ２を比較する。

（Ｓ５０５）：図１８に示すように、これらの値を用いて以下の式（１）のような演算することにより、仮想壁発生装置３００が生成している境界線に対して自走式掃除機１がどのような進入角度θで進入してきたかが推定できる。

推定された進入角度θから進入禁止領域から退避する方向へ回転するような回転角度を演算することができる。最も単純に考えると、例えば、図１５〜図１８に示すような場合、距離センサ３１０Ａが始めて自走式掃除機１を検出した時の検出値Ｌ１より距離センサ３１０Ｂが始めて自走式掃除機１を検出した時の検出値Ｌ２の方が小さい。この場合は、自走式掃除機１は右に旋回すれば、制限領域から離れる方向を向くことができる。逆に、距離センサ３１０Ａが始めて自走式掃除機１を検出したとき検出値Ｌ１より距離センサ３１０Ｂが始めて自走式掃除機１を検出したときの検出値Ｌ２が大きければ、自走式掃除機１は左に旋回することで制限領域から離れる方向を向くことができる。旋回角度は進入角度θなどを利用して進みたい方向を向くように決定すれば良い。また、例えば、境界線沿いに走行したければ、それに見合った回転角度を進入角度θから演算することができる。

（Ｓ５０６）：演算された進入角度から演算された角度分その場回転を行う。

（Ｓ５０７）：直進することで掃除領域に戻り掃除を継続する。

以上のように、２つの距離センサ３１０Ａおよび３１０Ｂの検出距離Ｌ１およびＬ２を用いることで境界線への自走式掃除機１の進入角度を知ることができ、その角度を利用することで進入禁止領域からの退避動作を適切に設定することが可能となる。

これらの演算は仮想壁発生装置３００に設置した制御装置で行い、その情報を自走式掃除機１に通信しても良いし、仮想壁発生装置３００からは距離センサ３１０Ａ，３１０Ｂの値のみを自走式掃除機１に送信し、それらの値を用いて自走式掃除機１の制御装置が進入角度θおよび回転角度を演算しても良い。

境界線Ｑ１上で自走式掃除機１は走行速度を落とすので、境界線Ｑ２に差し掛かり、仮想壁発生装置３００から自走式掃除機１に境界線Ｑ２上に来たという情報を受け取ったら、即座に停止することができる。よって、境界線Ｑ２より先に進入する距離を小さくすることができるので、より安全性の高い境界線を生成することができる。

仮想壁発生装置が２つの距離センサを持つ場合は、進入禁止領域に近い方の距離センサにより生成される境界線、図１５の場合は境界線Ｑ２が進入禁止領域との境界を生成する。これは、距離センサ３１０Ｂが生成している境界線Ｑ２を進入禁止領域に近くなるように、ユーザに設置位置を制限するものではない。仮想壁発生装置３００の２つの距離センサ３１０Ａおよび３１０Ｂのうち、後に検出距離の変化があった方の側に進入禁止領域があると判断すれば良く、ユーザに設置の制限を与えるものではない。

自走式掃除機１と仮想壁発生装置１００または３００はお互いが通信を行っている。これにより、自走式掃除機１の電源が入っていないときは、仮想壁発生装置１００または３００も省電力モードとし、通信装置１３０または３３０のみが稼働している状態とし、自走式掃除機１の電源が入ったときに、仮想壁発生装置１００または３００との通信が始まることでそれをトリガにして距離センサ１１０または３１０Ａ，３１０Ｂなどを駆動する、という方式をとることができる。これにより、仮想壁発生装置１００または３００のバッテリ消費を抑えることができる。また、お互いの通信装置の電波強度などを検出することで、通信装置間の距離を検出すれば、自走式掃除機１が仮想壁発生装置１００または３００から離れた位置にいる場合は仮想壁発生装置を省電力モードとして運転する、という方式をとることもできる。

本発明の実施の形態にかかわる自走式掃除機と仮想壁発生装置の要所構成を示す模式図。自走式掃除機と仮想壁システムの構成を示すブロック図。仮想壁システムの概要を示す模式図。仮想壁システムの概要を示す模式図。自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップの流れを表したフローチャート。自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。距離センサを２つ有した仮想壁発生装置を表した模式図。距離センサを２つ有した仮想壁発生装置を用いたときの自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップの流れを表したフローチャート。距離センサを２つ有した仮想壁発生装置を用いたときの自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。距離センサを２つ有した仮想壁発生装置を用いたときの自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。距離センサを２つ有した仮想壁発生装置を用いたときの自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。距離センサを２つ有した仮想壁発生装置を用いたときの自走式掃除機の制限領域への進入防止アルゴリズムの各ステップを表した模式図。

符号の説明

１自走式掃除機
１５バンパ部
２０，１３０，３３０通信装置
３５左駆動輪
４０，１４０制御装置
４５右駆動輪
５０，１５０記憶装置
６０走行駆動装置
１００仮想壁発生装置
１１０，３１０Ａ，３１０Ｂ距離センサ
１２０，３２０状態表示装置
１７０，３７０電源スイッチ
２００机
２０１椅子
２０２ソファ
２０３テレビ
２０４タンス
２４０赤外線ビーム
２５０壁
３００２つの距離センサを有した仮想壁発生装置

Claims

自律移動ロボットの移動領域を制限する仮想壁システムにおいて、
信号を送信する第１の送信手段と、該第１の送信手段からの信号を受信する第１の受信手段と、該第１の受信手段の信号を検出する状態検出手段と、該状態検出手段が検出した信号に基づいて前記自律移動ロボットに信号を送信する第２の送信手段と、該第２の送信手段を制御する第１の制御手段とを備えた仮想壁発生装置と、
前記自律移動ロボットは、前記第２の送信手段からの信号を受信する第２の受信手段と、前記自律移動ロボットを移動させる移動手段と、前記第２の受信手段が受信した信号に基づいて前記自律移動ロボットの移動量や方向を演算する演算手段と、該演算手段により演算された前記移動ロボットの移動量や方向に基づいて前記移動手段を制御する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
自律移動ロボットの移動領域を制限する仮想壁システムにおいて、
信号を送信する第１の送信手段と、該第１の送信手段からの信号を受信する第１の受信手段と、該第１の受信手段の信号を検出する状態検出手段と、該状態検出手段が検出した信号に基づいて前記自律移動ロボットの移動量や方向を演算する演算手段と、該演算手段により演算された前記自律移動ロボットの移動量や方向などの情報を前記自律移動ロボットに送信する第２の送信手段と、該第２の送信手段を制御する第１の制御手段とを備えた仮想壁発生装置と、
前記自律移動ロボットは、前記第２の送信手段からの信号を受信する第２の受信手段と、前記自律移動ロボットを移動させる移動手段と、前記第２の受信手段が受信した信号に基づいて前記移動手段を制御する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
請求項１または２において、前記仮想壁発生装置は、前記状態検出手段の検出結果を表示する状態表示手段を備えたことを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
請求項１から３のいずれかにおいて、前記仮想壁発生装置は、前記第１の送信手段と前記第１の受信手段と前記状態検出手段との組み合わせで、前記第１の送信手段の送信方向に存在する物体までの距離を検出することができる距離検出手段を構成していることを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
自律移動ロボットの移動領域を制限する仮想壁システムにおいて、
信号を送信する第１の送信手段と、該第１の送信手段からの信号を受信する第１の受信手段と、信号を送信する第２の送信手段と、該第２の送信手段からの信号を受信する第２の受信手段と、前記第１の受信手段が受信した信号を検出する第１の状態検出手段と、前記第２の受信手段が受信した信号を検出する第２の状態検出手段と、前記第１の状態検出手段が検出した信号および第２の状態検出手段が検出した信号のいずれか、または両方に基づき前記自律移動ロボットに信号を送信する第３の送信手段と、該第３の送信手段を制御する第１制御手段とを備えた仮想壁発生装置と、
前記自律移動ロボットは、前記第３の送信手段からの信号を受信する第３の受信手段と、前記自律移動ロボットを移動させる移動手段と、前記第３の受信手段が受信した信号に基づいて前記自律移動ロボットの移動量や方向を演算する演算手段と、該演算手段により演算された前記自律移動ロボットの移動量や方向に基づいて前記移動手段を制御する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
自律移動ロボットの移動領域を制限する仮想壁システムにおいて、
信号を送信する第１の送信手段と、該第１の送信手段からの信号を受信する第１の受信手段と、信号を送信する第２の送信手段と、該第２の送信手段からの信号を受信する第２の受信手段と、前記第１の受信手段が受信した信号を検出する第１の状態検出手段と、前記第２の受信手段が受信した信号を検出する第２の状態検出手段と、前記第１の状態検出手段が検出した信号および前記第２の状態検出手段が検出した信号のいずれか、または両方に基づいて前記自律移動ロボットの移動量や方向を演算する演算手段と、該演算手段により演算された前記自律移動ロボットの移動量や方向などの情報を前記自律移動ロボットに送信する第３の送信手段と、該第３の送信手段を制御する第１の制御手段とを備えた仮想壁発生装置と、
前記自律移動ロボットは、前記第３の送信手段からの信号を受信する第３の受信手段と、前記自律移動ロボットを移動させる移動手段と、前記第３の受信手段により受信された信号に基づいて前記自律移動ロボットを制御する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
請求項５または６において、前記仮想壁発生装置の前記第１の送信手段と前記第２の送信手段の送信方向は、水平面と平行な同一平面内であり、また、お互いが平行であることを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
請求項５から７のいずれかおいて、前記仮想壁発生装置は、前記状態検出手段の検出結果を表示する状態表示手段を備えたことを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
請求項５または６において、前記仮想壁発生装置は、前記第１の送信手段と前記第１の受信手段と前記第１状態検出手段との組み合わせで、前記第１の送信手段の送信方向に存在する物体までの距離を検出することができる第１の距離検出手段を構成し、第２の送信手段と第２の受信手段と第２状態検出手段との組み合わせで、前記第２の送信手段の送信方向に存在する物体までの距離を検出することができる第２の距離検出手段を構成していることを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
請求項９において、前記仮想壁発生装置の前記第１の送信手段と前記第２の送信手段の送信方向は、水平面に平行な同一平面内であり、また、お互いが平行であることを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。
請求項９または１０において、前記仮想壁発生装置は、前記状態検出手段の検出結果を表示する状態表示手段を備えたことを特徴とする自律移動ロボットの仮想壁システム。