JP2013168151A - 清掃ロボットおよび充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成とし、且つ、製品コストの低減を実現しながらも、清掃ロボットを正確に、しかも速やかに充電ステーションに誘導させることができる清掃ロボットおよび充電システムを提供する。
【解決手段】光線を検出する光検出器８３と、前記検出器に接続されるコントローラーとを備えた清掃ロボット８２において、前記第一境界ｂ１は、前記充電ステーション８１に対してほぼ垂直であり、前記コントローラーは、前記光線が充電ステーションから発すると判断する場合に、前記清掃ロボットが、前記光線の第一境界に沿って前記充電ステーションに移動するように制御するものであることを特徴とする清掃ロボットを提供する。
【選択図】図９

Description

本発明は、清掃ロボットおよび充電システムに関するものであって、特に、自動で充電ステーションに帰還する清掃ロボットおよびそれに用いる充電システムに関するものである。

科学技術の進歩に伴い、電子製品の種類はますます多くなり、ロボット（ｒｏｂｏｔ）もそのうちの一種である。多くの移動可能なロボット裝置中、自動移動の機能を達成するため、ロボットは、通常、駆動裝置、検出器および移動コントローラーを有する。たとえば、清掃ロボットは一種の清掃裝置で、使用者による操作が不要で、自動で移動すると共に、床のほこりを吸いとることができる。

このような清掃ロボットは、自動で清掃作業を行うために必要な電力を供給する充電式のバッテリーが備えられ、バッテリー充電を行う際に外部充電装置（充電ステーション）を用いるのが一般的である。そのため、清掃ロボットを充電ステーションに帰還させてバッテリーの充電を実行するにあたっては、清掃ロボットの充電ステーションへの正確な誘導が求められる。

たとえば、特許文献１（特開２００２−３２５７０７号公報）には、複数の輪を駆動する駆動部と、外部環境を撮像できるように本体上に設置された少なくとも一つのカメラと、外部充電装置との結合位置を認識できるイメージを前記カメラにより撮像して保存し、前記カメラにより撮像できた現在イメージと記憶された充電装置結合位置イメージを比較しながら前記外部充電装置の結合位置を追跡して前記外部充電装置へ帰還する制御部とを含むロボット掃除機等に関して記載されている。

特開２００２−３２５７０７号公報

しかし、この特許文献１に記載されているロボット掃除機および外部充電システムでは、ロボット掃除機の外部充電装置への帰還をより正確に行うために、予め保存されたイメージと新たに撮像したイメージとの比較に高い分析能力が必要とされ、また、高精度な撮像が可能な撮像装置が必要となるため、ロボット掃除機および外部充電システムの製品コストの増大を招いてしまう。また、この特許文献１に記載されているロボット掃除機および外部充電システムは、構成が複雑であるため、ロボット掃除機の制御動作に異常が生じた場合の原因探求および復旧作業が困難である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成とし、且つ、製品コストの低減を実現しながらも、清掃ロボットを正確に、しかも速やかに充電ステーションに誘導させることができる清掃ロボットおよび充電システムを提供することを目的とする。

本発明に係る清掃ロボット： 本発明に係る清掃ロボットは、光線を検出する光検出器と、前記検出器に接続されるコントローラーとを備えた清掃ロボットにおいて、前記第一境界は、前記充電ステーションに対してほぼ垂直であり、前記コントローラーは、前記光線が充電ステーションから発すると判断する場合に、前記清掃ロボットが前記光線の第一境界に沿って前記充電ステーションに移動するように制御するものであることを特徴とするものである。

本発明に係る清掃ロボットにおいて、前記清掃ロボットと前記充電ステーションの距離が所定値より小さい場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させることが好ましい。

本発明に係る清掃ロボットにおいて、前記光線が第一光線で、且つ、前記清掃ロボットと前記充電ステーションの距離が所定値より小さい場合に、前記充電ステーションが第二光線を発し、前記検出器が前記第二光線を検出すると、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させることが好ましい。

本発明に係る清掃ロボットにおいて、前記充電ステーションが発する無線信号を検出する無線信号検出器を有し、前記無線信号の強度が所定値より大きい場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させることが好ましい。

本発明に係る清掃ロボットにおいて、前記検出器の左側に設置される第一光検出器と、前記検出器の右側に設置される第二光検出器とを含み、前記第一光検出器が前記第一境界に照準し、且つ、前記第二光検出器が前記光線を検出する場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットが右に回転するように制御することが好ましい。

本発明に係る清掃ロボットにおいて、前記検出器が仮想壁が発する第二光線を検出する場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットが前記第二光線に沿って前記仮想壁に移動するように制御することが好ましい。

本発明に係る清掃ロボットにおいて、前記コントローラーが前記清掃ロボットは充電が不要であると判断する場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットを制御して、所定方向または前記清掃ロボットが移動できる方向で移動させることが好ましい。

本発明に係る清掃ロボットにおいて、前記清掃ロボットと前記充電ステーションとが電気的に接続して所定時間後または前記清掃ロボットと前記充電ステーションとが連続して何回か電気的接続を実行する場合に、前記コントローラーが充電電圧を検出していないと、前記清掃ロボットは前記充電ステーションを離れることが好ましい。

本発明に係る清掃ロボットにおいて、前記清掃ロボットと前記充電ステーションが電気的に接続し、所定時間内に前記コントローラーが充電電圧を検出していない場合に、前記清掃ロボットは、一定距離後退し、前記充電ステーションに新たに帰還すると共に、前記充電ステーションと電気的に接続して充電動作を完了することが好ましい。

本発明に係る充電システム： 本発明に係る充電システムは、第一境界と第二境界とを有し、前記第一境界が清掃ロボット用充電ステーションに対して垂直となる第一光線を発射する充電ステーションと、光検出器と前記光検出器測に接続されると共に前記光検出器の検出結果を受信するコントローラーとを有する清掃ロボットとからなる充電システムであって、前記コントローラーは、前記光検出器が前記第一光線を検出した場合に、前記清掃ロボットが前記第一境界に沿って前記充電ステーションに移動するように制御することを特徴とするものである。

本発明に係る充電システムにおいて、前記清掃ロボットと前記充電ステーションの距離が所定値より小さい場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させることが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記清掃ロボットと前記充電ステーションの距離が所定値より小さい場合に、前記充電ステーションが第二光線を発し、且つ、前記光検出器が前記第二光線を検出すると、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させることが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記清掃ロボットは、前記充電ステーションが発する無線信号を検出する無線信号検出器を含み、前記無線信号の強度が所定値より大きい場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させることが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記清掃ロボットは、前記光検出器の左側に設置される第一光検出器と、前記光検出器の右側に設置される第二光検出器とを含み、前記第一光検出器が前記第一境界に照準し、且つ、前記第二光検出器が前記光線を検出すると、前記コントローラーは、前記清掃ロボットを右に回転するよう制御することが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記清掃ロボットと前記充電ステーションとが電気的に接続して所定時間後、前記コントローラーが充電電圧を検出する場合、前記清掃ロボットは前記充電ステーションを離れることが好ましい。

本発明に係る清掃ロボットおよび充電システムによれば、簡易な構成とし、且つ、製品コストの低減を実現しながらも、清掃ロボットを正確に、しかも速やかに充電ステーションに移動させて充電を行うことができる。このほか、本発明に係る清掃ロボットは、異なる形態の無線信号送受信装置と組み合わせて清掃ロボットと通信することができ、使用者がネットワークにより制御信号とデータを中継の充電ステーションに伝送し、充電ステーションにより各種無線形式の信号が清掃ロボットに伝達されて、清掃ロボットの運転を制御することができる。

本発明に係る清掃ロボットと仮想壁の実施形態を示す図である。 本発明に係る清掃ロボットと充電ステーションの実施形態を示す図である。 本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の実施形態を示す図である。 本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の別の実施形態を示す図である。 本発明に係る清掃ロボットの実施形態を示す図である。 本発明に係る清掃ロボットの充電方法の実施形態のフローチャート。 本発明に係る清掃ロボットの別の実施形態を示す図である。 本発明に係る清掃ロボットの充電方法の別の実施形態のフローチャート。 本発明に係る清掃ロボットの充電方法の別の実施形態を示す図である。 本発明に係る清掃ロボットの充電方法の別の実施形態を示す図である。

図１は、本発明に係る清掃ロボットと仮想壁の実施形態を示す図である。仮想壁１２は光線１５を発して、清掃ロボット１１が進入できない制限領域を表示する。清掃ロボット１１は、リブ（ｒｉｂ）１４を有する非全方向光検出器１３を含む。リブ１４は、非全方向光検出器１３の表面を被覆すると共に、非透光領域を形成し、非透光領域は、非全方向光検出器１３に、光線を受信することができない所定角度を持たせ、所定角度の範囲は、約３０度から９０度である。

リブ１４は、非全方向光検出器１３の表面に固定されるか、または、別の回転可能な装置に固定され、リブ１４は、非全方向光検出器１３の表面に沿って、３６０度回転する。本実施形態において、非全方向は、単なる一機能上の描写であって、非全方向光検出器１３が、リブ１４のために、一定の領域は光線を検出できないことを説明する。

よって、非全方向光検出器１３は二種の方式で実現される。非全方向光検出器１３の第一実現方式は、全方向光検出器とリブ１４は、直接組み合わせ、リブ１４は、全方向光検出器の表面上の固定位置に固定される。続いて、非全方向光検出器１３は、直接モーター駆動により回転するように設計されるか、または、非全方向光検出器１３は、プラットホーム上に設置されて、プラットホームがモーターにより回転するように設計され、非全方向光検出器１３を回転させる目的を達成する。このような方式により、非全方向光検出器１３が光線１５を検出する時、非全方向光検出器１３を回転させることにより、光線１５の入射角度を検出することができる。

非全方向光検出器１３の第二実現方式は、マスクキット（ｍａｓｋ ｋｉｔ）を全方向光検出器の外側に設置し、且つ、マスクキットは回転可能であるが、全方向光検出器は回転できない。マスクキットはモーターの駆動により回転する。非全方向光検出器１３が光線１５を検出する時、マスクキットを回転させることにより、光線１５の入射角度を検出することができ、清掃ロボット内のコントローラーは、入射角度に基づいて、清掃ロボットを仮想壁に、または、仮想壁から離れるように制御することができる。

図２は、本発明に係る清掃ロボットと充電ステーションの実施形態を示す図である。充電ステーション２１は、赤外線発射器を有し、赤外光線２５を発射する。赤外光線２５は、第一符号フォーマットか第一変調フォーマットを含む。赤外光線２５は、第一境界ｂ１と第二境界ｂ２を含み、第一境界ｂ１は充電ステーション２１に対して垂直かほぼ垂直である。一実施形態において、第一境界ｂ１と充電ステーション２１との間の角度は１０度より小さい。本実施形態において、充電ステーション２１は、清掃ロボットが第一境界ｂ１に沿って充電ステーションに帰還して充電するように制御する。

赤外光線２５は、符号化された赤外線信号であり、充電ステーション２１に関する情報、たとえば、充電ステーション２１の識別コードを含む。一実施形態において、赤外光線２５が含む情報中、一つの第一ビットのデータは、赤外光線２５の第一境界ｂ１または第二境界ｂ２が、充電ステーション２１に対して垂直、または、ほぼ垂直であることを示す。つまり、第一ビットは、清掃ロボット２２が第一境界ｂ１または第二境界ｂ２に沿って充電ステーションに帰還することを示す。

たとえば、赤外光線２５の左側（第一境界ｂ１）が充電ステーション２１に対して垂直である場合、第一ビットは１に設定される。赤外光線２５の右側（第二境界ｂ２）が充電ステーション２１に対して垂直である場合、ビットは０に設定される。本実施形態において、第一境界ｂ１は充電ステーション２１に対して垂直であるため、第一ビットは１に設定される。

清掃ロボット２２が前に移動し続ける時、非全方向光検出器２３は、赤外光線２５を検出する。清掃ロボット２２内のコントローラーは、赤外光線２５の復号を実行し、第一ビットの値が１であることを知る。続いて、非全方向光検出器２３が回転し、リブ２４のサポートにより、充電ステーション２１が清掃ロボット２２の左方に位置することを知る。

清掃ロボット内のコントローラーが第一ビットの値と充電ステーション２１の位置に基づいて、清掃ロボット２２が、第二境界ｂ２から第一境界ｂ１の方向に移動すべきことを知ると、清掃ロボット２２は、第一境界ｂ１に沿って充電ステーションに帰還する。よって、非全方向光検出器２３が赤外光線２５を検出しない場合には、清掃ロボット２２が第一境界ｂ１から離れ、清掃ロボットが反時計回りの方向で回転し、また、非全方向光検出器２３が赤外光線２５を検出する場合には、清掃ロボットは回転を停止する。

非全方向光検出器２３が赤外光線２５を検出する場合には、リブ２４は非全方向光検出器２３の前面に設置されて、非全方向光検出器２３が充電ステーション２１が発する光線を検出できなくなる。これにより、清掃ロボット２２が充電ステーション２１に接近する前、非全方向光検出器２３が赤外光線２５を検出できない場合には、清掃ロボット２２が第一境界ｂ１に沿って、真っ直ぐに、充電ステーション２１に移動するのを保証することができる。

非全方向光検出器２３が充電ステーション２１に帰還する途中で、赤外光線２５を検出する場合には、清掃ロボット２２は移動を停止すると共に、非全方向光検出器２３を利用して、再度、清掃ロボット２２の移動方向に校正を行う。

清掃ロボット２２と充電ステーション２１の距離が所定値より小さい場合に、清掃ロボット２２前端の衝突センサーは、停止信号を清掃ロボット２２のコントローラーに発信する。衝突センサーは清掃ロボット２２の前端に設置されて、清掃ロボット２２の前方に障害物があるかどうか検出する。衝突センサーが障害物を検出した場合、清掃ロボット２２は、まず、障害物が充電ステーション２１なのか判断する。その場合、清掃ロボット２２は前進を停止すると共に、別の方向に転換して前進を継続する。清掃ロボット２２が、障害物が充電ステーション２１でないと判断する場合、清掃ロボット２２は、まず障害物を回避し、続いて、元の移動経路に戻る。

本実施形態において、充電ステーション２１は無線信号感知装置を設置して、清掃ロボット２２の衝突センサーが発する無線信号を感知する。充電ステーション２１内のコントローラーが、無線信号の強度が第一所定値より大きいと判断する場合には、充電ステーション２１は、赤外光線２５の符号モードを第二符号モードに変更するか、または、赤外光線２５の変調モードを第二変調モードに変更する。つまり、充電ステーション２１は、少なくとも二つの異なるタイプの符号または変調の赤外光信号を発信することができる。よって、清掃ロボット２２が、非全方向光検出器２３が検出した赤外光信号を、第二符号モードまたは第二変調モードであると判断する場合には、清掃ロボット２２前方の障害物が充電ステーションであることを示す。

別の実施形態において、赤外光線２５が含む情報中、一つの第二ビットのデータは、清掃ロボット２２が充電ステーション２１に接近することを通知するのに用いられる。たとえば、第二ビットの値が０の場合には、清掃ロボットがまだ充電ステーション２１に接近していないことを示す。第二ビットの値が１の場合には、清掃ロボットが充電ステーション２１から近いことを示す。よって、清掃ロボット２２は、検出した赤外光線２５の復号を実行すると共に、第二ビットのロジックレベルを検出することにより、清掃ロボット２２の前方が、障害物なのか充電ステーション２１なのかを判断することができる。

別の実施形態において、清掃ロボット２２が充電ステーション２１に接近する時、充電ステーション２１は、無線周波数信号を清掃ロボット２２の受信器に発信して、清掃ロボット２２は、清掃ロボット２２が充電ステーション２１に接近していることを知ることができる。別の実施形態において、清掃ロボット２２と充電ステーション２１上に装着される近距離無線通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＮＦＣ）裝置を利用して、同じ目的を達成することができる。清掃ロボット２２上のＮＦＣ裝置が、充電ステーション２１上のＮＦＣ裝置から伝送されるデータや信号を受信する時、これは、清掃ロボット２２と充電ステーション２１が接近して、且つ、清掃ロボット２２が移動を停止するべきであることを示す。一般に、近距離無線通信の感知距離は約２０ｃｍである。

図３は、本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の実施形態を示す図である。充電ステーション３１は、赤外線発射器３２を含み、赤外線発射器３２の設置時、θ角で偏移して、赤外線発射器３２が発する赤外光線の第一境界ｂ１が、充電ステーション３１に対して垂直またはほぼ垂直になる。本実施形態において、赤外線発射器３２が発する赤外光線は散乱角２θを有し、よって、赤外線発射器３２をθ角偏移する方式により、赤外光線の第一境界ｂ１を充電ステーション３１に対して垂直にする。赤外光線の第二境界ｂ２は、充電ステーション３１に対して２θの挟角をなす。

図２において、赤外光線の第一境界ｂ１が充電ステーション３１に対して垂直である場合、充電ステーションは、清掃ロボットを第一境界ｂ１に沿って充電ステーションに帰還するよう誘導する。同様に、図１中の仮想壁１２も、光線１５の境界を仮想壁１２に対して垂直にすることができ、この境界により、清掃ロボットが仮想壁１２に接近したりまたは仮想壁１２から離れたりするように誘導する。

図４は、本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の別の実施形態を示す図である。充電ステーション３３は、赤外線発射器３４と平行導光板３５を含む。平行導光板３５は赤外線発射器３４の前端に設置される。本実施形態において、平行導光板３５は、赤外線発射器３４の前端の半分の位置だけを占有する。平行導光板３５は、受信した光線を平行光線に転換するのに用いられ、よって、第一境界ｂ１は平行導光板３５に対して垂直になる。第二境界ｂ２は、充電ステーション３１に対して挟角θをなす。

図５は、本発明に係る清掃ロボットの実施形態を示す図である。清掃ロボット４１は、非全方向光検出器４２、指向性光検出器４３、マスク４４、無線信号発射器４５および充電連接ポート４６を含む。図５において、無線信号発射器４５は指向性光検出器４３に位置し、無線信号を充電ステーションに発射するのに用いられる。図５において、清掃ロボット４１は、本発明と相関する素子だけ示されているが、本発明はこれに制限されない。清掃ロボット４１は、その他のハードウェア素子またはハードウェアを制御するファームウェアやソフトウェアを含むことができるがここでは詳述しない。

非全方向光検出器４２が光線を検出する時、非全方向光検出器４２のコントローラーまたは清掃ロボット４１のプロセッサは、まず、光線の強度を判断する。光線的の強度が所定値より小さい場合には、コントローラーまたはプロセッサは何の処理も実行しない。光線的の強度が所定値以上である場合には、コントローラーまたはプロセッサは、光線が充電ステーションから発射されたものであるか判断する。

光線が充電ステーションから発射されたものである場合、清掃ロボット４１のコントローラーは、まず、清掃ロボット４１の電池の電量が所定値より低いか判断する。つまり、コントローラーは、まず、清掃ロボット４１が充電ステーションで充電しなければいけないか判断する。清掃ロボット４１の充電が不要な場合、清掃ロボット４１は充電ステーションが発する光線を無視して、元の運動モードに従って移動を継続する。

充電ステーションが発する光線は、第一境界と第二境界を有し、第一境界が充電ステーションに対して垂直である。清掃ロボット４１の充電を実行する場合には、第一境界に沿って充電ステーションに移動する必要がある。清掃ロボット４１は、まず、非全方向光検出器４２が検出した光線の復号または復調を実行して、非全方向光検出器４２が初めて検出したのが、充電ステーションが発する光線の第一境界なのか第二境界なのかを知る。

続いて、非全方向光検出器４２は回転して、光線の方向または光線と清掃ロボット４１の現在の進行方向とがなす挟角を検出する。光線の方向または挟角を知った後、清掃ロボット４１のコントローラーは回転方向を決定して、清掃ロボット４１は時計回り方向または反時計回り方向で回転し、指向性光検出器４３が充電ステーションが発する光線の第一境界を検出すると、清掃ロボット４１が回転を停止する。

別の実施方式において、非全方向光検出器４２が光線を検出し、且つ、光線が充電ステーションからのものであると確認した場合には、清掃ロボット４１と非全方向光検出器４２は、時計回り方向または反時計回り方向で同時に回転する。指向性光検出器４３が光線を検出した場合には、清掃ロボット４１は回転を停止する。

つまり、清掃ロボット４１のコントローラーは、非全方向光検出器４２の検出結果に基づいて、清掃ロボット４１が、時計回り方向または反時計回り方向で回転するように制御する。一旦、指向性光検出器４３が、充電ステーションが発する光線を検出すると、清掃ロボット４１は回転を停止し、続いて、清掃ロボット４１のコントローラーは、清掃ロボット４１が光線に沿って真っ直ぐに充電ステーションに移動するように制御する。

充電ステーションが発する光線は、第一境界と第二境界を有し、第一境界は充電ステーションに対して垂直である。本実施形態において、清掃ロボット４１は、第一境界に沿って充電ステーションに移動する。清掃ロボット４１と充電ステーションの距離が所定値より小さい場合には、清掃ロボット４１は、まず、その場で、所定角度、たとえば１８０度回転し、後退方式で充電ステーションに帰還して、充電連接ポート４６と充電ステーションが接続して充電を実行する。

清掃ロボット４１は、充電ステーションに到達する前、充電ステーションが発する光線に沿って移動すると共に、清掃動作を実行する。清掃ロボット４１のコントローラーは、指向性光検出器４３が、充電ステーションが発する光線を受信し続けるかを継続して監視する。一旦、指向性光検出器４３が光線を受信しなくなると、清掃ロボット４１は回転して、清掃ロボット４１の進行方向を校正する。

別の実施形態において、指向性光検出器４３は、複数の光検出素子からなり、清掃ロボット４１のコントローラーは、これらの光感知素子の感知結果に基づいて、清掃ロボットの移動方向に調整を行う。

図６は、本発明に係る清掃ロボットの充電方法の実施形態のフローチャートである。工程Ｓ５０１において、清掃ロボットは所定モードで移動する。工程Ｓ５０２において、清掃ロボットのコントローラーは、清掃ロボットの光検出器が光線を検出するか、また、光線の強度が所定値より大きいか判断する。光線の強度が所定値より大きくない場合、工程Ｓ５０２の実行を継続する。光線の強度が所定値より大きい場合、工程Ｓ５０３を実行する。

工程Ｓ５０３において、清掃ロボットのコントローラーは、光線が充電ステーションから発したか判断する。光線が充電ステーションから発していない場合、工程Ｓ５０４を実行する。工程Ｓ５０４において、清掃ロボットのコントローラーは、光線が仮想壁から発したか判断する。光線が仮想壁から発していない場合、工程Ｓ５０６を実行し、清掃ロボットのコントローラーは、光線に対し何の応答もしない。光線が仮想壁から発したものである場合、工程Ｓ５０５を実行する。清掃ロボットは、光線に沿って仮想壁に移動するか、または、光線に沿って移動して仮想壁から離れる。

工程Ｓ５０７において、清掃ロボットのコントローラーは、清掃ロボットの充電が必要か判断する。清掃ロボットの充電が不要な場合、工程Ｓ５０１を実行し、清掃ロボットは、継続して、所定モードで移動する。清掃ロボットの充電が必要な場合、工程Ｓ５０８を実行する。充電ステーションが発する光線は、第一境界と第二境界とを有し、第一境界は充電ステーションに対して垂直である。よって、工程Ｓ５０８において、充電ステーションは、清掃ロボットが第一境界に沿って充電ステーションに移動するよう誘導する。

続いて、工程Ｓ５０９において、充電ステーションは、清掃ロボットが充電ステーションに接近するかまたは清掃ロボットと充電ステーションの距離が所定値より小さいか判断する。清掃ロボットが充電ステーションに接近するかまたは清掃ロボットと充電ステーションの距離が所定値より小さいと判断した場合、工程Ｓ５１０を実行する。清掃ロボットは、その場で、所定角度、たとえば１８０度回転し、後退方式で充電ステーションに帰還して、充電を実行する。清掃ロボットがまだ充電ステーションに接近していない場合には、工程Ｓ５０８を継続して実行する。

図７は、本発明に係る清掃ロボットの別の実施形態を示す図である。清掃ロボット６１は、全方向光検出器６２、第一光検出器６３ａ、第二光検出器６３ｂ、第一超音波検出器６４、第二超音波検出器６５ａ、第三超音波検出器６５ｂおよび充電連接ポート６６を含む。第一光検出器６３ａと第二光検出器６３ｂの位置は、図７に示されるように、全方向光検出器６２の両側に設置される。第二超音波検出器６５ａと第三超音波検出器６５ｂは、清掃ロボット６１の左右両側に設置される。

第一超音波検出器６４は、清掃ロボット６１の前方に、障害物、充電ステーションまたは仮想壁があるかを検出するのに用いられる。第二超音波検出器６５ａと第三超音波検出器６５ｂは、清掃ロボット６１の左右両側の障害物を検出する。全方向光検出器６２、第一光検出器６３ａと第二光検出器６３ｂは、充電ステーションまたは仮想壁が発する光線を有するか検出する。清掃ロボット６１のコントローラーは、全方向光検出器６２、第一光検出器６３ａ、第二光検出器６３ｂ、第一超音波検出器６４、第二超音波検出器６５ａおよび第三超音波検出器６５ｂの検出結果に基づいて、清掃ロボット６１の運動方式および移動方向を決定する。

充電連接ポート６６は、充電ステーションの充電ポートを接続するのに用いられる。このほか、充電連接ポート６６が、充電ステーションの充電ポートに接続される場合には、清掃ロボット６１のコントローラーは、充電連接ポート６６により、識別情報または電圧情報を充電ステーションのコントローラーに伝送する。充電ステーションのコントローラーは、電圧情報に基づいて、充電ステーションの出力電圧と出力電流を決定する。

充電ステーションが発する光線は、第一境界と第二境界とを有し、第一境界は充電ステーションに対して垂直かほぼ垂直である。全方向光検出器６２が、充電ステーションが発する光線を検出する時、清掃ロボット６１のコントローラーは、清掃ロボット６１の移動方向を調整して、第一光検出器６３ａまたは第二光検出器６３ｂが、充電ステーションが発する光線の第一境界に照準する。たとえば、第一光検出器６３ａが、充電ステーションが発する光線の第一境界に照準する場合、清掃ロボット６１が移動時に、全方向光検出器６２または第二光検出器６３ｂが、充電ステーションが発する光線を検出する場合、清掃ロボット６１の移動方向がシフトすることを示し、清掃ロボット６１のコントローラーは右に回転し、清掃ロボット６１の移動方向を調整する。

第一超音波検出器６４は、音響信号を発信する以外に、音響信号の反射信号または充電ステーションが発信する音響信号も検出する。反射信号の強度が所定値より大きい場合には、清掃ロボットの前方に障害物があることを示す。第一超音波検出器６４は、検出信号を清掃ロボット６１のコントローラーに発信する。続いて、清掃ロボット６１のコントローラーは、全方向光検出器６２、第一光検出器６３ａと第二光検出器６３ｂの検出結果に基づいて、障害物が充電ステーションであるか判断する。障害物が充電ステーションである場合、清掃ロボット６１は移動を停止すると共に、その場で、１８０度回転した後、後退方式で充電ステーションに帰還する。充電ステーションに帰還時、清掃ロボット６１のコントローラーは、全方向光検出器６２の検出結果を利用することにより、清掃ロボット６１の移動方向が正確かどうか判断する。

充電ステーションが発信する音響信号の強度が所定値より大きい場合には、清掃ロボット６１が充電ステーションに接近していることを示し、よって、清掃ロボット６１は移動を停止すると共に、その場で、所定角度、たとえば１８０度回転し、後退方式で充電ステーションに帰還する。

別の実施形態において、充電ステーションは、清掃ロボット６１が接近するか、または、清掃ロボット６１と充電ステーションの距離が所定値より小さいかを自動検出する。清掃ロボット６１が充電ステーションに接近している場合、充電ステーションは第二符号光線を発し、清掃ロボット６１がまだ充電ステーションに接近していない時、充電ステーションが発するのは第一符号光線である。よって、清掃ロボット６１のコントローラーは、全方向光検出器６２が検出したのは、第一符号光線なのか第二符号光線なのかを判断することにより、清掃ロボット６１が充電ステーションに接近しているかを知ることができる。

充電連接ポート６６が充電ステーションの充電ポートに接続される時、清掃ロボット６１のコントローラーは、電圧が、充電連接ポート６６から入力されるか検出する。たとえば、６秒から１０秒の所定時間後、清掃ロボット６１のコントローラーが、電圧が、充電連接ポート６６から入力されたことを検出していない場合、清掃ロボット６１は、直線で、第一所定距離、たとえば、６０ｃｍから１００ｃｍ前進し、続いて、清掃ロボット６１は、その場で、また別の所定角度、たとえば１８０度回転すると共に、再度、充電ステーションに帰還する工程を実行する。

別の実施形態において、清掃ロボット６１が充電ステーションに帰還後、充電連接ポート６６との電気的接続が失敗した場合、清掃ロボット６１は、直線的に第二所定距離、充電ステーションを離れた後、再度、充電ステーションに帰還するが、第二所定距離は、第一所定距離以下である可能性がある。清掃ロボット６１と充電連接ポート６６の電気的接続の失敗回数が所定回数より多い場合、清掃ロボット６１は充電ステーションから離れる。

図８は、本発明に係る清掃ロボットの充電方法の別の実施形態のフローチャートである。図８の実施形態の条件は、清掃ロボットにとって充電が必要な場合に、清掃ロボットが自主的に充電ステーションに移動して充電するために設ける。一般に、充電ステーションは壁に設置されるので、工程Ｓ７０１において、清掃ロボットは、右壁に沿って前進する。清掃ロボットは、進行中、右壁と約２０ｃｍの距離を維持する。本実施形態は右壁を例として説明しているが、本発明はこれに限定されない。清掃ロボットは、清掃領域の境界に沿って移動することができる。このほか、本実施形態における清掃ロボットは、図７に示される清掃ロボットを参考にする。

工程Ｓ７０２において、清掃ロボットのコントローラーは、全方向検出器が充電ステーションが発する光線を検出するか判断する。全方向検出器が充電ステーションが発する光線を検出しない場合、清掃ロボットのコントローラーは、全方向検出器の検出結果を監視し続ける。全方向検出器が充電ステーションが発する光線を検出する場合、工程Ｓ７０３を実行し、清掃ロボットのコントローラーは、自動充電走行モードを実行する。続いて、工程Ｓ７０４が実行される。工程Ｓ７０４は、清掃ロボットが進行中に遭遇する状況、清掃ロボットが行う対応動作、および、あらゆる状況に必要な優先処理に関する。

本実施形態において、清掃ロボットが、前方に障害物があることを検出する時、障害物回避工程を実行する。清掃ロボットのコントローラーが、清掃ロボットが障害物により邪魔されると判断する場合、清掃ロボットは障害物回避工程を実行する。本実施形態において、清掃ロボットは、左側の光検出器（図７中の第一光検出器６３ａ）が充電ステーションが発する光線に照準する。よって、清掃ロボットの全方向光検出器（図７の全方向光検出器６２）が、充電ステーションが発する光線を検出する時、清掃ロボットは直線前進を維持する。しかし、清掃ロボット右側の光検出器（図７中の第二光検出器６３ｂ）が、充電ステーションが発する光線を検出する時、清掃ロボット右側の光検出器が、充電ステーションが発する光線を検出しなくなるまで、清掃ロボットは右に回転する。清掃ロボット左側の光検出器または全方向光検出器が、連続で６回、充電ステーションが発する光線を検出しない場合、または、所定時間内に、充電ステーションが発する光線を検出しない場合には、清掃ロボットは停止し、清掃ロボット左側の光検出器が、充電ステーションが発する光線を検出するまで、反時計回り方向で回転する。

前述の状況と対応する処理中、清掃ロボットのコントローラーは、異なる状況に対し優先順序を設定する。本実施形態において、障害物回避工程は、第一優先処理、回避工程、最後が、清掃ロボットの移動方向の校正である。

工程Ｓ７０５において、清掃ロボットのコントローラーが、充電ステーションを検出するか判断する方式は以下の何種かである。１．超音波感知器に基づいて、清掃ロボット前方１５ｃｍ〜３０ｃｍ内に障害物があるか検出する。２．全方向光検出器が、連続３回、充電ステーションが発する赤外光線を受信するか、または、全方向光検出器が、所定時間内、充電ステーションが発する赤外光線を検出し続ける。３．超音波感知器が、清掃ロボット前方１５ｃｍ〜３０ｃｍ内に障害物があることを検出し、且つ、全方向光検出器または左側の光検出器が、充電ステーションの信号を検出する。

工程Ｓ７０６において、清掃ロボットは移動し続け、清掃ロボットと充電ステーションの距離が所定値より小さくなる場合に、清掃ロボットは、まず移動を停止すると共に、その場で、所定角度、たとえば１８０度回転した後、後退方式で充電ステーションに帰還する。

工程Ｓ７０７において、清掃ロボットと充電連接ポートとは電気的に接続する。清掃ロボットのコントローラーは、電圧が充電連接ポートから入力されるか検出する。たとえば、６秒から１０秒後の所定時間、清掃ロボットのコントローラーが、電圧が充電連接ポートから入力されることを検出しない場合、清掃ロボットは、直線的に第一所定距離、たとえば、６０ｃｍ〜１００ｃｍ前進し、続いて、工程Ｓ７０３を実行する。清掃ロボットのコントローラーが、電圧が、充電連接ポートから入力されることを検出する場合、充電ステーションは、清掃ロボットに充電を開始する。

別の実施形態において、清掃ロボットが、正確に充電連接ポートと電気的に接続できない場合、清掃ロボットは、まず、直線的に第二所定距離前進し、続いて、後退して、充電連接ポートと電気的に接続するが、第二所定距離は、第一所定距離以下である可能性がある。ここで、清掃ロボットと充電連接ポートとの電気的接続が正確にできない回数が、所定回数より多い場合、清掃ロボットは充電ステーションを離れる。

工程Ｓ７１１において、清掃ロボットのコントローラーは、清掃ロボット右側と左側の光検出器および超音波感知器の検出結果に基づいて、清掃ロボットが右方向の回転方式（ＲＷＦ）か左方向の回転方式（ＬＷＦ）で回避するかを決定する。工程Ｓ７１１において、清掃ロボットのコントローラーが、右方向の回転方式を選択する場合、工程Ｓ７１０を実行する。工程Ｓ７１０において、清掃ロボットのコントローラーは、左方の赤外線検出器と右方の赤外線検出器が、同時に、充電ステーションの光線を検出するか、また、右方の超音波感知距離が２０ｃｍより大きいか判断する。

工程Ｓ７１１において、清掃ロボットのコントローラーが、左方向の回転方式を選択する場合、工程Ｓ７１２を実行する。工程Ｓ７１２において、清掃ロボットのコントローラーは、左方の赤外線検出器と右方の赤外線検出器が、同時に、充電ステーションの光線を検出するか、また、左方の超音波感知距離が２０ｃｍより大きいか判断する。

工程Ｓ７１３において、清掃ロボットのコントローラーは、清掃ロボットの回避時間が所定時間より長いと判断する場合には、工程Ｓ７０１を実行する。清掃ロボットは現在の位置を離れると共に、別の新しい位置に移動して、工程Ｓ７０１を実行する。

図９は、本発明に係る清掃ロボットの充電方法の別の実施形態を示す図である。充電ステーション８１は光線を発射し、光線は第一境界ｂ１と第二境界ｂ２とを有し、第一境界ｂ１は充電ステーション８１に対して垂直である。時間点Ｔ１の時、清掃ロボット８２は所定方向で移動する。時間点Ｔ２の時、光検出器８３は、充電ステーション８１が発する光線を検出する。清掃ロボット８２内のコントローラーは、光検出器８３が検出した光線の復号または復調を実行して、清掃ロボットが、第一境界ｂ１か第二境界ｂ２に沿って充電ステーションに移動することを知る。

本実施形態において、清掃ロボット８２は、第一境界ｂ１に沿って、充電ステーション８１に移動するので、清掃ロボット８２は前に移動し続ける。時間点Ｔ３の時、光検出器８３は、充電ステーション８１が発する光線を検出せず、よって、清掃ロボット８２も移動を停止する。続いて、清掃ロボット８２は反時計回り方向で回転し、光検出器８３が、再度、充電ステーション８１が発する光線を検出すると、清掃ロボット８２は回転を停止する。

時間点Ｔ４の時、清掃ロボット８２は、第一境界ｂ１に沿って、充電ステーションに移動する。時間点Ｔ５の時、清掃ロボット８２は、清掃ロボット８２と充電ステーション８１の距離が既に所定距離より小さいことを判断し、清掃ロボット８２が移動を停止し、且つ、清掃ロボット８２は、その場で１８０度回転する。時間点Ｔ６の時、清掃ロボット８２は、後退して充電ステーション８１に帰還する。

図１０は、本発明に係る清掃ロボットの充電方法の別の実施形態を示す図である。充電ステーション９１は光線を発し、光線は、第一境界ｂ１と第二境界ｂ２とを有し、第一境界ｂ１は充電ステーション８１に対して垂直である。時間点Ｔ１時、清掃ロボット９２は所定方向で移動する。時間点Ｔ２時、光検出器９３は充電ステーション９１が発する光線を検出する。清掃ロボット９２内のコントローラーは、光検出器９３が検出する光線の復号または復調を実行して、清掃ロボットが、第一境界ｂ１か第二境界ｂ２に沿って、充電ステーションに移動することを知る。

本実施形態において、清掃ロボット８２は、第一境界ｂ１に沿って、充電ステーション８１に移動しなければならないが、このとき、清掃ロボット８２は既に第一境界ｂ１を離れているので、清掃ロボット８２は、第一境界ｂ１に戻らなければならない。時間点Ｔ３の時、光検出器９３は、充電ステーション９１が発する光線を検出せず、清掃ロボット９２も移動を停止する。続いて、清掃ロボット８２は、反時計回り方向で所定角度回転する。清掃ロボット８２が回転を停止後、清掃ロボットは前に移動する。

時間点Ｔ４の時、光検出器９３は、充電ステーション９１が発する光線を検出せず、清掃ロボット９２も移動を停止する。続いて、清掃ロボット９２は反時計回り方向で回転し、光検出器９３が再度、充電ステーション９１が発する光線を検出すると、清掃ロボット９２は回転を停止する。時間点Ｔ５の時、清掃ロボットは、第一境界ｂ１に沿って充電ステーション９１に移動する。

時間点Ｔ９の時、清掃ロボット９２は、清掃ロボット９２と充電ステーション９１の距離が、既に所定距離ｄより小さいと判断し、清掃ロボット９２は移動を停止し、また、清掃ロボット９２はその場で１８０度回転する。時間点Ｔ７の時、清掃ロボット９２は後退方式で充電ステーション９１に帰還する。

以上、本発明では好ましい実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本発明に係る清掃ロボットおよび充電システムにより、簡易な構成とし、且つ、製品コストの低減を実現しながらも、清掃ロボットを正確に、しかも速やかに充電ステーションに誘導させて充電を行うことができる。

１１、２２、４１、６１、８２、９２…清掃ロボット
１２…仮想壁
１３、２３、４２、６２…非全方向光検出器
１４、２４…リブ
１５…光線
２１、３１、３３、８１、９１…充電ステーション
３２、３４…赤外線発射器；
ｂ１…第一境界
ｂ２…第二境界
３５…平行導光板
４３…指向性光検出器
４４…マスク
４５…無線信号発射器
４６、６６…充電連接ポート
６３ａ…第一光検出器
６３ｂ…第二光検出器
６４…第一超音波検出器
６５ａ…第二超音波検出器
６５ｂ…第三超音波検出器
８３、９３…光検出器
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６…時間点

Claims (15)

1. 光線を検出する光検出器と、前記検出器に接続されるコントローラーとを備えた清掃ロボットにおいて、
   前記第一境界は、前記充電ステーションに対してほぼ垂直であり、
   前記コントローラーは、前記光線が充電ステーションから発すると判断する場合に、前記清掃ロボットが前記光線の第一境界に沿って前記充電ステーションに移動するように制御するものであることを特徴とする清掃ロボット。
2. 前記清掃ロボットと前記充電ステーションの距離が所定値より小さい場合に、
   前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させる請求項１に記載の清掃ロボット。
3. 前記光線が第一光線で、且つ、前記清掃ロボットと前記充電ステーションの距離が所定値より小さい場合に、
   前記充電ステーションが第二光線を発し、前記検出器が前記第二光線を検出すると、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させる請求項１に記載の清掃ロボット。
4. 前記充電ステーションが発する無線信号を検出する無線信号検出器を有し、
   前記無線信号の強度が所定値より大きい場合に、
   前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させる請求項１に記載の清掃ロボット。
5. 前記検出器の左側に設置される第一光検出器と、前記検出器の右側に設置される第二光検出器とを含み、
   前記第一光検出器が前記第一境界に照準し、且つ、前記第二光検出器が前記光線を検出する場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットが右に回転するように制御する請求項１に記載の清掃ロボット。
6. 前記検出器が仮想壁が発する第二光線を検出する場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットが前記第二光線に沿って前記仮想壁に移動するように制御する請求項１に記載の清掃ロボット。
7. 前記コントローラーが前記清掃ロボットは充電が不要であると判断する場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットを制御して、所定方向または前記清掃ロボットが移動できる方向で移動させる請求項１に記載の清掃ロボット。
8. 前記清掃ロボットと前記充電ステーションとが電気的に接続して所定時間後または前記清掃ロボットと前記充電ステーションとが連続して何回か電気的接続を実行する場合に、前記コントローラーが充電電圧を検出していないと、前記清掃ロボットは前記充電ステーションを離れる請求項１に記載の清掃ロボット。
9. 前記清掃ロボットと前記充電ステーションが電気的に接続し、所定時間内に前記コントローラーが充電電圧を検出していない場合に、前記清掃ロボットは、一定距離後退し、前記充電ステーションに新たに帰還すると共に、前記充電ステーションと電気的に接続して充電動作を完了する請求項１に記載の清掃ロボット。
10. 第一境界と第二境界とを有し、前記第一境界が清掃ロボット用充電ステーションに対して垂直となる第一光線を発射する充電ステーションと、光検出器と前記光検出器測に接続されると共に前記光検出器の検出結果を受信するコントローラーとを有する清掃ロボットとからなる充電システムであって、
    前記コントローラーは、前記光検出器が前記第一光線を検出した場合に、前記清掃ロボットが前記第一境界に沿って前記充電ステーションに移動するように制御することを特徴とする充電システム。
11. 前記清掃ロボットと前記充電ステーションの距離が所定値より小さい場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させる請求項１０に記載の充電システム。
12. 前記清掃ロボットと前記充電ステーションの距離が所定値より小さい場合に、前記充電ステーションが第二光線を発し、且つ、前記光検出器が前記第二光線を検出すると、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させる請求項１０に記載の充電システム。
13. 前記清掃ロボットは、前記充電ステーションが発する無線信号を検出する無線信号検出器を含み、前記無線信号の強度が所定値より大きい場合に、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの移動を停止すると共に、前記清掃ロボットを制御して、所定角度回転させた後、後退方式で前記充電ステーションに帰還させる請求項１０に記載の充電システム。
14. 前記清掃ロボットは、前記光検出器の左側に設置される第一光検出器と、前記光検出器の右側に設置される第二光検出器とを含み、前記第一光検出器が前記第一境界に照準し、且つ、前記第二光検出器が前記光線を検出すると、前記コントローラーは、前記清掃ロボットを右に回転するよう制御する請求項１０に記載の充電システム。
15. 前記清掃ロボットと前記充電ステーションとが電気的に接続して所定時間後、前記コントローラーが充電電圧を検出する場合、前記清掃ロボットは前記充電ステーションを離れる請求項１０に記載の充電システム。

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