JP2013510377A5

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Publication number: JP2013510377A5
Application number: JP2012538055A
Authority: JP
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2030-11-05

Description

周辺追跡する工程は、モバイル装置を、たどられていない第1の周辺部分上の第1の位置までナビゲートすること、一つまたは複数のセンサに少なくとも部分的に依拠して第1の周辺部分をたどる方法を決定しながら、第1の周辺部分をたどること、マップを更新して、たどられる第1の周辺部分がたどられたことを示すこと、および、第1の周辺部分をたどる間に横断された一つまたは複数の位置に関する追加情報でマップを更新すること、を含む。領域を探索する工程は、領域内でモバイル装置をナビゲートすること、マップを更新して一つまたは複数の発見済み周辺を示し、周辺は、識別されているときは表面境界および障害物境界線を含むこと、および、マップを更新して表面の横断済み部分が探索されたことを示すこと、を含む。
[本発明1001]
表面をナビゲートするように構成されたモバイル装置（mobile device）であって、
該モバイル装置を、第1の位置および第1の方位を含む第1の姿勢から、第2の位置および第2の方位を含む第2の姿勢まで移動させるように構成された、移動機構と、
前記表面に関するデータを表すマップを更新するように構成されたマッピングモジュールであって、該マップが位置と一つまたは複数の特性を関連付け、該特性が、「未探索（unexplored）」、「横断済み（traversed）」、「縁部（edge）」、および「占有済み（occupied）」を示すのに十分な特性を含む、マッピングモジュールと、
初期位置および初期方位を含む初期姿勢を確立するように構成された、初期化モジュールと、
前記初期姿勢の少なくとも一つの成分に基づいて少なくとも部分的に定義された第1の領域をカバーする（cover）ように前記移動機構に前記モバイル装置を移動させるように構成され、かつ前記マッピングモジュールに前記マップを更新させるようにさらに構成された、第1の領域カバーモジュールと、
少なくとも一つの追加領域をそれぞれカバーするように前記移動機構に前記モバイル装置を移動させ、かつ前記マッピングモジュールに前記マップを更新させるように構成され、該第1の領域と該少なくとも一つの追加領域とが重なり合っていない、第2の領域カバーモジュールと、
一つまたは複数の未追跡の縁部を識別し、未追跡の縁部をそれぞれたどるように前記移動機構に前記モバイル装置を移動させ、たどられるときに前記マッピングモジュールに追跡済み縁部に印を付けさせ、かつ縁部で発見される一つまたは複数の領域が発見された場合に該領域をカバーするように前記移動機構に前記モバイル装置を移動させるように、第3の領域カバーモジュールがするように構成された、縁部追跡モジュールと
を備えるモバイル装置。
[本発明1002]
モジュールのそれぞれがコンピュータ化されたシステムを含む、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1003]
コンピュータ化されたシステムを含み、かつ「横断済み」位置と「未探索」位置の間に辺縁(frontier)を含むマップ位置を識別し、かつ一つまたは複数の該辺縁が識別された場合、前記移動機構に、少なくとも一つの該辺縁に基づいて少なくとも部分的に定義された領域をカバーするように前記モバイル装置を移動させ、かつ前記マッピングモジュールに前記マップを更新させるように構成された、追加の領域カバーモジュールをさらに含む、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1004]
モジュールがそれぞれ、単一の一般的なコンピュータ化されたシステムを含む、本発明1002または1003のモバイル装置。
[本発明1005]
移動機構が一つまたは複数の車輪を含む、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1006]
移動機構が一つまたは複数の軌道を含む、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1007]
移動機構が少なくとも一つの舵構成要素と少なくとも一つの推進構成要素とを含む、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1008]
マッピングモジュールが、モバイル装置に結びついた一つまたは複数のセンサからの情報に少なくとも部分的に基づいて、位置と一つまたは複数の特性を関連付ける、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1009]
センサが、モバイル装置がある位置にあるかまたは該位置を通って移動したことを示す場合、マッピングモジュールが該位置と「横断済み」を関連付ける、本発明1008のモバイル装置。
[本発明1010]
センサが、モバイル装置がある位置にまで移動できないことを示す場合、マッピングモジュールが該位置と「占有済み」を関連付ける、本発明1008のモバイル装置。
[本発明1011]
隣接する位置が「占有済み」である場合、マッピングモジュールが位置と「縁部」を関連付ける、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1012]
ある位置が「横断済み」位置に隣接しておりかつ「占有済み」または「横断済み」でない場合、マッピングモジュールが該位置と「未探索」を関連付ける、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1013]
領域のモバイル装置がアクセス可能な部分の少なくとも90％がマップ上の「横断済み」位置に関連付けられている場合に、該領域はカバーされている、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1014]
領域のモバイル装置がアクセス可能な部分の少なくとも80％がマップ上の「横断済み」位置に関連付けられている場合に、該領域はカバーされている、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1015]
領域が、表面の特性と無関係である定義を有する、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1016]
各領域が表面の適正なサブセットである、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1017]
領域が静的寸法を有する、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1018]
領域が少なくとも一つの動的寸法を有する、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1019]
領域が、第2の領域の少なくとも一つの寸法によって少なくとも部分的に決定された少なくとも一つの動的寸法を有する、本発明1018のモバイル装置。
[本発明1020]
第1の領域の10％未満が第2の領域内にある場合に、該第1の領域と該第2の領域は重なり合っていない、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1021]
第1の領域の25％未満が第2の領域内にある場合に、該第1の領域と該第2の領域は重なり合っていない、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1022]
第1の領域の50％未満が第2の領域内にある場合に、該第1の領域と該第2の領域は重なり合っていない、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1023]
縁部が、「縁部」に関連付けられた一つまたは複数の位置と「縁部」に関連付けられていない一つまたは複数の位置とを含む、本発明1008のモバイル装置。
[本発明1024]
縁部追跡モジュールが、前記センサからのデータに少なくとも部分的に依拠して縁部をたどるようにさらに構成されている、本発明1008のモバイル装置。
[本発明1025]
縁部追跡モジュールが、マッピングモジュールに位置と「縁部」との間の関連付けを除去させるようにさらに構成されている、本発明1024のモバイル装置。
[本発明1026]
縁部追跡モジュールが、未追跡の縁部をたどる間に「縁部」に関連付けられていない少なくとも一つの位置が横断された場合に、縁部で発見された領域をカバーするように、移動機構がモバイル装置を移動させるように構成されている、本発明1001のモバイル装置。
[本発明1027]
一つまたは複数の境界を有しかつ一つまたは複数の障害物を含んでいる表面上でのモバイル装置の第1の姿勢の少なくとも一つの成分に基づいて、コンピューティング装置を使用して基準枠を定義する工程であって、該第1の姿勢が第1の位置および第1の方位を含む、工程;
前記モバイル装置により前記表面の第1の領域を探索する工程であって、該第1の領域が前記第1の姿勢の成分に少なくとも部分的に基づいて決定される、工程;
前記モバイル装置により、前記第1の領域を探索した後で前記表面の少なくとも一つの第1の追加領域を探索する工程;
前記表面に関する情報のマップをコンピュータ可読メモリ内に保持する工程であって、該情報の少なくとも一部が前記第1の領域および前記追加領域を探索することによって得られる、工程;
前記マップの分析が、一つまたは複数の未追跡の周辺(perimeter)部分が、
前記モバイル装置を、たどられていない第1の周辺部分上の第1の位置までナビゲートすること、
一つまたは複数のセンサに少なくとも部分的に依拠して前記第1の周辺部分をたどり、前記第1の周辺部分をたどる方法を決定すること、
前記マップを更新して、前記たどられる第1の周辺部分がたどられたことを示すこと、および
前記第1の周辺部分をたどる間に横断された一つまたは複数の位置に関する追加情報で前記マップを更新すること、
により存在することを示す場合に、一つまたは複数の未追跡の周辺部分を周辺追跡する工程;ならびに
周辺追跡する間に発見された未探索の第2の追加表面領域を探索する工程
を含む、モバイル装置で表面をナビゲートする方法であって、
領域を探索する工程が、
前記モバイル装置を前記領域内でナビゲートすること、
前記マップを更新して一つまたは複数の発見済み周辺を示すことであって、該周辺はそれが識別された場合に表面境界および障害物境界線を含むこと、および
前記マップを更新して前記表面の横断済み部分が探索されたことを示すこと
を含む、方法。
[本発明1028]
モバイル装置が、検出済み信号情報を用いる信号ベースの位置確認システムを用いて位置確認を行い、該信号が放送装置からの放送である、本発明1027の方法。
[本発明1029]
第1の周辺部分をたどる間に発見された未探索の追加表面領域を探索する工程が、マップが未追跡の周辺部分が存在しないことを示すときに実行される、本発明1027の方法。
[本発明1030]
第1の周辺部分をたどる間に発見された未探索の追加表面領域を探索する工程が、マップが未追跡の周辺部分が存在することを示している間に実行される、本発明1027の方法。
[本発明1031]
少なくとも一つの追加領域が、第1の姿勢の一部に少なくとも部分的に基づいて決定される、本発明1027の方法。
[本発明1032]
少なくとも一つの追加領域が、第1の領域に少なくとも部分的に基づいて決定される、本発明1027の方法。
[本発明1033]
本発明1027の工程をまず実行した後、
モバイル装置を表面上に第1の姿勢で構成する工程;および
本発明1027の工程を再度実行する工程
をさらに含み、
前記モバイル装置の挙動が、初回の実行および再実行の間、実質的に同じである、本発明1027の方法。
[本発明1034]
前記表面が第1の部屋の床である、本発明1027の方法。
[本発明1035]
第1の領域およびすべての追加領域が表面の90％超を集合的に構成する、本発明1027の方法。
[本発明1036]
モバイル装置を領域を通ってナビゲートすることが、該領域を通ってスネーキングすることを含む、本発明1027の方法。
[本発明1037]
モバイル装置を領域を通ってナビゲートすることが、該領域を通ってらせん状に移動することを含む、本発明1027の方法。
[本発明1038]
モバイル装置を領域を通ってナビゲートすることが、該領域を通って外側にらせん状に移動することを含む、本発明1037の方法。
[本発明1039]
第1の領域内にも第2の領域内にもある表面部分は実質的に存在しない、本発明1027の方法。
[本発明1040]
複数の領域内にある表面部分は実質的に存在しない、本発明1027の方法。
[本発明1041]
第1の領域の10％以下が第2の領域内にもある、本発明1027の方法。
[本発明1042]
表面の第1の境界が、モバイル装置が進んだ距離に基づいて検出される、本発明1027の方法。
[本発明1043]
表面の第1の境界が障害物の検出に基づいて検出される、本発明1027の方法。
[本発明1044]
表面の第1の境界が物理的境界でない、本発明1027の方法。
[本発明1045]
表面の第1の境界が、信号の値と閾値を比較することに基づいて検出される、本発明1044の方法。
[本発明1046]
表面の第1の境界が部屋の壁である、本発明1027の方法。
[本発明1047]
モバイル装置が清掃装置である、本発明1027の方法。

本明細書において開示されるいくつかの方法およびシステムは、モバイル装置が環境におけるその相対的位置および方位（姿勢）に関する情報を入手し、場合によってはその環境のレイアウトの事前知識なしに、その環境でナビゲートすることができる方法について、従来技術を進歩させる。本明細書において開示されるいくつかの方法およびシステムに従って構成されたモバイル装置は、環境をカバーするかまたは実質的にカバーするように（例えば、家具、ペット、人、階段などの障害物のせいで横断することができない部分を除く、床などの、環境内のすべてもしくはほとんどすべての横断可能な場所を横断するように）ナビゲートする。

「カバーする（cover）」は広義語であり、その普通の慣習的意味を当業者に与えられるべきであり（すなわち、それは、特別な意味またはカスタマイズされた意味に限定されるべきではなく）、開始位置から横断可能かつアクセス可能な環境のすべてもしくは実質的にすべての位置を横断すること、ある動作を行うように構成されたモバイル装置によってすべてもしくは実質的にすべてのかかる位置が動作を受けられるように十分なだけかかる位置を横断すること、などを非限定的に含む。「カバーする」という用語は環境の一部に適用することもできる。環境またはその一部が「カバーされる」と見なされうる場合の例示的な例は、横断可能な位置の少なくとも100％、95％、90％、85％、または他の閾値百分率もしくは割合が処理される（例えば、横断されるかまたは動作を受ける）場合、あるいは閾値がカバーされるまたはカバーされない場合、を含む。例えば、真空掃除機は、それが少なくとも80、85、90、95、または99平方フィートなどの閾値を横切った場合、100平方フィートのアクセス可能表面（例えば、家具、ペット、人、階段などの障害物のせいでアクセスできない表面でない）を有する部屋をカバーしたと見なすことができる。あるいは、掃除機の一例は、アクセス可能な床の総量に関係なく、アクセス可能な床の閾値平方フィート数未満の部分が掃き掃除されない場合（1、5、10、100など）、床をカバーしていると見なすことができる。掃き掃除する、掃除機がけする、などのいくつかの用途では、モバイル装置が環境の一部をその「周辺」を含めて明確にカバーすることが特に重要となりうる。例えば、掃き掃除することおよび掃除機がけをすることにより、ごみが壁、家具、または他の障害物の近くに集まることが多い。例えば種をまいたり洗浄剤を散布したりする他の用途では、環境が全体的にカバーされる限り、環境の周辺を明確にカバーする必要はないかもしれない。

便宜上、本開示の大半は「モバイル装置」または「モバイル物体（mobile object）」に関して表される。しかしながら、開示されている局面は一般に任意のタイプの物体をナビゲートするために使用することができ、当業者なら、本開示が単独で移動することができない物体（何か他のものによって輸送または搬送される物体など）を含む他の物体に適用されうる方法を理解するであろう。非限定的な例として、モバイル装置は、自律、半自律、もしくは遠隔命令されるフロアクリーナ（例えば、掃除機、真空掃除機、芝刈り機、および/またはモップ）、配送車両（例えば、建物内でメールを配達し、病院や寮内で食料を配送する車両など）、あるいは監視車両（例えば、汚濁もしくは汚染検出器、セキュリティモニタ）とすることができる。モバイル装置には、一つまたは複数の車輪、キャタピラ、またはこの種の他の装置を駆動する一つまたは複数の駆動モータを装備することができ、駆動モータは、非一時的メモリに保存されたプログラムを実行するコンピューティング装置の制御を受けることができる（例えば、非一時的メモリは、物体の電源が切られたときまたは他のデータが上書きまたは消去されたときに持続する）。モバイル装置は、ナビゲーションの目的でナビゲートするように構成することができ、あるいは、上述したようなタスク、ならびに記録すること（ビデオ、オーディオ、および/または他のデータ）、モップがけすること、トリミングすること、切断すること、および（例えば、塗料、シーラント、種、肥料、またはプールクリーナを）分注することを非限定的に含む追加のタスクを実行するように構成することができる。モバイル装置は、これらの機能および/または他の機能のいずれかを実行するように構成されたロボットとすることができる。要するに、「モバイル物体」および「モバイル装置」は広義語であり、それらの普通の慣習的な意味を当業者に与えられるべきであり（すなわち、それらは、特別な意味またはカスタマイズされた意味に限定されるべきではなく）、上述の例を非限定的に含む。

「探索済み」位置は、モバイル装置が横断することができた表面の位置または部分である。「探索済み」位置は、例えば、モバイル装置がその下で滑ることができない家具の下の床の各部分、またはモバイル装置が到達することができない芝生の各部分を除外することができる。というのは、モバイル装置は泥または水の中を走行することができないからである。他の状況では、（例えば、モバイル装置が適度に小さいか、「オフローディング（off-roading）」用に構成されるか、または航行することができる場合）、これらの領域は潜在的に探索済み領域となりうる。探索済み領域は、モバイル装置がまだ横断していないが横断可能である表面の各部分を除外することもできる。

左と右の両方へカバーした後、モバイル装置がカバーしていない表面の非周辺部分が依然として存在する可能性がある。例えば、左カバールーチンと右カバールーチンの一方または両方は、モバイル装置が走行できる距離またはモバイル装置がカバーできる表面の量に直接的もしくは間接的に最大値を課すことができる。また、ルーチンの一方または両方は、モバイル装置が充電されるかまたは消耗品を交換される必要性により、ユーザの一時停止操作により、あるいはモバイル装置が、限定されるものではないが、けん引力を喪失すること、凹所にはまり込んだり突出部に引っかかったりすること、または反応しなくなることを含むエラー状態に入ることと関連付けられうるような例外により、中断されうる。図示のプロセス100は、さらにカバーされる必要のある表面の潜在的部分をチェックするのをプロセス200（状態135で開始パラメータが「どこでもカバーする」に設定された状態で、プロセス100が140で呼び出す）に任せる。他の態様では、このチェックは、他のプロセスによりまたは他のときに実行することができる。例えば、このチェックは、プロセス200で「左へカバーする」が呼び出されたときにプロセス200の終結状態とすることができ、あるいはプロセス200はプロセス100によって直接実行するかまたは呼び出すこともできる。

表面のかかる部分が識別されカバーされうる方法を示すプロセス例について、図2の状況で以下に論じる。かかる部分が見出された場合、領域ベースのカバープロセス200は143での「領域がカバーされた」という値で戻り、プロセス200は、「どこでもカバーする」に設定された開始で再び呼び出される。かかる部分が見出されなかった場合、プロセス200は141での「辺縁がない」という値で戻る。これが起きた場合、モバイル装置は、表面の識別されたアクセス可能もしくは横断可能な部分を実質的にカバーし、それらの部分のほぼ完全なマップを作ったのだろう。次いで、プロセス100は状態150へ進み、そこでプロセス100は周辺カバープロセス300を呼び出す。

周辺カバープロセス300の例が図3に示されており、以下により詳細に説明する。高レベルで、かかるプロセス300は、マップを分析するかまたはその他の方法でそれに沿ってカバーもしくはナビゲートするべき未追跡の縁部または境界（周辺）を選択し、その周辺に沿ってナビゲートし、それに応じてマップを更新し、そして周辺カバーが継続される必要かあるかどうかを決定する。

一連のこれらの設定では、図示されているようないくつかのプロセスにより、モバイル装置は、最初に、それが表面上に置かれた方向に移動し、表面の、それが最初に移動したラインの片側にある部分をカバーするように進み、その初期位置に戻り、表面の、それが最初に移動したラインの反対側にある部分をカバーするように進む。いくつかのこのような態様は、有利に予測可能であり、見て美しいナビゲーションルートを有し、ユーザの期待に応じて補助的なタスク（清掃など）を実行することができる。というのは、それらが、初期位置（ユーザにとって特に重要または適切な位置となりうる）の周りで最初にかつ繰り返し動作するからである。

動的領域は、複数の寸法、好ましくは、表面の寸法に比べて相対的に小さいと予想される寸法（例えば、アメリカの家の床上で動作するよう意図されているモバイル装置の場合、0.5メートル×0.5メートル）で初期化され、環境に応じて領域を適合させるように、おそらく予め定義された最大サイズ/寸法まで拡大することを許容される。動的領域は、静的領域と同様に、SPに相対する予め定義した位置を有することができる。

制約SC1を満たすスネークSが存在する場合、モバイル装置は状態275でスネーキングを開始する。他の態様は、スネーキング以外のカバーアクション（ナビゲーション）を実施することができる。モバイル装置がスネーキングするに従い、マップは、例えば、横断された位置、障害物が検出された位置、および境界が存在するように見える位置を記録するために更新される。スネーキングについては、図5の状況で以下により詳細に説明する。

プロセス200が、状態225での「どこでもカバーする」に設定された開始パラメータで呼び出されると、モバイル装置もまた状態230で適切な辺縁を識別するためにマップを分析する。状態235で潜在的辺縁が制約SC1に対して評価される。辺縁（例えば、モバイル装置の現在位置に最も近い辺縁、または消費電力や到達時間などの費用計算もしくは概算機能を前提として到達するのに最も安価である辺縁）が選択され、対応する初期パラメータが240で（例えば、スネークSの特性、モバイル装置の現在の姿勢、およびマップの状態に基づいて）設定される。次いで、処理がサブセット212に従い状態255で進行する。240で設定されたパラメータに応じて、開始姿勢SPはその時点でのモバイル装置の現在の姿勢とすることができ、方向Dは、例えば、以前のD、モバイル装置の現在の方位、または探索されるべき辺縁の優先的方向を含む任意の値に設定することができる。

図1から想起されるのは、状態135および140が例示の態様で繰り返され、その結果、プロセス200は、SC1を満たすスネークSがない（または場合によりSC1を満たすスネークが閾値数より少ない）ことが見出されるまで、開始パラメータ「どこでもカバーする」で呼び出され、プロセス200が状態「辺縁がない」で終了する。したがって、モバイル装置は、少なくとも一つのそのような辺縁が存在する限り、マップから辺縁を選択し続ける。

いくつかの態様では、ランクの間隔650は約0.5メートルである。他の態様では、ランクは、予め定義されるが一定でない間隔を有することができる。ランクの間隔650は、一つのランクをたどる間にモバイル装置によって影響を受ける（横断されるかまたは動作を受ける）表面の一部が次のランクをたどる間に影響を受ける表面の一部と部分的に重なり合うように、モバイル装置の寸法または機能特性（例えば、モバイル装置の真空掃除機の吸引範囲またはモバイル装置の種まき機の分散剤の範囲）に関連することができる。重なり合う部分は、態様に応じてより大きくてもより小さくてもよく、状況次第とすることができる。例えば、薄いカバーが所望される場合、例えば、いくつかのタイプの植え付けの間、またはおそらく環境中に送出すことになる材料を分散させるとき、ランクの間隔はより大きくすることができ、例えば、モバイル装置のサイズの1.5倍もしくは2倍（もしくはそれ以上）または1メートルもしくは2メートルとすることができる。表面の反復処理が、芝を刈るなどのときに有利であるかまたは有害でない場合、例えば、ランクの間隔は0.25メートル以下などのより低いレベルに設定することができる。図示されているようないくつかの態様では、ランクの間隔が小さくなるほど、カバーにはより長い時間および/またはより多くの計算資源が必要になる可能性がある。ランクの間隔はまた、モバイル装置寸法の一つまたは複数分に相対することができ、例えば、寸法の0.25倍、0.5倍、1.0倍、1.25倍、1.5倍、または2.0倍とすることができる。

ランクの長さは、ランクの間隔650の方向と直交する方向640に沿って測定される。矢印660は、モバイル装置がスネーキングするときに走行するランクに沿った方向を示す。したがって、図6におけるモバイル装置は、北へランク1まで進み、時計方向に90度回転し、領域の境界線610に到達するまでランク1に沿って進むことができる。次いで、モバイル装置は、反時計方向に90度回転し、ランク2に到達するまで走行することができる。その時点で、モバイル装置は、反時計方向に90度回転し、ランク2に沿って走行するように進むことができる。このように、モバイル装置は、それが前のランクを横切った進路と反対の方向に各ランクを横切り、一般に北へカバーする方向に進んで、ランクに沿って「スネーキングする」。スネーキングアクションのこの例は、一態様が領域を横断するために使用することができる一ナビゲーション手法にすぎないが、図5の状況で詳述される。

条件511が偽である場合（例えば、ランクの端を越える表面の部分が以前に探索された領域の一部であるかまたは識別された障害物であるという理由で）、状態512において、現在のランクは一つずつインクレメントされ、横断する方向は以前の方向に対して逆にされる。いくつかの態様では、モバイル装置は、次のランクへ移動するのではなく、代わりに1ランク飛ばし、第2ランクへ、場合によってはさらに高いランクへ移動する。状態514において、モバイル装置は、一番上の（例えば論理北）領域の境界線を横切っていること、または現在のランクを横断する間に位置確認信号を喪失していること、を含む終了条件をチェックする。かかる条件のうちのいずれか（または指定されたサブセット）が真でありかつ（例えば、領域を動的に成長させることによるかまたは位置確認の代替信号もしくは手段を使用することにより）是正され得ない場合、ルーチンは状態516において終了し、例えば図2の領域カバー状態280に戻る。いくつかの態様では、状態514の非常に重要なチェックは、中断ベースでまたは定期的に、ならびにまたはその代わりに、プロセス500などのプロセスの実行での設定点で実行される。条件514が偽である場合、モバイル装置は状態508に従って現在のランクに沿って移動し続ける。

状態520での決定は様々な基準を用いて行うことができる。一態様では、それぞれが約1/3の場合または別の予め定義された比率で選択されるように、3つの選択肢のうちの一つが予め定義された確率を用いて選択される。別の態様では、ランダムもしくは疑似ランダムアルゴリズムが、どの選択肢が選択されるかを決定することができる。別の態様では、選択肢を選択する確率は、例えば前の結果に基づいて時間的に変化する（例えば、その選択肢が継続的スネーキングにつながると、その選択肢を将来選択する確率が高くなり、その選択肢がスネークから出ることにつながると、その選択肢を将来選択する確率が低くなる）。別の態様では、マップは、障害物の周りをナビゲートして現在のランクに再結合するかまたは次の（より高い）ランクまで横断する（例えば、障害物が現在のランクの横断可能な長さの残り部分に延びる場合）ために、モバイル装置を現在位置（すなわち、障害物の縁部における位置）から運ぶことになる複数の考えられる経路またはルートを南北にシミュレートするように分析される。経路の幾何学的長さとルートを通じて消費される資源（例えば、時間、計算資源、および電力に関して）とを含む様々な基準が、所望の経路を、したがって状態522において北に進むか状態526において南に進むかを選択するために使用することができる。

状態528で、モバイル装置は、障害物の縁部を北方向にたどる間にそれが次のランクと交差しているかどうかをチェックする。交差している場合、ルーチンは状態512へループバックする。他の態様では、モバイル装置は、次のランク上のこの位置を記憶し、2ランクアップ、領域の境界線、障害物が領域の中に深く延びていてモバイル装置がそのせいでそれが縁部に最初に遭遇したときは西に移動していたのに今は例えば東に移動しているという兆候などの別のインジケーターに到達するまで障害物の縁部の周りを進み続けてもよい。それぞれのこのような決定点で（または決定点のサブセットで）、いくつかの態様は障害物の周りを進もうとし続けることを決定することができ、いくつかの態様は記憶された位置に戻ることができる。モバイル装置がかかる態様で最初のランクに戻ることができる場合、あるいは、図示の態様の状態532と同様に、モバイル装置が次のランクに到達する前に現在のランクに到達した場合、プロセス500は状態508で再開し、そこでモバイル装置は現在のランクに再合流し、それに沿って移動し続ける。

周辺追跡/カバー
図3は、周辺追跡ルーチン300の一態様のプロセス例を示す。いくつかの態様は、ルーチン300を少なくとも部分的に呼び出すことができる。というのは、以前に見出された障害物の縁部および/または表面の境界をたどることが機能上の価値を有するからである。一例が、静電パッドでダスティングを行うように構成されたモバイル装置である。ダスティング（カバー）プロセスの終わりごろに周辺のダスティングを行うことにより、モバイル装置は、領域ベースの清掃の経過中に周辺の方へ追いやられたダストまたは屑を収集することが可能になる。周辺カバーの機能上の価値の別の例は、適切に構成された装置が幅木および家具の底を清掃するのを助けることができることである。

いくつかの態様は、ルーチン300を呼び出して、表面の以前に探索されなかった部分を発見することにより、より完全なカバーを得るのを助けることができる。例えば、散らかった部屋において、床のアクセス可能かつ横断可能な部分のレイアウトは、表面の大きな横断可能な部分がモバイル装置の幅よりわずかに広い小さいつながり部でしかアクセスできないようなものである。周辺カバー中、領域カバー段階中に見落とされているかもしれない、これらの小さいつながり部のうちのいくつかなどの表面の各部分が識別される。そのような部分が識別された場合、モバイル装置は、新たなスネークカバールーチンに入ることにより、その部分を探索することができる。そのようなつながり部が見落とされる可能性のある一つの方法は、例えば、2つのランクの間、モバイル装置が第1のランクから第2のランクへ移動する端部とは反対側の両ランクの端部でつながり部が生じた場合である。周辺カバーは、以前に識別された障害物が移動または除去されているかどうかを発見する機会でもある。

図1に関する論議から思い起こされるのは、マップの分析が探索すべきさらなる辺縁がないことを示してから、例示的なカバールーチン100により状態150で周辺カバーを呼び出すことができる（例えば、領域カバープロセス200は状態245で終了条件「辺縁なし」で抜け出ている）。この時点で、モバイル装置は通常、表面で領域ベースのカバーを行った後で、表面の大部分のマップを構成している。モバイル装置は、マップを分析し、そして状態310で制約PC1を満たす辺縁を列挙することにより、周辺カバー段階300を開始する。制約PC1は、周辺カバーする対象となる辺縁を表す。例えば、PC1は、それが、探索済み位置と占有済み位置の間にある、かつ/または探索済み位置と未探索位置（例えば、スネーキング中に横切られなかった位置）との間にある、周辺カバーされたことがなくかつ表面内にある辺縁を含むようなものでよい。

例えば、ランキング機能は、モバイル装置の現在の姿勢から辺縁までの距離または辺縁に到達するための電力コストもしくは時間、辺縁の長さ（辺縁が長いほどより重く重要性を評価されることができる）、ならびに/あるいは辺縁に沿った位置確認信号の品質（例えば、信号の品質が良いほどより重く重要性を評価されることができるが、いくつかの態様では、例えばモバイル装置が長時間動作するほど弱い信号を処理する能力が低下する場合など、弱い信号を最初に選択してもよい）を含むパラメータに基づいて識別または列挙された辺縁をランク付けすることができる。Fn1による最高位の辺縁が最初にカバーされる。他の態様は、利用可能な辺縁からランダムにまたは他の方法で選択することができる。一態様は辺縁までの距離を唯一のファクタとして使用し、他の態様は他のパラメータを組み合わせたものを使用することができる。

状態320において辺縁が選択されると、状態325で、モバイル装置は辺縁の開始位置へナビゲートし、状態330で周辺追跡またはカバーに従事する。周辺カバーモードになると、モバイル装置は、状態335、340、345、350、および355を含むループを実行する。モバイル装置は、周辺追跡をいつ終了すべきかを決定するために、340でモバイル装置の現在位置から始まる辺縁を周期的に評価しながら、状態335で周辺をたどる。周辺をたどることは、いくつかの態様では、周辺のソース（例えば、弱信号または物理的障害物）を検出し、そのソースに沿ってナビゲートするためにモバイル装置に結びついたセンサを使用することにより、例えば、ソースに対する接線方向の偏りを伴って、そのソースに対して移動させるのとそのソースから遠ざけるのとを繰り返すことによって行われる。これは、モバイル装置が、マップ内の情報を更新するか、修正するか、あるいは増やす一つの方法である。例えば、マップが、その位置が占有されたことを誤って示した場合、いくつかの態様の周辺追跡はそのデータを訂正することができる。というのは、周辺のソースをたどるプロセスがモバイル装置を論理的に占有された位置へ移動させるからである。

状態340で、モバイル装置は、モバイル装置の現在位置から始まる辺縁を確認して、モバイル装置の以前のアクションが、以前に論じられた制約SC1に従って領域ベースのカバーに適している辺縁を作ったかどうかを決定する。いくつかの態様では、状態340においてSC1以外の制約を使用することもできる。辺縁が制約を満たしていれば、周辺カバールーチン300は、365で条件「スネークが作られた」で終了し、制御は、プロセス100の状態140およびプロセス200の状態250に従った開始条件「作られたスネークをカバーする」で領域ベースのカバーへ移動することができる。そうでない場合、周辺カバーは状態335に従い継続する。

図3で、制約が満たされなければ、状態345の後で状態350、および状態355が行われることが分かる。いくつかの態様はこのように作動しうる。より一般的には、状態340および345ならびに状態350および355がモバイル装置が状態335に従い周辺をカバーし続ける間に周期的に実行される。例えば、状態340および345ならびに状態350および355は、設定時刻に、またはモバイル装置が指定距離を移動した後で実行することができる。状態の対は定期的に交互に起こってもよく、一方の対の複数の反復は他方の対の反復の前に作動することができ、あるいは、状態の対はより複雑なパターンでまたは別のアルゴリズムに従って実行することができる。

いずれにせよ、状態350で、モバイル装置は、制約PC2に応じて現在のモバイル装置の現在位置から始まる辺縁を評価して、辺縁周辺カバーが続くべきかどうかを決定する。制約PC2は、モバイル装置が表面の探索済み部分と占有済み部分および/または未探索の部分との間の、例えば以前に周辺カバーされたことがなく、マップから出ておらず、かつモバイル装置が十分な位置確認信号を検出していない表面の部分にない辺縁を選択するという点で、制約PC1と同様とすることができる2つの制約の違いは、PC2がPC1ほど厳密でなくてもよいことである。例えば、PC1は長さが少なくとも1メートルの周辺の部分しか選択することができないが、PC2は、前方の、20cm、または1つもしくは2つのマップセルなどのより短い周辺カバーされたことがない距離を有する部分を、単純に選択することができる。このように、周辺カバールーチンは、それがPC1を満たす周辺部分を識別すると、周辺部分がPC2を満たしている限りその部分をたどり続けることになる。いくつかの態様は、ヒステリシスのためにこれを行う可能性がある。PC1およびPC2が同じであるかまたは十分な差異がなければ、周辺カバーは、PC1/PC2失敗となる程度に十分な周辺の部分がカバーされるとすぐに停止するかもしれず、周辺カバーにより、周辺の比較的わずかしか実際にカバーされないことになる。

モバイル装置が、それが既にカバーしているか、表面の境界を横切ろうとしているか、または（例えば）不十分な位置確認信号を有すると分かっている表面の以前に見出された部分に接近する周辺の各部分をカバーし始めると、制約PC2は失敗となり始め、状態355でモバイル装置は、状態360で終了条件「周辺がカバーされた」で終了することに決定する。この場合、例示されているような制御プロセス100のいくつかの態様は、領域ベースのカバーを開始条件「どこでもカバーする」で呼び出すことにより、例えば、プロセス100の状態140がプロセス200の状態225を呼び出すことにより、領域ベースのカバーがマップまたは表面のどこかで可能であるかどうかを見るためにチェックすることになる。

重複カバー
いくつかの例では、同じ位置の横断を繰り返すのを回避し、それによってカバーをより早く終了するように、かつ/または、電力などの資源およびモバイル装置によって使用されるクリーニング用品などの任意の消耗品の出費を低減するように、領域間の重複を低減するかまたは最小限に抑えることが有利である。いくつかのこのような例でも、様々なファクタが領域間の重複をもたらす可能性がある。一部のこのような重複は、ナビゲーションおよびランクの状況で論じられていることと同様の理由で、意図的であってもよい。例えば、一態様は、領域が互いに「混ざり合う」ように見えるようにするのを助ける、領域間の継ぎ目がカバーされるようにする、などの美的もしくは機能的要件（例えば、モップがけ機能または掃き掃除機能に関係する要件）に対して、互いに部分的に重なり合う領域を定義することができる。いくつかの態様は、マップと実際の表面との間の不一致を反映するのに役立つように重複する領域を意図的に定義することができる。表面を（例えば、上述した累積されたセンサ誤差または他のファクタのために）不正確に反映するマップ上の領域を画定する一態様は、このような誤差を補償する助けとなるように重複する領域を意図的に定義することができる。別の態様は、マップ上の重複する領域を定義しなくてもよいが、モバイル装置に、例えばマップ内の誤差のために重複する表面位置をカバーさせる。別の態様は、カバーの他の局面を容易にするために重複する領域を画定することができる。例えば、非重複領域がスネーキングできるには小さ過ぎることがあり、したがって、隣接する領域と部分的に重なり合うより大きな領域を定義することができる。これらは、非重複領域の方への偏倚を伴う態様でも、任意の2つの領域の間に依然として10％、25％、33％、50％、または他の百分率重複が依然として存在しうる理由の例示的な例にすぎない。

「ナビゲートする（navigate）」は広義語であり、その普通の慣習的意味を当業者に与えられるべきであり（すなわち、それは、特別な意味もしくはカスタマイズされた意味に限定されるべきではなく）、ソース位置から目的位置までのルートなどのルートを決定すること、およびそのルートに従って環境内で動くこと（「横断すること（traversing）」）を含むが、それに限定されるわけではない。横断することは、車輪またはキャタピラで移動すること、飛行もしくは滑空すること、浮遊もしくは浮動すること、仮想空間を論理的に移動すること、材料中を掘り進むこと、などによって非限定的に行うことができる。環境内の位置または環境の部分は、モバイル装置がその中で移動するときに、「カバーされる」または「横断される」または「探検される（explored）」または「ナビゲートされる（navigated）」ことができる。

処理装置410および/または記憶装置420は、スクリーンもしくはディスプレイ、光および音響システム、データ出力装置（例えば、バス、ポート、および無線もしくは有線ネットワーク接続）などの様々な出力機構に機能的に接続することができる。モバイル装置400は、425にUSBポートなどのポートで示されている。処理装置410および/または記憶装置420は、車輪480を具備することができる移動システム、またはキャタピラまたは垂直尾翼および舵などの他の形態の移動システム、ならびに推進源に機能的に接続される。移動は、モータ（駆動モータまたはサーボモータを含む）、ブレーキ、作動装置などの様々な制御装置に送られるモバイル装置を新たな姿勢に移動させる（または、清掃機能などの別の活動を実行させる）ことができる信号にかかわりうる。この新たな姿勢への移動は、センサから処理装置へ追加の出力を次々にトリガすることができる。態様例は、ARM7処理装置と、ソフトウェア用の256kのフラッシュROMと、データ用の64kのRAMとで構成される。これらは最小限の要件でも最大限の要件でもない。すなわち、本明細書において開示されるものの一部またはすべてが、より小さいまたはより大きい処理能力および記憶容量で実現することができる。他の態様は、異なる処理装置、およびより大きいまたはより小さいメモリ容量を有する異なるメモリ構成とすることができる。

Claims

以下を含むモバイルロボット：
該モバイルロボットを、表面におけるロボットの複数の姿勢の間を移動させるための、モータ付き駆動装置；
該モバイルロボットが横断（traverse）する表面上の障害物の縁部を検出するように構成された障害物検出センサ；
該モバイルロボットが横断する該表面上でのロボットの姿勢を検出するように構成された位置確認システム；
該表面のマップを記憶するメモリであって、該マップが、該位置確認システムおよび該障害物検出センサに従って記憶されたマップに、探索済（explored）の位置、未探索（unexplored）の位置、および縁部の位置を追加することによって更新される、メモリ；
該マップを更新するために経路方策パターンをたどるようモータ付き駆動装置に信号を与える領域カバールーチンであって、縁部ではない起点位置から外方へと該マップが更新されるように、該経路方策パターンを、少なくとも2つの異なるパターン方向にて交互に適用することができる、領域カバールーチン；
検出された障害物の縁部沿いをたどるようモータ付き駆動装置に信号を与える縁部追跡ルーチンであって、該領域カバールーチン中に発見された縁部位置で開始され、かつ縁部追跡によって新たな未探索位置が発見されるよう、障害物の新たな縁部が該障害物検出センサによって検出された場合に追跡を延長する、縁部追跡ルーチン；ならびに
該障害物検出センサおよび位置確認システムをモニタリングし、該モバイルロボットを移動させるようにモータ付き駆動装置に信号を与え、かつ
さらなる未探索位置が発見されなくなるまで、起点から外方へと該マップを更新するように該領域カバールーチンを実行し；
検出された障害物の縁部をたどるように該縁部追跡ルーチンを実行し；かつ
縁部追跡ルーチンの間に新たな未探索位置が発見された後で該領域カバールーチンに戻る
ことによって該マップを更新するように構成された処理装置。
前記モータ付き駆動装置に接続された一つまたは複数の車輪を含む移動機構をさらに含む、請求項1記載のモバイルロボット。
前記モータ付き駆動装置に接続された一つまたは複数の軌道を含む移動機構をさらに含む、請求項1記載のモバイルロボット。
少なくとも一つの舵構成要素と少なくとも一つの推進構成要素とを含む移動機構をさらに含む、請求項1記載のモバイルロボット。
前記処理装置が、前記モバイルロボットに結びついた一つまたは複数のセンサからの情報に少なくとも部分的に基づいて、位置と一つまたは複数の特性を関連付ける、請求項1記載のモバイルロボット。
センサが、前記モバイルロボットがある位置にあるかまたは該位置を通って移動したことを示す場合、前記処理装置が該位置と横断済み特性を関連付ける、請求項5記載のモバイルロボット。
センサが、前記モバイルロボットがある位置にまで移動できないことを示す場合、前記処理装置が該位置と占有済み特性を関連付ける、請求項5記載のモバイルロボット。
隣接する位置が占有済みである場合、前記処理装置が位置と縁部特性を関連付ける、請求項1記載のモバイルロボット。
ある位置が横断済み位置に隣接しておりかつ占有済みまたは横断済みでない場合、処理装置が該位置と未探索特性を関連付ける、請求項1記載のモバイルロボット。
前記処理装置が、領域の前記モバイルロボットがアクセス可能な部分の少なくとも90％がマップ上の横断済み位置に関連付けられている場合に、該領域をカバーされていると指定するように構成されている、請求項1記載のモバイルロボット。
前記処理装置が、領域の前記モバイルロボットがアクセス可能な部分の少なくとも80％がマップ上の横断済み位置に関連付けられている場合に、該領域をカバーされていると指定するように構成されている、請求項1記載のモバイルロボット。
領域が、表面の特性と無関係である定義を有する、請求項1記載のモバイルロボット。
各領域が表面の適正なサブセットである、請求項1記載のモバイルロボット。
領域が静的寸法を有する、請求項1記載のモバイルロボット。
領域が少なくとも一つの動的寸法を有する、請求項1記載のモバイルロボット。
領域が、第1の領域の少なくとも一つの寸法によって少なくとも部分的に決定された少なくとも一つの動的寸法を有する、請求項15記載のモバイルロボット。
前記領域カバールーチンが、初期姿勢の少なくとも一つの成分に基づいて少なくとも部分的に定義された第1の領域をカバーするように移動機構に前記モバイルロボットを移動させるように構成され、かつ第2の領域をカバーするように該移動機構に該モバイルロボットを移動させるように構成され、かつ前記処理装置に前記マップを更新させるように構成されており、該第1の領域の10％未満が第2の領域内にあり、該第1の領域と該第2の領域は重なり合っていない、請求項1記載のモバイルロボット。
前記領域カバールーチンが、初期姿勢の少なくとも一つの成分に基づいて少なくとも部分的に定義された第1の領域をカバーするように移動機構に前記モバイルロボットを移動させるように構成され、かつ第2の領域をカバーするように該移動機構に該モバイルロボットを移動させるように構成され、かつ前記処理装置に前記マップを更新させるように構成されており、該第1の領域の25％未満が該第2の領域内にあり、該第1の領域と該第2の領域は重なり合っていない、請求項1記載のモバイルロボット。
前記領域カバールーチンが、初期姿勢の少なくとも一つの成分に基づいて少なくとも部分的に定義された第1の領域をカバーするように移動機構に前記モバイルロボットを移動させるように構成され、かつ第2の領域をカバーするように該移動機構に該モバイルロボットを移動させるように構成され、かつ前記処理装置に前記マップを更新させるように構成されており、該第1の領域の50％未満が該第2の領域内にあり、該第1の領域と該第2の領域は重なり合っていない、請求項1記載のモバイルロボット。
縁部が、縁部特性に関連付けられた一つまたは複数の位置と縁部特性に関連付けられていない一つまたは複数の位置とを含む、請求項5記載のモバイルロボット。
前記縁部追跡ルーチンが、前記障害物検出センサからのデータに少なくとも部分的に依拠して縁部をたどるようにさらに構成されている、請求項5記載のモバイルロボット。
前記縁部追跡ルーチンが、前記処理装置に位置と縁部特性との間の関連付けを除去させるようにさらに構成されている、請求項21記載のモバイルロボット。
前記縁部追跡ルーチンが、未追跡の縁部をたどる間に縁部特性に関連付けられていない少なくとも一つの位置が横断された場合に、縁部で発見された領域をカバーするように、移動機構が前記モバイルロボットを移動させるように構成されている、請求項1記載のモバイルロボット。