JP2015215862A - 室内ロボット及びその位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の位置決めモードを有し、ナビゲーションの過程において、ステーションエレメントの数に応じて位置決めを行うことができることを特徴とする、室内ロボット及びその位置決め方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係る室内ロボット及びその位置決め方法では、室内ロボットが検出されたステーションエレメントの数に基づいて異なる位置決めモードを実行することで位置決めを行う。ステーションエレメントの数が位置決め必須値未満である場合、室内ロボットは、検出されたステーションエレメントに対応して所定距離まで移動すると共に複数の距離データを取得することで、室内ロボットの位置を位置決める。
【選択図】図５

Description

本発明は、室内ロボットに関し、特にステーションエレメントの数に応じて位置決めモードを調整することができる室内ロボット及びその位置決め方法に関する。

科学技術の進歩に伴い、ロボット型スマート家電の技術がますます成熟し、その製品もますます普及している。掃除ロボット（ｃｌｅａｎｉｎｇ ｒｏｂｏｔ）もそのうちの１つである。移動可能なロボット装置の多くにおいては、自律的移動の機能を達成するために、ロボットは通常、駆動装置、距離検出器及び移動制御器を有する。例えば、掃除ロボットは清掃装置であり、使用者が操作することなく、自律的に移動すると共に、床のごみを吸い取ることが可能である。

掃除ロボットの位置決め方式には様々な種類がある。例えば、特許文献１では、自走式家電が、ステーションエレメントからの信号を失った場合、ベースステーションに戻るか又は位置決めに用いられるステーションエレメントが見つかるまで、壁の境界に沿って走行することを特徴とする自走式家電を駆動する方法が提供されている。

しかしながら、現在の掃除ロボットでは、ステーションエレメントの数が不足している場合、位置決めを行うことができず、ベースステーション又は特定領域に戻らなければ再度位置決め及びナビゲーションを行うことができない問題がある。

台湾特許第Ｉ４１５５９０号公報

本発明は、複数の位置決めモードを有し、ナビゲーションの過程において、ステーションエレメントの数に応じて位置決めを行うことができることを特徴とする、室内ロボット及びその位置決め方法を提供することを課題とする。本発明に係る室内ロボットは、ステーションエレメントの数が多点位置決めの必要数よりも少ない状況下でも正確な位置決めを行い、ナビゲーションの目的を達成することができる。

本発明に係る室内ロボットの位置決め方法における室内ロボットは、複数のステーションエレメントが設けられた室内空間に位置し、複数の位置決めモードが記憶されたメモリを有する。本発明に係る室内ロボットの位置決め方法は、室内マップ及び複数のステーションエレメントの座標を構築する工程と、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを検出すると共に検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントの数を計算する工程と、室内ロボットがステーションエレメントの数に基づいて複数の位置決めモードのいずれか１つを実行する工程と、を含み、ステーションエレメントの数が０よりも多く且つ位置決め必須値未満である場合、室内ロボットは、検出されたステーションエレメントに対応して所定距離まで移動することで室内ロボット自体の位置を位置決める。

本発明の実施例において、位置決め必須値は３であり、検出されたステーションエレメントの数が２である場合、室内ロボットは、検出されたステーションエレメントに対応する第１の距離データを取得する工程と、室内ロボットが第１の方向に沿って所定距離まで移動した後、検出されたステーションエレメントに対応する第２の距離データを取得する工程と、第１の距離データ及び第２の距離データに基づいて室内ロボットの位置を位置決める工程と、を実行する。

本発明の実施例において、位置決め必須値は３であり、検出されたステーションエレメントの数が１である場合、室内ロボットは、検出されたステーションエレメントに対応する第１の距離データを取得する工程と、室内ロボットが第１の方向に沿って所定距離まで移動した後、検出されたステーションエレメントに対応する第２の距離データを取得する工程と、室内ロボットの走行方向を変更して、第２の方向に沿って移動することで、検出されたステーションエレメントに対応する第３の距離データを取得する工程と、第１の距離データ、第２の距離データ及び第３の距離データに基づいて室内ロボットの位置を位置決める工程と、を実行する。

本発明の実施例において、ステーションエレメントの数が位置決め必須値以上である場合、室内ロボットは、検出されたステーションエレメントと室内ロボットとの間の距離に基づいて室内ロボットの位置を位置決める。

本発明の実施例において、ステーションエレメントの数が０である場合、室内ロボットは、走行方向を記録すると共に、現在位置である特定領域から走行方向とは逆方向に離れることでステーションエレメントを検出する。

本発明の実施例において、ステーションエレメントの数が０よりも多く且つ位置決め必須値未満である場合、室内ロボットは、走行方向を変更して、第１の方向に沿って所定距離まで移動すると共に、室内ロボットの位置を位置決めた後、目標位置に向かって前進する。第１の方向のパラメータは、メモリに記憶されてもよい。

本発明の実施例において、室内マップ及びステーションエレメントの座標を構築する工程は、室内空間の端に沿って走行する工程と、充電ベースステーションの位置に基づいて閉曲線を構築する工程と、閉曲線に基づいて室内マップを構築する工程と、使用者が複数のステーションエレメントを配置することができるように、室内マップに基づいて、ユーザインターフェースを介して推奨領域を表示する工程と、ステーションエレメントの配置位置に基づいてステーションエレメントの座標を構築する工程と、を含む。

本発明の実施例において、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを検出する工程は、ステーションエレメントから発せられた信号を受信する工程と、ステーションエレメントから発せられた信号の到達時間を検出する工程と、ステーションエレメントから発せられた信号の到達時間の変化に基づいて、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを特定する工程と、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントの数を計算する工程と、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントと室内ロボットとの間の距離を計算する工程と、を含む。

本発明に係る位置決めモードを有する室内ロボットは、室内空間において位置決め及びナビゲーションを行うことができる。本発明に係る室内ロボットは、駆動モジュール、メモリ、検出モジュール及び処理ユニットを含む。駆動モジュールは、室内ロボットを移動させるのに用いられる。メモリには、複数の位置決めモードが記憶されている。検出モジュールは、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを検出すると共に当該検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントの数を計算するのに用いられる。処理ユニットは、駆動モジュール、メモリ及び検出モジュールに電気的に接続される。処理ユニットは、ステーションエレメントの数に基づいて複数の位置決めモードのいずれか１つを実行する。ステーションエレメントの数が０よりも多く且つ位置決め必須値未満である場合、室内ロボットは、検出されたステーションエレメントに対応して所定距離まで移動することで室内ロボット自体の位置を位置決める。

本発明の実施例において、上述した室内ロボットは、床集塵機であってもよく、上述した位置決め方法を適用して位置決め及びナビゲーションを行うことができる。

本発明に係る室内ロボット及びその位置決め方法によれば、複数の位置決めモードを有しており、シングルステーションエレメント又はダブルステーションエレメントの状況下でも正確な位置決め及びナビゲーションを行うことができる。本発明の実施例では、室内ロボットを移動させる方式でより多くのステーションエレメントの距離データを取得することによって、正確な位置決め及びナビゲーションの効果を達成する。

本発明の実施例に係る室内ロボットを示した図である。 本発明の実施例に係る室内ロボットの機能ブロック図である。 本発明の実施例に係る室内ロボットの位置決め方法のフローチャートである。 本発明の実施例における室内空間及び室内ロボットを示した図である。 本発明の実施例に係る室内ロボットの位置決め方法のフローチャートである。 本発明の実施例における室内マップの構築方法のフローチャートである。 本発明の実施例におけるステーションエレメント無し位置決めモードの位置決め方法のフローチャートである。 本発明の実施例におけるシングルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法のフローチャートである。 本発明の実施例におけるシングルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法を示した図である。 本発明の実施例におけるシングルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法を示した図である。 本発明の実施例におけるダブルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法のフローチャートである。 本発明の実施例におけるダブルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法を示した図である。 本発明の実施例におけるダブルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法を示した図である。 本発明の実施例におけるダブルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法を示した図である。 本発明の実施例におけるマルチステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法のフローチャートである。 本発明の実施例におけるステーションエレメント設置方法のフローチャートである。

以下、図面を用いながら本発明の実施例を説明することによって本発明の特徴及び利点を詳細に述べる。図面における同一の数字は類似の素子を示すためのものである。

図１は、本発明の実施例に係る室内ロボットを示した図である。図２は、本発明の実施例に係る室内ロボットの機能ブロック図である。図１及び図２に示すように、室内ロボット１００は、処理ユニット２１０、駆動モジュール２２０、検出モジュール２３０、メモリ２４０及び角度センサ２５０を含む。処理ユニット２１０は、駆動モジュール２２０、検出モジュール２３０、メモリ２４０及び角度センサ２５０に電気的に接続され、データアクセス、演算、位置決め手順、パラメータ設定及び駆動制御等の手順を行うのに用いられる。処理ユニット２１０としては、マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサを使用することができるが、本実施例はこれに制限されない。駆動モジュール２２０は、モータ及びホイール等の駆動機構を含み、室内ロボットを駆動するのに用いることができる。メモリ２４０には、プログラム情報及び設定パラメータ等のデータが記憶されている。当該プログラム情報は、複数の位置決めモードを含む。処理ユニット２１０は、室内ロボット１００の位置を位置決めるように、複数の位置決めモードにアクセスしてそれら位置決めモードを実行することができる。角度センサ２５０は、例えば電子コンパスであり、室内ロボット１００の走行方向及び角度を感知するのに用いることができる。室内ロボット１００は、例えば床集塵機であり、床のごみを収集できるように、集塵装置を設けることができる。但し、本実施例は、室内ロボットの機能を制限するものではない。

室内ロボット１００の検出モジュール２３０は、充電ベースステーション及びステーションエレメントから発せられた信号に基づいて位置決めを行うことができる。本実施例において、室内ロボット１００は、信号の到達時間（Ｔｉｍｅ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ、ＴＯＡ）に基づいて、複数のステーションエレメントが見通し距離（ｌｉｇｈｔ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ、ＬＯＳ）範囲内に位置するのか、それとも非見通し距離（ｎｏｎ−ｌｉｇｈｔ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ、ＮＬＯＳ）範囲内に位置するのかを判断することができる。室内ロボット１００は、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントの数に基づいて異なる位置決めモードを実行することで、室内ロボット１００自体の位置決めを行うことができる。特に検出されたステーションエレメントの数が位置決め必須値（例えば３台）未満である場合でも、室内ロボット１００は、異なる位置決めモードを切り替えることによって、それ自体の座標を割り出した上で、目標地点に向かうことができる。位置決め用のステーションエレメントの数がリアルタイムでの位置決めを行うには不十分である場合、室内ロボット１００は、移動前後の距離データによって、現在検出されたステーションエレメント座標と室内ロボット１００自体の位置座標を算出することができる。

図３及び図４を用いて説明する。図３は、本発明の実施例に係る室内ロボットの位置決め方法のフローチャートである。図４は、本発明の実施例における室内空間及び室内ロボットを示した図である。図３に示すように、まず、工程Ｓ３１０において、室内ロボット１００は、まず室内マップ及びステーションエレメント４１０、４２０、４３０、４４０と充電ベースステーション４５０との座標を構築する。充電ベースステーション４５０は、位置決め用のステーションエレメントとすることもでき、ステーションエレメント４１０、４２０、４３０、４４０と類似の位置決め機能を有する。室内ロボット１００は、室内空間Ｚ４００の壁際に沿って走行し、その走行した軌跡４０１によって閉曲線が構築されれば、室内空間Ｚ４００に対応する室内マップを構築することができる。使用者は、室内ロボット１００が位置決めを行えるように、室内空間Ｚ４００において複数のステーションエレメント４１０、４２０、４３０、４４０を設けると共に、それらを個別の空間Ｚ４１、Ｚ４２、Ｚ４３に分布させることができる。

工程Ｓ３２０において、室内ロボット１００は、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメント（例えば４１０、４２０）を検出すると共に、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントの数を計算する。室内ロボット１００は、ステーションエレメント４１０、４２０、４３０、４４０との間で相互に信号を伝達することができると共に、ステーションエレメント４１０、４２０、４３０、４４０から発せられた信号に基づいて、どのステーションエレメントが室内ロボット１００の検出可能な範囲内に位置するかを判断することができる。いわゆる検出可能な範囲とは、室内ロボット１００とステーションエレメント４１０、４２０、４３０、４４０との間の信号伝達が直線的であり、信号が遮蔽物によって遮断されていないことをいう。図４を例にすると、充電ベースステーション４５０及びステーションエレメント４１０、４２０は、室内ロボット１００の検出可能な範囲内に位置し、ステーションエレメント４３０、４４０は、壁によって信号伝達が遮断されているため、非検出可能な範囲内に位置している。室内ロボット１００は、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメント４１０、４２０と室内ロボット１００との間の距離を検出することができるとともに、検出された距離データ及びステーションエレメントの座標に基づいて室内ロボット１００自体の座標を計算することができる。

検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを検出する工程Ｓ３２０において、室内ロボット１００は、ステーションエレメントから発せられた信号を受信した後、ステーションエレメントから発せられた信号の到達時間を検出する。室内ロボット１００は、ステーションエレメントから発せられた信号の到達時間の変化に基づいて、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを特定すると共に、ステーションエレメントの数を計算する。検出可能な範囲内のステーションエレメントを検出した後、室内ロボット１００は、ステーションエレメントからの信号に基づいて、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントと室内ロボットとの間の距離を計算することができる。室内ロボット１００は、ステーションエレメントから発せられた信号の到達時間差、振幅等の信号特徴に基づいてステーションエレメントとの距離を計算することができる。本実施例において、室内ロボット１００は、超広帯域（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ、ＵＷＢ）二地点間距離測定技術を用いてステーションエレメントと室内ロボット１００との間の距離を検出することができる。但し、本実施例は、その距離を検出する方法を制限するものではない。

工程Ｓ３３０において、室内ロボット１００は、検出されたステーションエレメントの数に基づいて対応する位置決めモードを実行することで、室内ロボット１００の位置を位置決めることができる。一般的に、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントの数が位置決め必須値（例えば３）以上であれば、室内ロボット１００は、検出された距離データ及びステーションエレメントの座標に基づいて、室内ロボット１００自体の座標を直接計算することができる。しかしながら、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントの数が位置決め必須値（例えば３）未満である場合、室内ロボット１００は、それ自体の座標を直接得ることはできず、異なる位置決めモードを通じてそれ自体の座標を位置決める。本実施例において、位置決め必須値は３を例として説明する。

本実施例において、室内ロボット１００は、ステーションエレメント無し位置決めモード、シングルステーションエレメント位置決めモード、ダブルステーションエレメント位置決めモード及びマルチステーションエレメント位置決めモード等を含む、複数の位置決めモードを有する。処理ユニット２１０は、検出されたステーションエレメントの数に基づいて対応する位置決めモードを実行することで位置決めを行うことができる。上述した位置決めモードにおいて、ステーションエレメントの数が０よりも多く且つ３未満である場合、室内ロボット１００は、検出されたステーションエレメントに対応して、ある方向に沿って所定距離まで移動することで、室内ロボット１００の位置を位置決める。室内ロボット１００が移動することによって、室内ロボット１００とステーションエレメントとの間の距離は変化する。室内ロボット１００は、移動前後に得られた距離データ及び移動方向によってステーションエレメントと室内ロボット１００との間の相対的位置関係を確定した後、ステーションエレメントの座標に基づいて室内ロボット１００の位置を位置決める。換言すれば、室内ロボット１００によって検出された位置決めに用いられるステーションエレメントの数が、多点位置決めを行うには不十分である場合（例えば１又は２）、室内ロボット１００は、計画的な移動によって再度位置決めを行うことができる。

続いて、本実施例の位置決め方法を更に説明する。図５は、本発明の実施例に係る室内ロボット１００の位置決め方法のフローチャートである。図５に示すように、工程Ｓ５１０において、室内ロボット１００を初期化すると共にナビゲーション実行を準備する。工程Ｓ５２０において、室内ロボットは、室内空間Ｚ４００のマップ及びステーションエレメント（４１０、４２０、４３０、４４０）の座標を構築する。充電ベースステーション４５０は、座標の原点とすることができるが、本実施例はこれに制限されない。

室内マップを構築する方式について、図５及び図６を用いて説明する。図６は、本実施例における室内ロボット１００が室内マップを構築する方法のフローチャートである。工程Ｓ６１０において、室内ロボット１００は、室内空間の端に沿って走行する。即ち例えば壁に沿って走行する。工程Ｓ６２０において、室内ロボット１００は、センサからの全てのデータを取り込む。室内ロボット１００は、内蔵された距離センサ（例えば超音波センサ、赤外線センサ、衝突センサ等）に基づいて壁又は障害物の位置を感知することができると共に走行した軌跡を記録することができる。その後、工程Ｓ６３０において、室内ロボット１００は、充電ベースステーション４５０の位置に基づいて閉曲線を構築する。室内マップを構築する過程において、室内ロボット１００は、走行した軌跡が閉曲線（例えば軌跡４０１）を形成したか否かを判断し、形成したと判断した場合は、室内マップの構築を完了し、形成していないと判断した場合は、閉曲線が完成するように引き続き前進する。その後、工程Ｓ６４０において、当該閉曲線に基づいて室内マップを構築する。工程Ｓ６５０において、室内マップの構築が完了した後、室内ロボット１００は、使用者がステーションエレメント４１０〜４４０を配置できるように、例えばディスプレイ又は外部コンピュータといったユーザインターフェースを介して、推奨領域を表示することができる。工程Ｓ６６０において、使用者は、推奨された領域に応じてステーションエレメントを配置することができる。室内ロボット１００は、ステーションエレメントの配置位置に基づいてステーションエレメントの座標を構築する。

また、使用者が既に室内空間においてステーションエレメントを配置している場合、室内ロボット１００は、室内マップを構築すると同時に、全てのステーションエレメントの座標を併せて構築することができる。その座標は充電ベースステーション４５０を参考原点位置として構築することができるが、本実施例はこれに制限されない。使用者がステーションエレメントを配置することを必要としない場合、室内ロボット１００は、室内マップを直接構築することができ、工程Ｓ６５０及びＳ６６０を実行する必要はない。

図５に示すように、工程Ｓ５３０において、室内ロボット１００は、位置決め用のステーションエレメントの数Ｎを検出する。Ｎは０又は正の整数である。室内ロボット１００は、ナビゲーションの過程においてステーションエレメント４１０〜４４０及び充電ベースステーション４５０の信号を検出すると共に、どのステーションエレメントが検出可能な範囲内に位置するかを判断する。この検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントが、位置決めに用いられるステーションエレメントに帰属する。Ｎが０である場合、現在は位置決めに用いることのできるステーションエレメントがないことを表し、室内ロボット１００は、ステーションエレメント無し位置決めモードを実行する（工程Ｓ５４０）。

ステーションエレメント無し位置決めモードの位置決め方法について、図５及び図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施例におけるステーションエレメント無し位置決めモードの位置決め方法のフローチャートである。工程Ｓ７１０において、室内ロボット１００は、まず角度センサ２５０の初期値を記録した上で、現在の走行方向を記録する（工程Ｓ７２０）。次いで、工程Ｓ７３０において、室内ロボット１００は、現在の走行方向に基づいて逆方向に移動し、その後、現在位置の特定領域から離れる（工程Ｓ７４０）。

室内ロボット１００のナビゲーションの過程において、もし位置決めに用いられる全てのステーションエレメントが突然消失した場合、室内ロボット１００が、例えば部屋又は遮蔽物といった特定領域に進入した可能性のあることを示している。この場合、室内ロボット１００は、ステーションエレメント無し位置決めモードを用いて、現在の領域から出てステーションエレメントを探し（工程Ｓ５４１）、ステーションエレメントを探し当ててから再度位置決めを行う。位置決めに用いられるステーションエレメントを探し当てた後、工程Ｓ５３０に戻り、ステーションエレメントの数を判断し、その後、ステーションエレメントの数に応じて、対応する位置決め方法を選択して位置決めを行う。換言すれば、室内ロボット１００は、移動の軌跡を記録して、位置決めに用いられるステーションエレメントを検出することができなかった場合、それまでの移動の軌跡に沿って現在の領域から離れることで位置決め用のステーションエレメントを探すと共に、再度位置決めを行って目標位置に向かって前進する。

Ｎが１である場合、室内ロボット１００は、シングルステーションエレメント位置決めモードを実行する（工程Ｓ５５０）。シングルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法について、図５及び図８Ａ〜図８Ｃを用いて説明する。図８Ａは、本発明の実施例におけるシングルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法のフローチャートである。図８Ｂ及び図８Ｃは、本発明の実施例におけるシングルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法を示した図である。図８Ｂ及び図８Ｃにおいて、室内ロボットは符号８１１で示す。まず、工程Ｓ８１０において、室内ロボット８１１は、現在の位置に応じて参考原点位置Ｒを設定する。その後、工程Ｓ８２０において、室内ロボット８１１は、室内ロボット８１１と検出されたステーションエレメントＢ１との間の距離ｒ１を検出することで第１の距離データを取得する。その後、室内ロボット８１１は、第１の方向（例えばＸ）に沿って所定距離Ｄ１移動し、位置Ｒ’に到達する（工程Ｓ８３０）。その後、室内ロボット８１１とステーションエレメントＢ１との間の距離ｒ２を検出することで第２の距離データを取得する（工程Ｓ８４０）。その後、工程Ｓ８５０において、室内ロボット８１１は、第２の方向（例えばＹ）に沿って所定距離Ｄ２移動して位置Ｒ’’に到達する。次いで、室内ロボット８１１とステーションエレメントＢ１との間の距離ｒ３を検出することで第３の距離データを取得する（工程Ｓ８６０）。その後、工程Ｓ８７０において、第１の距離データ、第２の距離データ、第３の距離データ及びステーションエレメントＢ１の座標に基づいて室内ロボット８１１の位置を位置決める。

上述した第１の方向及び第２の方向のパラメータ値は、室内ロボット１００のメモリ２４０に記憶されてもよく、或いは、プログラム、ファームウェアの方式で室内ロボット１００内に記憶されてもよい。第１の方向及び第２の方向は、互いに垂直に交わるＸ方向及びＹ方向であってもよく、ランダムな２つの方向であってもよい。ただ、本実施例では、Ｘ方向及びＹ方向を用いて演算の手順を簡素化すると共に位置決め速度を速めることができる。

図８Ｂから分かるように、室内ロボット８１１が第１回目の移動を行う場合、室内ロボット８１１は、右側（Ｘ方向）へ移動し、その結果、室内ロボット８１１とステーションエレメントＢ１との間の距離が短縮されると（即ちｒ２はｒ１未満である）、ステーションエレメントＢ１が室内ロボット８１１の右側に位置することが示される。但し、ステーションエレメントＢ１の見込位置は２つである（即ちステーションエレメントＢ１又はステーションエレメントＢ１’）。参考原点位置Ｒ（０，０）を円心として、ｒ１を半径とする円形によって第１の参考円を形成することができる。位置Ｒ’を円心として、ｒ２を半径とする円形によって第２の参考円を形成することができる。第１の参考円及び第２の参考円の２つの交点が、ステーションエレメントＢ１及びステーションエレメントＢ１’の位置となる。従って、室内ロボット８１１の第１回目の移動によって、ステーションエレメントＢ１の見込位置を１つの円形の軌跡から２つの見込位置に絞り込むことができる。

その後、室内ロボット８１１は、第２回目の移動を行い、上側（Ｙ方向）へ移動する。その結果として、室内ロボット８１１とステーションエレメントＢ１との間の距離が短縮されると（即ちｒ３はｒ２未満である）、真のステーションエレメントＢ１が室内ロボット８１１の上側に位置することが示される。これにより、ステーションエレメントＢ１’の可能性が排除される。参考原点位置Ｒ（０，０）及び距離ｒ１、ｒ２の数値により、ステーションエレメントＢ１及びステーションエレメントＢ１’のＲ（０，０）に対する座標位置を算出することができる。図８Ｃに示すように、その後、検出されたステーションエレメントＢ１が実際のステーションエレメントであることが確定した場合、室内ロボット８１１は、予め既に記憶されていたステーションエレメントＢ１の座標と、ステーションエレメントＢ１の参考原点位置Ｒ（０，０）に対する座標位置との２つのパラメータを用いて、現在の室内ロボット８１１の所在位置Ｒ’’の座標を計算することで、室内ロボット８１１の位置決めを行う。

図８Ｂ及び図８Ｃにおいて、参考軸方向Ｘ及びＹは、室内ロボット８１１の角度センサ２５０によって感知された方位によって決まる。これにより、参考原点位置（即ち原点座標）Ｒ（０，０）と室内ロボット８１１の移動ベクトル及び移動角度が特定される。また、本実施例では、三角関数に従って、距離ｒ１、ｒ２及び所定距離Ｄ１を用いて角度θ１、θ２の数値を推知することによって、室内ロボット８１１の位置決めを行うこともできる。

上述した図８Ｂ及び図８Ｃの実施例では、ステーションエレメントＢ１が室内ロボット８１１の右上側（第１の四分円）に位置することを例に説明した。同様に、もし室内ロボット８１１がＸ方向に移動したことで室内ロボット８１１とステーションエレメントＢ１との間の距離が拡大されると（即ち距離ｒ２が距離ｒ１よりも大きい）、ステーションエレメントＢ１が室内ロボット８１１の左側に位置することが示される。但し見込位置は２つであり、それぞれ室内ロボット８１１の左上側及び左下側に位置する。その後、第２回目の移動の距離変化によって、室内ロボット８１１は、ステーションエレメントＢ１の実際の位置を検出することができ、これにより室内ロボット８１１自体の座標位置を逆算することができる。ステーションエレメントＢ１がその他の位置にある場合の位置決め方式については、当業者であれば、上述した説明により推知することができるため、ここでは詳しい説明を省略する。

図５に示すように、Ｎが２である場合、室内ロボット１００は、ダブルステーションエレメント位置決めモードを実行する（工程Ｓ５６０）。ダブルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法について、図５及び図９Ａ〜図９Ｄを用いて説明する。図９Ａは、本発明の実施例におけるダブルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法のフローチャートである。図９Ｂ〜図９Ｄは、本発明の実施例におけるダブルステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法を示した図である。図９Ｂ〜図９Ｄにおいて、室内ロボットは符号９１１で示す。符号９１１’は室内ロボット９１１の位置決め完了前の他の見込位置を示す。図９Ａに示すように、まず、工程Ｓ９１０において、室内ロボット９１１とステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２との間の距離ｒ１１、ｒ１２（第１の距離データ）を検出する。ステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２は、現在検出された検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを示す。ステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２の座標及び距離ｒ１１、ｒ１２から、室内ロボット９１１の見込位置が、それぞれ位置Ｒ１０、Ｒ１０’で示す２つであることを推知することができる。位置Ｒ１０、Ｒ１０’の座標は、ステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２を円心として、距離ｒ１１、ｒ１２を半径とすることによって形成される２つの参考円の交点から推知することができる。

次いで、工程Ｓ９２０において、室内ロボット９１１は、第１の方向に沿って所定距離Ｄ１移動する。図９Ｃに示すように、第１の方向は、室内ロボット９１１によって自由に設定され、本実施例はそれによって制限されない。第１の方向のパラメータは、メモリ２４０に記憶されてもよく、或いはプログラムによる演算によって取得されてもよい。室内ロボット９１１は、検出された位置Ｒ１０、Ｒ１０’から位置Ｒ１１、Ｒ１１’に移動する。その後、工程Ｓ９３０において、室内ロボット９１１は、ステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２からの信号に基づいて距離を検出することで、室内ロボット９１１とステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２との間の距離ｒ１１’、ｒ１２’（第２の距離データ）を取得する。その後、工程Ｓ９４０において、第１の距離データ及び第２の距離データに基づいて室内ロボット９１１の位置を位置決める。図９Ｄから分かるように、室内ロボット９１１の元の座標は位置Ｒ１０に位置しており、移動後の座標は位置Ｒ１１に位置している。

工程Ｓ９４０において、室内ロボット９１１の移動前の見込位置Ｒ１０、Ｒ１０’は、ステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２の座標及び距離ｒ１１、ｒ１２によって形成される２つの参考円の交点から推知することができ、室内ロボット９１１の移動方向は、内蔵された角度センサ２５０によって推知することができる。室内ロボット９１１の移動後の見込位置Ｒ１１、Ｒ１１’は、ステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２の座標及び距離ｒ１１’、ｒ１２’によって形成される２つの参考円の交点から得られる。また、室内ロボット９１１は、移動方向及び移動距離Ｄ１によって移動後の位置Ｒ１１及び位置Ｒ１２を算出することができる。図９Ｃから分かるように、位置Ｒ１１は、検出及び計算を同時に満たす結果であることから、室内ロボット９１１の移動後の位置は位置Ｒ１１である。これにより、室内ロボット９１１の位置決めが完了する。

別の観点から説明すると、図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、室内ロボット９１１の元の座標が位置Ｒ１０である場合、室内ロボット９１１の移動後の座標は位置Ｒ１１であり、検出された距離はｒ１１’、ｒ１２’である。逆に、室内ロボット９１１の元の座標が位置Ｒ１０’である場合、室内ロボット９１１の移動後の座標は位置Ｒ１１又は位置Ｒ１１’ではなく、検出された距離も図９Ｃに示す距離ｒ１１’、ｒ１２’ではなく、ステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２と位置Ｒ１２との間の距離である。

換言すれば、ダブルステーションエレメント位置決めモードにおいて、２つのステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２があることを検出した場合、室内ロボット９１１は、まず２つのステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２の間の距離を検出した後、検出されたステーションエレメントＢ１１、Ｂ１２に対応して、ある方向に沿って所定距離Ｄ１移動することで室内ロボット９１１の位置を位置決める。

図５に示すように、Ｎが３以上の場合、室内ロボット１００は、マルチステーションエレメント位置決めモードを実行する（工程Ｓ５７０）。マルチステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法について、図５及び図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施例におけるマルチステーションエレメント位置決めモードの位置決め方法のフローチャートである。工程Ｓ１１において、室内ロボット１００は、各ステーションエレメントの座標及び距離を検出する。その後、各ステーションエレメントの検出範囲内の交点を検出する（工程Ｓ１２）。工程Ｓ１２において、室内ロボット１００は、各ステーションエレメントの座標を円心とし、距離を半径とすることによって複数の参考円を形成した後、当該複数の参考円の交点を計算する。次いで、工程Ｓ１３において、室内ロボット１００は、上述した参考円の交点に基づいて室内ロボット１００の現在位置を位置決める。上述した複数の参考円の交点が、室内ロボット１００の位置である。上述した位置決め方式は例えば三点位置決め方式であるが、当業者であれば上述した説明から容易にその位置決めの細部を推知することができるため、ここではその詳しい説明を省略する。また、検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントの数が３よりも大きい場合、室内ロボット１００は、ステーションエレメント信号の品質に応じて好ましいステーションエレメントを選択することで位置決めを行うことができ、これにより、位置決めの精度及び位置決めの速度を向上させることができる。

在ステーションエレメントの数Ｎに応じて対応する位置決めモードを実行した後、室内ロボット１００は、位置決めを完了すると共にそれ自体の座標を取得する（工程Ｓ５８０）。次いで、室内ロボット１００は、設定された目標位置に向かって前進する（工程Ｓ５９０）。その後、目標位置に到達する（工程Ｓ５９１）。

室内ロボット１００は、移動の過程において、それ自体の座標を失うことがないように、随時ステーションエレメントの数Ｎについて対応する位置決めモードを実行することができる。たとえステーションエレメントの数Ｎが多点位置決めの必須値（一般的には３）未満であったとしても、室内ロボット１００は、依然として移動する方式によって位置決めを行うと共に、正確に目標位置に到達することができる。演算にかかる時間を低減するために、室内ロボット１００の位置決め時の移動方向は、予めメモリ２４０に記憶されることができる。その移動方向は、構成の必要性に応じて定めることができると共に、例えば北又は東というように、角度センサ２５０が感知する方位によって特定することができる。但し、本実施例は移動する方向を制限するものではない。従って、移動方向がメモリ２４０に記憶されている場合、室内ロボット１００は、シングルステーションエレメント位置決めモード又はダブルステーションエレメント位置決めモードを実行している時に、演算にかかる時間を低減するために、所定の方向に応じて移動することができる。また、移動する過程において、室内ロボット１００は、障害物の位置に応じて調整することで、動態的に移動方向を変更することもできる。室内ロボット１００は、移動した軌跡を記録すると共に移動後の相対位置及び座標を計算することができる。

本発明の実施例において、室内ロボット１００は、室内マップを構築した後、外部のコンピュータ又はディスプレイを介してステーションエレメント設置推奨情報を使用者に提供することができる。その工程フローを図１１に示す。図１１は、本発明の実施例におけるステーションエレメント設置方法のフローチャートである。まず、工程Ｓ１１０において、室内ロボット１００は、ユーザインターフェース（ディスプレイ）を介して推奨領域及び非推奨領域を表示する。２つの領域は、例えば赤及び青というように、色で区分けすることができる。推奨領域及び非推奨領域は、ステーションエレメントの検出可能な範囲及び非検出可能な範囲に応じて決まる。検出可能な範囲は、ステーションエレメントの配置位置に応じて変わる。次いで、使用者が非推奨領域をオンしているか否かを判断する工程を行う（工程Ｓ１２０）。その結果、使用者が非推奨領域をオンしている場合は（工程Ｓ１４０）、ステーションエレメントの数が十分であるか否かを検査する（工程Ｓ１５０）。一方、使用者がオンしている領域が推奨領域である場合は、検出可能な範囲を表示する（工程Ｓ１３０）。

非推奨領域を選択した場合、ステーションエレメントの数が十分であるときは、配置を推奨する地点を表示する（工程Ｓ１７０）。ステーションエレメントの数が不十分であるときは、警告を発する（工程Ｓ１６０）。ステーションエレメントの数が十分である場合、配置を推奨する地点を表示し（工程Ｓ１７０）、その後、新たに設置されたステーションエレメントの位置に応じて、マップ上の検出可能な範囲を再構築すると共に表示する（工程Ｓ１８０）。

図１１に示すように、室内ロボット１００は、ステーションエレメントの配置を推奨すると共に検出可能な範囲をシミュレートする機能を有する。従って、使用者は、予め配置位置を計画すること及び室内ロボット１００の移動領域を設定することができる。

本実施例に係る室内ロボット及びその位置決め方法は、室内空間に適用され、室外空間又は特定領域にも適用されることができる。室外空間又は特定領域に適用された場合でも、室内ロボットは、室内ロボット自体の位置を位置決めるために、同様にステーションエレメントの数に応じて位置決め方法を切り替えることができる。上述した実施例では室内ロボットを例として説明したが、その位置決め方法は、室外ロボット又は位置決めの需要がある移動ロボット又は移動手段にも適用されることができる。従って、本実施例は室内ロボットという名詞に限定されない。

このように、本発明の実施例に係る室内ロボット及びその位置決め方法は、複数の位置決めモードを有しており、各種ステーションエレメントの数に適応することで室内ロボット自体の位置決めを行うことができる。移動の過程において、本発明に係る室内ロボットは、一部のステーションエレメントからの信号が消失したことによってナビゲーションが失効することがなく、移動する方式によって再度位置決めを行うと共に、引き続きナビゲーションを行うことができる。

以上は本発明の実施例に過ぎず、本発明を制限するものではない。当業者は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明に種々の修正や変更を加えることができ、そうした修正や変更も本発明の範囲に含まれる。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に開示されている。

１００、８１１、９１１、９１１’ 室内ロボット
２１０ 処理ユニット
２２０ 駆動モジュール
２３０ 検出モジュール
２４０ メモリ
２５０ 角度センサ
４５０ 充電ベースステーション
４１０、４２０、４３０、４４０、Ｂ１、Ｂ１’、Ｂ１１、Ｂ１２ ステーションエレメント
４０１ 軌跡
Ｄ１、Ｄ２ 所定距離
Ｒ 参考原点位置
Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ１０、Ｒ１０’、Ｒ１１、Ｒ１１’、Ｒ１２ 位置
ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ１１、ｒ１２、ｒ１１’、ｒ１２’ 距離
Ｘ、Ｙ 座標方向
Ｚ４００ 室内空間
Ｚ４１、Ｚ４２、Ｚ４３ 空間
θ１、θ２ 角度

Claims (15)

1. 複数のステーションエレメントが設けられた室内空間に位置し、複数の位置決めモードが記憶されたメモリを有する室内ロボットの位置決め方法において、
   室内マップ及び前記複数のステーションエレメントの座標を構築する工程と、
   検出可能な範囲内に位置する前記ステーションエレメントを検出すると共に前記検出可能な範囲内に位置する前記ステーションエレメントの数を計算する工程と、
   前記室内ロボットが前記ステーションエレメントの数に基づいて前記複数の位置決めモードのいずれか１つを実行する工程と、を含み、
   前記ステーションエレメントの数が０よりも多く且つ位置決め必須値未満である場合、前記室内ロボットが、検出された前記ステーションエレメントに対応して所定距離まで移動することで前記室内ロボットの位置を位置決めることを特徴とする室内ロボットの位置決め方法。
2. 前記位置決め必須値が３であり、検出された前記ステーションエレメントの数が２である場合、前記室内ロボットは、
   検出された前記ステーションエレメントに対応する第１の距離データを取得する工程と、
   前記室内ロボットが第１の方向に沿って前記所定距離まで移動した後、検出された前記ステーションエレメントに対応する第２の距離データを取得する工程と、
   前記第１の距離データ及び前記第２の距離データに基づいて前記室内ロボットの位置を位置決める工程と、
   を実行することを特徴とする請求項１に記載の室内ロボットの位置決め方法。
3. 前記位置決め必須値が３であり、検出された前記ステーションエレメントの数が１である場合、前記室内ロボットは、
   検出された前記ステーションエレメントに対応する第１の距離データを取得する工程と、
   前記室内ロボットが、第１の方向に沿って前記所定距離まで移動した後、検出された前記ステーションエレメントに対応する第２の距離データを取得する工程と、
   前記室内ロボットの走行方向を変更して、第２の方向に沿って移動することで、検出された前記ステーションエレメントに対応する第３の距離データを取得する工程と、
   前記第１の距離データ、前記第２の距離データ及び前記第３の距離データに基づいて前記室内ロボットの位置を位置決める工程と、
   を実行することを特徴とする請求項１に記載の室内ロボットの位置決め方法。
4. 前記ステーションエレメントの数が前記位置決め必須値以上である場合、前記室内ロボットは、検出された前記ステーションエレメントと前記室内ロボットとの間の距離に基づいて前記室内ロボットの位置を位置決めることを特徴とする請求項１に記載の室内ロボットの位置決め方法。
5. 前記ステーションエレメントの数が０である場合、前記室内ロボットは、走行方向を記録すると共に、現在位置である特定領域から前記走行方向とは逆方向に離れることで前記複数のステーションエレメントを検出することを特徴とする請求項１に記載の室内ロボットの位置決め方法。
6. 前記ステーションエレメントの数が０よりも多く且つ前記位置決め必須値未満である場合、前記室内ロボットは、走行方向を変更して、第１の方向に沿って前記所定距離まで移動すると共に、前記室内ロボットの位置を位置決めた後、目標位置に向かって前進し、前記第１の方向のパラメータは前記メモリに記憶されることを特徴とする請求項１に記載の室内ロボットの位置決め方法。
7. 前記室内マップ及び前記複数のステーションエレメントの座標を構築する工程は、
   前記室内ロボットが前記室内空間の端に沿って走行する工程と、
   充電ベースステーションの位置に基づいて閉曲線を構築する工程と、
   前記閉曲線に基づいて前記室内マップを構築する工程と、
   使用者が前記複数のステーションエレメントを配置することができるように、前記室内マップに基づいて、ユーザインターフェースを介して推奨領域を表示する工程と、
   前記複数のステーションエレメントの配置位置に基づいて前記複数のステーションエレメントの座標を構築する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の室内ロボットの位置決め方法。
8. 前記検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを検出する工程は、
   前記複数のステーションエレメントから発せられた信号を受信する工程と、
   前記複数のステーションエレメントから発せられた信号の到達時間を検出する工程と、
   前記複数のステーションエレメントから発せられた信号の到達時間の変化に基づいて、前記検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを特定する工程と、
   前記検出可能な範囲内に位置する前記ステーションエレメントの数を計算する工程と、
   前記検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントと前記室内ロボットとの間の距離を計算する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の室内ロボットの位置決め方法。
9. 複数のステーションエレメントが設けられた室内空間に位置する室内ロボットであって、
   前記室内ロボットを移動させるための駆動モジュールと、
   複数の位置決めモードが記憶されたメモリと、
   検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントを検出すると共に、前記検出可能な範囲内に位置するステーションエレメントの数を計算するための検出モジュールと、
   前記駆動モジュール、前記メモリ及び前記検出モジュールに電気的に接続され、前記ステーションエレメントの数に基づいて前記複数の位置決めモードを実行する処理ユニットと、を含み、
   前記ステーションエレメントの数が０よりも多く且つ位置決め必須値未満である場合、前記室内ロボットは、検出された前記ステーションエレメントに対応して所定距離まで移動することで前記室内ロボットの位置を位置決めることを特徴とする室内ロボット。
10. 前記位置決め必須値が３であり、検出された前記ステーションエレメントの数が２である場合、前記処理ユニットは、
    検出された前記ステーションエレメントに対応する第１の距離データを取得する工程と、
    第１の方向に沿って前記所定距離まで移動した後、検出された前記ステーションエレメントに対応する第２の距離データを取得するよう前記室内ロボットを駆動する工程と、
    前記第１の距離データ及び前記第２の距離データに基づいて前記室内ロボットの位置を位置決める工程と、
    を実行することを特徴とする請求項９に記載の室内ロボット。
11. 前記位置決め必須値が３であり、検出された前記ステーションエレメントの数が１である場合、前記処理ユニットは、
    検出された前記ステーションエレメントに対応する第１の距離データを取得する工程と、
    前記室内ロボットが、前記所定距離まで移動した後、検出された前記ステーションエレメントに対応する第２の距離データを取得する工程と、
    前記室内ロボットの走行方向を変更して、第２の方向に沿って移動することで、検出された前記ステーションエレメントに対応する第３の距離データを取得する工程と、
    前記第１の距離データ、前記第２の距離データ及び前記第３の距離データに基づいて前記室内ロボットの位置を位置決める工程と、
    を実行することを特徴とする請求項９に記載の室内ロボット。
12. 前記ステーションエレメントの数が前記位置決め必須値以上である場合、前記処理ユニットは、検出された前記ステーションエレメントと前記室内ロボットとの間の距離に基づいて前記室内ロボットの位置を位置決めることを特徴とする請求項９に記載の室内ロボット。
13. 前記ステーションエレメントの数が０である場合、前記室内ロボットは、走行方向を記録すると共に、現在位置である特定領域から前記走行方向とは逆方向に離れることで前記複数のステーションエレメントを検出することを特徴とする請求項９に記載の室内ロボット。
14. 前記ステーションエレメントの数が０よりも多く且つ前記位置決め必須値未満である時、前記室内ロボットは、走行方向を変更して、検出された前記ステーションエレメントに対応して前記所定距離まで移動すると共に、前記室内ロボットの位置を位置決めた後、目標位置に向かって前進することを特徴とする請求項９に記載の室内ロボット。
15. 前記処理ユニットに電気的に接続され、前記室内ロボットの走行方向を検出するための角度センサを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の室内ロボット。

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