JP2016052515A - 移動式ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、移動式ロボットに関する。
【解決手段】移動式ロボットは、カメラ、及び、移動式ロボットを囲んでいる領域に所定の照明レベルを提供するように配置されている２つ以上の光源を備えている視覚システムを備えており、２つ以上の光源が、カメラによってキャプチャーされた画像の異なる区画に対応する、移動式ロボットを囲んでいる独立した領域を照明するように配置されており、光源それぞれによって提供される照明レベルが、独立して調整可能とされる。
【選択図】図５

Description

本発明は、移動式ロボットに、特に自身の周囲に照明することができる移動式ロボットに関する。

移動式ロボットは、徐々に一般的になってきており、例えば探査、芝刈りや床清掃のような様々な分野で利用されている。近年、ロボット式床清掃装置、特に真空清掃機の分野では急速な発展を遂げており、その主要な目的は、床を清掃しつつ、自立的に且つ邪魔にならないで利用者の家を巡回することである。

このような役割を実行するために、ロボット式清掃機は、ロボット式清掃機が清掃することを要求される領域を巡回しなければならない。幾つかのロボットは、当該ロボットが利用するための、“ランダムバウンス（random bounce）”手法とも呼称される原始的な巡回システムを備えている。ランダムバウンス手法を利用することによって、ロボットは任意の方向に移動し、障害物に遭遇して初めて、当該ロボットが回頭し、別の障害物に遭遇するまで任意の他の方向に移動する。長きに亘り、ロボットが、清掃する必要がある床面積の大部分を可能な限りカバーすることが望まれている。残念ながら、ランダムバウンス巡回計画には欠点が存在することが分かり、清掃すべき床の大きな領域が完全に見落とされる場合がある。

従って、より良好な巡回方法が研究され、移動式ロボットに適用されている。例えば同時位置決め地図作成（ＳＬＡＭ）手法が、現在、幾つかのロボットに適用開始されている。このＳＬＡＭ手法を利用して、当該ロボットの周囲の領域を見て理解し認識することによって、一層システマティックな巡回パターンをロボットに適用可能となる。ＳＬＡＭ手法を利用することによって、一層システマティックな巡回パターンが実現可能とされ、その結果として、ロボット式真空掃除機の場合には、ロボット式真空掃除機は、必要とされる領域を一層効率的に清掃することができるだろう。

ＳＬＡＭ手法を利用するロボットは、周囲領域の静止画像又は動画をキャプチャーすることができる視覚システムを必要とする。従って、例えばテーブルのコーナーや額縁の縁部のような、画像内のコントラストが高い特徴部（ランドマークとなる特徴部と呼称される場合もある）が、ロボットが当該領域のマップを作成することを補助するために、ＳＬＡＭシステムによって利用される。さらに、ロボットは、当該ロボットの速度及び運動を解析するために当該ロボットが画像の内部から検出した特徴部同士の相対運動を利用する。

ＳＬＡＭ手法は、極めて強力であり、巡回システムを大きく改善することができる。しかしながら、ＳＬＡＭシステムは、視覚システムによってキャプチャーされた画像から特徴部を十分に検出することができた場合に正確に機能するにすぎない。ロボットの中には、低照度状態の部屋又は視覚システムによってキャプチャーされた画像のコントラストが低い部屋において巡回を成功させるために悪戦苦闘するものが見受けられる。従って、幾つかのロボット巡回は、十分な周囲光が利用可能とされる日中に制限されている。ロボット式床清掃機の場合には、このことは望ましくない。利用者は、自身が就寝している夜間に清掃するようにロボット式床清掃機に予定させるからである。このような問題を克服するために、幾つかのロボットは、カメラによってキャプチャーされる画像を改善するために、且つ、当該ロボットの進行方向におけるロボットの視覚を補助するために、必要に応じてオン・オフ可能なヘッドライトとして機能する光源を備えている。このことの一例は、特許文献１に開示されている。

しかしながら、ヘッドライトをロボットに利用することに関連した問題が存在する。自律ロボットが、例えば家具のような障害物を含む領域の周りを自在に巡回することができるように、当該自律ロボットは、一般にバッテリの形態をした内蔵電源を備えている。ヘッドライトを利用することによって、ロボットのバッテリ寿命が短くなるが、これは、より短時間でロボットが充電ステーションに戻らざるを得ないことを意味する。従って、このことは、ロボットが充電時期から次の充電時期までの間に清掃可能な領域が、巡回するためにヘッドライトを利用する必要が無かった場合と比較して小さいことを意味する。

本発明は、カメラ、及び、移動式ロボットを囲んでいる領域に所定の照明レベルを提供するように配置されている２つ以上の光源とを備えている視覚システムを備えている移動式ロボットであって、２つ以上の光源が、カメラによってキャプチャーされた画像の異なる区画に対応する、移動式ロボットを囲んでいる独立した領域を照明するように配置されており、光源それぞれによって提供される照明レベルが、独立して調整可能とされることを特徴とする移動式ロボットを提供する。

その結果として、移動式ロボットは、周囲光レベルが変化する領域を有する環境において良好に巡回することができる。移動式ロボットの周囲の異なる領域に異なる照明レベルを同時に提供することができる。ここで、異なる照明レベルは、キャプチャーされた画像中の当該領域の周囲光レベル及びコントラストレベルによって特定される。これにより、結果として、移動式ロボットが照明を必要としない領域に高い照明レベルを不必要に提供しないので、移動式ロボットのエネルギ効率が改善されると共に、バッテリ寿命を延ばすことができる。

移動式ロボットが、制御システムを備えており、制御システムが、視覚システムによってキャプチャーされた画像から特徴部を検出するための特徴部検出ユニットを備えており、２つ以上の光源それぞれによって提供される照明レベルが、特徴部検出ユニットによってカメラがキャプチャーした画像から検出された特徴部の数量に応じて独立して調整される。その結果として、照明レベルが、巡回を成功させるための移動式ロボットの能力に直接応じて調整される。このような直接的な関連性のために、光源に供給される電力量が、余分な電力を浪費することなく移動式ロボットを正常に機能させるために必要とされる絶対最小値と常にされる。

光源それぞれによって提供される照明レベルが、特徴部検出ユニットによって光源それぞれが照明した画像の対応する区画から検出された特徴部の数量に応じて、独立して調整される。従って、移動式ロボットは、照明レベルを高めるために利用する光源を多数の光源から選択することができる。このことは、移動式ロボットが周囲光の照度が低い領域又はコントラストが乏しい領域を一層正確に照明することができるので、電力の一層効率的な利用方法である。

２つ以上の光源が、カメラによってキャプチャーされた画像の全体の四分の一から四分の三に対応する結合領域を照明するように配置されている。画像全体を完全に照明することは、移動式ロボットの巡回を成功させるためには必要とされないので、移動式ロボットが画像全体のうち一部分を照明する能力を有してさえいれば、移動式ロボットの巡回を成功させることができる。これにより、移動式ロボットのエネルギ効率が一層高められ、バッテリ寿命が伸びる。さらに、画像全体のうち一部分のみを照明するために必要とされる光源の数量が低減されるので、移動式ロボットの製造コストも下げることができる。

２つ以上の光源が、光源が移動式ロボットの側部側それぞれに位置する領域を照明するように、移動式ロボットに配置されている。これにより、移動式ロボットは、画像から選択された離隔配置されている特徴部を利用することによって巡回することができる。互いから離隔配置されている特徴部を利用する三角測量によって、一層正確な巡回システムを実現することができる。

視覚システムが、２つの光源を備えている場合には、光源それぞれが、他方の光源とは反対方向に光を放射するように、移動式ロボットの側部それぞれに配置されている。従って、移動式ロボットは、環境内において自身によって正確に三角測量することができ、移動式ロボットの速度及び軌道を一層正確に検出するために、カメラによってキャプチャーされた様々な画像から移動式ロボットの側方に位置する特徴部の相対運動を利用することができる。

視覚システムが、少なくとも４つの光源を備えており、少なくとも４つの光源が、移動式ロボットを囲んでいる異なる四分円領域を照明するように配置されている。これにより、移動式ロボットは、照明すべき領域を一層良好に制御可能とされ、これに関連して、上述の優位性を高めることができる。

光源それぞれによって提供される照明レベルが、光源それぞれに供給される電力を増減させることによって調整される。これにより、光源が著しく高い照明レベルを提供するために必要とされない場合に、光源それぞれに供給される電力が低減される。このように電力を効率的に利用することによって、移動式ロボットのバッテリ寿命を伸ばすことができる。

光源それぞれによって提供される照明レベルが、制御システムを介して視覚システムに送信される制御信号に応答して独立して調整される。制御システムが、同時位置決め地図作成（ＳＬＡＭ）ユニットを備えている。その結果として、移動式ロボットの巡回に貢献する制御システムは、光源によって提供される照明レベルを直接制御することができる。このことは、移動式ロボットの巡回要件に応じた照明レベルの調整の応答性を改善する。

カメラが、パノラマ環状レンズ（ＰＡＬ）カメラとされる。これにより、移動式ロボットは、移動式ロボットを囲んでいる領域の完全な３６０°ビューを提供する画像をキャプチャーすることができるので、顕著に改善された巡回システムは、一層改善され、近傍の障害物によって容易には視覚を失わなくなる。

光源が、発光ダイオード（ＬＥＤ）とされる。ＬＥＤは、特にエネルギ効率に優れており、例えば白熱電球のような他の光源と比較してほとんど電力を消費しないので、移動式ロボットのバッテリ寿命がさらに伸びる。

光源が、可視赤外線（ＩＲ）光を放射する。その結果として、光源は、移動式ロボットのカメラが検出可能とされる良好な照明を提供することができるが、可視光の照射のように利用者を潜在的に困惑させる原因とはならない。

光源が、移動式ロボットに設けられているハンドル部分の内側に位置決めされている。これにより、移動式ロボットが周囲環境を巡回する場合に障害物との衝突に起因する損傷から光源をハンドルによって保護することができる。さらに、光源は、光源が容易に障害物に捕捉又は妨害されるように、移動式ロボットの外部に位置決めされる必要はない。

本発明を一層容易に理解するために、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ例示的に説明する。

移動式ロボットの構成部品を概略的に表わす。 照明レベルを制御するためのプロセスを表わすフロー図である。 移動式ロボットを表わす。 移動式ロボットを表わす。 移動式ロボットを表わす。 部屋環境に配置されている移動式ロボットを表わす。 図６に表わす移動式ロボットのカメラによってキャプチャーされた画像の一例である。 図７Ａに表わすキャプチャーされた画像で利用される対応するＬＥＤ強度を表わすグラフである。 図６に表わす移動式ロボットのカメラによってキャプチャーされた画像の一例である。 図８Ａに表わすキャプチャーされた画像で利用される対応するＬＥＤ強度を表わすグラフである。 移動式ロボットのさらなる実施例を表わす。 移動式ロボットのさらなる実施例を表わす。 移動式ロボットのさらなる実施例を表わす。

図１は、移動式ロボット１の構成部品の概略図である。移動式ロボット１は、３つのシステム、すなわち視覚システム２、制御システム８、及び駆動システム１４を備えている。これら３つのシステムを組み合わせることによって、移動式ロボット１は、移動式ロボット１が配置されている環境を視認及び解釈し、当該環境の周囲を巡回することができる。視覚システム２は、カメラ３と光源４とを備えている。カメラ３は、移動式ロボット１を囲んでいる周囲の領域の画像をキャプチャーすることができる。カメラ３としては、例えば、天井の画像をキャプチャーするために上方に方向付けられているカメラ、移動式ロボット１の前進方向の画像をキャプチャーするために前方に面しているカメラ、及び、移動式ロボット１を囲んでいる領域の３６０°ビューをキャプチャーするパノラマ環状レンズ（ＰＡＬ）カメラが挙げられる。光源４は、移動式ロボット１が低照度状態の環境に配置されている場合に、すなわちカメラ３によってキャプチャーされる画像のコントラストが乏しい場合に、カメラ３によってキャプチャーされる画像の品質を改善させることができる。光源４は、任意の光源であって良いが、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）とされる。光源４は、移動式ロボット１を囲んでいる領域を所定の程度で照明する。光源４は、カメラ３によってキャプチャーされる画像の品質を改善するために、カメラ３のセンサが検出可能とされる帯域幅の光を放射する。例えば、光源４によって放射される光は、電磁スペクトルの可視近赤外線（ＮＩＲ）部分又は可視赤外線（ＩＲ）部分の範囲内とされる。

移動式ロボット１の視覚システム２は、移動式ロボット１の周囲環境に関する情報を移動式ロボット１に提供する多数の他のタイプのセンサを含んでいる場合がある。図１は、２つの例、すなわち、光位置センサ５（position sensitive device：ＰＳＤ）及び物理的接触センサ６を表わす。ＰＳＤ５は、例えばＩＲセンサやソナーセンサのような近接センサとされ、移動式ロボット１の近傍に位置する任意の障害物についての情報を提供することができる。これにより、移動式ロボット１は、障害物と接触することなく当該障害物を回避することができる。物理的接触センサ６によって、移動式ロボット１は、障害物と接触した場合に、その接触を知ることができる。物理的接触センサ６からの信号に応答して、移動式ロボット１は、例えば停止し、並びに／又は移動式ロボット１の位置及び軌道を調整することができる。これにより、特に障害物がＰＳＤ５によって検出されない場合であっても、移動式ロボット１自体又は移動式ロボット１が接触している障害物の損傷が防止することができる。

視覚システム２によって収集されたすべての情報及びデータが制御システム８に送信される。制御システム８は、特徴部検出ユニット９を備えている。特徴部検出ユニット９は、視覚システム２によってキャプチャーされた画像を受信し、当該画像を分析することによって、当該画像に表示された移動式ロボット１を囲んでいる領域内にランドマークとなる特徴部を発見する。ランドマークとなる特徴部は、例えばテーブルの縁部や絵画用額縁の角部のような、画像内において容易に検出される高コントラストに特徴部とされる。特徴部検出ユニット９によって検出されるランドマークとなる特徴部は、局所的環境内における移動式ロボット１の位置を三角測量し決定するために、巡回ユニット１１及びマッピングユニット１０によって利用可能とされる。また、マッピングユニット１０は、移動式ロボット１が当該環境を解釈及び巡回するために利用する環境マップを生成するために、視覚システム２の他のセンサからキャプチャーされた画像及びデータから得られた情報を利用することができる。特徴部検出ユニット９とマッピングユニット１０と巡回ユニット１１とは、同時位置決め地図作成（ＳＬＡＭ）ユニットを移動式ロボット１に含む単体の一部分を形成しており、図１に表わす独立したエンティティである必要はない。

指令は、制御システム８から、移動式ロボット１を移動させるための駆動システム１４に送信される。図１は、左舷側（ＬＨＳ）トラクションユニット１５及び右舷側（ＲＨＳ）トラクションユニット１６を備えている駆動システム１４を表わす。ＬＨＳトラクションユニット１５及びＲＨＳトラクションユニット１６それぞれが、移動式ロボット１を操縦可能なように独立して制御可能とされる。例えばＲＨＳトラクションユニット１６がＬＨＳトラクションユニット１５より高速で前方方向に駆動された場合には、移動式ロボット１が前方に移動するに従って、移動式ロボット１は左に方向転換する。また、さらなる例として、ＬＨＳトラクションユニット１５及びＲＨＳトラクションユニット１６それぞれが同一の速度ではあるが反対方向に駆動された場合には、移動式ロボット１は直ちに回転するだろう。また、駆動システム１４は、制御システム８にデータを送り返す場合がある。例えば、駆動システム１４から制御システム８に送り返されたデータは、トラクションユニットによる（例えばホイールの回転数を利用することによって得られた）移動距離を示している。

また、制御システム８は照明制御ユニット１２を備えている。照明制御ユニット１２は、例えば制御信号のような指令を視覚システム２に送信し、光源４によって提供される照明レベルを調整する。移動式ロボット１が周囲環境の巡回を成功させることができるように、特徴部検出ユニット９が検出可能でなければならない最小数量のランドマークとなる特徴部が存在する。従って、移動式ロボット１が低照度の状態で巡回を試みるが、特徴部検出ユニット９が最小数量の特徴部を検出することができない場合には、照明制御ユニット１２は、視覚システム２に指令を送信し、光源４の強度を高める。

光源が必要とされない場合に（例えば周囲光が最小数量の特徴部を検出するために十分なレベルである場合に）光源が利用されると、光源４は、バッテリからの電力を不必要に利用し、移動式ロボット１のバッテリ寿命を低減させるだろう。従って、特徴部検出ユニット９によって検出されるランドマークとなる特徴部の数量が、巡回を成功させるために必要とされる最小数量より多い場合には、照明制御ユニット１２は、視覚システム２に指令を送信し、光源４の強度を低減させる。

照明レベルの増減は、様々な方法によって実施可能とされる。例えば、必要とされる最適な照明レベルを決定するためにアルゴリズムを利用することができる。照明制御ユニット１２が、照明レベルを変更するための指令を送信した場合には、照明制御ユニット１２は、都度小刻みに照明レベルを変更し、そのプロセスが、許容可能な照明レベルに到達するまで繰り返される。照明レベルは、光源４に供給される電力を増減させることによって調整される。これにより、光源４が放射する光の強度が変更される。従って、光源４によって提供される照明レベルを調整することに言及する場合には、このことは、光源４に供給される電力を調整することと同等であることに留意すべきである。より低い照明レベルが必要とされる場合には、光源４に供給される電力を低減させることによって、移動式ロボット１のエネルギ効率及びバッテリ寿命を高めることができる。

特徴部検出ユニット９によって検出された特徴部の数量が継続的に監視されるので、照明レベルも継続的に制御される。微調整量が所定の量とされる。代替的には、調整量が、検出された特徴部の数量と巡回を成功させるために必要とされる特徴部の最小数量との差分に比例するように、動作中に計算可能とされる。計算された調整量は、照明レベルを変更するための指令と共に、視覚システム２に送信される。

図２は、光源４からの照明レベルを制御するためのプロセスを表わす流れ図である。開始した後に、移動式ロボット１は、検出された特徴部の数量（Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ}）が閾数量（Ｎ_{ＴＨＲＥＳＨ}）より小さいか否かを決定する。Ｎ_{ＴＨＲＥＳＨ}は、移動式ロボット１が周囲環境を巡回するためにＳＬＡＭ手法をうまく利用するために必要とされる、ランドマークとなる特徴部の最低数量に相当する予め決定された閾数量とされる。Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ}がＮ_{ＴＨＲＥＳＨ}より小さい（Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ} ＜ Ｎ_{ＴＨＲＥＳＨ}）場合には、照明レベルが一定量大きくなり、その後にプロセスが繰り返される。Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ}がＮ_{ＴＨＲＥＳＨ}以上である場合には、移動式ロボット１は、Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ}がＮ_{ＴＨＲＥＳＨ}と等しいか否か（Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ} ＝ Ｎ_{ＴＨＲＥＳＨ}）を決定する。Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ} ＝ Ｎ_{ＴＨＲＥＳＨ}の場合には、照明レベルが変化しないで維持され、移動式ロボット１は巡回を継続する。代替的には、Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ} ≠ Ｎ_{ＴＨＲＥＳＨ}の場合には、Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ}がＮ_{ＴＨＲＥＳＨ}より大きい（Ｎ_{ＤＥＴＥＣＴ} ＞ Ｎ_{ＴＨＲＥＳＨ}）と推論される。その後に、移動式ロボット１は、照明レベルが既に零であるか否かについて確認する。照明レベルが零でない場合には、照明レベルが一定量小さくなり、その後にプロセスが繰り返される。しかしながら、照明レベルが既に零である場合には、移動式ロボット１は巡回を継続する。

図２に表わすプロセスは、照明レベルを所定量単位で増減させるが、既に上述したように、照明レベルの調整量は、変更可能とされ、例えばＮ_{ＤＥＴＥＣＴ}とＮ_{ＴＨＲＥＳＨ}との差分に比例する場合がある。

図３は、本体２０及び分離器２１を具備するロボット式真空掃除機１を表わす。本体２０は、戦車の無限軌道の形態をしたトラクションユニット２２と、ブラシバーを収容する掃除機ヘッド２３とを備えており、汚染空気は、ブラシバーを介してロボット式真空掃除機１の内部に引き込まれ、分離器２１の内部に至る。分離器内において汚染空気から塵埃が除去されると、空気は分離器２１から流出し、空気流を発生させるためのモータ及びファンを収容している本体２０を通過する。その後に、空気は、装置の後部に形成されている排出口２７を通じて、ロボット式真空掃除機１から排出される。排出口２７は取り外し可能とされるので、フィルタを清浄するために当該フィルタにアクセスすることができ、また、バッテリーパックとされるロボット式真空掃除機１のための電源にアクセスすることができる。また、本体２０は、移動式ロボット１の周囲領域の画像をキャプチャーするために移動式ロボット１が利用するカメラ２４を備えている。カメラ２４は、パノラマ環状レンズ（ＰＡＬ）カメラであって、移動式ロボット１の周囲領域の３６０°画像をキャプチャー可能とされる全方向性のカメラである。移動式ロボット１の制御システムは、移動式ロボット１の内部に収容されているソフトウェア及び電子部品の内部に具体化されており、カメラ２４によってキャプチャーされた画像を処理するために、同時位置決め地図作成（ＳＬＡＭ）手法を利用することができ、これにより、移動式ロボット１は、局所的環境を理解、解釈、及び自立巡回することができる。

センサカバー２８は、本体２０に装着されている他のセンサ、例えばＰＳＤセンサを覆っている。様々な方向に方向づけられているセンサアレイが、移動式ロボット１の前方及び側方において障害物を検出可能とされるように、センサカバー２８の下方に配置されている。側方ＰＳＤセンサは、ロボットの周囲に位置する障害物を捕捉することができ、壁伝いモード（wall-following mode）における移動式ロボット１の巡回に貢献するために利用される。壁伝いモードでは、移動式ロボット１は、可能な限り部屋の壁に近接して且つ当該壁に対して平行に移動する。また、床に向かって下方に向いているＰＳＤセンサが設けられており、当該ＰＳＤセンサは、クリフセンサ（cliff sensor）として機能し、移動式ロボット１が例えば階段のような落差のある地点に接近している場合に、そのことを検出する。落差のある地点が検出された場合には、移動式ロボット１は、移動式ロボット１が落差ある地点に到達する前に停止し、及び／又は、危険を回避するために移動式ロボット１の軌道を調整する。ロボットが物理的接触センサとして可動式バンパー部分を利用する場合もあるが、移動式ロボット１は、障害物との物理的接触を検知するために、別体のシャーシと本体２０のボディ部分との間における相対運動を検出する。

移動式ロボット１の本体２０は、本体２０の側部にハンドル２５を備えている。同様のハンドルが、図示しないが、本体２０の反対側の側部にも設けられている。これにより、利用者は、２つのハンドル２５を利用することによって、移動式ロボット１を把持し持ち上げることができる。ハンドル２５は、本体２０の側壁の内方に突出している部分を備えている。これにより、利用者は、移動式ロボット１を確実に且つ容易に把持することができるので、局所的環境内の家具又は他の障害物に捕捉又は妨害される外部ハンドルを本体２０に設ける必要が無くなる。ハンドル２５の内面２６は、外方に向かって面しており、透明な材料から形成されており、窓として機能する。図４は、内面２６を取り外したことを除いて、同一の移動式ロボット１を表わす。光源４が、移動式ロボット１の本体２０の内側に且つ内面２６の後方に配置されている。図４に表わす光源４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であるが、発光することを条件として任意の光源で良い。光源としては、例えば白熱電球や電界発光材料が挙げられる。光源４によって放射された光は、カメラ２４によって検出可能とされる任意の波長を有している。光は、ヒトにとって可視であっても不可視であっても良く、例えばＩＲ光やＮＩＲ光とされる。

ＬＥＤの形態をした光源４は、光源４が移動式ロボット１を囲んでいる別々の領域を照明するように、移動式ロボット１に配置されている。当該領域は、カメラ２４によってキャプチャーされる画像の様々な区画に対応する。ハンドル２５それぞれが、移動式ロボット１の側部に配置されているので、これにより、光源４が、移動式ロボット１の前進方向に対して直角とされる方向において光を移動式ロボット１から外方に方向づけるように位置決めされる。本明細書では、直角とは、装置の左側及び／又は右側且つ外方を意味し、天井又は床に向かって上方又は下方に垂直であることを意味する訳ではない。このことは、移動式ロボット１の平面図である図５に明確に表わされている。矢印Ａは、移動式ロボット１の前進方向を示しており、破線Ｂ_ＬＨＳ及びＢ_ＲＨＳは、左舷側（ＬＨＳ）光源４及び右舷側（ＲＨＳ）光源４が射している方向を表わす。図示の如く、破線Ｂ_ＬＨＳ及びＢ_ＲＨＳは、移動式ロボット１の側部それぞれにおいて、矢印Ａに対して９０°の角度を成す（直角とされる）方向を示している。従って、移動式ロボット１の前進方向に対して直角とされる移動式ロボット１の側部それぞれに対する領域が照明可能とされる。

カメラ２４は、全方向性のＰＡＬカメラであるので、光源４は、移動式ロボット１の側部それぞれに対応するカメラによってキャプチャーされた画像の部分を照明するが、移動式ロボット１の前方を照明する必要は必ずしもない。これにより、移動式ロボット１の巡回が一層容易になる。移動式ロボット１が前方に移動し、両側に位置する特徴部を通過する場合に、環境内における移動式ロボット１の運動を識別するために、当該画像の当該部分の内部における特徴部の移動を容易に追跡可能とされるからである。巡回のためにカメラ２４がカメラ２４の前方に位置する特徴部を利用可能にすぎない場合には、カメラ２４は、運動を識別するために物体の相対的な大きさの変化を利用する必要がある。このことは、はるかに困難であり、精度を著しく低下させる。その上、三角測量は、三角測量に利用される特徴部が密集するのではなく離隔配置されている場合に一層容易に実施可能とされる。移動式ロボット１の視覚システム２が、移動式ロボット１の視覚システム２が前方から接近する障害物を検出可能であることはあまり重要ではない。移動式ロボット１は、障害物を照明する必要なく移動式ロボット１の前方に位置する障害物をセンサカバー２８の後方で検出可能とされるセンサアレイを備えているからである。さらに、移動式ロボット１が実際に障害物と接触した場合に検出可能とされる物理的接触センサが設けられている。

光源４は、角度αに亘る光錐３１，３２を放射する。角度αは、移動式ロボット１の視覚システム２の要件に適合することを条件として、任意の角度とされる。２つの光源が図５に表わすように移動式ロボット１に設けられている場合には、円錐角αは約９０°〜約１６０°の範囲内とされ、これにより、視覚システム２にとって良好な照明領域を発見することができる。図５に表わす移動式ロボット１では、約１２０°の角度とされる。

光源４によって放射される光錐は、円錐とされる。代替的には、光錐は楕円錐であっても良い。典型的な部屋では、壁の長さが壁の高さより長いので、高さより幅が広い（すなわち、楕円錐光の水平方向寸法が楕円錐光の垂直方向寸法より大きい）楕円錐光は、部屋を効率的に照明することができる。

上述のように、光源は、移動式ロボット１を囲んでいる領域に視覚システム２が検出可能とされる特徴部の数量に比例する照明レベルを提供するために、巡回の際に動的に制御される。しかしながら、移動式ロボット１の電力効率及びバッテリ寿命をさらに改善するために、光源それぞれによって提供される照明レベルが独立して調整可能とされるように、光源４は互いから独立して制御可能とされる。このことは、移動式ロボット１の（前進方向Ａに対して）右側の領域が暗いが、移動式ロボット１の左側の領域が明るい場合に、方向Ｂ_ＲＨＳに射している光源４に対する電力が、光錐３２が方向Ｂ_ＬＨＳに射している光錐３１の照明レベルより高い照明レベルを提供するように独立して高められることを意味する。このことは、移動式ロボット１の一方の側部のみが照明を必要とする場合に、不必要に移動式ロボット１の他方の側部を照明することによって、電力及びバッテリ寿命が浪費されないことを意味する。

図６は、部屋４０に配置されている移動式ロボット１を表わす。部屋４０には、移動式ロボット１の視覚システム２が利用可能とされるランドマークとなる特徴部を提供する、多数の物品が存在する。色彩が明るいテーブル４１が、移動式ロボット１の（移動式ロボット１の前進方向Ａに対して）左側に位置しており、色彩が暗いテーブル４２が、移動式ロボット１の右側に位置している。また、窓４３は、テーブル４２の上方に且つ移動式ロボット１の右側に配置されており、額縁４４が、移動式ロボット１の後方の壁に位置している。移動式ロボット１は、図５に表わすロボットと同一であるので、移動式ロボット１の側部それぞれにおいて光錐３１，３２を独立して制御可能とされる２つの光源を有している。図７Ａは、図６に表わす環境にある場合における、移動式ロボット１に設けられた全方向性のＰＡＬカメラによってキャプチャーされた３６０°画像５０を表わす。図７Ｂは、図７Ａに表わす画像が撮影された場合における移動式ロボット１の側部の光源それぞれのために利用された、相対的なＬＥＤ強度レベルを表わすグラフである。ＬＨＳ（左舷側）ＬＥＤは、方向Ｂ_ＬＨＳに射している光源を表わし、ＲＨＳ（右舷側）ＬＥＤは、方向Ｂ_ＲＨＳに射している光源を表わす。ＬＨＳ（左舷側）ＬＥＤ及びＲＨＳ（右舷側）ＬＥＤの両方に供給される電力は微小であるので、ＬＨＳ（左舷側）ＬＥＤ及びＲＨＳ（右舷側）ＬＥＤそれぞれのＬＥＤ強度は非常に低い。このことは、移動式ロボット１を囲んでいる領域を照らしているための照明レベルが非常に低いことを意味する。３６０°画像５０は、窓４３からの光が部屋の反対側を照明するのに十分であることを表わしており、テーブル４１及び額縁４４の両方が明瞭に表わされている。しかしながら、窓４３から入射する光量に起因して、窓４３の周りのコントラストが乏しいので、図７Ａに表わす３６０°画像５０では、テーブル４２を見ることはできない。

図７Ａに表わす３６０°画像５０が、移動式ロボット１の巡回を成功させるために十分な数量の検出可能な特徴部を提供することは明白である。しかしながら、制御システム８が、コントラストが乏しいことに起因して、移動式ロボット１の右舷側において利用可能とされる検出可能な特徴部の数量が十分でないと決定した場合には、制御システム８は、視覚システム２に指令を送信し、移動式ロボット１の右舷側において照明レベルを高める。図８Ａ及び図８Ｂは、その後の状況を表わす。グラフ８Ｂに表わすように、ＬＨＳ（左舷側）ＬＥＤのＬＥＤ強度は変化しないが、ＲＨＳ（右舷側）ＬＥＤのＬＥＤ強度が高められる。その結果として、移動式ロボット１を囲んでいる移動式ロボット１の右側の領域は、光錐３２によって照明されており、図８Ａに表わす３６０°画像５０において、テーブル４２が視認可能とされる。制御システム８は、移動式ロボット１をその周囲環境において巡回させるために、ランドマークとなる特徴部として視認可能なテーブル４２の一部分を利用することができる。

これまで、移動式ロボット１について、２つの光源４を備えているものとして図示及び説明した。光源４それぞれが、装置の左舷側及び右舷側において移動式ロボット１を囲んでいる領域に所定の照明レベルを提供する。しかしながら、図９に例示するように、移動式ロボット１が３つ以上の光源を備えている場合もある。図９では、移動式ロボット１は、４つの光源４を備えており、光源４それぞれが、円錐角βを有している光錐を放射する。４つの光源４すべてが、移動式ロボット１の左側及び右側それぞれを照明するように、常に外方に方向づけられている。より多くの光源が設けられている場合には、円錐角βが、上述の円錐角αより小さくなる。４つの光源４によって照明される移動式ロボット１の周囲領域は、上述の実施例において２つの照明によって照明された領域と略同一であるが、全方向性のＰＡＬカメラによってキャプチャーされた画像内の、別々に照明可能とされる領域の数量は二倍である。従って、より多くの光源が設けれている場合であっても、照明される画像の区画についての制御が良好になるので、エネルギ消費が一層小さくなり、バッテリ寿命が一層長くなる。このようなモデルは、必要に応じてより多くの光源を具備するように拡張することができる。

図１０及び図１１は、移動式ロボット１の周囲の異なる四分円（Ｑ１〜Ｑ４及びＱ５〜Ｑ８）を効率的に照明する多数の光源（図示しない）を収容している移動式ロボット１を表わす。制御システムは、移動式ロボット１を囲んでいる四分円それぞれに提供する照明レベルを独立して制御するための指令を視覚システムに送信する。図１０では、四分円は、移動式ロボット１の前進方向（矢印Ａ）が２つの四分円Ｑ１，Ｑ２の境界と一致している。図１１は、ロボットの前進方向（矢印Ａ）が四分円Ｑ７の中央を通過する代替的な実施例を表わす。他の実施例では、光源は、４つの四分円より多い又は少ない区画を独立して照明するように配置されている。

従って、特定の実施例について説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲から逸脱することなく、様々な変更をすることができることに留意すべきである。

１ 移動式ロボット（ロボット式真空掃除機）
２ 視覚システム
３ カメラ
４ 光源
５ ＰＳＤ（光位置センサ）
６ 物理的接触センサ
８ 制御システム
９ 特徴部検出ユニット
１０ マッピングユニット
１１ 巡回ユニット
１２ 照明制御ユニット
１４ 駆動システム
１５ 左舷側（ＬＨＳ）トラクションユニット
１６ 右舷側（ＲＨＳ）トラクションユニット
２０ 本体
２１ 分離器
２２ トラクションユニット
２３ 掃除機ヘッド
２４ カメラ
２５ ハンドル
２７ 排出口
２８ センサカバー
３１ 光錐
３２ 光錐
４０ 部屋
４１ テーブル
４２ テーブル
４３ 窓
４４ 額縁
５０ ３６０°画像

Claims (15)

1. 移動式ロボットであって、
   カメラ、及び、前記移動式ロボットを囲んでいる領域に所定の照明レベルを提供するように配置されている２つ以上の光源とを備えている視覚システムを備えている前記移動式ロボットにおいて、
   ２つ以上の前記光源が、前記カメラによってキャプチャーされた画像の異なる区画に対応する、前記移動式ロボットを囲んでいる独立した領域を照明するように配置されており、
   前記光源それぞれによって提供される前記照明レベルが、独立して調整可能とされることを特徴とする移動式ロボット。
2. 前記移動式ロボットが、制御システムを備えており、
   前記制御システムが、前記視覚システムによってキャプチャーされた画像から特徴部を検出するための特徴部検出ユニットを備えており、
   ２つ以上の前記光源それぞれによって提供される照明レベルが、前記特徴部検出ユニットによって前記カメラがキャプチャーした画像から検出された前記特徴部の数量に応じて独立して調整されることを特徴とする請求項１に記載の移動式ロボット。
3. 前記光源それぞれによって提供される前記照明レベルが、前記特徴部検出ユニットによって前記光源それぞれが照明した画像の対応する区画から検出された前記特徴部の数量に応じて、独立して調整されることを特徴とする請求項２に記載の移動式ロボット。
4. ２つ以上の前記光源が、前記カメラによってキャプチャーされた画像の全体の四分の一から四分の三に対応する結合領域を照明するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動式ロボット。
5. ２つ以上の前記光源が、前記光源が前記移動式ロボットの側部側それぞれに位置する領域を照明するように、前記移動式ロボットに配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動式ロボット。
6. 前記視覚システムが、２つの前記光源を備えており、
   前記光源それぞれが、他方の前記光源とは反対方向に光を放射するように、前記移動式ロボットの側部それぞれに配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の移動式ロボット。
7. 前記視覚システムが、少なくとも４つの前記光源を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の移動式ロボット。
8. 少なくとも４つの前記光源が、前記移動式ロボットを囲んでいる異なる四分円領域を照明するように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の移動式ロボット。
9. 前記光源それぞれによって提供される前記照明レベルが、前記光源それぞれに供給される電力を増減させることによって調整されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の移動式ロボット。
10. 前記光源それぞれによって提供される前記照明レベルが、制御システムを介して前記視覚システムに送信される制御信号に応答して独立して調整されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の移動式ロボット。
11. 前記制御システムが、同時位置決め地図作成（ＳＬＡＭ）ユニットを備えていることを特徴とする請求項１０記載の移動式ロボット。
12. 前記カメラが、パノラマ環状レンズ（ＰＡＬ）カメラとされることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の移動式ロボット。
13. 前記光源が、発光ダイオード（ＬＥＤ）とされることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の移動式ロボット。
14. 前記光源が、可視赤外線（ＩＲ）光を放射することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の移動式ロボット。
15. 前記光源が、前記移動式ロボットに設けられているハンドル部分の内側に位置決めされていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の移動式ロボット。

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