JP2017511549A

JP2017511549A - 自走式ロボットの障害物回避歩行方法

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Publication number: JP2017511549A
Application number: JP2016562594A
Authority: JP
Inventors: ジンジュタン
Original assignee: Ecovacs Robotics Suzhou Co Ltd
Current assignee: Ecovacs Robotics Suzhou Co Ltd
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: US11112800B2; JP6622215B2; US11768496B2; EP3133457A4; CN104972462B; KR102329060B1; US20210365030A1; WO2015158240A1; EP3133457A1; CN104972462A; KR20170008745A; US20170083022A1; US20190179321A1; EP3133457B1; US10248126B2

Abstract

自走式ロボットの障害物回避歩行方法は以下のステップを含む。ステップ1000で自走式ロボットはＹ軸に沿って歩行して障害物を検知すると、現在の位置を障害物位置として設定し、現在位置の座標を記録点として記憶する。ステップ2000では、記録点であって、そのＹ軸座標が現在の障害物位置と前回の障害物位置のＹ軸座標により規定される数値距離内の記録点が、以前に記憶されているかを判定する。ステップ3000では、判定結果が「正」であれば、前記記録点を転回位置とし、自走式ロボットは現在の障害物位置からＸ軸に沿って転回位置に向かって該転回位置のＸ軸座標まで歩行し、転回位置の座標を消去し、転回位置と現在の障害物位置の間の領域における走査歩行を完了した後、歩行動作はステップ1000に戻り、判定結果が「否」であれば、自走式ロボットはＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動する。ステップ4000では、自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向とは逆方向に歩行してステップ100に戻り、歩行動作はステップ1000に戻る。ステップ5000では、歩行範囲におけるＹ軸走査歩行が完了するまで、ステップ1000からステップ4000までを繰り返す。上記方法は障害物の位置を正確に判定して簡明な歩行経路を実現し、自走式ロボットの作業効率を顕著に向上させる。【選択図】図３

Description

本発明は、小型家電機器の製造の技術分野に属する、自走式ロボットの障害物回避歩行方法に関するものである。

自走式ロボットは操作の簡便さと動きが自由なことから、広く利用されており、その用途も窓拭き、床掃除、空気清浄化など多岐にわたっている。自走式ロボットは稼働中に障害物に接触することがあるが、自走中に当該障害物を正確にかつ効果的に回避することにより、作業効率を大きく向上させている。ガラス拭きロボットの一例として、従来技術ＣＮ０２１３７８３０．４は、自動集塵機用に清掃領域と障害物領域を判定する方法を開示している。図１は、従来の自走式ロボットの障害物回避歩行を示す模式図である。図１は、自走式ロボットの動きを水平方向（Ｘ軸）の動きと垂直方向（Ｙ軸）の動きとに分類した場合に、自走式ロボットのＸ軸方向に横断する動きとＹ軸方向に障害物回避歩行をする動きを模式的に示すものである。図１に示すように、自走式ロボットは往復経路Ｙ１、Ｙ２およびＹ３をそれぞれ歩行する。自走式ロボットが障害物Ａ４に接触すると、障害物を迂回して垂直方向に往復歩行し、この迂回動作は自走式ロボットが障害物Ａ４に垂直方向に接触するたびに行われる。従来の自走式ロボットの歩行方式では、障害物Ａ４の右側の経路の歩行が何度も繰り返され、そのため歩行時間が大幅に長くなり、ロボットの作業効率が大きく低下してしまう。

従来技術における上記の問題に鑑み、本発明は、自走式ロボットの障害物回避歩行方法であって、障害物の位置を正確に判定し、簡明な歩行経路を実現し、当該自走式ロボットの作業効率を顕著に向上させる歩行方法を提供するものである。

上記の問題は、本発明による以下の技術的方策により解決できる。

自走式ロボットの障害物回避歩行方法が提供される。当該自走式ロボットの障害物回避歩行方法は、自走式ロボットの歩行範囲において、水平方向をＸ軸とし垂直方向をＹ軸とする平面直角座標系が設定され、歩行方法は具体的には以下のステップを含むことを特徴とする。

ステップ１００：自走式ロボットはＹ軸に沿って歩行し、該自走式ロボットがＹ軸に沿って前方に歩行して障害物を検知すると、ロボットは障害物位置を現在の位置に上部障害物位置として設定し、有効な上部障害物位置を上部記録点として記憶し；自走式ロボットがＹ軸に沿って逆方向に歩行して障害物を検知すると、ロボットは障害物位置を現在の位置に下部障害物位置として設定し、有効な下部障害物位置を下部記録点として記憶し；
ステップ２００：記憶された順序に従い、上部記録点は現在の上部記録点とそれ以前の上部記録点とに分類され、下部記録点は現在の下部記録点とそれ以前の下部記録点とに分類され；
ステップ３００：現在の障害物位置が上部障害物位置であれば、Ｙ軸座標が現在の上部障害物位置のＹ軸座標より低い位置にある前回の上部記録点が、現在の上部障害物位置より以前に存在するか否かが判定され；現在の障害物位置が下部障害物位置であれば、Ｙ軸座標が現在の下部障害物位置のＹ軸座標より高い位置にある前回の下部記録点が、現在の下部障害物位置より以前に存在するか否かが判定され；
ステップ４００：判定結果が「正」であれば、前回の上部記録点または前回の下部記録点が転回位置となり、自走式ロボットは現在の障害物位置からＸ軸に沿って転回位置に向かって該転回位置のＸ軸座標まで歩行し、転回位置の座標を消去し、転回位置と現在の障害物位置の間の領域における走査歩行を完了した後、ステップ１００に戻り；判定結果が「否」であれば、自走式ロボットはＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動し；
ステップ５００：自走式ロボットはそれまでのＹ軸に沿った歩行方向とは逆方向に歩行してステップ１００に戻り；
ステップ６００：歩行範囲における走査歩行が完了するまで、ステップ１００からステップ５００までを繰り返す。

前記上部障害物位置と下部障害物位置は、その一部または全部を記憶してもよい。より具体的には、障害物位置の一部が記憶されている場合、ステップ１００はさらに以下の動作を含む：
現在の上部障害物位置のＹ軸座標が以前の上部記録点の各々のＹ軸座標と異なっている場合、当該現在の上部障害物位置を有効な上部障害物位置とし；現在の下部障害物位置のＹ軸座標が以前の下部記録点の各々のＹ軸座標と異なっている場合、当該現在の下部障害物位置を有効な下部障害物位置とする。

障害物位置のすべてが記憶されている場合、ステップ１００は具体的にさらに以下の動作を含む：上部障害物位置の各々を有効な上部障害物位置とし；下部障害物位置の各々を有効な下部障害物位置とする。

ステップ４００は具体的にさらに以下の動作を含む：判定結果が「正」であれば、判定条件を満たすすべての上部記録点または下部記録点のＸ軸座標の、現在の障害物位置のＸ軸座標からの差異を比較し、もっとも大きい差異を有する上部記録点または下部記録点を転回位置に設定する。

記憶量を低減するため、ステップ４００は具体的にさらに以下の動作を含む：判定結果が「正」であれば、判定条件を満たすすべての上部記録点または下部記録点の座標を消去する。

ステップ４００は具体的にさらに以下の動作を含む：自走式ロボットが転回位置のＸ軸座標に到達する前に再度障害物を検知した場合、転回位置の座標を消去し、歩行動作はステップ５００へ進む。

ステップ４００において自走式ロボットは、転回位置と現在の障害物位置の間の領域を、ステップ６００で歩行範囲における走査歩行を完了するのと同じ歩行モードで、走査歩行を行う。

ステップ４００の後、さらに以下のステップ４１０を含む：自走式ロボットが前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行することが可能か否かを判定し、判定結果が「正」であれば自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行して、ステップ１００に戻り；判定結果が「否」であれば、歩行動作はステップ５００に進む。

ステップ４００における、自走式ロボットが前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行できるか否かの判定は、具体的には以下の動作を含む：
自走式ロボットは、まず前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行し、一定距離を歩行して障害物を検知しなければ、自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行可能であると判定され；そうでない場合、自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行不能であると判定される。

自走式ロボットの側面には側方視認センサーが設けられ、ステップ４００における、自走式ロボットが前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行できるか否かの判定は、具体的には以下の動作を含む：自走式ロボットは、側方視認センサーからのフィードバック信号にしたがい、前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行できるか否かを判定する。

本発明はさらに、自走式ロボットの障害物回避歩行方法であって、自走式ロボットの歩行範囲において、水平方向をＸ軸とし垂直方向をＹ軸とする平面直角座標系が設定され、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿った歩行は前進歩行である、歩行方法を提供する；
該歩行方法は具体的に以下のステップを含む：
ステップ１０００：自走式ロボットはＹ軸に沿って歩行し、該自走式ロボットが障害物を検知すると、現在の位置を障害物位置として設定し、現在位置の座標を記録点として記憶し；
ステップ２０００：記録点であって、そのＹ軸座標が現在の障害物位置と前回の障害物位置のＹ軸座標によって規定される数値距離内にある記録点が、以前に記憶されているか否かを判定し；
ステップ３０００：判定結果が「正」であれば、前記記録点を転回位置とし、自走式ロボットは現在の障害物位置からＸ軸に沿って転回位置に向かって該転回位置のＸ軸座標まで歩行し、転回位置の座標を消去し、転回位置と現在の障害物位置の間の領域における走査歩行を完了した後、歩行動作はステップ１０００に戻り；判定結果が「否」であれば、自走式ロボットはＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動し；
ステップ４０００：自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向とは逆方向に歩行して、歩行動作はステップ１０００に戻り；
ステップ５０００：歩行範囲におけるＹ軸走査歩行が完了するまで、ステップ１０００からステップ４０００までが繰り返される。

結論として、本発明の利点は自走式ロボットが歩行中に障害物に接触すると当該ロボットは座標判定によって障害物に対し一度だけの回避動作を行い、それにより障害物周辺と歩行範囲の境界の間の各領域での作業を遂行することにあり；これに対し従来技術においては、自走式ロボットは作業中に障害物を繰り返し回避しつつ、当該障害物の周辺を歩行する必要があった。すなわち、本発明は障害物の位置を正確に判定して簡明な歩行経路を実現し、それにより自走式ロボットの作業効率を顕著に向上させるものである。

以下、本発明による技術的方策を、図面と具体的な実施形態との組み合わせにより詳細に説明する。

従来の自走式ロボットの障害物回避歩行を示す模式図である。本発明の第１の実施形態による自走式ロボットの障害物回避歩行を示す模式図である。本発明の第２の実施形態による自走式ロボットの障害物回避歩行を示す模式図である。本発明の第３の実施形態による自走式ロボットの障害物回避歩行を示す模式図である。

第１の実施形態
図２は、本発明の第１の実施形態による自走式ロボットの障害物回避歩行を示す模式図である。図２を参照し、本発明による具体的な障害物回避歩行のプロセスを、以下説明する。まず、自走式ロボットの歩行範囲において、水平方向をＸ軸とし垂直方向をＹ軸とする平面直角座標系が設定され、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿っての歩行は前進歩行か、あるいは後退歩行である。

図２を参照し、本実施形態においては、本発明による障害物回避歩行プロセスの一例として自走式ロボットがＹ軸に沿って歩行する形態を説明する。具体的には、歩行範囲１００において、自走式ロボットは当該歩行範囲の左下隅にあるＯ点からＹ軸に沿って上方へ前進歩行を行い、移動して歩行範囲１００の上端のＰ点に到達すると、歩行範囲１００に存在する例えば枠体または枠の無い垂下物の縁端などの障害物を検知する。この時点で、この位置の座標は（Ｘ_O、Ｙ_P）として記憶される。自走式ロボットはＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動した後、Ｙ軸に沿って下方へ後退歩行を行う。自走式ロボットは移動して歩行範囲１００の下端のＱ点に到達すると、障害物を検知する。この時点で、この位置の座標は（Ｘ_Q、Ｙ_Q）として記憶される。自走式ロボットは、記録点であって、そのＹ軸座標が、記憶されている現在の座標点Ｑとその前の座標点Ｐによって規定されるＹ軸座標距離（Ｙ_Q、Ｙ_P）内にある記録点が、存在するか否かを判定するため自動的に検知を行う。図２に示すように、そのような記録点が存在しないのは明らかである。したがって自走式ロボットは、Ｑ点からＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動した後、再びＹ軸に沿って上方へ前進歩行を行う。自走式ロボットはこのようにして「弓の字」型の往復経路を歩行し、その間、障害物が検知された各位置の座標を記憶して、記憶されている現在の座標点とその前の座標点によって規定されるＹ軸座標距離（Ｙ_Q、Ｙ_P）内にＹ軸座標を有する記録点が存在するか否かを判定する。自走式ロボットは移動してＡ点に到達すると障害物を検知し、その位置の座標を（Ｘ_A、Ｙ_A）として記憶する。Ａ点の前の障害物位置Ａ'の座標は（Ｘ_A'、Ｙ_Q）であり、Ｙ_AとＹ_Qの間のＹ軸座標を有する障害物位置は記録されていないので、自走式ロボットはＡ点からＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動した後、Ｙ軸に沿って下方へ後退歩行を行う。自走式ロボットはこのようにして「弓の字」型の往復経路を歩行し、その間、障害物が検知された各座標点を記憶する。その後、自走式ロボットは移動して座標（Ｘ_C、Ｙ_P）を有する位置に到達する。このＣ点の前の障害物検知点は座標（Ｘ_B、Ｙ_Q）を有するＦ点である。記憶されている記録点間のＡ、Ｂ１、Ｂ２の各点のＹ軸座標は当然、Ｃ点のＹ軸座標とＦ点のＹ軸座標の間にあり、Ａ点のＸ軸座標Ｘ_AはＢ点のＸ軸座標Ｘ_Bより小さい。この状態では、Ａ点が転回位置となる。自走式ロボットはＣ点からＸ軸に沿って、Ａ点と同じＸ軸座標を持つＤ点へと後退歩行を行う。この時点で、自走式ロボットが後戻りをして同じ経路を繰り返し歩行することを防止するため、Ａ点とＢ点、およびＡ点、Ｂ点と同じＹ軸座標を有する記録点とが消去される。Ｄ点とＣ点の間の走査歩行が開始され、当該走査歩行の間は、自走式ロボットは障害物を検知しても、Ｃ点のＸ軸座標に再び到達するまでは、いかなる座標点も記憶しない。その後は、自走式ロボットは障害物が検知された位置の座標点の記憶を再開し、通常の「弓の字」型の往復歩行モードに戻る。本実施形態では、Ｄ点とＣ点の間の障害物領域における走査歩行プロセスにおいても、「弓の字」型の往復歩行モードが適用される。ただし、歩行モードとしては「弓の字」型の往復歩行モードに限定されるものではなく、例えば「回の字」型歩行モードなど他の歩行モードによっても、同じ技術的効果が得られる。図２に示すように、自走式ロボットの歩行経路は、Ｏ→Ｐ→Ｑ→Ａ→Ｂ→Ｆ→Ｇ→Ｃ→Ｄ→Ｎ→Ｅ→Ｃ→Ｇとなる。

すなわち、第１の実施形態においては、障害物位置の座標が記録点として記憶される。自走式ロボットの移動中、記録点であって、そのＹ軸座標が、現在の障害物位置とその前の障害物位置のＹ軸座標によって規定されるＹ軸座標距離内にある記録点が、存在するか否かが判定される。判定結果が「正」であれば、その記録点が転回位置となる。自走式ロボットは、現在の障害物位置から転回位置へと移動する。上記の条件を満たす記録点が複数ある場合、判定条件を満たすすべての記録点のＸ軸座標の、現在の障害物位置のＸ軸座標からの差異を比較し、もっとも大きい差異を有する記録点を転回位置として設定する。判定結果が「否」であれば、自走式ロボットは現在の障害物位置からＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動した後、Ｙ軸に沿って逆向きに移動し、通常の「弓の字」型の往復歩行モードに戻る。

結論として、本発明による自走式ロボットの障害物回避歩行方法では、当該自走式ロボットの歩行範囲において、水平方向をＸ軸とし垂直方向をＹ軸とする平面直角座標系が設定され、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿っての歩行は前進歩行である。

歩行方法は具体的に以下のステップを含む：
ステップ１０００：自走式ロボットはＹ軸に沿って歩行し、該自走式ロボットが障害物を検知すると、現在の位置を障害物位置として設定し、現在位置の座標を記録点として記憶し；
ステップ２０００：記録点であって、そのＹ軸座標が現在の障害物位置と前回の障害物位置のＹ軸座標によって規定される数値距離内にある記録点が、以前に記憶されているか否かを判定し；
ステップ３０００：判定結果が「正」であれば、記録点を転回位置とし、自走式ロボットは現在の障害物位置からＸ軸に沿って転回位置に向かって該転回位置のＸ軸座標まで歩行し、転回位置の座標を消去し、転回位置と現在の障害物位置の間の領域における走査歩行を完了した後、歩行動作はステップ１０００に戻り；判定結果が「否」であれば、自走式ロボットはＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動し；
ステップ４０００：自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向とは逆方向に歩行して、歩行動作はステップ１０００に戻り；
ステップ５０００：歩行範囲におけるＹ軸走査歩行が完了するまで、ステップ１０００からステップ４０００までが繰り返される。

第２の実施形態
図３は、本発明の第２の実施形態による自走式ロボットの障害物回避歩行を示す模式図である。図３に示すように、第２の実施形態においても、水平方向をＸ軸とし垂直方向をＹ軸とする平面直角座標系の設定が必要であり、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿っての歩行は前進歩行か、あるいは後退歩行である。自走式ロボットがＹ軸に沿って前進歩行中に障害物に接触した位置の座標は上部障害物位置座標として設定され、自走式ロボットがＹ軸に沿って後退歩行中に障害物に接触した位置の座標は下部障害物位置座標として設定される。同様に、自走式ロボットがＸ軸に沿って前進歩行中に障害物に接触した位置の座標は右側障害物位置座標として設定され、自走式ロボットがＸ軸に沿って後退歩行中に障害物に接触した位置の座標は左側障害物位置座標として設定される。

自走式ロボットは上部障害物位置と下部障害物位置のそれぞれの座標を記憶し、上部障害物位置または下部障害物位置のうち同じＹ軸座標を持つ位置が、それら障害物位置のただ一つについて一度だけ記憶される。図３を参照して具体的に説明すると、自走式ロボットが移動してＰ点に到達すると、座標（Ｘ_O、Ｙ_P）を有する上部障害物位置Ｐを検出する。Ｐ点の前には、当該Ｐ点と同じＹ軸座標を持つ上部記録点は存在しないので、Ｐ点は有効な上部障害物位置とされ、Ｐ点の座標が上部記録点として記憶される。さらに、Ｐ点とＡ点の間の歩行範囲にあるすべての上部障害物位置はＰ点と同じＹ軸座標を持っているので、この範囲にあるこれら上部障害物位置は無効な上部障害物位置とされ、これらの座標は記憶されない。同様に、この範囲にある下部障害物位置のうち、下部障害物位置Ｑの座標（Ｘ_Q、Ｙ_Q）のみが記憶される。自走式ロボットがＹ軸に沿って前進歩行してＡ点で障害物に接触すると、Ａ点の座標（Ｘ_A、Ｙ_A）と記憶されている上部記録点の座標とが比較される。ここまで、Ｐ点が唯一記憶されている上部記録点である。Ａ点のＹ軸座標Ｙ_AはＰ点のＹ軸座標Ｙ_Pと同一ではないので、上部障害物位置Ａの座標（Ｘ_A、Ｙ_A）は上部記録点として記憶される。さらに、座標Ｙ_Aは座標Ｙ_Pより小さいので、自走式ロボットはＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動し、その後当該移動前の歩行方向と同じ方向に歩行を続けられるか否か判定する。こここで、移動前の歩行方向とは、Ｙ軸の前進方向である。判定結果が「正」であれば、自走式ロボットはＹ軸に沿って前進歩行を継続し、判定結果が「否」であれば、自走式ロボットはＹ軸に沿って後退歩行を行う。この時点では、自走式ロボットは当然Ｙ軸に沿って前進歩行はできず、したがって自走式ロボットはＹ軸に沿って逆方向、すなわち、Ｙ軸に沿って下方へと歩行する。Ａ点とＢ１点の間の歩行範囲では、すべての上部障害物位置はＡ点と同じＹ軸座標を有し、それゆえこれら上部障害物位置の座標は記憶されない。自走式ロボットは移動してＢ１点に到達すると障害物を検知し、さらにＢ１点の座標と以前に記憶した上部記録点の座標とを比較する。Ｐ点とＡ点のＹ軸座標はＢ１点のＹ軸座標と同一またはより大きいので、自走式ロボットはＢ１点からＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動した後、移動してＢ点に到達する。このときＢ点において、自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向に沿って上方へ移動を継続できるか否か判定する必要がある。この時点では当然、自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向に沿って上方へ移動を継続できるので、上方へ移動を継続してＣ点に到達する。自走式ロボットが移動してＣ点に到達すると、Ｃ点のＹ軸座標と、以前に記憶したＰ点およびＡ点の座標を比較する。当然、Ａ点のＹ軸座標はＣ点のＹ軸座標より小さい。Ａ点を転回位置として指定するとともに、自走式ロボットはＣ点からＸ軸に沿ってＡ点と同じＸ軸座標を有するＤ点へと移動し、その後Ｙ軸に沿って歩行する。この時点で、記録されていたＡ点は消去される。その後、自走式ロボットは「弓の字」型の往復経路に沿ってＤ点からＥ点へと移動するが、その間自走式ロボットは、障害物を検知しても、座標点を全く記憶しない。自走式ロボットは、移動してＥ点に到達した後（Ｅ点に到達する時間は除いて）、有効な障害物位置の記憶を再開する。この時点で、上記のＢ点での動作と同様に、自走式ロボットは、前回のＹ軸歩行方向に沿って下方への移動を継続できるか否か判定する必要がある。判定結果が「正」であれば、自走式ロボットはＥ点からＧ点へと移動を継続し、判定結果が「否」であれば、自走式ロボットはＹ軸（不図示）に沿って上方へ移動する。その後Ｇ点を起点として、自走式ロボットは通常の「弓の字」型の往復歩行モードを再開する。図３に示すように、自走式ロボットの歩行経路はＯ→Ｐ→Ｑ→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｎ→Ｅ→Ｇとなる。

第１の実施形態と比較すると、第２の実施形態は次の２点において異なっている。一つは、「上部」と「下部」の概念が自走式ロボットのＹ軸に沿った歩行方向を基準にしていることである。自走式ロボットがＹ軸に沿って前進歩行するとき、同じＹ軸座標を有する障害物位置のそれぞれの座標を記憶する必要はなく、異なるＹ軸座標を有する障害物位置だけを記録点として記憶する。自走式ロボットの移動中は、それまでに記憶された上部記録点の中に、現在の障害物位置より小さいＹ軸座標を有する記録点が存在するか否かのみを判定すればよい。判定結果が「正」であれば、自走式ロボットは現在の障害物位置から当該記録点のＸ軸座標に戻り、判定結果が「否」であれば、自走式ロボットは現在の障害物位置からＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動する。もう一つは、自走式ロボットが障害物を検知して移動距離Ｍ１だけ移動した後、自走式ロボットが当該移動前の歩行方向への歩行を継続できるか否かがさらに判定されることである。判定結果が「正」であれば、自走式ロボットは移動前の歩行方向への歩行を継続し、判定結果が「否」であれば、自走式ロボットは移動前の歩行方向とは逆方向に歩行する。本実施形態によれば、このような判定処理を追加することにより、歩行経路をより簡易とし、自走式ロボットの作業効率を向上させることができる。

ただし、本実施形態においては「上部」と「下部」の概念が自走式ロボットのＹ軸に沿った歩行方向を基準にしており、データ容量を低減するため上部または下部障害物位置のうち同じＹ軸座標を持つ障害物位置が、それら障害物位置のただ一つについて一度だけ記憶するよう構成されているが、これら障害物位置の座標をすべて記憶したとしても、図３に示す歩行経路は同様に達成できる。さらに、本実施形態では歩行経路を最適化するため、障害物を検知して移動距離Ｍ１だけ移動した後、自走式ロボットは当該移動前と同じ方向に優先的に歩行するよう構成されている。しかしながら、本実施形態による障害物回避歩行方法はこのような限定条件を付さなくてもよい。例えば、上記限定を解除して自走式ロボットが常に「弓の字」型の往復経路を歩行するようにしても、図２に示す歩行経路を達成することができる。

第３の実施形態
図４は、本発明の第３の実施形態による自走式ロボットの障害物回避歩行を示す模式図である。図４に示すように、本実施形態は上記二つの実施形態に基づくさらなる最適化を提供するものである。自走式ロボットはＡ点にて障害物に接触して当該Ａ点の座標を記憶した後、移動してＣ点に到達してから再び障害物に接触する。Ａ点のＹ軸座標はＣ点のＹ軸座標より小さい。従前の制御方法ではＡ点は転回位置とされ、自走式ロボットはＣ点からＸ軸に沿って、Ａ点と同じＸ軸座標を有する位置まで移動するはずであった。しかし、自走式ロボットは障害物Ｍによる妨害を検知する。この時点で、転回位置Ａの座標は消去され、自走式ロボットはＣ点からＹ軸に沿ってＢ点に向かい下方に移動し、Ｂ点からＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動した後さらに移動してＤ点に到達する。その後、自走式ロボットはＤ点を起点として通常の「弓の字」型の往復歩行モードを再開する。図４に示すように、自走式ロボットの歩行経路は、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｂ→Ｄとなる。

第１および第２の実施形態による制御方法を改良すべく、第３の実施形態ではさらに以下のステップが追加される：Ｘ軸またはＹ軸方向に沿った歩行プロセスにおいて、自走式ロボットは方向転換が必要となった場合、制御方法にしたがいさらなる判定と制御を実行し、かつ障害物を検知する。

上記三つの実施形態によれば、Ｙ軸に沿ってのみ歩行する自走式ロボットの障害物回避方法が説明されている。当然ながら、上記の方法は自走式ロボットがＸ軸に沿って歩行する場合にも適用可能である。さらに、歩行経路の説明のため、水平方向をＸ軸とし垂直方向をＹ軸とする平面直角座標系が設定されている。しかしながら、本発明は水平方向と垂直方向に限定されず、他の二方向、例えばたがいに直角である東西方向および南北方向に適用して座標系を設定することも可能である。

結論として、本発明は自走式ロボットの障害物回避歩行方法を提供するものであり、自走式ロボットの歩行範囲において、水平方向をＸ軸とし垂直方向をＹ軸とする平面直角座標系が設定され、当該歩行方法は具体的には以下のステップを含む：
ステップ１００：自走式ロボットはＹ軸に沿って歩行し、該自走式ロボットがＹ軸に沿って前方に歩行して障害物を検知すると、ロボットは障害物位置を現在の位置に上部障害物位置として設定し、有効な上部障害物位置を上部記録点として記憶し；自走式ロボットがＹ軸に沿って逆方向に歩行して障害物を検知すると、ロボットは障害物位置を現在の位置に下部障害物位置として設定し、有効な下部障害物位置を下部記録点として記憶し；
ステップ２００：記憶された順序に従い、上部記録点は現在の上部記録点とそれ以前の上部記録点とに分類され、下部記録点は現在の下部記録点とそれ以前の下部記録点とに分類され；
ステップ３００：現在の障害物位置が上部障害物位置であれば、Ｙ軸座標が現在の上部障害物位置のＹ軸座標より低い位置にある前回の上部記録点が、現在の上部障害物位置より以前に存在するか否かが判定され；現在の障害物位置が下部障害物位置であれば、Ｙ軸座標が現在の下部障害物位置のＹ軸座標より高い位置にある前回の下部記録点が、現在の下部障害物位置より以前に存在するか否かが判定され；
ステップ４００：判定結果が「正」であれば、前回の上部記録点または前回の下部記録点が転回位置となり、自走式ロボットは現在の障害物位置からＸ軸に沿って転回位置に向かって該転回位置のＸ軸座標まで歩行し、転回位置の座標を消去し、転回位置と現在の障害物位置の間の領域における走査歩行を完了した後、ステップ１００に戻り；判定結果が「否」であれば、自走式ロボットはＸ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動し；
ステップ５００：自走式ロボットはそれまでのＹ軸に沿った歩行方向とは逆方向に歩行してステップ１００に戻り；
ステップ６００：歩行範囲における走査歩行が完了するまで、ステップ１００からステップ５００までを繰り返す。

ステップ１００はさらに以下の具体的な動作を含む：
現在の上部障害物位置のＹ軸座標が以前の上部記録点の各々のＹ軸座標と異なっている場合、当該現在の上部障害物位置を有効な上部障害物位置とし；現在の下部障害物位置のＹ軸座標が以前の下部記録点の各々のＹ軸座標と異なっている場合、当該現在の下部障害物位置を有効な下部障害物位置とする。

または、ステップ１００は具体的にさらに以下の動作を含む：上部障害物位置の各々を有効な上部障害物位置とし；下部障害物位置の各々を有効な下部障害物位置とする。

ステップ４００は具体的にさらに以下の動作を含む：判定結果が「正」であれば、判定条件を満たすすべての上部記録点または下部記録点の座標を消去する。

図１と図２〜図４との比較から理解できるように、本発明の利点は自走式ロボットが歩行中に障害物に接触すると当該ロボットは座標判定によって障害物に対し一度だけの回避動作を行い、それにより障害物周辺と歩行範囲の境界の間の各領域での作業を遂行することにある。これに対し従来技術においては、自走式ロボットは作業中に障害物を繰り返し回避しつつ、当該障害物の周辺を歩行する必要があった。すなわち、本発明は障害物の位置を正確に判定して簡明な歩行経路を実現し、それにより自走式ロボットの作業効率を顕著に向上させるものである。

Claims

自走式ロボットの歩行範囲において、水平方向をＸ軸とし垂直方向をＹ軸とする平面直角座標系が設定され、具体的には以下のステップを含む自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
ステップ１００：前記自走式ロボットは前記Ｙ軸に沿って歩行し、該自走式ロボットが前記Ｙ軸に沿って前方に歩行して障害物を検知すると、前記自走式ロボットは障害物位置を現在の位置に上部障害物位置として設定し、有効な上部障害物位置を上部記録点として記憶し；前記自走式ロボットが前記Ｙ軸に沿って逆方向に歩行して障害物を検知すると、前記自走式ロボットは障害物位置を現在の位置に下部障害物位置として設定し、有効な下部障害物位置を下部記録点として記憶し；
ステップ２００：記憶された順序に従い、前記上部記録点は現在の上部記録点とそれ以前の上部記録点とに分類し、前記下部記録点は現在の下部記録点とそれ以前の下部記録点とに分類し；
ステップ３００：現在の障害物位置が前記上部障害物位置であれば、Ｙ軸座標が現在の上部障害物位置のＹ軸座標より低い位置にある前回の上部記録点が、現在の上部障害物位置より以前に存在するか否かを判定し；現在の障害物位置が前記下部障害物位置であれば、Ｙ軸座標が現在の下部障害物位置のＹ軸座標より高い位置にある前回の下部記録点が、現在の下部障害物位置より以前に存在するか否かを判定し；
ステップ４００：判定結果が「正」であれば、前回の上部記録点または前回の下部記録点を転回位置とし、前記自走式ロボットは現在の障害物位置から前記Ｘ軸に沿って前記転回位置に向かって該転回位置のＸ軸座標まで歩行し、該転回位置の座標を消去し、該転回位置と現在の障害物位置の間の領域における走査歩行を完了した後、前記ステップ１００に戻り；判定結果が「否」であれば、前記自走式ロボットは前記Ｘ軸に沿って移動距離Ｍ１だけ移動し；
ステップ５００：前記自走式ロボットはそれまでの前記Ｙ軸に沿った歩行方向とは逆方向に歩行して前記ステップ１００に戻り；
ステップ６００：前記歩行範囲における走査歩行が完了するまで、前記ステップ１００から前記ステップ５００までを繰り返す。
前記ステップ１００が、具体的に更に以下の動作を含む請求項１に記載の自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
現在の上部障害物位置のＹ軸座標が以前の上部記録点の各々のＹ軸座標と異なっている場合、当該現在の上部障害物位置を有効な上部障害物位置とし；現在の下部障害物位置のＹ軸座標が以前の下部記録点の各々のＹ軸座標と異なっている場合、当該現在の下部障害物位置を有効な下部障害物位置とする。
前記ステップ１００が、具体的に更に以下の動作を含む請求項１に記載の自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
前記上部障害物位置の各々を有効な上部障害物位置とし；前記下部障害物位置の各々を有効な下部障害物位置とする。
前記ステップ４００が、具体的に更に以下の動作を含む請求項３に記載の自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
判定結果が「正」であれば、判定条件を満たすすべての前記上部記録点または前記下部記録点のＸ軸座標の、現在の障害物位置のＸ軸座標からの差異を比較し、もっとも大きい差異を有する上部記録点または下部記録点を前記転回位置に設定する。
前記ステップ４００が、具体的に更に以下の動作を含む請求項４に記載の自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
判定結果が「正」であれば、判定条件を満たすすべての前記上部記録点または前記下部記録点の座標を消去する。
前記ステップ４００が、具体的に更に以下の動作を含む請求項１に記載の自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
前記自走式ロボットが前記転回位置のＸ軸座標に到達する前に再度障害物を検知した場合、前記転回位置の座標を消去し、歩行動作は前記ステップ５００へ進む。
前記ステップ４００において前記自走式ロボットは、前記転回位置と現在の障害物位置の間の領域を、前記ステップ６００で前記歩行範囲における走査歩行を完了するのと同じ歩行モードで、走査歩行を行う請求項１に記載の自走式ロボットの障害物回避歩行方法。
前記ステップ４００の後、さらに以下のステップ４１０を含む請求項１〜７のいずれかに記載の自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
前記自走式ロボットが前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行することが可能か否かを判定し、判定結果が「正」であれば前記自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行して、前記ステップ１００に戻り；判定結果が「否」であれば、歩行動作は前記ステップ５００に進む。
前記ステップ４００における、前記自走式ロボットが前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行できるか否かの判定は、具体的には以下の動作を含む請求項８に記載の自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
前記自走式ロボットは、最初に前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行し、一定距離を歩行して障害物を検知しなければ、前記自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行可能であると判定し、これとは異なる判定である場合は、前記自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行不能であると判定する。
前記自走式ロボットの側面に側方視認センサーを設け、前記ステップ４００における、前記自走式ロボットが前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行できるか否かの判定は、具体的には以下の動作を含む請求項８に記載の自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
前記自走式ロボットは、前記側方視認センサーからのフィードバック信号にしたがい、前回のＹ軸歩行方向に沿って歩行できるか否かを判定する。
自走式ロボットの歩行範囲において、水平方向をＸ軸とし垂直方向をＹ軸とする平面直角座標系を設定し、前記Ｘ軸方向または前記Ｙ軸方向に沿った歩行は前進歩行であり、具体的には以下のステップを含む自走式ロボットの障害物回避歩行方法：
ステップ１０００：前記自走式ロボットは前記Ｙ軸に沿って歩行し、該自走式ロボットが障害物を検知すると、現在の位置を障害物位置として設定し、現在位置の座標を記録点として記憶し；
ステップ２０００：前記記録点であって、そのＹ軸座標が現在の障害物位置と前回の障害物位置のＹ軸座標によって規定される数値距離内にある前記記録点が、以前に記憶されているか否かを判定し；
ステップ３０００：判定結果が「正」であれば、前記記録点を転回位置とし、前記自走式ロボットは現在の障害物位置から前記Ｘ軸に沿って前記転回位置に向かって該転回位置のＸ軸座標まで歩行し、該転回位置の座標を消去し、該転回位置と現在の障害物位置の間の領域における走査歩行を完了した後、歩行動作は前記ステップ１０００に戻り；判定結果が「否」であれば、前記自走式ロボットは前記Ｘ軸に沿って前記移動距離Ｍ１だけ移動し；
ステップ４０００：前記自走式ロボットは前回のＹ軸歩行方向とは逆方向に歩行して、歩行動作は前記ステップ１０００に戻り；
ステップ５０００：前記歩行範囲におけるＹ軸走査歩行が完了するまで、前記ステップ１０００から前記ステップ４０００までを繰り返す。