JP2018196510A - 電気掃除機 - Google Patents

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Abstract

【課題】障害物の検出精度を確保できる電気掃除機を提供する。【解決手段】電気掃除機11は、本体ケースと、駆動輪と、カメラ51と、障害物検出部64と、ランプ53と、制御部26とを有する。駆動輪は、本体ケースを走行可能とする。カメラ51は、本体ケースに配置され、本体ケースの走行方向側を撮像する。障害物検出部64は、カメラ51により撮像された画像に基づいて障害物を検出する。ランプ53は、障害物検出部64の検出を補助する。制御部26は、障害物検出部64による障害物の検出に基づき駆動輪の駆動を制御することで本体ケースを自律走行させる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、本体ケースの走行方向側を撮像する撮像手段を備えた電気掃除機に関する。
従来、被掃除面としての床面上を自律走行しながら床面を掃除する、いわゆる自律走行型の電気掃除機(掃除ロボット)が知られている。
このような電気掃除機において、効率のよい掃除を実現するために、掃除したい部屋の大きさや形状、および障害物などを地図に反映して作成(マッピング)し、この作成した地図に基づいて最適な走行経路を設定して、その走行経路に沿って走行する技術がある。この地図は、例えば本体ケースに配置したカメラを用いて撮像した画像に基づいて作成される。
このように地図を作成する場合、カメラにより撮像された画像から抽出した特徴点から撮像されている物体までの距離を検出したり、物体が障害物であるか否かを判断したりする。しかしながら、例えば壁や障害物の至近距離に近づいたり、ベッドの下などの暗闇に入り込んだりした場合や、カメラが強い逆光に曝された場合など、カメラの撮像範囲が単色で埋め尽くされてしまうとき、画像の特徴点が検出できなくなったり、特徴点が著しく少なくなったりすることで、対象となる物体を正常に検出することが難しくなる。
特許第５４２６６０３号公報
本発明が解決しようとする課題は、障害物の検出精度を確保できる電気掃除機を提供することである。
実施形態の電気掃除機は、本体ケースと、駆動部と、撮像手段と、障害物検出手段と、検出補助手段と、制御手段とを有する。駆動部は、本体ケースを走行可能とする。撮像手段は、本体ケースに配置され、本体ケースの走行方向側を撮像する。障害物検出手段は、撮像手段により撮像された画像に基づいて障害物を検出する。検出補助手段は、障害物検出手段の検出を補助する。制御手段は、障害物検出手段による障害物の検出に基づき駆動部の駆動を制御することで本体ケースを自律走行させる。
第１の実施形態の電気掃除機を示すブロック図である。 同上電気掃除機を備えた電気掃除システムを示す斜視図である。 同上電気掃除機を下方から示す平面図である。 同上電気掃除機を含む電気掃除システムを模式的に示す説明図である。 同上電気掃除機の検出補助手段を模式的に示す側面図である。 同上検出補助手段による検出補助状態を示す斜視図である。 同上電気掃除機の撮像手段を用いた物体の距離の計算方法を模式的に示す説明図である。 (a)は第２の実施形態の電気掃除機の検出補助手段を模式的に示す正面図、(b)は検出補助手段を模式的に示す側面図である。 同上検出補助手段による検出補助状態を示す斜視図である。 第３の実施形態の電気掃除機を示すブロック図である。 同上電気掃除機を含む電気掃除システムを模式的に示す説明図である。 第４の実施形態の電気掃除機を示すブロック図である。
以下、第１の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。
図１ないし図４において、11は自律走行体としての電気掃除機であり、この電気掃除機11は、この電気掃除機11の充電用の基地部となる基地装置としての充電装置(充電台)12とともに自律走行体装置としての電気掃除装置(電気掃除システム)を構成するものである。そして、電気掃除機11は、本実施形態において、走行面としての被掃除面である床面上を自律走行(自走)しつつ床面を掃除する、いわゆる自走式のロボットクリーナ(掃除ロボット)である。この電気掃除機11は、例えば掃除領域内などに配置された中継手段(中継部)としてのホームゲートウェイ(ルータ)14との間で有線通信あるいはＷｉ−Ｆｉ(登録商標)やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)などの無線通信を用いて通信(送受信)することにより、インターネットなどの(外部)ネットワーク15を介して、データ格納手段(データ格納部)としての汎用のサーバ16や、表示端末(表示部)であるスマートフォンやＰＣなどの汎用の外部装置17などと有線あるいは無線通信可能となっている。
そして、この電気掃除機11は、中空状の本体ケース20を備えている。また、この電気掃除機11は、走行部21を備えている。さらに、この電気掃除機11は、塵埃を掃除する掃除部22を備えている。また、この電気掃除機11は、有線、あるいは無線によりネットワーク15を介して通信する情報送信手段としてのデータ通信手段であるデータ通信部23を備えている。さらに、この電気掃除機11は、画像を撮像する撮像部24を備えている。さらに、この電気掃除機11は、センサ部25を備えている。また、この電気掃除機11は、コントローラである制御手段としての制御部26を備えている。さらに、この電気掃除機11は、画像処理プロセッサ(ＧＰＵ)である画像処理手段としての画像処理部27を備えている。また、この電気掃除機11は、外部装置との間で信号が入出力される入出力部28を備えている。そして、この電気掃除機11は、給電用の電池である二次電池29を備えている。なお、以下、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向に沿った方向を前後方向(図２に示す矢印FR，RR方向)とし、この前後方向に対して交差(直交)する左右方向(両側方向)を幅方向として説明する。
本体ケース20は、例えば合成樹脂などにより形成されている。この本体ケース20は、例えば扁平な円柱状(円盤状)などに形成されていてもよい。また、この本体ケース20には、集塵口である吸込口31などが床面に対向する下部などに設けられていてもよい。
走行部21は、駆動部としての駆動輪34を備えている。また、この走行部21は、駆動輪34を駆動させる駆動手段である図示しないモータを備えている。すなわち、電気掃除機11は、駆動輪34と、この駆動輪34を駆動させるモータとを備えている。なお、この走行部21には、旋回用の旋回輪36などを備えていてもよい。
駆動輪34は、電気掃除機11(本体ケース20)を床面上で前進方向および後退方向に走行(自律走行)させる、すなわち走行用のものである。本実施形態では、この駆動輪34は、例えば本体ケース20の左右に一対設けられている。なお、この駆動輪34に代えて、駆動部としての無限軌道などを用いることもできる。
モータは、駆動輪34に対応して配置されている。したがって、本実施形態では、このモータは、例えば左右一対設けられている。そして、このモータは、各駆動輪34を独立して駆動させることが可能となっている。
掃除部22は、例えば床面や壁面などの被掃除部の塵埃を除去するものである。この掃除部22は、例えば床面上の塵埃を吸込口31から集めて捕集したり、壁面を拭き掃除したりする機能を有している。この掃除部22は、吸込口31から空気とともに塵埃を吸い込む電動送風機40と、吸込口31に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き上げる回転清掃体としての回転ブラシ41およびこの回転ブラシ41を回転駆動させるブラシモータと、本体ケース20の前側などの両側に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き集める旋回清掃部としての補助掃除手段(補助掃除部)であるサイドブラシ43およびこのサイドブラシ43を駆動させるサイドブラシモータとの少なくともいずれかを備えていてもよい。また、この掃除部22は、吸込口31と連通して塵埃を溜める集塵部を備えていてもよい。
データ通信部23は、例えばホームゲートウェイ14およびネットワーク15を介して外部装置17と各種情報を送受信するための無線ＬＡＮデバイスである。なお、例えばデータ通信部23にアクセスポイント機能を搭載し、ホームゲートウェイ14を介さずに外部装置17と直接無線通信をするようにしてもよい。また、例えばデータ通信部23にウェブサーバ機能を付加してもよい。
撮像部24は、撮像手段(撮像部本体)としてのカメラ51を備えている。すなわち、電気掃除機11は、撮像手段(撮像部本体)としてのカメラ51を備えている。また、この撮像部24は、検出補助手段(検出補助部)としてのランプ53を備えていてもよい。すなわち、電気掃除機11は、検出補助手段(検出補助部)としてのランプ53を備えていてもよい。
カメラ51は、本体ケース20の走行方向である前方を、それぞれ所定の水平画角(例えば１０５°など)でデジタルの画像を所定時間毎、例えば数十ミリ秒毎などの微小時間毎、あるいは数秒毎などに撮像するデジタルカメラである。このカメラ51は、単数でも複数でもよい。本実施形態では、カメラ51は、左右一対設けられている。すなわち、このカメラ51は、左右に離間されて本体ケース20の前部に配置されている。また、これらカメラ51，51は、互いの撮像範囲(視野)が重なっている。そのため、これらカメラ51，51により撮像される画像は、その撮像領域が左右方向にラップしている。なお、カメラ51により撮像する画像は、例えば可視光領域のカラー画像や白黒画像でもよいし、赤外線画像でもよい。また、カメラ51により撮像した画像は、例えば画像処理部27などにより所定のデータ形式に圧縮することもできる。
ランプ53は、カメラ51の撮像範囲内に特定形状を形成する光、本実施形態では赤外光を照射することで後述する障害物の検出を補助する照射手段(照射体)である。このランプ53は、本実施形態では、カメラ51，51の中間位置に配置され、各カメラ51に対応して設けられている。すなわち、本実施形態において、ランプ53は一対設けられている。また、このランプ53は、カメラ51により撮像する光の波長範囲に応じた光を出力するようになっている。したがって、このランプ53は、可視光領域を含む光を照明してもよいし、赤外光を照明してもよい。このランプ53は、図５に示すように、照射手段本体(照射体本体)としてのランプ本体55と、このランプ本体55の光照射側を覆う透明な(透光性を有する)カバー56とを備えている。ランプ本体55は、例えば指向性を有するＬＥＤやレーザなどが用いられる。本実施形態において、ランプ本体55(ランプ53)は、カメラ51の撮像範囲の略中央の位置に、例えば四角形状の光(スポット)Ｓを照射可能となっている(図６)。
図１に示すセンサ部25は、電気掃除機11(本体ケース20(図２))の走行をサポートする各種の情報をセンシングするものである。より具体的に、このセンサ部25は、例えば床面の凹凸状態(段差)や、走行の障害となる壁あるいは障害物などをセンシングするものである。すなわち、このセンサ部25は、例えば赤外線センサや接触センサなどの段差センサ、障害物センサなどを備えている。
制御部26は、例えば制御手段本体(制御部本体)であるＣＰＵやＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイコンが用いられる。この制御部26は、図示しないが、走行部21と電気的に接続される走行制御部を備えている。また、この制御部26は、図示しないが、掃除部22と電気的に接続される掃除制御部を備えている。さらに、この制御部26は、図示しないが、センサ部25と電気的に接続されるセンサ接続部を備えている。また、この制御部26は、図示しないが、画像処理部27と電気的に接続される処理接続部を備えている。さらに、この制御部26は、図示しないが、入出力部28と電気的に接続される入出力接続部を備えている。すなわち、この制御部26は、走行部21、掃除部22、センサ部25、画像処理部27および入出力部28と電気的に接続されている。また、この制御部26は、二次電池29と電気的に接続されている。そして、この制御部26は、例えば駆動輪34すなわちモータを駆動して電気掃除機11(本体ケース20(図２))を自律走行させる走行モードと、充電装置12(図２)を介して二次電池29を充電する充電モードと、動作待機中の待機モードとを有している。
走行制御部は、走行部21のモータの動作を制御する、すなわち、モータに流れる電流の大きさおよび向きを制御することにより、モータを正転、あるいは逆転させることで、モータの動作を制御し、モータの動作を制御することで駆動輪34の動作を制御するものである。
掃除制御部は、図３に示す掃除部22の電動送風機40、ブラシモータおよびサイドブラシモータの動作を制御する、すなわち、電動送風機40、ブラシモータ、および、サイドブラシモータの通電量をそれぞれ別個に制御することで、これら電動送風機40、ブラシモータ(回転ブラシ41)、および、サイドブラシモータ(サイドブラシ43)の動作を制御する。
センサ接続部は、センサ部25による検出結果を取得するものである。
処理接続部は、図１に示す画像処理部27による画像処理に基づき設定される設定結果を取得するものである。
入出力接続部は、入出力部28を介して制御コマンドを取得するとともに、入出力部28から出力する信号を入出力部28に出力するものである。
画像処理部27は、カメラ51により撮像された画像(生画像)を画像処理するものである。より具体的に、この画像処理部27は、カメラ51により撮像された画像の中から画像処理によって特徴点を抽出することで障害物までの距離および高さを検出して掃除領域の地図(マップ)を作成したり、電気掃除機11(本体ケース20(図２))の現在位置を推定したりするものである。そして、この画像処理部27は、例えば画像処理手段本体(画像処理部本体)であるＣＰＵやＲＯＭおよびＲＡＭなどを備える画像処理エンジンである。この画像処理部27は、図示しないが、カメラ51の動作を制御する撮像制御部を備えている。また、この画像処理部27は、図示しないが、ランプ53の動作を制御する照明制御部を備えている。したがって、この画像処理部27は、撮像部24と電気的に接続されている。さらに、この画像処理部27は、記憶手段(記憶部)としてのメモリ61を備えている。すなわち、電気掃除機11は、記憶手段(記憶部)としてのメモリ61を備えている。また、この画像処理記憶手段(記憶部)としての27は、カメラ51により撮像された生画像を補正した補正画像を作成する画像補正部62を備えている。すなわち、電気掃除機11は、画像補正部62を備えている。さらに、この画像処理部27は、画像に基づき走行方向側に位置する物体までの距離を算出する距離算出手段としての距離算出部63を備えている。すなわち、電気掃除機11は、距離算出手段としての距離算出部63を備えている。また、この画像処理部27は、距離算出部63によって算出した物体までの距離に基づいて障害物を判定する障害物検出手段としての障害物判定部64を備えている。すなわち、電気掃除機11は、障害物検出手段としての障害物判定部64を備えている。また、この画像処理部27は、電気掃除機11(本体ケース20)の自己位置を推定する自己位置推定手段としての自己位置推定部65を備えている。すなわち、電気掃除機11は、自己位置推定手段としての自己位置推定部65を備えている。さらに、この画像処理部27は、走行場所である掃除領域の地図(マップ)を作成するマッピング手段としてのマッピング部66を備えている。すなわち、電気掃除機11は、マッピング手段としてのマッピング部66を備えている。また、この画像処理部27は、電気掃除機11(本体ケース20)の走行計画(走行ルート)を設定する走行計画設定手段としての走行計画設定部67を備えている。すなわち、電気掃除機11は、走行計画設定手段としての走行計画設定部67を備えている。
撮像制御部は、例えばカメラ51の動作を制御する制御回路を備え、カメラ51により動画を撮像させたり、所定時間毎にカメラ51により画像を撮像させたりするように制御する。
照明制御部は、検出補助制御手段(検出補助制御部)であり、例えばスイッチなどを介してランプ53のオンオフを制御している。この照明制御部は、所定条件時、例えばカメラ51により撮像された画像の輝度値が略均一である(輝度値のばらつき(最大値と最小値との差)が所定未満である)ときにランプ53(ランプ本体55)を点灯させるように構成されている。カメラ51により撮像された画像の輝度値とは、画像全体の輝度値でもよいし、画像中の所定の撮像範囲内の輝度値でもよい。
なお、これら撮像制御部および照明制御部は、画像処理部27とは別個の撮像制御手段(撮像制御部)として構成してもよいし、例えば制御部26に設けられていてもよい。
メモリ61は、例えばカメラ51で撮像した画像のデータや、マッピング部66により作成された地図などの各種データを記憶する。このメモリ61としては、電気掃除機11の電源のオンオフに拘らず記憶した各種データを保持する、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性のメモリが用いられる。
画像補正部62は、カメラ51により撮像した生画像のレンズの歪み補正やノイズの除去、コントラスト調整、および画像中心の一致化などの一次画像処理をする。
距離算出部63は、既知の方法を用いて、カメラ51により撮像した画像、本実施形態では、カメラ51により撮像され画像補正部62によって補正された補正画像と、カメラ51間の距離とに基づいて物体(特徴点)の距離(深度)および三次元座標を計算する。すなわち、この距離算出部63は、図７に示すように、例えばカメラ51の奥行きｆ、カメラ51とこのカメラ51により撮像された画像G1，G2の物体(特徴点)との距離(視差)、および、カメラ51間の距離ｌに基づく三角測量を応用し、カメラ51により撮像した各画像(画像補正部62(図１)によって処理された補正画像)中から同一位置を示す画素ドットを検出し、この画素ドットの上下方向、左右方向および前後方向の角度を計算して、これら角度とカメラ51間の距離とからその位置のカメラ51からの距離および高さを計算するとともに物体Ｏ(特徴点SP)の三次元座標を算出する。したがって、本実施形態において、複数のカメラ51により撮像する画像は、可能な限り範囲が重なって(ラップして)いることが好ましい。なお、この図１に示す距離算出部63は、この計算した物体の距離を示す距離画像(視差画像)を作成してもよい。この距離画像の作成の際には、計算した各画素ドットの距離を、例えば１ドット毎などの所定ドット毎に明度、あるいは色調などの、視認により識別可能な階調に変換して表示することにより行われる。したがって、この距離画像は、いわば図２に示す電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前方のカメラ51によって撮像される範囲内に位置する物体の距離情報(距離データ)の集合体を可視化したものである。なお、特徴点は、図１に示す画像補正部62により補正された画像や距離画像に対して例えばエッジ検出などを行うことで抽出可能である。エッジ検出方法は、既知の任意の方法を用いることができる。
障害物検出部64は、カメラ51により撮像された画像に基づいて障害物を検出する。より具体的に、この障害物検出部64は、距離算出部63により距離を算出した物体が障害物であるかどうかを判定する。すなわち、この障害物検出部64は、距離算出部63により計算した物体の距離から、所定の画像範囲中の部分を抽出し、この画像範囲中に撮像されている物体の距離を、予め設定された、あるいは可変設定された閾値である設定距離と比較し、この設定距離以下の距離(電気掃除機11(本体ケース20(図２))からの距離)に位置する物体を障害物であると判定する。上記の画像範囲は、例えば図２に示す電気掃除機11(本体ケース20)の上下左右の大きさに応じて設定される。すなわち、画像範囲は、電気掃除機11(本体ケース20)がそのまま直進したときに接触する範囲に上下左右が設定される。
図１に示す自己位置推定部65は、距離算出部63により算出した物体の特徴点の三次元座標に基づき、電気掃除機11の自己位置、および、障害物となる物体の有無を判断するものである。また、マッピング部66は、距離算出部63により算出した特徴点の三次元座標に基づき、電気掃除機11(本体ケース20(図２))が配置された掃除領域内に位置する物体(障害物)などの位置関係および高さを記す地図を作成する。すなわち、自己位置推定部65およびマッピング部66には、既知のＳＬＡＭ(simultaneous localization and mapping)技術を用いることができる。
マッピング部66は、距離算出部63および自己位置推定部65の算出結果に基づいて走行場所の地図を三次元データにより作成するものである。このマッピング部66は、カメラ51により撮像した画像、すなわち距離算出部63により算出された物体の三次元データに基づき、任意の方法を用いて地図を作成するものである。すなわち、この地図のデータは、三次元データ、すなわち物体の二次元配置位置データおよび高さデータにより構成されている。また、この地図のデータは、掃除の際の電気掃除機11(本体ケース20(図２))の走行軌跡を記す走行軌跡データをさらに含んでいてもよい。
走行計画設定部67は、マッピング部66により作成した地図、および、自己位置推定部65により推定した自己位置に基づいて、最適な走行ルートを設定する。ここで、作成する最適な走行ルートとしては、地図中の掃除可能な領域(障害物や段差などの走行不能な領域を除く領域)を最短の走行距離で走行できるルート、例えば電気掃除機11(本体ケース20(図２))が可能な限り直進する(方向転換が最も少ない)ルート、障害物となる物体への接触が少ないルート、あるいは、同じ箇所を重複して走行する回数が最小となるルートなど、効率的に走行(掃除)を行うことができるルートが設定される。なお、本実施形態において、走行計画設定部67により設定する走行ルートは、メモリ61などに展開されたデータ(走行ルートデータ)をいうものとする。
入出力部28は、図示しないリモコンなどの外部装置から送信される制御コマンドや、本体ケース20(図２)に設けられたスイッチ、あるいはタッチパネルなどの入力手段から入力される制御コマンドを取得するとともに、例えば充電装置12(図２)などに対して信号を送信するものである。この入出力部28は、例えば充電装置12(図２)などへと無線信号(赤外線信号)を送信する例えば赤外線発光素子などの図示しない送信手段(送信部)、および、充電装置12(図２)やリモコンなどからの無線信号(赤外線信号)を受信する例えばフォトトランジスタなどの図示しない受信手段(受信部)などを備えている。
二次電池29は、走行部21、掃除部22、データ通信部23、撮像部24、センサ部25、制御部26、画像処理部27、および、入出力部28などに給電するものである。また、この二次電池29は、例えば本体ケース20(図２)の下部などに露出する接続部としての充電端子71(図３)と電気的に接続されており、これら充電端子71(図３)が充電装置12(図２)側と電気的および機械的に接続されることで、この充電装置12(図２)を介して充電されるようになっている。
図２に示す充電装置12は、例えば定電流回路などの充電回路を内蔵している。また、この充電装置12には、二次電池29(図１)の充電用の充電用端子73が設けられている。この充電用端子73は、充電回路と電気的に接続されており、充電装置12に帰還した電気掃除機11の充電端子71(図３)と機械的および電気的に接続されるようになっている。
図４に示すホームゲートウェイ14は、アクセスポイントなどとも呼ばれ、建物内に設置され、ネットワーク15に対して例えば有線により接続されている。
サーバ16は、ネットワーク15に接続されたコンピュータ(クラウドサーバ)であり、各種データを保存可能である。
外部装置17は、建物の内部では例えばホームゲートウェイ14を介してネットワーク15に対して有線あるいは無線通信可能であるとともに、建物の外部ではネットワーク15に対して有線あるいは無線通信可能な、例えばＰＣ(タブレット端末(タブレットＰＣ))やスマートフォン(携帯電話)などの汎用のデバイスである。この外部装置17は、少なくとも画像を表示する表示機能を有している。
次に、上記第１の実施形態の動作を、図面を参照しながら説明する。
一般に、電気掃除装置は、電気掃除機11によって掃除をする掃除作業と、充電装置12によって二次電池29を充電する充電作業とに大別される。充電作業は、充電装置12に内蔵された充電回路を用いる既知の方法が用いられるため、掃除作業についてのみ説明する。また、外部装置17などからの指令に応じてカメラ51により所定の対象物を撮像する撮像作業を別途備えていてもよい。
まず、掃除の開始から終了までの概略を説明する。電気掃除機11は、掃除を開始すると充電装置12から離脱し、メモリ61に地図が記憶されていない場合にはカメラ51により撮像した画像などに基づいてマッピング部66により地図を作成し、この地図に基づいて走行計画設定部67により設定された走行ルートに沿って走行するように制御部26が電気掃除機11(本体ケース20)を制御しながら掃除部22により掃除をする。メモリ61に地図が記憶されている場合には、この地図に基づいて走行計画設定部67により設定された走行ルートに沿って走行するように制御部26が電気掃除機11(本体ケース20)を制御しながら掃除部22により掃除をする。この掃除の最中に、カメラ51により撮像した画像に基づいてマッピング部66により物体の二次元配置位置および高さを検出し、地図に反映させてメモリ61に記憶していく。そして、掃除が終了すると、制御部26が電気掃除機11(本体ケース20)を充電装置12へと帰還させるように走行制御し、充電装置12に帰還した後、所定のタイミングで二次電池29の充電作業に移行する。
より詳細に、電気掃除機11は、例えば予め設定された掃除開始時刻となったときや、リモコンまたは外部装置17によって送信された掃除開始の制御コマンドを入出力部28によって受信したときなどのタイミングで、制御部26が待機モードから走行モードに切り換わり、この制御部26(走行制御部)がモータ(駆動輪34)を駆動させ充電装置12から所定距離離脱する。
次いで、電気掃除機11は、メモリ61を参照し、メモリ61に地図が記憶されているか否かを判断する。メモリ61に地図が記憶されていない場合には、電気掃除機11(本体ケース20)を走行(例えば旋回)させながら、カメラ51により撮像した画像、および、センサ部25により接触、あるいは非接触に検出した障害物に基づき、マッピング部66により、掃除領域の地図を作成し、この地図に基づいて走行計画設定部67により最適な走行ルートを作成する。そして、掃除領域全体の地図を作成すると、後述する掃除モードに移行する。
一方、メモリ61に予め地図が記憶されている場合には、地図を作成せず、メモリ61に記憶されている地図に基づいて、走行計画設定部67により最適な走行ルートを作成する。
そして、走行計画設定部67により作成した走行ルートに沿って、電気掃除機11は掃除領域内を自律走行しつつ掃除をする(掃除モード)。この掃除モードにおいて、掃除部22では、例えば制御部26(掃除制御部)により駆動された電動送風機40、ブラシモータ(回転ブラシ41)、あるいはサイドブラシモータ(サイドブラシ43)により床面の塵埃を、吸込口31を介して集塵部へと捕集する。
自律走行の際には、概略として、電気掃除機11は、掃除部22を動作させながら、走行ルートに沿って進みながらカメラ51により進行方向前方の画像を撮像しつつ、障害物検出部64により障害物となる物体を検出するとともにセンサ部25により周辺をセンシングし、自己位置推定部65によって定期的に自己位置を推定する動作を繰り返していく。このとき、例えば電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前側が模様のない壁である場合や、障害物に対して至近距離に接近した場合、カメラ51により撮像された画像の輝度値が略均一となり、特徴点がない、または特徴点が著しく減少することが想定される。この場合には、照明制御部がランプ53(ランプ本体55)を点灯させることで、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前側の物体に対して特定形状の光Ｓを形成する。この特定形状の光Ｓは、左右のカメラ51の撮像範囲Ａの略中央に形成される(図６)。このため、この形成された特定形状から特徴点を抽出することが可能になる。例えば、四角形状の光Ｓの場合、その四隅や四辺が特徴点として抽出可能となる。そして、この抽出した特徴点に基づき、マッピング部66により特徴点の詳細情報(高さデータ)を地図に反映させることで地図を完成することが可能になるとともに、自己位置推定部65による電気掃除機11(本体ケース20)の自己位置の推定が可能となる。
設定された走行ルートを完走すると、電気掃除機11は、充電装置12に帰還する。そして、この帰還の直後や、帰還から所定時間経過したとき、あるいは所定時刻になったときなど、適宜のタイミングで制御部26が走行モードから充電モードに切り換わって、二次電池29の充電に移行する。
なお、完成した地図のデータは、メモリ61だけでなく、データ通信部23を介して、ネットワーク15を経由してサーバ16に送信して記憶したり、外部装置17に送信して外部装置17のメモリに記憶したり外部装置17に表示したりすることができる。
以上説明した第１の実施形態によれば、カメラ51の撮像範囲内に特定形状を形成する光を照射するランプ53を利用して、カメラ51によりで撮像された画像に特徴点を形成するので、この特徴点に基づいて障害物検出部64が障害物を検出できる。したがって、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前方に、模様が乏しい壁などの障害物がある場合や、電気掃除機11(本体ケース20)が障害物の至近距離に接近した場合であっても、確実に障害物を検出でき、障害物の検出精度を確保できる。
特に、ランプ53は、赤外光を照射するため、このランプ53により障害物に照射されて形成される特定形状が所有者などに目視されることがなく、このような特徴点を生成するための処理を使用者に認識されることなく、すなわち使用者に違和感や不快感を与えることなく実施できる。
次に、第２の実施形態を図８および図９を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
この第２の実施形態は、上記第１の実施形態のランプ53が、カメラ51の撮像範囲内に特定形状を投影させる投影手段(投影部)であるものである。
すなわち、ランプ53は、カバー56に対してランプ本体55と反対側、すなわちカバー56に対してランプ本体55からの光の出射側に、ランプ本体55からの光の一部を遮断して特定形状を投影させるための遮光部材76が取り付けられている。この遮光部材76は、任意の計上とすることができる。本実施形態では、この遮光部材76は、例えば十字状に形成されている。このため、この遮光部材76により、ランプ53(ランプ本体55)からの光の一部が遮光されて、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前側の物体に対して特定形状の影SHを形成する。
したがって、例えば走行時に電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前側が模様のない壁である場合や、障害物に対して至近距離に接近した場合、カメラ51により撮像された画像の輝度値が略均一となり、特徴点がない、または特徴点が著しく減少すると、照明制御部がランプ53(ランプ本体55)を点灯させることで、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前側の物体に対して特定形状の影SHを形成する。この特定形状の影SHは、左右のカメラ51の撮像範囲Ａの略中央から外縁に亘って形成され、この形成された特定形状から特徴点を抽出することが可能になる。例えば、十字状の影SHの場合、その交差位置や四方に延びる辺部が特徴点として抽出可能となる。そして、この抽出した特徴点に基づき、マッピング部66により特徴点の詳細情報(高さデータ)を地図に反映させることで地図を完成することが可能になるとともに、自己位置推定部65による電気掃除機11(本体ケース20)の自己位置の推定が可能となる。
このように、ランプ53は、遮光部材76によってカメラ51の撮像範囲内に特定形状の影SHを投影させることで、カメラ51によりで撮像された画像に特徴点を形成するので、この特徴点に基づいて障害物検出部64が障害物を検出できる。したがって、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前方に、模様に乏しい壁などの障害物がある場合や、電気掃除機11(本体ケース20)が障害物の至近距離に接近した場合であっても、確実に障害物を検出でき、障害物の検出精度を確保できる。
しかも、ランプ53の光の出射側に遮光部材76を配置するだけで、影SHを所望の形状に容易に生成できる。
そして、以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、ランプ53による光Ｓ、あるいは影SHの特定形状をカメラ51による撮像範囲の略中央に形成することで、複数のカメラ51により撮像された画像のそれぞれに光Ｓ、あるいは影SHを確実に撮像させることができるとともに、抽出した特徴点に基づき、他の障害物とこれら光Ｓおよび影SHとを容易に区別できる。特に、障害物に対して近接した位置に電気掃除機11(本体ケース20)が位置する場合、左右のカメラ51による示唆が顕著に現れやすく、左右のカメラ51の画像に撮像された同一点のずれ量が多くなるので、画像の略中央部に光Ｓや影SHを形成することで、左右のカメラ51の撮像範囲にこれら光Ｓや影SHを確実に入れることが可能になる。
次に、第３の実施形態を図１０および図１１を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
この第３の実施形態は、上記各実施形態のランプ53に代えて、掃除領域の光量を調整可能な外部機器としての電気機器81に対して検出補助を指示する指令を出力する検出補助手段としての無線通信部であるデータ通信部23を備えるものである。
電気機器81としては、例えば掃除領域の天井などに設置された照明器具81aや、掃除領域の壁に設けられた窓の開閉を行う電動カーテン81bなどが用いられる。これら電気機器81は、例えばホームゲートウェイ14を介して電気掃除機11と無線通信可能となっている。
また、データ通信部23は、電気機器81を動作させて掃除領域内の光量を変化(低減)させる制御コマンドを無線通信により送信可能となっている。具体的に、このデータ通信部23は、カメラ51により撮像した画像の輝度値が略均一となったときに、カメラ51が掃除領域の内外からの光、特に逆光に曝されているものと判断し、上記の制御コマンドを無線通信により送信可能となっている。本実施形態では、例えば照明器具81aを消灯させたり、電動カーテン81bを閉じたりしてカメラ51に入射する光量を低減する。
したがって、この光量の低減によって、カメラ51により撮像された画像に特徴点を抽出可能となると、この抽出した特徴点に基づき、マッピング部66により特徴点の詳細情報(高さデータ)を地図に反映させることで地図を完成することが可能になるとともに、自己位置推定部65による電気掃除機11(本体ケース20)の自己位置の推定が可能となる。
このように、外部機器である電気機器81に対して検出補助を指示する無線通信部であるデータ通信部23を備えることで、電気機器81と連携してカメラ51により撮像される画像に特徴点を生じさせることが可能になる。
具体的に、掃除場所の光量を調整可能な電気機器81に対してデータ通信部23を介して検出補助を指示することで、例えば逆光など、カメラ51に入射する光量が過剰であることによってカメラ51により撮像される画像がいわゆる白飛びし、特徴点を抽出できない、あるいは抽出しにくい場合に、データ通信部23を介して電気機器81に制御コマンドを送信して光量を調整するように電気機器81を動作させることでカメラ51に入射する光量を抑制でき、特徴点の抽出を可能とすることができる。
なお、上記第３の実施形態において、データ通信部23は、ホームゲートウェイ14を介さずに電気機器81に対して直接検出補助を指示する構成としてもよい。
また、電気機器81は、掃除領域の光量の増減に限らず、例えば特定形状を障害物に形成するように光や影を生じさせるなど、任意の検出補助をするものとしてもよい。
次に、第４の実施形態を図１２を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
この第４の実施形態は、検出補助手段としてのセンサ部25を備えているものである。このセンサ部25は、電気掃除機11(本体ケース20)の走行情報を検出することで、障害物の検出を補助する機能を備えている。このセンサ部25は、例えば左右の駆動輪34(各モータ)の回転数を検出する光エンコーダなどの回転数センサの検出に基づいて駆動輪34(各モータ)の回転角および回転角速度を検出するセンサを備え、走行情報、例えば電気掃除機11(本体ケース20)の基準位置からの走行距離および走行方向を推定する(オドメトリ)ことが可能となっている。基準位置としては、例えば走行を開始する位置である充電装置12の位置などが設定される。なお、このセンサ部25は、例えばジャイロセンサにより電気掃除機11(本体ケース20)の向きを推定する構成とすることもできるし、例えば超音波センサなど、電気掃除機11(本体ケース20)の走行情報を検出する他のセンサを備えていてもよい。
そして、例えば電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前側が模様のない壁である場合や、障害物に対して至近距離に接近した場合、カメラ51により撮像された画像の輝度値が略均一となり、特徴点がない、または特徴点が著しく減少することが想定される。例えば前方に検出した障害物に対して所定距離(例えば１ｍ)の位置において、特徴点が所定数以上検出できなくなった場合には、検出できなくなった時点からの走行経路を推定し、障害物までの残り距離を把握することで、障害物検出部64が間接的に障害物を検出する。
このように、障害物検出部64がカメラ51により撮像された画像に基づいて障害物を検出できなかった場合に、本体ケース20の走行情報に基づきセンサ部25が障害物検出部64による障害物の検出を補助することで、電気掃除機11(本体ケース20)の現在位置から障害物までの残り距離を推定でき、検出した障害物の位置を継続して推定することが可能になる。
また、自律走行式の電気掃除機11に通常備えられているセンサ部25を利用することで、別途の構成を追加することなく、簡単な構成で容易に検出補助できる。
なお、上記各実施形態は、それぞれ任意に組み合わせて用いてもよい。
また、上記各実施形態において、距離算出部63は、複数(一対)のカメラ51によりそれぞれ撮像した画像を用いて特徴点の三次元座標を算出したが、例えば１つのカメラ51を用い、本体ケース20を移動させながら時分割で撮像した複数の画像を用いて特徴点の三次元座標を算出することもできる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、障害物検出部64の検出をランプ53やデータ通信部23、あるいはセンサ部25などにより補助することで、障害物検出部64による障害物の検出精度を確保できるとともに、この検出した障害物の情報に基づき制御部26が駆動輪34(モータ)の駆動を制御することで電気掃除機11(本体ケース20)を自律走行させることにより、電気掃除機11(本体ケース20)を精度よく自律走行させることができる。
画像の輝度が略均一なときを検出補助の実施のタイミングとするので、確実かつ効率よく検出補助を実施できる。
対をなす複数のカメラ51を用いることで、電気掃除機11(本体ケース20)を停止させた状態でも、これらカメラ51のそれぞれにより撮像した画像を用いて三角測量の応用で特徴点までの距離などを精度よく検出できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11 電気掃除機
20 本体ケース
23 検出補助手段としての無線通信部であるデータ通信部
25 検出補助手段としてのセンサ部
26 制御手段としての制御部
34 駆動部としての駆動輪
51 撮像手段としてのカメラ
53 検出補助手段としての照射手段であるランプ
64 障害物検出手段としての障害物検出部
81 外部機器としての電気機器

Claims (9)

  1. 本体ケースと、
    この本体ケースを走行可能とする駆動部と、
    前記本体ケースに配置され、前記本体ケースの走行方向側を撮像する撮像手段と、
    この撮像手段により撮像された画像に基づいて障害物を検出する障害物検出手段と、
    この障害物検出手段の検出を補助する検出補助手段と、
    前記障害物検出手段による障害物の検出に基づき前記駆動部の駆動を制御することで前記本体ケースを自律走行させる制御手段と
    を具備したことを特徴とした電気掃除機。
  2. 検出補助手段は、撮像手段の撮像範囲内に特定形状を形成する光を照射する照射手段である
    ことを特徴とした請求項１記載の電気掃除機。
  3. 検出補助手段は、撮像手段の撮像範囲内に特定形状を形成する赤外光を照射する照射手段である
    ことを特徴とした請求項２記載の電気掃除機。
  4. 検出補助手段は、撮像手段の撮像範囲内に特定形状を投影させる
    ことを特徴とした請求項１記載の電気掃除機。
  5. 検出補助手段は、特定形状を撮像手段による撮像範囲の略中央に形成する
    ことを特徴とした請求項２ないし４いずれか一記載の電気掃除機。
  6. 検出補助手段は、外部機器に対して検出補助を指示する無線通信部である
    ことを特徴とした請求項１ないし５いずれか一記載の電気掃除機。
  7. 検出補助手段は、掃除場所の光量を調整可能な電気機器に対して検出補助を指示する無線通信部である
    ことを特徴とした請求項６記載の電気掃除機。
  8. 検出補助手段は、障害物検出手段が撮像手段により撮像された画像に基づいて障害物を検出できなかった場合に、本体ケースの走行情報に基づき前記障害物検出手段による障害物の検出を補助する
    ことを特徴とした請求項１ないし７いずれか一記載の電気掃除機。
  9. 撮像手段は、対をなして複数配置されている
    ことを特徴とした請求項１ないし８いずれか一記載の電気掃除機。
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