JP2019047848A - 自律走行掃除機、および、累積床面確率更新方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掃除エリアの環境変化に対応したマップに更新する。【解決手段】基準部材１８９の位置を基準位置２０２とした新マップ２０１を生成するマップ生成部１８１と、位置が一致する要素エリアのそれぞれにおいて、新マップ２０１の床面確率２０４を用いて、累積マップ３０１の累積床面確率３０４を更新する床面確率更新部１８４とを備え、床面確率更新部１８４は、各要素エリアにおいて、今まで更新に使用したマップの数を示す累積枚数に１を加算し、床面確率２０４から累積床面確率３０４を減算し、その差を加算後の累積枚数で除算し、その商に累積床面確率を加算した和を新しい累積床面確率３０４として更新する自律走行掃除機１００。【選択図】図４

Description

本発明は、自律走行掃除機が自律走行して掃除したエリアをユーザに示すために、あるいは、掃除するエリアをユーザが指定可能とするためなどに、マップを生成する自律走行掃除機、および、累積床面確率更新方法に関する。

近年では、自律走行掃除機は掃除中の自己位置推定結果に基づき、走行エリアのマップを作成し、そのマップを元に次回掃除すべきエリアを指定することを可能としている（特許文献１）。

この文献によると、掃除をしながらオドメトリ情報やカメラ、測距センサといった掃除機が備える各種センサからの情報を用いて、自己の動きや周囲との位置関係を元に、自己のいる相対位置を推定し、部屋の中のどの位置にいるかを把握し、その情報を元に次に掃除すべき掃除領域を自在に選択させるマップを作成する自律走行掃除機が提案されている。

また、カメラなどの外部情報を取得するセンサを用いない場合には、掃除開始時点でマップ上のどの位置にいるかを判断することは不可能であるため、不使用時には充電台で充電しながら待機していることが多いことを利用して、充電台を起点として掃除履歴を記録し、その情報を元にマップを生成することも考えられている（特許文献２）。

特開２００２−０８５３０５号公報 特開２００６−１１０３２２号公報

しかし、実際には各種センサからの情報には測定誤差が少なからず発生する。従って、一定以上の誤差が発生する場合は、掃除機が起点に戻って位置を再確認し誤差を補正することが考えられる。この場合、起点に戻る時間が掃除時間に追加される上に何度も同じ場所を往復しないと誤差を補正することはできない。また、充電台などの起点との間を何度も往復して掃除したとしても、ドアの開閉や障害物の有無、床面素材の違いなど、掃除エリア内の環境の変化には対応することができない。

本発明は上記課題を解決するものであり、毎回生成した走行エリアのマップを元に、掃除エリアの環境変化に対応したマップに更新する自律走行掃除機、および、累積床面確率更新方法の提供を目的としている。

本発明の１つである自律走行掃除機は、自律的に走行して掃除を行う自律走行掃除機であって、掃除エリアに設置された基準部材の位置を基準位置とした新マップを走行実績に基づき生成するマップ生成部と、前記新マップと既に作成されたマップが累積された累積マップとを同じ位置で複数に分割した１要素を要素エリアとした場合に、位置が一致する要素エリアのそれぞれにおいて、前記新マップに含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である床面確率を用いて、前記累積マップに含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である累積床面確率を更新する床面確率更新部とを備え、前記床面確率更新部は、各要素エリアにおいて、今まで更新に使用したマップの数を示す累積枚数に１を加算し、前記床面確率から累積床面確率を減算し、その差を加算後の累積枚数で除算し、その商に累積床面確率を加算した和を新しい累積床面確率として更新する。

本発明の他の１つである累積床面確率更新方法は、自律的に走行して掃除を行う自律走行掃除機における累積床面確率更新方法であって、掃除エリアに設置された基準部材の位置を基準位置とした新マップを走行実績に基づきマップ生成部が生成し、前記新マップと既に作成されたマップが累積された累積マップとを同じ位置で複数に分割した１要素を要素エリアとした場合に、位置が一致する要素エリアのそれぞれにおいて、前記新マップに含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である床面確率と、前記累積マップに含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である累積床面確率とを用い、今まで更新に使用したマップの数を示す累積枚数に１を加算し、前記床面確率から累積床面確率を減算し、その差を加算後の累積枚数で除算し、その商に累積床面確率を加算した和を新しい累積床面確率として床面確率更新部が更新する。

掃除エリア内の環境の変化や掃除エリア自体の変化に対応したより高精度なマップを生成することができる。

実施の形態１における自律走行掃除機の外観を示す平面図である。 実施の形態１における自律走行掃除機の外観を示す底面図である。 実施の形態１における自律走行掃除機の外観を示す斜視図である。 実施の形態１における制御ユニットのマップ作成に関する機能部を示すブロック図である。 実施の形態１における新規生成されたマップの一例を示す図である。 実施の形態１における保持されたマップの一例を示す図である。 実施の形態１における新規生成されたマップと保持されたマップが重ね合わされた状態を示す図である。 実施の形態１における新たに更新された保持されたマップの一例を示す図である。 実施の形態２における制御ユニットのマップ作成に関する機能部を示すブロック図である。 実施の形態２における掃除エリアを示す平面図である。 実施の形態２における累積マップを示す図である。 実施の形態２における新マップを示す図である。 実施の形態２における基準位置を一致させて累積マップに新マップの姿勢を合わせて重ね合わせた状態を示す図である。 実施の形態２における差分が最小となるように新旧マップを重ね合わせた状態を示す図である。

次に、本発明における自律走行掃除機の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明における自律走行掃除機の一例を示したものに過ぎない。従って本発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における自律走行掃除機の外観を示す平面図である。図２は、実施の形態１における自律走行掃除機の外観を示す底面図である。図３は、実施の形態１における自律走行掃除機の外観を示す斜視図である。

これらの図に示されるように、自律走行掃除機１００は、家庭内の床面等の清掃の対象領域である掃除エリアを自律的に走行し、掃除エリアに存在するごみを吸引するロボット型の掃除機である。

本実施の形態１によれば、自律走行掃除機１００は、各種の構成要素が搭載されるボディ１２０、ボディ１２０を移動させる駆動ユニット１３０（図２参照）、掃除エリアに存在するごみを集める清掃ユニット１４０（図２参照）、ごみをボディ１２０の内部に吸引する吸引ユニット１５０、駆動ユニット１３０と、清掃ユニット１４０と、吸引ユニット１５０とを制御する制御ユニット１７０、および、各種センサを備えている。

ボディ１２０は、駆動ユニット１３０、制御ユニット１７０などを収容する筐体であり、下部に対し上部が取り外し可能な構成となっている。ボディ１２０の外周部にはボディ１２０に対して変位可能なバンパが取り付けられている。また、図２に示されるとおり、ボディ１２０は、ごみをボディ１２０の内部に吸引するための吸込口１２１が設けられている。

駆動ユニット１３０は、制御ユニット１７０からの指示に基づき自律走行掃除機１００を走行させる。本実施の形態１においては、駆動ユニット１３０は、ボディ１２０の平面視における幅方向の中心に対して左側および右側にそれぞれ１つずつ配置されている。なお、駆動ユニット１３０の数は、２つに限られず、１つでもよいし、３つ以上でもよい。

駆動ユニット１３０は、清掃面上を走行するホイール、ホイールにトルクを与える走行用モータ、および、走行用モータを収容するハウジングを有する。各ホイールは、ボディ１２０の下面に形成される凹部に収容され、ボディ１２０に対して回転できるように取り付けられている。

本実施の形態１の自律走行掃除機１００の駆動方式は、キャスター１７９を補助輪として備えた対向二輪型であり、２つのホイールの回転を独立して制御することで、直進、後退、左回転、右回転など自律走行掃除機１００を自在に走行させることができる。

清掃ユニット１４０は、吸込口１２１からごみを吸い込ませるためのユニットであり、吸込口１２１内に配置されるメインブラシ、メインブラシを回転させるブラシ駆動モータなどを備えている。

吸引ユニット１５０は、ボディ１２０の内部に配置されており、ファンケース、および、ファンケースの内部に配置される電動ファンを有する。電動ファンは、ごみ箱ユニット１５１の内部の空気を吸引し、ボディ１２０の外方に空気を吐出させることにより、吸込口１２１からごみを吸い込み、ごみ箱ユニット１５１内にごみを収容する。

自律走行掃除機１００が備える各種センサとして以下の様なセンサを例示できる。

障害物センサ１７３は、ボディ１２０の前方に存在する障害物を検出するセンサである。本実施の形態１の場合、障害物センサ１７３は、超音波センサが用いられる。障害物センサ１７３は、ボディ１２０の前方の中央に配置される発信部１７１、および、発信部１７１の両側にそれぞれ配置される受信部１７２を有し、発信部１７１から発信されて障害物によって反射して帰ってきた超音波を受信部１７２がそれぞれ受信することで、障害物の距離や位置を検出することができる。

測距センサ１７４は、ボディ１２０の周囲に存在する障害物などの物体とボディ１２０との距離を検出する。本実施の形態１の場合、測距センサ１７４は、発光部および受光部を有する赤外線センサであり、障害物に反射した赤外線が戻ってくるまでの時間に基づき距離を測定する。

測距センサ１７４は、右側の前方頂部、および、左側の前方頂部にそれぞれ配置され、配置され、右側の測距センサ１７４は、ボディ１２０の右斜め前方に向けて光を出力し、左側の測距センサ１７４は、ボディ１２０の左斜め前方に向けて光を出力する。このような構成により、自律走行掃除機１００が旋回するときに、測距センサ１７４は、ボディ１２０の輪郭と最も接近した周囲の物体とボディ１２０との距離を検出する。

衝突センサ（図示せず）は、ボディ１２０の周囲に取り付けられているバンパが、障害物に接触してボディ１２０に対して押し込まれることに伴いオンされるスイッチ接触変位センサである。

カメラ１７５は、ボディ１２０の上部空間の全周画像を撮像する装置である。カメラ１７５で撮像された画像は、画像認識処理部で処理され、画像内の特徴点の位置から自律走行掃除機１００の現在位置を把握することができるものとなっている。

床面センサ１７６は、ボディ１２０の底面の複数箇所に配置され、掃除エリアとしての床面が存在するか否かを検出する。本実施の形態１の場合、床面センサ１７６は、発光部および受光部を有する赤外線センサであり、発光部から放射した赤外線光が戻ってくる場合は床面有り、閾値以下の光しか戻ってこない場合は床面無しとして検出する。

エンコーダは、駆動ユニット１３０に備えられており、走行用モータによって回転する一対のホイールのそれぞれの回転角を検出する。エンコーダからの情報により、自律走行掃除機１００の走行量、旋回角度、速度、加速度、角速度などを算出することができる。

加速度センサは、自律走行掃除機１００が走行する際の加速度を検出し、角速度センサは、自律走行掃除機１００が旋回する際の角速度を検出する。加速度センサ、角速度センサにより検出された情報は、ホイールの空回りによって発生する誤差を修正するための情報等に用いられる。

以上の障害物センサ１７３、測距センサ１７４、衝突センサ、カメラ１７５、床面センサ１７６、エンコーダは、例示であり、自律走行掃除機１００は、全てのセンサを備えなくてもかまわない。また、上記とは異なるセンサを自律走行掃除機１００が備えてもかまわない。

図４は、実施の形態１における自律走行掃除機の制御ユニットの各機能部を示すブロック図である。同図に示すように、自律走行掃除機１００の制御ユニット１７０は、駆動ユニット１３０を制御して自律走行掃除機１００を自律的走行させて掃除を実行し、また、自律走行中に各種センサから得られた情報に基づく走行実績から走行エリアのマップを生成するユニットであり、マップ生成部１８１と、記憶装置２００と、マップ比較部１８２、拡張エリア判定部１８３と、床面確率更新部１８４とを備える。

マップ生成部１８１は、各種センサからの情報に基づく自己位置推定技術により得られる掃除中の複数箇所における自己位置の集合である走行実績を用いてマップを生成する処理部である。

マップ生成部１８１は、掃除エリア１８０（図１０参照）に設置された基準部材１８９の位置を基準位置としたマップを走行実績に基づき生成する。ここで、掃除エリア１８０とは、自律走行掃除機１００が走行することができる領域であり、一般的には部屋の床面の形状に近似している。ここで、今まで閉ざされていたパーティションが解放された場合、ソファーとテーブルとが撤去された場合など、掃除エリア１８０が大幅に変化する場合がある。また、椅子の位置がかわった、ごみ箱の位置が変わったなど、掃除エリア１８０が小幅かつ頻繁に変化する場合などがある。

基準部材１８９とは、自律走行掃除機１００が自律的に走行する際の基準位置となる装置であり、掃除エリア１８０内に配置される。基準部材１８９は、特に限定されるものでは無いが、例えば、自律走行掃除機１００に電力を供給して自律走行掃除機１００が備えるバッテリーを充電する充電台が基準部材１８９となる場合がある。走行実績とは、例えば走行プログラムに基づき自律走行掃除機１００が基準部材１８９を起点として走行を開始してから掃除エリア１８０全体を清掃したとして清掃を終了するまでの自律走行掃除機１００の軌跡である。

なお、基準部材１８９は、自律走行掃除機１００が備えるカメラなどにより撮像された画像から抽出された特徴的な部分が基準部材１８９となる場合もある。

マップ生成部１８１は、走行実績に基づき実際に走行した領域の外形、および、基準部材１８９が配置されていた位置である基準位置２０２を示す情報をマップとして生成し、生成したマップを記憶装置２００に保存する。また、図１０に示すように掃除エリア１８０内に走行不可能な島状の領域が存在する場合は、当該島状の領域の外形およびその位置を示す情報を含むマップを生成する。

本実施の形態１の場合、マップ生成部１８１により生成されるマップは、例えば２次元の配列データとして実現される。走行結果を例えば縦横１０ｃｍなどの所定の大きさの四角形で分割し、各四角形がマップを構成する配列の要素エリアであるとみなし、配列データとして格納する。具体的なデータ形式は特に限定されるものではないが、各要素エリアの値は、例えば床面確率２０４、累積床面確率３０４であり、その他、掃除したごみの量、自律走行掃除機１００が停止した位置などを追加情報として保持してもよい。

マップ比較部１８２は、累積マップ３０１の累積床面確率３０４に対して、新マップ２０１の床面確率２０４が異なる要素エリアであって連続する要素エリアを合わせて差異エリアとして抽出する処理部である。差異エリアの具体的な抽出方法は特に限定されるものではないが、例えば、累積床面確率３０４と床面確率２０４とが第一閾値以上の差である要素エリアであって連続する要素エリアを合わせて差異エリアとして抽出してもよく、また、新マップ２０１の床面確率２０４と累積マップ３０１の累積床面確率３０４ともに、確率が第二閾値以上の要素エリア抽出し、相互に対応する要素エリアがない要素エリアであって、連続する要素エリアを合わせて差異エリアとして抽出してもよい。

拡張エリア判定部１８３は、マップ比較部１８２が抽出した差異エリアのうち、差異エリアの面積が、第三閾値よりも大きい場合であって、累積マップ３０１と差異エリアとの境界線と交差する方向の差異エリアの最大長さである最大深さＤ（図７参照）が第四閾値よりも大きい、および、境界線に沿う方向の差異エリアの最大長である最大幅Ｗが第五閾値よりも大きい、これらの場合の少なくとも一方が満たされる場合、当該差異エリアは拡張エリアであると判定する処理部である。

ここで、第三閾値は特に限定されるものではないが、例えば１．４４平米を例示できる。これは、おおよそ１畳の大きさであり、実情に合致した数値である。また、第四閾値、第五閾値も特に限定されるものではないが、例えば自律走行掃除機１００の幅に相当する数値を第四閾値、第五閾値としてもよい。

床面確率更新部１８４は、新マップ２０１と累積マップ３０１とを同じ位置で縦横にそれぞれ分割した１要素を要素エリアとした場合に、位置が一致する要素エリアのそれぞれにおいて、新マップ２０１に含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である床面確率２０４を用いて、累積マップ３０１に含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である累積床面確率３０４を更新する処理部である。床面確率更新部１８４は各要素エリアにおいて、今まで更新に使用した新マップ２０１の数を示す累積枚数に１を加算し、床面確率２０４から累積床面確率３０４を減算し、その差を加算後の累積枚数で除算し、その商に累積床面確率３０４を加算した和を新しい累積床面確率３０４として更新する。

なお、拡張エリア判定部１８３で判定された拡張エリアについては、累積床面確率３０４の更新方法が異なるが、これについては後述する。

表示部１８６は、記憶装置２００が保持する更新された累積マップ３０１を元に、ユーザに対して見やすくまたは使いやすい状態の表示用マップを生成する処理部である。また、表示部１８６は、ユーザが備える端末装置などに生成した表示用マップを出力する機能を備えてもかまわない。

制御ユニット１７０には、マップ生成部１８１で新マップ２０１を生成する以前に生成したマップが累積された累積マップ３０１を保持する記憶装置２００を備えている。また、記憶装置２００に保存されている累積マップ３０１には、走行エリアの各座標点が床面であるかどうかを確率で示す累積床面確率３０４が紐付けられている。記憶装置２００の種類は特に限定されるものではないが、例えばハードディス、フラッシュメモリなどを例示することができる。

次に、制御ユニット１７０における累積マップの更新処理について説明する。図５は、実施の形態１における新規生成された新マップおよび新マップに含まれる床面確率の一例を示す図である。図６は、実施の形態１における累積マップおよびマップに含まれる床面確率の一例を示す図である。図７は、実施の形態１における新マップと累積マップとを重ね合わせた状態およびこれに対応する床面確率較の一例を示す図である。図８は、実施の形態１における更新された累積マップの一例を示す図である。

図５に示す新マップ２０１は、マップ生成部１８１で新しく生成されたマップである。また、新マップ２０１の断面２０３における床面確率２０４を、図５の下段にグラフとして示す。なお、生成されたマップの床面確率は、０（床面でない）または１（床面である）の値を持つだけでもよいし、自己位置推定の確からしさに基づき０と１の間の値を取るようにしてもよい。本実施の形態１の場合、図５は、自己位置推定の確からしさに基づき、床面確率が０．５以上の部分が新マップ２０１として示されている。

新マップ２０１は、床面確率２０４を備えるほか、起点を示す情報である基準位置２０２を備えている。この基準位置２０２は、自律走行掃除機１００における基準部材１８９として機能する充電台の位置であってもよいし、自律走行掃除機１００が走行する走行エリア内に存在する部屋の隅などを各センサからの情報に基づき基準部材１８９としてもよい。本実施の形態１の場合は、基準位置２０２は充電台に対応する位置であるとして説明する。

図６に示す累積マップ３０１は、既に作成されていたマップを累積することにより得られ記憶装置２００で保持されたマップである。また、累積マップ３０１の断面３０３における累積床面確率３０４を、図６の下段にグラフとして示す。累積マップ３０１は、累積基準位置３０２を持つ。この累積基準位置３０２は、生成した新マップ２０１に含まれる基準位置２０２を累積したものである。基準位置２０２は、例えば充電台の位置に対応させており、複数回新マップ２０１が生成されても充電台が移動させられない限り累積基準位置３０２は、新マップ２０１における基準位置２０２と同じ位置である。なお、充電台が移動させられた場合などは、所定の手順に従い累積基準位置３０２が更新され、最新の充電台の位置が累積基準位置３０２となる。

図７の上段では、マップ比較部１８２での処理を示している。具体的には、マップ比較部１８２は、新マップ２０１と累積マップ３０１とを比較のため重ね合わせる。マップ比較部１８２は、走行エリアにおける基準部材１８９の位置に変更がないものとして、新マップ２０１と累積マップ３０１とを基準位置２０２及び累積基準位置３０２を一致させて重ね合わせを行っている。なお、基準部材１８９の位置に変更があった場合の処理は基準変更確認部３００によって行われる。この場合、マップ比較部１８２は、当該処理が実行された後、二つのマップを重ね合わせる。

図７の下段には、重ね合わせをした図における断面４０３における床面確率２０４、および、累積床面確率３０４を示す。このグラフでは、重ね合わせた床面確率２０４と累積床面確率３０４とで差が出ており、差異Ａ、差異Ｂ、差異Ｃとが発生することがわかる。ここで、差異エリアは、該当部分の累積マップ３０１の累積床面確率３０４と同じ部分の新マップ２０１の床面確率２０４との床面確率の差が例えば０．５以上などの第一閾値以上あるエリアであるとしてもよい。また、新マップ２０１と累積マップ３０１ともに、床面確率が例えば０．５以上などの第二閾値以上のエリアからなるマップに変換した上で、両エリアの差異としてもよい。

これらの差異は、走行エリアを拡張するかどうかの判定を行う拡張エリア判定部１８３において判定される。また、判定された結果に応じて、累積マップの床面確率が床面確率更新部１８４において更新される。床面確率更新部１８４は、新マップ２０１と累積マップ３０１を重ねることで自己位置推定誤差などによる床面位置のずれを相殺して、正しく床面であると判断される確率を高める。例えば、差異Ａのように累積床面確率３０４を持っている累積マップ３０１に対して、新しく生成した新マップ２０１の該当部分の床面確率２０４を元に累積マップ３０１の床面確率の更新を行う。

更新を行う際には、累積されているデータ量に応じて平均化することで誤差を相殺するよう補正した床面確率を更新データとして生成する。例えば、式１により更新する

式１において、Ｎ（ｘ，ｙ）は、累積マップ３０１の座標（ｘ，ｙ）において、今まで重ね合せられてきたマップの枚数を示す累積枚数である。Ｍｎｅｗ（ｘ，ｙ）は新マップ２０１の座標（ｘ，ｙ）における床面確率である。ｐ（ｘ，ｙ）は累積マップの座標（ｘ，ｙ）における累積床面確率３０４である。

また、差異Ｂのように、実際に新規となる当該エリアを掃除するために自律走行掃除機１００が走行した場合には、累積マップ３０１における累積床面確率３０４はゼロまたはほぼゼロであり、新マップ２０１の該当部分の床面確率２０４は１またはほぼ１である。

差異エリアの面積が、第三閾値よりも大きい場合であって、累積マップ３０１と差異エリアとの境界線と交差（直交含む）する方向の差異エリアの最大長さである最大深さＤが第四閾値よりも大きい、および、前記境界線に沿う（平行含む）方向の差異エリアの最大長である最大幅Ｗが第五閾値よりも大きい、これらの場合の一方またはその両方が満たされる場合、当該差異エリアは拡張エリアであると判定される。この場合には、累積マップ３０１の累積床面確率３０４を新規分として更新する。更新方法は、例えば式２に示すように、拡張エリアにおいては、累積マップ３０１の累積枚数（Ｎ（ｘ，ｙ））を１に設定する。また、累積マップ３０１の累積床面確率３０４（ｐ（ｘ，ｙ））を１．０、または、新マップ２０１の床面確率２０４に設定する

また、前記差異Ｃのように、累積マップでは一定以上の床面確率を持つており、マップの床面確率が低い、ゼロまたはほぼゼロに近い場合には、この位置は、自律走行掃除機１００が掃除できなかった部分あるいは、障害物があって走行できなかったと判断されるため、床面確率の更新は行わない。なお、掃除できなかった部分は未走行エリアの累積情報として別途蓄積させることも可能である。

図８は、更新後の累積マップ、および、同図に示す断面３０３に対応する更新された累積床面確率３０４をグラフに示す。このように更新された累積マップ３０１の累積床面確率３０４を元に、例えば０．５以上の累積床面確率３０４をもつ位置を床面として描画したり、その周囲に壁を描画したりして表示用マップを表示部１８６が生成してもよい。また、ユーザが所有する携帯端末に表示用マップを表示させ、提示された表示用マップを元にユーザが何らかの指示、例えば次に掃除するエリアであったり、スケジューリングするための走行エリアであったり、といった指示を受け付けるユーザ指示受付部を備えてもよい。さらに、受け付けたユーザ指定領域を更新されたマップと関連付けて、該当エリアを判定するユーザ指定領域判定部をもってもかまわない。

実施の形態１にかかる自律走行掃除機１００、および、累積床面確率更新方法によれば、マップ生成部１８１により生成された複数のマップを重ね合わせた状態で各要素エリアの累積床面確率３０４を算出することでマップの精度を向上させることができる。さらに、マップ生成部１８１が新マップ２０１を生成した際には、累積マップ３０１と比較し、拡張エリア判定部１８３が差分領域を閾値によって新たな床面とするか否か、または障害物が存在したか否かを判断することにより、累積マップ３０１をより柔軟に運用することが可能となる。また、拡張エリアに対応する累積床面確率３０４を適切に更新することで、累積マップ３０１を全体にわたって高いマップ精度に維持することができる。

（実施の形態２）
続いて、自律走行掃除機、および、累積床面確率更新方法の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態１と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの（部分）には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。

実施の形態２にかかる自律走行掃除機１００は、マップ比較部１８２が比較する要素エリアを正しく重ね合わせるために、マップ生成部１８１で生成された新マップ２０１の傾きを累積マップ３０１に合致させ、累積基準位置３０２を更新する為の基準変更確認部３００をさらに備えている。その他は実施の形態１と同様である。

図９は、実施の形態２における基準変更確認部に関する機能部を示すブロック図である。

同図に示すように、基準変更確認部３００は、マップ生成部１８１が生成した新マップ２０１の姿勢を累積マップ３０１に合致させ、新マップ２０１から基準部材１８９の位置が変更になったかどうかを確認し、変更になったと判断した場合は累積マップ３０１の累積基準位置３０２を更新する処理部であり、最長直線決定部３８２と、マップ配置部３８３と、差分算出部３８４と、基準位置更新部３８５とを備えている。

図１０は、実施の形態２における掃除エリアを示す平面図である。図１１は、実施の形態２における累積マップを示す図である。図１２は、実施の形態２における新マップを示す図である。

最長直線決定部３８２は、マップ生成部１８１により生成されたマップに含まれる直線成分のうち最も長い最長直線成分を決定する処理部である。ここで、最長直線成分とは、マップに含まれる線分の内、マップの周縁に含まれる最も長い線分を意味するが、ある程度の誤差範囲で最も長い線分の長さに近い線分が存在する場合は、傾きがＸ軸またはＹ軸に最も近い線分を最長直線成分とするようにしてもよい。

図１３は、基準位置と累積基準位置を一致させて新マップと累積マップを重ね合わせた状態を示す図である。

マップ配置部３８３は、マップ生成部１８１が新しく生成した新マップ２０１に含まれる基準位置２０２とそれ以前に生成され記憶装置２００に蓄積された累積マップ３０１に含まれる累積基準位置３０２とを一致させ、かつ、新マップ２０１に含まれる最長直線成分１９３と累積マップ３０１に含まれる最長直線成分１９２とを平行または一直線上に配置する。累積マップ３０１に対し新マップ２０１の基準位置２０２を合わせ、基準位置２０２を中心として新マップ２０１を回転させる処理は、例えば行列のアフィン変換を用いて処理する場合を挙示できる。ここで、累積マップ３０１は、過去に生成された複数のマップを統計的に処理などして得られたマップである。累積マップ３０１のうち最初に生成されたマップは、所定の軸に最長直線が沿うように配置されるため、累積マップ３０１、および、新マップ２０１は、全て所定の軸に最長直線が沿うものとなる。

本実施の形態２の場合、マップ生成部１８１により生成された新マップ２０１は図１２に示すように誤差としてある程度傾いている場合がある。マップ配置部３８３は、図１３に示すように、累積マップ３０１の最長直線成分１９２に新マップ２０１の最長直線成分１９３が所定の軸であるＹ軸に沿うように配置する。その結果、累積マップ３０１と新マップ２０１とは基準位置２０２を一致させると２つの最長直線成分が平行になるように重なる。

図１４は、差分が最小となるように新累積マップを重ね合わせた状態を示す図である。

差分算出部３８４は、マップ配置部３８３で配置された新マップ２０１を累積マップ３０１に対して相対的に複数回平行移動させて移動毎にマップの差分を算出する。マップの差分とは、新旧のマップを重ね合わせた場合に重複しない部分のことであり、図１３にハッチングで示す部分である。

本実施の形態２の場合、差分算出部３８４は、例えば１０ｃｍなどの所定の間隔で、累積マップ３０１に対して新マップ２０１をＸ軸方向およびＹ軸方向にマトリクス状に平行移動させ、１回の移動毎に差分を算出する。差分を算出する回数は、例えば、一律に何回までと閾値を定めても良く、複数回連続的に得られる差分が常に増加する場合はその段階で差分の算出を終了してもかまわない。

基準位置更新部３８５は、差分算出部３８４で算出された差分のうち最小の差分が得られた累積マップ３０１の基準位置２０２に対する新マップ２０１の基準位置２０２の位置関係に基づき次回に作成する基準位置を更新する。これにより、掃除エリア１８０に対し基準部材１８９が動かされた場合でも、適切にマップを生成することが可能となる。なお、図１４においては、Ｘ軸方向にのみ基準位置２０２がずれているが、基準位置２０２のずれはこれに限らず、Ｘ軸、および、Ｙ軸の少なくも一方にずれるため、このずれに基づき基準位置の座標が更新される。

以上の実施の形態２によれば、各種センサの測定誤差などにより新マップ２０１が累積マップ３０１に対して傾いて生成された場合でも、当該傾きを修正して累積マップ３０１に新マップ２０１を正確に重ね合わせることができる。従って更新する累積床面確率３０４の精度を向上させることが可能となる。また、掃除エリア１８０において基準部材１８９が移動した場合でも、自律走行掃除機１００自体が基準部材１８９の移動を認識し、累積基準位置３０２を正しく更新することができるため、累積床面確率３０４の制度を高い状態で維持することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、本実施の形態１、２で説明した構成のうち、マップ生成部１８１以外については、サーバなどの自律走行掃除機１００とネットワークを介して接続された計算機（コンピュータ）上にあってもよい。この場合、自律走行掃除機１００を備えた掃除機システムとみなすことができる。このとき、マップ生成部１８１で生成された新マップ２０１は、ネットワークを通じて計算機に送信され、計算機が保存している累積マップ３０１が更新される。さらに、ユーザがスマートフォン等の端末上で、計算機から受信した累積マップ３０１に基づき掃除結果を確認したり、自律走行掃除機１００が掃除するエリアを指定したりするようにしてもよい。

本発明は、家庭内、工場内、大規模施設内などにおいて、自律的に走行し掃除を行う、いわゆるロボット掃除に利用可能である。

１００ 自律走行掃除機
１２０ ボディ
１２１ 吸込口
１３０ 駆動ユニット
１４０ 清掃ユニット
１５０ 吸引ユニット
１５１ 箱ユニット
１７０ 制御ユニット
１７１ 発信部
１７２ 受信部
１７３ 障害物センサ
１７４ 測距センサ
１７５ カメラ
１７６ 床面センサ
１７９ キャスター
１８０ 掃除エリア
１８１ マップ生成部
１８２ マップ比較部
１８３ 拡張エリア判定部
１８４ 床面確率更新部
１８６ 表示部
１８９ 基準部材
２００ 記憶装置
２０１ 新マップ
２０２ 基準位置
２０４ 床面確率
３００ 基準変更確認部
３０１ 累積マップ
３０２ 累積基準位置
３０４ 累積床面確率
３８２ 最長直線決定部
３８３ マップ配置部
３８４ 差分算出部
３８５ 基準位置更新部

Claims (7)

1. 自律的に走行して掃除を行う自律走行掃除機であって、
   掃除エリアに設置された基準部材の位置を基準位置とした新マップを走行実績に基づき生成するマップ生成部と、
   前記新マップと既に作成されたマップが累積された累積マップとを同じ位置で複数に分割した１要素を要素エリアとした場合に、位置が一致する要素エリアのそれぞれにおいて、前記新マップに含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である床面確率を用いて、前記累積マップに含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である累積床面確率を更新する床面確率更新部とを備え、
   前記床面確率更新部は、各要素エリアにおいて、
   今まで更新に使用したマップの数を示す累積枚数に１を加算し、
   前記床面確率から累積床面確率を減算し、その差を加算後の累積枚数で除算し、その商に累積床面確率を加算した和を新しい累積床面確率として更新する
   自律走行掃除機。
2. 累積マップの累積床面確率に対して、新マップの床面確率が異なる要素エリアであって連続する要素エリアを合わせて差異エリアとして抽出するマップ比較部をさらに備える
   請求項１に記載の自律走行掃除機。
3. 前記マップ比較部は、
   累積床面確率と床面確率とが第一閾値以上の差である要素エリアであって連続する要素エリアを合わせて差異エリアとして抽出する
   請求項２に記載の自律走行掃除機。
4. 前記マップ比較部は、
   前記新マップの床面確率と前記累積マップの累積床面確率ともに、確率が第二閾値以上の要素エリア抽出し、相互に対応する要素エリアがない要素エリアであって、連続する要素エリアを合わせて差異エリアとして抽出する
   請求項２に記載の自律走行掃除機。
5. 前記マップ比較部が抽出した差異エリアのうち、差異エリアの面積が、第三閾値よりも大きい場合であって、累積マップと差異エリアとの境界線と交差する方向の差異エリアの最大長さである最大深さが第四閾値よりも大きい、および、境界線に沿う方向の差異エリアの最大長である最大幅が第五閾値よりも大きい、これらの場合の少なくとも一方が満たされる場合、当該差異エリアは拡張エリアであると判定する拡張エリア判定部とを備え、
   前記床面確率更新部は、
   前記拡張エリア判定部で判定された拡張エリアについては、累積枚数を１に設定し、累積床面確率を１にする、または、前記新マップの床面確率に一致させる
   請求項２から４のいずれか一項に記載の自律走行掃除機。
6. 前記マップ生成部により生成された新マップに含まれる直線成分のうち最も長い最長直線成分を決定する最長直線決定部と、
   前記新マップに含まれる基準位置と前記累積マップに含まれる累積基準位置とを一致させ、かつ、前記新マップに含まれる最長直線成分と前記累積マップに含まれる最長直線成分とを平行または一直線上に配置するマップ配置部と、
   前記マップ配置部で配置された前記新マップを前記累積マップに対して相対的に複数回平行移動させて移動毎にマップの差分を算出する差分算出部と、
   前記差分算出部で算出された差分のうち最小の差分が得られた前記累積マップの累積基準位置に対する前記新マップの基準位置の位置関係に基づき累積基準位置を更新する基準位置更新部とを備える
   請求項１から５のいずれか一項に記載の自律走行掃除機。
7. 自律的に走行して掃除を行う自律走行掃除機における累積床面確率更新方法であって、
   掃除エリアに設置された基準部材の位置を基準位置とした新マップを走行実績に基づきマップ生成部が生成し、
   前記新マップと既に作成されたマップが累積された累積マップとを同じ位置で複数に分割した１要素を要素エリアとした場合に、位置が一致する要素エリアのそれぞれにおいて、前記新マップに含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である床面確率と、前記累積マップに含まれる床面であるかどうかを確率で示した情報である累積床面確率とを用い、今まで更新に使用したマップの数を示す累積枚数に１を加算し、前記床面確率から累積床面確率を減算し、その差を加算後の累積枚数で除算し、その商に累積床面確率を加算した和を新しい累積床面確率として床面確率更新部が更新する
   累積床面確率更新方法。

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