JP2019204336A

JP2019204336A - 自律走行体

Info

Publication number: JP2019204336A
Application number: JP2018099716A
Authority: JP
Inventors: 穣上田; Minoru Ueda; 俊洋鹿山; Toshihiro Shikayama
Original assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-28
Also published as: US11137769B2; CN110531751A; CN110531751B; US20190361462A1

Abstract

【課題】侵入禁止領域を簡易に設定できる自律走行体を提供する。【解決手段】自律走行体１は、情報取得手段11と、地図記憶手段12と、走行制御手段７と、を備える。情報取得手段11は、走行領域の情報を取得する。地図記憶手段12は、所定時期に情報取得手段11により取得された情報に基づき走行領域を確定してベース地図を作成して記憶する。走行制御手段７は、地図記憶手段12に記憶された地図に基づき、走行を制御する。走行制御手段７は、ベース地図に記憶された走行障害を外しても、ベース地図に基づき、走行を制御する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、自律走行可能な自律走行体に関する。

従来、自律走行式の電気掃除機を侵入させたくない領域を設定する場合、例えば予め赤外線や磁力線等を出力して仮想壁を設定する設定装置を部屋に設置したり、スマートフォン等の電子装置を用いて部屋の地図に侵入禁止領域を設定したりするものがある。

このように設定装置を用いる場合、設定装置を部屋に常時設置しておく必要があり、電子装置を用いて侵入禁止領域を設定する場合、入力や設定が煩雑である。したがって、走行可能な領域をより簡易に設定できて使い勝手を向上することが望まれている。

特開２０１４−２２９３００号公報

本発明が解決しようとする課題は、侵入禁止領域を簡易に設定できる自律走行体を提供することである。

実施形態の自律走行体は、自律走行可能な自律走行体である。自律走行体は、情報取得手段と、地図記憶手段と、走行制御手段と、を備える。情報取得手段は、走行領域の情報を取得する。地図記憶手段は、所定時期に情報取得手段により取得された情報に基づき走行領域を確定してベース地図を作成して記憶する。走行制御手段は、地図記憶手段に記憶された地図に基づき、走行を制御する。また、走行制御手段は、ベース地図に記憶された走行障害を外しても、ベース地図に基づき、走行を制御する。

一実施形態の自律走行体の内部構造を示すブロック図である。同上自律走行体の斜視図である。同上自律走行体のベース地図を作成する制御を示すフローチャートである。同上自律走行体のベース地図を基に削除又は更新する制御を示すフローチャートである。 (a1)は走行領域の一例を示す説明図、(a2)は(a1)の走行領域の走行障害の配置等が変化した例を示す説明図、(a3)は(a2)の走行領域の走行障害の配置等が変化した例を示す説明図、(b1)は地図記憶手段により作成された(a1)の走行領域に対応するベース地図の説明図、(b2)はベース地図に(a2)の走行領域に対応する追加地図情報を追加した説明図、(b3)はベース地図に(a3)の走行領域に対応する追加地図情報を追加した説明図である。

以下、一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１および図２において、１は自律走行体である。自律走行体１は、本実施形態において、床面上を自律走行しつつ床面を掃除する。本実施形態では、自律走行式のロボットクリーナを例に挙げて説明するが、掃除機能を有しない監視用ロボット等でもよい。

自律走行体１は、本体２を備えている。また、自律走行体１は、本体２を走行させる走行手段を備えている。走行手段は、被駆動部としての駆動輪を駆動する駆動手段としてのモータを制御する走行制御手段７等を備えている。

さらに、自律走行体１は、本実施形態において、床面を掃除する掃除手段を備えている。掃除手段は、塵埃を集塵部に吸い込むための電動送風機等を駆動する掃除制御手段10等を備えている。

また、自律走行体１は、走行領域の情報を取得する情報取得手段11を備えている。情報取得手段11は、走行領域の走行障害を検出するものである。情報取得手段11は、本体２の走行方向の前方の壁や柱等、本体２の下方の段差等の走行障害を検出する障害物センサを備えている。障害物センサとしては、例えば赤外線センサや超音波センサを用いてもよいし、１つ以上のカメラにより撮像された画像を用いるセンサ等を用いてもよいし、接触により物体や段差を検出するセンサを用いてもよいし、これらを任意に組み合わせて用いてもよい。障害物センサにカメラを使用する場合には、見守り対象を撮像するカメラを利用してもよい。

さらに、自律走行体１は、地図記憶手段12を備えている。地図記憶手段12は、情報取得手段11により取得された走行領域の情報に基づき本体２が走行可能な走行領域を確定して地図を作成して記憶するとともに自己位置を推定するものである。地図情報の作成および自己位置推定は、既知のＳＬＡＭ(simultaneous localization and mapping)技術等を用いることができるので、詳細については省略する。地図記憶手段12は、地図作成手段と記憶手段とで構成されてもよい。

本実施形態では、地図記憶手段12は、情報取得手段11により取得された情報に基づいて走行領域を確定し、所定時期にベース地図を作成して記憶できる。ベース地図とは、所定時期に走行領域の侵入禁止領域の周囲に走行障害を配置し、初期走行した後、再び走行時に走行障害を配置しなくても侵入禁止領域に侵入せずに走行するための地図である。一方、ユーザにより所定時期又は走行領域等を再設定することにより、走行領域の侵入禁止領域は変更することができる。

また、情報取得手段11により取得された情報に基づき、ベース地図に記憶されていない走行領域の走行障害を検出すると追加地図情報として地図記憶手段12に記憶される。

自律走行体１は、走行手段、掃除手段等に給電する電源部として二次電池を備えていてもよい。本実施形態では、二次電池を充電するための充電端子が本体２に配置されていてもよい。

また、自律走行体１は、例えばスマートフォン等の外部装置とネットワーク経由で、あるいは無線により直接通信可能な無線ＬＡＮデバイス等の通信手段を備えていてもよい。さらに、自律走行体１は、ユーザが設定等を直接入力可能なタッチパネルやボタン等の入力部を備えていてもよい。

次に、一実施形態の制御を説明する。

自律走行体１は、走行がスタートする。地図記憶手段12は、情報取得手段11により取得された情報に基づき、自律走行体１が所定時期に走行した走行領域の情報をベース地図として作成して記憶する。また、自律走行体１は、ベース地図に記憶された走行障害を外しても、走行制御手段７によりベース地図に基づき走行を制御しつつ、ベース地図に記憶されていない走行障害については追加地図情報として地図記憶手段12に追加でき、ベース地図からベース地図に追加した地図情報も削除できる。

本実施形態のベース地図は、以後の走行時において維持される所定時期の走行障害の配置を地図記憶手段12に記憶させるものである。また、本実施形態のベース地図は、以後の走行時に所定時期の走行障害が走行領域に配置されているか否かに拘らず走行制御手段７がそこから逸脱しないように走行制御するための、所定時期の侵入禁止位置を設定するものである。本実施形態のベース地図は、地図記憶手段12に記憶されていない場合、新たな地図情報をベース地図に上書きして作成してもよいし、地図記憶手段12に記憶されているベース地図とは別に新たな地図情報を作成するようにしてもよい。これらは、ユーザが入力部や外部装置等によって設定選択可能となっていることが好ましい。

ベース地図の作成を図３のフローチャートを例に挙げて説明する。侵入禁止領域に走行障害を設置し、本体２の走行が開始し、地図記憶手段12を用いてベース地図を作成して記憶する。ステップS1において、自律走行体１は、所定時期に情報取得手段11により情報を取得して走行領域を確定し、地図記憶手段12によりベース地図を作成して記憶する。そして、ステップS2において、自律走行体１は、走行制御手段７が走行終了するか否かを判断し、走行終了すると判断した場合には、走行を終了し、走行終了しないと判断した場合にはステップS1に戻る。

一方、地図記憶手段12は、情報取得手段11により取得された走行領域の走行障害の情報に基づき、ベース地図に記憶されていない走行障害を追加地図情報として記憶できる。又は、追加地図情報を地図記憶手段12に記憶されたベース地図から削除させることもできる。本実施形態の地図情報の更新は、ベース地図に記憶されていない走行障害の有無を地図記憶手段12に記憶させるものであり、ベース地図自体は更新・変更されない。また、本実施形態では、ベース地図において走行障害と確定されたものについては、その以降の走行時での情報取得手段11によるその走行障害の検出の有無に拘らず、それを維持する。

ベース地図を基にして地図情報を更新又は削除する制御を図４のフローチャートを例に挙げて説明する。本体２の走行が開始されると、自律走行体１は、走行制御手段７が地図記憶手段12に記憶されたベース地図に基づき本体２を走行制御する。ステップS3において、ベース地図から逸脱するか否かを走行制御手段７が判断し、或は、走行中の領域がベース地図に記憶された侵入禁止領域であるか否かを判断する。ステップS4において、逸脱する場合には、走行障害を外した侵入禁止領域であって、ベース地図から逸脱しない方向、又は、ベース地図に留まる方向へと方向転換するように走行制御手段７がモータの駆動を制御し、その後、ステップS7に進む。一方、ステップS5において、逸脱しない場合には、侵入禁止領域ではなく、情報取得手段11により取得した走行領域の情報に基づき、追加地図情報としてベース地図に記憶されている走行障害がなくなっている場合、その走行障害を追加地図情報から削除し、ステップS6に進む。一方、ステップS5は省略しても構わない。ステップS6では、情報取得手段11により取得した走行領域の情報に基づき、走行制御手段７が、障害物や段差等の走行障害を検出したか否かを判断する。ステップS6において、走行障害を検出していないと判断した場合には、ステップS7に進み、ステップS7で走行制御手段７が走行終了するか否かを判断し、走行終了すると判断した場合には、制御を終了するとともに、走行終了しないと判断した場合には、ステップS3に戻る。また、ステップS6において、走行障害を検出したと判断した場合には、ステップS8に進み、ステップS8でその走行障害がベース地図上にあるか否かを判断する。ステップS8において、走行障害がベース地図上にないと判断した場合には、ステップS9に進み、ステップS9で地図記憶手段12がその走行障害を追加地図情報として記憶した後、その走行障害を回避するように走行制御し、ステップS7に進む。また、ステップS8において、走行障害がベース地図上にあると判断した場合には、ステップS10に進み、ステップS10で走行制御手段７が、本体２がベース地図に留まるように走行障害を回避するよう走行制御し、ステップS7に進む。

そして、自律走行体１では、充電台等の所定位置から走行を開始すると、走行制御手段７が、情報取得手段11により取得された走行領域の情報に基づき走行を制御するとともに、地図記憶手段12が所定時期のベース地図を作成して記憶していく。この後、走行領域が確定すると、自律走行体１は、走行制御手段７が本体２を充電台等の所定位置に移動させて走行を終了したり、地図記憶手段12に記憶されたベース地図に基づき本体２を走行制御したりすることが可能である。

また、自律走行体１では、ベース地図が地図記憶手段12に記憶された状態で、ベース地図に新たな地図情報を追加した場合、充電台等の所定位置から走行を開始すると、走行制御手段７が、地図記憶手段12に記憶されたベース地図に基づきつつ、追加地図情報がベース地図に記憶されている場合には追加地図情報に対応する走行障害をさらに回避するように本体２を走行制御する。本実施形態は、ベース地図を維持しながら、情報取得手段11により取得される情報に基づき追加地図情報を削除又は更新することが可能となる。所定の走行領域の走行が終了すると、自律走行体１は、走行制御手段７が本体２を充電台等の所定位置に移動させて走行を終了したり、地図記憶手段12に記憶された更新後のベース地図に基づき本体２を走行制御したりすることが可能である。

また、図５を参照して、本実施形態のベース地図およびベース地図に基づく地図更新について具体的に説明する。

図５(a1)に示されるような、外壁Ｗ及びドアにより囲まれて障害物O1〜O3が配置された走行領域がある場合、地図記憶手段12により、図５(b1)に示されるようなベース地図BMが作成され、地図記憶手段12に記憶される。

図５(a2)に示されるように走行領域から障害物O1が撤去され、障害物O4，O5が新たに配置され、また、ドアOPが開いている場合を想定する。図５(b1)に示すようなベース地図BMが作成された状態で、情報取得手段11により取得された、ベース地図BMにない走行障害である障害物O4，O5についてはベース地図に記憶されるものの、ベース地図BMにあった障害物O1が撤去されたこと、および、ベース地図BMにあったドアOPについては、情報取得手段11により取得されたとしても変更されない。本実施形態では地図記憶手段12に記憶された所定時期のベース地図が変更しないため、図５(b1)に示されるベース地図BMに対して、障害物O4，O5についての追加地図情報EMのみが追加されて、地図記憶手段12には、図５(b2)に示されるようなデータが記憶される。

さらに、図５(a3)に示されるように、図５(a2)に示される走行領域から障害物O4が移動され、障害物O5が撤去された場合、障害物O5を削除し、障害物O4の移動が追加地図情報EMとして図５(b3)に示されるように地図記憶手段12に記憶される。

このように、ユーザによって、所定時期に情報取得手段11により取得された情報に基づき地図記憶手段12が走行領域のベース地図を作成して記憶するとともに、ベース地図の作成以後は、情報取得手段11により取得された情報に基づきベース地図に記憶されていない走行領域の走行障害を検出すると、追加地図情報としてベース地図に記憶させ、走行制御手段７では、地図記憶手段12に記憶されたベース地図に基づきつつ、ベース地図に追加地図情報が記憶されている場合には追加地図情報に対応する走行障害をさらに回避するように走行制御する。このため、地図記憶手段12によりベース地図を作成する所定時期にのみ、必要な走行障害や仕切り、あるいはバーチャルガード等の侵入禁止領域を設定する設定装置等を設置しておけば、これらは以後設置していなくてもあたかも設置されているように自律走行体１の本体２が走行制御されるので、設定装置等を走行領域に一時設置しておいたことにより、侵入禁止領域をユーザが手動で常時に設定したりする必要がなく、侵入禁止領域および走行可能な領域を簡易に設定できる。

また、追加地図情報をベース地図から削除可能であるため、追加地図情報が際限なく追加され続けて走行可能な領域が減少してしまうことがない。

ベース地図に記憶された追加地図情報について、その追加地図情報に対応する走行障害が情報取得手段11により検出されない場合には障害物を通過する回数又は検出頻度により削除可能としてもよい。このようにすることで、走行領域に一時的に配置された走行障害をベース地図から削除して自律走行体１のメモリの容量を有効に利用しつつ、必要な追加地図情報は残すことができる。

また、ベース地図に記憶された追加地図情報が所定量以上となった場合、検出頻度が所定以下の走行障害に対応する追加地図情報をベース地図から削除してもよい。所定回数の走行において、予め定められた閾値以下の回数しか検出されていない走行障害に対応する追加地図情報については、地図記憶手段12のベース地図から削除してもよい。この場合、走行領域から一時的に撤去しただけの走行障害については容易に削除されにくくなる一方、一時的に配置した走行障害については走行領域から容易に削除できる。

また、情報取得手段11により取得された情報に基づきベース地図にない走行領域の走行障害を所定回数以上検出した場合に、その走行障害に対応する追加地図情報を地図記憶手段12のベース地図に記憶させるようにしてもよい。このようにすることで、走行領域に一時的に配置されただけの走行障害についてはベース地図に記憶されにくくなり、自律走行体１のメモリの容量を有効に利用することができる。

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。

１自律走行体
７走行制御手段
11 情報取得手段
12 地図記憶手段

Claims

自律走行可能な自律走行体であって、
走行領域の情報を取得する情報取得手段と、
所定時期に前記情報取得手段により取得された情報に基づき前記走行領域を確定してベース地図を作成して記憶する地図記憶手段と、
前記地図記憶手段に記憶された地図に基づき、走行を制御する走行制御手段と、を備え、
前記走行制御手段は、前記ベース地図に記憶された走行障害を外しても、前記ベース地図に基づき、走行を制御する
ことを特徴とする自律走行体。
前記情報取得手段により取得された情報に基づき前記ベース地図にない前記走行領域の新たな走行障害を所定回数以上検出した場合に、前記新たな走行障害を追加地図情報として前記ベース地図に記憶させる
ことを特徴とする請求項１記載の自律走行体。
前記地図記憶手段は、前記追加地図情報を前記ベース地図から削除可能である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の自律走行体。
前記地図記憶手段は、検出頻度が所定以下の走行障害に対応する前記追加地図情報を前記ベース地図から削除させる
ことを特徴とする請求項３記載の自律走行体。