JP2020095666A - 自律掃除機の走行制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掃除残しを回避することができる自律掃除機の走行制御方法を提供する。【解決手段】自律掃除機の制御部４０は、走行中の自己位置を推定するとともに、走行領域をグリッドマップとして地図情報を作成する。制御部４０は、掃除経路上のグリッドに仮想で番号を付与し、自己位置と番号に基づいて走行済みのグリッド番号が分かる処理を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、自律掃除機の走行制御方法に関するものである。

自律式の自律掃除機の開発が進んでいる。自律掃除機は自己位置推定の機能を用いて自律走行を行い、最初に生成された掃除経路に沿って掃除を行う。
一方、ロボットの自律走行に関して障害物があった場合の経路生成において、従来法として二次元の領域を正方形のグリッドに分け、そのグリッドのスタート位置からの距離に応じて各グリッドに重み付けを行うDistance Transform法がある（例えば、非特許文献１）。この方法を用いることにより経路上に障害物があったとしても障害物を回避しつつ予め設定した経路に沿った自律走行を可能としている。

ここで、従来法であるDistance Transform法の考え方を用いて経路生成を行う一例を示す。図２０（ａ）に示すように、ロボットに対してスタートからゴールまでの走行経路を設定する場合において、経路生成ではスタート位置のグリッドに重み０を付与し、スタートグリッドからの距離に基づいて各グリッドに重み付けを行う。ロボットは経路生成において重みとして距離に基づいて経路上のグリッドなら＋１、それ以外のグリッドなら＋５として付与する。

一方、図２０（ｂ）に示すように、設定した経路上（スタートからゴールの直線上）に予め認識されている障害物がある場合には、ロボットは経路上の障害物を回避してゴールに向かう経路を生成する。その際、障害物の手前４までは、重みとして＋１が付与され、障害物を進行方向左側（図２０（ｂ）の上側）に回避する場合は９から３９までは、設定した経路上ではないので重みとして＋５が付与された経路が生成される。同様に障害物を進行方向の右側（図２０（ｂ）の下側）に回避する９から４９までが生成される。そして、障害物を回避して設定した経路上では、左右の回避経路のうち小さい方の重みが用いられる。図２０（ｂ）では進行方向左側の回避経路の方が重みが小さいため、３９の後（経路上となるため＋１され）は４０が付与される。その後は、経路上であるためゴールまで＋１の重み付けを行いゴールに重み４８が付与される。

そして、ゴールまで重みが付与されると、図２０（ｂ）において破線で示すようにゴールからスタートまで重みの値が減少するように遡り、スタートまでの経路を生成する。このようにロボットに対して設定した経路から重み付けという手法で障害物を考慮して実際に走行する経路を探索・生成する。

高承明，大矢晃久，油田信一："指定経路を追従する移動ロボットのための障害物回避走行アルゴリズム"，第１０回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会，３０４−３，ｐｐ．２１４１−２１４４（２００９．１２）

しかし、現状用いているDistance Transform法ではスタートからゴールまで予め設定した経路を移動することを目的とするものであり、掃除する経路を設定した掃除ロボットに単純に適用することはできない。特に、掃除ロボットは掃除する床面に対して取りこぼし（掃除し忘れ）をすることなく掃除することが重要であり、スタートからゴールに移動した結果だけでなく、経路上における掃除の状況を把握する必要がある。

また、現状用いているDistance Transform法では、経路設定時に認識されていない障害物（経路設定後に置かれた障害物など）があった場合に以下のような課題が生じる。
図２１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、課題を分かり易くするためにスタートからゴールまでの経路をＩからＩＩまでの直線で走行経路を設定しており、その経路上に経路設定時には認識されていない障害物がある場合を想定している。経路が設定されるとDistance Transform法により経路に重み付けが行われ、ゴールに向かう経路が生成され、走行を開始する。掃除ロボットには障害物を検出するためのレーザ式の障害物センサが備えられており、走行時にはその障害物センサで障害物及びその形状を認識する。ここで、図２１（ｂ）では障害物の形状を示しているが、実際には図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように障害物を障害物センサで段階的に形状を検出することによって形状が認識される。

したがって、図２１（ａ）に示すように、ロボット位置Ａで障害物センサが障害物を認識した際には、ロボットは障害物センサによって得られる障害物の正面部分（正面部分を含む図中黒塗りのグリッド）のみを認識する。なお、ロボットは障害物が認識された時点で障害物を回避する経路を生成するため、Distance Transform法による経路生成を再度行う。この時、障害物の手前では障害物の奥（図中、右側）形状は認識されない。このため、ロボットは障害物の正面部分を含むグリッドの形状であると認識して、経路上である直ぐ奥のグリッド点Ｐ１を次の目的地（最短で経路上に戻るルート生成するための地点）として経路Ｒ１を生成する。そして、ロボットはゴールに向けて走行する。しかし、図２１（ｂ）に示すように、ロボット位置Ｂで示す障害物の正面角部まで走行した時に障害物の奥の面（右側側面壁）が新たに障害物センサによって検出される。この検出により回避ルート（経路Ｒ１）では障害物があり走行できないことを認識するため、Distance Transform法による経路生成をこの時点で再度行う。ここで、上述のように障害物センサが障害物を認識した際には、ロボットは障害物センサによって得られる障害物は右側側面部分（側面部を含む図中黒塗りのグリッド）のみを追加で認識するため、障害物の側面に沿って走行（回避）する経路Ｒ２に重み付けが付与される。一方、グリッド点Ｐ１までの経路としては障害物を逆の経路にも回避する経路Ｒ３にも重み付けが付与される。ロボットは重み付けの結果に基づいて、経路Ｒ３より小さい経路Ｒ２の経路を生成する。これにより、ロボットはこれまで来た経路を再度戻るように走行し、図２１（ｃ）に示すように反対側の角部まで走行すると位置Ｃで奥の面（右側側面）が新たに検出されるため、再度経路生成を行うことになる。したがって、ロボットが障害物の正面に対して右往左往する現象が起こってしまう。

一方、図２１（ａ）〜図２１（ｃ）で説明したような右往左往する問題に対し、図２１（ｄ）に示すように、ロボットを一回進んだ方向へは戻らないように進ませるようにすることが考えられる。

その場合、障害物の検出開始時のその後の経路をすべてゴール（図２１（ｄ）のＧ）とする。つまり、障害物を一方向へ回避して、経路上に戻ったら経路上を走行するとする。しかしながら、図２１（ｄ）のような形（コ字状）の障害物だと、図２１（ｄ）の経路Ｒ５を進み、真ん中に掃除すべき経路があるのにもかかわらず通過してしまう。このような経路生成を、自律掃除機に適用すると掃除しなくなる場所が発生する可能性がある。

本発明の目的は、掃除残しを回避することができる自律掃除機の走行制御方法を提供することにある。

上記課題を解決する自律掃除機の走行制御方法によれば、走行中の自己位置を推定する自己位置推定手段と、走行領域をグリッドマップとして地図情報を作成するマッピング手段と、を備え、グリッドマップ上に設定された掃除経路を追従して走行する自律掃除機の走行制御方法であって、掃除経路上のグリッドに仮想で番号を付与し、自己位置と前記番号に基づいて走行済みのグリッド番号が分かる処理を行うようにしたことを要旨とする。

この構成によれば、自律掃除機がグリッドマップ上に設定された掃除経路を追従して走行する際に、掃除経路上のグリッドに仮想で番号が付与され、自己位置と番号に基づいて走行済みのグリッド番号が分かる処理が行われる。よって、走行済みのグリッド番号が分かるので、掃除残しを回避することができる。

また、番号付けを行うとともに走行済みの番号が分かる処理を行うことにより、掃除の残量が分かる。例えば、走行経路上のグリッドの総数に対する走行済みのグリッドの総数の比により掃除の残量が分かる。他にも、番号付けを行うとともに走行済みの番号が分かる処理を行うことにより、掃除走行の途中で停止した場合においても、走行済みの番号が分かっているので、未掃除グリッドから掃除のための走行を再開することができる。また、番号付けを行うとともに走行済みの番号が分かる処理を行うことにより、掃除走行の途中で自律掃除機が移動させられた場合においても、走行済みの番号が分かっているので、未掃除グリッドから掃除のための走行を再開することができる。

また、上記自律掃除機の走行制御方法において、センサで障害物を検出すると、障害物の外周を一周して前記番号を記憶するとよい。これにより、経路設定時には形状が認識されていない障害物の形状を正確に認識できる。そして、障害物の外周に存在する経路の番号を認識することで、障害物があっても走行可能な番号（障害物によって走行できない経路）を確実に認識することができる。

また、上記自律掃除機の走行制御方法において、前記番号を記憶した後に、記憶した番号を小さい番号順にソートし、前記掃除経路上の障害物直前の番号と前記ソートした番号を比較し、ソートした番号のうちで、前記障害物直前の番号よりも大きくかつ近い番号へ走行するとよい。これにより、障害物で次の番号へ走行できない場合でも、確実に掃除経路上で掃除が行われていない番号のうちの一番小さな番号へ、障害物を回避しつつ走行することができる。したがって、障害物が検出されたとしても容易に掃除残しを回避することができる。

また、上記自律掃除機の走行制御方法において、前記番号を記憶した後、前記センサにて新たな障害物を検出すると、その検出した新たな障害物を周回し、周回して得られた新たな番号を先に記憶した番号に追加して記憶するとよい。これによれば、新たな障害物が置かれたことにより、走行中に新たな障害物を検知しても、その障害物を必要最低限の周回で回避して掃除経路に復帰できる。

本発明によれば、掃除残しを回避することができる。

自律掃除機の底面を示す図。 自律掃除機の構成を示すブロック図。 自律掃除機が備える制御部の処理内容を説明するためのフローチャート。 （ａ）は掃除経路を示す平面図、（ｂ）はグリッドマップを示す図。 障害物が置かれたグリッドマップを示す図。 （ａ）は障害物を検出するまでの走行を説明する説明図、（ｂ）は障害物の壁沿い走行を説明する説明図。 （ａ）は自律掃除機が障害物の壁沿い走行を行ったときのグリッドマップ上の軌跡を示す図、（ｂ）はソートの説明図、（ｃ）は障害物を検出するまでの走行を説明する説明図。 （ａ）はソート後に記憶された番号を説明する説明図、（ｂ），（ｃ）は障害物を検出した後の自律掃除機の走行を説明する説明図。 （ａ）は番号の消去を説明する説明図、（ｂ），（ｃ）は障害物を検出した後の自律掃除機の走行を説明する説明図。 （ａ）は掃除経路を示す平面図、（ｂ）はグリッドマップを示す図。 （ａ）は障害物を検出するまでの走行を説明する説明図、（ｂ）は自律掃除機が障害物の壁沿い走行を行ったときのグリッドマップ上の軌跡を示す図。 （ａ）はソートの説明図、（ｂ）は番号の消去を説明する説明図。 （ａ），（ｂ）は障害物を検出した後の自律掃除機の走行を説明する説明図。 （ａ）は番号の消去を説明する説明図、（ｂ）は障害物を検出した後の自律掃除機の走行を説明する説明図。 障害物が置かれたグリッドマップを示す図。 ソートの説明図。 図１５のグリッドマップ上に新たな障害物が置かれた状態を示す図。 新たに取得した番号を示す図。 新たに取得した番号を加えたソートの説明図。 （ａ），（ｂ）は走行経路を説明するための平面図。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は走行経路を説明するための平面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、自律掃除機（自走式掃除機）１０は、本体２０と、本体２０の底面２１に開口する吸引口２２と、本体２０に設けられた４つの全方向移動車輪（以下、車輪と称する）３０，３１，３２，３３と、を備える。自律掃除機１０は、車輪３０，３１，３２，３３によって床を走行することで、床を移動しながら吸引口２２によって床上の異物（ゴミ）を吸引する掃除機である。

吸引口２２は一方向に拡がる形状であり、本実施形態では矩形状である。吸引口２２の一方向は長手方向であり、吸引口２２の短手方向は一方向に直交する方向である。吸引口２２の長手方向の寸法Ｌ１は、短手方向の寸法Ｌ２よりも長い。吸引口２２としては、楕円状や、角丸長方形状など、方向に応じて長短が存在する形状であれどのような形状でもよい。

本実施形態の車輪３０〜３３は全方向移動車輪である。全方向移動車輪は、ホイールの外周に複数のフリーローラを備え、ホイールの回転軸線に対して、フリーローラの回転軸線が９０°となるものである。車輪３０〜３３の複数のフリーローラのうちいずれかのフリーローラは、常時床に接する。車輪３０〜３３が回転軸を中心として回転すると、フリーローラが順次、路面に接していくことで自律掃除機１０は走行する。また、車輪３０〜３３が回転軸線方向に移動する際には、路面に接しているフリーローラが回転することで回転軸線方向への移動を許容する。

なお、図示は省略するが、本体２０の底面２１には、床を掃くことで掃除を行うブラシなども設けられる。
図２に示すように、自律掃除機１０は、各車輪３０〜３３を回転させる４つのモータＭ０〜Ｍ３と、掃除に関する部材を動作させる清掃部５３と、自律掃除機１０の制御を行う制御部４０と、周辺環境を認識するためのセンサ５１を備える。

モータＭ０の駆動により車輪３０は回転し、モータＭ１の駆動により車輪３１は回転し、モータＭ２の駆動により車輪３２は回転し、モータＭ３の駆動により車輪３３は回転する。これにより、各車輪３０〜３３の回転方向及び回転数（回転速度）は独立して制御可能である。

清掃部５３は、吸引口２２を負圧とすることで吸引力を生じさせる送風機や、ブラシを駆動させるためのブラシ駆動用モータなどを含む。
制御部４０は、ＣＰＵ（処理部）４１、及び、メモリ（記憶部）４２、を備える。メモリ４２には、自律掃除機１０の駆動に関するプログラムなどが記憶されている。

制御部４０は、清掃部５３の制御、即ち、自律掃除機１０による掃除を行うか否かの制御を行う。また、制御部４０は、各モータＭ０〜Ｍ３の回転数及び回転方向をモータドライバを介して制御することで各車輪３０〜３３の回転数及び回転方向を制御する。これにより、自律掃除機１０は、本体２０の向きを維持したまま直進、斜行、横行することが可能である。

図１に示すように、センサ５１は、本体２０に取り付けられている。本実施形態のセンサ５１は、レーザレンジファインダである。センサ５１は、照射角度を変更しながらレーザを照射することで、レーザの照射方向に位置する物体までの距離を測定する。センサ５１は、レーザの照射角度と、当該照射角度に位置する物体までの距離とを両者を対応付けて制御部４０に出力する。これにより、制御部４０は、検知範囲に存在する障害物や、壁などを認識可能である。本実施形態のセンサ５１の検知範囲、即ち、レーザの照射可能範囲は、２７０°である。本体２０の前方に延びる仮想的な基準軸Ｄを０°として左右方向に１３５°ずつの拡がりを有する検知範囲となるようにセンサ５１は取り付けられている。センサ５１は、検知範囲内の環境である障害物や壁の有無を認識するためのものである。

自律掃除機１０は、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術を用いており、制御部４０は、マッピング機能と自己位置推定機能を有している。
制御部４０は、地図情報を作成するマッピング機能を備える。制御部４０は、予め有している初期地図やセンサ５１によって得られた情報から自律掃除機１０が使用される環境の地図情報を作成する。地図情報は、例えば、センサ５１によって得られた情報のうち特徴点となり得る部分（例えば、部屋の角など）を利用して作成される。この地図情報は、メモリ４２に記憶される。

なお、作成された地図情報は、経路生成を行うために二次元の領域を正方形のグリッドに分けて認識される。
制御部４０は、自己位置推定機能を備える。自己位置推定としては、例えば、確率的自己位置推定法が用いられる。制御部４０は、センサ５１や撮像装置５２によって得られた情報に加えて、各車輪３０，３１，３２，３３（モータＭ０〜Ｍ３）の回転数及び回転方向から、上記した地図上における自律掃除機１０の位置（座標）を推定する。

このように、自律掃除機１０は、制御部４０を備え、制御部４０は、走行中の自己位置を推定する自己位置推定手段と、走行領域をグリッドマップとして地図情報を作成するマッピング手段とを構成している。

また、自律掃除機１０には、自律掃除機１０の設定等を行うための端末が設けられており、端末には地図情報が表示される。地図情報には認識されている障害物の情報も表示される。作業者は表示された地図情報に基づき掃除を行う経路を設定する。なお、経路の設定については掃除する領域を作業者が設定し、最適な経路は端末又は制御部４０にて設定するようにしてもよい。

次に、図３にしたがって制御部４０の処理内容を説明する。
図４（ａ）は、この実施形態において掃除を行う部屋の情報をもとに予め作成した掃除の経路を示している。掃除の経路は、自律掃除機１０に走行させる経路でもある。そして、制御部４０は、作成した経路を遵守することを前提として自律掃除機１０を走行させる。

最初に制御部４０は、ステップＳ１００において、作成した経路の周囲を所定の大きさのグリッドで区切ったグリッドマップ上に番号を付す。このとき、制御部４０は、経路のスタート地点に初期値を付すとともに、以降、経路に沿って順に所定値を加算した値を付し、ゴール地点に終期値を付す。この実施形態において初期値は［１］であり、以降、経路に沿ってグリッド毎に所定値である１を加算した値を付す。このようにして、図４（ｂ）に示すように経路上のグリッドに対して番号がつけられる。この実施形態では、スタートの番号が１番であり、ゴールの番号が１３９番である。以下、グリッドの番号ｎ（ｎは整数）は、「ｎ番」と表記する。ステップＳ１００で付されたグリッドの番号は、メモリ４２に記憶される。なお、ステップＳ１００の番号付けは、経路に障害物が置かれていないものとして行われる。

ステップＳ１００で番号付けを行った制御部４０は、経路に沿って番号順に走行させるように自律掃除機１０の走行を制御する。また、自律掃除機１０の走行を開始させた制御部４０は、センサ５１の検出結果をもとに経路上に障害物があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、制御部４０は、ステップＳ１０１において障害物が無いことを判定している場合、自律掃除機１０の走行モードを通常走行モードとして走行させる（ステップＳ１０２）。この実施形態の通常走行モードでは、経路上のグリッドの番号の順に自律掃除機１０が掃除を行いながら走行する。

そして、制御部４０は、ステップＳ１０３において図６（ａ）のように通った番号を消去する。ステップＳ１０３における番号の消去は、メモリ４２の記憶から番号自体を削除するのではなく、自律掃除機１０が通ったことを制御部４０が識別できる状態にしておくことであり、例えばマーキングすることである。ステップＳ１０３の処理を行うことにより、制御部４０は、自己位置と番号に基づいて走行済みのグリッド番号が分かる処理を行ったことになる。

一方、制御部４０は、ステップＳ１０１において走行中の経路に障害物があることを判定している場合、ステップＳ１０４に移行して自律掃除機１０の走行モードを通常走行モードから障害物回避モードに変更する。なお、障害物は経路設定時には認識されていないものであり、この実施形態では経路設定後に置かれたものである。経路上に障害物がある状態では、例えば図５に示すように障害物によって経路が塞がれている。図５の例示の場合、制御部４０は、図６（ａ）に示すようにグリッドの番号［２５］の付近で経路上に障害物があることをセンサ５１の検出結果から認識することになる。

次に、障害物回避モードについて説明する。
障害物回避モードは、障害物を検出した地点の次に走行を予定していたグリッドの番号へ走行できないことにより、障害物を回避して走行させる走行モードである。このため、制御部４０は、ステップＳ１０４にて障害物回避モードを設定すると、自律掃除機１０に障害物の壁沿い走行を開始させ、障害物との衝突を回避させる。このとき、制御部４０は、センサ５１の検出結果から障害物の壁が検出されているとの情報を得るので、得られた情報をもとに障害物の壁沿いを周回するように自律掃除機１０の走行を制御できる。なお、この実施形態において図３のステップＳ１０４は、１番を付したスタート地点から自律掃除機１０の走行を開始させ、走行開始後に初めて障害物を検出した場合に移行する処理である。

そして、制御部４０は、ステップＳ１０５において自律掃除機１０を障害物回避モードで走行させるとともにその走行中に通ったグリッドの番号を取得してメモリ４２に記憶する。ステップＳ１０５においてメモリ４２に記憶する番号は、障害物回避モードへ移行した時点で未だ通っていない番号であり、障害物回避モードへ移行する前に通常走行モードにて既に通った番号は記憶しない。つまり、障害物回避モードにおいて記憶する番号は図３のステップＳ１０３で消去されていない番号である。一方、障害物回避モードにおいて記憶しない番号は図３のステップＳ１０３で消去した番号である。

また、制御部４０は、障害物回避モードへ移行してステップＳ１０５の処理を行うと、次にステップＳ１０６にて障害物回避モードへ移行した時点である障害物の周回始めの番号へ戻ったかを判定する。ステップＳ１０６にて制御部４０は、周回始めの番号へ戻っていないと判定したときにはステップＳ１０５の処理を繰り返し行う。一方、ステップＳ１０６にて制御部４０は、周回始めの番号に戻ったと判定したときにはステップＳ１０７へ移行する。図５に例示した障害物が部屋に置かれている場合のステップＳ１０６では、図６（ｂ）に示すように障害物の外周を一周したか判定していることになる。

次に、制御部４０はステップＳ１０７において、障害物を周回した際に記憶した番号を小さい順にソートを行う。そして、制御部４０は、ステップＳ１０８において、周回始めの番号の地点からソートした番号の中で一番小さい番号の地点へ移動させるように自律掃除機１０を走行させる。このとき、制御部４０は、ステップＳ１０５の処理と同様、自律掃除機１０に障害物の壁沿い走行を行わせる。そして、制御部４０は、自律掃除機１０が一番小さい番号の地点に到達するとステップＳ１０９でその番号を消去した後に、ステップＳ１１０に移行する。

次に、制御部４０はステップＳ１１０において現時点で到達している地点の番号の次の番号に走行可能であるかを判定する。ステップＳ１１０の処理において制御部４０は、次の番号へ至る経路上に障害物が無い場合は走行可能であると判定し、ステップＳ１１１へ移行する。ステップＳ１１１において制御部４０は、自律掃除機１０の走行モードを通常走行モードとし、通常走行モードにて自律掃除機１０を次の番号に向けて走行させる。そして、制御部４０は、ステップＳ１１２で到達した地点の番号を消去した後に、ステップＳ１１０に戻る。ステップＳ１１０へ戻ると制御部４０は、再び、現時点で到達している地点の番号の次の番号に走行可能であるかを判定し、走行可能である場合は通常走行モードにて自律掃除機１０を次の番号に向けて走行させる。つまり、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１１０にて次の番号に走行可能であることを判定する毎に、ステップＳ１１１，Ｓ１１２の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１１０において制御部４０は、次の番号へ至る経路上に障害物がある場合は走行不能であると判定し、ステップＳ１１３へ移行する。ステップＳ１１３においてＣＰＵ４１は、自律掃除機１０の走行モードとして障害物モードを設定し、ステップＳ１１４に移行する。障害物モードは、ステップＳ１０４で設定した障害物回避モード中、ステップＳ１０５で記憶した番号の中で一番大きい番号の地点に到達するまでの間に再び障害物を検知したときに設定する走行モードである。そして、制御部４０は、障害物モードを設定すると、現時点で到達している地点から障害物を回避させながら自律掃除機１０を走行させ、次に到達させる地点の番号をステップＳ１１４で決定する。このとき、制御部４０は、ステップＳ１０５で記憶するとともにステップＳ１０７で小さい順にソートした番号のうち、未だ通っていない番号で、かつ一番小さい番号を次に到達させる地点の番号として決定する。この場合の一番小さい番号は、ステップＳ１０５で記憶した番号の中に障害物モードを設定した時点で到達している地点の番号が存在していることから、ソートした順において現時点で到達している地点の番号の次の番号となる。つまり、次の番号は、掃除経路上の障害物直前の番号とソートした番号を比較したときにソートした番号のうち、障害物直前の番号よりも大きくかつ近い番号である。

そして、制御部４０はステップＳ１１４で決定した次に到達させる地点の番号へ移動させるように自律掃除機１０を走行させる。このとき、制御部４０は、ステップＳ１０５の処理と同様、自律掃除機１０に障害物の壁沿い走行を行わせ、障害物を回避する。この実施形態において障害物モードでは、清掃を行わない。そして、制御部４０は、ステップＳ１１５で到達した地点の番号を消去した後に、ステップＳ１１６に移行する。

この実施形態では、ステップＳ１０５にて障害物を周回しているときにグリッドの番号を取得して記憶している。このため、ステップＳ１１０で再び障害物を検知しても記憶している番号を参照することにより、障害物を検知した地点が以前検知した障害物、つまりステップＳ１０１で検知した障害物付近の地点であることを認識し得る。これにより、自律掃除機１０は、ステップＳ１１０で再び障害物が検知されたとしても改めて障害物を一周するなどの回避走行を行う必要がなくなる。

次に、制御部４０はステップＳ１１６において、ステップＳ１１４で消去した番号がステップＳ１０５で記憶した番号の中で最後の番号、つまり一番大きな番号であるかを判定する。そして、制御部４０は、最後の番号でないときにはステップＳ１１０に戻り、ステップＳ１１０からの処理を行う。一方、ＣＰＵ４１は、最後の番号であるときにはステップＳ１０２に移行してステップＳ１０２からの処理を行う。つまり、ステップＳ１１６からステップＳ１０２へ移行した場合は、障害物付近の走行を終了したことになり、以降は通常走行モードで自律掃除機１０を走行させる。

なお、制御部４０は、自律掃除機１０がゴール地点の番号に到達すると、図３に示す制御内容を終了するとともに自律掃除機１０による掃除を終了させる。掃除終了後、制御部４０は、例えば部屋に設定されているホームポジションに自律掃除機１０を移動させてもよい。ホームポジションには、例えば充電器が配設されている。また、ステップＳ１０５で取得されてメモリ４２に記憶されている番号は、ステップＳ１１６にて最後の番号であると判定された場合、又はゴール地点の番号に到達した場合の何れかが満たされたときにメモリ４２の記憶から削除される。

次に、自律掃除機１０の走行制御についてその作用とともに、図４（ａ），（ｂ）から図９（ａ），（ｂ），（ｃ）にて具体的に説明する。
部屋の掃除をする目的として、作業者によって端末から図４（ａ）に示す部屋全体をくまなく掃除する経路が設定され、掃除開始の処理が実行されたとする。なお、掃除経路について、図５に示すように経路設定時には認識されていない障害物が部屋内に置かれたものとする。

制御部４０は図４（ｂ）のように、グリッドマップにおける設定された掃除経路に沿って番号を付ける（図３のステップＳ１００）。この実施形態では、スタートが１番、ゴールが１３９番である。つまり、図４（ａ）の掃除経路上のグリッドに図４（ｂ）に示すような、スタートが１番で、ゴールが１３９番となる仮想の番号を付与する。番号付けは、図４（ｂ）において、部屋の左下隅が１番で、右に進むにつれて２，・・・，１８番となり、右端のグリッドで１９番、その上のグリッドが２０番、その上のグリッドが２１番であり、左に進むにつれて２２，・・・，３９番となり、左端のグリッドの上が４０番、その上のグリッドが４１番であり、以下同様に番号を付ける。初めが１番、終わりが１３９番となる。なお、グリッドの大きさは部屋の大きさ、即ち、掃除領域の大きさにより決められる。

なお、図中において、経路上の番号が分かるように、経路上の番号と自律掃除機１０の位置をずらして表記している。実際は、自律掃除機１０は番号を付した地点の上を走行している。そして、端末より掃除指示の信号を受けると、自律掃除機１０は掃除を開始する。

走行中（掃除中）は、図６（ａ）のように自律掃除機１０が通った番号を消去する（マーキングする）。このように、自己位置と掃除経路上に付与された番号に基づいて掃除済みのグリッド番号が分かる処理を行う。図６（ａ）では消去された番号を斜線で表している。

ここで、走行済みのグリッド番号が分かる処理は、一度通過している（掃除している）ことが、制御をする上で制御部４０が分かれば（認識できれば）良く、通った番号を消す処理だけに限られない。なお、掃除済みの経路を再度自律掃除機１０が通る場合には、清掃部５３は掃除を停止させて走行する。

図６（ａ）のように予め検出されていない障害物を検出したら（ステップＳ１０１）、障害物の直前のグリッドまで走行した後に障害物回避モードをスタートし（ステップＳ１０４）、図６（ｂ）に示すように、障害物の壁に沿って障害物周りを一周する。一周は時計回りでも反時計回りでもよいが、図６（ｂ）では時計回りに走行する場合を示す。このとき、図７（ａ）にドットで塗り潰した部分を周回時に自律掃除機１０が通った経路とすると、その周回時に通った番号が図７（ｂ）のようにメモリ４２に記憶される。メモリ４２には、通った番号が周回時に取得される毎に順次、記憶される。そして、制御部４０は、障害物回避モードを開始したグリッドの番号まで走行した時点で障害物を一周したと認識する（ステップＳ１０６）。図６（ａ）の例示では、２５番に到達した時点で障害物回避モードを開始しているので、障害物の壁沿い走行を行って２５番に戻ると障害物を一周したと認識する。なお、図７（ｂ）において、記憶された番号のうち既に通常走行モードで走行している５番〜１５番については、ステップＳ１０３で消去されているため記憶を省略する。障害物回避モードで記憶した番号は、障害物の周りを一周し終えた時点で、図７（ｂ）に示すように、小さい順にソートされる。

そして、図７（ｃ）に例示するように、自律掃除機１０は、今いる番号である２５番の次の番号である２６番が障害物内に存在して通れないとき、ソートした番号（図８（ａ））の中の一番小さい番号の３５番に障害物を避けて時計周りに走行する（ステップＳ１０８、図８（ｂ））。次に、自律掃除機１０の制御部４０は、グリッドの３５番に到達すると、次の番号へ走行可能かどうか判断する。走行可能と判断すると、図８（ｃ）に示すように、グリッドの番号に沿って通常走行モードにて掃除をしながら走行を行う。走行後は通った番号を消去する。その後、自律掃除機１０の制御部４０は再び４５番において、障害物のため次の番号である４６番に走行できないことを認識する（ステップＳ１１０）。このため、制御部４０は、障害物モードを設定し、図９（ａ）に示すようにソートされている番号の中から、未だ消去されていない番号であって、既に通ったことで消去した４５番の次に小さい番号である５５番を次に到達させる番号として選択する。これにより、自律掃除機１０は、図９（ｂ）に示すように、５５番へ向けて障害物を避けながら反時計周りに走行を行う。そして、自律掃除機１０は、５５番に到達すると、４５番の到達した時と同様に、次の番号へ走行可能か判断し、走行可能と判断すると走行を開始する。

以後同様に清掃をしながら走行して６５番に到着すると、７５番へ障害物を避けて走行する。
このように８５番から９５番、１０５番から１１５番も同様に繰り返す。ここで、２５番から３５番、４５番から５５番、６５番から７５番、８５番から９５番、１０５番から１１５番への走行については、障害物を一周した際に記憶した番号を参照することで、最短ルートを選択して到達する。例えば、２５番から３５番へは障害物に沿って時計回りで走行し、図９（ｃ）に示すように、４５番から５５番へは反時計周り、…１０５番から１１５番へは反時計周りとなる。

そして、１１５番以降は障害物によって通ることが出来ない番号は無いため、番号に沿って走行を継続する。このとき、グリッド上の番号は経路に沿って消去していくが、ソートした番号の１２５番〜１３５番も通るためソートされた番号も消去しながら走行する。

そして、１３５番に到達した時点で、ソートした番号の全てを通過したことになり、障害物の周りの走行が終了する。そして、１３９番に到達した時点で掃除を終了する。
なお、自律掃除機１０が掃除しながら走行している途中で故障等により停止した場合において、例えば、２３番で故障して停止した場合には、修理等を行い２３番ではない場所に移動した場合であっても、自律掃除機１０は掃除を終了した番号は消去されている。このため、自律掃除機１０は、消去されていない番号のうち最小の番号である２３番が選択され、２３番まで移動した後に、掃除を開始する。

次に、図１０（ａ），（ｂ）、図１１（ａ），（ｂ）、図１２（ａ），（ｂ）、図１３（ａ），（ｂ）、図１４（ａ），（ｂ）を用いて、特殊な障害物の場合について説明する。この場合も、掃除経路の設定後に障害物が置かれた場合を想定している。図１０（ａ）に示すように、障害物は、平面視でコ字状をなしており、このような形状の障害物であっても図１１（ｂ）に示すように障害物の形状の探索により掃除の取りこぼしが防止される。

まず、図１０（ａ）に示すように、最初に掃除する部屋の情報から、掃除経路を作成する。図１０（ａ）では横方向のみの往復を示している。
そして、図１０（ｂ）に示すように、掃除経路があるグリッドに初めから番号をつけていく。初めが１番、終わりが１３９番となる。

番号付けが終わったら、図１１（ａ）に示すように、番号どおりに掃除を進める。さらに、通った番号は消去して通ったことが分かるようにする。図１１（ａ）では通った番号に斜線を引く。そして、障害物を認識し、障害物によって走行できないグリッドが存在していることが認識されると障害物の手前のグリッドまで走行（２５番まで走行）し、障害物回避モードに入り、そのグリッドから障害物を一周する。そして、障害物の一周を開始した２５番に到着したら周回終了とする。

図１１（ｂ）及び図１２（ａ）に示すように、一周するときに、通った番号を記憶する。また、図１２（ａ）に示すように、通った番号を小さい順に並べる。
そして、図１３（ａ）に例示するように、自律掃除機１０は、障害物回避モードを開始することになった今いる番号である２５番の次の番号である２６番が障害物内に存在して通れないとき、ソートした番号（図１２（ｂ））の中の一番小さい番号の３５番に障害物を避けて時計周りに走行する。また、自律掃除機１０は、３５番に到達すると、次の番号へ走行可能かどうか判断する。走行可能と判断すると、グリッドの番号に沿って通常走行モードにて清掃をしながら走行を行う。そして、３５番を通過したら図１２（ｂ）に示すように３５番を消去する。

図１３（ａ）に示すように、３５番まできたら、次の３６番が行けるかどうか判断する。さらに、３６番は障害物の中にはなく走行可能であるため走行して掃除を行う。通過したグリッドの番号は消去する。

以後同様に走行して、図１３（ｂ）に示すように、６５番まで走行した時点で、次の番号である６６番に走行できないと判断する。このため、制御部４０は、障害物モードを設定し、図１４（ａ）に示すようにソートされている番号の中から、未だ消去されていない番号であって、既に通ったことで消去した６５番の次に小さい番号である６８番を次に到達させる番号として選択する。そして、図１４（ｂ）に示すように、６８番へ障害物を避けながら走行を行う。このとき、障害物を一周したデータを元に最短距離となる反時計回りに走行し、６８番へ到達する。６８番に到達すると、次の番号へ走行可能かどうか判断し、走行可能であるため、掃除をしながら走行する。そして、７２番まで走行した時点で、次の番号である７３番に走行できないと判断する。このため、制御部４０は、障害物モードを設定し、ソートされている番号の中から、未だ消去されていない番号であって、既に通ったことで消去した７２番の次に小さい番号である７５番を次に到達させる番号として選択する。そして、７５番へ障害物を避け反時計周りに走行を行う。

このように８５番から８８番、９２番から９５番、１０５番から１０８番、１１２番から１１５番も同様繰り返す。
よって、図１４（ｂ）に示すように、平面視コ字状の障害物であっても障害物を一周し記憶した情報を元に掃除しながら走行するため、掃除の取りこぼしが起こる可能性がある凹状の形状部分もしっかり掃除することができる。

従来法では図２０（ａ），（ｂ）に示すように障害物があったときにのみ、重みつけして、数字をつける。これに対し本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、最初から番号をつけている。また、従来法では図２１（ｃ）に示すように障害物の形状によっては右往左往する。さらに、図２１（ｄ）の場合には、障害物の形状を記憶できないので、せっかく一回認識した形状を利用できないが、本実施形態では、回避中に経路を見つけたら復帰することにより、従来、自律掃除機が掃除できない箇所も図１４（ｂ）のように掃除できる。このように、右往左往することがなく、所望の掃除経路どおりに掃除し、とりこぼしも起こらない。また、本ロジックは障害物の形によらずに掃除ができる。

次に、図１５〜図１９を用いて、一旦、障害物を検出した後、その走行中に新たな障害物を検出した場合の走行制御について説明する。
図１５は、部屋に置かれた最初の障害物を例示している。このときの制御部４０による走行制御は、先に説明したように図３に示す制御内容にしたがって行われる。つまり、制御部４０は、図１５に例示した障害物の場合、グリッドに付された２５番の地点で障害物を検出すると（ステップＳ１０１）、障害物回避モードへ移行する（ステップＳ１０４）。そして、制御部４０は、ステップＳ１０５にて自律掃除機１０に障害物の壁沿い走行を開始させ、通ったグリッドの番号を取得してメモリ４２に記憶する。

図１６は、図１５に例示した障害物を周回することで制御部４０が取得する番号を示す。この例示の場合、制御部４０は、図１６に示すように、３５番、４５番、５５番、６５番〜７５番の番号を取得する。そして、制御部４０は、図１６に示すようにステップＳ１０５で取得した番号を、ステップＳ１０７にて小さい順にソートを行う。これにより、制御部４０は、部屋に置かれた障害物の形状を把握できる。その後、制御部４０は、図３で説明したように、最初に設定された掃除経路と取得したソート済みの番号をもとに、走行モードとして障害物モードと通常走行モードを適宜設定しながら、自律掃除機１０に障害物を回避させつつ部屋の掃除を行わせるように走行させる。

ここで、図１７に例示するように、部屋に新たな障害物が置かれた場合を説明する。このように障害物が新たに置かれると、自律掃除機１０が掃除すべき領域に対する障害物の形状が変化する。この場合、障害物の形状は、最初に障害物を発見したときに比して大きくなっている。

制御部４０は、図１７の例示の場合、グリッドに付された６５番の地点で障害物が検出されると、次の番号である６６番を通れないことを認識する。このとき、制御部４０は、メモリ４２に記憶している番号を参照し、６６番は既に取得済みの番号であるから別の障害物によって経路が遮断されたことを認識する。このため、制御部４０は、新たに検出した障害物の壁沿い走行を開始させる。このとき、制御部４０は、新たに検出した障害物の壁沿い走行時に、図３のステップＳ１０５と同様にグリッドの番号を取得し、メモリ４２に記憶する。

図１８は、新たに検出した障害物の壁沿い走行時に記憶する番号を示している。つまり、制御部４０は、図１７の例示において、新たな障害物を検出した６５番の地点から反時計周りに障害物を壁沿い走行するように自律掃除機１０を走行させる。これにより、制御部４０は、図１８に示すように９５番、１０５番、１０６番…１１５番、８５番と言ったメモリ４２に記憶済みではない番号を取得する。そして、制御部４０は、７５番の地点に到達すると、７５番はメモリ４２に既に記憶されていることから、その時点で障害物の周回を終了させる。

次に、図１９に示すように制御部４０は、新たな障害物を周回させたときに取得した番号を、先の障害物を検出したときに記憶した番号に追加するとともに追加された番号を含めて小さい順にソートを行う。これにより、メモリ４２に記憶される番号は、図１９に示すように、先の障害物を検出したときに記憶した番号である３５番、４５番…７５番の他に、新たな障害物を検出したときに記憶した番号である８５番、９５番…１１４番、１１５番が加えられることになる。

そして、７５番の地点に到達した制御部４０は、図３のステップＳ１１０からの処理を同様に行う。つまり、制御部４０は、７５番の次の番号である７６番へ走行可能であるかを判定する。走行可能である場合、制御部４０は、ステップＳ１１１からの処理を行う。一方、走行不能である場合、制御部４０は、ステップＳ１１３にて障害物モードとなり、ステップＳ１１３からの処理を行う。

図１７の例示の場合、制御部４０は、７５番に到達後、次の番号である７６番に走行可能であるから、７６番に向けて自律掃除機１０を走行させ、以降、８５番の地点まで自律掃除機１０を走行させる。そして、制御部４０は、８５番の地点で障害物を検出することになり、次の番号である８６番へ走行できないことを認識する。このとき、この実施形態では、図１９に示すように８５番を既に通った番号としてメモリ４２に記憶済みであるから、記憶された番号のうち、８５番の次に小さい番号である９５番に向けて障害物を回避させるように自律掃除機１０を走行させる。その後、図１７の例示では、９５番の地点に到達した以降、次の番号に走行可能であるから、ゴール地点である１３９番の地点まで自律掃除機１０を走行させ、掃除を終了させる。

前述のように、制御部４０は、新たな障害物を検出すると、その検出した障害物を回避させるようにして自律掃除機１０を走行させるとともに、その走行時にグリッドマップ上において通った番号を新たに取得し、その番号を既に取得してメモリ４２に記憶されている番号に追加する。このため、この実施形態では、新たな障害物を検出する毎に当該障害物を回避するため、障害物を例えば１周周回するなどして回避する必要がなく、必要最低限の周回で掃除経路に復帰し得る。例えば、図１７の例示においては、８５番の地点で新たな障害物を検知しても、その８５番はメモリ４２に既に記憶されていることから９５番の地点に向けて走行すればよく、この場合の周回はおおよそ半周となる。

なお、障害物を新たに検出することは、自律掃除機１０による掃除の領域が決まっている前提において、その領域に対する障害物の形状が変わったとも言える。そして、障害物の形状の変化は、障害物が増加すること、障害物が減少すること、又は障害物が移動すること、あるいはこれらの任意に組み合わせによって起こり得る。この実施形態の走行制御を実現すると、自律掃除機１０は、障害物が増加したときには検出した障害物を障害物モードにて周回する経路を取り得るようになる。また、この実施形態の走行制御を実現すると、自律掃除機１０は、障害物が減少したときには当該障害物によって走行不能であった経路を通常走行モードにて走行する経路を取り得るようになる。また、この実施形態の走行制御を実現すると、自律掃除機１０は、障害物の移動先において障害物回避モードでグリッドの番号を取得し、障害物の移動先で障害物を障害物モードにて周回する経路を取り得る。加えて、移動する前に障害物にて走行不能であって経路を通常走行モードにて走行する経路を取り得るようになる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）グリッドマップ上に設定された掃除経路を追従して走行する自律掃除機１０の走行制御方法として、掃除経路上のグリッドに仮想で番号を付与し、自己位置と前記番号に基づいて走行済みのグリッド番号が分かる処理を行うようにした。これにより、自律掃除機１０がグリッドマップ上に設定された掃除経路を追従して走行する際に、掃除経路上のグリッドに仮想で番号が付与され、自己位置と番号に基づいて走行済みのグリッド番号が分かる処理が行われる。よって、走行済みのグリッド番号が分かるので、掃除残しを回避することができる。

また、番号付けとともに走行済みの番号が分かる処理を行うことにより、掃除の残量が分かる。例えば、走行経路上のグリッドの総数に対する走行済みのグリッドの総数の比により掃除の残量が分かる。

他にも、番号付けとともに走行済みの番号が分かる処理を行うことにより、掃除走行の途中で停止した場合においても、走行済みの番号が分かっているので、未掃除グリッドから掃除のための走行を再開することができる。

また、番号付けとともに走行済みの番号が分かる処理を行うことにより、掃除走行の途中で自律掃除機１０が移動させられた場合においても、走行済みの番号が分かっているので、未掃除のグリッドから掃除のための走行を再開することができる。

（２）制御部４０は、センサ５１としてのレーザレンジファインダで経路設定時には存在していなかった障害物を検出すると、自律掃除機１０を障害物の外周を障害物に沿って周回（一周）させる。その際に障害物の外周に存在する経路の番号を記憶する。これにより、経路設定時には形状が認識されていない障害物の形状を正確に認識できる。そして、障害物の外周に存在する経路の番号を認識することで、障害物があっても走行可能な番号（障害物によって走行できない経路）を確実に認識することができる。

（３）さらに、制御部４０は、障害物の外周の番号を記憶した後に、記憶した番号を小さい番号順にソートし記憶する。そして、障害物モードでの走行において、障害物によって次の番号に走行できないと判断した際には、自律掃除機１０が位置している番号（経路上の障害物直前の番号）とソートした番号を比較する。その際にソートした番号のうちで、現在位置している番号よりも大きくかつ最小番号（ソートした番号は自律掃除機１０が通過した時点で消去するため、消去されていない番号のうちで一番小さな番号）へ移動する。これによって、障害物で次の番号へ走行できない場合でも、確実に経路上で清掃がされていない番号のうちの一番小さな番号へ、障害物を回避しつつ走行することができる。したがって、障害物があったとしても容易に掃除残しを回避することができる。

（４）センサ５１としてレーザレンジファインダを用いたので、障害物の形状を認識しやすく、障害物の外周を走行しやすい。
（５）障害物の検出後、新たに障害物を検出した場合、新たな障害物を壁沿い走行させるとともに、その走行時に通ったグリッドマップ上の番号を取得し、既に記憶済みの番号に追加して記憶する。このため、新たな障害物が置かれたことにより、走行中に新たな障害物を検出しても、その障害物を必要最低限の周回で回避して掃除経路に復帰できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ ＳＬＡＭ以外の方法で自己位置を検出（推定）してもよい。例えば、ＧＰＳ等でもよい。

○ センサはレーザレンジファインダに代わりに他の光学センサを用いてもよい。また、非接触で障害物を検知できるものであれば、超音波センサであってもよい。
○障害物モードの走行中、清掃部５３が掃除を行うようにしてもよい。

○障害物回避モード、及び障害物モードにおける自律掃除機１０の走行方向は、時計周り方向、又は反時計周り方向の何れかの方向で固定されていてもよいし、実施形態のように最短距離となる方向に走行するようにしてもよい。

○図１７では、５５番の地点に到達した段階で新たな障害物を検出し、その検出によって新たな障害物を周回させて番号を取得するとともにその取得した番号をメモリ４２に追加してもよい。この場合は、６５番〜７５番は先の障害物を検出うした段階で既に取得済みなので新たに追加しない。

１０…自律掃除機、４０…制御部、５１…センサ。

Claims (4)

1. 走行中の自己位置を推定する自己位置推定手段と、
   走行領域をグリッドマップとして地図情報を作成するマッピング手段と、を備え、
   グリッドマップ上に設定された掃除経路を追従して走行する自律掃除機の走行制御方法であって、
   掃除経路上のグリッドに仮想で番号を付与し、自己位置と前記番号に基づいて走行済みのグリッド番号が分かる処理を行うようにしたことを特徴とする自律掃除機の走行制御方法。
2. センサで障害物を検出すると、障害物の外周を一周して前記番号を記憶する請求項１に記載の自律掃除機の走行制御方法。
3. 前記番号を記憶した後に、記憶した番号を小さい番号順にソートし、
   前記掃除経路上の障害物直前の番号と前記ソートした番号を比較し、ソートした番号のうちで、前記障害物直前の番号よりも大きくかつ近い番号へ走行する請求項２に記載の自律掃除機の走行制御方法。
4. 前記番号を記憶した後、前記センサにて新たな障害物を検出すると、その検出した新たな障害物を周回し、周回して得られた新たな番号を先に記憶した番号に追加して記憶する請求項３に記載の自律掃除機の走行制御方法。