JP2021112408A - 保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自走式移動体を保持装置に向けて移動させるための技術を向上させる。【解決手段】保持装置の一例である充電台６０は、自走式移動体の筐体１を保持するための保持装置であって、自走式移動体のセンサの一例であるＬＩＤＡＲ６から発せられる光を反射する反射面６１を備える。反射面６１は、反射面６１の中央付近の領域においても、反射面６１の中央から離れた領域においても、ＬＩＤＡＲ６から発せられた光をＬＩＤＡＲ６が受光可能な方向に反射するように構成される。【選択図】図９

Description

本開示は、自走式移動体などを保持するための保持装置に関する。

自律走行型掃除機を保持するための保持装置として、自律走行型掃除機を充電する機能を有する充電装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された充電装置は、自律移動ロボットに認識される光を発光する光源を格納する筐体の一部であって、光源が発光する光を透過させる透過面を備える。この透過面は、当該面における筐体外部方向の法線が水平に対し斜め下向きとなるように形成されている。

特開２００９−２０１２２６号公報

本発明者は、自律走行型掃除機が充電装置に自律的に帰還する際の精度を更に向上させることを課題として認識した。

本開示は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、自走式移動体を保持装置に向けて移動させるための技術を向上させることにある。

上記課題を解決するために、本開示のある態様の保持装置は、自走式移動体を保持するための保持装置であって、自走式移動体のセンサから発せられる光を反射する反射面を備える。反射面は、反射面の中央付近の領域においても、反射面の中央から離れた領域においても、センサから発せられた光をセンサが受光可能な方向に反射するように構成される。

本開示によれば、自走式移動体を保持装置に向けて移動させるための技術を向上させることができる。

本実施例装置である自律走行型掃除機の斜視図である。 本実施例装置である自律走行型掃除機の平面図である。 本実施例装置である自律走行型掃除機の左側面図である。 本実施例装置である自律走行型掃除機の正面図である。 本実施例装置である自律走行型掃除機の底面図である。 本実施例装置のブロック図である。 地図作製部の機能ブロック図である。 実施形態１に係る充電台を概略的に示す図である。 実施形態１に係る充電台の反射面の形状について説明するための図である。 実施形態１に係る充電台の反射面の別の例を示す図である。 実施形態２に係る自律走行型掃除機の制御部の構成を示す図である。 本実施形態に係る自律走行型掃除機の走行状況の異常を判定する方法の手順を示すフローチャートである。 実施形態３に係る自律走行型掃除機が備えるＬＩＤＡＲの角度分解能について説明するための図である。 実施形態３に係る自律走行型掃除機が備えるＬＩＤＡＲの走査周波数と角度分解能及び位置分解能との関係を示す図である。 実施形態３に係る自律走行型掃除機の制御部の構成を示す図である。 実施形態３に係るＬＩＤＡＲの分解能を制御する方法の手順を示すフローチャートである。

以下の実施形態では、自走式移動体の一例として、自律走行型掃除機について説明する。まず、自走式掃除機の全体構成及び動作について説明した後、実施形態１として、自律走行型掃除機を保持するための保持装置の一例である充電台について説明し、実施形態２として、自律走行型掃除機が移動中にスリップなどの異常を生じているか否かを判定するための技術について説明し、実施形態３として、自律走行型掃除機の周囲の状況を検知するためのセンサの分解能を可変に制御する技術について説明する。

［自律走行型掃除機の構成］
図１は、本実施例装置である自律走行型掃除機の斜視図である。図１において、自律走行型掃除機の前側、後ろ側、左側、右側を夫々矢印で図示している。

図１において、自律走行型掃除機の筐体１は、上ボデー２と下ボデー３を有しており、筐体１の前方にはバンパ４が配置されている。このバンパ４の内側には１又は複数の衝突検知用のスイッチ（図示せず）が配置されており、バンパ４が障害物に衝突すると、バンパ４が筐体１内側に向けて移動すると共にスイッチがオンし、バンパ４が障害物に衝突したことが検知される。

筐体１の上面でかつバンパ４の後方には、カバー５が配置されている。このカバー５内部には集塵容器（図示せず）が配置されており、使用者がカバー５を押下するとカバー５の前方又は後方が外れ、筐体１から集塵容器を取り出すことができる。

カバー５の後方には、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）６が配置されている。このＬｉＤＡＲ６は、ＬｉＤＡＲ６の中心を軸として発光部と受光部を回転させることにより、筐体１の周囲の障害物等を検知することができる。また、このＬｉＤＡＲ６を用いることにより、部屋の地図を作成することも可能である。

図２は、本実施例装置である自律走行型掃除機の平面図である。図２において、自律走行型掃除機の前側、後ろ側、左側、右側を夫々矢印で図示している。

図２において、筐体１の前方には上から見て略コの字状の形状であるバンパ４が配置され、筐体１の後方には上ボデー２が配置されている。バンパ４と上ボデー２の間には、カバー５が配置されており、カバー５の後方にはＬｉＤＡＲ６が配置されている。

バンパ４は、内部に配置されているスプリング（図示せず）により、筐体１前方へと付勢されており、バンパ４と上ボデー２との間には隙間が存在する。バンパ４が障害物に衝突すると、バンパ４はスプリングの力に抗してこの隙間分、後方へと移動可能である。

図３は、本実施例装置である自律走行型掃除機の左側面図である。図３において、自律走行型掃除機の前側、後ろ側、上側、下側を夫々矢印で図示している。

筐体１の前方にはバンパ４が配置され、その後方には上ボデー２が配置されている。また、上ボデー２の左右側面には、排気口７が形成されており、上ボデー２の後方上面にはＬｉＤＡＲ６が配置されている。下ボデー３の前方にはサイドブラシ８が配置されており、後方には後輪９が配置されている。

図４は、本実施例装置である自律走行型掃除機の正面図である。図４において、自律走行型掃除機の上側、下側、左側、右側を夫々矢印で図示している。

バンパ４の前面には２つの超音波センサ１０と、発光素子と受光素子からなる左上センサ１１及び右上センサ１２を有している。また、下ボデー３には、発光素子と受光素子からなる左下センサ１３及び右下センサ１４を有しており、下ボデー３の前方左右両側には、サイドブラシ８が配置されている。尚、このサイドブラシ８は、下ボデー３の前方右側か左側のいずれかに配置しても良い。

左上センサ１１と左下センサ１３は、筐体１の上下方向において、略同じ位置にある。同様に、右上センサ１２と右下センサ１４は、筐体１の上下方向において、略同じ位置にある。

下ボデー３の前方は図３を見ても明らかなように前方から後方に向けて傾斜した斜面１５となっている。この斜面１５に２つの凹部１６が形成されており、この凹部１６夫々に左下センサ１３と右下センサ１４が配置されている。

また、左下センサ１３と右下センサ１４は、夫々、筐体１を床面に載置した状態で床面と垂直な方面と略平行な面である窓部１７が形成されており、この窓部１７の内部に発光素子と受光素子が配置されている。また、この窓部１７の近傍にはサイドブラシ８が配置されており、サイドブラシ８が回転するとこのサイドブラシ８の回転により発生した風が窓部１７に当たり、窓部１７に付いた埃を風により取り去ることが可能である。

図５は、本実施例装置である自律走行型掃除機の底面図である。図５において、自律走行型掃除機の前側、後ろ側、左側、右側を夫々矢印で図示している。

図５において、下ボデー３の後方には後輪９が配置されており、この後輪９の前方には、例えばリチウムイオン電池等の二次電池からなるバッテリー１８が配置されている。また、下ボデー３の略中央には右駆動輪１９と左駆動輪２０が配置されており、右駆動輪１９と左駆動輪２０夫々に車輪支持部材２１が接続されている。この車輪支持部材２１は、軸Ａを軸として、筐体１の上下方向に移動可能である、また、２つの車輪支持部材２１は夫々下ボデー３との間に車輪用のスプリング（図示せず）が配置されており、この車輪用のスプリングにより、車輪支持部材２１と、右駆動輪１９及び左駆動輪２０は、床面に向けて付勢されている。

図５において、右駆動輪１９と左駆動輪２０との間にバッテリー１８の一部が位置しているが、右駆動輪１９と左駆動輪２０よりも後方にバッテリー１８を配置する構成としても良い。しかしながら、本実施例では、バッテリー１８を筐体１の後方に配置することにより、筐体１の重心を筐体後方に来るように設計している。このため、２つの車輪支持部材２１夫々の軸Ａの間に少なくともバッテリー１８の一部が位置することが好ましい。

図５において、バッテリー１８よりも前方で且つ、右駆動輪１９と左駆動輪２０よりも前方には、集塵を吸い込むための吸込口２２が形成されており、この吸込口２２の内部には、メインブラシ２３が回転可能に軸支されている。

このメインブラシ２３の左右両側には夫々段差センサ２４が配置されており、この段差センサ２４は発光部と受光部からなり、筐体１が段差にさしかかったことを検知する。

図５において、段差センサ２４の先端は、メインブラシ２３の回転軸の軸線上に位置するか、略同じ位置である。或いは、段差センサ２４の先端を、メインブラシ２３の回転軸の軸線よりも後方に配置しても良い。

段差センサ２４の前方には窪み２５があり、この窪み２５の略中央を軸にしてサイドブラシ８が配置されている。サイドブラシ８は、吸込口２２に向けて回転する。このため、図５において、左側のサイドブラシ８は時計回りに回転し、右側のサイドブラシ８は反時計回りに回転する。

本実施例では、筐体１の重心Ｇは図５に示すように本体の中央部分よりも後方に位置する。このため、下ボデー３の前方に段差センサ２４を設けなくても良い。具体的に説明すると、筐体１が、段差がある方向に前進し、サイドブラシ８後方にある段差センサ２４が段差を検知するまで筐体１が前進しても、筐体１の重心Ｇが本体の中央部分よりも後方に位置しているため、段差に落ちることがなく、段差ギリギリまで清掃を行うことができる。また、下ボデー３の前方に段差センサ２４を設ける必要がないため、製造コストを下げることが可能である。

図６は、本実施例装置のブロック図である。図６において、制御部４０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなマイクロコンピュータからなり、各回路の制御を司る。

通信部４１は、通信端末やルーター等と無線接続可能であり、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の通信機能を有している。

記憶部４２は、例えば、フラッシュメモリのような不揮発性メモリからなり、制御部が実行する制御プログラムや各種パラメータ等を格納する。

吸引モータ４３は、吸引風を発生させるためのモータである。吸引モータ４３と吸込口２２は連通しており、吸引モータ４３によって吸込口２２から外気が吸引される。

右駆動部４４は、右駆動輪１９を駆動するためのモータである。

左駆動部４５は、左駆動輪２０を駆動するためのモータである。

段差センサ２４は、床面の段差を検知するためのセンサであり、例えば赤外線の発光素子と受光素子を有する。

バンパセンサ４６は、バンパ４が障害物と衝突したことを検知するためのセンサである。

ＬｉＤＡＲ６は、発光部及び受光部と、これらの素子を回転させるための回転機構及びモータを有している。このＬｉＤＡＲ６は、ＬｉＤＡＲ６の中心を軸として発光部と受光部を回転させることにより、筐体１周囲の障害物等を検知することができる。また、このＬｉＤＡＲ６を用いることにより、部屋の地図を作成することも可能である。

右上センサ１２と右下センサ１４、左上センサ１１と左下センサ１３は、例えば赤外線の発光素子と受光素子からなり、障害物までの距離等を検知する。

地図作製部５０は、障害物の形状を検知する機能や、地図情報を作成する機能等を有している。

尚、本実施例装置は、これらの構成の他に、超音波センサ１０、メインブラシ２３を駆動するためのモータ、サイドブラシ８を駆動するためのモータ等も搭載しているが、本開示と直接関係がないため図６での説明を省略する。

図７は、地図作製部の機能ブロック図である。地図作製部５０は、距離算出部５１、障害物形状検知部５２、自己位置判定部５３、地図情報作成部５４、及び地図情報格納部５５を備える。

距離算出部５１は、右上センサ１２と右下センサ１４、左上センサ１１と左下センサ１３、ＬｉＤＡＲ６等から入力した信号に基づいて、障害物までの距離を算出する。

障害物形状検知部５２は、右上センサ１２と右下センサ１４、左上センサ１１と左下センサ１３、ＬｉＤＡＲ６等から入力した信号等に基づいて、障害物の形状を検知する。

自己位置判定部５３は、車輪の回転数やジャイロセンサ（図示せず）等の出力に基づいて、充電台を基準として筐体１の自己位置を判定する。

地図情報作成部５４は、右上センサ１２と右下センサ１４、左上センサ１１と左下センサ１３、ＬｉＤＡＲ６、超音波センサ１０等から入力した信号に基づいて、部屋の地図情報を作成する。また、作成した地図情報に、障害物形状検知部５２が検知した障害物の形状の情報を加えることも可能である。

地図情報格納部５５は、地図情報作成部５４が作成した地図情報を格納する。また、距離算出部５１が算出した障害物までの距離情報や、障害物形状検知部５２が検知した障害物の形状や、自己位置判定部５３が判定した自己位置の情報等も格納可能である。

自律走行型掃除機は、不使用時には、充電台に保持されて充電される。設定された清掃開始時刻が到来したとき、又は、使用者によって清掃開始を指示されたときに、制御部４０は、右駆動部４４及び左駆動部４５を制御して右駆動輪１９及び左駆動輪２０を駆動し、自律走行型掃除機を充電台から離脱させる。制御部４０は、地図情報格納部５５に格納された地図を参照しながら、所定の走行計画にしたがって、又は、ランダムに室内を走行し、メインブラシ２３及びサイドブラシ８を駆動して床面を清掃する。地図情報作成部５４は、右上センサ１２と右下センサ１４、左上センサ１１と左下センサ１３、ＬｉＤＡＲ６、超音波センサ１０等から入力した信号に基づいて地図情報を作成し、地図情報格納部５５に格納する。また、地図情報作成部５４は、作成した地図情報が地図情報格納部５５に格納された地図と異なる場合には、地図情報格納部５５に格納された地図を更新する。制御部４０は、段差センサ２４により段差が検知された場合、右上センサ１２、右下センサ１４、左上センサ１１、左下センサ１３、ＬｉＤＡＲ６、超音波センサ１０等により障害物が検知された場合、及びバンパセンサ４６により障害物と衝突したことが検知された場合には、段差や障害物などを回避しながら自律走行型掃除機を移動させる。清掃が終了すると、制御部４０は、地図情報格納部５５に格納された地図と、自己位置判定部５３により判定された自己位置に基づいて、自律走行型掃除機を充電台に帰還させる。自律走行型掃除機が充電台の近傍まで帰還すると、制御部４０は、後述するように、充電台に設けられた反射面を目標として充電台の位置及び向きを認識し、充電台の保持位置に自律走行型掃除機を移動させる。

［実施形態１：充電台の反射面］
実施形態１として、充電台の構成について説明する。図８は、実施形態１に係る充電台を概略的に示す。充電台６０は、自律走行型掃除機を保持するための保持台の一例であり、自律走行型掃除機を保持している間に充電する機能を有している。

図８（ａ）は、充電台６０の上面図であり、図８（ｂ）は、充電台６０の正面図であるる。充電台６０は、自律走行型掃除機が充電台６０に帰還する際の目標となる反射面６１と、自律走行型掃除機が所定の保持位置に保持されているときに自律走行型掃除機を充電するための充電端子６４とを備える。自律走行型掃除機は、ＬｉＤＡＲ６によって充電台６０の反射面６１を認識しつつ、反射面６１を目標として充電台６０に向けて走行し、充電台６０の保持位置で停止する。このとき、自律走行型掃除機の底面に設けられた充電端子（図示せず）が充電端子６４と電気的に接触し、自律走行型掃除機が充電される。

反射面６１は、反射率及び反射方向の異なる複数の領域を有する。反射率が低い低反射領域６２は、樹脂、金属、ガラスなどの材料で形成され、入射光を拡散反射するように構成されている。反射率が低反射領域６２よりも高い高反射領域６３は、既知の任意の技術によって入射光を再帰反射するように構成されている。自律走行型掃除機の制御部４０は、ＬｉＤＡＲ６の受光部が受光した光の強度に基づいて、低反射領域６２と高反射領域６３とを識別する。制御部４０は、低反射領域６２と高反射領域６３の形状のパターンに基づいて、充電台６０を他の物体と区別するとともに、充電台６０の位置及び向きを認識する。これにより、制御部４０は、より精確に充電台６０の所定の保持位置に向けて自律走行型掃除機を走行させることができる。なお、低反射領域６２は入射光を鏡面反射するように構成されてもよい。

図９は、実施形態１に係る充電台の反射面の形状について説明するための図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）において、ＬｉＤＡＲ６から発せられ、反射面６１に入射する入射光を実線で示し、反射面６１で反射された反射光を破線で示す。図９（ａ）に示すように、入射光を鏡面反射する反射面６１が平面状に形成される場合、反射面６１の中央から遠い端部付近の領域に入射したＬｉＤＡＲ６からの光は、より外側の方向に鏡面反射されるので、ＬｉＤＡＲ６は反射光を受光することができない。自律走行型掃除機が充電台６０に近づくにつれて、ＬｉＤＡＲ６から反射面に入射する光の入射角が大きくなるので、自律走行型掃除機が認識可能な反射面の領域がより狭くなり、自律走行型掃除機が充電台６０の保持位置に精確に停止するのが困難になりうる。

したがって、本実施形態の充電台６０は、反射面６１が、反射面６１の中央付近の領域においても、反射面６１の中央から離れた領域においても、ＬｉＤＡＲ６から発せられた光をＬｉＤＡＲ６が受光可能な方向に反射するように構成される。例えば、図９（ｂ）に示すように、反射面６１は、自律走行型掃除機が充電台６０に保持されたときのＬｉＤＡＲ６の位置の近傍を中心とする円弧に沿った形状を有する。これにより、自律走行型掃除機が充電台６０に近づいたときにも、反射面６１の中央付近と端部付近の双方からの反射光をＬｉＤＡＲ６により受光して反射面６１を確実に認識することができるので、自律走行型掃除機が充電台６０の保持位置に移動する際の精度を向上させることができる。また、反射面６１の少なくとも一部を、より安価な低反射領域６２とすることができるので、充電台６０の製造コストを低減させることができる。

図１０は、実施形態１に係る充電台の反射面の別の例を示す。図１０（ａ）に示す例では、反射面６１の中央付近の領域は、自律走行型掃除機が充電台６０に保持されるときの前後方向に対して略垂直な平面状に設けられ、反射面６１の中央から離れた端部付近の領域は、内側に面するように円弧状に設けられる。自律走行型掃除機が充電台６０に帰還する際に正対する反射面６１の中央付近の領域は、ＬｉＤＡＲ６からの光の入射角が小さいので、拡散反射又は鏡面反射する低反射領域６２が平面状に設けられていても、ＬｉＤＡＲ６が反射光を受光することができる。また、反射面６１の中央から離れた端部付近の領域は、図９（ｂ）に示した例と同様に円弧状に設けられるので、拡散反射又は鏡面反射する低反射領域６２であっても、ＬｉＤＡＲ６からの入射光をＬｉＤＡＲ６の方へ反射することができる。

図１０（ｂ）に示す例では、反射面６１の中央付近の領域は、自律走行型掃除機が充電台６０に保持されるときの前後方向に対して略垂直な平面状に設けられ、反射面６１の中央から離れた端部付近の領域は、内側に面するように平面状に設けられる。反射面６１の中央付近の領域は、図１０（ａ）に示した例と同様に、拡散反射又は鏡面反射する低反射領域６２が平面状に設けられていてもＬｉＤＡＲ６からの入射光をＬｉＤＡＲ６の方へ反射することができる。また、反射面６１の中央から離れた端部付近の領域は、平面状であっても、内側に面するように設けられれば、ＬｉＤＡＲ６からの入射光をＬｉＤＡＲ６の方へ反射することができる。

図１０（ｃ）に示す例では、反射面６１の中央付近の領域は、自律走行型掃除機が充電台６０に保持されるときの前後方向に対して略直角な平面状に設けられ、反射面６１の中央から離れた端部付近の領域は、中央からの距離が長いほどより内側に面するように複数の平面によって構成される。これにより、図１０（ｂ）に示した例よりも、反射面６１の中央から離れた端部付近の領域に入射したＬｉＤＡＲ６からの光をより多くＬｉＤＡＲ６の方へ反射することができる。

図１０（ｄ）に示す例では、反射面６１の形状は図１０（ｃ）に示した例と同様であるが、４つの低反射領域６２と４つの高反射領域６３とがそれぞれ交互に設けられる。これにより、自律走行型掃除機の制御部４０が充電台６０の位置及び向きを認識する際の精度を更に向上させることができる。低反射領域６２と高反射領域６３の形状及びパターンは任意であってもよい。

図１０（ｅ）に示す例では、反射面６１の左半分は図１０（ｂ）に示した例と同様であるが、反射面６１の右半分は端部付近の領域においても平面状に設けられる。高反射領域６３は、入射光を再帰反射するように構成されるので、端部付近に高反射領域６３が設けられる場合には、内側に面するように設けられなくてもよい。再帰反射ではなく拡散反射又は鏡面反射する反射面が端部付近に設けられる場合には、その反射面を内側に面するように設ければよい。

図１０（ｆ）に示す例では、反射面６１の中央付近の領域は、拡散反射する低反射領域６２が平面状に設けられ、反射面６１の中央から離れた端部付近の領域は、再帰反射する高反射領域６３が平面状に設けられる。このような構成によっても、反射面６１の全領域にわたって、ＬｉＤＡＲ６からの入射光をＬｉＤＡＲ６の方へ反射することができる。

［実施形態２：走行異常検知］
実施形態２として、自律走行型掃除機が移動中にスリップなどの異常を生じているか否かを判定するための技術について説明する。図１１は、実施形態２に係る自律走行型掃除機の制御部の構成を示す。制御部４０は、距離情報取得部７１、距離情報格納部７２、走行異常判定部７３、回避動作制御部７４を備える。図１１では、自律走行型掃除機の走行中にスリップなどの異常が生じているか否かを判定し、生じている場合には異常を回避するための構成を示している。制御部４０は、自律走行型掃除機による走行、清掃、充電台への帰還、充電台での充電などを制御するための構成も備えるが、図１１では省略している。

距離情報取得部７１は、ＬｉＤＡＲ６により検知された距離情報を取得して、距離情報格納部７２に格納する。距離情報格納部７２は、走行異常判定部７３が走行状況の異常を判定するために必要な期間の距離情報を格納する。距離情報は、例えば、反射点までの距離、反射点の方向、反射光の強度、検知時刻などの情報を含む。

走行異常判定部７３は、距離情報格納部７２に格納された距離情報に基づいて、自律走行型掃除機の走行状況の異常を判定する。例えば、走行異常判定部７３は、自律走行型掃除機の走行中に右駆動輪１９及び左駆動輪２０がスリップしているか否かを判定する。自律走行型掃除機が正常に走行しているときには、ＬｉＤＡＲ６により検知される周囲の状況のうち少なくとも一部は自律走行型掃除機の移動に伴って変化するはずであるが、自律走行型掃除機の走行中に右駆動輪１９及び左駆動輪２０がスリップすると、自律走行型掃除機がその場に停止したまま移動しなくなるので、ＬｉＤＡＲ６により検知される周囲の状況が変化しない。したがって、走行異常判定部７３は、自律走行型掃除機の走行中の２以上の異なるタイミングにおいてＬｉＤＡＲ６により検知された同一方向の状況を比較することにより、右駆動輪１９及び左駆動輪２０がスリップしているか否かを判定する。

走行異常判定部７３は、１周分の各反射点の距離情報と、別のタイミングにおける１周分の各反射点の距離情報とを比較して、同一方向における距離の変化を反射点ごとにそれぞれ算出し、算出された距離の変化に基づいて、自律走行型掃除機がスリップしているか否かを判定する。走行異常判定部７３は、連続する２周分の各反射点の距離を比較してもよいし、所定の時間間隔で離散した２周分の各反射点の距離を比較してもよい。

自律走行型掃除機がスリップして移動できない状況であっても、右駆動輪１９又は左駆動輪２０の回転に起因する自律走行型掃除機の変位や振動によって、ＬｉＤＡＲ６が検知する距離に多少の変化が生じる場合がある。したがって、走行異常判定部７３は、各反射点の距離の変化量が、そのような変位や振動によって生じうる距離の変化量として定められた閾値よりも小さい場合に、自律走行型掃除機がスリップしていると判定してもよい。これにより、判定の精度を向上させることができる。

自律走行型掃除機がスリップして移動できない状況であっても、自律走行型掃除機の周囲を人や動物などが通過したり、扇風機などの可動物が周囲にあったりして、周囲の状況が変化する場合がある。したがって、走行異常判定部７３は、距離の変化量が閾値よりも小さい反射点が所定数以上、又は所定の角度範囲以上ある場合に、自律走行型掃除機がスリップしていると判定してもよい。これにより、判定の精度を向上させることができる。

自律走行型掃除機が、障害物がなく比較的広い室内を壁に沿って走行している場合などには、短期的に見ると周囲の状況の変化が小さい場合がある。また、自律走行型掃除機がスリップして一時的に移動できない状況に陥っても、その後、自力でスリップから脱出できる場合がある。したがって、走行異常判定部７３は、反射点までの距離が所定時間以上変化していない場合に、自律走行型掃除機がスリップしていると判定してもよい。走行異常判定部７３は、例えば、１周分の各反射点の距離情報と、所定時間経過後の１周分の各反射点の距離情報とを比較してもよい。走行異常判定部７３は、３以上の異なるタイミングにおける各反射点の距離情報を比較してもよい。例えば、連続する３周分以上の距離情報を比較してもよいし、離散的に抽出した３周分以上の距離情報を比較してもよい。３周分以上の距離を比較する場合、それらのうちの最大値と最小値との差が閾値よりも小さい反射点の数を算出してもよいし、それらの分散又は標準偏差が所定値よりも小さい反射点の数を算出してもよい。また、それらから算出される任意の統計値を基準として、距離の変化の有無を判定してもよい。

自律走行型掃除機が清掃中に、段差や障害物を検知した場合や、同じ場所を通常よりも長時間清掃する場合など、比較的長時間にわたって移動せずに停止する場合がある。制御部４０により自律走行型掃除機が静止するように制御されている間は、走行異常判定部７３は、スリップしているか否かを判定しなくてもよい。

走行異常判定部７３は、自己位置判定部５３により判定された自己の位置及び地図情報格納部５５に格納された地図に基づいて推測される周囲の状況と、ＬｉＤＡＲ６により検知された周囲の状況とを更に比較することにより、自律走行型掃除機の移動状況を判定してもよい。走行異常判定部７３は、距離情報取得部７１により取得された距離情報と、地図情報格納部５５に格納された地図とを照合して、地図における自己の位置を算出し、算出された自己の位置が所定範囲内に所定時間以上停滞している場合に、自律走行型掃除機がスリップしていると判定してもよい。これにより、判定の精度を更に向上させることができる。

回避動作制御部７４は、走行異常判定部７３により自律走行型掃除機の移動状況に異常があると判定された場合、異常を回避するための動作を制御する。回避動作制御部７４は、自律走行型掃除機をいったん後方に移動させてもよいし、その場で旋回させてもよい。また、回避動作制御部７４は、既知の任意の技術によって異常を回避してもよい。

図１２は、本実施形態に係る自律走行型掃除機の走行状況の異常を判定する方法の手順を示すフローチャートである。距離情報取得部７１は、ＬｉＤＡＲ６による３６０°の方向の測定距離を取得して、距離情報格納部７２に格納する（Ｓ１０）。走行異常判定部７３は、距離情報格納部７２に格納された測定距離を各反射点ごとに比較し、測定距離に変化があるか否かを判定する（Ｓ１２）。測定距離に変化がある場合は（Ｓ１２のＹ）、正常に走行していると判定されるので、制御部４０は走行を続ける（Ｓ１４）。測定距離に変化がない場合は（Ｓ１２のＮ）、自律走行型掃除機がスリップしていると判定されるので、回避動作制御部７４はスリップを回避するための動作を行う（Ｓ１６）。

実施形態２の技術によれば、自律走行型掃除機の周囲の状況を検知するためのセンサにより検知される情報を使用して自律走行型掃除機の移動状況の異常を判定することができるので、移動状況の異常を判定するために追加のセンサなどを備える必要がない。したがって、自律走行型掃除機の製造コストを低減することができる。

［実施形態３：センサの角度分解能の可変制御］
実施形態３として、自律走行型掃除機の周囲の状況を検知するためのセンサの分解能を可変に制御する技術について説明する。図１３は、実施形態３に係る自律走行型掃除機が備えるＬｉＤＡＲ６の角度分解能について説明するための図である。前述したように、ＬｉＤＡＲ６は、一定のサンプリング周波数で距離を検知するが、発光部及び受光部が設けられた回転体の回転速度（走査周波数）を変更することにより、角度分解能を変更することができる。例えば、図１３（ａ）に示した例では、物体８０の７点しか反射点として認識することができないが、走査周波数を半分にすると、図１３（ｂ）に示すように、角度分解能が２倍になるので、同じ物体８０の１３点を反射点として認識することができるようになる。

図１４は、実施形態３に係る自律走行型掃除機が備えるＬｉＤＡＲ６の走査周波数と角度分解能及び位置分解能との関係を示す。図１４には、サンプリング周波数が４０００ＨｚであるＬｉＤＡＲ６を、５〜１０回転／秒（Ｈｚ）の走査周波数で回転させたときの、角度分解能及び位置分解能を示す。位置分解能は、自律走行型掃除機の走行方向の正面の位置における分解能を示す。位置分解能は、障害物までの距離によって異なるので、ＬｉＤＡＲ６から障害物までの距離が３０００ｍｍ、２０００ｍｍ、１０００ｍｍ、６００ｍｍ、及び３００ｍｍである場合の値を示す。走査周波数を下げると、サンプリングする際の角度の間隔が小さくなるので、角度分解能が向上するとともに、位置分解能も向上する。

図１５は、実施形態３に係る自律走行型掃除機の制御部４０の構成を示す。制御部４０は、距離情報取得部８１、移動速度取得部８２、及び分解能制御部８３を備える。図１５では、自律走行型掃除機の走行中にＬｉＤＡＲ６の分解能を可変に制御するための構成を示している。制御部４０は、自律走行型掃除機による走行、清掃、充電台への帰還、充電台での充電などを制御するための構成も備えるが、図１５では省略している。

距離情報取得部８１は、ＬｉＤＡＲ６により検知された距離情報を取得する。距離情報は、例えば、反射点までの距離、反射点の方向、反射光の強度、検知時刻などの情報を含む。

移動速度取得部８２は、自律走行型掃除機の移動速度を取得する。移動速度は、例えば、右駆動輪１９及び左駆動輪２０の回転速度であってもよいし、各種のセンサなどにより検知された情報から算出された自律走行型掃除機の移動速度であってもよい。

分解能制御部８３は、ＬｉＤＡＲ６の分解能を制御する。分解能制御部８３は、自律走行型掃除機が地図情報格納部５５に格納された地図を参照して正常に移動しているときには、ＬｉＤＡＲ６の走査周波数をデフォルトの走査周波数（例えば１０Ｈｚ）に設定する。デフォルトの走査周波数として、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）を実現するために適切な周波数が設定されてもよい。分解能制御部８３は、地図に存在しない新たな物体がＬｉＤＡＲ６により検知されたときに、ＬｉＤＡＲ６の分解能を変更する。分解能制御部８３は、例えば、ＬｉＤＡＲ６により検知された物体の形状をより精確に認識するために、ＬｉＤＡＲ６の走査周波数を下げて、角度分解能及び位置分解能を高めてもよい。

ＬｉＤＡＲ６により、連続する２以上の方向において物体が検知された場合、その物体は２つの方向にまたがる形状を有すると考えられるので、その物体の外形をより精確に認識するために、分解能制御部８３は、ＬｉＤＡＲ６の走査周波数を下げて、角度分解能及び位置分解能を高めてもよい。

ＬｉＤＡＲ６により、自律走行型掃除機の走行方向に物体が検知された場合、その物体との衝突を回避しつつ物体の周囲を清掃するために、その物体の形状を精確に認識する必要がある。したがって、分解能制御部８３は、その物体との間の距離が所定値未満となった場合、ＬｉＤＡＲ６の走査周波数を下げて、角度分解能及び位置分解能を高めてもよい。分解能制御部８３は、その物体との間の距離が近づくにつれて、ＬｉＤＡＲ６の走査周波数を段階的に下げて、角度分解能及び位置分解能を高めてもよい。

ＬｉＤＡＲ６の走査周波数を下げると、角度分解能及び位置分解能が高くなる一方で、１周分の距離情報を検知するのに要する時間が長くなる。そのため、ＬｉＤＡＲ６の走査周波数を下げ過ぎると、自律走行型掃除機の走行中に、周囲の壁や障害物などを迅速に検知することができなくなったり、自己位置判定や地図作成に支障をきたしたりするなどの問題が生じうる。したがって、分解能制御部８３は、ＬｉＤＡＲ６の走査周波数が所定の下限値（例えば５Ｈｚ）を下回らないように制御する。自律走行型掃除機の移動速度が速いときには、より迅速に障害物を検知する必要があるので、移動速度が遅いときよりも下限値を大きくしてもよい。

分解能制御部８３は、ＬｉＤＡＲ６により検知された物体との間の距離、物体の形状、移動速度などに応じて必要な分解能を決定し、図１４に示したテーブルを参照して、決定した分解能を実現するための走査周波数を決定する。分解能制御部８３は、ＬｉＤＡＲ６の回転体の回転速度を、決定した走査周波数を実現するための回転速度に変更する。

図１６は、実施形態３に係るＬｉＤＡＲ６の分解能を制御する方法の手順を示すフローチャートである。分解能制御部８３は、デフォルトの走査周波数でＬｉＤＡＲ６を走査させて、自律走行型掃除機を走行させる（Ｓ２０）。ＬｉＤＡＲ６により連続する２以上の方向において障害物が検出されるまでは、制御部４０は走行を継続する（Ｓ２２のＮ）。ＬｉＤＡＲ６により連続する２以上の方向において障害物が検出されると（Ｓ２２のＹ）、分解能制御部８３は、既に最小走査周波数に到達しているか否かを確認し（Ｓ２４）、到達していなければ（Ｓ２４のＮ）、ＬｉＤＡＲ６の走査周波数を、ＬｉＤＡＲ６により検知された障害物までの距離に対応する走査周波数に下げる（Ｓ２６）。既に最小走査周波数に到達していれば（Ｓ２４のＹ）、Ｓ２６をスキップし、分解能制御部８３は走査周波数を下げない。制御部４０は走行を継続し（Ｓ２８）、障害物に到達すると（Ｓ３０のＹ）、各種のセンサなどから取得されるデータに基づき、障害物の周囲を清掃する（Ｓ３２）。障害物に到達するまでは（Ｓ３０のＮ）、Ｓ２４に戻り、障害物までの距離に応じて走査周波数を下げながら走行を継続する。障害物の周囲の清掃が終了すると、分解能制御部８３は、ＬｉＤＡＲ６の走査周波数をデフォルトの走査周波数に戻す。

ＬｉＤＡＲ６の回転体の回転速度をより細かく制御することが可能である場合は、分解能制御部８３は、物体が検出された方向においては回転速度を遅くし、物体が検出されていない方向においては回転速度をデフォルトの回転速度のまま維持してもよい。これにより、ＳＬＡＭに適した走査周波数を維持しつつ、障害物の形状を精確に認識することができる。

以上、本開示を、実施例をもとに説明した。これらの実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施形態の技術は、自律走行型掃除機以外にも、自動運転車、無人航空機、自走式ロボットなど、自走可能な各種の移動体に適用可能である。また、上記の実施形態１〜３の技術のうちの２以上を任意に組み合わせて適用可能である。

１ 筐体、２ 上ボデー、３ 下ボデー、４ バンパ、５ カバー、６ ＬＩＤＡＲ、７ 排気口、８ サイドブラシ、９ 後輪、１０ 超音波センサ、１１ 左上センサ、１２ 右上センサ、１３ 左下センサ、１４ 右下センサ、１５ 斜面、１６ 凹部、１７ 窓部、１８ バッテリー、１９ 右駆動輪、２０ 左駆動輪、２１ 車輪支持部材、２２ 吸込口、２３ メインブラシ、２４ 段差センサ、４０ 制御部、４１ 通信部、４２ 記憶部、４３ 吸引モータ、４４ 右駆動部、４５ 左駆動部、４６ バンパセンサ、５０ 地図作製部、５１ 距離算出部、５２ 障害物形状検知部、５３ 自己位置判定部、５４ 地図情報作成部、５５ 地図情報格納部、６０ 充電台、６１ 反射面、６２ 低反射領域、６３ 高反射領域、６４ 充電端子、７１ 距離情報取得部、７２ 距離情報格納部、７３ 走行異常判定部、７４ 回避動作制御部、８０ 物体、８１ 距離情報取得部、８２ 移動速度取得部、８３ 分解能制御部。

Claims (6)

1. 自走式移動体を保持するための保持装置であって、
   自走式移動体のセンサから発せられる光を反射する反射面を備え、
   前記反射面は、前記反射面の中央付近の領域においても、前記反射面の中央から離れた領域においても、前記センサから発せられた光を前記センサが受光可能な方向に反射するように構成される保持装置。
2. 前記反射面の中央から離れた領域が内側に面するように設けられる請求項１に記載の保持装置。
3. 前記反射面は、前記センサから発せられる光の反射率又は反射方向の異なる複数の領域を含む請求項１又は２に記載の保持装置。
4. 前記複数の領域は、入射光を鏡面反射する第１の領域と、入射光を再帰反射する第２の領域とを含む請求項３に記載の保持装置。
5. 前記第１の領域が前記反射面の中央から離れた領域に設けられる場合に、その第１の領域が内側に面するように設けられる請求項４に記載の保持装置。
6. 前記反射面は、前記自走式移動体が前記保持装置に保持されたときの前記センサの位置の近傍を中心とする円弧に沿った形状を有する請求項１から５のいずれかに記載の保持装置。

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