JP2891349B2 - 移動ロボット装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動ロボット装置
に関し、特に水槽等の水底を清掃するための水槽清掃装
置に好適な移動ロボット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、水槽内ではないが地上
の所定領域内を自走しながら清掃等の作業を行う移動ロ
ボットが提案されている。このような移動ロボットは超
音波センサやエンコーダ等の距離計測手段と、ジャイロ
センサや地磁気センサ等の方位計測手段を用いて、自己
位置の同定および障害物の発見や回避を行い一定領域を
走行する機能を有している。

【０００３】たとえば特開平３−２９２５１３号公報に
示されている移動ロボットは、超音波センサを有して外
部の既知物体（壁面等）との相対距離を計測し、位置姿
勢を間欠的に確認し、補正を行い自己位置を同定しつつ
移動する。また特開平５−４６２４６号公報に示されて
いる掃除ロボット及びその走行方法では、超音波センサ
による距離計測及びエンコーダを用いた積算距離計によ
り現在位置を確認している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、移動ロボットの自己位置同定を正確にできない、と
いう問題があった。

【０００５】その理由は、自己位置同定のためには、方
位データと距離データが必要であるが、従来例の移動ロ
ボットは、方位計測手段としてジャイロセンサ等を用い
た場合、温度ドリフト等のため時間が経過するとともに
方位データが不確定になり同定できなくなるからであ
る。

【０００６】また、地磁気センサを用いた場合、特に水
槽内では構造物の磁気的影響のため方位計測ができない
場合がある。

【０００７】次に、距離計測手段として移動ロボットの
車輪の回転をエンコーダ等により計測する場合は水槽底
面の汚泥等によりスリップは避けられないため車輪によ
る移動距離計測は誤差が大きく同定できなくなる。

【０００８】また超音波センサにより壁までの距離デー
タを計測しても、特に円形水槽の場合、基準点がないた
め円形の中のどこにいるか自己位置同定ができない。

【０００９】本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、移動ロボットの正確な自己位置同定ができるように
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、所定領域内を移動するロボット
を備えた移動ロボット装置において、超音波または光を
スキャンしながら発信する発信手段（図１の２）と、超
音波または光の発信方向を検出する手段と、ロボットに
取り付けられ発信手段からの超音波または光を受信する
受信手段（図２の８）と、前記発信方向情報と、発信か
ら受信までの時間とによってロボットの位置を検出する
手段（図１の４）とを設けるようにした。

【００１１】移動ロボットには四方の壁までの距離を測
定するための送受信兼用の複数の超音波センサ（図２の
９）を取り付けてもよい。

【００１２】具体例としては、移動ロボットの自己位置
同定のために、超音波スキャナを円形水槽のある基準点
に設置し、超音波をスキャンさせることにより移動ロボ
ットの位置を同定する。

【００１３】より具体的には、移動ロボットに付けたマ
イクロフォンにより、狭指向角をもつ超音波スキャナか
らのパルス音を受信し、その受信信号が最大になるとき
のスキャナ角度θを求める。次にパルス音の発信時刻か
らマイクロフォンに受信するまでの時間ｔより超音波ス
キャナと移動ロボット間の距離Ｒを求める。

【００１４】このスキャナ角度θと距離Ｒにより移動ロ
ボットの位置を同定できる。

【００１５】また、移動ロボットは別の超音波センサに
より、四方の水槽壁面等までの距離を測定すれば、例え
ば、壁までの距離を一定に保ちながら円形水槽を自己位
置同定しながら走行ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施例について
図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本
実施例の装置は、円形水槽１の水底Ａ点に狭指向角の超
音波を発信しスキャンすることのできる超音波スキャナ
２を設置する。また超音波スキャナ２は、超音波の発信
方向をスキャナ角度θとして検出する手段を備え、その
スキャナ角度θをコントローラ４に対して出力する。水
槽１内の汚泥水を吸い上げるためのポンプ５と汚泥吸込
口を備えた移動ロボット３とを汚泥水を搬送するための
ホース６にて接続する。また超音波スキャナ２及び移動
ロボット３を制御するためのコントローラ４をケーブル
７にて接続する。

【００１７】図２は移動ロボット３の側面図、図３は移
動ロボット３の電気系統を示すブロック図である。図
２，３に示すように、移動ロボット３は、超音波スキャ
ナ２からのパルス音を受信するための無指向性のマイク
ロフォン８と、四方の壁や障害物までの距離を測定する
ための送受信兼用の複数の超音波センサ９と、移動ロボ
ット３のクローラベルト２１を駆動させるための走行モ
ータ１０と、障害物接触センサとしてのタッチセンサ１
１と、汚泥水を吸引するための汚泥吸込口１２と、前後
の汚泥吸込口１２を切り替えるための切り替えバルブ１
３と、移動ロボット３を制御するための制御部１４とを
有する。

【００１８】次に、上記実施例の動作について、図を参
照して詳細に説明する。図４は実施例の移動ロボット３
の走行軌跡の一例を示し、図５はその走行軌跡に沿った
ロボット３の走行動作を示すフローチャートである。

【００１９】まず、ロボット３を円形水槽１のＡ点付近
のスタート位置（図４）に投入する（ステップ５０
１）。そして、Ａ点から移動ロボット３の位置を確認す
る（ステップ５０２）。

【００２０】ステップ５０２の動作の詳細は以下のとお
りである。すなわち、Ａ点に設置された超音波スキャナ
２からのパルス音出力は、図６（Ａ）のようになり、円
形水槽１の水中を伝搬しＢ点にある移動ロボット３のマ
イクロフォン８に入力され、図６（Ｂ）のような信号が
出力される。図６に示す超音波スキャナ２出力からマイ
クロフォン８出力までの時間ｔを計測することにより、
ＡＢ間距離Ｒは次式により求められる。 ＡＢ間距離Ｒ＝ｔ×ｖ ここでｖは、水中での音速である。

【００２１】次に、図１のＡ点に対する、移動ロボット
３のいるＢ点の角度情報θに関しては、移動ロボット３
に付けた無指向性のマイクロフォン８により、狭指向角
をもつ超音波スキャナ２からのパルス音を受信し、その
受信信号が最大になるときの超音波スキャナ２のスキャ
ナ角度θを求める。

【００２２】コントローラ４は、このスキャナ角度θと
ＡＢ間距離Ｒにより移動ロボット３の円形水槽１内の位
置を同定する。

【００２３】移動ロボット３に取り付けられた超音波セ
ンサ９により、四方の水槽壁面や障害物までの距離を測
定し（ステップ５０３）、コントローラ４は、壁までの
距離を一定に保ちながら局所的にコントロールして移動
ロボット３を自動走行させる（ステップ５０４）。

【００２４】このように超音波センサ９を用いることに
より、例えば、水槽１内に柱等の障害物があり、超音波
スキャナ２からの超音波が移動ロボット３に到達しない
場合においても超音波センサ９からの距離情報に基づい
て走行可能である。

【００２５】ステップ５０５においては、ロボット３が
一周回ってＡ点の近傍に戻ってきたかどうか判断する。
Ａ点近傍かどうかは、例えば、ステップ５０２で確認し
たロボット３の位置が図４に破線で示すＡ点近傍ゾーン
Ｚ内にあるかどうかで判断する。ロボットがＡ点近傍に
到達していなければ、ステップ５０２へ戻り、以下同様
の動作を繰り返し、Ａ点近傍に到達していれば、ロボッ
ト３をその車幅分だけ水槽中心方向へ移動させ逆向きに
走行させる（ステップ５０６）。

【００２６】次いでロボット３が水槽中心に来たかどう
か判定し（ステップ５０７）、まだ来ていなければ、ス
テップ５０２に戻って同様の動作を繰り返す。水槽中心
に来ていれば、図４に示すようにロボット水槽中心から
Ａ点へ戻り回収される（ステップ５０８）。

【００２７】以上のような移動ロボット装置を用いれ
ば、超音波スキャナからの超音波を受信してロボットの
位置を検出しているので、ロボットの正確な位置が検出
できる。特に従来装置では不可能であった円形水槽内に
おいてもロボットの位置を正確に検出することができ
る。

【００２８】上記実施例においては超音波スキャナ２を
用いてロボットの位置を検出したが、本発明のおいて
は、それに限らず、レーザ光等の光を利用してロボット
の位置確認をしてもよい。実施例のように超音波スキャ
ナを使用すれば、例えば水槽の中の水がにごって光が通
りにくい場合においても支障なくロボットの位置確認が
できるという利点がある。

【００２９】また、本発明における所定領域は、水槽内
に限られるわけではない。また水槽であっても、円形の
水槽だけではなく方形は勿論、多角形及び扇状の水槽に
対しても対応可能である。さらに、移動ロボットは清掃
用ロボットに限らない。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、移動ロ
ボットの位置を正確に検出することができる。特に、所
定領域内に固定された超音波または光等の発信点を置
き、その発信点に対するロボットの相対位置の求めるの
で、円形水槽の場合でも、ロボットの位置確認を正確に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す移動ロボット装置の全
体構造図である。

【図２】移動ロボットの側面図である。

【図３】本実施例の制御系ブロック図である。

【図４】移動ロボットの走行軌跡の一例を示す図であ
る。

【図５】実施例の動作を説明する図である。

【図６】移動ロボットまでの距離測定を説明するタイム
チャートである。

【符号の説明】

１ 円形水槽 ２ 超音波スキャナ ３ 移動ロボット ４ コントローラ ５ ポンプ ６ ホース ７ ケーブル ８ マイクロフォン ９ 超音波センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 5/18 G05D 1/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定領域内を移動するロボットを備えた
   移動ロボット装置であって、超音波をスキャンしながら
   発信する発信手段と、前記超音波の発信方向を検出する
   手段と、前記ロボットに取り付けられ前記発信手段から
   の超音波を受信する受信手段と、前記受信手段から受信
   信号を受け前記発信方向情報と前記発信から受信までの
   時間とによって前記ロボットの位置を検出する手段とを
   備えたことを特徴とする移動ロボット装置。
2. 【請求項２】 前記ロボットに、超音波または光を送受
   信してロボット周辺にある物までの距離の測定する手段
   を設けた請求項１に記載の移動ロボット装置。
3. 【請求項３】 前記所定領域が円形水槽内である請求項
   １または２に記載の移動ロボット装置。
4. 【請求項４】 所定領域内を移動するロボットを備えた
   移動ロボット装置であって、狭指向角を持つ超音波パル
   ス音をスキャンしながら発信する発信手段と、前記超音
   波パルス音の発信方向を検出する手段と、前記ロボット
   に取り付けられ前記発信手段からの超音波パルス音を受
   信する受信手段と、前記受信手段から受信信号を受け、
   その受信信号が最大となる発信方向と前記発信から受信
   までの時間とによって前記ロボットの位置を検出する手
   段とを備えたことを特徴とする移動ロボット装置。