JP4545318B2 - センサーの配置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自律性車両（autonomous vehicle）のための、より詳細には、真空クリーナーのためのセンサーの配置に関するが、これに限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
概して、自律性車両は、衝突および事故を防ぐべく、該車両の経路における障害物を検出するために、複数のセンサーを有している。幾つかの自律性車両は波状面（undulating surface）を処理できる一方で、これらは、階段のような、著しい高さの変化が存在するあらゆる領域（このような場所では、機械が立ち往生するかまたは落下することがあり、車両その他の損傷が引き起こされる）を回避する必要がある。面（surface）の存在を監視するセンサーを備えた自律性車両を提供することが知られており、これらは、しばしば、“下方監視（downlooking）”センサーまたは“ドロップオフ（drop-off）”センサーと称される。
【０００３】
特許出願ＷＯ９３／０３３９９に記載されているロボットクリーナー装置は、クリーナー装置の前方の縁部にドロップオフセンサーを有しており、かつ、クリーナー装置の下方に面が存在しないことをドロップオフセンサーのうちの１つが感知した場合には、駆動モーターを停止させるように配置されている。米国特許第５，３７７，１０６号明細書は、バンパーおよび側壁部上に４つのドロップアウトセンサーが取り付けられた無人のクリーニング車両について記載している。この車両は、これらのセンサーのうちいずれか１つが該センサーと床面との間において過度の距離を感知すれば、停止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
安全規制は、面が存在しないことを下方監視センサーが検出したときにはいつでも、これらのセンサーが車両を停止させることを要求している。このことは、著しい高さの変化が存在するあらゆる場所の近くで車両を制御することの柔軟性に、厳しい制約を与える。本発明は、これらの条件下で自律性車両を動作させることにおいて、より多くの柔軟性を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴によれば、ホイールと、ホイール下方監視センサー（第１のセンサー）と、さらなるセンサー（第２のセンサー）と、制御装置とを具備する自律性車両が提供され、前記ホイールは、前記車両を支持し、かつ、該車両が床面を横切ることを可能にするためのものであり、前記ホイール下方監視センサー（第１のセンサー）は、ホイールの前に床面が存在することを感知するためのものであり、前記さらなるセンサー（第２のセンサー）は、前記車両の前縁の下方に床面が存在することを感知するために、該車両の前縁にまたは該前縁の近くにあり、前記制御装置は、前記車両の移動を制御するためのものであり、前記制御装置は、ホイールに近接した床面が存在することをホイールセンサー（第１のセンサー）が示した場合に、該車両の前縁の下方に床面が存在しないことを前縁センサー（第２のセンサー）が検出すると該車両の移動を許容するように配置されている。このことは、クリーニング装置の移動をを制御することにおいて、より多くの柔軟性を許容するという利点を有する。
【０００７】
前記車両は、該車両の前縁の下方に面が存在しないことを前縁センサーが検出すると、該車両が縁部辿りルーチン（edge following routine）を実行するように動作すべく配置されることが好ましい。縁部辿りルーチンは、縁部に沿ってのジグザグ移動であってもよく、または、前記車両の側縁部に近接する面の存在を感知するさらなる下方監視センサーを用いることができる。
【０００８】
本発明のさらなる特徴は、自律性車両を動作させる方法と、自律性車両の動作を制御する方法を実行するためのソフトウェアと、自律性車両の動作を制御するための制御装置とを提供する。
【０００９】
以下に、本発明の実施形態について、添付図面を参照して、例示のみによって説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
例示される実施形態は、自律性真空クリーナーの形式をとる。図面に示されている真空クリーナー１００は、概略的に円状である支持シャシー１０２を有しており、かつ、２つの駆動ホイール１０４とキャスター１０６との上に支持されている。シャシー１０２は、ＡＢＳのような高強度の成形塑性材料から製造されることが好ましいが、アルミニウムまたは鋼のような金属からも同様に作られ得る。シャシー１０２は、クリーナー１００の構成部品（これらについては後述する）の支持をもたらす。駆動ホイール１０４は、シャシー１０２の直径の両端に配置されており、該直径は、クリーナー１００の縦軸に対して垂直に位置する。各々の駆動ホイール１０４は、高強度の塑性材料から成形され、かつ、比較的柔らかくかつ隆起のある帯部をその円周に携えて、クリーナー１００がなめらかな床面を横切るときに該ホイール１０４の把持力を強化している。柔らかくかつ隆起のある帯部は、さらに、ホイール１０４が小さな障害物上に乗り上げかつ登っていく能力を強化する。駆動ホイール１０４は、支持ベアリング（図示せず）を介して互いに独立的に搭載されており、かつ、各々の駆動ホイール１０４は、それぞれのホイール１０４を前方向または逆方向のいずれかに駆動させることが可能なモータ１０５に直接的に接続されている。両方のホイール１０４を同じ速度で前方に駆動させることにより、クリーナー１００を前方向に駆動させることができる。両方のホイール１０４を同じ速度で逆方向に駆動させることにより、クリーナー１００を後方向に駆動させることができる。ホイール１０４を反対方向に駆動させることにより、クリーナー１００をその中心軸の周りに回転させることができ、これにより、回転運動が実施される。車両を駆動させる前述の方法は公知であるので、これ以上詳細には説明しない。
【００１１】
例えば、図４ａおよび図４ｂから分かるように、キャスターホイール１０６の直径は、駆動ホイール１０４の直径よりも著しく小さい。キャスターホイール１０６は、駆動されずに、単にクリーナー１００の後部においてシャシー１０２を支持するために機能する。キャスターホイール１０６の位置は、シャシー１０２の後縁（trailing edge）にあり、かつ、キャスターホイール１０６が回り継手１１０によってシャシーに旋回可能に（swivellingly）取り付けられているという事実は、クリーナー１００が駆動ホイール１０４によって駆動されている間に、キャスターホイール１０６が、該クリーナー１００の運動を妨げない方法でクリーナー１００を引きずることを可能にする。キャスターホイール１０６については、成形塑性材料から作ることができ、または、ナイロンのような他の合成材料から形成することができる。
【００１２】
クリーナー１００が支持されている面に面している吸込口１２４を備えるクリーナーヘッド１２２が、シャシー１０２の下側に取り付けられている。吸込口１２４は、本質的に矩形であり、かつ、クリーナーヘッド１２２の大部分の全域に延びている。ブラシバー１２５は、吸込口１２４内に回転可能に（rotatably）取り付けられ、かつ、モータ（図示せず）は、ブラシバー１２５を駆動させるために、モータのシャフトとブラシバー１２５との間に延びている駆動ベルト（図示せず）によって、クリーナーヘッド１２２の上面に取り付けられている。クリーナーヘッド１２２は、該クリーナーヘッド１２２が掃除すべき表面上に浮くことができるような方法で、シャシー１０２上に取り付けられている。このことは、クリーナーヘッド１２２がピボット状にアーム（図示せず）に接続され、これにより、該アームがピボット状にシャシー１０２の下側に接続される、というこの実施形態において達成される。クリーナーヘッド１２２とシャシー１０２との接続間における二重の関節によって、該クリーナーヘッドが、シャシー１０２に対して垂直方向に、自由に動くことが可能となる。このことは、クリーナーヘッドが、本、雑誌、絨毯の縁部などのような小さな障害物の上を登っていくことを可能にする。この方法で、高さが約２５ｍｍまでの障害物を横切ることができる。柔軟かつ伸縮自在の導管が、クリーナーヘッド１２２の後部とシャシー１０２に配置されたインレットポートとの間に配置される。
【００１３】
図５ａおよび図５ｂから分かるように、クリーナーヘッド１２２はシャシー１０２上に非対称に取り付けられており、これにより、クリーナーヘッド１２２の一側は、シャシー１０２の概略的円周から突き出ている。これにより、クリーナー１００が、クリーナーヘッド１２２が突き出ているクリーナー１００の一側によって、部屋の縁部までも掃除することが可能となる。
【００１４】
前記シャシー１０２は、複数のセンサーを携えており、これらのセンサーは、クリーナー１００の経路における障害物を検出するように、かつ、該クリーナーが、例えば壁面に、または、家具のような他の境界線に近接していることを検出するように、設計されかつ配置されている。これらのセンサーは、幾つかの超音波センサーおよび幾つかの赤外線センサーを具備する。センサーの配置については、より詳細に後述する。規定された領域内のカーペットまたは他の面を掃除すべく、該領域の全域においてクリーナー１００を進めかつ作動させるためのナビゲーション制御部およびステアリング装置を具備する制御ソフトウェアが、制御パネル１４４の下方に配置されたハウジング１４２内に、または、クリーナー１００内の何処かに収容されている。制御パネルに関する特定のデザインは、本発明を形成するものではない。公知の自律性車両の方法において、制御ソフトウェアは、センサーの出力を受け取りかつモータ１０５を駆動させることができ、これにより、車両の性質に適したアルゴリズムにより指定された経路を辿る間に障害物が回避される。この方法で、任意の適切なソフトウェアを、クリーナー１００を掃除すべき部屋の全域において進めるために用いることができる。
【００１５】
前記真空クリーナー１００は、さらに、クリーナーヘッド１２２の吹込口１２４を介して真空クリーナー１００内に汚れた空気を引き込むためにシャシー１０２上に支持されたモータおよびファンユニット１５０を備える。シャシー１０２は、さらに、クリーナー１００内に引き込まれた空気から汚れおよび埃を分離するためのサイクロニックセパレータ１５２を携える。前述の導管を介してクリーナーヘッド１２２の後部と連絡するインレットポートは、サイクロニックセパレータ１５２へのインレットを形成している。２つのサイクロン（登録商標）を直列に具備していることが好ましいサイクロニックセパレータについては、技術的に公知であって他の場所で十分に説明されているので、ここではこれ以上説明する必要がない。
【００１６】
前記サイクロニックセパレータ１５２は、該サイクロニックセパレータ１５２を空にすることを可能にするために、シャシー１０２から取り外し可能である。鉤状の留め金（図示せず）が設けられており、該留め金によって、サイクロニックセパレータ１５２が、クリーナー１００が使用中であるときに適所に保持されている。（制御パネル１４４に配置されたボタン１３４を人為的に押すことにより）鉤状の留め金が解放されると、把持部１７０によって、サイクロニックセパレータ１５２をシャシー１０２から持ち上げることができる。こうして、サイクロニックセパレータ１５２を空にすることができる。
【００１７】
２つの電池パック１６０が、サイクロニックセパレータ１５２の両側において、シャシー１０２上に配置されている。これらの電池パック１６０は同一であり、かつ、真空クリーナー１０の中心軸からかなりの距離だけ（例えば、５０〜１５０ｍｍ）離間されている。
【００１８】
前述した真空クリーナー１００は、以下の方法で動作する。クリーナー１００が掃除すべき領域を横切るために、ホイール１０４は、モータ１０５により駆動され、該モータ１０５は、次に、電池１６０により電力供給される。クリーナー１００の移動方向は、該センサー１００の経路におけるあらゆる障害物を検出するように設計されているセンサーと通信する制御ソフトウェアにより決定され、これにより、クリーナー１００は、掃除すべき領域の全域において進められる。クリーナー１００の通常の前方向は、クリーナーヘッド１２２が駆動ホイール１０４により引きずられるような方向である。さらに、電池パック１６０は、モータおよびファンユニット１５０に電力供給し、該ファンユニット１５０は、クリーナーヘッド１２２を介してクリーナー１００内に空気を引き込み、かつ、空気をサイクロニックセパレータ１５２へ通し、ここで、汚れおよび埃が空気流から分離される。さらに、電池パック１６０は、ブラシバー１２５を駆動するモータに電力供給するために用いられ、該ブラシバー１２５は、これにより、特にカーペット上での（ゴミの）拾い上げに役立つ。サイクロニックセパレータ１５２内に存在する空気は、真空クリーナーを包含する多くの器具（appliances）において共通であるように、モータおよびファンユニット１５０の全域で、適切なダクト構造により通過させられる。
【００１９】
真空クリーナー１００の一部を形成するセンサー配置について、以下により詳細に説明する。この配置は、複数の超音波センサーと、複数の赤外線センサーとを具備する。センサーの大部分は、真空クリーナー１００の前面１８０に配置されている。前面１８０は、図５ａおよび図５ｂから分かるように、平面図において、実質的に半円状である。しかしながら、さらなるセンサーが、クリーナー１００の最上部の先端に、クリーナー１００の後部に、ブラシバー１２２のすぐ上に、かつ、クリーナー１００の下側に、配置されている。詳細については、以下に与えられる。
【００２０】
各々が超音波エミッタと超音波受信機とからなる３つの超音波センサー２０２，２０４，２０６は、前面１８０に配置されている。エミッタ２０２ａと受信機２０２ｂとを具備する第１超音波センサー２０２は、前方向に向けられており、これにより、放射された信号がクリーナー１００の通常の前方移動方向に送信される。エミッタ２０４ａと受信機２０４ｂとを具備する第２超音波センサー２０４は、放射信号が、外見上クリーナー１００の左側に、超音波センサー２０２による送信方向と垂直である方向に送信されるように向けられる。エミッタ２０６ａと受信機２０６ｂとを具備する第３超音波センサー２０６は、放射信号が、外見上クリーナー１００の右側に、超音波センサー２０２による送信方向と垂直でありかつ超音波センサー２０４による送信方向とは反対である方向に送信されるように向けられる。エミッタ２０８ａと受信機２０８ｂとを具備する第４超音波センサー２０８は、クリーナー１００の後部（図３を参照）に配置され、かつ、後方向に向けられており、これにより、放射信号がクリーナー１００の通常の前方移動方向に平行であるが反対である方向に送信される。これら４つのセンサー２０２，２０４，２０６，２０８は、クリーナー１００の前側、左側、右側、および後側の壁面および障害物の存在を検出する。
【００２１】
第５超音波センサー２１０は、前面１８０に配置されている。第５超音波センサー２１０は、エミッタ２１０ａと受信機２１０ｂとを具備する。第５超音波センサー２１０は、エミッタ２１０ａが、前側監視センサー２０２の送信方向と左側監視センサー２０４の送信方向との間の実質的に中間の角度で送信するように配置されている。本実施形態においては、センサー２１０は、真空クリーナー１００の通常の前方移動方向に対して４５°で送信する。図１から分かるように、センサー２１０は、クリーナー１００のクリーナーヘッド１２２が突き出ている側へ送信する。
【００２２】
図８は、通常の前方移動方向が矢印Ｆに沿っている場合の、真空クリーナー１００上の超音波センサー２０２，２０４，２０６，２０８，２１０の配置を概略的に示す。示されている配置において、角度ａは４５°であるが、この配置に対する変形例も可能である。
【００２３】
センサー２１０を備えることにより、車両１００がクリーナーヘッド１２２を壁面に近づけた状態で壁面または他の障害物に沿って移動する際に、該車両１００にはより大きな角度制御がもたらされる。センサー２１０は、壁面または同様の大きな障害物の存在を検出することができ、かつ、車両が沿って移動する壁面または他の障害物が消えると（例えば、曲がり角に遭遇すると）、車両１００は、センサー２１０がない場合よりも早期にこの変化を認識させられる。これにより、車両が、その環境における曲がり角および他の変化を、より優れた正確さおよび操作性をもって考慮に入れることが可能となる。
【００２４】
さらに、複数の赤外線センサーが、前面１８０に備えられている。赤外線センサーは、エミッタ２２０と受信機２３０とを具備する。エミッタの大部分は、４つのグループに配置され、そのうちの３つのグループは、前面１８０の周囲に実質的に等間隔で離間されている。第１エミッタグループ２２０ａは、中央エミッタ２２２ａと２つの側面エミッタ２２４ａとを具備する。第２エミッタグループ２２０ｂは、中央エミッタ２２２ｂと２つの側面エミッタ２２４ｂとを具備する。第３エミッタグループ２２０ｃは、中央エミッタ２２２ａと２つの側面エミッタ２２４ａとを具備し、かつ、第４エミッタグループ２２０ｄは、中央エミッタ２２２ｄと２つの側面エミッタ２２４ｄとを具備する。エミッタグループ２２４ｂのうちの１つが、図７に示されている。各々の側面エミッタ２２４ｂは、中央エミッタ２２２ｂに対して約６０°の角度ｂで配置されている。各々のエミッタ２２２ｂ，２２４ｂは、約５０°のビーム角度を有している。この配置は、実質的に１７０°〜１８０°の角度を覆う比較的均一な放射信号の場を作り出している。図７に示される配置よりも小さなビーム角度を各々が有する多数のエミッタを設けることにより、同様の場を作り出せることが理解される。
【００２５】
図６は、クリーナー１００上のエミッタグループ２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ，２２０ｄの配置を示している。この図から分かるように、第１エミッタグループ２２０ａは、クリーナー１００の横軸１９０に対し、その左側に３０°の角度ｄで延びている半径方向の線の縁部に配置されている。さらに、第４エミッタグループ２２０ａは、クリーナー１００の横軸１９０に対し、その右側に３０°の角度ｄで延びている半径方向の線の縁部に配置されている。第２および第３エミッタグループ２２０ｂ，２２０ｃは、クリーナー１００の横軸１９０に対し、その左側および右側にそれぞれ６０°の角度ｅで延びている半径方向の線の縁部に配置されている。図７に示されるように、第３エミッタグループ２２０ｃは、第２エミッタグループ２２０ｂと同一である。しかしながら、第１および第４エミッタグループ２２０ａ，２２０ｄは、各々が、側面エミッタ２２４ａ’，２２４ｄ’を有しており、該側面エミッタ２２４ａ’，２２４ｄ’は特定方向に向けられ、これにより、放射信号が横軸１９０と平行となる。このことは、この特定の場合においては、当該の中央エミッタ２２２ａ，２２２ｄとそれぞれの側面エミッタ２２４ａ’，２２４ｄ’との間の角度ｂを６０°から３０°へ変動させることにより達成される。角度ｂ，ｄの両方が上記に与えられた値と異なれば、当該の中央エミッタ２２２ａ，２２２ｄとそれぞれの側面エミッタ２２４ａ’，２２４ｄ’との間の角度ｂの変化の拡張を、該側面エミッタ２２４ａ’，２２４ｄ’が外見上は横軸１９０に平行な方向に向けられたままであるように調整する必要があることが理解される。２つのさらなるエミッタ２２６は、クリーナー１００の中心軸の近くに配置されており、かつ、これらのエミッタが通常の移動方向に対して実質的に前方向に信号を放射するように向けられている。
【００２６】
前記第１および第４エミッタグループ２２０ａ，２２０ｄは、第２および第３エミッタグループ２２０ｂ，２２０ｃが配置されている水平面から垂直方向に離間されている水平面に配置されている。第１および第４エミッタグループ２２０ａ，２２０ｄは、第２および第３エミッタグループ２２０ｂ，２２０ｃよりも高い水平線に配置されている。さらに、追加のエミッタ２２６が、前述した２つの水平面から垂直方向に離間されている。この配置は、クリーナー１００の縦軸に関して対照的である。エミッタの配置全体は、エミッタのうち少なくとも２つがクリーナーの経路における（前方向の）任意の地点に対して直接的に信号を送信するように設計されている。（もちろん、このことは、クリーナー自体に非常に近接している地点には適用されない。）
【００２７】
前記受信機２３０は、前面１８０の周囲に実質的に等間隔で離間されている。第１受信機２３０ａは、横軸１９０に平行に向けられているエミッタ２２４ａ，２２４ｄの各々に近接して配置されており、これにより、該エミッタ２２４ａ，２２４ｄから信号が受信される。これらの受信機２３０ａは、明確には、エミッタ２２４ａ，２２４ｄと組み合わせられている。残りの受信機２３０ｂは、前面１８０の周囲に等間隔に離間され、かつ、どのエミッタとも組み合わせられていない。受信機２３０は、前方監視エミッタ２２６に近接して配置されている２つの中央受信機２３０ｂ以外は、全て単一の水平面に配置されている。受信機とエミッタとの組み合わせが欠如していることにより、クリーナー１００には、ある環境内において、および、１つまたは複数の障害物に対して、その位置を検出するための強化された能力が与えられる。
【００２８】
２つの受動的赤外線検出器２４０は、人間、動物、火のような熱源を検出する目的のために、前面１８０に配置されている。受動的赤外線検出器２４０は、その経路における熱源を検出するために前方向を調べるように向けられている。
【００２９】
エミッタ２５０ａと受信機２５０ｂとを具備する２つの前方監視超音波センサー２５０は、クリーナー１００の最上部の端部に配置されており、これにより、これらのセンサー２５０は、クリーナーの直前の障害物を、および、該クリーナーの最上部の端部または該端部の近くの障害物を感知することができる。この場合には、センサー２５０は、ファンおよびモータユニット１５０のケーシング内に配置されており、これにより、これらのセンサー２５０は、両方とも、サイクロニックセパレータ１５２の最上端部に沿って向いている。各々のセンサーの方向は、他のセンサー２５０の方向と平行である。センサー２５０は、十分に高い水準線にあるので前面１８０に配置されたセンサーにより検出されないがクリーナー１００が前方へ移動する障害を構成するであろう障害物を検出することができる。さらに、後方監視センサーが、必要に応じて高い水準線に設けられているが、図面に示されている実施形態においては示していない。クリーナー１００の最上端部よりも低い位置に配置されているが、該クリーナーの最上端部に近接した適切な領域の方を見るように向けられているセンサー（好ましくは超音波センサー）を用いて、同様の効果を達成できることが理解される。
【００３０】
さらなる赤外線センサー２６０，２６２が、クリーナーヘッド１２２の突き出た端部のすぐ上のシャシー１０２上に配置されている。各々のセンサー２６０，２６２は、エミッタ２６０ａ，２６２ａと受信機２６０ｂ，２６２ｂとを具備する。これらのセンサーのうちの第１センサー２６０は、エミッタ２６０ａが、クリーナーヘッド１２２またはブラシバー１２５の縦軸と平行な方向に信号を放射するように向けられている。したがって、センサー２６０からの信号の方向は、前方移動方向とは垂直であり、かつ、エミッタ２２４ａ’により放射される信号の方向と平行である。したがって、センサー２６０は、クリーナー１００が沿って移動することになる壁面または他の障害物の距離を検出することができる。エミッタ２２４ａ’と受信機２３０ａとの組み合わせにおいて、センサー２６０は、さらに、クリーナー１００が沿って移動することになる壁面または他の障害物と平行なクリーナー１００の移動方向を維持することができる。このことは、本質的に同一に維持されている平行信号によって達成される。これら２つの信号間におけるあらゆる変化を容易に認識することができ、かつ、不一致を補償するためにクリーナー１００の経路を調整することができる。この配置は、図９に示されている。この図から分かるように、２つの信号の方向間における距離は、クリーナー１００の長さの約２分の１であるが、これについては、かなりの程度まで変更することができる。この距離は、車両の長さの４分の１よりも短くなく、また、車両の長さの４分の３よりも長くないことが好ましい。
【００３１】
さらなるセンサーのうちの第２センサー２６２は、エミッタ２６２ａが、クリーナー１００の移動方向と平行な方向に、信号を後方へ送信するように向けられている。センサー２６２は、クリーナー１００が後方向へ移動するかまたは進行方向を変えるかまたは垂直軸の周りを回転している場合に、クリーナーヘッド１２２が引っかかる障害物の存在を検出することができる。
【００３２】
赤外線センサー２７２，２７４，２７６は、クリーナー１００の下側に設けることができる。各々のセンサー２７２，２７４，２７６は、クリーナー１００が横切って移動しかつ掃除しようとする面に対して下方を見るように向けられている。２つの下方監視センサー２７４，２７６が、各々の駆動ホイール１０４のすぐ前のシャシー１０２に設けられている。さらなる下方監視センサー２７２は、シャシー１０２の前端に、かつ、クリーナー１００の縦軸またはその近くに設けられている。各々のセンサー２７２，２７４，２７６は、エミッタと受信機とを具備する。示されている実施形態においては、各々のセンサー２７４，２７６の最も外側の構成部品は、受信機であり、かつ、最も内側の構成部品は、エミッタである。各々のセンサー２７２，２７４，２７６は、クリーナー１００が横切って移動する面の有無を検出することができる。センサー２７４，２７６のうちの１つが面が存在しないことを検出するとすぐに、クリーナー１００を停止させるかまたは該クリーナー１００に進行方向を変えさせる信号が制御ソフトウェアへ送信される。このことは、階段または他の縁部が表面に存在することに起因する可能性が高い。したがって、階段または他の縁部に遭遇した場合に、クリーナー１００が高所から落下することが防止される。安全上の理由から、各々のホイールのすぐ前に配置された各々のセンサーは、様々な回路を介して制御ソフトウェアに接続されており、これにより、万一ある回路が故障しても、他のセンサーが、なおも、事故の発生を回避するために機能する。さらなる下方監視センサー２７８，２８０は、クリーナー１００の周縁部に近接してクリーナー１００の下側に設けられている。側面下方監視センサー２７８，２８０は、通常の車両の移動方向において、車両の側縁部に近接しかつホイールの外側にありかつ該ホイールの前方にある面の存在を検出するように配置されている。車両の通常の前方移動方向は、矢印２９０により示されている。これらの下方監視センサー２７８，２８０は斜方向に下方を向いており、これにより、これらのセンサーをクリーナー１００の下側に取り付けることができ、この場所において、これらのセンサーは損傷から保護される。
【００３３】
図１０は、車両に近接した面４１０の存在を検出するために、該車両の下側４１５に取り付けられた下方監視センサーの形式を示している。センサーの送信部は、通常はＬＥＤ上にあるソース４００と、該ソース４００の出力を、面４１０に向かって下方に向けられたコリメートビームの形に形成するためのレンズ４０２とを具備している。受信部は、面４１０により反射された光を集めるためのレンズ４０６と、制御回路に供給するための出力４１２を生成するセンサー４０８とを具備している。センサー４０８は、センサー上で受信された光の位置にしたがって変動する出力を供給する位置感知型装置（ＰＳＤ：position sensitive device）である。面４１０は、受信機から、より近くにまたはより遠くに移動し、面４１０から反射された受信光の位置は、双頭の（double-headed）矢印により示されるように、センサー４０８のターゲットの全域において移動する。ＰＳＤは、通常は、感光型半導体装置である。安全上の理由のために、第２光受信部４１６，４１８が設けられることが好ましい。この第２光受信部４１６，４１８は、第１受信部に対し、送信部の反対側に配置されており、かつ、制御回路に供給するための出力を生成する。万一、出力信号４１２，４２０のいずれかまたは両方がクリーニング装置の下方に面が存在しないことを示せば、制御回路は、クリーニング装置を停止させる。
【００３４】
図１１は、車両のための制御システムにより下方監視センサーが用いられる方法を概略的に示している。左右のホイール下方監視検出器２７４，２７６からの出力は、決定回路３００に供給される。これは、出力信号を検査し、かつ、面が車両に十分に近接しているかどうかを決定する。このことについては、電圧レベルの比較により達成することができる。すなわち、下方監視センサーにより供給される第１電圧は、受容可能な面距離を示す閾値電圧と比較される。他の決定技術を用いることもできる。決定回路３００からの出力は、モータドライバハードウェア３１０へ供給され、該モータドライバハードウェア３１０は、車両のホイール１０４を駆動させるためにモータを動作させるための出力信号３１２を供給する。モータドライバハードウェアは、決定回路３００からの信号、および、制御ソフトウェア３０５からの出力の両方に応答する。安全上の理由のために、ホイール下方監視センサー２７４，２７６は、ハードウェア内のモータを直接的に制御する。破線ボックス３２０内に示されている制御経路における全ての素子は、ハードウェアである。これは、車両が面の縁部に到達した場合に、ホイールにブレーキをかけることが遅れることを防ぐためである。前縁下方監視装置２７２、側面下方監視装置２７８，２８０、および他のセンサーの他に、ホイール下方監視センサー２７４，２７６は、適切なインターフェース回路を介して、自分たちのそれぞれの出力を、車両の移動を制御する制御ソフトウェア３０５へ供給する。制御ソフトウェア３０５は、出力３０６をモータドライバハードウェア３１０へ供給する。制御ソフトウェアは、単にホイール下方監視センサーに依存するよりも柔軟な方法で車両を案内するために、センサー出力を用いることができる。
【００３５】
図１２は、クリーナーのための制御システムを示している。この制御システムは、２つの再充電可能な電池１６１，１６２と、電池およびモータ管理システム４１と、吸込ファンを駆動させるためのモータ５０と、真空クリーナーの左右側のホイール１０４を駆動させるための牽引モータ４３と、真空クリーナーのブラシバーを駆動させるためのモータ２８と、処理回路２３とを具備し、該処理回路２３は、マイクロプロセッサとＦＰＧＡ（field programmable gate array）とを備える。ユーザーインターフェースボード２９は、複数のユーザースイッチ７５（該ユーザースイッチ７５により、ユーザーがクリーニング装置を制御することができる）と、複数のインジケータランプ７６（該インジケータランプ７６により、クリーニング装置がユーザーに示すことができる）とを供給する。ユーザーインターフェースボードは、光検出器１７にも連結している。その理由は、クリーニング装置の上面が、妨げのない環境上の視界を光検出器にもたらすためである。マイクロプロセッサおよびＦＰＧＡは、タスクを分担し、ＦＰＧＡは、主に、超音波センサーからのデータを処理するために用いられ、超音波受信機により受信された信号から重要な情報を抽出する。通信バス７０は、処理回路２３を、電池およびモータ管理システム４１と、ユーザーインターフェースボード２９とに連結する。
【００３６】
ＲＯＭまたはフラッシュＲＯＭのような非揮発性メモリ９６は制御ソフトウェアを記憶し、他のメモリ９７は、装置の通常の動作の間に用いられる。前述した移動制御センサーは、処理回路２３に連結されている。
【００３７】
図１３は、床面の縁部を辿るための側面下方監視センサー２７８の一例を示している。側面下方監視センサーには、クリーニング装置の包絡線内に存在する、クリーニング装置上の取り付け位置からの横向きの景観を与えることが好ましい。横向きの下方監視センサーは、送信部ＴＸと、受信部ＲＸとを具備する。ＴＸおよびＲＸの両方は、クリーナーホイール１０４の経路の外側の面５００の縁部の存在を感知するために、クリーナーの下側から下方かつ外側において、ある角度に向けられている。車両の包絡線内にセンサーを取り付けることは、車両の外部がセンサー（これらのセンサーは、障害物に捕らえられるか、または、損傷を受けることがある）により塞がれることがないという利点を有する。横向きの下方監視センサーは、図１０に示されたセンサーと同じ方法で動作する。ここに示された斜め横向きの下方監視センサーの代替えとして、直接的に下方を向き、かつ、クリーニング装置の側面から十分外側に延びるアーム上に取り付けられる下方監視センサーを設けることができ、これにより、センサーが、床面に対して明確な照準線を有する。
【００３８】
図１４および図１５は、クリーナーが掃除している面の縁部に到達した場合に該クリーナーが動作できる２つの方法を示している。図１４において、クリーナーは、側面下方監視センサーを有していない。数値５１０は、部屋の角５１２から延びている下り階段を示している。使用の際に、クリーナーは、経路５０６に沿って壁面５０５を辿る。クリーナーが角５１２へ到達し、かつ、該角から延びている壁面５１４を辿ろうとする。しかしながら、クリーナーは、その前縁センサーを用いて、階段最上部の縁部５１６を感知する。次に、クリーナーは、縁部辿りルーチンに入り、かつ次に、クリーニング装置の前縁の下方に面が存在しないことを前縁センサー２７２が再び感知するまで、縁部に対して浅い角度で前方へ移動する。クリーナーは、壁面５１８に到達するまで、ジグザグ様式でこの運動を繰り返す。
【００３９】
図１５において、クリーナーには、横向きの下方監視センサーが設けられている。前述のように、クリーナーは、角５１２に到達するまで、経路５０６に沿って近づき、かつ、壁面を辿ろうとする。前縁センサーは階段の縁部５１６を感知し、かつ、クリーナーは、横向きの下方監視センサー２７８を用いて、壁面５１８に到達するまで、壁面５１６を辿る。
【００４０】
図１６は、制御ソフトウェア（図１１の３０５）がクリーナーを動作させることができる一方法を示す流れ図である。段階５５０において、クリーナーは、通常は、壁面に近接した部屋の外縁部、または、壁面からクリーナー幅の倍数分をおいた部屋の外縁部のいずれかを辿るための“壁面辿り（wall follow）”モードで動作する。段階５５２において、クリーナーは、その前縁センサーを用いて、面が存在しないことを検出する。クリーナーは、次に、幾つかの形式をとることができる縁部辿りモードに入る。段階５５４，５５６，５６０は前述したジグザグモードを示し、その一方で、段階５５８，５６０は、側面下方監視センサーモードを示す。壁面の存在が感知されると、クリーナーは、再び、壁面辿りモードに入る。
【００４１】
本発明は、示されかつ前述された実施形態の詳細そのものに制約されるものではない。前述した車両は真空クリーナーであるが、人間が介入することなく、かつ、その経路において１つまたは複数の障害物と衝突することなく、面の全域で自らを推進させる必要がある他の任意の形式の自律性車両に対し、このセンサー配置を適用できることが理解される。家庭用器具はますます精巧になってきており、かつ、真空クリーナー以外の家庭用器具も年々自立的になっていくことが考えられる。前述したセンサー配置は、家庭用器具にも等しく適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態による、自律性車両の、明確には、真空クリーナーの斜視図である。
【図２】 図１の自律性車両の前面図である。
【図３】 図１の自律性車両の背面図である。
【図４】 （ａ），（ｂ）は、図１の自律性車両の、右側および左側からそれぞれ得られた側面図である。
【図５】 （ａ），（ｂ）は、それぞれ、図１の自律性車両の底面図および平面図である。
【図６】 図１の自律性車両に対しての、赤外線センサーの位置決めを示す概略図である。
【図７】 図１の自律性車両に対しての、赤外線センサーのグルーピングを示す概略図である。
【図８】 図１の自律性車両に対しての、超音波センサーの位置決めを示す概略図である。
【図９】 図１の自律性車両に対しての、さらなる赤外線センサーの位置決めを示す概略図である。
【図１０】 下方監視センサーの形状を示す図である。
【図１１】 前記車両のために制御システムが下方監視センサーを用いる方法を概略的に示す図である。
【図１２】 クリーナーのための制御システムを示す図である。
【図１３】 横向きの下方監視センサーの一例を示す図である。
【図１４】 クリーナーが掃除している面の縁部に到達したときに、該クリーナーが動作できる方法を示す図である。
【図１５】 クリーナーが掃除している面の縁部に到達したときに、該クリーナーが動作できる方法を示す図である。
【図１６】 クリーナーを動作させる方法の流れ図である。
【符号の説明】
２７２ 前縁下方監視装置
２７４，２７６ 下方監視センサー
２７８，２８０ 側面下方監視装置
３００ 決定回路
３０５ 制御ソフトウェア
３０６ 出力
３１０ モータドライバハードウェア
３１２ 出力信号

Claims (7)

1. ホイールと、
   第１のセンサーと、
   第２のセンサーと、
   制御装置と
   を具備する自律性車両であって、
   前記ホイールは、前記車両を支持し、かつ、該車両が床面を横切ることを可能にするためのものであり、
   前記第１のセンサーは、ホイールの前に床面が存在することを感知するためのものであり、
   前記第２のセンサーは、前記車両の前縁の下方に床面が存在することを感知するために、該車両の前縁にまたは該前縁の近くにあり、
   前記制御装置は、前記車両の移動を制御するためのものであり、
   前記制御装置は、ホイールに近接した床面が存在することを前記第１のセンサーが示した場合に、該車両の移動を許容し、
   前記車両の前縁の下方に床面が存在しないことを前記第２のセンサーが検出すると、該車両が縁部辿りルーチンを実行し、
   前記縁部辿りルーチンは、前記車両を反転させ、かつ次に、前縁の下方に床面が存在しないことを前記第２のセンサーが再び感知するまで、縁部に対してある角度で前方へ移動させる反復的な移動であることを特徴とする車両。
2. ホイールと、
   第１のセンサーと、
   第２のセンサーと、
   制御装置と
   を具備する自律性車両であって、
   前記ホイールは、前記車両を支持し、かつ、該車両が床面を横切ることを可能にするためのものであり、
   前記第１のセンサーは、ホイールの前に床面が存在することを感知するためのものであり、
   前記第２のセンサーは、前記車両の前縁の下方に床面が存在することを感知するために、該車両の前縁にまたは該前縁の近くにあり、
   前記制御装置は、前記車両の移動を制御するためのものであり、
   前記制御装置は、ホイールに近接した床面が存在することを前記第１のセンサーが示した場合に、該車両の移動を許容し、
   前記車両の前縁の下方に床面が存在しないことを前記第２のセンサーが検出すると、該車両が縁部辿りルーチンを実行し、
   前記車両の側縁部に近接しかつホイールの経路の外側にある床面の存在を検出するための第３のセンサーが更に設けられ、
   前記縁部辿りルーチンは、床面の縁部を辿るために前記第３のセンサーからの出力を用い、
   前記第３のセンサーは、ホイールの経路内において前記車両に取り付けられ、かつ、該車両の側縁に近接しかつホイールの経路の外側にある床面の存在を感知するために、下方かつ外側において、ある角度に向けられていることを特徴とする車両。
3. 前記第３のセンサーは、前記車両の通常の移動方向において、該車両の側縁部に近接しかつホイールの経路の外側にありかつホイールの前方にある床面の存在を検出することを特徴とする請求項２に記載の車両。
4. 前記第３のセンサーは、前記車両の下側に取り付けられていることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の車両。
5. 前記第１のセンサーによる前記車両の制御は、完全にハードウェアにおいて実行され、かつ、第１のセンサーと第２のセンサーとの組み合わせによる該車両の制御は、制御ソフトウェアを用いて実行されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の車両。
6. 自律性クリーニング装置の形式であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両。
7. 自律性真空クリーナーの形式であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の車両。

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