JP4910972B2 - 自走式装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、障害物を回避して自律走行をし、清掃、監視、運搬などの作業を行う自走式装置およびプログラムに関するものである。

従来、この種の自走式装置としては、例えば、超音波測距センサと光測距センサを用いて、障害物に衝突しないように掃除する自走式掃除機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７に示すように、自走式掃除機は、超音波測距センサ１３１、光測距センサ１３２Ｒ、１３２Ｌを有し、センサＩ／Ｆ１３０を介してモータ駆動Ｉ／Ｆ１４１から駆動信号を出力するものである。

そして、図８に示す障害物判定のためのフローチャートのように、Ｓ１００にて超音波測距センサ１３１からの測距データを取得した後、Ｓ１０５にて取得した距離データが接近限界以下となっているかどうかを判断する。接近限界以下となっていると判断された場合は、Ｓ１１０にて走行を停止し、光測距センサ１３２Ｒ、１３２Ｌで距離データを取得し、前方障害物ありと判定する。Ｓ１０５にて接近限界と判定されなかった場合は、Ｓ１２０にて左右の光測距センサ１３２Ｒ、１３２Ｌからの距離データを取得し、Ｓ１２５にて接近限界以下となっているかを判断する。接近限界以下であれば、Ｓ１３０にて走行を停止し、前方障害物ありと判定する。Ｓ１２５にて接近限界と判定されなかった場合は、前方障害物なしと判定する。このように、超音波測距センサ１３１で正確に測距できない対象物についても光測距センサ１３２Ｒ、１３２Ｌを併用することで正確に測距できる対象を増やし、障害物に衝突しないようにしている。
特開２００７−１４８５９１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、接近限界以下の距離を一定値に決めて停止するか否かの判断をしており、例えば、ある程度の硬さがあり、地面から天井への垂直方向と平行に面する障害物であれば、超音波測距センサで正確な距離が測定できるが、斜めの障害物であれば、自走式掃除機に返ってくる超音波の反射波が弱く、正確な距離が測定できない場合がある。また光測距センサは、一般的に超音波センサと比較して指向性が強いため、２つ程度の備えでは、センサの死角が多くあり、障害物を検知できない。ただ、自走式掃除機の位置が少しでもずれるとセンサ検知できることもある。例えば、接近限界距離付近でセンサの死角に入ってしまうと、再びセンサ検知した時には接近限界距離内に入ってしまい、その時点でブレーキをかけて停止しようとしても間に合わず、障害物に衝突してしまうものである。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、障害物への衝突回避と障害物際までの作業エリア効率をトレードオフした、作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる自走式装置およびプログラムを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の自走式装置およびプログラムは、本体を移動させる走行手段および操舵手段と、障害物を検知する障害物検知手段と、本体が障害物に衝突したことを検知する衝突検知手段と、本体の移動中に前記障害物検知手段が障害物を検知した場合、または前記衝突検知手段により障害物に衝突したことを検知した場合に前記走行手段および操舵手段を制御して本体の移動を制御する制御手段と、前記障害物検知手段で障害物を検知した場合に本体が障害物の手前で停止する接近限界距離を決定する障害物接近限界距離決定手段とを備え、障害物接近限界距離決定手段は前記衝突検知手段による障害物の衝突回数を反映して接近限界距離を決定するようにしたものである。

これによって、障害物を検知した場合に本体が障害物の手前で停止する接近限界距離を衝突検知手段による障害物の衝突回数を反映して決定するため、接近限界距離を大小に変動させて、障害物への衝突回避と障害物際までの作業エリア効率をトレードオフした、作業環境にあわせた最適な作業を行うことができるものである。

本発明の自走式掃除機およびプログラムは、障害物への衝突回避と障害物際までの作業エリア効率をトレードオフした、作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる。

第１の発明は、本体を移動させる走行手段および操舵手段と、障害物を検知する障害物検知手段と、本体が障害物に衝突したことを検知する衝突検知手段と、本体の移動中に前記障害物検知手段が障害物を検知した場合、または前記衝突検知手段により障害物に衝突したことを検知した場合に前記走行手段および操舵手段を制御して本体の移動を制御する制御手段と、前記障害物検知手段で障害物を検知した場合に本体が障害物の手前で停止する接近限界距離を決定する障害物接近限界距離決定手段とを備え、障害物接近限界距離決定手段は前記衝突検知手段による障害物の衝突回数を反映して接近限界距離を決定するようにした自走式装置とする。これによって、障害物を検知した場合に本体が障害物の手前で停止する接近限界距離を衝突検知手段による障害物の衝突回数を反映して決定するため、接近限界距離を大小に変動させて、障害物への衝突回避と障害物際までの作業エリア効率をトレードオフした、作業環境にあわせた最適な作業を行うことができるものである。

第２の発明は、特に、第１の発明において、作業終了時に衝突検知手段で衝突を検知した回数と作業時間から単位時間あたりの衝突回数を記憶する記憶手段を備え、この記憶手段に記憶された値より、次回作業時に障害物の手前で停止する接近限界距離を決定するようにしたことにより、前回衝突回数が多ければ、次回停止する接近限界距離を大きくし、衝突回数が少ない場合は、次回停止する接近限界距離を小さくするように学習をして、衝突回数はできるだけ少なくし、かつ障害物際までの作業エリアの作業効率を上げて、ユーザーの作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、記憶手段は、過去Ｎ回分の作業に対して平均化して記憶するようにしたことにより、過去Ｎ回分の単位時間あたりの衝突回数が多ければ、次回停止する接近限界距離を大きくし、過去Ｎ回分の単位時間あたりの衝突回数が少ない場合は、次回停止する接近限界距離を小さくするように学習をして、ユーザーの作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる。すなわち、前回作業時と比較して椅子などの障害物の位置が変わって衝突回数が変化した場合でも、過去Ｎ回分の作業時を平均化して判断することで、バラツキを抑え、さらに精度よく、衝突回数はできるだけ少なくし、かつ障害物際までの作業エリアの作業効率を上げて、ユーザーの作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、本体の移動した軌跡と周回した時間を記憶する記憶手段と、本体の移動した距離を計測する走行距離計測手段と、記憶された本体の移動した軌跡を基に本体が区域を一周したことを検知する周回検知手段とを備え、作業初めに周回走行した時間が前回記憶された周回時間と所定値以上異なれば前回と異なる区域を作業すると判断して障害物接近限界距離決定手段において、デフォルトの停止する接近限界距離を利用して作業するようにしたものである。これにより、周回時間を停止する接近限界距離に反映するため、より正確にユーザーの作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる。

第５の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、本体の移動した軌跡と周回した距離を記憶する記憶手段と、本体の移動した距離を計測する走行距離計測手段と、記憶された本体の移動した軌跡を基に本体が区域を一周したことを検知する周回検知手段とを備え、作業初めに周回走行した距離が前回記憶された周回距離と所定値以上異なれば前回と異なる区域を作業すると判断して障害物接近限界距離決定手段において、デフォルトの停止する接近限界距離を利用して作業するようにしたものである。これにより、周回距離を停止する接近限界距離に反映するため、より正確にユーザーの作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる。

第６の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、本体の移動した軌跡および周回した時間と距離を記憶する記憶手段と、本体の移動した距離を計測する走行距離計測手段と、記憶された本体の移動した軌跡を基に本体が区域を一周したことを検知する周回検知手段とを備え、作業初めに周回走行した時間と距離との両者が前回記憶された周回時間、距離と所定値以上異なれば前回と異なる区域を作業すると判断して障害物接近限界距離決定手段において、デフォルトの停止する接近限界距離を利用して作業するようにしたものである。これにより、周回時間と距離を停止する接近限界距離に反映するため、さらに正確にユーザーの作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる。

第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、障害物接近限界距離決定手段で決定した接近限界距離をユーザーに音または表示で知らせる報知手段を備えたことにより、ユーザーは自走式装置が学習して障害物際までの接近限界距離が変更になったことを知ることできるので、いつもと違って障害物際の埃が残っても、自走式装置が衝突を回避する方を優先しているということがわかるため、動作がおかしいなど勘違いによる不安がない。

第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明における自走式装置の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラムとするものである。そして、プログラムであるので電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させて情報端末装置の少なくとも一部を容易に実現することができる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布やインストール作業が簡単にできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１における自走式装置として、自走式掃除機を例示している。

図１において、自走式掃除機の本体１は、駆動走行する駆動輪２と、ノズルとブラシと吸引モータで床面にある埃やゴミを吸い取る作業手段３がある。また、前方の障害物を検知するために超音波センサ送信手段４ａが２つあり、障害物から反射した超音波を受信する超音波センサ送信手段４ｂを３つ備えている。さらに、壁沿いの並行走行を蛇行することなく円滑に走行させるため、赤外線センサ５を本体右側面に２つ備えている。

また、走行中の本体１を支えるために補助駆動輪７が複数あり（図示は１つのみ）、補助駆動輪７の１つの走行状態を検知するため走行センサ６を備えている。

さらに、走行方向の角度を把握するためにジャイロセンサ８がある。このジャイロセンサ８を利用してＸ（縦方向）、Ｙ（横方向）の座標位置を記憶することができる。

また、本体１の前方部には万が一、障害物に衝突したときに衝突を検知する衝突検知手段９が備えられている。なお、衝突検知手段９は、本体左側と本体中央前方側と本体右側の３方向の衝突が検知できるものであり、この例ではバンパ構造をしており、衝突するとスイッチが押されて検知するようなメカ的な方法を示している。しかし、赤外線などの光受発光を利用して検知するような方法でもよい。

図２において、自走式掃除機は、走行制御および移動位置の算出などの入力した情報やデータを演算処理したり、制御信号、データの生成や送出を行ったりする制御手段２１、障害物となる物体を検知する障害物検知手段２２（超音波センサ送信手段４ａ、４ｂが相当）、自走式掃除機を所望の方向に移動させる走行手段２３および操舵手段２４（駆動輪２、補助駆動輪７が相当）、走行距離を計測する走行距離計測手段２５（走行センサ６が相当）、自走式掃除機の位置や障害物の有無や自走式掃除機が走行する走行軌跡などの情報を記憶する記憶手段２６を備えている。加えて、周回検知手段２７、同一区域判定手段２８、衝突回数カウント手段２９、障害物接近限界距離決定手段３０、報知手段３１および計時手段３２も備えている。

以下、各手段２１〜３２の詳細について説明する。

制御手段２１は、例えば、ＣＰＵ、メモリで構成されている。本体１の動作をコントロールするために、駆動輪２を駆動する走行手段２３および操舵手段２４への制御信号を生成する。例えば、障害物検知手段２２の情報を使って障害物との接触を回避するように駆動させることや、記憶手段２６に蓄積している走行軌跡情報や位置情報と現在地点との相対関係から、目的の場所まで移動するための制御信号を生成する。

構成としては、他にも、ＣＰＵ、メモリを１つにした１チップマイコンや、ＦＰＧＡ、ＤＳＰなどの他の演算可能なものであっても構わない。また、ＨＤＤやＤＶＤやフラッシュメモリなどの記録装置と一緒に構成することで、メモリ容量を大量に利用するような複雑な処理をすることも可能にすることができる。さらに、無線ＬＡＮなどの通信装置と一緒に構成することで、本体１と外部機器との通信が可能になり、蓄積しているデータの送信や、新たな制御パターンの受信など、さらに高度な処理を可能にすることができる。

マイクロ・コンピュータを使うことで、走行手段２３および操舵手段２４のコントロールには、駆動部として利用するモータなどの装置にあわせて、ＰＷＭなどによる制御やシリアル通信による移動量の設定などのさまざまな形態の制御をさせることが可能である。

また、位置の算出方法は、駆動部への命令から移動量を算出して求めることが可能であり、例えば、左右２輪の駆動輪２を持つ自走式掃除機の場合は、左右の駆動輪２の速度設定と、設定経過時間から移動した距離と回転角度を算出することができる。さらに、走行手段２３および操舵手段２４からのエンコーダパルスのように、駆動後の結果を受信することで、移動量の精度を高めることができる。さらに、走行センサ６やジャイロセンサ８と組み合わせることで、移動量の算出精度を高めることができる。なお、他に加速度センサのような他の装置を用いても移動量の算出精度を高めることは可能である。

ここで、本実施の形態の走行軌跡とは、例えば、セルと呼ぶＸ（縦方向）、Ｙ（横方向）座標上の四角形の位置毎に、障害物の有無の情報や時間の情報やその他のセル位置毎に保存しておきたい情報を蓄えているセルの集合体である。また、位置情報とは、例えば、Ｘ、Ｙ（縦横）座標の情報や、セル位置の情報である。なお、ここではマップ情報の例として、Ｘ、Ｙ軸として定義しているが、Ｘ、Ｙ、Ｚ（縦横高さ）座標による３次元系や、Ｒ、Θ（半径、角度）座標による角座標系や、ラプラス空間など他の空間座標系を利用しても構わない。

このように、制御手段２１は、走行手段２３および操舵手段２４を制御する移動制御部２１ａと、障害物との距離が一定距離以下になると停止して、障害物を回避する障害物回避制御部２１ｂを有する。すなわち、制御手段２１は、本体１の移動中に障害物検知手段２２が障害物を検知した場合、または衝突検知手段９により障害物に衝突したことを検知した場合に走行手段２３および操舵手段２４を制御して本体１の移動を制御する。

障害物検知部２２は、超音波センサ送信手段４ａから発信した超音波の反射を利用して超音波センサ受信手段４ｂで受信した時間や受信レベルに応じて障害物との距離や大きさを計測することが可能である。また、超音波でカーテンなど柔らかい物に対しては、赤外線センサ５で障害物との距離を検知することが可能である。

しかし、超音波センサは、ある程度の硬さがあり、地面から天井への垂直方向と平行に面する障害物であれば、超音波測距センサで正確な距離が測定できるが、斜めの障害物であれば、自走式掃除機に返ってくる超音波の反射波が弱く、正確な距離が測定できない場合がある。また光測距センサは、一般的に超音波センサと比較して指向性が強いため、自走式掃除機に２つ備えた程度では、センサの死角が多く障害物を検知することができない。複数の種類のセンサを多く備えれば、死角が少なくなっていくが、コスト面で現実的ではないため、あらゆる作業環境で完全にセンサの死角をなくすということは困難であり、完璧に障害物を非接触回避することはできないケースがある。

走行手段２３および操舵手段２４は、例えば、２つのモータと２つの駆動輪２を左右に水平に配置するように構成することで、制御手段２１からの制御信号によって、左右のモータの回転数を変化させることにより、駆動輪２が動作して本体１が移動する。また、駆動輪２に回転を検知するエンコーダを備えることで、左右の駆動輪２のエンコーダ検知によるパルス数を制御手段２１に伝えることで、移動量の算出精度を高めることができる。走行手段２３および操舵手段２４は、モータと駆動輪２の組み合わせ以外にも、複数のサーボモータを組み合わせた関節型のアクチュエータを組み合わせた２本足や４本足などの多足移動可能なものや、利用するモータは、リニアモータなど物理的な動作が可能なものであれば構わない。

走行距離計測手段２５は、総走行距離や決められた時間に走行した距離などを計測することが可能である。走行センサ６の検知情報や図示していないが駆動輪２のエンコーダ情報から距離を算出するオドメトリを利用して走行距離を計測する。

記憶手段２６は、情報を記憶する機能を有するものであり、例えば、ＳＤカードなどに代表されるフラッシュメモリや、ＣＰＵと組み合わせて利用するＤＤＲメモリや、ハードディスクや、光ディスクである。さらに、これらのメモリを複数組み合わせることで、例えば、自走式掃除機から距離が近いマップ情報は、読み出し書き込み速度が速いメモリを使い、自走式掃除機から距離が遠いマップ情報は、大容量のメモリを使うことで、高速性と大容量性を両立させることが可能な構成にすることも可能である。また、無線ＬＡＮや、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線技術を利用することで、自走式掃除機の外部に設けたメモリを利用することができる。さらに、メモリを複数の自走式掃除機や、他の装置と共有して利用することで、共通のマップ情報や位置情報を利用する構成にすることも可能である。また、位置の記憶を行う場合に、割り当てているメモリをリング状のバッファとして扱うことで、過去の古い位置情報を削除しながら、新しい位置の記憶を継続していくことが可能となる。

また、記憶する位置情報のメモリの残量が無くなった場合に、過去に記憶している位置情報から、最大値と最小値の位置以外の位置情報を削除することで、新しい位置の記憶を継続していくことも可能である。なお、説明は後述するが記憶手段２６には、軌跡記憶手段２６ａ、周回時間記憶手段２６ｂ、周回距離記憶手段２６ｃ、単位時間衝突回数記憶手段２６ｄを備えている。

また、周回検知手段２７は、自走式掃除機が最初に壁面に近づいたときのＸ、Ｙ座標を軌跡記憶手段２６ａで記憶し、自走式掃除機は、壁面に沿って左回りで進み、再度、記憶したＸ、Ｙ座標に一致したとき、壁際を１周したと判断する。なお、記憶したＸ、Ｙ座標に一致したとき１周と判断するが、判断基準としてＸ、Ｙ座標のマージンを設けても構わない。

なお、周回検知の他の方法としては、自走式掃除機を充電する充電台を用意し、自走式掃除機の充電台を開始地点として作業を開始し、１周して再び充電台の上を通過する時に、充電台から赤外線センサを発光し、自走式掃除機で受光するような構造にしておけば、自走式掃除機は充電台の位置が確認できて１周したと判断できる。あるいは、充電台または壁などの開始地点に非接触ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ）や磁気テープなどを貼っておくと、自走式掃除機側で非接触ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ）や磁気センサなどの検知手段を備えることで開始地点がわかるため周回検知ができる。

また、周回検知手段２７で周回を検知すると、周回した時間を周回時間記憶手段２６ｂ、周回した距離を周回距離記憶手段２６ｃで記憶する。

同一区域判定手段２８は、周回検知手段２７で周回を検知した際、周回時間記憶手段２６ｂで記憶した時間と、周回距離記憶手段２６ｃで記憶した距離の両方が、前回、周回した時間と距離と所定値以上異なっていなければ、同一の区域（部屋）と判定する。

また、衝突検知手段９で衝突を検知した回数をカウントする衝突回数カウント手段２９は、作業終了時に計時手段３２より、単位時間あたりの衝突回数に換算して単位時間衝突回数記憶手段２６ｄとして記憶する。本実施の形態では、単位時間は１分とした。

また、障害物接近限界距離決定手段３０は、単位時間衝突回数記憶手段２６ｄの記憶値より、前記障害物検知手段２２で障害物を検知した場合に本体１が障害物の手前で停止する接近限界距離を決定する。

さらに、障害物接近限界距離決定手段３０で接近限界距離が変更された場合は、報知手段３１のスピーカ３１ａで音声ガイダンスを行い、液晶表示３１ｂで接近限界距離を表示し、ユーザーに報知する。

また、計時手段３２は、タイマカウンタであり、作業開始時からの作業時間を計測するなどの動作をする。

以上のように構成された自走式掃除機について、図３、図４を用いて、障害物検知時の接近限界距離を決定する動作、作用を説明する。

図３において、自走式掃除機をスタートさせると、記憶手段２６で記憶した情報を読み出す（Ｓ１１）。読み出した単位時間あたりの衝突回数に対して、障害物接近限界距離決定手段３０により、図４に示すテーブルから接近限界距離を決定し、設定する（Ｓ１２）。図４に示すように、単位時間あたりの衝突回数が多かった場合は、接近限界距離を長くすることにより、衝突回数を減らすことを目的とし、衝突回数が少なかった場合は、より一層、障害物の際まで近づくことにより、作業領域を広げることを目的としている。また、Ｓ１２で接近限界距離を設定すると液晶表示３１ｂに接近限界距離を表示し、音声ガイダンスでスピーカ３１ａより「接近限界距離が設定されました」などと報知する。

作業開始後、まずは、自走式掃除機は壁を探す。壁と認識する方法は、超音波センサ受信手段４ｂで障害物を検知し、障害物までＤｃｍの距離に近づいた後、自走式掃除機は左方向に回転し、２つの赤外線センサ５の検知距離が等しくなると障害物は壁だということを認識する。もし、壁でなくて椅子の脚などの障害物であった場合は、自走式掃除機が回転をしても２つの赤外線センサ５の検知距離が等しくならないので区別が可能である。なお、壁を認識するためにＤｃｍの距離に近づくとしたが、Ｄｃｍは、（Ｓ１２）で設定した接近限界距離であってもよいし、最初の１回だけなので、固定値であっても構わず、限定されたわけではない。

壁を検知すると（Ｓ１３）、Ｘ、Ｙ座標を原点としてＸ＝０、Ｙ＝０とする（Ｓ１４）。引き続き、自走式掃除機は、赤外線センサ５で壁との距離を一定に保持するように制御して、壁際を左周りに作業走行する（Ｓ１５）。なお、最初に壁を検知して進んだ方向をＸ＝０でＹ軸のプラス方向とする。

自走式掃除機は、ジャイロセンサ８で進行方向の角度を把握し、走行中のＸ、Ｙ座標の軌跡を記憶していく。走行を続け、Ｘ＝０、Ｙ＝０になれば、原点に戻ったので１周したと判断する（Ｓ１６）。

１周を検知すると、１周に要した時間を周回時間記憶手段２６ｂに記憶し（Ｓ１７）、１周に要した走行距離を周回距離記憶手段２６ｃに記憶する（Ｓ１８）。

次に、前回作業した区域と同じ区域か否かを同一区域判定手段２８により判定する（Ｓ１９）。判定方法は、（Ｓ１１）で読み出した前回の周回時間と周回距離とを今回の周回時間と周回距離とを比較する。周回時間および周回距離が共に前回より所定値の２０％以上異なっていれば、異なる区域と判定する。例えば、前回周回時間＝１０分、前回周回距離＝２０００ｃｍであって、今回周回時間＝１１分、今回周回距離＝２１００ｃｍであった場合は、周回時間および周回距離が両方とも前回比２０％以内の範囲であるので、前回作業時と同じ区域を作業すると判定する。なお、本実施の形態では、判定条件として、「周回時間および周回距離が共に前回より２０％以上違うと同一区域でない」としたが、２０％固定でなくても、周回時間や周回距離によって変動するようにしても構わない。

同一区域でない場合は、デフォルトの接近限界距離＝５ｃｍを設定する（Ｓ２０）。また、（Ｓ２０）で接近限界距離がデフォルト値に設定されると、液晶表示３１ｂにデフォルトの接近限界距離を表示し、音声ガイダンスでスピーカ３１ａより「接近限界距離が設定されました」などと報知して、ユーザーに知らせる。なお、本実施の形態では、デフォルトの接近限界距離を５ｃｍにしたが、限定されたものではない。

壁沿いを一周周回した後は、ランダムな方向に障害物が接近限界距離になるまで直線動作を繰り返したり、縦方向への走行と横方向への走行を繰り返すクロスパターン走行をするなど、さまざまな走行パターンのモードをユーザーに選択させたり、あるいは本体１で自動的にモードを決定するなど、周回後の走行パターンは限定されたものではない。

作業を終了すると（Ｓ２１）、衝突回数カウント手段２９でカウントした衝突回数と計時手段３２より、１分あたりの衝突回数を算出して（Ｓ２２）、単位時間衝突回数記憶手段２６ｄにより記憶する（Ｓ２３）。

なお、作業の終了判断は、あらかじめ決めた作業時間経過した場合や、本体１が自動的に認識して決められた領域の作業を完了した場合、ユーザーが停止指示をした場合などが考えられる。

以上のように、本実施の形態においては、作業時の衝突回数に応じて、次回作業時に、障害物までの障害物を検知したら停止する接近限界距離を変動させるため、前回衝突回数が多ければ、次回停止する接近限界距離を大きくし、衝突が少ない場合は、次回停止する接近限界距離を小さくするように学習をして、衝突回数はできるだけ少なくし、かつ障害物際までの作業エリアの作業効率を上げて、障害物への衝突回避と、障害物際までの作業エリア効率をトレードオフした設定をすることにより、ユーザーの作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる。

なお、障害物接近限界距離決定手段３０による接近限界距離の設定方法は、図４のテーブルを利用して一意に決定したが、作業終了時に、単位時間あたりの衝突回数を前回と比較し、多ければ、次回プラス０．５ｃｍ接近限界距離を長くしたり、短ければ次回マイナス０．５ｃｍ短くしたりするなどの方法で、設定変更するようにしても構わない。

また、同一区域判定手段２８では、前回の周回時間と周回距離とを今回の周回時間と周回距離とで比較したが、周回時間のみ、あるいは周回距離のみで比較判定しても構わないが、両方で判定する方が同一区域の判定精度が上がる。

また、本実施の形態では自走式掃除機を例示したが、これに限られるものではなく、清掃以外に監視、運搬などの作業を行う装置にも適用できる。

（実施の形態２）
図５、図６は、本発明の実施の形態２における自走式装置の接近限界距離を決定する動作を示す。なお、実施の形態１と同様の手段、動作については、同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態において実施の形態１と異なる点は、図５のフローチャートであり、単位時間衝突回数記憶手段２６ｂにおいて、過去Ｎ回分の作業に対する衝突回数を記憶するようにしたところである。

図５の（Ｓ１１）〜（Ｓ２２）までは実施の形態１と同様の動作で、（Ｓ３１）において、過去Ｎ回分の単位時間あたりの衝突回数平均値を算出する。例えば、Ｎ＝３とすると、図６に示すような、５回同じ区域を作業した時の１分あたりの衝突回数であった場合は、１分あたりの衝突回数平均値は、図６の右列に示すような値となる。

具体的に図６の平均値算出方法を説明すると、１回目というのは、初めて作業した場合であるので、１分あたりの衝突回数が、そのまま平均値ａ１＝ｂ１となる。２回目は２回分の平均値（ｂ１＋ａ２）／２となる。３回目は３回分の平均値で（ｂ２×２＋ａ３×１）／３ある。なお、平均値算出結果は、小数点２桁目は四捨五入している。４回目は（ｂ３×２＋ａ４×１）／３となり、４回目以降は、前回記憶していた平均値を２回分と重み付けをして平均値を算出していく。このように算出した平均値を単位時間衝突回数記憶手段２６ｄにより記憶する（Ｓ２３）。

図６の例では、６回目の作業時は、（Ｓ１１）で単位時間衝突回数記憶手段２６ｄからｂ５＝１．８を読み出すことになり、（Ｓ１２）で図４のテーブルより接近限界距離は２．５ｃｍが設定されることになる。

なお、本実施の形態では、Ｎ＝３としたが、Ｎを大きくしすぎると、１回あたりの平均値の変化が小さくなってしまうため、あまり大きくない方が望ましいが、限定されたものではない。

以上のように、過去Ｎ回分の単位時間あたりの衝突回数平均値を利用して、障害物の手前で停止する接近限界距離を決定するため、前回作業時と比較して椅子などの障害物の位置が変わって衝突回数が大きく変化した場合でも、過去Ｎ回分の作業時を平均化して判断することで、バラツキを抑え、さらに精度よく、衝突回数はできるだけ少なくし、かつ障害物際までの作業エリアの作業効率を上げて、ユーザーの作業環境にあわせた最適な作業を行うことができる。

なお、障害物接近限界距離決定手段３０による接近限界距離の設定方法は、図４のテーブルを利用して一意に決定したが、実施の形態１と同様に、作業終了時に、単位時間あたりの衝突回数を記憶された過去Ｎ回分の単位時間あたりの衝突回数平均値と比較し、衝突回数が多ければ、次回プラス０．５ｃｍ接近限界距離を長くしたり、衝突回数が少なければ、次回マイナス０．５ｃｍ短くしたりするなどの方法で、設定変更するようにしても構わない。

また、接近限界距離が設定されたときやデフォルト値に設定されたとき、液晶表示や音声ガイダンスでユーザーに報知したが、ＬＥＤやブザーなどで簡単に知らせるようにするなどや、ユーザーからのアクションで（例えば、確認ボタンを押した時に表示あるいは音で確認できる）報知するなどしても構わない。

また、図３および図５の（Ｓ１１）で単位時間衝突回数記憶手段２６ｄを読み出して、（Ｓ１２）で接近限界距離を設定したが、あらかじめ作業終了時に、次回の接近限界距離を決定し記憶させるようにしておいて、作業開始時に反映させるようにしても構わない。

また、作業開始後の最初の周回時は、固定の接近限界距離設定にしておいて、周回検知後に、前回の衝突回数に関する値を利用して接近限界距離を切り替えるようにしても構わない。

なお、実施の形態１、２はいずれも自走式装置の手段の全てもしくは一部として、コンピュータを機能させるためのプログラムとしても同様の構成でできるものである。なお、各実施の形態で説明した手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信したりすることで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以上のように、本発明にかかる自走式装置およびプログラムは、障害物への衝突回避と障害物際までの作業エリア効率をトレードオフした、作業環境にあわせた最適な作業を行うことができるので、掃除ロボット、監視ロボット、搬送ロボットや芝刈り機など障害物を回避走行する装置に適用できる。

本発明の実施の形態１における自走式装置を上から見た模式図 同自走式装置のブロック図 同自走式装置の接近限界距離を決定する動作のフローチャート 同自走式装置の接近限界距離を決定する一例のテーブルを示す図 本発明の実施の形態２における自走式装置の接近限界距離を決定する動作のフローチャート 同自走式装置における５回同一区域を作業した場合の１分あたりの衝突回数平均値を得る算出例を示す図 従来の自走式掃除機のブロック図 同自走式掃除機の前方障害物判定のためのフローチャート

符号の説明

１ 本体
３ 作業手段
４ａ 超音波センサ送信手段
４ｂ 超音波センサ受信手段
５ 赤外線センサ
９ 衝突検知手段
２１ 制御手段
２１ａ 移動制御部
２１ｂ 障害物回避制御部
２２ 障害物検知手段
２３ 走行手段
２４ 操舵手段
２５ 走行距離計測手段
２６ 記憶手段
２６ａ 軌跡記憶手段
２６ｂ 周回時間記憶手段
２６ｃ 周回距離記憶手段
２６ｄ 単位時間衝突回数記憶手段
２７ 周回検知手段
３０ 障害物接近限界距離決定手段
３１ 報知手段
３２ 計時手段

Claims (8)

1. 本体を移動させる走行手段および操舵手段と、障害物を検知する障害物検知手段と、本体が障害物に衝突したことを検知する衝突検知手段と、本体の移動中に前記障害物検知手段が障害物を検知した場合、または前記衝突検知手段により障害物に衝突したことを検知した場合に前記走行手段および操舵手段を制御して本体の移動を制御する制御手段と、前記障害物検知手段で障害物を検知した場合に本体が障害物の手前で停止する接近限界距離を決定する障害物接近限界距離決定手段とを備え、障害物接近限界距離決定手段は前記衝突検知手段による障害物の衝突回数を反映して接近限界距離を決定するようにした自走式装置。
2. 作業終了時に衝突検知手段で衝突を検知した回数と作業時間から単位時間あたりの衝突回数を記憶する記憶手段を備え、この記憶手段に記憶された値より、次回作業時に障害物の手前で停止する接近限界距離を決定するようにした請求項１に記載の自走式装置。
3. 記憶手段は、過去Ｎ回分の作業に対して平均化して記憶するようにした請求項２に記載の自走式装置。
4. 本体の移動した軌跡と周回した時間を記憶する記憶手段と、本体の移動した距離を計測する走行距離計測手段と、記憶された本体の移動した軌跡を基に本体が区域を一周したことを検知する周回検知手段とを備え、作業初めに周回走行した時間が前回記憶された周回時間と所定値以上異なれば前回と異なる区域を作業すると判断して障害物接近限界距離決定手段において、デフォルトの停止する接近限界距離を利用して作業するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の自走式装置。
5. 本体の移動した軌跡と周回した距離を記憶する記憶手段と、本体の移動した距離を計測する走行距離計測手段と、記憶された本体の移動した軌跡を基に本体が区域を一周したことを検知する周回検知手段とを備え、作業初めに周回走行した距離が前回記憶された周回距離と所定値以上異なれば前回と異なる区域を作業すると判断して障害物接近限界距離決定手段において、デフォルトの停止する接近限界距離を利用して作業するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の自走式装置。
6. 本体の移動した軌跡および周回した時間と距離を記憶する記憶手段と、本体の移動した距離を計測する走行距離計測手段と、記憶された本体の移動した軌跡を基に本体が区域を一周したことを検知する周回検知手段とを備え、作業初めに周回走行した時間と距離との両者が前回記憶された周回時間、距離と所定値以上異なれば前回と異なる区域を作業すると判断して障害物接近限界距離決定手段において、デフォルトの停止する接近限界距離を利用して作業するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の自走式装置。
7. 障害物接近限界距離決定手段で決定した接近限界距離をユーザーに音または表示で知らせる報知手段を備えた請求項１〜６のいずれか１項に記載の自走式装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の自走式装置の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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