JP6831210B2 - 電気掃除機 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、本体ケースに配置された撮像手段を備えた電気掃除機に関する。
従来、被掃除面としての床面上を自律走行しながら床面を掃除する、いわゆる自律走行型の電気掃除機(掃除ロボット)が知られている。
このような電気掃除機において、効率のよい掃除を実現するために、掃除したい部屋の大きさや形状、および障害物などを地図に反映して作成(マッピング)し、この作成した地図に基づいて最適な走行経路を設定して、その走行経路に沿って走行する技術がある。この地図は、例えば本体ケースの上部に配置したカメラを用いて撮像した天井の画像などに基づいて作成される。
このように地図を作成する場合、例えば本体ケースが入り込めるベッドの下部やテーブルの下部などに移動したときに、カメラはベッドやテーブルの裏面側などを撮像するに過ぎず、天井を撮像できないことから、作成される地図の精度が低下する。そして、地図の作成精度が低下すると、このマップに基づいて設定される電気掃除機の走行経路も精度が低下し、掃除の効率が低下する。
特許第５４２６６０３号公報
本発明が解決しようとする課題は、地図の作成精度を向上して効率よく掃除できる電気掃除機を提供することである。
実施形態の電気掃除機は、本体ケースと、駆動部と、撮像手段と、距離算出手段と、自己位置推定手段と、マッピング手段と、制御手段とを有する。駆動部は、本体ケースを走行可能とする。撮像手段は、本体ケースに配置され、本体ケースの走行方向側を撮像する。距離算出手段は、撮像手段によって撮像した画像に基づいて走行方向側に位置する物体までの距離を算出する。自己位置推定手段は、撮像手段によって撮像した画像に基づいて本体ケースの位置を算出する。マッピング手段は、距離算出手段および自己位置推定手段の算出結果に基づいて走行場所の地図を三次元データにより作成する。制御手段は、マッピング手段により作成された地図の三次元データに基づいて駆動部の動作を制御することで本体ケースを自律走行させる。マッピング手段は、第１のマッピング手段と、第２のマッピング手段とを備える。第１のマッピング手段は、所定位置で撮像手段により撮像された画像から距離算出手段および自己位置推定手段の算出結果から取得された物体の二次元配置位置データに基づき、制御手段が本体ケースを走行させる走行ルートを設定するための走行場所の二次元の簡易的な地図を作成する。第２のマッピング手段は、走行ルートに沿って本体ケースが走行しているときに撮像手段により撮像された画像から距離算出手段および自己位置推定手段の算出結果から取得された物体の高さデータを含む三次元データを簡易的な地図に追加反映させる。
一実施形態の電気掃除機を示すブロック図である。 同上電気掃除機を備えた電気掃除システムを示す斜視図である。 同上電気掃除機を下方から示す平面図である。 同上電気掃除機を含む電気掃除システムを模式的に示す説明図である。 同上電気掃除機の撮像手段を用いた物体の距離の計算方法を模式的に示す説明図である。 (a)は同上電気掃除機の第１のマッピング手段による簡易的な地図の作成動作を模式的に示す説明図、(b)は(a)により作成された簡易的な地図を模式的に示す説明図である。 同上電気掃除機のマッピング手段により作成される地図の一例を示す説明図である。 同上地図および掃除されなかった場所を表示する表示端末の表示画面の一例を模式的に示す説明図である。
以下、一実施形態の構成を、図面を参照して説明する。
図１ないし図４において、11は自律走行体としての電気掃除機であり、この電気掃除機11は、この電気掃除機11の充電用の基地部となる基地装置としての充電装置(充電台)12とともに自律走行体装置としての電気掃除装置(電気掃除システム)を構成するものである。そして、電気掃除機11は、本実施形態において、走行面としての被掃除面である床面上を自律走行(自走)しつつ床面を掃除する、いわゆる自走式のロボットクリーナ(掃除ロボット)である。この電気掃除機11は、例えば掃除領域内などに配置された中継手段(中継部)としてのホームゲートウェイ(ルータ)14との間で有線通信あるいはＷｉ−Ｆｉ(登録商標)やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)などの無線通信を用いて通信(送受信)することにより、インターネットなどの(外部)ネットワーク15を介して、データ格納手段(データ格納部)としての汎用のサーバ16や、表示端末(表示部)である汎用の外部装置17などと有線あるいは無線通信可能となっている。
そして、この電気掃除機11は、中空状の本体ケース20を備えている。また、この電気掃除機11は、走行部21を備えている。さらに、この電気掃除機11は、塵埃を掃除する掃除部22を備えている。また、この電気掃除機11は、有線、あるいは無線によりネットワーク15を介して通信する情報送信手段としてのデータ通信手段(通信部)23を備えている。さらに、この電気掃除機11は、画像を撮像する撮像部24を備えている。さらに、この電気掃除機11は、センサ部25を備えている。また、この電気掃除機11は、コントローラである制御手段(制御部)26を備えている。さらに、この電気掃除機11は、画像処理プロセッサ(ＧＰＵ)である画像処理手段(画像処理部)27を備えている。また、この電気掃除機11は、外部装置との間で信号が入出力される入出力部28を備えている。そして、この電気掃除機11は、給電用の電池である二次電池29を備えている。なお、以下、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向に沿った方向を前後方向(図２に示す矢印FR，RR方向)とし、この前後方向に対して交差(直交)する左右方向(両側方向)を幅方向として説明する。
本体ケース20は、例えば合成樹脂などにより形成されている。この本体ケース20は、例えば扁平な円柱状(円盤状)などに形成されていてもよい。また、この本体ケース20には、集塵口である吸込口31などが床面に対向する下部などに設けられていてもよい。
走行部21は、駆動部としての駆動輪34を備えている。また、この走行部21は、駆動輪34を駆動させる駆動手段である図示しないモータを備えている。すなわち、電気掃除機11は、駆動輪34と、この駆動輪34を駆動させるモータとを備えている。なお、この走行部21には、旋回用の旋回輪36などを備えていてもよい。
駆動輪34は、電気掃除機11(本体ケース20)を床面上で前進方向および後退方向に走行(自律走行)させる、すなわち走行用のものである。本実施形態では、この駆動輪34は、例えば本体ケース20の左右に一対設けられている。なお、この駆動輪34に代えて、駆動部としての無限軌道などを用いることもできる。
モータは、駆動輪34に対応して配置されている。したがって、本実施形態では、このモータは、例えば左右一対設けられている。そして、このモータは、各駆動輪34を独立して駆動させることが可能となっている。
掃除部22は、例えば床面や壁面などの被掃除部の塵埃を除去するものである。この掃除部22は、例えば床面上の塵埃を吸込口31から集めて捕集したり、壁面を拭き掃除したりする機能を有している。この掃除部22は、吸込口31から空気とともに塵埃を吸い込む電動送風機40と、吸込口31に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き上げる回転清掃体としての回転ブラシ41およびこの回転ブラシ41を回転駆動させるブラシモータと、本体ケース20の前側などの両側に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き集める旋回清掃部としての補助掃除手段(補助掃除部)であるサイドブラシ43およびこのサイドブラシ43を駆動させるサイドブラシモータとの少なくともいずれかを備えていてもよい。また、この掃除部22は、吸込口31と連通して塵埃を溜める集塵部を備えていてもよい。
データ通信手段23は、例えばホームゲートウェイ14およびネットワーク15を介して外部装置17と各種情報を送受信するための無線ＬＡＮデバイスである。なお、例えばデータ通信手段23にアクセスポイント機能を搭載し、ホームゲートウェイ14を介さずに外部装置17と直接無線通信をするようにしてもよい。また、例えばデータ通信手段23にウェブサーバ機能を付加してもよい。
撮像部24は、撮像手段(撮像部本体)としてのカメラ51を備えている。すなわち、電気掃除機11は、カメラ51を備えている。また、この撮像部24は、カメラ51に照明を付与する照明手段(照明部)としてのランプ53を備えていてもよい。すなわち、電気掃除機11は、ランプ53を備えていてもよい。
カメラ51は、本体ケース20の走行方向である前方を、それぞれ所定の水平画角(例えば１０５°など)でデジタルの画像を所定時間毎、例えば数十ミリ秒毎などの微小時間毎、あるいは数秒毎などに撮像するデジタルカメラである。このカメラ51は、単数でも複数でもよい。本実施形態では、カメラ51は、左右一対設けられている。すなわち、このカメラ51は、左右に離間されて本体ケース20の前部に配置されている。また、これらカメラ51，51は、互いの撮像範囲(視野)が重なっている。そのため、これらカメラ51，51により撮像される画像は、その撮像領域が左右方向にラップしている。なお、カメラ51により撮像する画像は、例えば可視光領域のカラー画像や白黒画像でもよいし、赤外線画像でもよい。また、カメラ51により撮像した画像は、例えば画像処理手段27などにより所定のデータ形式に圧縮することもできる。
ランプ53は、カメラ51により画像を撮像する際の照明用の光を出力するものである。このランプ53は、本実施形態では、カメラ51，51の中間位置に配置されている。このランプ53は、カメラ51により撮像する光の波長範囲に応じた光を出力するようになっている。したがって、このランプ53は、可視光領域を含む光を照明してもよいし、赤外光を照明してもよい。
センサ部25は、電気掃除機11(本体ケース20)の走行をサポートする各種の情報をセンシングするものである。より具体的に、このセンサ部25は、例えば床面の凹凸状態(段差)や、走行の障害となる壁あるいは障害物などをセンシングするものである。すなわち、このセンサ部25は、例えば赤外線センサや接触センサなどの段差センサ、障害物センサなどを備えている。なお、このセンサ部25は、例えば各駆動輪34(各モータ)の回転数を検出することで電気掃除機11(本体ケース20)の旋回角度や進行距離を検出する光エンコーダなどの回転数センサや、床面の塵埃量を検出する光センサなどの塵埃量センサなどをさらに備えていてもよい。
制御手段26は、例えば制御手段本体(制御部本体)であるＣＰＵやＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイコンが用いられる。この制御手段26は、図示しないが、走行部21と電気的に接続される走行制御部を備えている。また、この制御手段26は、図示しないが、掃除部22と電気的に接続される掃除制御部を備えている。さらに、この制御手段26は、図示しないが、センサ部25と電気的に接続されるセンサ接続部を備えている。また、この制御手段26は、図示しないが、画像処理手段27と電気的に接続される処理接続部を備えている。さらに、この制御手段26は、図示しないが、入出力部28と電気的に接続される入出力接続部を備えている。すなわち、この制御手段26は、走行部21、掃除部22、センサ部25、画像処理手段27および入出力部28と電気的に接続されている。また、この制御手段26は、二次電池29と電気的に接続されている。そして、この制御手段26は、例えば駆動輪34すなわちモータを駆動して電気掃除機11(本体ケース20)を自律走行させる走行モードと、充電装置12を介して二次電池29を充電する充電モードと、動作待機中の待機モードとを有している。
走行制御部は、走行部21のモータの動作を制御する、すなわち、モータに流れる電流の大きさおよび向きを制御することにより、モータを正転、あるいは逆転させることで、モータの動作を制御し、モータの動作を制御することで駆動輪34の動作を制御するものである。
掃除制御部は、掃除部22の電動送風機40、ブラシモータおよびサイドブラシモータの動作を制御する、すなわち、電動送風機40、ブラシモータ、および、サイドブラシモータの通電量をそれぞれ別個に制御することで、これら電動送風機40、ブラシモータ(回転ブラシ41)、および、サイドブラシモータ(サイドブラシ43)の動作を制御する。
センサ接続部は、センサ部25による検出結果を取得するものである。
処理接続部は、画像処理手段27による画像処理に基づき設定される設定結果を取得するものである。
入出力接続部は、入出力部28を介して制御コマンドを取得するとともに、入出力部28から出力する信号を入出力部28に出力するものである。
画像処理手段27は、カメラ51により撮像された画像(生画像)を画像処理するものである。より具体的に、この画像処理手段27は、カメラ51により撮像された画像の中から画像処理によって特徴点を抽出することで障害物の距離および高さを検出して掃除領域の地図(マップ)を作成したり、電気掃除機11(本体ケース20(図２))の現在位置を推定したりするものである。そして、この画像処理手段27は、例えば画像処理手段本体(画像処理部本体)であるＣＰＵやＲＯＭおよびＲＡＭなどを備える画像処理エンジンである。この画像処理手段27は、図示しないが、カメラ51の動作を制御する撮像制御部を備えている。また、この画像処理手段27は、図示しないが、ランプ53の動作を制御する照明制御部を備えている。したがって、この画像処理手段27は、撮像部24と電気的に接続されている。さらに、この画像処理手段27は、記憶手段(記憶部)としてのメモリ61を備えている。すなわち、電気掃除機11は、メモリ61を備えている。また、この画像処理手段27は、カメラ51により撮像された生画像を補正した補正画像を作成する画像補正部62を備えている。すなわち、電気掃除機11は、画像補正部62を備えている。さらに、この画像処理手段27は、画像に基づき走行方向側に位置する物体までの距離を算出する距離算出手段(距離算出部)63を備えている。すなわち、電気掃除機11は、距離算出手段(距離算出部)63を備えている。また、この画像処理手段27は、距離算出手段63によって算出した物体までの距離に基づいて障害物を判定する障害物検出手段(障害物判定部)64を備えている。すなわち、電気掃除機11は、障害物検出手段(障害物判定部)64を備えている。また、この画像処理手段27は、電気掃除機11(本体ケース20)の自己位置を推定する自己位置推定手段(自己位置推定部)65を備えている。すなわち、電気掃除機11は、自己位置推定手段(自己位置推定部)65を備えている。さらに、この画像処理手段27は、走行場所である掃除領域の地図(マップ)を作成するマッピング手段(マッピング部)66を備えている。すなわち、電気掃除機11は、マッピング手段(マッピング部)66を備えている。また、この画像処理手段27は、電気掃除機11(本体ケース20)の走行計画(走行ルート)を設定する走行計画設定手段(走行計画設定部)67を備えている。すなわち、電気掃除機11は、走行計画設定手段(走行計画設定部)67を備えている。そして、この画像処理手段27は、電気掃除機11(本体ケース20)により掃除できなかった箇所を推定する未掃除箇所推定手段(未掃除箇所推定部)68を備えている。すなわち、電気掃除機11は、未掃除箇所推定手段(未掃除箇所推定部)68を備えている。
撮像制御部は、例えばカメラ51のシャッタの動作を制御する制御回路を備え、このシャッタを所定時間毎に動作させることで、所定時間毎にカメラ51により画像を撮像させるように制御する。
照明制御部は、例えばスイッチなどを介してランプ53のオンオフを制御している。
なお、これら撮像制御部および照明制御部は、画像処理手段27とは別個の撮像制御手段として構成してもよいし、例えば制御手段26に設けられていてもよい。
メモリ61は、例えばカメラ51で撮像した画像のデータや、マッピング手段66により作成された地図などの各種データを記憶する。このメモリ61としては、電気掃除機11の電源のオンオフに拘らず記憶した各種データを保持する、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性のメモリが用いられる。
画像補正部62は、カメラ51により撮像した生画像のレンズの歪み補正やノイズの除去、コントラスト調整、および画像中心の一致化などの一次画像処理をする。
距離算出手段63は、既知の方法を用いて、カメラ51により撮像した画像、本実施形態では、カメラ51により撮像され画像補正部62によって補正された補正画像と、カメラ51間の距離とに基づいて物体(特徴点)の距離(深度)および三次元座標を計算する。すなわち、この距離算出手段63は、図５に示すように、例えばカメラ51の奥行きｆ、カメラ51とこのカメラ51により撮像された画像G1，G2の物体(特徴点)との距離(視差)、および、カメラ51間の距離ｌに基づく三角測量を応用し、カメラ51により撮像した各画像(画像補正部62(図１)によって処理された補正画像)中から同一位置を示す画素ドットを検出し、この画素ドットの上下方向、左右方向および前後方向の角度を計算して、これら角度とカメラ51間の距離とからその位置のカメラ51からの距離および高さを計算するとともに物体Ｏ(特徴点SP)の三次元座標を算出する。したがって、本実施形態において、複数のカメラ51により撮像する画像は、可能な限り範囲が重なって(ラップして)いることが好ましい。なお、この図１に示す距離算出手段63は、この計算した物体の距離を示す距離画像(視差画像)を作成してもよい。この距離画像の作成の際には、計算した各画素ドットの距離を、例えば１ドット毎などの所定ドット毎に明度、あるいは色調などの、視認により識別可能な階調に変換して表示することにより行われる。したがって、この距離画像は、いわば図２に示す電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前方のカメラ51によって撮像される範囲内に位置する物体の距離情報(距離データ)の集合体を可視化したものである。なお、特徴点は、図１に示す画像補正部62により補正された画像や距離画像に対して例えばエッジ検出などを行うことで抽出可能である。エッジ検出方法は、既知の任意の方法を用いることができる。
障害物検出手段64は、カメラ51により撮像された画像に基づいて障害物を検出する。より具体的に、この障害物検出手段64は、距離算出手段63により距離を算出した物体が障害物であるかどうかを判定する。すなわち、この障害物検出手段64は、距離算出手段63により計算した物体の距離から、所定の画像範囲中の部分を抽出し、この画像範囲中に撮像されている物体の距離を、予め設定された、あるいは可変設定された閾値である設定距離と比較し、この設定距離以下の距離(電気掃除機11(本体ケース20(図２))からの距離)に位置する物体を障害物であると判定する。上記の画像範囲は、例えば図２に示す電気掃除機11(本体ケース20)の上下左右の大きさに応じて設定される。すなわち、画像範囲は、電気掃除機11(本体ケース20)がそのまま直進したときに接触する範囲に上下左右が設定される。
図１に示す自己位置推定手段65は、距離算出手段63により算出した物体の特徴点の三次元座標に基づき、電気掃除機11の自己位置、および、障害物となる物体の有無を判断するものである。また、マッピング手段66は、距離算出手段63により算出した特徴点の三次元座標に基づき、電気掃除機11(本体ケース20(図２))が配置された掃除領域内に位置する物体(障害物)などの位置関係および高さを記す地図を作成する。すなわち、自己位置推定手段65およびマッピング手段66には、既知のＳＬＡＭ(simultaneous localization and mapping)技術を用いることができる。
マッピング手段66は、距離算出手段63および自己位置推定手段65の算出結果に基づいて走行場所の地図を三次元データにより作成するものである。このマッピング手段66は、本実施形態において、第１のマッピング手段66aと、第２のマッピング手段66bとを備えている。
第１のマッピング手段66aは、カメラ51により撮像した画像、すなわち距離算出手段63により算出された物体の三次元データに基づき、任意の方法を用いて簡易的な地図を作成するものである。本実施形態では、第１のマッピング手段66aは、例えば、制御手段26により本体ケース20(図２)を走行制御しつつカメラ51により撮像した画像に基づいて、簡易的な地図を作成する。より具体的に、第１のマッピング手段66aは、例えば、制御手段26により本体ケース20(図２)を所定位置で旋回させるように走行制御しつつカメラ51により撮像した画像(画像補正部62により補正した補正画像)に基づき、距離算出手段63により算出した特徴点の三次元座標のｘ軸成分(左右成分)およびｚ軸成分(前後成分)から、簡易的な地図を作成する。例えば、この第１のマッピング手段66aは、掃除を開始する際に簡易的な地図を作成する。このとき、第１のマッピング手段66aは、メモリ61に地図が記憶されていない場合に簡易的な地図を作成する。すなわち、メモリ61に地図が記憶されている場合には、第１のマッピング手段66aによるマッピングは不要となる。
第２のマッピング手段66bは、カメラ51により撮像した画像、すなわち距離算出手段63により算出された物体の三次元データを地図に追加反映させるものである。すなわち、この第２のマッピング手段66bは、距離算出手段63により算出した特徴点の三次元座標のうち、ｙ軸成分(上下成分)から、電気掃除機11(本体ケース20(図２))が配置された掃除領域内に位置する物体(障害物)などの二次元位置および高さを第１のマッピング手段66aにより簡易的に作成された地図である簡易地図、あるいはメモリ61に記憶された地図に詳細情報を追加する。この詳細情報とは、例えばカーペットの厚みや、ベッド下部の高さなどである。なお、本実施形態において、マッピング手段66により作成する地図とは、メモリ61などに展開されたデータをいうものとする。すなわち、この地図のデータは、三次元データ、すなわち物体の二次元配置位置データおよび高さデータにより構成されている。また、この地図のデータは、掃除の際の電気掃除機11(本体ケース20(図２))の走行軌跡を記す走行軌跡データをさらに含んでいてもよい。
走行計画設定手段67は、マッピング手段66により作成した地図、および、自己位置推定手段65により推定した自己位置に基づいて、最適な走行ルートを設定する。ここで、作成する最適な走行ルートとしては、地図中の掃除可能な領域(障害物や段差などの走行不能な領域を除く領域)を最短の走行距離で走行できるルート、例えば電気掃除機11(本体ケース20(図２))が可能な限り直進する(方向転換が最も少ない)ルート、障害物となる物体への接触が少ないルート、あるいは、同じ箇所を重複して走行する回数が最小となるルートなど、効率的に走行(掃除)を行うことができるルートが設定される。また、この走行計画設定手段67は、走行ルートを設定する際、地図(簡易地図)に基づき掃除領域の形状や広さを把握し、初めに掃除する場所を設定したり、掃除に必要となると想定される二次電池29の容量を確認したり、掃除領域を分割したりするようにしてもよい。なお、本実施形態において、走行計画設定手段67により設定する走行ルートは、メモリ61などに展開されたデータ(走行ルートデータ)をいうものとする。
未掃除箇所推定手段68は、三次元データと本体ケース20(図２)の走行軌跡データとに基づき、掃除できなかった場所を推定するものである。すなわち、この未掃除箇所推定手段68は、地図を示す三次元データと、本体ケース20(図２)の走行軌跡データとを比較し、電気掃除機11(本体ケース20(図２))が走行可能な領域のうち走行軌跡が形成されなかった箇所を、掃除できなかった場所として推定する。この掃除できなかった場所は、マッピング手段66により作成した地図に反映することができる。
入出力部28は、図示しないリモコンなどの外部装置から送信される制御コマンドや、本体ケース20(図２)に設けられたスイッチ、あるいはタッチパネルなどの入力手段から入力される制御コマンドを取得するとともに、例えば充電装置12(図２)などに対して信号を送信するものである。この入出力部28は、例えば充電装置12(図２)などへと無線信号(赤外線信号)を送信する例えば赤外線発光素子などの図示しない送信手段(送信部)、および、充電装置12(図２)やリモコンなどからの無線信号(赤外線信号)を受信する例えばフォトトランジスタなどの図示しない受信手段(受信部)などを備えている。
二次電池29は、走行部21、掃除部22、データ通信手段23、撮像部24、センサ部25、制御手段26、画像処理手段27、および、入出力部28などに給電するものである。また、この二次電池29は、例えば本体ケース20(図２)の下部などに露出する接続部としての充電端子71(図３)と電気的に接続されており、これら充電端子71(図３)が充電装置12(図２)側と電気的および機械的に接続されることで、この充電装置12(図２)を介して充電されるようになっている。
図２に示す充電装置12は、例えば定電流回路などの充電回路を内蔵している。また、この充電装置12には、二次電池29(図１)の充電用の充電用端子73が設けられている。この充電用端子73は、充電回路と電気的に接続されており、充電装置12に帰還した電気掃除機11の充電端子71(図３)と機械的および電気的に接続されるようになっている。
図４に示すホームゲートウェイ14は、アクセスポイントなどとも呼ばれ、建物内に設置され、ネットワーク15に対して例えば有線により接続されている。
サーバ16は、ネットワーク15に接続されたコンピュータ(クラウドサーバ)であり、各種データを保存可能である。
外部装置17は、建物の内部では例えばホームゲートウェイ14を介してネットワーク15に対して有線あるいは無線通信可能であるとともに、建物の外部ではネットワーク15に対して有線あるいは無線通信可能な、例えばＰＣ(タブレット端末(タブレットＰＣ))やスマートフォン(携帯電話)などの汎用のデバイスである。この外部装置17は、少なくとも画像を表示する表示機能を有している。
次に、上記一実施形態の動作を、図面を参照しながら説明する。
一般に、電気掃除装置は、電気掃除機11によって掃除をする掃除作業と、充電装置12によって二次電池29を充電する充電作業とに大別される。充電作業は、充電装置12に内蔵された充電回路を用いる既知の方法が用いられるため、掃除作業についてのみ説明する。また、外部装置17などからの指令に応じてカメラ51により所定の対象物を撮像する撮像作業を別途備えていてもよい。
まず、掃除の開始から終了までの概略を説明する。電気掃除機11は、掃除開始を開始すると充電装置12から離脱し、メモリ61に地図が記憶されていない場合にはカメラ51により撮像した画像に基づいて第１のマッピング手段66aにより簡易的な地図を作成し、この簡易的な地図に基づいて走行計画設定手段67により設定された走行ルートに沿って走行するように制御手段26が電気掃除機11(本体ケース20)を制御しながら掃除部22により掃除をする。メモリ61に地図が記憶されている場合には、この地図に基づいて走行計画設定手段67により設定された走行ルートに沿って走行するように制御手段26が電気掃除機11(本体ケース20)を制御しながら掃除部22により掃除をする。この掃除の最中に、カメラ51により撮像した画像に基づいて第２のマッピング手段66bにより物体の二次元配置位置および高さを検出し、地図に反映させてメモリ61に記憶していく。そして、掃除が終了すると、制御手段26が電気掃除機11(本体ケース20)を充電装置12へと帰還させるように走行制御し、充電装置12に帰還した後、所定のタイミングで二次電池29の充電作業に移行する。
より詳細に、電気掃除機11は、例えば予め設定された掃除開始時刻となったときや、リモコンまたは外部装置17によって送信された掃除開始の制御コマンドを入出力部28によって受信したときなどのタイミングで、制御手段26が待機モードから走行モードに切り換わり、この制御手段26(走行制御部)がモータ(駆動輪34)を駆動させ充電装置12から所定距離離脱する。
次いで、電気掃除機11は、メモリ61を参照し、メモリ61に地図が記憶されているか否かを判断する。メモリ61に地図が記憶されていない場合には、マッピング手段66の第１のマッピング手段66aにより、掃除領域の簡易地図を作成し、この簡易地図に基づいて走行計画設定手段67により最適な走行ルートを作成する。
簡易地図の作成の際には、概略として、電気掃除機11は、充電装置12から離脱した位置で旋回(超信地旋回)しながら、カメラ51により撮像した画像に基づいて物体(壁や障害物など)の二次元配置位置データおよび高さデータを取得して、簡易地図を作成する(簡易地図作成モード)。そして、掃除領域全体の簡易地図を作成すると、簡易地図作成モードを終了し、後述する掃除モードに移行する。
より具体的に、例えば図６(a)に示すように、電気掃除機11(本体ケース20)が充電装置12に接続された状態から、充電装置12から所定距離離脱した後、所定角度旋回(超信地旋回)しつつカメラ51(図２)によって画像を撮像する。このとき、電気掃除機11(本体ケース20)の旋回角度は、例えば３６０°とする。そして、撮像された物体(特徴点)の電気掃除機11(本体ケース20)からの距離と、現在の電気掃除機11(本体ケース20)の位置とにより障害物の位置(二次元座標)を認識して、図６(b)に示すように地図Ｍ(図中の太線に示す)を作成する。このとき、カメラ51(図２)の死角となる位置については、障害物または壁であるものとして処理する。
一方、メモリ61に予め地図が記憶されている場合には、簡易地図を作成せず、メモリ61に記憶されている地図に基づいて、走行計画設定手段67により最適な走行ルートを作成する。
そして、走行計画設定手段67により作成した走行ルートに沿って、電気掃除機11は掃除領域内を自律走行しつつ掃除をする(掃除モード)。この掃除モードにおいて、掃除部22では、例えば制御手段26(掃除制御部)により駆動された電動送風機40、ブラシモータ(回転ブラシ41)、あるいはサイドブラシモータ(サイドブラシ43)により床面の塵埃を、吸込口31を介して集塵部へと捕集する。
自律走行の際には、概略として、電気掃除機11は、掃除部22を動作させながら、走行ルートに沿って進みながらカメラ51により進行方向前方の画像を撮像しつつ、障害物検出手段64により障害物となる物体を検出するとともにセンサ部25により周辺をセンシングし、自己位置推定手段65によって定期的に自己位置を推定する動作を繰り返していく。このとき、カメラ51により撮像した画像に基づいて、マッピング手段66の第２のマッピング手段66bが特徴点の詳細情報(高さデータ)を地図に反映させることで地図を完成していく。また、自己位置推定手段65による電気掃除機11(本体ケース20)の自己位置の推定により、電気掃除機11(本体ケース20)の走行軌跡データを作成することもできる。
設定された走行ルートを完走すると、電気掃除機11は、充電装置12に帰還する。そして、この帰還の直後や、帰還から所定時間経過したとき、あるいは所定時刻になったときなど、適宜のタイミングで制御手段26が走行モードから充電モードに切り換わって、二次電池29の充電に移行する。
なお、完成した地図Ｍは、図７に視覚的に示すように、掃除領域(部屋)が所定の大きさの四角形状(正方形状)などのメッシュに分割され、メッシュ毎に高さデータが関連付けられて記憶されている。物体の高さは、カメラ51により撮像した画像に基づいて距離算出手段63により取得される。例えば、図７に示す地図Ｍは、床面に凸段差を生じさせる障害物であるカーペットＣ、電気掃除機11(本体ケース20)が下部に進入可能な高さを有する障害物であるベッドＢ、電気掃除機11(本体ケース20)が下部に進入可能な高さを有する障害物であるソファＳ、走行不可能な障害物である棚Ｒ、ベッドＢやソファＳの障害物である脚部LG、および、掃除領域を囲む走行不可能な障害物である壁Ｗなどを有している。この地図のデータは、メモリ61だけでなく、データ通信手段23を介して、ネットワーク15を経由してサーバ16に送信して記憶したり、外部装置17に送信して外部装置17のメモリに記憶したりすることができる。
そして、以上説明した一実施形態によれば、カメラ51によって撮像した画像に基づいて走行方向側に位置する物体までの距離を算出し、カメラ51によって撮像した画像に基づいて本体ケース20の位置を算出するとともに、これらの算出結果に基づいて走行場所の地図を三次元データにより作成し、この作成された地図の三次元データに基づいて駆動輪34(モータ)の動作を制御することで本体ケース20を自律走行させることにより、地図の作成精度を向上し、三次元データに基づいて走行障害の判断が容易になる。この結果、電気掃除機11(本体ケース20)を掃除領域に応じて、より隅々まできめ細かく走行制御することができ、効率よく掃除できる。
具体的に、三次元データは、物体の二次元配置位置データおよび高さデータからなることで、例えば電気掃除機11(本体ケース20)がベッドの下に進入できるか、あるいは電気掃除機11(本体ケース20)がカーペットなどの段差を走行できるかなどの判断が容易になる。
したがって、例えば床面にカーペットが敷かれていることを判断した場合には、非カーペット面とカーペット面とで掃除方法を異ならせることで、掃除性能を向上させることができる。具体的に、例えば非カーペット面では、電動送風機40による吸込力を低下させて消費電力を抑制し、二次電池29を長持ちさせることができ、カーペット面では、走行速度を低速とし、かつ、電動送風機40による吸込力を増加させるように制御手段26が制御することで、カーペットに付着した塵埃を、掃除部22によってより除去しやすくできる。
マッピング手段66は、カメラ51により撮像した画像に基づいて簡易的に地図を作成する第１のマッピング手段66aと、カメラ51により撮像された物体の三次元データを地図に追加反映させる第２のマッピング手段66bとを備えているので、簡易的に作成した地図によって、走行計画設定手段67が初期段階で走行ルートを設定する際などに、この簡易地図に基づき掃除領域の形状や広さを把握することができ、初めに掃除する場所を設定したり、掃除に必要となると想定される二次電池29の容量を確認したり、掃除領域を分割したりするなどの判断が容易になるとともに、掃除を継続するに従い地図の精度が向上していくので、最終的に作成された地図が高精度のものとなり、次回以降の掃除の際に有効に利用することができる。
第１のマッピング手段66aは、制御手段26が本体ケース20を旋回させるように駆動輪34(モータ)の動作を制御してカメラ51により撮像した画像に基づいて簡易地図を作成するので、短時間で容易に簡易的な地図を作成できる。
また、地図のデータを記憶するメモリ61を備えることにより、２回目以降の掃除の際には、前回の掃除の際に作成した地図に基づいて走行ルートなどを容易に設定でき、掃除を直ちに開始できる。
そして、上記マッピング手段66により作成された地図は、本実施形態において、例えば以下のように応用することが可能である。
例えば、データ通信手段23が、ネットワーク15に接続されている外部装置17に対してネットワーク15を介して地図のデータを送信することで、地図を外部装置17に例えばリアルタイムで表示させることができる。
また、データ通信手段23は、ネットワーク15に接続されているサーバ16に対してネットワーク15を介して地図のデータを送受信することで、前回の掃除の際に作成した地図をサーバ16に記憶し、必要に応じてこのサーバ16から読み出すことができるので、例えばメモリ61を電気掃除機11に設けない構成とすることもできる。
また、地図のデータに、三次元データと、本体ケース20の走行軌跡データとを備えることで、物体の三次元データと本体ケース20の走行軌跡データとを反映した地図を外部装置17にリアルタイムで表示させることができる。
そして、三次元データと本体ケース20の走行軌跡データとに基づき、未掃除箇所推定手段68が掃除できなかった場所を推定することで、例えば掃除できなかった箇所を地図に表示させることが可能になる。
特に、この推定された掃除できなかった場所の画像をカメラ51により撮像する、より詳細には掃除できなかった場所の画像をカメラ51により撮像可能な場所へと制御手段26が電気掃除機11(本体ケース20)を走行させるように駆動輪34(モータ)の動作を制御することで、掃除できなかった箇所を所有者に対して視覚的に明確に伝達することができる。
そして、この推定結果をデータ通信手段23によりネットワーク15を介して送信することで、ネットワーク15に接続された外部装置17に、例えば図８に示すように、掃除できなかった場所Ｐを反映した地図Ｍと、掃除できなかった場所の具体的な画像Ｇとをそれぞれ表示することが可能になる。この例では、例えば床面に沿って壁Ｗから突出したケーブルCBと壁Ｗとにより囲まれた部分が掃除できなかった場所Ｐ(電気掃除機11(本体ケース20)が接近して走行できなかった場所)となっている。そのため、この掃除できなかった場所を自分で掃除したり、次回の掃除の際にその場所を電気掃除機11によって自動掃除可能となるように掃除領域を片付けたりするなどの、所有者の自主的な掃除への参加を促すことができる。
制御手段26が、外部装置17から送信される制御コマンドに基づいて電気掃除機11(本体ケース20)を走行させるように駆動輪34(モータ)の動作を制御することで、例えば外部装置17に表示された地図を参照して所有者が電気掃除機11(本体ケース20)を所望の場所に走行させる制御コマンドなどを入力して、電気掃除機11(本体ケース20)を任意に遠隔操作することが可能になる。
具体的に、制御コマンドは、地図上において移動させたい場所に制御手段26が本体ケース20を走行させるように駆動輪34(モータ)の動作を制御するための走行制御情報を含むことで、例えば外部装置17に表示された地図の所望の位置をタップするなど、地図上の所望の箇所を画面で示すだけの簡単な操作によって、その所望の箇所へと所有者が電気掃除機11(本体ケース20)を誘導する指示を出すことが可能になる。
また、制御コマンドは、地図上において制御手段26が本体ケース20を進入させたくない場所へと走行させないように駆動輪34(モータ)の動作を制御するための走行制御情報を含むことで、例えば外部装置17に表示された地図上の所望の位置を、ラインを引くことなどによって地図上に示すだけの簡単な操作によって、その所望の位置へと所有者が電気掃除機11(本体ケース20)を進入させないように誘導する指示を出すことが可能になる。
なお、上記一実施形態において、距離算出手段63は、複数(一対)のカメラ51によりそれぞれ撮像した画像を用いて特徴点の三次元座標を算出したが、例えば１つのカメラ51を用い、本体ケース20を移動させながら時分割で撮像した複数の画像を用いて特徴点の三次元座標を算出することもできる。
本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11 電気掃除機
15 ネットワーク
16 サーバ
17 表示端末である外部装置
20 本体ケース
23 情報送信手段としてのデータ通信手段
26 制御手段
34 駆動部としての駆動輪
51 撮像手段としてのカメラ
61 記憶手段としてのメモリ
63 距離算出手段
65 自己位置推定手段
66 マッピング手段
66a 第１のマッピング手段
66b 第２のマッピング手段
68 未掃除箇所推定手段
Ｍ 地図

Claims (12)

  1. 本体ケースと、
    この本体ケースを走行可能とする駆動部と、
    前記本体ケースに配置され、前記本体ケースの走行方向側を撮像する撮像手段と、
    この撮像手段によって撮像した画像に基づいて前記走行方向側に位置する物体までの距離を算出する距離算出手段と、
    前記撮像手段によって撮像した画像に基づいて前記本体ケースの位置を算出する自己位置推定手段と、
    これら距離算出手段および自己位置推定手段の算出結果に基づいて走行場所の地図を三次元データにより作成するマッピング手段と、
    このマッピング手段により作成された地図の三次元データに基づいて前記駆動部の動作を制御することで前記本体ケースを自律走行させる制御手段とを具備し、
    前記マッピング手段は、
    所定位置で前記撮像手段により撮像された画像から前記距離算出手段および前記自己位置推定手段の算出結果から取得された物体の二次元配置位置データに基づき、前記制御手段が前記本体ケースを走行させる走行ルートを設定するための前記走行場所の二次元の簡易的な地図を作成する第１のマッピング手段と、
    前記走行ルートに沿って前記本体ケースが走行しているときに前記撮像手段により撮像された画像から前記距離算出手段および前記自己位置推定手段の算出結果から取得された物体の高さデータを含む三次元データを前記簡易的な地図に追加反映させる第２のマッピング手段とを備えている
    ことを特徴とした電気掃除機。
  2. 第１のマッピング手段は、制御手段が本体ケースを所定位置で旋回させるように駆動部の動作を制御して撮像手段により撮像した画像に基づいて、簡易的な地図を作成する
    ことを特徴とした請求項１記載の電気掃除機。
  3. 地図のデータを記憶する記憶手段を具備している
    ことを特徴とした請求項１または２記載の電気掃除機。
  4. 表示端末に対してネットワークを介して地図のデータを送信するデータ通信手段を具備している
    ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか一記載の電気掃除機。
  5. データ通信手段は、ネットワークに接続されているサーバに対して前記ネットワークを介して地図のデータを送受信する
    ことを特徴とした請求項４記載の電気掃除機。
  6. 地図のデータは、三次元データと、本体ケースの走行軌跡データとを備えている
    ことを特徴とした請求項１ないし５いずれか一記載の電気掃除機。
  7. 三次元データと本体ケースの走行軌跡データとに基づき、掃除できなかった場所を推定する未掃除箇所推定手段を具備している
    ことを特徴とした請求項６記載の電気掃除機。
  8. 撮像手段は、未掃除箇所推定手段により推定された場所の画像を撮像する
    ことを特徴とした請求項７記載の電気掃除機。
  9. 未掃除箇所推定手段による推定結果を通信によりネットワークに送信する情報送信手段を具備している
    ことを特徴とした請求項７または８記載の電気掃除機。
  10. 制御手段は、外部装置から送信される制御コマンドに基づいて本体ケースを走行させるように駆動部の動作を制御する
    ことを特徴とした請求項１ないし９いずれか一記載の電気掃除機。
  11. 制御コマンドは、地図上において移動させたい場所に制御手段が本体ケースを走行させるように駆動部の動作を制御するための走行制御情報を含む
    ことを特徴とした請求項１０記載の電気掃除機。
  12. 制御コマンドは、地図上において制御手段が本体ケースを進入させたくない場所へと走行させないように駆動部の動作を制御するための走行制御情報を含む
    ことを特徴とした請求項１０または１１記載の電気掃除機。
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