JPH0327A - 自律車の動きを制御する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、障害物がある表面上における自律ロボット車
の運行に関するもので、特に、家具のような障害物があ
る床面上に自律ロボット車を運行させることに関するも
のである。しかし、ロボット車の他の用途として自動芝
刈機をも含むものである。

自律車は原子炉のような危険な環境において、または運
搬および床掃除のような退屈な仕事を行なうために用い
られている。運搬作業では障害物を避けながら所定の地
点から地点に、または通路に従って運行するこ〜とが要
求される。床掃除作業では未掃除部が残らぬように一部
を十分に重ならせて、しかも能率の低下を防止するため
に同じ個所を繰返して移動することを最少にして、床面
のほぼ全体にわたって移動することが必要とされる。

自律車の運行のため種々の技術が用いられている。一般
には、路程測定法を用い、自律小の位置を計算および測
定し、これとともにセンサーによって障害物または標識
の位置を運行システムに知らせる。このようなシステム
は、しばしば、環境の幾何学的レイアウトについての情
報およびキーとなる標識の位置および特長を自律車に予
めプログラムする。ダニマーの米国特許箱４．５００．
９７０号は種々のセンサーを用いて環境における予めプ
ログラムしたチエツクポイントによって自律車の位置を
記録するシステムを教示している。マトツクス等の米国
特許４，７１０，０２０号は自律車が能動的人工ビーコ
ンに対して自律車の位置を可視的に登録するシステムを
教示している。金子等の米国特許４．５５８．２１５号
には光線を投射することによって障害物を検出し、範囲
および位置を測定するため反射形状を用いるシステムが
記載されている。クリッシュナマーシー等は（［ヘルプ
メート：モービル・ロボット・フォア嘲トランスポート
・アプリケーションズＪ　、１０８８年１１ＪＩＩＩＩ
Ｊ、マサチューセッツ、ケンブリッジにおいて開かれた
自動ロボットについての５ＰＩＥ会議の会議録）ロボッ
トを特定の環境に対して訓練するマルチセンサー運行シ
ステムを開示している。モラベック等は（ｒ）ｓイ番し
ゾル−ジョン・マ・ソプズ・フロム番ワイド会アングル
・ソーナーＪ　ＩＥＥＥ、　１９８５）ソーナに基づく
ロボット運行システムを開示している。

これらの従来技術は複雑で、高価で、大型すぎるため個
人の家、事務所またはホテルルームの床を真空掃除機で
掃除する安価な用途には効率が悪いという問題がある。

これらの用途には、より簡単な装置およびより安価であ
ることが必要で、しかも、効率の高い性能が必要とされ
る。同様に、運搬システムにおいては障害物に接近しな
いことを目的とするが、床を掃除する場合には床全体を
掃除するために障害物にできるだけ接近することを目的
とする。大規模な掃除を行なう場合には、農場で用いら
れる平行に前後移動するパターンのような規則正しい反
復パターンで床全体に移動する掃除パターンを用いるの
が普通である。これらの方法は、障害物のない床空間の
大きさが倉庫、ダイニングホール、デパートの通路等の
ように自律車の寸法より遥かに大きい場合に、効率的で
ある。このような方法は、環境のレイアウトについての
幾つかの前知識が自律車に予めプログラムされる場合に
、もっとも効率的である。しかしながら、ホテルのルー
ム、事務室、および個人の家の部屋のように種々の家具
等が置かれている場所では、限られた環境内で上述した
ような規則的なパターンで移動させることは困難であり
、家具や障害物の位置があまりに変化し過ぎるので予め
プログラムした図面を用いることはできない。

真空のために必要な電力は自律型を移動させるために要
する電力に較べて相当高い。自己保有動力源として用い
得る電池は重く、積載容量の効率を低下させる。大きな
装置において経済的な大きさの電池であっても、家庭用
真空掃除機のような小型の装置においては経済的でない
。家庭用真空掃除機のような用途には、例えば、米国に
おける１２０ボルトのような家庭用型ツノのソケットに
コードを接続して用いるのが好ましい。しかし、自律作
動にとって、機械的に接続されたコードを引きずって移
動することは自律型の自由な動きを阻害すると考えられ
る。

本発明の目的は、形状が複雑で、種々の家具が置かれた
床面の全てを完全かつ効率的にカバーし得る自律車用効
率的運行制御システ１１を提供しようとするものである
。

本発明の他の目的は、運行すべき環境についての前知識
によって自律型を予めプログラムすることを必要とせず
、また、自律システｌ、を適用するために環境を変更す
ることを必要としない制御システムを提供しようとする
ものである。

また、本発明の他の目的は壁のコンセントから自律型に
電力を供給し、これにより電池のような電源を積載しな
いで、しかも電ガコードがからむ問題をなくそうとする
ものである。

本発明の装置および方法によれば、上述した運行、価格
、簡潔、効率およびエネル源の問題を解決し、上述した
目的を達成し、種々の家具等が置かれた環境内でさえも
、環境の幾何学的レイアウトについての情報によって自
律型を予めプログラムすることなしに、床面をほぼ完全
にカバーし得る。

本発明は感知、計算および制御する自律型運行方法を提
供する。接触感知バンパーは自律型に対する相対的物品
位置を検出する。電流感知回路によって障害に対する力
を示すオーバートルク状態に対するモーフ電流をモニタ
する。他の方法として、バンパーは接触を感知するばか
りでなく接触力をも感知する。自律型の車輪上の路程計
は運行システムに床面上の移動時間中における自律型の
位置および配向に関する情報を与える。

好ましくは、計算手段をマイクロプロセッサで構成し、
駆動輪をデジタルフィードバック制御システムで制御し
、床をカバーするための算法を読取り専用記憶装置によ
って行なう。

本発明による運行方法は前述した接触（位置／力）感知
方法を用い、また、はぼ全ての開放床面上を系統的且つ
効率的に移動するため再帰的コンピュータ算法を用いる
。

本発明による運行方法は、要素的前進、後退および回転
運動を再帰的に組合わせて樹枝状に連なった扇形床カバ
ーパターンを形成する。すなわち、自律型は前進、後退
および回転の繰返しによって扇形局部的区域をカバーし
、次に、周辺区域に分岐させ、次の前進、後退および回
転によって新しい局部的区域として処理し、系統的分岐
パターンにおけるスタート点からのカバー区域を拡げる
。

中央処理装置（ＣＰ　Ｕ）は全てのセンサー（車輪エン
コータ、バンパー、階段センサー、コードセンサー）か
らのデータを積分し、自律型の位置と障害物の位置を評
価する。この情報に基づき、ＣＰＵは他の開放空間の位
置についての仮定を発生し、この位置を未探査区域のリ
ストに加える。

本発明は駆動袋〒ｔおよび真空その曲の掃除装置を典型
的家事用器具と同じ方法でＡＣ電源（家屋の壁に設けら
れたソケット）にプラグで接続したコードによって電力
を供給する自動ロボットを提供する。電力コードによっ
て自律型の動きが妨害され、また電力コードがからまる
のをコードの弛みを除去する巻取リール機構と固定され
たプラグに原理的に何かい、また、プラグから遠去かる
方向に自律型を動かしてコードがからむ機会を最小にす
る運行方法との組合せによって防止する。当然のことと
して、プラグは壁ソケットに十分にしっかり固定して巻
取リールの中程度の引張力で引き外れることがないよう
にする必要がある。

ＣＰＵは再帰的算法を用い開放空間を見出し、障害物の
周りで仕事をする。壁ソケットに始まり、室内に配向し
た場合壁に対して直角に）、自律車は現在の先端の向き
からほぼ９０″回転し、距離Ｒに向は移動するよう企て
る、自律車が障害物に接触することなく距離Ｒ移動する
場合、自律車は距離Ｒ後退する、自律車が距離１（移動
する前に障害物に接触する場合には、自律車はスタート
点にまで後退する。次に、自律車は移動した距離に反比
例する量で回転する。すなわち、自律車が全距離Ｒを移
動した場合、極く僅か回転し、これにより半径の端で十
分に重なり合うようにする、自律車が早期に接触する場
合には、自律車はさらに大きく回転する。次に自律車は
距離Ｒを移動するため再び試みる。この方法での制御を
自律車が約１８０°探査するまで続ける、自律車が距離
Ｒ移動し得た全ての場合がさらに探査するための潜在的
区域である。距離Ｒを移動することにおいて、いくつか
の順序的好結果の試みがある場合には、これらの連続区
域（Ｎ形部分）を−緒に群にし、これをセクターと称す
る。したがって、１個以上の角度を将来の探査のための
方向として限定する。

少数の順序的好結果の試みがある場合に１つの角度を用
いることができる。大きなセクターの全体を探査するた
め数個の角度を用いることができる。

自律車は探査のため目印しされた方向に指向し、Ｒ以下
の距離移動する。次に、前進、後退および回転の基本的
扇形調査パターン反復を繰返す、自律車は全ての仮定的
開放区域を探査し、障害物があって全扇形にわたって距
離Ｒ移動できない位置に達する際にのみ回転する。

コードセンサーはコードリールからのコードの繰り出し
を検出し、コードが全部繰り出される時を検出する。

本発明による装置および方法の新規な、組合せの結果と
して、システムは簡単で、低価格で、効率的で、頑丈で
ある。

本発明によれば、床のメンテナンス（すなわち、真空掃
除、拭き、磨き等）に要求される使用者の努力を簡単に
し、減少させる。自律１１１．は室内の開放区域を自動
的にカバーし、障害物（すなわち、家具、ペット、おも
ちゃ等）の周りで仕事をする。

本発明は、室の形状の前知識または予プログラムの他の
形なしに、任意の床面を自動的に掃除することができる
。使用者は電力コードのプラグをソケットに接続してス
イッチを入れるだけでシステムを作動させることができ
る。システムの価格を相対的に安価であり、家庭内で使
用し得る商業的に生育できる製品である。

本発明の他の目的、特徴および利益について以下の説明
により明らかにする。

第１図は自律ロボット車として自律真空掃除機１０に本
発明を実施した例を示し、図示の掃除機は本体１２と、
モータ（図示せず）と、ＡＣ電源で作動する家庭用小型
界８ａ型真空掃除機と同様の寸法、形状および性能並び
に所要電力の真空ユニット（図示せず）とを具えている
。吸込口がユニットの前端下側に設けられていて矢１４
で示すように吸込むよう構成されている（ホース無し）
。車輪１６（１個だけを見ることができる）はマイクロ
コンピュータのサーボ制御によって電動機によって駆動
される。バンパー１８が掃除機の外周に設けられ障害物
と接触することにより、後に詳細に記載するように、接
触位置および接触力の情報を与えるのに適するよう構成
されている。バンパーは、障害物に衝突する際に、機械
的にしなやかであるのが好ましい。掃除機の後部にスプ
リングまたはモータ駆動型巻き取りリール２２が取付け
られて電力コード２４を軽く引張って弛みをなくした状
態に維持している。

先づ、バンパー１８は接触を感知し、障害物との接触力
を駆動モータの電流（トルク）によって指示する。

掃除機の適当な寸法としては、長さが約２４インチ（６
１ｃｍ）、幅１４インチ（３５ｃｍ）で高さが８インチ
（２１ｃｍ）である。駆動輪１６を第４図に実物大で示
している。掃除機の典型的所要電力は真空に約１０００
ワツト、推進に５０ワツト、電子制御に１０ワツトであ
る。巻取りリール２２は、好ましくは、受動型機械巻戻
しスプリングで駆動され、このスプリングは電力コード
に張力が殆んどないか、全くない場合におけるコードの
弛みを無くす作用をする。

コードの長さは最大伸長時で３３フイート（１０ｍ　）
が好適である。典型的、走行速度は通常約１８インチ／
秒である。

第２図はシステム３０の典型的好適実施例のブロック線
図である。マイクロプロセッサ３２はトップレベルコン
トローラであり、接触センサー３４および走行距離計（
エンコーダー）３６からの入力を受は取る。マイクロプ
ロセッサ３２は制御出力を駆動モータコントローラ３８
およびクリーニングプロセス装置（クリーニングモータ
およびクリーニングヘッド）４０に出力する。また、マ
イクロプロセッサ３２は接触センサーであるバンパー１
８および走行距離計である車輪エンコーダ３Ｇからの入
力を積分して掃除機および障害物の位置を判定する。

この判定にはこれらのデータを床をカバーし、掃除機を
動かす駆動モータを制御するための再帰的算出法に対す
る入力として、後述するように用いる。走行距離計であ
る車輪エンコーダを車輪モータとは別個または一体に構
成することができる。

コードリールマネージャーは電力コード２４（第１図参
照）を必要に応じて自動的に繰り出しまたは巻き戻す。

コードに一定張力をスプリングまたは電動モータによっ
て維持する。駆動モータコントローラ３８はモータ駆動
輪ｔａ　＜第１図参照）上のエンコーダの周りのサーボ
ループを閉じ、掃除機の位置、速度および加速度を微測
ｉａ′ｌｌすることができる。力および位置感知バンパ
ー１８を用いて障害物を検出することができる。

第３図に示すように、システムコントローラにはモトロ
ーラ社製６８８ｃ、１のような安価な８ビツトマイクロ
プロセツサ３２を用いることができ、６８００マイクロ
プロセツサのコントロールバージョンは８ビツトボート
に多重送信されるデジタルコンバータチャネルへの８オ
ン−チップアナログを含む。

８、１９２バイトのボラタイルランダムアクセスメモリ
ー（ＲＡＭ）がダイナミックデータのため用いられ、３
２，７０８バイトのり−ドーオンリーメモリー（ＲＯＭ
）がシステムの挙動を限定するプログラムのため用いら
れる。

駆動モータコントローラ３８はヒユーレット−パラカー
ドＩＩＣＴＬ−１０００のようなデジタルサーボコント
ロールチップおよびモータ／エンコーダ３６を駆動する
サーボ増幅器を具えることができる。これらのモータ／
エンコーダは駆動モータコントローラ３８に車輪回転位
置および方向を送信する５００ラインクオードランチヤ
ーエンコーダのようなエンコーダをモータに取付けてい
る。

第３図は好適実施例におけるマイクロプロセッサ−３２
と駆動モータコントローラ３８とを具えるシステムコン
トローラを示す。しかし、当業者にとって他の部品を機
能的に同様の方法で用い得ること勿論である。

第３図においては、モータ／エンコーダ３６をモータ３
６Ａとエンコーダ３（ｉＢとして示す。駆動モータコン
トローラ３８はパルス幅モジュレーション（ＰＷＭ）出
力をモトローラセンセフエツトＨ−ブリッジまたはスプ
ラグＵＤＮ　−２！Ｊ［ｉ５１＃　−２パワーアンプの
ようなパワー増幅器３１１Ａに入力し、増幅器から電流
方向電圧をマイクロプロセッサ３２に送るよう接続する
。

１実施例においては、ロボット車に１個の旋回可能の受
動前輪と２個の駆動輪との３個の車輪を三角形の頂点に
それぞれ配置して設ける。２個の駆動輪を差動的に駆動
することによって旋回させることができる。

他の方法として、ロボット車に全部で２個の車輪を設け
、両輪を差動的に駆動することによって操向することが
できる。この場合には、前端の吸込ノズルを床と接触す
る第３の点として構成する。

床と非ころがり接触する点における摩擦を低減するため
滑走部材を用いることができる。

第３図には、ヒユーマンインターフェース回路５２およ
び半径制御装置５４を示す。ヒユーマンインターフェー
ス回路５２はオン／オフスイッチ、インジケータライト
等のような使用者インターフェースを含む。半径制御装
置５４は半径Ｒまたは後述する自律車の前方踏査走行距
離をセットする使用者入力を与える。

第４Ａおよび４Ｂ図は位置および力感知バンパー（第１
図の１８）の構造の実施例を示す。半導体チップの包装
に用いられているような導電性発泡材１６のしなやかな
層が高導電性板１４から絶縁性網１８によって分離され
ている。障害物との接触に際し、発泡材１６が圧潰し、
網１８を介して接触点において導電性板１４と接触する
。これにより分圧器がメータ６８で示すように形成され
、接触位置と接触力との両方を決定することができる。

第４Ｂ図は自律車ＩＯのバンパー１８として好適に使用
し得るバンパー６０をさらに線図的に示す。このバンパ
ー６０については本発明者による１９８８年１１月１日
米国特許出願の米国特許願第２６５７８４号「バンパー
・フォア・インパクト・デイテクション」に詳細に記載
されている。

他の方法として、ニューマチックチューブを自律車の少
なくとも前側周縁の周りに取付け、ニューマチックチュ
ーブを圧力スイッチを接続してロボット車が障害物と接
触したことを検出するように構成してバンパー１８を設
けてもよい。適当な圧力スイッチの構造が米国特許法第
４６６９５９７号「エスカレータ−スカートパネルデフ
レクションスイッチＪに記載されている。

第５図はロボット車の基本的動きを線図的に示す。ロボ
ット車の要素的動きは直線的前後運動と、所定位置での
回転（零半径回転）である。ロボット車の要素的行動原
点７０から特定に前方距離（半径）Ｒを進行し終るまで
、または、障害物７２にバンパーが当たるまでの前進移
動である。（定義によれば、障害物とは原点７０から距
離Ｒより短かい距離においてぶつかるものにずぎないも
のである。）最初の移動を線７４−１で示している。前
進移動を完了した後、ロボット車は全く同じ距離後退し
て原点に戻る。言い換えれば、前進移動と後退移動とは
、方向が反対であるけれども、距離は同じである。後退
移動を完了した際、ロボット車は原点７０で停止し、こ
の点で角度のα１回転する。

この角度は後退移動距離に逆比例する。この移動距離と
回転角度との関係を「回転角度ルールＪと称する。次に
、他の探査的前進移動を行なう。第２の移動を線７４−
２で示し、対応する第２の回転角度をα２で示し、この
ようにしてロボット車は１８０°にわたり探査する。

第５図はこのような要素的動きを繰返すことにより障害
物によって一部が制限された「扇形」の床面パターン７
６を探査する方法を示している。回転角度ルールにより
扇形部−分が互に十分型なり合っている。（扇形部分と
は順次の移動間の区域、例えば、線７４−３および７４
−４間の区域である。）説明のため、扇形床面パターン
を形成するための回転の方向を反時針方向とする。扇形
の半径は最大でＲであり、床を掃除するため、Ｒは例え
ば、５〜ｌＯフイート（１，５〜３ｍ）とする。（この
探査半径Ｒは第３図に示す半径制御ノブ５４によって使
用者が選択することができる。）半径Ｒの理想的値は掃
除すべき室の大きさおよび室内の開放空間の量に比例す
る。半径Ｒの値は３フイートからＩＯフィートが合理的
である。

任意の１個の扇形パターンを形成形するための順次の半
径方向移動間での回転角度を簡単な次式で決定すること
ができる。

ａ＝ｒｘ　α 上式において、ａ＝円弧部分 子＝半径 α＝角度（ラジアン） 上式を次のように適用することができる。

ａをほぼ真空ノズルの幅＝Ｗとし、 ｒを前の半径方向移動において移動した（一方向に）実
際の距離とし、 αを回転角度とする。

扇形部分を互に僅かに重り合わせるために、ｗ＝ｏ、９
Ｘａとする。これにより、次の半径方向移動を行なうた
めの一般的回転角度は次式で求められる。

α　＝　□ ロボット車が距離Ｒ移動することができた全ての場合が
次に探査するための潜在的区域である。

２個以上の数個の順次の好結果の試みが距！ＩＩＲを移
動する際にある場合、これらの連続区域（扇形部分）を
−緒に群にして「セクター」と称する。

次に、１個以上の角度を将来の探査のための方向として
定義する。少数の順次の好結果の試みがある場合に１つ
の角度を用いることができる。大きなセクターの全体を
探査するため数個の角度を用いることができる。

１個の扇形パターンを完全に探査するために要素的前進
、後退および回転を完了することを「反復」と称する。

第６Ａおよび６Ｂ図はロボット車の運行算出法のフロー
チャートを示す。これにより第７図に樹枝状に順次に連
がる複数個の扇形パターン７６を生じる。

掃除機を壁のソケットに接続し、壁から遠去かる方向に
向ける。掃除機を作動させた後、掃除機はその周りを自
動的に探査し、全ての空所を移動し始める。室を掃除し
終った際、掃除機は掃除開始位置に戻り、自動的に作動
を停止する。

第６Ａ図に示すルーチンはステップ１００から入る。第
１ステツプ１０２において、ロボット車は９０゜時針方
向に回転しく壁と整列し）、１個のセクターを開にする
。

「セクター」とは２個以上の順次の好結果の移動を意味
し、言い換えれば、障害物に接触することなしに全距離
Ｒを２回以上移動することを意味する。各扇形パターン
の探査を開始するに当り、セフタ−を開にして距離Ｒ移
動する。移動中に障害物に当る場合、セクターを閉にす
る。２個の順次の移動によって限定される各扇形部分は
５ｅ程度の角度で形成されるから、次の探査（すなわち
、次の扇形のため）のセクターを単に２等分または３等
分するより大きなセクターが例えば５０°以上の角度で
（１０回以上の移動）展開される場合、好ましくは２個
以上のサブセクターを大きいセクター内に限定するのが
よい。本明細書に記載の運行方式においては、これらの
サブセクターのそれぞれを次の探査のためのセクターと
して単に取扱う。

扇形パターンにおける全てのセクター（サブセクターを
も含む）を探査し終った際、ロボット車は前の扇形パタ
ーンに戻り、未探査セクターを探査する。この「バック
トラッキング」作動を継続して行なって全扇形パターン
における全てのセクターを探査し終る。これによりロボ
ット車の床面上での仕事が終ったことを指示する。

かようにして、コードの終端に到達するまで、ロボット
車が扇形パターンを順次に探査する方法を容易に知るこ
とができる。（Ｑ後の扇形パターンにおいて、コードの
終端は障害物として処理される。）次に、ロボット車は
、最初の扇形パターンに戻り、最初の扇形パターンに戻
って関連するセクターの全てを探査するまで、未探査セ
クターを有する扇形パターンに到達する毎に、再び探査
を行なう。

このようにして開発された「樹枝ｊパターンは家庭用電
源によって作動されるロボット車にとって有利であり、
コードがロボット車の後側に引きずられる際にコードが
もつれるのを確実に防止し得る効果がある。

次に、ステップ１０４において、バンパーが障害物に接
触しない場合にＲの距離、またはバンパーが障害物に接
触する場合にはＲより短かい距離をロボット車が前進す
る。

ステップ１０Ｇにおいて、バンパーがステップ１０４に
おいて障害物に接触したか否かを決定する。バンパーが
障害物に接触していなかった場合には、セクターが閉じ
たか否かをステップ１ｏ８において決定する一セクター
が閉じていなかった場合には、一定の最小回転角度αの
回転をセクターにステップ１１Ｏにおいて加え、ロボッ
ト車はステップ１１２において原点（扇形パターンの中
心）に戻る。

ステップ１０６において、バンパーが障害物に接触して
いた場合には、（すなわち、ロボット車の通路に沿って
原点から距離Ｒより短かい距離に障害物がある場合）、
その接触がセクターにおける最初の接触であったか否か
をステップ１１４において決定する。最初の接触であっ
た場合には、ステップ１１６においてセクターを閉とし
、ステップ１１２においてロボット車を原点に戻す。そ
のセクターにおける接触が最初の接触でなかった場合に
は、セクターを開のままにしてロボットをステップ１１
２において原点に戻す。

ステップ１０６において決定されたように、バンパーが
障害物に接触していなかった場合で、ステップ１１６に
おいて生じたようにセクターが閉じられた場合には、新
しいセクターをステップ１１Ｂで開にし、ロボット車は
ステップ１１２において原点に戻る。

上述した場合のいづれにおいても、探査の可能性の範囲
を示し、原点への復帰後、ステップ１２゜において、ロ
ボット車は外方に移動した距離に逆比例する量で反時針
方向に回転する（ステップ１０４で示したように）。原
点におけるかかる反時針方向の回転の合計が維持される
。

ステップ１２２においては、そのセクターでロボット車
が全部で１８０°回転したか否かを決定する。ロボット
車の特定の用途によって、１８００より大きい角度また
は小さい角度を扇形プロフィルの限界角度として用いる
ことができる。全部で１８０°回転していなかった場合
には、ステップ１０４で新しい探査の前進移動を開始し
、再び１８０°探査し終るまで上述した作動を繰返す。

（発生した扇形パターンを線図的に示す第５図参照。） そのセクターにおいて１８０°の全角度を探査し終った
場合には、その扇形パターン内の未探査セクターが存在
するか否かをステップ１２４において決定する。未探渣
セクターが存在しない場合には、ステップ１２６におい
て、ロボット車がスタート位置（原点）にあるか否かを
決定する。ロボット車がスタート位置にある場合には、
ルーチンはステップ１２８において終了する。ロボット
車がスタート位置にない場合には、ステップ１３０およ
び１３２において、前の扇形パターンからヘッディング
に戻し、距離Ｒ戻し、ステップ１２４において、その扇
形パターンにおける未探査セクターを再開するか否かを
決定する。

その扇形パターンに未探査セクターが存在する場合には
、ステップ１３４においてロボット車を未探査セクター
の中心に戻し、ステップ１３６において距離Ｒ移動させ
、ステップ１００において、第６Ａ図に示すルーチンを
再開する。

次に、シーケンスおよびリンケージにつきさらに全般的
に説明する。

ロボット車が前進および後退の要素的動きおよび反時針
方向の小角度の回転によって扇形パターを探査する際、
全半径Ｒを移動する動きの軌道を保持する。このような
特徴の連続境界素子（扇形部分）の群により「セクター
」を形成する。その扇形パターンの探査の完了に際しく
すなわち、探査の移動および戻りの繰返し）、最も時針
方向のセクターを２等分するような角度でスタート点か
ら距離Ｒ離れた位置にロボット車が移動する。この位置
は新しい扇形パターンのスタート点となり、この位置か
ら前述したと同じ方法で探査が行なわれる。

容易に判るように、円弧の中点よりもセクターの弦の中
点を用いることによって本発明の方法はさらに理想的な
床面探査を一般化することができる。これがため、ロボ
ット車による探査的移動は距離Ｒより短かくなる。これ
により例えば、扇形パターン８０−１および扇形パター
ン８Ｏ−２（第７図参照）間の床面ギャップを増大させ
る。他の方法として、床面におけるかかるギャップを減
少させるため大きなセクター角度を２等分より３等分す
ることができる。

セクターのない扇形パターンが形成される場合、すなわ
ち、各移動中に一扇形パターンの中心からの距離がＲよ
り短かい場所に障害物がある場合、ロボット車は前の扇
形パターンの中心に戻り、セクターは「探査した」と記
載される。したがって、ロボット車は次の最も時針方向
のセクターによって決定される新しい扇形パターンのス
タート点に移動し、前述したように新しい扇形パターン
を探査する。この扇形パターンにおける全てのセクター
を探査し終った場合、ロボット車はこの扇形パターンと
算出スタート点との間の隣接扇形パターンの中心に移動
し、このセクターを「探査したｊと記載することができ
る。全てのセクターが「探査され」、ロボット車が算出
スタート点に戻った際、算出が終る。

第７図に示す扇形パターンには探査した順序で番号８０
−１〜８０−１０が付けられいる。典形的事務所または
個人の家の室では、扇形パターンの深さ（すなわち、半
径Ｒ）は大体３〜４フイート（約１ｍ）である。扇形パ
ターンが重り合う比は２：１から３：１の範囲である。

床面の約２０％以下が探査されずに残るが、しかし、探
査されなかった区域は障害物に近いかまたは室内の入り
込み内にあってあまり通行しない区域である。典形的障
害物は机８２および戸棚８４である。

上述した運行方法は複雑な空間を有効にカバーし、室の
図面を作成して用いることを必要としない。最少の感知
および計算装置が必要とされるが、しかも、感知は確実
で完全である。費用は安く、便宜的電源が使用される。

「セクター」は２個以上の好結果の移動として定義され
、言い換えれば、障害物との接触のない全距離Ｒの移動
として定義される。各扇形パターンの探査の始めに、セ
クターが距離Ｒの移動の予測で開かれる。移動中に障害
物に当る際、セクターは閉ざされる。２個の順次の移動
によって限定される各扇形部分は５°程度の角度であり
、大きなセクターが展開される場合、例えば５０°以上
の角度（１０個以上の移動）であるから、さらに探査（
すなわち、次の扇形パターンを探査）するためセクター
を単に２等分または３等分するよりもむしろ、大きなセ
クター内に２−個以上のサブセクターを限定するのが好
ましい。本明細書に記載の運行方式では、これらのサブ
セクターのそれぞれを将来の探査のためのセクターとし
て単に取扱う。

扇形パターンにおける全てのセクター（サブセクターを
も含む）を探査し終った際、ロボット車は前の扇形パタ
ーンに戻り、末探査セクターを探査する。このｒバック
トラッキング」作動を継続して行なって全ての扇形パタ
ーンにおける全てのセクターを探査し終る。これにより
ロボット車の床面上での仕事が終ったことを指示する。

かようにして、コードの終端に到達するまで、ロボット
車が扇形パターンを順次に探査する方法を容易に知るこ
とができる。（最後の扇形パターンにおいて、コードの
終端は障害物として処理される。）次に、ロボット車は
最初の扇形パターンに戻って関連するセクターの全てを
探査するまで、末探査セクターを有する扇形パターンに
到達する毎に、再び探査を行なう。

このようにして開発された「樹枝」パターンは家庭用電
源によって作動されるロボット車にとって有利であり、
コードがロボット車の後側にひきずられる際に、コード
がもつれるのを確実に防止し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用し得るロボット車としての真空掃
除機の斜視図、 第２図は第１図に示すロボット車用制御システム全体の
ブロック線図、 第３図は第２図に示す素子の形状を示すブロック線図、 第４Ａ図は第１図に示すロボット車に好適に用いられる
バンパーを部分的に切除して示す斜視図、第４Ｂ図は第
４Ａ図に示すバンパーの概略線図、第５図は第１図に示
すロボット車の基本的動きを示す線図、 第６Ａおよび６Ｂ図は第１図に示すロボット車の運行算
法のフローチャート、 第７図は第１図に示すロボット車が障害物（家具）のあ
る限られた平面区域（床面）上を移動く第５図に示すよ
うな）する順序（３６図につき記載するような）を示す
線図である。 ＩＯ・・・自律ロボット車、１２・・・本体、１６・・
・車輪、１８・・・バンパー、２２・・・巻き取りリー
ル、２４・・・電力コード、３０・・・システム、３２
・・・マイクロプロセッサ−３４・・・接触センサー、
３６・・・走行距離計、３８・・・駆動モー９コントロ
ーラ、４０・・・プロセス装置。 ＴＲＣ Ｆｉｇ、７ クリーニング算出法−パターン例

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面上で仕事をする自律車の動きを制御する方法で
   あって、前記自律車が自律車を動かす手段と、自律車を
   回転する手段と、自律車が移動した距離を測定する手段
   と、自律車が障害物に接触したことを感知する手段とを
   具えるものにおいて、ａ、表面上で仕事をするための自
   律車のスタート点を決め、 ｂ、先づスタート点における原点から自律車を距離Ｒま
   たは自律車が障害物に接触するまで移動させ、 ｃ、距離Ｒ移動した後、または、障害物に接触した後に
   自律車を原点に戻し、 ｄ、ｃ工程での復帰完了時、原点において自律車を所定
   角度回転させ、 ｅ、反復において、工程ｄでの合計回転角度が予定した
   限度に達するまで工程ｂ、ｃおよびｄを繰返すことを特
   徴とする自律車の動きを制御する方法。 ２、工程ｄにおいて、自律車を工程ｂにおいて移動した
   距離に反比例する角度回転させる請求項１記載の方法。 ３、前記予定限度が１８０゜である請求項１記載の方法
   。 ４、ｆ、前記予定限度に達した際に、自律車を原点から
   距離Ｒ以下の位置に動かし、この位置が自律車の次の動
   きのため新しい探査原点を限定し、ｇ、前記新原点を用
   いる工程とを繰返す工程をさらに具える請求項１記載の
   方法。 ５、セクターを工程ｂにおける距離Ｒの次の好結果の移
   動によって限定する請求項４記載の方法。 ６、工程ｆにおいて、セクターによって限定される円弧
   の中点にまで自律車を距離Ｒ移動する請求項５記載の方
   法。 ７、工程ｆにおいて、セクターによって限定される弦の
   中点にまでＲより少ない距離自律車を移動し、前記弦の
   中点が新探査原点である請求項４記載の方法。 ８、ｈ、自律車がスタート点から予定距離に達するまで
   工程ｆおよびｇを繰返す工程を具える請求項４記載の方
   法。 ９、前記予定の限度が壁のソケット（主）から自律車に
   電力を与えるコードの長さである請求項８記載の方法。 １０、さらに、ｈ、工程ｅの反復においてセクターが存
   在しないことを決定するまで工程ｅの順序的反復におい
   て工程ｆおよびｇを繰返す工程を具える請求項５記載の
   方法。 １１、さらに、ｉ、工程ｅの反復においてセクターが存
   在しないことを決定した後、工程ｅの前の反復において
   用いた原点に戻り、前の反復における未探査セクターを
   探査する工程を具える請求項１０記載の方法。 １２、さらに、ｊ、自律車がスタート点に達し、工程ｅ
   の最初の反復において未探査セクターがなくなるまで工
   程ｉを繰返す工程を具える請求項１１記載の方法。 １３、自律車が床面真空掃除機である請求項１記載の方
   法。 １４、自律車が家庭電源（主）からコードを経て電力を
   取り出す請求項１記載の方法。 １５、セクターが大きい場合にセクターを複数のサブセ
   クターに分割し、各サブセクターを次の探査のためのセ
   クターとして処理する請求項５記載の方法。 １６、大きなセクターを工程ｅの反復において距離Ｒを
   ほぼ１０回以上連続的にする際に限定する請求項１５記
   載の方法。 １７、さらに、ｆ、コードが自律車から完全に引き出さ
   れたことを感知し、 ｇ、工程ｂの目的で自律車が障害物に接触する際に自律
   車からコードを完全に引出す工程を具える請求項１４記
   載の方法。 １８、スタート点が壁のコンセントに隣接している場合
   において、工程ｂを行なう前に、自律車を回転して壁と
   整列させる請求項１記載の方法。 １９、さらに、ｈ、工程ｅの反復のため、工程ｂにおい
   て自律車が距離Ｒを移動する結果となる１回以上の順次
   の移動としてセクターを限定し、ｉ、工程ｆにおいて、
   自律車をセクターを２分する通路に沿って工程ｅの次の
   反復のための新しい原点を限定する位置に動かす工程を
   具える請求項４記載の方法。 ２０、ｊ、工程ｄにおいて、自律車を一方の回転方向に
   回転し、 ｋ、工程ｅの反復によって１個以上のセクターが限定さ
   れる際に、自律車を工程ｉにおいて、セクターを２分す
   る通路に沿って工程ｊにおける自律車の回転方向とは反
   対方向に動かす請求項１９記載の方法。 ２１、さらに、ｊ、工程ｅの繰返しの結果としてセクタ
   ーがなくなった際に、工程ｃの前の反復のため自律車を
   原点に戻し、ｍ、工程ｆにおいて、工程ｅの次の反復の
   ための新しい原点を限定する位置にまで他のセクターに
   沿って自律車を移動させる工程を具える請求項１９記載
   の方法。 ２２、表面上で仕事をする自律車の動きを制御する方法
   であって、前記自律車が自律車を動かす手段と、自律車
   を回転する手段と、自律車が移動した距離を測定する手
   段と、自律車が障害物に接触したことを感知する手段と
   を具えるものにおいて、自律車を動かし、回転させ、 自律車が動く際に自律車によって移動された距離を測定
   し、 自律車が障害物と接触したことを感知し、 自律車によって表面を系統的にカバーさせるよう再帰的
   算法を利用することを特徴とする自律車の動きを制御す
   る方法。 ２３、自律車が家庭用電源（主）からコードを経て電力
   を取り出す請求項２２記載の方法。 ２４、表面上で仕事をする装置であって、 自律車と、 この自律車を動かす手段と、 自律車を回転させる手段と、 自律車によって移動された距離を測定する手段と、 自律車が障害物と接触したことを感知する手段と、 距離を測定する手段と接触を感知する手段とに応答して
   、原点からの自律車の動きを制御し、原点における自律
   車の回転を制御する手段とを具え、前記制御手段が自律
   車を原点から距離Ｒ移動させ、あるいは、自律車が障害
   物に接触するまで移動させ、原点に復帰させ、 移動および復帰後に、前記制御手段が自律車を原点にお
   いて所定角度回転させ、次に、原点から距離Ｒ移動させ
   、あるいは、障害物に接触するまで移動させ、原点に復
   帰させることを自律車が限度に達することによって原点
   において合計角度回転するまで行なわせるよう構成した
   ことを特徴とする装置。 ２５、移動および回転後に、移動距離に逆比例する角度
   で自律車を回転させる請求項２４記載の装置。