JPH03292513A - 移動ロボット - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は矩形状の部屋において部屋の概略寸法・形状の
み教示するだけで部屋を自律的に掃除・走行する掃除ロ
ボットに関する。

（ロ）従来の技術 近年、室内等の所定の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開発されている。このような移
動ロボットは超音波センサ、エンコーダ等の距離計測手
段およびジャイロスコープ、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回避を行
ない一定領域をスイープする機能を有している。

（ハ）発明が解決しようとする課組 障害物の数が少ない単純な領域においては、移動ロボッ
トは、単純なアルゴリズムで走行が可能である。しかし
ロボントのスタート時点で障害物の位置は未知であり、
障害物の数、配置の複雑さが増すという抱束条件のもと
て有効に走行できるための手法は未だ開発されていない
。

（ニ）課組を解決するための手段 本発明はある領域を閉塞しない障害物の配置において矩
形の作業領域を完全に走破する移動ロボットを提供する
もので、いくつかの走行ルールに基づき走行しつつ、障
害物を距離センサで検知し、その位置を同定するととも
に障害物の外辺の特定の接線と壁で構成される部分領域
を生成し、それを参照して、新しい走行経路を決定する
。

（ホ）作　用 移動ロボットが複数の障害物が存在する複雑な領域にお
いても全領域を余すことなく走行出来る。

（へ）実施例 第１図は本発明の掃除ロボットの外観斜視図である。（
３）は動輪で左右２対ある。（１０）は前方用超音波セ
ンサで前方の障害物や壁面までの距離を検出する。（１
１）は横方向用超音波センサで横方向の障害物や壁面ま
での距離を検出し、掃除ロボット（１）の左右両側面に
具備されている。（１４）はバンパースイッチで掃除ロ
ボット（１）が前方用超音波センサ（１０）で確認でき
なかった障害物がロボットに衝突したときに衝突を検知
し、停止するためのセンサである。また左右動輪の回転
数はその動力伝達系に設置したエンコーダで計測される
。

従って、掃除ロボットは動輪と床面のスリップがなけれ
ば初期位置からの移動距離と回転度（姿勢）を同定する
ことができる。しかし動輪と床面のスリップは避けられ
ないので超音波センサで外部の反却物体く壁面等）との
相対距離を計測し、位置姿勢を間欠的に確認し、補正す
る。このようにロボットは状況に応じて自己位置を同定
しつつ移動する。本発明は矩形領域において障害物が複
数個存在する場合の移動パターンを自身で作成する移動
ロボットに関するものであり上記の位置姿勢同定が完全
に可能であると仮定した上に成り立つ。以下、第２図に
より移動パターンのルールを説明する。同図に示す矩形
領域は四方壁で囲まれ、部屋を構成しているとする。ス
タート時、ロボットはＳｌに位置し、壁Ｗ１に平行に置
かれている。また未知の障害物Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅが存
在するとする。ただし領域の縦横寸法Ｌ１、Ｌ２は既知
とする。ロボットはまず、次のルールに基づき基本走行
する。

（ルール１）　ロボットははじめの姿勢方位を維持しつ
つ直進する。

（ルール２）　ロボットは前方に障害物を発見すると一
定距離まで近づいてからターンする。

（ルール３）　ロボットはエリア境界線に一定距離まで
近づいてがらターンする。

（ルール４）　往路において右方に障害物が検知され、
その相対距離！がａ＜ｌ＜ｂの時前方に水平境界線が未
生成ならばその障害物を行き過ぎない様前方に進行方向
と垂直で障害物から引き出したエリア水平境界線を生成
する。ａ、ｂは定数である。

（ルール５）　往路において障害物が前方にある時、境
界線が未生成ならば障害物の外辺に沿ってエリア水平境
界線を生成する。

（ルール６）　往復路において走行軌跡面の左辺を新し
いエリア垂直境界線とする。ただしこれは掃除が進行す
るにつれて更新される。

（ルール７）　　新しい水平境界線が生成された時、こ
の境界線と現在の垂直境界線との交点に向かってそれぞ
れの新境界線をトリミングする。また１つ前の水平境界
線と新垂直境界線についても同様の操作をする。具体的
にはロボットはルールｌにより点Ｐ１まで移動するがこ
こで９０’時計まわりに回転し点Ｐ２まで移動してさら
に９０゜時計まわりに回転する。以上を掃除作業におけ
るターン行動と名付ける。このターン行動は２．３によ
り起こされる。点Ｐ１においてはエリア境界線によって
ターンしたのであるが工１７７境界線は移動の過程にお
いて上記ルール４〜７に従って自動的に生成され、ロボ
ットが持つエリアマツプメモリに記録される。尚ルール
７におけるトリミングは直線を線分化しその両端点の位
置データを登録することに相当する。以上ルール４〜７
を適用するとエリア境界折線はＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３
Ｒ１４Ｒ・・・のように生成されていく。こうした基本
走行動作の流れ図を第６図に示す。

このようにロボントは往復運動をくり返しつつ右方に移
動していくわけであるが、今、移動している領域は境界
線によって他の領域と区別されていく。次に現在の領域
からの離脱ルールを以下に示す。ただし、離脱時は下方
の壁を新水平線としてルール７を適用する。

（ルール８）　往路において右側に障害物が検知されな
くなりかつ前方に設定した水平境界線近辺に障害物が検
知されなくなったら下方の壁に沿って右隅に移動し、下
方の壁に沿って往復運動を開始する。このルール８に従
ってロボットハＳ２に移動する。ただし前に生成された
水平境界線は垂直境界線、垂直境界線は水平境界線とし
てルールに使われる。ただし水平垂直を入れ換える時ル
ール７は適用する。同様なルールで往復運動とともにＲ
２１Ｒ２１・・・Ｒ２９という境界折線が求まる。そし
て次に点Ｓ３を経てＧに到る時、全ての領域は完走され
る。こうした領域離脱の流れ図を第７図に示す。新しい
領域へ移行するために次のルールを加えればさらに複雑
な条件もクリアできる。

（ルール９）　往復、走行をくり返しても右側に常に障
害物が存在し、往復走行が障害物により継続不可能とな
ったならば境界折線を逆にタドノ、初めに見つかった障
害物がない境界線を横切り、右隅に移動する。隅に障害
物がある場合は次のルールにより走行を継続させる。

（ルール１０）　新しい領域のスタート地点は元の領域
の下方の壁と右方の壁に最も近いところを選ぶ。ただし
すでに生成された境界線は壁と同等の意味をもつ。第３
図は障害物ＡＢＣＤがある領域を囲む場合の例であるが
最後に斜線の領域が残されるがルール９．１０により点
Ｒから８５に到ることができ、完全に掃除することがで
きる。

第４図はさらに壁面に密着した障害物がある場合である
が以上のルールでクリヤすることができる。さらに第５
図のように１１個の障害物がある場合も以上のルールに
従えば５ＩＳ２Ｓ３Ｓ４・・・Ｓ８をたどって８個の領
域に分割し、完全に掃除することができる。ただしＨ〉
は往復走行における横進行方向を示す。ロボットは結果
的に部屋も逆時計まわりにうず巻状に移動したことにな
るがもちろん往復走行においてターンの方向を逆にすれ
ば同じルールで逆うず巻移動とすることが出来る。

（ト）効　果 本発明の移動ロボットは領域を階段状境界折線で分割し
、渦巻状に領域を移動して行くので、障害物が複数個あ
ってもそれらの障害物がある領域を閉塞しない限りにお
いてすべての領域を完走することができるようになる。

従って、掃除ロボット等に利用することで、清掃残りの
ない完全な作業が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の掃除ロボットの外観斜視図、第２図、
第３図、第４図、第５図は本発明の走行パターン説明図
、第６図、第７図は、本発明移動ロボットの動作を説明
するための流れ図である。 （３）・・・動輪、（１０）（１１）・・・超音波セン
サ、（３０）・・メモリカード、（４０）・・・スター
トスイッチ、（４１）・・ストップスイッチ、（１４）
・・・バンパー、（５０）・・・取手。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）所定領域内を、往復移動及びこの往復移動と異なる
   方向への一定距離の移動とを組み合わせて走行する移動
   ロボットにおいて、走行移動時に領域周囲の壁面及び領
   域内の障害物を検出するセンサと、このセンサ出力に応
   じて領域を階段状境界折線で部分領域に分割する領域分
   割手段と、走行済みの領域から未走行の分割領域への移
   行時に境界折線上の通過可能なものを選択する境界選択
   手段と、境界線折線を通過した後、旧領域での往復移動
   方向と直交する方向に向って壁面側をスタート点として
   選択するスタート点選択手段と、を有して成る移動ロボ
   ット。