JPH08194539A - 自律移動ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 障害物との距離が大きいときの無駄な距離測
定を防止して余計な電力消費を防止し、かつ障害物との
距離が小さくなったときの距離測定の精度を向上させる
ことができる自律移動ロボットを提供する。 【構成】 距離測定手段により測定された障害物との距
離が予め定められた障害物注意距離となったときには、
障害物検知指示手段の指示周期を障害物注意距離範囲外
にあるときよりも縮小する検知指示周期縮小手段と、指
示周期が縮小状態にある場合、障害物との距離が障害物
注意距離よりも近接した障害物警戒距離となったときに
走行手段の走行速度を減速する走行速度制御手段と、障
害物との距離が障害物警戒距離内にあるときには、走行
手段が減速された分だけ障害物検知指示手段の指示周期
を大きくする検知指示周期拡大手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、障害物との距離を測定
しつつ該障害物から退避するよう移動する自律移動ロボ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】自律移動ロボットについて、種々の提案
がなされており、その一例として、例えば特開平４−１
６８５０８号公報あるいは特開平６−２０８４１６号公
報に開示されたものがある。これらのロボットは、一定
周期で超音波を発信する毎にその反射波を検出して障害
物の有無や障害物までの距離を測定し、障害物との距離
が予め定められた距離より近接した場合、該障害物から
退避するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれのロボットも、距離測定の周期を、ロボットが規定
の最大速度で移動している状態から減速して障害物との
衝突を回避可能な距離（減速開始位置と障害物との距
離、以下障害物警戒距離と称す）に対応する時間を基準
とした比較的短い一定の周期としているため、障害物と
の距離がはるかに大きいときには無駄な距離測定を行う
ことになり、余計に電力を消費してしまう。そして、こ
の余計な電力消費を防ぐためには上記一定周期を長くす
ればよいわけであるが、障害物との距離が上記障害物警
戒距離に近づいたとき、該障害物警戒距離を確実に検知
するためには、上記一定周期より長い周期では測定精度
が十分とは言えない場合もある。また、障害物との距離
が上記障害物警戒距離以下となった際にはロボットは減
速させられるが、この減速の度合いによってはロボット
の時間当りの移動距離が通常よりも減少するため、上記
一定周期では移動距離に対する距離測定の間隔が必要以
上に短くなって、結果的に無駄な距離測定を行うことに
なる場合も生じ、この場合も余計に電力を消費してしま
うことになる。

【０００４】したがって、本発明の目的は、障害物との
距離が大きいときの無駄な距離測定を防止して余計な電
力消費を防止し、かつ障害物との距離が小さくなったと
きの距離測定の精度を向上させることができる自律移動
ロボットを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、走行手段を備え、障害物を避けながら走
行する自律移動ロボットにおいて、超音波を出力する超
音波送信手段と、該超音波送信手段から出力された超音
波の障害物による反射信号を受信する超音波受信手段
と、前記超音波送信手段の出力と当該出力についての反
射信号の入力とに基づいて障害物との距離を測定する距
離測定手段と、前記超音波送信手段からの超音波の出力
を指示する障害物検知指示手段と、前記距離測定手段に
より測定された障害物との距離が予め定められた障害物
注意距離となったときには、前記障害物検知指示手段の
指示周期を障害物注意距離範囲外にあるときよりも縮小
する検知指示周期縮小手段と、検知指示周期縮小手段に
より前記障害物検知指示手段の指示周期が縮小状態にあ
る場合、前記距離測定手段により測定された障害物との
距離が前記障害物注意距離よりも近接した障害物警戒距
離となったときには前記走行手段の走行速度を減速する
走行速度制御手段と、前記距離測定手段により測定され
た障害物との距離が障害物警戒距離内にあるときには、
前記走行手段の減速に対応して前記障害物検知指示手段
の指示周期を大きくする検知指示周期拡大手段と、から
なることを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明の自律移動ロボットによれば、距離測定
手段により測定された障害物との距離が予め定められた
障害物注意距離にならない状態においては、障害物検知
指示手段の指示周期を長くして、無駄な距離測定を防止
することになる。また、距離測定手段により測定された
障害物との距離が予め定められた障害物注意距離となっ
たときには、検知指示周期縮小手段が、障害物検知指示
手段の指示周期を障害物注意距離範囲外にあるときより
も縮小することになる。そして、距離測定手段により測
定された障害物との距離が障害物注意距離よりも近接し
た障害物警戒距離となったときには、走行速度制御手段
が、走行手段の走行速度を減速し、かつ走行手段の減速
に対応して、検知指示周期拡大手段が障害物検知指示手
段の指示周期を大きくして、無駄な距離測定を防止する
ことになる。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例による自律移動ロボットを
図面を参照して以下に説明する。なお、本実施例の自律
移動ロボットは、床面等の清掃を行なう清掃ロボットを
例にとり説明する。

【０００８】図１に示すように、自律移動ロボット１１
は、車体１２の一端中央に床面に対して回転自在かつ水
平旋回自在に支持された一つの前輪１３と、車体１２の
他端両側に回転自在に支持された一対の後輪（走行手
段）１４，１４とにより床面に接地されている。また、
車体１２は、前輪１３と後輪１４，１４との間に設けら
れた清掃装置１５と、清掃装置１５の後方に設けられ、
後輪１４，１４を駆動するためのモータ駆動装置（走行
手段）１６、自律移動ロボット１１の走行，清掃，障害
物検知等を制御する制御部１７、および自律移動ロボッ
ト１１の動力源となるバッテリ１８とを有している。さ
らに車体１２の前面側には、障害物の有無や障害物と車
体１２との距離を測定するための一対の超音波送受信装
置１９，１９が設けられている。

【０００９】また、図２の制御系ブロック図に示すよう
に、この自律移動ロボット１１は、上記した清掃装置１
５、制御部１７、モータ駆動装置１６、バッテリ１８お
よび超音波送受信装置１９，１９の他に、制御系として
記憶部２１、表示部２２および操作部２３を有してい
る。

【００１０】次に、各構成について説明する。清掃装置
１５は、床面を拭く拭き掃除、床面を掃く掃き掃除、床
面への散水、床面からの吸い込み等の清掃動作をそれぞ
れ行なうことができるもので、制御部１７からの清掃動
作指令により、これらの清掃動作を選択的にあるいは全
てを適宜の順に実行するようになっている。モータ駆動
装置１６は、各後輪１４，１４を独立して駆動可能なも
ので、制御部１７の走行速度制御手段からの移動動作指
令に基づいた回転量で各後輪１４，１４を駆動して、車
体１２を前進、後退、旋回等の走行動作させる。

【００１１】バッテリ１８は、この自律移動ロボット１
１が清掃動作を実行せず待機位置にあるとき、図示せぬ
充電器に接続されて充電されるもので、モータ駆動装置
１６および制御部１７に接続されて全体に電力を供給す
るようになっている。このバッテリ１８は、蓄電力が低
下した場合には、制御部１７が蓄電力の低下、すなわち
電圧の低下を検知する。これにより制御部１７は、後述
する表示部２２により要充電であることを報知する。超
音波送受信装置１９，１９は、制御部１７からの距離測
定開始信号に基づき前方に超音波を発信する超音波送信
手段と、当該超音波の反射波を受信検出しこれを障害物
検出信号として制御部１７に出力する超音波受信手段と
で構成されるものである。なお、超音波送受信装置１
９，１９は、制御部１７からの障害物検知指示信号に基
づいた周期で超音波を発信する。

【００１２】表示部２２は、動作状況を使用者に認識さ
せるよう表示するもので、表示内容としては、緊急時の
エラーメッセージや、現在の動作状況、バッテリの残量
の表示等、使用者の設定により、選択的にメッセージを
表示させる。操作部２３は、図３に示すように、使用者
により動作指令が入力される盤形式のものとなってお
り、自律移動ロボット１１全体の電源のＯＮ／ＯＦＦを
行う電源スイッチ２５と、清掃および移動動作のＯＮ／
ＯＦＦを切り換える動作スイッチ２６と、設定時間にな
ると自動的に動作するいわゆるタイマ予約の時間設定を
行なう時間設定部２７と、清掃装置１５による各清掃タ
イプ（拭き掃除、掃き掃除、散水、吸い込み、およびこ
れらを順次すべて行なうＡＬＬ等）の設定あるいは教示
が行なわれる清掃タイプ設定部２８とを有している。

【００１３】記憶部２１は、図４に概念的に示すよう
に、清掃エリアマップ上に移動の軌跡の教示データ（図
４に矢印で示すように位置と長さと方向とからなる）で
ある走行指令データをあらかじめ記憶しており、これに
より動作範囲が設定されている。ここで、図４におい
て、Ａで示す最も外側の範囲が床面を示しており、その
内側の範囲Ｂが動作範囲を示している。さらにＣは既定
位置にある障害物を、Ｄは自律移動ロボットの待機位置
をそれぞれ示している。また、記憶部２１には、操作部
２３で入力される各清掃タイプの動作指令に対応して、
各部各装置の動作を制御するための動作指令データをも
記憶している。さらに動作中に検出される障害物の位置
等が更新記憶される。

【００１４】制御部１７は、操作部２３で動作指令（清
掃開始等）がなされると、清掃エリアマップの走行指令
データと動作指令データとを記憶部２１から読み出し
て、これら走行指令データと動作指令データとに基づい
て各部各装置の動作を制御するものである。また、制御
部１７は、超音波送受信装置１９，１９に超音波を発信
させるための障害物検知指示信号を出力するとともに、
超音波送受信装置１９，１９からの障害物検出反射信号
の出力により、前方にある障害物を発見し、障害物検知
指示信号の出力から障害物検出反射信号の受入までの時
間により車体１２と前方にある障害物との距離を演算す
るものである。

【００１５】なお、制御部１７は、教示された清掃エリ
アマップの走行指令データに沿っての移動中に既定位置
以外の障害物Ｅを発見した場合には、図５にＦで示すよ
うに、この障害物Ｅからこの自律移動ロボット１１を退
避させる。この障害物Ｅからの退避の方向は、記憶部２
１に記憶した教示データに退避方向の指示がある場合こ
れに優先され、なるべく走行指令データの軌道から離れ
ないように制御される。勿論、障害物Ｅから退避した場
合には軌道修正を行ない、教示された走行指令データの
軌道に復帰するよう制御する。

【００１６】加えて、制御部１７は、タイマ予約がセッ
トされている場合、設定時間になると、清掃エリアマッ
プの走行指令データと操作部２３であらかじめ教示され
た動作指令データとを記憶部２１から読み出して、これ
ら走行指令データと動作指令データとに基づいて各部各
装置の動作を制御することになる。

【００１７】そして、本実施例においては、記憶部２１
に、この自律移動ロボット１１の移動速度および障害物
との距離に基づいた超音波送受信装置１９，１９による
距離の測定周期、すなわち、制御部１７による障害物検
知指示信号を出力する周期を速度−周期テーブルとして
用意している。具体的には、図６に示すように、制御部
１７は、障害物を発見する（Ｔ０）までの間は、障害物
検知指示手段により指示する超音波送受信装置１９によ
る距離の測定周期を大とし、かつモータ駆動装置１６に
より指示する移動速度を大とする。一方、障害物を発
見、検知すると（Ｔ０）、その障害物との距離が予め定
められて記憶部２１に記憶された障害物注意距離である
か否かを判定し、障害物注意距離外であれば、測定周期
および移動速度を大のまま維持する。そして、超音波送
受信装置１９，１９により測定される距離が上述した障
害物注意距離となったとき（Ｔ１）には、移動速度を大
に維持したままの状態で、制御部１７により、障害物検
知指示信号で指示する測定周期を徐々に短くしていく。
この測定周期が短くなった状態で、一の障害物検知信号
の出力により得られた距離が次の障害物検知信号の出力
までにロボットが移動する距離よりも短くなったとき、
すなわち障害物警戒距離となったとき（Ｔ２）に、制御
部１７がモータ駆動装置１６により移動速度を小さくし
て車体１２を減速させる。そして、移動速度が小さくな
ったことに伴い、時間当たりの車体１２の移動量が小さ
くなり、障害物との距離の測定を頻繁に行わなくてもよ
くなるため、制御部１７により、移動速度の減速分だけ
測定周期を徐々に長くする。

【００１８】次に、上記構成の本実施例の自律移動ロボ
ット１１の動作を主に図７〜図９の制御ＰＡＤ図を参照
して説明する。使用者が操作部２３の電源スイッチ２５
をＯＮし電源入力があったら、電源スイッチ２５のＯＦ
Ｆが入力される（Ｓ１）までＳ２以下の動作を行なう。
電源スイッチ２５のＯＦＦが入力されたら、動作終了と
なる。

【００１９】電源がＯＮされた状態において、動作スイ
ッチ２６により動作ＯＮが入力されたか（Ｓ２）、ある
いは時間設定部２７で設定されたタイマ予約の設定時間
になったか（Ｓ３）を確認する。動作ＯＮが入力され
（Ｓ２）あるいは設定時間になった（Ｓ３）場合、動作
を開始する（Ｓ４）。また、これらの判断で動作ＯＮが
入力されず（Ｓ２）かつ設定時間にもならない（Ｓ３）
場合、動作を行わずに待機位置で待機する。

【００２０】動作開始（Ｓ４）となると、制御部１７
は、操作部２３の清掃タイプ設定部２８による清掃タイ
プの入力を判断し、入力された清掃タイプに対応する動
作指令データを記憶部２１からロードする（Ｓ５）。次
に、この動作指令データに対応して清掃装置１５を起動
し（Ｓ６）、清掃動作を開始する。そして、制御部１７
が操作部２３で動作ＯＦＦの入力を判断した場合あるい
は清掃動作完了となるまで以下の動作を行なう（Ｓ
７）。

【００２１】図４に示すような走行指令データを記憶部
２１からロードし（Ｓ１０）、既定以外の障害物Ｅの存
在を検出するために制御部１７は障害物検知指示信号を
出力した後、超音波送受信装置１９から障害物検出反射
信号をロードする（Ｓ１１）。この場合、超音波送受信
装置１９による障害物との距離の測定周期は最大とさ
れ、また車体１２の移動速度も最大とされる。

【００２２】超音波送受信装置１９からロードした障害
物検出反射信号から障害物Ｅの存在が検知されると（Ｓ
１２）、後述する障害物検出動作（Ｓ１３）を行なう。
障害物Ｅが検知されなければ、記憶部２１に記憶された
走行指令データに合わせて最大速度で移動するよう速度
指令を出力して、モータ駆動装置１６を制御する（Ｓ１
４）。

【００２３】障害物検出動作（Ｓ１３）は、障害物Ｅと
の距離が所定の障害物注意距離とならない状態（Ｓ１
５）では、測定周期をそのままで距離測定を行い（Ｓ１
６）かつ移動速度をそのままで移動させる（Ｓ１７）。
そして、障害物Ｅとの距離が障害物注意距離となりか
つ、これより小さい障害物警戒距離とならない状態（Ｓ
１８）では、超音波送受信装置１９による測定周期を徐
々に小さくし（Ｓ２２）、距離を測定し（Ｓ２３）、モ
ータ駆動装置１６に対する速度指令はそのままで移動さ
せる（Ｓ２４）。

【００２４】障害物Ｅとの距離が障害物注意距離となっ
たら、例えば速度が０になり減速終了（Ｓ１９）となる
まで、減速を行なう。減速動作中は、速度が低下するた
め、経過時間当りの移動量が小さくなるので、超音波送
受信装置１９による測定周期を徐々に大きくしていく
（Ｓ２５）。減速中は、超音波送受信装置１９で距離を
測定し（Ｓ２６）、モータ駆動装置１６に対して減速を
行なわせるよう減速指令を出力する（Ｓ２７）。

【００２５】減速終了となると、障害物との距離を超音
波送受信装置１９で測定し、ある一定の距離をおいて障
害物を退避する（Ｓ２０）。障害物からの退避が完了し
たら、記憶部２１に記憶された走行指令データへ復帰す
るまで移動を行なう（Ｓ２１）。障害物を退避し、走行
指令データへ復帰したら、中断していた動作の続きを行
なう。使用者が操作部２３で動作ＯＦＦを入力した場合
あるいは清掃動作完了となったら、清掃装置１５をＯＦ
Ｆする（Ｓ８）。記憶部２１からの走行指令データをも
とに、待機位置まで戻り（Ｓ９）動作を完了する。

【００２６】以上に述べたように、本実施例の自律移動
ロボット１１によれば、超音波送受信装置１９により測
定された障害物Ｅとの距離が予め定められた障害物注意
距離にならない状態においては、測定周期をそのままで
距離測定を行い、無駄な距離測定を防止することにな
る。したがって、余計な電力消費を防止することができ
る。また、超音波送受信装置１９により測定された障害
物Ｅとの距離が予め定められた障害物注意距離となった
ときには、測定周期を縮小することになる。したがっ
て、距離測定の精度を向上させることができる。そし
て、超音波送受信装置１９により測定された障害物Ｅと
の距離が障害物注意距離よりも近接した障害物警戒距離
となったときには、モータ駆動装置１６による走行速度
を減速し、かつ該減速がなされた分だけ、測定周期を大
きくして、無駄な距離測定を防止することになる。した
がって、この点からも余計な電力消費を防止することが
できる。

【００２７】なお、上記実施例においては、動作範囲す
なわち走行指令データがあらかじめ記憶されているもの
を例にとり説明したが、動作範囲が記憶されていない場
合であっても囲まれた領域の中であれば、障害物を自動
認識し避けて動作するため自律移動による清掃が可能で
ある。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の自律移動
ロボットによれば、距離測定手段により測定された障害
物との距離が予め定められた障害物注意距離にならない
状態においては、障害物検知指示手段の指示周期を長く
して、無駄な距離測定を防止することになる。したがっ
て、障害物との距離が障害物警戒距離より大きい障害物
注意距離よりさらに大きいときに無駄な距離測定を行う
ことがなくなり、余計な電力消費を防止することができ
る。また、距離測定手段により測定された障害物との距
離が予め定められた障害物注意距離となったときには、
検知指示周期縮小手段が、障害物検知指示手段の指示周
期を障害物注意距離範囲外にあるときよりも縮小するこ
とになる。したがって、障害物との距離が障害物注意距
離となったとき、すなわち障害物警戒距離に近づいたと
きの距離測定の精度を向上させることができる。そし
て、距離測定手段により測定された障害物との距離が障
害物注意距離よりも近接した障害物警戒距離となったと
きには、走行速度制御手段が、障害物を回避するため走
行手段の走行速度を減速することになるが、この走行手
段の減速に対応して、検知指示周期拡大手段が障害物検
知指示手段の指示周期を大きくする。したがって、減速
の度合いによりロボットの時間当りの移動距離が通常よ
り減少しても距離測定の時間間隔を大きくすることで、
移動距離に対する距離測定の間隔が必要以上に短くなる
ことを防止でき、余計な電力消費を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自律移動ロボットの斜
視図である。

【図２】本発明の一実施例による自律移動ロボットの制
御系のブロック図である。

【図３】本発明の一実施例による自律移動ロボットの操
作部を示す平面図である。

【図４】本発明の一実施例による自律移動ロボットの清
掃エリアマップの走行指令データを概念的に示す図であ
る。

【図５】本発明の一実施例による自律移動ロボットの障
害物発見時の走行指令データの変更状況を概念的に示す
図である。

【図６】本発明の一実施例による自律移動ロボットの障
害物発見前後の、移動速度と超音波送受信装置による距
離の測定周期の関係を示す特性線図である。

【図７】本発明の一実施例による自律移動ロボットの制
御内容の一部を示す制御ＰＡＤ図である。

【図８】本発明の一実施例による自律移動ロボットの制
御内容の他の一部を示す制御ＰＡＤ図である。

【図９】本発明の一実施例による自律移動ロボットの制
御内容のさらに他の一部を示す制御ＰＡＤ図である。

【符号の説明】

１１ 自律移動ロボット １４ 後輪（走行手段） １５ 清掃装置 １６ モータ駆動装置（走行手段） １７ 制御部 １８ バッテリ １９ 超音波送受信装置 ２１ 記憶部 ２２ 表示部 ２３ 操作部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行手段を備え、障害物を避けながら走
   行する自律移動ロボットにおいて、 超音波を出力する超音波送信手段と、 該超音波送信手段から出力された超音波の障害物による
   反射信号を受信する超音波受信手段と、 前記超音波送信手段の出力と当該出力についての反射信
   号の入力とに基づいて障害物との距離を測定する距離測
   定手段と、 前記超音波送信手段からの超音波の出力を指示する障害
   物検知指示手段と、 前記距離測定手段により測定された障害物との距離が予
   め定められた障害物注意距離となったときには、前記障
   害物検知指示手段の指示周期を障害物注意距離範囲外に
   あるときよりも縮小する検知指示周期縮小手段と、 検知指示周期縮小手段により前記障害物検知指示手段の
   指示周期が縮小状態にある場合、前記距離測定手段によ
   り測定された障害物との距離が前記障害物注意距離より
   も近接した障害物警戒距離となったときには前記走行手
   段の走行速度を減速する走行速度制御手段と、 前記距離測定手段により測定された障害物との距離が障
   害物警戒距離内にあるときには、前記走行手段の減速に
   対応して前記障害物検知指示手段の指示周期を大きくす
   る検知指示周期拡大手段と、からなることを特徴とする
   自律移動ロボット。