JPS62154008A - 自走ロボツトの走行制御方法 - 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】 Ｃ産業上の利用分野〕 本発明は、自律走行して掃除を行なう自動掃除機などに
用いて好適な自走ロボットの走行制御方法に関する。

〔従来の技術〕

室内を自動掃除機によって掃除する方法として、自動掃
除機を、通常は直進走行させ、前方に壁や障害物があっ
て直進走行不能となった場合には、Ｕターンさせ、直進
とＵターンとを繰り返して室内全体を同一ピッチで往復
走行させるのが一般である。そして、自動掃除機が壁ぎ
わや障害物のきねに達してＵターンができなくなると、
掃除が終了したと判定する。

しかしながら、自動掃除機がＵターンするためにはそれ
だけの空間が必要であるから、自動掃除機が壁や障害物
に近づいてＵターンができず、掃除が終ったと判定して
も、壁ぎわあるいは障害物のきわには、掃除されない部
分がかなり残る場合がある。すなわち、自動掃除機を同
一ピッチで往復走行させて掃除を行なうと、壁ぎわや障
害物のきわまで充分には掃除ができないことになる。

かかる問題を解消する方法として、たとえば特開昭５５
−９７６０８号公報に開示されるように、自動掃除機の
走行方向に対して左右に移動可能な塵芥の吸引口ブラシ
を設け、横方向へ１ピツチ移動するためのＵターンがで
きないときは、吸引口ブラシのみ横方向に必要な距離だ
け移動させる方法が知られている。この方法によると、
自動掃除機が壁や障害物の近くに達してＵターンができ
なくなると、吸引口ブラシのみを壁ぎわや障害物のきわ
まで移動させ、自動掃除機を逆走行させることによって
室内の隅々まで掃除できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、かかる従来技術によると、吸引口ブラシの位
置および駆動タイミングを考慮した直進行、Ｕターンの
走行制御と吸引口ブラシの駆動制御とが必要となり、制
御が複雑になるとともに、制御に時間がかかるという問
題があった。また、吸引口ブラシの駆動装置が必要とな
るために、掃除機を搭載した自走ロボット本体が大型化
１重量化し、機動性が損なわれて掃除時間が長くなって
しまうし、この大型化１重量化と吸引口ブラシの駆動を
必要とすることから、消費電力が増大化するという問題
があった。

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解消し、壁
ぎわや障害物のきわの作業残りを失くし、迅速かつ簡単
な自走ロボットの走行制御方法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

自走ロボットが直進走行とＵターンとの交互の動作によ
る一定ピッチの往復動作ができなくなったときに、該自
走ロボットの自己位置から該自走ロボットの直進走行方
向に垂直な方向での壁あるいは障害物までの距離に応じ
たピッチで、該自走ロボットをＵターンあるいは後退さ
せる。

〔作　用〕

自走ロボット自体を壁あるいは障害物に充分近接して走
行させる。

〔実施例〕

以下、本発明の対象となる自走ロボットを掃除機を搭載
した自走ロボット（以下、自走掃除ロボットという）と
し、本発明の詳細な説明するが、まず、自走掃除ロボッ
トの構成について説明する。

第２図はこの自走掃除ロボットの一具体例を示す斜視図
であって、１は左車輪、２は左車輪駆動モータ、３は左
車輪エンコーダ、４は歯車ケース、５は右車輪、６は右
車輪駆動モータ、７は右車輪エンコーダ、８は歯車ケー
ス、９は超音波送受信器、１０は回転円板、１１は回転
軸、１２はパラボラアンテナ、Ｉ３は超音波レーダ回転
モータ、工４は超音波レーダエンコーダ、１５は歯車ケ
ース、１６はジャイロ、１７は掃除機、１８はごみ吸口
、１９は測定回路部、２０は走行制御部、２１は操作部
、２２は制御用電源、２３は駆動用電源、２４はロボッ
ト本体フレーム、２５はキャスタ、２６はロボットボデ
ィである。

同図において、ロボット本体フレーム２４には、左右に
左車輪ｌ、右右車５が、また、前部中央にキャスタ２５
が設けられている。左車輪１は、歯車ケース４に収納さ
れた歯車を介し、左車輪駆動モータ２と左車輪用エンコ
ーダ３とに連結され、同様にして、右車輪５も、歯車ケ
ース８に収納された歯車を介し、右車輪駆動モータ６と
右車輪用エンコーダ７とに連結されている。これにより
、左車輪１と右車輪５とは別々のモータによって駆動さ
れ、夫々の車輪の回転数が別々のエンコーダで測定され
る。

また、ロボット本体フレーム２４には、超音波レーダが
搭載されている。これは、歯車ケース１５に収納された
歯車を介して超音波レーダ回転モータエ３と回転軸１１
とが連結され、この回転軸１１に、パラボラアンテナ１
２が一体となり、かつ超音波送受信器９が搭載された回
転円板１０とからなり、超音波レーダ回転モータ１３に
よって回転円板１０（シたがって、パラボラアンテナ１
２）を回転軸１１を中心に回転させながら、超音波送受
信器９で破線で示す指向性の鋭い超音波の送受信を行な
う、また、回転軸１１は歯車ケース１５に収納された歯
車を介して超音波レーダエンコーダ１４に連結されてお
り、この超音波レーダエンコーダ１４によって回転軸１
１の回転角、したがって、超音波の発射方向が検出され
る、なお、歯車ケース１５は回転軸１１を支えるフレー
ムともなっている。

超音波送受信器９から発射された超音波は壁や障害物な
どに当たると反射され、反射超音波のうちのパラボラア
ンテナ１２に帰ってきたものが超音波送受信器９で受信
されるが、超音波が発射されてから受信されるまでの時
間と超音波レーダエンコーダ１４によって検出される超
音波の発射方向とから、壁や障害物の位置が測定される
。

さらに、ロボット本体フレーム２４には、自走掃除ロボ
ットの進行方向の角度変化を計測するためのジャイロ１
６、掃除機１７、測定回路部１９、走行制御部２０、操
作部２１、走行制御部２０のための制御用電源２２、駆
動用電源２３なども搭載されており、超音波レーダの超
音波送受信器９、回転円板１０、パラボラアンテナ１２
や操作部２１以外がロボットボディ２６で覆われている
。掃除機１７には、ロボット本□ 体フレーム２４の幅にほぼ等しい幅のごみ吸口１８が設
けられ、自走掃除ロボットの走行とともに、床面（図示
せず）でのこのロボット本体フレーム２４の幅にほぼし
い幅にわたって塵芥を吸収する。測定回路部１９は超音
波レーダのデータ検出回路・ジャイロ１６のデータ測定
回路および左車輪エンコーダ３．右車輪エンコーダ７の
データ測定回路からなり、測定回路１９からのデータを
用いて走行制御部２０は自走掃除ロボットの自己位置、
壁や障害物の位置を計算し、計算結果にもとづいて自走
掃除ロボットの走行を制御するものである。これら測定
回路部１９および走行制御部２０の電源として制御用電
源２２が用いられる。左車輪駆動モータ２、右車輪駆動
モータ６、超音波レーダ回転モータ１３および掃除機１
７のモータなどの電源としては、駆動用電源２３が用い
られる。操作部２１では、走行方法の切換え、自動走行
と手動走行との切換えなどの操作を行なうことができる
。

第３図は、第２図における走行制御系の全体を示すシス
テムブロック図であって、２７ａはＣＰＵ（中央処理部
）　、２７ｂはメモリ、２８は超音波レーダ検出回路、
２９はレーダエンコーダ測定回路、３０はジャイロ測定
回路、３１は車輪エンコーダ測定回路であり、第２図に
対応する部分には同一符号をつけている。

第３図において、測定回路部１９は超音波送受信器９の
出力信号を検出する超音波レーダ検出回路２８と、超音
波レーダエンコーダ１４からのデータを測定するレーダ
エンコーダ測定回路２９と、ジャイロ１６からのデータ
を測定するジャイロ測定回路３０と、左車輪エンコーダ
３および右車輪エンコーダ７のデータを測定する車輪エ
ンコーダ測定回路３１とからなる。

一方、走行制御部２０はＣＰ　Ｕ２７ａとメモリ２７ｂ
とからなる。ＣＰ　Ｕ２７ａは、測定回路部１９の超音
波レーダ検出回路２８、レーダエンコーダ測定回路２９
、ジャイロ測定回路３０および車輪エンコーダ測定回路
３１の出力データを周期的に取り込んで自走掃除ロボッ
トの自己位置、壁や障害物の位置などを計算し、この結
果をメモリ２７ｂに格納するとともに、この結果に応じ
て左車輪駆動モータ２．右車輪駆動モータ６、超音波レ
ーダ回転モータ１３および掃除機１７のモータの制御信
号を形成する。

自走掃除ロボットは以上の構成をなすものである。

次に、かかる自走掃除ロボットを対象とした本発明の実
施例を図面によって説明する。

第１図は本発明による自走ロボットの制御方法の一実施
施例を示すフローチャートである。

この実施例は、後に説明する第９図に示すように、基本
的には直進とＵターンとを操り返えし、自走掃除ロボッ
トを走行経路３２に沿って移動させるものである。

第１図において、自走掃除ロボットの動作開始時には、
ＣＰ　Ｕ２７ａはメモリ２７ｂ（第３図）の内容をクリ
アし、掃除機１７（第２図）のモータを起動させて掃除
を開始させ、ステップ１に進む。

ステップ１では、自走掃除ロボットがＵターン中である
ことを表わすフラグ（以下、Ｕターン中フラグという）
をリセットする。

ステップ２では、室内での自走掃除ロボットの自己位置
が検出される。ここで、自走掃除ロボットの自己位置の
測定方法について説明する。

この自己位置は、左車輪エンコーダ３．右車輪、　　エ
ンコーダ７およびジャイロ１６の出力信号をもとに測定
される。すなわち、左車輪エンコーダ３がらは左車輪１
　（第２図）の回転速度を表わすデータ（パルス数）が
出力され、車輪エンコーダ測定回路３１でこのデータか
ら左車輸工の回転数が測定されて、その結果、左車輪１
の走行距離ΔＬ、が測定される。同様にして、右車輪エ
ンコーダ７からは右車輪５（第２図）の回転速度を表わ
すデータが出力され、車輪エンコーダ測定回路３１で右
車輪５の走行距離ΔＬ２が測定される。また、ジャイロ
１６からは自走掃除ロボットの回転角度を表わす角度デ
ータが出力され、このデータからジャイロ測定回路３０
で、一定時間間隔Δｔおきに、自走掃除ロボットの進行
方向の角度変化量Δθが測定される。この一定時間間隔
おきに、これらデータΔＬｌ＋　ΔＬ２．ΔθがＣＰＵ
に取り込まれ、これらデータを計算処理して自走掃除ロ
ボットの自己位置データが得られる。

ここで、自己位置データを得るための計算方法について
、第４図を用いて説明する。同図に示すように、自己位
置データはＸ−Ｙ座標系の座標として得られる。このＸ
−Ｙ座標は自走掃除ロボットが作業を行なうために部屋
の床面に置かれたときに決まり、その置かれた位置を原
点Ｏとし、そのときの直進走行すべき方向をＹ軸、これ
に垂直な方向をＸ軸とする。

同図において、いま、現時点ｔ、での自走掃除ロボット
の自己位置を座標（ｘｍ、ｙａ）の点ａとし、この点ａ
からＹ軸に対して角度θ１の方向に移動したところ、こ
れより上記一定時間Δを後には、自走掃除ロボットの左
車輪１の走行距離がΔＬ１、右車輪５の走行距離がΔＬ
ｔ、進行方向の角度変化量がΔθであったとすると、こ
の一定時間Δｔにおける自走掃除ロボットの走行距離Δ
Ｌは、 ■ ΔＬ−□　（ΔＬ＋　＋ΔＬｘ）　　　・・・（１）で
表わされ、時点ｔｂ（−ｔｍ　＋Δｔ）における自走掃
除ロボットの進行方向θ１は、 θｂ４θａ＋Δθ　　　　　　　　　・Φ―（２）とな
る。時点ｔ、における自走掃除ロボットの自己位置を点
すとすると、この点すの座標（Ｘ、。

ｙｂ）は次のように表わされる。

ｘｂｍ　ｘ、−ΔＬ−ｓｉｎ（θ、　＋　−）　　　・
・・（３）ここで、式（３）の右辺のΔＬの前の符号を
マイナスとし、弐（４）の右辺のΔＬの前の符号をプラ
スとしたのは、Ｙ軸に対する角度は時計方向をマイナス
、反時計方向をプラスとしたためである。自走掃除ロボ
ットが原点Ｏにあるときの位置座標は（Ｑ、０）であっ
て進行方向は０″であり、一定時間Δを毎に式（１）〜
（４）の計算を行なって順次の自己位置とそこでの進行
方向が得られる。

ステップ３では、壁や障害物の位置が検出される。ここ
で、壁や障害物の位置の測定方法について、同じく第４
図を用いて説明する。

この測定は第２図で示した超音波レーダのデータを用い
て行なわれる。いま、第４図において、自走掃除ロボッ
トが点ａにあるものとすると、パラボラアンテナ１２（
第２図）が壁や障害物Ｓの超音波発射方向に垂直な面（
以下、単に垂直面という）に向いたとき、超音波送受信
器９（第２図）で反射された超音波はこの垂直面で反射
されてこの超音波送受信器９で受信される。そこで、超
音波が超音波送受信器９から発射されてから壁や障害物
Ｓの垂直面で反射されてこの超音波送受信器９で受信さ
れるまでの往復時間をΔＴとし、超音波の速度をＶとす
ると、点ａから壁もしくは障害物Ｓまでの距離り、は、 Ｌｓ”　　　　　Ｖ・ΔＴ　　　　　　　　　　・・・
（５）で表わされる。

また、超音波レーダエンコーダ１４では、パラボラアン
テナ１２からの超音波の発射および受波方向θ、が測定
される。この方向は自走掃除ロボットの進行方向からみ
たものであり、時計方向をマイナス、反時計方向をプラ
スとしている。

以上のデータＬｌ＋　　θ、と点ａの座標（ｘｌ。

ｘｂ）および点ａでの自走掃除ロボットの進行方向θ、
から、壁もしくは障害物Ｓの位置（正確には、超音波の
反射面の位置）の座標（Ｘｓ、）’ｓ）は次のように表
わされる。

Ｘ　＠　”　Ｘ　＠　　Ｌ　＠　’　＄１１（θ、＋θ
ｍ　）　　−＋ａ＋）’Ｉ　−ｙ＊　＋Ｌｓ・ｃｏｓ　
（θ、十〇、）　・・・（７）以上のようにして、設定
されたＸ−Ｙ座標系における自走掃除ロボットの自己位
置座標と壁もしくは障害物の位置座標が求まる。

ステップ４では、ステップ２，３で以上のようにして得
られた自走掃除ロボットと壁もしくは障害物の位置座標
をメモリ２７ｂ（第３図）に格納し、壁や障害物の位置
関係を表わす情景地図を作成し、そこに、自走掃除ロボ
ットの走行経路を画く。

ステップ５では、Ｕターン中フラグがセットされている
か否かを判定し、セットされていなければ、次のステッ
プ６に進む。

ステップ６では、自走掃除ロボットの進行方向に直進走
行を阻げる壁もしくは障害物があるか否かを判定する。

先にも説明したよに、この実施例においても、自走掃除
ロボットを直進走行とＵターンとを繰り返しながら走行
させるのであるが、ＣＰ　Ｕ２７ａ　　（第３図）は、
自走掃除ロボットとその進行方向での壁もしくは障害物
との間隔を計算して常時監視しており、この間隔が自走
掃除ロボットのＵターン可能な最初のものとなったとき
、ステップ６で前方に壁もしくは障害物有りと判定する
。

ステップ７では、ステップ６で前方に壁もしくは障害物
がないと判定されたとき、自走掃除ロボットを直進走行
させる。この直進走行は、左車輪駆動モータ２と右車輪
駆動モータ６　（第２図）とを同時に回転させ、左車輪
１と右車輪５　（第２図）とを駆動することによって行
なわれる。

ステップ７からはステップ２に戻るが、ステップ６で前
方に壁もしくは障害物有りと判定されない限り、ステッ
プ２．　３．　４．　５．　６．　７の一連の動作が繰
り返えされ、自走掃除ロボットを直進走行させる。この
直進走行中自走掃除ロボットと壁もしくは障害物の位置
が検出され、夫々の位置座標が順次メモ１Ｊ２７ｂ　　
（第３図）に格納される。

これによってメモリ２７ｂでは、情景地図が次第に詳し
くなり、そこに自走掃除ロボットの走行経路が画かれる
。

ここで、第５図により、障害物がない室内において、ス
テップ６で前方に壁ありと判定するまでの自走掃除ロボ
ットの動作を説明する。

まず、自走掃除ロボットは走行開始する前の原点０にあ
るときに、超音波レーダによって壁の位置を検出する。

ここで、説明を簡単にするために、壁３３．３４．３５
．３６はＹ軸、Ｙ軸のいずれかに平行であるとする。自
走掃除ロボットが原点Ｏにあるときに超音波レーダによ
って検出されるのは、壁のＹ軸、Ｙ軸上の部分（点３３
ａ、　３４ａ、　３５ａ、　３６ａ）と壁の角の部分（
点３３ｂ、　３４ｂ、　３５ｂ、　３６ｂ）である。

自走掃除ロボットは原点Ｏから常にＹ軸の正方向に直進
走行開始するものであり、この場合、上記のようにして
、自走掃除ロボットの進行方向の壁の位置は点３４ａと
して予じめ検出されているから、ＣＰ　Ｕ２７ａによっ
て壁の点３４ａと自走掃除ロボットとの間の距離を監視
している。

自走掃除ロボットのＣＰ　Ｕ２７ａは、かかる直進走行
の間も自己位置電標と壁の位置座標とを計算してメモリ
２７ｂに格納しており、壁３３．３４．３５゜３６が順
次検出されてメモリ２７ｂで前景地図が次第に出来上っ
ており、その情景地図内で自走掃除ロボットの走行経路
３２が画かれている。

直進走行中、ステップ６で前方に壁もしくは障害物有り
と判定すると、ステップ８に進む。

ステップ８では、自走掃除ロボットを停止させる。

ステップ９では、Ｕターン中フラグをセットする。

ステップ１０では、Ｕターン方向の切換えを行なう。

先にも説明したように、自走掃除ロボットは直進走行と
Ｕターンとを繰り返し行なわせるが、第５図では、軌跡
３２で示すように、最初のＵターンの方向は右方向であ
るが、次のＵターンは左方向に行なわれる。つまり、Ｕ
ターンする毎にその方向は右、左と交互に変わり、これ
によって自走掃除ロボットはＹ軸方向に往復走行をしつ
つＸ軸方向に進むことになる。ステップ１０では、この
ようにＵターンの方向を設定する０通常、最初のＵター
ンの方向は右方向に設定されるが、この方向のＵターン
が不可能な場合には、Ｕターンの方向を左方向とし、以
下、右、左、右・・・と交互に方向を切換える。

第１図に戻って、ステップ１１〜２０では、第５図で示
すＸ軸方向での自走掃除ロボットと壁３３との間隔ｌが
いかなる範囲に入るかを判定する。かかる範囲は・ｌ＞
１．（ステップ１１）、ｉｔ≧ｌ＞Ｉｔ２（ステップ１
２）、　　ｚ、≧Ｚ＞ＺＳ（ステップ１３）。

１３≧ｌ＞１．（ステップ１４）、　　１４≧ｌ＞１．
（ステップ１５）、　　ｔｉ、≧ｌ＞１．（ステップ１
６）、　　Ｒｈ≧Ｉｔ＞１．（ステップ１７）、　　ｊ
２．≧１＞１．（ステップ１８）、　　ｌ、≧１＞１．
（ステップ１９）、　　！、≧１＞Ｉｔ、ｏ（ステップ
２０）がある。

第５図において、間隔ｌが充分大きいときには、自走掃
除ロボットがＵターンする前とＵターンした後との直進
走行経路のピッチはＡであるとすると、このピッチＡで
自走掃除ロボットのＵターンが可能な自走掃除ロボット
と壁３３との間隔ｌの最小値がステップ１１におけるｌ
Ｉである。

かかるＵターンの方法を第６図で説明する。同図におい
て、１′はＵターン前の左車輪、１＃はＵターン後の左
車輪、２は右車輪、３３は壁、２６′はＵターン前のロ
ボットボディ、２６“はＵターン後のロボットボディ、
３７’、３７“は夫々ロボットボディ２６’、２６“の
左前先端部、３８’、３８”は夫々ロボットボディ２６
’、２６“の左後先端部である。

同図において、自走掃除ロボットは右方向にＵターンす
るものとする。この場合のＵターンは、右車輪５を停止
させて左車輪１′を前進方向に駆動し、ロボットボディ
２６′を右車輪５を中心に１８０　”旋回させる。かか
るＵターンを行なうことにより、ロボットボディ２６’
、２６’の直進方向の中心線の間隔がピッチＡであり、
これは左車輪１′と右車輪５との間隔Ｗに等しい。掃除
機１７のごみ吸口１８（第２図）の幅はロボットボディ
２６’、２６“の幅にほぼ等しいから、Ｕターン前後の
掃除範囲は図示する量Ｅだけオーバラップする。

かかるＵターンは、ロボットボディ２６′の先端から車
輪軸までの距離、右車輪５からロボットボディ２６′の
左前先端部３７′までの距離および右車輪５からロボッ
トボディ２６′の左後先端部３８′までの距離で決まる
領域ａｌ＋　ｂｌ、　ＣＩ＋　ｄｌ内に壁や障害物がな
いときに可能である。第６図によると、このようにＵタ
ーンするために必要なロボットボディ２６′の中心線Ｒ
−Ｒから右方向の空間の最小幅Ｅ１は、左車輪１′と右
車輪５との間隔をＷ、右車輪５とロボットボディ２６′
の左前先端部３７′との間隔をｄとすると、 １、−−　Ｗ＋ｄ　　　　　　　　・・・（８）となる
、したがって、自走掃除ロボットと壁３３との間隔（厳
密には、ロボットボディ２６′の中心線Ｒ−Ｒと壁３３
との間隔）ｌが式（８）で表わされる間隔ｊ！１　より
も大きいとき、Ｕターン時に自走掃除ロボットが壁３３
に当たることはとない。

ステップ１１は、ｌ＞１．の判定とともに、第６図の範
囲ａｔ＋　ｔｌ＋＋　ＣＩ＋　ｄｌにおいて、壁や障害
物が存在するか否かの判定も行なう。

自走掃除ロボットと壁３３との間隔ｌが１１以下になる
と、上記のようなＵターンができなくなり、壁３３のき
わに掃除残りが生ずる。

ステップ１２．１３．１４．１５から始まる一連の動作
はＵターン前後のピッチを小さくしてこの掃除残りを少
なくするものである。この場合のＵターン方法を第７図
によって説明する。同図において、５′はＵターン前の
右車輪、５“はＵターン後の右車軸、２６°はＵターン
途中のロボットボディ、３７′＃はロボットボディ２６
９の左前先端部であり、第６図に対応する部分には同一
符号をつけている。

第７図において、まず、左車輪１′を停止させて右車輪
５′を後進方向に駆動し、ロボットボディ２６′を左車
輪１′を中心にして右方向に旋回させる。この動作は右
車輪５′を右後方に引くものである。ロボットボディ２
６′の中心線Ｒ−Ｒに垂直な方向での右車輪５′の移動
ＩＩＤを車輪引き幅という。第６図に示したＵターンの
場合には、右車軸５は停止しているから、車輪引き幅り
は零で□ ある。

次に、右車輪が引かれたロボットボディ２６′に対し、
第６図の場合と同様に、右車軸５“を停止させて左車輪
１′を前進方向に駆動する。これにより、ロボットボデ
ィ２６′は右車輪５“を中心に右方向に旋回する。ロボ
ットボディ２６“の中心線Ｒ’−Ｒ’がロボットボディ
２６′の中心線Ｒ−Ｈに平行となったとき、すなわち自
走掃除ロボットが１８０　”旋回したとき、左車輪１′
の駆動を停止させてＵターンを終了する。この場合での
Ｕターン前後の自走掃除ロボットの間隔、すなわちピッ
チＢは、左車輪１′と右車輪５′との間隔をＷとすると
、 Ｂ−Ｗ−Ｄ　　　　　・・・（９） となる。したがって、第６図の場合よりも狭いピッチで
Ｕターンされることになる。このために、Ｕターン前後
の掃除範囲のオーバラップ量は第６図の場合の量Ｅより
も大きくなることはいうまでもない。

この場合には、左車輪１′と左後先端部３８′との間の
距離、右車輪５′と左前先端部３７′、左後先端部３８
′との間の距離、ロボットボディ２６′の長さ、ロボッ
トボディ２６′に対する右車輪５′。

左車輪１′の位置、車輪引き幅りなどによって決まる範
囲ａｔ＋　ｂｔ＋　Ｃ！＋　ｄｔ内に壁や障害物がない
ときにＵターンが可能となる。

また、第７図から明らかなように、右車輪５′と左前先
端部３７′との距離をｄとすると、ロボットボディ２６
の中心ＩＲ−Ｒから右方向の空間幅２と車輪引き幅りと
の関係が、 （但し、Ｗは左車輪１′と右車輪５′との間隔）である
とき、第７図で示すＵターンを行なっても自走掃除ロボ
ットは壁３３に当たることはない。

そこで、自走掃除ロボットと壁３３との間隔でが式（８
）で表わされる値！、以下となったとき、弐〇のを満す
ようにこの間［１に応じて車輪引き幅りを設定し、第７
図に示したようにＵターンを行なうことにより、ピッチ
を小さくしてＵターンができ、壁３３のきわまで掃除出
来る。

この実施例では、第１図のステップ１２〜１５に示すよ
うに、値１１以下で自走掃除ロボットと壁３３との間隔
ｌがとる範囲を４つに区分しくすなわち、ｌｌ≧１＞ｌ
ｘ、１ｇ≧１＞ｌｘ、Ａ３≧ｌ＞ｌａ。

１４≧ｌ＞ＩＳ、）、各区分毎に、夫々１２＋　　１！
＋　　１４　＋ｌＳ＋　に対して式（至）を満足する車
輪引き幅Ｄｔ、Ｄ３．０４．ＤＳを設定している。

そこで、いま、自走掃除ロボットと壁３３との間隔Ｅが
１１≧１＞１１の範囲にあるとすると、これであること
がステップ１２で判定され、ステップ２２で車輪引き幅
りが値Ｄ２と設定される。この間隔ｌが値ｌＩ以下の他
の範囲にあってステップ１３〜１５のいずれかでこれで
あることが判定されると、これに応じた車輪引き幅り、
〜Ｄ、のいずれかがステップ２３．２４あるいは２５で
設定される。弐〇〇から車輪引き幅りが大きくなるに従
い間隔ｌが小さくなり自走掃除ロボットが壁３３により
近接した状態でＵターンが可能であるがＤ＝Ｗのときに
は、定径経路をもどることになるから、ステップ１５で
のｌ、を　ｄ−Ｗ／２よりも若干大きく、かつステップ
２５のり、をＷよりも若干小さく設定する。

なお、１＞Ｉ＋の場合には、ステップ１１でこれが判定
され、ステップ２１で車輪引き幅りが（ｔｌ！　０のＤ
＋と設定される。

もちろん、ステップ１２〜１５でも、ステップ１１と同
様に、第７図における範囲ａ１＋　ｂｔ＋　Ｃ！＋　ｄ
ｌ内に壁もしくは障害物があるか否かの判定も行なう。

なお、左方向にＵターンする場合も同様である。

ところで、以上のようなＵターンを行なう場合、ロボッ
トボディ２６’、２６“を旋回されることから、Ｕター
ン終了後には、第７図に示すように、ロボットボディ２
６“と壁３３との間に幅Ｎの隙間が生じ、この部分が掃
除残りとなる。この幅Ｎは、ステップ１１〜１５のいず
れのＵターンを行なうようにしても、 ’ＪＪ　＋　ｗ Ｎ≧ｄ−□　　　　　・・・αυ となる。但し、ｄ、Ｗは第６図で示される幅であり、ま
た、Ｗはロボットボディ２６の幅である。

ステップ１５〜２０から始まる一連の動作は、この幅Ｎ
の隙間の掃除残しをも失くすようにするものである。こ
れは、ロボットボディ２６を後進走行させながら壁３３
のきわに寄せるものである。以下、この動作を後退旋回
と呼ぶことにする。

以下、第８図によって後退旋回動作を詳細に説明する。

ここでは、進行方向に対して右側にある壁３３に自走掃
除ロボットをよせるものとする。

まず、ロボットボディ２６′に対し、右車輪５′を停止
させて左車輪１′を後進駆動する。これにより、ロボッ
トボディ２６′は右車輪５′を中心にして左方向に旋回
する。このとき、左車輪１′は右後方に引かれたことに
なる。次に、旋回したロボットボディ２６“の左車輪１
“を停止させて右車輪５′を後進駆動させる。これによ
り、ロボットボディ２６“は左車輪１“を中心にして右
方向に旋回する。この旋回はロボットボディ２６“の中
心軸が旋回前の中心軸Ｒ−Ｒと平行になったときに停止
する。

かかる一連の旋回により、右車輪５′は左車輪１′と平
行な方向に同量だけ引かれている。かかる旋回後の左車
輪１′、右車輪５′の進行方向（中心軸Ｒ−Ｒ）に垂直
な方向の移動量Ｃを側車輪引き幅という。

ロボットボディ２６′の長さ、ロボットボディ２６′に
対する左車輪１′、右車輪５′の位置関係などで決まる
後進旋回に必要な空間範囲ａ３＋　ｂ２＋　Ｃ２＋ｄ、
内に壁や障害物がないときに、後進旋回が可能となる。

また、左車輪１′とロボットボディ２６′の右後先端部
３９′との間隔をｄ′とし、側車輪１′５′の間隔をＷ
とすると、ロボットボディ２６′の中心軸Ｒ−Ｒから壁
３３までの間隔Ｅと側車輪引き幅Ｃとの関係が、 ｐ　＞ｄ　’　＋　（Ｃ−−）　　　　　・・・Ｃ２）
であるとき、自走掃除ロボットは壁３３に当たらない。

そこで、ロボットボディ２６′と壁３３との間隔がステ
ップ１５での値ｌ、よりも小さいとき、式（２）を満た
すように間隔ｌに応じて側車輪引き幅Ｃを設定し、第８
図に示すように後進旋回を行なった後、ロボットボディ
２６′＃を矢印方向に後進走行させることにより、壁３
３のきねの掃除残しをなくすことができる。

この実施例では、第１図のステップ１６〜２０に示すよ
うに、値２．以下のロボット本体２６と壁３３との間隔
ｌがとる範囲を！、≧１＞２６，１．≧２〉！、。

！、≧１＞１．．１．≧β〉β４，１．≧１！＞ｌ＋６
の５つに区分し、各区分毎に＋　　１６＋　　１７．１
Ｂ＋　　ＩＱ＋１ｕ１に対応して式＠を満足する側車輪
引き幅Ｃ＆＋Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９，ＣＩ。を設定している
。

そこで、いま、ロボットボディ２６′と壁３３との間隔
ｌが１５≧１＞１６であるとすると（ステップ１１〜１
５では「ｎｏ」と判定している）、これであることがス
テップ１６で判定され、ステップ２６で側車輪引き幅Ｃ
が値Ｃ６と設定される。ステップ１７〜２０のいずれか
で「ｙｅＳ」と判定された場合にも、それに応じてステ
ップ２７〜３０のいずれかで両車輪引き幅Ｃが値Ｃｔｔ
　Ｃｓ、ＣｑまたはＣ５゜に設定される。もちろんこの
とき、ステップ１６〜２０では、第８図で示した後退旋
回に必要な空間範囲ａ３＋　ｂ３．　Ｃ３＋　ｄ３内に
壁もしくは障害物があるか否かの判定も行なう。

ここで、第６図〜第８図でのロボットボディ２６′に対
し、長さを８０ｃｍ、幅を５０ｃｍ、各車輪１’、５’
の直径を１０ｃｍ、車輪１’、５’の間隔を３０ｃｍ、
ロボットボディ２６′の前先端から車輪軸までの距離を
５０ｃｎ、ロボットボディ２６′の後先端から車輪軸ま
での距離を３０ｃ＋ｍとしたときの第１図の間隔！。

〜ｊ’ｌの値と車輪引き幅り、〜Ｄ、、Ｃｈ”’Ｃ，。

の値の一興体例を次表に示す。

（以下余白） □ 以上がステップ１１〜３０の説明である。なお、左方向
の壁に寄せる場合も同様である。

ステップ３１では１、ステップ２１〜２５のいずれで設
定された車輪引き幅りに応じて第６図あるいは第７図に
示したようなＵターンを開始させる。

ステップ３２では、ステップ２６〜３０で設定された両
車輪引き幅に応じて第８図に示したような後進旋回を行
なわせる。

ステップ３１．３２の処理が終ると、ステップ２に戻る
。

以上のステップ８〜３２の一連の処理は、ステップ６で
前方に壁もしくは障害物があって自走掃除ロボットが直
進走行できなくなったとき、Ｕターンあるいは後進旋回
を開始させるまでのものである。したがって、ステップ
６でｒｙｅｓＪと判定されたときに、ステップ８〜３２
の一連の処理は１回しか行なわれない。

ステップ３１あるいは３２の処理によって自走掃除ロボ
ットがＵターンあるいは後進旋回を開始すると、ステッ
プ９で既にＵターン中フラグがセットされているので、
ステップ５でこれが判定され、ステップ３３に進む。

ステップ３３では、ジャイロ１６　（第２図）のデータ
をもとに、Ｕターンあるいは後進旋回が終ったか否かの
判定を行なう。この判定はジャイロ１６（第２図）から
の角度情報をもとにして行なう。

Ｕターンのときには、自走掃除ロボットが１８０　’方
向転換したときに、後進旋回のときには、ロボットボデ
ィ２６の中心線が後進旋回前の中心線と平行になったと
きに夫々Ｕターンが終了したと判定する。

Ｕターン中あるいは後進旋回中では、ステップ２．３，
４．５．３３の一連の処理が繰り返し行なわれ、これら
の動作中も自走掃除ロボットの自己位置座標と壁や障害
物の位置座標が作成されてメモリ２７ｂ（第３図）に格
納される。そして、Ｕターンあるいは後退旋回が終了す
ると、ステップ３４でＵターン中フラグがリセットされ
、再びステップ２から処理が始まって直進走行を開始さ
せる。

以上の処理により、自走掃除ロボットは第９図に示す走
行経路３２に沿うように走行制御される。

すなわち、自走掃除ロボットは、壁３３から充分離れて
いるときには、直進走行と第６図に示したＵターンとの
交互の繰り返しにより、ピッチＡでジグザグ走行し、壁
３３に近づいてこのＵターンができなくなる点４０に達
すると、第７図に示したように、選択された車輪引き幅
りでピッチＢのＵタ−ンを行なう、そして、点４１に達
して壁３３との間に距離！、〜１１０がある場合には、
第８図に示した後退旋回を行ない、これらが終了した点
４２から直進走行して壁３３のきわまで掃除を行なう。

自走掃除ロボットは、点４３に達すると、もはやＵター
ンや後退旋回ができなくなる。この場合には、ステップ
１１〜２０では全てｌ”ｎｏＪと判定され、ステップ３
５に進む。

このステップ３５では、室内全体での掃除が終ったか否
かを判定する。この判定は、メモリ２７ｂ（第３図）で
形成された情景地図と自走掃除ロボットが走行した経路
とから未掃除エリアを探すことによって行なわれる。第
９図の場合には、掃除が終わったものと判定されるが、
室内に障害物がある場合には、その後の部分が未掃除エ
リアとなり、部屋が四角形でない場合などでは、未掃除
エリアが存在する場合がある。

ステップ３６では、ステップ３５で未掃除エリアが見つ
かると、自走掃除ロボットをその未掃除エリアに走行さ
せる。

ステップ３６からはステップｌに戻り、未掃除エリアに
対して上記の動作が行われる。

以上のように、この実施例では、自走掃除ロボットを壁
ぎわや障害物のきわまで簡単かつ正確に接点させること
ができ、壁や障害物のきねの掃除のやり残しをなくすこ
とができる。また、従来技術のような進行方向に対して
横方向に動く吸引ロプラシなどの機構部が不要となり、
吸引口ブラシの位置や駆動のタイミングを考慮しなくて
よいので、走行方法の判断や決定に要する時間を短縮で
きるし、ロボットボディも小型化にできる。したがって
、超音波レーダで得られるまわりの壁や障害物の位置デ
ータ及び情景地図データの変化にすばやく対応できるこ
とになる。さらに、吸引口ブラシなどの駆動が不要なの
で、消費電力を削減できて経済的になる。

なお、第６図〜第８図で壁について説明したが、障害物
であっても同様である。また、上記実施例では、自走ロ
ボットとして掃除機を搭載したものとしたが、塗装を行
なうなど他の作業を行なうものであってよいことは明ら
かである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、自走ロボットを
壁ぎわや障害物のきわまで簡単かつ正確に接近させるこ
とができ、該自走ロボットに！３！置される掃除機など
の作業機器を制御することなく、壁ぎわや障害物のきね
までの作業が可能となるものであって、作業機器の機構
部や駆動部の簡略化が図かれて該自走ロボットの小型、
軽量化や消費電力の削減が達成できるし、作業機器の位
置や駆動タイミングを考慮することなしに自走ロボット
の制御が可能となるものであるから、自走ロボットの走
行方法の判断や決定を迅速に行なうことができるし、さ
らに、該自走ロボットの小型、軽量化にともない、部室
の壁や障害物に対応した該自走ロボットの動作変化を迅
速に行なえ、作業時間を大幅に短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自走ロボットの走行制御方法の一
実施例を示すフローチャート、第２図は自走ロボットの
一興体例を示す構成図、第３図は第２図に示した自走ロ
ボットにおける走行制御系の全体を示すシステムブロッ
ク図、第４図は自走ロボットの自己位置座標および壁や
障害物の位置座標を得る方法を示す説明図、第５図は第
３図におけるメモリで画かれる情景地図と自走ロボット
の走行経路とを示す説明図、第６図および第７図は夫々
自走ロボットのＵターン方法を示す説明図、第８図は自
走ロボットの後退旋回方法を示す説明図、第９図は自走
ロボットの走行方法の一例を示す説明図である。 １．１’、１“・・・左車輪、３・・・左車輪用エンコ
ーダ、５．５’、５“・・・右車輪、７・・・右車輪用
エンコーダ、９・・・超音波送受信器、１２・・・パラ
ボラアンテナ、１３・・・超音波レーダ回転モータ、１
４・・・超音波レーダエンコーダ、１６・・・ジャイロ
、１７・・・掃除機、２０・・・走行制御部、２６．２
６“、　２６＃′・・・ロボットボディ。 、−１，−１゛ ′・：ル一−二− 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 走行距離測定手段と、走行方向測定手段と、超音波によ
   って物体までの距離および方向を測定する超音波物体検
   知手段と、該走行距離測定手段と該走行方向測定手段と
   から得られる自己位置座標と該超音波物体検知手段から
   得られる該物体の位置座標とを記憶する記憶手段とを備
   えた自走ロボットを所定領域内を走行させるようにした
   走行制御方法において、該自走ロボットを、直進走行、
   Ｕターンを繰り返して第１のピッチでジグザグ走行させ
   るとともに、該直進走行方向に垂直な方向での前記所定
   領域の境界と該自走ロボットとの間の距離が前記第１の
   ピッチでのＵターンが不能な値になったとき、該距離に
   応じたピッチでＵターンもしくは後進旋回させて走行さ
   せることを特徴とする自走ロボットの走行制御方法。