CN107053121A - 自主移动装置、自主移动方法以及存储介质 - Google Patents

自主移动装置、自主移动方法以及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明的自主移动装置高精度地防止坠落。自主移动装置(100)的获取部(11)获取地板面与本机之间的高度差的值。判定部(12)判定由获取部(11)获取的高度差的值是否为给定值以上。在判定部(12)判定为给定值以上的情况下，移动限制部(13)限制本机的平行移动。

Description

自主移动装置、自主移动方法以及存储介质
技术领域
本发明涉及限制机器人等自主移动装置的移动的技术。
背景技术
近来，根据用途而自主移动的自主移动装置开始普及。例如，已知有为了清扫屋内而自主移动的自主移动装置。
在此，在专利文献1中关于清扫用的自主移动装置公开了如下技术，即，在本机底面具备坠落防止用传感器，当检测不到台面时，为了防止坠落而进行行驶控制。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-128795号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在像上述专利文献1那样在本机底面具备传感器的情况下，仅停留于探测本机正下方是否为地板面(是否为没有段差的平面)。因此，对于行驶于台面的自主移动装置，例如在台面上放置有纸板等的情况下，存在自主移动装置探测到纸板面并由于自重而坠落的情况。
也就是说，在物体间的边界平坦的情况下，存在自主移动装置坠落的危险性。因此，存在防止坠落的精度欠佳的问题。
因此，本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种以高精度防止坠落的自主移动装置等。
用于解决课题的技术方案
为达到上述目的，本发明的自主移动装置，具备：
移动单元，进行使本机的位置变化的平行移动；以及
移动限制单元，在本机不在基准面上的状态下，且在满足关于高度的给定的条件时，限制本机的所述平行移动。
发明效果
根据本发明，能够以高精度防止自主移动装置的坠落。
附图说明
图1是示出实施方式涉及的自主移动装置的外观的图。
图2A是示出实施方式涉及的自主移动装置的结构的图。
图2B是示出实施方式涉及的自主移动装置与外部的服务器进行通信的情况下的结构的图。
图3是示出台面上的自主移动装置进行的无线通信的状态的图。
图4是示出实施方式涉及的移动控制处理的流程图的图。
图5是示出变形例涉及的自主移动装置的结构的图。
图6是示出变形例涉及的移动控制处理的流程图的图。
图中，100、100’-自主移动装置，10、50-控制部，11-获取部，12-判定部，13-移动限制部，14-移动判定部，20-传感器组，21-气压传感器，22-加速度传感器，23-障碍物探测传感器，40-摄像机，41-驱动机构，42-操作按钮，43-无线通信部，44-电池，61-通信部，200-基准气压传感器，300-服务器。
具体实施方式
以下，参照图1对本发明的实施方式涉及的自主移动装置的概要进行说明。自主移动装置100是根据用途自主移动的自主移动机器人。该自主移动的用途是指，例如，警备监视用、屋内清扫用、玩具用等。即，作为自主移动装置(自主移动机器人)的形态，根据用途，有警备监视用机器人、屋内清扫用机器人、玩具用机器人等。这些各机器人的例子只不过是一个方式，只要是自主移动的机器人，就能够应用自主移动装置。
在外观上，自主移动装置100具备摄像机40、驱动机构41、障碍物探测传感器23。
摄像机40是单镜头的摄像装置。摄像机40例如以30fps获取图像(帧)。自主移动装置100一边基于摄像机40依次获取的图像实时地识别本机位置和周围环境，一边进行自主移动。
驱动机构41是独立两轮驱动型，具备车轮和电机。自主移动装置100通过两个车轮的同一方向驱动进行前后的平行移动(平移)，通过两个车轮的反方向驱动进行就地的旋转(方向变更)。驱动机构41是移动单元的一种。另外，平行移动是指，位置变化的移动。旋转只是方向变化，位置并不变化，因此不是平行移动。
障碍物探测传感器23是在行驶过程中探测障碍物的传感器，例如是红外线传感器、超声波传感器。
如图2A所示，自主移动装置100除了外观上的摄像机40、驱动机构41、障碍物探测传感器23以外，还具备控制部10、传感器组20、操作按钮42、无线通信部43、电池44。
控制部10由CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等构成。控制部10通过执行存储在ROM的程序(例如，后述的移动控制处理涉及的程序)，从而实现各部分(获取部11、判定部12、移动限制部13)的功能。
传感器组20除了障碍物传感器23以外，还包括气压传感器21和加速度传感器22。气压传感器21是利用压敏元件来测定气压的传感器。加速度传感器22是测定XYZ方向(3个轴)上的加速度的传感器。这些气压传感器21和加速度传感器22用于求出距地板面的高度。关于气压传感器，已实用化的有换算为高度能够以大约3cm左右的精度进行测定的器件。在此，地板面是指，高度相同且具有自主移动装置100能够充分行驶的程度的宽度的面，例如，也包括地面、台面等。地板面(level of the floor surface)是基准面(datum level)的一种。
操作按钮42是用于操作自主移动装置100的按钮，例如包括电源按钮、模式切换按钮等。
无线通信部43是包括用于与外部装置进行无线通信的天线的无线模块。例如，无线通信部43是用于进行基于蓝牙(Bluetooth，注册商标)的近距离无线通信的无线模块。
电池44是内置于自主移动装置100的充电电池。通过自主移动装置100与充电站(基座)对接，从而对电池44进行充电。
接着，对控制部10的功能进行说明。
控制部10作为功能具备获取部11(获取单元)、判定部12(判定单元)、移动限制部13(移动限制单元)。
获取部11获取地板面与本机之间的高度差的值。具体地，获取部11基于由气压传感器21获取的气压与由设置在地板面的基准气压传感器200获取的基准气压的气压差来获取高度差。
如图3所示，自主移动装置100(的无线通信部43)通过无线通信接收基准气压传感器200获取的表示地板面的气压的基准气压的值。该基准气压传感器200可以与无线模块一同单独地设置在地板面，也可以与无线模块一同内置于充电站。获取部11基于所接收的基准气压的值与本机的气压传感器21获取的气压的值之差即气压差来获取距地板面的高度差。
作为其它方法，获取部11对由加速度传感器22获取的从地板面起的铅垂方向(Z方向)上的加速度进行二重积分，从而获取高度差。具体地，在铅垂方向上施加了加速度时(例如，用户拿起自主移动装置100的情况等)，对该铅垂方向上的加速度进行二重积分得到的高度即为距地板面的高度差。
像这样，获取部11通过气压传感器21或加速度传感器22获取与地板面的高度差的值。
判定部12判定由获取部11获取的高度差的值是否为给定值以上。例如，如果给定值为10cm，判定部12判定获取部11获取的高度差是否为10cm以上。
在判定部12判定为给定值以上的情况下，移动限制部13限制本机的移动。具体地，在判定部12判定为给定值以上的情况下，移动限制部13停止本机的平行移动。由此，自主移动装置100只进行就地的旋转。
另一方面，在所述判定部12判定为小于所述给定值的情况下，移动限制部13不限制本机的平行移动和旋转。由此，自主移动装置100继续与用途相应的移动。
另外，也可以如图2B所示，将控制部10的全部或一部分设置在自主移动装置100的外部，并从外部控制自主移动装置100。在图2B所示的例子中，外部的服务器300具备控制部50和通信部61，在图2A中自主移动装置100的控制部10具备的获取部11和判定部12由服务器300的控制部50具备。而且，自主移动装置100的无线通信部43与服务器300的通信部61进行通信。通过该通信，自主移动装置100将传感器组20获取的值发送到服务器300，自主移动装置100的移动限制部13基于经由无线通信部43接收的服务器300的判定部12的判定结果，限制由驱动机构41进行的本机的平行移动。
接着，参照图4对移动控制处理进行说明。该移动控制处理在自主移动装置100进行自主移动的期间以给定间隔进行。例如，以一秒间隔进行移动控制处理。
首先，获取部11获取高度差的值(步骤S11)。该高度差使用气压传感器21或加速度传感器22中的任一者来获取。
接着，判定部12判定高度差的值是否为给定值以上(步骤S12)。在此，如果高度差的值为给定值以上(步骤S12；是)，则移动限制部13停止平行移动(步骤S13)。另一方面，如果高度差的值小于给定值(步骤S12；否)，则移动限制部13不限制平行移动和旋转(步骤S14)。
以上，根据该实施方式的自主移动装置100，通过具备各部分(获取部11、判定部12、移动限制部13)，从而在高度差为给定值以上的情况下，限制本机的移动。在该实施方式中，作为一个例子，停止平行移动。因此，即使在离地板面高的物体间的边界平坦的情况(例如，在台面放置有纸板那样的情况)下，也能够避免自主移动装置100由于自重而坠落的情形。因此，能够以高精度防止坠落。
此外，根据该实施方式，利用内置的气压传感器21与基准气压传感器200之间的相对的气压差来求出高度差。因此，与根据天气而变动的绝对气压相比，能够以更高精度求出高度差。此外，还能利用加速度传感器22来求出高度差，因此在不能进行无线通信等状况下能够使用加速度传感器22等，从而能够根据状况分开使用。
此外，根据该实施方式，在判定部12判定为小于给定值的情况下，移动限制部13不限制本机的平行移动和旋转。由此，能够继续与自主移动装置100的用途对应的移动。例如，如果自主移动装置100是清扫机器人，则能够继续进行清扫。
接着，考虑将自主移动装置100拿到二层的情况。如果将内置有基准气压传感器200的充电站也一同搬到二层，则彼此的相对高度没有变化，因此无论在几层的地板使用都没有问题。但是，考虑在独栋房屋的家中将自主移动装置100拿到二层的情况时，在该情况下高度差当然会变为给定值以上，从而会限制自主移动装置100的移动。作为其对策，可以手动解除限制，或切换给定高度差，例如设置二层模式。
具体地，以不同的值准备多个成为对移动加以限制的阈值的上述的给定值，并使得能够进行切换。然后，在一层模式中，例如将给定值切换为10cm，在二层模式中，例如将给定值切换为2m，像这样根据楼层来切换给定值。由此，在将充电站设置在一层的状态下，如果高度差为2m以上，则能够对平行移动加以限制。该给定值能够适宜地进行变更，也可以考虑二层的地板面(例如，如果二层的地板面位置为1.9m，则将给定值设定为2m等)来决定。
此外，可以通过对能够在一定高度且大面积的二层的地板进行移动的情况进行学习，从而使得从下次起即使将自主移动装置100拿到二层也不限制移动。
以上，结束实施方式的说明，但是上述实施方式是一个例子，显然，自主移动装置100的结构、移动控制处理的内容等不限于在上述实施方式中说明的结构、内容。
在上述的实施方式中，如果高度差为给定值以上，则限制移动。但是，存在在斜坡等倾斜面移动的情况等即使高度差为给定值以上也不需要限制移动的情况。因此，在图5的变形例涉及的自主移动装置100’中，即使地板面与本机之间的高度差为给定值以上，在不需要限制移动的情况下，也不限制移动。具体地，自主移动装置100’与自主移动装置100的不同点在于，具备新增的移动判定部14的功能。以下，以该不同点为中心进行说明。
移动判定部14判定本机是否为移动过程中。具体地，移动判定部14根据构成驱动机构41的车轮有无旋转来判定本机是否为移动过程中。关于有无旋转，只要根据电机有无驱动、有无通过在车轮安装编码器得到的脉冲等来探测即可。一般来说，如果在探测到与地板面的高度差的时间点本机为移动过程中，则本机正在比地板面高的地点(例如，倾斜面等)行驶的可能性高。在该情况下没有坠落的危险性，因此不限制移动。另一方面，如果在探测到与地板面的高度差的时间点本机没有在移动，则是本机被用户拿起的状态或静止地放置在台等物体面上的可能性高。在该情况下有坠落的危险性，因此限制移动。
在此，参照图6对变形例涉及的移动控制处理2进行说明。在该移动控制处理2中，与移动控制处理的不同点在于，新增加了步骤S121。以下，以该不同的步骤S121为中心进行说明。
在移动控制处理2中，在由判定部12判定高度差的值为给定值以上的情况下(步骤S12；是)，移动判定部14判定本机是否为移动过程中(步骤S121)。在由移动判定部14判定本机为移动过程中的情况下(步骤S121；是)，移动限制部13不限制平行移动和旋转(步骤S14)。另一方面，在移动判定部14没有判定本机为移动过程中的情况下(步骤S121；否)，移动限制部13停止平行移动(步骤S13)。
该移动控制处理2以给定间隔(例如，一秒间隔)进行，因此能够大致实时地监视高度差的变化。例如，如果连续探测到高度差逐渐上升且在该期间本机为移动过程中，则可知正在倾斜面行驶，不加以移动限制。另一方面，如果高度差逐渐上升且在该期间本机没在移动，则可知被用户拿起等而置于距地板面高的位置，加以移动限制。
以上，根据变形例涉及的自主移动装置100’，通过具备移动判定部14，从而即使本机与地板面之间的高度差为给定值以上，只要本机在移动过程中，则通常不限制移动(作为例子，平行移动和旋转)。由此，能够避免在没有坠落的危险的斜坡等倾斜面行驶的过程中被限制移动的情形。因此，不会不必要地限制移动，能够只在有坠落的危险的情况下限制移动，因此能够以更高精度防止坠落。
此外，虽然在上述的实施方式和变形例中通过气压传感器21或加速度传感器22来获取地板面与本机之间的高度差，但是不限于此。例如，也可以通过GPS(GlobalPositioning System：全球定位***)来确定本机的绝对高度，或者与气压传感器一起使用来提高精度。
此外，虽然在上述的实施方式和变形例中，如果高度差为给定值以上，自主移动装置100(100’)就限制移动，但不限于此。例如，也可以使得如果在给定的移动限制范围内(由表示下限的第一给定值和表示上限的第二给定值确定的移动限制范围内)就限制移动。例如，也可以使得如果在10cm(第一给定值)～2m(第二给定值)等的移动限制范围内，就停止平行移动。这是因为，在人手所能触及的范围内，自主移动装置100(100’)置于距地板面高的物体(例如，台、架等)的可能性高，另一方面，在超过2m那样的情况下，有可能被置于上层的地板面。像这样，如果只在有坠落的危险性的范围内加以移动限制，就能以高精度防止坠落。
除此以外，上述移动限制范围可以具有不重叠的多个不同的范围。即，预先设定作为一层模式的第一移动限制范围(例如，10cm～2m)、作为二层模式的第二移动限制范围(例如，2.1m～4m)等多个不同的范围。然后，判定部12判定获取的高度差的值是否在多个不同的移动限制范围中的任一个范围内。然后，在判定高度差的值在任一个移动限制范围内的情况(也就是说，在第一或第二移动限制范围内的情况)下，移动限制部13限制本机的平行移动，在判定高度差的值不在任一个移动限制范围内的情况(也就是说，不在第一和第二移动限制范围内的情况)下，不限制本机的平行移动。
像这样，通过同时指定多个限制本机的移动的移动限制范围，从而如果高度差在任一个范围内(如果在一层或二层的移动限制范围内)，则加以移动限制，如果高度差不在任一个范围内(如果是一层或二层的地板面)，则不加以移动限制。由此，能够同时以高精度加以多个楼层的移动限制，同时在多个楼层的各自的地板面行驶的过程中等则不加以移动限制，因此能够以高精度防止各层的坠落。
此外，虽然在上述的实施方式和变形例中以自主移动装置100(100’)的移动为平行移动和旋转为前提进行了说明，但是不限于此。例如，在自主移动装置100(100’)为玩具的情况下，进行与玩具的种类对应的移动。即，如果高度差小于给定值，则继续进行与玩具的种类对应的移动。例如，如果是玩具车，则继续进行自由行驶，如果是动物机器人，则继续进行模仿动物的运动等。
此外，本发明的自主移动装置100的各功能也能够由通常的PC(PersonalComputer：个人计算机)等计算机实施。具体地，在上述实施方式中，设自主移动装置100进行的移动控制处理的程序预先存储在控制部10的ROM而进行了说明。但是，也可以将程序保存在软盘、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory：只读式紧凑光盘)、DVD(DigitalVersatile Disc：数字多功能光盘)以及MO(Magnet Optical Disc：磁光盘)等计算机可读的记录介质来发布，并将该程序安装在计算机，从而构成能够实现上述的各功能的计算机。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是本发明不限定于这样的特定的实施方式，本发明包括权利要求书记载的发明及其均等的范围。

Claims (15)

1.一种自主移动装置，其特征在于，具备：
移动单元，进行使本机的位置变化的平行移动；以及
移动限制单元，在本机不在基准面上的状态下，且在满足关于高度的给定的条件时，限制本机的所述平行移动。
2.根据权利要求1所述的自主移动装置，其特征在于，
在未与地板面分离的状态下，且在满足所述给定的条件时，所述移动限制单元限制本机的所述平行移动。
3.根据权利要求2所述的自主移动装置，其特征在于，
所述自主移动装置还具备：
获取单元，获取作为基准面的地板面与本机之间的高度差的值；以及
判定单元，判定由所述获取单元获取的高度差的值是否为给定值以上，
在所述判定单元判定为所述给定值以上的情况下，所述移动限制单元限制本机的所述平行移动。
4.根据权利要求2所述的自主移动装置，其特征在于，
所述自主移动装置还具备气压传感器，
所述获取单元基于由所述气压传感器获取的气压与由设置在地板面的其它气压传感器获取的基准气压的气压差来获取所述高度差。
5.根据权利要求2所述的自主移动装置，其特征在于，
所述自主移动装置还具备加速度传感器，
所述获取单元对由所述加速度传感器获取的从地板面起的铅垂方向上的加速度进行二重积分，从而获取所述高度差。
6.根据权利要求2所述的自主移动装置，其特征在于，
所述给定值具有多个不同的值，并能够进行切换。
7.根据权利要求2所述的自主移动装置，其特征在于，
所述移动单元还进行不使本机的位置变化的旋转，
在所述判定单元判定为所述给定值以上的情况下，所述移动限制单元停止本机的平行移动，只允许本机的旋转。
8.根据权利要求2所述的自主移动装置，其特征在于，
所述移动单元还进行不使本机的位置变化的旋转，
在所述判定单元判定为小于所述给定值的情况下，所述移动限制单元不限制本机的平行移动和本机的旋转。
9.根据权利要求2所述的自主移动装置，其特征在于，
所述自主移动装置还具备：移动判定单元，判定本机是否正在移动，
在所述判定单元判定为所述给定值以上且所述移动判定单元判定为正在移动的情况下，所述移动限制单元不限制本机的移动。
10.根据权利要求2所述的自主移动装置，其特征在于，
所述判定单元判定获取到的所述高度差的值是否在由表示下限的第一给定值和表示上限的第二给定值确定的移动限制范围内，
在由所述判定单元判定为所述高度差的值在所述移动限制范围内的情况下，所述移动限制单元限制本机的平行移动。
11.根据权利要求10所述的自主移动装置，其特征在于，
所述移动限制范围具有不重叠的多个不同的移动限制范围，
所述判定单元判定获取到的所述高度差的值是否在所述多个不同的移动限制范围中的任一个移动限制范围内，
在由所述判定单元判定为所述高度差的值在所述任一个移动限制范围内的情况下，所述移动限制单元限制本机的平行移动，在由该判定单元判定为所述高度差的值不在任一个所述移动限制范围内的情况下，所述移动限制单元不限制本机的平行移动。
12.根据权利要求2所述的自主移动装置，其特征在于，
所述判定单元设置在该自主移动装置的外部，通过通信与该自主移动装置连接。
13.一种自主移动方法，其特征在于，包括：
移动限制步骤，在本机位于比地板面高的地方的情况下，限制本机的移动。
14.根据权利要求13所述的自主移动方法，其特征在于，
所述自主移动方法还包括：
获取步骤，获取地板面与本机之间的高度差的值；以及
判定步骤，判定通过所述获取步骤获取的高度差的值是否为给定值以上，
在所述移动限制步骤中，在通过所述判定步骤判定为所述给定值以上的情况下，限制本机的平行移动。
15.一种存储介质，存储有用于使计算机作为如下单元而发挥作用的程序：
获取单元，获取地板面与本机之间的高度差的值；
判定单元，判定通过所述获取单元获取的高度差的值是否为给定值以上；以及
移动限制单元，在所述判定单元判定为所述给定值以上的情况下，限制本机的平行移动。
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