JP2001525567A - 移動性ロボット及びその制御システムの改良 - Google Patents

移動性ロボット及びその制御システムの改良

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Abstract

(57)【要約】 その発明は、固定された再充電ステーションに対して誘導し位置させるシステムに関し、自立して移動するロボットは、再充電可能なバッテリーを含む。そのシステムは、固定されたステーションにより出射される少なくとも１つの指向性のある赤外線ビームの手段により作動する。移動ロボットには、ロボットの一部になっている１つのマイクロコンピュータに接続された赤外線出射方向検出のシステムが備えられている。そのロボットは本質的にランダムに作業表面上を移動し、そのマイクロコンピュータは、赤外線ビームの出射の方向に向かってロボットを移動させることにより固体ステーションへ戻すことを制御することができるアルゴリズムを含んでいる。マイクロコンピュータのアルゴリズムは、バッテリーの充電の状態とは独立して、最小の作業時間後に再供給の固定ステーションに向かって戻りを開始し、移動性ロボットが特定の閾値よりも高い強度の赤外線放射を検出した場合には、及び／又は、バッテリーの充電状態が所定レベルよりも低い場合には、閾値は作業時間の持続時間の増加に伴って減少する。異なる方向に動くいくつかの赤外線ビームを出射して再充電ステーションにロボットが戻るようにすることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は自立して移動するロボット（自走ロボット、自立的移動性ロボット）
、好ましくは清掃用ロボット、及びこのロボットを固定ステーションに向けて誘
導し、及び／又は汚れの局所的度合いに対する動作を適用し、及び／又は回転ブ
ラシを備えて前記ブラシのブロックの後にロボットを解放できるロボット制御の
システムに関する。
【０００２】 本発明は、特に、自立的移動性ロボットの軌跡の誘導システムに関し、これは
エネルギーの再供給をし又は当該ロボットによって収集された要素を放出するた
めの固定ステーションに接近するための位置制御（ポジショニング）を含む。こ
のロボットは、しばしばではあるがこれに限られるものではないが、地上清掃用
のロボット、例えば、自動化された真空掃除機（ロボット真空掃除機）であって
、再充電可能なバッテリーを備えている。しかしながら、このロボットは、物質
を散布するロボットやモニター用のロボットであってもよい。
【０００３】 自立的移動性ロボットは、例えば複数のバッテリーを備えており、制限された
自立動作を行う。連続的な動作を行わせる場合には、規則的時間間隔で、そのバ
ッテリーを再充電できる必要がある。また、例えば、塵バッグを排出したり（ロ
ボット型真空掃除機）、又は、燃料を再供給したり（熱エンジン）、あるいは、
散布される生産物を入れたりするための固定位置に規則的に接近する他の機能も
要求される。
【０００４】 この問題の解決法は既に開示されおり（欧州特許公開公報０７７４４０９３参
照）、この機械装置は、電磁界の勾配に感度を有し、交流電流によって横移動す
るボビンの垂直線を自分で自動的に再位置合わせしている。 電磁界にとって邪魔となる要素（例えば、鉄補強コンクリート）を備える表面
の場合、上述のシステム動作は困難となる。 したがって、固定されたステーションに関連させ、赤外線放射源（送信用ＬＥ
Ｄ）が、移動性機械装置を離れて位置させることができることが好ましい。
【０００５】 本発明の第１の概要によれば、比較的狭いビーム、例えば２φから１０φの間
で変化するものであって好ましくは約５φのビームが固定ステーションから送出
される。これを送出する送信機及びこれに関連するステーションは、好ましくは
、ビームがロボットの作業表面の最大長を超えて延びるように方向づけられるこ
とが望ましい。この移動性ロボットは、赤外線放射の方向検出のためのシステム
を備えており、実質的にランダムに移動し、統計的に周期的な方法で上記狭いビ
ームと交差しそしてこれを検出する。
【０００６】 発明の好ましい態様によれば、作業のある持続時間、例えば、１５から４５分
間を超えると、バッテリの充電状態がどうであれ、このロボットは所定強度の赤
外線ビームを横切るとすぐに再供給のサイクルのための固定ステーションに向か
って戻る。ロボットが上述の作業時間後に当該ステーションの近傍にいる場合に
は、これはステーションと結合して再供給を開始する。このプロセスは、バッテ
リーの状態が所定レベルよりも低下した場合に、ビームを探し求める動作を避け
ることができる。ビームが狭いので、固定ステーションに対する正確な最終位置
合わせが可能となり、したがって、例えば、電磁誘導、あるいは更に単純には伝
導体との物理的接触によって、再充電を行うことができる。
【０００７】 作業時間が増加するに従って、マイクロプロセッサのアルゴリズムは、上記戻
り工程を開始するため、移動性ロボットによって検出される赤外線ビームの強度
の閾値が線形又は区分毎に低下するように動作する。 この戻り工程は、当該ロボットの全ての機能を中止させることができるが、こ
れは再供給のステーションを探すこととは本質的には関係ない。
【０００８】 本発明の他の概要によれば、誘導及び位置合わせのシステムは、前記固定ステ
ーションから送出された異なる指向性の少なくとも２つのビームに基づいており
、指向性がより低いビームは固定ステーションに向かう接近のために用いられ、
一方、指向性がより高いビームは、この固定ステーションに対してロボットの位
置を正確に合わせる最終工程に用いられる。この二者択一性があると、更に複雑
な環境（例えば、幾つかのドアを備え、幾つかのドアを有するアパート）におい
て、ロボットを誘導することができる。
【０００９】 上記指向性がより低いビームの送信機は、固定された固定ステーションのレベ
ルにおいて、ロボットの接近及び位置合わせの最終段階で、その影響が低減され
るような位置に配置される。この送信機は、望ましいように指向性を有し、そし
て、固定ステーションの前の上に突き出したアームの終端に配置される。
【００１０】 位置合わせの段階において、したがって送信機は有利にもロボットの上に位置
することとなり、したがって出射されたビームはロボットの検出器の検出平面か
ら外れることになる。後者は、しかる後、ロボットの複数の検出器の検出平面内
に配置された高指向性の送信機の信号自体に基づきながら、その中心の周りの回
転移動によって、再供給、例えば物理的接触、の最終的位置合わせを決定する準
備ができる。これらのビームの出力は異なっており、最も高出力なビームは、必
然ではないが、一般的には少なくとも指向性ビームである。
【００１１】 このロボットは、赤外線放射検出の指向性システムを含んでおり、例えば、放
射の源に向かう回転を制御するためにマイクロコンピュータによって、公知の手
法により、信号の強度が比較されるが、この信号のための少なくとも２つの検出
器を備えている。これらの検出器は優先的にロボットの中心において車台上に位
置させられ、ロボットの移動方向に方向づけられる。可能であれば、例えば、横
側面又は後ろ側面上に、１又は幾つかの他の検出器を備えることとしてもよく、
中心の検出器の指向性の方向とは実質的に反対の指向性方向を有するシステムを
備えると有利である。更に、ロボットの検出器によって認識されるビームは、バ
ックグラウンドノイズを避けるために、変調されることが有利である。
【００１２】 本発明の本概要によれば、部屋の中で移動する自立的移動性ロボットのための
固定ステーションに対する位置及び場所を合わせるシステムが提案されており、
この固定ステーションは、主として複数の部屋の平面内において、２つの変調さ
れた赤外線ビームを出射し、これらのビームの一方は、他方よりもいくらか指向
性が高い。最小の指向性の送信機ビームは、これらのビームに感度を有する方向
検出器を備えた移動性ロボットによる固体ステーションへの場所合わせ及び接近
を可能とする。
【００１３】 複数の検出器の信号は１つのマイクロコンピュータによって扱われ、このマイ
クロコンピュータは移動性ロボットの進行を制御し、より弱い指向性の送信機は
、固定ステーション内の望ましい位置に後部が結合する場合に、移動性ロボット
に対して垂直となる固定ステーションに位置に設けられており、したがって、よ
り高い指向性のビームは前述の複数の検出器によって、より高い感度で検出する
ことができ、この狭いビーム検出に基づくアルゴリズムにしたがって、鉛直軸の
回りの機械装置の回転により、正確な位置合わせが行われる。
【００１４】 別の発明においては、部屋の中において移動する自立的移動性ロボットのため
の固定ステーションにおける方向検知及び位置合わせのためのシステムが提案さ
れており、このシステムにおいては、前記固定ステーションは、少なくとも３つ
の変調された赤外線ビームを出射し、これらのビームの１つは、他の２つよりも
いくらか指向性が高く、最小の指向性を有し、一般的にはより高強度のビームの
送信機によって、既に知られる複数の前記ビームに指向性の感度を有する指向性
の複数の検出器を運搬する前記移動性ロボットが前記固定ステーションに近づく
ことができることを特徴とする。複数の前記検出器の信号は、前記移動性ロボッ
トの進行を制御する１つのマイクロコンピュータによって扱われ、指向性の小さ
い送信機は、前記ステーションのすぐ近くにおいて複数の前記ビームが互いに交
差するように方向づけられて前記固定ステーション内に位置している。最も指向
性の高いビームは、強度を小さくすることもできるが、これは従って複数の前記
検出器によってより簡単に検出されることができ、狭いビームの検出に基づくア
ルゴリズムにしたがって鉛直軸の回りに前記機械装置が回転することによって正
確な位置合わせが実行される。
【００１５】 さらに別の実施形態によれば、従ってマイクロコンピュータを含む固定ステー
ションにより出射されたビームの変調は、幾つかのロボットが同じ中央ステーシ
ョンと共に使用されている場合、前記ロボットに、又は他の１つのロボットに情
報を伝送されることもできる。 この情報は、再充電動作及び又は放電（放出）のためのステーションに利用で
き、又は、作業方法、又は、ロボットの停止又は呼び戻し、ロボット等の音によ
る位置合わせ（サウンドローカリゼーション）、に関する情報を構成することが
できる。 本発明は、塵ある地上の真空清掃のための誘導の技術にも関連しており、清掃
に用いられる自立ロボットに適用できる。
【００１６】 ＥＰ−Ａ−０７６９９２３の明細書は、地上の真空清掃のための移動性自立機
械装置、低出力で小さいサイズであり、例えば、家具の部品によって妨害される
表面を簡単にカバーすることができるものを開示している。 ロボットのバッテリーの再充電は、蓄積された塵の放出と結びつけられるので
優位である。 前述の書類の内容は本明細書で参照して取り込む。
【００１７】 しかしながら、この吸引ロボットは低出力なので、ただ１つの経路内で完全な
清掃を実行することがいつもできるわけではない。 したがって特定の汚れた表面上に機械装置がある場合においては、通過におい
てはより長い時間を想定することが必要であり（例えば、２０cm／secから１０c
m／secの速度から通過する）、及び／又は表面を完全に清掃するための付加的な
経路を有することが必要である。 この終わりに、本発明の別の概要によれば、特定の清掃技術が提供されており
、このような技術は真空清掃及び／又はブラッシングに用いられる、いかなる自
立的ロボットにも適用できる。
【００１８】 このロボット真空掃除機による地上の清掃のための誘導の技術は、確かに、前
記ロボットのしたがう経路は清掃する表面上の粒子の量に依存し、前記量は前記
ロボットの吸引口の近く、又はロボットの１つのブラッシングキャビティ内に配
置された粒子分析器によって評価され、前記分析器は前記移動性ロボットによっ
て運搬されるマイクロコンピュータに信号を送出し、前記信号にしたがって前記
ロボットの移動を制御することを、確かに特徴とする。
【００１９】 さらに、前述の粒子分析器は塵タンクの充満の度合いを決定する機能を有する
こともできる。塵が所定位置を越えて蓄積される場合、すなわち、フィルタより
も前に位置するタンクのレベルにおいて、吸引口の後の位置する同じ赤外線ビー
ムは停止され、マイクロコンピュータはこれを対応する信号として判断する。 立ち上る塵の測定量にしたがって、マイクロコンピュータは、例えば、移動性
ロボットの１つの減速及び／又は直線的前進及び後退移動を制御することができ
る。
【００２０】 このマイクロコンピュータは、組織的な清掃の移動も制御することができ、例
えば、扇形の順序になる前進及び後退移動を制御することができる。 マイクロコンピュータは、粒子分析器によって出力された信号の大きさ（振幅
）及び頻度（周波数）によって、粒子の寸法及びその数を考慮することができる
のが優位である。収集された塵のタイプの分析すると、粒子の寸法及び数を知る
おかげで、その経路、ブラシの回転数、及び／又は、真空掃除機のタービンの出
力を補正することにより、ロボットの動作を洗練することができる。
【００２１】 この塵分析器は、例えば送信機及び受信機、好ましくは赤外線の受信機を備え
ている。 このマイクロコンピュータは、長距離上における塵検出器によって検出された
塵レベルの全体平均を記憶し、特定の清掃用のアルゴリズムの起動は前記平均を
考慮することが優位である。 さらに、前記吸引ロボットは塵の検出器を含んでおり、１又は幾つかの要素は
その表面に向けて方向づけられた空気の流れによって周期的又は定常的に自動的
に清掃される。
【００２２】 もう１つのこの発明の概要によれば、自立したロボットは回転ブラシを含むロ
ボットである。 本発明は、清掃用の要素、少なくとも回転ブラシを備えた表面清掃ロボットを
提案し、このロボットは、少なくともロボットの速度及び／又は経路をアルゴリ
ズムにしたがって制御するマイクロコンピュータを備えており、このマイクロコ
ンピュータは、前述の速度及び／又は前述の経路を決定するため、少なくとも前
述の回転ブラシの回転速度を考慮するアルゴリズムに関連する（連携・結合する
）。この掃除用のロボットは、典型的にはロボット真空掃除機である。
【００２３】 このロボット真空掃除機のマイクロコンピュータは、吸引力を決定するため、
前述の回転ブラシの回転速度を考慮するので有利である。この吸引力は、とりわ
け、前述のブラシ回転数に依存することができる。 このマイクロコンピュータは、したがって、前述のロボットの動作を決定する
ため、エンジン（機関）の回転数を測定することを考慮することができる。 しかしながら、回転ブラシがあると、例えば、カーペットのふち（ふさ）が、
清掃する表面上に位置する場合において、それ自身のブラシのブロック（回転抑
制）見られるという不利益がある。
【００２４】 この問題を有する解決法は、特許出願ＰＣＴ ＷＯ ９７／４０７３４に記載 されており、ブラシを解放するようにブラシの回転の方角を反転することにある
。 本出願の解決法の利点は、正確なブラシの制御、また、回転の方法の逆転が要
求されないことにある。これはロボットの設計を単純化させる。この更に単純な
解決法は実際には更に有効であると思われた。 本発明に係る装置は、エンジン（機関）によって駆動される回転ブラシを備え
るシステムを含み、これは自立的ロボットの全機能を制御するマイクロコントロ
ーラ（又はマイクロコンピュータ）によって起動する。この点に関しては特許出
願ＰＣＴ ＷＯ９６／０１０７２を参照してここに取り込む。
【００２５】 ブラシの回転数は、マイクロコントローラによって、好ましくは定常的に解析
される。 この測定は幾つかの公知技術によって実行できる（直流モータの場合において
は消費電流の測定、ブラシがないエンジンの場合にはインパルスの周波数測定、
光学式コーダー）。 この回転数を測定すると、マイクロコントローラは、清掃された表面の性質又
は事件の発生に関するある情報を推定し、その結果、ロボットの動作に適用する
。
【００２６】 例えば、ブラシの軸回りにカーペットのふさを巻き上げることによって、回転
ブラシの停止などの事件が発生した時、マイクロコンピュータはブラシの接続を
解除し、ロボットに解放のための一連の動作を開始させるであろう。 この動作は、ロボットの設計によれば、１つの機械的解放にできるが、エンジ
ン（原動力となる機関）を電気的に切断することが好ましい。 例として若干の特に効率的な手法を以下記載する。
【００２７】 このロボットはその直径と等しい距離だけ後退する（ブラシは接続解除（制御
解除）されている）。これによって、ふさは自由回転するブラシの軸上に展開し
ようとする。 ブラシは解放される。後退によって、ロボットは、ふさの領域の外側にくる。
しかる後、ロボットはブラシを再度接続（制御開始）にして回転する。この段階
で、ブラシが依然としてブロックされている場合、これはその回転運動を停止し
、ロボットは、ブラシが解放されるまで、ブラシの回転等ができるように再び新
たに後退する。 反復の最大数はロボットの後退のための最大自由距離及びプログラムよって固
定される。
【００２８】 仮に、この最大距離にブラシの解放なしに達した場合、ロボットは前進移動に
よって反復を繰り返すであろう。 ブラシを解放する動作に成功しない場合、このロボットは信号に関連した状態
で待機し、手動による介入が必要となる。 また、ブラシの回転数の解析によって、清掃された地上の性質が判明すること
は有用である。 回転数が高い場合は滑らかな地表であり、（回転）速度が遅い場合はカーペッ
トによって覆われた表面である。その速度が遅いと、それだけカーペットがより
厚い。この解析によって、ロボットは前進速度及び吸引力を清掃される地上に適
応させることができる。
【００２９】 本発明は、真空掃除機以外の清掃ロボットに適用することが可能であり、例え
ば、液体を有する不特定の表面の清掃のロボット、又はワックスを寄せ木張りの
床に塗布するロボットに適用することができる。 本発明は、このように清掃ロボットにも適用することができ、このロボットは
回転ブラシ及びマイクロコンピュータを備えており、マイクロコンピュータに関
連する、回転ブラシのブロックを検出するための１つの手段と、ロボットの解放
のアルゴリズムと、関連するモータに対して回転ブラシを解放する手段とを備え
、このアルゴリズムは、回転にしたがってロボットの後退移動とロボットの前進
移動の再開を生じさせる。
【００３０】 解放の手段は、その電源からエンジン（機関）の非接続を行うことに有利な本
質がある。 要するに、本発明の１つの概要に係る、表面を清掃するためのロボットは、少
なくとも回転ブラシを備えており、前記速度及び／又は前記経路及び／又は可能
なタービンの前記吸引力は、前述の回転ブラシの回転数に依存する。 ロボット真空掃除機にとって、特に、家庭内のものにとって、ブラシの回転移
動は、清掃される表面に対して垂直な面内で生じる。
【００３１】 本発明は上述の清掃ロボットの動作方法にも関し、前記回転ブラシのブロック
は上述のマイクロコンピュータによって検出され、このマイクロコンピュータは
しかる後、ロボットの解放のための動作を制御する。前述の解放動作は、少なく
とも前記回転ブラシを駆動させるモータに対する前記回転ブラシの解放工程を備
え、回転及びロボットの前進の再開にしたがって、ロボットの１つの当該退却移
動に結合している。 この動作は、解放−後退−回転−前進移動の幾つかのサイクルを或いは含む。
【００３２】 本発明の別の概要によれば、これは如何なる自立的移動性ロボットにも適用で
き、大きな寸法（確率誤差：８０から２５０cm）のロボットにもより有用に適用
でき、このロボットは、移動平面内におけるキャリーニッジ（careenage）のベ ース部を全部又は一部囲む直線状の衝突センサを備えている。このセンサは金属
性の直線状伝導体と、これと平行に、例えば、伝導性ゴムから作られた、直線状
のプラスチック伝導体要素から作られる。
【００３３】 このユニットは、本体のエッジに沿って固定された、シース（ケース）又は絶
縁性の可撓性の部材内に含まれている。例えば、直線状の要素は、シースの内部
の２つの反対面に接着によって固定される。これら２つの要素は微小距離だけ離
隔している。前記伝導性プラスチックの両端には、例えば、５Ｖ、すなわち、一
端に０Ｖが他端に５Ｖの電位差が印加される。側面又は前面側にある障害物にロ
ボットが衝突すると、ロボットと障害物の衝突の結果生じる一時的な圧力の影響
下で、２つの要素のうちの１つは他方の要素と弾性的に接触可能である。伝導体
要素上における、この瞬間の電圧は高い抵抗を有する前記伝導性のプラスチック
の一端と、衝突（接触）点との間の距離の関数である。
【００３４】 ２.５Ｖの電圧が測定された場合には、センサの中央において衝突が生じたこ とを示す。伝導性の要素のレベルにおいて、測定された電圧は、したがって、前
記キャリーニッジに基づく衝突位置を特定するために前記マイクロコンピュータ
に送出される信号を構成する。 本発明に係る改良は、より特定的には、その通常動作モードにおいては、正確
な位置合わせ（ポジショニング）の如何なるシステムも有さずにランダムに移動
する移動性ロボットに適用できる。
【００３５】 本発明の様々な概要は、以下の追加の記述、例のみとして提供される付属の図
面によって更に理解されるであろうが、付加的な記述の範囲に制限されるもので
はない。それぞれの記述された特徴は、別にとられて、専門家の知識にしたがっ
て一般化されるかもしれない。
【００３６】 図中の同一符号は同一同等の要素を示す。 図面において、図１は２つの赤外線送信機を備える固定ステーションの側面を
概略的に示し、図２は当該固定ステーションの平面図を概略的に示し、図３は前
記固定ステーションの別の実施形態の平面図を概略的に示し、図４はこの固定ス
テーションと１つの接近中の移動式ロボットを概略的に示し、図５は円形の移動
式ロボットの平面図を概略的に示し、図６は本発明に係るブラシを備えたロボッ
トの吸引ユニット前部及び塵検出システムの断面図を示し、図７は本発明に係る
ブラシを備えたロボットの側面図を示し、図８は清掃技術を例証する図であり、
図９はブラシを備えたロボット真空掃除機の側面図であり、図１０は図１０のロ
ボットの正面図であり、図１１はブラシがブロックされた結果として生じる解放
アルゴリズムを図示し、図１２ａから図１２ｃは障害物とのロボットの衝突位置
を決定する方法を図示している。
【００３７】 図１及び図２を参照すると、固定ステーションは２つの赤外線ビーム発生器２
、３を備えている。この赤外光は数キロサイクル（確率誤差、５６kHz）の周波 数で変調されている。このステーションは低出力で約５φの狭いビームを出射す
る赤外線送信機２と、高出力で可能な限り無指向性の広いビームを出力する赤外
線送信機３とを備えている。 送信機３は、移動式機械装置がその下で自由な位置をとれるように配置されて
おり、その回転の中心はビーム３′の光源に向き合えるようにされ。したがって
、この送信機は再充填（供給）ステーションの基部又はロボットの受け入れ用の
板に張り出したアーム４の終端部に配置することができる。
【００３８】 図３に図示される別の実施形態によれば、ビーム３′の光源は、光源３ｂ及び
３ｃからの２つのビームの交差点によって得られる１つの仮想的光源３ａとする
こともできる。 この固定ステーションは、その機能に必要な様々な要素を備えており、例えば
、コンタクト５を備えたバッテリーを再充電するためのシステム及び真空掃除機
のための排出出口６を備えている。
【００３９】 図４及び図５に概略的に図示される移動性ロボット７は、１又は幾つかの再充
電可能なバッテリーを備えたロボット真空掃除機（自動化された真空掃除機）で
ある。このロボットは本質的に円形であり、２つの駆動輪８を備え、特にその中
心軸の回りに回転する。
【００４０】 本体９０の側面補強用の円形リングがある。 真空掃除機のタービンの排気口１６が円形に並んでいるのが示されている。ま
た、モータ１２ａ、１２ｂ双方によって動作する２つの駆動輪８ａ、８ｂと、吸
気口（図示せず）の近くにある小さな遊動輪キャスター１３が示されている。 この機械装置は、少なくとも１つの指向性のある赤外線センサ１０、好ましく
は２つ（１０ａ、１０ｂ）を回転の中心に備えており、後者のケースにおいては
、好ましくはこれらの間に、これらの検出角度に等しい角度を成している。この
１又は幾つかのセンサは、移動性機械装置の前進移動の方向に向いている。
【００４１】 異なる方向、好ましくは後方に向けられた付加的センサ１１ａ、１１ｂは、か
かる装置を有利に完成させる。 この又はこれらの付加的センサの配置場所は、この機械装置の回転の中心又は
その近傍である必要はない。様々なセンサからの信号は、増幅され、フィルター
がかけられ、Ａ／Ｄ変換器を介して、この機械装置の移動を制御するマイクロプ
ロセッサに入力される。検出感度（指向性）の範囲は、点線によって図示される
。
【００４２】 この信号は可能な限り多重化され、すなわち、このロボット内で運搬されてい
るマイクロコンピュータによって連続的に解析され、それぞれの信号は順番に電
子スイッチを使用して増幅及び変換の回路列に接続される。 強出力３′である赤外線ビームは、この機械装置が移動する場所の一部をカバ
ーする。このビームの経路上に障害物がない場合には直接的に、ある場合には反
射又は回折によって間接的に、このビームは上記カバーを行うことができる。こ
れは、当該赤外光が光源から直接臨むものではなくても上記場所の一部を通過す
ることを可能にする。
【００４３】 複数の広く高出力なビームを用いれば、複数のドアによって連通した複数の部
屋を全てカバーすることができる。非常に複雑な環境においては、複数の反射鏡
又は中継器さえ配置することは、加えて、有用である。 この移動性機械装置は本質的にはランダムな方法で移動し、光源から直接又は
反射して到達する赤外線信号を２つのセンサのうちの１つが検出する瞬間はいつ
も移動している。
【００４４】 しかる後、マイクロコンピュータは、周知の方法で、２つの前面側のセンサー
ｌ０ａ及びｌ０ｂに同じ信号を、後部において最小の信号を得るために（３以上
の検出器、１１ａ、１１ｂを使用する場合）、この機械装置の回転を制御する。 しかる後、マイクロコンピュータは、この機械装置を信号の源、すなわち、固
定ステーション１に向かって進行させる。 この「帰投（homing）」の技術の後者の概要自体は知られている。
【００４５】 ある瞬間、信号が反射してきた場合、反射地点に移動している当該機械装置は
、送信機２（図１〜４参照）によって出射された直接ビームに、又は、もともと
検知されているのよりも少ない反射の度合いの放射に遭遇する。 しかる後、この機械装置は前面側の検出器１１ａ、１１ｂの出力のバランスを
とり、源流の信号へ向けて自動的に回転する。
【００４６】 固定ステーションの近くに到着すると、この移動式機械装置７は、回転の中心
に配置された複数のセンサ（前面側のセンサ１１ａ、１１ｂ）が、ビーム３の源
の近傍に一致する位置に移動する。 その接近は幾つかの方向からなされ、その位置は多分、コネクター５、５′を
介した充電器との電気的接続を行うには、或いは他のオペレーションをおこなう
には適切ではない。この時点において、狭い低出力のビーム２′がその役割を果
たす。
【００４７】 発生器３のレベルに到着すると、検出器１０ａ、１０ｂによって収集した信号
がかなり減少し、狭いビーム２′から来る信号よりも明らかに弱くなる。確かに
、これらのセンサは無指向性ではなく、特に、移動表面に対して垂直な方向の赤
外線信号を有効に検出しない。 機械装置７は従ってビーム２′にこれらのセンサを整列させ、固定ステーショ
ン上に完全に位置するように再度、発進を始め、そして例えばバッテリーを再充
電するためにコネクター５、５′を介して物理的電気接続ができるように、自身
を軸として回転する。
【００４８】 この発明の他の概要は図７から図８に示される。 図６は車台３５の要素によって支持されるロボットの吸引ユニット前部の断面
図であり、これは図４及び図５の変形である。このロボットは軸２６の回りを回
転する複数のブラシ２５からなるブラシローラ２４を備えている。
【００４９】 図７は、吸引のためのタービン２０、駆動輪２１、フィルター２３、送信機２
７によって覆われた円形領域２９を示しており、この領域は検出器２８の中心に
配置されており、同図には赤外線検出器１０ａ、１０ｂが示される。 図７における矢印はロボット真空掃除機における空気の経路を示す。 本発明の実施形態に係る塵検出のための特定の装置は、移動式ロボット内に設
けられ、２つの部分を備えている。
【００５０】 - 一方に１つの赤外線送信要素２７があり、これと赤外線検出要素２８から 構成される塵の分析器。これら２つの要素は吸引口２９の一方及び他方の側に配
置されており、これら相互の軸に沿って位置している。塵が吸引されたり回転ブ
ラシローラー２４によって突き出された場合、送信要素と検出要素との間の経路
において光の回折２７′が生じ、検出要素２８の出力において信号変化が生じる
。 信号変化の大きさは、塵粒子の大きさ、毎秒ビームを通過する塵粒子の数に略
比例する。 この信号は、対数増幅器による増幅の後、機械装置を制御しているマイクロコ
ンピュータによって分析される。 当該受信機におけるビームの平均強度の値もマイクロコンピュータに同じく伝
達される。
【００５１】 一方、マイクロコンピュータはプログラムによって関連づけられ、前述の解析
する装置（解析装置）によって伝達されたデータに従って動作する。 この動作モードにおける、本機械装置の動作について、以下記載する。 この機械装置が清掃のために表面上を移動する場合、塵検出器から出力される
信号は定常的にマイクロコンピュータによって分析される。 後者は機械装置を、例えば以下の方法で稼働させる。
【００５２】 - 汚れた表面が小さい場合（１cmよりも小さい、距離上の粒子の検出）、こ の機械装置は、当該領域内における清掃時間を増加させるように、その速度を減
少する。この速度変化は検出される粒子の頻度及び寸法にもまた関連する。 - 汚れた表面がより重要な場合（例えば１cmから５cmの間の、距離における 粒子の検出）、この機械装置は検出される塵が無くなるまで前進及び後退移動を
実行する。しかる後、本機械装置は前進移動を再開する。 - 最終的な汚れた表明が十分に重要な場合（例えば５cmよりも大きい）、こ の機械装置は、図８に記載されるような１つの組織的な清掃モードに戻る。 図８においては、距離Ｄは機械装置７の有効な吸引の幅である。
【００５３】 この機械装置は、上記マイクロコンピュータによって誘導され、汚れた場所３
０の全体の長さを決定するために外に向かってスタートして戻ってくる。この装
置は、スタート位置３１に一度戻ってくると、当該場所の長さに依存する角度α
の右側への回転を実行する。この機械装置は、場所３０の端まで進行し、右側へ
の新たな回転を実行するため、そのスタート位置３１に戻ってくる。上記場所の
右側部分が清掃される（検出される粒子が無くなる）まで実行される。この機械
装置は、右側に向けて実行された区分の合計に等しい１つの角度だけ左に向きを
かえながら上記場所における軸の方角を再びとり、中心から始まる同一の筋書き
の動作を左に向けて反復する。
【００５４】 左に粒子が無くなった場合、この機械装置は中心３１に戻り、その通常動作を
再開する。 組織的な清掃の他のアルゴリズムは、好適性は少ないが採用することはできる
（螺旋状の経路など）。 汚れのレベルが他の部屋に対して大きく異なっている場合には、前述のような
組織的な清掃プロセスを開始することは、その時の汚れのレベルが部屋の平均レ
ベルよりもかなり高い場合のみ重要である。これは、長距離を進行した場合の当
該塵検出器によって検出された塵のレベルの全体平均を記憶することによって実
現される。
【００５５】 塵検出のための配置構成は、速い埃の蓄積を妨げるために、真空清浄化された
空気又は塵のない空気の流れを上記検出器及び／又は送信機２７、２８に向ける
ように組み立てられる。 この流れは、例えば、上記検出器及び／又は送信機の下に配置された排気口に
おける壁の開口内に設けられた複数の通路３２によって引き込まれる。あるいは
、好適性は低いが、この空気の流れはタービンを出る空気の幾つかを逸らすダク
トによって引き込まれる。
【００５６】 しかしながら汚れの蓄積は生じてしまい、受信信号の大きさが低下する。この
汚れの蓄積は、検出器から出力される第２の信号（上記ビームの平均強度）によ
り、マイクロコンピュータによって検出される。 このマイクロコンピュータは、上記読み込まれたデータを自動的に補正するこ
とによって、この汚れの蓄積を考慮することができ、あるいは、上記受信機の平
均の明るさを一定に保持するように上記赤外線送信機を動作させることができる
。
【００５７】 図９及び図１０は、本発明の別の実施形態に係るブラシローラ及び塵検出部を
有する自動化された真空掃除機の構成要素を示している。 吸気口２９の塵及び空気を吸引するためのモータ４１に係合したタービン２０
が示されている。また、第１フィルタ２３ａ、より目の細かい第２フィルタ２３
ｂ、駆動輪８ａ、８ｂ、これに噛合したモータ１２ａ、１２ｂ、一対のキャスタ
ー１３、ブラシローラ２４のためのモータ４８、塵の収容器４２、本体９１上の
前側赤外線検出器１０及び停止部９１が示されている。また、マイクロプロセッ
サ４４を支持する集積回路ボード４３が示されている。図１０においては、モー
タ１２ａ、１２ｂのための関節のある支持部材５２、５２ａ、２つのアーム（軸
５１ａ、５１ｂを有する）を有するサスペンションスプリング５０ａ、５０ｂが
より詳細に示されている。
【００５８】 図１１は、本発明に係るアルゴリズムの一例を図示しており、このアルゴリズ
ムは当該ロボットのブラシローラがブロックされた場合に動作する。
【００５９】 図１２ａから図１２ｃは、当該ロボットの障害物との衝突位置を検出するため
の配置を示している。 図１２ａは横方向断面、図１２ｂは縦方向断面、図１２ｃはロボット７（ケー
ス６０は図示せず）の周囲における要素６１、６２を示す。
【００６０】 ロボットのベース部は、本質的に移動平面内において、中空の直線状絶縁要素
６０によって囲まれている。この要素６０は、ロボットに対して、内側の外部に
接着剤６３を介して作られ、内部及び縦方向（長手方向）に、可撓性の、直線状
抵抗要素６１を含んでいる。この要素は、導電性ゴムから構成される抵抗要素で
ある。この抵抗要素の両端には５Ｖの電位差が印加される。この抵抗要素６１の
反対に、接合によって同様に６０に取り付けられた金属伝導体要素６２が設けら
れている。
【００６１】 要素６０が障害物６５に衝突すると、抵抗要素６１と伝導体要素６２が弾性的
（復元力が働くように）に接触する。この伝導体の張力を測定すると、距離Ｄを
決定することができ、したがって、衝突（接触）位置を推定することができる。 この衝突位置検出の技術は移動性ロボットの分野に広く適用されている。ある
特定の適用をするために、異なる平面内において幾つかの要素６０を想起するこ
ともできる。
【００６２】 本発明は、専門家が分離しては結合して適当に理解できる、本明細書において
開示された如何なる新規な要素についても参照する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの赤外線送信機を備える固定ステーションの側面を概略的に示す。
【図２】 固定ステーションの平面図を概略的に示す。
【図３】 固定ステーションの別の実施形態の平面図を概略的に示す。
【図４】 固定ステーションと１つの接近中の移動式ロボットを概略的に示す。
【図５】 円形の移動式ロボットの平面図を概略的に示す。
【図６】 本発明に係るブラシを備えたロボットの吸引ユニット前部及び塵検出システム
の断面図を示す。
【図７】 本発明に係るブラシを備えたロボットの側面図を示す。
【図８】 清掃技術を例証する図である。
【図９】 ブラシを備えたロボット真空掃除機の側面図である。
【図１０】 ロボットの正面図である。
【図１１】 ブラシがブロックされた結果として生じる解放アルゴリズムを示す。
【図１２ａ】 障害物とのロボットの衝突位置を決定する方法を示す。
【図１２ｂ】 障害物とのロボットの衝突位置を決定する方法を示す。
【図１２ｃ】 障害物とのロボットの衝突位置を決定する方法を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月２２日（２０００．２．２２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】 この問題の解決法は既に開示されおり（欧州特許公開公報０７７４４０９３参
照）、この機械装置は、電磁界の勾配に感度を有し、交流電流によって横移動す
るボビンの垂直線を自分で自動的に再位置合わせしている。 電磁界にとって邪魔となる要素（例えば、鉄補強コンクリート）を備える表面
の場合、上述のシステム動作は困難となる。 したがって、固定されたステーションに関連させ、赤外線放射源（送信用ＬＥ
Ｄ）が、移動性機械装置を離れて位置させることができることが好ましい。 米国特許４,６７９,１５２号は自立的移動性ロボットを開示している。このロ
ボットはバッテリーの充電レベルが所定の閾値よりも低下した場合に自動的に充
電ステーションに戻る。この再充電ステーション及び移動性ロボットは赤外線ビ
ーム送信機及びマイクロコンピュータに接続された検出器を備えている。このロ
ボット及び再充電ステーションはしたがって双方向通信を行うことができる。作
業表面上のロボットのランダム移動を有する光音響システムと共に探索プログラ
ムが用いられる。このようなシステムは複雑であり、再充電動作のため再充電ス
テーションに対して非常に正確なロボットの位置合わせを行うことが要求される
場合、非常に有効ではないと思われる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】 本発明の目的は、実施形態の最も単純なものによれば、ロボットの回転中心に
おける車台上に配置された指向性検出器によって検出可能な、再充電ステーショ
ンから出射される狭いビームを用いるシステムを用いることによって、この欠点
を解消することである。 本発明の第１の概要によれば、比較的狭いビーム、例えば２φから１０φの間
で変化するものであって好ましくは約５φのビームが固定ステーションから送出
される。これを送出する送信機及びこれに関連するステーションは、好ましくは
、ビームがロボットの作業表面の最大長を超えて延びるように方向づけられるこ
とが望ましい。この移動性ロボットは、赤外線放射の方向検出のためのシステム
を備えており、実質的にランダムに移動し、統計的に周期的な方法で上記狭いビ
ームと交差しそしてこれを検出する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】 ある瞬間、信号が反射してきた場合、反射地点に移動している当該機械装置は
、送信機２（図１〜４参照）によって出射された直接ビームに、又は、もともと
検知されているのよりも少ない反射の度合いの放射に遭遇する。 しかる後、この機械装置は前面側の検出器１０ａ、１０ｂの出力のバランスを
とり、源流の信号へ向けて自動的に回転する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４６】 固定ステーションの近くに到着すると、この移動式機械装置７は、回転の中心
に配置された複数のセンサ（前面側のセンサ１０ａ、１０ｂ）が、ビーム３の源
の近傍に一致する位置に移動する。 その接近は幾つかの方向からなされ、その位置は多分、コネクター５、５′を
介した充電器との電気的接続を行うには、或いは他のオペレーションをおこなう
には適切ではない。この時点において、狭い低出力のビーム２′がその役割を果
たす。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９８００３４１ (32)優先日 平成10年５月７日(1998．5．7) (33)優先権主張国 ベルギー（ＢＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3B006 KA01 3F059 AA01 AA12 BB07 DA05 DD11 DE08 FB11 5H301 AA02 AA10 BB11 CC03 CC06 DD07 DD16 FF09 FF11 FF15 FF21 FF27 GG06 GG23 GG29 HH20 JJ01 LL01 QQ04 【要約の続き】 赤外線ビームを出射して再充電ステーションにロボット が戻るようにすることもできる。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固定ステーションに対して自立して移動するロボットを誘導
    し位置させるシステムにおいて、前記固定ステーションから出射される少なくと
    も指向性のある赤外線ビームを利用し、移動性の前記ロボットは、前記ロボット
    によって運搬される１つのマイクロコンピュータに接続された、赤外線出射方向
    検出のシステムを備え、前記ロボットは本質的にランダムに作業表面上を移動し
    、前記マイクロコンピュータは、前記赤外線ビームの出射の方向に向かって前記
    ロボットを移動させることにより前記固体ステーションへ戻すことを制御するこ
    とができるアルゴリズムを含んでいることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 前記マイクロコンピュータのアルゴリズムは、バッテリーの
    充電の状態とは独立して、最小の作業時間後に再供給の前記固定ステーションに
    向かって前記戻りを開始し、前記移動性ロボットが特定の閾値よりも高い強度の
    赤外線放射を検出した場合には、及び／又は前記バッテリーの充電状態が所定レ
    ベルよりも低い場合には、前記閾値は前記作業時間の持続時間の増加に伴って減
    少することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記マイクロコンピュータの前記アルゴリズムは、前記バッ
    テリーの充電状態が所定レベル以下の場合に、前記固定ステーションに向かう前
    記戻りを開始することを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記固定ステーションに向かう前記戻りの工程の間、及びバ
    ッテリーの充電状態及び／又は検出された前記赤外線放射の強度によって、前記
    ブラシ及び／又は吸引タービンは不活性化することを特徴とする、請求項１〜３
    のいずれか一項に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 前記固定ステーションから又はその近傍から出射される実質
    的に異なる指向性の少なくとも２つのビームを利用し、１又は幾つかの少なくと
    も指向性のビームは前記固定ステーションに向かう接近に用いられ、１又は幾つ
    かの更に指向性のあるビームが前記ロボットを前記固定ステーションに対して正
    確に位置させる最終工程に用いられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれ
    か一項に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 本質的には部屋の平面において、前記固定ステーションは２
    つの変調された赤外線ビームを出射し、前記ロボットは、ビームの一方は他方よ
    りもいくらか指向性が高く、最小の指向性のビームの前記送信機は、前記方向を
    検知することができ、前記複数のビームに感度を有する前記指向性の検出器を運
    搬する前記移動性ロボットを前記固定ステーションに近づけることができ、複数
    の前記検出器の信号は、前記移動性ロボットの進行を制御する１つのマイクロコ
    ンピュータによって扱われ、前記最小の指向性のビームの送信機は、前記固定ス
    テーション上に、前記固定ステーションにおける望ましい位置にその後部が結合
    した場合に、前記ロボットの直上にくるように前記固定ステーション上に位置し
    、指向性のより高いビームはしたがって複数の前記検出器によって集中的に検出
    することができ、正確な位置合わせは、前記狭いビームの方向に基づくアルゴリ
    ズムにしたがって、鉛直軸の回りに前記機械装置が回転することによって、行わ
    れることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方向検知及び位置
    合わせのシステム。
  7. 【請求項７】 前記固定ステーションは、少なくとも３つの変調された赤外
    線ビームを出射し、これらのビームの１つは、他の２つよりもいくらか指向性が
    高く、最小の指向性のビームの送信機によって、前記方向を検知することができ
    、複数の前記ビームに感度を有する指向性の複数の検出器を運搬する前記移動性
    ロボットが前記固定ステーションに近づくことができ、複数の前記検出器の信号
    は前記移動性ロボットの進行を制御する１つのマイクロコンピュータによって扱
    われ、高い強度の送信機は、前記ステーションのすぐ近くにおいて複数の前記ビ
    ームが交差するように方向づけられて前記固定ステーション内に位置しており、
    指向性のより高い前記ビームは複数の前記検出器によって集中的に検出されるこ
    とができ、前記狭いビームの検出に基づくアルゴリズムにしたがって鉛直軸の回
    りに前記機械装置が回転することによって正確な位置合わせが実行されることを
    特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方向検知及び位置合わせのた
    めのシステム。
  8. 【請求項８】 前記指向性のより高い赤外線ビームの前記送信機は、前記指
    向性のより低い赤外線ビームの送信機よりも出力が低いことを特徴とする、請求
    項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 マイクロコンピュータを組み込み自立して移動する、請求項
    １〜８のいずれか一項に記載のシステムに適用可能なロボット。
  10. 【請求項１０】 少なくとも１つの回転ブラシローラーとアルゴリズムによ
    ってロボットの速度及び／又は経路を制御するマイクロプロセッサを備え、前記
    マイクロコンピュータは、前記速度及び／又は前記経路を決定するため、前記回
    転ブラシローラーの回転速度の測定を考慮するアルゴリズムに関連していること
    を特徴とする、請求項９記載のロボット。
  11. 【請求項１１】 自動化された真空掃除機であることを特徴とする、請求項
    １〜１０のいずれか一項に記載の清掃用のロボット。
  12. 【請求項１２】 前記マイクロコンピュータは、吸引力を決定するため、前
    記回転ブラシローラーの回転数の測定を考慮することを特徴とする、請求項１〜
    １１のいずれか一項に記載のロボット。
  13. 【請求項１３】 前記ロボットのしたがう経路は清掃する表面上の粒子の量
    に依存し、前記量は前記ロボット真空掃除機の吸引口の近くに配置された粒子分
    析器によって評価され、前記分析器は前記移動性ロボットによって運搬されるマ
    イクロコンピュータに信号を送出し、前記信号にしたがって前記ロボットの移動
    を制御することを特徴とする、地面清掃用の誘導を行う技術を有する請求項１〜
    １２のいずれか一項に記載のロボット。
  14. 【請求項１４】 前記マイクロコンピュータは減速、及び／又は直線的前進
    及び後退移動、及び／又は前記ロボットの扇形の前進及び後退移動を制御するこ
    とができることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のロボット
    。
  15. 【請求項１５】 前記マイクロコンピュータは長距離上における塵検出器に
    よって検出された塵レベルの全体平均を記憶し、特定の清掃用のアルゴリズムの
    起動は前記平均を考慮することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載のロボ
    ット。
  16. 【請求項１６】 キャリーニッジ（carrenage）のベース部を全部又は一部 囲む衝突用の直線状センサを備え、前記センサは、直線状の金属伝導体と、これ
    に平行であって、両端に電位差が設けられ、伝導性プラスチックからなる直線状
    の要素、例えば伝導性のゴムと、を備え、プラスチックの前記直線状の要素は、
    前記ロボットと障害物との衝突の結果生じる一時的な圧力の影響下において伝導
    性の直線状の前記要素に弾性的に接触可能であり、前記伝導性の要素のレベルに
    おいて測定される電流の測定は前記キャリーニッジに基づく衝突位置を特定する
    ために前記マイクロコンピュータに送出される信号であることを特徴とする、請
    求項１〜１５のいずれか一項に記載のロボット。
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