JP2006300927A - 走行ロボットの位置感知装置及びこれを備えたロボット掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】走行ロボットの位置感知装置に係り、特に、走行における障害物との距離を感知する上で、外部の妨害光線が障害物として誤認されることを防止しうる走行ロボットの位置感知装置及びこれを備えたロボット掃除機を提供する。
【解決手段】走行ロボットの位置感知装置は、光を反射させた障害物との距離に従って異なる位置に光を結像させるように構成された受光素子と、障害物から反射されて前記受光素子に入射する光を、直進するように放出させ、前記受光素子に入射される外部の妨害光線による虚像の障害物が前記有効感知範囲外に位置するようにその妨害光線に対して角度を与えて光を放出する発光素子と、前記受光素子に入射した光の結像位置から前記障害物との距離を演算する信号処理装置と、前記位置感知装置で感知された距離の走行時変化を考慮してその距離に障害物が存在するかを判断する誤信号処理装置と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、走行ロボットの位置感知装置に係り、特に、走行における障害物との距離を感知する上で、外部の妨害光線が障害物として誤認されることを防止しうる走行ロボットの位置感知装置及びこれを備えたロボット掃除機に関する。

一般に、走行ロボットの位置感知装置は、赤外線を放出し、この赤外線を反射させた障害物との距離を感知する。
図１及び図２は、従来技術による位置感知装置を示す図であり、図１は、位置感知装置の構成とその作動原理を示す構成図で、図２は、位置感知装置に妨害光線が働く状態を示す状態図である。

従来技術による位置感知装置は、図１に示すように、赤外線を直進するように放出する発光素子２と、障害物から反射された赤外線が結像する受光素子５と、受光素子５に結像した光の位置から障害物との距離を測定する信号処理装置８と、で構成される。
発光素子２は、赤外線を放出する赤外線発光ダイオード（ＩＲ−ＬＥＤ）３と、放出した赤外線を直進するように収束する投光レンズ４と、で構成される。

受光素子５は、障害物から反射された赤外線を収束する受光レンズ７と、受光レンズ７に収束された赤外線が結像する位置検出素子（Position Sensitive Detector）６と、で構成される。
受光レンズ７は、赤外線を反射させた障害物との距離に従って異なる角度で赤外線を収束し、よって、位置検出素子６には、近くにある障害物１１ａからの赤外線は上方、遠くにある障害物１１ｂからの赤外線は下方に結像する。
信号処理装置８は、位置検出素子６に赤外線が結像する位置から、その赤外線を反射させた障害物との距離を測定するように構成される。

しかしながら、従来技術による位置感知装置は、図２に示すように、自然光、照明などの光源１２ａが放出する赤外線以外の妨害光線が、障害物１２ｂから反射された赤外線のように位置検出素子６に直接入射されるため、まるで障害物１２ｂが存在するかのように誤認されるという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためのもので、その目的は、走行における障害物との距離を感知する上で、外部の妨害光線によって障害物が誤認されることを防止しうる走行ロボットの位置感知装置及びこれを備えたロボット掃除機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る走行ロボットの位置感知装置は、光を反射させた障害物との距離に従って異なる位置に光を結像させるように構成された受光素子と、障害物から反射されて前記受光素子に入射する光を直進するように放出し、前記受光素子に入射する外部の妨害光線による虚像の障害物が、感知可能な障害物との距離範囲のうち、走行に必要な有効感知範囲外に位置するように前記妨害光線に対して角度を与えて光を放出する発光素子と、前記受光素子に入射した光の結像位置から前記障害物との距離を演算する信号処理装置と、を備えることを特徴とする。

また、前記走行ロボットの位置感知装置は、前記位置感知装置で感知された距離の走行時変化に基づいてその距離に障害物が存在するかを判断する誤信号処理装置をさらに備えることを特徴とする。
また、前記発光素子は、赤外線を放出する赤外線発光ダイオードと、前記赤外線発光ダイオードから放出された赤外線が直進するように収束する投光レンズと、を備えてなることを特徴とする。

また、前記受光素子は、障害物から反射された光を収束する受光レンズと、前記受光レンズによって収束された光が結像される位置検出素子と、を備えてなることを特徴とする。
また、前記発光素子は、前記受光素子が感知した虚像の障害物の位置が前記有効感知範囲を外れる度合が、前記信号処理装置の精密度により区別できる最小単位の距離よりも大きくする角度で光を放出するように構成されたことを特徴とする。
また、前記発光素子は、前記有効感知範囲の最大距離である走行空間の床に向ける角度で光を放出するように構成されたことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明のロボット掃除機は、外部の妨害光線と区別されるように掃除空間の床に対して傾斜するように光を放出し、この光を反射させた障害物との距離を感知する１つ以上の位置感知装置と、前記位置感知装置と信号を送受信するように構成され、掃除空間を自ら走行しながら掃除するように前記走行装置を制御する情報処理装置と、を備えることを特徴とする。

また、ロボット掃除機は、本体の概観を形成するケースと、前記本体に設置され、掃除空間を掃除する掃除装置と、前記本体を掃除空間の床から支持しかつ移動させるように設けられた走行装置と、をさらに備えることを特徴とする。
前記各位置感知装置は、光を直進するように放出させる発光素子と、光を反射させた障害物との距離に従って異なる位置に光が結像されるように構成された受光素子と、前記受光素子に入射した光の結像位置から前記障害物との距離を演算する信号処理装置と、を備えることを特徴とする。

また、前記発光素子は、赤外線を放出する赤外線発光ダイオードと、前記赤外線発光ダイオードから放出された赤外線が直進するように収束する投光レンズと、を備えることを特徴とする。
また、前記受光素子は、障害物から反射された光を収束する受光レンズと、前記受光レンズによって収束された光が結像される位置検出素子と、を備えることを特徴とする。

また、前記発光素子は、前記受光素子が感知した虚像の障害物の位置が前記有効感知範囲を外れる度合が、前記信号処理装置の精密度により区別できる最小単位の距離よりも大きくする角度で光を放出するように構成されたことを特徴とする。
前記発光素子は、掃除空間の床と１０°以上１５°以下の角度をなす光を放出するように構成されたことを特徴とする。

また、前記ロボット掃除機は、前記情報処理装置内に組み込まれたり、前記情報処理装置と信号を送受信するように構成され、前記各位置感知装置で感知された距離の走行時変化に基づいてその距離に障害物が存在するかを判断する誤信号処理装置をさらに備えることを特徴とする。

前記誤信号処理装置は、前記ロボット掃除機が走行する第１段階と、前記位置感知装置が有効感知範囲内で障害物を感知する第２段階と、前記ロボット掃除機が前記障害物に対応して走行をする第３段階と、前記障害物との距離増加を判断する第４段階と、前記障害物に近付いたかを判断する第５段階と、前記ロボット掃除機が前記障害物に近付いていると、前記障害物を迂回するか、走行を停止させる第６段階と、を遂行するように構成されたことを特徴とする。

前記第１段階では、前記ロボット掃除機の走行中に随時前記第２段階を呼び出すことを特徴とする。
また、前記第４段階で前記障害物との距離が増加すると、前記第２段階に戻り、前記障害物との距離が増加していないと、前記第５段階に進むことを特徴とする。

また、少なくとも一部の前記位置感知装置は、放出させた光と掃除空間の床とがなす角度が相互に異なるように構成されたことを特徴とする。
また、少なくとも一部の前記位置感知装置は、掃除空間の床からの高さが相互に異なるように構成されたことを特徴とする。

また、少なくとも一部の前記位置感知装置は、掃除空間の床からの高さが相互に一致するように構成され、同じ高さに位置する位置感知装置は、放出させた光と掃除空間の床とがなす角度が相互に一致するように構成されたことを特徴とする。
また、少なくとも一部の前記位置感知装置は、高さと発光角度を相互に異ならせて同方向に光を放出するように構成されたことを特徴とする。

本発明に係る走行ロボットの位置感知装置及びこれを備えたロボット掃除機によれば、外部の妨害光線が障害物として誤認される心配がないため、外部の妨害光線が存在しても走行ロボット及びロボット掃除機を作動させることが可能になる。

また、本発明による走行ロボットの位置感知装置及びこれを備えたロボット掃除機は、誤信号処理装置または複数の位置感知装置を備えるため、斜めに放出された光が走行空間の床など障害物以外のものから反射されて障害物との距離が誤認される現象を防止しうる利点が得られる。

以下、添付の図面に基づき、本発明に係る走行ロボットの位置感知装置及びこれを備えたロボット掃除機の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図３乃至図７は、本発明の一実施の形態による走行ロボットの位置感知装置を示す図であり、図３は、位置感知装置を示す構成図で、図４は、位置感知装置の誤信号状態を示す図で、図５は、位置感知装置の誤信号状態の変化を示す図で、図６は、位置感知装置で感知された距離と実際距離との関係を示す図で、図７は、誤信号処理装置が具現するアルゴリズムを示すた順序図である。

図３に示すように、本発明の一実施の形態による走行ロボットの位置感知装置５１は、障害物に反射されて受光素子に入射される光を直進するように放出する発光素子５２と、光を反射させた障害物との距離に従って異なる位置に光を結像させるように構成された受光素子５５と、受光素子５５に入射した光の結像位置から障害物との距離を演算する信号処理装置５８と、位置感知装置５１で感知された距離の走行時変化に基づいてその距離に障害物が存在するかどうかを判断する誤信号処理装置（図示せず）と、で構成される。

発光素子５２は、赤外線を放出する赤外線発光ダイオード（ＩＲ−ＬＥＤ）と、放出された赤外線を直進するように収束する投光レンズと、で構成されると好ましい。
受光素子５５は、障害物から反射された赤外線を収束する受光レンズと、該受光レンズによって収束された赤外線が結像する位置検出素子（Position Sensitive Detector）と、で構成される。

受光素子５５は、発光素子５２から放出する赤外線と並んで位置検出素子に入射される赤外線の入射角が０°となるように構成されるが、これに限定されず、走行空間の床６０と並んで入射される赤外線の入射角が０°となるように構成されることももちろん可能である。
受光レンズは、赤外線を反射した障害物との距離に従って異なる角度で赤外線を収束し、よって、位置検出素子には、近くにある障害物からの赤外線は上方、遠くにある障害物からの赤外線は下方に結像される。

該位置検出素子は、光の結像する位置によって出力バランスが変わる二つの出力端子を備えた半導体で構成されることが好ましい。
信号処理装置５８は、位置検出素子の出力バランスを受け取り、この出力バランスから障害物との距離を計算し、その距離を信号として出力する演算回路で構成される。

位置感知装置５１は、発光素子５２から放出される光の強度、受光素子５５の吸光率と敏感度、信号処理装置５８の演算方法などによって障害物との距離感知可能範囲が定められ、その感知可能な範囲内で走行に必要な有効感知範囲ｄ２〜ｄ３が設定される。
有効感知範囲ｄ２〜ｄ３は、有効最小距離ｄ２と有効最大距離ｄ３間の範囲に限定されるが、有効最小距離ｄ２と有効最大距離ｄ３は、受光素子５５と走行ロボットの外周までの距離または障害物との衝突防止のために走行停止が要求される距離、障害物に対応する減速または走行経路予測などのために障害物を感知しなければならない距離などを考慮に入れて設定する。

発光素子５２は、受光素子５５に入射して障害物から反射された光として誤認される外部の妨害光線が、有効感知範囲ｄ２〜ｄ３を逸脱するよう、該外部の妨害光線に対して角度θ+δを与えて光を放出するように構成される。
妨害光線が受光素子５５に入射する入射角θ+δは、該妨害光線の光源６１ａまでの距離と走行ロボットの位置によってその範囲が定められる。

発光素子５２から光が放出される角度は、外部の妨害光線が受光素子５５に最小の入射角で入射して誤認される虚像の障害物６１ｂとの距離が、有効感知範囲ｄ２〜ｄ３を外れるようにする角度とするものの（６１ｃ）、有効感知範囲を外れる度合は、位置感知装置の精密度によって区別可能な最小単位の距離よりも多少大きい余裕マージン（＝ｄ２−ｄ１）とする。

また、発光素子５２から放出される光は、有効最大距離ｄ３に位置した走行空間の床６０に向かうようにし、該走行空間の床６０に高低がある場合には平坦な走行空間の床を仮想し、有効最大距離ｄ３に位置した仮想の床に向かうようにすることが好ましい。
このような構成を有する位置感知装置５１が装着される走行ロボットは、本体の概観を形成するケースと、本体を走行空間の床から支持するように設けられ、本体を移動させる走行装置と、本体の外周部分に装着され、位置感知装置５１を備えて走行空間から障害物を感知する障害物感知装置と、駆動装置、障害物感知装置と信号を取り交わしてこれら装置を制御し、信号を入／出力、処理、格納する情報処理装置と、で構成されることが好ましい。

ここで、駆動装置は、本体の下部にそれぞれ回転自在に設置され、左側と右側にそれぞれ備えられた二つのメーンホイールと、各メーンホイールにそれぞれ連結され、連結された各メーンホイールを時計回り方向または反時計回り方向に回転させる二つのホイールモーターと、本体を支持し、走行する方向に沿って回転できるように本体の下部に設置されたキャスターと、で構成されることが好ましい。
障害物感知装置は、複数個の位置感知装置５１と、音波または電磁気波の反射や走行による衝突を用いて障害物との距離または障害物有無を判断する複数個の超音波センサー、光センサーまたは衝撃センサーと、で構成されることが好ましい。

情報処理装置は、外部と信号を送受信する入出力装置と、送受信または処理された信号やその他必要な情報を格納するメモリと、これら信号及びその他の情報を処理し、入出力装置とメモリの作動を制御するマイクロプロセッサーと、入出力装置、メモリ、マイクロプロセッサーと接続され、これら要素間における信号伝達を媒介するインターフェース回路と、で構成されたマイクロコンピュータであると好ましい。

誤信号処理装置は、情報処理装置と信号を送受信するように構成され、信号処理装置５８で演算された距離の走行時変化に基づいてその距離に障害物が存在するかを判断するアルゴリズム（図７）を実現する。
この誤信号処理装置は、情報処理装置と信号を取り交わす個別の装置で構成される場合に限定されず、情報処理装置の構成要素を共用するように情報処理装置内に組み込まれて上記のアルゴリズム（図７）がメモリに格納され、該アルゴリズム（図７）がマイクロプロセッサーによって実現されることも可能である。

ここで、アルゴリズムは、図７に示すように、走行ロボットが走行をする第１段階（Ｓ１）と、位置感知装置５１が有効感知範囲内で障害物を感知する第２段階（Ｓ２）と、ロボット掃除機が障害物に対応して走行をする第３段階（Ｓ３）と、障害物との距離増加を判断する第４段階（Ｓ４）と、障害物に近付いたかを判断する第５段階（Ｓ５）と、ロボット掃除機が障害物に近付いた場合に、障害物を迂回するか、走行を停止す第６段階（Ｓ６）と、で構成される。

第１段階（Ｓ１）では、走行ロボットの走行中に随時第２段階（Ｓ２）を行う。
第２段階（Ｓ２）では、位置感知装置５１からマイクロコンピュータに入力された信号をそのまま受け取り、この信号に基づいて有効感知範囲内に障害物が存在するかを判断し、存在すると、第３段階（Ｓ３）に進み、存在しないと、第１段階（Ｓ１）に戻る。
第３段階（Ｓ３）は、障害物が有効感知範囲内に存在する場合に要求される走行、例えば、徐々に減速する走行がなされるようにマイクロコンピュータに信号を送信し、第４段階（Ｓ４）に進む。

第４段階（Ｓ４）は、位置感知装置５１からマイクロコンピュータに入力された信号をそのまま受け取り、該信号に基づいて第３段階（Ｓ３）における走行によって障害物との距離が増加したか判断し、増加した場合には第２段階（Ｓ２）に戻り、増加していないと、第５段階（Ｓ５）に進む。

第５段階（Ｓ５）は、障害物に衝突する程度に近付いたかを判断し、そうであると第６段階（Ｓ６）に進み、そうでないと第３段階（Ｓ３）に戻る。
第６段階（Ｓ６）では、走行を停止したり障害物を迂回するようにマイクロコンピュータに信号を送信する。

次に、上記のように構成される本発明の一実施の形態による走行ロボットの位置感知装置の作用について説明する。
図３を参照すると、発光素子５２は、赤外線発光ダイオードにより赤外線を放出し、放出された赤外線は、投光レンズを通って走行空間に向けて直進してから障害物から反射され、受光素子５５の位置検出素子に結像する。この結像される位置によって位置検出素子の出力バランスが異なり、該出力バランスは、信号処理装置５８で障害物との距離として演算され、この距離は、マイクロコンピュータに送信される。

位置感知装置５１は、外部の光源６１ａによる妨害光線が受光素子５５に入射すると、障害物６１ｃ，６１ｂが存在するものと誤認することになるが、誤認する虚像の障害物との距離ｄ１，ｄ２は、発光素子５２から放出される赤外線と外部の妨害光線がなす角度θ＋δ、δによって変わる。
ここで、発光素子５２は、受光素子５５に最小の入射角で入射する妨害光線によって誤認される虚像の障害物６１ｂとの距離が、有効感知範囲ｄ２〜ｄ３を余裕マージン（＝ｄ２−ｄ１）をおいて外れるように（６１ｃ）、妨害光線に対して角度θ＋δを与えて光を放出させる。

したがって、妨害光線が受光素子５５に最小の入射角以上の角度で入射しても、虚像の障害物は全て有効感知範囲ｄ２〜ｄ３を外れるようになる。
位置感知装置５１が妨害光線によって虚像の障害物を感知してマイクロコンピュータに信号を入力させても、該マイクロコンピュータは、虚像の障害物が有効感知範囲ｄ２〜ｄ３を外れたものと判断し、障害物として認識しない。

一方、発光素子５２から放出された赤外線は、図４に示すように、走行空間の床６０から最初に反射され、障害物６２ａから再び反射されて受光素子５５に入射する場合がある。この場合、位置感知装置５１は、赤外線が放出される経路と再び反射される経路とが合う地点に障害物６２ｂがあると誤認し、誤認した障害物６２ｂとの距離を信号としてマイクロコンピュータに入力することになる。

図５に示すように、赤外線が走行空間の床６０から反射され、障害物６３ａから再び反射されて受光素子５５に入射する場合には、位置感知装置５１は、走行ロボットが障害物６３ａから６４ａに向けて走行しても、障害物との距離（６３ｂから６４ｂに）が遠ざかると認識するようになる。

すなわち、図６に示すように、有効感知範囲ｄ２〜ｄ３内では障害物との実際距離と位置感知装置で感知される認識距離とは同一か比例（Δ１＞０）するが、有効感知範囲を外れた遠くの位置に障害物が在る場合には、障害物との実際距離と位置感知装置で感知される認識距離とは反比例（Δ２＜０）するようになる。この現象は、実験的に認識距離が所定の値（ｘ）以上となる範囲で表れる。

誤信号処理装置は、上述の如く、位置感知装置で感知された障害物との距離に実際に障害物が存在するか判断するために、障害物との実際距離と認識距離との反比例関係（Δ２＜０）を利用するアルゴリズム（図７）を実行する。

図７を参照すると、アルゴリズムの流れは、障害物が有効感知範囲内から出発するか、あるいは、有効感知範囲外から近付くかによって分けられる。
障害物が有効感知範囲内から出発する場合、例えば、走行中の走行ロボットが転換した方向に障害物が存在する場合には、第３段階乃至第５段階（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）を繰り返し実行して障害物に近付いた後、障害物を迂回するようになる。

障害物が有効感知範囲外から出発する場合には、障害物が有効感知範囲内に進入するまで第１段階（Ｓ１）で第２段階（Ｓ２）を呼び出す度に第２段階から第４段階（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）までを実行し、障害物が有効感知範囲内でに進入すると、第３段階乃至第５段階（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）を繰り返し実行して障害物に近付いた後、障害物を迂回するようになる。

図８は、本発明の一実施の形態によるロボット掃除機を示す構成図である。
図８に示すように、本発明の一実施の形態によるロボット掃除機は、本体の概観を形成するケース９２と、本体に取り付けられて掃除空間を掃除する掃除装置と、本体を掃除空間の床から支持しかつ移動させるように取り付けられた走行装置と、本体の外周付近に装着され、外部の妨害光線と区別付けられるように掃除空間の床に対して傾斜するように光を放出し、この光を反射させた障害物との距離を感知する８個の位置感知装置５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄと、これら位置感知装置と信号を送受信するように構成され、掃除空間を自ら走行しながら掃除を行うように走行装置を制御する情報処理装置９０と、で構成される。

各位置感知装置は、上述した本発明の一実施の形態による走行ロボットの位置感知装置（図３）と基本的に同一に構成されるが、誤信号処理装置は異なる構成を有する。
すなわち、位置感知装置５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄのそれぞれは、光を直進するように放出させる発光素子と、光を反射させた障害物との距離に従って異なる位置に光が結像される受光素子と、受光素子に入射した光の結像位置から障害物との距離を演算する信号処理装置と、で構成される。

発光素子から放出される光の角度は、掃除空間における照明の位置、窓の高低と面積による太陽光の入射角、掃除空間の広さなどによって妨害光線が受光素子に入射する最小の入射角と、走行時に考慮すべき障害物との最小及び最大距離に鑑みて決定し、好ましくは、発光素子の発光角度が、掃除空間の床と１０°以上１５°以下をなすようにように構成される。

位置感知装置５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、前後左右にそれぞれ上下２個ずつ装着され、上部に設置された位置感知装置５１ａ，５１ｂは、掃除空間の床からの高さと掃除空間の床に対する発光角度が相互に一致するように設置され、下部に設置された位置感知装置５１ｃ，５１ｄも同様に、同じ高さと発光角度を有するように設置されるものの、上部側の位置感知装置５１ａ，５１ｂと下部側の位置感知装置５１ｃ，５１ｄの発光角度は相互に異なるように設置される。例えば、上部側の位置感知装置５１ａ，５１ｂの各発光角度は１０°、下部側の位置感知装置５１ｃ，５１ｄの各発光角度は１２°とすることができる。

情報処理装置９０は、外部と信号を送受信する入出力装置と、送受信または処理された信号及びその他必要な情報を格納するメモリと、信号及びその他の情報を処理し、入出力装置とメモリの作動を制御するマイクロプロセッサーと、入出力装置、メモリ、マイクロプロセッサーと接続されてこれら要素間における信号伝達を媒介するインターフェース回路と、で構成されたマイクロコンピュータであると好ましい。

本ロボット掃除機は、各位置感知装置で感知された距離の走行時変化に基づいてその距離に障害物が存在するかを判断するアルゴリズムを実行する誤信号処理装置をさらに備える。この誤信号処理装置は、情報処理装置の構成要素を共用するように情報処理装置内に組み込まれ、上記のアルゴリズムがメモリに格納されてマイクロプロセッサーにより実行される。

また、各位置感知装置５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄで感知された距離に実際に障害物が存在するか否かは、高さと発光角度を相互に異ならせて同方向に発光させる位置感知装置５１ａ，５１ｃを用いて、これら位置感知装置５１ａ，５１ｃで感知した障害物との距離が相互に同一かを判断する方法によっても確認可能である。このときに、位置感知装置５１ａ，５１ｃの精密度による誤差の範囲内で距離差が存在する場合には同距離として判断する。

掃除装置は、本体に形成され、吸入部７２及び吐出部７７を有する流路と、この流路上に設置され、掃除空間から汚れを吸入するファン７５と、流路の入口側に設置され、ファン７５の吸入を補助するように汚れに物理力を加えるブラシー装置７１と、流路上に装着され、ファン７５にホコリなどの汚れが流入したり流路から汚れが排出されないようにホコリをろ過するフィルター７４と、流路上に設置され、吸入されたホコリが蓄積されるホコリ函７３と、で構成されることが好ましい。

走行装置は、本体を支持しかつ移動させるように本体の下部にそれぞれ回転自在に設置され、少なくとも左側と右側にそれぞれ取り付けられた二つのメーンホイール８１と、各メーンホイール８１にそれぞれ接続されて少なくとも左側と右側にそれぞれ設けられ、その接続されたメーンホイール８１を時計回り方向または反時計回り方向に回転させる二つのホイールモーター８３と、本体を支持し、かつ、あらゆる方向の走行に対して回転できるように本体の下部に取り付けられたキャスター８２と、で構成されることが好ましい。

各ホイールモーター８３は、情報処理装置９０から出力された信号に応じて時計回り方向または反時計回り方向に駆動されるか、停止するように構成される。
一方、本ロボット掃除機は、上記の構成の他にも、使用者に作動に関するインターフェースを提供する操作装置９４、ロボット掃除機の作動に必要な電源を供給する電源装置（図示せず）を備えることが好ましい。なお、掃除空間の床に並んで光を放出し、この光を反射させた障害物との距離を感知する位置センサー、超音波を用いて障害物の形状や距離を感知する超音波センサー、掃除空間の床の傾斜を感知する床センサー、その他走行に必要なセンサー５９をさらに装着しても良い。

このように構成される本発明の一実施の形態によるロボット掃除機の作用について説明すると、次の通りである。
マイクロコンピュータに組み込まれた誤信号処理装置は、走行時に一つの位置感知装置５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄに感知された障害物との距離が増加するか、あるいは減少するかを判断することによって、その感知された距離に実際に障害物が存在するか否かを判断する。

また、マイクロコンピュータは、高さと発光角度を相互に異ならせて同方向に発光させる二つの位置感知装置５１ａ，５１ｃを用いて、これら位置感知装置５１ａ，５１ｃで感知した障害物との距離が相互に一致するかを判断することによって、その感知された距離に実際に障害物が存在するかを判断する。

このように２通りの判断により、位置感知装置５１ａ，５１ｃが感知した距離に障害物が存在するかを判断するので、より正確に障害物との距離を判断することができる。

従来技術による走行ロボットの位置感知装置の構成及び作動原理を示す図である。 図１に示す位置感知装置に妨害光線が働く状態を示す図である。 本発明の一実施の形態による走行ロボットの位置感知装置を示す構成図である。 図３に示す位置感知装置の誤信号状態を示す図である。 図３に示す位置感知装置の誤信号状態の変化を示す図である。 図３に示す位置感知装置で感知された距離と実際距離との関係を示す図である。 誤信号処理装置が具現するアルゴリズムを示す順序図である。 本発明の一実施の形態によるロボット掃除機を示す構成図である。

符号の説明

５１ 位置感知装置
５２ 発光素子
５５ 受光素子
５８ 信号処理装置
５９ センサー
６０ 床
６１ａ 光源
８１ メーンホイール
８２ キャスター
８３ ホイールモーター
９０ 情報処理装置

Claims (21)

1. 光を反射させた障害物との距離に従って異なる位置に光を結像させるように構成された受光素子と、
   障害物から反射されて前記受光素子に入射する光を直進するように放出し、前記受光素子に入射する外部の妨害光線による虚像の障害物が、感知可能な障害物との距離範囲のうち、走行に必要な有効感知範囲外に位置するように前記妨害光線に対して角度を与えて光を放出する発光素子と、
   前記受光素子に入射した光の結像位置から前記障害物との距離を演算する信号処理装置と、
   を備えることを特徴とする走行ロボットの位置感知装置。
2. 前記位置感知装置で感知された距離の走行時変化に基づいてその距離に障害物が存在するかを判断する誤信号処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の走行ロボットの位置感知装置。
3. 前記発光素子は、赤外線を放出する赤外線発光ダイオードと、前記赤外線発光ダイオードから放出された赤外線が直進するように収束する投光レンズと、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の走行ロボットの位置感知装置。
4. 前記受光素子は、障害物から反射された光を収束する受光レンズと、前記受光レンズによって収束された光が結像される位置検出素子と、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の走行ロボットの位置感知装置。
5. 前記発光素子は、前記受光素子が感知した虚像の障害物の位置が前記有効感知範囲を外れる度合が、前記信号処理装置の精密度により区別できる最小単位の距離よりも大きくする角度で光を放出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の走行ロボットの位置感知装置。
6. 前記発光素子は、前記有効感知範囲の最大距離である走行空間の床に向ける角度で光を放出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の走行ロボットの位置感知装置。
7. 外部の妨害光線と区別されるように掃除空間の床に対して傾斜するように光を放出し、この光を反射させた障害物との距離を感知する１つ以上の位置感知装置と、
   前記位置感知装置と信号を送受信するように構成され、掃除空間を自ら走行しながら掃除するように前記走行装置を制御する情報処理装置と、
   を備えることを特徴とするロボット掃除機。
8. 本体の概観を形成するケースと、前記本体に設置され、掃除空間を掃除する掃除装置と、前記本体を掃除空間の床から支持しかつ移動させるように設けられた走行装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のロボット掃除機。
9. 前記各位置感知装置は、光を直進するように放出させる発光素子と、光を反射させた障害物との距離に従って異なる位置に光が結像されるように構成された受光素子と、前記受光素子に入射した光の結像位置から前記障害物との距離を演算する信号処理装置と、を備えることを特徴とする請求項７に記載のロボット掃除機。
10. 前記発光素子は、赤外線を放出する赤外線発光ダイオードと、前記赤外線発光ダイオードから放出された赤外線が直進するように収束する投光レンズと、を備えることを特徴とする請求項９に記載のロボット掃除機。
11. 前記受光素子は、障害物から反射された光を収束する受光レンズと、前記受光レンズによって収束された光が結像される位置検出素子と、を備えることを特徴とする請求項９に記載のロボット掃除機。
12. 前記発光素子は、前記受光素子が感知した虚像の障害物の位置が前記有効感知範囲を外れる度合が、前記信号処理装置の精密度により区別できる最小単位の距離よりも大きくする角度で光を放出するように構成されたことを特徴とする請求項９に記載のロボット掃除機。
13. 前記発光素子は、掃除空間の床と１０°以上１５°以下の角度をなす光を放出するように構成されたことを特徴とする請求項９に記載のロボット掃除機。
14. 前記情報処理装置内に組み込まれたり、前記情報処理装置と信号を送受信するように構成され、前記各位置感知装置で感知された距離の走行時変化に基づいてその距離に障害物が存在するかを判断する誤信号処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のロボット掃除機。
15. 前記誤信号処理装置は、
    前記ロボット掃除機が走行する第１段階と、
    前記位置感知装置が有効感知範囲内で障害物を感知する第２段階と、
    前記ロボット掃除機が前記障害物に対応して走行をする第３段階と、
    前記障害物との距離増加を判断する第４段階と、
    前記障害物に近付いたかを判断する第５段階と、
    前記ロボット掃除機が前記障害物に近付いていると、前記障害物を迂回するか、走行を停止させる第６段階と、を含むアルゴリズムを遂行するように構成されたことを特徴とする請求項１４に記載のロボット掃除機。
16. 前記第１段階では、前記ロボット掃除機の走行中に前記第２段階を随時呼び出すことを特徴とする請求項１５に記載のロボット掃除機。
17. 前記第４段階で前記障害物との距離が増加すると、前記第２段階に戻り、前記障害物との距離が増加していないと、前記第５段階に進むことを特徴とする請求項１５に記載のロボット掃除機。
18. 少なくとも一部の前記位置感知装置は、放出させた光と掃除空間の床とがなす角度が相互に異なるように構成されたことを特徴とする請求項７に記載のロボット掃除機。
19. 少なくとも一部の前記位置感知装置は、掃除空間の床からの高さが相互に異なるように構成されたことを特徴とする請求項７に記載のロボット掃除機。
20. 少なくとも一部の前記位置感知装置は、掃除空間の床からの高さが相互に一致するように構成され、同じ高さに位置する位置感知装置は、放出させた光と掃除空間の床とがなす角度が相互に一致するように構成されたことを特徴とする請求項７に記載のロボット掃除機。
21. 少なくとも一部の前記位置感知装置は、高さと発光角度を相互に異ならせて同方向に光を放出するように構成されたことを特徴とする請求項７に記載のロボット掃除機。

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