JP2008242908A - 自律走行装置およびこの装置を機能させるためのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の障害物が乱雑に置かれているような場所において、同じ場所で反転往復移動を繰り返し特定の場所から抜け出すことができなくなった場合を改善する自律走行装置を提供する。
【解決手段】障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段２と、本体１を移動走行させる走行手段７と、障害物検知手段２からの障害物情報により走行手段７を制御して本体の進行方向を変更する制御手段５とを備え、制御手段５は、移動領域内を往復移動させる往復移動モードを有し、この往復移動モード中に、移動領域内に置かれた障害物によって移動不能状態になったと判断すると、移動不能領域から抜け出る障害物回避動作モードに変更することで、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また終了しないことを改善する。
【選択図】図１

Description

本発明は、障害物を検知しその回避を行いながら走行する自律走行装置およびこの装置を機能させるためのプログラムに関するものである。

従来、この種の自律走行装置は、制御手段と、本体を移動走行させる走行手段と、本体の走行方向を検出する走行方向検知手段と、壁や障害物を検知するための障害物検知手段と、工程終了判定手段と、次工程開始位置判定手段とを備え、前記走行方向検知手段の出力に従って本体を第１の方向に走行させ、第１の方向に走行中前方に前記障害物検知手段が壁または障害物を検知すると本体を反転させ、第１の方向の反転方向である第２の方向に本体を走行させ、第２の方向に走行中前方に壁または障害物を検知すると再び反転させ、第２の方向の反転方向である第１の方向に走行させるというように、第１の方向と第２の方向とを本体が繰り返し往復走行しながら、所定区域を第１、第２の方向と略直角の方向に進行させる工程を工程Ａとし、前記障害物検知手段が、往復移動の進行方向（往復移動方向に略直角で往復移動で進む方向）に向かって反転できないような壁または障害物を連続して複数回検知した際、前記工程終了判定手段により前記工程Ａが終了したと判定し、その後、前記次工程開始位置判定手段が次工程の開始位置と判定する位置まで、壁や障害物に沿って走行するように本体を走行制御するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２４１８３２号公報

しかしながら、前記従来の技術は、往復移動の進行方向（往復移動方向に略直角で往復移動で進む方向）に向かって反転できないような壁または障害物を連続して複数回検知した際、前記工程終了判定手段により前記工程Ａが終了したと判定し、その後、前記次工程開始位置判定手段が次工程の開始位置と判定する位置まで、壁や障害物に沿って走行するように本体を走行制御するようにしたものであるが、図１１に示すようなテーブルまたは椅子などが複数、かつ乱雑に置かれているような場所では反転動作を行い、ほぼ同じような場所で、暫く往復移動を繰り返し、なかなか往復移動方向の略直角方行へ進めず、その場所から抜け出ることが困難である。さらに工程終了判定手段により工程Ａが終了したと判定する場所が移動領域内の途中で終了の判定を行ってしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するのもので、同じ場所で往復移動を繰り返し特定の場所から抜け出すことができなくなった場合を改善する自律走行装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の自律走行装置は、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、本体を移動走行させる走行手段と、前記障害物検知手段からの障害物情報により前記走行手段を制御して本体の進行方向を変更する制御手段とを備え、前記制御手段は、移動領域内を往復移動させるとともに往復移動方向に対して横方向に移動させる往復移動モードを有し、前記往復移動モード中に、移動領域内に置かれた障害物によって移動不能状態になったと判断すると、移動不能領域から抜け出る障害物回避動作モードに変更する自律走行装置としたものである。これによって、本体が移動不能領域から抜け出ることができ、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また終了しないことを改善した自律走行装置とすることができる。

本発明の自律走行装置およびこの装置を機能させるためのプログラムは、往復移動モード中に移動領域内に置かれた障害物によって、往復移動方向に対して横方向への進行低下状態を判断すると、障害物回避動作モードに変更することで、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また終了しないことを改善するものである。

第１の発明は、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、本体を移動走行させる走行手段と、前記障害物検知手段からの障害物情報により前記走行手段を制御して本体の進行方向を変更する制御手段とを備え、前記制御手段は、移動領域内を往復移動させるとともに往復移動方向に対して横方向に移動させる往復移動モードを有し、前記往復移動モード中に、移動領域内に置かれた障害物によって移動不能状態になったと判断すると、移動不能領域から抜け出る障害物回避動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、本体が移動不能領域から抜け出ることができ、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また終了しないことを改善した自律走行装置とすることができる。

第２の発明は、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、本体を移動走行させる走行手段と、前記障害物検知手段からの障害物情報により前記走行手段を制御して本体の進行方向を変更する制御手段とを備え、前記走行手段は、移動領域内を往復移動させるとともに往復移動方向に対して横方向に移動させ、移動領域内の障害物を検知すると横方向に移動させる量が減少する往復移動モードを有し、前記往復移動モード中に、移動領域内に置かれた障害物によって横方向の移動量が減少すると移動不能状態と判断し、移動不能領域から抜け出る障害物回避動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、本体が移動不能領域から抜け出ることができ、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また終了しないことを改善した自律走行装置とすることができる。

第３の発明は、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、本体の移動方向を検知する方向検知手段と、本体の移動距離を検知する距離認識手段と、本体を移動走行させる走行手段と、前記方向検知手段と前記距離認識手段の出力より本体の位置座標を算出する位置認識手段と、前記各手段の出力を受けて前記走行手段を制御する制御手段とで構成され、本体の動作開始時の走行動作が、移動領域内を方向転換し往復移動を行いながらこの往復移動方向と略直角方向に進行させる動作モードとする自律走行装置において、前記略直角方向への進行低下量に応じて、前記動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、前記位置認識手段に記憶される本体の位置座標の移動軌跡より移動領域の往復移動方向の略直角方行への進行低下量を判断し、略直角方行への進行度が低い場合に本体動作を障害物回避動作モードに変更することで、ほぼ同じ場所での繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第４の発明は、特に第３の発明において、前記方向検知手段と前記距離認識手段の出力より本体の位置座標を算出し、この位置座標および前記障害物検知手段での障害物検知頻度を記憶する位置認識手段を備え、前記制御手段は、少なくとも前記位置認識手段に記憶された位置座標の移動量または障害物検知頻度のいずれか１つを前記略直角方向への進行低下量として入力し、その入力に応じて、走行動作モードを、動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、ほぼ同じ場所での繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第５の発明は、特に第３または第４の発明の制御手段を、位置座標の往復移動方向と略直角方向の移動量が所定量より低い場合に、走行動作モードを動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、方向転換動作の横移動時に障害物を検知することで横移動量が少なく、かつこのような状態が連続で発生し往復動作の回数に対する実際の往復移動の進行方行の進行具合が少ない場合に、本体の他の移動モードに変更し、ほぼ同じ場所での繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第６の発明は、特に第４の発明の制御手段を、方向転換時の直進動作中の障害物検知頻度が予め設定された所定回数以上の場合に走行動作モードを動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、方向転換時の直進動作中の障害物検知頻度が多く、方向転換動作の横移動の移動量が少なく、ほぼ同じ場所での繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第７の発明は、特に第３または第４の発明の制御手段を、制御手段を往復移動中において位置認識手段に記憶される移動領域内の最大直進移動距離に対する予め設定された所定の割合量より少ない距離の直進移動が予め設定された所定回数続いた時点で、動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、狭い領域でのほぼ同じ場所での繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第８の発明は、特に第３または第４の発明の制御手段を、往復移動中の所定時間内における位置座標の往復移動方向と略直角方向の移動量が所定量より低い場合に、動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、往復移動の進行方行の実際の進行具合が所定量より低く、ほぼ同じ場所での繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第９の発明は、特に第４の発明の制御手段を、位置座標の往復移動方向と略直角方向の進行低下量に応じ、かつ障害物検知頻度が予め設定された所定回数以上となり、かつ往復移動中において位置認識手段に記憶される移動領域内の最大直進移動距離に対する予め設定された所定の割合量より少ない距離の直進移動が所定回数続いた場合に、動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、往復移動の進行方行の実際の進行具合が所定量より低く、ほぼ同じ場所での繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第１０の発明は、特に第３から第９のいずれか１つの発明の制御手段を、動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する過程において、動作開始時の動作モード終了後、予め設定された脱出動作を実行してから、動作開始時の動作モードとは異なる障害物回避動作モードへ移行する自律走行装置とすることにより、ほぼ同じ場所での繰り返し動作で往復移動が進行しない状況から脱出し、往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第１１の発明は、特に第１から第１０のいずれか１つの発明の障害物回避動作モードを、移動中障害物を検知すると乱数的に決定した進行方向に方向転換を行う動作モードとした自律走行装置とすることにより、ほぼ同じ場所での繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第１２の発明は、障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、本体の移動方向を検知する方向検知手段と、本体の移動距離を検知する距離認識手段と、本体を移動走行させる走行手段と、前記方向検知手段と前記距離認識手段の出力より本体の位置座標を算出し、この位置座標の移動量を記憶する位置認識手段と、前記各手段の出力を受けて前記走行手段を制御する制御手段とで構成され、本体の動作開始時に移動領域内の外周を一周動作した後、移動領域内を方向転換し往復移動を行いながらこの往復移動方向と略直角方向に進行する動作モードを有する自律走行装置において、前記一周動作にて前記位置認識手段に記憶された位置座標より、往復移動方向と略直角方向における移動領域の長さを算出し、この算出した移動領域の長さと本体の所定往復移動ピッチ距離より本体の推定所要ターン回数を求め、往復移動中この推定所要ターン回数以上になると、往復移動動作モードから、移動中障害物を検知すると乱数的に決定した進行方向に方向転換を行う動作モードに変更する自律走行装置とすることにより、本体が置かれている移動領域の往復移動の進行方向と略直角方向の長さを位置認識手段に記憶されている移動軌跡より求め、更に求められた略直角方向の長さから本体の所要ターン回数を求め、その求められたターン回数を超えた場合に、本体の他の移動モードに変更し、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第１３の発明は、特に第１２の発明において、本体の推定所要ターン回数に対し所定の比率を乗じたターン回数で、動作モードを変更する自律走行装置とすることにより、移動領域の往復移動の進行方向と略直角方向の長さから求まる本体の所要ターン回数に予め設定された比率を乗じて求めたターン回数を超えた場合に、本体の他の移動モードに変更し、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第１４の発明は、特に第１３の発明において、所定比率を設定可能な設定入力手段を設けた自律走行装置とすることにより、移動領域の往復移動の進行方向と略直角方向の長さから求まる本体の所要ターン回数に乗じる比率を選択でき、こうして求めたターン回数を超えた場合に、本体の他の移動モードに変更し、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第１５の発明は、特に第３から第１４のいずれか１つの発明において、制御手段は動作開始時の動作モードと異なる障害物回避動作モードで動作中、位置認識手段に記憶されている変更前の動作モードの本体の位置座標と動作中の本***置とを比較し、変更前の動作モードで通過した場所へは侵入しない様に本体を制御する自律走行装置とすることにより、一度通過した場所を避けるので、再び繰り返し動作に陥ることを防ぎ、繰り返し動作により往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第１６の発明は、特に第３から第１５のいずれか１つの発明において、制御手段は動作開始時の動作モードと異なる障害物回避動作モードで動作中、位置認識手段に記憶されている変更前の動作モードの本体の位置座標と動作中の本***置とを比較し、変更前の動作モードで移動不能となった領域へは侵入しない様に移動方向を制御する自律走行装置とすることにより、本体を以前に繰り返し動作に陥った移動不能領域の方向への移動を控えるように、本体の移動方向を決定するので、再び繰り返し動作に陥ることを防ぎ、繰り返し動作により往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができる。

第１７の発明は、特に第１から第１６のいずれか１つの発明の自律走行装置の手段の全てもしくは一部としてコンピュータに機能させるためのプログラムとすることにより、マイコンなどを用いて本発明の自律走行装置の一部あるいは全てを容易に実現することができ超音波センサの変更または経年変化等の特性の変化や動作を実現するための設定条件や定数の変更が柔軟に対応できる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布が簡単にできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における自律走行装置を示すものである。

図１に示すように、自律走行本体１は、障害物の有無及び距離を検知する障害物検知手段２と、ジャイロセンサ等で構成され本体１の回転角度を検知し本体１の移動方向を検知する方向検知手段３と、駆動輪９の径とその回転数より本体１の移動距離を検知する距離認識手段４と、駆動輪９を駆動し従輪１０とともに本体１を走行させる走行手段７と、前記方向検知手段３の方向出力と前記距離認識手段４の距離出力より本体１の位置を算出し、かつ本体１の移動軌跡を記録する位置認識手段６と、本体１の前方に設置され障害物との接触を検知する緩衝手段８と、前記障害物検知手段２、方向検知手段３、距離認識手段４、位置認識手段６、緩衝手段８の出力を受けて前記走行手段７を制御する制御手段５とを備えている。

図２は障害物検知手段２の本体１に対する詳細構成を説明する図である。

図２に示すように本体１前方には超音波を送信する送信側超音波センサ２ａ、２ｂ、障害物で反射した超音波の反射波を受信する受信側超音波センサ２ｃ、２ｄ、２ｅが配置され、さらに本体右側面には赤外線で障害物までの距離を測定する光測距センサ２ｆ、２ｇが配置されており、θｌ、θｃ、θｒはそれぞれ受信側超音波センサ２ｃ、２ｄ、２ｅの検知範囲を示している。これら送信側超音波センサ２ａ、２ｂ、受信側超音波センサ２ｃ、２ｄ、２ｅ、光測距センサ２ｆ、２ｇで障害物検知手段２を構成している。

以上のように構成された自律走行装置について以下、その動作、作用を説明する。

図３は本発明の自律走行装置の動作フローを示したものである。

本発明の自律走行装置は起動後、本体１の右側に壁が存在するか否かを障害物検知手段２の光測距センサ２ｆ、２ｇにより検知し（ステップ１）、存在しなければ前進する（ステップ２）。本体１前方に障害物を第１の所定距離以内（例えば１０ｃｍ）に検知すると（ステップ３）、制御手段５は走行手段７を制御し本体１を停止させ左９０度回転を行う。このとき、制御手段５は方向検知手段３の方向出力で本体１の回転角を監視しながら、走行手段７により左右の駆動輪９を逆回転（左駆動輪は後退、右駆動輪は前進）させることで本体１の左（反時計方向）９０度回転を行う。

そして、本体１の前方にあった障害物（壁）は本体１の右側で検知されるので光測距センサ２ｆ、２ｇで距離を測定し前後の距離差を判定し前側が遠ければ（ステップ５）、壁と平行になるように本体１を右回転し（ステップ８）、再度、前後の距離を判断する（ステップ５）。同様に後ろ側が遠ければ（ステップ６）、壁と平行になるように本体１を左回転し（ステップ７）、再度、前後の距離を判断する（ステップ５）。このような動作を数回繰り返すことで、最終的に前後の距離測定値が同じになり本体１は右側に存在する壁と平行になる。

この様子を図４に示す。図４において光測距センサ２ｆ、および２ｇの検知距離がそれぞれ距離Ｄｆ、Ｄｇで同じとなることで本体１は右側に存在する壁と平行になる。そして、制御手段５は本体１が壁と平行になると方向検知手段３により検知している本体１の回転角度をリセットし、以後の本体１の回転角度を本体の移動方向として認識する。

さらに、この図４に示した例では、本体１の起動後、右側に壁が存在するか否かを障害物検知手段２により検知し、存在しなければ前進して、本体前方に検知した障害物や壁に対し左９０度回転を行い、本体１の前方で検知していた障害物や壁を本体１の右側で検知できる様にした後、その障害物や壁に対し本体１を平行になるようにしたものである。

尚、本体１の左側面にも光測距センサを配置し、本体１の起動後、左側に存在する壁の有無も検知し、左側に障害物や壁が存在していればそれに対して本体１を平行になるようにしても構わないし、または最初に本体１を３６０度回転させ、回転中、本体１の右側面の光測距センサ２ｆ、２ｇで障害物や壁を検知した場合に、その障害物や壁に本体１を平行になるようにしても構わない。

次に障害物や壁に対して本体１を平行にした以降の動作について図５を用いて説明する。図５は、壁に囲まれた移動領域内に障害物である複数の椅子が置かれた状態において、本発明の自律走行装置の位置認識手段６に記憶される本体１の移動軌跡を示した図である。

図５に示すように位置認識手段６には本体１の方向検知手段３により検知した本体１の回転角度（移動方向）と、距離認識手段４により検知される本体１の移動距離により算出した本体１の位置情報からその移動軌跡が２次元の座標上に記憶される。

図５における座標は、Ｘ、Ｙ軸それぞれ左、上方向の移動で座標が増えていくように定義し、１座標は本体１の幅とほぼ同じ大きさ（例えば３０ｃｍ）としている。本実施の形態では、図５に示す移動領域内の最上部のＹ座標値をｐとおいて、以下の説明で用いるものとする。

図５において、座標（０，０）のＰ０地点を開始地点として運転開始すると、本体１の右側に存在する壁との距離を第１の所定距離（例えば１０ｃｍ）に保ちながら直進を始め、本体１前方に障害物の壁を検知すると、その場所（座標（０，ｐ））で前述のように左右の駆動輪９を逆回転させて左側９０度方向転換して、第２の所定距離（本体幅約３０ｃｍ）移動し（座標（１，ｐ））、さらに左９０度方向転換し、開始地点方向に直進をする。

直進を再開後、前方に障害物の壁を第１の所定距離以内に検知すると、その場所（座標（１，０））で左右の駆動輪９を逆回転させて右側９０度方向転換して、第２の所定距離分移動し（座標（２，０））、さらに右９０度方向転換し、障害物の壁を検知する前と逆方向に直進を行う。

つまり直進中、障害物を第１の所定距離以内に検知すると往復移動の進行方向（図５に向かって左側、方向Ｈ）に９０度方向転換を行い、次に第２の所定距離の直進を行い、さらに再度の９０度方向転換を行うこの一連の動きで１８０度の方向転換を行うもので、この一連の動きを障害物を検知する度に繰り返しを行っていくものである。

以後、この一連の動きを第１の動作モード６０と呼ぶものとし、この第１の動作モード６０内の各動作において、直進中障害物を検知して最初の９０度方向転換を方向転換Ｔ１、横方向移動を横方向直進Ｔ２、その後の９０度方向転換を方向転換Ｔ３と呼ぶものとする。

このように方向検知手段３により検知した本体１の回転角度（移動方向）と、距離認識手段４により検知される本体１の移動距離により本体１の位置を認識し、本体１の動作の移動軌跡が位置認識手段６に記憶されていく。また、横方向直進Ｔ２中に、障害物検知手段２や緩衝手段８により障害物を検知した場合、制御手段５はその地点で横方向直進Ｔ２を停止し、方向転換Ｔ３を行う。

従って図５に示すように複数の椅子等が置かれているような箇所においては、本体１が横方向直進Ｔ２中に、椅子の足を障害物検知手段２や緩衝手段８により検知してしまい横方向に本体の幅分移動することができず、その地点で方向転換Ｔ３を行うので、図５の一点鎖線で示す軌跡区間Ｓに示されるような移動軌跡となる（実際に位置認識手段６には、２次元座標上の移動軌跡が記録されていくので、図５のように椅子は記録されていないが、ここでは動作の説明の便宜上、椅子のある位置を座標の上に記入している）。

図５の軌跡区間Ｓに示すように座標（４、ｐ）から（６、ｐ−４）の領域では、障害物を検知して反転動作中（方向転換Ｔ１、横方向直進Ｔ２、方向転換Ｔ３）にも、他の障害物をさらに検知することで、方向転換をしても横方向に第２の所定距離分移動することができず、直進と僅かな横移動の繰り返しとなる。

軌跡区間Ｓでは図５のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ地点において６回連続で反転動作の横方向直進Ｔ２中に、反転対象の障害物を再度検知している。

通常６回反転動作を行うと往復移動の進行方向Ｈにその回数分の座標が進行するが、実際に軌跡区間Ｓでは往復移動の進行方向ＨにはＸ座標で２座標しか進行していない。また、軌跡区間Ｓまでは前進方向にはＹ座標で０からｐまたはｐから０まで変化していたのに、軌跡区間Ｓでは座標の変化が少なく、ｐからｐ−４間を往復移動で繰り返すことになる。このように軌跡区間Ｓにおいては、それぞれの場所で方向転換をしても横方向に第２の所定距離分進めずかつ、縦方向にも短い距離しか進めず、ほぼ同じ領域の（４、ｐ）から（６、ｐ−４）で往復移動を繰り返すことになる。

制御手段５はこのように位置認識手段６に記憶される本体１の移動軌跡より、上記の様な軌跡区間Ｓでの座標変化の少ない領域を往復移動で繰り返している状態を判断し、その場所から脱出させるために、脱出動作６１を一定時間（例えば２秒間）行う。

この脱出動作６１とは、例えば制御手段５により、障害物検知手段２で本体１前方に検知した障害物を光測距センサ２ｆまたは２ｇで検知するように本体１を右又は左に回転させ、光測距センサ２ｆまたは２ｇで検知した障害物との距離を第３の所定距離（例えば５ｃｍ）に保つように本体１を移動させるよう制御する動作とするものである。

また、制御手段５は、脱出動作６１を一定時間経過後、障害物検知手段２で本体１の前方に障害物を検知していない空き状態であれば本体１を直進させ、障害物を最初に検知した時点以降、これまでの障害物を検知する度に方向転換し往復移動を行う第１の動作モード６０とは異なる第２の動作モード６２に移行させるものである。一定時間経過しても前方に空きが無ければ空きを見つけるまで障害物に沿って移動する動作を延長する。

第２の動作モード６２とは、障害物を検知すると乱数的に決定した進行方向に方向転換を行うランダム動作モードである。

この本体１が第２の動作モード６２に変更する動作を図６を用いて説明する。

図６は上述のような第２の動作モード６２に移行する本体１動作のフローを示したものである。制御手段５は前述のように本体１を壁と平行になる様に方向合わせをおこなった後、本体１を直進させる（図６のステップ１１）。本体１前方に障害物を第１の所定距離以内（例えば１０ｃｍ）に検知すると（ステップ１２）、一旦停止し（ステップ１３）、方向転換Ｔ１（往復移動の進行方向に９０°方向転換）を行う（ステップ１４）。

そして、横方向直進Ｔ２を開始し（ステップ１５）、前方に障害物を第１の所定距離以内（例えば１０ｃｍ）に検知するかどうかを確認しながら（ステップ１６）、第２の所定距離（本体幅約３０ｃｍ）まで直進する（ステップ１７）。

ステップ１６で横方向直進Ｔ２中に障害物を検知した場合、制御手段５は本体１を一旦停止し（ステップ２０）、位置認識手段６に記憶されている本体１の移動軌跡より、ステップ１７の方向転換の為の直進動作中に、連続で所定回数（例えば６回）以上、ステップ１６で障害物が検知されたか否かを判断する（ステップ２１）。

連続で検知されていれば、その障害物を連続で検知した往復移動での横座標（Ｘ座標）の変化が所定量（例えば３座標）よりも多いか少ないかを判断する（ステップ２２）。

横座標変化が所定よりも少なければ、同様に障害物を連続で検知した往復移動での縦座標（Ｙ座標）の変化が移動領域内での本来の直進の最大移動量（前記ｐ座標分）に対する所定の割合（この場合例えば所定の割合比率に相当する値は５座標）よりも多いか少ないかを判断する（ステップ２３）。

縦座標においても座標変化が少なければ、制御手段５は往復移動が進行せず、同じ場所で往復移動を繰り返していると判断し、その場所から本体１を脱出させるべく、前述の脱出動作６１（障害物に沿って移動する動作）に移行し、この脱出動作６１を一定時間（例えば２秒間）実行後、または空きを見つけるまで脱出動作６１を延長した後、本体１を障害物を最初に検知するまで直進させる（ステップ２４）。そしてこれ以降、前述のランダム動作である第２の動作モード６２に移行する（ステップ２５）。

一方、ステップ２１、ステップ２２及びステップ２３で条件が成立しなかった場合には、ステップ１９の方向転換Ｔ３を行い、往復移動を継続する。

つまり、図５に示す移動軌跡でＡ地点から左９０度方向転換後の横方向直進Ｔ２中に障害物を検知し、第２の所定距離（３０ｃｍ）の横移動ができない時点で、次の左９０度方向転換Ｔ３し、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ地点でも同様に第２の所定距離の横移動ができない時点で左９０度方向転換Ｔ３する状態が連続６回続き、かつ、横座標の移動量が３座標以下、かつ縦座標の最大移動量に対する所定の割合比率に相当する値は５座標以下であるので制御手段５は往復移動が進行せず、同じ場所で往復移動を繰り返していると判断し、その場所から本体１を脱出させるべく、本体１が検知した障害物に一定時間だけ沿って移動する上述の脱出動作６１を行い、前方に障害物がなくなった時点で直進させ、図５に示すＪ地点で前方に障害物を検知後、制御手段５は乱数的に決定した進行方向に方向転換を行う上述の第２の動作モード６２に移行する。

さらに制御手段５は第１の動作モード６０中において位置認識手段６に前述の往復移動が困難になった軌跡区間Ｓの座標（（４、ｐ）〜（６、ｐ−４））を記憶しており、以後、第２の動作モード６２において位置認識手段６によって認識される本体１の走行中の座標上の位置を監視し、走行中にこの軌跡区間Ｓ領域に差し掛かった際、一旦停止し、その地点で既に通過している軌跡区間Ｓ領域への方向転換を避け、それ以外の方向の中で乱数的に決定した進行方向に方向転換を行う。

また、障害物を検知して次の進行方向を乱数的に決定する際に位置認識手段６に記憶されている移動軌跡を基に既に通過している場所の方向を除外する。例えば図５の点線Ｌｋで示すように本体１が移動し座標（２，０）の地点で前方に検知した場合、その地点より右方向である既に通過している場所への方向転換を避け、それ以外の方向の中で乱数的に、例えば一点鎖線Ｌｍの方向に方向転換を行う。

以上のように、本実施の形態においては、位置認識手段６に記憶される本体１の位置座標の移動量と障害物検知頻度から判断し、同じ場所を往復移動していると判断した場合に、本体の走行動作モードを、移動領域内で方向転換し往復移動を行う第１の動作モード６０から、障害物の脱出動作６１を経て動作の異なる第２の動作モード６２に変更することで、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができるものである。

尚、本実施の形態１では位置認識手段６に記憶される本体１の方向転換時の障害物検知頻度、往復移動中の横座標移動量および往復移動中の縦座標移動量から、往復移動が進行せず同じ場所で往復移動を繰り返していると判断し、本体の走行動作モードを第１の動作モード６０から、第２の動作モード６２に変更するとしたが、これに限定されるものではなく、移動軌跡からそれまでの直進移動距離に比べ直進移動距離が少なくなった時点から、本体１の横方向の障害物の検知状態を監視し、直進移動距離が少なく、かつ本体１の側面の障害物の検知頻度が所定より多くなった時点で第２の動作モード６２に変更することで前記実施の形態１と同様な効果が得られるものである。

さらに往復移動中、制御手段５により所定時間（例えば５分間）当たりの横座標移動量を監視して予め設定された所定量（例えば５座標）より横座標の変化が小さい場合に、第２の動作モード６２に変更することでも前記実施の形態１と同様な効果が得られるものである。

さらに第２の動作モード６２において、位置認識手段６に記憶されている変更前の第１の動作モード６０の本体１の位置軌跡と、位置認識手段６が認識する本体１の現在の位置とを比較し、走行中に第１の動作モード６０で通過した場所に差し掛かった際、一旦停止し、その地点で既に第１の動作モード６０で通過した領域への方向転換を避け、それ以外の方向の中で乱数的に決定した進行方向に方向転換を行うことでも前記実施の形態１と同様な効果が得られるものである。

さらに、位置認識手段６に記憶される本体１の方向転換時の障害物検知頻度、往復移動中の横座標移動量の低下（所定量以下）および往復移動中の縦座標移動量の低下（所定量以下）の、これら３つの条件で往復移動が進行せず同じ場所で往復移動を繰り返していると判断し、本体の走行動作モードを第１の動作モード６０から、第２の動作モード６２に変更するとしたが、これらの条件が単独で成立した場合に、第２の動作モード６２に変更することで前記実施の形態１と同様な効果が得られるものである。

（実施の形態２）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。以下では、第１の実施の形態の構成、動作との相違点を中心に述べ、同一要素については同一符号を付してその構成、動作の説明を省略する。

図７は本発明の第２の実施の形態における自律走行装置のブロック図を示したものであり、図８、図９は同装置の動作フローを示し、図１０は同装置の動作を示す説明図である。

図７において、後述する部屋の一方向の直進距離よりターン回数を決定する際に、必要となる設定値を入力設定可能な設定入力手段１１が追加された以外は第１の実施の形態と同じである。

設定入力手段１１は、本体１が往復移動中行う方向転換の回数を後述する部屋の一方向の直進距離から求める際に、方向転換の回数を多、標準、少の３段階に設定する設定値を入力できるものである。

ここで部屋の一方向の長さとは本体１が往復移動で進行していく方向のことであり、部屋に対して縦方向か、横方向かは本体１を往復移動させる方向により一意的に定まる。

図１０に示すようにＰ０地点から図１０の上向きに本体１が往復移動を開始する場合は、図１０において部屋の横方向が往復移動での進行方向であるので、部屋の一方向とは図１０の横方向Ｈのことである。

以上のように構成された自律走行装置について以下、その動作、作用を説明する。

本実施の形態の自律走行装置は起動後、制御手段５は設定入力手段１１により設定された内容を確認し、設定入力手段１１による設定値から求まるターン回数決定定数を記憶する。

これは図８のフローチャートに示すように、本発明の自律走行装置の制御手段５は最初に、設定入力手段１１により設定された所要ターン回数の決定定数の多少判断を行う（ステップ３１とステップ３２）。

設定入力手段１１により設定された内容が所要ターン回数「多」であれば、図８に示すように所要ターン回数を標準より多くする様に決定定数を１．２に設定し、かつ記憶する（ステップ３３）。

その結果、制御手段５が設定する所要ターン回数は、後述の部屋の周回動作時の部屋の横方向距離から求まる回数の１．２倍となる。

そして、設定入力手段１１により設定された内容が所要ターン回数「標準」であれば、決定定数を１に設定する（ステップ３４）。

その結果、制御手段５が設定する所要ターン回数は、後述の部屋の周回動作時の部屋の横方向距離から求まる回数となる。

同様に設定入力手段１１により設定された内容が所要ターン回数「少」であれば、決定定数を０．８に設定する（ステップ３５）。

その結果、所要ターン回数は後述の部屋の周回動作時の部屋の横方向距離から求まる回数の０．８倍になる。

このように制御手段５は設定入力手段１１により設定された内容を確認し、その内容により求まる所要ターン回数の決定定数を記憶する。

次に、第１の実施の形態と同様に本体右側に存在する壁に平行となるように動作し、その後、その壁との距離を第１の所定距離（１０ｃｍ）に保ちながら前進し、本体１前方に障害物検知手段２で障害物を検知すれば、前方に検知した障害物を本体１の右側面で検知するように、その場で左９０度に方向転換を行い、再度、前方に検知した障害物に対し、第１の所定距離（１０ｃｍ）に保ちながら左方向に前進する動作を行い、続いて前方に検知した障害物に対しても上記と同様の方向転換を繰り返して行い、図１０の実線で示すように部屋である移動領域の外周を左回りに一周動作する（図９のステップ４１）。

一周動作の終了の判断は位置認識手段６の認識する本体１の位置がスタート地点（図１０の原点（０，０））に戻って来て、本体１を左回転で図１０の部屋の右側の壁に対して第１の所定距離をほぼ確保した時点で終了とする。

その後、図１０に示す位置認識手段６に記憶されている移動軌跡から部屋の横方向の距離Ｗと、本体１の第２の所定距離（３０ｃｍ）及び設定入力手段１１により設定され制御手段５に記憶されている所要１８０度反転ターン回数の決定定数から、その部屋における本体１の所要１８０度反転ターン回数を以下のように推定する（ステップ４２）。
所要１８０度反転ターン回数＝距離Ｗ／第２の所定距離×制御手段５で記憶の決定定数
そして、再度、本体１右側に存在する壁との平行合わせ（ステップ４３）を行った後、制御手段５は本体１が壁と平行になると方向検知手段３により検知している本体１の回転角度をリセットし、本体１を直進させ（ステップ４４）第１の実施の形態と同様の第１の動作モード６０を行う。

動作ステップとしては、前方に障害物を第１の所定距離以内（１０ｃｍ）に検知するまで直進し、検知すると（ステップ４５）、一旦停止し（ステップ４６）、左方向に９０°方向転換する（ステップ４７）。そして、第２の所定距離（３０ｃｍ）の直進を行って横へ移動し（ステップ４８）、さらに左方向に９０°方向転換する（ステップ４９）。

尚、ステップ４８の横移動（横方向直進Ｔ２）は第１の実施の形態と同様、第２の所定距離（３０ｃｍ）進むまでに障害物を検知すると、その地点で停止しステップ４９の方向転換（方向転換Ｔ３）を行う。

そしてステップ４７〜４９のターン動作の回数を計数（ステップ５０）し、ステップ４２で推定したターン回数内か、否かを比較する（ステップ５１）。回数内であればステップ４４に戻り、直進を再開する。

一方、ステップ４２で推定したターン回数より多くなった場合は、障害物検知時に乱数的に決定した進行方向に方向転換を行うランダム動作である第２の動作モード６２に移行する（ステップ５２）。

このように往復移動中のターン回数が障害物などで、最初に部屋の外周を左回りに一周動作した際に求めた推定ターン回数以上になると、障害物検知時に乱数的に決定した進行方向に方向転換を行う第２の動作モード６２に移行することで、本体１が繰り返し動作で往復移動が進行せず、また往復移動が終了しないことを防ぐことができるものである。

また、前記設定入力手段１１により、上記往復移動の進行困難な状況に応じてターン回数の比率を段階的（多、標準、少の３段階）設定調整できるので、より適した走行条件で往復移動の妨げを防ぐことができるものである。

尚、本実施の形態２では最初に部屋の外周を左回りに一周動作をするとしたが、これに限定されるものではなく、本体１の左側面にも光測距センサを配置し、本体１の起動後、左側に存在する壁伝いに部屋の外周を右回りに一周動作を行うようにしてもにしても構わない。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における自律走行装置について説明する。

本実施の形態では、実施の形態１、２で説明した各手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施させるものである。

プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回路を用いて配信したりすることで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以上のように、本発明にかかる自律走行装置およびこの装置を機能させるためのプログラムは、位置認識手段に記憶される本体の位置座標の移動量および障害物検知頻度から判断し、本体の走行動作モードを、移動領域内で方向転換し往復移動を行う動作モードから動作の異なる動作モードに変更することで、繰り返し動作で往復移動が進行せず、また終了しないことを改善でき、自走式掃除機や監視用ロボット、その他のロボットなどに適用できる。

本発明の実施の形態１における自律走行装置の構成を示すブロック図 同自律走行装置の障害物検知手段の詳細構成を説明する図 同自律走行装置の本体動作のフローチャート 同自律走行装置の本体動作の説明図 同自律走行装置の移動軌跡を示す図 同自律走行装置の本体動作のフローチャート 本発明の実施の形態２における自律走行装置の構成を示すブロック図 同自律走行装置の本体動作のフローチャート 同自律走行装置の本体動作のフローチャート 同自律走行装置の移動軌跡を示す図 従来の自律走行装置の本体動作を説明する図

符号の説明

１ 本体
２ 障害物検知手段
３ 方向検知手段
４ 距離認識手段
５ 制御手段
６ 位置認識手段
７ 走行手段
８ 緩衝手段
９ 駆動輪
１０ 従輪
１１ 設定入力手段
６０ 第１の動作モード（往復移動モード）
６１ 脱出動作
６２ 第２の動作モード（障害物回避動作モード）

Claims (17)

1. 障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、本体を移動走行させる走行手段と、前記障害物検知手段からの障害物情報により前記走行手段を制御して本体の進行方向を変更する制御手段とを備え、前記制御手段は、移動領域内を往復移動させるとともに往復移動方向に対して横方向に移動させる往復移動モードを有し、前記往復移動モード中に、移動領域内に置かれた障害物によって移動不能状態になったと判断すると、移動不能領域から抜け出る障害物回避動作モードに変更する自律走行装置。
2. 障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、本体を移動走行させる走行手段と、前記障害物検知手段からの障害物情報により前記走行手段を制御して本体の進行方向を変更する制御手段とを備え、前記走行手段は、移動領域内を往復移動させるとともに往復移動方向に対して横方向に移動させ、移動領域内の障害物を検知すると横方向に移動させる量が減少する往復移動モードを有し、前記往復移動モード中に、移動領域内に置かれた障害物によって横方向の移動量が減少すると移動不能状態と判断し、移動不能領域から抜け出る障害物回避動作モードに変更する自律走行装置。
3. 障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、本体の移動方向を検知する方向検知手段と、本体の移動距離を検知する距離認識手段と、本体を移動走行させる走行手段と、前記方向検知手段と前記距離認識手段の出力より本体の位置座標を算出する位置認識手段と、前記各手段の出力を受けて前記走行手段を制御する制御手段とで構成され、本体の動作開始時の走行動作が、移動領域内を方向転換し往復移動を行いながらこの往復移動方向と略直角方向に進行させる動作モードとする自律走行装置において、前記略直角方向への進行低下量に応じて、前記動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する自律走行装置。
4. 前記方向検知手段と前記距離認識手段の出力より本体の位置座標を算出し、この位置座標および前記障害物検知手段での障害物検知頻度を記憶する位置認識手段を備え、前記制御手段は、少なくとも前記位置認識手段に記憶された位置座標の移動量または障害物検知頻度のいずれか１つを前記略直角方向への進行低下量として入力し、その入力に応じて、走行動作モードを、動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する請求項３に記載の自律走行装置。
5. 制御手段は、位置座標の往復移動方向と略直角方向の移動量が所定量より低い場合に、走行動作モードを動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する請求項３または４に記載の自律走行装置。
6. 制御手段は方向転換時の直進動作中の障害物検知頻度が予め設定された所定回数以上の場合に走行動作モードを動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する請求項４に記載の自律走行装置。
7. 制御手段は、往復移動中において位置認識手段に記憶される移動領域内の最大直進移動距離に対する予め設定された所定の割合量より少ない距離の直進移動が予め設定された所定回数続いた時点で、動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する請求項３または４に記載の自律走行装置。
8. 制御手段は、往復移動中の所定時間内における位置座標の往復移動方向と略直角方向の移動量が所定量より低い場合に、動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する請求項３または４に記載の自律走行装置。
9. 制御手段は、位置座標の往復移動方向と略直角方向の進行低下量に応じ、かつ障害物検知頻度が予め設定された所定回数以上となり、かつ往復移動中において位置認識手段に記憶される移動領域内の最大直進移動距離に対する予め設定された所定の割合量より少ない距離の直進移動が所定回数続いた場合に、動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する請求項４に記載の自律走行装置。
10. 制御手段は動作開始時の動作モードから障害物回避動作モードに変更する過程において、動作開始時の動作モード終了後、予め設定された脱出動作を実行してから、動作開始時の動作モードとは異なる障害物回避動作モードへ移行する請求項３から９のいずれか１項に記載の自律走行装置。
11. 前記障害物回避動作モードは、移動中障害物を検知すると乱数的に決定した進行方向に方向転換を行う動作モードとした請求項１から１０のいずれか１項に記載の自律走行装置。
12. 障害物の有無または距離を検知する障害物検知手段と、本体の移動方向を検知する方向検知手段と、本体の移動距離を検知する距離認識手段と、本体を移動走行させる走行手段と、前記方向検知手段と前記距離認識手段の出力より本体の位置座標を算出し、この位置座標の移動量を記憶する位置認識手段と、前記各手段の出力を受けて前記走行手段を制御する制御手段とで構成され、本体の動作開始時に移動領域内の外周を一周動作した後、移動領域内を方向転換し往復移動を行いながらこの往復移動方向と略直角方向に進行する動作モードを有する自律走行装置において、前記一周動作にて前記位置認識手段に記憶された位置座標より、往復移動方向と略直角方向における移動領域の長さを算出し、この算出した移動領域の長さと本体の所定往復移動ピッチ距離より本体の推定所要ターン回数を求め、往復移動中この推定所要ターン回数以上になると、往復移動動作モードから、移動中障害物を検知すると乱数的に決定した進行方向に方向転換を行う動作モードに変更する自律走行装置。
13. 前記本体の推定所要ターン回数に対し所定の比率を乗じたターン回数で、動作モードを変更する請求項１２に記載の自律走行装置。
14. 所定比率を設定可能な設定入力手段を設けた請求項１３に記載の自律走行装置。
15. 制御手段は動作開始時の動作モードと異なる障害物回避動作モードで動作中、位置認識手段に記憶されている変更前の動作モードの本体の位置座標と動作中の本***置とを比較し、変更前の動作モードで通過した場所へは侵入しない様に本体を制御する請求項３から１１のいずれか１項に記載の自律走行装置。
16. 制御手段は動作開始時の動作モードと異なる障害物回避動作モードで動作中、位置認識手段に記憶されている変更前の動作モードの本体の位置座標と動作中の本***置とを比較し、変更前の動作モードで移動不能となった領域へは侵入しない様に移動方向を制御する請求項３から１５のいずれか１項に記載の自律走行装置。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の自律走行装置の手段の全てもしくは一部としてコンピュータに機能させるためのプログラム。

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