JP3883006B2 - ロボット掃除機の位置認識標識の検出方法及びこの検出方法を適用したロボット掃除機 - Google Patents
ロボット掃除機の位置認識標識の検出方法及びこの検出方法を適用したロボット掃除機 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラを用いて現位置を認識しつつ走行するロボット掃除機に関し、より詳しくは、カメラで撮像したイメージから位置認識標識を検出する方法及びその方法を用いるロボット掃除機に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、カメラを用いて自己の現位置を検出し、該位置情報を用いて走行しながら作業を行うロボット掃除機は、カメラで撮像できる場所に設けられた位置認識標識を備えている。位置認識標識は、通常、2つの認識標識からなり、2つの認識標識が相互離隔して作業領域の天井に設けられている。カメラは、天井に設けられた位置認識標識が撮像できるようにロボット掃除機の本体に垂直に取り付けられている。
【0003】
このようなロボット掃除機において、制御部がカメラで位置認識標識が設けられている天井を撮像したイメージから位置認識標識を検出する方法を説明すると、次の通りである。
【0004】
先ず、イメージから位置認識標識であるか否かを判断すべき対象ターゲットを抽出する。次いで、対象ターゲットの形状が位置認識標識の形状と一致するか否かを判断する。仮に、対象ターゲットの形状が位置認識標識の形状と一致すると、対象ターゲットとの間の距離が、位置認識標識をなす2つの認識標識との間の距離と一致するか否かを判断する。
【0005】
対象ターゲットとの間の距離が一致すると、対象ターゲットが、検出すべき位置認識標識であると判断する。従って、ロボット掃除機の制御部は、該対象ターゲットを基準にして直前の位置認識標識の座標と比較することでロボット掃除機の現位置を検出し、走行しながら指示された作業を行うようになる。
【0006】
しかしながら、前記のような従来のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法では、図1に示したように、作業領域の天井に人為的に設けた位置認識標識90と類似する形状の造形物91a乃至91gがある場合には、ロボット掃除機が類似する形状の造形物を位置認識標識として誤認し得るという不具合がある。仮に、位置認識標識90の検出に誤りが発生すると、ロボット掃除機が作業を行う際、エラーが発生するか、または走行エラーが発生するという不具合がある。
【0007】
従って、作業領域の天井に位置認識標識と類似する造形物がある場合にもロボット掃除機が正確に位置認識標識を検出することができる方法に対する発明が求められてきている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のロボット掃除機に関する上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、作業領域の天井に位置認識標識と類似する造形物がある場合にもロボット掃除機が正確に位置認識標識を検出することができる方法を提供することにある。
【0009】
また、本発明の他の目的は、上述した位置認識標識が検出できる方法を用いるロボット掃除機を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記のような本発明の目的は、ロボット掃除機の本体と、作業領域の天井であって相互離隔して設けられた二つの認識標識からなる位置認識標識が設けられた天井を撮像する向きで前記本体に取り付けてあるカメラと、前記カメラにより生成されたイメージと格納されている基準位置認識標識を用いて位置を認識する制御部と、前記制御部の信号に従って移動する駆動部と、を含むロボット掃除機に用いられる、前記制御部が前記イメージから前記位置認識標識を検出するロボット掃除機の位置認識標識の検出方法において、前記制御部は、位置認識標識を含む一定の領域のイメージである位置認識標識の周りのイメージを格納してあり、イメージから基準位置認識標識と比較すべき対象ターゲットを抽出するステップと;対象ターゲットの形状が基準位置認識標識の形状と一致するか否かを判断するステップと;形状が一致すると、対象ターゲットとの間の距離が基準位置認識標識との間の距離と一致するか否かを判断するステップと;距離が一致すると、対象ターゲットの周りのイメージが位置認識標識の周りのイメージと一致するか否かを判断するステップ;及び周りのイメージが一致すると、対象ターゲットを位置認識標識として設定するステップと;を含むことを特徴とするロボット掃除機の位置認識標識の検出方法を提供することにより達成される。
【0011】
ここで、位置認識標識は、相互離隔して設けられた2つの認識標識からなることを特徴とする。
【0012】
なお、2つの認識標識は、黒色の丸状をなす第1の認識標識と、第1の認識標識の直径と同じ直径を有するか、それより小径の黒色の丸状をなす第2の認識標識と、からなることが好ましい。また、2つの認識標識は、黒色の丸状をなす第1の認識標識と、黒色のドーナッツ状をなす第2の認識標識と、からなることが好ましい。
【0013】
さらに、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法において、位置認識標識は、作業領域の天井に設けられ、カメラは、走行方向に対し垂直する作業領域の天井のイメージが撮像できるようにロボット掃除機の本体に取り付けられることを特徴とする。
【0014】
ここで、位置認識標識は、相互離隔して設けられた2つの認識標識からなることが好ましい。
【0015】
本発明のまた他の側面として、前記のような本発明の目的は、外部装置と無線で通信しながら作業を行うロボット掃除機において、複数の輪体を駆動する駆動部と;位置認識標識が設けられた作業領域の天井を撮像する上方カメラ;及び上方カメラにより生成されたイメージと格納されている基準位置認識標識の形状、距離及び周りのイメージとを比較し、イメージから位置認識標識を検出することにより現位置を認識する制御部と;を含み、制御部が、現位置を用いて駆動部を駆動することにより指示された作業を行うことを特徴とするロボット掃除機を提供することにより達成される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【0017】
本発明に係る位置認識標識の検出方法を用いるロボット掃除機は、位置認識標識が設けられている場所を撮像してイメージを生成するカメラと、カメラが生成したイメージから位置認識標識を検出する制御部と、指示された命令を行うために制御部により駆動される駆動部と、を含む。なお、制御部は、位置認識標識を検出するために基準位置認識標識に関するデータを格納している。格納されている基準位置認識標識は、複数で構成された認識標識の形状、認識標識との間の距離を含む。また、制御部は、カメラで位置認識標識が設けられている場所の一定領域を撮像し、位置認識標識の周りのイメージとして格納している。位置認識標識は、カメラが撮像したイメージからロボット掃除機の現位置を認識するための基準であって、位置認識標識の移動量と移動方向が算出できる特定の形状に形成される。位置認識標識の例としては、図3A乃至図3Cに示したような2つの認識標識を所定の距離を隔てて作業領域の天井に設けることである。なお、2つの認識標識のうちの第1の認識標識90a、90a’は、黒色の丸で形成し、第2の認識標識90b、90b’は、第1の認識標識90aと同じ直径を有する黒色の丸(図3A)や、第1の認識標識90a’の直径より小径を有する黒色の丸(図3B)で形成することができる。または、第1の認識標識90a”は、黒色の丸で形成し、第2の認識標識90b”は、ドーナッツ状を有する黒色の丸で形成することができる(図3C)。このように、位置認識標識90が図1のように作業領域の天井に設けられた場合、カメラは、天井が撮像できるようにロボット掃除機の本体に走行方向に対し垂直して取り付けられる。
【0018】
前記のような構成を有するロボット掃除機が、カメラで生成したイメージから位置認識標識を検出する方法について、図2を参照しながら詳細に説明する。
【0019】
先ず、図1に示したように、カメラにより撮像したイメージから格納されている基準位置認識標識と比較すべき対象ターゲットを抽出する(S10)。なお、対象ターゲットは、図1に示したように天井のイメージと区分される造形物の画像であって、位置認識標識90とこれと類似する造形物91a乃至91gの画像を含む。
【0020】
次いで、対象ターゲットの形状が制御部に格納されている基準位置認識標識の形状と同一であるか否かを判断する(S20)。ここで、位置認識標識90が、図3Cに示したような形状である場合には、先ず、第1の認識標識90a”が黒色の丸であるか否かを判断し、次に、第2の認識標識90b”がドーナッツ状の黒色の丸であるか否かを判断する。
【0021】
対象ターゲットの形状が基準位置認識標識の形状と同一の場合には、対象ターゲットとの間の距離が基準位置認識標識の第1の認識標識90a”と第2の認識標識90b”との間の距離Lと一致するか否かを判断する(S30)。なお、距離は、中心間の距離で判断するのが好ましい(図3C参照)。
【0022】
次いで、対象ターゲットとの間の距離が基準位置認識標識との間の距離と一致する場合には、対象ターゲットの周りのイメージが位置認識標識の周りのイメージと一致するか否かを判断する(S40)。ここで、対象ターゲットの周りのイメージとは、図4に示したように対象ターゲット90’を含む一定の領域のイメージBをいう。また、位置認識標識の周りのイメージとは、図4に示したように位置認識標識90を含む一定の領域のイメージAをいう。なお、対象ターゲット90’を含む一定の領域のイメージBの面積は、位置認識標識90を含む一定の領域のイメージAのそれと同一である。そして、位置認識標識の周りのイメージAは、ロボット掃除機を設置する時、カメラを用いて位置認識標識90を撮像した後、一定の領域のイメージを位置認識標識90の周りのイメージAとして制御部に格納しておいたものである。仮に、対象ターゲットの形状及び距離が基準位置認識標識の形状及び距離と一致する場合にも対象ターゲット90’が位置認識標識でない場合には、対象ターゲットの周りのイメージBが実際に位置認識標識が設けられている場所の位置認識標識の周りのイメージAと同一の場合は生じない。従って、制御部が位置認識標識でない天井の造形物を位置認識標識として誤認するエラーは生じなくなる。また、対象ターゲットの周りのイメージBと位置認識標識の周りのイメージAとを比較する方式は、公知された画像比較方法のいずれを使用してもよい。
【0023】
対象ターゲットの周りのイメージBと位置認識標識の周りのイメージAとが一致すると、制御部は、前記対象ターゲットを位置認識標識として認識し、その座標を抽出する(S50)。次いで、制御部は、直前の位置認識標識の座標と新たに抽出した位置認識標識の座標とを比較することで現在のロボット掃除機の位置を認識する。
【0024】
以上で説明したような本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法によると、ロボット掃除機が天井の造形物を位置認識標識として誤認する問題は生じなくなる。
【0025】
図5と図6には、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法を適用したロボット掃除機の一実施の形態であって、カバーを取り外した斜視図及び機能ブロック図をそれぞれ示している。ロボット掃除機10は、本体11、吸塵部16、駆動部20、上方カメラ30、前方カメラ32、制御部40、送/受信部43、センサ部12、及び充電バッテリ50を含む。
【0026】
吸塵部16は、空気を吸込みながら対向するフロアのホコリが集塵できるように本体11上に取り付けられている。このような吸塵部16は、知られている種々の方式により構成することができる。一例として、吸塵部16は、吸込モーター(図示せず)と、吸込モーターの駆動によりフロアと対向して形成された吸込み口または吸込み管を通って吸込まれたホコリを集塵する集塵室を備える。
【0027】
駆動部20は、前方の両側に設けられた2つの輪体21a、21bと、後方の両側に設けられた輪体22a、22bと、後方の2つの輪体22a、22bをそれぞれ回動させるモーター23、24及び後方の輪体22a、22bの動力を前方の輪体21a、21bに伝達できるように設けられたタイミングベルト25とを含む。駆動部20は、制御部40の制御信号に従って各モーター23、24を独立して正方向または逆方向に回動させる。走行方向は、各モーター23、24の回転数を相違して制御することにより決められる。
【0028】
前方カメラ32は、前方のイメージが撮像できるように本体11上に取り付けられ、撮像したイメージを制御部40に出力する。
【0029】
上方カメラ30は、作業領域の天井に設けられている位置認識標識90(図4)が撮像できるように本体11上に取り付けられ、撮像したイメージを制御部40に出力する。前方カメラ32と上方カメラ30としては、一般にCCDカメラが多用される。
【0030】
センサ部12は、周りに信号を送り出し、反射されてきた信号が受信できるように本体11の週面部に沿って所定の間隔を隔てて配設されている障害物検出センサ14と、走行距離が測定できる走行距離検出センサ13とを備える。
【0031】
障害物検出センサ14は、赤外線を出射する赤外線発光素子14aと、反射されてきた光を受信する受光素子14bとが垂直状に対をなして本体11の外周面に沿って多数配設されている。また他には、障害物検出センサ14として、超音波を出射し、反射されてきた超音波を受信することで障害物が検出できるようになっている超音波センサを適用することもできる。障害物検出センサ14は、障害物または壁との距離を測定するにも用いられる。
【0032】
走行距離検出センサ13としては、輪体21a、21b、22a、22bの回転数を検出する回転検出センサを適用することができる。例えば、回転検出センサとしては、モーター23、24の回転数を検出すべく設けられたエンコーダーを適用することができる。
【0033】
送/受信部43は、送信すべきデータをアンテナ42を通じて送出し、アンテナ42を通じて受信した信号を制御部40に伝送する。
【0034】
充電バッテリ50は、本体11上に取り付けられ、ロボット掃除機10のモーター23、24や制御部40等の動作に必要な電源を供給する。
【0035】
制御部40は、送/受信部43を通じて受信した信号を処理し、各要素を制御する。本体11上に機器の機能設定を操作するための多数のキーが設けられたキー入力装置(図示せず)が更に備えられた場合、制御部40は、キー入力装置から入力されたキー信号を処理する。
【0036】
制御部40は、上方カメラ30により撮像したイメージから位置認識のための基準として用いるために作業領域の天井に設けておいた位置認識標識90(図4)を検出し、その座標を求める。その後、引き続き上方カメラ30で撮像したイメージから位置認識標識90の移動方向及び移動距離を求めることでロボット掃除機10の現位置を算出する。また、制御部40は、このようにして求めた現位置の情報を用いて目的とする作業を行うように駆動部20等の各要素を制御する。
【0037】
制御部40が上方カメラ30により撮像したイメージから位置認識標識90が検出できるようにするための基準位置認識標識に対する基本的なイメージ情報は、制御部40の記憶装置41に格納されている。
【0038】
制御部40がロボット掃除機10の現位置を認識する方法を説明すると、次の通りである。先ず、制御部40は、上方カメラ30で作業領域の天井を撮像することで上方イメージを生成する。その後、上方イメージと記憶装置41に格納されている基準位置認識標識とを対比し、上方イメージから位置認識標識90を検出する。
【0039】
ここで、制御部40が上方カメラから位置認識標識90を検出する方法を詳細に説明すると、次の通りである。先ず、制御部40は、上方イメージから基準位置認識標識と対比すべき対象ターゲットを抽出する。その後、制御部40は、対象ターゲットが基準位置認識標識の形状と同一であるか否かを判断する。形状が同一であると、制御部40は、対象ターゲットとの間の距離が基準位置認識標識との間の距離と一致するか否かを判断する。距離が一致すると、制御部40は、再び対象ターゲットの周りのイメージBが位置認識標識の周りのイメージAと一致するか否かを判断する。仮に、周りのイメージまで一致すると、制御部40は該対象ターゲットを位置認識標識90として認識する。制御部40が上方イメージから位置認識標識90を検出する時、位置認識標識の周りのイメージAまで比較するため、制御部40が上方イメージ内にある天井の他の造形物を位置認識標識90として誤認するということは生じない。
【0040】
制御部40は、前記のような過程を通じて上方イメージから位置認識標識90を検出した後、該検出された位置認識標識90の座標及び方向を求める。その後、駆動部20を用いてロボット掃除機10を移動させた後、再び上方カメラ30で天井を撮像して新たな上方イメージを生成し、該新たな上方イメージから位置認識標識90を検出して位置認識標識90の座標及び方向を求める。次いで、位置認識標識90の座標及び方向の変動量を算出すると、制御部40は、ロボット掃除機10の現位置が認識できるようになる。このように制御部40が現位置を認識することができるため、ロボット掃除機10は、作業領域内で指示された所定の作業を行うことができるようになる。
【0041】
以上で説明したように、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法によると、ロボット掃除機は、作業領域の天井に位置認識標識と類似する造形物がある場合にもカメラで撮像したイメージから正確に位置認識標識を検出することができるようになる。従って、位置認識標識の認識エラーにより作業を行う際のエラーや走行エラーが生じない。
【0042】
以上、添付図面を参照しながら本発明のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法及びこの検出方法を適用したロボット掃除機の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変形例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的思想に属するものである。
【0043】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法によると、ロボット掃除機は、作業領域の天井に位置認識標識と類似する造形物がある場合にも、正確に位置認識標識を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ロボット掃除機に取り付けられた上方カメラで撮像した天井のイメージを示す図である。
【図2】本発明に係るロボット掃除機の位置認識標識の検出方法を示すフローチャートである。
【図3A】図2のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法の対象となる位置認識標識の実施の形態を示す図である。
【図3B】図2のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法の対象となる位置認識標識の実施の形態を示す図である。
【図3C】図2のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法の対象となる位置認識標識の実施の形態を示す図である。
【図4】図2のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法に用いられる位置認識標識の周りのイメージを示す図である。
【図5】図2のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法を用いるロボット掃除機の一例を示す斜視図である。
【図6】図5のロボット掃除機の機能ブロック図である。
【符号の説明】
10 ロボット掃除機
12 センサ部
16 吸塵部
20 駆動部
30 上方カメラ
32 前方カメラ
40 制御部
41 記憶装置
90 位置認識標識
90’ 対象ターゲット
90a、90a’、90a” 第1の認識標識
90b、90b’、90b” 第2の認識標識
91a、91b、91c、91d、91e、91f、91g 位置認識標識と類似する造形物
Claims (6)
- ロボット掃除機の本体と、作業領域の天井であって相互離隔して設けられた二つの認識標識からなる位置認識標識が設けられた天井を撮像する向きで前記本体に取り付けてあるカメラと、前記カメラにより生成されたイメージと格納されている基準位置認識標識を用いて位置を認識する制御部と、前記制御部の信号に従って移動する駆動部と、を含むロボット掃除機に用いられる、前記制御部が前記イメージから前記位置認識標識を検出するロボット掃除機の位置認識標識の検出方法において、
前記制御部は、位置認識標識を含む一定の領域のイメージである位置認識標識の周りのイメージを格納してあり、
前記イメージから前記基準位置認識標識と比較すべき対象ターゲットを抽出するステップと;
前記対象ターゲットの形状が前記基準位置認識標識の形状と一致するか否かを判断するステップと;
前記形状が一致すると、前記対象ターゲットとの間の距離が前記基準位置認識標識との間の距離と一致するか否かを判断するステップと;
前記距離が一致すると、前記対象ターゲットの周りのイメージが前記位置認識標識の周りのイメージと一致するか否かを判断するステップ;及び
前記周りのイメージが一致すると、前記対象ターゲットを位置認識標識として設定するステップとを含むことを特徴とするロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。 - 前記2つの認識標識が、黒色の丸状をなす第1の認識標識と、前記第1の認識標識の直径と同じ直径を有するか、それより小径の黒色の丸状をなす第2の認識標識と、からなることを特徴とする請求項1記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
- 前記2つの認識標識が、黒色の丸状をなす第1の認識標識と、黒色のドーナッツ状をなす第2の認識標識と、からなることを特徴とする請求項1記載のロボット掃除機の位置認識標識の検出方法。
- 外部装置と無線で通信しながら作業を行うロボット掃除機において、
ロボット掃除機の本体と、
前記本体に取り付けてある複数の輪体を駆動する駆動部と;
作業領域の天井であって相互離隔して設けられた二つの認識標識からなる位置認識標識が設けられた天井を撮像する向きで前記本体に取り付けてある上方カメラ;及び
位置認識標識を含む一定の領域のイメージである位置認識標識の周りのイメージを格納しており、前記上方カメラにより生成されたイメージと格納されている基準位置認識標識の形状、距離及び周りのイメージとを比較し、前記イメージから前記位置認識標識を検出することにより現位置を認識する制御部と;を含み、
前記制御部が、現位置を用いて前記駆動部を駆動することにより指示された作業を行うことを特徴とするロボット掃除機。 - 前記2つの認識標識が、黒色の丸状をなす第1の認識標識と、前記第1の認識標識の直径と同じ直径を有するか、それより小径の黒色の丸状をなす第2の認識標識と、からなることを特徴とする請求項4記載のロボット掃除機。
- 前記2つの認識標識が、黒色の丸状をなす第1の認識標識と、黒色のドーナッツ状をなす第2の認識標識と、からなることを特徴とする請求項4記載のロボット掃除機。
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