JP3931679B2 - 移動ロボット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の領域内を自動的に移動走行する移動ロボットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、移動手段やセンサ類および移動制御手段を付加して自動的に移動を行う、いわゆる自立誘導型の移動ロボットが開発されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の移動ロボットでは終了判定に時間を用いていたために、領域の走行が終わっているにもかかわらず走行が続けられていたり、まだ走行していない領域が残っているにもかかわらず走行が終了してしまったりして、効率的に作業されているとは言い難かった。
【0004】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複雑な制御を行うことなく効率よく作業を行う移動ロボットを提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の移動作業ロボットは、本体を移動させる走行手段および移動方向転換手段と、前記本体周囲の障害物を検知することにより領域の境界を検知する境界検知手段と、前記走行手段および移動方向転換手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、前記領域で前記本体の直進、反転を繰り返して往復走行させながら、前記往復走行する方向と略直角の方向に前記本体を所定幅分Wずつ移動させ、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域の境界を、少なくとも2回連続して検知した場合に、移動を終了すると共に、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を第1回目に検知した後は、方向転換して反転走行し、この反転走行中に前記境界検知手段が、前記本体側方に障害物が有るか無いかを検知し、検知しなくなった場合、前記第1回目の前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を検知したことをクリアし、障害物を検知しなくなった方向へ、略90度回転して前記所定幅分Wよりも小さい所定幅分W1を移動後、前記所定幅分W1移動前までに走行していた方向に向かって 引き続き走行するようにしたものである。
【0006】
これによって、簡単な構成で複雑な移動制御を行うことなく、領域の境界を検知できるので、領域内を効率よく移動走行を行う移動ロボットが実現できる。
【0007】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明は、本体を移動させる走行手段および移動方向転換手段と、前記本体周囲の障害物を検知することにより領域の境界を検知する境界検知手段と、前記走行手段および移動方向転換手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、前記領域で前記本体の直進、反転を繰り返して往復走行させながら、前記往復走行する方向と略直角の方向に前記本体を所定幅分Wずつ移動させ、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域の境界を、少なくとも2回連続して検知した場合に、移動を終了すると共に、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を第1回目に検知した後は、方向転換して反転走行し、この反転走行中に前記境界検知手段が、前記本体側方に障害物が有るか無いかを検知し、検知しなくなった場合、前記第1回目の前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を検知したことをクリアし、障害物を検知しなくなった方向へ、略90度回転して前記所定幅分Wよりも小さい所定幅分W1を移動後、前記所定幅分W1移動前までに走行していた方向に向かって引き続き走行する移動ロボットとすることにより、簡単な構成で複雑な移動制御を行うことなく、領域の境界を検知できるので、領域内を効率よく移動、走行することが出来る。また、所定距離Wよりも小さい所定距離W1だけ移動するようにすれば、側方の障害物の境界が鋭角に折れ曲がっているときなどに、未清掃領域の面積が小さくなり、走行及び清掃領域がより広がり、障害物の形状に関係なく、領域内を効率よく移動、走行することが出来る。
【0008】
請求項2に記載の発明は、特に、請求項1に記載の本体が、領域内を移動中に、塵埃収集等の作業を行うこととしたことにより、移動、走行中に作業も行うことが出来るようになり、使用勝手が良くなるものである。
【0009】
【実施例】
以下本発明の実施例を自走式掃除機に応用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。
【0010】
(実施例1)
図1は、本発明の第1の実施例における自走式掃除機の全体図を、図2は同、ブロック図を示すものである。図1において、1は移動しながら清掃を行う自走式掃除機の本体で、清掃領域を移動する。2,3は左右の駆動モータ(移動方向転換手段)で、それぞれの出力軸は左右の走行輪(走行手段)4,5を駆動する。この左駆動モータ2と右駆動モータ3を独立に回転制御することにより本体1を移動させるもので、移動方向転換手段を兼ねている。6は各種入力に応じて左右の駆動モータ2,3を制御し、本体1の移動制御を行う移動制御手段で、マイクロコンピュータおよびその他の制御回路からなる。7は境界検知手段で、本体の前方および側方の障害物までの距離を光センサ等により検知、認識し、領域の境界を検知するようになっている。8は方向認識手段で、本体の向いている方向をジャイロ等により認識するようになっている。9は床面を掃除する清掃ノズルで、ファンモータ10で発生させた真空圧によりゴミを吸引する。11は電池などからなる電源で、本体1内に電力を供給する。
【0011】
上記構成による本体1の走行動作について、図3を用いて説明する。まず開始点A1から開始し、左右の駆動モータ2,3を駆動して前進する。障害物を認識し、境界を検知した地点B1で左方向に90°移動方向へ転換し、所定距離Wだけ前進した後、再び左方向へ90°移動方向を転換して前進する。障害物を認識し、境界を検知した地点C1で今度は右方向へ90°移動方向を転換して所定距離wだけ前進し、再び右方向へ90°移動方向を転換して前進する。このように反転を繰り返して往路と復路の間隔が所定幅になるように前記本体1を移動させる。このとき地点D1のように、本体の前方と側方とに領域の境界を検知して移動方向を転換しても前進できないときは、さらに方向を転換して、今まで前進してきた経路d1を今度は逆方向に前進する。そして、地点E1で本体の前方と側方とに障害物を認識し、境界を検知して、再び移動方向を転換しても前進できないときは、それ以上前進できないような領域の境界を、本体の前方と側方とに連続して2回以上検知したとして、清掃領域が終了したと判断して掃除を終了させる。従って、図4に示すような清掃領域を開始点A2から開始した場合、D2地点で移動方向を転換しても前進できなくなるが、経路d2を逆方向に前進してE2地点へ達することによって前進することが可能となり、未清掃領域を生じさせることなく清掃作業を終了させることが出来る。
【0012】
また、それ以上前進できないような領域の境界を、本体の前方と側方とに1回検知し、その後連続して再度、それ以上前進できないような領域の境界を、本体の前方と側方とに検知するまでに、前進可能な領域の境界を検知したときは、それ以上前進できないような領域の境界を、本体の前方と側方とに検知したことをリセットするようにして、安定した領域内の走行および作業を確保しているものである。
【0013】
なお、所定距離Wは予め最適な値を実験的に決定するものである。
【0014】
以下、図5を用いて移動制御手段6での走行制御アルゴリズムの一例を示す。
【0015】
ステップ1において、左右の駆動モータ2,3を駆動して本体1を前進させる。ステップ2において、境界検知手段7の入力を見て本体1の前方に障害物があるかどうかを判断し、障害物があればステップ3に進み、障害物がなければステップ1に戻る。ステップ3において、左右の駆動モータ2,3を停止して本体1を停止させる。ステップ4において、境界検知手段7の入力を見て進行方向側に障害物があるかどうかを判断し、障害物がなければステップ5へ進み、障害物があればステップ9へ進む。ステップ5において、側面フラグをクリアする。
【0016】
ステップ6において、本体1を進行方向側へ90°回転させる。ステップ7において、本体1を所定距離wだけ前進させる。ステップ8において、本体1をステップ6の時と同じ方向へ90°回転させた後、ステップ1へ戻る。ステップ9において、側面フラグがセットされているかどうかを判断し、セットされていなければステップ10へ進み、側面フラグがセットされていれば終了する。ステップ10において、側面フラグをセットし、ステップ6へ進む。
【0017】
なお、以上の説明では所定幅Wの移動を含んだ往復運動をしているが、前進と反転のみで構成されるジグザグ運動で、反転の際に回転半径の2倍の距離を横方向に移動しても、同様の効果が得られる。この場合回転の回数が少なくて済むため効率の点で有効である。
【0018】
また、本実施例の境界検知手段が領域の境界を指定する磁気テープ(境界指定手段)を認識して、境界が有ることを検知するようにしても、同様の効果が得られる。この場合、必ずしも清掃領域が閉じた空間である必要がないため、清掃可能領域を広げることが出来る。なお、障害物または境界指定手段のいずれか1つを認識して、境界が有ることを検知しても、もちろん問題ないものである。
【0019】
さらに、本実施例の境界検知手段が、段差を認識して、境界が有ることを検知するようにしても、同様の効果が得られる。この場合、清掃可能領域を広げることが出来、また段差に対して処理を施す必要がないため効率の点で有効である。なお、障害物または境界指定手段または段差のいずれか1つを認識して、境界が有ることを検知しても、もちろん問題ないものである。
【0020】
(実施例2)
図6に示すような凸状の清掃領域を開始点A3から開始した場合、やり残しを生じさせることなく作業を終了することが出来るが、図7に示す開始点A4から開始した場合はE4地点で掃除が終了するため斜線部分のやり残しが生じることになり、部屋の形状によっては開始点を考慮する必要があった。
【0021】
上記課題を解決するための本体1の走行動作について、図8を用いて説明する。まず開始点A5から開始し、実施例1と同様に前進と回転を繰り返す。このとき地点D5のように移動方向を転換しても前進できない領域の境界を、境界検知手段が本体の前方と側方とに(第1回目として)検知したときは、さらに方向を転換して経路d5の逆方向、すなわちe5方向へ転換し、前進する。この時本体1の進行方向側の側面(この場合は本体左側)をチェックし、障害物を検知しなくなる地点E5へ達したら移動方向を障害物を検知しなくなった方向へ転換して所定距離Wだけ前進する。以後、同様に回転と前進を繰り返すと再び移動方向を転換しても前進できない地点F5に達するので、経路f5を逆方向に前進する。この時も進行方向側の側面をチェックしながら前進するが、障害物を検知した地点G5で移動方向を転換しても前進できないので、地点F5とG5とにおいて、前進できない領域の境界を、境界検知手段が本体の前方と側方とに連続して2回検知したとして、清掃領域が終了したと判断し、掃除を終了させる。
【0022】
なお所定距離Wは予め最適な値を実験的に決定するものである。
【0023】
以下、図9を用いて移動制御手段6での走行制御アルゴリズムの一例を示す。
【0024】
ステップ11において、左右の駆動モータ2,3を駆動して本体1を前進させる。ステップ12において、側面フラグがセットされているかどうかを判断し、セットされていればステップ13へ進み、セットされていなければステップ18へ進む。ステップ13において、進行方向側の側面が存在するかどうかを判断し、側面が存在しなければステップ14へ進み、存在すればステップ18へ進む。ステップ14において、側面フラグをクリアにする。ステップ15において、移動方向を進行方向側へ90°回転させる。ステップ16において、本体1を所定距離wだけ前進させる。
【0025】
ステップ17において、ステップ15の時とは反対方向へ90°回転させる。ステップ18において、障害物検知手段7の入力を見て本体1の前方に障害物があるかどうかを判断し、障害物があればステップ19に進み、障害物がなければステップ11に戻る。ステップ19において、左右の駆動モータ2,3を停止して本体1を停止させる。ステップ20において、障害物検知手段7の入力を見て進行方向側に障害物があるかどうかを判断し、障害物がなければステップ21へ進み、障害物があればステップ25へ進む。ステップ21において、側面フラグをクリアする。ステップ22において、本体1を進行方向側へ90°回転させる。
【0026】
ステップ23において、本体1を所定距離wだけ前進させる。ステップ24において、本体1をステップ22の時と同じ方向へ90°回転させた後、ステップ11へ戻る。ステップ25において、側面フラグがセットされているかどうかを判断し、セットされていなければステップ26へ進み、側面フラグがセットされていれば終了する。ステップ26において、側面フラグをセットし、ステップ22へ進む。
【0027】
尚上記説明では、障害物を認識しなくなり、側方に境界が無いと検知しなくなる地点E5へ達したら移動方向を障害物を検知しなくなった側方方向へ転換して、それまでと同様に所定距離Wだけ前進するようにしているが、図10に示すように、Wよりも小さい所定距離W1だけ、前進するようにしても良い。このようにすれば、境界(障害物)が鋭角に折れ曲がっているときなど、図10に示す未清掃領域Sの面積が小さくなり、走行及び清掃領域がより広がるものである。
【0028】
また、上記説明では、障害物を認識しなくなり、側方に境界が無いと検知しなくなる地点E5へ達したら移動方向を障害物を検知しなくなった側方方向へ転換する際、本体の回転角度がほほ90度になるようにしているが、図11に示すように障害物(領域)と本体1とが平行となるように回転して、障害物(領域)に沿って走行しても良い。このようにすれば、障害物(領域)の形状に関係なく最適な走行が実現でき、回転角度が90°であるときと比べてより作業領域の形状に即した動作が可能となり、斜線部分のやり残しが生じないため、効率の点で有効である。
【0029】
また、実施例1、2において自走式掃除機を例に説明したが、作業としては、掃除機に限られるものではなく、清掃等何でもかまわないものである。
【0030】
【発明の効果】
以上のように、請求項1〜2に記載の発明によれば、簡単な構成で複雑な移動制御を行うことなく、自動的に効率よく領域内を移動、走行することが出来る。また、領域の形状に関係なく効率よく移動、走行することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1における移動ロボットの構造を示す斜視図
【図2】 同、移動ロボットのブロック図
【図3】 同、移動ロボットの移動制御の動作説明図
【図4】 同、移動ロボットの他の移動制御の動作説明図
【図5】 同、移動ロボットの移動制御手段の処理内容を示すフローチャート
【図6】 本発明の実施例2における移動ロボットの移動制御の動作説明図
【図7】 同、移動ロボットの他の移動制御の動作説明図
【図8】 同、移動ロボットの他の移動制御の動作説明図
【図9】 同、移動ロボットの移動制御手段の処理内容を示すフローチャート
【図10】 同、移動ロボットの進行方向へ移動時の回転動作説明図
【図11】 同、移動ロボットの進行方向へ移動時の他の回転動作説明図
【符号の説明】
1 本体
2、3 駆動モータ(移動方向転換手段)
4、5 走行輪(走行手段)
6 移動制御手段
7 境界検知手段
8 方向認識手段
9 清掃ノズル
10 ファンモータ
11 電源
Claims (2)
- 本体を移動させる走行手段および移動方向転換手段と、前記本体周囲の障害物を検知することにより領域の境界を検知する境界検知手段と、前記走行手段および移動方向転換手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、前記領域で前記本体の直進、反転を繰り返して往復走行させながら、前記往復走行する方向と略直角の方向に前記本体を所定幅分Wずつ移動させ、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域の境界を、少なくとも2回連続して検知した場合に、移動を終了すると共に、前記境界検知手段が、前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を第1回目に検知した後は、方向転換して反転走行し、この反転走行中に前記境界検知手段が、前記本体側方に障害物が有るか無いかを検知し、検知しなくなった場合、前記第1回目の前記本体の前方と側方とにそれ以上前進できないような領域を検知したことをクリアし、障害物を検知しなくなった方向へ、略90度回転して前記所定幅分Wよりも小さい所定幅分W1を移動後、前記所定幅分W1移動前までに走行していた方向に向かって引き続き走行する移動ロボット。
- 本体が領域内を移動中に、塵埃収集等の作業を行うこととした請求項1に記載の移動ロボット。
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