JP3936356B2 - 移動ロボットの位置補正装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動ロボットに係るもので、詳しくは、移動ロボットの位置補正装置及びその方法に関するものである。

一般に、移動ロボット、特にロボット掃除機は、使用者の操作がなくても、家庭の部屋(例えば、居間、奥の間など)の床面を自ら移動しながら底面から埃などの異物質を吸入することで、掃除すべき区域を自動に掃除する機器をいう。

このロボット掃除機は、距離センサにより掃除区域内の家具、事務用品、壁などの障害物までの距離を判別し、判別された距離によって、ロボット掃除機自身の左側及び右側の車輪を駆動するためのモータを選択的に駆動させることで、自ら方向を転換して掃除区域を掃除する。ここで、ロボット掃除機は、内部保存装置に保存されたマップ情報を通して掃除領域を走行しながら掃除作業を行う。

以下、マップ情報を生成するためのマッピング動作を説明する。

まず、ロボット掃除機は、作業空間の側面(例えば、家庭の居間の壁際)に沿って移動して、ロボット掃除機自身と壁に装着された充電台との距離及び方向を演算し、その演算された距離値及び方向値に基づいて、ロボット掃除機自身の位置を判断しながら作業空間をスキャンする。ここで、ロボット掃除機は、ロボット掃除機自身の現在位置をその車輪に装着されたエンコーダを利用して検出する。

ロボット掃除機は、ロボット掃除機自身と充電台との間に障害物が存在するかどうかを判断し、障害物がない場合、充電台と信号を送/受信して作業空間をスキャンする。その反面、ロボット掃除機と充電台との間に障害物がある場合、ロボット掃除機は、障害物のある空間を除いた他の作業空間をスキャンする、即ち、充電台と信号を送/受信しながら障害物のないその他の作業空間をスキャンする。

一方、従来のロボット掃除機の他の位置検出方法は、作業領域(例えば、家庭の居間の壁際)に所定間隔を持たせて同一形状のステッカや反射板を装着し、ロボット掃除機がCCDカメラによりステッカや反射板を認識することで、車輪の滑りや空回転により発生した誤差を補正してロボット掃除機自身と充電台との間の距離を認識する。

尚、従来のロボット掃除機に対する技術は、米国で特許登録された"５,４４０,２１６"号、"５,６４６,４９４"号にも記載されている。

しかしながら、従来のエンコーダを利用するロボット掃除機の位置検出方法は、ロボット掃除機の現在位置を車輪に装着されたエンコーダを利用して探索するため、車輪の滑りや空回転により誤差が発生するという問題点があった。

一方、従来のステッカまたは反射板を利用するロボット掃除機の位置検出方法は、掃除作業領域の照明の明るさが変わるか、またはステッカや反射板と類似した形状の事物が認識されると、これらをステッカや反射板として誤認識してしまい、却って距離誤差が累積されるという問題点があった。

また、照明の明るさが臨界値より低くなるか高くなると、CCDカメラを通してステッカまたは反射板を認識できないため、ロボット掃除機が自身の位置を確認できないという問題点もあった。

また、ロボット掃除機にCCDカメラを装着すべきであるため、ロボット掃除機の製造原価が増加するという問題点もあった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、掃除領域の予め定められた位置を知らせる位置信号を受信し、その受信された位置信号に対応する予め保存された位置情報に基づいて移動ロボットの現在位置情報を補正することで、移動ロボットの走行時に発生する位置誤差を正確に補正できる移動ロボットの位置補正装置及びその方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る移動ロボットの位置補正装置は、特定領域の予め定められた位置に装着されて、予め定められた位置を知らせるための位置信号を発生する位置知らせ手段と、移動ロボットの予め定められた位置に装着されて、位置信号を検出する位置信号検出手段と、移動ロボットの予め定められた位置に装着されて、検出された位置信号に対応する予め保存された位置情報に基づいて、移動ロボットの位置を補正する制御手段と、から構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る移動ロボットの位置補正方法は、特定領域の予め定められた位置を知らせるための位置信号を発生する段階と、位置信号を検出する段階と、検出された位置信号に対応する予め保存された位置情報に基づいて、移動ロボットの位置を補正する段階と、から構成されることを特徴とする。

本発明に係る移動ロボットの位置補正装置及びその方法は、掃除領域の予め定められた位置に多数の永久磁石をバイナリパターンで装着し、永久磁石から発生する磁界に基づいて予め定められた位置を認識及び区別することで、移動ロボットの走行時に発生する位置誤差を補正できるという効果がある。

即ち、本発明は、予め定められた位置を認識することで、移動ロボットの車輪の滑りや空回転により発生する位置誤差(累積される位置誤差)を正確に補正できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る移動ロボット２０の位置補正装置の構成を示した概略図である。

図１に示したように、本発明に係る移動ロボット２０の位置補正装置は、掃除領域(例えば、居間、部屋、事務室)３０などの特定領域の予め定められた位置に設けられて、予め定められた位置を知らせるための位置信号を発生する少なくとも一つ以上の位置知らせ部１〜５と、移動ロボット２０の予め定められた位置に装着されて、位置信号を検出する位置信号検出部１０と、移動ロボット２０の予め定められた位置に装着されて、検出された位置信号に対応する予め保存された位置情報に基づいて、移動ロボット２０の走行時に発生する位置誤差を補正する制御部(図示せず)と、を含んで構成されている。

掃除領域３０は壁２１に囲まれており、充電台２２、テーブル２３、寝台２４が置かれている。

以下、本発明に係る移動ロボット２０の位置補正装置の動作を、図２及び図３に基づいて説明する。

図２は、本発明に係る位置知らせ部１〜５及び位置信号検出部１０を詳細に示した構成図である。

図２に示したように、位置知らせ部(例えば、第１位置知らせ部１)は、壁２１の上に設けられる磁石固定台１１と、磁石固定台１１に装着される一つ以上の永久磁石１２とから構成される。ここで、永久磁石１２は、磁石固定台１１の上の磁石取付可能位置１４(この例では７箇所)に一つまたは複数個装着することができる。そして、どの磁石取付可能位置１４に永久磁石１２を配置するかによって、最大７桁のバイナリ値に対応する磁界を発生するバイナリパターンを構成できる。例えば、位置知らせ部が第１位置知らせ部１で、第１位置知らせ部１の位置信号であるバイナリ値が"０１０"で、磁石固定台１１(例えば、第１〜第７位置)に７個の永久磁石を一定に装着できると仮定するとき、永久磁石１２は、磁石固定台１１の第２位置のみに装着され、残りの位置(第１、第３〜第７位置)には装着されない。

位置信号検出部１０は、一つ以上の永久磁石１２から発生する磁界を検出し、検出された磁界を電気的な信号("１"または"０")に変換して出力する複数個の磁気センサ１３(例えば、７個)により構成される。ここで、磁界を検出した磁気センサ１３は"１"値を出力し、磁界を検出しなかった磁気センサ１３は"０"値を出力する。また、各磁気センサ１３は、第１〜第７位置に対応して移動ロボットに装着される。即ち、電気的な信号("１"と"０")は、制御部によりバイナリ値に変換される。

図３は、本発明に係る移動ロボット２０(図１参照)の位置補正方法を示したフローチャートである。

図３に示したように、本発明に係る移動ロボット２０の位置補正方法は、特定領域の予め定められた位置を知らせる位置信号を発生する段階と、移動ロボット２０を予め設定されたマップ情報に基づいて特定領域で走行させながら、位置信号を検出する段階と、検出された位置信号と予め保存された位置信号とを比較し、この比較結果に基づいて移動ロボット２０の現在位置誤差を補正する段階と、から構成される。

まず、位置知らせ部１〜５は、掃除領域(例えば、居間、部屋、事務室など)３０の特定領域の予め定められた位置(例えば、壁２１)に装着されて、予め定められた位置を知らせる位置信号を発生する。ここで、各位置知らせ部は、磁石固定台１１と、磁石固定台１１に所定間隔を有して固定装着された少なくとも一つ以上の永久磁石１２とから構成される。また、永久磁石１２は、予め定められた多数の位置を互いに区別させるために、バイナリパターンで磁石固定台１１に装着される。例えば、永久磁石１２をバイナリパターンで磁石固定台１１に装着すると、永久磁石１２は、バイナリ値に対応する磁界を発生する。従って、位置知らせ部(例えば、第１位置知らせ部１)は、予め定められた位置(例えば、第１位置知らせ部１の位置)を知らせて、他の予め定められた位置(例えば、第２〜第５位置知らせ部２〜５)と区別するための、磁界に対応するバイナリ値である固有IDを制御部８に対して出力する。このとき、制御部は、固有IDに基づいて予め定められた位置を認識及び区別することができる(S１)。固有IDは、位置信号を意味している。

また、位置知らせ部１〜５は壁面に装着される。ここで、位置知らせ部(第１〜第５位置知らせ部)は、移動ロボット２０が容易に位置知らせ部(第１〜第５位置知らせ部中いずれか一つ)の位置を探索できるように、二つの壁の境目におけるいずれか一方の壁に装着されることが好ましい。

その後、位置信号検出部１０は、移動ロボット２０が使用者の命令により予め設定されたマップ情報に従って掃除領域を走行するとき(S２)、位置信号(固有ID)を検出し、検出された位置信号を制御部８に出力する(S３)。ここで、位置信号検出部１０としては、磁気センサ１３を使用することが好ましい。位置信号検出部１０に複数個装着された各磁気センサ１３は、位置知らせ部１〜５に含まれた永久磁石１２から発生する磁界を検出し、検出された磁界を電気的な信号に変換し、電気的な信号を制御部８に出力する。ここで、磁気センサ１３は、永久磁石１２から発生する磁界を検出できるように、永久磁石１２と対応して移動ロボット２０に装着される。

制御部８は、検出された位置信号と予め保存された位置信号とを比較し、検出された位置信号と予め内部保存部９に保存された位置信号とが一致すると、一致した予め保存された位置信号に対応する予め保存された位置情報に基づいて、移動ロボット２０の現在位置誤差を補正する。例えば、制御部８は、電気的な信号をバイナリ値に変換し、変換されたバイナリ値(位置信号)と予め保存された各バイナリ値(予め保存された位置信号)とを比較し、変換されたバイナリ値(位置信号)が予め保存されたバイナリ値中いずれか一つと一致すると(S４)、その一致する予め保存されたバイナリ値に対応する位置情報(例えば、第１位置知らせ部１の位置情報)に基づいて、移動ロボット２０の現在位置を補正する(S５)。即ち、移動ロボット２０の制御部８は、補正された位置情報を予め設定されたマップ情報に適用させることで、従来のように、移動ロボット２０を特定領域で走行させる。ここで、第１〜第５位置知らせ部の位置情報は、保存部９に予め保存され、保存部９は、制御部８に接続又は装着される。

一方、移動ロボット２０の制御部８は、移動ロボット２０の位置誤差を補正するための予め定められた時間が経過する時ごとに、予め設定されたマップ情報に基づいて最も近い位置知らせ部を選択し、移動ロボット２０を壁際に沿って移動させて、移動ロボット２０が選択された位置知らせ部に接近したとき、選択された位置知らせ部１〜５から発生する位置信号を受信して移動ロボット２０の位置誤差を補正する。ここで、位置知らせ部から発生する位置信号(磁界)を正確に検出するために、位置知らせ部に近接するとき、移動ロボット２０の速度を減速させることが好ましい。

本発明に係る移動ロボットの位置補正装置の構成を示した概略図である。 本発明に係る位置知らせ部及び位置信号検出部を詳細に示した構成図である。 本発明に係る移動ロボットの位置補正方法を示したフローチャートである。

符号の説明

１〜５ 第１〜第５位置知らせ部
８ 制御部
１０ 位置信号検出部
１１ 磁石固定台
１２ 永久磁石
１３ 磁気センサ
２０ 移動ロボット
３０ 掃除領域

Claims (2)

1. 壁に囲まれた特定領域の、壁際の予め定められた位置に装着されて、前記予め定められた位置を知らせるための位置信号を発生する位置知らせ手段と、移動ロボットの予め定められた位置に装着されて、前記位置信号を検出する位置信号検出手段と、前記移動ロボットの予め定められた位置に装着されて、前記検出された位置信号に対応する予め保存された位置情報に基づいて前記移動ロボットの位置を補正する制御手段と、を含む移動ロボットの位置補正装置であって、
   前記位置知らせ手段は、複数の磁石を床面に対して垂直方向に固定可能な磁石固定手段と、前記磁石固定手段に少なくとも１つの磁石が、前記予め定められた位置を認識及び区別するために、バイナリパターンで装着されて、バイナリ値に対応する磁界を発生するように構成されており、
   前記位置信号検出手段は、前記磁石固定手段の固定位置に対応して前記移動ロボットに装着される各磁気センサにより構成され、前記各磁気センサは、前記バイナリ値に対応する磁界を検出し、前記検出された磁界を電気的な信号に変換するように構成されており、
   前記制御手段は、前記バイナリ値と予め保存された前記特定領域のバイナリ値とが一致するとき、一致したバイナリ値に対応する予め保存された位置情報に基づいて、前記移動ロボットの、現在位置及び走行時に発生する位置誤差を補正することを特徴とする移動ロボットの位置補正装置。
2. 壁に囲まれた特定領域の、壁際の予め定められた位置に装着された位置知らせ手段が、予め定められた位置を知らせるための位置信号を発生する段階と、移動ロボット側で前記位置信号を検出する段階と、移動ロボット側で前記検出された位置信号に対応する予め保存された位置情報に基づいて、前記移動ロボットの位置を補正する段階とを含むことを特徴とする移動ロボットの位置補正方法において、
   前記位置信号を発生する段階では、前記特定領域の予め定められた位置を認識及び区別するために、複数の磁石を床面に対して垂直方向に固定可能な磁石固定手段にバイナリパターンで磁石を配置して、バイナリ値に対応する磁界を発生するようにし、
   前記位置信号を検出する段階では、前記磁石固定手段の固定位置に対応して前記移動ロボットに装着した各磁気センサにより、前記バイナリ値に対応する磁界を検出して電気的な信号に変換するようにし、
   前記移動ロボットの位置を補正する段階では、前記バイナリ値と予め保存された前記特定領域のバイナリ値とが一致するとき、一致したバイナリ値に対応する予め保存された位置情報に基づいて、前記移動ロボットの、現在位置及び走行時に発生する位置誤差を補正することを特徴とする移動ロボットの位置補正方法。

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