JP7035300B2 - ロボット清掃デバイス、ロボット清掃デバイスにおける、断崖検出を遂行する方法、コンピュータプログラム、およびコンピュータプログラム製品 - Google Patents

ロボット清掃デバイス、ロボット清掃デバイスにおける、断崖検出を遂行する方法、コンピュータプログラム、およびコンピュータプログラム製品 Download PDF

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Description

本発明は、ロボット清掃デバイス、およびロボット清掃デバイスにおける、ロボット清掃デバイスが移動する表面に沿って断崖検出を遂行する方法に関する。
多くの技術分野において、あり得る障害物と衝突することなく空間を自由に動き回ることができるよう、自律的挙動を有するロボットを用いることが望まれる。
当技術分野においては、掃除機を、清掃対象表面を横切って移動させるためのモータの形態の駆動手段を装備した、ロボット真空掃除機が知られている。ロボット真空掃除機は、ロボット真空掃除機が、例えば、床の形態の表面を自由に動き回り、清掃することができるよう、自律的挙動を可能にするための、マイクロプロセッサの形態の知能、および進路誘導手段をさらに装備する。それゆえ、これらの従来技術のロボット真空掃除機は、テーブルおよび椅子などの物体、ならびに壁および階段などの他の障害物が配置された部屋を多かれ少なかれ自律的に真空掃除する能力を有する。
遭遇する特に問題となる障害物は、典型的には、下の階へ通じる階段の形態の、断崖である。このような断崖がロボット掃除機によって検出されない場合には、ロボットが棚部から落ち、断崖から落下し、永久的に損傷を受けるリスクがある。
国際公開第０２／１０１４７７号は、表面の自律的清掃を遂行するためのロボット掃除機を開示している。ロボット掃除機は、ロボットの下面に配置され、ロボットが移動する床を観察するように仕向けられた反射赤外線（ＩＲ）近接断崖センサを装備する。これらの断崖センサはＩＲビームを放射し、ロボットが移動する表面から反射されたＩＲビームを検出し、断崖に遭遇すると、ＩＲビームは反射されず、ロボットは、断崖に遭遇したと推論する。
しかし、このアプローチの問題は、ロボットが、断崖に遭遇した時に断崖を検出することであり、このため、ロボットが、表面を効果的に清掃するために辿られるべき清掃経路を前もって計画することが難しくなる。
本発明の目的は、当技術分野におけるこの問題を解決するか、または少なくとも緩和し、ロボット清掃デバイスにおける、断崖検出を遂行する改善された方法を提供することである。
この目的は、本発明の第１の態様において、ロボット清掃デバイスのための、ロボット清掃デバイスが移動する表面に沿って断崖検出を遂行する方法によって達成される。本方法は、表面を少なくとも１つの光源で照明することと、表面の画像を取り込むことと、取り込まれた画像内の少なくとも１つの照明された区分を検出することと、取り込まれた画像の少なくとも１つの照明された区分内の物体までの距離を決定することと、を含む。さらに、本方法は、決定された距離のうちの少なくとも２つを比較することと、少なくとも２つの比較された決定された距離の間の関係が所定の増大基準に適合している場合には、取り込まれた画像内の物体を断崖として検出することと、を含む。
この目的は、本発明の第２の態様において、ロボット清掃デバイスであって、このロボット清掃デバイスは、ロボット清掃デバイスを清掃対象表面上で移動させるように構成された推進システムと、表面を照明するように構成された少なくとも１つの光源と、表面の画像を取り込むように構成されたカメラデバイスと、推進システムを、ロボット清掃デバイスを移動させるよう制御し、カメラデバイスを、画像を取り込むよう制御するように構成されたコントローラと、を備えるロボット清掃デバイスによって達成される。コントローラは、取り込まれた画像内の少なくとも１つの照明された区分を検出すること、取り込まれた画像の少なくとも１つの照明された区分内の物体までの距離を決定すること、決定された距離のうちの少なくとも２つを比較すること、および少なくとも２つの比較された決定された距離の間の関係が所定の増大基準に適合している場合には、取り込まれた画像内の物体を断崖として検出すること、を行うようにさらに構成されている。
それゆえ、ロボット清掃デバイスは、ロボット清掃デバイスが移動する表面を照明する光源を用い、その一方で、ロボット清掃デバイスのカメラを用いて、照明された表面の画像を取り込む。画像内に取り込まれた照明された物体を検出することによって、ロボット清掃デバイスは、清掃動作を遂行するために表面を自律的に走行して回ることが可能である。
ここで、例えば、階段が下の階へ通じる戸口に遭遇すると、光源の光の一部分は、床、および下方へ通じる階段を指示する棚部上に落ちることになり、その一方で、棚部の向こう側へ落ちる光の別の部分は、例えば、下の階へ通じる階段吹抜けの壁に当たることになる。これは、取り込まれた画像の（照明された表面に対応する）照明された区分内に不連続を生じさせることになる。
ロボット清掃デバイスに、取り込まれた画像内で照明されている物体までの距離を決定させることによって、１つの検出された物体から別のものまでの距離が予想外に増大するかどうかが判定され得る。階段を指示する棚部では、取り込まれた画像の（物体が検出された）照明された区分が不連続になるため、ロボット清掃デバイスから、棚部の向こう側に存在する物体－例えば、階段吹抜けの壁－までの距離は、棚部またはその近くに位置する直前の物体－例えば、床－と比べて、急激に増大することになる。
距離を比較し、少なくとも２つの比較された決定された距離の間の関係が、棚部の向こう側の物体までの距離の増大が、棚部に位置する物体までの距離に対して十分に大きいことを規定する所定の増大基準に適合していると結論することによって、断崖が検出されたと有利に結論することができる。
有利に、この断崖は、ロボットデバイスが棚部に遭遇するよりかなり前に検出される。
一実施形態では、２つ以上の距離を比較する際、例えば、第１の距離ｄ３を第２の距離ｄ４と比較する際に、所定の閾値Ｔが、距離の増大が十分に大きいかどうかを判定するために利用され得る。それゆえ、少なくとも２つの比較された決定された距離ｄ４、ｄ３の間の関係が所定の増大基準に適合している場合には、増大は十分に大きいと見なされる。
さらなる実施形態では、所定の増大基準は、少なくとも２つの比較された決定された距離の差が所定の閾値を超えることである。例えば、Δｄ＝ｄ４－ｄ３≧Ｔであるかどうかが判定され得る。ここで、閾値Ｔは適切に選択される。そうである場合には、距離の増大は十分に大きいと見なされ、それゆえ、断崖が有利に検出された。
代替的実施形態では、距離の増大が十分に大きいと結論するために、ｄ４／ｄ３≧Ｔであるかどうかが判定され得る。さらなる代替例では、ｄ３／ｄ４≦Ｔであるかどうかが判定され得る。距離の増大Δｄが十分に大きいかどうかを判定する他の代替例も想定することができる。
別の実施形態では、ロボット清掃デバイスの周囲状況の表現が、取り込まれた画像の検出された物体から作成され、検出された断崖の指示が、作成された表現に追加される。
この目的を達成するために、コントローラは、記録された画像の検出された物体から清掃対象表面に対するロボット清掃デバイスの位置データ、および関連する決定された距離を導出し、導出された位置データから周囲状況の３Ｄ表現を生成し、ロボット清掃デバイスを、生成された３Ｄ表現と、生成された３Ｄ表現を考慮することによって清掃対象表面が自律的に進路誘導され得るよう、ロボット清掃デバイスに供給された進路誘導情報とに従って、清掃対象表面を横切って移動するように制御する。
それゆえ、カメラによって記録された画像から生成された３Ｄ表現は、ロボット清掃デバイスが避けて走行しなければならない、壁、フロアランプ、テーブル脚、ならびにロボット清掃デバイスが横断しなければならない、ラグ、じゅうたん、上り段などの形態の障害物の検出を促進する。それゆえ、ロボット清掃デバイスは、動作／清掃によってその環境または周囲状況について学習するように構成されている。
ロボット清掃デバイスは、本実施形態では、検出された断崖の指示を、ロボット清掃デバイスの周囲状況の作成された表現に有利に追加することになる。
さらに別の実施形態では、ロボット清掃デバイスは、検出された断崖を考慮することによって横断されるべき清掃経路を計画する。
それゆえ、作成された表現に断崖の指示を追加することによって、ロボット清掃デバイスが、横断されるべき清掃経路を十分前もって計画し、さらに、断崖がロボット清掃デバイスの周囲状況の表現内に含まれるため、断崖の棚部の間近まで接近し、それに沿って移動することが有利に可能になる。
さらに、断崖に接近する直前に断崖を検出し、したがって、断崖に落下するリスクを低減するためにゆっくりとした速さで移動する必要がある従来技術の断崖検出器とは対照的に、本発明は、ロボット清掃デバイスが、断崖がどこに位置するのかを前もって正確に知り、それに応じて、作成された表現に、および断崖の指示を追加するため、比較的高速で断崖に接近することを有利に促進する。
さらに別の実施形態では、取り込まれた画像内の少なくとも１つの照明された区分を検出する際に、ロボット清掃デバイスは、取り込まれた画像の照明された区分内に不連続が生じ、検出された不連続の向こう側では、照明された区分は画像内に生じないことをさらに検出する。さらに、本実施形態では、取り込まれた画像の照明された区分内の物体までの距離を決定すると、不連続の前に決定される距離に値が付与され、それにより、付与された値が、十分に大きい増大を反映するようにする。
それゆえ、レーザビームが、上述の例示された階段吹抜け内にどのように落ちるのかに依存して、階段吹抜けの棚部の向こう側の照明された区分が画像内に全く存在しなくなることが想定され得る。これは、断崖が存在することを指示し、本実施形態は断崖を有利に検出することになる。
以下において、本発明の好ましい実施形態が説明される。
概して、請求項において使用される全ての用語は、本明細書において別途明示的に定義されない限り、当技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「ａ／ａｎ／ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔ，ａｐｐａｒａｔｕｓ，ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｍｅａｎｓ，ｓｔｅｐ，ｅｔｃ．（要素、装置、構成要素、手段、ステップなど）」への言及は全て、別途明示的に断りのない限り、要素、装置、構成要素、手段、ステップなどの少なくとも１つの例に言及するものとしてオープンに解釈される。本明細書において開示される任意の方法のステップは、明示的に断りのない限り、開示されている正確な順序で遂行される必要はない。
次に、添付の図面を参照して本発明を例として説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る、ロボット清掃デバイスが移動する表面上の物体の検出を示す。 図２ａは、一実施形態に係る、図１の位置Ｐ１にある時にロボットデバイスのカメラによって取り込まれた画像を示す。 図２ｂは、一実施形態に係る、図１の位置Ｐ２にある時にロボットデバイスのカメラによって取り込まれた画像を示す。 図３ａは、一実施形態に係る、検出された物体を表現する特徴データが指示された、図２ａの画像を示す。 図３ｂは、一実施形態に係る、検出された物体を表現する特徴データが指示された、図２ｂの画像を示す。 図４は、一実施形態に係る、断崖を検出する方法のフローチャートを示す。 図５は、一実施形態に係る、さらなるシナリオにおける、検出された物体を表現する特徴データが指示された、図２ｂの画像を示す。 図６は、一実施形態に係る、断崖検出の結果としてのロボット清掃デバイスの移動を示す。 図７は、一実施形態に係るロボット清掃デバイスの図を示す。 図８は、一実施形態に係るロボット清掃デバイスのさらなる図を示す。
次に、以下において、本発明の特定の諸実施形態が示された添付の図面を参照して、本発明をより完全に説明する。しかし、本発明は多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書において説明されている諸実施形態に限定されるように解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的で完全になり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えることになるよう、例として提供されている。本記載全体を通じて同様の番号は同様の要素を指す。
本発明は、ロボット清掃デバイス、または換言すれば、表面を清掃するための自動自己推進式機械、例えば、ロボット真空掃除機、ロボットスイーパまたはロボット床洗浄機に関する。本発明に係るロボット清掃デバイスは、商用電源駆動式でコードを有するか、電池駆動式であるか、または任意の他の種類の好適なエネルギー源、例えば、太陽エネルギーを用いることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る、ロボット清掃デバイスが移動する表面上の物体の検出を示す。
この特定の例示的実施形態では、ロボットデバイス１００は、ロボットデバイス１００が移動する表面（すなわち、床３１）を照明するために１つの鉛直ラインレーザ１２７を用いる。しかし、任意の適切な光源が、表面３１を照明するために想定され得る。さらに、表面のより小さな、またはより大きな部分が照明されてもよい。
図１において見ることができるように、ラインレーザ１２７はレーザビーム３０ａを清掃対象の部屋の床３１および第１の壁３２上に投影し、その一方で、ロボットデバイス１００はそのカメラ１２３を用いて、照明された表面の画像を取り込む。
図２ａは、位置Ｐ１にある時にロボットデバイス１００のカメラ１２３によって取り込まれた画像４０ａを示す。
図から分かるように、レーザビーム３０ａは床３１および壁３２上に落ち、対応する照明された区分３０ａ'を画像内に存在させることになる。床３１が壁３２と会する画像４０ａ内の場所が例示目的のためのみに点線で指示されている。点線は、取り込まれた画像４０ａ内には存在しない。取り込まれた画像４０ａから、ロボットデバイス１００は、レーザビーム３０ａが、壁、ソファ、扉または同様のものなどの、障害物３２に当たっていることを検出する。多数の画像を取り込むことによって、ロボットデバイス１００は高い信頼性をもって特定の障害物３２を識別する能力を有する。異なる種類の光源が用いられるであろう場合には、照明された区分が、取り込まれた画像全体を覆うことさえ想定され得る。図１に例示されるようにレーザビームを用いる利点は、ロボットデバイス１００によって処理される必要のある画像データ量がより少なくてすむことである。
次に、図１を再び参照すると、ロボット清掃デバイス１００が位置Ｐ２内へ移動すると、ロボット清掃デバイス１００は、階段が下の階へ通じる戸口３３に遭遇する。この場合も先と同様に、ロボットデバイス１００は、照明された表面の画像を取り込む。
図２ｂは、位置Ｐ２にある時にロボットデバイス１００のカメラ１２３によって取り込まれた画像４０ｂを示す。
この画像において、レーザビーム３０ｂは、例示目的のために画像４０ｂ内において点線で指示される、床３１および棚部３４上に落ちることになる。さらに、棚部３４の向こう側に落ちるレーザビーム３０ｂの部分は、例えば、下の階へ通じる階段吹抜けの壁に入射することになり、これは、画像４０ｂにおいて、レーザビームに対応する照明された区分３０ｂ'内の不連続として指示される。代替的に、レーザビーム３０ｂが階段吹抜け内にどのように落ちるのかに依存して、棚部３４の向こう側の照明された区分３０ｂ'は画像４０ｂ内に全く存在しなくなることが想定され得る。どちらにしても、照明された区分３０ｂ'は棚部３４において不連続になる。
それゆえ、従来技術の断崖検出器とは対照的に、投影されたレーザビームを表現する照明された区分３０ｂ'内の不連続が、棚部３４に遭遇したことを指示するため、ロボット清掃デバイス１００は、断崖の場所を指示する棚部３４に実際に遭遇するよりも十分前もって断崖を検出する能力を有利に有する。
この目的を達成するために、それぞれ図２ａおよび図２ｂにおいて以前に示された画像４０ａおよび４０ｂを示すが、さらに、検出された物体を表現する特徴データが画像内に指示された、図３ａおよび図３ｂを参照する。図から分かるように、それぞれの画像４０ａおよび４０ｂ内の各々の検出された照明された区分３０ａ'、３０ｂ'上に、画像内で検出された物体を表現する５つの特徴点ＦＰ１～ＦＰ５が示されている。
それゆえ、まず図３ａを参照すると、ロボットデバイス１００のカメラ１２３は、図１の位置Ｐ１にある時に画像４０ａを取り込むよう制御される。この場合も先と同様に、レーザビーム３０ａは床３１および壁３２上に落ち、対応する照明された区分３０ａ'を画像４０ａ内に存在させることになる。
図から分かるように、ロボットデバイス１００は、画像４０ａ内の検出されたレーザ線３０ａ'に沿った特徴データ／点ＦＰ１～ＦＰ５によって表現されるとおりの物体までの距離を決定する。それゆえ、第１の特徴点ＦＰ１から第２の特徴点ＦＰ２まで、距離はｄ１であり、第２の特徴点ＦＰ２から第３の点ＦＰ３まで、距離はｄ２であり、第３の特徴点ＦＰ３から第４の点ＦＰ４まで、距離はｄ３である。図から分かるように、この特定の例では、特徴点の各対の間の距離ｄ１、ｄ２、ｄ３はほぼ同じであり、距離の急激な変化は検出されない。それゆえ、ロボットデバイス１００は、特徴点ＦＰ１～ＦＰ４は床３１を表現していると結論することになる。
さらに、ロボットデバイス１００から第４の特徴点ＦＰ４までの距離、すなわち、累積された距離ｄ１＋ｄ２＋ｄ３は、ロボットデバイス１００から第５の特徴点ＦＰ５までの距離と大体同じである。それゆえ、ＦＰ４およびＦＰ５が同じ平面内に位置するため、第５の特徴ＦＰ５は、ロボットデバイス１００によって、床３１から立ち上がる構造物の形態の物体を表現していると見なされることになる。すなわち、第４の特徴点ＦＰ４と第５の特徴点ＦＰ５との間の距離は事実上０である。（ロボットデバイス１００から各々同じ距離上にある）照明された区分３０ａ'に沿ったさらに多数の点を検出することによって、物体は、その検出された高さのゆえに、実は壁３２であり、例えば、ソファまたは椅子ではないと結論され得る。
次に、図３ｂを参照すると、ロボットデバイス１００のカメラ１２３は、図１の位置Ｐ２にある時に画像４０ｂを取り込むよう制御される。この場合も先と同様に、レーザビーム３０ｂは床３１、棚部３４上に落ち、さらに、下の階壁３２へ通じる階段の階段吹抜け内に落ち、対応する照明された区分３０ｂ'を画像４０ｂ内に存在させることになる。
図３ａを参照して説明されたシナリオと同様に、ロボットデバイス１００は、画像４０ｂ内の検出されたレーザ線３０ｂに沿った特徴データ／点ＦＰ１～ＦＰ５によって表現されるとおりの物体までの距離を決定する。それゆえ、第１の特徴点ＦＰ１から第２の特徴点ＦＰ２まで、距離はｄ１であり、第２の特徴点ＦＰ２から第３の点ＦＰ３まで、距離はｄ２であり、第３の特徴点ＦＰ３から第４の点ＦＰ４まで、距離はｄ３である。図から分かるように、この特定の例では、特徴点の各対の間の距離ｄ１、ｄ２、ｄ３はほぼ同じであり、距離の急激な変化は検出されない。
しかし、本実施形態では、照明された区分３０ｂ'は棚部３４において不連続になっている。その結果、第４の特徴点ＦＰ４と第５の特徴点ＦＰ５との間の距離ｄ４は、以前に決定された距離のうちの１つ以上と比べて増大する。第５の特徴点ＦＰ５までの距離ｄ４の増大が、以前に決定された距離のうちの１つ以上と比べて十分に大きい場合には、特徴点ＦＰ５は断崖を表現すると見なされることになる。有利に、この断崖は、ロボットデバイス１００が棚部３４に遭遇するよりかなり前に検出される。
一実施形態では、２つ以上の距離を比較する際、例えば、第３の距離ｄ３を第４の距離ｄ４と比較する際に、所定の閾値Ｔが、距離の増大が十分に大きいかどうかを判定するために利用され得る。それゆえ、少なくとも２つの比較された決定された距離ｄ４、ｄ３の間の関係が所定の増大基準に適合している場合には、増大は十分に大きいと見なされる。
例えば、Δｄ＝ｄ４－ｄ３≧Ｔであるかどうかが判定され得る。ここで、閾値Ｔは適切に選択される。そうである場合には、距離の増大は十分に大きいと見なされ、それゆえ、断崖が有利に検出された。
代替的に、距離の増大が十分に大きいと結論するために、ｄ４／ｄ３≧Ｔであるかどうかが判定され得る。さらなる代替例では、ｄ３／ｄ４≦Ｔであるかどうかが判定され得る。距離の増大Δｄが十分に大きいかどうかを判定する他の代替例も想定することができる。
図４は、一実施形態に係る、断崖を検出する方法のフローチャートを示す。ステップＳ１０１において、ロボットデバイス１９は、ロボットデバイス１００が移動する表面３１を照明するために、光源、例えば、以前に説明されたとおりの鉛直ラインレーザ１２７（または任意の他の適切な光源）を用いる。
ステップＳ１０２において、ロボットデバイス１００はそのカメラ１２３を用いて、照明された表面の画像４０ａ、４０ｂを取り込む。
レーザビーム３０ａ、３０ｂはそれぞれ床３１／壁３２および床３１／戸口３３上に落ち、対応する照明された区分３０ａ'、３０ｂ'を画像４０ａ、４０ｂ内に存在させることになる。この照明された区分はステップＳ１０３においてロボットデバイス１００によって検出される。
ステップＳ１０４において、ロボットデバイス１００は、以上において図３ｂを参照して詳細に説明されたように、画像４０ｂ内の検出されたレーザ線３０ｂに沿った特徴点ＦＰ１～ＦＰ５によって表現されるとおりの物体までの距離を決定する。
その後、ステップＳ１０５において、画像４０内の照明された物体までの決定された距離を比較し、比較された距離において十分に大きい増大Δｄが生じたかどうかを判定する。例えば、Δｄ＝ｄ４－ｄ３≧Ｔであると決定されるかどうかである。ここで、閾値Ｔは、場合により、特定の適用および周囲状況に依存して、適切に選択される。
ステップＳ１０６において、第５の特徴点ＦＰ５までの距離ｄ４の増大が、第４の特徴点ＦＰ４までの距離ｄ３と比べて十分に大きい場合には、特徴点ＦＰ５は断崖を表現すると見なされることになる。有利に、この断崖は、ロボットデバイス１００が棚部３４に遭遇するよりかなり前に検出される。
図５を参照すると、さらなる実施形態では、レーザビーム３０ｂが、それが画像４０ｂ内に取り込まれないような角度で階段室内に落ちる場合、すなわち、棚部３４の向こう側に落ちるレーザビームの部分が、取り込まれた画像４０ｂの外側に落ちる場合には、このようなレーザビーム３０ｂに沿った任意の点までの距離は、無限であると見なされることになる（または実際には、大きな数値を与えられる）。
それゆえ、画像４０ｂ内の検出された照明された区分３０ｂ'が不連続になり、且つ照明された区分３０ｂ'が不連続の後に生じなくなる場合には、不連続が生じる前に決定される距離に－例えば、距離ｄ３に－値が付与され、それにより、付与された値が、断崖が有利に検出されるために十分に大きい増大Δｄを反映するようにする。
さらなる実施形態では、カメラ１２３はマイクロプロセッサなどのコントローラによって、画像を取り込んで記録するように制御される。コントローラは、ロボット清掃デバイス１００が清掃対象表面を横切って移動している間に、検出された物体を表現する画像から特徴点を抽出することによって、およびロボット清掃デバイス１００からこれらの物体までの距離を測定することによって、画像から、ロボット清掃デバイス１００が動作している周囲状況の表現またはレイアウトを作成する。それゆえ、コントローラは、記録された画像の検出された物体から清掃対象表面に対するロボット清掃デバイス１００の位置データを導出し、導出された位置データから周囲状況の３Ｄ表現を生成し、駆動モータを、生成された３Ｄ表現と、生成された３Ｄ表現を考慮することによって清掃対象表面が自律的に進路誘導され得るよう、ロボット清掃デバイス１００に供給された進路誘導情報とに従って、ロボット清掃デバイス１００を、清掃対象表面を横切って移動させるように制御する。導出された位置データはロボット清掃デバイスの進路誘導のための基礎の役割を果たすことになるため、位置付けが正しいことが重要である。さもなければ、ロボットデバイスは、その周囲状況の、誤誘導を招く「地図」に従って走行することになる。
それゆえ、カメラ１２３によって記録された画像から生成された３Ｄ表現は、ロボット清掃デバイスが避けて走行しなければならない、壁、フロアランプ、テーブル脚、ならびにロボット清掃デバイス１００が横断しなければならない、ラグ、じゅうたん、上り段などの形態の障害物の検出を促進する。それゆえ、ロボット清掃デバイス１００は、動作／清掃によってその環境または周囲状況について学習するように構成されている。
ロボット清掃デバイス１００は、検出された断崖の指示を、ロボット清掃デバイスの周囲状況の作成された表現に有利に追加することになる。それゆえ、作成された表現に棚部３４の指示を追加することによって、ロボット清掃デバイスが、横断されるべき清掃経路を十分前もって計画し、さらに、棚部３４がロボット清掃デバイス１００の周囲状況の表現内に含まれるため、棚部３４の間近まで接近し、それに沿って移動することが可能になる。
図６にこれが示されている。同図において、ロボット清掃デバイスは位置Ｐ３から移動し、戸口３３および棚部３４がどこに位置するのかを十分前もって有利に知る。それゆえ、ロボットデバイス１００は位置Ｐ４内へ移動し、棚部３４と面一に（およびさらに、ロボットデバイスの本体の一部が棚部３４から外へ突出した状態で）走行することになる。
さらに、断崖に接近する直前に断崖を検出し、したがって、断崖に落下するリスクを低減するために、ゆっくりとした速さで移動する必要がある、従来技術の断崖検出器とは対照的に、本発明では、ロボット清掃デバイス１００が、断崖がどこに位置するのかを前もって正確に知り、それに応じて、作成された表現に、および断崖の指示を追加するため、比較的高速で断崖に接近することが可能である。
本発明は、十分な処理知能を具備する任意の適切なロボット清掃デバイスによって遂行され得ることが想定されているものの、図７は、本発明の一実施形態に係るロボット清掃デバイス１００を下面図で示す。すなわち、ロボット清掃デバイスの底部側が示される。矢印は、ロボット真空掃除機の形態で示されるロボット清掃デバイス１００の前方方向を指示する。
ロボット清掃デバイス１００は、清掃デバイスが清掃対象表面上を移動させられ得るよう駆動車輪１１２、１１３の運動を可能にするための２つの電気車輪モータ１１５ａ、１１５ｂの形態の駆動手段を備える推進システムなどの構成要素を収容する本体１１１を備える。各車輪モータ１１５ａ、１１５ｂは、ロボット清掃デバイス１００を、清掃対象表面を横切って移動させるために、それぞれの駆動車輪１１２、１１３を互いに独立して回転するように制御する能力を有する。多数の異なる駆動車輪配置、および様々な車輪モータ配置が想定され得る。ロボット清掃デバイスは、より伝統的な円形状本体、または三角形状本体を有するデバイスなどの、任意の適当な形状を有し得ることに留意されたい。代替例として、軌道推進システム、またはさらに、ホバークラフト推進システムが用いられてもよい。推進システムは、ロボット清掃デバイス１００に、ヨー、ピッチ、並進またはロール運動のうちの任意の１つ以上のものを遂行させるようにさらに構成されていてもよい。
マイクロプロセッサなどのコントローラ１１６が、車輪モータ１１５ａ、１１５ｂを、ロボット清掃デバイスが避けて走行しなければならない、壁、フロアランプ、テーブル脚の形態の障害物を検出するための障害物検出デバイス（図７には示されていない）から受信された情報を考慮して必要とされるとおりに駆動車輪１１２、１１３を回転させるように制御する。障害物検出デバイスは、例えば、障害物を検出し、任意の検出された障害物についての情報をマイクロプロセッサ１１６へ通信するための３Ｄカメラ、レーザと組み合わせたカメラ、レーザスキャナなどを用いて実装される、障害物検出デバイスの周囲状況を登録する３Ｄセンサシステムの形態で具体化され得る。マイクロプロセッサ１１６は車輪モータ１１５ａ、１１５ｂと通信し、障害物検出デバイスによって提供された情報に従って、ロボット清掃デバイス１００が所望に応じて清掃対象表面を横切って移動することができるように車輪１１２、１１３の運動を制御する。
さらに、本体１１１には任意選択的に、ロボット掃除機１００の底部における開口部１１８内に配置された回転ブラシロールの形態の、清掃対象表面からごみおよび塵を除去するための清掃部材１１７が配置されていてもよい。それゆえ、回転ブラシロール１１７は、清掃デバイス１００の塵およびごみ捕集特性を向上させるために、開口部１１８内の水平軸に沿って配置されている。ブラシロール１１７を回転させるために、コントローラ１１６から受信された命令に沿ってその回転を制御するためのブラシロールモータ１１９がブラシロールに動作可能に結合されている。
さらに、ロボット掃除機１００の本体１１１は、本体１１１の底部側内の開口部１１８を介して、ごみを、本体内に収容された集塵袋またはサイクロン機構（図示されていない）へ輸送するための空気流を生み出す吸引ファン１２０を備える。吸引ファン１２０は、コントローラ１１６に通信可能に接続されたファンモータ１２１によって駆動される。ファンモータ１２１はコントローラ１１６から、吸引ファン１２０を制御するための命令を受信する。ごみを集塵袋へ輸送するために、回転ブラシロール１１７および吸引ファン１２０のどちらか一方を有するロボット清掃デバイスが想定され得ることに留意されたい。しかし、両者の組み合わせはロボット清掃デバイス１００のごみ除去能力を向上させることになる。
本体１１１またはロボット清掃デバイス１００は、例えば、ジャイロスコープ、および／または加速度計、および／または磁力計、あるいは例えば、向き、回転速度、重力などの形態の、基準位置に対するロボット清掃デバイス１００の変位を測定するための任意の他の適切なデバイスなどの、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１２４をさらに装備してもよい。３軸ジャイロスコープは、ロボット清掃デバイス１００のロール、ピッチおよびヨー運動における回転速度を測定する能力を有する。３軸加速度計は、全方向における加速度を測定する能力を有する。加速度は、ロボット清掃デバイスが突き当たっている、または持ち上げられているかどうか、あるいはそれが立ち往生しているかどうか（すなわち、たとえ、車輪が回っていても、移動していない）を判定するために主に用いられる。ロボット清掃デバイス１００は、車輪が回る際にパルスを生成するエンコーダ（図７には示されていない）を各駆動車輪１１２、１１３上にさらに備える。エンコーダは、例えば、磁気式または光学式であり得る。コントローラ１１６においてパルスを計数することによって、各車輪１１２、１１３のスピードを決定することができる。車輪スピードの読み値をジャイロスコープ情報と組み合わせることによって、コントローラ１１６は、清掃デバイス１００の位置および進行方向を決定するための、いわゆる推測航法を遂行することができる。
本体１１１には、開口部１１８に隣接した回転サイドブラシ１１４がさらに配置されていてもよい。回転サイドブラシ１１４の回転は、駆動モータ１１５ａ、１１５ｂ、ブラシロールモータ１１９、または代替的に、別個のサイドブラシモータ（図示されていない）によって制御され得るであろう。有利に、回転サイドブラシ１１４は清掃対象表面からごみおよび塵を掃きのけ、それにより、ごみは本体１１１の下において開口部１１８へ行き着き、それゆえ、ロボット清掃デバイスの集塵チャンバへ輸送され得る。さらに有利なことは、ロボット清掃デバイス１００の到達範囲が改善されることになり、例えば、隅部、および床が壁と交わる区域がはるかにより効果的に清掃されることである。図７に示されるように、回転サイドブラシ１１４は、それがごみを開口部１１８に向けて掃きのけ、それにより、吸引ファン１２０がごみを集塵チャンバへ輸送することができるようにする方向に回転する。ロボット清掃デバイス１００は、開口部１１８の両側において、開口部１１８に隣接して横方向に配置された２つの回転サイドブラシを備えてもよい。
図７をさらに参照すると、１つ以上のマイクロプロセッサの形態で具体化されたコントローラ／処理ユニット１１６は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブなどの、マイクロプロセッサに関連付けられた好適な記憶媒体１２６にダウンロードされたコンピュータプログラム１２５を実行するように構成されている。コントローラ１１６は、コンピュータ実行可能命令を含む適切なコンピュータプログラム１２５が記憶媒体１２６にダウンロードされ、コントローラ１１６によって実行されると、本発明の諸実施形態に係る方法を実施するように構成されている。記憶媒体１２６はまた、コンピュータプログラム１２５を含むコンピュータプログラム製品であってもよい。代替的に、コンピュータプログラム１２５は、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）またはメモリスティックなどの、好適なコンピュータプログラム製品を用いて記憶媒体１２６へ転送されてもよい。さらなる代替例として、コンピュータプログラム１２５は有線または無線ネットワークを通じて記憶媒体１２６にダウンロードされてもよい。コントローラ１１６は、代替的に、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ）などの形態で具体化されてもよい。
図８は、カメラ１２３、ならびに水平または鉛直指向のラインレーザであり得る、第１および第２のラインレーザ１２７、１２８を少なくとも備える３Ｄセンサシステムの形態の、上述された障害物検出デバイスを示す、本発明の一実施形態における図７のロボット清掃デバイス１００の正面図を示す。さらに図示されているのは、図６を参照して上述された、コントローラ１１６、本体１１１、駆動車輪１１２、１１３、および回転ブラシロール１１７である。コントローラ１１６は、ロボット清掃デバイス１００の近傍の画像を記録するためのカメラ１２３に動作可能に結合されている。第１および第２のラインレーザ１２７、１２８は好ましくは鉛直ラインレーザであってもよく、カメラ１２３の側方に配置されており、ロボット清掃デバイス１００の高さおよび幅よりも大きい高さおよび幅を照射するように構成されている。さらに、カメラ１２３の視野の角度は好ましくは、第１および第２のラインレーザ１２７、１２８によって照射される空間よりも小さい。カメラ１２３はコントローラ１１６によって、毎秒複数の画像を取り込んで記録するように制御される。画像からのデータがコントローラ１１６によって抽出され、データは通例、コンピュータプログラム１２５とともにメモリ１２６内に保存される。
第１および第２のラインレーザ１２７、１２８は通例、カメラの光軸と垂直である軸に沿ったカメラ１２３のそれぞれの側に配置されている。さらに、ラインレーザ１２７、１２８は、それらのそれぞれのレーザビームがカメラ１２３の視野内で交差するように向けられている。通例、交点はカメラ１２３の光軸と一致する。
第１および第２のラインレーザ１２７、１２８は、通常、ロボット清掃デバイス１００の移動方向の、ロボット清掃デバイス１００の近傍を、好ましくは鉛直の向きに、走査するように構成されている。第１および第２のラインレーザ１２７、１２８は、例えば、清掃対象の部屋の家具、壁およびその他の物体を照射する、レーザビームを送出するように構成されている。カメラ１２３はコントローラ１１６によって、画像を取り込んで記録するように制御される。コントローラ１１６は、ロボット清掃デバイス１００が清掃対象表面を横切って移動している間に、画像から特徴を抽出することによって、およびロボット清掃デバイス１００が走った距離を測定することによって、画像から、ロボット清掃デバイス１００が動作している周囲状況の表現またはレイアウトを作成する。それゆえ、コントローラ１６は、記録された画像から清掃対象表面に対するロボット清掃デバイス１００の位置データを導出し、導出された位置データから周囲状況の３Ｄ表現を生成し、駆動モータ１１５ａ、１１５ｂを、生成された３Ｄ表現と、生成された３Ｄ表現を考慮することによって清掃対象表面が進路誘導され得るよう、ロボット清掃デバイス１００に供給された進路誘導情報とに従って、ロボット清掃デバイスを、清掃対象表面を横切って移動させるように制御する。導出された位置データはロボット清掃デバイスの進路誘導のための基礎の役割を果たすことになるため、位置付けが正しいことが重要である。さもなければ、ロボットデバイスは、その周囲状況の、誤誘導を招く「地図」に従って走行することになる。
それゆえ、３Ｄセンサシステムによって記録された画像から生成された３Ｄ表現は、ロボット清掃デバイスが避けて走行しなければならない、壁、フロアランプ、テーブル脚、ならびにロボット清掃デバイス１００が横断しなければならない、ラグ、じゅうたん、上り段などの形態の障害物の検出を促進する。それゆえ、ロボット清掃デバイス１００は、動作／清掃によってその環境または周囲状況について学習するように構成されている。
それゆえ、カメラ１２３ならびに第１および第２の鉛直ラインレーザ１２７、１２８を備える３Ｄセンサシステムは、ロボット清掃の近傍の画像を記録するように構成されており、その画像から物体／障害物が検出され得る。コントローラ１１６は、記録された画像から位置データを導出することによって、ロボット清掃デバイス１００を、検出された障害物、およびそれゆえ、清掃対象表面に対して位置付ける能力を有する。位置付けから、コントローラ１１６は、車輪駆動モータ１１５ａ、１１５ｂを介して車輪１１２、１１３を制御することによって、清掃対象表面を横切るロボット清掃デバイス１００の移動を制御する。
導出された位置データは、清掃デバイスが、物体のすぐそばへ接近し、物体のそばを動き回り、物体が配置されている表面からごみを除去するよう進路誘導され得るように、ロボット清掃デバイス１００の移動の制御を促進する。それゆえ、導出された位置データは、例えば、椅子、テーブル、ソファ、厚いラグまたは壁である、物体にぴったりくっついて移動するために利用される。通例、コントローラ１１６は、ロボット清掃デバイス１００が物体に接近して進路誘導されるよう、制御信号を継続的に生成し、駆動モータ１１５ａ、１１５ｂを介して駆動車輪１１２、１１３へ伝える。
本発明の諸実施形態は、カメラと、ロボット清掃デバイス１００が移動する表面を照明するための１つまたは２つのラインレーザとを用いるという状況で説明されたが、完全に照明されている画像の飛行時間測定を利用する周知の３Ｄセンサを用いることがさらに可能であろうことにさらに留意されたい。このような飛行時間３Ｄセンサを用いる場合、取り込まれた画像内の距離はピクセルごとに決定されることになり、検出された物体までの距離は上記のことに沿って決定され得る。
本発明は以上において数個の実施形態を参照して主に説明された。しかし、当業者によって容易に理解されるように、添付の特許請求項によって定義されるように、以上に開示されているもの以外の実施形態も本発明の範囲内で同等にあり得る。

Claims (16)

  1. ロボット清掃デバイスのための、前記ロボット清掃デバイスが移動する表面に沿って断崖検出を遂行する方法であって、
    前記表面を少なくとも１つの鉛直ラインレーザで照明することと、
    前記少なくとも１つの鉛直ラインレーザで照明された前記表面について１つの画像を取り込むことと、
    前記取り込まれた画像内の少なくとも１つの照明された区分を検出することと、
    前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内で距離を決定することと、
    前記決定された距離のうちの少なくとも２つを比較することと、
    前記少なくとも２つの比較された決定された距離の間の関係が所定の増大基準に適合している場合には、前記取り込まれた画像内の物体を断崖として検出することと、
    を含み、
    前記取り込まれた画像内の少なくとも１つの照明された区分を検出する前記ステップが、前記取り込まれた画像内で、前記少なくとも１つの鉛直ラインレーザに対応するレーザ線を検出することを含み、
    前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内の距離を決定する前記ステップが、検出された前記レーザ線に沿った複数の特徴点の各対の間の距離を取得することを含む、
    方法。
  2. 前記所定の増大基準が、前記少なくとも２つの比較された決定された距離の差が所定の閾値を超えることである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記取り込まれた画像の検出された物体から前記ロボット清掃デバイスの周囲状況の表現を作成することと、
    前記検出された断崖の指示を前記作成された表現に追加することと、
    をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記検出された断崖を考慮することによって横断されるべき清掃経路を計画することをさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記取り込まれた画像内の少なくとも１つの照明された区分を検出する前記ステップが、
    前記取り込まれた画像内の前記少なくとも１つの照明された区分内に不連続が生じ、前記検出された不連続の向こう側では、前記少なくとも１つの照明された区分は前記画像内に生じないことを検出することをさらに含み、
    前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内の距離を決定する前記ステップが、
    前記不連続の前に決定される距離に値を付与し、それにより、前記付与された値が、十分に大きい増大を反映するようにすることをさらに含む、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内の距離を決定する前記ステップが、前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内での前記物体までの距離を決定することを更に含み、
    前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内での前記物体までの距離を決定する前記ステップは、前記ロボット清掃デバイスから近い順に、複数の前記決定された距離の中から急激な変化が検出されないものを累積することを含む、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. ロボット清掃デバイスであって、前記ロボット清掃デバイスは、
    前記ロボット清掃デバイスを清掃対象表面上で移動させるように構成された推進システムと、
    前記表面を少なくとも１つの鉛直ラインレーザで照明するように構成された少なくとも１つの光源と、
    前記少なくとも１つの鉛直ラインレーザで照明された前記表面について１つの画像を取り込むように構成されたカメラデバイスと、
    前記推進システムを、前記ロボット清掃デバイスを移動させるよう制御し、前記カメラデバイスを、前記画像を取り込むよう制御するように構成されたコントローラと、
    を備え、前記コントローラは、
    前記取り込まれた画像内の少なくとも１つの照明された区分を検出すること、
    前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内で距離を決定すること、
    前記決定された距離のうちの少なくとも２つを比較すること、および
    前記少なくとも２つの比較された決定された距離の間の関係が所定の増大基準に適合している場合には、前記取り込まれた画像内の物体を断崖として検出すること、
    を行うようにさらに構成され、
    前記取り込まれた画像内の少なくとも１つの照明された区分を検出することが、前記取り込まれた画像内で、前記少なくとも１つの鉛直ラインレーザに対応するレーザ線を検出することを含み、
    前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内の距離を決定することは、検出された前記レーザ線に沿った複数の特徴点の各対の間の距離を取得することを含む、
    ロボット清掃デバイス。
  8. 前記所定の増大基準が、前記少なくとも２つの比較された決定された距離の差が所定の閾値を超えることである、請求項７に記載のロボット清掃デバイス。
  9. 前記コントローラが、
    前記取り込まれた画像の検出された物体から前記ロボット清掃デバイスの周囲状況の表現を作成すること、および
    前記検出された断崖の指示を前記作成された表現に追加すること、
    を行うようにさらに構成される、請求項７または８に記載のロボット清掃デバイス。
  10. 前記コントローラが、
    前記検出された断崖を考慮することによって横断されるべき清掃経路を計画するようにさらに構成される、請求項７～９のいずれか一項に記載のロボット清掃デバイス。
  11. 前記コントローラが、
    前記取り込まれた画像内の少なくとも１つの照明された区分を検出する際に、
    前記取り込まれた画像内の前記少なくとも１つの照明された区分内に不連続が生じ、前記検出された不連続の向こう側では、前記少なくとも１つの照明された区分は前記画像内に生じないことを検出すること、および
    前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内の距離を決定する際に、
    前記不連続の前に決定される距離に値を付与し、それにより、前記付与された値が、十分に大きい増大を反映するようにすること、
    を行うようにさらに構成される、請求項７～１０のいずれか一項に記載のロボット清掃デバイス。
  12. 前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内の距離を決定することが、前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内での前記物体までの距離を決定することを更に含み、
    前記取り込まれた画像の前記少なくとも１つの照明された区分内での前記物体までの距離を決定することが、前記ロボット清掃デバイスから近い順に、複数の前記決定された距離の中から急激な変化が検出されないものを累積することを含む、
    請求項７～１１のいずれか一項に記載のロボット清掃デバイス。
  13. 前記少なくとも１つの光源が、
    前記表面を照明するように配置された第１および第２の鉛直ラインレーザを含む、請求項７～１２のいずれか一項に記載のロボット清掃デバイス。
  14. 前記第１および第２の鉛直ラインレーザが、前記カメラデバイスの光軸と垂直である軸に沿った前記カメラデバイスのそれぞれの側に配置される、請求項１３に記載のロボット清掃デバイス。
  15. コンピュータ実行可能命令が、デバイス内に含まれるコントローラ上で実行されると、前記デバイスに、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法を遂行させるための前記コンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラム。
  16. コンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータ可読媒体は、その上に組み込まれた請求項１５に記載のコンピュータプログラムを有する、コンピュータプログラム製品。
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