JPH0582603B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は、自律走行して掃除を行なう自動掃除
機などに用いて好適な自走ロボツトの走行制御方
法に関する。 〔従来の技術〕 室内を自動掃除機によつて掃除する方法とし
て、自動掃除機を、通常は直進走行させ、前方に
壁や障害物があつて直進走行不能となつた場合に
は、Ｕターンさせ、直進とＵターンとを繰り返し
て室内全体を同一ピツチで往復走行させるのが一
般である。そして、自動掃除機が壁ぎわや障害物
のきわに達してＵターンができなくなると、掃除
が終了したと判定する。 しかしながら、自動掃除機がＵターンするため
にはそれだけの空間が必要であるから、自動掃除
機が壁や障害物に近づいてＵターンができず、掃
除が終つたと判定しても、壁ぎわあるいは障害物
のきわには、掃除されない部分がかなり残る場合
がある。すなわち、自動掃除機を同一ピツチで往
復走行させて掃除を行なうと、壁ぎわや障害物の
きわまで充分には掃除ができないことになる。 かかる問題を解消する方法として、たとえば特
開昭55−97608号公報に開示されるように、自動
掃除機の走行方向に対して左右に移動可能な塵芥
の吸引口ブラシを設け、横方向へ１ピツチ移動す
るためのＵターンができないときは、吸引口ブラ
シのみ横方向に必要な距離だけ移動させる方法が
知られている。この方法によると、自動掃除機が
壁や障害物の近くに達してＵターンができなくな
ると、吸引口ブラシのみを壁ぎわや障害物のきわ
まで移動させ、自動掃除機を逆走行させることに
よつて室内の隅々まで掃除できる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、かかる従来技術によると、吸引口ブ
ラシの位置および駆動タイミングを考慮した直進
行、Ｕターンの走行制御と吸引口ブラシの駆動制
御とが必要となり、制御が複雑になるとともに、
制御に時間がかかるという問題があつた。また、
吸引口ブラシの駆動装置が必要となるために、掃
除機を搭載した自走ロボツト本体が大型化、重量
化し、機動性が損なわれて掃除時間が長くなつて
しまうし、この大型化、重量化と吸引口ブラシの
駆動を必要とすることから、消費電力が増大化す
るという問題があつた。 本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解
消し、壁ぎわや障害物のきわの作業残りを失く
し、迅速かつ簡単な自走ロボツトの走行制御方法
を提供するにある。 〔問題点を解決するための手段〕 自走ロボツトが直進走行とＵターンとの交互の
動作による一定ピツチの往復動作ができなくなつ
たときに、該自走ロボツトの自己位置から該自走
ロボツトの直進走行方向に直垂な方向での壁ある
いは障害物までの距離に応じたピツチで、該自走
ロボツトをＵターンあるいは後退させる。 〔作用〕 自走ロボツト自体を壁あるいは障害物に充分近
接して走行させる。 〔実施例〕 以下、本発明の対象となる自走ロボツトを掃除
機を搭載した自走ロボツト（以下、自走掃除ロボ
ツトという）とし、本発明の実施例を説明する
が、まず、自走掃除ロボツトの構成について説明
する。 第２図はこの自走掃除ロボツトの一具体例を示
す斜視図であつて、１は左車輪、２は左車輪駆動
モータ、３は左車輪エンコーダ、４は歯車ケー
ス、５は右車輪、６は右車輪駆動モータ、７は右
車輪エンコーダ、８は歯車ケース、９は超音波送
受信器、１０は回転円板、１１は回転軸、１２は
パラボラアンテナ、１３は超音波レーダ回転モー
タ、１４は超音波レーダエンコーダ、１５は歯車
ケース、１６はジヤイロ、１７は掃除機、１８は
ごみ吸口、１９は測定回路部、２０は走行制御
部、２１は操作部、２２は制御用電源、２３は駆
動用電源、２４はロボツト本体フレーム、２５は
キヤスタ、２６はロボツトボデイである。 同図において、ロボツト本体フレーム２４に
は、左右に左車輪１、右車輪５が、また、前部中
央にキヤスタ２５が設けられている。左車輪１
は、歯車ケース４に収納された歯車を介し、左車
輪駆動モータ２と左車輪用エンコーダ３とに連結
され、同様にして、右車輪５も、歯車ケース８に
収納された歯車を介し、右車輪駆動モータ６と右
車輪用エンコーダ７とに連結されている。これに
より、左車輪１と右車輪５とは別々のモータによ
つて駆動され、夫々の車輪の回転数が別々のエン
コーダで測定される。 また、ロボツト本体フレーム２４には、超音波
レーダが搭載されている。これは、歯車ケース１
５に収納された歯車を介して超音波レーダ回転モ
ータ１３と回転軸１１とが連結され、この回転軸
１１に、パラボラアンテナ１２が一体となり、か
つ超音波送受信器９が搭載された回転円板１０と
からなり、超音波レーダ回転モータ１３によつて
回転円板１０（したがつて、パラボラアンテナ１
２）を回転軸１１を中心に回転させながら、超音
波送受信器９で破線で示す指向性の鋭い超音波の
送受信を行なう。また、回転軸１１は歯車ケース
１５に収納された歯車を介して超音波レーダエン
コーダ１４に連結されており、この超音波レーダ
エンコーダ１４によつて回転軸１１の回転角、し
たがつて、超音波の発射方向が検出される。な
お、歯車ケース１５は回転軸１１を支えるフレー
ムともなつている。 超音波送受信器９から発射された超音波は壁や
障害物などに当たると反射され、反射超音波のう
ちのパラボラアンテナ１２に帰つてきたものが超
音波送受信器９で受信されるが、超音波が発射さ
れてから受信されるまでの時間と超音波レーダエ
ンコーダ１４によつて検出される超音波の発射方
向とから、壁や障害物の位置が測定される。 さらに、ロボツト本体フレーム２４には、自走
掃除ロボツトの進行方向の角度変化を計測するた
めのジヤイロ１６、掃除機１７、測定回路部１
９、走行制御部２０、操作部２１、走行制御部２
０のための制御用電源２２、駆動用電源２３など
も搭載されており、超音波レーダの超音波送受信
器９、回転円板１０、パラボラアンテナ１２や操
作部２１以外がロボツトボデイ２６で覆われてい
る。掃除機１７には、ロボツト本体フレーム２４
の幅にほぼ等しい幅のごみ吸口１８が設けられ、
自走掃除ロボツトの走行とともに、床面（図示せ
ず）でのロボツト本体フレーム２４の幅にほぼし
い幅にわたつて塵芥を吸収する。測定回路部１９
は超音波レーダのデータ検出回路、ジヤイロ１６
のデータ測定回路および左車輪エンコーダ３、右
車輪エンコーダ７のデータ測定回路からなり、測
定回路１９からのデータを用いて走行制御部２０
は自走掃除ロボツトの自己位置、壁や障害物の位
置を計算し、計算結果にもとづいて自走掃除ロボ
ツトの走行を制御するものである。これら測定回
路部１９および走行制御部２０の電源として制御
用電源２２が用いられる。左車輪駆動モータ２、
右車輪駆動モータ６、超音波レーダ回転モータ１
３および掃除機１７のモータなどの電源として
は、駆動用電源２３が用いられる。操作部２１で
は、走行方法の切換え、自動走行と手動走行との
切換えなどの操作を行なうことができる。 第３図は、第２図における走行制御系の全体を
示すシステムブロツク図であつて、２７ａは
CPU（中央処理部）、２７ｂはメモリ、２８は超
音波レーダ検出回路、２９はレーダエンコーダ測
定回路、３０はジヤイロ測定回路、３１は車輪エ
ンコーダ測定回路であり、第２図に対応する部分
には同一符号をつけている。 第３図において、測定回路部１９は超音波送受
信器９の出力信号を検出する超音波レーダ検出回
路２８と、超音波レーダエンコーダ１４からのデ
ータを測定するレーダエンコーダ測定回路２９
と、ジヤイロ１６からのデータを測定するジヤイ
ロ測定回路３０と、左車輪エンコーダ３および右
車輪エンコーダ７のデータを測定する車輪エンコ
ーダ測定回路３１とからなる。 一方、走行制御部２０はCPU２７ａとメモリ
２７ｂとからなる。CPU２７ａは、測定回路部
１９の超音波レーダ検出回路２８、レーダエンコ
ーダ測定回路２９、ジヤイロ測定回路３０および
車輪エンコーダ測定回路３１の出力データを周期
的に取り込んで自走掃除ロボツトの自己位置、壁
や障害物の位置などを計算し、この結果をメモリ
２７ｂに格納するとともに、この結果に応じて左
車輪駆動モータ２、右車輪駆動モータ６、超音波
レーダ回転モータ１３および掃除機１７のモータ
の制御信号を形成する。 自走掃除ロボツトは以上の構成をなすものであ
る。 次に、かかる自走掃除ロボツトを対象とした本
発明の実施例を図面によつて説明する。 第１図は本発明による自走ロボツトの制御方法
の一実施例を示すフローチヤートである。 この実施例は、後に説明する第９図に示すよう
に、基本的には直進とＵターンとを繰り返えし、
自走掃除ロボツトを走行経路３２に沿つて移動さ
せるものである。 第１図において、自走掃除ロボツトの動作開始
時には、CPU２７ａはメモリ２７ｂ（第３図）の
内容をクリアし、掃除機１７（第２図）のモータ
を起動させて掃除を開始させ、ステツプ１に進
む。 ステツプ１では、自走掃除ロボツトがＵターン
中であることを表わすフラグ（以下、Ｕターン中
フラグという）をリセツトする。 ステツプ２では、室内での自走掃除ロボツトの
自己位置が検出される。ここで、自走掃除ロボツ
トの自己位置の測定方法について説明する。 この自己位置は、左車輪エンコーダ３、右車輪
エンコーダ７およびジヤイロ１６の出力信号をも
とに測定される。すなわち、左車輪エンコーダ３
からは左車輪１（第２図）の回転速度を表わすデ
ータ（パルス数）が出力され、車輪エンコーダ測
定回路３１でこのデータから左車輪１の回転数が
測定されて、その結果、左車輪１の走行距離ΔL₁
が測定される。同様にして、右車輪エンコーダ７
からは右車輪５（第２図）の回転速度を表わすデ
ータが出力され、車輪エンコーダ測定回路３１で
右車輪５の走行距離ΔL₂が測定される。また、ジ
ヤイロ１６からは自走掃除ロボツトの回転角度を
表わす角度データが出力され、このデータからジ
ヤイロ測定回路３０で、一定時間間隔Δtおきに、
自走掃除ロボツトの進行方向の角度変化量Δθが
測定される。この一定時間間隔おきに、これらデ
ータΔL₁，ΔL₂，ΔθがCPUに取り込まれ、これ
らデータを計算処理して自走掃除ロボツトの自己
位置データが得られる。 ここで、自己位置データを得るための計算方法
について、第４図を用いて説明する。同図に示す
ように、自己位置データはＸ−Ｙ座標系の座標と
して得られる。このＸ−Ｙ座標は自走掃除ロボツ
トが作業を行なうために部屋の床面に置かれたと
きに決まり、その置かれた位置を原点Ｏとし、そ
のときの直進走行すべき方向をＹ軸、これに垂直
な方向をＸ軸とする。 同図において、いま、現時点t_aでの自走掃除ロ
ボツトの自己位置を座標（X_a、y_a）の点ａとし、
この点ａからＹ軸に対して角度θ_aの方向に移動し
たところ、これより上記一定時間Δt後には、自
走掃除ロボツトの左車輪１の走行距離がΔL₁、右
車輪５の走行距離がΔL₂、進行方向の角度変化量
がΔθであつたとすると、この一定時間Δtにおけ
る自走掃除ロボツトの走行距離ΔLは、 ΔL＝１／２（ΔL₁＋ΔL₂） …(1) で表わされ、時点t_b（＝t_a＋Δt）における自走掃
除ロボツトの進行方向θ_bは、 θ_b＝θ_a＋Δθ …(2) となる。時点t_bにおける自走掃除ロボツトの自己
位置を点ｂとすると、この点ｂの座標（x_b、y_b）
は次のように表わされる。 x_b＝x_a−ΔL・sin（θ_a＋Δθ／２） …(3) y_b＝y_a＋ΔL・cos（θ_a＋Δθ／２） …(4) ここで、式(3)の右辺のΔLの前の符号をマイナ
スとし、式(4)の右辺のΔLの前の符号をプラスと
したのは、Ｙ軸に対する角度は時計方向をマイナ
ス、反時計方向をプラスとしたためである。自走
掃除ロボツトが原点Ｏにあるときの位置座標は
（０、０）であつて進行方向は0゜であり、一定時
間Δt毎に式(1)〜(4)の計算を行なつて順次の自己
位置とそこでの進行方向が得られる。 ステツプ３では、壁や障害物の位置が検出され
る。ここで、壁や障害物の位置の測定方法につい
て、同じく第４図を用いて説明する。 この測定は第２図で示した超音波レーダのデー
タを用いて行なわれる。いま、第４図において、
自走掃除ロボツトが点ａにあるものとすると、パ
ラボラアンテナ１２（第２図）が壁や障害物Ｓの
超音波発射方向に垂直な面（以下、単に垂直面と
いう）に向いたとき、超音波送受信器９（第２
図）で反射された超音波はこの垂直面で反射され
てこの超音波送受信器９で受信される。そこで、
超音波が超音波送受信器９から発射されてから壁
や障害物Ｓの垂直面で反射されてこの超音波送受
信器９で受信されるまでの往復時間をΔTとし、
超音波の速度をＶとすると、点ａから壁もしくは
障害物Ｓまでの距離L_sは、 L_s＝１／２Ｖ・ΔT …(5) で表わされる。 また、超音波レーダエンコーダ１４では、パラ
ボラアンテナ１２からの超音波の発射および受波
方向θ_sが測定される。この方向は自走掃除ロボツ
トの進行方向からみたものであり、時計方向をマ
イナス、反時計方向をプラスとしている。 以上のデータL_s，θ_sと点ａの座標（x_a、x_b）お
よび点ａでの自走掃除ロボツトの進行方向θ_aか
ら、壁もしくは障害物Ｓの位置（正確には、超音
波の反射面の位置）の座標（x_s，y_s）は次のよう
に表わされる。 x_s＝x_a−L_s・sin（θ_a＋θ_s） …(6) y_s＝y_a＋L_s・cos（θ_a＋θ_s） …(7) 以上のようにして、設定されたＸ−Ｙ座標系に
おける自走掃除ロボツトの自己位置座標と壁もし
くは障害物の位置座標が求まる。 ステツプ４では、ステツプ２、３で以上のよう
にして得られた自走掃除ロボツトと壁もしくは障
害物の位置座標をメモリ２７ｂ（第３図）に格納
し、壁や障害物の位置関係を表わす情景地図を作
成し、そこに、自走掃除ロボツトの走行経路を画
く。 ステツプ５では、Ｕターン中フラグがセツトさ
れているか否かを判定し、セツトされていなけれ
ば、次のステツプ６に進む。 ステツプ６では、自走掃除ロボツトの進行方向
に直進走行を阻げる壁もしくは障害物があるか否
かを判定する。先にも説明したよに、この実施例
においても、自走掃除ロボツトを直進走行とＵタ
ーンとを繰り返しながら走行させるのであるが、
CPU２７ａ（第３図）は、自走掃除ロボツトとそ
の進行方向での壁もしくは障害物との間隔を計算
して常時監視しており、この間隔が自走掃除ロボ
ツトのＵターン可能な最初のものとなつたとき、
ステツプ６で前方に壁もしくは障害物有りと判定
する。 ステツプ７では、ステツプ６で前方に壁もしく
は障害物がないと判定されたとき、自走掃除ロボ
ツトを直進走行させる。この直進走行は、左車輪
駆動モータ２と右車輪駆動モータ６（第２図）と
を同時に回転させ、左車輪１と右車輪５（第２
図）とを駆動することによつて行なわれる。 ステツプ７からはステツプ２に戻るが、ステツ
プ６で前方に壁もしくは障害物有りと判定されな
い限り、ステツプ２、３、４、５、６、７の一連
の動作が繰り返えされ、自走掃除ロボツトを直進
走行させる。この直進走行中自走掃除ロボツトと
壁もしくは障害物の位置が検出され、夫々の位置
座標が順次メモリ２７ｂ（第３図）に格納される。
これによつてメモリ２７ｂでは、情景地図が次第
に詳しくなり、そこに自走掃除ロボツトの走行経
路が画かれる。 ここで、第５図により、障害物がない室内にお
いて、ステツプ６で前方に壁ありと判定するまで
の自走掃除ロボツトの動作を説明する。 まず、自走掃除ロボツトは走行開始する前の原
点Ｏにあるときに、超音波レーダによつて壁の位
置を検出する。ここで、説明を簡単にするため
に、壁３３，３４，３５，３６はＸ軸，Ｙ軸のい
ずれかに平行であるとする。自走掃除ロボツトが
原点Ｏにあるときに超音波レーダによつて検出さ
れるのは、壁のＸ軸、Ｙ軸上の部分（点３３ａ，
３４ａ，３５ａ，３６ａ）と壁の角の部分（点３
３ｂ，３４ｂ，３５ｂ，３６ｂ）である。自走掃
除ロボツトは原点Ｏから常にＹ軸の正方向に直進
走行開始するものであり、この場合、上記のよう
にして、自走掃除ロボツトの進行方向の壁の位置
は点３４ａとして予じめ検出されているから、
CPU２７ａによつて壁の点３４ａと自走掃除ロ
ボツトとの間の距離を監視している。 自走掃除ロボツトのCPU２７ａは、かかる直
進走行の間も自己位置座標と壁の位置座標とを計
算してメモリ２７ｂに格納しており、壁３３，３
４，３５，３６が順次検出されてメモリ２７ｂで
背景地図が次第に出来上つており、その情景地図
内で自走掃除ロボツトの走行経路３２が画かれて
いる。 直進走行中、ステツプ６で前方に壁もしくは障
害物有りと判定すると、ステツプ８に進む。 ステツプ８では、自走掃除ロボツトを停止させ
る。 ステツプ９では、Ｕターン中フラグをセツトす
る。 ステツプ10では、Ｕターン方向の切換えを行な
う。 先にも説明したように、自走掃除ロボツトは直
進走行とＵターンとを繰り返し行なわせるが、第
５図では、軌跡３２で示すように、最初のＵター
ンの方向は右方向であるが、次のＵターンは左方
向に行なわれる。つまり、Ｕターンする毎にその
方向は右、左と交互に変わり、これによつて自走
掃除ロボツトはＹ軸方向に往復走行をしつつＸ軸
方向に進むことになる。ステツプ10では、このよ
うにＵターンの方向を設定する。通常、最初のＵ
ターンの方向は右方向に設定されるが、この方向
のＵターンが不可能な場合には、Ｕターンの方向
を左方向とし、以下、右、左、右……と交互に方
向を切換える。 第１図に戻つて、ステツプ11〜20では、第５図
で示すＸ軸方向での自走掃除ロボツトと壁３３と
の間隔ｌがいかなる範囲に入るかを判定する。か
かる範囲は、ｌ＞l₁（ステツプ11）、l₁≧ｌ＞l₂（ス
テツプ12）、l₂≧ｌ＞l₃（ステツプ13）、l₃≧ｌ＞l₄
（ステツプ14）、l₄≧ｌ＞l₅（ステツプ15）、l₅≧ｌ
＞l₆（ステツプ16）、l₆≧ｌ＞l₇（ステツプ17）、l₇≧
ｌ＞l₈（ステツプ18）、l₈≧ｌ＞l₉（ステツプ19）、l₉
≧ｌ＞l₁₀（ステツプ20）がある。 第５図において、間隔ｌが充分大きいときに
は、自走掃除ロボツトがＵターンする前とＵター
ンした後との直進走行経路のピツチはＡであると
すると、このピツチＡで自走掃除ロボツトのＵタ
ーンが可能な自走掃除ロボツトと壁３３との間隔
ｌの最小値がステツプ11におけるl₁である。 かかるＵターンの方法を第６図で説明する。同
図において、１′はＵターン前の左車輪、１″はＵ
ターン後の左車輪、２は右車輪、３３は壁、２
６′はＵターン前のロボツトボデイ、２６″はＵタ
ーン後のロボツトボデイ、３７′，３７″は夫々ロ
ボツトボデイ２６′，２６″の左前先端部、３８′，
３８″は夫々ロボツトボデイ２６′，２６″の左後
先端部である。 同図において、自走掃除ロボツトは右方向にＵ
ターンするものとする。この場合のＵターンは、
右車輪５を停止させて左車輪１′を前進方向に駆
動し、ロボツトボデイ２６′を右車輪５を中心に
180゜旋回させる。かかるＵターンを行なうことに
より、ロボツトボデイ２６′，２６″の直進方向の
中心線の間隔がピツチＡであり、これは左車輪
１′と右車輪５との間隔Ｗに等しい。掃除機１７
のごみ吸口１８（第２図）の幅はロボツトボデイ
２６′，２６″の幅にほぼ等しいから、Ｕターン前
後の掃除範囲は図示する量Ｅだけオーバラツプす
る。 かかるＵターンは、ロボツトボデイ２６′の先
端から車輪軸までの距離、右車輪５からロボツト
ボデイ２６′の左前先端部３７′までの距離および
右車輪５からロボツトボデイ２６′の左後先端部
３８′までの距離で決まる領域a₁，b₁，c₁，d₁内
に壁や障害物がないときに可能である。第６図に
よると、このようにＵターンするために必要なロ
ボツトボデイ２６′の中心線Ｒ−Ｒから右方向の
空間の最小幅l₁は、左車輪１′と右車輪５との間
隔をＷ、右車輪５とロボツトボデイ２６′の左前
先端部３７′との間隔をｄとすると、 l₁＝１／２Ｗ＋ｄ …(8) となる。したがつて、自走掃除ロボツトと壁３３
との間隔（厳密には、ロボツトボデイ２６′の中
心線Ｒ−Ｒと壁３３との間隔）ｌが式(8)で表わさ
れる間隔l₁よりも大きいとき、Ｕターン時に自走
掃除ロボツトが壁３３に当たることはとない。 ステツプ11は、ｌ＞l₁の判定とともに、第６図
の範囲a₁，b₁，c₁，d₁において、壁や障害物が存
在するか否かの判定も行なう。 自走掃除ロボツトと壁３３との間隔ｌがl₁以下
になると、上記のようなＵターンができなくな
り、壁３３のきわに掃除残りが生ずる。 ステツプ12、13、14、15から始まる一連の動作
はＵターン前後のピツチを小さくしてこの掃除残
りを少なくするものである。この場合のＵターン
方法を第７図によつて説明する。同図において、
５′はＵターン前の右車輪、５″はＵターン後の右
車輪、２６はＵターン途中のロボツトボデイ、
３７はロボツトボデイ２６の左前先端部であ
り、第６図に対応する部分には同一符号をつけて
いる。 第７図において、まず、左車輪１′を停止させ
て右車輪５′を後進方向に駆動し、ロボツトボデ
イ２６′を左車輪１′を中心にして右方向に旋回さ
せる。この動作は右車輪５′を右後方に引くもの
である。ロボツトボデイ２６′の中心線Ｒ−Ｒに
垂直な方向での右車輪５′の移動量Ｄを車輪引き
幅という。第６図に示したＵターンの場合には、
右車輪５は停止しているから、車輪引き幅Ｄは零
である。 次に、右車輪が引かれたロボツトボデイ２６
に対し、第６図の場合と同様に、右車輪５″を停
止させて左車輪１′を前進方向に駆動する。これ
により、ロボツトボデイ２６は右車輪５″を中
心に右方向に旋回する。ロボツトボデイ２６″の
中心線R′−R′がロボツトボデイ２６′の中心線Ｒ
−Ｒに平行となつたとき、すなわち自走掃除ロボ
ツトが180゜旋回したとき、左車輪１′の駆動を停
止させてＵターンを終了する。この場合でのＵタ
ーン前後の自走掃除ロボツトの間隔、すなわちピ
ツチＢは、左車輪１′と右車輪５′との間隔をＷと
すると、 Ｂ＝Ｗ−Ｄ …(9) となる。したがつて、第６図の場合よりも狭いピ
ツチでＵターンされることになる。このために、
Ｕターン前後の掃除範囲のオーバラツプ量は第６
図の場合の量Ｅよりも大きくなることはいうまで
もない。 この場合には、左車輪１′と左後先端部３８′と
の間の距離、右車輪５′と左前先端部３７′、左後
先端部３８′との間の距離、ロボツトボデイ２
６′の長さ、ロボツトボデイ２６′に対する右車輪
５′、左車輪１′の位置、車輪引き幅Ｄなどによつ
て決まる範囲a₂，b₂，c₂，d₂内に壁や障害物がな
いときにＵターンが可能となる。 また、第７図から明らかなように、右車輪５′
と左前先端部３７′との距離をｄとすると、ロボ
ツトボデイ２６の中心線Ｒ−Ｒから右方向の空間
幅ｌと車輪引き幅Ｄとの関係が、 ｌ＞ｄ＋（Ｗ−Ｄ）−Ｗ／２＝ｄ＋（Ｗ／２−Ｄ）…
(10) （但し、Ｗは左車輪１′と右車輪５′との間隔）
であるとき、第７図で示すＵターンを行なつても
自走掃除ロボツトは壁３３に当たることはない。 そこで、自走掃除ロボツトと壁３３との間隔ｌ
が式(8)で表わされる値l₁以下となつたとき、式(10)
を満すようにこの間隔ｌに応じて車輪引き幅Ｄを
設定し、第７図に示したようにＵターンを行なう
ことにより、ピツチを小さくしてＵターンがで
き、壁３３のきわまで掃除出来る。 この実施例では、第１図のステツプ12〜15に示
すように、値l₁以下で自走掃除ロボツトと壁３３
との間隔ｌがとる範囲を４つに区分し（すなわ
ち、l₁≧ｌ＞l₂、l₂≧ｌ＞l₃、l₃≧ｌ＞l₄、l₄≧ｌ＞
l₅）、各区分毎に、夫々l₂，l₃，l₄，l₅，に対して式
(10)を満足する車輪引き幅D₂，D₃，D₄，D₅を設定
している。 そこで、いま、自走掃除ロボツトと壁３３との
間隔ｌがl₁≧ｌ＞l₂の範囲にあるとすると、これ
であることがステツプ12で判定され、ステツプ22
で車輪引き幅Ｄが値D₂と設定される。この間隔
ｌが値l₁以下の他の範囲にあつてステツプ13〜15
のいずれかでこれであることが判定されると、こ
れに応じた車輪引き幅D₃〜D₅のいずれかがステ
ツプ23、24あるいは25で設定される。式(10)から車
輪引き幅Ｄが大きくなるに従い間隔ｌが小さくな
り自走掃除ロボツトが壁３３により近接した状態
でＵターンが可能であるがＤ＝Ｗのときには、走
径経路をもどることになるから、ステツプ15での
l₅をｄ−Ｗ／２よりも若干大きく、かつステツプ
25のD₅をＷよりも若干小さく設定する。なお、
ｌ＞l₁の場合には、ステツプ11でこれが判定さ
れ、ステツプ21で車輪引き幅Ｄが値０のD₁と設
定される。 もちろん、ステツプ12〜15でも、ステツプ11と
同様に、第７図における範囲a₂，b₂，c₂，d₂内に
壁もしくは障害物があるか否かの判定も行なう。 なお、左方向にＵターンする場合も同様であ
る。 ところで、以上のようなＵターンを行なう場
合、ロボツトボデイ２６′，２６″を旋回されるこ
とから、Ｕターン終了後には、第７図に示すよう
に、ロボツトボデイ２６″と壁３３との間に幅Ｎ
の隙間が生じ、この部分が掃除残りとなる。この
幅Ｎは、ステツプ11〜15のいずれのＵターンを行
なうようにしても、 Ｎ≧ｄ−Ｗ＋ｗ／２ …(11) となる。但し、ｄ，Ｗは第６図で示される幅であ
り、また、ｗはロボツトボデイ２６の幅である。 ステツプ15〜20から始まる一連の動作は、この
幅Ｎの隙間の掃除残しをも失くすようにするもの
である。これは、ロボツトボデイ２６を後進走行
させながら壁３３のきわに寄せるものである。以
下、この動作を後退旋回と呼ぶことにする。 以下、第８図によつて後退旋回動作を詳細に説
明する。ここでは、進行方向に対して右側にある
壁３３に自走掃除ロボツトをよせるものとする。 まず、ロボツトボデイ２６′に対し、右車輪
５′を停止させて左車輪１′を後進駆動する。これ
により、ロボツトボデイ２６′は右車輪５′を中心
にして左方向に旋回する。このとき、左車輪１′
は右後方に引かれたことになる。次に、旋回した
ロボツトボデイ２６″の左車輪１″を停止させて右
車輪５′を後進駆動させる。これにより、ロボツ
トボデイ２６″は左車輪１″を中心にして右方向に
旋回する。この旋回はロボツトボデイ２６″の中
心軸が旋回前の中心軸Ｒ−Ｒと平行になつたとき
に停止する。 かかる一連の旋回により、右車輪５′は左車輪
１′と平行な方向に同量だけ引かれている。かか
る旋回後の左車輪１′、右車輪５′の進行方向（中
心軸Ｒ−Ｒ）に垂直な方向の移動量Ｃを両車輪引
き幅という。 ロボツトボデイ２６′の長さ、ロボツトボデイ
２６′に対する左車輪１′、右車輪５′の位置関係
などで決まる後進旋回に必要な空間範囲a₃，b₃，
c₃，d₃内に壁や障害物がないときに、後進旋回が
可能となる。また、左車輪１′とロボツトボデイ
２６′の右後先端部３９′との間隔をd′とし、両車
輪１′，５′の間隔をＷとすると、ロボツトボデイ
２６′の中心軸Ｒ−Ｒから壁３３までの間隔ｌと
両車輪引き幅Ｃとの関係が、 ｌ＞d′＋（Ｃ−Ｗ／２） …(12) であるとき、自走掃除ロボツトは壁３３に当たら
ない。そこで、ロボツトボデイ２６′と壁３３と
の間隔がステツプ15での値l₅よりも小さいとき、
式(12)を満たすように間隔ｌに応じて両車輪引き幅
Ｃを設定し、第８図に示すように後進旋回を行な
つた後、ロボツトボデイ２６を矢印方向に後進
走行させることにより、壁３３のきわの掃除残し
をなくすことができる。 この実施例では、第１図のステツプ16〜20に示
すように、値l₅以下のロボツト本体２６と壁３３
との間隔ｌがとる範囲をl₅≧ｌ＞l₆、l₆≧ｌ＞l₇、
l₇≧ｌ＞l₈、l₈≧ｌ＞l₉、l₉≧ｌ＞l₁₀の５つに区分
し、各区分毎に、l₆，l₇，l₈，l₉，l₁₀に対応して式
(12)を満足する両車輪引き幅C₆，C₇，C₈，C₉，C₁₀
を設定している。 そこで、いま、ロボツトボデイ２６′と壁３３
との間隔ｌがl₅≧ｌ＞l₆であるとすると（ステツ
プ11〜15では「no」と判定している）、これであ
ることがステツプ16で判定され、ステツプ26で両
車輪引き幅Ｃが値C₆と設定される。ステツプ17
〜20のいずれかで「yes」と判定された場合にも、
それに応じてステツプ27〜30のいずれかで両車輪
引き幅Ｃが値C₇，C₈，C₉またはC₁₀に設定され
る。もちろんこのとき、ステツプ16〜20では、第
８図で示した後退旋回に必要な空間範囲a₃，b₃，
c₃，d₃内に壁もしくは障害物があるか否かの判定
も行なう。 ここで、第６図〜第８図でのロボツトボデイ２
６′に対し、長さを80cm、幅を50cm、各車輪１′，
５′の直径を10cm、車輪１′，５′の間隔を30cm、
ロボツトボデイ２６′の前先端から車輪軸までの
距離を50cm、ロボツトボデイ２６′の後先端から
車輪軸までの距離を30cmとしたときの第１図の間
隔l₁〜l₁₀の値と車輪引き幅D₁〜D₅、C₆〜C₁₀の値
の一具体例を次表に示す。 [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method of controlling the movement of a self-propelled robot suitable for use in an automatic vacuum cleaner that autonomously moves and cleans. [Prior art] A method of cleaning a room using an automatic vacuum cleaner is to normally run the vacuum cleaner straight ahead, but if there is a wall or obstacle in front of it that prevents it from moving straight, it must make a U-turn. Generally, the vehicle travels back and forth throughout the room at the same pitch by repeatedly going straight and making U-turns. When the automatic vacuum cleaner reaches the edge of a wall or obstacle and cannot make a U-turn, it is determined that the cleaning has finished. However, since an automatic vacuum cleaner needs that much space to make a U-turn, even if the automatic vacuum cleaner is unable to make a U-turn because it approaches a wall or obstacle, and it determines that cleaning has finished, Alternatively, there may be a considerable portion left at the edge of the obstacle that is not cleaned. That is, if an automatic vacuum cleaner is run back and forth at the same pitch to clean, it will not be possible to thoroughly clean the edges of walls and obstacles. As a method to solve this problem, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-97608, a dust suction port brush that can be moved left and right with respect to the running direction of the automatic vacuum cleaner is provided, and When a U-turn for pitch movement is not possible, a method is known in which only the suction port brush is moved laterally by the necessary distance. According to this method, when the automatic vacuum cleaner reaches near a wall or obstacle and cannot make a U-turn, only the suction port brush is moved to the edge of the wall or obstacle, causing the automatic vacuum cleaner to travel in reverse. This allows you to clean every corner of the room. [Problems to be Solved by the Invention] However, according to the prior art, it is necessary to control straight travel and U-turn, and to control the drive of the suction port brush, taking into account the position and drive timing of the suction port brush. becomes more complex,
There was a problem that it took a long time to control. Also,
Since a drive device for the suction port brush is required, the self-propelled robot body equipped with the vacuum cleaner becomes larger and heavier, impairing its mobility and prolonging the cleaning time. Since it is necessary to drive the suction port brush, there is a problem in that power consumption increases. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a quick and simple method for controlling the running of a self-propelled robot, which eliminates the problems of the prior art, eliminates work left behind at the edges of walls and obstacles, and eliminates the need for work on the edges of walls and obstacles. [Means for solving the problem] When the self-propelled robot is no longer able to reciprocate at a constant pitch by alternating between straight travel and U-turns, the self-propelled robot The self-propelled robot is made to make a U-turn or retreat at a pitch corresponding to the distance to a wall or obstacle in a direction perpendicular to the straight traveling direction of the robot. [Operation] The self-propelled robot itself runs sufficiently close to a wall or obstacle. [Example] Hereinafter, the self-propelled robot to which the present invention is applied is a self-propelled robot equipped with a vacuum cleaner (hereinafter referred to as a self-propelled cleaning robot), and an example of the present invention will be described. The configuration of the robot will be explained. FIG. 2 is a perspective view showing a specific example of this self-propelled cleaning robot, in which 1 is a left wheel, 2 is a left wheel drive motor, 3 is a left wheel encoder, 4 is a gear case, 5 is a right wheel, and 6 is a left wheel drive motor. is a right wheel drive motor, 7 is a right wheel encoder, 8 is a gear case, 9 is an ultrasonic transmitter/receiver, 10 is a rotating disk, 11 is a rotating shaft, 12 is a parabolic antenna, 13 is an ultrasonic radar rotating motor, 14 is a Ultrasonic radar encoder, 15 is a gear case, 16 is a gyroscope, 17 is a vacuum cleaner, 18 is a dust suction port, 19 is a measurement circuit section, 20 is a travel control section, 21 is an operation section, 22 is a control power supply, 23 is a drive 24 is a robot body frame, 25 is a caster, and 26 is a robot body. In the figure, a robot body frame 24 is provided with a left wheel 1 and a right wheel 5 on the left and right sides, and a caster 25 at the center of the front part. left wheel 1
is connected to the left wheel drive motor 2 and left wheel encoder 3 via a gear housed in a gear case 4, and similarly, the right wheel 5 is connected via a gear housed in a gear case 8 to a left wheel drive motor 2 and a left wheel encoder 3. It is connected to a wheel drive motor 6 and a right wheel encoder 7. Thereby, the left wheel 1 and the right wheel 5 are driven by separate motors, and the rotational speed of each wheel is measured by a separate encoder. Furthermore, an ultrasonic radar is mounted on the robot body frame 24. This is gear case 1
An ultrasonic radar rotation motor 13 and a rotating shaft 11 are connected to each other via a gear housed in a rotary disk 11, a parabolic antenna 12 is integrated with the rotating shaft 11, and an ultrasonic transmitter/receiver 9 is mounted on the rotating disk. 10, and the ultrasonic radar rotation motor 13 rotates the rotating disk 10 (therefore, the parabolic antenna 1
2) while rotating the device around the rotation shaft 11, the ultrasonic transmitter/receiver 9 transmits and receives ultrasonic waves with sharp directivity shown by broken lines. Further, the rotating shaft 11 is connected to an ultrasonic radar encoder 14 via a gear housed in a gear case 15, and the rotation angle of the rotating shaft 11 is determined by the ultrasonic radar encoder 14, and therefore the ultrasonic wave The firing direction is detected. Note that the gear case 15 also serves as a frame that supports the rotating shaft 11. The ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transmitter/receiver 9 are reflected when they hit a wall or obstacle, and the reflected ultrasonic waves that return to the parabolic antenna 12 are received by the ultrasonic transmitter/receiver 9. The position of the wall or obstacle is measured from the time from when the ultrasonic wave is emitted until it is received and the emission direction of the ultrasonic wave detected by the ultrasonic radar encoder 14. Furthermore, the robot main body frame 24 includes a gyroscope 16 for measuring angular changes in the direction of movement of the self-propelled cleaning robot, a vacuum cleaner 17, and a measuring circuit section 1.
9, travel control section 20, operation section 21, travel control section 2
A control power source 22, a driving power source 23, etc. for the ultrasonic radar 0 are also installed, and the robot body 26 covers everything other than the ultrasonic transmitter/receiver 9 of the ultrasonic radar, the rotating disk 10, the parabolic antenna 12, and the operating section 21. There is. The vacuum cleaner 17 includes a robot body frame 24.
A garbage suction port 18 having a width approximately equal to the width of is provided,
As the self-propelled cleaning robot moves, it absorbs dust over a width approximately equal to the width of the robot body frame 24 on the floor (not shown). Measurement circuit section 19
is an ultrasonic radar data detection circuit, Gyro 16
It consists of a data measuring circuit for the left wheel encoder 3 and a right wheel encoder 7, and uses data from the measuring circuit 19 to control the driving control unit 20.
The system calculates the self-propelled cleaning robot's own position and the positions of walls and obstacles, and controls the movement of the self-propelled cleaning robot based on the calculation results. A control power source 22 is used as a power source for the measurement circuit section 19 and the travel control section 20. left wheel drive motor 2,
Right wheel drive motor 6, ultrasonic radar rotation motor 1
A driving power source 23 is used as a power source for the motors of the vacuum cleaner 17 and the vacuum cleaner 17. The operation unit 21 allows operations such as switching the driving method and switching between automatic driving and manual driving. FIG. 3 is a system block diagram showing the entire travel control system in FIG. 2, where 27a is
CPU (central processing unit), 27b is a memory, 28 is an ultrasonic radar detection circuit, 29 is a radar encoder measurement circuit, 30 is a gyro measurement circuit, 31 is a wheel encoder measurement circuit, and the parts corresponding to FIG. They are given the same code. In FIG. 3, the measurement circuit section 19 includes an ultrasonic radar detection circuit 28 that detects the output signal of the ultrasonic transceiver 9, and a radar encoder measurement circuit 29 that measures data from the ultrasonic radar encoder 14.
, a gyro measurement circuit 30 that measures data from the gyro 16, and a wheel encoder measurement circuit 31 that measures data from the left wheel encoder 3 and right wheel encoder 7. On the other hand, the travel control section 20 includes a CPU 27a and a memory 27b. The CPU 27a periodically takes in the output data of the ultrasonic radar detection circuit 28, the radar encoder measurement circuit 29, the gyro measurement circuit 30, and the wheel encoder measurement circuit 31 of the measurement circuit section 19, and determines the self-position of the self-propelled cleaning robot, the walls and The position of the obstacle, etc. is calculated, and the result is stored in the memory 27b, and the motors of the left wheel drive motor 2, right wheel drive motor 6, ultrasonic radar rotation motor 13, and vacuum cleaner 17 are controlled according to the results. form a signal. The self-propelled cleaning robot has the above configuration. Next, an embodiment of the present invention aimed at such a self-propelled cleaning robot will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of a method for controlling a self-propelled robot according to the present invention. As shown in FIG. 9, which will be explained later, this embodiment basically allows you to repeatedly go straight and make a U-turn.
The self-propelled cleaning robot is moved along a travel route 32. In FIG. 1, when the self-propelled cleaning robot starts operating, the CPU 27a clears the contents of the memory 27b (FIG. 3), starts the motor of the vacuum cleaner 17 (FIG. 2) to start cleaning, and executes step 1. Proceed to. In step 1, a flag indicating that the self-propelled cleaning robot is making a U-turn (hereinafter referred to as a U-turn flag) is reset. In step 2, the self-position of the self-propelled cleaning robot in the room is detected. Here, a method for measuring the self-position of a self-propelled cleaning robot will be explained. This self-position is measured based on the output signals of the left wheel encoder 3, the right wheel encoder 7, and the gyro 16. That is, left wheel encoder 3
outputs data (number of pulses) representing the rotational speed of the left wheel 1 (see FIG. Travel distance ΔL ₁
is measured. Similarly, right wheel encoder 7
Data representing the rotational speed of the right wheel 5 (FIG. 2) is outputted from the controller 3, and the travel distance ΔL ₂ of the right wheel 5 is measured by the wheel encoder measuring circuit 31. Further, the gyro 16 outputs angle data representing the rotation angle of the self-propelled cleaning robot, and from this data, the gyro measurement circuit 30 calculates the following values at regular time intervals Δt:
The amount of angular change Δθ in the traveling direction of the self-propelled cleaning robot is measured. At regular time intervals, these data ΔL ₁ , ΔL ₂ , Δθ are taken into the CPU, and these data are processed to obtain self-position data of the self-propelled cleaning robot. Here, a calculation method for obtaining self-position data will be explained using FIG. 4. As shown in the figure, self-position data is obtained as coordinates in an X-Y coordinate system. This X-Y coordinate is determined when the self-propelled cleaning robot is placed on the floor of the room to perform work, and the position where it is placed is the origin O, and the direction in which it should run straight at that time is the Y axis, The direction perpendicular to this is defined as the X axis. In the same figure, let the self-position of the self-propelled cleaning robot at the current _moment t a be point a of coordinates (X _a , y _a ),
When the self-propelled cleaning robot moves in the direction of an angle θ _a with respect to the Y axis from this point a, after the above-mentioned fixed time Δt, the travel distance of the left wheel 1 of the self-propelled cleaning robot is ΔL ₁ and the travel distance of the right wheel 5 is ΔL 1 . Assuming that ΔL ₂ and the amount of angular change in the direction of movement are Δθ, the travel distance ΔL of the self-propelled cleaning robot in this fixed time Δt is expressed as ΔL = 1/2 (ΔL ₁ +ΔL ₂ )...(1) , the traveling direction θ _b of the self-propelled cleaning robot at time t _b (=t _a +Δt) is θ _b =θ _a +Δθ (2). If the self-position of the self-propelled cleaning robot at time t _b is point b, the coordinates of this point b (x _b , y _b )
is expressed as follows. x _b = x _a −ΔL・sin (θ _a +Δθ/2) …(3) y _b = y _a +ΔL・cos (θ _a +Δθ/2) …(4) Here, ΔL on the right side of equation (3) The reason why the sign before ΔL on the right side of Equation (4) is set as a minus and the sign before ΔL on the right side of equation (4) is set as a plus is because the angle with respect to the Y axis is set as a minus in the clockwise direction and a plus in the counterclockwise direction. When the self-propelled cleaning robot is at the origin O, the position coordinates are (0, 0) and the direction of movement is 0°, and the calculations of equations (1) to (4) are performed at fixed time intervals Δt, and the The self-position and direction of travel there can be obtained. In step 3, the positions of walls and obstacles are detected. Here, a method for measuring the position of walls and obstacles will be explained using FIG. 4 as well. This measurement is performed using the ultrasonic radar data shown in FIG. Now, in Figure 4,
Assuming that the self-propelled cleaning robot is at point a, when the parabolic antenna 12 (Fig. 2) faces a plane perpendicular to the ultrasonic emission direction of the wall or obstacle S (hereinafter simply referred to as the vertical plane), the ultrasonic Sound wave transmitter/receiver 9 (second
The ultrasonic waves reflected by the vertical plane are reflected by the ultrasonic transceiver 9 and received by the ultrasonic transceiver 9. Therefore,
Let ΔT be the round trip time from when the ultrasonic wave is emitted from the ultrasonic transceiver 9 until it is reflected by the vertical surface of a wall or obstacle S and received by the ultrasonic transceiver 9,
When the speed of the ultrasonic wave is V, the distance L _s from point a to the wall or obstacle S is expressed as L _s = 1/2V·ΔT (5). Furthermore, the ultrasonic radar encoder 14 measures the emission and reception direction θ _s of ultrasonic waves from the parabolic antenna 12 . This direction is viewed from the direction of movement of the self-propelled cleaning robot, with clockwise direction being negative and counterclockwise direction being positive. From the above data L _s , θ _s and the coordinates (x _a , x _b ) of point a and the traveling direction θ _a of the self-propelled cleaning robot at point a, the position of the wall or obstacle S (more precisely, the ultrasonic The coordinates (x _s , y _s ) of the reflecting surface (position of the reflecting surface) are expressed as follows. x _s = x _a −L _s・sin (θ _a + θ _s ) …(6) y _s = y _a +L _s・cos (θ _a + θ _s ) …(7) As described above, the set The self-position coordinates of the self-propelled cleaning robot and the position coordinates of the wall or obstacle in the Y coordinate system are determined. In step 4, the positional coordinates of the self-propelled cleaning robot and the wall or obstacle obtained as described above in steps 2 and 3 are stored in the memory 27b (Fig. 3), and the positional relationship of the wall or obstacle is expressed. A scene map is created and a travel route for the self-propelled cleaning robot is drawn on it. In step 5, it is determined whether or not the U-turn flag is set, and if it is not set, the process proceeds to step 6. In step 6, it is determined whether there is a wall or obstacle in the direction of movement of the self-propelled cleaning robot that can prevent it from traveling straight. As explained earlier, in this embodiment as well, the self-propelled cleaning robot is driven while repeatedly traveling straight and making U-turns.
The CPU 27a (Fig. 3) calculates and constantly monitors the distance between the self-propelled cleaning robot and a wall or obstacle in the direction of movement, and this distance is the first point at which the self-propelled cleaning robot can make a U-turn. When it became
In step 6, it is determined that there is a wall or obstacle ahead. In step 7, when it is determined in step 6 that there is no wall or obstacle ahead, the self-propelled cleaning robot is caused to travel straight ahead. This straight running is achieved by simultaneously rotating the left wheel drive motor 2 and the right wheel drive motor 6 (Fig. 2), so that the left wheel 1 and the right wheel 5 (second
(Figure). From step 7, the process returns to step 2, but unless it is determined that there is a wall or obstacle in front of it in step 6, the series of steps 2, 3, 4, 5, 6, and 7 will be repeated, and the self-propelled cleaning will continue. Make the robot run straight. During this straight traveling, the positions of the self-propelled cleaning robot and a wall or obstacle are detected, and the respective position coordinates are sequentially stored in the memory 27b (FIG. 3).
As a result, the scene map becomes gradually more detailed in the memory 27b, and the travel route of the self-propelled cleaning robot is drawn thereon. Here, with reference to FIG. 5, the operation of the self-propelled cleaning robot until it is determined that there is a wall in front in step 6 in a room with no obstacles will be explained. First, when the self-propelled cleaning robot is at the origin O before starting to travel, it detects the position of the wall using an ultrasonic radar. Here, to simplify the explanation, it is assumed that the walls 33, 34, 35, and 36 are parallel to either the X axis or the Y axis. When the self-propelled cleaning robot is at the origin O, the ultrasonic radar detects the portions of the wall on the X and Y axes (points 33a,
34a, 35a, 36a) and the corner part of the wall (point 3
3b, 34b, 35b, 36b). The self-propelled cleaning robot always starts traveling straight in the positive direction of the Y-axis from the origin O. In this case, as described above, the position of the wall in the direction of movement of the self-propelled cleaning robot is set in advance as point 34a. Because it has been detected
The distance between the point 34a on the wall and the self-propelled cleaning robot is monitored by the CPU 27a. The CPU 27a of the self-propelled cleaning robot calculates the self-position coordinates and the wall position coordinates during such straight forward movement, and stores them in the memory 27b.
4, 35, and 36 are sequentially detected, and a background map is gradually completed in the memory 27b, and the traveling route 32 of the self-propelled cleaning robot is drawn within the scene map. While driving straight ahead, if it is determined in step 6 that there is a wall or obstacle ahead, the process proceeds to step 8. In step 8, the self-propelled cleaning robot is stopped. In step 9, a U-turn flag is set. In step 10, the U-turn direction is changed. As explained earlier, the self-propelled cleaning robot repeatedly runs straight and makes U-turns, but in FIG. 5, the direction of the first U-turn is to the right, as shown by the trajectory 32. The next U-turn is made to the left. In other words, each time it makes a U-turn, its direction alternates between right and left, so that the self-propelled cleaning robot moves in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. In step 10, the direction of the U-turn is set in this way. Usually the first U
The direction of the turn is set to the right, but if a U-turn in this direction is not possible, the direction of the U-turn is set to the left, and the direction is then alternately changed to the right, left, right, and so on. Returning to FIG. 1, in steps 11 to 20, it is determined in what range the distance l between the self-propelled cleaning robot and the wall 33 in the X-axis direction shown in FIG. 5 falls. These ranges are: l>l ₁ (step 11), l ₁ ≧l>l ₂ (step 12), l ₂ ≧l>l ₃ (step 13), l ₃ ≧l>l ₄
(Step 14), l ₄ ≧l > l ₅ (Step 15), l ₅ ≧l
＞l ₆ (step 16), l ₆ ≧l＞l ₇ (step 17), l ₇ ≧
l>l ₈ (step 18), l ₈ ≧l> l ₉ (step 19), l ₉
≧l>l ₁₀ (step 20). In Fig. 5, when the interval l is sufficiently large, the pitch of the straight travel path before and after the U-turn of the self-propelled cleaning robot is A, and at this pitch A, the self-propelled cleaning robot The minimum value of the distance l between the self-propelled cleaning robot that can turn and the wall 33 is _l1 in step 11. Such a U-turn method will be explained with reference to FIG. In the same figure, 1' is the left wheel before the U-turn, and 1'' is the U-turn.
Left wheel after turn, 2 is right wheel, 33 is wall, 2
6' is the robot body before the U-turn, 26'' is the robot body after the U-turn, 37' and 37'' are the left front tips of the robot bodies 26' and 26'', respectively, 38',
38'' are the left rear tips of the robot bodies 26' and 26'', respectively. In the same figure, the self-propelled cleaning robot moves toward the right.
It shall be a turn. In this case, the U-turn is
The right wheel 5 is stopped, the left wheel 1' is driven in the forward direction, and the robot body 26' is moved around the right wheel 5.
Rotate 180°. By making such a U-turn, the distance between the center lines of the robot bodies 26', 26'' in the straight direction is pitch A, which is equal to the distance W between the left wheel 1' and the right wheel 5. Vacuum cleaner 17
Since the width of the dust suction port 18 (FIG. 2) is approximately equal to the width of the robot bodies 26' and 26'', the cleaning ranges before and after the U-turn overlap by the amount E shown in the figure. The areas a ₁ , b ₁ , determined by the distance from This is possible when there are no walls or obstacles within c ₁ and d _1. According to Fig. 6, the space required for making a U-turn in the right direction from the center line RR of the robot body 26' is The minimum width l ₁ is defined as: l ₁ = 1/2W + d...(8 ).Therefore, the self-propelled cleaning robot and the wall 33
When the distance l (strictly speaking, the distance between the center line RR of the robot body 26' and the wall 33) is larger than the distance _l1 expressed by equation (8), the self-propelled cleaning robot will touch the wall when making a U-turn. There is no chance that it will hit 33. In step 11, in addition to determining whether l>l ₁ , it is also determined whether a wall or obstacle exists in the ranges a ₁ , b ₁ , c ₁ , and d ₁ in FIG. If the distance l between the self-propelled cleaning robot and the wall 33 becomes less than l ₁ , it will not be possible to make a U-turn as described above, and cleaning residue will be left on the edge of the wall 33. The series of operations starting from steps 12, 13, 14, and 15 is to reduce the pitch before and after the U-turn to reduce the amount of cleaning residue. The U-turn method in this case will be explained with reference to FIG. In the same figure,
5' is the right wheel before the U-turn, 5'' is the right wheel after the U-turn, 26 is the robot body in the middle of the U-turn,
37 is the left front end of the robot body 26, and parts corresponding to those in FIG. 6 are given the same reference numerals. In FIG. 7, first, the left wheel 1' is stopped, the right wheel 5' is driven in the backward direction, and the robot body 26' is turned rightward about the left wheel 1'. This action pulls the right wheel 5' to the right rear. The amount of movement D of the right wheel 5' in the direction perpendicular to the center line RR of the robot body 26' is referred to as the wheel pull width. In the case of the U-turn shown in Figure 6,
Since the right wheel 5 is stopped, the wheel pull width D is zero. Next, robot body 26 with the right wheel pulled
On the other hand, as in the case of FIG. 6, the right wheel 5'' is stopped and the left wheel 1' is driven in the forward direction.As a result, the robot body 26 turns rightward about the right wheel 5''. The center line R'-R' of the robot body 26'' is the center line R of the robot body 26'.
-R, that is, when the self-propelled cleaning robot has turned 180 degrees, the drive of the left wheel 1' is stopped and the U-turn is completed. In this case, the distance between the self-propelled cleaning robots before and after the U-turn, that is, the pitch B, is as follows, where W is the distance between the left wheel 1' and the right wheel 5'. Therefore, the U-turn will be made at a narrower pitch than in the case of FIG. For this,
The amount of overlap in the cleaning range before and after the U-turn is 6th.
Needless to say, the amount is larger than the amount E in the case shown in the figure. In this case, the distance between the left wheel 1' and the left rear tip 38', the distance between the right wheel 5' and the left front tip 37', the left rear tip 38', the robot body 2
6' length, the positions of the right wheel 5' and left wheel ₁ ' with respect to the robot body 26', and _the wheel pull _{width D.} It is possible to make a U-turn when there is no vehicle. Also, as is clear from FIG. 7, the right wheel 5'
and the left front tip 37' is d, then the relationship between the space width l in the right direction from the center line RR of the robot body 26 and the wheel pull width D is as follows: l>d+(WD)-W/ 2=d+(W/2-D)...
(10) (However, W is the distance between left wheel 1' and right wheel 5')
When this is the case, the self-propelled cleaning robot will not hit the wall 33 even if it makes a U-turn as shown in FIG. Therefore, the distance l between the self-propelled cleaning robot and the wall 33
When becomes less than or equal to the value l ₁ expressed by equation (8), equation (10)
By setting the wheel pull width D according to this distance l so as to satisfy the distance l, and making a U-turn as shown in FIG. I can do it. In this embodiment, as shown in steps ₁₂ to 15 in FIG.
Divide the range of the interval l into four (i.e., l ₁ ≧l>l ₂ , l ₂ ≧l>l ₃ , l ₃ ≧l>l ₄ , l ₄ ≧l>
l ₅ ), for each category, the formula for l ₂ , l ₃ , l ₄ , l ₅ , respectively.
The wheel pull widths D ₂ , D ₃ , D ₄ , and D ₅ are set to satisfy (10). Therefore, if the distance l between the self-propelled cleaning robot and the wall 33 is in the range l ₁ ≧ l > l ₂ , it is determined in step 12 that this is the case, and the process is performed in step 22.
The wheel pull width D is set to the value _D2 . If this interval l is in other ranges less than or equal to the value _l1 , then steps 13 to 15
If it is determined that this is the case, one of the wheel pull widths D ₃ to D ₅ corresponding to this is set in steps 23, 24, or 25. From equation (10), as the wheel pulling width D increases, the interval l decreases, and the self-propelled cleaning robot can make a U-turn while approaching the wall 33, but when D = W, it will return to its travel path. Therefore, in step 15
l ₅ slightly larger than d-W/2 and step
Set _D5 of 25 to be slightly smaller than W. In addition,
If l> _l1 , this is determined in step 11, and the wheel drag width D is set to the value 0, _D1, in step 21. Of course, in steps 12 to 15, similarly to step 11, it is also determined whether there is a wall or obstacle within the ranges a ₂ , b ₂ , c ₂ , d ₂ in FIG. The same applies to the case of making a U-turn to the left. By the way, when making a U-turn as described above, since the robot bodies 26' and 26'' are turned, there is a gap between the robot body 26'' and the wall 33 after the U-turn is completed, as shown in FIG. N
A gap will be created, and this area will remain after cleaning. This width N satisfies N≧d−W+w/2 (11) no matter which U-turn is performed in steps 11 to 15. However, d and W are the widths shown in FIG. 6, and w is the width of the robot body 26. The series of operations starting from steps 15 to 20 are intended to remove any remaining cleaning material from this gap of width N. This is to bring the robot body 26 close to the wall 33 while moving backward. Hereinafter, this operation will be referred to as a backward turn. Hereinafter, the backward turning operation will be explained in detail with reference to FIG. Here, it is assumed that the self-propelled cleaning robot approaches the wall 33 on the right side in the direction of travel. First, the right wheel 5' of the robot body 26' is stopped and the left wheel 1' is driven backward. As a result, the robot body 26' turns to the left around the right wheel 5'. At this time, left wheel 1'
was pulled to the right and rear. Next, the left wheel 1'' of the turned robot body 26'' is stopped and the right wheel 5' is driven backward. As a result, the robot body 26'' turns to the right around the left wheel 1''. This turning stops when the center axis of the robot body 26'' becomes parallel to the center axis RR before turning. Through this series of turns, the right wheel 5' moves the same amount in the direction parallel to the left wheel 1'. The amount of movement C of the left wheel 1' and right wheel 5' in the direction perpendicular to the traveling direction (center axis R-R) after such a turn is called the two-wheel pulling width.Length of the robot body 26' , the spatial ranges a ₃ , b ₃ , necessary for backward turning determined by the positional relationship of the left wheel 1' and right wheel 5' with respect to the robot body 26', etc.
Backward turning is possible when there are no walls or obstacles within c ₃ and d ₃ . Further, if the distance between the left wheel 1' and the right rear tip 39' of the robot body 26' is d', and the distance between both wheels 1' and 5' is W, then the wall is The self-propelled cleaning robot does not hit the wall 33 when the relationship between the distance l up to the wall 33 and the width C of both wheels is l>d'+(C-W/2) (12). Therefore, when the distance between the robot body 26' and the wall 33 is smaller than the value _l5 at step 15,
After setting the pull width C of both wheels according to the distance l so as to satisfy formula (12), and making a backward turn as shown in FIG. You can eliminate 33 cleaning residues. In this embodiment, as shown in steps _16-20 of FIG.
The range taken by the interval l is l ₅ ≧l>l ₆ , l ₆ ≧l>l ₇ ,
Divide into 5 groups: l ₇ ≧l>l ₈ , l ₈ ≧l>l ₉ , l ₉ ≧l>l ₁₀ , and divide into l ₆ , l ₇ , l ₈ , l ₉ , l ₁₀ for each category. Correspondingly, the expression
Both wheel pull widths that satisfy (12) C ₆ , C ₇ , C ₈ , C ₉ , C ₁₀
is set. Therefore, now the robot body 26' and the wall 33
Assuming that the distance _{l from} C is set to the value _C6 . Step 17
Even if it is judged as "yes" in any of ~20,
Correspondingly, in one of steps 27 to 30, the width C of both wheels is set to the value C ₇ , C ₈ , C ₉ or C ₁₀ . Of course, at this time, in steps 16 to 20, the spatial ranges a ₃ , b ₃ ,
It is also determined whether there are walls or obstacles within c ₃ and d ₃ . Here, robot body 2 in Figures 6 to 8
6', length 80cm, width 50cm, each wheel 1',
The diameter of wheel 5' is 10cm, the distance between wheels 1' and 5' is 30cm,
When the distance from the front end of the robot body 26' to the wheel axle is 50 cm, and the distance from the rear end of the robot body 26' to the wheel axle is 30 cm, the values of the intervals l ₁ to l ₁₀ in Fig. 1 and the wheel pull width D A specific example of the values of ₁ to _D5 and _C6 to _C10 is shown in the following table.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、自走ロ
ボツトを壁ぎわや障害物のきわまで簡単かつ正確
に接近させることができ、該自走ロボツトに載置
される掃除機などの作業機器を制御することな
く、壁ぎわや障害物のきわまでの作業が可能とな
るものであつて、作業機器の機構部や駆動部の簡
略化が図かれて該自走ロボツトの小型、軽量化や
消費電力の削減が達成できるし、作業機器の位置
や駆動タイミングを考慮することなしに自走ロボ
ツトの制御が可能となるものであるから、自走ロ
ボツトの走行方法の判断や決定を迅速に行なうこ
とができるし、さらに、該自走ロボツトの小型、
軽量化にともない、部屋の壁や障害物に対応した
該自走ロボツトの動作変化を迅速に行なえ、作業
時間を大幅に短縮できる。 As explained above, according to the present invention, a self-propelled robot can easily and accurately approach the edge of a wall or an obstacle, and work equipment such as a vacuum cleaner mounted on the self-propelled robot can be easily and accurately approached. It is capable of working to the edge of walls and obstacles without being controlled, and the mechanism and drive parts of the working equipment are simplified, making the self-propelled robot smaller, lighter, and more energy efficient. Since power consumption can be reduced and the self-propelled robot can be controlled without considering the position or drive timing of the work equipment, it is possible to quickly judge and decide on the method of the self-propelled robot. Furthermore, the self-propelled robot can be made compact,
Due to the reduced weight, the self-propelled robot can quickly change its operation in response to walls and obstacles in the room, significantly reducing work time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明による自走ロボツトの走行制御
方法の一実施例を示すフローチヤート、第２図は
自走ロボツトの一具体例を示す構成図、第３図は
第２図に示した自走ロボツトにおける走行制御系
の全体を示すシステムブロツク図、第４図は自走
ロボツトの自己位置座標および壁や障害物の位置
座標を得る方法を示す説明図、第５図は第３図に
おけるメモリで画かれる情景地図と自走ロボツト
の走行経路とを示す説明図、第６図および第７図
は夫々自走ロボツトのＵターン方法を示す説明
図、第８図は自走ロボツトの後退旋回方法を示す
説明図、第９図は自走ロボツトの走行方法の一例
を示す説明図である。 １，１′，１″…左車輪、３…左車輪用エンコー
ダ、５，５′，５″…右車輪、７…右車輪用エンコ
ーダ、９…超音波送受信器、１２…パラボラアン
テナ、１３…超音波レーダ回転モータ、１４…超
音波レーダエンコーダ、１６…ジヤイロ、１７…
掃除機、２０…走行制御部、２６，２６″，２６
…ロボツトボデイ。 FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the self-propelled robot travel control method according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing a specific example of the self-propelled robot, and FIG. A system block diagram showing the entire travel control system of a mobile robot. Figure 4 is an explanatory diagram showing a method for obtaining the self-position coordinates of the mobile robot and the position coordinates of walls and obstacles. Figure 5 is a diagram showing the memory in Figure 3. 6 and 7 are explanatory diagrams showing the U-turn method of the self-propelled robot, respectively, and Figure 8 is the backward turning method of the self-propelled robot. FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a method of running a self-propelled robot. 1, 1', 1''...Left wheel, 3...Encoder for left wheel, 5,5', 5''...Right wheel, 7...Encoder for right wheel, 9...Ultrasonic transceiver, 12...Parabola antenna, 13... Ultrasonic radar rotation motor, 14... Ultrasonic radar encoder, 16... Gyroscope, 17...
Vacuum cleaner, 20... Travel control section, 26, 26'', 26
...Robot body.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 互いに独立に回転駆動される左車輪と右車輪
とが取り付けられた本体フレームの端部に所定領
域を作業する作業装置が取り付けられ、かつ、該
本体フレームに走行方向、走行距離及び物体に対
する距離、方向を測定する測定手段が載置された
自走ロボツトを、該測定手段の測定結果に基づい
て、走行制御し、該自走ロボツトが直進走行とＵ
ターンとを繰り返しながら該所定領域内をジグザ
グ走行するにした自走ロボツトの走行制御方法に
おいて、 該作業装置の作業幅が該左車輪と該右車輪との
間隔以上であつて、 該Ｕターンとしては、 該左車輪と右車輪の一方を停止状態とし、他方
を前進駆動することにより、該左車輪と該右車輪
との間隔に等しいピツチで該本体フレームの向き
を逆転させる第１のＵターンと、 該左車輪と該右車輪の一方を停止状態として他
方を所定距離だけ後進駆動し、後進駆動した方の
車輪を停止状態として停止状態とした車輪を前進
駆動することにより、該左車輪と該右車輪との間
隔よりも小さいピツチで該本体フレームの向きを
逆転させる第２のＵターンとが選択可能であり、 該自走ロボツトの直進方向に垂直な方向での該
所定領域の境界と該自走ロボツトとの間の距離が
該第１のＵターンが可能な距離であるときには、
該第１のＵターンを行なわせ、 該自走ロボツトの直進方向に垂直な方向での該
所定領域の境界と該自走ロボツトとの間の距離が
該第１のＵターンが不可能な距離であるときに
は、該距離に応じた該左車輪と該右車輪の一方の
前記後進駆動の距離で該第２のＵターンを行なわ
せ、 該自走ロボツトの直進方向に垂直な方向での該
所定領域の境界と該自走ロボツトとの間の距離が
該第２のＵターンも不可能な距離であるときに
は、該自走ロボツトを該所定領域の境界側に寄せ
ながら、該自走ロボツトを後進させることを特徴
とする自走ロボツトの走行制御方法。[Scope of Claims] 1. A working device for working in a predetermined area is attached to the end of a main body frame to which a left wheel and a right wheel that are rotatably driven independently of each other are attached, and the main body frame is provided with A self-propelled robot on which a measuring means for measuring travel distance, distance to an object, and direction is mounted is controlled to travel based on the measurement results of the measuring means, and the self-propelled robot is able to travel in a straight line and
In the traveling control method for a self-propelled robot, the self-propelled robot travels in a zigzag pattern within the predetermined area while repeating turns, and the working width of the working device is greater than or equal to the distance between the left wheel and the right wheel, and the U-turn is is a first U-turn in which the direction of the main body frame is reversed at a pitch equal to the distance between the left wheel and the right wheel by bringing one of the left wheel and the right wheel to a stopped state and driving the other forward; Then, one of the left wheel and the right wheel is in a stopped state, the other is driven backward by a predetermined distance, the wheel that was driven backward is in a stopped state, and the stopped wheel is driven forward. A second U-turn in which the direction of the main body frame is reversed at a pitch smaller than the distance from the right wheel can be selected, and the boundary of the predetermined area in a direction perpendicular to the direction in which the self-propelled robot moves straight is selectable. When the distance between the robot and the self-propelled robot is such that the first U-turn is possible,
make the first U-turn, and the distance between the boundary of the predetermined area and the self-propelled robot in a direction perpendicular to the straight-travel direction of the self-propelled robot is such that the first U-turn is impossible. If so, the second U-turn is made at the backward drive distance of one of the left wheel and the right wheel according to the distance, and the self-propelled robot makes the predetermined turn in the direction perpendicular to the straight traveling direction of the self-propelled robot. When the distance between the boundary of the area and the self-propelled robot is such that the second U-turn is not possible, the self-propelled robot is moved backward while moving the self-propelled robot closer to the boundary of the predetermined area. A traveling control method for a self-propelled robot, characterized by: