JP3660042B2

JP3660042B2 - 清掃ロボットの制御方法

Info

Publication number: JP3660042B2
Application number: JP01677696A
Authority: JP
Inventors: 島茂樹田; 山元青
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: JPH09206258A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床面を自律して走行し、かつ自動清掃を行う清掃ロボットの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自律走行機能及び自動清掃機能を併せ持つ清掃ロボットが提案されている。例えば、特開平４−２６０９０５号公報には、蓄電池を電源とするモータ、操舵輪、方位等を検出する各種センサ、これらの要素を制御するマイクロコンピュータ等を搭載して自律走行する機能に、洗浄液を床面に散水する散水口、床面を清掃する清掃ブラシ、集塵を吸い込む吸引ノズル、清掃後の汚水を吸引するスクイジ等を有する自動清掃機能を備えた清掃ロボットが記載されている。また、他の従来の清掃ロボットには、特願平６−２２１７６６号公報に記載されたように、廊下のように両側に壁がある床面を壁沿いに走行するものも存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の清掃ロボットには次のような問題があった。図１３に示されるように、壁１が平坦ではなく突起２等の障害物が存在した場合、どのような障害物であっても清掃ロボット３を４回スピンターンさせて回避しており、清掃効率の大幅な低下を招いていた。
【０００４】
本発明は、壁に突起等の小さい障害物がある場合、また大きい障害物がある場合にも、障害物に応じた回避動作を行い清掃効率を向上させることが可能な清掃ロボットの制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の清掃ロボットの制御方法は、清掃ロボットを壁沿いに走行させているときに障害物を回避する清掃ロボットの制御方法において、前方の障害物を検出する第１の障害物検出センサと、前方の障害物を検出し前記第１の障害物検出センサよりも検出距離が短い第２の障害物検出センサと、壁までの距離を測定する壁間距離検出センサと、を前記清掃ロボットに設け、壁までの距離を第１の距離に保つ走行を行うステップと、前記第１の障害物検出センサが障害物を検出したとき、前記壁間距離検出センサが検出する壁までの距離が前記第１の距離より遠い第２の距離に保つ走行を行う一次回避動作を行うステップと、前記一次回避動作を行った後に、前記第２の障害物検出センサが障害物を検出したとき、前記清掃ロボットの走行を停止させ、所定角度でスピンターンを行う二次回避動作を行うステップと、前記一次若しくは前記二次の回避動作を行った後に、前方に障害物を検出しないとき、後部壁検出センサにより障害物を回避したことを確認して、壁までの前記距離を前記第１の距離に保つ走行を行うステップと、を備えることを特徴とする。
【０００６】
前記二次回避動作におけるスピンターンには、第１の角度で行う第１のスピンターンと、この第１のスピンターンを行った後に前記第２の障害物検出センサが障害物を検出したとき前記第１の角度よりも大きい第２の角度で行う第２のスピンターンとが含まれていてもよい。
【０００７】
本発明の他の清掃ロボットの制御方法は、前方の障害物を検出する第１の障害物検出センサと、前方の障害物を検出し前記第１の障害物検出センサよりも検出距離が短い第２の障害物検出センサと、壁までの距離を測定する壁間距離検出センサと、走行方向を検出する方位センサとを清掃ロボットに設け、清掃ロボットに目標走行方向と第１の壁間距離とを設定し、前記方位センサが検出する走行方向が前記目標走行方向を維持し、前記壁間距離検出センサが検出する壁までの距離が前記第１の壁間距離を維持するように清掃ロボットを走行させるステップと、前記第１の障害物検出センサが障害物を検出した場合であって、前記方位センサが検出した走行方向が前記目標走行方向よりも壁に接近する方へずれており、さらにこのずれ角度が所定の接近角度以下の場合、前記第１の壁間距離よりも大きい第２の壁間距離を保つように設定を変更するステップと、前記第１の障害物検出センサが障害物を検出した場合であって、前記方位センサが検出した走行方向が前記目標走行方向よりも壁に接近する方へずれており、さらにこのずれ角度が前記所定の接近角度よりも大きい場合は、前記第２の障害物検出センサが障害物を検出したときに清掃ロボットの走行を停止させ、壁までの距離が拡がる方向へ第１の角度スピンターンさせ、第２の障害物検出センサが障害物をさらに検出したときは第１の角度よりも大きい第２の角度スピンターンさせるステップとを備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態による清掃ロボットの制御方法について説明する。
先ず、本実施の形態の制御方法により、障害物を回避する動作の概略について述べる。
【０００９】
図３に示すように、清掃ロボット１０には障害物を検出したり障害物までの距離を検出する各種センサが設けられている。清掃ロボット１０の前部中央には、３００〜２５００mmの範囲の前方の障害物を検出する前方障害物センサ１７ｂ１と、３００mm以下の範囲の障害物を検出する前方障害物センサ１７ｂ２とが設けられている。同様に、清掃ロボット１０の左右両側には、３００〜２５００mmの範囲の前方の障害物を検出する前方障害物センサ１７ａ１及び１７ｃ１と、３００mm以下の範囲の障害物を検出する前方障害物センサ１７ａ２及び１７ｃ２とが設けられている。
【００１０】
また、図４に示されたように、中央に位置する前方障害物センサ１７ｂ１及び１７ｂ２は検出範囲が広い広角のセンサであり、清掃ロボット１０の全幅の範囲内に含まれる殆ど全ての障害物を検出することができる。逆に、左右両側に設けられた前方障害物センサ１７ａ１及び１７ａ２と、前方障害物センサ１７ｃ１及び１７ｃ２は、検出範囲の広がりは狭く、清掃ロボット１０の幅よりもなるべく外へ拡がらないようにする必要がある。
【００１１】
さらに、清掃ロボット１０の前部中央付近には、左右の壁までのそれぞれの距離を測定する左壁検出センサ２３ｂと、右壁検出センサ２３ａとが設けられ、後部中央付近には清掃ロボット１０が障害物を回避したことを確認するための後部左壁検出センサ２６ｂと後部右壁検出センサ２６ａとが配置されている。このようなセンサを用いて障害物を検出しながら、次のように走行を制御する。
（１）清掃ロボット１０を、壁から約１５０mm離した状態で走行を開始する。
【００１２】
壁際には、出入り口やドアのノブ、ストッパ等の小さな凹凸があるが、これらの殆どは１００mmの範囲内にある。さらに、上記障害物センサには検出範囲が清掃ロボット１０の幅よりも若干拡がることを考慮する必要がある。そこで、清掃ロボット１０が壁際の小さい凹凸を障害物と検出して不必要な回避動作を行うことなく走行することができるように、予め壁から１５０mm程度離しておく。
（２）清掃ロボット１０が走行中に遠距離前方に障害物を検出した場合、走行速度を落として徐行するとともに、壁に対する清掃ロボット１０の進行方向を判断する。図５（ａ）に示されたように、右壁１ａへ近接していく角度が２度以下である場合は、右壁１ａまで３００mmの距離を保つように設定を変更する。前方障害物検出センサ１７ａ１〜ｃ１が検出し得る２５００mmの距離を走行する場合、この間に近接していく距離は９０mm（＝２５００＊tan ２deg ）であり、右壁１ａを障害物と誤認することはない。図５（ｂ）に示されたように、左壁１ｂに近接していく場合も同様であり、図６に示されたように左壁１ｂまでの距離を３００mmとする。
【００１３】
壁際には上述したドアのノブ等の凹凸の他に、消化器が存在することがある。しかし、一般の消化器の凸量は３００mm以内である。そこで、障害物を検出した後は、壁間距離を３００mmに設定して走行することで、消化器のような障害物も回避することとする。
（３）壁間距離を３００mmに設定して走行し、前方に障害物を検出しない場合には、回避動作が完了したと判断し、通常の走行速度に戻す。この後、後部右壁検出センサ２６ａ又は後部左壁検出センサ２６ｂにより障害物を回避したことを確認し、壁間距離を１５０mmに戻して走行を再開する。
（４）壁間距離を３００mmに設定しても依然として前方に障害物を検出する場合は、検出距離が短い障害物センサが障害物を検出した時に清掃ロボットの走行を停止する。停止状態で２度の角度で、その場スピンターンを行う。ここで、２度の角度でスピンターンを行うのは、障害物の大きさに応じてなるべく進路の変更量を小さくするためであり、±１度の変化があってもよい。
（５）前方に障害物が存在しない場合は、障害物を回避する動作が完了したと判断して、通常走行動作に戻る。より具体的には、図７に示されるように、２度のスピンターンを行って障害物を回避したことを後部左壁検出センサ２６ｂにより確認した後、左壁１ｂまでの距離が１５０mmを保つように走行する。
（６）図８に示されたように左壁１ｂに３００mm以上の障害物が存在する場合は、９０度のスピンターンを４回行って回避する。
【００１４】
次に、本実施の形態による制御方法で制御の対象となる清掃ロボットの制御機構の構成を図１に示し、この制御機構を搭載した清掃ロボットの構成を図２に示す。
【００１５】
図２のように、矢印Ａの方向に自走する清掃ロボット１０に右車輪１２ａ及び左車輪１２ｂが配置され、それぞれが右駆動モータ１１ａ及び左駆動モータ１１ｂによって回転する。右駆動モータ１１ａ及び左駆動モータ１１ｂは、右ドライバ１５ａ及び左ドライバ１５ｂによって駆動される。制御装置１６は、方位センサ１８、右前方障害物センサ１７ａ１及び１７ａ２、中央前方障害物センサ１７ｂ１及び１７ｂ２、左前方障害物センサ１７ｃ１及び１７ｃ２、右壁検出センサ２３ａ、左壁検出センサ２３ｂ、後部右壁検出センサ２６ａ、後部左壁検出センサ２６ｂ、右距離センサ１４ａ及び左距離センサ１４ｂの検出結果に応じて、右ドライバ１５ａ及び左ドライバ１５ｂを制御する。
【００１６】
また、清掃ロボット１０の後部には、回転自在な清掃ブラシ２５ａ〜２５ｃが配置されている。清掃ブラシ２５ａ〜２５ｃの前部には図示されていない散水口が設けられ、洗浄液が吐出される。清掃ブラシ２５ａ〜２５ｃの後部には、汚水を吸引するためのスクイジ２４が設けられている。
【００１７】
図１に、清掃ロボット１０の制御機構をより詳細に示す。制御部１６は、インタフェース１９ａ〜１９ｃ、メインコントローラ２０、カウンタ２１、Ａ／Ｄ変換器２２を有している。図２及び図３に示されたように、右前方障害物センサ１７ａ１及び１７ａ２が清掃ロボット１０の前部右側に設けられ、中央前方障害物センサ１７ｂ１及び１７ｂ２が前部中央に、また左前方障害物センサ１７ｃ１及び１７ｃ２が清掃ロボット１０の前部左側に設けられている。検出距離は、センサ１７ａ１、１７ｂ１及び１７ｃ１は３００〜２５００mmと長く、センサ１７ａ２、１７ｂ２及び１７ｃ２は３００mm未満と短い。これらのセンサが障害物を検出すると、その検出信号をインタフェース１９ａに入力する。
【００１８】
方位センサ１８は、例えばジャイロを用いて、基準方位に対する清掃ロボット１０の走行方位を検出して方位検出信号をインタフェース１９ｂに入力する。
【００１９】
インタフェース１９ａは、センサ１７ａ１〜１７ｃ１及び１７ａ２〜１７ｃ２から出力された信号を与えられ、増幅等の必要な処理を行ってメインコントローラ２０に与える。インタフェース１９ｂは、方位センサ１８からの信号を与えられて増幅等を行い、メインコントローラ２０に与える。
【００２０】
右壁検出センサ２３ａ及び左壁検出センサ２３ｂと、後部右壁検出センサ２６ａ及び後部左壁検出センサ２６ｂとがそれぞれ壁までの距離を検出しアナログ信号を出力すると、Ａ／Ｄ変換器２２に入力される。Ａ／Ｄ変換器２２は、このアナログ信号をデジタル信号に変換してメインコントローラ２０に出力する。
【００２１】
メインコントローラ２０には、清掃ロボット１０の走行距離に関する情報も入力される。右距離センサ１４ａは、右駆動モータ１１ａの回転軸の回転をエンコーダ等で検出し、左距離センサ１４ｂは、左駆動モータ１１ｂの回転軸の回転をエンコーダ等で検出して、カウンタ２１に入力する。カウンタ２１は、所定時間内の回転数から、右車輪１２ａと左車輪１２ｂの走行距離を算出してメインコントローラ２０に出力する。
【００２２】
メインコントローラ２０は、インタフェース１９ａ及び１９ｂ、Ａ／Ｄ変換器２２、カウンタ２１から与えられた情報に基づき、インタフェース１９ｃに制御信号を出力する。インタフェース１９ｃは、この制御信号に増幅等を行って右ドライバ１５ａ及び左ドライバ１５ｂに与える。右ドライバ１５ａ及び左ドライバ１５ｂは、この制御信号に基づいて右駆動モータ１１ａ及び左駆動モータ１１ｂの動作を制御する。
【００２３】
次に、本実施の形態による制御方法により、清掃ロボットが障害物を回避するときの動作の手順をフローチャートを用いて説明する。先ず、図９に壁に沿って走行している最中に障害物を回避する手順を示す。ステップ１０２として、検出距離が短い前方障害物センサ１７ａ２〜１７ｃ２が、清掃ロボット１０の前方３００mm以内の近接した位置に障害物を検出したか否かを判断する。障害物が検出された場合は、図１０のフローチャートにおけるステップ２０２へ移行する。障害物が検出されないときは、ステップ１０４として右壁と左壁のいずれに沿って走行しているかを判断する。右壁に沿って走行している場合は、ステップ１０６で、検出距離が長い右前方障害物センサ１７ａ１と中央前方障害物センサ１７ｂ１のいずれかが障害物を検出したか否かを判断する。左壁に沿って走行している場合は、ステップ１０８として、検出距離が長い左前方障害物センサ１７ｃ１と中央前方障害物センサ１７ｂ１のいずれかが障害物を検出したか否かを判断する。検出しないときは、ステップ１２２を経て１２４へ移行し、通常の壁沿い走行を続行する。ステップ１２６で、設定距離を走行し終わったか否かを判断し、走行し終えたときはステップ１２８として走行を停止する。走行が未だ終了していないときは、ステップ１０２へ戻る。
【００２４】
ステップ１０６又は１０８において障害物が検出されたときは、ステップ１１０へ移行し、清掃ロボット１０の目標走行方向と、方位センサ１８により検出した現在の走行方向とを比較する。
【００２５】
ステップ１１２で、壁から離れる方向か否かを判断し、離れる方向である場合はステップ１１８へ移行して徐行し、接近する方向である場合はステップ１１４へ移行する。ステップ１１４で、目標走行方向と現在の走行方向とのずれが２度以内か否かを判断し、２度以内であればステップ１１８で徐行し、さらにステップ１２０へ移行して目標壁間距離を１５０mmから３００mmへ変更する。ステップ１１４で進行方向のずれが２度を越える場合は、ステップ１１６へ移行して徐行する。ここで、目標進行方向と現在の走行方向とのずれが２度以内とは、図１２（ａ）又は（ｂ）におけるハッチングされた領域にあることをいう。この領域にある場合に、ステップ１１８へ移行し、この領域外にある場合は２度を越えるとしてステップ１１６へ移行する。
【００２６】
ステップ１２４へ移行して壁沿い走行を行い、上述したステップ１２６で設定距離を走行したか否かを判断する。
【００２７】
上記ステップ１０２で、検出距離の短いセンサ１７ａ２〜１７ｃ２が３００mm以内に障害物を検出したか否かを判断し、検出した場合は図１０のステップ２０２へ移行する。ステップ２０２において、清掃ロボット１０の走行を減速させ停止させる。ステップ２０４において、障害物から離れる方向に２度の角度でスピンターンを行う。ここで、２度スピンターンを行うときの動作手順は後述する。
【００２８】
ステップ２０６において、検出距離の短いセンサ１７ａ２〜１７ｃ２が３００mm以内に障害物を検出したか否かの判断を行う。ステップ２０８で、障害物を検出したか否かを判断し、検出したときはステップ２１０へ移行する。ステップ２１０において、通常の障害物回避動作を行う。通常は、９０度その場スピンターンを行う。ステップ２０８で障害物を検出していない場合は、上記ステップ１２２へ移行して徐行を解除し、ステップ１２４で壁沿い走行を再開する。
【００２９】
図１１に、２度スピンターンの動作手順を示す。ステップ３０２として右駆動モータ１１ａ及び左駆動モータ１１ｂの回転を減速させた後停止させる。ステップ３０４において、清掃ロボット１０の目標走行方向が０度であるか又は１８０度であるを判断する。０度である場合は、ステップ３０６へ移行し、左壁に沿う走行であるか右壁に沿う走行であるかを判断する。左壁に沿う走行である場合は、ステップ３０８へ移行して、図示されたように０度の現在位置から＋２度の方向へスピンターンを行う。右壁に沿う走行では、ステップ３１０において、０度の位置から−２度の方向へスピンターンを行う。
【００３０】
ステップ３０４で目標走行方向が１８０度であると判断した場合は、ステップ３１２へ移行する。ステップ３１２において、左壁に沿う走行であるか右壁に沿う走行であるかを判断する。左壁に沿う走行である場合は、ステップ３１４へ移行して１８０度の現在位置から−１７８度の方向へスピンターンを行う。右壁に沿う走行では、ステップ３１６において１８０度の位置から＋１７８度の方向へスピンターンを行う。
【００３１】
上述したように、従来は前方に障害物を検出した場合はどのような障害物であっても図１３に示されたように４回９０度スピンターンを行っていたため清掃効率が低いという問題があった。これに対し、本実施の形態によれば、前方の障害物を検出するセンサとして検出距離の異なるものを２つ備え、遠方に障害物を検出したときは壁間距離を拡げ、近距離で障害物を検出した場合は、スピンターンを２度の角度で行い、その後も依然として障害物を検出した場合に９０度スピンターンを行う。これにより、障害物に応じて無駄な回避動作を行わないようにし、清掃作業の効率を向上させることができる。
【００３２】
本実施の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、本実施の形態では清掃ロボットの後部に壁間距離センサを備えて障害物を回避したことを確認するのに用いているが、必ずしも備える必要はない。また、障害物を検出したとき、壁間距離を大きくとったりスピンターンを行うという動作の他に徐行を行っているが、必ずしも徐行という動作を採り入れなくともよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の清掃ロボットの制御方法は、前方の障害物を検出するセンサとして検出距離の長いものと短いものとを設け、検出距離の長いセンサが障害物を検出したとき壁までの距離を拡げる一次回避動作を行わせ、この後も依然として検出距離の短いセンサが障害物を検出したときは停止してスピンターンを行うという二次回避動作を行わせるため、障害物に応じた必要な回避動作のみを行わせることで、清掃効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による制御方法により制御される清掃ロボットの制御部の構成を示したブロック図。
【図２】同制御部を搭載した清掃ロボットの構成を示したブロック図。
【図３】同清掃ロボットの断面構造を示した横断面図。
【図４】同清掃ロボットのセンサの検出範囲を示した説明図。
【図５】同清掃ロボットの２度スピンターンの動作を、右壁に沿う走行時と左壁に沿う走行時とに分けて示した説明図。
【図６】同清掃ロボットが壁間距離を変更して障害物を回避する様子を示した説明図。
【図７】同清掃ロボットが２度スピンターンを行い障害物を回避する様子を示した説明図。
【図８】同清掃ロボットが２度スピンターンを行った後に、依然として障害物を検出し、さらに９０度スピンターンを行って障害物を回避する様子を示した説明図。
【図９】本発明の一実施の形態による制御方法において、壁沿い走行時に障害物を回避する手順を示したフローチャート。
【図１０】同制御方法において、障害物を近接した位置で検出したときの回避手順を示したフローチャート。
【図１１】同制御方法における２度スピンターンの手順を示したフローチャート。
【図１２】同制御方法において、目標走行方向と清掃ロボットの走行方向とのずれを示した説明図。
【図１３】従来の清掃ロボットの制御方法により障害物を回避する動作を示した説明図。
【符号の説明】
１ａ右壁
１ｂ左壁
１０清掃ロボット
１１ａ右駆動モータ
１１ｂ左駆動モータ
１４ａ右距離センサ
１４ｂ左距離センサ
１５ａ右ドライバ
１５ｂ左ドライバ
１６制御部
１７ａ１、１７ａ２右前方障害物センサ
１７ｂ１、１７ｂ２中央前方障害物センサ
１７ｃ１、１７ｃ２左前方障害物センサ
１８方位センサ
１９ａ〜１９ｃインタフェース
２０メインコントローラ
２１カウンタ
２２Ａ／Ｄ変換器
２３ａ右壁検出センサ
２３ｂ左壁検出センサ
２４スクイジ
２５ａ〜２５ｃ清掃ブラシ
２６ａ後部右壁検出センサ
２６ｂ後部左壁検出センサ

Claims

清掃ロボットを壁沿いに走行させているときに障害物を回避する清掃ロボットの制御方法において、
前方の障害物を検出する第１の障害物検出センサと、前方の障害物を検出し前記第１の障害物検出センサよりも検出距離が短い第２の障害物検出センサと、壁までの距離を測定する壁間距離検出センサと、を前記清掃ロボットに設け、
壁までの距離を第１の距離に保つ走行を行うステップと、
前記第１の障害物検出センサが障害物を検出したとき、前記壁間距離検出センサが検出する壁までの距離が前記第１の距離より遠い第２の距離に保つ走行を行う一次回避動作を行うステップと、
前記一次回避動作を行った後に、前記第２の障害物検出センサが障害物を検出したとき、前記清掃ロボットの走行を停止させ、所定角度でスピンターンを行う二次回避動作を行うステップと、
前記一次若しくは前記二次の回避動作を行った後に、前方に障害物を検出しないとき、後部壁検出センサにより障害物を回避したことを確認して、壁までの前記距離を前記第１の距離に保つ走行を行うステップと、
を備えることを特徴とする清掃ロボットの制御方法。
前記二次回避動作におけるスピンターンは、第１の角度で行う第１のスピンターンと、この第１のスピンターンを行った後に前記第２の障害物検出センサが障害物を検出したとき前記第１の角度よりも大きい第２の角度で行う第２のスピンターンとが含まれることを特徴とする請求項１記載の清掃ロボットの制御方法。
清掃ロボットを壁沿いに走行させているときに障害物を回避する清掃ロボットの制御方法において、
前方の障害物を検出する第１の障害物検出センサと、前方の障害物を検出し前記第１の障害物検出センサよりも検出距離が短い第２の障害物検出センサと、壁までの距離を測定する壁間距離検出センサと、走行方向を検出する方位センサとを前記清掃ロボットに設け、
前記清掃ロボットに目標走行方向と第１の壁間距離とを設定し、前記方位センサが検出する走行方向が前記目標走行方向を維持し、前記壁間距離検出センサが検出する壁までの距離が前記第１の壁間距離を維持するように前記清掃ロボットを走行させるステップと、
前記第１の障害物検出センサが障害物を検出した場合であって、前記方位センサが検出した走行方向が前記目標走行方向よりも壁に接近する方へずれており、さらにこのずれ角度が所定の接近角度以下の場合、前記第１の壁間距離よりも大きい第２の壁間距離を保つように設定を変更するステップと、
前記第１の障害物検出センサが障害物を検出した場合であって、前記方位センサが検出した走行方向が前記目標走行方向よりも壁に接近する方へずれており、さらにこのずれ角度が前記所定の接近角度よりも大きい場合は、前記第２の障害物検出センサが障害物を検出したときに前記清掃ロボットの走行を停止させ、壁までの距離が拡がる方向へ第１の角度スピンターンさせ、第２の障害物検出センサが障害物をさらに検出したときは第１の角度よりも大きい第２の角度スピンターンさせるステップと、
を備えたことを特徴とする清掃ロボットの制御方法。