JPH0546239A

JPH0546239A - 自律走行ロボツト

Info

Publication number: JPH0546239A
Application number: JP3224725A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Furuhashi; 義久古橋; Kazuoki Yamamoto; 一起山元
Original assignee: NEC Home Electronics Ltd; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Home Electronics Ltd; NEC Corp
Priority date: 1991-08-10
Filing date: 1991-08-10
Publication date: 1993-02-26

Abstract

(57)【要約】【目的】周回走行により事前認識した走行空間を、決
められた走行様式に忠実に自律走行する。【構成】指定された走行空間を所定の走行様式に従っ
て自律走行するロボット本体２を、任意の走行空間の境
界壁に沿って周回走行させ、このときのマッピング動作
により走行空間の大きさと形状を示すマップを作成する
ことにより、自律走行に必要な走行経路をロボット本体
２自らが決定し、周回走行に続く実地走行において決め
られた走行様式に忠実な走行を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、周回走行により事前
認識した走行空間を、決められた走行様式に忠実に自律
走行する自律走行ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】走行環境に適応して走行する自律走行ロ
ボットは、工場内を目的地まで走行する部品搬送ロボッ
トや、或は工場内を清掃する掃除ロボットなどに用いら
れる。こうした自律走行ロボットは、走行空間を自らが
認識して走行するのが望ましいのであるが、清掃の対象
となる空間は決まっているため、毎回一定の経路に沿っ
て走行しさえすればよく、このため工場内に地理標識と
なるランドマークをあらかじめ走行経路に沿って配置し
たり、或は走行経路そのものにロボット案内用のガイド
ラインを敷設するといった方法が取られてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の自律走行ロ
ボットは、ランドマークやガイドラインといった案内の
ための補助媒体が不可欠であり、このためランドマーク
やガイドライン等が設置されていないまったく未知の走
行空間を一定の走行様式に従って走行させることはでき
なかった。従って、例えば一般家庭において、大きさや
形状が異なる部屋を自律走行ロボットを使って無人清掃
するといった汎用性をもたせる試みは、日常生活に支障
を来しかねない案内標識等が一般受けする余地の少ない
ものだけに、実現性の乏しいものであった。

【０００４】一方また、壁や障害物に当たると方向転換
する自律走行ロボットを用いて部屋を清掃する自動掃除
機も試作されている、しかし、このものは家具やテーブ
ルといった障害物がまったくない矩形に近い形状の部屋
にはある程度通用するが、凹凸のある部屋や障害物のあ
る部屋を満遍なく清掃するには、進路決定機構が余りに
も単純に過ぎて厳密さを欠くものであり、また一応の自
動清掃が完了した時点で、部屋のどの箇所を清掃し終え
たかを知る手掛かりがないために、掃除できなかった掃
除残し部分をある程度勘を頼りに再清掃しなければなら
ず、そのため一通りの清掃を終えるのにかなりの時間が
必要であり、効率がきわめて悪いといった課題を抱えて
いた。また、従来の自律走行ロボットの多くは、部屋の
壁に沿って走行する走行様式はさほど重視しておらず、
従って例えば部屋の壁沿いに直角の角に当たったような
場合、そのままの位置或は若干後退した位置で前輪の向
きを変えて方向転換していたため、当然のことながら自
律走行ロボットの走行軌跡と壁との間、特に壁の角の部
分との間に隙間ができやすく、掃除ロボットの場合には
この隙間の部分が掃除残しとなるといった課題を抱えて
いた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決したものであり、指定された走行空間を所定の走行
様式に従って自律走行するロボット本体と、前記ロボッ
ト本体を任意の走行空間の境界壁に沿って周回走行させ
る走行制御手段と、前記ロボット本体が周回走行すると
きに、前記走行空間の大きさと形状を示すマップを作成
するマッピング手段とを具備することを特徴とするもの
である。

【０００６】

【作用】この発明は、指定された走行空間を所定の走行
様式に従って自律走行するロボット本体を、任意の走行
空間の境界壁に沿って周回走行させ、このときに該走行
空間の大きさと形状を示すマップを作成することによ
り、自律走行に必要な走行経路をロボット本体自らが決
定し、決められた走行様式に忠実に走行空間を走破す
る。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図１ない
し図１２を参照して説明する。図１は、この発明の自律
走行ロボットの一実施例を示す斜視図、図２は、図１に
示した自律走行ロボットの概略構成図、図３は、図１に
示した自律走行ロボットのセンサ配置を示す平面図、図
４は、図１に示した自律走行ロボットの周回走行軌跡を
示す図、図５は、図１に示した自律走行ロボットの掃除
経路を示す図、図６は、図１に示した自律走行ロボット
の方向転換動作を説明するための図、図７は、図１に示
した液晶表示パネルに表示されるマップ例を示す図、図
８は、図１に示したＣＰＵによる起点探査動作を説明す
るためのフローチャート、図９は、図１に示したＣＰＵ
によるマッピング動作を説明するためのフローチャー
ト、図１０は、図９に示した方向転換処理動作を説明す
るためのフローチャート、図１１は、図１に示したＣＰ
Ｕによる走行様式決定動作を説明するためのフローチャ
ート、図１２は、図１に示したＣＰＵによる掃除制御動
作を説明するためのフローチャートである。

【０００８】図１，２に示す自律走行ロボット１は、掃
除空間として指定された任意の部屋を掃除する掃除ロボ
ットであり、掃除対象となる部屋の内部をまず自らが周
回し、事前に走行空間の大きさと形状を示すマップを作
成（マッピング）し、次にこのマップに従って部屋全体
の掃除を行う。掃除にさいしてロボット本体２に課され
る走行様式としては、ここでは壁から壁に向けて往復走
行しながら進路を僅かずつ変更する、いわゆるジグザグ
走行による全面走破を標準走行様式に定めてあるが、こ
の外にも例えばマッピング動作時の周回走行の半径を一
周するごとに狭めていく螺旋走行などの走行様式も可能
である。

【０００９】自律走行ロボット１は、前輪３と左右一対
の後輪４の計３輪で支えられたドーム状のロボット本体
２に吸引式掃除機５を一体化させたものであり、ロボッ
ト本体２の前面下部に本体幅ぎりぎりの幅をもった吸引
口６が開口させてある。なお、吸引口６の後端部からロ
ボット本体２の後端部までの距離は、部屋の角でロボッ
ト本体２を方向転換させたときに掃除残しができないよ
う、ロボット本体２の本体幅よりも短くなるよう考慮し
てある。すなわち、ロボット本体２の本体長さから吸引
口６の奥行きを差し引いた値は、ロボット本体２の本体
幅よりも小さく、従って吸引口６の奥行きは、ロボット
本体２の本体長さから本体幅を差し引いた値よりも大き
い。仮に、ロボット本体２の本体長さが本体幅に等しい
か、もしくは本体幅よりも小さい場合は、吸引口６の奥
行きは任意に決定できるが、ロボット本体２の本体長さ
が本体幅よりも大きい場合は、吸引口６の形状設計、特
にその奥行き寸法の決定には注意が必要である。吸引口
６の両脇にはゴミをかき集めるため回転ブラシ７が取り
付けてあり、吸引口６から吸引された塵埃は集塵パック
８に収容され、集塵パック８を通過した空気は、吸気フ
ァン９によりロボット本体２の側面に開口する排気口１
０から排気される。集塵パック８は、ロボット本体２上
面の蓋１１を開けて交換が可能である。実施例では、前
輪３を走行距離の計測用に用い、左右一対の後輪４はモ
ータ駆動回路１２により駆動制御されるモータ１３によ
り互いに独立して正逆転駆動できるようにしてある。す
なわち、前輪３の回転はエンコーダ１４を介して正負の
符号をもった走行距離に換算され、積算距離計１５によ
り積算されたのち、ＣＰＵ１６に取り込まれる。また、
後輪４の回転も、エンコーダ１７を介して左右独立のデ
ータとしてモータ駆動回路１２を介してＣＰＵ１６に取
り込まれる。

【００１０】また、ロボット本体２の正面と背面及び左
右の側面の各面には、図３に示したように、それぞれ接
触センサ１８と一対の超音波センサ１９が組み込まれて
おり、ロボット本体２が壁や障害物に当たることなく走
行するよう走行環境を監視する。接触センサ１８は、近
接スイッチや感圧スイッチのように物体が直接接触した
ことを検出するものが用いられ、超音波センサ１９の死
角に入った物体とロボット本体２との衝突を監視する。
超音波センサ１９は、互いに対をなす超音波送信素子１
９ａと超音波受信素子１９ｂを並べて配置したものであ
り、超音波送信素子１９ａから送信された超音波が物体
に反射されて超音波受信素子１９ｂに戻るまでの時間か
ら、物体までの距離を計測することができる。ロボット
本体２の各面に超音波センサ１９を２個ずつ配設したの
は、２個の超音波センサ１９が検出する物体までの距離
を一致させるようロボット本体２を姿勢制御すること
で、部屋の壁に対する各面の平行を厳密に出すことがで
きるためである。

【００１１】実施例に示した自律走行ロボット１は、電
源コード２０を商用電源に接続して使用するコード式を
採用しており、このため自律走行の過程で電源コード２
０が弛んだり或は引っ張られたりしてロボット本体２の
走行に支障を来すことがないよう、電源コード２０を巻
き取るコードリール２１をモータ２２により正逆転駆動
し、ロボット本体２の走行に連動して常に必要な長さだ
け電源コード２０が給送できるようにしてある。

【００１２】また、この自律走行ロボット１の最大の特
徴は、部屋の清掃に着手する前に部屋を掃除しながら周
回し、部屋の大きさと形状及び障害物の位置と大きさに
関するマップを形成する、いわゆるマッピング動作を自
動的に行う点にある。こうしたマッピング動作は、本格
的に部屋を掃除するクリーニング動作、或はマッピング
の起点を探す起点探査動作といった他の動作と同様、す
べてＣＰＵ１６によって統括制御される。すなわち、例
えばマッピング動作時にあっては、ＣＰＵ１６は、接触
センサ１８や超音波センサ１９といった探知手段の出力
からロボット本体２の進路を判定するとともに、積算距
離計１５の出力とロボット本体２の方位から現在位置を
特定し、ロボット本体２が周回を完了したことを判定す
る。さらにまた、ＣＰＵ１６は、マッピングにより得ら
れるマップデータをメモリ２３に格納し、同時にまた部
屋の大きさと形状及び障害物の位置と大きさに関するマ
ップを、液晶駆動回路２４を介して液晶表示パネル２５
に表示する。液晶表示パネル２５は、ロボット本体２の
上面に組み付けてある。

【００１３】ところで、大きさと形状がまったく未知の
部屋を掃除する場合、まずその部屋に自律走行ロボット
１を持ち込み、適当な場所に置いて電源コード２０を壁
際のコンセントに接続する。次に、電源釦を押すと、自
律走行ロボット１はまず起点探査に着手する。起点探査
は、自律走行ロボットが置かれた場所に近い部屋の隅を
捜し出し、これを起点としてマッピングに移行するため
の準備作業にあたるものである。ここでは、図８に示し
たように、まずステップ（１０１）において、ロボット
本体２の各面に設けられた超音波センサ１９により、最
寄りの壁までの距離を計測する。そして、続くステップ
（１０２）において、もっとも距離の近い壁を進行方向
に定め、直進走行でよい場合は、判断ステップ（１０
３）に続くステップ（１０４）において、後輪４を駆動
して直進する。ただし、方向転換が必要な場合は、ステ
ップ（１０５）を経て直進走行に移行する。このとき、
ロボット本体２は、ステップ（１０５），（１０６）に
示したように、超音波センサ１９により目標壁までの距
離を計測しつつ、かつまた接触センサ１８による接触監
視のもと、直進走行を続ける。ロボット本体２がが壁面
に到達したことが検出されると、判断ステップ（１０
７）を受けて、ステップ（１０８）においてモータ１３
による駆動が中断され、ロボット本体２は一旦停止す
る。次に、ロボット本体２を壁に平行にするため、ステ
ップ（１０９）においてロボット本体２を左又は右に方
向転換させる。そして、方向転換を終えたあと、ステッ
プ（１１０）に示したように、壁に向き合う面の超音波
センサ１９の出力からロボット本体２が部屋の隅に達し
ているかどうかを判断する。部屋の隅に達していない場
合は、ステップ（１０４）に戻り、再びこれまでの動作
を繰り返すが、ロボット本体２が部屋の隅に達したこと
が確認された場合は、頭を壁に向けたロボット本体２が
隣の壁を背にして前進できるよう、ステップ（１１１）
において、左又は右に直角に方向転換を行い、最後にス
テップ（１１２）において、現在位置を起点Ａとして座
標原点（０，０）をメモリ２３に格納する。

【００１４】こうして、次のマッピング動作に必要な起
点探査が完了し、ロボット本体２は図４に点線で示す周
回走行に移行する。マッピング動作では、部屋を１周し
て部屋の大きさと形状を把握する必要があるが、既に起
点探査によりロボット本体２は部屋の一隅に定めた起点
Ａにおいて壁に平行に待機しているため、図９のステッ
プ（２０１）に示したように、直ちに直進走行に入るこ
とができる。なお、実施例では、マッピング動作に伴う
周回走行の最中に吸気ファン９を作動させ、周回清掃を
併せ行うことで掃除効率の向上を図るようにしている。
直進走行中は、ステップ（２０２）〜（２０４）に示し
たように、超音波センサ１９による距離計測と接触セン
サ１８による接触検出及び積算距離計１５による積算距
離の計測が行われる。すなわち、ここでは、壁面に対向
する一対の超音波センサ１９の出力が、例えばそれぞれ
２ｃｍ程度を示し続けるよう、ロボット本体２の進行方
向は常に監視され、壁面からロボット本体２までの距離
がずれた場合は、前輪３の向きを変えることで方向修正
が行われる。また、壁に沿って直進する間は方位が変わ
らないので、ロボット本体２の走行距離Ｓがそのままロ
ボット本体の現在位置（０，Ｓ）を示すことになる。ま
た、明らかに壁とは異なる物体或はまた壁と紛らわしい
物体が超音波センサ１９により検出されたときは、とり
あえずこれらの物体を一括して障害物とみなしておき、
ステップ（２０５）における判断を踏まえた上で、障害
物とみなした物体の座標（Ｘ’，Ｙ’）をステップ（２
０６）においてメモリ２３に書き込む。

【００１５】こうして、ロボット本体２が部屋の隅に到
達すると、前方監視用の超音波センサ１９の出力がここ
でも２ｃｍ前方の壁面を検出したことを受けて、判断ス
テップ（２０７）に続くステップ（２０８）において、
モータ１３の駆動が停止し、ロボット本体２を前面が壁
に向き会う姿勢で停止させる。モータ駆動の停止ととも
に、停止位置である端点Ｂの座標（０，Ｙ２）がメモリ
２３に書き込まれる。メモリ２３への座標書き込みを終
えると、ステップ（２１０）に示した方向転換処理に入
る。この場合、単純にロボット本体２を右方向に方向転
換したのでは、ロボット本体２の走行軌跡と壁との間に
隙間が生じてしまうため、ここでは多少複雑ではある
が、図１０に示したように、ロボット本体２の中心は同
じ位置で向きだけを直角に変えるような方法をとること
にしている。

【００１６】すなわち、まず図１０に示すステップ（２
１１）において、前方に壁があるかどうか判断し、そう
でない場合、すなわち室内の凸壁に沿って走行している
場合は前方に壁が存在しないため、後述するステップ
（２２１）以下の処理を実行する。ただし、ここでは、
図６（Ａ）に示す走行の結果として前方に壁が存在する
場合の方向転換であるため、まずモータ１３を逆転駆動
し、ステップ（２１２）に示したように、あらかじめ指
定された距離だけロボット本体２を後退させる。図６
（Ｂ）に点線で示す位置までロボット本体２が後退した
ならば、今度はモータ１３を正転駆動に切り替え、ステ
ップ（２１３）に示したように、前進しながら左側壁か
ら離れる方向、すなわち図６（Ｃ）に示したように、こ
こでは右折方向に方向転換する。そして、ステップ（２
１４）に示したように、指定角度である１３５度だけ右
方向に方向転換した時点で、図６（Ｄ）に実線で示した
位置で右折前進を停止する。次に、ステップ（２１５）
に示したように、ロボット本体２を後退させながら方向
転換させ、図６（Ｅ）に示した方向にロボット本体２を
移動させる。そして、図６（Ｆ）に示したように、ロボ
ット本体２の背面がそれまでの案内壁に対向した時点
で、ステップ（２１６）の判断結果を受け、ステップ
（２１７）においてモータ１３の駆動を停止する。さら
に、ロボット本体２の左側面が壁面から例えば２ｃｍ離
れた位置で壁に平行になるよう、ステップ（２１８）に
おいて、モータ１３を微妙に正逆転駆動しながら幅寄せ
の要領で姿勢制御し、判断ステップ（２１９）における
肯定判断を待つ。こうして、ロボット本体２は前面が壁
面に対向する状態から、中心は同じ位置で向きだけを直
角に変え、背面が壁面に対向する状態に姿勢変更され
る。従って、掃除残しが生ずることはない。

【００１７】なお、図４に示した室内の凸壁ＣＤＥＦを
端点Ｃから端点Ｄにかけてロボット本体２が走行する場
合は、判断ステップ（２１１）における判断否定結果を
受けて、ステップ（２２１）において周回案内の役目を
果している壁に向き合う超音波センサ１９の出力を取り
込む。その結果、端点Ｄをちょっと過ぎた時点で、それ
まで周回案内していた壁が切れたことが分かる。このと
き、ロボット本体２の本体幅よりも狭い壁のポケットが
原因で壁が切れたり、或は壁は切れていても方向転換余
地が無いような場合を除き、ステップ（２２２），（２
２３）の判断結果を受けて、ステップ（２２４）におい
て、ロボット本体２を指定距離だけ前進させる。次に、
ステップ（２２５）において、ロボット本体２を壁に沿
って方向転換させたのち、前述のステップ（２１８）に
合流する。

【００１８】ロボット本体２が部屋壁に沿って一周して
起点Ａにまで戻ると、図９のステップ（２３０）におい
て、ロボット本体２の現在位置が起点Ａであることが判
定され、周回動作を完了する。そして、ロボット本体２
の周回中に得られた閉曲面ＡＢＣＤＥＦＧＨの起点Ａ
（０，０）と各方向転換点Ｂ（０，Ｙ２），Ｃ（Ｘ１，
Ｙ２），Ｄ（Ｘ１，Ｙ１），Ｅ（Ｘ２，Ｙ１），Ｆ（Ｘ
２，Ｙ２），Ｇ（Ｘ３，Ｙ２），Ｈ（Ｘ３，０）の各座
標から、ＣＰＵ１６は部屋の大きさと形状を知ることが
できる。すなわち、周回した部屋は、縦がＹ２，横がＸ
３の矩形をベースに、縦Ｙ２−Ｙ１，横Ｘ２−Ｘ１の凸
壁をもつ形状であることが判る。一方また、図４に一点
鎖線で示したように、部屋に中に障害物が存在した場合
には、閉曲線ＩＪＫＬに囲まれた障害物の各端点Ｉ（Ｘ
４，Ｙ３），Ｊ（Ｘ４，Ｙ４），Ｋ（Ｘ５，Ｙ４），Ｌ
（Ｘ５，Ｙ３）の各座標から障害物の位置と形状を知る
ことができる。

【００１９】周回走行により判明した部屋と障害物に関
する座標データは、マップデータとしてＣＰＵ１６から
液晶駆動回路２４に供給され、部屋の形状が平面図とし
て液晶表示パネル２５に表示される。すなわち、図７
（Ａ）に示したように、清掃済みの領域すなわち、マッ
ピングのために周回走行した領域が液晶表示パネル２５
に黒色反転表示され、残りの未清掃領域と区別される。
なお、マッピング動作が完了すると、ロボット本体２は
それまで走行してきた経路を逆方向に走行し、モータ１
３を逆転駆動し、電源コード２０をコードリール２１に
巻き戻しながら起点に戻る。これは、ロボット本体２が
周回を終えて起点Ａに達した時点では、電源コード２０
がそっくりそのまま周回軌跡に沿って残ることになるた
め、ロボット本体２を起点Ａに止めたまま電源コード２
０を巻き戻したときに、電源コード２０が障害物等に巻
き付いて絡んでしまうといった事故を防止するためであ
る。従って、部屋のなかに障害物が存在しないことが判
明している場合であれば、ロボット本体２は停止させた
まま電源コード２０だけを巻き戻してもよい。

【００２０】また、電源コード２０の巻き戻しを終える
と、いよいよクリーニング作業に着手するわけである
が、ここではジグザグ走行による全面走破といった走行
様式を実行する上で、回数のより少ない方向転換をもっ
て短時間で清掃作業が完了するよう、ジグザグ走行の走
行方向を決定する。この決定は、図１１に示すフローチ
ャートに従って行われる。ここでは、まずステップ（３
０１）において部屋の形状を確認し、続くステップ（３
０２）において部屋の長辺の長さが１０ｍ以上あるかな
いかを判断する。なお、ここで扱う「１０ｍ」なる値
は、使用する超音波センサ１９が一定の精度をもって計
測できる距離の２倍に相当する値であり、長辺が１０ｍ
を越える部屋では、ロボット本体２を左右の側壁からで
きる限り離れずに直進走行させる方が信頼度は高く、こ
の点で長辺方向に往復移動しながら掃除させるための判
断が必要になる。従って、超音波センサ１９として計測
距離が部屋の長辺の長さの１／２を越えるものを使用す
る場合は、判断ステップ（３０２）は省略してもよい。
部屋の長辺の長さが１０ｍ以下の場合は、続くステップ
（３０２）〜（３０６）において、部屋のＸ辺やＹ辺に
出っ張りや窪みがないことを確認し、かつ長辺がＸ軸方
向でないことをステップ（３０７）において確認した上
で、ステップ（３０８）において、Ｙ軸方向を掃除方向
に決定する。また、Ｘ辺に出っ張りか窪みがある場合
も、上記と同様、Ｙ軸方向を掃除方向とするが、それ以
外の場合は、Ｘ軸方向を掃除方向とする。また、部屋の
長辺の長さが１０ｍ以上の場合は、ステップ（３０７）
における判断結果に従う。

【００２１】こうして、掃除方向の決定を経て、実際の
クリーニング動作に移る。この場合、図１２に示したよ
うに、まずステップ（４０１）において、起点Ａに待機
するロボット本体２を真向いの壁に向けて前進させる。
ロボット本体２は、ステップ（４０２）〜（４０４）に
示したように、直進走行中も接触センサ１８による接触
検出と超音波センサ１９による距離計測及び積算距離計
１５による現在位置の確認作業を続ける。そして、ロボ
ット本体２が真向いの壁に到達すると、前方監視用の超
音波センサ１９の出力から、方向転換点に到達したこと
が検出される。方向転換点への到達を判断するステップ
（４０５）に続くステップ（４０６）では、マップ上の
距離と実際に走行したさいの距離に誤差があるかどうか
チェックされる。そして、誤差がある場合は、その分だ
けロボット本体２を修正移動させたのち、ステップ（４
０８）においてロボット本体２の走行を停止する。

【００２２】また、ロボット本体２が停止するのと同時
に、ステップ（４０９）において、図７（Ｂ）に示した
ように、液晶表示パネル２５にここまでの走行経路が黒
色反転表示される。また、この時点では、まだ部屋の一
部しか走行し終えていないため、ステップ（４１０）に
続くステップ（４１１）において、ロボット本体２をち
ょうど逆向きに方向転換し、ステップ（４０１）に戻
る。こうして、図５に示したように、壁から壁へジグザ
グ走行を繰り返しながら、ロボット本体２による部屋の
清掃が行われる。そして、部屋全体の清掃を終えてロボ
ット本体２が端点Ｈ（Ｘ３，０）に到達すると、ステッ
プ（４１２）において、超音波センサ１９により壁まで
の距離を計測する。そして、そのときの計測結果から、
マップ上の掃除領域と実際にしたこれまでの掃除領域と
の間に誤差がないかどうか、ステップ（４１３）におい
て判定する。領域誤差が生じている場合は、ステップ
（４１４）においてロボット本体２の現在位置の座標を
補正し、ステップ（４１１）を経てステップ（４０１）
に戻る。さらにまた、部屋の中央部に掃除残し部分があ
る場合は、ステップ（４１５）の判断を踏まえてステッ
プ（４１６）に移行し、掃除残し部分の清掃を完了し、
最後にステップ（４１７）においてロボット本体２を起
点Ａに戻し、クリーニング動作を終える。

【００２３】なお、清掃を完了した領域については、図
７（Ｃ）に示したように、液晶表示パネル２５に黒色反
転表示されるため、仮に障害物等の存在により掃除残し
が生じた場合には、液晶表示バネル２５の表示から掃除
残し部分を確認し、例えば障害物を移動させるか或は取
り除くかしたのち、掃除残し部分だけを清掃させること
もできる。

【００２４】このように、上記自律走行ロボット１によ
れば、自律走行に必要な走行経路をロボット本体２自ら
が決定し、決められた走行様式に忠実な走行を実現する
よう構成したから、走行が可能な部屋の全体像を周回走
行により適確に認識し、認識された部屋を例えば隈なく
走行するための走行様式や、或は認識された部屋をもっ
とも少ない方向転換で隈なく走行するための走行様式な
ど、走行目的にもっとも適した走行様式を、適確に選択
することができる。このため、掃除ロボットとしてまっ
たく未知な部屋を清掃する場合に、事前の周回走行によ
って得たマップに従って、部屋の大きさと形状を認識
し、もっとも効率良く走行させることで、未掃除部分を
残すことなく、確実に清掃することができ、従来の掃除
ロボットのごとく、部屋に凹凸があったり或は部屋のな
かに障害物があったりしたときに、満足に掃除ができ
ず、結局最後は人手に頼らざるを得ないといったことは
なく、汎用性が高く目的遂行能力の高い掃除ロボットを
提供することができる。

【００２５】また、探知手段として、超音波を媒体に壁
又は障害物迄の距離を計測する超音波センサ１９を用い
たことにより、進行方向前方或は進行方向側方に存在す
る壁或は障害物等を、超音波が到達する範囲で非接触で
検出することができ、これにより例えば壁等への衝突の
恐れがない範囲で走行速度を高め、壁に一定距離まで接
近した段階で走行速度を緩めるなどの速度制御が可能で
あり、周回走行の時間短縮或は決められた走行様式に従
って走行の能率向上が可能である。また、探知手段とし
て、壁又は障害物が接触したことを検出する接触センサ
１８を用いたことにより、たまたま超音波センサ１９の
死角に入ってロボット本体２が壁や障害物に当たってし
まったようなときに、接触センサ１８が接触を検出した
地点で、ロボット本体２をそれまでの走行方向と反対方
向に走行させることで、膠着状態から簡単に離脱させる
ことができる。

【００２６】また、マッピング手段を、マップデータを
記憶するメモリ２３と、マップを表示し、マップ上にロ
ボット本体２の走行軌跡を表示する液晶表示パネル２５
等から構成したので、マッピングを終えて清掃に移った
ときに、実際に走行した領域を液晶表示パネル２５の表
示から確認することができ、これにより掃除の進行状況
をほぼ実時間で任意に確認することができ、また掃除が
完了した時点で液晶表示パネルに示された未走行領域と
部屋のなかの障害物とを対応させることで、掃除の成果
を正確に把握することができる。

【００２７】なお、上記実施例において、ロボット本体
２の方位は、前輪３の向きから把握するようにしたが、
例えばコリオリの力を利用して方位を検出する振動ジャ
イロ等をロボット本体２に搭載し、ロボット本体２が方
向転換するつど、正確な進路が把握できるようにしても
よい。また、探知手段としては、超音波センサ１９に限
らず、例えば赤外線センサ等の他の非接触センサを用い
ることもできる。また、マップ表示手段としては、液晶
表示パネル２５以外に、例えば発光ダイオードを配列し
た表示パネルや、或はＣＲＴディスプレイやプラズマデ
ィスプレイなどの使用が可能である。さらにまた、上記
実施例では、電源コード２０をコンセントに接続して使
用するコード式のロボット本体２を例にとったが、ロボ
ット本体２に充電式のバッテリを内蔵させ、コードレス
で掃除させる構成とすることもできる。その場合、周回
走行が完了し、次のクリーニング動作に着手する前に電
源コード等を巻き取る必要がなくなる。従って、マッピ
ング動作が完了したならば、周回走行軌跡を逆行するこ
となく、ただちにクリーニング動作に移行することがで
きる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、指定
された走行空間を所定の走行様式に従って自律走行する
ロボット本体を、任意の走行空間の境界壁に沿って周回
走行させ、このときに該走行空間の大きさと形状を示す
マップを作成することにより、自律走行に必要な走行経
路をロボット本体自らが決定し、決められた走行様式に
忠実な走行を実現するよう構成したから、走行が可能な
走行空間の全体像を周回走行により適確に認識し、認識
された走行空間を例えば隈なく走行するための走行様式
や、或は認識された走行空間をもっとも少ない方向転換
で隈なく走行するための走行様式など、走行目的にもっ
とも適した走行様式を選択することができ、これにより
汎用性が高く目的遂行能力の高い自律走行ロボットを提
供することができ、指定された空間を清掃する掃除ロボ
ットや、或は工場内での部品搬送に用いる搬送ロボッ
ト、さらには深海での海底探査に用いる探査ロボットな
どへの適用が可能である等の優れた効果を奏する。

【００２９】また、この発明は、走行制御手段を、走行
空間の境界壁の一箇所に定めた起点からの走行距離に基
づいて現在位置を特定する測位手段と、走行空間の境界
壁又は走行空間内に存在する障害物の所在を探知する探
知手段と、この探知手段の出力からロボット本体の進路
を判定するとともに、測位手段の出力からロボット本体
が周回を完了したことを判定する判定手段から構成する
ことにより、仮にまったく未知の走行空間内にロボット
本体を投入した場合でも、ロボット本体自らが走行制御
手段による制御に従って境界壁に沿って走行空間を周回
することができ、手探りの状態ながら起点から起点まで
を一周する間の走行軌跡から、走行空間の大きさと形状
及び障害物の位置と形状に関するデータを収集すること
ができる等の効果を奏する。

【００３０】また、測位手段を、ロボット本体の走行距
離を計測する距離計測手段と、ロボット本体の走行方向
を判別する方位判別手段から構成することにより、起点
からのロボット本体の走行軌跡を、走行距離と方位で決
まる走行ベクトルをつなぐことで形成し、常にロボット
本体の現在位置を把握することができ、同時にまた走行
軌跡の端点ごとの座標を抽出することで、走行空間の形
状を幾何学的な形状として特定することができる等の効
果を奏する。

【００３１】また、探知手段を、超音波又は赤外線を媒
体に壁又は障害物迄の距離を計測する非接触センサで構
成することにより、進行方向前方或は進行方向側方に存
在する境界壁或は障害物等を、超音波又は赤外線が到達
する範囲で非接触で検出することができ、これにより例
えば境界壁等への衝突の恐れがない範囲で走行速度を高
め、境界壁に一定距離まで接近した段階で走行速度を緩
めるなどの速度制御が可能であり、周回走行の時間短縮
或は決められた走行様式に従って走行の能率向上が可能
である等の効果を奏する。

【００３２】また、探知手段として、壁又は障害物が接
触したことを検出する接触センサを用いることにより、
周回走行にさいして常に境界壁に触りながらロボット本
体を走行させることで、境界壁からのロボット本体の離
脱を防止することができ、また超音波センサ等の非接触
センサを組み合わせて使用する場合には、たまたま超音
波センサ等の死角に入ってロボット本体が境界壁や障害
物に当たってしまったようなときに、接触センサが接触
を検出した時点で、ロボット本体をそれまでの走行方向
と反対方向に走行させることで、膠着状態から簡単に離
脱させることができる等の効果を奏する。

【００３３】また、マッピング手段を、マップデータを
記憶するメモリと、マップを表示し、マップ上にロボッ
ト本体の走行軌跡を表示する表示装置から構成すること
により、マッピングを終えて実地走行に移ったときに、
実際に走行した領域を表示装置の表示から確認すること
ができ、これによりロボット本体の走行状況をほぼ実時
間で任意に確認することができ、また走行が完了した時
点で表示装置に示された未走行領域と部屋のなかの障害
物とを対応させることで、走行の成果を正確に把握する
ことができ、障害物を移動させた後で、表示装置に表示
された未走行領域についてだけ走行を命ずることで、走
行済みの箇所を二度走行することなく、必要最小限の走
行距離でもって走行残しを解消することができる等の効
果を奏する。

【００３４】また、この発明は、ロボット本体に、それ
ぞれの側面の長さと同等ないしそれ以上の長さをもった
吸引口を設け、この吸引口から集塵しつつ走行面を掃除
する掃除機を一体化させたことにより、無人の掃除ロボ
ットとして使用することができ、特にまったく未知な部
屋を、事前の周回走行によって得たマップに従って、部
屋の大きさと形状を認識し、効率良く走行させること
で、未掃除部分を残すことなく確実に清掃することがで
き、また部屋の角でロボット本体を方向転換させたとき
も、方向転換の前後で掃除残しが生ずることはなく、こ
れにより従来の掃除ロボットのごとく、部屋に凹凸があ
ったり或は部屋のなかに障害物があったりしたときに、
満足に掃除ができず、結局最後は人手に頼らざるを得な
いといったことはなく、どんな形状の部屋にも適用で
き、なおかつ高い目的遂行能力をもった掃除ロボットを
提供することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の自律走行ロボットの一実施例を示す
斜視図である。

【図２】図１に示した自律走行ロボットの概略構成図で
ある。

【図３】図１に示した自律走行ロボットのセンサ配置を
示す平面図である。

【図４】図１に示した自律走行ロボットの周回走行軌跡
を示す図である。

【図５】図１に示した自律走行ロボットの掃除経路を示
す図である。

【図６】図１に示した自律走行ロボットの方向転換動作
を説明するための図である。

【図７】図１に示した液晶表示パネルに表示されるマッ
プ例を示す図である。

【図８】図１に示したＣＰＵによる起点探査動作を説明
するためのフローチャートである。

【図９】図１に示したＣＰＵによるマッピング動作を説
明するためのフローチャートである。

【図１０】図９に示した方向転換処理動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図１１】図１に示したＣＰＵによる走行様式決定動作
を説明するためのフローチャートである。

【図１２】図１に示したＣＰＵによる掃除制御動作を説
明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１自律走行ロボット２ロボット本体３走行制御手段、方位判別手段（前輪）４後輪５吸引式掃除機１３モータ１４走行制御手段、距離計測手段（エンコーダ）１５距離計測手段（積算距離計）１６走行制御手段，マッピング手段，判定手段（ＣＰ
Ｕ）１８走行制御手段、探知手段（接触センサ）１９走行制御手段、探知手段（超音波センサ）２３マッピング手段（メモリ）２５マッピング手段、表示装置（液晶表示パネル）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指定された走行空間を所定の走行様式に
従って自律走行するロボット本体と、前記ロボット本体
を任意の走行空間の境界壁に沿って周回走行させる走行
制御手段と、前記ロボット本体が周回走行するときに、
前記走行空間の大きさと形状を示すマップを作成するマ
ッピング手段とを具備することを特徴とする自律走行ロ
ボット。
【請求項２】前記走行制御手段は、前記走行空間の境界
壁の一箇所に定めた起点からの走行距離に基づいて現在
位置を特定する測位手段と、前記走行空間の境界壁又は
走行空間内に存在する障害物の所在を探知する探知手段
と、この探知手段の出力から前記ロボット本体の進路を
判定するとともに、前記測位手段の出力から前記ロボッ
ト本体が前記起点から該起点までの周回を完了したこと
を判定する判定手段とを有することを特徴とする請求項
１記載の自律走行ロボット。
【請求項３】前記測位手段は、前記ロボット本体の走行
距離を計測する距離計測手段と、前記ロボット本体の走
行方向を判別する方位判別手段からなることを特徴とす
る請求項２記載の自律走行ロボット。
【請求項４】前記探知手段は、超音波又は赤外線を媒体
に壁又は障害物迄の距離を計測する非接触センサである
ことを特徴とする請求項２記載の自律走行ロボット。
【請求項５】前記探知手段は、壁又は障害物が接触した
ことを検出する接触センサであることを特徴とする請求
項２記載の自律走行ロボット。
【請求項６】前記マッピング手段は、マップデータを記
憶するメモリと、前記マップを表示し、このマップ上に
前記ロボット本体の走行軌跡を表示する表示装置を具備
することを特徴とする請求項１記載の自律走行ロボッ
ト。
【請求項７】前記ロボット本体は、それぞれの側面の長
さと同等ないしそれ以上の長さをもった吸引口を有し、
この吸引口から集塵しつつ走行面を掃除する掃除機を具
備することを特徴とする請求項１記載の自律走行ロボッ
ト。