JP6729997B2 - 電気掃除機 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、自律走行可能な電気掃除機に関する。
従来、被掃除面としての床面上を自律走行しながら床面を掃除する、いわゆる自律走行型の電気掃除機(掃除ロボット)が知られている。
このような電気掃除機は、走行時に障害物を回避しなければならない。そのため、走行に支障をきたす障害物の検出用として、超音波センサや赤外線センサなどのセンサを用いている。しかしながら、例えば超音波センサを用いる場合には、柔らかいカーテンや、細いコード類などが走行方向にあったときに、超音波が適切に反射されず障害物としての検出が容易でない。また、例えば赤外線センサを用いる場合には、対象物が黒いものであったり、細いコード類であったりするときに、反射された赤外線を適切に受光することができず、障害物の検出が容易でない。
すなわち、このような自律走行型の電気掃除機の場合には、障害物の検出精度を向上することで、安定した走行で掃除性能を向上させることができるものの、障害物を検出できない場合には、障害物との衝突や乗り上げなどにより走行停止するなど、掃除がはかどらないことになる。
したがって、自律走行型の電気掃除機において、掃除を円滑にするためには障害物の検出が重要であり、障害物の検出精度の向上が望まれている。
特開２００７−１６３２２３号公報 特開２０１３−２３５３５１号公報
本発明が解決しようとする課題は、障害物の検出精度を向上した電気掃除機を提供することである。
実施形態の電気掃除機は、本体ケースと、駆動輪と、制御手段と、掃除部と、撮像手段と、計算手段と、判定部と、を有する。駆動輪は、本体ケースを走行可能とする。制御手段は、駆動輪の駆動を制御することで本体ケースを自律走行させる。掃除部は、被掃除面を掃除する。撮像手段は、本体ケースに離間されて配置され、互いに視野が重なるように本体ケースの走行方向側を撮像する。計算手段は、これら撮像手段で撮像された画像に基づいてこれら撮像手段からの物体の深度を計算する。判定部は、計算手段が計算した物体の深度に基づいて、物体が障害物か否かを判定する。判定部での判定は、撮像された画像の一部に本体ケースの大きさに応じて設定される画像範囲中での物体の深度に基づく。
第１の電気掃除機の内部構造を示すブロック図である。 同上電気掃除機を示す斜視図である。 同上電気掃除機を下方から示す平面図である。 同上電気掃除機を含む電気掃除システムを模式的に示す説明図である。 同上電気掃除機の計算手段による物体の深度の計算方法を模式的に示す説明図である。 (a)は一方の撮像手段により撮像された画像の一例を示す説明図、(b)は他方の撮像手段により撮像された画像の一例を示す説明図、(c)は(a)および(b)に基づいて生成した距離画像の一例を示す説明図である。 (a)は同上電気掃除機のマップ生成手段によるマップの生成方法を模式的に示す説明図、(b)は(a)により生成されたマップを示す説明図である。 同上電気掃除機の走行制御を示すフローチャートである。 第２の実施形態の電気掃除機を示す斜視図である。
以下、第１の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。
図１ないし図４において、11は電気掃除機であり、この電気掃除機11は、この電気掃除機11の充電用の基地部となる基地装置としての図示しない充電装置(充電台)12(図７(a))とともに電気掃除装置(電気掃除システム)を構成するものである。そして、電気掃除機11は、本実施形態において、走行面としての被掃除面である床面上を自律走行(自走)しつつ床面を掃除する、いわゆる自走式のロボットクリーナ(掃除ロボット)であり、例えば掃除領域内などに配置された中継手段(中継部)としてのホームゲートウェイ(ルータ)14との間で有線通信あるいはＷｉ−Ｆｉ(登録商標)やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)などの無線通信を用いて通信(送受信)することにより、インターネットなどの(外部)ネットワーク15を介して、データ格納手段(データ格納部)としての汎用のサーバ16や、表示手段(表示部)である汎用の外部装置17などと有線あるいは無線通信可能となっている。
また、この電気掃除機11は、中空状の本体ケース20と、この本体ケース20を床面上で走行させる走行部21と、床面などの塵埃を掃除する掃除部22と、充電装置12を含む外部装置と通信する通信部23と、画像を撮像する撮像部25と、センサ部26と、走行部21、掃除部22、通信部23、および、撮像部25などを制御する制御手段(制御部)27と、これら走行部21、掃除部22、通信部23、撮像部25、センサ部26および制御手段27などに給電する二次電池28とを備えている。なお、以下、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向に沿った方向を前後方向(図２に示す矢印FR，RR方向)とし、この前後方向に対して交差(直交)する左右方向(両側方向)を幅方向として説明する。
本体ケース20は、例えば合成樹脂などにより扁平な円柱状(円盤状)などに形成されている。すなわち、この本体ケース20は、側面部20aと、この側面部20aの上部および下部にそれぞれ連続する上面部20bおよび下面部20cとを備えている。この本体ケース20の側面部20aは、上面部20bと下面部20cとを連続するもので、略円筒面状に形成されており、この側面部20aには、例えば撮像部25などが配置されている。また、本体ケース20の上面部20bおよび下面部20cは、それぞれ略円形状に形成されており、床面に対向する下面部20cには、集塵口である吸込口31、および、排気口32などがそれぞれ開口されている。
走行部21は、複数(一対)の駆動部としての駆動輪34，34、これら駆動輪34，34を駆動させる動作部としての駆動手段であるモータ35，35、および、旋回用の旋回輪36などを備えている。
各駆動輪34は、電気掃除機11(本体ケース20)を床面上で前進方向および後退方向に走行(自律走行)させる、すなわち走行用のものであり、左右幅方向に沿って図示しない回転軸を有し、幅方向に対称に配置されている。
各モータ35は、例えば駆動輪34のそれぞれに対応して配置されており、各駆動輪34を独立して駆動させることが可能となっている。
旋回輪36は、本体ケース20の下面の幅方向の略中央部で、かつ、前部に位置しており、床面に沿って旋回可能な従動輪である。
掃除部22は、例えば本体ケース20内に位置して塵埃を吸込口31から空気とともに吸い込み排気口32から排気する電動送風機41、吸込口31に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き上げる回転清掃体としての回転ブラシ42およびこの回転ブラシ42を回転駆動させるブラシモータ43、本体ケース20の前側などの両側に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き集める旋回清掃部としての補助掃除手段(補助掃除部)であるサイドブラシ44およびこのサイドブラシ44を駆動させるサイドブラシモータ45、および、吸込口31と連通して塵埃を溜める集塵部46などを備えている。なお、電動送風機41と、回転ブラシ42およびブラシモータ43と、サイドブラシ44およびサイドブラシモータ45とは、少なくともいずれかを備えていればよい。
通信部23は、ホームゲートウェイ14およびネットワーク15を介して外部装置17と無線通信をするための無線通信手段(無線通信部)および掃除機信号受信手段(掃除機信号受信部)としての無線ＬＡＮデバイス47、充電装置12などへと無線信号(赤外線信号)を送信する例えば赤外線発光素子などの図示しない送信手段(送信部)、および、充電装置12や図示しないリモコンなどからの無線信号(赤外線信号)を受信する例えばフォトトランジスタなどのなどの図示しない受信手段(受信部)などを備えている。
無線ＬＡＮデバイス47は、電気掃除機11からホームゲートウェイ14を介してネットワーク15に対して各種情報を送受信するものであり、例えば本体ケース20に内蔵されている。
撮像部25は、(一方および他方の)撮像手段(撮像部本体)としてのカメラ51，52、および、これらカメラ51，52に照明を付与する照明手段(照明部)としてのＬＥＤなどのランプ53を備えている。
カメラ51，52は、本体ケース20の側面部20aにおいて、前部の両側に配置されている。すなわち、本実施形態では、カメラ51，52は、本体ケース20の側面部20aにおいて、電気掃除機11(本体ケース20)の幅方向の中心線Ｌに対して、左右方向に略等しい所定角度(鋭角)傾斜した位置にそれぞれ配置されている。言い換えると、これらカメラ51，52は、本体ケース20に対して幅方向に略対称に配置されており、これらカメラ51，52の中心位置が、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向である前後方向と交差(直交)する幅方向の中心位置と略一致している。さらに、これらカメラ51，52は、上下方向に略等しい位置、すなわち略等しい高さ位置にそれぞれ配置されている。このため、これらカメラ51，52は、電気掃除機11を床面上に載置した状態でこの床面からの高さが互いに略等しく設定されている。したがって、カメラ51，52は、互いにずれた位置(左右方向にずれた位置)に離間されて配置されている。また、これらカメラ51，52は、本体ケース20の走行方向である前方を、それぞれ所定の水平画角(例えば１０５°など)でデジタルの画像を所定時間毎、例えば数十ミリ秒毎などの微小時間毎、あるいは数秒毎などに撮像するデジタルカメラである。さらに、これらカメラ51，52は、互いの視野V1，V2が重なっており(図５)、これらカメラ51，52により撮像される(一方および他方の)画像P1，P2(図６(a)および図６(b))は、その撮像領域が電気掃除機11(本体ケース20)の幅方向の中心線Ｌを延長した前方の位置を含む領域で左右方向にラップしている。本実施形態では、これらカメラ51，52は、例えば可視光領域の画像を撮像するものとする。なお、これらカメラ51，52により撮像した画像は、例えば図示しない画像処理回路などにより所定のデータ形式に圧縮することもできる。
ランプ53は、カメラ51，52により画像を撮像する際の照明用の光を出力するもので、カメラ51，52の中間位置、すなわち本体ケース20の側面部20aの中心線Ｌ上の位置に配置されている。すなわち、ランプ53は、カメラ51，52からの距離が略等しくなっている。また、このランプ53は、カメラ51，52と上下方向に略等しい位置、すなわち略等しい高さ位置に配置されている。したがって、このランプ53は、カメラ51，52の幅方向の略中央部に配置されている。本実施形態では、このランプ53は、可視光領域を含む光を照明するようになっている。
センサ部26は、例えば各駆動輪34(各モータ35)の回転数を検出する光エンコーダなどの回転数センサ55を備えている。この回転数センサ55は、測定した駆動輪34(モータ35)の回転数によって、電気掃除機11(本体ケース20)の旋回角度や進行距離を検出するようになっている。したがって、この回転数センサ55は、例えば充電装置12(図７(a))などの基準位置からの電気掃除機11(本体ケース20)の相対位置を検出する、位置検出センサである。
制御手段27は、例えば制御手段本体(制御部本体)であるＣＰＵ、このＣＰＵによって読み出されるプログラムなどの固定的なデータを格納した格納部であるＲＯＭ、プログラムによるデータ処理の作業領域となるワークエリアなどの各種メモリエリアを動的に形成するエリア格納部であるＲＡＭ(それぞれ図示せず)などを備えるマイコンである。この制御手段27には、さらに、例えばカメラ51，52で撮像した画像のデータなどを記憶する記憶手段(記憶部)としてのメモリ61、カメラ51，52で撮像した画像に基づいてカメラ51，52からの物体の深度を計算する計算手段(計算部)としての深度計算部62、この深度計算部62により計算した物体の深度に基づいて掃除領域のマップを生成するマップ生成手段(マップ生成部)としての画像処理部63、深度計算部62により計算した物体の深度に基づいて距離画像を生成する画像生成手段(画像生成部)としての画像生成部64、および、深度計算部62により計算した深度に基づいて障害物を判定する障害物判定手段(障害物判定部)としての判定部65などを備えている。また、この制御手段27は、走行部21のモータ35，35(駆動輪34，34)の動作を制御する走行制御部66、掃除部22の電動送風機41、ブラシモータ43およびサイドブラシモータ45の動作を制御する掃除制御部67、撮像部25のカメラ51，52を制御する撮像制御部68、および、撮像部25のランプ53を制御する照明制御部69などを備えている。そして、この制御手段27は、例えば駆動輪34，34(モータ35，35)を駆動して電気掃除機11(本体ケース20)を自律走行させる走行モードと、充電装置12を介して二次電池28を充電する充電モードと、動作待機中の待機モードとを有している。
メモリ61は、電気掃除機11の電源のオンオフに拘らず記憶した各種データを保持する、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性のメモリである。
深度計算部62は、カメラ51，52により撮像した画像と、カメラ51，52間の距離とに基づいて物体Ｏの深度を計算する、既知の方法が用いられる(図５)。すなわち、深度計算部62は、三角測量を応用し、カメラ51，52により撮像した各画像中から同一位置を示す画素ドットを検出し、この画素ドットの上下方向および左右方向の角度を計算して、これら角度とカメラ51，52間の距離とからその位置のカメラ51，52からの深度を計算する。したがって、カメラ51，52により撮像する画像は、可能な限り範囲が重なって(ラップして)いることが好ましい。
画像処理部63は、深度計算部62により計算した物体の深度から、電気掃除機11(本体ケース20)の周囲の物体と電気掃除機11(本体ケース20)との距離を計算し、この距離とセンサ部26の回転数センサ55により検出した電気掃除機11(本体ケース20)の位置とから、電気掃除機11(本体ケース20)が配置された掃除領域CAおよびこの掃除領域CA内に位置する物体などの位置関係を計算してマップＭ(図７(b))を生成する。
画像生成部64は、深度計算部62により計算した物体の深度を示す距離画像を生成する。この画像生成部64による距離画像の生成は、深度計算部62により計算された深度を、画像の１ドット毎などの所定ドット毎に明度、あるいは色調などの、視認により識別可能な階調に変換して表示することにより行われる。本実施形態において、画像生成部64は、深度が大きいほど明度が小さい白黒の画像、すなわち電気掃除機11(本体ケース20)からの前方への距離が遠いほど黒く距離が近いほど白い、例えば２５６階調(８ビット＝２8)のグレースケールの画像として距離画像P3(図６(c))を生成する。したがって、この距離画像P3は、いわば電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向前方のカメラ51，52よって撮像される範囲内に位置する物体の深度データの集合体を可視化したものである。
判定部65は、深度計算部62により計算した物体の深度に基づいて、物体が障害物であるかどうかを判定する。すなわち、この判定部65は、深度計算部62により計算した深度から、所定の範囲、例えば距離画像P3中の四角形状の所定の画像範囲Ａ(図６(c))中の部分を抽出し、この画像範囲Ａ中の物体Ｏの深度を、予め設定された、あるいは可変設定された閾値である設定距離Ｄ(図５)と比較し、この設定距離Ｄ以下の深度(電気掃除機11(本体ケース20)からの距離)に位置する物体Ｏを障害物であると判定する。画像範囲Ａは、電気掃除機11(本体ケース20)の上下左右の大きさに応じて設定される。すなわち、画像範囲Ａは、電気掃除機11(本体ケース20)がそのまま直進したときに接触する範囲に上下左右が設定される。
走行制御部66は、モータ35，35に流れる電流の大きさおよび向きを制御することにより、モータ35，35を正転、あるいは逆転させることで、モータ35，35の駆動を制御し、これらモータ35，35の駆動を制御することで駆動輪34，34の駆動を制御している。
掃除制御部67は、電動送風機41、ブラシモータ43、および、サイドブラシモータ45をそれぞれ別個に導通角制御することで、これら電動送風機41、ブラシモータ43(回転ブラシ42)、および、サイドブラシモータ45(サイドブラシ44)の駆動を制御している。なお、これら電動送風機41、ブラシモータ43、および、サイドブラシモータ45のそれぞれに対応して制御部を別個に設けてもよい。
撮像制御部68は、カメラ51，52のシャッタの動作を制御する制御回路を備え、このシャッタを所定時間毎に動作させることで、所定時間毎にカメラ51，52により画像を撮像させるように制御する。
照明制御部69は、スイッチなどを介してランプ53のオンオフを制御している。この照明制御部69は、本実施形態では、電気掃除機11の周囲の明るさを検出するセンサを備えており、このセンサにより検出した明るさが所定以下の場合にランプ53を点灯させ、その他のときにはランプ53を点灯させないようにするものである。
また、二次電池28は、例えば本体ケース20の下面の後部の両側に露出する接続部としての充電端子71，71と電気的に接続されており、これら充電端子71，71が充電装置12側と電気的および機械的に接続されることで、充電装置12を介して充電されるようになっている。
ホームゲートウェイ14は、アクセスポイントなどとも呼ばれ、建物内に設置され、ネットワーク15に対して例えば有線により接続されている。
サーバ16は、ネットワーク15に接続されたコンピュータ(クラウドサーバ)であり、各種データを保存可能である。
外部装置17は、建物の内部では例えばホームゲートウェイ14を介してネットワーク15に対して有線あるいは無線通信可能であるとともに、建物の外部ではネットワーク15に対して有線あるいは無線通信可能な、例えばＰＣ(タブレット端末(タブレットＰＣ))17aやスマートフォン(携帯電話)17bなどの汎用のデバイスである。この外部装置17は、少なくとも画像を表示する表示機能を有している。
次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
一般に、電気掃除装置は、電気掃除機11によって掃除をする掃除作業と、充電装置12によって二次電池28を充電する充電作業とに大別される。充電作業は、充電装置12に内蔵された定電流回路などの充電回路を用いる既知の方法が用いられるため、掃除作業についてのみ説明する。また、外部装置17などからの指令に応じてカメラ51，52の少なくともいずれかにより所定の対象物を撮像する撮像作業を別途備えていてもよい。
電気掃除機11は、例えば予め設定された掃除開始時刻となったときや、リモコンまたは外部装置17によって送信された掃除開始の指令信号を受信したときなどのタイミングで、制御手段27が待機モードから走行モードに切り換わり、この制御手段27(走行制御部66)がモータ35，35(駆動輪34，34)を駆動させ充電装置12から所定距離離脱する。次いで、電気掃除機11は、画像処理部63により、掃除領域のマップを生成する。すなわち、電気掃除機11は、制御手段27が、(走行制御部66により)その位置でモータ35，35(駆動輪34，34)を駆動させて電気掃除機11(本体ケース20)を旋回させながら、(撮像制御部68により)駆動させたカメラ51，52により画像を撮像し(図７(a))、これら画像と、カメラ51，52との間の距離に基づき、深度計算部62により掃除領域CAを囲む物体(壁や障害物など)と電気掃除機11(本体ケース20)との距離を計算する。そして、この計算した距離と、センサ部26の回転数センサ55により検出した充電装置12からの相対位置、すなわち自分の位置とに基づき、画像処理部63が掃除領域CAの大まかな外形やレイアウトをマッピングする。例えば図７(b)に示すように、掃除領域CAの形状や物体の配置によっては、生成されるマップＭ中にカメラ51，52の死角となる部分DAが生じることもあるが、この部分DAについては、以下の掃除作業に伴って電気掃除機11(本体ケース20)が走行して移動したときに再度同様に距離を測定したり、走行しながら物体との距離を測定したりすることで、マップを順次完成して行くことができる。なお、このマップは、生成時に例えばメモリ61などに一旦記憶しておけば、次回の掃除以降はメモリ61から読み出すだけでもよく、掃除の都度生成する必要はないが、メモリ61に記憶しているマップと異なる掃除領域CAを掃除する場合や、同じ掃除領域CAでも物体のレイアウトなどが変わっている場合もあるので、例えばユーザの指令などに応じて、あるいは所定期間毎などに適宜生成できるようにしてもよいし、一旦生成したマップを、掃除作業のときの物体の深度測定に基づいて随時更新してもよい。
次いで、電気掃除機11は、生成したマップに基づいて、掃除領域CA内を自律走行しつつ掃除をする。この自律走行の際には、図８に示すフローチャートも参照しながら説明すると、まず、制御手段27(撮像制御部68)により駆動させたカメラ51，52により走行方向前方を撮像する(ステップ１)。これら撮像した画像の少なくともいずれかは、メモリ61に記憶することができる。次に、これらカメラ51，52により撮像した画像と、カメラ51，52との間の距離に基づき、深度計算部62により物体などの深度を検出して、この深度から画像生成部64により距離画像を生成する(ステップ２)。具体的に、例えばカメラ51，52により図６(a)および図６(b)に示すような画像P1，P2を撮像した場合、その画像P1，P2に撮像された物体の深度を深度計算部62により計算して画像生成部64により生成した距離画像P3の例を図６(c)に示す。この距離画像P3も、例えばメモリ61に記憶することができる。そして、この生成した距離画像P3から、判定部65が、所定の画像範囲Ａを切り出し(ステップ３)、この画像範囲Ａ内に位置する物体の深度と所定の閾値とを比較して、その閾値以下に物体があるかどうか、換言すれば、画像範囲Ａ内に所定の設定距離Ｄ以下の物体があるかどうかを判定する(ステップ４)。このステップ４において、所定の設定距離Ｄ以下でない、すなわち深度が大きいと判定した場合には、そのまま走行を継続し(ステップ５)、ステップ１に戻る。一方、ステップ４において、所定の設定距離Ｄよりも遠くない、換言すれば所定の設定距離Ｄ以下であると判定した場合には、物体が走行の邪魔になる障害物であると判定して、所定の回避動作ルーチンに進む(ステップ６)。この回避動作ルーチンとしては、様々な方法があるが、例えば制御手段27(走行制御部66)がモータ35，35(駆動輪34，34)の駆動を制御して、電気掃除機11(本体ケース20)を停止させ、その位置、あるいは所定距離後退した位置で走行方向を変えるように旋回する。この回避動作ルーチンの後、電気掃除機11はステップ５に進んで走行を継続する。このように、電気掃除機11(本体ケース20)は、掃除領域CA内の床面上を、障害物を回避しながら隅々まで自律走行しつつ掃除部22を制御手段27(掃除制御部67)により動作させて床面の塵埃を掃除する。すなわち、電気掃除機11は、障害物を検出しても掃除作業を継続するなど、継続した次の動作を行う。
掃除部22では、制御手段27(掃除制御部67)により駆動された電動送風機41、回転ブラシ42(ブラシモータ43)、あるいはサイドブラシ44(サイドブラシモータ45)により床面の塵埃を、吸込口31を介して集塵部46へと捕集する。そして、マップした掃除領域CAの掃除が完了した場合、あるいは掃除作業中に二次電池28の容量が所定量まで低下して掃除や撮像を完了させるのに不足している(二次電池28の電圧が放電終止電圧近傍まで低下している)などの所定条件時には、電気掃除機11では、充電装置12に帰還するように制御手段27(走行制御部66)によってモータ35，35(駆動輪34，34)の動作を制御する。この後、充電端子71，71と充電装置12の充電用端子とが接続されると、掃除作業を終了し、制御手段27が待機モード、あるいは充電モードに移行する。
なお、メモリ61に記憶した画像のデータは、例えば電気掃除機11が充電装置12に帰還したとき、掃除作業中に随時、所定時間毎、あるいは外部装置17からの要求があったときなどに無線ＬＡＮデバイス47を介してホームゲートウェイ14およびネットワーク15を経由してサーバ16に送信する。なお、送信が終了したデータは、メモリ61から消去、あるいは新たなデータを記憶する際に上書きすることで、メモリ61の容量を効率よく使用できる。
サーバ16では、電気掃除機11から送信された画像のデータを保存し、外部装置17からの要求(アクセス)に応じてそれら画像のデータをダウンロード可能となっている。
そして、外部装置17では、サーバ16からダウンロードされた画像が表示される。
このように、第１の実施形態によれば、カメラ51，52を上下方向に略等しい位置、すなわち略同一高さにそれぞれ配置したので、カメラ51，52により撮像される各画像が上下方向にほぼずれることなく左右に重なる。このため、各画像が重なる範囲を広く確保でき、深度計算部62による深度計算の効率が向上するとともに、カメラ51，52により例えば天井や床などの、電気掃除機11(本体ケース20)の走行の際に障害物となりにくい範囲の撮像が少なくなるので、深度計算部62による物体の深度の計算を、電気掃除機11(本体ケース20)の走行の際に障害物となり得る可能性が高い部分に集中でき、この計算した物体の深度に基づいて判定部65により障害物を判定する際に効率がよい。
また、カメラ51，52が可視光領域の画像を撮像するので、撮像した画像の画質が良好で、複雑な画像処理を施すことなく、ユーザが目視可能に容易に表示できるとともに、ランプ53により可視光領域を含む光を照明することで、暗い場所や夜間などであっても、カメラ51，52により確実に画像を撮像できる。
なお、上記第１の実施形態において、例えば図９に示す第２の実施形態のように、カメラ51，52を本体ケース20(側面部20a)の左右方向に略等しい位置、すなわち上下に配置することもできる。この場合には、カメラ51，52を中心線Ｌ上にて上下に配置する、すなわち上下対称に配置し、これらカメラ51，52の中間位置にランプ53を配置する。この結果、カメラ51，52により撮像される各画像が左右方向にほぼずれることなく上下に重なる。このため、各画像が重なる範囲を広く確保でき、深度計算部62による深度計算の効率が向上するとともに、この深度計算部62により深度計算する物体を画像中の左右方向に広く取ることができるので、画像処理部63によってマップを生成する際に効率がよい。
また、上記各実施形態において、カメラ51，52を、それぞれ赤外領域の画像を撮像する、赤外線カメラとすることもできる。この場合には、ランプ53によって、赤外領域を含む光を照明することで、昼夜を問わず、安定した画像を得ることができるとともに、暗い場所や夜間であっても周囲を明るくすることなくその暗さのまま画像を撮像できる。
さらに、カメラ51，52の一方を可視光領域の画像を撮像するものとし、他方を赤外領域の画像を撮像するものとしてもよい。この場合には、画質が良好な可視光領域の画像をユーザが目視可能に容易に表示できる。
また、画像の表示は、制御手段27によって外部装置17で表示可能となるように処理する構成の他に、例えばそれぞれ外部装置17にインストールされた専用のプログラム(アプリケーション)により外部装置17で表示するように処理することもできるし、制御手段27、あるいはサーバ16で予め処理をしておき、外部装置17のブラウザなどの汎用のプログラムにより表示することもできる。すなわち、表示制御手段(表示制御部)としては、サーバ16に保存されたプログラムや、外部装置17にインストールされたプログラムなどにより画像を表示させる構成とすることもできる。
さらに、メモリ61に一時記憶した画像などのデータは、サーバ16に送信してサーバ16に記憶するようにしたが、メモリ61にそのまま記憶しておいてもよいし、外部装置17に記憶しておいてもよい。
また、カメラ51，52で撮像した画像や画像生成部64で生成した距離画像は、外部装置17に限らず、例えば電気掃除機11自体に設けた表示部などに表示することもできる。この場合には、メモリ61からサーバ16へとホームゲートウェイ14およびネットワーク15経由でデータを送信しなくてもよく、電気掃除機11の構成や制御をより簡略化することもできる。
さらに、カメラ51，52による障害物の検出を補助するために、例えば本体ケース20の後部など、カメラ51，52の視野外の位置での障害物検出用の接触センサなどのセンサを別途設けてたり、本体ケース20の下面部20cに、床面の段差などを検出する赤外線センサなどの段差検出手段(段差検出部)を設けたりしてもよい。
そして、深度計算部62、画像生成部64、判定部65、掃除制御部67、撮像制御部68および照明制御部69はそれぞれ制御手段27中に備えたが、それぞれ互いに別構成としてもよいし、いずれか２つ以上を任意に組み合わせてもよい。
さらに、深度計算部62による深度計算は、掃除作業時だけでなく、電気掃除機11(本体ケース20)の任意の走行時にも用いることができる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、本体ケース20の走行方向側を撮像するカメラ51，52を互いに視野が重なるように本体ケース20に離間して配置するとともに、これらカメラ51，52で撮像された画像に基づいて深度計算部62によりカメラ51，52からの物体の深度を計算することで、例えば赤外線センサや超音波センサなどを用いる場合と比較して、物体の物性(柔らかさや色など)に左右されることなく、また、小さな物体を見逃すことなく、物体およびその距離を検出できる。したがって、障害物の検出精度を向上できる。
具体的に、深度計算部62は、各カメラ51，52により撮像した画像と、これらカメラ51，52間の距離に基づいて物体の深度を計算するので、特別に複雑な計算や処理を要することなく、物体の深度を精度よく計算できる。
また、カメラ51，52の中心位置が電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向と交差(直交)する幅方向の中心位置と略一致、すなわちカメラ51，52を電気掃除機11(本体ケース20)の左右に対称に配置しているので、例えば電気掃除機11(本体ケース20)の左右に壁などの障害物がある場合に、判定部65によって左右偏りなく障害物を判定できるとともに、カメラ51，52により撮像する画像の重なる部分が左右に均等となるため、判定部65により障害物を判定できる範囲をより広く、かつ、左右対称に取ることができる。
さらに、本体ケース20の側面部20aにカメラ51，52を配置したので、本体ケース20の走行方向前方の画像を容易に撮像できるとともに、天井や床面などの、電気掃除機11(本体ケース20)の走行の際に障害物となりにくい範囲の撮像がより少なくなり、電気掃除機11(本体ケース20)の走行の障害物になる物体の深度を効率よく深度計算部62により計算できる。特に、本体ケース20の側面部20aを円筒面状とし、この側面部20aに中心線Ｌから対称にカメラ51，52を配置することで、これらカメラ51，52により撮像する画像の角度範囲を左右に略均等にすることができ、物体の深度をより効率よく深度計算部62により計算できる。
また、深度計算部62により計算した物体の深度に基づき、掃除領域のマップを画像処理部63により生成することで、掃除作業時など、掃除領域内を電気掃除機11(本体ケース20)が走行する際にこのマップに基づいて効率よく走行できる。
さらに、ランプ53を、カメラ51，52の間に配置することで、双方のカメラ51，52に対してそれぞれ１つのランプ53で照明できるとともに、複数のランプを用いる場合と比較して簡単な構成で、カメラ51，52により撮像した画像中に当たり光の方向および影の方向が一定となるので、外乱が生じにくく、これら画像に基づく物体の深度計算がより容易になる。
そして、深度計算部62により計算した物体の深度に基づき、物体が障害物であるかどうかを判定部65により判定して、制御手段27(走行制御部66)が、この判定部65により障害物と判定した物体を回避するように駆動輪34，34(モータ35，35)の駆動を制御するので、自律走行の精度を向上でき、掃除領域をより隅々まで効率よく掃除できる。
また、深度計算部62により計算した物体の深度に基づき画像生成部64により距離画像を生成することで、この距離画像に基づいて判定部65により障害物を容易に判定できるとともに、この距離画像を外部装置17などで目視可能に表示することで、ユーザが電気掃除機11(本体ケース20)の位置や走行方向を確認したり、電気掃除機11(本体ケース20)の走行の妨げとなる障害物を把握したりすることが可能になる。したがって、電気掃除機11(本体ケース20)の走行の妨げとなる障害物を自主的に移動させたりどかせたりすることをユーザに促すこともできる。
さらに、判定部65は、画像生成部64により生成した距離画像中の所定の画像範囲において、所定距離よりも近くにある物体を障害物と判定するので、距離画像全体から障害物を検出する場合と比較して高速に処理できるとともに、画像範囲を実際に電気掃除機11(本体ケース20)が走行することが予想される位置(走行予想位置)に対応して設定すれば、それ以外の位置にたとえ障害物が存在しても電気掃除機11(本体ケース20)の自律走行には影響がないから、この画像範囲内だけの処理で、走行の妨げとなる障害物を充分に検出できる。さらに、この画像範囲の上限を本体ケース20の高さに対応して設定することで、電気掃除機11(本体ケース20)が入り込める高さ方向の隙間をも検出できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11 電気掃除機
20 本体ケース
20a 側面部
22 掃除部
27 制御手段
34 駆動輪
51，52 撮像手段としてのカメラ
53 照明手段としてのランプ
62 計算手段としての深度計算部
63 マップ生成手段としての画像処理部
64 画像生成手段としての画像生成部
65 判定部
Ａ 画像範囲
CA 掃除領域
V1，V2 視野

Claims (14)

  1. 本体ケースと、
    この本体ケースを走行可能とする駆動輪と、
    この駆動輪の駆動を制御することで前記本体ケースを自律走行させる制御手段と、
    被掃除面を掃除する掃除部と、
    前記本体ケースに離間されて配置され、互いに視野が重なるように前記本体ケースの走行方向側を撮像する撮像手段と、
    これら撮像手段で撮像された画像に基づいてこれら撮像手段からの物体の深度を計算する計算手段と、
    前記計算手段が計算した前記物体の深度に基づいて、前記物体が障害物か否かを判定する判定部と、を具備し、
    前記判定部での判定は、前記撮像された画像の一部に前記本体ケースの大きさに応じて設定される画像範囲中での前記物体の深度に基づく
    ことを特徴とした電気掃除機。
  2. 前記撮像手段の中心位置が前記本体ケースの走行方向と交差する幅方向の中心位置と略一致している
    ことを特徴とした請求項１記載の電気掃除機。
  3. 前記本体ケースは、側面部を備え、
    前記撮像手段は、前記側面部に配置されている
    ことを特徴とした請求項１または２記載の電気掃除機。
  4. 前記撮像手段は、上下方向に略等しい位置にそれぞれ配置されている
    ことを特徴とした請求項３記載の電気掃除機。
  5. 前記撮像手段は、左右方向に略等しい位置にそれぞれ配置されている
    ことを特徴とした請求項３記載の電気掃除機。
  6. 前記計算手段により計算した物体の深度に基づき、掃除領域のマップを生成するマップ生成手段を具備した
    ことを特徴とした請求項１ないし５いずれか一記載の電気掃除機。
  7. 可視光領域を含む光を照明する照明手段を具備し、
    前記各撮像手段は、可視光領域の画像を撮像する
    ことを特徴とした請求項１ないし６いずれか一記載の電気掃除機。
  8. 赤外領域を含む光を照明する照明手段を具備し、
    前記各撮像手段は、赤外領域の画像を撮像する
    ことを特徴とした請求項１ないし６いずれか一記載の電気掃除機。
  9. 赤外領域を含む光を照明する照明手段を具備し、
    一方の前記撮像手段は、可視光領域の画像を撮像し、
    他方の前記撮像手段は、赤外領域の画像を撮像する
    ことを特徴とした請求項１ないし６いずれか一記載の電気掃除機。
  10. 前記照明手段は、前記撮像手段の間に配置されている
    ことを特徴とした請求項７ないし９いずれか一記載の電気掃除機。
  11. 前記制御手段は、前記判定部により障害物と判定した物体を回避するように前記駆動輪の駆動を制御する
    ことを特徴とした請求項１ないし１０いずれか一記載の電気掃除機。
  12. 前記計算手段は、前記各撮像手段により撮像した画像と、これら撮像手段間の距離に基づいて物体の深度を計算する
    ことを特徴とした請求項１ないし１１いずれか一記載の電気掃除機。
  13. 前記計算手段により計算した物体の深度に基づき距離画像を生成する画像生成手段を具備した
    ことを特徴とした請求項１ないし１２いずれか一記載の電気掃除機。
  14. 前記判定部は、前記画像生成手段により生成した距離画像中の所定の画像範囲において、所定距離よりも近くにある物体を障害物と判定する
    ことを特徴とした請求項１３記載の電気掃除機。
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