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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5736000
(24)【登録日】2015年4月24日
(45)【発行日】2015年6月17日
(54)【発明の名称】自律型カバレッジロボット
(51)【国際特許分類】
G05D 1/02 20060101AFI20150528BHJP
A47L 9/28 20060101ALI20150528BHJP
【ＦＩ】
G05D1/02 L
A47L9/28 E
【請求項の数】11
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2013-86629(P2013-86629)
(22)【出願日】2013年4月17日
(62)【分割の表示】特願2011-228703(P2011-228703)の分割
【原出願日】2006年12月4日
(65)【公開番号】特開2013-146587(P2013-146587A)
(43)【公開日】2013年8月1日
【審査請求日】2013年4月17日
(31)【優先権主張番号】60/741,442
(32)【優先日】2005年12月2日
(33)【優先権主張国】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】502432084
【氏名又は名称】アイロボット コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100078880
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100169856
【弁理士】
【氏名又は名称】尾山 栄啓
(72)【発明者】
【氏名】スベンセン， セルマ
(72)【発明者】
【氏名】オジック， ダニエル エヌ．
(72)【発明者】
【氏名】ケーシー， クリストファー エム．
(72)【発明者】
【氏名】カプール， ディーパク ラメシュ
(72)【発明者】
【氏名】キャンベル， トニー エル．
(72)【発明者】
【氏名】ウォン， チキュン
(72)【発明者】
【氏名】モールス， クリストファー
(72)【発明者】
【氏名】バーネット， スコット トーマス
【審査官】
佐藤 彰洋
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００４−１９４７１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−３２３９２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−０４７５７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−３２３２１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０７−１１６８４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−２５０９７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−１３９２６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−２９４４１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開平０５−０２７６０４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
特表２００４−５２２２３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０５Ｄ １／０２
Ａ４７Ｌ ９／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
自律型清掃ロボットであって、
シャーシと、
前記シャーシに搭載され、前記自律型清掃ロボットを動かす駆動システムと、
前記シャーシの底面にそれぞれ保持される複数の床近接センサであって、該床近接センサの直下の床表面におけるクリフを検出する複数の床近接センサと、を備え、
前記床近接センサの各々は、
ビームを前記床表面に向かって発光するビーム発光器と、
前記発光されたビームの前記床表面からの反射を受光するビーム受光器と、
前記ビーム発光器およびビーム受光器を内部で保持する前方部分および後方部分からなる保持部と、
前記ビーム発光器およびビーム受光器をカバーするために、前記保持部に取り付けられるビーム透過蓋と、を備え、
前記各ビーム透過蓋は、前方縁部が後方縁部よりも床面に対して高く位置するよう前記床面に対して角度付された面を備えることを特徴とする、自律型清掃ロボット。
シャーシと、
前記シャーシに搭載され、前記自律型清掃ロボットを動かす駆動システムと、
前記シャーシの底面にそれぞれ保持される複数の床近接センサであって、該床近接センサの直下の床表面におけるクリフを検出する複数の床近接センサと、を備え、
前記床近接センサの各々は、
ビームを前記床表面に向かって発光するビーム発光器と、
前記発光されたビームの前記床表面からの反射を受光するビーム受光器と、
前記ビーム発光器およびビーム受光器を内部で保持する前方部分および後方部分からなる保持部と、
前記ビーム発光器およびビーム受光器をカバーするために、前記保持部に取り付けられるビーム透過蓋と、を備え、
前記各ビーム透過蓋は、前方縁部が後方縁部よりも床面に対して高く位置するよう前記床面に対して角度付された面を備えることを特徴とする、自律型清掃ロボット。
【請求項2】
自律型清掃ロボットであって、
シャーシと、
前記シャーシに搭載され、前記自律型清掃ロボットを動かす駆動システムと、
前記シャーシの底面にそれぞれ保持される複数の床近接センサであって、該床近接センサの直下の床表面におけるクリフを検出する複数の床近接センサと、を備え、
前記床近接センサの各々は、
ビームを前記床表面に向かって発光するビーム発光器と、
前記発光されたビームの前記床表面からの反射を受光するビーム受光器と、
前記ビーム発光器およびビーム受光器をカバーするためのビーム透過蓋と、を備え、
前記各ビーム透過蓋は、前記ビーム発光器およびビーム受光器にそれぞれ対応する、不透明の部材で仕切られた２つの区画を有し、前方縁部が後方縁部よりも床面に対して高く位置するよう前記床面に対して角度付された面を備えることを特徴とする、自律型清掃ロボット。
シャーシと、
前記シャーシに搭載され、前記自律型清掃ロボットを動かす駆動システムと、
前記シャーシの底面にそれぞれ保持される複数の床近接センサであって、該床近接センサの直下の床表面におけるクリフを検出する複数の床近接センサと、を備え、
前記床近接センサの各々は、
ビームを前記床表面に向かって発光するビーム発光器と、
前記発光されたビームの前記床表面からの反射を受光するビーム受光器と、
前記ビーム発光器およびビーム受光器をカバーするためのビーム透過蓋と、を備え、
前記各ビーム透過蓋は、前記ビーム発光器およびビーム受光器にそれぞれ対応する、不透明の部材で仕切られた２つの区画を有し、前方縁部が後方縁部よりも床面に対して高く位置するよう前記床面に対して角度付された面を備えることを特徴とする、自律型清掃ロボット。
【請求項3】
自律型清掃ロボットであって、
シャーシと、
前記シャーシに搭載され、前記自律型清掃ロボットを動かす駆動システムと、
前記シャーシの底面にそれぞれ保持される複数の床近接センサであって、該床近接センサの直下の床表面におけるクリフを検出する複数の床近接センサと、を備え、
前記床近接センサの各々は、
ビームを前記床表面に向かって発光するビーム発光器と、
前記発光されたビームの前記床表面からの反射を受光するビーム受光器と、
前記ビーム発光器およびビーム受光器をカバーするためのビーム透過蓋と、を備え、
前記各ビーム透過蓋は、前後方向における前方縁部が後方縁部よりも床面に対して高く位置するよう前記床面に対して角度付された面を備え、
前記ビーム発光器および前記ビーム受光器は、前記前後方向に直交する方向に並んで配置されることを特徴とする、自律型清掃ロボット。
シャーシと、
前記シャーシに搭載され、前記自律型清掃ロボットを動かす駆動システムと、
前記シャーシの底面にそれぞれ保持される複数の床近接センサであって、該床近接センサの直下の床表面におけるクリフを検出する複数の床近接センサと、を備え、
前記床近接センサの各々は、
ビームを前記床表面に向かって発光するビーム発光器と、
前記発光されたビームの前記床表面からの反射を受光するビーム受光器と、
前記ビーム発光器およびビーム受光器をカバーするためのビーム透過蓋と、を備え、
前記各ビーム透過蓋は、前後方向における前方縁部が後方縁部よりも床面に対して高く位置するよう前記床面に対して角度付された面を備え、
前記ビーム発光器および前記ビーム受光器は、前記前後方向に直交する方向に並んで配置されることを特徴とする、自律型清掃ロボット。
【請求項4】
前記ビーム透過蓋は、レンズおよび蓋本体からなることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の自律型清掃ロボット。
【請求項5】
前記ビーム透過蓋は、帯電防止特性を有する材料によって生成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の自律型清掃ロボット。
【請求項6】
前記ビーム発光器およびビーム受光器は、赤外線発光器および受光器であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の自律型清掃ロボット。
【請求項7】
前記駆動システムは、
前記床近接センサの検出結果に基づいて、前記自律型清掃ロボットをクリフから遠ざけて操縦するよう構成された制御装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の自律型清掃ロボット。
前記床近接センサの検出結果に基づいて、前記自律型清掃ロボットをクリフから遠ざけて操縦するよう構成された制御装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の自律型清掃ロボット。
【請求項8】
前記駆動システムは、
複数の駆動輪と、
脚輪と、
前記複数の駆動輪または脚輪の少なくともいずれか１つの近傍に配置された車輪−床近接センサと、をさらに備え、
前記車輪−床近接センサは、前記複数の駆動輪または脚輪に近い床表面を検出するように構成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の自律型清掃ロボット。
複数の駆動輪と、
脚輪と、
前記複数の駆動輪または脚輪の少なくともいずれか１つの近傍に配置された車輪−床近接センサと、をさらに備え、
前記車輪−床近接センサは、前記複数の駆動輪または脚輪に近い床表面を検出するように構成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の自律型清掃ロボット。
【請求項9】
前記駆動システムは、前記脚輪の近傍に配置され、前記脚輪の１つの前記シャーシに対する下向きの変位を検出する脱輪センサをさらに備え、
前記脱輪センサは、赤外線発光器および受光器の少なくとも１つの対を備えることを特徴とする、請求項８に記載の自律型清掃ロボット。
前記脱輪センサは、赤外線発光器および受光器の少なくとも１つの対を備えることを特徴とする、請求項８に記載の自律型清掃ロボット。
【請求項10】
前記駆動システムの全ての車輪が脱輪した場合に、前記床近接センサの検出結果に応じて、該床近接センサが妨害されていないかを検証する検証システムをさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載の自律型清掃ロボット。
【請求項11】
前記検証システムにて前記床近接センサが妨害されていると判断された場合に、前記床近接センサを掃除すべきことを報知することを特徴とする、請求項１０に記載の自律型清掃ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、２００５年１２月２日に出願された「ＲＯＢＯＴ ＮＥＴＷＯＲＫＬＩＮＧ，ＴＨＥＭＩＮＧ ＡＮＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ」という名称で、出願番号第６０／７４１，４４２号を割り当てられた米国仮特許出願に対して、米国特許法第１１９条（ｅ）の下に優先権を主張し、該出願の内容はその全体が本明細書により参考として援用される。
【0002】
本発明はロボットに関し、さらに具体的には自律カバレッジロボットに関する。
【背景技術】
【0003】
自律型ロボットとは、人間が絶えず誘導しなくても非構造的環境において所望のタスクを実行できるロボットである。ロボットの多くの種類は、ある程度まで自律的である。様々なロボットが、様々な様態で自律的でありうる。自律カバレッジロボットは、１つまたは複数のタスクを実行するために、人間が絶えず誘導することなく作業表面を横断する。家庭向け、事務所向け、および／または一般消費者向けのロボットシステムの分野では、電気掃除機がけ、床洗い、見回り、芝刈り、および他のこのようなタスクなどの家事機能を実行する移動ロボットが広く採用されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
自律カバレッジロボットが、操作中に多くの障害物に遭遇する。このロボットは、操作を続行するために、絶えず障害物を回避する必要があり、かつ布地、紐、または他の絡み付く柔らかい媒体によって捕らわれた場合には、自力で脱出する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
１つの態様では、自律カバレッジロボットは、シャーシと、このシャーシに搭載され、ロボットを操縦するように構成された駆動システムと、シャーシによって担持された縁部掃除ヘッドと、シャーシによって担持された制御装置とを具備する。縁部掃除ヘッドは、縁部掃除ヘッドモータによって駆動され、非水平軸回りに回転することができる。縁部掃除ヘッドは、ロボットが床を横切って操縦される間に床表面に係合するように、シャーシの横方向長さを越えて延びる。縁部掃除ヘッドは、ロボットの周縁上にまたは周縁付近に配置されうる。ロボット操作を制御する制御装置によるブラシ制御過程は、駆動過程とは別個に、縁部掃除ヘッドに関連するモータ電流を監視するように構成される。また制御装置によるブラシ制御過程は、スパイク（例えば、モータ電流の過渡的なまたは急速な増大）または一般に高いモータ電流モータの検出後に（巻き戻るコード、紐、または他の絡まった媒体と同じ速度で、実質的にニュートラルで回転し、かつ／または回転するように駆動されるように）縁部掃除ヘッドモータを以前の掃除方向とは反対の方向へ逆バイアスするように構成され、他方では床を横切ってロボットを操縦し続けて、中断することなく床の網羅もしくは掃除を実行するか、または他の動作行動を実行する。１つの実施態様では、制御装置によるブラシ制御過程は、高い縁部掃除ヘッドモータ電流に続いて、（巻き戻るコード、紐、または他の絡まった媒体と同じ速度で、実質的にニュートラルで回転し、かつ／または回転するように駆動されるように）縁部掃除ヘッドモータを逆バイアスし、かつ引き続いてまたは並行して、直接的にまたは監督過程を介して間接的に、ロボットが実質的に後進し、駆動方向を変更し、かつロボットを前進させるのと同時に巻き戻しが行われうるように、信号を駆動モータ制御過程に送信する。
【0006】
１つの実施態様では、縁部掃除ヘッドは、シャーシの周縁を越えて延びる剛毛を有するブラシを具備する。１つの実施例では、縁部掃除ヘッドが、第１および第２の端部を有する少なくとも１つのブラシ要素を具備し、このブラシ要素は、第１の端部の回りに作業表面に垂直な回転軸を画定する。縁部掃除ヘッドは、実質的に垂直な軸回りに回転可能である。１つの場合では、縁部掃除ヘッドは３つのブラシ要素を具備し、各ブラシ要素が、隣接するブラシ要素と約１２０度の角度を形成する。別の場合では、縁部掃除ヘッドは６つのブラシ要素を備え、各ブラシ要素が、隣接するブラシ要素と約６０度の角度を形成する。
【0007】
別の実施態様では、縁部掃除ヘッドは、シャーシの周縁を越えて延びる回転可能な水切りを備える。この回転可能な水切りは、水洗い、表面処理などに使用可能である。
【0008】
さらに別の実施態様では、縁部掃除ヘッドは、この掃除ヘッドが回転すると、シャーシの周縁を越えて広がる複数の吸着繊維を含む。複数の吸着繊維は、こぼれを拭き取り、床を掃除し、表面処理を施す等々のためにモップのように使用可能である。
【0009】
ロボットは、シャーシによって担持された複数の掃除ヘッド（例えば、２つまたは３つ）を具備する。１つの実施例では、ロボットは、シャーシによって担持された主掃除ヘッドをさらに具備し、掃除ヘッドは、ロボットによって網羅されるスワズ（それはロボットの主作業幅を形成する）を横切って延び、かつ掃除ヘッドは、ロボットが床を横切って操縦されている間に床表面に係合するように、水平軸回りに回転するように駆動されうる。主掃除ヘッドは、作業表面に平行な長手回転軸を画定する円筒本体と、円筒本体上に配置された剛毛と、円筒本体に沿って長手方向に配置された柔軟フラップとを具備しうる。制御装置によるブラシ制御過程は、高い主掃除ヘッドモータ電流に応答して、（巻き戻るコード、紐、または他の絡まった媒体と同じ速度で、実質的にニュートラルで回転し、かつ／または回転するように駆動されるように）主掃除ヘッドの回転を逆バイアスするように構成され、他方で動作制御過程は、別個に床を横切ってロボットを操縦し続ける。別の実施例では、ロボットは、シャーシによって担持され、ロボットが床を横切って操縦される間に床表面に係合するように、水平軸回りに回転するように駆動される２つの主掃除ブラシを具備する。２つの主掃除ブラシは、同じかまたは逆の方向へ回転するように駆動されうる。
【0010】
別の態様では、自律カバレッジロボットの絡まりを解除する方法が、ロボットを床表面の上に配置するステップを含み、ロボットは、シャーシによって担持され、縁部掃除ヘッドモータによって駆動される縁部掃除ヘッドを非水平軸回りに回転させながら、ロボットの前方向へ床表面を自律的に横断する。縁部掃除ヘッドは、シャーシの横方向長さを超えて延び、かつ床表面に係合する。ロボットは、床表面を横切って操縦し続ける間に、高い縁部掃除ヘッドモータ電流に応答して、（巻き戻るコード、紐、または他の絡まった媒体と同じ速度で、実質的にニュートラルで回転し、かつ／または回転するように駆動されるように）、別個に縁部掃除ヘッドモータに逆バイアスを与える。
【0011】
１つの実施態様では、ロボットの制御装置によるブラシ制御過程は、高い掃除ヘッドモータ電流に応答して縁部掃除ヘッドの回転を逆転する前に（ロボット動作制御とは別個に）、前方向へのロボットの移動を決定する。ロボットのブラシ制御過程は、ある一定の時間の間における高い縁部掃除ヘッドモータ電流に応答して、（ロボット動作制御とは別個に）縁部掃除ヘッドの回転を逆転しうる。１つの実施例では、ブラシ制御過程が縁部掃除ヘッドの回転を逆転する後で、ブラシ制御過程は、直接的にまたは監督過程を介して、逆方向へ移動し、駆動方向を変更し、かつその駆動方向へ移動するように、信号をロボットの動作制御過程に送ることができる。
【0012】
別の実施態様では、ロボットはまた、シャーシによって担持された主掃除ブラシを具備し、このブラシは、ロボットが床を横切って操縦される間に床表面に係合するように、水平軸回りに回転するように駆動されうる。ロボットは、床表面を横切って操縦し続ける間に、高い主掃除ヘッドモータ電流に応答して、別個に主掃除ブラシの回転を逆転する。ロボットのブラシ掃除過程はまた、高い主掃除ブラシモータ電流に応答して、別個に主掃除ブラシの回転を逆転する前に、前方向へのロボットの移動を決定することができる。さらに、ロボットのブラシ掃除過程はまた、一定の時間の間または時間間隔の間、主掃除ブラシの回転を逆転することができる。
【0013】
別の態様では、自律カバレッジロボットが、駆動システム、衝突センサ、および近接センサを具備する。駆動システムは、方位（旋回）設定および速度設定に従ってロボットを操縦するように構成される。衝突センサは、前方向における障害物とのロボットの衝突に応答する。近接センサは、近接しているが、ロボットに接触していない距離に、例えば、１〜１０インチ、好ましくは１〜４インチにある、ロボット前方の障害物に応答する。駆動システムの動作制御過程はまた、方位設定に従ってロボットを前進させることを含めて、掃除または網羅過程の続行中に、潜在的な障害物の検出を示す近接センサからの信号に応答して速度設定を低減するように構成されうる。さらに、駆動システムの動作制御過程はまた、障害物との接触を示す衝突センサから受け取った信号に応答して、方位（旋回）設定を変更するように構成されうる。
【0014】
幾つかの場合では、駆動システムの動作制御過程は、障害物の周囲を追従するために、衝突センサおよび１つまたは複数の側部近接センサから受け取った信号に応答して、方位設定を変更するように構成されうる。他の場合では、駆動システムは、ロボットを障害物から遠ざけて誘導するために、衝突センサおよび近接センサから受け取った信号に応答して、方位（旋回）設定を変更するように構成されうる。１つの実施例では、駆動システムは、ロボットをトルク（例えば、モータ電流またはモータ抵抗）設定で操縦するように構成され、駆動システムは、障害物との接触を示す衝突センサから受け取った信号に応答して、モータ電流またはモータ抵抗設定を変更するように構成される。駆動システムは、障害物との接触を示す衝突センサから受け取った信号に応答して、モータ電流またはモータ抵抗設定を増大することができる。
【0015】
近接センサは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許６５９４８４４号、「Ｒｏｂｏｔ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ」で実質的に開示されたように、相互から固定距離に集束するように相互に向けられた赤外線発光器および受光器の少なくとも１つの対の複数の組を具備することができる。別法として、近接センサは音波探知器装置を含みうる。衝突センサは、スイッチ、容量性センサ、または他の接触感知装置を含みうる。
【0016】
ロボットは床の上に配置されうる。さらに別の態様では、自律カバレッジロボットを床の上の物体に対して操縦する方法は、ロボットが掃除モードにおいて全速掃除速度で床を自律的に横断するステップを含む。ロボット前方に物体の近接を感知すると、ロボットが物体との接触を検出するまで物体に向かい続ける間に、ロボットは、掃除速度を減速掃除速度まで落とす。物体との接触を感知すると、ロボットは、随意選択的には実質的に減速掃除速度で、物体に対して旋回し、他方で物体の近傍で掃除を行う。ロボットは物体の周囲を追従し、他方で物体の近傍で掃除を行うことができる。ロボットが周囲を離れると、ロボットは速度を全速掃除速度まで上げることができる。ロボットは、物体からの実質的に一定の追従距離を維持しうるか、ロボット本体の追従側面を越えて延びる縁部掃除ヘッドまたはブラシの長さよりも小さい追従距離を維持しうるか、または物体との最初の減速掃除速度における接触に応答して、実質的に物体に接触し、他方で物体の近傍で掃除を行うことができる。１つの実施例では、物体からの追従距離は実質的に、物体と実質的に接触した直後におけるロボットと物体との間の距離である。別の実施例では、物体からの追従距離は約０と２インチとの間である。
【0017】
１つの場合では、ロボットは、物体との接触に応答して、物体の周囲を移動するように操縦を実行する。この操縦には、ロボットが物体の周囲を実質的に半円形の経路で、または連続した交互する部分螺旋（例えば、漸減する半径を有する円弧）で移動することを含みうる。別法として、この操縦は、ロボットが物体から遠ざかり、次いで物体に実質的に正接する方向へ移動することを含みうる。
【0018】
ロボットの前方に物体の近接を感知すると、ロボットは、定率で、指数関数的な率で、非線形的な率で、または何らかの他の率で、全速掃除速度から減速掃除速度まで減速することができる。さらに、ロボットは、物体との接触を感知すると、駆動モータ、主ブラシモータ、または側部ブラシモータのトルク（例えば、モータ電流）設定を低減することができる。
【0019】
さらに別の態様では、自律型ロボットが、シャーシと、シャーシに搭載され、ロボットを操縦するように構成された駆動システムと、シャーシによって担持され、ロボットの下方の床表面を検出するように構成された床近接センサとを具備する。床近接センサは、ビームを床表面に向かって誘導するように構成されたビーム発光器と、誘導されたビームの床表面からの反射に応答し、シャーシの下向き受口の中に取り付けられたビーム受光器とを具備する。床近接センサは、実質的に封止されたユニット（例えば、下方向で）でよく、受口の内部に堆積物、「カーペット毛羽」、毛髪、または家庭の埃が蓄積するのを防止するために、受口の下端を横切って配置された前方および後方縁部を有するビーム透過蓋も具備しうる。この蓋は、帯電防止材料から作製されたレンズを具備しうる。ロボットの前縁における蓋の前方縁部、すなわち、ロボットの動作方向における蓋の縁部は、後方縁部よりも高い。受口の下方表面は楔形に形作られうる。１つの実施例では、床近接センサは、米国特許第６５９４８４４号、「Ｒｏｂｏｔ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ」に実質的に開示されたように、赤外線発光器および受光器の少なくとも１つの対を含む。
【0020】
１つの実施態様では、ロボットの駆動システムは、シャーシから懸架された少なくとも１つの被駆動輪と、シャーシによって担持され、車輪の１つに隣接して収納された少なくとも１つの床−輪近接センサとを具備し、この床−輪近接センサは、車輪に隣接する床表面を検出するように構成される。また駆動システムは、床近接センサから受け取った信号に応答して、ロボットを感知されたクリフから遠ざけて操縦するように構成された制御装置も具備しうる。幾つかの場合では、駆動システムは、車輪の１つに近接して収納され、シャーシに対する車輪の実質的な下向き変位に応答する脱輪センサを具備する。駆動システムは、すべての車輪が脱輪するときに、床近接センサの動作可能性を検証する検証システムを含みうる。この検証は、すべての車輪が脱輪したのは、ロボットが人間によって床から持ち上げられている結果である公算が高いという推断に基づいており、必ずしもすべての床近接センサが床表面に整合しないわけではないこと（反射が測定されないかまたは強すぎる反射）を確認するために点検するものである。床表面または過剰に強い反射（例えば、遮断されたセンサを示す）に整合するセンサは、いずれも妨害されていると見なされる。この検出に応答して、ロボットは、標示または光によって床近接センサが掃除されるべきであることを示す保守報告セッションを開始することができる。この検出に応答して、ロボットは、すべての床近接センサが掃除されかつ機能していることを検証手順によって判定するまで、前進動作を禁止する。それぞれの輪−床近接センサおよび脱輪近接センサは、赤外線発光器および受光器の少なくとも１つの対を含みうる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
異なる図面中の同様の番号は、同様の要素を指す。
【0023】
詳細な説明図１〜３は、例示的な自律型清掃ロボット１００の上方斜視図、下方斜視図、および分解組立図を示す。ロボット１００は、シャーシ１０２、駆動システム１０４、縁部掃除ヘッド１０６ａ、および制御装置１０８を有する。駆動システム１０４は、シャーシ１０２に搭載され、ロボット１００を操縦するように構成された差動式駆動装置（ロボットの中心直径に近接するかまたはその直径の上にあり、別個に速度制御可能な左輪および右輪）である。縁部掃除ヘッド１０６ａは、ロボット１００の下方およびその直近の汚れおよびゴミを除去するために、さらに具体的にはロボットが前方向で掃除するときに汚れおよびゴミを主掃除ヘッド１０６ｂの掃除経路の中へ掃き込むために、シャーシ１０２の側縁を越えて延びるように取り付けられる。幾つかの実施態様では、主または縁部掃除ヘッド１０６ｂ、１０６ａは、表面処理を施すためにも使用可能である。制御装置１０８（図９Ａにも図示されている）は、シャーシ１０２によって担持され、自律的様態で床を掃除または処理するために、下で説明するように、センサ読取り値または指示に基づいて指令をロボット１００の構成要素に供給する行動規範型ロボットシステムによって制御される。蓄電池１０９がロボット１００およびその副システム用の電源となりうる。底蓋１１０は、ロボット１００の内側部分を保護しかつ汚れおよびゴミを締め出すことができる。
【0024】
駆動システム１０４は、左駆動輪アセンブリ１１２、右駆動輪アセンブリ１１４、および脚輪アセンブリ１１６を具備する。駆動輪アセンブリ１１２、１１４および脚輪アセンブリ１１６は、シャーシ１０２に連結されて、ロボット１００の支持体になる。制御装置１０８は、ロボット１００を操縦するために駆動輪アセンブリ１１２および１１４を前方または後方に駆動するように駆動システムに指令を供給することができる。例えば、両方の駆動輪アセンブリを前方向に係合させるように制御装置によって指令が送出され、ロボット１００の前進動作をもたらす。別の場合では、指令が、左駆動輪アセンブリ１１２を前方向に駆動させ、他方では右駆動輪アセンブリ１１４を後方向へ駆動させる左旋回のために送出可能であり、上方から眺めたときにロボット１００は時計回りに旋回することになる。
【0025】
図４および５は、シャーシ１０２に取り付けることによってロボット１００の主掃除ヘッド１０６ｂに組み込まれうる主掃除ブラシ１１１の前方斜視図および分解組立図を示す。本明細書に開示されたように、ロボットおよび掃除ヘッドの一般的な構造は、別様にそのように留意される場合を除けば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許６８８３２０１号に開示されたものと同様である。一般に、ロボットブラシが、コード、紐、毛髪、縁飾り、飾り房が絡まるとき、ブラシモータが過電流または温度上昇に遭遇し、ブラシのエネルギー消費の増大、掃除不良、減速、またはロックを引き起こす恐れがある。ロボットがそのように制御されているか、または絡まり物が重かったりもしくは固定されたりしている場合に、ロボットはその場に拘束される恐れがあり、センサが膠着状態を検出するために利用可能である場合に、動作を停止し、それによって掃除ができない恐れがある。ロボットがその通常の作業工程中に立ち往生すると、ロボットは、自律的機能を続行するために「救助」されかつ掃除されねばならない。理論的には、駆動輪、脚輪、ゴミ箱水切り、および掃除ヘッド駆動列（逆駆動装置）の静的または動的摩擦に対抗するために追加的なエネルギー消費が発生する。縁飾り／飾り房／コードは、掃除ブラシの最小巻付き径（例えば、ブラシ１１１が剛毛しか具備していなければ、通常はブラシ１１１の芯）の回りに緊密に巻き付きうる。掃除ブラシ１１１の最小径が中実であれば（弾性がなければ）、例えば、ブラシが縁飾り／飾り房／コードを巻き戻すために掃除ヘッドの内部で逆回転されるとき、掃除ヘッドの歯車列および床と接触しているブラシにおける静的または動的摩擦に打ち勝つために、追加的なエネルギーが必要とされうる。飾り房または紐がブラシの回りに絡まり続けるままにされていれば、絡まりを除去するためにブラシ１１１を掃除ヘッド１０６ｂから取り外す必要がありうる。主掃除ブラシ１１１は、掃除ヘッド本体１１７に沿って配置されたバッフルまたは柔らかいフラップ１１３および剛毛１１５を有する。掃除ヘッド本体１１７の長さに沿って配置された柔らかいフラップ１１３は、静的摩擦を最小化しうる。掃除ヘッド本体１１７は、ロボット１００が床全体を移動中に、掃除ヘッド本体が床表面に係合するように、その水平軸回りに回転可能であり、バッフル１１３および剛毛１１５に床の表面上に存在しうる汚れおよびゴミを撹拌させる。制御装置１０８は、主掃除ヘッドモータ電流の急上昇または増大に続いて、主掃除ブラシ１１１の回転を逆バイアスし（すなわち、ロボットが前方向へ遠ざかると、ロボットが絡まりを引き出しかつ巻き戻すときに掃除ブラシの自由回転を許容するのに十分な逆電流を供給し）、他方では、制御装置１０８がロボット１００を床全体に移動させるために個々の動作制御行動を実行するときに、掃除サイクルまたは他のサイクルの実行を続行するように構成可能である。この場合に、柔らかいフラップ１１３のへり１１６は、主掃除ブラシ１１１の最小径になりうる。へり１１６は、変形に殆どエネルギーの必要がないように柔軟であり（しなやかで、柔らかく）、潜在的にはロボット１００の移動を開始するのに必要とされるエネルギーからその一部を分流させる。静的摩擦に遭遇するブラシ歯車列の一時的な遅延は、ロボット１００が移動を再開する機会を与え、それによってブラシの絡まりを容易に解除することを可能にする。同様に、ブラシ１１１は、絡まったコードまたは飾り房の単位長さ当たりの巻きを単にそれほど多く完成しないという理由で、コードまたは飾り房は、へり１１６のより大きな直径（芯１１７のような芯またはさらに細い芯に比べて）回りに絡まり難くなりうる。さらには、フラップ１１３の長さ方向にえぐられる（湾曲される）性質が、始動されているロボットと、絡まった主掃除ブラシ１１１の逆駆動をバイアスする逆バイアスとの間の一時的な遅延の間に、飾り房／縁飾りを強制的にほどき／解除するばねの役割をさらに果たす。剛毛１１５は、主として掃除するために使用されうるが、他方でフラップ１１３は、主として絡まりの解除目的に使用されうる。これは、絡まった紐が主掃除ブラシ１１１の中でフラップ１１３によって食い取られかつ保持される場合に、ロボット１００が掃除（カーペットの撹拌）を続行することを可能にする。本明細書で説明されたものと組合せ可能な他のロボットの細部および特徴構造が、ここで参照によりその内容全体が組み込まれる以下の米国特許仮出願第６０／７４７７９１号に見いだすことができる。
【0026】
図６Ａおよび６Ｂは、縁部掃除ヘッド１０６ａの上方斜視図および分解組立図を示す。縁部掃除ヘッド１０６ａは、シャーシ１０２によって担持され、ブラシ１２０を非水平軸回りに回転するために縁部掃除ヘッドモータ１１８および駆動力伝達装置１１９によって駆動される。ブラシ１２０は、シャーシ１０２の周縁を越えて延びるブラシ要素１２２Ａ〜Ｆを有する。各ブラシ要素１２２Ａ〜Ｆは、隣接するブラシ要素と約６０度の角度を形成し、これらの要素の軸に沿って延びる剛毛が先端に付けられる。ブラシ１２０は、ブラシ要素１２２Ａ〜Ｆの端部が作業表面に対して直角に移動するように、垂直軸回りに回転可能である。縁部掃除ヘッド１０６ａは、ブラシ１２０がシャーシ１０２の縁部を越える汚れおよびゴミを掃き取りできるように、ロボット１００の縁部に近接して配置されうる。幾つかの実施態様では、縁部掃除ヘッド１０６ａが、ロボットの垂直軸からずれた（傾斜した）軸回りに動作する。図６Ｃに模式的形態で示したように、縁部清掃ヘッド１０６ａは、ゴミをロボット周辺部の外側から主作業幅に向かって集めるが、このような集められたゴミが一旦主作業面にくれば、そのようなゴミをかき乱さず、または主作業面になければゴミをロボットの作業幅からはじき出すために、前方向および左右方向へ傾斜しうる（すなわち、車輪接触平面の内部の移動方向から約４５度の線回りに、その平面に対して下向きに傾斜する）。この軸ずれは、毛羽織物のような様々なカーペットの種類に適するように、縁部掃除ヘッド１０６ａの傾きを個別修正するために随意選択的に調節可能である。
【0027】
縁部掃除ヘッドの他の構成もロボット１００に使用可能である。例えば、縁部掃除ヘッドは、１２０度分離された３つの等間隔のブラシ要素を有してもよい。図７は、回転可能な水切り１２６がブラシの代わりに使用される縁部掃除ヘッド１２４の別の実施例を示す。他の構成では、縁部掃除ヘッドが、シャーシ１０２の周縁を越えて広がる１つまたは複数の吸着繊維を有する。
【0028】
図８Ａは、自律網羅型ロボット１００に使用されうるバンパ１３０を示す。図８Ｂは、バンパ１３０の内部に収容可能な近接センサ１３４を示す。駆動システム１０４は、方位設定および速度設定にしたがってロボット１００を操縦するように構成されうる。近接センサ１３４は、ロボットの前方の潜在的な障害物を感知することができる。
【0029】
図９Ａは、ロボット１００の電子機器の模式図である。ロボット１００は、全方向受光器、指向性受光器、近接センサ１３４、および衝突センサ１３２を同時に制御するバンパ用マイクロコントローラ１０７Ａと通信する制御装置１０８を具備する。制御装置１０８は、クリフセンサ１４０および各モータ用のモータ電流センサを含めて、他のすべてのセンサ入力を監視する。
【0030】
ロボット１００の方向および速度の制御は、近接センサ１３４が潜在的障害物を検出するときにロボット１００の速度の大きさを低減するために、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６８０９４９０号および同第６７８１３３８号に一般的に開示された、網羅および範囲限定のための行動規範型ロボットシステムの原理に従って、アービタによって選択される（かつ制御装置１０８によって実行される）動作制御行動によって対処することができる。制御装置１０８によって実行される動作行動は、衝撃センサ１３２が障害物とのロボット１００の衝突を検出するときに、ロボット１００の速度も変更可能である。したがって、図９Ｂを参照すると、ロボット１００は、巡行または直線行動９００を実行することによって床表面を横断する。ロボット１００が、近接センサ１３４によって、近接するが、まだ障害物に接触していないことを検出するとき、ロボット１００は、減速ルーチン９０２（これは１つの行動でもよいし、１つの行動の一部でもよいし、または２つ以上の行動によって形成されてもよい）を実行するが、そのルーチンでは、ロボット１００は、全速掃除速度で障害物に突進することはなく、衝突が実際に発生するときに、衝突の騒音がより小さくかつ衝突が表面を傷つける恐れがより少ないように、制御装置１０８によって、潜在的な障害物に向かうロボットの接近速度を、約３００ｍｍ／秒の全速掃除速度から約１００ｍｍ／秒の減速掃除速度まで落とす。全体的な騒音、ロボット１００にまたはこのロボットによって衝突される物体に対する潜在的な損傷が軽減される。ロボット１００が、衝突センサ１３２によって物体との接触を検出するとき、ロボット１００は、以下のルーチン、すなわち、弾む９１０、障害物の周囲を追従する９１２、駆動方向を変更しかつ物体から遠ざかる９１４、または物体（例えば、壁）に近接しかつそれに沿って追従するように駆動方向を変更して曲がるというルーチン９１４Ｂの１つを実行する。弾む９１０は、物体に沿って弾むようにロボット１００が移動することを必然的に伴う。物体の周囲に追従する９１２は、ロボット１００が、例えば、物体の近傍を掃除するためにかつ／または壁際まで掃除するために、物体の周囲に沿って所定の距離をおいて追従するように近接センサ１３４を使用することを必然的に伴う。ロボット１００は、連続的に部屋を掃除し、ロボットが前方向で近接する物体（それは壁、テーブル、椅子、ソファー、または他の障害物でありうる）を検出するとき、ロボットは、減速されるけれども、中断することなく同じ方向で掃除を続行する。所定のおよび／または無作為の場合に、ロボット１００は、縁部掃除ヘッド１０６ａが床と壁または障害物との間のコーナからゴミまたは汚れを集めるように、本質的に減速掃除速度で、物体に衝突し、主掃除ヘッド１０６ｂの縁部が可能な限り壁に近接するように所定の位置で旋回し、かつロボットの側面に接する物体を緊密に追従する。一旦ロボット１００が壁を離れると、所定の制限範囲内の所定のおよび／または無作為化された距離を隔てた後で、ロボット１００は、その速度を全速掃除速度まで上げる。他の場合では、ロボットは、物体に衝突し、物体または壁から離れる方向に面するまで定位置で旋回し、かつ直ちに全速掃除速度で物体または壁から遠ざかる。
【0031】
ロボット１００は、制御装置１０８の内部の行動ソフトウェアアーキテクチャを使用する。本明細書で論じるロボット１００の実施形態は行動規範型制御の一部しか使用できないか、または全く使用できないが、行動規範型制御は、ロボットが堅牢である（すなわち、立ち往生したりまたは故障したりしない）ばかりでなく、安全でもあるように制御する際に効果的である。ロボット１００は、制御装置１０８の中のアービタによって実行される幾つかの行動を有する制御およびソフトウェアアーキテクチャを使用する。行動は、センサ事象に応答してアービタに入力される。１つの実施形態では、すべての行動が相互に対して固定された相対優先順位を有する。アービタ（この場合では）は可能化条件を認識し、その行動は可能化条件の完全な組を有しており、アービタは可能化条件を満たした行動の中で最高優先順位を有する行動を選択する。優先順位の降順では、行動は、一般に、脱出および／または回避行動（クリフを回避したりまたはコーナから脱出したりするような）、ならびに作業行動（例えば、壁追従、弾み、または直線駆動）として分類される。行動には、様々な脱出（コーナ脱出、谷間下り防止、立ち往生状況、例えば、米国特許第６８０９４９０号で開示されたような幾つかの回避行動を抑止する「弾道学的な」一時的ファイアアンドフォーゲット移動を含む）、クリフ回避、仮想壁回避（仮想壁はゲートウェイビームによるビーコンでありうる）、スポット網羅（螺旋または犂耕書式パッチのような限定的なパターンで網羅する）、位置合わせ（障害物追従中に遭遇する前方障害物、例えば、内側コーナと位置合わせするために側部近接センサを使用して、定位置で旋回する）、追従（ロボットの側面に延びる側部近接センサまたはバンパを使用する、障害物に沿った実質的に平行な追従または衝突追従のいずれか一方または両方を表す）、「弾む」（ロボットが物体に衝突した後に生起する行動）ために衝突に応答すること、および運行（巡行）が含まれうる。行動の優先順位を決定する間に何らかのロボットの動作が行われる。２つ以上の行動がアービタの中に存在すれば、任意の対応する必要条件が満足される限り、より高い優先順位を有する行動が実行される。例えば、クリフ回避行動は、クリフ検出センサによってクリフが検出されなければ実行されることはないが、クリフ回避行動の実行は、可能化条件を同様に満たしている他の行動の実行よりも常に優先順位が高い。
【0032】
反応型行動は、その可能化条件またはトリガとして、様々なセンサおよび現象の検出を含む。これらには、前方近接検出（複式）、前方衝突検出（複式）、クリフセンサ（複式）、仮想壁信号（これは、むしろ網羅トリガと考えてもよい）の検出のような、障害物の回避および検出用のセンサが含まれる。これらの種類のセンサは、フィルタ、条件付け、およびそれらのドライバによって監視および条件付けられるが、これらのセンサは、可能化条件を生成するばかりでなく、行動が予測可能に働くことを助け、かつすべての利用可能な情報（例えば、１ビット「正／誤」信号への変換、センサ群からの強度または時間差に基づいて衝突または出来事の見込み角度の記録、または履歴、平均、頻度、もしくは変動情報）に関するデータを記録することもできる。
【0033】
実際の物理的センサは、条件付けおよびドライバから合成された「仮想」センサによってアーキテクチャの中に表示されうる。モータの過電流、ロボット１００の静止または立ち往生状況（車輪エンコーダまたはカウンタからの走行距離計読取り値の欠如を監視することによって）、電量分析による蓄電池充電状態のようなロボット１００に関して固有受容的なもしくは解釈された、検出可能なまたは解釈された物理的特性から合成された追加的な「仮想」センサ、および他の仮想センサ。
【0034】
さらに、反応型行動は、追尾または追従されるべき検出現象を表す可能化条件に従って実行可能である。ビームまたは無線（ＲＦ、音響）信号が、指示なしでまたは幾つかの場合では指示されて検出可能である。指示を与える遠隔ビームまたは標識（バーコード、逆反射目印、特徴的目印、基準目印、または視覚によって認識される自然の目印）が、ホーミングまたは相対移動を可能にするが、しかし、指示なしでも、ロボット１００は、検出信号の存在、非存在、および／または相対的な強度に基づいてサーボ機構制御に移行することができる。ロボット１００からのビーム、縁、または線の反射も同様に検出可能であり、追従行動（ロボット１００による障害物追従のような）が、このような信号に基づいてサーボ機構制御によって実行される。ゴミまたはアーティファクト信号が、ロボットが集めたゴミまたは横切った物体を監視することによって収集可能であり、この信号は、スポット網羅パターンを制御する反応型行動のための可能化条件でありうる。
【0035】
ロボット１００は、一般に反応型行動とは考えられていない同時発生過程、すなわち、「並行」過程を維持する。協働的または他の多重タスク様態でプロセッサ時間を殆どの他の過程（例えば、アービタおよび行動を含む）に割り当てるために、スケジューラが必要でありうる。より多くのスレッディングが利用可能であれば、スケジューラによって管理されうる過程がより少なくなる。留意したように、フィルタおよび条件付けならびにドライバは、生の信号を解釈および翻訳することができる。これらの過程は反応型行動とは見なされず、モータ駆動装置または他のアクチュエータに対する直接的な制御を行わない。さらに、本実施形態では、主ブラシおよび側部ブラシは専用のブラシ行動およびブラシ制御アービタによって他に制御可能であるが、１つまたは複数のブラシモータ制御装置が、これらのブラシを制御する。
【0036】
別の実施例によれば、減速ルーチン９０２が、約１から１０インチ（好ましくは１から４インチ）で作動するべき赤外線の近接センサ１３４を使用する（すなわち、受光器が、相互に向かって角度を成す発光器および受光器の重なり空間の中で生じる反射光から受け取るとき）。この距離は、ＩＲ近接センサ１３４または交差ビームセンサの有効範囲内であるが、しかし検出障害物と衝突する前にロボット１００を減速するのに十分な時間がある範囲内にあるように選択される。従来の近接センサは、障害物アルベドに応じて信号強度を反射するが、交差ビーム信号は、受光器および発光器のビーム／領域が交差する、センサから特定の距離の中に侵入する様々なアルベドに関して閾制限されうる。さらに、近接検出された壁に基づく減速は、衝突センサ１３２とは別個に、使用者によって抑制または中断されうる。制御装置１０８は、ロボットの下降を実質的に安定的に減速し、次いでゆっくりと巡行させることができる。制御装置１０８は、約３インチを超えてゆっくりとＳ字カーブを実行することが可能であり、安定的に、しかし約３インチを超える加速または減速率で速度を落とすことができる。脱出行動、例えば、パニック、静止、立ち往生、谷間下り防止の間に、ロボットは、任意の脱出行動または幾つかの回避行動に関する可能化条件として通常は近接センサ１３４を使用しないことによって、本質的に近接センサ１３４の切断が可能である。
【0037】
駆動システム１０４は、前方障害物の検出を示す近接センサ１３４からの信号に応答して速度設定を低減し、他方では、現状の方位設定に従ってロボット１００を前進させて床または表面に対する作業を続行するように構成可能である。駆動システム１０４は、障害物との接触を示す衝突センサ１３２から受け取った信号に応答して方位設定を変更するように構成可能である。例えば、駆動システム１０４は、ロボット１００が障害物の周囲を追従するように、衝突センサ１３２および近接センサ１３４から受け取った信号に応答して方位設定を変更するように構成可能である。別の実施例では、駆動システム１０４は、ロボット１００を障害物から遠ざけて誘導するために方位を変更するように構成可能である。
【0038】
近接センサ１３４は、赤外線発光器および受光器の１つまたは複数の対を含みうる。例えば、変調された発光器および標準的な受光器が使用可能である。ライトパイプ（図示せず）、コリメーティングもしくは拡散光学系、フレネルもしくは回折光学系が、直前方向のような高確率／高衝突区域において、より均一な光パターンまたはより集中的なもしくはより検出可能性が高い光パターンを供給することによって、盲点を排除するために幾つかの実施態様で使用されうる。別法として、幾つかの実施態様は、音波探知器または他の種類の近接センサを利用しうる。
【0039】
幾つかの実施態様では、衝突センサ１３２が機械式スイッチ１３０を含みうる。幾つかの実施態様では、衝突センサ１３２が容量性センサを含みうる。他の種類の接触センサも同様に使用可能である。
【0040】
駆動システム１０４は、障害物との接触を示す衝突センサ１３２から受け取った信号に応答して、ロボット１００をトルク（またはモータ電流）設定で操縦するように構成可能である。例えば、駆動システム１０４は、障害物との接触を示す衝突センサから受け取った信号に応答して、トルク（またはモータ電流）を増大することができる。
【0041】
自律型清掃ロボットを床の上の物体に対して操縦する方法の別の実施例では、ロボット１００が最初に床の上に配置されることが可能であり（または、例えば、ロボットが充電ドックから出発する場合には既に床の上に存在しうる）、ロボット１００は、掃除モードにおいて全速掃除速度で床を自律的に横断する。ロボット１００がロボット１００の前方に近接物体を検出すれば、ロボットは掃除速度を減速し（例えば、減速掃除速度まで）、この物体との可能性が高いが、別の物体でもありうる衝突を検出するまで、物体に向かって移動し続けかつ床の作業／掃除を続行する。物体との衝突を検出するとき、ロボット１００は、それが物体に衝突し、それに隣接して、すなわち、それに沿って掃除を行うように物体に対して旋回する。例えば、ロボット１００は、物体の周囲を追従し、他方で物体に沿ってまたは隣接して掃除を行うことができる。別の場合では、ロボット１００は、物体との接触に応答して、物体に隣接して掃除を行いながら、物体からある一定の追従距離を維持することができる。物体からの追従距離は、物体との接触直後のロボット１００と物体との間の距離、例えば、０から２インチでありうる。この距離は、随意選択的に、側部または縁部清掃ヘッド１０６ａがロボットの側面を越えて延びる距離よりも小さい。
【0042】
幾つかの場合では、ロボット１００が、物体との接触に応答して物体の周囲を巡るように操縦を行う。例えば、ロボット１００は、物体の回りで幾分半円の経路を描いて、または連続した交互する部分螺旋（例えば、漸減する半径を有する円弧）で移動することができる。別の場合では、ロボット１００は、物体から遠ざかり、次いで物体に対して幾分正接する方向へ移動することができる。
【0043】
ロボット１００は、定率で、例えば、非線形的または指数関数的な率で減速速度まで掃除速度を落とすことができる。ロボット１００の全速掃除速度は約３００ｍｍ／秒でよく、ロボット１００の減速掃除速度は約１００ｍｍ／秒でよい。
【0044】
図１０は、隣接する床を検出するためにロボット１００に使用可能である、衝突センサ１３２、床近接センサ１４０、および取付け留め具１４２である。衝突センサ１３２は、ロボット１００とロボットの前方経路中の物体との間の衝突を検出することができる。床近接センサ１４０は、シャーシ１０２によって担持され、ロボット１００が１組の階段のような「クリフ」に近接する時点を感知するために使用可能である。床近接センサ１４０は、クリフが検出されるか否かを示す信号を制御装置１０８に送ることができる。床近接センサ１４０からの信号に基づいて、制御装置１０８は、クリフを回避するために、速力または速度を変更するように駆動システム１０４に指示することができる。
【0045】
図１１および１２は、床近接センサ１４０の側面図および分解組立図を示す。床近接センサ１４０は、前方部分１４４、後方部分１４６、発光器１４８、受光器１５０、および蓋１５２を備える本体を有する。発光器１４８および受光器１５０は、赤外光を放出しかつ受け取る能力がありうる。発光器１４８および受光器１５０は、これらの軸が、ほぼ床距離にあるロボット１００の直下の点で位置が合うように、角度を成して前方および後方本体部分１４４、１４６の内部に配置される。
【0046】
図１３は、蓋１５２の分解組立図を示す。蓋１５２は、レンズ１５４および蓋本体１５６から成る。レンズ１５２は、赤外光に透明でよく、蓋本体１５６は発光器１４８から送られた光線を合焦し易くするために不透明でよい。蓋１５２の前方縁部１５９は、埃の蓄積を低減するのを助け、かつ、主としてセンサ１４０が床の上方に正確に位置決めされるときに、光が受光器１５０によって受け取られ、センサ１４０が「クリフ」上方にあるときに、低減した量が受け取られることを保証するために、この蓋の後方縁部１５８よりも高くなっている。幾つかの実施態様では、蓋１５２は、帯電防止ポリカーボネート、酸化銅ドープまたは被覆ポリカーボネート、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，Ｉｎｃ．から入手可能な帯電防止Ｌｅｘａｎ「ＬＮＰ」、帯電防止ポリエチレン、帯電防止ＡＢＳ／ポリカーボネート合金、または他の同様な材料のような、帯電防止（散逸性または導電性）特性を有する材料を使用して作製される。１つの実施例が、帯電防止粉体と混合されたＡＢＳ７４７およびＰＣ１１４Ｒまたは１２５０Ｙを含む。好ましくは、ロボット外殻、シャーシ、および他の部品も、少なくとも一部が、静電防止蓋１５２を接地するために、帯電防止（例えば、帯電防止ＡＢＳ）、散逸性、および／または導電性である。蓋１５２も任意の導電経路によって接地されうる。網羅型ロボット１００が床を横断するとき、帯電防止特性を備えない蓋１５２は静電気で帯電される恐れがあり（例えば、摩擦によって）、それによって、毛羽のような反対の極性に帯電したゴミを蓄積する傾向を有するが、それは、発光器１４８および受光器１５０の感知視野を妨害しうる。
【0047】
床近接センサ１４０が床の上に適切に配置されるとき、発光器１４８から放出された光は、床から反射して受光器１５０に戻り、制御装置１０８によって読取り可能な信号となる。床近接センサ１４０が床の上方にない場合には、受光器１５０によって受け取られる光の量が減少し、制御装置１０８によってクリフとして解釈されうる信号となる。
【0048】
図１４は、脚輪アセンブリ１１６の実施例を示す分解組立図である。脚輪アセンブリ１１６は、シャーシ１０２およびロボット１００から個々別々に取り外し可能である。脚輪アセンブリ１１６は、脚輪筐体１６２、脚輪１６４、脱輪センサ１６６、および車輪−床近接センサ１６８を具備する。
【0049】
脚輪筐体１６２は、脚輪１６４、脱輪センサ８６６、および車輪−床近接センサ１６８を担持する。脚輪１６４は、垂直軸回りに旋回し、脚輪筐体１６２の水平軸回りに転動する。
【0050】
脱輪センサ１６６は、シャーシ１０２に対する脚輪１６４の下向き変位を検出する。脱輪センサ１６６は、脚輪１６４が作業表面と接触しているかどうかを判定する。
【0051】
車輪−床近接センサ１６８は、脚輪１６４に隣接して収納される。車輪−床近接センサ１６８は、シャーシ１０２に対する床の近接度を検出する。車輪−床近接センサ１６８は、赤外線（ＩＲ）発光器およびＩＲ受光器を含む。ＩＲ発光器はＩＲ信号を生成する。ＩＲ信号は作業表面から反射する。ＩＲ受光器は反射されたＩＲ信号を検出して、作業表面の近接度を判定する。別法として、車輪−床近接センサ１６８が、可視光センサのような別の種類のセンサを使用してもよい。車輪−床近接センサ１６８は、ロボット１００が階段または棚部のような作業表面中のクリフから落下するのを防止する。幾つかの実施態様では、駆動輪アセンブリ１１２、１１４は、それぞれが車輪−床近接センサを含む。
【0052】
図１５は、脱輪センサ１６６の実施例を示す分解組立図である。脱輪センサ１６６は、ＩＲ発光器１７０およびＩＲ受光器１７２を筐体１７３の中に含む。ＩＲ発光器１７０はＩＲ信号を生成する。ＩＲ信号は脚輪１６４から反射する。ＩＲ受光器１７２は反射されたＩＲ信号を検出し、脚輪１６４の垂直位置を判定する。
【0053】
図１６は、脚輪アセンブリ１１６の実施例を示す断面図である。本図は、ＩＲ信号が反射する脚輪１６４の上表面１７４を示す。ＩＲ受光器１７２は、反射されたＩＲ信号を使用して脚輪１６４の垂直位置を判定する。
【0054】
幾つかの場合では、駆動システム１０４が、すべての車輪が脱輪するときに床近接センサの動作可能性を検証する検証システムをさらに含みうる。この検証は、すべての車輪が脱輪したのは、ロボットが人間によって床から持ち上げられている結果である公算が高いという推断に基づいており、必ずしもすべての床近接センサが床表面に整合しないわけではないこと（反射が測定されないかまたは強すぎる反射）を確認するために検査するものである。床表面または過剰に強い反射（例えば、遮断されたセンサを示す）に整合するセンサは、いずれも妨害されていると見なされる。この検出に応答して、ロボットは、床近接センサが掃除されるべきであることを標示または光によって示す保守報告セッションを開始することができる。この検出に応答して、ロボットは、すべての床近接センサが掃除されかつ機能していることを検証手順によって判定するまで、前進動作を禁止する。例えば、機械式スイッチセンサが脚輪１６４の上方の箇所１７６に位置決めされうるが、この箇所は、脚輪が押し込まれるときに（例えば、それが床によって押し上げられるときに）センサを閉鎖させ、よって脚輪１６４が床の上にあるという交番信号を制御装置１０８に供給する。
【0055】
場合によって、自律型清掃ロボットは、敷物の端の縁飾りまたは結び目が解けた靴から垂れ下がる靴ひものような、外部物体が絡まった状態になりうる。自律型清掃ロボットシステム（ロボット１００のような）の絡まりを解除する方法は、最初にロボット１００を床表面に配置することを含みうるが、それは、ロボットがドックから出発する場合（例えば、かなりの遅延の後であるが、しかし床の上に配置されている）を含むものと考えられるべきである。ロボット１００は、掃除ヘッド１０６ａ、１０６ｂを動作させながら自律的に床表面を横切って前進する。ロボット１００は、不変の方向で床表面を横切って運行し続け、中断することなく床作業および／または床掃除を行いながら、測定されたモータ電流の増大（例えば、閾値を超えるスパイクまたは増大、所定の勾配の急激な増大）に応答して、縁部掃除ヘッドモータ１１８を逆バイアスすることができる。
【0056】
幾つかの場合では、ロボット１００は、高い掃除ヘッドモータ電流に応答して縁部掃除ヘッド１０６ａの回転を逆バイアスする前に（動作行動による前進動作制御とは別個に）、前進することができる。ロボット１００は、一定時間の間、増大した縁部掃除ヘッド１０６ａモータ電流に応答して、別個に、縁部掃除ヘッド１０６ａの回転を逆転しうる。増大した電流に関する時間は、例えば、秒単位で指定可能である。縁部掃除ヘッド１０６ａの回転を逆バイアスした後で、ロボット１００は、逆方向へ進み、その移動方向を変更し、かつ新たな方向へ移動することができる。
【0057】
特定の組合せでは、ロボットは、このロボットの中心を横切って、例えば、ロボット作業経路を横断する方向または主駆動輪に平行な方向へ延びる主掃除ヘッド１０６ｂばかりでなく、ロボットの脇（ロボットの本体直下だけではなく）を掃除するように、ロボットの横側に配置される縁部掃除ヘッドも、側面方向のロボットの周囲を越えて縁部掃除ヘッドを繰り出す位置に具備する。主掃除ヘッ１０６ｂは、少なくとも１つの回転駆動式ブラシ１１１を含み、縁部掃除ヘッド１０６ａは、少なくとも１つの回転駆動式ブラシ１２０を含む。
【0058】
図９Ｃに示したように、主掃除ヘッド１０６ｂは、例えば、ブラシモータ制御プロセス９３０によって制御される。ブラシモータ制御プロセスは、主掃除ヘッドモータの電流センサを監視し、急激な電流上昇（例えば、閾値、所定量の積分されたまたは別様に求められた勾配を超えるスパイクもしくは上昇）が生じるとき、ロボットが前進中であるかどうかを随意選択的にチェックする（例えば、過程、前進動作を示す標識、または直接的に主駆動モータを監視することによって）。ロボット１００が前進中であり、このような前進を中断することがなければ（ロボット動作が行動によって制御された別個の駆動装置によって制御されるとき、そのような前進動作を行う能力から随意選択的に切り離されて）、ブラシモータ制御プロセス９３０は、ブラシモータに逆バイアスを掛ける。
【0059】
逆バイアスは、絡まった同じコード、紐、または飾り房をブラシ回りに逆方向へ巻き付けることを回避するように、モータを急激に逆方向へ回転させることはない。そうではなく、ブラシモータ制御プロセス９３０は、ブラシの回転を殆どニュートラルに維持するのに十分な程度の僅かなバイアスを掛ける。ロボット１００が前進するとき、絡まりを巻き戻すようにブラシを引っ張るコード、紐、または飾り房は、逆方向の減衰したトルクをモータに伝達するだけであるが（例えば、モータとブラシとの間の歯車箱が、逆の機械的拡大率で歯車箱の逆駆動を可能にするので）、逆バイアスと組み合わさって、この減衰したトルクは、より多くの張力がコードまたは紐によって印加されるとき、例えば、ロボットが、コードもしくは紐または飾り房が取り付いた場所からさらに遠ざかるとき、絡まったブラシの、補助されているがゆっくりとした次第に速度が上昇する巻戻しをもたらす。
【0060】
逆バイアスは、時間が切れるまで、または引っ張りもしくはロック負荷がモータで検出されなくなる（例えば、絡まりがなくなる）まで続行し、その時点で、本過程が終了し、掃除ヘッドは表面を掃除する方向で通常の回転を再開する。
【0061】
縁部掃除ヘッド１０６ａの縁部掃除ブラシ１２０は、縁部ブラシモータ制御過プロセス９６０において実質的に同じ制御を受けるが、この制御プロセスでは、縁部ブラシ１２０の回転が、同様の様態で逆バイアスされる９６２（図９Ｃにも示されている）。
【0062】
したがって、主掃除ヘッド１０６ｂおよび縁部掃除ヘッド１０６ａは共に、相互に別々にかつロボット動作とは別個に制御され、それぞれが他方を監視または妨害することなく絡まりから抜け出すことが可能である。幾つかの場合では、それぞれが同時に絡まり、別個であるが同時に制御することで、両方が同時に巻戻されるかまたは自己解放することを可能にする。さらに、ブラシモータを反応型制御下に置くことによって（駆動モータ状態または他の全体的なロボット状態を待つことなく）かつほんの僅かな逆バイアスで、ブラシは、急激な電流上昇が少しでも検出され、絡まりをいち早く把握すると、直ちに巻戻しのために使用可能になるが、いずれにしても同様の絡まり問題を逆方向で惹起するほど十分な量まで逆転することはない。
【0063】
幾つかの場合では、動作制御はブラシの状態とは別個であり、かつそれを監視することはないので、ロボット１００は前進し続け、縁部掃除ヘッド１０６ｂは、ロボット１００がある程度の量だけ前進した後で、主掃除ヘッド１０６ｂの回転を逆バイアスし始める。幾つかの場合では、ロボット１００が、ある一定の時間の間の高い掃除ヘッドモータ電流に応答して、主掃除ヘッド１０６ｂの回転を逆転し始めることができる。主掃除ヘッド１０６ｂの回転を逆転した後、ロボット１００は、逆方向に移動し、駆動方向を変更し、かつその駆動方向へ移動することができる。
【0064】
図１７Ａ〜Ｈは、掃除ヘッドの様々な構成を備える自律型清掃ロボットの絡まりを解除方法の実施例を示す。一般に、掃除ヘッドは、電気モータによって駆動されうるローラを有する。汚れおよびゴミが、掃除ヘッドによって拾い上げられ、後で手動または自動的に廃棄するために容器の中に堆積される。自律型清掃ロボットの方向を変更するための駆動モータの制御および撹拌ブラシローラの制御にも電子制御装置を設けることができる。このような方法は、自律型清掃ロボットが絡まり状況に遭遇した後も、操縦員不在で自律型清掃ロボットに掃除を再開させることができる。
【0065】
図１７Ａは、撹拌ローラ２０２が作業表面と正接して接触する自律型清掃ロボット２００の掃除ヘッド２０１の側面図を示す。ローラ２０２は、ブラシ室２０６の内部に組み込まれる吸引ダクト２０４に向かって、汚れ２０３を掃き取る。空気吸引流の利用によって、集められたゴミ２１０は容器２１２に搬送されうる。
【0066】
ローラ２０２の動きが所定のまたは設定可能な程度にまで阻止もしくは妨害される場合に、掃除ヘッド２０１は停止可能であり、ロボット２００は、ローラ２０２が障害を解除する程度に十分な最小限の動力を逆方向へ受けた状態で、方向を逆転することが可能になる。例えば、コードがローラ２０２回りに巻き付けられた場合に、ローラ２０２は、ロボット２００が後退するときにコードが巻き戻るように、切り離されて回転可能になる。次いで、ロボット２００は、元の回転方向でローラ２０２の動作を再開し、元の方向でロボットの動作を再開する。
【0067】
図１７Ｂは、ブラシローラ２１４が追加されたロボット２００を使用して絡まりを解除別の実施例を示す。ブラシローラ２１４は、同じかまたは異なるモータによって駆動され、作業表面に対して垂直に回転することができる。ブラシローラ２１４は、ロボット２００の縁部からローラ２０２の集塵区域２１８まで汚れ２１６を送る。
【0068】
本実施例では、ローラ２０２または２１４が所定のまたは設定可能な程度にまで阻止もしくは妨害される場合に、掃除ヘッド２０１は停止可能であり、ロボット２００は、ローラ２０２、２１４が障害を解除する程度に十分な最小限の動力を逆方向へ受けた状態で、方向を逆転することが可能になる。例えば、コードがローラ２０２または２１４の回りに巻き付けられた場合に、ローラ２０２もしくは２１４または両方は、ロボット２００が後退するときにコードが巻き戻るように、切り離されて回転可能になる。次いで、ロボット２００は、元の回転方向でローラ２０２、２１４の動作を再開し、元の方向でロボットの動作を再開する。
【0069】
図１７Ｃは、自律型清掃ロボット２４０の下面図およびこのロボットの内部の掃除ヘッドの側面図を示す。第１のブラシローラ２４４および第２のブラシローラ２４６は、作業表面と正接して接触している。ローラ２４４および２４６は、作業表面を撹拌し、これらのローラの間に捕らわれたゴミ２４８をブラシ室２５２の内部に組み込まれる吸引ダクト２５０に向かって動的に持ち上げる。空気吸引流２５４の利用によって、集められたゴミ２５６は容器２５８に搬送されうる。
【0070】
ローラ２４４、２４６の動きが所定のまたは設定可能な程度にまで阻止もしくは妨害される場合に、ローラ２４４、２４６は停止可能であり、ロボット２４０は、ローラ２４４、２４６が障害を解除する程度に十分な最小限の動力を逆方向へ受けた状態で、矢印２６０によって示したように前進し、元の回転方向でローラモータの動作を再開することが可能になる。
【0071】
図１７Ｄは、絡まりを解除方法の別法による実施例を実行するロボット２４０を示す。撹拌ローラ２４４、２４６の動きが所定のまたは設定可能な程度にまで阻止もしくは妨害される場合に、ローラ２４４、２４６は切り離されうる（すなわち、能動的に駆動されない）。次いで、ロボット２４０は、ローラ２４４、２４６が障害を解除する程度に十分な最小限の動力を逆方向へ受けた状態で、矢印２６２によって示したように方向を逆転するが、その時点で、ローラ２４４、２４６はそれらの元の回転方向で再係合されることが可能であり、ロボット２４０はその元の方向で運転を再開する（矢印２６４によって示す）。
【0072】
図１７Ｅは、３つのローラを備える自律型清掃ロボット２７０の側面図を示す。ロボット２７０は、掃除ヘッド２７２および側部ブラシ２７４を有する。掃除ヘッド２７２は、垂直撹拌ローラ２７６および逆回転撹拌ローラ２７８を有する。撹拌ローラ２７６および２７８は、相互に対してかつ作業表面に対して平行に回転駆動可能であり、ブラシローラ２７４は、１つまたは複数の電気モータ（図示せず）によって作業表面に対して垂直に駆動可能である。ブラシローラ２７４は、予め作業表面を掃き取り、矢印２７９によって示したように、汚れおよびゴミを撹拌ローラ２７６、２７８に向かって押し込む。撹拌ローラ２７６、２７８は、ブラシ室２８４の内部に組み込まれる吸引ダクト２８２に向かって汚れ２８０を押し込むことができる。空気吸引流の利用によって、集められたゴミ２８８は容器２９０に搬送されうる。
【0073】
撹拌ローラ２７６、２７８の動きが所定のまたは設定可能な程度にまで阻止もしくは妨害される場合に、１つまたは複数のローラモータは停止されるか、または障害物もしくは妨害物を除去しようと逆方向へ一時的に駆動されうる。次いで、これらの１つまたは複数のローラモータは、元の回転方向で動作を再開することができる。
【0074】
図１７Ｆは、網羅型ロボット２７０の絡まりを解除方法の別の実施例を示す。撹拌ローラ２７６、２７８の動きが所定のまたは設定可能な程度にまで阻止もしくは妨害される場合に、１つまたは複数のローラモータは停止されるか、または逆方向へ一時的に駆動されうる。次いで、これらの１つまたは複数のローラモータは、元の回転方向でローラ２７６、２７８の駆動を再開することが可能であり、他方で同時に、ロボット２７０の移動方向を逆転するか、またはその軸回りに捻り動作を与える。次いで、ロボット２７０は元の方向で動作を再開することができる。
【0075】
図１７Ｇは、２つのローラおよび２つの空気ダクトを備える自律型清掃ロボット３００の側面図および底面図を示す。ロボット３００は、掃除ヘッド３０２、垂直撹拌ローラ３０４、および逆回転撹拌ローラ３０６を有する。撹拌ローラ３０４および３０６は、１つまたは複数の電気モータ（図示せず）によって相互にかつ作業表面に対して平行に回転駆動されうる。
【0076】
ローラ３０４、３０６は、ブラシ室３１２の内部に組み込まれる主空気ダクト３０８に向かって汚れおよびゴミ３０７を動的に持ち上げかつ押し込む。ローラ３０４、３０６によって受け渡される汚れおよびゴミは、ローラの背後に配置された副空気ダクト３１０に遭遇しうる。空気吸引モータ（図示せず）によって生成された吸引流は、集められた汚れおよびゴミをダクト３０８、３１０経由で容器３１４に搬送しうる。関連する電子制御装置が、ロボット３００を旋回および方向転換し、かつ撹拌ローラ３０４、３０６も方向制御するモータを駆動するために制御を行う。
【0077】
撹拌ローラ３０４、３０６の動きが阻止または妨害される場合には、制御装置は、１つまたは複数のローラモータを停止すること、またはこのモータに最小限の動力を逆方向へ与えることの１つまたは複数を実行し、次いで元の回転方向でローラモータの動作を再開する。同時に、ロボット３００は、その方向を少なくとも一時的に逆転するか、またはその軸回りに捻り動作を与え、次いでその元の方向で動作を再開することができる。
【0078】
図１７Ｈは、ブラシローラ３１６が追加されたロボット３００に関わる絡まりを解除方法の別の実施例を示す。ブラシローラ３１６は、垂直の回転軸を有し、現状のまたは専用の電気モータによって駆動されうる。ブラシモータ３１６は、作業表面を予め掃き取り、汚れおよびゴミ３１８を撹拌ローラ３０４、３０６に向かって押し込む（矢印３１８によって示す）。次いで、汚れおよびゴミは、上で説明したように除去されうる。
【0079】
撹拌ローラ３０４、３０６の動きが阻止または妨害される場合には、制御装置は、１つまたは複数のローラモータを停止するか、またはこのモータに最小限の動力を逆方向逆へ与え、次いで元の回転方向でローラモータの動作を再開することができる。同時に、ロボット３００は、その方向を少なくとも一時的に逆転するか、またはその軸回りに捻り動作を与え、次いでその元の方向で動作を再開することができる。
【0080】
幾つかの実施態様が説明された。しかし、様々な変更形態が以下の特許請求の趣旨および範囲から逸脱することなく実施されうることが理解されよう。したがって、他の実施態様は以下の特許請求の範囲内にある。