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特開2024-6583清掃パス計画装置、ロボット、清掃パス計画方法及びコンピュータプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024006583
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】清掃パス計画装置、ロボット、清掃パス計画方法及びコンピュータプログラム
(51)【国際特許分類】
G05D 1/43 20240101AFI20240110BHJP
A47L 9/28 20060101ALI20240110BHJP
【ＦＩ】
G05D1/02 H
A47L9/28 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022107622
(22)【出願日】2022-07-04
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002044
【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 隆哉
(72)【発明者】
【氏名】塩谷 政典
(72)【発明者】
【氏名】脇坂 毅
(72)【発明者】
【氏名】浅野 忠明
【テーマコード（参考）】
3B057
5H301
【Ｆターム（参考）】
3B057DE02
5H301AA01
5H301AA10
5H301BB11
5H301BB14
5H301CC03
5H301CC06
5H301DD01
5H301DD06
5H301DD07
5H301DD15
5H301GG08
5H301GG09
5H301HH01
5H301LL01
5H301LL06
5H301LL11
(57)【要約】
【課題】直角多角形の清掃エリア内の物体を排出エリアまで押し出す清掃パスを計画する。
【解決手段】押出機構を有するロボットによる清掃エリアの清掃パスを計画する清掃パス計画装置であって、清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得部と、環境地図から、清掃エリアと、清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出部と、清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に排出エリアまで押し出す清掃パスを生成する清掃パス生成部と、を備える、清掃パス計画装置が提供される。
【選択図】図２
【解決手段】押出機構を有するロボットによる清掃エリアの清掃パスを計画する清掃パス計画装置であって、清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得部と、環境地図から、清掃エリアと、清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出部と、清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に排出エリアまで押し出す清掃パスを生成する清掃パス生成部と、を備える、清掃パス計画装置が提供される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
押出機構を有するロボットによる清掃エリアの清掃パスを計画する清掃パス計画装置であって、
前記清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得部と、
前記環境地図から、前記清掃エリアと、前記清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出部と、
前記清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの前記清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に前記排出エリアまで押し出す前記清掃パスを生成する清掃パス生成部と、
を備える、清掃パス計画装置。
前記清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得部と、
前記環境地図から、前記清掃エリアと、前記清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出部と、
前記清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの前記清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に前記排出エリアまで押し出す前記清掃パスを生成する清掃パス生成部と、
を備える、清掃パス計画装置。
【請求項2】
前記清掃パス生成部は、
前記環境地図から抽出された前記清掃エリアの形状を識別し、
前記清掃エリアの形状が矩形または直角多角形以外の場合には、前記清掃エリアを直角多角形に近似し、
直角多角形の清掃エリアまたは前記直角多角形に近似した清掃エリアを矩形の清掃区画に分割し、
指定された清掃モードに基づいて、前記清掃区画の清掃順序を決定し、前記清掃パスを生成する、請求項１に記載の清掃パス計画装置。
前記環境地図から抽出された前記清掃エリアの形状を識別し、
前記清掃エリアの形状が矩形または直角多角形以外の場合には、前記清掃エリアを直角多角形に近似し、
直角多角形の清掃エリアまたは前記直角多角形に近似した清掃エリアを矩形の清掃区画に分割し、
指定された清掃モードに基づいて、前記清掃区画の清掃順序を決定し、前記清掃パスを生成する、請求項１に記載の清掃パス計画装置。
【請求項3】
前記清掃パス生成部は、前記直角多角形の清掃エリアまたは前記直角多角形に近似した清掃エリアを、前記排出エリアに近い範囲から矩形の清掃区画に分割する、請求項２に記載の清掃パス計画装置。
【請求項4】
前記清掃パス生成部は、
前記排出エリアと隣接する前記清掃エリアの線分を抽出して、前記線分を矩形の一辺とする第１の清掃区画を設定し、
前記清掃エリアのすべての範囲に対して前記清掃区画が設定されるまで、第ｎの清掃区画（ｎは自然数）と隣接し、かつ、前記清掃エリアの輪郭ではない線分を抽出して、抽出した前記線分それぞれについて、当該線分を矩形の一辺とする第ｎ＋１の清掃区画を設定する処理を繰り返す、請求項３に記載の清掃パス計画装置。
前記排出エリアと隣接する前記清掃エリアの線分を抽出して、前記線分を矩形の一辺とする第１の清掃区画を設定し、
前記清掃エリアのすべての範囲に対して前記清掃区画が設定されるまで、第ｎの清掃区画（ｎは自然数）と隣接し、かつ、前記清掃エリアの輪郭ではない線分を抽出して、抽出した前記線分それぞれについて、当該線分を矩形の一辺とする第ｎ＋１の清掃区画を設定する処理を繰り返す、請求項３に記載の清掃パス計画装置。
【請求項5】
前記清掃パス生成部は、
前記排出エリアと隣接していない清掃区画それぞれに対して、他の１つの清掃区画を仮の排出エリアとして設定し、
前記清掃区画の清掃順序に基づいて、前記清掃区画から物体を前記仮の排出エリアに押し出すパスを連結し、前記清掃パスを生成する、請求項２～４のいずれか１項に記載の清掃パス計画装置。
前記排出エリアと隣接していない清掃区画それぞれに対して、他の１つの清掃区画を仮の排出エリアとして設定し、
前記清掃区画の清掃順序に基づいて、前記清掃区画から物体を前記仮の排出エリアに押し出すパスを連結し、前記清掃パスを生成する、請求項２～４のいずれか１項に記載の清掃パス計画装置。
【請求項6】
物体を押し出す押出機構と、
自走機構と、
複数の清掃区画からなる清掃エリアにおいて、それぞれの前記清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に前記清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアまで押し出す清掃パスに基づいて、前記自走機構を走行させる制御部と、
を備える、ロボット。
自走機構と、
複数の清掃区画からなる清掃エリアにおいて、それぞれの前記清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に前記清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアまで押し出す清掃パスに基づいて、前記自走機構を走行させる制御部と、
を備える、ロボット。
【請求項7】
押出機構を有するロボットによる清掃エリアの清掃パスを計画する清掃パス計画方法であって、
前記清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得ステップと、
前記環境地図から、前記清掃エリアと、前記清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出ステップと、
前記清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの前記清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に前記排出エリアまで押し出す前記清掃パスを生成する清掃パス生成ステップと、
を含む、清掃パス計画方法。
前記清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得ステップと、
前記環境地図から、前記清掃エリアと、前記清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出ステップと、
前記清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの前記清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に前記排出エリアまで押し出す前記清掃パスを生成する清掃パス生成ステップと、
を含む、清掃パス計画方法。
【請求項8】
コンピュータを、押出機構を有するロボットによる清掃エリアの清掃パスを計画する清掃パス計画装置として機能させるコンピュータプログラムであって、
前記清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得部と、
前記環境地図から、前記清掃エリアと、前記清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出部と、
前記清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの前記清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に前記排出エリアまで押し出す前記清掃パスを生成する清掃パス生成部と、
を備える、コンピュータプログラム。
前記清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得部と、
前記環境地図から、前記清掃エリアと、前記清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出部と、
前記清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの前記清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に前記排出エリアまで押し出す前記清掃パスを生成する清掃パス生成部と、
を備える、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、清掃パス計画装置、ロボット、清掃パス計画方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ブルドーザ等のブレード等の押出機構を有するロボットを用いた清掃の自動化が進んでいる。ロボットの清掃パス計画により排出量が変化することから、従来から、清掃パス計画を立案するための手法が検討されている。例えば、非特許文献１には、押出機構を有するロボットの清掃パスを計画する技術が開示されている。非特許文献１の技術は、矩形の清掃エリアを清掃する際の清掃パスを計画するものであるが、清掃エリアの形状は矩形ではないことも多い。このため、直角多角形のような、より複雑な形状の清掃エリアについても、自動的に清掃パスを計画するための技術が望まれている。
【0003】
清掃エリアが直角多角形である場合、直角多角形は矩形の組み合わせにより表せることから、直角多角形を矩形に分割し、非特許文献１の技術を適用して、清掃パスを計画することが考えられる。
【0004】
直角多角形を矩形に分割する技術としては、例えば、特許文献１には、直角凹凸多角形領域を、ｘ座標の小さい方から順に矩形に分割する技術が開示されている。また、特許文献２には、直角多角形を最小数の矩形に分割する技術が開示されている。さらに、非特許文献２には、穴のある直角多角形を最小数の矩形に分割する際に、より短い計算時間で直角多角形を分割する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平０１－１８３７８２号公報
【特許文献2】特開２００２－３１３９１７号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】発明推進協会公開技報公技番号２０２１－５０１２１９号
【非特許文献2】Ｈｗｉ Ｋｉｍ、外２名、“Rectangular Partitions of a Rectilinear Polygon”、［ｏｎｌｉｎｅ］、２０２１年１１月３日、arXiv:2111.01970、［令和４年６月６日検索］、インターネット〈URL:https://arxiv.org/abs/2111.01970〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、上記特許文献１、２及び非特許文献２に記載の技術では、直角多角形を矩形に分割することは可能であるが、清掃エリア内の矩形区画それぞれを非特許文献１の技術を適用して清掃できたとしても、最終的に清掃エリア内の物体を排出エリアに押し出せるとは限らない。
【0008】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、直角多角形の清掃エリア内の物体を排出エリアまで押し出す清掃パスを計画することが可能な、清掃パス計画装置、清掃パス計画方法及びコンピュータプログラム、及び、計画清掃パスに基づき清掃エリアを清掃するロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、押出機構を有するロボットによる清掃エリアの清掃パスを計画する清掃パス計画装置であって、清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得部と、環境地図から、清掃エリアと、清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出部と、清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に排出エリアまで押し出す清掃パスを生成する清掃パス生成部と、を備える、清掃パス計画装置が提供される。
【0010】
清掃パス生成部は、環境地図から抽出された清掃エリアの形状を識別し、清掃エリアの形状が矩形または直角多角形以外の場合には清掃エリアを直角多角形に近似し、直角多角形の清掃エリアまたは直角多角形に近似した清掃エリアを矩形の清掃区画に分割し、指定された清掃モードに基づいて、清掃区画の清掃順序を決定し、清掃パスを生成してもよい。
【0011】
清掃パス生成部は、直角多角形の清掃エリアまたは直角多角形に近似した清掃エリアを、排出エリアに近い範囲から矩形の清掃区画に分割してもよい。
【0012】
清掃パス生成部は、排出エリアと隣接する清掃エリアの線分を抽出して、線分を矩形の一辺とする第１の清掃区画を設定し、清掃エリアのすべての範囲に対して清掃区画が設定されるまで、第ｎの清掃区画（ｎは自然数）と隣接し、かつ、清掃エリアの輪郭ではない線分を抽出して、抽出した線分それぞれについて、当該線分を矩形の一辺とする第ｎ＋１の清掃区画を設定する処理を繰り返してもよい。
【0013】
清掃パス生成部は、排出エリアと隣接していない清掃区画それぞれに対して、他の１つの清掃区画を仮の排出エリアとして設定し、清掃区画の清掃順序に基づいて、清掃区画から物体を仮の排出エリアに押し出すパスを連結し、清掃パスを生成してもよい。
【0014】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、物体を押し出す押出機構と、自走機構と、複数の清掃区画からなる清掃エリアにおいて、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアまで押し出す清掃パスに基づいて、自走機構を走行させる制御部と、を備える、ロボットが提供される。
【0015】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、押出機構を有するロボットによる清掃エリアの清掃パスを計画する清掃パス計画方法であって、清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得ステップと、環境地図から、清掃エリアと、清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出ステップと、清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に排出エリアまで押し出す清掃パスを生成する清掃パス生成ステップと、を含む、清掃パス計画方法が提供される。
【0016】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、押出機構を有するロボットによる清掃エリアの清掃パスを計画する清掃パス計画装置として機能させるコンピュータプログラムであって、清掃エリアを含む環境地図を取得する環境地図取得部と、環境地図から、清掃エリアと、清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出するエリア抽出部と、清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に排出エリアまで押し出す清掃パスを生成する清掃パス生成部と、を備える、コンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【0017】
以上説明したように本発明によれば、清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの清掃区画内の物体を排出エリアに向かって押し出す清掃パスを生成する。これにより、押出機構を有するロボットが、直角多角形の清掃エリア内の物体を排出エリアまで押し出す清掃パスを計画することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】ロボットにより清掃する清掃エリアと、排出エリアとを示す説明図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る清掃パス計画装置の構成例を示すブロック図である。
【図3】同実施形態に係る清掃パス計画方法の一例を示すフローチャートである。
【図4】同実施形態に係る清掃パス生成処理の一例を示すフローチャートである。
【図5】同実施形態に係る清掃エリア分割処理の一例を示すフローチャートである。
【図6】清掃エリア及び排出エリアの一例を示す説明図である。
【図8】清掃パス計画装置として機能する情報処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図9】実施例Ａにて用いた直角２８角形の清掃エリアと排出エリアとを含む環境地図の画像である。
【図11】実施例Ｂにて用いた清掃エリアと排出エリアとを含む環境地図の画像である。
【図13】実施例Ｂにて、清掃パスａ～ｃそれぞれについてロボットにより清掃エリアを清掃させたシミュレーション結果を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0020】
［１．概要］
まず、図１に基づいて、本発明の一実施形態に係る清掃パス計画装置による清掃パス計画の概要を説明する。図１は、ロボット５０により清掃する清掃エリアＡｃと、排出エリアＡｄとを示す説明図であり、各エリアＡｃ、Ａｄを平面視した状態を示している。
まず、図１に基づいて、本発明の一実施形態に係る清掃パス計画装置による清掃パス計画の概要を説明する。図１は、ロボット５０により清掃する清掃エリアＡｃと、排出エリアＡｄとを示す説明図であり、各エリアＡｃ、Ａｄを平面視した状態を示している。
【0021】
本実施形態に係る清掃パス計画装置は、清掃エリアＡｃの物体９をロボット５０により排出エリアＡｄへ押し出す清掃パスを計画する装置である。ロボット５０は、本体部５１の車輪５３を回転させて自走する自走機構と、物体９を押し出す押出機構５５とを備える。ロボット５０は、清掃パス計画装置により生成された清掃パス（すなわち、複数の清掃区画からなる清掃エリアにおいて、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアまで押し出す清掃パス）に基づき、清掃エリアＡｃを自走して、清掃エリアＡｃ内に散乱する物体９を押出機構５５により押し出し、排出エリアＡｄに移動させる。
【0022】
清掃エリアＡｃは、図１に示すような直角多角形である。清掃エリアＡｃには、設備の支柱３０等のように、ロボット５０の移動の障害物となるものもある。このような清掃エリアＡｃ内の物体９をロボット５０により排出エリアＡｄへ排出するため、本実施形態に係る清掃パス計画装置は、直角多角形の清掃エリアＡｃを分割し、それぞれの清掃区画を清掃する順序を決定して、清掃区画内の物体９を排出エリアに向かって押し出す清掃パスを生成する。
【0023】
以下、本実施形態に係る清掃パス計画装置とこれによる清掃パス計画方法について説明する。
【0024】
［２．清掃パス計画装置］
図２は、本発明の一実施形態に係る清掃パス計画装置１００の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る清掃パス計画装置１００は、図２に示すように、環境地図取得部１１０と、エリア抽出部１２０と、清掃パス生成部１３０と、出力部１４０とを有する。
図２は、本発明の一実施形態に係る清掃パス計画装置１００の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る清掃パス計画装置１００は、図２に示すように、環境地図取得部１１０と、エリア抽出部１２０と、清掃パス生成部１３０と、出力部１４０とを有する。
【0025】
環境地図取得部１１０は、清掃エリアを含む環境地図を取得する。環境地図は、清掃エリアを清掃するロボット５０が存在する周辺の地図情報である。環境地図から、清掃エリアがどのような環境にあるか、清掃エリアのどこにどのような障害物があるか、といった情報を把握することができる。
【0026】
環境地図取得部１１０は、予め取得されている図面やオンライン上で提供されている地図情報を、環境地図として取得してもよい。あるいは、環境地図取得部１１０は、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）、ＳＦＭ（Structure from Motion）、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）等の技術によって環境地図を取得してもよい。また、環境地図取得部１１０は、清掃エリアの周辺に設置されているカメラあるいはロボット５０が搭載するカメラにより撮影された画像や、ＬｉＤＡＲにより取得された点群、清掃担当者が手動で作成した地図情報を、環境地図として取得してもよい。環境地図取得部１１０は、取得した環境地図をエリア抽出部１２０へ出力する。
【0027】
エリア抽出部１２０は、環境地図から、ロボット５０により清掃する清掃エリアと、清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出する。エリア抽出部１２０は、環境地図取得部１１０により取得された環境地図に対して予め清掃エリア及び排出エリアが指定されている場合、環境地図から自動的に清掃エリア及び排出エリアを抽出する。あるいは、清掃担当者が手動で、環境地図に対して清掃エリア及び排出エリアを指定してもよい。エリア抽出部１２０は、環境地図に対して指定された清掃エリア及び排出エリアを環境地図から抽出するための情報（例えば、異なる表示色で清掃エリア及び排出エリアを表した環境地図の画像）を、清掃パス生成部１３０へ出力する。
【0028】
清掃パス生成部１３０は、清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に排出エリアまで押し出す清掃パスを生成する。清掃エリアを複数の清掃区画に分割した後、各清掃区画内の物体を排出エリアに押し出すには、清掃パスを適切に設定する必要がある。そこで、本実施形態に係る清掃パス生成部１３０は、清掃エリアの複数の清掃区画のうち、排出エリアと隣接していない清掃区画それぞれに対して、隣接する他の１つの清掃区画を仮の排出エリアとして設定し、清掃区画内の物体を設定した仮の排出エリアまで押し出すパスを清掃区画ごとに決定する。そして、清掃パス生成部１３０は、清掃区画の清掃順序に基づいて、清掃区画ごとに決定したパスを連結することにより、清掃パスを生成する。これにより、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して行き、最終的な排出先である排出エリアまで物体を押し出すことのできる清掃パスが生成される。
【0029】
なお、清掃パス生成部１３０による清掃パス生成処理についての詳細な説明は後述する。清掃パス生成部１３０は、生成した清掃パスを出力部１４０へ出力する。
【0030】
出力部１４０は、清掃パス生成部１３０により生成された清掃パスを、ロボット５０に送信する。ロボット５０は、清掃パス計画装置１００から清掃パスを受信すると、当該清掃パスに従って走行するよう制御部５７による走行制御が開始される。なお、ロボット５０は、自動での清掃が困難な場合にも駆動可能にするため、リモートコントローラ等により、清掃車業者が手動で走行制御可能に構成されていてもよい。
【0031】
図２に示す清掃パス計画装置１００の環境地図取得部１１０、エリア抽出部１２０、及び、清掃パス生成部１３０は、ロボット５０とは別の装置にて構成されているが、本発明はかかる例に限定されない。これらの機能部は、ロボット５０に搭載されていてもよい。
【0032】
［３．清掃パス計画装方法］
以下、図３～図７に基づいて、本実施形態に係る清掃パス計画方法について説明する。図３は、本実施形態に係る清掃パス計画方法の一例を示すフローチャートである。図４は、本実施形態に係る清掃パス生成処理の一例を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る清掃エリア分割処理の一例を示すフローチャートである。図６は、清掃エリア及び排出エリアの一例を示す説明図である。図７は、図６に示す清掃エリアの分割の順序を示す説明図である。
以下、図３～図７に基づいて、本実施形態に係る清掃パス計画方法について説明する。図３は、本実施形態に係る清掃パス計画方法の一例を示すフローチャートである。図４は、本実施形態に係る清掃パス生成処理の一例を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る清掃エリア分割処理の一例を示すフローチャートである。図６は、清掃エリア及び排出エリアの一例を示す説明図である。図７は、図６に示す清掃エリアの分割の順序を示す説明図である。
【0033】
（１）環境地図取得（Ｓ１０）
本実施形態に係る清掃パス計画方法では、まず、図３に示すように、環境地図取得部１１０により、清掃エリアを含む環境地図を取得する（Ｓ１０）。環境地図取得部１１０は、予め取得されている図面やオンライン上で提供されている地図情報、ＳＬＡＭ、ＳＦＭ、ＬｉＤＡＲ等の技術によって得られた環境地図、カメラにより撮影された画像、清掃担当者が手動で作成した地図情報、等を、環境地図として取得してもよい。環境地図取得部１１０は、取得した環境地図をエリア抽出部１２０へ出力する。
本実施形態に係る清掃パス計画方法では、まず、図３に示すように、環境地図取得部１１０により、清掃エリアを含む環境地図を取得する（Ｓ１０）。環境地図取得部１１０は、予め取得されている図面やオンライン上で提供されている地図情報、ＳＬＡＭ、ＳＦＭ、ＬｉＤＡＲ等の技術によって得られた環境地図、カメラにより撮影された画像、清掃担当者が手動で作成した地図情報、等を、環境地図として取得してもよい。環境地図取得部１１０は、取得した環境地図をエリア抽出部１２０へ出力する。
【0034】
（２）エリア抽出（Ｓ２０）
次いで、エリア抽出部１２０は、環境地図から、少なくとも、ロボット５０により清掃する清掃エリアと、清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出する（Ｓ２０）。エリア抽出部１２０は、環境地図取得部１１０により取得された環境地図から、自動的に清掃エリア及び排出エリアを環境地図から抽出する。例えば、ベルトコンベア下の落鉱を清掃する場合であれば、落鉱をベルトコンベア下から大型重機が通行可能な通路まで掻き出せればよい。この場合、エリア抽出部１２０は、環境情報から大型重機が通行可能な通路及びベルトコンベアを認識して、ベルトコンベアの設置範囲を清掃エリアとし、大型重機が通行可能な通路を排出エリアとする。なお、清掃担当者が手動で、環境地図に対して清掃エリア及び排出エリアを指定してもよい。
次いで、エリア抽出部１２０は、環境地図から、少なくとも、ロボット５０により清掃する清掃エリアと、清掃エリア内の物体の排出先である排出エリアとを抽出する（Ｓ２０）。エリア抽出部１２０は、環境地図取得部１１０により取得された環境地図から、自動的に清掃エリア及び排出エリアを環境地図から抽出する。例えば、ベルトコンベア下の落鉱を清掃する場合であれば、落鉱をベルトコンベア下から大型重機が通行可能な通路まで掻き出せればよい。この場合、エリア抽出部１２０は、環境情報から大型重機が通行可能な通路及びベルトコンベアを認識して、ベルトコンベアの設置範囲を清掃エリアとし、大型重機が通行可能な通路を排出エリアとする。なお、清掃担当者が手動で、環境地図に対して清掃エリア及び排出エリアを指定してもよい。
【0035】
エリア抽出部１２０は、環境地図から少なくとも清掃エリア及び排出エリアを抽出した結果を環境地図の画像上にそれぞれ表して、抽出したエリアが表された環境地図の画像を、清掃パス生成部１３０へ出力する。環境地図の画像では、例えば、異なる表示色で各エリアが表示される。これにより、環境地図のどの位置に清掃エリア及び排出エリアがあるかを把握することが可能となる。
【0036】
（３）清掃パス生成（Ｓ３０）
清掃パス生成部１３０は、清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に排出エリアまで押し出す清掃パスを生成する（Ｓ３０）。以下では、清掃パス生成処理の一例として、清掃エリアを直角多角形に近似し、直角多角形に近似した清掃エリアを矩形の清掃区画に分割し、指定された清掃モードに基づいて清掃区画の清掃順序を決定し、清掃パスを生成する処理を、図４～図７に基づき説明する。
清掃パス生成部１３０は、清掃エリアを複数の清掃区画に分割し、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して、最終的に排出エリアまで押し出す清掃パスを生成する（Ｓ３０）。以下では、清掃パス生成処理の一例として、清掃エリアを直角多角形に近似し、直角多角形に近似した清掃エリアを矩形の清掃区画に分割し、指定された清掃モードに基づいて清掃区画の清掃順序を決定し、清掃パスを生成する処理を、図４～図７に基づき説明する。
【0037】
（Ｓ３００：エリア情報抽出）
図４に示すように、まず、清掃パス生成部１３０は、ステップＳ２０により抽出した各エリアが表された環境地図の画像に基づいて、環境地図の画像から各エリアを示すピクセルをそれぞれ特定する（Ｓ３００）。ステップＳ３００により、環境地図の画像を構成する各ピクセルがどのエリアであるか特定される。清掃パス生成部１３０は、環境地図から、少なくとも清掃エリア及び排出エリアを抽出し、さらに、障害物エリア、清掃可能エリア、未知エリア等を抽出してもよい。
図４に示すように、まず、清掃パス生成部１３０は、ステップＳ２０により抽出した各エリアが表された環境地図の画像に基づいて、環境地図の画像から各エリアを示すピクセルをそれぞれ特定する（Ｓ３００）。ステップＳ３００により、環境地図の画像を構成する各ピクセルがどのエリアであるか特定される。清掃パス生成部１３０は、環境地図から、少なくとも清掃エリア及び排出エリアを抽出し、さらに、障害物エリア、清掃可能エリア、未知エリア等を抽出してもよい。
【0038】
例えば、環境地図において、エリア毎に表示色が異なる場合には、清掃パス生成部１３０は、環境地図からそれぞれのエリアの色を抽出し、各エリアに対して設定された表示色に基づき、各エリアがどのようなエリアかを特定し得る。エリアの表示色は、エリアの輪郭を表す枠の色であってもよく、エリア内を塗りつぶした色であってもよい。例えば、清掃エリアの枠は赤色、排出エリアの枠は青色、障害物エリアは黒色、清掃可能エリアは白色、未知エリアは灰色等のルールに基づいて記載されている場合、清掃パス生成部１３０は、画像処理により、環境地図の画像を構成する各ピクセルについて、どのエリアを表しているかを示すエリア情報を抽出する。エリア情報は、例えば、清掃エリアや排出エリアといった情報であり、環境地図の画像を構成するピクセルそれぞれに対して抽出される。
【0039】
なお、ステップＳ３００の処理は、次のステップＳ３１０の処理負荷を軽減するために実施するものであり、必要に応じて実行すればよい。
【0040】
（Ｓ３１０：清掃エリア形状識別）
次いで、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアの形状を識別する（Ｓ３１０）。エリアの形状には、例えば、直角多角形、矩形、円、楕円、台形等がある。清掃パス生成部１３０は、例えば、ステップＳ２０で抽出した環境地図の画像の清掃エリアの色、ステップＳ３００で抽出したエリア情報に基づき、その形状を識別する。例えば清掃エリアの枠が他のエリアとは異なる色の場合には、その枠の色に基づき、ＯｐｅｎＣＶ（Open Source Computer Vision Library）等を用いて、画像処理により清掃エリアの形状を識別することができる。また、例えばエリア情報を用いる場合には、環境地図の画像からエリア情報が清掃エリアであるピクセルを特定することで、清掃エリアの形状を識別することができる。
次いで、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアの形状を識別する（Ｓ３１０）。エリアの形状には、例えば、直角多角形、矩形、円、楕円、台形等がある。清掃パス生成部１３０は、例えば、ステップＳ２０で抽出した環境地図の画像の清掃エリアの色、ステップＳ３００で抽出したエリア情報に基づき、その形状を識別する。例えば清掃エリアの枠が他のエリアとは異なる色の場合には、その枠の色に基づき、ＯｐｅｎＣＶ（Open Source Computer Vision Library）等を用いて、画像処理により清掃エリアの形状を識別することができる。また、例えばエリア情報を用いる場合には、環境地図の画像からエリア情報が清掃エリアであるピクセルを特定することで、清掃エリアの形状を識別することができる。
【0041】
（Ｓ３２０～Ｓ３５０：清掃区画への分割）
ステップＳ３１０にて清掃エリアの形状を識別すると、清掃パス生成部１３０は、必要に応じて清掃エリアを清掃区画へ分割する。例えば、上記非特許文献１に記載の矩形の清掃エリアに対して清掃パスを生成する技術を利用する場合、清掃エリアの形状は矩形である必要がある。そこで、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアが矩形であるか否かを判定し、矩形でない場合には、清掃エリアを複数の矩形の清掃区画に分割する。
ステップＳ３１０にて清掃エリアの形状を識別すると、清掃パス生成部１３０は、必要に応じて清掃エリアを清掃区画へ分割する。例えば、上記非特許文献１に記載の矩形の清掃エリアに対して清掃パスを生成する技術を利用する場合、清掃エリアの形状は矩形である必要がある。そこで、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアが矩形であるか否かを判定し、矩形でない場合には、清掃エリアを複数の矩形の清掃区画に分割する。
【0042】
まず、清掃パス生成部１３０は、ステップＳ３１０にて識別した清掃エリアの形状が矩形であるか否かを判定する（Ｓ３２０）。清掃エリアの形状が矩形であれば、清掃エリアを矩形に分割する必要はないため（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、後述のステップＳ３６０からの処理を実行する。
【0043】
一方、清掃エリアの形状が矩形でない場合には（Ｓ３２０：ＮＯ）、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアの形状が直角多角形であるか否かをさらに判定する（Ｓ３３０）。清掃エリアの形状が直角多角形であれば（Ｓ３３０：ＹＥＳ）、後述のステップＳ３５０の処理を実行する。一方、清掃エリアの形状が直角多角形でない場合（すなわち、清掃エリアの形状が矩形または直角多角形以外の場合）には（Ｓ３３０：ＮＯ）、清掃パス生成部１３０は、ステップＳ３１０にて識別した清掃エリアの形状を直角多角形または矩形に近似する（Ｓ３４０）。清掃エリアを直角多角形または矩形に近似する手法としては、例えば、矩形法のように矩形を刻んで形状を近似する手法がある。また、清掃エリアの形状が楕円または円の場合は、例えば、これらの楕円または円に接する直角多角形に近似してもよい。その後、清掃パス生成部１３０は、直角多角形の清掃エリアまたは直角多角形に近似された清掃エリアを矩形の清掃区画に分割する（Ｓ３５０）。
【0044】
例えば、清掃パス生成部１３０は、図５に示す処理に基づいて、直角多角形の清掃エリアを矩形の清掃区画に分割する。まず、清掃パス生成部１３０は、図４のステップＳ３４０により近似した清掃エリアの形状が、矩形であるか否かを判定する（Ｓ３５１）。近似した清掃エリアの形状が矩形であれば（Ｓ３５１：ＹＥＳ）、図５の処理は終了する。一方、近似した清掃エリアの形状が直角多角形である場合には（Ｓ３５１：ＮＯ）、清掃パス生成部１３０は、直角多角形に近似した清掃エリアを、複数の矩形の清掃区画に分割する（Ｓ３５２～Ｓ３５６）。また、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアの形状が、図４のステップＳ３３０により直角多角形であると判定された場合には、ステップＳ３５１では必ず矩形ではないと判定し（Ｓ３５１：ＮＯ）、同様に複数の矩形の清掃区画に分割する（Ｓ３５２～Ｓ３５６）。
【0045】
清掃エリアの分割は、排出エリアと隣接する清掃エリアの線分を抽出して、線分を矩形の一辺とする第１の清掃区画を設定し、その後、清掃エリアのすべての範囲に対して清掃区画が設定されるまで、第ｎの清掃区画（ｎは自然数）と隣接し、かつ、清掃エリアの輪郭ではない線分を抽出して、抽出した線分それぞれについて、当該線分を矩形の一辺とする第ｎ＋１の清掃区画を設定する処理を繰り返すことにより行われる。以下、具体例として、図６に示すような直角多角形の清掃エリアＡｃ及び排出エリアＡｄにおいて、清掃エリアＡｃを矩形の清掃区画に分割する手順とともに、説明する。
【0046】
まず、清掃パス生成部１３０は、排出エリアに最も近接する清掃エリアの線分を抽出する（Ｓ３５２）。清掃パス生成部１３０は、排出エリアに最も近接する清掃エリアから、排出エリアの２つの頂点と対向する２つの点を結ぶ線分を抽出する。例えば、図７において、清掃パス生成部１３０は、排出エリアＡｄの２つの頂点と対向する清掃エリアＡｃの点Ａ、点Ｂを結び線分ＡＢを、清掃エリアＡｃから抽出する。
【0047】
次いで、清掃パス生成部１３０は、抽出した線分をスライドして、矩形の清掃区画を設定する（Ｓ３５３）。清掃パス生成部１３０は、抽出した線分を、排出エリアと逆方向に、清掃エリアの他の辺の位置までスライドさせることで、矩形の清掃区画を設定する。例えば、図７の分割１に示すように、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアＡｃの線分ＡＢを、排出エリアＡｄと逆方向にスライドし、清掃エリアＡｃの他の辺と接触した位置に、スライドした線分ＡＢと重なる線分ＤＣを設定する。そして、清掃パス生成部１３０は、線分ＡＢを一辺とし、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄを頂点とする矩形領域を、清掃区画ＴＣ（１）とする。排出エリアＡｄに隣接する清掃区画ＴＣ（１）を、第１の清掃区画とする。
【0048】
清掃パス生成部１３０は、清掃区画を設定すると、清掃エリアの全範囲について清掃区画が設定されたか否かを判定する（Ｓ３５４）。清掃エリアに清掃区画が未設定の領域が存在する場合（Ｓ３５４：ＮＯ）、清掃パス生成部１３０は、直前に設定した清掃区画を仮の排出エリアとして設定する（Ｓ３５５）。そして、清掃パス生成部１３０は、ステップＳ３５２と同様に仮の排出エリアに最も近接する清掃エリア（清掃区画が未設定の領域）の線分を抽出し（Ｓ３５６）。ステップＳ３５６で抽出した線分をスライドして、矩形の清掃区画を設定する（Ｓ３５３）。
【0049】
例えば、図７に示す例では、清掃パス生成部１３０は、分割１にて設定された第１の清掃区画ＴＣ（１）を仮の排出エリアとして設定する。そして、仮の排出エリアとして設定した第１の清掃区画ＴＣ（１）と隣接し、かつ、清掃エリアＡｃの輪郭ではない線分を清掃エリアＡｃから抽出する。これにより、清掃パス生成部１３０は、図７の分割２に示すように、線分ＥＦ、線分ＤＧ、線分ＤＨ、線分ＣＩ、線分ＪＫの５つの線分を抽出する。そして、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアＡｃの線分ＥＦ、線分ＤＧ、線分ＤＨ、線分ＣＩ、線分ＪＫを、仮の排出エリア（第１の清掃区画ＴＣ（１））と逆方向に、清掃エリアＡｃの他の辺と接触するまでそれぞれスライドする。こうして、抽出した線分を一辺とし、仮の排出エリアとして設定した第１の清掃区画ＴＣ（１）に隣接する矩形の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）が設定される。清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）を第２の清掃区画とする。
【0050】
清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）は、排出エリアＡｄに隣接する第１の清掃区画ＴＣ（１）に隣接する。したがって、清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）の物体を第１の清掃区画ＴＣ（１）に押し出せば、第１の清掃区画ＴＣ（１）を介して排出エリアＡｄまで物体を押し出すことができる。
【0051】
第２の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）の設定後もなお清掃エリアに清掃区画が未設定の領域が存在することから、清掃パス生成部１３０は、さらに清掃エリアＡｃを分割する。清掃パス生成部１３０は、分割２にて設定された第２の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）を仮の排出エリアとして設定する。そして、仮の排出エリアとして設定した第２の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）と隣接し、かつ、清掃エリアＡｃの輪郭ではない線分を清掃エリアＡｃから抽出する。これにより、清掃パス生成部１３０は、図７の分割３に示すように、線分ＬＭ、線分ＤＮ、線分ＯＰ、線分ＱＲの４つの線分を抽出する。そして、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアＡｃの線分ＬＭ、線分ＤＮ、線分ＯＰ、線分ＱＲを、隣接する仮の排出エリア（第２の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６））と逆方向に、清掃エリアＡｃの他の辺と接触するまでそれぞれスライドする。こうして、抽出した線分を一辺とし、仮の排出エリアとして設定した第２の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）に隣接する矩形の清掃区画ＴＣ（７）～ＴＣ（１０）が設定される。清掃区画ＴＣ（７）～ＴＣ（１０）を第３の清掃区画とする。
【0052】
清掃区画ＴＣ（７）～ＴＣ（１０）は、第２の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）に隣接する。清掃区画ＴＣ（７）～ＴＣ（１０）の物体を第２の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）まで押し出せば、第２の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）及び第１の清掃区画ＴＣ（１）を介して排出エリアＡｄまで物体を押し出すことができる。
【0053】
第３の清掃区画ＴＣ（７）～ＴＣ（１０）の設定後もなお清掃エリアに清掃区画が未設定の領域が存在することから、清掃パス生成部１３０は、さらに清掃エリアＡｃを分割する。清掃パス生成部１３０は、分割３にて設定された第３の清掃区画ＴＣ（７）～ＴＣ（１０）を仮の排出エリアとして設定する。そして、仮の排出エリアとして設定した第３の清掃区画ＴＣ（７）～ＴＣ（１０）と隣接し、かつ、清掃エリアＡｃの輪郭ではない線分を清掃エリアＡｃから抽出する。これにより、清掃パス生成部１３０は、図７の分割４に示すように、第３の清掃区画ＴＣ（１０）に隣接する線分ＳＴを抽出する。なお、第３の清掃区画ＴＣ（７）～ＴＣ（９）に関しては、清掃区画と隣接し、かつ、清掃エリアＡｃの輪郭ではない線分がないため、これより先に清掃区画は設定されない。
【0054】
そして、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアＡｃの線分ＳＴを、隣接する仮の排出エリア（第３の清掃区画ＴＣ（１０））と逆方向に、清掃エリアＡｃの他の辺と接触するまでスライドする。こうして、抽出した線分を一辺とし、仮の排出エリアとして設定した第３の清掃区画ＴＣ（１０）に隣接する矩形の清掃区画ＴＣ（１１）が設定される。清掃区画ＴＣ（１１）を第４の清掃区画とする。清掃区画ＴＣ（１１）は、第３の清掃区画ＴＣ（１０）に隣接する。清掃区画ＴＣ（１１）の物体を第３の清掃区画ＴＣ（１０）まで押し出せば、第３の清掃区画ＴＣ（１０）、第２の清掃区画ＴＣ（２）～ＴＣ（６）及び第１の清掃区画ＴＣ（１）を介して排出エリアＡｄまで物体を押し出すことができる。
【0055】
このように、清掃パス生成部１３０は、直角多角形の清掃エリアを、排出エリアに近い範囲から矩形の清掃区画に分割する。清掃パス生成部１３０は、清掃エリアのすべての範囲に対して清掃区画が設定されるまで、第ｎの清掃区画（ｎは自然数）と隣接し、かつ、清掃エリアの輪郭ではない線分を抽出して、抽出した線分それぞれについて、当該線分を矩形の一辺とする第ｎ＋１の清掃区画を設定する処理（Ｓ３５３～Ｓ３５６）を繰り返す。そして、清掃エリアの全範囲について清掃区画が設定されると（Ｓ３５４：ＹＥＳ）、清掃パス生成部１３０は、図５の処理を終了する。
【0056】
なお、清掃エリアは、必ずしも矩形の清掃区画に分割しなくともよい。例えば、清掃エリアを分割した清掃区画の形状は、台形等であってもよい。
【0057】
（Ｓ３６０：清掃順序決定）
図４の説明に戻り、清掃エリアが矩形の清掃区画に分割されると、清掃パス生成部１３０は、分割された矩形の清掃区画の清掃順序を決定する（Ｓ３６０）。清掃順序は、例えば指定されている清掃モードに基づいて決定してもよい。清掃モードとしては、時間をかけて清掃エリアを清掃するモード（長めモード）、短時間で清掃するモード（短めモード）等がある。
図４の説明に戻り、清掃エリアが矩形の清掃区画に分割されると、清掃パス生成部１３０は、分割された矩形の清掃区画の清掃順序を決定する（Ｓ３６０）。清掃順序は、例えば指定されている清掃モードに基づいて決定してもよい。清掃モードとしては、時間をかけて清掃エリアを清掃するモード（長めモード）、短時間で清掃するモード（短めモード）等がある。
【0058】
例えば、短時間で清掃するモードでは、各清掃区画は１度のみ清掃し、清掃区画間の移動距離が最短となるように、清掃区画の清掃順序が決定される。また、例えば、清掃エリアの清掃割合を高くしたい場合やロボット５０の１回の押出量を少なくしたい場合は、時間をかけて清掃エリアを清掃するモードとする。かかるモードでは、例えば、まず、排出エリアに隣接する清掃区画（第１の清掃区画）の物体を排出し、その後、他の清掃区画の物体を第１の清掃区画を介して順次排出エリアに排出するように、清掃区画の清掃順序が決定される。
【0059】
清掃順序の決定の仕方は、清掃エリアを清掃可能な時間、求められる清掃エリアの清掃度合い等に応じて、清掃担当者によって適宜設定し得る。
【0060】
（Ｓ３７０：清掃パス生成）
また、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアの矩形の領域（清掃エリアまたは清掃エリアを分割した複数の清掃区画）に対して、清掃パスを生成する（Ｓ３７０）。矩形の領域内の清掃パスの生成は、既存の手法を用いて生成すればよい。
また、清掃パス生成部１３０は、清掃エリアの矩形の領域（清掃エリアまたは清掃エリアを分割した複数の清掃区画）に対して、清掃パスを生成する（Ｓ３７０）。矩形の領域内の清掃パスの生成は、既存の手法を用いて生成すればよい。
【0061】
例えば、清掃パス生成部１３０は、上記非特許文献１に記載の手法を用いて、各矩形の領域内の清掃パスを生成し得る。具体的には、清掃パス生成部１３０は、まず、清掃エリア内における排出エリアから最も遠い辺の端から端まで一定間隔で排出エリアまで直線的に押し出す簡易パスを計画する。このとき、事前に障害物の形状と位置が把握できる場合は、清掃パス生成部１３０は、Ａ＊法等の手法を用いて障害物との接触を回避するようなパスを計画する。なお、事前に障害物の形状と位置が把握できない場合は、ロボット５０に搭載されている自律移動機能を用いて障害物を回避すればよい。次いで、清掃パス生成部１３０は、障害物の回避により障害物付近に残存する物体を集積するため、簡易パスと交差する簡易交差パスを生成する。さらに、清掃パス生成部１３０は、簡易交差パスにより集積された物体を最後に排出エリアへ押し出す残物体清掃パスを生成する。そして、清掃パス生成部１３０は、簡易パス、簡易交差パス及び残物体清掃パスを連結し、矩形の領域内の清掃パスを生成する。
【0062】
（Ｓ３８０：清掃パス結合）
その後、清掃パス生成部１３０は、清掃区画の清掃順序に基づいて、清掃区画から物体を仮の排出エリアに押し出すパスを連結し、清掃エリアの清掃パスを生成する（Ｓ３８０）。清掃パス生成部１３０は、ステップＳ３６０にて決定した清掃区画の清掃順序で、ステップＳ３７０にて生成した各清掃区画の清掃パスを連結することにより、清掃エリアの清掃パスを生成する。清掃パス生成部１３０は、生成した清掃パスを、出力部１４０を介してロボット５０へ出力する。
その後、清掃パス生成部１３０は、清掃区画の清掃順序に基づいて、清掃区画から物体を仮の排出エリアに押し出すパスを連結し、清掃エリアの清掃パスを生成する（Ｓ３８０）。清掃パス生成部１３０は、ステップＳ３６０にて決定した清掃区画の清掃順序で、ステップＳ３７０にて生成した各清掃区画の清掃パスを連結することにより、清掃エリアの清掃パスを生成する。清掃パス生成部１３０は、生成した清掃パスを、出力部１４０を介してロボット５０へ出力する。
【0063】
（４）ロボットによる清掃（Ｓ４０）
図３の説明に戻り、ステップＳ３０にて清掃パス計画装置１００により清掃パスが生成されると、ロボット５０は、当該清掃パスに基づき、清掃エリアを清掃する（Ｓ４０）。ロボット５０は、本体部５１の車輪５３を回転させて自走する自走機構と、物体９を押し出す押出機構５５とを備える。押出機構５５は、例えば、ストレートドーザやＵドーザ、バケットドーザ等を含むブレード、あるいは、ロボット５０に装備されている板等である。また、ロボット５０は、清掃エリアの障害物を回避するため、自律移動機能を備えていてもよい。自律移動のためには、ロボット５０は、自己位置推定とパスプランニングを行う必要がある。自己位置推定には、例えばＬｉＤＡＲやＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）、エンコーダ、カメラ、Real Time Kinematic（ＲＴＫ：動的干渉）等を使用すればよい。パスプランニングには、例えばＡ＊法やダイクストラ法、Dynamic Window Approach等を使用すればよい。
図３の説明に戻り、ステップＳ３０にて清掃パス計画装置１００により清掃パスが生成されると、ロボット５０は、当該清掃パスに基づき、清掃エリアを清掃する（Ｓ４０）。ロボット５０は、本体部５１の車輪５３を回転させて自走する自走機構と、物体９を押し出す押出機構５５とを備える。押出機構５５は、例えば、ストレートドーザやＵドーザ、バケットドーザ等を含むブレード、あるいは、ロボット５０に装備されている板等である。また、ロボット５０は、清掃エリアの障害物を回避するため、自律移動機能を備えていてもよい。自律移動のためには、ロボット５０は、自己位置推定とパスプランニングを行う必要がある。自己位置推定には、例えばＬｉＤＡＲやＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）、エンコーダ、カメラ、Real Time Kinematic（ＲＴＫ：動的干渉）等を使用すればよい。パスプランニングには、例えばＡ＊法やダイクストラ法、Dynamic Window Approach等を使用すればよい。
【0064】
ロボット５０は、清掃パス計画装置１００により生成された清掃パスに基づき、清掃エリアを自走して、清掃エリア内に散乱する物体を押出機構５５により押し出し、排出エリアに移動させる。
【0065】
以上、本実施形態に係る清掃パス計画装置１００とそれによる異常検知方法について説明した。本実施形態によれば、清掃エリアの複数の清掃区画のうち、排出エリアと隣接していない清掃区画それぞれに対して、隣接する他の１つの清掃区画を仮の排出エリアとして設定し、清掃区画内の物体を設定した仮の排出エリアまで押し出すパスを清掃区画ごとに決定する。そして、清掃パス生成部１３０は、清掃区画の清掃順序に基づいて、清掃区画ごとに決定したパスを連結することにより、清掃パスを生成する。これにより、それぞれの清掃区画内の物体を隣接する他の清掃区画に順次押し出して行き、最終的な排出先である排出エリアまで物体を押し出すことのできる清掃パスを生成することができる。
【0066】
［４．ハードウェア構成］
図８に基づいて、本実施形態に係る清掃パス計画装置１００のハードウェア構成について説明する。図８は、本実施形態に係る清掃パス計画装置１００として機能する情報処理装置９００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
図８に基づいて、本実施形態に係る清掃パス計画装置１００のハードウェア構成について説明する。図８は、本実施形態に係る清掃パス計画装置１００として機能する情報処理装置９００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【0067】
情報処理装置９００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０１等の１または複数のハードウェアプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）９０５、ＲＯＭ（Read Only Memory）９０３等の１または複数のメモリを具備し、メモリに格納される１または複数のプログラムが１または複数のハードウェアプロセッサにより実行されることで各種の演算を実行する。また、情報処理装置９００は、バス９０７と、入力Ｉ／Ｆ９０９と、出力Ｉ／Ｆ９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを含む。
【0068】
例えば、ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能する。ＣＰＵ９０１は、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２５に記録された各種プログラムに従って、情報処理装置９００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムあるいは演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラム、あるいは、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect/Interface）バス、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ（登録商標）などの外部バスに接続されている。
【0069】
なお、演算処理装置及び制御装置は、ＣＰＵ９０１以外に、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）によって実現してもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用のハードウェアによって実現してもよい。
【0070】
入力Ｉ／Ｆ９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバー等の、ユーザが操作する操作手段である入力装置９２１からの入力を受け付けるインタフェースである。入力Ｉ／Ｆ９０９は、例えば、ユーザが入力装置９２１を用いて入力した情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路等として構成されている。入力装置９２１は、例えば、赤外線あるいはその他の電波を利用したリモートコントロール装置、あるいは、情報処理装置９００の操作に対応したＰＤＡ等の外部機器９２７であってもよい。情報処理装置９００のユーザは、入力装置９２１を操作し、情報処理装置９００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【0071】
出力Ｉ／Ｆ９１１は、入力された情報を、ユーザに対して視覚的または聴覚的に通知可能な出力装置９２３へ出力するインタフェースである。出力装置９２３は、例えば、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプ等の表示装置であってもよい。あるいは、出力装置９２３は、スピーカ及びヘッドホン等の音声出力装置や、プリンター、移動通信端末、ファクシミリ等であってもよい。出力Ｉ／Ｆ９１１は、出力装置９２３に対して、例えば、情報処理装置９００により実行された各種処理にて得られた処理結果を出力するよう指示する。具体的には、出力Ｉ／Ｆ９１１は、表示装置に対して情報処理装置９００による処理結果を、テキストまたはイメージで表示するよう指示する。また、出力Ｉ／Ｆ９１１は、音声出力装置に対し、再生指示を受けた音声データ等のオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力するよう指示する。
【0072】
ストレージ装置９１３は、情報処理装置９００の記憶部の１つであり、データ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の磁気記憶デバイス、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の半導体記憶デバイス、光記憶デバイスまたは光磁気記憶デバイス等により構成される。ストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラム、プログラムの実行により生成された各種データ、及び、外部から取得した各種データ等を格納する。
【0073】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、情報処理装置９００に内蔵あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されているリムーバブル記録媒体９２５に記録されている情報を読み出し、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されているリムーバブル記録媒体９２５に情報を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２５は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクまたは半導体メモリ等である。具体的には、リムーバブル記録媒体９２５は、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）メディア、コンパクトフラッシュ（登録商標）（CompactFlash：ＣＦ）、フラッシュメモリ、ＳＤメモリカード（Secure Digital memory card）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２５は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Integrated Circuit card）または電子機器等であってもよい。
【0074】
接続ポート９１７は、機器を情報処理装置９００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート、ｅＳＡＴＡ（external Serial Advanced Technology Attachment）、ＳＡＳ（Serial Attached SCSI（Small Computer System Interface））ポート等である。情報処理装置９００は、接続ポート９１７に接続された外部機器９２７から、直接各種データを取得したり外部機器９２７に各種データを提供したりすることができる。例えば接続ポート９１７を介して、アラーム情報を通知するための回転灯等のアラーム通知装置を接続してもよい。また、外部機器９２７として、ＮＡＳ（Network Attached Storage）を接続し、記憶装置として用いてもよい。
【0075】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２９に接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Local Area Network）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷＵＳＢ（Wireless USB）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。例えば、通信装置９１９を介して、情報処理装置９００を操作するためのコンピュータを接続することもできる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２９は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成されている。例えば、通信網９２９は、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等である。
【0076】
以上、情報処理装置９００のハードウェア構成の一例を示した。上述の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されてもよく、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されてもよい。情報処理装置９００のハードウェア構成は、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて適宜変更可能である。
【実施例0077】
［実施例Ａ（清掃エリアの分割）］
まず、図５に示した本発明の清掃エリアの分割処理について、直角多角形の清掃エリアが矩形の清掃区画に分割されることを確認した。ここでは、図９に示すような直角２８角形の清掃エリアＡｃと、排出エリアＡｄとを含む環境地図の画像を用いて、図５に示した本発明の清掃エリアの分割処理に基づき、清掃エリアＡｃを矩形の清掃区画に分割した。その結果、図１０に示すように、直角２８角形の清掃エリアＡｃは、破線の枠で示す１３個の矩形の清掃区画に分割された。これより、本発明の手法により、直角多角形の清掃エリアを矩形の清掃区画に分割できることが確認できた。
まず、図５に示した本発明の清掃エリアの分割処理について、直角多角形の清掃エリアが矩形の清掃区画に分割されることを確認した。ここでは、図９に示すような直角２８角形の清掃エリアＡｃと、排出エリアＡｄとを含む環境地図の画像を用いて、図５に示した本発明の清掃エリアの分割処理に基づき、清掃エリアＡｃを矩形の清掃区画に分割した。その結果、図１０に示すように、直角２８角形の清掃エリアＡｃは、破線の枠で示す１３個の矩形の清掃区画に分割された。これより、本発明の手法により、直角多角形の清掃エリアを矩形の清掃区画に分割できることが確認できた。
【0078】
［実施例Ｂ（清掃エリアの清掃）］
次に、図４に示した本発明の清掃エリアの清掃パス生成処理に基づき生成された清掃パスにより、清掃エリアをどの程度清掃可能かをシミュレーションにより検証した。シミュレーションでは、図１１に示すような、清掃エリアＡｃ及び排出エリアＡｄを設定した。図５に示した本発明の清掃エリアの分割処理により、清掃エリアＡｃは、左（Ｌ）、中央（Ｃ）、右（Ｒ）の３つの清掃区画に分割されている。左（Ｌ）の清掃区画には９０個、中央（Ｃ）の清掃区画には１８０個、右（Ｒ）の清掃区画には９０個の物体９が存在するとした。また、左（Ｌ）、中央（Ｃ）、右（Ｒ）の清掃区画それぞれに対して、図１２に示すような清掃パスＬｐが設定されている。これらの清掃パスＬｐは、上記特許文献１に記載の基づき生成されたものである。なお、図１２において、左（Ｌ）の清掃区画及び右（Ｒ）の清掃区画では、中央（Ｃ）の清掃区画が仮の排出エリアとして設定されている。
次に、図４に示した本発明の清掃エリアの清掃パス生成処理に基づき生成された清掃パスにより、清掃エリアをどの程度清掃可能かをシミュレーションにより検証した。シミュレーションでは、図１１に示すような、清掃エリアＡｃ及び排出エリアＡｄを設定した。図５に示した本発明の清掃エリアの分割処理により、清掃エリアＡｃは、左（Ｌ）、中央（Ｃ）、右（Ｒ）の３つの清掃区画に分割されている。左（Ｌ）の清掃区画には９０個、中央（Ｃ）の清掃区画には１８０個、右（Ｒ）の清掃区画には９０個の物体９が存在するとした。また、左（Ｌ）、中央（Ｃ）、右（Ｒ）の清掃区画それぞれに対して、図１２に示すような清掃パスＬｐが設定されている。これらの清掃パスＬｐは、上記特許文献１に記載の基づき生成されたものである。なお、図１２において、左（Ｌ）の清掃区画及び右（Ｒ）の清掃区画では、中央（Ｃ）の清掃区画が仮の排出エリアとして設定されている。
【0079】
図４に示した本発明の清掃エリアの清掃パス生成処理により、左（Ｌ）、右（Ｒ）、中央（Ｃ）の清掃順序で清掃区画を清掃する清掃パス（清掃パスｂ）、左（Ｌ）、中央（Ｃ）、右（Ｒ）、中央（Ｃ）の清掃順序で清掃区画を清掃する清掃パス（清掃パスｃ）の２つの清掃パスが生成された。清掃パスｂは、短時間で清掃するモード（短めモード）で生成された清掃パスであり、清掃パスｃは、時間をかけて清掃エリアを清掃するモード（長めモード）で生成された清掃パスである。また、これらとの比較として、清掃エリアを複数の清掃区画に分割できず、中央（Ｃ）の１つの清掃区画のみを清掃する清掃パス（清掃パスａ）も生成した。
【0080】
図１３に、清掃パスａ～ｃそれぞれについて、ロボット５０により清掃エリアＡｃを清掃させたシミュレーション結果を示す。また、ロボット５０による清掃開始前に清掃エリアＡｃにあった物体９の総数（３６０個）に対する、排出エリアＡｄに押し出された物体９の数の割合を、清掃割合として求めた。
【0081】
図１３に示すように、清掃パスａでは、左（Ｌ）の清掃区画及び右（Ｒ）の清掃区画の物体９は排出エリアＡｄに押し出されず、清掃割合は３５％となった。これに対して、清掃パスｂでは清掃割合は６１％、清掃パスｃでは清掃割合は６６％となった。また、清掃パスｂの清掃時間は３５分程度、清掃パスｃの清掃時間は５０分程度であった。かかる結果より、本発明の清掃エリアの清掃パス生成処理により、清掃エリア内でロボット５０をもれなく走行させ、清掃エリアＡｃ内の物体９を６０％以上排出エリアＡｄに排出できることがわかった。
【0082】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0083】
９ 物体
３０ 支柱
５０ ロボット
５１ 本体部
５３ 車輪
５５ 押出機構
５７ 制御部
１００ 清掃パス計画装置
１１０ 環境地図取得部
１２０ エリア抽出部
１３０ 清掃パス生成部
１４０ 出力部
９００ 情報処理装置
Ａｃ 清掃エリア
Ａｄ 排出エリア
３０ 支柱
５０ ロボット
５１ 本体部
５３ 車輪
５５ 押出機構
５７ 制御部
１００ 清掃パス計画装置
１１０ 環境地図取得部
１２０ エリア抽出部
１３０ 清掃パス生成部
１４０ 出力部
９００ 情報処理装置
Ａｃ 清掃エリア
Ａｄ 排出エリア
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
