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TWI664948B - Electric sweeper - Google Patents

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Publication number
TWI664948B
TWI664948B TW106122153A TW106122153A TWI664948B TW I664948 B TWI664948 B TW I664948B TW 106122153 A TW106122153 A TW 106122153A TW 106122153 A TW106122153 A TW 106122153A TW I664948 B TWI664948 B TW I664948B
Authority
TW
Taiwan
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map
unit
main body
electric sweeper
data
Prior art date
Application number
TW106122153A
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English (en)
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TW201817360A (zh
Inventor
井澤浩一
丸谷裕樹
渡邊浩太
Original Assignee
東芝生活電器股份有限公司
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Publication date
Application filed by 東芝生活電器股份有限公司 filed Critical 東芝生活電器股份有限公司
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Publication of TWI664948B publication Critical patent/TWI664948B/zh

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Abstract

電動掃除機包括本體殼體、驅動輪、照相機、距離算出部、自身位置推斷部、繪製部及控制部。驅動輪使本體殼體能夠移行。照相機配置於本體殼體，對本體殼體的移行方向側進行拍攝。距離算出部基於照相機拍攝到的圖像算出至位於移行方向側的物體為止的距離，自身位置推斷部基於照相機拍攝到的圖像算出本體殼體的位置。繪製部基於距離算出部及自身位置推斷部的算出結果，藉由三維資料來製作移行場所的地圖。控制部基於繪製部所製作的地圖的三維資料對驅動輪的動作進行控制，藉此使本體殼體自律移行。

Description

電動掃除機
本發明的實施形態是有關於一種包括配置於本體殼體(case)的攝像機構的電動掃除機。
在習知上，已知有一邊在作為被掃除面的地面上進行自律移行，一邊對地面進行掃除的所謂自律移行型的電動掃除機(掃除機器人)。
此種電動掃除機包含如下技術：為實現效率佳的掃除，將要掃除的房間的大小、形狀及障礙物等反映並製作(繪製)於地圖中，基於所述製作的地圖設定最適合的移行路徑，沿該移行路徑進行移行。該地圖例如可基於使用配置於本體殼體的上部的照相機拍攝到的頂部的圖像等來製作。
在以所述方式製作地圖的情況下，例如當本體殼體移動至能鑽入的床的下部或桌子的下部等時，照相機只能拍攝床或桌子的背面側等而無法拍攝頂部，因此所製作的地圖的精度降低。並且，若地圖的製作精度降低，則基於所述繪圖而設定的電動掃除機的移行路徑的精度亦降低，掃除的效率降低。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5426603號公報
本發明所欲解決的問題在於提供一種提升地圖的製作精度而可效率佳地進行掃除的電動掃除機。
實施形態的電動掃除機包括本體殼體、驅動部、攝像機構、距離算出機構、自身位置推斷機構、繪製機構及控制機構。驅動部使本體殼體能夠移行。攝像機構配置於本體殼體，對本體殼體的移行方向側進行拍攝。距離算出機構基於攝像機構拍攝到的圖像算出至位於移行方向側的物體為止的距離。自身位置推斷機構基於攝像機構拍攝到的圖像算出本體殼體的位置。繪製機構基於距離算出機構及自身位置推斷機構的算出結果，藉由三維資料來製作移行場所的地圖。控制機構基於繪製機構所製作的地圖的三維資料對驅動部的動作進行控制，藉此使本體殼體自律移行。
11‧‧‧電動掃除機
12‧‧‧充電裝置
14‧‧‧家用閘道器
15‧‧‧網路
16‧‧‧伺服器
17‧‧‧外部裝置(顯示終端機)
20‧‧‧本體殼體
21‧‧‧移行部
22‧‧‧掃除部
23‧‧‧作為資訊發送機構的資料通訊部
24‧‧‧攝像部
25‧‧‧感測部
26‧‧‧作為控制機構的控制部
27‧‧‧圖像處理部
28‧‧‧輸入/輸出部
29‧‧‧二次電池
31‧‧‧吸入口
34‧‧‧作為驅動部的驅動輪
36‧‧‧迴旋輪
40‧‧‧電動鼓風機
41‧‧‧旋轉刷
43‧‧‧邊刷
51‧‧‧作為攝像機構的照相機
53‧‧‧燈
61‧‧‧作為記憶機構的記憶體
62‧‧‧圖像修正部
63‧‧‧作為距離算出機構的距離算出部
64‧‧‧障礙物檢測部
65‧‧‧作為自身位置推斷機構的自身位置推斷部
66‧‧‧作為繪製機構的繪製部
66a‧‧‧作為第1繪製機構的第1繪製部
66b‧‧‧作為第2繪製機構的第2繪製部
67‧‧‧移行計劃設定部
68‧‧‧作為未掃除部位推斷機構的未掃除部位推斷部
71‧‧‧充電端子
73‧‧‧充電用端子
B‧‧‧床
C‧‧‧地毯
CB‧‧‧纜線
f‧‧‧縱深
FR、RR‧‧‧箭頭
G、G1、G2‧‧‧圖像
l‧‧‧距離
LG‧‧‧腳部
M‧‧‧地圖
O‧‧‧物體
P‧‧‧場所
R‧‧‧架子
S‧‧‧沙發
SP‧‧‧特徵點
W‧‧‧牆壁
x、y、z‧‧‧座標軸
圖1是表示一實施形態的電動掃除機的方塊圖。
圖2是表示具備所述電動掃除機的電動掃除系統的立體圖。
圖3是自下方表示所述電動掃除機的平面圖。
圖4是示意性地表示包含所述電動掃除機的電動掃除系統的說明圖。
圖5是示意性地表示使用所述電動掃除機的攝像機構來計算物體的距離的方法的說明圖。
圖6(a)是示意性地表示所述電動掃除機的第1繪製機構製作簡易的地圖的製作動作的說明圖，圖6(b)是示意性地表示藉由(a)所製作的簡易的地圖的說明圖。
圖7是表示藉由所述電動掃除機的繪製機構所製作的地圖的一例的說明圖。
圖8是示意性地表示所述地圖及顯示未掃除的場所的顯示終端機的顯示畫面的一例的說明圖。
以下，參照圖式對一實施形態的構成進行說明。
在圖1至圖4中，11是作為自律移行體的電動掃除機，所述電動掃除機11與作為基地裝置的充電裝置(充電台)12一併構成作為自律移行體裝置的電動掃除裝置(電動掃除系統)，所述充電裝置12成為所述電動掃除機11的充電用基地部。並且，電動掃除機11在本實施形態中是一邊在作為移行面的被掃除面即地面上進行自律移行(自移)，一邊對地面進行掃除的所謂自移式的機器人清除器(掃除機器人)。所述電動掃除機11例如與配置於 掃除區域內等的作為中繼機構(中繼部)的家用閘道器(路由器(router))14之間利用有線通訊或Wi-Fi(註冊商標)或Bluetooth(註冊商標)等無線通訊進行通訊(收發)，藉此可經由網際網路等(外部)網路15，與作為資料儲存機構(資料儲存部)的通用的伺服器16、或顯示終端機(顯示部)即通用的外部裝置17等進行有線通訊或無線通訊。
並且，所述電動掃除機11包括中空狀的本體殼體20。另外，所述電動掃除機11包括移行部21。進而，所述電動掃除機11包括對塵埃進行掃除的掃除部22。另外，所述電動掃除機11包括藉由有線或者無線而經由網路15進行通訊的作為資訊發送機構(資訊發送部)的資料通訊部23。進而，所述電動掃除機11包括對圖像進行拍攝的攝像部24。進而，所述電動掃除機11包括感測部25。另外，所述電動掃除機11包括控制器即作為控制機構的控制部26。進而，所述電動掃除機11包括圖像處理處理器(GPU)即作為圖像處理機構的圖像處理部27。另外，所述電動掃除機11包括與外部裝置之間進行訊號的輸入/輸出的輸入/輸出部28。並且，所述電動掃除機11包括供電用的電池即二次電池29。再者，以下，將沿電動掃除機11(本體殼體20)的移行方向的方向設為前後方向(圖2所示的箭頭FR方向、箭頭RR方向)，將與所述前後方向交叉(正交)的左右方向(兩側方向)設為寬度方向來進行說明。
本體殼體20例如是由合成樹脂等而形成。所述本體殼 體20例如形成為扁平的圓柱狀(圓盤狀)等。另外，所述本體殼體20中，亦可將集塵口即吸入口31等設置於與地面對向的下部等。
移行部21包括作為驅動部的驅動輪34。另外，所述移行部21包括使驅動輪34驅動的驅動機構即未圖示的馬達。即，電動掃除機11包括驅動輪34、及使該驅動輪34驅動的馬達。再者，所述移行部21中，亦可包括迴旋用的迴旋輪36等。
驅動輪34是使電動掃除機11(本體殼體20)在地面上沿前進方向及後退方向移行(自律移行)的構件，即移行用的構件。本實施形態中，所述驅動輪34例如在本體殼體20的左右成對設置。再者，亦可替代所述驅動輪34而使用作為驅動部的履帶等。
馬達與驅動輪34對應地配置。因此，本實施形態中，所述馬達例如在左右成對設置。並且，所述馬達可獨立地使各驅動輪34驅動。
掃除部22是將例如地面或牆壁面等被掃除部的塵埃去除的構件。所述掃除部22例如具有自吸入口31收集地面上的塵埃、清除而將牆壁面擦乾淨的功能。所述掃除部22亦可包括自吸入口31與空氣一併吸入塵埃的電動鼓風機40、以可旋轉的方式安裝在吸入口31而將塵埃攏上去的作為旋轉清掃體的旋轉刷41及使所述旋轉刷41旋轉驅動的有刷馬達、以可旋轉的方式安裝在本體殼體20的前側等的兩側而將塵埃攏集起來的作為迴旋清掃部的 輔助掃除機構(輔助掃除部)即邊刷43以及使所述邊刷43驅動的邊刷馬達的至少任一個。另外，所述掃除部22亦可包括與吸入口31連通而積存塵埃的集塵部。
資料通訊部23例如是用於經由家用閘道器14及網路15而與外部裝置17進行各種資訊的收發的無線區域網路(local area network，LAN)器件。再者，例如亦可設為在資料通訊部23上搭載存取點(access point)功能，不經由家用閘道器14而與外部裝置17直接進行無線通訊。另外，例如亦可在資料通訊部23上附加網站伺服器(web server)功能。
攝像部24包括作為攝像機構(攝像部本體)的照相機51。即，電動掃除機11包括照相機51。另外，所述攝像部24亦可包括對照相機51賦予照明的作為照明機構(照明部)的燈53。即，電動掃除機11亦可包括燈53。
照相機51是對本體殼體20的移行方向即前方，分別以規定的水平視角(例如105°等)每隔規定時間、例如每隔數十毫秒等地每隔微小時間，或每隔數秒等拍攝數位圖像的數位照相機。所述照相機51可為單個亦可為多個。本實施形態中，照相機51在左右成對設置。即，所述照相機51在左右隔開地配置於本體殼體20的前部。另外，該些照相機51、照相機51彼此的攝像範圍(視野)重合。因此，該些照相機51、照相機51所拍攝的圖像的攝像區域在左右方向上重疊。再者，藉由照相機51進行拍攝的圖像例如可為可見光區域的彩色圖像或黑白圖像，亦可為紅外線 圖像。另外，照相機51拍攝到的圖像例如亦可藉由圖像處理部27等而壓縮成規定的資料格式。
燈53是輸出藉由照相機51對圖像進行拍攝時的照明用的光的構件。所述燈53在本實施形態中配置於照相機51、照相機51的中間位置。所述燈53輸出與藉由照相機51進行拍攝的光的波長範圍相應的光。因此，所述燈53可照明包含可見光區域的光，亦可照明紅外光。
感測部25是感測對電動掃除機11(本體殼體20)的移行加以支持的各種資訊的構件。更具體而言，所述感測部25是感測例如地面的凹凸狀態(階差部)、或成為移行的障礙的牆壁或者障礙物等的構件。即，所述感測部25具備例如紅外線感測器或接觸感測器等階差部感測器、障礙物感測器等。再者，所述感測部25亦可更包括例如藉由檢測各驅動輪34(各馬達)的轉數而檢測電動掃除機11(本體殼體20)的迴旋角度或行進距離的光編碼器(optical encoder)等轉數感測器、或檢測地面的塵埃量的光感測器等塵埃量感測器等。
控制部26使用包括例如控制機構本體(控制部本體)即CPU或唯讀記憶體(read only memory，ROM)及隨機存取記憶體(random access memory，RAM)等的微電腦。所述控制部26包括未圖示的與移行部21電性連接的移行控制部。另外，所述控制部26包括未圖示的與掃除部22電性連接的掃除控制部。進而，所述控制部26包括未圖示的與感測部25電性連接的感測器 連接部。另外，所述控制部26包括未圖示的與圖像處理部27電性連接的處理連接部。進而，所述控制部26包括未圖示的與輸入/輸出部28電性連接的輸入/輸出連接部。即，所述控制部26與移行部21、掃除部22、感測部25、圖像處理部27及輸入/輸出部28電性連接。另外，所述控制部26與二次電池29電性連接。並且，所述控制部26例如具有對驅動輪34即馬達進行驅動而使電動掃除機11(本體殼體20)自律移行的移行模式、經由充電裝置12對二次電池29進行充電的充電模式、以及動作待機中的待機模式。
移行控制部是藉由對移行部21的馬達的動作進行控制，即對流入馬達的電流的大小及方向進行控制，而使馬達正轉或者逆轉地對馬達的動作進行控制，並藉由對馬達的動作進行控制來對驅動輪34的動作進行控制的構件。
掃除控制部藉由對掃除部22的電動鼓風機40、有刷馬達及邊刷馬達的動作進行控制，即對電動鼓風機40、有刷馬達及邊刷馬達的通電量分別各別地進行控制，而對該些電動鼓風機40、有刷馬達(旋轉刷41)及邊刷馬達(邊刷43)的動作進行控制。
感測器連接部是獲得感測部25的檢測結果的構件。
處理連接部是獲得基於圖像處理部27的圖像處理而設定的設定結果的構件。
輸入/輸出連接部是經由輸入/輸出部28獲得控制命令，並且將自輸入/輸出部28輸出的訊號輸出至輸入/輸出部28的 構件。
圖像處理部27是對照相機51所拍攝到的圖像(原始圖像)進行圖像處理的構件。更具體而言，所述圖像處理部27是自照相機51所拍攝到的圖像中藉由圖像處理來提取特徵點而檢測障礙物的距離及高度從而製作掃除區域的地圖(繪圖)，或推斷電動掃除機11(本體殼體20(圖2))的當前位置的構件。並且，所述圖像處理部27是包括例如圖像處理機構本體(圖像處理部本體)即CPU或ROM及RAM等的圖像處理引擎(engine)。所述圖像處理部27包括未圖示的對照相機51的動作進行控制的攝像控制部。另外，所述圖像處理部27包括未圖示的對燈53的動作進行控制的照明控制部。因此，所述圖像處理部27與攝像部24電性連接。進而，所述圖像處理部27包括作為記憶機構(記憶部)的記憶體61。即，電動掃除機11包括記憶體61。另外，所述圖像處理部27包括製作對照相機51所拍攝到的原始圖像進行了修正的修正圖像的圖像修正部62。即，電動掃除機11包括圖像修正部62。進而，所述圖像處理部27包括基於圖像算出至位於移行方向側的物體為止的距離的作為距離算出機構的距離算出部63。即，電動掃除機11包括作為距離算出機構的距離算出部63。另外，所述圖像處理部27包括基於距離算出部63所算出的至物體為止的距離來判定障礙物的作為障礙物檢測機構的障礙物判定部64。即，電動掃除機11包括作為障礙物檢測機構的障礙物判定部64。另外，所述圖像處理部27包括推斷電動掃除機11(本體殼體20) 的自身位置的作為自身位置推斷機構的自身位置推斷部65。即，電動掃除機11包括作為自身位置推斷機構的自身位置推斷部65。進而，所述圖像處理部27包括製作移行場所即掃除區域的地圖(繪圖)的作為繪製機構的繪製部66。即，電動掃除機11包括作為繪製機構的繪製部66。另外，所述圖像處理部27包括設定電動掃除機11(本體殼體20)的移行計劃(移行路線)的作為移行計劃設定機構的移行計劃設定部67。即，電動掃除機11包括作為移行計劃設定機構的移行計劃設定部67。並且，所述圖像處理部27包括推斷未能藉由電動掃除機11(本體殼體20)而掃除的部位的作為未掃除部位推斷機構的未掃除部位推斷部68。即，電動掃除機11包括作為未掃除部位推斷機構的未掃除部位推斷部68。
攝像控制部例如包括對照相機51的快門(shutter)的動作進行控制的控制電路，以藉由每隔規定時間使所述快門運行，而使照相機51每隔規定時間拍攝圖像的方式進行控制。
照明控制部經由例如開關等對燈53的開閉(on-off)進行控制。
再者，該些攝像控制部及照明控制部亦可作為與圖像處理部27分開的攝像控制機構(攝像控制部)而構成，例如亦可設置於控制部26。
記憶體61例如對照相機51拍攝到的圖像的資料、或繪製部66所製作的地圖等各種資料進行記憶。作為所述記憶體61，使用不論電動掃除機11的電源的開閉均保持所記憶的各種資料 的、例如快閃記憶體(flash memory)等非揮發性記憶體。
圖像修正部62進行對照相機51拍攝到的原始圖像的透鏡畸變修正或雜訊去除、對比度調整、及圖像中心的一致化等一次圖像處理。
距離算出部63是利用已知的方法，基於照相機51拍攝到的圖像、本實施形態中為照相機51所拍攝且藉由圖像修正部62進行了修正的修正圖像以及照相機51間的距離來計算物體(特徵點)的距離(深度)及三維座標。即，所述距離算出部63如圖5所示，例如應用基於照相機51的縱深f、照相機51與所述照相機51所拍攝到的圖像G1、圖像G2的物體(特徵點)的距離(視差)及照相機51間的距離l的三角測量，自照相機51拍攝到的各圖像(藉由圖像修正部62(圖1)進行了處理的修正圖像)中檢測出表示同一位置的畫素點，計算所述畫素點的上下方向、左右方向及前後方向上的角度，根據該些角度及照相機51間的距離來計算所述位置的與照相機51相隔的距離及高度，並且算出物體O(特徵點SP)的三維座標。因此，本實施形態中，藉由多個照相機51b進行拍攝的圖像較佳為儘可能地範圍重合(重疊)。再者，所述圖1中示出的距離算出部63亦可製作表示所述計算出的物體的距離的距離圖像(視差圖像)。製作所述距離圖像時是藉由如下方式來進行：將計算出的各畫素點的距離，例如針對每個點等規定點而轉換成可藉由明度或色調等的視認而識別的階層來顯示。因此，所述距離圖像是使位於所謂圖2中示出的電動掃除機11(本體殼 體20)的移行方向前方的照相機51所拍攝的範圍內的物體的距離資訊(距離資料)的集合體可視化的圖像。再者，特徵點可藉由對經圖1中示出的圖像修正部62修正的圖像或距離圖像進行例如邊緣檢測等而提取。邊緣檢測方法可使用已知的任意方法。
障礙物檢測部64基於照相機51所拍攝到的圖像來檢測障礙物。更具體而言，所述障礙物檢測部64對藉由距離算出部63算出了距離的物體是否為障礙物進行判定。即，所述障礙物檢測部64自距離算出部63所計算出的物體的距離提取規定的圖像範圍中的部分，將在該圖像範圍中拍攝的物體的距離與預先設定的或者是可變化地設定的閾值即設定距離進行比較，將位於該設定距離以下的距離(與電動掃除機11(本體殼體20(圖2))相隔的距離)的物體判定為障礙物。所述圖像範圍例如是根據圖2中示出的電動掃除機11(本體殼體20)的上下左右的大小而設定。即，圖像範圍的上下左右設定為電動掃除機11(本體殼體20)可一直徑直前進時接觸的範圍。
圖1中示出的自身位置推斷部65是基於距離算出部63所算出的物體的特徵點的三維座標來判斷電動掃除機11的自身位置、及有無成為障礙物的物體的構件。另外，繪製部66基於距離算出部63所算出的特徵點的三維座標，製作對位於配置有電動掃除機11(本體殼體20(圖2))的掃除區域內的物體(障礙物)等的位置關係及高度進行記錄的地圖。即，自身位置推斷部65及繪製部66中可使用已知的同步定位和測繪(simultaneous localization and mapping，SLAM)技術。
繪製部66是基於距離算出部63及自身位置推斷部65的算出結果，藉由三維資料來製作移行場所的地圖的構件。所述繪製部66在本實施形態中包括作為第1繪製機構的第1繪製部66a、及作為第2繪製機構的第2繪製部66b。
第1繪製部66a是基於照相機51拍攝到的圖像、即距離算出部63所算出的物體的三維資料，使用任意方法來製作簡易的地圖的構件。本實施形態中，第1繪製部66a例如基於在藉由控制部26對本體殼體20(圖2)進行移行控制的同時由照相機51拍攝到的圖像來製作簡易的地圖。更具體而言，第1繪製部66a例如基於在藉由控制部26以使本體殼體20(圖2)在規定位置回旋的方式進行移行控制的同時由照相機51拍攝到的圖像(藉由圖像修正部62進行了修正的修正圖像)，根據距離算出部63所算出的特徵點的三維座標的x軸成分(左右成分)及z軸成分(前後成分)來製作簡易的地圖。例如，所述第1繪製部66a在開始掃除時製作簡易的地圖。此時，第1繪製部66a在記憶體61中未記憶有地圖的情況下製作簡易的地圖。即，在記憶體61中記憶有地圖的情況下，不需要第1繪製部66a的繪製。
第2繪製部66b是將照相機51拍攝到的圖像、即距離算出部63所算出的物體的三維資料追加反映於地圖中的構件。即，所述第2繪製部66b根據距離算出部63所算出的特徵點的三維座標中的y軸成分(上下成分)，將詳細資訊、位於配置有電動 掃除機11(本體殼體20(圖2))的掃除區域內的物體(障礙物)等的二維位置及高度追加於藉由第1繪製部66a簡易地製作的地圖即簡易地圖、或者記憶體61中所記憶的地圖中。所述詳細資訊例如是指地毯的厚度、或床下部的高度等。再者，本實施形態中，由繪製部66製作的地圖設為由記憶體61等展開的資料。即，所述地圖的資料包括三維資料，即物體的二維配置位置資料及高度資料。另外，所述地圖的資料亦可更包含記錄掃除時電動掃除機11(本體殼體20(圖2))的移行軌跡的移行軌跡資料。
移行計劃設定部67基於繪製部66所製作的地圖、及自身位置推斷部65推斷出的自身位置來設定最適合的移行路線。此處，作為所製作的最適合的移行路線，設定如下可有效率地進行移行(掃除)的路線：可以最短移行距離在地圖中的能夠掃除的區域(除障礙物或階差部等無法移行的區域以外的區域)進行移行的路線，例如電動掃除機11(本體殼體20(圖2))盡可能地徑直前進(方向變換最少)的路線，與成為障礙物的物體接觸少的路線，或者在相同的部位重複移行的次數最少的路線等。另外，所述移行計劃設定部67亦可在設定移行路線時，基於地圖(簡易地圖)來把握掃除區域的形狀或廣度，而設定首先要掃除的場所，或確認假定掃除中必需的二次電池29的電容，或對掃除區域進行分割。再者，本實施形態中，由移行計劃設定部67設定的移行路徑設為由記憶體61等展開的資料(移性路線資料)。
未掃除部位推斷部68是基於三維資料與本體殼體20 (圖2)的移行軌跡資料來推斷未能掃除的場所的構件。即，所述未掃除部位推斷部68將示出地圖的三維資料與本體殼體20(圖2)的移行軌跡資料進行比較，而將電動掃除機11(本體殼體20(圖2))能夠移行的區域中未形成有移行軌跡的部位推斷為未能掃除的場所。所述未能掃除的場所可反映於繪製部66所製作的地圖中。
輸入/輸出部28是獲得自未圖示的遙控器等外部裝置發送的控制命令、或自設置於本體殼體20(圖2)的開關或者觸控面板等輸入機構(輸入部)輸入的控制命令，並且對例如充電裝置12(圖2)等發送訊號的構件。所述輸入/輸出部28例如包括向充電裝置12(圖2)等發送無線訊號(紅外線訊號)的例如紅外線發光元件等未圖示的發送機構(發送部)、以及接收來自充電裝置12(圖2)或遙控器等的無線訊號(紅外線訊號)的例如光電晶體(phototransistor)等未圖示的接收機構(接收部)等。
二次電池29是對移行部21、掃除部22、資料通訊部23、攝像部24、感測部25、控制部26、圖像處理部27及輸入/輸出部28等進行供電的構件。另外，所述二次電池29與例如在本體殼體20(圖2)的下部等露出的作為連接部的充電端子71(圖3)電性連接，該些充電端子71(圖3)與充電裝置12(圖2)側電性且機械性連接，藉此經由所述充電裝置12(圖2)進行充電。
圖2中示出的充電裝置12內置有例如定電流電路等充電電路。另外，在所述充電裝置12中設置有二次電池29(圖1)的充電用的充電用端子73。所述充電用端子73與充電電路電性連 接，且會與返回至充電裝置12的電動掃除機11的充電端子71(圖3)機械性與電性連接。
圖4中示出的家用閘道器14亦被稱為存取點(access point)等，設置於房屋內，例如藉由有線而連接於網路15。
伺服器16是與網路15連接的電腦(雲端伺服器)，能夠保存各種資料。
外部裝置17是在房屋的內部例如能夠經由家用閘道器14而與網路15進行有線或無線通訊，並且在房屋的外部能夠與網路15進行有線或無線通訊的例如個人電腦(personal computer，PC)(平板終端機(平板PC))或智慧型手機(行動電話)等通用器件。所述外部裝置17具有至少顯示圖像的顯示功能。
其次，一邊參照圖示一邊對所述一實施形態的動作進行說明。
通常，電動掃除裝置大致分為藉由電動掃除機11進行掃除的掃除作業、以及藉由充電裝置12對二次電池29進行充電的充電作業。充電作業使用利用內置於充電裝置12中的充電電路的已知的方法，故而僅對掃除作業進行說明。另外，亦可另行包括根據來自外部裝置17等的指令藉由照相機51來對規定的對象物進行拍攝的攝像作業。
首先，對掃除的開始至結束為止的概略進行說明。電動掃除機11若開始掃除則自充電裝置12脫離，在記憶體61中未記憶有地圖的情況下，基於照相機51拍攝到的圖像，藉由第1繪製 部66a來製作簡易的地圖，控制部26對電動掃除機11(本體殼體20)一邊以沿基於該簡易的地圖由移行計劃設定部67所設定出的移行路線進行移行的方式進行控制，一邊藉由掃除部22進行掃除。在記憶體61中記憶有地圖的情況下，控制部26對電動掃除機11(本體殼體20)一邊以沿基於該地圖由移行計劃設定部67所設定出的移行路線進行移行的方式進行控制，一邊藉由掃除部22進行掃除。在所述掃除進行的過程中，基於照相機51拍攝到的圖像，藉由第2繪製部66b來檢測物體的二維配置位置及高度，反映於地圖中並記憶於記憶體61中。並且，若掃除結束，則控制部26以使電動掃除機11(本體殼體20)向充電裝置12返回的方式進行移行控制，在返回至充電裝置12後，在規定的時機轉移至二次電池29的充電作業。
更詳細而言，電動掃除機11在例如達到預先設定的掃除開始時刻時、或輸入/輸出部28接收到由遙控器或外部裝置17所發送的掃除開始的控制命令時等時機，將控制部26自待機模式切換至移行模式，所述控制部26(移行控制部)使馬達(驅動輪34)驅動而自充電裝置12脫離規定距離。
其次，電動掃除機11參照記憶體61，對記憶體61中是否記憶有地圖進行判斷。在記憶體61中未記憶有地圖的情況下，藉由繪製部66的第1繪製部66a來製作掃除區域的簡易地圖，基於該簡易地圖而由移行計劃設定部67製作最適合的移行路線。
在製作簡易地圖時，概略而言，電動掃除機11一邊在 自充電裝置12脫離的位置迴旋(軸轉迴旋)，一邊基於照相機51拍攝到的圖像來獲得物體(牆壁或障礙物等)的二維配置位置資料及高度資料，製作簡易地圖(簡易地圖製作模式)。然後，若製作整個掃除區域的簡易地圖，則結束簡易地圖製作模式，轉移至後述的掃除模式。
更具體而言，例如如圖6(a)所示般電動掃除機11(本體殼體20)自連接於充電裝置12的狀態，自充電裝置12脫離規定距離後，以規定角度迴旋(軸轉迴旋)同時由照相機51(圖2)拍攝圖像。此時，電動掃除機11(本體殼體20)的迴旋角度例如設為360°。然後，根據所拍攝到的物體(特徵點)的與電動掃除機11(本體殼體20)相隔的距離及當前的電動掃除機11(本體殼體20)的位置辨識障礙物的位置(二維座標)，如圖6(b)所示般製作地圖M(圖中以粗線表示)。此時，對於成為照相機51的死角的位置，視為障礙物或牆壁進行處理。
另一方面，在記憶體61中預先記憶有地圖的情況下，不製作簡易地圖，而是基於記憶體61中所記憶的地圖，藉由移行計劃設定部67來製作最適合的移行路線。
並且，沿移行計劃設定部67所製作的移行路線，電動掃除機11一邊在掃除區域內自律移行一邊進行掃除(掃除模式)。所述掃除模式中，掃除部22例如藉由經控制機構26(掃除控制部)驅動的電動鼓風機40、有刷馬達(旋轉刷41)或邊刷馬達(邊刷43)，將地面的塵埃經由吸入口31收集至集塵部。
在自律移行時，概略而言，電動掃除機11使掃除部22運行，一邊沿移行路線前進一邊藉由照相機51拍攝行進方向前方的圖像，並且藉由障礙物檢測部64來檢測成為障礙物的物體，同時藉由感測部25對周邊進行感測，藉由自身位置推斷部65定期推斷自身位置，反覆進行以上動作。此時，基於照相機51拍攝到的圖像，繪製部66的第2繪製部66b將特徵點的詳細資訊(高度資料)反映於地圖中，藉此而完成地圖。另外，亦可藉由自身位置推斷部65進行電動掃除機11(本體殼體20)的自身位置的推斷，而製作電動掃除機11(本體殼體20)的移行軌跡資料。
若走完所設定的移行路線，則電動掃除機11返回至充電裝置12。並且，在所述返回後即刻、或在返回後經過規定時間時、或者在到達規定時刻時等，控制部26在適當的時機自移行模式切換為充電模式，轉移至二次電池29的充電。
再者，完成的地圖M如圖7視覺上所示般，掃除區域(房間)被分割為規定大小的四邊形(正方形)等的網格，針對每個網格關聯高度資料來加以記憶。物體的高度是基於照相機51拍攝到的圖像而由距離算出部63獲得。例如，圖7中示出的地圖M具有：使地面產生凸階差部的障礙物即地毯C、具有電動掃除機11(本體殼體20)能夠進入下部的高度的障礙物即床B、具有電動掃除機11(本體殼體20)能夠進入下部的高度的障礙物即沙發S、不能移行的障礙物即架子R、床B或沙發S的障礙物即腳部LG、以及包圍掃除區域的不能移行的障礙物即牆壁W等。所述地圖的 資料不僅記憶於記憶體61中，且可由資料通訊部23經由網路15而發送至伺服器16來記憶，或者發送至外部裝置17而記憶於外部裝置17的記憶體中。
並且，根據以上說明的一實施形態，基於照相機51拍攝到的圖像算出至位於移行方向側的物體為止的距離，基於照相機51拍攝到的圖像算出本體殼體20的位置，並且基於該些算出結果而藉由三維資料製作移行場所的地圖，藉由基於該製作出的地圖的三維資料對驅動輪34(馬達)的動作進行控制而使本體殼體20自律移行，藉此而提升地圖的製作精度，基於三維資料，移行障礙的判斷變得容易。結果，可根據掃除區域，至各個角落更細緻地對電動掃除機11(本體殼體20)進行移行控制，可效率佳地進行掃除。
具體而言，三維資料包括物體的二維配置位置資料及高度資料，因此容易判斷例如電動掃除機11(本體殼體20)是否可進入床的下方，或者電動掃除機11(本體殼體20)是否可在地毯等階差部移行等。
因此，例如在判斷出地面上鋪有地毯的情況下，藉由使非地毯面與地毯面上的掃除方法不同，而可提升掃除性能。具體而言，例如在非地毯面，使電動鼓風機40的吸入力降低，而可抑制耗電，從而使二次電池29持久；在地毯面，控制部26以降低移行速度、且增加電動鼓風機40的吸入力的方式進行控制，藉此可更容易地藉由掃除部22來去除地毯上所附著的塵埃。
繪製部66包括基於照相機51拍攝到的圖像簡易地製作地圖的第1繪製部66a、及將照相機51所拍攝到的物體的三維資料追加反映於地圖中的第2繪製部66b，因而，根據簡易地製作出的地圖，移行計劃設定部67可在初始階段設定移行路線時等，基於該簡易地圖來把握掃除區域的形狀或廣度，從而使設定首先要掃除的場所，或確認假定掃除中必需的二次電池29的電容，或對掃除區域進行分割之類的判斷變得容易，並且隨著繼續進行掃除，地圖的精度提升，因而最終所製作的地圖的精度高，可在下次以後的掃除時有效利用。
第1繪製部66a基於控制部26以使本體殼體20回旋的方式對驅動輪34(馬達)的動作進行控制而由照相機51拍攝到的圖像來製作簡易地圖，因而可以短時間容易地製作簡易的地圖。
另外，藉由包括記憶地圖的資料的記憶體61，在進行第二次以後的掃除時，可基於前一次掃除時製作的地圖容易地設定移行路線等，可立刻開始掃除。
並且，所述繪製部66所製作的地圖在本實施形態中例如可如以下般來應用。
例如，資料通訊部23經由網路15對連接於網路15的外部裝置17發送地圖的資料，藉此例如可使外部裝置17實時地顯示地圖。
另外，資料通訊部23經由網路15對連接於網路15的伺服器16收發地圖的資料，藉此可將前一次掃除時製作的地圖記 憶於伺服器16中，視需要而自該伺服器16讀出，因而例如亦可將記憶體61設為不設置於電動掃除機11的構成。
另外，地圖的資料中包括三維資料及本體殼體20的移行軌跡資料，藉此可使外部裝置17實時地顯示反映物體的三維資料與本體殼體20的移行軌跡資料的地圖。
並且，基於三維資料與本體殼體20的移行軌跡資料，未掃除部位推斷部68對未能掃除的場所進行推斷，藉此例如能夠將未能掃除的部位顯示於地圖。
特別是，藉由照相機51來拍攝所述推斷出的未能掃除的場所的圖像，更詳細而言，控制部26以使電動掃除機11(本體殼體20)移行至能夠藉由照相機51來拍攝未能掃除的場所的圖像的場所的方式對驅動輪34(馬達)的動作進行控制，藉此可對所有者在視覺上明確地傳達未能掃除的部位。
並且，利用資料通訊部23，經由網路15來發送所述推斷結果，藉此，例如如圖8所示般，能夠將反映未能掃除的場所P的地圖M、及未能掃除的場所的具體的圖像G分別顯示於連接於網路15的外部裝置17。該例中，例如由沿地面而自牆壁W突出的纜線CB與牆壁W所包圍的部分成為未能掃除的場所P(電動掃除機11(本體殼體20)靠近而未能移行的場所)。因此，可促使所有者自己對所述未能掃除的場所進行掃除、或者以在下一次掃除時能夠藉由電動掃除機11來對所述場所進行自動掃除的方式整理掃除區域等而參與到自律掃除中。
控制部26以基於自外部裝置17發送的控制命令使電動掃除機11(本體殼體20)移行的方式對驅動輪34(馬達)的動作進行控制，藉此，例如所有者能夠參照外部裝置17所顯示出的地圖而輸入使電動掃除機11(本體殼體20)移行至所期望的場所的控制命令等，從而任意地對電動掃除機11(本體殼體20)進行遠程操作。
具體而言，控制命令包含如下移行控制資訊，所述移行控制資訊用以令控制部26以使本體殼體20移行至地圖上打算要進行移動的場所的方式對驅動輪34(馬達)的動作進行控制，藉此，例如所有者能夠藉由點擊外部裝置17所顯示出的地圖的所期望的位置等以畫面示出地圖上的所期望的部位的簡單的操作，來給出向所述所期望的部位引導電動掃除機11(本體殼體20)的指示。
另外，控制命令包含如下移行控制資訊，所述移行控制資訊用以令控制部26以不使本體殼體20向地圖上不打算進入的場所移行的方式對驅動輪34(馬達)的動作進行控制，藉此，例如所有者能夠藉由對外部裝置17所顯示出的地圖上的所期望的位置進行畫線等、即藉由在地圖上示出的簡單的操作，來給出以不使電動掃除機11(本體殼體20)進入至所述所期望的位置的方式加以引導的指示。
再者，所述一實施形態中，距離算出部63使用藉由多個(一對)照相機51分別拍攝到的圖像來算出特徵點的三維座標， 但例如亦可利用一個照相機51，而使用一邊使本體殼體20移動一邊分時拍攝到的多個圖像來算出特徵點的三維座標。
已對本發明的一實施形態進行說明，但所述實施形態是作為例示起提示作用，並不意圖限定發明的範圍。所述新穎的實施形態可藉由其他各種形態來實施，在不脫離發明的主旨的範圍內，可進行各種省略、置換、變更。所述實施形態及其變形包含於發明的範圍及主旨內，並且包含於申請專利範圍所述的發明及其同等範圍內。

Claims (12)

  1. 一種電動掃除機，包括：本體殼體；驅動部，使所述本體殼體能夠移行；攝像機構，配置於所述本體殼體，對所述本體殼體的移行方向側進行拍攝；距離算出機構，基於所述攝像機構拍攝到的圖像算出至位於所述移行方向側的物體為止的距離；自身位置推斷機構，基於所述攝像機構拍攝到的圖像算出所述本體殼體的位置；繪製機構，基於所述距離算出機構及所述自身位置推斷機構的算出結果，藉由三維資料來製作移行場所的地圖；以及控制機構，基於所述繪製機構所製作的地圖的所述三維資料對所述驅動部的動作進行控制，藉此使所述本體殼體自律移行，其中所述地圖的資料包括所述三維資料及所述本體殼體的移行軌跡資料，所述電動掃除機更包括：未掃除部位推斷機構，基於所述三維資料與所述本體殼體的移行軌跡資料來推斷未能掃除的場所。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電動掃除機，其中所述三維資料包括物體的二維配置位置資料及高度資料。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電動掃除機，其中所述繪製機構包括：第1繪製機構，基於所述攝像機構拍攝到的圖像簡易地製作地圖；以及第2繪製機構，將所述攝像機構所拍攝到的物體的所述三維資料追加反映於所述地圖中。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電動掃除機，其中所述第1繪製機構基於所述控制機構以使所述本體殼體回旋的方式對所述驅動部的動作進行控制而由所述攝像機構拍攝到的圖像來製作簡易的地圖。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電動掃除機，包括：記憶機構，記憶所述地圖的資料。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電動掃除機，包括：資料通訊機構，對顯示終端機經由網路來發送所述地圖的資料。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電動掃除機，其中所述資料通訊機構對連接於所述網路的伺服器，經由所述網路來收發所述地圖的資料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電動掃除機，其中所述攝像機構對所述未掃除部位推斷機構推斷出的場所的圖像進行拍攝。
  9. 如申請專利範圍第1項或第8項所述的電動掃除機，包括：資訊發送機構，將所述未掃除部位推斷機構的推斷結果藉由通訊而發送至所述網路。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電動掃除機，其中所述控制機構以基於自外部裝置發送的控制命令使所述本體殼體移行的方式對所述驅動部的動作進行控制。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電動掃除機，其中所述控制命令包含移行控制資訊，所述移行控制資訊用以令所述控制機構以使所述本體殼體移行至所述地圖上打算要進行移動的場所的方式對所述驅動部的動作進行控制。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的電動掃除機，其中所述控制命令包含移行控制資訊，所述移行控制資訊用以令所述控制機構以不使所述本體殼體向所述地圖上不打算進入的場所移行的方式對所述驅動部的動作進行控制。
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