JP4848871B2 - Autonomous mobile device - Google Patents

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Description

本発明は、障害物を回避しながら目標地点まで移動する自律移動装置に関する。   The present invention relates to an autonomous mobile device that moves to a target point while avoiding an obstacle.

空間の形状を3次元で測定する3次元測定装置が知られている。この3次元測定装置は、光線を走査軸周りに走査することにより光線が走査された走査線上の距離データを測定する距離測定装置と、距離測定装置を走査軸と直交する回転軸周りに一定の角速度で回転させる回転装置と、距離測定装置で得られた距離データと回転装置の回転角を用いて3次元距離データを演算する演算装置を有している。
この測定装置では、距離測定装置が光線を照射しながら光線を照射する方向を走査軸周りで変化させる。距離測定装置は、各照射角度において光線を照射し、光線を照射した方向に物体が存在するか否かを検出する。光線を照射した方向に物体が存在する場合には、その物体までの距離を測定する。すなわち、距離測定装置は、光線を照射した走査軸周りの角度と物体までの距離によって表される2次元距離データを測定する。2次元距離データの測定と同時に、回転装置が回転軸回りに距離測定装置を回転させ、距離測定装置による光線の照射方向が回転軸周りで変更される。その際、回転装置による回転軸周りの回転角(すなわち、距離測定装置が光線を照射した回転軸周りの角度)がセンサによって検出される。光線を照射した走査軸周りの角度と回転軸周りの角度が分かれば、光線を照射した方向を特定することができる。このため、演算装置は、距離測定装置で測定された2次元距離データとセンサで検出された回転装置の回転角とを用いて3次元距離データを演算する。
なお、特許文献1には、光線を走査軸周りに走査することで光線が走査された走査線上の距離データを測定する距離測定装置を用いて空間の3次元形状を測定する技術が開示されている。特許文献1の技術では、鉄道車両上に距離測定装置を設置し、距離測定装置によって2次元距離データを測定するとともに、鉄道車両を移動させることによって、空間の3次元形状を測定している。
A three-dimensional measuring apparatus that measures the shape of a space in three dimensions is known. The three-dimensional measuring device includes a distance measuring device that measures distance data on a scanning line scanned with a light beam by scanning the light beam around a scanning axis, and a distance measuring device that is fixed around a rotation axis orthogonal to the scanning axis. A rotation device that rotates at an angular velocity, and a calculation device that calculates three-dimensional distance data using the distance data obtained by the distance measurement device and the rotation angle of the rotation device.
In this measuring device, the distance measuring device changes the direction of irradiating the light beam around the scanning axis while irradiating the light beam. The distance measuring device emits a light beam at each irradiation angle and detects whether or not an object exists in the direction in which the light beam is irradiated. When an object is present in the direction in which the light is irradiated, the distance to the object is measured. That is, the distance measuring device measures two-dimensional distance data represented by an angle around a scanning axis irradiated with a light beam and a distance to an object. Simultaneously with the measurement of the two-dimensional distance data, the rotation device rotates the distance measurement device around the rotation axis, and the irradiation direction of the light beam by the distance measurement device is changed around the rotation axis. At that time, the rotation angle around the rotation axis by the rotation device (that is, the angle around the rotation axis at which the distance measuring device irradiates light) is detected by the sensor. If the angle around the scanning axis irradiated with the light beam and the angle around the rotation axis are known, the direction irradiated with the light beam can be specified. Therefore, the calculation device calculates the three-dimensional distance data using the two-dimensional distance data measured by the distance measurement device and the rotation angle of the rotation device detected by the sensor.
Patent Document 1 discloses a technique for measuring a three-dimensional shape of a space using a distance measuring device that measures distance data on a scanning line scanned with a light beam by scanning the light beam around a scanning axis. Yes. In the technique of Patent Document 1, a distance measuring device is installed on a railway vehicle, two-dimensional distance data is measured by the distance measuring device, and a three-dimensional shape of a space is measured by moving the railway vehicle.

特開2005−69700号公報JP 2005-69700 A

この種の3次元測定装置を搭載した自律移動装置が知られている。このような自律移動装置では、自律移動装置の進行方向の床面等の3次元形状の測定を行うことがある。例えば、自律移動装置は、進行方向の床面形状を計測することで進行方向にある障害物を検出し、床面を安全に移動することができる。
一方、自律移動装置では、通常、距離測定装置が走査軸及び自律移動装置の進行方向と直交する回転軸周りに一定の角速度で回転される。このように、距離測定装置を回転軸周りに一定の角速度で回転させて平面の形状を測定すると、平面上の距離測定装置から遠い位置では光線が走査される間隔が広くなり、測定の解像度が低下する。このため、自律移動装置から遠い位置にある障害物を早期に検出することができない。このように、従来の自律移動装置では、平面上の距離測定装置から遠い位置の形状を測定する際に解像度が低下するという問題があった。
An autonomous mobile device equipped with this type of three-dimensional measuring device is known. Such an autonomous mobile device may measure a three-dimensional shape such as a floor surface in the traveling direction of the autonomous mobile device. For example, the autonomous mobile device can detect an obstacle in the traveling direction by measuring the floor surface shape in the traveling direction, and can safely move the floor surface.
On the other hand, in the autonomous mobile device, the distance measuring device is usually rotated at a constant angular velocity around a rotation axis that is orthogonal to the scanning axis and the traveling direction of the autonomous mobile device. In this way, when the distance measuring device is rotated around the rotation axis at a constant angular velocity and the shape of the plane is measured, the distance at which the light beam is scanned becomes wider at a position far from the distance measuring device on the plane, and the measurement resolution is reduced. descend. For this reason, the obstacle in the position far from the autonomous mobile device cannot be detected at an early stage. Thus, the conventional autonomous mobile device has a problem that the resolution is lowered when measuring the shape of the position far from the distance measuring device on the plane.

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、測定面上の距離測定装置から遠い位置の形状を測定する際にも解像度の低下を抑制することができる自律移動装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an autonomous mobile device that can suppress a decrease in resolution even when measuring the shape of a position far from the distance measuring device on the measurement surface. With the goal.

本発明の自律移動装置は、所定周期で光線を走査軸周りに走査することで光線が走査された走査線上の距離データを測定する距離測定装置と、距離測定装置が取付けられ、距離測定装置を走査軸及び自律移動装置の進行方向と直交する回転軸周りに回転させる回転装置と、回転装置が搭載される移動体と、回転装置の回転角を検出するセンサと、距離測定装置から入力される距離データとセンサから入力される回転角を用いて3次元距離データを演算する演算装置と、回転装置の回転軸周りの回転運動を制御する回転制御装置と、
演算装置で演算された3次元距離データを用いて移動体の移動方向及び移動速度を制御する移動体制御装置とを有している。そして、回転制御装置が、距離測定装置から基準平面に向けて光線を走査する場合に、その基準平面上の距離測定装置から遠い位置に光線を走査するときは、その基準平面上の距離測定装置から近い位置に光線を走査するときに比べて遅い角速度で回転装置を回転させることを特徴とする。
この自律移動装置では、回転制御装置が、基準平面上の距離測定装置から遠い位置に光線を走査するときは、その基準平面上の距離測定装置から近い位置に光線を走査するときに比べて遅い角速度で回転装置を回転させる。従って、回転装置を一定の角速度で回転させる場合と比較して、基準平面上の距離測定装置から遠い位置に光線を走査する場合にも、光線が走査される間隔が広くなることが抑えられ、解像度の低下を抑制することができる。
ここで、「基準平面」とは、自律移動装置により形状を測定する対象として設定された平面をいう。したがって、測定対象として設定された平面と実際に測定する平面とは異なっていてもよい。例えば、自律移動装置が水平な床面の形状を測定すると設定された場合において、自律移動装置が実際に測定する床面が傾斜していてもよい。この場合、回転制御装置は実際に測定する平面の形状によっては、距離測定装置からの距離が遠くなるにつれて、光線が走査される間隔が広く(又は狭く)なることがある。なお、「基準平面」の設定方法としては、回転装置を回転軸周りに等角速度で回転させて測定した平面を「基準平面」として設定してもよい。例えば、自律移動装置が傾斜した床面を測定する場合、まず、回転装置を回転軸周りに等角速度で回転させて床面を測定し、その測定結果から床面の傾斜角を算出し、その算出された傾斜角で傾く床面を「基準平面」とする。
The autonomous mobile device of the present invention includes a distance measuring device that measures distance data on a scanning line scanned with a light beam by scanning the light beam around a scanning axis at a predetermined period, and a distance measuring device attached to the distance measuring device. Input from a distance measuring device, a rotating device that rotates around a rotation axis that is orthogonal to the scanning axis and the traveling direction of the autonomous moving device, a moving body on which the rotating device is mounted, a sensor that detects the rotation angle of the rotating device, An arithmetic device that calculates three-dimensional distance data using the distance data and a rotation angle input from the sensor, a rotation control device that controls the rotational motion around the rotation axis of the rotating device, and
And a moving body control device that controls the moving direction and moving speed of the moving body using the three-dimensional distance data calculated by the calculation device. When the rotation control device scans the light beam from the distance measurement device toward the reference plane, when scanning the light beam at a position far from the distance measurement device on the reference plane, the distance measurement device on the reference plane. The rotating device is rotated at an angular velocity slower than that when scanning a light beam at a position close to the position.
In this autonomous mobile device, when the rotation control device scans the light beam at a position far from the distance measuring device on the reference plane, it is slower than when the light beam is scanned at a position near the distance measuring device on the reference plane. The rotating device is rotated at an angular velocity. Therefore, as compared with the case where the rotating device is rotated at a constant angular velocity, when the light beam is scanned at a position far from the distance measuring device on the reference plane, the interval at which the light beam is scanned is suppressed, Reduction in resolution can be suppressed.
Here, the “reference plane” refers to a plane set as a target whose shape is measured by the autonomous mobile device. Therefore, the plane set as the measurement target may be different from the plane actually measured. For example, when the autonomous mobile device is set to measure the shape of a horizontal floor surface, the floor surface actually measured by the autonomous mobile device may be inclined. In this case, depending on the shape of the plane in which the rotation control device is actually measured, as the distance from the distance measuring device increases, the interval at which the light beam is scanned may become wider (or narrower). As a method for setting the “reference plane”, a plane measured by rotating the rotating device around the rotation axis at an equal angular velocity may be set as the “reference plane”. For example, when measuring an inclined floor surface by an autonomous mobile device, first, measure the floor surface by rotating the rotating device around the rotation axis at an equiangular velocity, and calculate the inclination angle of the floor surface from the measurement result. A floor surface inclined at the calculated inclination angle is defined as a “reference plane”.

上述の自律移動装置は、回転制御装置の回転軌道が、距離測定装置から基準平面上の光線が走査される位置までの距離が長くなるのに従って、回転装置の回転角速度が遅くなるように決定されていることが好ましい。
このような構成によれば、距離測定装置から基準平面上の光線が走査される位置までの距離に応じて回転速度が制御されるため、基準平面上に適切に光線を走査することができる。
In the autonomous mobile device described above, the rotation trajectory of the rotation control device is determined so that the rotation angular velocity of the rotation device becomes slower as the distance from the distance measurement device to the position where the light beam on the reference plane is scanned becomes longer. It is preferable.
According to such a configuration, since the rotational speed is controlled according to the distance from the distance measuring device to the position where the light beam on the reference plane is scanned, it is possible to appropriately scan the light beam on the reference plane.

上述の自律移動装置は、回転制御装置が、自律移動装置が移動する床面に相当する平面を基準平面として回転装置を制御することが好ましい。
このような構成によれば、距離測定装置によって自律移動装置が移動する床面形状が測定されるため、自律移動装置は安全に床面上を移動することができる。
In the above-described autonomous mobile device, it is preferable that the rotation control device controls the rotary device using a plane corresponding to a floor surface on which the autonomous mobile device moves as a reference plane.
According to such a configuration, since the floor shape on which the autonomous mobile device moves is measured by the distance measuring device, the autonomous mobile device can safely move on the floor surface.

上述の自律移動装置は、回転制御装置の回転軌道は、距離測定装置の各周期において基準平面上に走査される光線の走査線の間隔が等間隔となるように決定されていることが好ましい。
このような構成によれば、基準平面に対して等間隔に光線が走査されるため、基準平面に対応する平面の形状を均一な解像度で測定することができる。
In the above-described autonomous mobile device, it is preferable that the rotation trajectory of the rotation control device is determined so that the intervals between the scanning lines of the light beams scanned on the reference plane in each cycle of the distance measuring device are equal.
According to such a configuration, since the light beams are scanned at equal intervals with respect to the reference plane, the shape of the plane corresponding to the reference plane can be measured with a uniform resolution.

下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
(形態1)自律移動装置は、自律移動体と、自律移動体上に搭載された3次元測定装置によって構成されている。
(形態2)3次元測定装置は、レーザを走査軸周りに走査することでレーザが走査された走査面上の距離データを測定するレーザレンジセンサと、レーザレンジセンサが取付けられ、レーザレンジセンサを走査軸と直交するピッチ軸周りに回転させる回転装置と、回転装置の回転角を検出するセンサと、レーザレンジセンサから入力される距離データとセンサから入力される回転角を用いて3次元距離データを演算する演算装置と、回転装置の回転軸周りの回転運動を制御する回転制御装置を有している。
(形態3)回転制御装置は、レーザレンジセンサから基準平面に向けてレーザを走査する場合に、その基準平面上のレーザレンジセンサから遠い位置に光線を走査するときは、その基準平面上のレーザレンジセンサから近い位置に光線を走査するときに比べて遅い角速度で回転装置を回転させる。
(形態4)回転制御装置の回転軌道は、レーザレンジセンサから基準平面上のレーザが走査される位置までの距離が長くなるのに従って、回転装置の回転角速度が遅くなるように決定されている。
(形態5)回転制御装置の回転軌道は、距離測定装置の各周期において基準平面上に走査される光線の走査線の間隔が等間隔となるように決定されている。
(形態6)回転制御装置は、自律移動装置が移動する床面に相当する平面を基準平面として回転装置を制御する。
(形態7)自律移動体は、4つの車輪を駆動することによって移動する4輪台車と、4輪台車の車輪の回転数を制御することによって4輪台車の移動方向及び移動速度を制御する移動体制御装置によって構成されている。
The main features of the embodiments described in detail below are listed first.
(Mode 1) The autonomous mobile device includes an autonomous mobile body and a three-dimensional measuring device mounted on the autonomous mobile body.
(Mode 2) A three-dimensional measuring apparatus is provided with a laser range sensor for measuring distance data on a scanning surface scanned with a laser by scanning the laser around a scanning axis, and a laser range sensor. Three-dimensional distance data using a rotation device that rotates around a pitch axis orthogonal to the scanning axis, a sensor that detects the rotation angle of the rotation device, distance data that is input from the laser range sensor, and rotation angle that is input from the sensor And a rotation control device for controlling the rotational movement around the rotation axis of the rotating device.
(Mode 3) When the rotation control device scans the laser from the laser range sensor toward the reference plane, when scanning the light beam at a position far from the laser range sensor on the reference plane, the laser on the reference plane The rotating device is rotated at a slower angular velocity than when scanning a light beam at a position close to the range sensor.
(Mode 4) The rotation trajectory of the rotation control device is determined so that the rotation angular velocity of the rotation device becomes slower as the distance from the laser range sensor to the position where the laser on the reference plane is scanned becomes longer.
(Embodiment 5) The rotation trajectory of the rotation control device is determined such that the intervals between the scanning lines of the light beams scanned on the reference plane in each period of the distance measuring device are equal.
(Mode 6) The rotation control device controls the rotation device using a plane corresponding to the floor surface on which the autonomous mobile device moves as a reference plane.
(Mode 7) The autonomous mobile body is a four-wheel carriage that moves by driving four wheels, and a movement that controls the moving direction and speed of the four-wheel carriage by controlling the rotation speed of the wheels of the four-wheel carriage. It is constituted by a body control device.

本発明の一実施例に係る自律移動装置について図面を参照して説明する。図1及び図2に示す自律移動装置10は、空間の3次元形状を測定することで障害物を検知し、障害物を回避しながら床面上を走行する。なお、以下では、自律移動装置10の進行方向をX方向、鉛直方向をZ方向、X方向及びZ方向に直行する方向をY方向という。自律移動装置10は、自律移動体16と、自律移動体16上に搭載された3次元測定装置18によって構成されている。   An autonomous mobile device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The autonomous mobile device 10 shown in FIGS. 1 and 2 detects an obstacle by measuring the three-dimensional shape of the space, and travels on the floor surface while avoiding the obstacle. Hereinafter, the traveling direction of the autonomous mobile device 10 is referred to as the X direction, the vertical direction is referred to as the Z direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Z direction is referred to as the Y direction. The autonomous mobile device 10 includes an autonomous mobile body 16 and a three-dimensional measuring device 18 mounted on the autonomous mobile body 16.

(A)自律移動体16の構成
自律移動体16は、4輪台車40と、4輪台車40を制御する制御装置14によって構成されている。
4輪台車40は、台車本体42と、台車本体42を支持する4つの車輪44a〜44dによって構成されている。台車本体42上には、3次元測定装置18が搭載されている。車輪44a〜44dにはモータ46a〜46dが接続されている。モータ46a〜46dが回転すると、車輪44a〜44dが回転し、自律移動装置10は移動する。車輪44a〜44dの回転速度を調節することによって自律移動装置10の移動速度を調節でき、左右の車輪44a〜44dの回転速度を変えることで自律移動装置10の移動方向を変更することができる。モータ46a〜46dにはエンコーダ48a〜48dがそれぞれ接続され、エンコーダ48a〜48dによって各モータ46a〜46dの回転量o、p、q、r(すなわち、車輪の回転量)が検出される。エンコーダ48a〜48dは、制御装置14に電気的に接続されている。エンコーダ48a〜48dで検出した車輪の回転量o、p、q、rは制御装置14に入力される。
制御装置14は、CPU,ROM,RAMを備えたマイクロプロセッサ等によって構成されている。制御装置14は、台車本体42に搭載されており、モータ46a〜46d及びエンコーダ48a〜48dと電気的に接続されている。制御装置14には図示しない入力装置が接続され、入力装置によって制御装置14に目的地が設定(入力)される。また、制御装置14は、後述する3次元測定装置18の制御装置52と電気的に接続されている。後で詳述するが、3次元測定装置18の制御装置52は3次元マップを算出し、3次元マップは制御装置14へ入力される。制御装置14は、入力された3次元マップ及び目的地に基づいて、モータ46a〜46dの目標回転速度を算出する。そして、エンコーダ48a〜48dから入力される回転量o、p、q、rに基づいて算出される各モータ46a〜46dの回転速度と、算出された目標回転速度との差に基づいて、各モータ46a〜46dに制御指令値を入力する。各モータ46a〜46dは、入力された制御指令値に基づいて駆動するので、自律移動装置10は目的地に向かって移動する。
また、制御装置14は、エンコーダ48a〜48dから入力される回転量o,p,q,rに基づいて自律移動体16の位置及び進行方向を算出し、算出された自律移動体16の位置及び進行方向を制御装置52に入力する。
(A) Configuration of Autonomous Moving Body 16 The autonomous moving body 16 is configured by a four-wheel cart 40 and a control device 14 that controls the four-wheel cart 40.
The four-wheel carriage 40 includes a carriage main body 42 and four wheels 44 a to 44 d that support the carriage main body 42. On the carriage main body 42, the three-dimensional measuring device 18 is mounted. Motors 46a to 46d are connected to the wheels 44a to 44d. When the motors 46a to 46d rotate, the wheels 44a to 44d rotate and the autonomous mobile device 10 moves. The moving speed of the autonomous mobile device 10 can be adjusted by adjusting the rotational speed of the wheels 44a to 44d, and the moving direction of the autonomous mobile device 10 can be changed by changing the rotational speed of the left and right wheels 44a to 44d. Encoders 48a to 48d are respectively connected to the motors 46a to 46d, and the encoders 48a to 48d detect the rotation amounts o, p, q, and r (that is, wheel rotation amounts) of the motors 46a to 46d. The encoders 48 a to 48 d are electrically connected to the control device 14. The wheel rotation amounts o, p, q, and r detected by the encoders 48 a to 48 d are input to the control device 14.
The control device 14 includes a microprocessor having a CPU, ROM, and RAM. The control device 14 is mounted on the carriage main body 42 and is electrically connected to the motors 46a to 46d and the encoders 48a to 48d. An input device (not shown) is connected to the control device 14, and a destination is set (input) to the control device 14 by the input device. The control device 14 is electrically connected to a control device 52 of the three-dimensional measurement device 18 described later. As will be described in detail later, the control device 52 of the three-dimensional measuring device 18 calculates a three-dimensional map, and the three-dimensional map is input to the control device 14. The control device 14 calculates target rotation speeds of the motors 46a to 46d based on the input three-dimensional map and the destination. Then, based on the difference between the rotational speeds of the motors 46a to 46d calculated based on the rotation amounts o, p, q, and r input from the encoders 48a to 48d and the calculated target rotational speed, A control command value is input to 46a to 46d. Since each motor 46a-46d drives based on the input control command value, the autonomous mobile device 10 moves toward the destination.
Further, the control device 14 calculates the position and traveling direction of the autonomous mobile body 16 based on the rotation amounts o, p, q, and r input from the encoders 48a to 48d, and calculates the calculated position of the autonomous mobile body 16 and The traveling direction is input to the control device 52.

(B)3次元測定装置18の構成
3次元測定装置18は、レーザレンジセンサ20と、レーザレンジセンサ20を回転させる回転装置30と、制御装置52によって構成されている。回転装置30及び制御装置52は、4輪台車40上に設置されている。レーザレンジセンサ20は、回転装置30上に取付けられている。
(B) Configuration of 3D Measurement Device 18 The 3D measurement device 18 includes a laser range sensor 20, a rotation device 30 that rotates the laser range sensor 20, and a control device 52. The rotating device 30 and the control device 52 are installed on the four-wheel carriage 40. The laser range sensor 20 is mounted on the rotating device 30.

(B−1)回転装置30の構成
回転装置30は、フレーム35と、モータ37と、モータ37の回転角度を検出するエンコーダ38によって構成されている。
フレーム35は、4輪台車40上に固定されている基台部35aと、基台部35aの両端から上方にそれぞれ伸びる二つの縦フレーム35b、35cによって構成されている。縦フレーム35b,35cの先端近傍にはそれぞれ貫通孔36a,36bが形成されている(図3参照)。貫通孔36a,36bには、後述するレーザレンジセンサ20の軸部22a、22bがそれぞれ挿入されている。これによって、レーザレンジセンサ20が縦フレーム35b,35c間に回転可能に支持されている(詳細には、図1に示す回転軸32(すなわち、自律移動装置10のピッチ軸)周りに回転可能に支持されている)。
縦フレーム35bにはモータ37が設置されている。モータ37は、レーザレンジセンサ20の軸部22aに接続されている。モータ37が回転すると、それに応じて軸部22aが回転し、軸部22aが回転することでレーザレンジセンサ20が縦フレーム35b,35cに対して回転軸32周りに回転する。モータ37は、制御装置52と電気的に接続され、制御装置52から出力される制御指令値に従って回転する。モータ37には、モータ37の回転角度θ(すなわち、レーザレンジセンサ20の床面に対する角度θ(以下、鉛直角度θともいう))を検出するエンコーダ38が接続されている。エンコーダ38は、制御装置52と電気的に接続されており、エンコーダ38が検出したレーザレンジセンサ20の鉛直角度θは制御装置52に入力される。
(B-1) Configuration of Rotating Device 30 The rotating device 30 includes a frame 35, a motor 37, and an encoder 38 that detects the rotation angle of the motor 37.
The frame 35 includes a base portion 35a fixed on the four-wheel carriage 40 and two vertical frames 35b and 35c extending upward from both ends of the base portion 35a. Through holes 36a and 36b are formed near the ends of the vertical frames 35b and 35c, respectively (see FIG. 3). Shaft portions 22a and 22b of a laser range sensor 20 to be described later are inserted into the through holes 36a and 36b, respectively. Accordingly, the laser range sensor 20 is rotatably supported between the vertical frames 35b and 35c (specifically, the laser range sensor 20 can be rotated around the rotation axis 32 shown in FIG. 1 (that is, the pitch axis of the autonomous mobile device 10). Supported).
A motor 37 is installed on the vertical frame 35b. The motor 37 is connected to the shaft portion 22 a of the laser range sensor 20. When the motor 37 rotates, the shaft portion 22a rotates accordingly, and the shaft portion 22a rotates, so that the laser range sensor 20 rotates around the rotation shaft 32 with respect to the vertical frames 35b and 35c. The motor 37 is electrically connected to the control device 52 and rotates according to a control command value output from the control device 52. The motor 37 is connected to an encoder 38 that detects a rotation angle θ of the motor 37 (that is, an angle θ with respect to the floor surface of the laser range sensor 20 (hereinafter also referred to as a vertical angle θ)). The encoder 38 is electrically connected to the control device 52, and the vertical angle θ of the laser range sensor 20 detected by the encoder 38 is input to the control device 52.

(B−2)レーザレンジセンサ20の構成・作用
レーザレンジセンサ20は、レーザが出射される角度φ(レーザのY方向に対する角度φ(以下、水平角度φともいう)(図3参照))を0°〜180°の間で変化させながらレーザを走査し、レーザを走査した走査面上の距離データを測定する。また、レーザレンジセンサ20は、その鉛直角度θの方向にレーザを照射する。回転装置30によって、レーザレンジセンサ20を回転することによって、レーザが出射される鉛直角度θが変更される。レーザレンジセンサ20のレーザを出射する水平角度φの変更と同時に、回転装置30によりレーザレンジセンサ20の鉛直角度θを変更することで、レーザレンジセンサ20は水平角度φ=0°〜180°及び所定の鉛直角度θの角度範囲内にレーザを走査し、距離データを測定する。
(B-2) Configuration and Action of Laser Range Sensor 20 The laser range sensor 20 is configured to determine the angle φ at which the laser is emitted (angle φ with respect to the Y direction of the laser (hereinafter also referred to as horizontal angle φ) (see FIG. 3)). The laser is scanned while changing between 0 ° and 180 °, and the distance data on the scanning surface scanned with the laser is measured. Further, the laser range sensor 20 irradiates the laser in the direction of the vertical angle θ. By rotating the laser range sensor 20 by the rotating device 30, the vertical angle θ at which the laser is emitted is changed. By changing the vertical angle θ of the laser range sensor 20 by the rotating device 30 simultaneously with the change of the horizontal angle φ at which the laser of the laser range sensor 20 emits the laser, the laser range sensor 20 has the horizontal angle φ = 0 ° to 180 ° and The laser is scanned within an angle range of a predetermined vertical angle θ, and distance data is measured.

図3は、レーザレンジセンサ20の内部構造を模式的に示す図である。図3に示すように、レーザレンジセンサ20は、フレーム22と、フレーム22内に配置された距離測定ユニット24、ミラー25、ミラー25を回転させるモータ28、及びモータ28の回転角度を検出するエンコーダ28aから構成されている。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the internal structure of the laser range sensor 20. As shown in FIG. 3, the laser range sensor 20 includes a frame 22, a distance measurement unit 24 disposed in the frame 22, a mirror 25, a motor 28 that rotates the mirror 25, and an encoder that detects the rotation angle of the motor 28. 28a.

フレーム22の後面側(図3における左側)の断面は方形状に形成され、正面側(図3における右側)の断面は後述する回転軸23を中心とする半円状に形成されている。
フレーム22の方形状の部分の側面22c、22dには軸部22a、22bが形成されている。上述したように、軸部22a、22bは、回転装置30の縦フレーム35b、35cの貫通孔36a、36bにそれぞれ挿入されている。フレーム22の半円状の部分の側面22eは全面にわたって開口し、その開口部は樹脂部材27によって閉じられている。樹脂部材27は、波長が900nm前後の赤外線光はよく透過するが、その他の波長の光はカットする樹脂材料によって形成されている。樹脂部材27は、レーザレンジセンサ20の内部に外部の光が入射するのを防止し、レーザレンジセンサ20の誤動作を防止する。
A cross section on the rear side (left side in FIG. 3) of the frame 22 is formed in a square shape, and a cross section on the front side (right side in FIG. 3) is formed in a semicircular shape around a rotation shaft 23 described later.
Shaft portions 22a and 22b are formed on side surfaces 22c and 22d of the rectangular portion of the frame 22, respectively. As described above, the shaft portions 22a and 22b are inserted into the through holes 36a and 36b of the vertical frames 35b and 35c of the rotating device 30, respectively. A side surface 22 e of the semicircular portion of the frame 22 opens over the entire surface, and the opening is closed by a resin member 27. The resin member 27 is formed of a resin material that transmits infrared light having a wavelength of approximately 900 nm well, but cuts light of other wavelengths. The resin member 27 prevents external light from entering the laser range sensor 20 and prevents malfunction of the laser range sensor 20.

フレーム22の内部であって半円形側面22eの中心に対応する箇所にはミラー25が配置されている。ミラー25の板厚は非常に薄く、ミラー25の表面及び裏面は鏡面状に形成されている。ミラー25は、回転軸23に取付けられており、回転軸23の回転に伴って回転するようになっている。回転軸23にはモータ28が接続されている。モータ28は、ミラー25を予め設定された周期(本実施例では、26.4msec)で回転させる。モータ28にはモータ28の回転角度を検出するエンコーダ28aが取り付けられている。すなわち、エンコーダ28aは、ミラー25の回転角度ψ(レーザを出射する水平角度φ)を検出する。エンコーダ28aの検出分解能は0.5°である。従って、エンコーダ28aは、ミラー25の回転角度ψが0.5°の整数倍となるタイミングでその回転角度ψを検出する。エンコーダ28aは、距離測定ユニット24と電気的に接続されており、エンコーダ28aが検出したミラー25の回転角度ψは距離測定ユニット24に入力されるようになっている。   A mirror 25 is disposed in the frame 22 at a location corresponding to the center of the semicircular side surface 22e. The plate thickness of the mirror 25 is very thin, and the front and back surfaces of the mirror 25 are formed in a mirror shape. The mirror 25 is attached to the rotating shaft 23, and rotates with the rotation of the rotating shaft 23. A motor 28 is connected to the rotating shaft 23. The motor 28 rotates the mirror 25 at a preset cycle (26.4 msec in this embodiment). An encoder 28 a that detects the rotation angle of the motor 28 is attached to the motor 28. That is, the encoder 28a detects the rotation angle ψ (horizontal angle φ at which the laser is emitted) of the mirror 25. The detection resolution of the encoder 28a is 0.5 °. Therefore, the encoder 28a detects the rotation angle ψ at a timing when the rotation angle ψ of the mirror 25 becomes an integral multiple of 0.5 °. The encoder 28 a is electrically connected to the distance measurement unit 24, and the rotation angle ψ of the mirror 25 detected by the encoder 28 a is input to the distance measurement unit 24.

ミラー25から見てψ=180°の方向には距離測定ユニット24が配されている。図4に示すように、距離測定ユニット24は、レーザ光源24a、受光素子24b、演算装置26、及びレンズ部24cを備えており、これらは筐体24d内に設置されている。   A distance measuring unit 24 is arranged in the direction of ψ = 180 ° when viewed from the mirror 25. As shown in FIG. 4, the distance measuring unit 24 includes a laser light source 24a, a light receiving element 24b, an arithmetic unit 26, and a lens unit 24c, which are installed in a housing 24d.

レーザ光源24aは、波長900nm前後の赤外線レーザ光を出射する。レーザ光源24aは、演算装置26によって制御され、所定のタイミングでレーザ光を出射する。   The laser light source 24a emits infrared laser light having a wavelength of around 900 nm. The laser light source 24a is controlled by the arithmetic unit 26 and emits laser light at a predetermined timing.

受光素子24bは、レーザ光源24aから出射するレーザ光が、直接、入射されない位置に配置されている。受光素子24bは、900nm前後の波長の光に対して高感度な受光素子であり、所定以上の強度の光を受けるとONする。また、受光素子24bは演算装置26と電気的に接続されており、受光素子24bの出力値は演算装置26に入力されるようになっている。   The light receiving element 24b is disposed at a position where the laser light emitted from the laser light source 24a is not directly incident. The light receiving element 24b is a light receiving element having high sensitivity to light having a wavelength of about 900 nm, and is turned on when receiving light having a predetermined intensity or more. The light receiving element 24b is electrically connected to the arithmetic unit 26, and the output value of the light receiving element 24b is input to the arithmetic unit 26.

筐体24dのミラー25側の側面は、その一部が開口しており、その開口部にレンズ部24cが配置されている。レンズ部24cは、レンズ及びミラー等によって構成された光学部品である。レンズ部24cは、レーザ光源24aから出射するレーザ光をミラー25に導く。ミラー25に入射した光は、ミラー25で反射され、レーザレンジセンサ20外に照射される。また、レーザレンジセンサ20内に入射する光は、ミラー25で反射されてレンズ部24cに導かれ、レンズ部24cから受光素子24bへ導かれる。   A part of the side surface of the housing 24d on the mirror 25 side is opened, and the lens portion 24c is disposed in the opening. The lens unit 24c is an optical component that includes a lens, a mirror, and the like. The lens unit 24 c guides the laser beam emitted from the laser light source 24 a to the mirror 25. The light incident on the mirror 25 is reflected by the mirror 25 and irradiated outside the laser range sensor 20. The light that enters the laser range sensor 20 is reflected by the mirror 25 and guided to the lens unit 24c, and is guided from the lens unit 24c to the light receiving element 24b.

図5に示すように、演算装置26には、レーザ光源24a、受光素子24b及びエンコーダ28aが電気的に接続されている。演算装置26は、レーザ光源24aを駆動し、受光素子24b及びエンコーダ28aからの信号を処理する。演算装置26は、さらに、制御装置52とUSBケーブル60によって接続されている。
演算装置26は、制御部26a、センシング部26b、カウント部26c、記憶部26d、及び演算部26eを備えている。カウント部26cは、電源がONされてからの経過時間をカウントし続ける。制御部26aは、エンコーダ28aが検出するミラー25の回転角度ψを検出し、回転角度ψを検出すると同時にレーザ光源24aをパルス的に駆動する。これにより、エンコーダ28aの回転角度ψの検出タイミングに同期してレーザ光源24aからレーザ光がパルス的に出射される。また、制御部26aはレーザ光を出射すると同時に、カウント部26cの時間データjを読み取る。制御部26aが検出する回転角度ψ及び時間データjは記憶部26dに記憶される。センシング部26bは、受光素子24bの検出信号を読取る。読取った時間データkは記憶部26dに記憶される。演算部26eは、記憶部26dに記憶されている回転角度ψ、時間データj、kから、レーザ光の照射角度φと、そのレーザ光が反射された位置(障害物等の物体)とレーザレンジセンサ20間の距離dを算出する(図12参照)。
As shown in FIG. 5, a laser light source 24a, a light receiving element 24b, and an encoder 28a are electrically connected to the arithmetic unit 26. The arithmetic device 26 drives the laser light source 24a and processes signals from the light receiving element 24b and the encoder 28a. The arithmetic device 26 is further connected to the control device 52 by a USB cable 60.
The computing device 26 includes a control unit 26a, a sensing unit 26b, a counting unit 26c, a storage unit 26d, and a computing unit 26e. The count unit 26c continues to count the elapsed time since the power is turned on. The control unit 26a detects the rotation angle ψ of the mirror 25 detected by the encoder 28a, and simultaneously detects the rotation angle ψ and drives the laser light source 24a in pulses. Accordingly, the laser light is emitted in a pulsed manner from the laser light source 24a in synchronization with the detection timing of the rotation angle ψ of the encoder 28a. Further, the control unit 26a reads the time data j of the count unit 26c at the same time as the laser beam is emitted. The rotation angle ψ and time data j detected by the control unit 26a are stored in the storage unit 26d. The sensing unit 26b reads the detection signal of the light receiving element 24b. The read time data k is stored in the storage unit 26d. The calculation unit 26e calculates the laser beam irradiation angle φ, the position where the laser beam is reflected (object such as an obstacle), and the laser range from the rotation angle ψ and time data j and k stored in the storage unit 26d. A distance d between the sensors 20 is calculated (see FIG. 12).

図6を参照してレーザレンジセンサ20の動作について説明する。レーザレンジセンサ20が起動すると、モータ28が回転して、ミラー25が26.4msecの周期で回転する。ミラー25の回転角度ψは、エンコーダ28aによって検出される。すなわち、エンコーダ28aは、ミラー25の回転角度ψが0.5°の整数倍となるタイミングでその回転角度ψを検出し、その回転角度ψを演算装置26へ入力する。モータ28はミラー25を26.4msecの周期で回転させているため、エンコーダ28aが回転角度ψを検出する周期は、26.4msec/360/2≒36.7μsecとなる。なお、ミラー25は表裏が同様に鏡面状に形成されており、表裏の区別が無い。従って、ミラー25の回転角度ψ=0°の場合と回転角度ψ=180°の場合とでは、ミラー25は全く同じ状態になっているとみなせる。従って、演算装置26は、エンコーダ28aが検出する回転角度がψ=180°となると、回転角度ψ=0°と判定する。   The operation of the laser range sensor 20 will be described with reference to FIG. When the laser range sensor 20 is activated, the motor 28 rotates and the mirror 25 rotates at a cycle of 26.4 msec. The rotation angle ψ of the mirror 25 is detected by the encoder 28a. That is, the encoder 28 a detects the rotation angle ψ at a timing when the rotation angle ψ of the mirror 25 becomes an integral multiple of 0.5 °, and inputs the rotation angle ψ to the arithmetic unit 26. Since the motor 28 rotates the mirror 25 at a cycle of 26.4 msec, the cycle at which the encoder 28a detects the rotation angle ψ is 26.4 msec / 360 / 2≈36.7 μsec. In addition, the mirror 25 is similarly formed into a mirror surface on the front and back sides, and there is no distinction between the front and back sides. Accordingly, it can be considered that the mirror 25 is in exactly the same state when the rotation angle ψ = 0 ° of the mirror 25 and when the rotation angle ψ = 180 °. Therefore, when the rotation angle detected by the encoder 28a is ψ = 180 °, the arithmetic unit 26 determines that the rotation angle ψ = 0 °.

レーザレンジセンサ20が起動すると、まず、制御部26aはエンコーダ28aが検出したミラー25の回転角度ψを読み取り(ステップS2)、読取った回転角度ψが0°であるか否かを判定する(ステップS4)。回転角度ψが0°で無い場合(ステップS4でNO)は、制御部26aは、回転角度ψが0°となるまでステップS2とステップS4を繰り返し実施する。一方、回転角度ψが0°であると判定する(ステップS4でYES)と、その旨を示すデータMをUSBケーブル60に出力し、ステップS6に進む。なお、USBケーブル60に出力されたデータMは制御装置52に入力される。   When the laser range sensor 20 is activated, the controller 26a first reads the rotation angle ψ of the mirror 25 detected by the encoder 28a (step S2), and determines whether or not the read rotation angle ψ is 0 ° (step S2). S4). When the rotation angle ψ is not 0 ° (NO in step S4), the control unit 26a repeatedly performs step S2 and step S4 until the rotation angle ψ becomes 0 °. On the other hand, if it is determined that the rotation angle ψ is 0 ° (YES in step S4), data M indicating that is output to the USB cable 60, and the process proceeds to step S6. The data M output to the USB cable 60 is input to the control device 52.

ステップS6に進むと、記憶部26dが現在の回転角度ψが0°であることを記憶する。記憶部26dに回転角度ψ=0°であることを記憶するのとほぼ同時に、制御部26aはレーザ光源24aをパルス駆動させる(ステップS8)。これにより、レーザ光源24aからレーザ光がパルス的に出射される。
ステップS8でレーザ光源24aを駆動させると、それと同時に制御部26aはカウント部26cでカウントされている時間データjを読み取る(ステップS10)。読み取った時間データjは記憶部26dに記憶される。その際、記憶部26dは、時間データjをステップS6で記憶した回転角度ψと関連付けて記憶する。
In step S6, the storage unit 26d stores that the current rotation angle ψ is 0 °. Almost simultaneously with storing the rotation angle ψ = 0 ° in the storage unit 26d, the control unit 26a pulses the laser light source 24a (step S8). Thereby, a laser beam is emitted in a pulse form from the laser light source 24a.
When the laser light source 24a is driven in step S8, the control unit 26a reads the time data j counted by the counting unit 26c at the same time (step S10). The read time data j is stored in the storage unit 26d. At that time, the storage unit 26d stores the time data j in association with the rotation angle ψ stored in step S6.

次に、センシング部26bが、受光素子24bがONしたか否かを判定する(ステップS12)。すなわち、ステップS8でレーザ光源24aからレーザ光が出射されると、そのレーザ光はレンズ部24cを通って距離測定ユニット24の外部へ出射される。距離測定ユニット24の外部に出射されたレーザ光は、ψ=180°の方向からミラー25(詳細には、回転軸23近傍部分(以下、レーザ原点23aという))に入射する。ミラー25に入射したレーザ光は、ミラー25に対する入射角と、ミラー25からの出射角が等しくなるように反射される。上述したとおり、距離測定ユニット24は固定されている。一方、ミラー25は回転軸23を中心に回転する。従って、ミラー25で反射したレーザ光の反射方向は、ミラー25の回転角度ψによって決まる。ミラー25で反射したレーザ光の反射方向を、図3における角度φで表すと、φ=2ψが成立する。
上述の計算式から明らかなように、ミラー25の回転角度ψが0°〜90°の場合にはレーザの出射角度φは0°〜180°となる。また、回転角度ψが90°〜180°の場合には、ステップS4の判定によって、レーザ光源24aからレーザが出射されない。従って、レーザ光源24aから出射されたレーザ光は、角度φ=0°〜180°となる方向へ反射される。
Next, the sensing unit 26b determines whether or not the light receiving element 24b is turned on (step S12). That is, when laser light is emitted from the laser light source 24a in step S8, the laser light is emitted outside the distance measuring unit 24 through the lens portion 24c. The laser light emitted to the outside of the distance measuring unit 24 enters the mirror 25 (specifically, the vicinity of the rotating shaft 23 (hereinafter referred to as the laser origin 23a)) from the direction of ψ = 180 °. The laser light incident on the mirror 25 is reflected so that the incident angle with respect to the mirror 25 and the emission angle from the mirror 25 are equal. As described above, the distance measuring unit 24 is fixed. On the other hand, the mirror 25 rotates around the rotation shaft 23. Therefore, the reflection direction of the laser light reflected by the mirror 25 is determined by the rotation angle ψ of the mirror 25. When the reflection direction of the laser beam reflected by the mirror 25 is represented by an angle φ in FIG. 3, φ = 2ψ is established.
As is clear from the above calculation formula, when the rotation angle ψ of the mirror 25 is 0 ° to 90 °, the laser emission angle φ is 0 ° to 180 °. When the rotation angle ψ is 90 ° to 180 °, the laser is not emitted from the laser light source 24a according to the determination in step S4. Accordingly, the laser light emitted from the laser light source 24a is reflected in a direction where the angle φ = 0 ° to 180 °.

ミラー25のレーザ原点23aで反射されたレーザ光は、樹脂部材27に入射する。樹脂部材27は、上述の通り、ミラー25の回転軸23を中心とした半円状に形成されており、また、波長900nm前後の光を透過する。従って、レーザ原点23aで反射したレーザ光は樹脂部材27に対して垂直に入射し、樹脂部材27内を透過して外部に出射される。すなわち、レーザレンジセンサ20から水平角度φとなる方向へレーザ光が出射される。   The laser beam reflected by the laser origin 23 a of the mirror 25 enters the resin member 27. As described above, the resin member 27 is formed in a semicircular shape around the rotation axis 23 of the mirror 25 and transmits light having a wavelength of about 900 nm. Therefore, the laser beam reflected by the laser origin 23a is incident on the resin member 27 perpendicularly, passes through the resin member 27, and is emitted to the outside. That is, laser light is emitted from the laser range sensor 20 in the direction of the horizontal angle φ.

レーザレンジセンサ20からレーザ光が出射された方向に物体が存在すると、その物体にレーザ光が照射され、その物体によってレーザ光の乱反射が起きる。乱反射したレーザ光の一部は、レーザレンジセンサ20内に戻ってミラー25によって反射され、距離測定ユニット24のレンズ部24cを介して受光素子24bに導かれる。受光素子24bに導かれる光は、レーザ光源24aからのレーザ光が乱反射された光であるため、その波長は900nm前後である。受光素子24bは900nm前後の波長の光に対して高感度であるので、受光素子24bが乱反射されたレーザ光を受けるとONする。一方、レーザレンジセンサ20からレーザ光が出射された方向に物体が存在しないと、物体によるレーザ光の乱反射が生じないため、受光素子24bはONしない。したがって、ステップS12で、制御部26aは受光素子24bがONしたか否かを判定する。   If an object is present in the direction in which the laser beam is emitted from the laser range sensor 20, the object is irradiated with the laser beam, and the object causes irregular reflection of the laser beam. Part of the irregularly reflected laser light returns to the laser range sensor 20 and is reflected by the mirror 25, and is guided to the light receiving element 24b via the lens portion 24c of the distance measuring unit 24. Since the light guided to the light receiving element 24b is light obtained by irregularly reflecting the laser light from the laser light source 24a, the wavelength thereof is around 900 nm. Since the light receiving element 24b is highly sensitive to light having a wavelength of about 900 nm, the light receiving element 24b is turned on when receiving the irregularly reflected laser light. On the other hand, if there is no object in the direction in which the laser beam is emitted from the laser range sensor 20, the laser beam is not irregularly reflected by the object, and the light receiving element 24b is not turned on. Accordingly, in step S12, the control unit 26a determines whether or not the light receiving element 24b is turned on.

受光素子24bがONした場合(すなわち、受光素子24bの出力信号をセンシング部26bが検出した場合(ステップS12でYES))、制御部26aは、受光素子24bがONしたことを検出すると同時に、カウント部26cでカウントされている時間データkを読み取り、読み取った時間データkを記憶部26dに記憶する(ステップS14)。その際、記憶部26dには、読取った時間データkをステップS6で記憶された回転角度ψと関連付けて記憶される。すなわち、記憶部26dには、回転角度ψ及び時間データj及び時間データkとによって構成される距離データAが記憶される。
受光素子24bがONしていない場合(ステップS12でNO)は、制御部26aはステップS8を実行してからの経過時間が所定時間(エンコーダ28aが回転角度ψを検出する周期である36.7μsecよりも短い時間に設定されている。)を経過したか否かを判定する(ステップS16)。所定時間を経過していない場合(ステップS16でNO)は、ステップS12に戻って、ステップS12からの処理を繰返す。一方、所定時間を経過している場合(ステップS16でYES)は、制御部26aはレーザ光を出射した方向に物体が存在しないと判定し、ステップS10で記憶した時間データjを記憶部26dから消去して、ステップS6で記憶したミラー25の回転角度ψについての距離データAをL(=レーザレンジセンサ20の検出限界距離)とする(ステップS18)。
When the light receiving element 24b is turned on (that is, when the sensing unit 26b detects the output signal of the light receiving element 24b (YES in step S12)), the control unit 26a counts at the same time as detecting that the light receiving element 24b is turned on. The time data k counted by the unit 26c is read, and the read time data k is stored in the storage unit 26d (step S14). At that time, the storage unit 26d stores the read time data k in association with the rotation angle ψ stored in step S6. That is, the storage unit 26d stores the distance data A composed of the rotation angle ψ, the time data j, and the time data k.
When the light receiving element 24b is not ON (NO in step S12), the control unit 26a performs a predetermined time after the execution of step S8 (a period in which the encoder 28a detects the rotation angle ψ 36.7 μsec). It is determined whether or not the time has elapsed (step S16). If the predetermined time has not elapsed (NO in step S16), the process returns to step S12 and the processes from step S12 are repeated. On the other hand, when the predetermined time has elapsed (YES in step S16), the control unit 26a determines that there is no object in the direction in which the laser beam is emitted, and stores the time data j stored in step S10 from the storage unit 26d. The distance data A for the rotation angle ψ of the mirror 25 stored in step S6 is set to L (= detection limit distance of the laser range sensor 20) stored in step S6 (step S18).

ステップS20に進むと、制御部26aはエンコーダ28aが再びミラー25の回転角度ψを検出するまで待機し、エンコーダ28aが回転角度ψを検出すると、制御部26aがその回転角度ψを読み取る(ステップS20)。次いで、制御部26aはステップS20で読み取った回転角度ψが、90.5°であるか否かを判定する(ステップS22)。回転角度ψが90.5°で無い場合(ステップS22でNO)は、ステップS6に戻って、ステップS6からの処理が実行される。これにより、記憶部26dにはステップS20で読取った回転角度ψについての距離データAが記憶されることとなる。   In step S20, the control unit 26a waits until the encoder 28a detects the rotation angle ψ of the mirror 25 again. When the encoder 28a detects the rotation angle ψ, the control unit 26a reads the rotation angle ψ (step S20). ). Next, the control unit 26a determines whether or not the rotation angle ψ read in Step S20 is 90.5 ° (Step S22). When the rotation angle ψ is not 90.5 ° (NO in step S22), the process returns to step S6 and the processing from step S6 is executed. As a result, the distance data A for the rotation angle ψ read in step S20 is stored in the storage unit 26d.

以上のように、回転角度ψ=90.5°となるまでは、演算装置26によってステップS6〜ステップS22が繰り返し実行される。上述の処理は、回転角度ψ=0°からψ=90°の間で0.5°ピッチで実行される。上述の通り、ミラー25の回転角度ψと、レーザ光の放出角度φはφ=2ψの関係である。従って、レーザ光は、φ=0°から180°の間で1°ピッチでレーザレンジセンサ20から出射されて、そのたびに距離データAの測定が実行される。   As described above, steps S6 to S22 are repeatedly executed by the arithmetic unit 26 until the rotation angle ψ = 90.5 °. The above-described processing is executed at a pitch of 0.5 ° between the rotation angle ψ = 0 ° and ψ = 90 °. As described above, the rotation angle ψ of the mirror 25 and the laser beam emission angle φ have a relationship of φ = 2ψ. Accordingly, the laser light is emitted from the laser range sensor 20 at a pitch of 1 ° between φ = 0 ° and 180 °, and the distance data A is measured each time.

回転角度ψ=90.5°となった場合(ステップS22でYES)は、演算部26eが、記憶部26dに記憶されている各距離データAを用いて、レーザレンジセンサ20からレーザを出射した水平角度φと、レーザレンジセンサ20からレーザ光が照射された物体までの距離dを算出する(ステップS24)。すなわち、角度φは、上述した通り、φ=2ψによって求められる。距離dは、時間データjと時間データkの時間差によって求められる(具体的には、d=(k−j)/c(c=光速)となる)。
演算部26eは、記憶部26dに記憶されている全ての距離データAに対して上記の演算を実行し、角度φ及び距離dによって構成される距離データBに変換する。変換された各距離データBは記憶部26dに記憶される。
When the rotation angle ψ = 90.5 ° (YES in step S22), the calculation unit 26e emits a laser from the laser range sensor 20 using each distance data A stored in the storage unit 26d. The horizontal angle φ and the distance d from the laser range sensor 20 to the object irradiated with the laser light are calculated (step S24). That is, as described above, the angle φ is obtained by φ = 2ψ. The distance d is obtained from the time difference between the time data j and the time data k (specifically, d = (k−j) / c (c = speed of light)).
The calculation unit 26e performs the above calculation on all the distance data A stored in the storage unit 26d, and converts it into distance data B configured by the angle φ and the distance d. The converted distance data B is stored in the storage unit 26d.

ステップS26に進むと、ステップS24で変換された全ての距離データBが、USBケーブル60を介して制御装置52に出力される(ステップS26)。距離データBが制御装置52へ転送されると、演算部26eは、記憶部26dに記憶されている各距離データA及び各距離データBを消去する(ステップS28)。   In step S26, all the distance data B converted in step S24 are output to the control device 52 via the USB cable 60 (step S26). When the distance data B is transferred to the control device 52, the calculation unit 26e deletes each distance data A and each distance data B stored in the storage unit 26d (step S28).

ステップS24〜S28を実行している間も、モータ28によってミラー25は回転されている。ステップS24〜S28の処理は、ミラー25が回転角度ψ=90.5°からψ=180°(すなわちψ=0°)となるまでの間に実行されて終了する。ステップS28が終了した後も、ミラー25は回転され、その間も、制御部26aはエンコーダ28aによってミラー25の回転角度ψを検出し(ステップS30)、ミラー25の回転角度ψが180°となったか否かを判定する(ステップS32)。ミラー25の回転角度ψが180°とならない場合(ステップS32でNO)はステップS30に戻り、ミラー25の回転角度ψ=180°となる(ステップS32でYES)と、制御部26aは、ψ=180°をψ=0°とし(ステップS33)、ステップS6に戻って、ステップS6からの処理が再び実行される。なお、ステップS32においてもステップS4と同様に、制御部26aは、ψ=0°とすると、その旨を示すデータMをUSBケーブル60を介して制御装置52に出力する。   The mirror 25 is rotated by the motor 28 while steps S24 to S28 are being executed. The processes in steps S24 to S28 are executed and finished after the mirror 25 reaches the rotation angle ψ = 90.5 ° to ψ = 180 ° (that is, ψ = 0 °). Even after step S28 is completed, the mirror 25 is rotated. During this time, the control unit 26a detects the rotation angle ψ of the mirror 25 by the encoder 28a (step S30), and whether the rotation angle ψ of the mirror 25 has reached 180 °. It is determined whether or not (step S32). When the rotation angle ψ of the mirror 25 does not become 180 ° (NO in step S32), the process returns to step S30, and when the rotation angle ψ of the mirror 25 becomes 180 ° (YES in step S32), the control unit 26a sets ψ = 180 ° is set to ψ = 0 ° (step S33), the process returns to step S6, and the processing from step S6 is executed again. In step S32, as in step S4, when ψ = 0 °, the control unit 26a outputs data M indicating that to the control device 52 via the USB cable 60.

以上の説明から明らかなように、レーザレンジセンサ20は、ミラー25の回転角度ψが0°〜90°の期間にステップS6〜S22を繰り返し実行する。これによって、レーザ原点23aから水平角度φ=0°〜180°の方向へレーザ光を出射し、距離データAが測定される。また、ミラー25の回転角度ψが90°〜180°の期間にステップS24〜S26を実行して、距離データBを算出し、各距離データBを制御装置52へ転送する。レーザレンジセンサ20が、距離データAの測定と、距離データBの算出と、距離データBの転送を繰り返し実行することによって、所定周期で制御装置52へ距離データBが転送される。   As is apparent from the above description, the laser range sensor 20 repeatedly executes steps S6 to S22 during a period in which the rotation angle ψ of the mirror 25 is 0 ° to 90 °. As a result, laser light is emitted from the laser origin 23a in the direction of the horizontal angle φ = 0 ° to 180 °, and the distance data A is measured. Further, steps S24 to S26 are executed during a period in which the rotation angle ψ of the mirror 25 is 90 ° to 180 °, the distance data B is calculated, and each distance data B is transferred to the control device 52. When the laser range sensor 20 repeatedly executes the measurement of the distance data A, the calculation of the distance data B, and the transfer of the distance data B, the distance data B is transferred to the control device 52 at a predetermined cycle.

また、レーザレンジセンサ20は、距離データを測定している間も、回転装置30によって鉛直方向に回転されている。回転装置30によって回転されることによって、レーザレンジセンサ20がレーザを出射する鉛直角度θが変更される。従って、レーザレンジセンサ20は、鉛直角度θを変更しながら水平角度φ=0°〜180°の範囲内で距離データを測定することとなる。従って、回転装置30によって鉛直角度θの回転範囲を変更することで、レーザレンジセンサ20の測定範囲を変更することができる。   Further, the laser range sensor 20 is rotated in the vertical direction by the rotating device 30 while the distance data is being measured. The vertical angle θ at which the laser range sensor 20 emits a laser is changed by being rotated by the rotating device 30. Accordingly, the laser range sensor 20 measures the distance data within the range of the horizontal angle φ = 0 ° to 180 ° while changing the vertical angle θ. Therefore, the measurement range of the laser range sensor 20 can be changed by changing the rotation range of the vertical angle θ by the rotation device 30.

(B−3)制御装置52の構成
制御装置52は、CPU,ROM,RAMを備えたマイクロプロセッサ等によって構成されている。制御装置52は、レーザレンジセンサ20とUSBケーブル60によって接続され、また、回転装置30及び制御装置14と電気的に接続されている。
図2に示すように、制御装置52は、レーザレンジセンサ20から入力される距離データB等を用いて3次元距離データを算出する演算部52aと、回転装置30を制御する回転制御部52bと、レーザレンジセンサ20から入力される距離データを記憶する記憶部52cを有する。
(B-3) Configuration of Control Device 52 The control device 52 is configured by a microprocessor or the like including a CPU, a ROM, and a RAM. The control device 52 is connected to the laser range sensor 20 by the USB cable 60 and is electrically connected to the rotation device 30 and the control device 14.
As shown in FIG. 2, the control device 52 includes a calculation unit 52 a that calculates three-dimensional distance data using the distance data B input from the laser range sensor 20, and a rotation control unit 52 b that controls the rotation device 30. The storage unit 52c stores the distance data input from the laser range sensor 20.

回転制御部52bは、図7に示す回転軌道70と、図8に示す回転軌道72を記憶している。回転制御部52bは、所定の時間間隔で回転軌道70と72とを交互に選択し、選択した回転軌道に基づいて回転装置30に制御指令値を出力する。これにより、回転装置30は、選択された回転軌道でレーザレンジセンサ20を回転させる。   The rotation control unit 52b stores a rotation track 70 shown in FIG. 7 and a rotation track 72 shown in FIG. The rotation control unit 52b alternately selects the rotation tracks 70 and 72 at predetermined time intervals, and outputs a control command value to the rotating device 30 based on the selected rotation track. Thereby, the rotating device 30 rotates the laser range sensor 20 on the selected rotation path.

図7に示す回転軌道70は、自律移動装置10の進行方向の空間形状を広範囲にわたって測定するための回転軌道である。図示するように、回転軌道70では、回転中心がθ=0°、上方最大角度がθ=W1、下方最大角度がθ=−W1に決定されている。従って、回転軌道70では、レーザレンジセンサ20がθ=W1〜−W1の角度範囲を往復するように回転される。これによって、θ=W1〜−W1の角度範囲にレーザが出射され、その角度範囲の空間の形状が測定される。また、回転軌道70は、θが上方最大角度W1及び下方最大角度−W1となるタイミングの前後の期間Dでは回転角加速度dθ/dtが一定となるように、その他の期間Eでは回転角速度dθ/dtが一定となるように決定されている。 A rotational trajectory 70 shown in FIG. 7 is a rotational trajectory for measuring the spatial shape in the traveling direction of the autonomous mobile device 10 over a wide range. As shown in the figure, in the rotation track 70, the rotation center is determined to be θ = 0 °, the upper maximum angle is θ = W1, and the lower maximum angle is determined to be θ = −W1. Therefore, on the rotating track 70, the laser range sensor 20 is rotated so as to reciprocate in an angle range of θ = W1 to −W1. As a result, the laser is emitted in an angle range of θ = W1 to −W1, and the shape of the space in the angle range is measured. Further, the rotational trajectory 70 has a rotational angular velocity dθ in the other period E so that the rotational angular acceleration dθ / dt 2 is constant in the period D before and after the timing at which θ becomes the upper maximum angle W1 and the lower maximum angle −W1. / Dt is determined to be constant.

図8に示す回転軌道72は、自律移動装置10の進行方向の床面の形状を測定するための回転軌道である。回転軌道72は、水平な床面を基準平面とし、その基準平面上にレーザを照射する目標位置(時間の関数で与えられる)を設定し、その設定した目標位置にレーザが照射されるように決定されている。回転軌道72の詳細について説明する前に、レーザレンジセンサ20と、レーザレンジセンサ20からのレーザが床面(基準平面)に照射される位置(目標位置)との位置関係について説明する。   A rotating track 72 shown in FIG. 8 is a rotating track for measuring the shape of the floor surface in the traveling direction of the autonomous mobile device 10. The rotation path 72 uses a horizontal floor as a reference plane, sets a target position (given as a function of time) to irradiate a laser on the reference plane, and irradiates the set target position with the laser. It has been decided. Before describing the details of the rotation path 72, the positional relationship between the laser range sensor 20 and the position (target position) where the laser from the laser range sensor 20 is irradiated onto the floor surface (reference plane) will be described.

図10は路面形状測定時の3次元測定装置18を側面から見た図である。図10に示すように、路面形状測定時においてレーザレンジセンサ20は、回転軸32を中心に鉛直角度θ<0の範囲を回転する。ベクトルKは、レーザ原点23aから出射されるレーザの出射方向を示している。また、点74は、レーザ原点23aからレーザが出射されたときに、レーザが照射される床面(基準平面)上の位置を示している。すなわち、点74は、レーザレンジセンサ20が床面上にレーザを照射するときの目標位置である。ベクトルJは、レーザ原点23aと回転軸32との相対位置を示している。すなわち、レーザ原点23aは、回転軸32から角度α(レーザレンジセンサ20に対する角度α)の方向であって、距離Jとなる位置にある。また、回転軸32は床面から高さHの位置にある。
目標位置74は、レーザレンジセンサ20の鉛直角度θを変更することによって、X方向に移動する。回転軸32から目標位置74までのX方向の距離Xは、鉛直角度θによって決まる。図10に示すように、レーザ原点23aの床面からの高さH23aは、H−Jsin(θ+α)となっている。また、レーザ原点23aから目標位置74までのX方向の距離X23aは、X−Jcos(θ+α)となっている。従って、回転軸32から目標位置74までのX方向における距離Xと鉛直角度θは、以下の関係となっている。
FIG. 10 is a side view of the three-dimensional measuring device 18 when measuring the road surface shape. As shown in FIG. 10, the laser range sensor 20 rotates in the range of the vertical angle θ <0 about the rotation shaft 32 when measuring the road surface shape. A vector K indicates the emission direction of the laser emitted from the laser origin 23a. A point 74 indicates a position on the floor (reference plane) where the laser is irradiated when the laser is emitted from the laser origin 23a. That is, the point 74 is a target position when the laser range sensor 20 irradiates a laser on the floor surface. A vector J indicates a relative position between the laser origin 23 a and the rotation shaft 32. In other words, the laser origin 23a is in the direction of the angle α (the angle α with respect to the laser range sensor 20) from the rotation axis 32 and at a position where the distance J is present. The rotation shaft 32 is at a height H from the floor surface.
The target position 74 moves in the X direction by changing the vertical angle θ of the laser range sensor 20. The distance X in the X direction from the rotary shaft 32 to the target position 74 is determined by the vertical angle θ. As shown in FIG. 10, the height H 23a of the laser origin 23a from the floor surface is H-Jsin (θ + α). Further, X-direction distance X 23a from the laser origin 23a to a target position 74, has a X-Jcos (θ + α) . Therefore, the distance X in the X direction from the rotation shaft 32 to the target position 74 and the vertical angle θ have the following relationship.

Figure 0004848871
Figure 0004848871

次に、回転軌道72について説明する。回転軌道72は、目標位置74が図9に示す軌道でX方向に移動するように決定されている。すなわち、目標位置74の軌道は、距離X=X1となる位置から距離X=X2(<X1)となる位置を往復するように決定されている。したがって、回転軌道72は、距離X1に対応する角度−W2から距離X2に対応する角度−W3の間を往復するように決定されている。角度−W2は上述の関係式[数1]とX1に基づいて、角度−W3は関係式[数1]とX2に基づいて算出されている。
また、回転軌道72は、図8に示すように、期間Fにおける回転軌道と、期間Gにおける回転軌道とによって構成されている。
Next, the rotation track 72 will be described. The rotational trajectory 72 is determined so that the target position 74 moves in the X direction along the trajectory shown in FIG. That is, the trajectory of the target position 74 is determined so as to reciprocate from the position where the distance X = X1 to the position where the distance X = X2 (<X1). Accordingly, the rotation path 72 is determined so as to reciprocate between an angle −W2 corresponding to the distance X1 and an angle −W3 corresponding to the distance X2. The angle −W2 is calculated based on the relational expression [Expression 1] and X1, and the angle −W3 is calculated based on the relational expression [Expression 1] and X2.
Further, as shown in FIG. 8, the rotating track 72 is constituted by a rotating track in the period F and a rotating track in the period G.

期間Gにおける回転軌道72は、図9に示すように、目標位置74が一定速度dX/dtでX方向に移動するように決定されている。すなわち、期間Gにおける目標位置74の軌道は、時間tの一次関数f(t)となっている。期間Gにおける回転軌道72は、一次関数f(t)と、上述の関係式[数1]に基づいて決定されている。これによって、図8に示すように、期間Gにおける回転軌道72は、レーザレンジセンサ20から床面上のレーザが走査される位置(すなわち、目標位置74)までの距離Xが長くなるのに従って(すなわち、距離XがX1に近づくにしたがって)、回転角速度が遅くなるように決定されている。
以上に説明したように、回転軌道72は、期間Gにおいては目標位置74が一定速度でX方向に移動するように決定されている。また、上述したように、レーザレンジセンサ20は一定周期(本実施例では、ミラー25の回転周期の半分である13.2msec)でレーザを走査する。したがって、期間Gにおいては、図11に示すように床面にレーザが等間隔で走査される。したがって、回転制御部52bが回転軌道72に従って回転装置30を制御することで、均一な解像度で床面の形状を測定することができる。また、図12は、レーザレンジセンサ20が図11のXII−XII線の方向にレーザを出射するときの様子を示している。図12に示すように、レーザ照射位置までの距離が長くなるにしたがって回転角速度を遅くする(すなわち、図12の角度ピッチを小さくする)ことで、レーザ照射位置(レーザの走査線)の間隔ΔXが等しくなる。このように、回転軌道72を用いると、期間Gにおいては、床面にレーザが等間隔で走査されるので、レーザレンジセンサ20によって床面の距離データが均一な解像度で取得される。なお、図12では、レーザ原点23aの位置と回転軸32の位置が非常に近いので、同一の点として示している。
As shown in FIG. 9, the rotation trajectory 72 in the period G is determined such that the target position 74 moves in the X direction at a constant speed dX / dt. That is, the trajectory of the target position 74 in the period G is a linear function f (t) at time t. The rotation trajectory 72 in the period G is determined based on the linear function f (t) and the above-described relational expression [Formula 1]. As a result, as shown in FIG. 8, the rotational trajectory 72 in the period G increases as the distance X from the laser range sensor 20 to the position where the laser on the floor is scanned (ie, the target position 74) increases ( That is, as the distance X approaches X1, the rotational angular velocity is determined to be slower.
As described above, the rotation path 72 is determined so that the target position 74 moves in the X direction at a constant speed in the period G. Further, as described above, the laser range sensor 20 scans the laser at a constant cycle (in this embodiment, 13.2 msec, which is half the rotation cycle of the mirror 25). Therefore, in the period G, the laser is scanned on the floor surface at equal intervals as shown in FIG. Therefore, the rotation control unit 52b controls the rotating device 30 according to the rotation track 72, so that the shape of the floor surface can be measured with uniform resolution. FIG. 12 shows a state where the laser range sensor 20 emits a laser in the direction of the XII-XII line of FIG. As shown in FIG. 12, as the distance to the laser irradiation position becomes longer, the rotational angular velocity is decreased (that is, the angle pitch in FIG. 12 is decreased), whereby the laser irradiation position (laser scanning line) interval ΔX. Are equal. As described above, when the rotation orbit 72 is used, the laser is scanned on the floor surface at equal intervals in the period G, so that the distance data of the floor surface is acquired by the laser range sensor 20 with a uniform resolution. In FIG. 12, since the position of the laser origin 23a and the position of the rotation shaft 32 are very close, they are shown as the same point.

期間Fにおける回転軌道72は、図9に示すように、目標位置74が一定加速度で速度を変化させ、移動方向を変えるように決定されている。すなわち、期間Gにおける目標位置74の軌道は、時間tの二次関数g(t)となっている。期間Fにおける回転軌道72は、二次関数g(t)と、上述の[数1]に基づいて算出されている。   As shown in FIG. 9, the rotation trajectory 72 in the period F is determined so that the target position 74 changes the speed at a constant acceleration and changes the moving direction. That is, the trajectory of the target position 74 in the period G is a quadratic function g (t) of time t. The rotation trajectory 72 in the period F is calculated based on the quadratic function g (t) and the above [Equation 1].

演算部52aは、制御装置14から入力される自律移動体16の位置及び進行方向と、記憶部52cに記憶されている距離データBと、鉛直角度θから3次元距離データを算出して3次元マップを生成する。演算部52aが算出した3次元マップは、制御装置14へ出力される。   The calculation unit 52a calculates three-dimensional distance data by calculating the three-dimensional distance data from the position and traveling direction of the autonomous mobile body 16 input from the control device 14, the distance data B stored in the storage unit 52c, and the vertical angle θ. Generate a map. The three-dimensional map calculated by the calculation unit 52a is output to the control device 14.

図10及び図13〜図15を用いて、演算部52aの動作について説明する。図14に示すように、自律移動装置10は水平な平面上に置かれた状態で起動される。図14の位置Aは、自律移動装置10が起動された時の位置である。
図13に示すように、自律移動装置10が起動されると、まず、演算部52aが原点の設定を行う(ステップS34)。すなわち、演算部52aは、起動時の位置(図14における位置A)を原点に設定する(詳細には、自律移動装置10の回転軸32上の中点34(基準点34)を原点に設定する)。また、演算部52aは、起動時の自律移動装置10のX方向をx軸、Y方向をy軸、Z方向をz軸としたxyz座標系を設定する。
The operation of the calculation unit 52a will be described with reference to FIGS. 10 and 13 to 15. As shown in FIG. 14, the autonomous mobile device 10 is activated in a state where it is placed on a horizontal plane. A position A in FIG. 14 is a position when the autonomous mobile device 10 is activated.
As shown in FIG. 13, when the autonomous mobile device 10 is activated, first, the calculation unit 52a sets the origin (step S34). That is, the calculation unit 52a sets the starting position (position A in FIG. 14) as the origin (specifically, sets the midpoint 34 (reference point 34) on the rotating shaft 32 of the autonomous mobile device 10 as the origin). To do). Further, the calculation unit 52a sets an xyz coordinate system in which the X direction of the autonomous mobile device 10 at the time of activation is the x axis, the Y direction is the y axis, and the Z direction is the z axis.

自律移動装置10が起動すると、レーザレンジセンサ20が距離データの取得を開始するとともに、レーザレンジセンサ20が回転装置30によって回転される。上述したように、レーザレンジセンサ20は、USBケーブル60を介して演算部52aにデータM(すなわち、レーザレンジセンサ20のミラー25の回転角度ψが0°である旨を示すデータ)を出力する(ステップS36)。   When the autonomous mobile device 10 is activated, the laser range sensor 20 starts to acquire distance data, and the laser range sensor 20 is rotated by the rotating device 30. As described above, the laser range sensor 20 outputs data M (that is, data indicating that the rotation angle ψ of the mirror 25 of the laser range sensor 20 is 0 °) to the calculation unit 52a via the USB cable 60. (Step S36).

演算部52aにデータMが入力されると、演算部52aは回転装置30が検出する鉛直角度θを読取る(ステップS38)。鉛直角度θの読み取りは、データMの入力と略同時に行われる。従って、演算部52aが読取る鉛直角度θは、レーザレンジセンサ20がφ=0°の方向にレーザを出射したときの鉛直角度θである。   When the data M is input to the calculation unit 52a, the calculation unit 52a reads the vertical angle θ detected by the rotating device 30 (step S38). The vertical angle θ is read almost simultaneously with the input of the data M. Therefore, the vertical angle θ read by the calculation unit 52a is the vertical angle θ when the laser range sensor 20 emits the laser in the direction of φ = 0 °.

また、演算部52aは、自律移動体16の制御装置14から、自律移動装置10の位置(a,b)及び向きVを読取る(ステップS42)。既に説明したように、位置(a,b)は基準点34を基準に算出され、上述のxyz座標系におけるx座標、y座標によって表されており、向きVはx軸に対する角度Rによって表されている。なお、ステップS42で読取った位置(a,b)及び角度Rは、レーザレンジセンサ20がφ=0°の方向にレーザを出射したときのものとなる。   Moreover, the calculating part 52a reads the position (a, b) and direction V of the autonomous mobile device 10 from the control device 14 of the autonomous mobile body 16 (step S42). As already described, the position (a, b) is calculated with reference to the reference point 34 and is represented by the x and y coordinates in the above-described xyz coordinate system, and the direction V is represented by the angle R with respect to the x axis. ing. The position (a, b) and the angle R read in step S42 are those when the laser range sensor 20 emits a laser in the direction of φ = 0 °.

上述したように、レーザレンジセンサ20は、データMを出力すると、φ=0°〜180°の間にレーザ光を走査させて、各出射角度φにおける距離データAを取得する。そして、φ=0°〜180°における全ての距離データAを取得した後に、各距離データAから距離データBを算出する。レーザレンジセンサ20は各距離データBを算出すると、それらの距離データBをUSBケーブル60を介して制御装置52に出力する。制御装置52に入力された各距離データBは記憶部52cに入力される(ステップS44)。   As described above, when the laser range sensor 20 outputs the data M, the laser range sensor 20 scans the laser beam between φ = 0 ° and 180 °, and acquires the distance data A at each emission angle φ. And after acquiring all the distance data A in φ = 0 ° to 180 °, the distance data B is calculated from each distance data A. When the laser range sensor 20 calculates each distance data B, it outputs the distance data B to the control device 52 via the USB cable 60. Each distance data B input to the control device 52 is input to the storage unit 52c (step S44).

記憶部52cに各距離データBが入力されると、演算部52aは、距離データBと、位置(a,b)と、角度Rと、鉛直角度θに基づいて、3次元距離データの演算を行う。以下に、3次元距離データの演算方法について説明する。   When each distance data B is input to the storage unit 52c, the calculation unit 52a calculates three-dimensional distance data based on the distance data B, the position (a, b), the angle R, and the vertical angle θ. Do. Below, the calculation method of three-dimensional distance data is demonstrated.

ステップS46では、演算部52aが、記憶部52cに記憶されている各距離データBの中から、演算を行う距離データBを1つ選択する。このとき、演算部52aは、記憶部52cに記憶されている各距離データBの中から、出射角度φが最も小さい距離データBを選択する。   In step S46, the calculation unit 52a selects one distance data B to be calculated from each distance data B stored in the storage unit 52c. At this time, the calculation unit 52a selects the distance data B having the smallest emission angle φ from the distance data B stored in the storage unit 52c.

ステップS48では、ステップS46で選択した距離データBの出射角度φに基づいて鉛直角度θを補正する。すなわち、ステップS38で演算部52aが読取った鉛直角度θは、出射角度φ=0°の際の鉛直角度θである。レーザレンジセンサ20は、φ=0°からφ=180°までレーザ光を走査している間も、回転装置30によって回転され、鉛直角度θは変更されている。従って、鉛直角度θを用いてφ=0°以外の距離データBを演算すると、演算結果に誤差が生じる。従って、鉛直角度θを補正する。鉛直角度θの補正は以下の計算式によって行われる。
θ’ =θ+(dθ/dt)・td
ここで、θ’ は補正後の鉛直角度であり、dθ/dtはθを検出した時のレーザレンジセンサ20が回転する角速度であり、tdは鉛直角度θが読取られた時間と、距離データBが検出された時間との時間差である。本実施例では、レーザレンジセンサ20がφ=0°〜180°の区間にレーザ光を走査する時間は6.6msecであるので、td=φ/180×6.6となる。
なお、ステップS42で演算部52aが読取った位置(a,b)及び角度Rも、出射角度φ=0°のときのデータである。従って、位置(a,b)及び角度Rを補正するようにしてもよい。ただし、本実施例では、自律移動装置10の移動速度が遅く、レーザレンジセンサ20が距離データを測定する周期の間に自律移動装置10が移動する量が少ないため、位置(a,b)及び角度Rを補正しなくても誤差はほとんど生じない。従って、本実施例では位置(a,b)及び角度Rの補正を行っていない。
In step S48, the vertical angle θ is corrected based on the emission angle φ of the distance data B selected in step S46. That is, the vertical angle θ read by the calculation unit 52a in step S38 is the vertical angle θ when the emission angle φ = 0 °. The laser range sensor 20 is rotated by the rotating device 30 while the laser beam is scanned from φ = 0 ° to φ = 180 °, and the vertical angle θ is changed. Therefore, if the distance data B other than φ = 0 ° is calculated using the vertical angle θ, an error occurs in the calculation result. Therefore, the vertical angle θ is corrected. The correction of the vertical angle θ is performed by the following calculation formula.
θ ′ = θ + (dθ / dt) · td
Here, θ ′ is a corrected vertical angle, dθ / dt is an angular velocity at which the laser range sensor 20 rotates when θ is detected, td is a time when the vertical angle θ is read, and distance data B Is the time difference from the detected time. In the present embodiment, since the laser range sensor 20 scans the laser beam in the section of φ = 0 ° to 180 ° is 6.6 msec, td = φ / 180 × 6.6.
The position (a, b) and the angle R read by the calculation unit 52a in step S42 are also data when the emission angle φ = 0 °. Therefore, the position (a, b) and the angle R may be corrected. However, in this embodiment, since the moving speed of the autonomous mobile device 10 is slow and the amount of movement of the autonomous mobile device 10 during the period in which the laser range sensor 20 measures distance data is small, the position (a, b) and Even if the angle R is not corrected, an error hardly occurs. Therefore, in this embodiment, the position (a, b) and the angle R are not corrected.

演算部52aは、鉛直角度θの補正を行うと、レーザレンジセンサ20が出射したレーザ光が照射された物体の、自律移動装置10に対する相対位置を算出する(ステップS50)。
相対位置の算出は、距離データB(すなわち、出射角度φと距離d)と、補正後の鉛直角度θ’を演算することによって行われる。また、相対位置は、自律移動装置10の現在の位置(図14における位置B)における基準点34を原点とし、自律移動装置10の現在の進行方向をx’軸、垂直方向をz’軸、x’軸及びz’軸に直行する方向をy’軸としたx'y’z’座標系によって表される。
相対座標(x’,y’,z’)は、図10、図15に示す基準点34とレーザ原点23aとのオフセットベクトルJと、レーザの発振軌道を示すベクトルKとの和によって求められる。オフセットベクトルJのパラメータ(x’,y’,z’)は、レーザレンジセンサ20と回転装置30との取り付け寸法により決まる定数x’J1及びz’J1 (図10参照)と鉛直角度θ’ によって求めることができる。すなわち、
When correcting the vertical angle θ, the calculation unit 52a calculates the relative position of the object irradiated with the laser light emitted from the laser range sensor 20 with respect to the autonomous mobile device 10 (step S50).
The relative position is calculated by calculating the distance data B (that is, the emission angle φ and the distance d) and the corrected vertical angle θ ′. The relative position is based on the reference point 34 at the current position of the autonomous mobile device 10 (position B in FIG. 14) as the origin, the current traveling direction of the autonomous mobile device 10 is the x ′ axis, the vertical direction is the z ′ axis, It is represented by an x′y′z ′ coordinate system in which the direction orthogonal to the x ′ axis and the z ′ axis is the y ′ axis.
The relative coordinates (x ′, y ′, z ′) are obtained by the sum of the offset vector J between the reference point 34 and the laser origin 23a shown in FIGS. 10 and 15 and the vector K indicating the laser oscillation trajectory. The parameters (x ′ J , y ′ J , z ′ J ) of the offset vector J are constants x ′ J1 and z ′ J1 (see FIG. 10) determined by the mounting dimensions of the laser range sensor 20 and the rotating device 30 and the vertical angle. It can be obtained by θ ′. That is,

Figure 0004848871
Figure 0004848871

なお、αは、オフセットベクトルJとベクトルKとがなす角度である。
また、ベクトルKのパラメータ(x’,y’,z’)は、距離d及び出射角度φ及び鉛直角度θ’ によって求めることができる。すなわち、
Α is an angle formed by the offset vector J and the vector K.
Further, the parameters (x ′ K , y ′ K , z ′ K ) of the vector K can be obtained from the distance d, the emission angle φ, and the vertical angle θ ′. That is,

Figure 0004848871
Figure 0004848871

従って、レーザが照射された物体の自律移動装置10に対する相対座標(x’,y’,z’)は、下記の通りとなる。   Accordingly, the relative coordinates (x ′, y ′, z ′) of the object irradiated with the laser with respect to the autonomous mobile device 10 are as follows.

Figure 0004848871
Figure 0004848871

演算部52aは、相対座標(x’,y’,z’)を算出すると、相対座標(x’,y’,z’)から、レーザが照射された物体のxyz座標系における絶対座標(x,y,z)を算出する(ステップS52)。絶対座標(x,y,z)は、レーザが照射された物体の絶対位置を示す3次元距離データである。座標(x,y,z)は、座標(x’,y’,z’)を、自律移動装置10の位置(a、b)及び自律移動装置10の進行方向Vとx軸とがなす角度Rを用いて座標変換することで求められる。すなわち、   When the arithmetic unit 52a calculates the relative coordinates (x ′, y ′, z ′), the absolute coordinates (x in the xyz coordinate system of the object irradiated with the laser are calculated from the relative coordinates (x ′, y ′, z ′). , Y, z) is calculated (step S52). The absolute coordinates (x, y, z) are three-dimensional distance data indicating the absolute position of the object irradiated with the laser. The coordinate (x, y, z) is an angle formed by the coordinate (x ′, y ′, z ′) and the position (a, b) of the autonomous mobile device 10 and the traveling direction V of the autonomous mobile device 10 and the x axis. It is obtained by converting the coordinates using R. That is,

Figure 0004848871
Figure 0004848871

演算部52aは、3次元距離データ(x,y,z)を算出すると、ステップS34で設定したxyz座標に、算出した3次元距離データ(x,y,z)をプロットする(ステップS54)。3次元距離データ(x,y,z)をプロットすると、演算部52aはステップS46で選択した距離データBを記憶部52cから消去する(ステップS56)。距離データBを記憶部52cから消去すると、演算部52aは記憶部52cに距離データBが存在しているか否かを判定する(ステップS58)。
記憶部52cに距離データBが存在している場合(ステップS58でYES)には、ステップS46に戻って、ステップS46からの処理を実行する。これによって、全ての距離データBについて3次元距離データ(x,y,z)が算出される。一方、記憶部52cに距離データBが存在していない場合(ステップS58でNO)には、演算部52aはプロットした3次元マップを制御装置14へ出力し(ステップ60)、ステップS36に戻り、ステップS36からの処理を実行する。
When calculating the three-dimensional distance data (x, y, z), the computing unit 52a plots the calculated three-dimensional distance data (x, y, z) on the xyz coordinates set in step S34 (step S54). When the three-dimensional distance data (x, y, z) is plotted, the calculation unit 52a deletes the distance data B selected in step S46 from the storage unit 52c (step S56). When the distance data B is deleted from the storage unit 52c, the calculation unit 52a determines whether or not the distance data B exists in the storage unit 52c (step S58).
If the distance data B exists in the storage unit 52c (YES in step S58), the process returns to step S46 and the processing from step S46 is executed. Thereby, three-dimensional distance data (x, y, z) is calculated for all the distance data B. On the other hand, when the distance data B does not exist in the storage unit 52c (NO in step S58), the calculation unit 52a outputs the plotted three-dimensional map to the control device 14 (step 60), and returns to step S36. The process from step S36 is executed.

以上の処理によって、記憶部52cに記憶された全ての距離データBから3次元距離データ(x,y,z)が算出される。算出された各3次元距離データ(x,y,z)は、ステップS54によってxyz座標にプロットされる。これによって、xyz空間の形状を表す3次元マップが作成される。
なお、ステップS46〜S60の処理は、レーザレンジセンサ20が各距離データBをUSBケーブル60に出力(図6のステップS26)してから、次の測定期間が開始される(すなわち、図6のステップS32のデータMの出力)までの間に実行される。従って、演算部52aがステップS46〜S60を実行している間に、レーザレンジセンサ20から演算部52aへデータMが入力されることは無い。
Through the above processing, the three-dimensional distance data (x, y, z) is calculated from all the distance data B stored in the storage unit 52c. Each calculated three-dimensional distance data (x, y, z) is plotted in xyz coordinates in step S54. As a result, a three-dimensional map representing the shape of the xyz space is created.
In the processes of steps S46 to S60, after the laser range sensor 20 outputs each distance data B to the USB cable 60 (step S26 in FIG. 6), the next measurement period starts (that is, in FIG. 6). This is executed until the output of data M in step S32. Therefore, the data M is not input from the laser range sensor 20 to the calculation unit 52a while the calculation unit 52a executes steps S46 to S60.

次に、制御装置14が自律移動装置10の移動方向及び移動速度を制御する処理について、図16を参照して説明する。
自律移動装置10を起動する際には、まず、制御装置14に目的地を入力する(ステップS62)。目的地は、絶対座標系のxy座標値によって指定する。目的地が入力されると、3次元測定装置18が起動する。
Next, processing in which the control device 14 controls the moving direction and moving speed of the autonomous mobile device 10 will be described with reference to FIG.
When starting the autonomous mobile device 10, first, the destination is input to the control device 14 (step S62). The destination is specified by xy coordinate values in the absolute coordinate system. When the destination is input, the three-dimensional measuring device 18 is activated.

ステップS63では、3次元測定装置18の制御装置52が、回転装置30の回転軌道を選択する。自律移動装置10の起動後には、制御装置52は回転軌道72を選択する。   In step S <b> 63, the control device 52 of the three-dimensional measurement device 18 selects the rotation trajectory of the rotation device 30. After the activation of the autonomous mobile device 10, the control device 52 selects the rotation path 72.

制御装置52が回転軌道を選択すると、3次元測定装置18が3次元距離データの測定を開始する。これによって、3次元測定装置18から3次元マップが出力され、その3次元マップは制御装置14に入力される(ステップS64)。制御装置14は、入力された3次元マップから、自律移動装置10の現在の位置と目的地の位置から決まる進行方向に障害物が存在するか否か(障害物の位置)を判断する(ステップS66)。なお、上述したように、回転軌道72に従って回転装置30を制御しているときには、床面が平坦で水平であればレーザの走査間隔ΔXが均等となる。したがって、自律移動装置10は、測定されたレーザの照射位置の座標がX方向において等間隔になっていないときは、その位置の詳細な形状を測定することなくそこに障害物や凹凸があるということを認識することができる。   When the control device 52 selects the rotation trajectory, the three-dimensional measuring device 18 starts measuring three-dimensional distance data. Thereby, a three-dimensional map is output from the three-dimensional measuring device 18, and the three-dimensional map is input to the control device 14 (step S64). The control device 14 determines whether or not there is an obstacle (position of the obstacle) in the traveling direction determined from the current position of the autonomous mobile device 10 and the position of the destination from the input three-dimensional map (step). S66). As described above, when the rotation device 30 is controlled in accordance with the rotation path 72, the laser scanning interval ΔX is uniform if the floor surface is flat and horizontal. Therefore, when the coordinates of the measured laser irradiation positions are not equally spaced in the X direction, the autonomous mobile device 10 is said to have obstacles and irregularities without measuring the detailed shape of the positions. I can recognize that.

目的地方向に障害物が無いと判定する(ステップS66でNO)と、制御装置14はモータ46a〜46dに制御指令値を出力し、自律移動装置10を目的地の方向へ移動させる(ステップS68)。一方、目的地方向に障害物が有ると判定する(ステップS66でNO)と、制御装置14は、障害物を回避する方向に自律移動装置10の進行方向を変更し、その変更した進行方向に自律移動装置10が移動するようにモータ46a〜46dに制御指令値を出力する(ステップS70)。
なお、制御装置14は、自律移動装置10の移動方向に障害物がない場合は、所定速度まで自律移動装置10の移動速度を加速させる。すなわち、自律移動装置10の移動方向に障害物がない場合は、自律移動装置10が移動方向を変化させないため、その移動方向の3次元距離データが十分に得られている。従って、移動速度を加速しても自律移動装置10は障害物に衝突することなく移動することができる。
If it is determined that there is no obstacle in the destination direction (NO in step S66), the control device 14 outputs a control command value to the motors 46a to 46d, and moves the autonomous mobile device 10 in the direction of the destination (step S68). ). On the other hand, if it is determined that there is an obstacle in the destination direction (NO in step S66), the control device 14 changes the traveling direction of the autonomous mobile device 10 in a direction to avoid the obstacle, and in the changed traveling direction. A control command value is output to the motors 46a to 46d so that the autonomous mobile device 10 moves (step S70).
In addition, when there is no obstacle in the moving direction of the autonomous mobile device 10, the control device 14 accelerates the moving speed of the autonomous mobile device 10 to a predetermined speed. That is, when there is no obstacle in the moving direction of the autonomous mobile device 10, the autonomous moving device 10 does not change the moving direction, and thus the three-dimensional distance data in the moving direction is sufficiently obtained. Therefore, even if the moving speed is accelerated, the autonomous mobile device 10 can move without colliding with an obstacle.

制御装置14がステップS68またはステップS70によって自律移動装置10を移動させると、制御装置14は自律移動装置10が目的地に到着したか否かを判定する(ステップS74)。
自律移動装置10が目的地に到着していないと判定する(ステップS74でNO)と、ステップS64に戻って、ステップS64からの処理を実行する。2回目以降のステップS64では、制御装置52は、回転軌道70と回転軌道72を交互に選択し、選択した回転軌道70又は72に基づいて測定された3次元マップを制御装置14に出力する。したがって、3次元測定装置18は、回転軌道70による3次元形状データの測定(すなわち、広範囲の空間形状の測定)と、回転軌道72による3次元形状データの測定(すなわち、床面形状の測定)とを交互に繰り返し実行する。
自律移動装置10は、目的地に到着したと判定する(ステップS74でYES)と、移動を停止する。
When the control device 14 moves the autonomous mobile device 10 in step S68 or step S70, the control device 14 determines whether or not the autonomous mobile device 10 has arrived at the destination (step S74).
If it determines with the autonomous mobile apparatus 10 not having arrived at the destination (it is NO at step S74), it will return to step S64 and will perform the process from step S64. In the second and subsequent steps S64, the control device 52 alternately selects the rotation trajectory 70 and the rotation trajectory 72, and outputs a three-dimensional map measured based on the selected rotation trajectory 70 or 72 to the control device 14. Therefore, the three-dimensional measuring device 18 measures the three-dimensional shape data by the rotating track 70 (that is, measures a wide range of spatial shapes) and measures the three-dimensional shape data by the rotating track 72 (that is, measures the floor shape). And repeatedly.
When the autonomous mobile device 10 determines that it has arrived at the destination (YES in step S74), the autonomous mobile device 10 stops moving.

以上に説明したように、自律移動装置10は、回転軌道70による3次元形状データの測定と、回転軌道72による3次元形状データの測定とを交互に繰り返し実行する。回転軌道72は、レーザレンジセンサ20から床面上のレーザが走査される位置までの距離が長くなるのに従って、回転角速度が遅くなるように決定されており、これによってレーザを照射する目標位置74が一定速度でX方向に移動するようになっている。したがって、自律移動装置10が回転軌道72に従って回転装置30を駆動すると、床面上に等間隔にレーザが走査されるので、均一な解像度で床面形状を測定することができる。すなわち、床面上の自律移動装置10から遠い位置の形状を解像度が低下することなく測定できる。したがって、自律移動装置10は、床面上の自律移動装置10から離れた位置に小さな障害物があるときにも、その障害物を早期に検出し、障害物を回避する経路を選択することができる。また、均一な解像度で床面形状が測定されるので、均一な解像度の3次元マップを作成することができる。   As described above, the autonomous mobile device 10 alternately and repeatedly performs the measurement of the three-dimensional shape data by the rotating track 70 and the measurement of the three-dimensional shape data by the rotating track 72. The rotational trajectory 72 is determined so that the rotational angular velocity becomes slower as the distance from the laser range sensor 20 to the position where the laser on the floor is scanned becomes longer, thereby the target position 74 where the laser is irradiated. Moves in the X direction at a constant speed. Therefore, when the autonomous mobile device 10 drives the rotation device 30 according to the rotation path 72, the laser is scanned on the floor surface at equal intervals, so that the floor surface shape can be measured with uniform resolution. That is, the shape of the position far from the autonomous mobile device 10 on the floor surface can be measured without reducing the resolution. Therefore, even when there is a small obstacle at a position away from the autonomous mobile device 10 on the floor, the autonomous mobile device 10 can detect the obstacle at an early stage and select a route that avoids the obstacle. it can. In addition, since the floor shape is measured with a uniform resolution, a three-dimensional map with a uniform resolution can be created.

なお、本実施例の自律移動装置では、水平な床面を基準平面とした回転軌道にしたがって回転装置を制御したが、本発明はこのような実施形態に限られず、他の平面を基準平面とした回転軌道で回転装置を制御してもよい。例えば、自律移動装置が壁面近くを移動するときには、壁面を基準平面とした回転軌道にしたがって回転装置を制御することができ、あるいは、自立移動装置が傾斜する床面を走行するときには、傾斜する床面を基準平面とした回転軌道にしたがって回転装置を制御する等、さまざまな平面を基準平面とすることができる。   In the autonomous mobile device of this example, the rotating device was controlled according to the rotation trajectory with the horizontal floor as the reference plane, but the present invention is not limited to such an embodiment, and other planes are used as the reference plane. The rotating device may be controlled by the rotated trajectory. For example, when the autonomous mobile device moves near the wall surface, the rotating device can be controlled according to the rotation trajectory with the wall surface as a reference plane, or when the autonomous mobile device travels on the inclined floor surface, Various planes can be used as the reference plane, such as controlling the rotating device according to the rotation trajectory with the plane as the reference plane.

また、上述した自律移動装置では、予め決定された回転軌道で回転装置を制御したが、回転軌道の上方最大角度、下方最大角度を変更した回転軌道を生成することで測定範囲を変更したり、回転周期を変更した回転軌道を生成することで測定の解像度(レーザを走査する間隔ΔX)を変更してもよい。また、空間形状測定によって平面と思われる形状を検出したときには、その平面を基準面とした回転軌道を新たに生成してもよい。例えば、回転軌道70によって計測された床面の形状が略平面に近似できるときは、その近似した平面を基準平面とする回転軌道を制御装置52で生成するようにしてもよい。   Further, in the above-described autonomous mobile device, the rotating device is controlled with a predetermined rotating trajectory, but the measurement range can be changed by generating a rotating trajectory in which the upper maximum angle and the lower maximum angle of the rotating trajectory are changed, The resolution of the measurement (laser scanning interval ΔX) may be changed by generating a rotation trajectory with a changed rotation period. In addition, when a shape that seems to be a plane is detected by space shape measurement, a new rotation trajectory with the plane as a reference plane may be generated. For example, when the shape of the floor surface measured by the rotating track 70 can be approximated to a substantially flat surface, the control device 52 may generate a rotating track whose reference plane is the approximated plane.

また、上述した自律移動装置は、車輪走行型の自律移動装置であったが、多足歩行型のロボット等であってもよい。ロボットが歩行する床面の形状を測定することで、床面上のより平坦な位置にロボットの脚部を踏み出させることができる。これによって、ロボットの安定した歩行を担保し、ロボットの転倒等を未然に防止することができる。   In addition, although the above-described autonomous mobile device is a wheel traveling type autonomous mobile device, it may be a multi-legged walking type robot or the like. By measuring the shape of the floor on which the robot walks, the robot leg can be stepped on to a flatter position on the floor. As a result, stable walking of the robot can be ensured, and the robot can be prevented from falling over.

また、通常時は、回転させずにレーザレンジセンサを起動し、レーザレンジセンサによって障害物が検知された場合にのみレーザレンジセンサを回転させる構成としても良い。これによって、障害物が検知されない状況では短い周期で進行方向の床面形状を測定し、障害物が検知された場合にのみ回転装置によりレーザレンジセンサを回転させて障害物の形状等を測定することができる。   Moreover, it is good also as a structure which starts a laser range sensor without rotating normally, and rotates a laser range sensor only when an obstacle is detected by the laser range sensor. As a result, when the obstacle is not detected, the floor shape in the traveling direction is measured in a short cycle, and only when the obstacle is detected, the laser range sensor is rotated by the rotating device to measure the shape of the obstacle. be able to.

また、上述の実施例では、自律移動装置の位置及び移動方向を、エンコーダが検出する車輪の回転量から算出していたが、本発明は、このような実施形態に限られない。例えば、GPS(Global Positioning System)を利用して、自律移動装置の位置及び移動方向を検出しても良い。   Moreover, in the above-mentioned Example, although the position and moving direction of the autonomous mobile apparatus were calculated from the rotation amount of the wheel which an encoder detects, this invention is not limited to such embodiment. For example, the position and moving direction of the autonomous mobile device may be detected using GPS (Global Positioning System).

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

本実施例の自律移動装置10の斜視図。The perspective view of the autonomous mobile apparatus 10 of a present Example. 本実施例の自律移動装置10のブロック図。The block diagram of the autonomous mobile apparatus 10 of a present Example. 本実施例のレーザレンジセンサ20の内部構造図。The internal structure figure of the laser range sensor 20 of a present Example. 距離測定ユニット24の拡大図。The enlarged view of the distance measurement unit 24. FIG. 演算装置26のブロック図。The block diagram of the arithmetic unit 26. FIG. 演算装置26の処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process of the arithmetic unit 26. レーザレンジセンサ20の回転軌道70を示すグラフ。The graph which shows the rotation track | orbit 70 of the laser range sensor 20. FIG. レーザレンジセンサ20の回転軌道72を示すグラフ。The graph which shows the rotation track | orbit 72 of the laser range sensor 20. FIG. 回転軌道72に従ってレーザレンジセンサ20を回転したときの、レーザレンジセンサ20の目標位置74の位置を示すグラフ。The graph which shows the position of the target position 74 of the laser range sensor 20 when rotating the laser range sensor 20 according to the rotation track | orbit 72. FIG. レーザレンジセンサ20のレーザ出射時の説明図。Explanatory drawing at the time of laser emission of the laser range sensor 20. FIG. 回転軌道72に従ってレーザレンジセンサ20を回転したときの、レーザ走査線の説明図。Explanatory drawing of a laser scanning line when the laser range sensor 20 is rotated according to the rotation track | orbit 72. FIG. 回転軌道72に従ってレーザレンジセンサ20を回転したときの、レーザの照射位置の説明図。Explanatory drawing of the irradiation position of a laser when rotating the laser range sensor 20 according to the rotation track | orbit 72. FIG. 演算部52aの処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process of the calculating part 52a. 自律移動装置10の動きを示す斜視図。The perspective view which shows the motion of the autonomous mobile apparatus 10. FIG. レーザレンジセンサ20の上面図。The top view of the laser range sensor 20. FIG. 制御装置14の処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process of the control apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10:自律移動装置
14:制御装置
16:自律移動体
18:3次元測定装置
20:レーザレンジセンサ
23:回転軸
23a:レーザ原点
24:距離測定ユニット
24a:レーザ光源
24b:受光素子
24c:レンズ部
24d:筐体
25:ミラー
26:演算装置
26a:制御部
26b:センシング部
26c:カウント部
26d:記憶部
26e:演算部
27:樹脂部材
28:モータ
28a:エンコーダ
30:回転装置
32:回転軸
34:基準点
35:フレーム
37:モータ
38:エンコーダ
40:4輪台車
42:台車本体
44a〜44d:車輪
46a〜46d:モータ
48a〜48d:エンコーダ
52:制御装置
52a:演算部
52b:回転制御部
52c:記憶部
70:回転軌道
72:回転軌道
74:目標位置
10: autonomous mobile device 14: control device 16: autonomous mobile body 18: three-dimensional measuring device 20: laser range sensor 23: rotating shaft 23a: laser origin 24: distance measuring unit 24a: laser light source 24b: light receiving element 24c: lens unit 24d: casing 25: mirror 26: arithmetic unit 26a: control unit 26b: sensing unit 26c: counting unit 26d: storage unit 26e: arithmetic unit 27: resin member 28: motor 28a: encoder 30: rotating device 32: rotating shaft 34 : Reference point 35: Frame 37: Motor 38: Encoder 40: Four wheel bogie 42: Bogie main body 44 a to 44 d: Wheels 46 a to 46 d: Motor 48 a to 48 d: Encoder 52: Controller 52 a: Calculation unit 52 b: Rotation control unit 52 c : Storage unit 70: Rotating track 72: Rotating track 74: Target position

Claims (4)

障害物を回避しながら目標地点まで移動する自律移動装置であり、
所定周期で光線を走査軸周りに走査することで光線が走査された走査線上の距離データを測定する距離測定装置と、
距離測定装置が取付けられ、距離測定装置を走査軸及び自律移動装置の進行方向と直交する回転軸周りに回転させる回転装置と、
回転装置が搭載される移動体と、
回転装置の回転角を検出するセンサと、
距離測定装置から入力される距離データとセンサから入力される回転角を用いて3次元距離データを演算する演算装置と、
回転装置の回転軸周りの回転運動を制御する回転制御装置と、
演算装置で演算された3次元距離データを用いて移動体の移動方向及び移動速度を制御する移動体制御装置と、を有しており、
回転制御装置は、距離測定装置から基準平面に向けて光線を走査する場合に、その基準平面上の距離測定装置から遠い位置に光線を走査するときは、その基準平面上の距離測定装置から近い位置に光線を走査するときに比べて遅い角速度で回転装置を回転させることを特徴とする自律移動装置。
It is an autonomous mobile device that moves to the target point while avoiding obstacles,
A distance measuring device that measures distance data on a scanning line scanned by a light beam by scanning the light beam around a scanning axis at a predetermined period;
A rotation device to which a distance measurement device is attached, and which rotates the distance measurement device around a rotation axis orthogonal to the scanning axis and the traveling direction of the autonomous mobile device;
A moving body on which a rotating device is mounted;
A sensor for detecting the rotation angle of the rotating device;
An arithmetic device for calculating three-dimensional distance data using distance data input from a distance measuring device and a rotation angle input from a sensor;
A rotation control device for controlling the rotational movement around the rotation axis of the rotation device;
A moving body control device that controls the moving direction and moving speed of the moving body using the three-dimensional distance data calculated by the arithmetic device,
When scanning the light beam from the distance measuring device toward the reference plane, the rotation control device is close to the distance measuring device on the reference plane when scanning the light beam at a position far from the distance measuring device on the reference plane. An autonomous mobile device characterized in that a rotating device is rotated at a slower angular velocity than when scanning a light beam at a position.
回転制御装置の回転軌道は、距離測定装置から基準平面上の光線が走査される位置までの距離が長くなるのに従って、回転装置の回転角速度が遅くなるように決定されていることを特徴とする請求項1に記載の自律移動装置。   The rotation trajectory of the rotation control device is determined such that the rotation angular velocity of the rotation device decreases as the distance from the distance measurement device to the position where the light beam on the reference plane is scanned increases. The autonomous mobile device according to claim 1. 回転制御装置は、自律移動装置が移動する床面に相当する平面を基準平面として回転装置を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の自律移動装置。   The autonomous mobile device according to claim 1, wherein the rotational control device controls the rotational device using a plane corresponding to a floor surface on which the autonomous mobile device moves as a reference plane. 回転制御装置の回転軌道は、距離測定装置の各周期において基準平面上に走査される光線の走査線の間隔が等間隔となるように決定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の自律移動装置。   The rotation trajectory of the rotation control device is determined so that the intervals between the scanning lines of the light beams scanned on the reference plane in each period of the distance measuring device are equal intervals. The autonomous mobile device according to any one of the above.
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