JP2003167628A

JP2003167628A - 自律走行作業車

Info

Publication number: JP2003167628A
Application number: JP2001402163A
Authority: JP
Inventors: Nobukazu Kawagoe; 宣和川越
Original assignee: Figla Co Ltd
Current assignee: Figla Co Ltd
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】移動体本体のサイズの関係で障害物検出用測
距手段の設置スペースが限られ、測距手段の近距離不感
知範囲が本体外周より外に広がらざるを得ない場合にお
いても、本体外周サイズに係わり無く、確実に移動体と
周囲の障害物との衝突を防止することを目的とする。【解決手段】自律走行作業車を、本体を移動させる駆動
手段と、本体周囲と障害物との間の距離を計測すると共
に近距離測定の限界値を有する測距手段と、駆動手段を
測距手段からの情報を基に本体の走行制御を行う走行制
御手段とで構成し、測距手段で測定した距離が前記測距
手段の限界値である最小距離よりも大きい値で走行停止
制御を行う。測距手段の設置位置は、本体の内部で移動
可能であり、走行停止制御を行う所定値を記憶する記憶
手段と、外部から前記所定値を変更する入力手段と、前
方左右に比較的長距離を測定する超音波測距センサーを
設け、その間の位置に、前記超音波センサーの死角を補
うべく、比較的近距離を測定する光学式測距センサーを
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は自律走行作業車に
関し、特に清掃やワックス塗布等，作業領域を隈なく走
行し作業を行う自律走行作業車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、床面を清掃する装置には、床
面を障害物を避けながら自走し、清掃ブラシ等を回転さ
せて自動的に清掃作業を行うものが開発されている。こ
のような自動式清掃装置は、前記のようなブラシ等の清
掃手段と、車輪等の移動手段と、移動時に清掃装置と障
害物との距離を計測する測距手段等を備え、この測距手
段によって清掃装置が障害物に衝突することを防止する
と共に、壁面に接近して自走することが可能となり、こ
れにより、作業区域全体の清掃を自動で行うことを可能
としている。

【０００３】このような清掃装置に設けられた測距手段
は、装置本体の外周面上に配置されていると、万一、清
掃装置と障害物とが衝突した場合には、測距手段に直接
的な衝撃が加わってしまい、測距手段の破損を招くおそ
れがある。このような問題を避けるために、自律走行作
業車に設けられている測距手段は、装置本体の外周面上
に配置されることは少なく、本体の一部に溝や切欠き等
を形成して測距手段を収納する部分を設けることや、測
距手段の外側に保護部材を配置すること等が行われてい
る。

【０００４】例えば、特開平４−２６０９０５号に備え
られている測距センサーは、本体カバーの内側に設置さ
れて、本体カバーと障害物との距離を測定し、測定した
距離に基づいて走行制御を行うものである。

【０００５】このように、自律走行作業車において測距
手段を外的衝撃から保護するために、本体の内側に測距
手段を設置することが多用されているが、前記の測距手
段が計測可能であるのは、測距手段から障害物までの距
離である。即ち、前記のように測距手段が本体の内側に
設置されている場合においては、測距手段が計測した距
離は、測距手段から障害物までの距離であり、厳密には
本体の外周から障害物までの距離は計測されておらず、
このために、本体と障害物との距離が一定の距離を越え
て接近した場合、実際には想定した距離よりも接近して
いる状態となり、走行制御を行うより早く自律走行作業
車は障害物に衝突してしまうことがある。

【０００６】この問題を解決するために、特開平５−９
５８８３号は、本体に段差を設けて測距手段の設置部と
し、測距手段が計測した測距手段から障害物までの距離
を、演算手段によって本体から障害物までの距離を算出
し、この数値をもとに走行制御を行うものである。

【０００７】しかし、特開平５−９５８８３号は、測距
手段の測定可能な距離の最小値が本体に対して短く、本
体に形成する段差の幅を測定可能な距離の最小値よりも
広く形成することが可能な場合には有効であるが、本体
に形成する測定可能な最小値よりも広く形成することが
不可能である場合には意味をなさない。例えば、自律走
行作業車の本体が小型である場合には、広い設置部を設
けることは困難である。

【０００８】また、測距手段の構造上の問題で測定可能
な距離の最小値が大きくなってしまう場合にも、前記の
ような手段を使用することは困難である。この測距手段
の構造上の問題とは、例えば、超音波測距センサーを使
用した場合において顕在化するものである。一般的に超
音波測距センサーは測定可能な距離の最大値が大きくな
ると測定可能な最小値も大きくなる。自律走行作業車に
おいては、壁に沿って走行する、いわゆる壁倣い走行を
行う場合が多く、このような場合、進行方向に平行な横
の壁までの距離が一定になるように、壁までの距離を測
定しながら走行制御を行うのであるが、遠くの壁までの
距離が測定できれば、それだけ広い作業領域での走行が
可能となるため、測定可能な距離の最大値の大きい超音
波測距センサーを用いることが望ましく、それに伴って
測定可能な距離の最小値は大きくなる。

【０００９】例えば、測定可能な距離範囲の広い超音波
測距センサーにおいて、最小値が約２１ｃｍ、最大値が
約１０ｍである場合、壁倣い走行を必要とする自律走行
作業車の距離センサーとしては好ましい製品であるが、
自律走行作業車の距離センサーが持ち運び可能な携帯型
で、かつベッドの下なども作業できるように車高を低く
したい場合には、内側への段差を２１ｃｍ以上取ること
はスペース的に困難であり、測定不可能な部分が作業車
外周に生じることになる。従って、このような場合にお
いては、特開平５−９５８８３号のように、作業車本体
外周と超音波距離センサーと障害物との距離の測定値か
ら車体外周と障害物間の距離を求めることは不可能であ
り、衝突を防止することができなくなってしまう。

【００１０】自律作業車においては、作業種別や作業環
境により、障害物検出時の停止距離、すなわち障害物と
の接触を避けるため停止する必要があると判別する障害
物までの距離の閾値を変更したい場合がある。例えば、
床消毒作業を行う場合には、できるだけ壁際の隅々まで
作業を行うことが望まれるし、床にワックスを塗布する
場合は、壁際を作業してはいけない場合がある。また、
壁倣い走行を行う際には、前述のように壁面と自律走行
作業車との間の距離に基づいて走行制御を行い、壁面に
不規則な凹凸が多い場所で作業を行う場合には不規則な
凹凸に対応するために余裕を持たせた判別距離を設定す
ることが望ましく、壁面が平坦である場所で作業を行う
場合にはできるだけ壁際に接近して隅々まで清掃するこ
とが望ましい。このように、作業領域の壁面の状態が異
なる場合には判別距離も異なるものであり、判別距離を
変更できない場合には、異なる環境で自律走行作業車を
使用することには不都合が生じるものであり、特開平５
−９５８８３号は判別距離の変更方法を有していないた
め汎用性において問題を有している。

【００１１】

【本発明が解決しようとする課題】本発明は、移動体本
体のサイズの関係で障害物検出用測距手段の設置スペー
スが限られ、測距手段の近距離不感知範囲が本体外周よ
り外に広がらざるを得ない場合においても、本体外周サ
イズに係わり無く、確実に移動体と周囲の障害物との衝
突を防止することを目的とする。

【００１２】また、障害物を検出して走行停止する際の
移動体と障害物との距離を変更可能として、作業種別や
作業環境に適した状態で汎用性に富む自律走行作業車を
提供することをも目的とする。

【００１３】さらに、超音波測距センサーを使用した場
合に問題となる、測定の死角を補い、より確実な衝突防
止機能を実現することをも目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の自律走行作業車
は、本体を移動させる駆動手段と、本体周囲と障害物と
の間の距離を計測すると共に近距離測定の限界値を有す
る測距手段と、前記駆動手段を前記測距手段からの情報
を基に本体の走行制御を行う走行制御手段とからなり、
走行制御手段は前記測距手段で測定した距離が前記測距
手段の限界値である最小距離よりも大きい値で走行停止
制御を行うように構成した。これによって、本発明の自
律走行作業車は、本体が小型であるために、測距手段と
本体の外周との間が測距手段の測定可能最小距離よりも
小さい場合にも、障害物との衝突を防止することが可能
である。

【００１５】前記測距手段を本体内部で移動可能に設置
し、障害物を検出して走行停止した時の、障害物と本体
外周との距離を調整可能とする。このことによって、壁
面の急激な凹凸に対応するために停止距離を大きく設定
したり、平滑な壁面にぎりぎりまで接近して作業を行う
ために停止距離を小さく設定するなどのように、各作業
領域に適した停止距離を設定することが可能である。

【００１６】また、前記所定値を記憶する記憶手段と、
外部から前記所定値を変更する入力手段を有し、前記所
定値を変更することにより、障害物を検出して走行停止
した時の、障害物と本体外周との距離を調整可能とす
る。このことによって、壁面の急激な凹凸に対応するた
めに停止距離を大きく設定したり、平滑な壁面にぎりぎ
りまで接近して作業を行うために停止距離を小さく設定
するなどのように、各作業領域に適した停止距離を設定
することが可能である。

【００１７】さらに、超音波測距センサーを左右前方に
設け、その間の位置に光学式測距センサーを設けること
によって、超音波測距センサーが距離を測定不能である
ような死角部分を補って距離を測定することを可能とす
る。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の実施例を表す横断面図であり、図２は本発明の実
施例を表す縦断面図であり、図３は本発明の実施例によ
る測距手段を説明する説明図である。

【００１９】本実施例の自律走行作業車は、ブラシ等の
清掃手段２を設けて主に清掃ロボットとして使用される
ものである。１は自律走行作業車の本体を表し、３ａ、
３ｂはそれぞれ側方の障害物までの距離を測定するため
の超音波測距センサーであり、３ｃ、３ｄはそれぞれ前
方の障害物までの距離を測定するための超音波測距セン
サーである。５ａ、５ｂは駆動モータであり、この駆動
モータ５ａ，５ｂによって、６ａ、６ｂの走行車輪の駆
動を行うものである。

【００２０】前記超音波測距センサー３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄの測定レンジは、０．２１ｍ〜１０ｍである。
本実施例で使用する超音波測距センサー３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄは、超音波パルスの発信部と、反射波の受信部
が同一部品で構成されているため、発信期間中は受信が
不可能になり測定ができない関係上、測定可能最短距離
Ｌｍｉｎは２１ｃｍとなる。

【００２１】そして、前方測定用の３ｃ、３ｄに関して
言えば、取り付け位置は、外周先端から１０８ｍｍなの
で、前方の障害物に対して、本体外周の外側に１００ｍ
ｍ以上の不感知範囲が存在する。

【００２２】前記走行車輪６ａ、６ｂは、前記走行車輪
駆動モータ５によって駆動され、前記走行車輪駆動モー
タ５ａ、５ｂは、制御部８によって、回転スピードが制
御される。

【００２３】また、制御部８は、超音波測距センサー３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを制御し、４つの超音波測距セン
サーを順番に駆動して、周囲の障害物までの距離を測定
する。一つの超音波測距センサーに関して言えば、セン
サーから超音波パルスを発信し、障害物に反射した超音
波パルスが受信されるまでの時間を測定して、超音波測
距センサーから障害物までの距離に換算する。

【００２４】前進走行中に、超音波測距センサー３ｃも
しくは３ｄの測定値が、所定の値より小さくなった場
合、制御部は、障害物との衝突が発生すると判断し、減
速を開始したり、停止したりするように走行駆動モータ
を制御する。

【００２５】具体的には、本実施例では、前方の障害物
と、３ｃもしくは３ｄまでの距離が｛２４ｃｍ＋走行
スピード（秒速）÷２｝以下になったら減速を開始す
る。本実施例の場合、走行スピードの最大値は秒速６０
ｃｍなので、この最高速度で走行中は、前方の障害物と
３ｃ、３ｄまでの距離が５４ｃｍ以下になったら減速を
開始する。走行スピードが遅いほど、減速開始判別距離
Ｌ１は小さい値になる。これは、スムーズに停止するた
めには、走行速度が速いほど、長い停止距離が必要なた
めである。

【００２６】また、前記超音波測距センサー３ｃ、３ｄ
と前方障害物までの距離が２４ｃｍ以下に達すると停止
する。停止判別距離Ｌ２を２１ｃｍ以下にした場合、セ
ンサーの測定可能最小距離Ｌｍｉｎを下回ってしまうた
め、障害物が２１ｃｍより近づいても測定値は２１ｃｍ
より小さくならないので、どれだけ近づいても停止判別
距離Ｌ２以下にならず、ついには衝突してしまうが、停
止判別距離Ｌ２を２４ｃｍとすることによって、このよ
うな問題を解決するものである。尚、停止判別距離Ｌ２
を２４ｃｍに設定することには、センサーの機器感誤差
や、取り付け状態のばらつきによる発信終了後の残存振
動時間のばらつきにも対応して計測漏れを防止するため
に行われるものであり、３ｃｍ程度の余裕を持たせてい
る。

【００２７】このように停止判別距離Ｌ２を測定可能最
小距離Ｌｍｉｎよりも大きい値に設定しておくことによ
って、前記超音波測距センサー３ｃ、３ｄから本体外周
までの距離Ｄが、前記超音波測距センサー３ｃ、３ｄの
測定可能最小距離Ｌｍｉｎより短く設けられているにも
係わらず、本体が障害物に衝突することは無い。

【００２８】超音波測距センサー移動レール４ａ、４ｂ
は、前記超音波測距センサー３ｃ、３ｄを前後に移動さ
せるためのレールである。図１は、最も前方に配置した
場合の図であり、この場合、超音波測距センサー３ｃ、
３ｄと障害物との距離が停止判別距離Ｌ２に達して停止
した場合、本体外周と障害物との距離は最も大きくな
る。超音波測距センサー３ｃ、３ｄを超音波測距センサ
ー移動レール４ａ、４ｂで後方へスライド移動させる
と、前記の本体外周と障害物との距離は小さくなる。本
実施例では、超音波測距センサー移動レール４ａ、４ｂ
は本体底面のつまみネジを緩めて手動により位置調節す
るようになっているが、スライド駆動モーターを設けて
も良い。

【００２９】一般的に超音波センサーは複雑な凹凸を正
確に測定することができず、また、死角も存在するの
で、床面にワックスを塗布する作業のように、壁面にぎ
りぎりまで接近する必要が無い場合や壁面に凹凸が多く
衝突の危険性が大きい場合には、より安全に衝突を回避
するよう、停止時の本体外周と障害物の距離を大きくす
ることが望ましい。このような場合には、超音波測距セ
ンサー移動レール４ａ、４ｂを使用して超音波測距セン
サー３ｃ、３ｄを前方に配置することによって、余裕を
持って安全に衝突を回避することが可能である。

【００３０】一方、壁に凹凸が少ない場合で、かつ、床
の消毒作業のように、できるだけ壁際ぎりぎりまで作業
する必要が有る場合には、超音波測距センサー３ｃ、３
ｄをできるだけ後方に配置する。このことによって、超
音波測距センサー３ｃ、３ｄの測定可能最小距離Ｌｍｉ
ｎと本体外周は接近し、本体外周と障害物の停止時の距
離は短くなり、本発明の自律走行作業車は障害物や壁面
に接近して床面を漏れなく作業することが可能である。

【００３１】また、超音波測距センサー３ｃ、３ｄを前
記超音波測距センサー移動レール４ａ、４ｂによって最
も前に配置した場合より、さらに、障害物から離れた位
置で本体を停止させたい場合には、操作パネルを用い
て、停止判別距離Ｌ２をより大きい値に変更することに
よって可能とする。

【００３２】また、以上の説明は、超音波式の測距セン
サーについて行ったが、光学式測距センサーについても
同様に、測定可能な最短距離が存在する。例えば、赤外
線を利用した光学式測距センサー１０の測距可能範囲は
１０ｃｍ〜８０ｃｍであり、図１に示す如く、光学式測
距センサー１０を、超音波測距センサー３ｃ、３ｄの間
の本体中央先端部に設置して、光学式測距センサーの停
止判別距離を本体外周より長く設定することにより、超
音波センサーの死角を補うことができ、より確実な衝突
防止が可能になる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明の自律走行作業車
は、本体が小型である場合にも測距手段を使用して、障
害物との衝突を回避することを可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自律走行作業車の実施例である横断面
図

【図２】本発明の自律走行作業車の実施例である縦断面
図

【図３】本発明の実施例による測距手段を説明する説明
図

【符号の説明】１本体部２作業部３ａ超音波測距センサー３ｂ超音波測距センサー３ｃ超音波測距センサー３ｄ超音波測距センサー４ａ超音波測距センサー移動レール４ｂ超音波測距センサー移動レール５走行車輪駆動モータ６ａ走行車輪６ｂ走行車輪７ジャイロセンサー８制御部９操作パネル１０光学式測距センサーＬｍｉｎ測定可能最小距離Ｌ１減速開始判別距離Ｌ２停止判別距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体を移動させる駆動手段と、本体周囲と
障害物との間の距離を計測すると共に近距離測定の限界
値を有する測距手段と、前記駆動手段を前記測距手段か
らの情報を基に本体の走行制御を行う走行制御手段とか
らなり、走行制御手段は前記測距手段で測定した距離が
前記測距手段の限界値である最小距離よりも大きい値で
走行停止制御を行うことを特徴とする自律走行作業車。
【請求項２】前記測距手段の設置位置が本体の内部で移
動可能であることを特徴とする請求項１に記載の自律走
行作業車。
【請求項３】前記走行停止制御を行う所定値を記憶する
記憶手段と、外部から前記所定値を変更する入力手段を
有することを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の
自律走行作業車。
【請求項４】前方左右に比較的長距離を測定する超音波
測距センサーを設け、その間の位置に、前記超音波セン
サーの死角を補うべく、比較的近距離を測定する光学式
測距センサーを設けた、請求項１乃至請求項３に記載の
自律走行作業車。