JP2004021895A

JP2004021895A - Mobile robot

Info

Publication number: JP2004021895A
Application number: JP2002179613A
Authority: JP
Inventors: Sumihisa Iwashita; 岩下　純久
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mobile robot wherein a moving means, such as wheels and crawler, is provided to a structure, capable of swiftly determining whether to go over an obstacle or not, and capable of operating efficiently. <P>SOLUTION: The mobile robot wherein a moving means 12 is provided to the structure 11 comprises a first obstacle detector 14, a second obstacle detector 15 and a drive control means 16. The first obstacle detector 14 detects the presence of an obstacle within a height that can be cleared by the moving means 12. The second obstacle detector 15 detects the presence of an obstacle above the detection range of the first obstacle detector 14. The drive control means 16 instructs a moving route to go around the obstacle to the moving means 12 for an obstacle detected by the second obstacle detector 15 and instructs a moving route to go over the obstacle to the moving means 12 for an obstacle not detected by the second obstacle detector 15. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪やクローラ等の移動手段が構体に設けられた移動ロボットに関し、さらに詳しくは、障害物検出手段を有する移動ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の移動ロボットとして、図１０に示すものがある。この移動ロボットは、構体１の左右に移動手段としての車輪２を備え、構体１中央に立設されたＴ字形支柱４の左右の水平端部に、前方を向いたカメラ５，６を備えている。又、移動ロボットの内部には、スムーズな情報処理を可能にするために、ローカル制御を主に担当する下位プロセッサ（運動制御用プロセッサ）と、周りの環境を監視しながら環境に応じた次の行動を思案する上位プロセッサ（運動計画用プロセッサ）とが設けられている。この移動ロボットでの障害物検出は、カメラ５，６により２眼ステレオ画像を得、ステレオ画像対間で対応点を検出して障害物との距離を計測することにより行う。
【０００３】
他の移動ロボットとして、図１１に示すものがある。この移動ロボットは、構体１の左右に移動手段としての車輪２を備え、構体１の前部に、接触あるいは非接触で障害物を検出する検出部７を有している。検出部７は、具体的には、赤外線や超音波等を用いて障害物を検出するか、あるいは、近接（接触）スイッチにより障害物を検出する。この移動ロボットでは、複数の検出部７が構体１１の水平方向に並べて配置される場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示した移動ロボットでは、カメラ画像による視覚を用いた距離計測であるため、ステレオ画像対間で対応点を検出することが必要になり、処理する情報量が多く、上位プロセッサでの処理において、障害物を的確かつ瞬時に検出することは困難であった。すなわち、障害物の乗り越えの可否を速やかに決定できなかった。このため、移動ロボットは、処理速度に合わせてゆっくりと移動するか、指示を待つために一時停止することが必要であった。
【０００５】
一方、図１１に示した移動ロボットでは、前方に障害物が存在することは検出できるが、その障害物の高さについての情報は得られず、障害物が乗り越え得る高さのものか否かが判断できず、実際には乗り越えられる障害物であっても、それを迂回する移動経路を選択するしかなく、効率的な運転（運用）を行えなかった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その解決しようとする課題は、障害物の乗り越えの可否を速やかに決定でき、効率的な運転を行える移動ロボットを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１に係る発明は、図１および図２に示すように、構体１１に移動手段１２が設けられた移動ロボットであり、移動手段１２により乗り越え可能な高さ内に障害物があることを検出するための第１の障害物検出部１４と、第１の障害物検出部１４の検出範囲よりも上層に障害物があることを検出するための第２の障害物検出部１５と、第２の障害物検出部１５が検出した障害物については移動手段１２に障害物を迂回する移動経路を指示し、第１の障害物検出部１４が検出し第２の障害物検出部１５が検出しない障害物については移動手段１２に障害物を乗り越える移動経路を指示することが可能な駆動制御手段１６とを備えている。
【０００８】
駆動制御手段１６は、第１の障害物検出部１４が検出し第２の障害物検出部１５が検出しない障害物について、通常は、移動手段１２に障害物を乗り越える移動経路を指示するように構成される。しかし、乗り越えずに迂回する指示を出す場合もあるように構成してもよい。たとえば、室内で走行する移動ロボットの場合であって駆動制御手段１６が室内の間取り情報を有している場合、乗り越える移動経路と迂回する移動経路をそれぞれ選択した場合における目的地点までのエネルギーロスを予測し、迂回する移動経路の方がエネルギーロスが小さいような場合では、迂回する移動経路を指示するように構成してもよい。
【０００９】
図１および図２では、移動手段１２として、車輪を示しているが、クローラ等を用いてもよい。又、構体１１下面の後部側に、構体１１の前後左右方向の移動を許容しながら、構体１１を支える回転自在の球状体１７を設けたものを図示したが、これはなくてもよい。
【００１０】
移動ロボットの乗り越え可能な障害物の高さは、移動手段１２の構成によって異なる。たとえば、構体１１前部の下面よりも高い障害物１９（図２参照）に構体１１の前面が接触すると、一般的には移動ロボットは障害物１９を乗り越えることができず、その障害物１９を迂回するしかない。しかし、移動手段１２にクローラを用いれば（いわゆる戦車のような構成を採用すれば）、構体１１前部の下面よりも高い障害物１９を乗り越えることができる。又、構体１１を上方に移動できる移動ロボットであれば、構体１１前部の下面よりも高い障害物１９であっても、構体１１前部が上昇できる範囲内で、背の高い障害物１９を乗り越えることができる。このように、移動ロボットが乗り越えられる障害物１９の高さは移動手段１２の構造により異なる。よって、移動手段１２を含めた移動ロボットの構造に応じて、第１および第２の障害物検出部１４，１５が検出する障害物の高さの範囲を設定する必要がある。
【００１１】
本発明では、乗り越え可能な高さ内に障害物があることを検出するための第１の障害物検出部１４の出力と、第１の障害物検出部１４の検出範囲よりも上層に障害物があることを検出するための第２の障害物検出部１５の出力とから、障害物の乗り越えの可否を速やかに決定でき、移動ロボットの効率的な運転を行える。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、第１および第２の障害物検出部は、それぞれ、障害物との接触時に障害物に押圧され垂直面内で揺動する接触レバーと、該接触レバーによりオン／オフされるスイッチとからなり、第２の障害物検出部における接触レバーの接触面は、第１の障害物検出部における接触レバーの接触面よりも上方に配置されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明では、接触レバーによりオン／オフされるスイッチでもって第１および第２の障害物検出部を構成したので、第１および第２の障害物検出部の出力から、障害物の乗り越えの可否を瞬時に決定でき、移動ロボットの効率的な運転を行える。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、第１の障害物検出部の検出対象となる障害物と接触する第１のアーム部が下方に形成され、第２の障害物検出部の検出対象となる障害物と接触する第２のアーム部が上方に形成された第１および第２の障害物検出部に共通の接触レバーであって、第１の障害物検出部の検出対象となる障害物に第１のアーム部が押圧された場合と、第２の障害物検出部の検出対象となる障害物に第２のアーム部が押圧された場合とでは、垂直面内で逆方向に揺動するように構体に回転可能に支持され、障害物に接触していない状態では第２のアーム部の前端部は第１のアーム部の前端部よりも前方に突き出ている接触レバーと、第１のアーム部が押圧されたことを検出する第１の障害物検出部側のスイッチと、第２のアーム部が押圧されたことを検出する第２の障害物検出部側のスイッチと、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明では、共通の接触レバーによりオン／オフされるスイッチでもって第１および第２の障害物検出部を構成したので、構成が簡単になる上に、第１および第２の障害物検出部の出力から、障害物の乗り越えの可否を瞬時に決定でき、移動ロボットの効率的な運転を行える。
【００１６】
【実施の形態】
（第１の実施の形態例）
本発明の第１の実施の形態例を図３および図４を用いて説明する。図３および図４は第１の実施の形態例の外観を示す図で、図３は前側の斜め上方から見た斜視図、図４は右側面図である。
【００１７】
図３および図４に示した移動ロボットも、構体２１の左右に移動手段２２を備えている。又、構体２１下面の後部側には、構体２１の前後左右方向の移動を許容しながら、構体２１を支える回転自在の球状体（鋼球）２３が設けられている。第１の障害物検出部２４は、移動手段２２により乗り越え可能な高さＨ内に障害物があることを検出するものである。第２の障害物検出部２５は、第１の障害物検出部２４の検出範囲よりも上層（上方）に障害物があることを検出するものである。
【００１８】
図５に示すように、第１の障害物検出部２４は、障害物との接触時に障害物に押圧され垂直面内で揺動する第１の接触レバー４１と、該接触レバー４１によりオン／オフされるスイッチ４２とからなる。この接触レバー４１は水平方向に延びた接触面（前面）にて障害物と接触する。接触レバー４１の後面側には、支持アーム４３が左右２箇所に突設されており、左右に延びた円柱部４３ａでもって、構体２１に揺動可能に支持されている。さらに接触レバー４１の後面側には、左右のスイッチ４２をそれぞれオン／オフする突起４４が左右２箇所に設けられている。
【００１９】
同様に、第２の障害物検出部２５は、障害物との接触時に障害物に押圧され垂直面内で揺動する第２の接触レバー５１と、該接触レバー５１によりオン／オフされるスイッチ５２とからなる。この接触レバー５１は水平方向に延びた接触面（前面）にて障害物と接触する。接触レバー５１の後面側には、支持アーム５３が左右２箇所に突設されており、左右に延びた円柱部５３ａでもって、構体２１に揺動可能に支持されている。さらに接触レバー５１の後面側には、左右のスイッチ５２をそれぞれオン／オフする突起５４が左右２箇所に設けられている。
【００２０】
第２の障害物検出部２５における接触レバー５１の接触面は、第１の障害物検出部２４における接触レバー４１の接触面よりも上方に配置されている。又、接触レバー５１の接触面と接触レバー４１の接触面との境界高さＨは、本形態例の移動ロボットが乗り越え可能な最大高さ以下に選ばれている。
【００２１】
本形態例の内部には、ローカル制御を主に担当する下位プロセッサ（運動制御用プロセッサ）６１と、周りの環境を監視しながら環境に応じた次の行動を思案する上位プロセッサ（運動計画用プロセッサ）６２とが、内部に設けられている。スイッチ４２，５２のオン／オフの信号は、下位プロセッサ６１に取り込まれ、そこで障害物の高低が判断され、その結果を示すデータが、上位プロセッサ６２に送られるようになっている。
【００２２】
上位プロセッサ６２は、第２の障害物検出部２５が検出した障害物については、移動手段２２に障害物を迂回する移動経路を下位プロセッサ６１に指示し、第１の障害物検出部２４が検出し第２の障害物検出部２５が検出しない障害物については、移動手段２２に障害物を乗り越える移動経路を指示するものである。
【００２３】
上記形態例において、第１および第２の接触レバー４１，５１は、接触面が図４の左方に押し出されるように、図示しないスプリング等の付勢手段によって付勢されている。この状態で、図４に示すような高さＨ１（＞Ｈ）の段差でなる障害物５５に移動ロボットがぶつかった場合は、障害物５５に押圧されて、第１および第２の接触レバー４１，５１が垂直面内で揺動する（図４における反時計方向に回転する）。このため、突起４４，５４も同方向に回転させられ、スイッチ４２，５２の双方がオンになる（オフするように構成してもよい）。このスイッチ４２，５２の状態を検知した下位プロセッサ６１は、迂回すべき障害物と判断し、上位プロセッサ６２の指定する移動経路に基づき迂回する。
【００２４】
逆に、障害物５５の高さＨ１がＨ以下であり、この障害物５５に移動ロボットがぶつかった場合は、障害物５５に押圧されて、第１の接触レバー４１のみが垂直面内で揺動する（図４における反時計方向に回転する）。このため、突起４４のみが同方向に回転させられ、スイッチ４２のみがオンになる。このスイッチ４２，５２の状態を検知した下位プロセッサ６１は、乗り越えられる障害物と判断し、障害物５５を乗り越える動作に移る。
【００２５】
本形態例では、乗り越え可能な高さ内に障害物があることを検出するための第１の障害物検出部２４の出力と、第１の障害物検出部２４の検出範囲よりも上層に障害物があることを検出するための第２の障害物検出部２５の出力とから、障害物の乗り越えの可否を速やかに決定でき、移動ロボットの効率的な運転を行える。特に、接触レバー４１，５１によりオン／オフされるスイッチ４２，５２でもって第１および第２の障害物検出部２４，２５を構成したので、第１および第２の障害物検出部２４，２５の出力から、障害物の乗り越えの可否を瞬時に決定でき、移動ロボットの効率的な運転を行える。又、本形態例の場合、上位プロセッサ６２は、スイッチ４２，５２の監視という高速処理を行わなくて済むため、負荷が軽減される。
【００２６】
さらに、第１および第２の障害物検出部２４，２５は左右方向に延びた長尺部材で構成され、左右の２箇所で回転支持されているので、接触面も左右に長くとれ、接触面のどの部分に障害物がぶつかっても、障害物検出部２４，２５の円滑な揺動を確保できる。さらに、障害物検出部２４，２５毎に複数のスイッチ４２，５２を左右に配置したので、接触面のどの部分に障害物にぶつかっても、何れかのスイッチが速やかに応答するため、障害物との接触をすぐに知ることができる。
【００２７】
既に述べたように、移動ロボットの乗り越え可能な障害物の高さは、移動手段２２の構成によって異なる。たとえば、構体２１前部の下面よりも高い障害物に構体２１の前面が接触すると、一般的には、移動ロボットはその障害物を乗り越えることができず、その障害物を迂回するしかない。しかし、たとえば構体２１を上方に移動できる移動ロボットでは、構体２１前部の下面よりも高い障害物であっても、構体２１前部が上昇できる範囲内で、背の高い障害物を乗り越えることができる。
【００２８】
構体２１を上方に大きく移動できるようにする構成例としては、移動手段２２をクローラで構成し、このクローラを旋回可能にする構成が考えられる。図６は、移動手段２２としてクローラを用いたときの上記形態例の乗り越え動作の一例を示すものである。この例では、駆動輪３１・従動輪３２間にクローラベルト３３を巻き掛けてなるクローラが、移動手段２２として、構体２１の左右に一つずつ設けられている。図６中には示していないが、構体２１の前部に、図３および図４に示した障害物検出部２４，２５が設けられていることは言うまでもない。
【００２９】
上記クローラは、駆動輪３１の回転中心軸と垂直な平面内で旋回可能に設けられ、クローラの旋回により、障害物を乗り越えられるようになっている。この移動ロボットでは、クローラベルト３３における駆動輪３１との接触状態にある部位の表面が床面に接触した状態にて駆動輪３１を回転させることにより、一般走行及び信地旋回を行い、一般走行時に乗り越えられない障害物の乗り越えは、クローラを旋回させることにより行う。具体的には、構体２１の左右のクローラを同方向に駆動することにより前進あるいは後退でき、一方のクローラのみを駆動したり、左右のクローラを逆方向に駆動することにより、左右に向きを変えることができる。
【００３０】
まず、図６（ａ）は障害物（段差）５５に構体２１（障害物検出部２４，２５）が接触し、前進が阻まれた状態を示している。下位プロセッサ６１がこの状態を障害物検出部２４，２５の出力から検出し、乗り越え可能と判断すると、図６（ｂ）に示すように、クローラ全体が駆動輪３１を中心に垂直面内で反時計方向に旋回する。
【００３１】
従動輪３２周辺のクローラベルト３３が床面に接触し、この状態でクローラ全体がさらに旋回することにより、図６（ｃ）に示すように、構体２１は、その前部が浮き上がり、構体２１は障害物５５との接触状態が解消される。そして、前方への移動を開始し、図６（ｄ）に示す状態に移行する。
【００３２】
この状態からクローラ全体がさらに旋回するとともに、必要に応じて駆動輪３１を前進方向に回転することにより、図６（ｅ）に示す状態を経て、図６（ｆ）に示す状態に移り、障害物５５の乗り越えを完了する。このようにして、背の高い障害物であっても乗り越えることができる。
【００３３】
図６に示すような移動ロボットでは、背の高い障害物をも乗り越えることができるので、第２の第２の障害物検出部２５（接触レバー５１の接触面）を高い位置に配置し、迂回の頻度を落とすことができる。
【００３４】
上位プロセッサ６２の指示に関し、上記説明では、第１の障害物検出部２４が検出し第２の障害物検出部２５が検出しない障害物について、必ず、移動手段２２に障害物を乗り越える移動経路を指示するものを示したが、迂回する移動経路を指示することもとり得るように構成してもよい。たとえば、室内で走行する移動ロボットの場合であって上位プロセッサ６２が室内の間取り情報を有している場合、乗り越える移動経路と迂回する移動経路をそれぞれ選択した場合における目的地点までのエネルギーロスを予測し、迂回する移動経路の方がエネルギーロスが小さいような場合では、迂回する移動経路を指示するようにしてもよい。
（第２の実施の形態例）
図７は第２の実施の形態例の側面図で、図８はその特徴部分を示す図である。これらの図において、図３〜図４に相当する部分には同一符号を付した。本形態例は、障害物検出部２４，２５に相当する構成が第１の実施の形態例と相違するもので、障害物検出部２４，２５に共通の接触レバー７１を用いている。
【００３５】
接触レバー７１には、第１の障害物検出部２４の検出対象となる障害物と接触する第１のアーム部７２が下方に形成され、第２の障害物検出部２４の検出対象となる障害物と接触する第２のアーム部７３が上方に形成されている。第１のアーム部７２と第２のアーム部７３との連結部は、ヒンジシャフト７４でもって回動可能に支持され、第１の障害物検出部２４の検出対象となる障害物に第１のアーム部７２が押圧された場合と、第２の障害物検出部２５の検出対象となる障害物に第２のアーム部７３が押圧された場合とでは、垂直面内で接触レバー７１が逆方向に揺動するように、構体２１に支持されている。
【００３６】
接触レバー７１は、障害物に接触していない状態では、第２のアーム部７３の前端部が第１のアーム部７２の前端部よりも、図８に示すＤだけ、前方に突き出て停止しているように、図示しない付勢手段により回転の両方向から付勢されている。又、接触レバー７１の第１および第２のアーム部７２，７３には、それぞれ、スイッチ４２，５２をオン／オフする突起７５，７６が設けられている。
【００３７】
この形態例において、高さＨよりも高い段差でなる障害物に移動ロボットがぶつかった場合は、障害物に押圧されて、第２のアーム部７３が押圧され、接触レバー７１が垂直面内で揺動する（図８における時計方向に回転する）。このため、突起７６が右方向に移動し、スイッチ５２がオンになる。このスイッチ５２の状態を検知した下位プロセッサ６１は、迂回すべき障害物と判断し、上位プロセッサ６２の指定する移動経路に基づき、障害物を迂回する。
【００３８】
一方、高さＨよりも低い段差でなる障害物に移動ロボットがぶつかった場合は、障害物に押圧されて、第１のアーム部７２が押圧され、接触レバー７１が垂直面内で揺動する（図８における反時計方向に回転する）。このため、突起７５が右方向に移動し、スイッチ４２がオンになる。このスイッチ４２の状態を検知した下位プロセッサ６１は、乗り越え可能な障害物と判断し、障害物を乗り越える。
【００３９】
本形態例では、共通の接触レバー７１によりオン／オフされるスイッチ４２，５２でもって第１および第２の障害物検出部２４，２５を構成したので、構成が簡単になる上に、第１および第２の障害物検出部２４，２５の出力から、障害物の乗り越えの可否を瞬時に決定でき、移動ロボットの効率的な運転を行える。
【００４０】
なお、第２の実施の形態例の場合、障害物の高さがＨ近傍の時、障害物が第１および第２のアーム部７２，７３の双方に接触し、接触レバー７１の回転が拘束され、障害物の検出が困難になる事態が発生し得る。これを防ぎたい場合は、接触レバー７１をその全体が図８の右方向に移動できるように支持しておけばよい。
【００４１】
たとえば、図９に示すように、ヒンジシャフト７４が遊嵌する穴を水平方向の長穴にするとともに、接触レバー７１をスプリング７９等の付勢手段で図９の左方向に押し出しておき、接触レバー７１が回転を拘束された状態で押圧されると、接触レバー７１が図９の右方向にシフトするように構成しておけばよい（障害物が第１および第２のアーム部７２，７３の何れかに接触した場合には、接触レバー７１は回転するだけで、図９の右方向に移動しない）。この構成では、スイッチ５２がオンになった時と、スイッチ４２および５２がオンになった時に、迂回すべき障害物と判断し、上位プロセッサ６２の指定する移動経路に基づき、迂回する。一方、スイッチ４２のみがオンになった時に、乗り越え可能な障害物と判断し、障害物を乗り越える。
（その他の形態例）
なお、本発明は上記形態例の構成に限られるものではない。たとえば、移動手段は、上記各形態例のものに限定されないし、第１および第２の障害物検出部２についても、接触レバーを用いた押圧型の検出器に限定されるものではない。又、構体下面の後部側に、構体の前後左右方向の移動を許容しながら、構体を支える回転自在の球状体（鋼球）を設けたものを図示したが、これに代えて、キャスター等を用いてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、乗り越え可能な高さ内に障害物があることを検出するための第１の障害物検出部１４の出力と、第１の障害物検出部１４の検出範囲よりも上層に障害物があることを検出するための第２の障害物検出部１５の出力とから、障害物の乗り越えの可否を速やかに決定でき、効率的な運転を行える移動ロボットを実現できる。
【００４３】
請求項２に係る発明によれば、接触レバーによりオン／オフされるスイッチでもって第１および第２の障害物検出部を構成したので、第１および第２の障害物検出部の出力から、障害物の乗り越えの可否を瞬時に決定でき、効率的な運転を行える移動ロボットを実現できる。
【００４４】
請求項３に係る発明によれば、共通の接触レバーによりオン／オフされるスイッチでもって第１および第２の障害物検出部を構成したので、構成が簡単になる上に、第１および第２の障害物検出部の出力から、障害物の乗り越えの可否を瞬時に決定でき、効率的な運転を行える移動ロボットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図（正面図）である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】第１の実施の形態例を前側の斜め上方から見た斜視図である。
【図４】第１の実施の形態例の右側面図である。
【図５】第１および第２の障害物検出部の斜視図である。
【図６】障害物の乗り越え動作を示す図である。
【図７】第２の実施の形態例の右側面図である。
【図８】第２の実施の形態例の特徴部分を示す図である。
【図９】図８に示した構成の変形例を示す図である。
【図１０】従来の移動ロボットの一例を示す図である。
【図１１】従来の移動ロボットの他の例を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１　　　構体
１２，２２　　　移動手段
１４，２４　　　第１の障害物検出部
１５，２５　　　第２の障害物検出部
１６　　　　　　駆動制御手段
１９，５５　　　障害物
３３　　　　　　クローラベルト
４１，５１　　　接触レバー
４２，５２　　　スイッチ
６１　　　　　　下位プロセッサ
６２　　　　　　上位プロセッサ
７１　　　　　　接触レバー
７２，７３　　　アーム部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mobile robot in which moving means such as wheels and crawlers are provided on a structure, and more particularly, to a mobile robot having an obstacle detecting means.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 shows a mobile robot of this type. This mobile robot is provided with wheels 2 as moving means on the left and right sides of the structure 1 and cameras 5 and 6 facing forward at the left and right horizontal ends of a T-shaped support 4 erected in the center of the structure 1. I have. Also, in order to enable smooth information processing, the mobile robot has a lower processor (motion control processor) mainly responsible for local control and the following A high-order processor (exercise planning processor) for thinking about an action is provided. Obstacle detection by the mobile robot is performed by obtaining binocular stereo images by the cameras 5 and 6, detecting corresponding points between the stereo image pairs, and measuring the distance to the obstacle.
[0003]
FIG. 11 shows another mobile robot. This mobile robot has wheels 2 as moving means on the left and right sides of the structure 1, and has a detection unit 7 at the front of the structure 1 for detecting an obstacle by contact or non-contact. The detection unit 7 specifically detects an obstacle using infrared rays, ultrasonic waves, or the like, or detects an obstacle using a proximity (contact) switch. In this mobile robot, a plurality of detectors 7 may be arranged in the horizontal direction of the structure 11 in some cases.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the mobile robot shown in FIG. 10, since distance measurement is performed using vision from a camera image, it is necessary to detect a corresponding point between a pair of stereo images, and the amount of information to be processed is large. However, it has been difficult to accurately and instantaneously detect obstacles. That is, it was not possible to quickly determine whether or not the vehicle could get over an obstacle. For this reason, the mobile robot has to move slowly in accordance with the processing speed or pause to wait for an instruction.
[0005]
On the other hand, the mobile robot shown in FIG. 11 can detect the presence of an obstacle in front, but cannot obtain information on the height of the obstacle, and determines whether or not the obstacle has a height that can be overcome. However, even if the obstacle can actually be overcome, the only option is to select a moving route to bypass the obstacle, and efficient operation (operation) cannot be performed.
[0006]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object to be solved is to realize a mobile robot that can quickly determine whether or not an obstacle can be overcome and can operate efficiently. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, which solves the above problem, is a mobile robot in which a moving means 12 is provided on a structure 11, as shown in FIGS. A first obstacle detection unit for detecting the presence of an obstacle, and a second obstacle detection for detecting the presence of an obstacle above the detection range of the first obstacle detection unit For the obstacles detected by the unit 15 and the second obstacle detection unit 15, the moving unit 12 is instructed on a moving route to bypass the obstacle, and the first obstacle detection unit 14 detects the second obstacle. For an obstacle that is not detected by the detection unit 15, a drive control unit 16 that can instruct the moving unit 12 to indicate a moving path over the obstacle is provided.
[0008]
The drive control unit 16 normally instructs the moving unit 12 to indicate a moving route over the obstacle for an obstacle detected by the first obstacle detecting unit 14 and not detected by the second obstacle detecting unit 15. Be composed. However, a configuration may be adopted in which an instruction to make a detour without getting over may be issued. For example, in the case of a mobile robot running indoors, when the drive control means 16 has room layout information, the energy loss to the destination point when a moving route to get over and a moving route to bypass are selected, respectively. In the case where the predicted and detoured travel route has a smaller energy loss, the detoured travel route may be instructed.
[0009]
1 and 2, a wheel is shown as the moving means 12, but a crawler or the like may be used. In addition, although a rotatable spherical body 17 supporting the structure 11 is provided on the rear side of the lower surface of the structure 11 while allowing the movement of the structure 11 in the front-rear and left-right directions, this need not be the case.
[0010]
The height of the obstacle that the mobile robot can get over depends on the configuration of the moving means 12. For example, when the front surface of the structure 11 comes into contact with an obstacle 19 (see FIG. 2) higher than the lower surface of the front portion of the structure 11, the mobile robot generally cannot get over the obstacle 19, and I have no choice but to make a detour. However, if a crawler is used as the moving means 12 (if a so-called tank-like configuration is adopted), the obstacle 19 higher than the lower surface of the front part of the structure 11 can be overcome. Further, if the mobile robot can move the structure 11 upward, even if the obstacle 19 is higher than the lower surface of the front part of the structure 11, the tall obstacle 19 can be moved within a range where the front part of the structure 11 can be lifted. You can get over it. As described above, the height of the obstacle 19 over which the mobile robot can get over differs depending on the structure of the moving means 12. Therefore, it is necessary to set the range of the height of the obstacle detected by the first and second obstacle detection units 14 and 15 according to the structure of the mobile robot including the moving unit 12.
[0011]
According to the present invention, the output of the first obstacle detection unit 14 for detecting the presence of an obstacle within a height that can be climbed over, and the obstacle located above the detection range of the first obstacle detection unit 14 From the output of the second obstacle detection unit 15 for detecting the presence of the obstacle, it is possible to quickly determine whether or not the vehicle can get over the obstacle, and it is possible to efficiently operate the mobile robot.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first and second obstacle detection sections are each contact levers which are pressed by the obstacle when contacting the obstacle and swing in a vertical plane. And a switch turned on / off by the contact lever. The contact surface of the contact lever in the second obstacle detection unit is disposed above the contact surface of the contact lever in the first obstacle detection unit. It is characterized by having.
[0013]
In the present invention, the first and second obstacle detection units are configured by the switches that are turned on / off by the contact lever. Therefore, based on the outputs of the first and second obstacle detection units, whether or not the obstacle can be overcome is determined. Can be determined instantaneously and the mobile robot can be operated efficiently.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a first arm portion that contacts an obstacle to be detected by the first obstacle detection unit is formed below, and a second obstacle detection is performed. A second arm portion that comes into contact with an obstacle to be detected by the first portion is a contact lever common to the first and second obstacle detection portions formed above, and detects the first obstacle detection portion; In the case where the first arm unit is pressed against the target obstacle and the case where the second arm unit is pressed against the obstacle to be detected by the second obstacle detection unit, the vertical A contact that is rotatably supported by the structure so as to swing in the opposite direction, and the front end of the second arm protrudes forward from the front end of the first arm when not in contact with an obstacle. A lever and a switch on the first obstacle detection unit side for detecting that the first arm unit is pressed. When, is characterized in that a second obstacle detection portion side switch for detecting that the second arm portion is pressed, the.
[0015]
In the present invention, the first and second obstacle detection units are configured by switches that are turned on / off by a common contact lever. Therefore, the configuration is simplified, and the first and second obstacle detection units are configured. , It is possible to instantaneously determine whether or not an obstacle can be overcome, thereby enabling efficient operation of the mobile robot.
[0016]
Embodiment
(First Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are views showing the appearance of the first embodiment. FIG. 3 is a perspective view as viewed from obliquely above the front side, and FIG. 4 is a right side view.
[0017]
The mobile robot shown in FIGS. 3 and 4 also includes moving means 22 on the left and right sides of the structure 21. A rotatable spherical body (steel ball) 23 that supports the structure 21 while allowing the structure 21 to move in the front-rear and left-right directions is provided on the rear side of the lower surface of the structure 21. The first obstacle detection unit 24 detects that there is an obstacle within a height H that can be overcome by the moving means 22. The second obstacle detection unit 25 detects that there is an obstacle above (above) the detection range of the first obstacle detection unit 24.
[0018]
As shown in FIG. 5, the first obstacle detection unit 24 includes a first contact lever 41 that is pressed by the obstacle when contacting the obstacle and swings in a vertical plane, and is turned on / off by the contact lever 41. And a switch 42 which is turned off. The contact lever 41 contacts an obstacle on a contact surface (front surface) extending in the horizontal direction. On the rear side of the contact lever 41, a support arm 43 is protruded at two places on the left and right sides, and is swingably supported by the structure 21 with a cylindrical portion 43a extending left and right. Further, on the rear side of the contact lever 41, protrusions 44 for turning on / off the left and right switches 42 are provided at two places on the left and right.
[0019]
Similarly, the second obstacle detection unit 25 includes a second contact lever 51 that is pressed by the obstacle when contacting the obstacle and swings in a vertical plane, and a switch that is turned on / off by the contact lever 51. 52. The contact lever 51 contacts an obstacle on a contact surface (front surface) extending in the horizontal direction. On the rear side of the contact lever 51, support arms 53 are protrudingly provided at two places on the left and right sides, and are swingably supported by the structure 21 with cylindrical parts 53a extending left and right. Further, on the rear side of the contact lever 51, protrusions 54 for turning on / off the left and right switches 52 are provided at two positions on the left and right.
[0020]
The contact surface of the contact lever 51 in the second obstacle detection unit 25 is located above the contact surface of the contact lever 41 in the first obstacle detection unit 24. In addition, the boundary height H between the contact surface of the contact lever 51 and the contact surface of the contact lever 41 is selected to be equal to or less than the maximum height that the mobile robot of this embodiment can get over.
[0021]
Inside this embodiment, a lower processor (exercise control processor) 61 mainly responsible for local control and an upper processor (exercise planning processor) that monitors the surrounding environment and thinks about the next action according to the environment. ) 62 are provided inside. The on / off signals of the switches 42 and 52 are taken into the lower processor 61, where the height of the obstacle is determined, and data indicating the result is sent to the upper processor 62.
[0022]
For the obstacle detected by the second obstacle detection unit 25, the upper processor 62 instructs the lower processor 61 on a moving route to bypass the obstacle to the moving unit 22, and the first obstacle detection unit 24 detects the obstacle. For an obstacle that is not detected by the second obstacle detection unit 25, the moving unit 22 is instructed on a moving route over the obstacle.
[0023]
In the above embodiment, the first and second contact levers 41 and 51 are urged by urging means such as a spring (not shown) so that the contact surfaces are pushed to the left in FIG. In this state, when the mobile robot collides with an obstacle 55 having a height H1 (> H) as shown in FIG. 4, the first and second contact levers 41 are pressed by the obstacle 55. , 51 swing in a vertical plane (rotate counterclockwise in FIG. 4). Therefore, the projections 44 and 54 are also rotated in the same direction, and both the switches 42 and 52 are turned on (or may be configured to be turned off). The lower processor 61 that has detected the states of the switches 42 and 52 determines that the obstacle should be detoured, and detours based on the moving route specified by the upper processor 62.
[0024]
Conversely, when the height H1 of the obstacle 55 is equal to or less than H and the mobile robot collides with the obstacle 55, it is pressed by the obstacle 55 and only the first contact lever 41 swings in a vertical plane. Move (rotate counterclockwise in FIG. 4). Therefore, only the projection 44 is rotated in the same direction, and only the switch 42 is turned on. The lower processor 61 that has detected the states of the switches 42 and 52 determines that the obstacle can be overcome, and shifts to an operation of overcoming the obstacle 55.
[0025]
In the present embodiment, the output of the first obstacle detection unit 24 for detecting the presence of an obstacle within a height that can be climbed over and the obstacle in a layer higher than the detection range of the first obstacle detection unit 24. From the output of the second obstacle detection unit 25 for detecting the presence of an obstacle, it is possible to quickly determine whether or not the vehicle can get over an obstacle, and it is possible to efficiently operate the mobile robot. In particular, since the first and second obstacle detection units 24 and 25 are configured by the switches 42 and 52 turned on / off by the contact levers 41 and 51, the first and second obstacle detection units 24 and 25 are configured. , It is possible to instantaneously determine whether or not an obstacle can be overcome, thereby enabling efficient operation of the mobile robot. Further, in the case of the present embodiment, the upper processor 62 does not need to perform high-speed processing of monitoring the switches 42 and 52, so that the load is reduced.
[0026]
Further, the first and second obstacle detection units 24 and 25 are formed of long members extending in the left-right direction, and are rotatably supported at two positions on the left and right. Even if an obstacle collides with any part of the body, smooth swinging of the obstacle detection units 24 and 25 can be ensured. Furthermore, since the plurality of switches 42 and 52 are arranged on the left and right for each of the obstacle detection units 24 and 25, even if any part of the contact surface collides with the obstacle, one of the switches responds promptly, and You can immediately know the contact with.
[0027]
As described above, the height of the obstacle that the mobile robot can get over depends on the configuration of the moving unit 22. For example, when the front surface of the structure 21 comes into contact with an obstacle higher than the lower surface of the front portion of the structure 21, the mobile robot generally cannot get over the obstacle and has to bypass the obstacle. However, for example, in a mobile robot that can move the structure 21 upward, even if the obstacle is higher than the lower surface of the front of the structure 21, it can get over a tall obstacle within a range in which the front of the structure 21 can ascend. it can.
[0028]
As a configuration example in which the structure 21 can be largely moved upward, a configuration in which the moving unit 22 is configured by a crawler and the crawler can be turned can be considered. FIG. 6 shows an example of the overcoming operation of the above embodiment when a crawler is used as the moving means 22. In this example, crawlers formed by winding a crawler belt 33 between a driving wheel 31 and a driven wheel 32 are provided as moving means 22 on the left and right sides of the structure 21 one by one. Although not shown in FIG. 6, it goes without saying that the obstacle detection units 24 and 25 shown in FIGS. 3 and 4 are provided in front of the structure 21.
[0029]
The crawler is provided so as to be rotatable in a plane perpendicular to the rotation center axis of the drive wheel 31, so that the crawler can turn over obstacles. In this mobile robot, general traveling and pivot turning are performed by rotating the driving wheels 31 in a state where the surface of the portion of the crawler belt 33 that is in contact with the driving wheels 31 is in contact with the floor surface. Overcoming obstacles that cannot sometimes be overcome is performed by turning the crawler. Specifically, the left and right crawlers of the structure 21 can be moved forward or backward by driving them in the same direction, and can be turned left or right by driving only one crawler or driving the left and right crawlers in opposite directions. be able to.
[0030]
First, FIG. 6A illustrates a state in which the structure 21 (the obstacle detection units 24 and 25) contacts an obstacle (step) 55 and is prevented from moving forward. When the lower processor 61 detects this state from the outputs of the obstacle detection units 24 and 25 and determines that the vehicle can get over, the entire crawler is deflected in the vertical plane around the driving wheel 31 as shown in FIG. Turn clockwise.
[0031]
When the crawler belt 33 around the driven wheel 32 comes into contact with the floor surface and the entire crawler further turns in this state, as shown in FIG. 6C, the front of the structure 21 is lifted, and the structure 21 is lifted. The contact state with the obstacle 55 is eliminated. Then, it starts to move forward and shifts to the state shown in FIG.
[0032]
From this state, the entire crawler further turns, and the driving wheel 31 is rotated in the forward direction as necessary, so that the state shifts to the state shown in FIG. 6F through the state shown in FIG. The overcoming of the object 55 is completed. In this way, even a tall obstacle can be overcome.
[0033]
Since the mobile robot as shown in FIG. 6 can get over a tall obstacle, the second second obstacle detection unit 25 (the contact surface of the contact lever 51) is arranged at a high position, and the detour is performed. Frequency can be reduced.
[0034]
Regarding the instruction of the host processor 62, in the above description, for the obstacle detected by the first obstacle detection unit 24 and not detected by the second obstacle detection unit 25, the moving route over the obstacle to the moving means 22 must be used. Although what is instructed is shown, it may be configured to be able to instruct a detouring moving route. For example, in the case of a mobile robot running indoors, when the host processor 62 has room layout information, the energy loss to the destination is predicted when the moving route to get over and the moving route to bypass are respectively selected. However, when the energy loss is smaller in the detouring moving route, the detouring moving route may be instructed.
(Second embodiment)
FIG. 7 is a side view of the second embodiment, and FIG. 8 is a view showing a characteristic portion thereof. In these figures, parts corresponding to those in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals. This embodiment is different from the first embodiment in the configuration corresponding to the obstacle detection units 24 and 25, and uses a common contact lever 71 for the obstacle detection units 24 and 25.
[0035]
On the contact lever 71, a first arm 72 that contacts an obstacle to be detected by the first obstacle detection unit 24 is formed below, and an obstacle to be detected by the second obstacle detection unit 24 is formed. A second arm portion 73 that comes into contact with an object is formed above. A connecting portion between the first arm portion 72 and the second arm portion 73 is rotatably supported by a hinge shaft 74, and is connected to an obstacle to be detected by the first obstacle detecting portion 24 by the first obstacle. In the case where the arm 72 is pressed and the case where the second arm 73 is pressed against an obstacle to be detected by the second obstacle detection unit 25, the contact lever 71 moves in the opposite direction in the vertical plane. Is supported by the structure 21 so as to swing.
[0036]
When the contact lever 71 is not in contact with the obstacle, the front end of the second arm 73 projects forward from the front end of the first arm 72 by D shown in FIG. As shown in the figure, the actuator is urged from both directions of rotation by urging means (not shown). The first and second arm portions 72 and 73 of the contact lever 71 are provided with protrusions 75 and 76 for turning on and off the switches 42 and 52, respectively.
[0037]
In this embodiment, when the mobile robot collides with an obstacle having a step higher than the height H, the mobile robot is pressed by the obstacle, the second arm 73 is pressed, and the contact lever 71 is moved in a vertical plane. Swings (rotates clockwise in FIG. 8). Therefore, the protrusion 76 moves rightward, and the switch 52 is turned on. The lower processor 61 that has detected the state of the switch 52 determines that the obstacle should be bypassed, and bypasses the obstacle based on the moving route specified by the upper processor 62.
[0038]
On the other hand, when the mobile robot collides with an obstacle having a step lower than the height H, the mobile robot is pressed by the obstacle, the first arm 72 is pressed, and the contact lever 71 swings in a vertical plane. (Rotates counterclockwise in FIG. 8). Therefore, the projection 75 moves rightward, and the switch 42 is turned on. The lower processor 61 that has detected the state of the switch 42 determines that the obstacle can be overcome and overcomes the obstacle.
[0039]
In the present embodiment, the first and second obstacle detection units 24 and 25 are configured by the switches 42 and 52 that are turned on / off by the common contact lever 71. Therefore, the configuration is simplified and the first and second obstacle detection units 24 and 25 are simplified. From the outputs of the second obstacle detection units 24 and 25, it is possible to instantaneously determine whether or not the vehicle can get over an obstacle, and it is possible to efficiently operate the mobile robot.
[0040]
In the case of the second embodiment, when the height of the obstacle is near H, the obstacle comes into contact with both the first and second arms 72 and 73, and the rotation of the contact lever 71 is restricted. As a result, a situation may occur in which detection of an obstacle becomes difficult. If this is desired to be prevented, the contact lever 71 may be supported so that the entire contact lever 71 can move rightward in FIG.
[0041]
For example, as shown in FIG. 9, the hole into which the hinge shaft 74 is loosely fitted is made a horizontally long hole, and the contact lever 71 is pushed to the left in FIG. When the lever 71 is pressed in a state where the rotation is restricted, the contact lever 71 may be shifted rightward in FIG. 9 (the obstacles are the first and second arm portions 72 and 73). In this case, the contact lever 71 only rotates and does not move rightward in FIG. 9). In this configuration, when the switch 52 is turned on and when the switches 42 and 52 are turned on, it is determined that the obstacle should be detoured, and the obstacle is detoured based on the moving route specified by the host processor 62. On the other hand, when only the switch 42 is turned on, it is determined that the obstacle can be overcome, and the obstacle is overcome.
(Other examples)
The present invention is not limited to the configuration of the above embodiment. For example, the moving means is not limited to the above embodiments, and the first and second obstacle detection units 2 are not limited to the pressing type detector using the contact lever. Although a rotatable spherical body (steel ball) for supporting the structure is provided on the rear side of the lower surface of the structure while allowing the structure to move in the front-rear and left-right directions, casters and the like are used instead. May be used.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the output of the first obstacle detection unit 14 for detecting the presence of an obstacle within a height that can be overcome and the first obstacle From the output of the second obstacle detection unit 15 for detecting the presence of an obstacle above the detection range of the detection unit 14, it is possible to quickly determine whether or not the vehicle can get over an obstacle, thereby enabling efficient driving. A mobile robot that can be realized.
[0043]
According to the second aspect of the present invention, the first and second obstacle detection units are configured by the switches turned on / off by the contact lever. It is possible to instantaneously determine whether an obstacle can be overcome or not, thereby realizing a mobile robot that can operate efficiently.
[0044]
According to the third aspect of the present invention, the first and second obstacle detection units are configured by switches that are turned on / off by a common contact lever. Therefore, the configuration is simplified, and the first and second obstacle detection units are simplified. It is possible to instantaneously determine whether or not the vehicle can get over an obstacle from the output of the obstacle detection unit 2 and realize a mobile robot that can operate efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle view (front view) of the present invention.
FIG. 2 is a right side view of FIG.
FIG. 3 is a perspective view of the first embodiment viewed from obliquely above the front side.
FIG. 4 is a right side view of the first embodiment.
FIG. 5 is a perspective view of first and second obstacle detection units.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of moving over an obstacle.
FIG. 7 is a right side view of the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a characteristic portion of the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a modification of the configuration shown in FIG. 8;
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a conventional mobile robot.
FIG. 11 is a diagram showing another example of a conventional mobile robot.
[Explanation of symbols]
11, 21 Structures 12, 22 Moving means 14, 24 First obstacle detection unit 15, 25 Second obstacle detection unit 16 Drive control means 19, 55 Obstacle 33 Crawler belt 41, 51 Contact lever 42, 52 Switch 61 Lower Processor 62 Upper Processor 71 Contact Lever 72, 73 Arm

Claims

A mobile robot having a moving means provided in a structure,
A first obstacle detection unit for detecting that there is an obstacle within a height that can be overcome by the moving means;
A second obstacle detection unit for detecting that there is an obstacle above the detection range of the first obstacle detection unit;
For the obstacle detected by the second obstacle detection unit, the moving unit instructs the moving means to move around the obstacle, and the first obstacle detection unit detects the obstacle and the second obstacle detection unit detects the obstacle. Drive control means capable of instructing the moving means on a moving path over the obstacle for an obstacle not detected,
A mobile robot having.

The first and second obstacle detection units each include a contact lever that is pressed by the obstacle when contacting the obstacle and swings in a vertical plane, and a switch that is turned on / off by the contact lever. ,
The mobile robot according to claim 1, wherein a contact surface of the contact lever in the second obstacle detection unit is disposed higher than a contact surface of the contact lever in the first obstacle detection unit. .

A first arm that contacts an obstacle to be detected by the first obstacle detection unit is formed below and a second arm that contacts an obstacle to be detected by the second obstacle detection unit. An arm portion is a contact lever common to the first and second obstacle detection portions formed above, and a first arm portion is provided on an obstacle to be detected by the first obstacle detection portion. When pressed, and when the second arm is pressed against an obstacle to be detected by the second obstacle detection unit, the structure swings in the vertical direction in the opposite direction. A contact lever that is rotatably supported and has a front end portion of the second arm portion that protrudes forward from a front end portion of the first arm portion when not in contact with an obstacle;
A switch on the first obstacle detection unit side for detecting that the first arm unit is pressed,
A switch on the side of the second obstacle detection unit that detects that the second arm unit has been pressed;
The mobile robot according to claim 1, comprising: