JP2005339181A

JP2005339181A - 自律移動車

Info

Publication number: JP2005339181A
Application number: JP2004156840A
Authority: JP
Inventors: Hideki Yamashita; 秀樹山下; Shigeki Fujiwara; 茂喜藤原; Tomotaro Miyazaki; 智太郎宮崎; Masanori Okano; 正紀岡野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】自律移動か操作に応じた移動であるかを明確にする。
【解決手段】自らの位置や方向を計測する位置姿勢計測部と、予めプログラムされた目的地への自律走行を上記位置姿勢計測部での位置姿勢計測結果に基づいて行わせる制御部と、加えられた操作力を検出可能な操作部と、操作部で検出した操作力に応じて走行駆動の制御を行うパワーアシスト駆動部とを備える。自律移動モードと操作部に加えられた操作力に応じた操作移動モードとが切換自在となっているとともに自律移動のために備えている環境地図情報に操作移動許可エリア情報が収録されて、操作移動モードへの切り換えが操作移動許可エリア情報に基づいて制限されている。自律移動に適した場所と自律移動に適していない場所とを移動する場合、場所に応じて自律移動制御とパワーアシストされた操作移動とを使い分けることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、目的地までの自律走行を行う自律移動車に関するものである。
に関するものである。

自らの位置や方向を計測する位置姿勢計測部と、予めプログラムされた目的地への自律走行を上記位置姿勢計測部での位置姿勢計測結果に基づいて行わせる制御部とを備えている自律移動車に対して、移動の目的地や走行経路等を指示するには、予め移動環境を計測して作成した地図上で目的地や経路を数値で指定したり、現地点から目的地までの相対的な位置関係を同様に数値で指定することが一般的に行われているが、こうした数値による目的地の指示では、自律移動車を壁にそって寄せるといった環境に合わせた細かな移動を求める場合、所望の移動を実現するには何度も指示を繰り返さなければならないのが実状である。また、工場などではなく、オフィスや商店、一般家庭、福祉施設等の幅広い走行路を整備することができない上に、専門のエンジニアを配備することができない環境では、数値指定によるものでは実用に際して問題が多い。

このために特開２００２−３６１５２号公報に示されているように、自律移動車に設けた操作部に対して与えた操作を検出してこの検出結果に基づいて操作者が意図した移動や姿勢変化を行わせることができるとともに、自律移動に関してのティーチングを行うことができるようにしたものがある。

しかし、上記のものは自律移動制御と人の操作による制御との切替がスムーズでなく、また、操作部の入力をもとにした移動制御か、自律移動制御に基づく移動制御かが明確でなく、車両周辺の人、あるいは操作者からは操作に応じて移動するかが分からず恐怖感を覚えるものとなっている。
特開２００２−３６１５２号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、自律移動か操作に応じた移動であるかを明確にすることができる自律移動車を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る自律移動車は、自らの位置や方向を計測する位置姿勢計測部と、予めプログラムされた目的地への自律走行を上記位置姿勢計測部での位置姿勢計測結果に基づいて行わせる制御部と、加えられた操作力を検出可能な操作部と、操作部で検出した操作力に応じて走行駆動の制御を行うパワーアシスト駆動部とを備えて、自律移動モードと操作部に加えられた操作力に応じた操作移動モードとが切換自在となっているとともに、自律移動のために備えている環境地図情報に操作移動許可エリア情報が収録されて、操作移動モードへの切り換えが操作移動許可エリア情報に基づいて制限されていることに特徴を有している。

人がほとんど居ない区間などの自律移動に適した場所と、人が多く自律移動には適していない場所とを移動する場合でも、場所に応じて自律移動制御とパワーアシストされた操作移動とを使い分けることができるものである。

移動監視装置に対して自己状態を無線送信する無線送信部を備えたものとするのも好ましい。自律移動車の居場所を監視ことができる。

また、操作移動モードへの切り換えは移動監視制御装置から送られてくる指令に基づいて行われるものであってもよい。操作移動モードへの切換を移動監視装置で行うことができ、操作移動許可エリアの変更などに容易に対応することができる。

制御部は操作移動モードにある時も位置姿勢計測部に基づく自己位置認識動作を行っていることが好ましい。自律移動モードへの復帰時にも自律移動をすぐに再開することができる。

環境地図情報は操作移動許可エリアと他のエリアとの境界部にグレーゾーンのエリアが設定されたものであり、制御部は自己位置がグレーゾーンのエリアにある時に警告を報知するものであると、操作移動モードから自律移動モードへの自動切換にも操作者が戸惑うことがない。

制御部は自律移動モードにある時の操作部での操作力検出結果を参照して操作移動モードへの切り換えを行うものであると、操作移動モードへの切り換えに別途切換スイッチを操作する必要がなくなって使い勝手の良いものとなる。

制御部は自律移動モードでの自己位置認識が不能となった時もしくは停止状態が所定時間以上続く時に、操作移動モードに移行するものであると、自律移動車が立ち往生しても人手ですぐに且つ楽に移動させることができる。

位置認識スイッチを備えて、所定位置での操作者による位置認識スイッチの操作入力を受けて、制御部は環境検出手段から得られる障害物情報と予め備えている環境地図情報とのマッチングを行って、自己位置を確認するものであると、確実な自己位置認識が可能である。

そしてこの自律移動車は、きわめて重量が大である配膳車に好適に用いることができる。

本発明は、自律移動のために備えている環境地図情報に操作移動許可エリア情報が収録されて、操作移動モードへの切り換えが操作移動許可エリア情報に基づいて制限されているために、人が多く自律移動には適していない場所では操作移動を行うことができ、また、人がほとんど居ない区間などは操作移動モードへの切換を規制してしまうことで、自律移動による操作不要な状態に保つことができるものであり、場所に応じて自律移動制御とパワーアシストされた操作移動とを使い分けることができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、この自律移動車１は、図１及び図２に示すように、左右一対の駆動車輸２，２と同じく左右一対の自在車輪２２，２２を備えるとともに操作ハンドル４０が設けられたもので、上記の駆動車輪２，２毎に設けられた駆動用モータ２０，２０にはエンコーダ２１，２１が取り付けられており、当該エンコーダ２１，２１からの信号を処理することで自律移動車１の位置と進行方向を制御部３で算出することができるようになっている。また、予め記憶している環境地図情報１１と、周辺をセンシングするレーザーレーダーなどで構成された障害物検出を兼ねた環境検出手段１２を備えており、上記エンコーダ２１出力に基づく環境地図情報上での自己位置認識を環境検出手段２２による環境検出結果に基づいて制御部３は補正を行って自己位置を正確に認識する。

この自律移動車１は、通常、予め記憶した移動環境地図３３上の前記位置姿勢計測部３によって算出した自らの位置に基づいて、予めプログラムされた目的までの自律走行を行うように制御部３は駆動車輪２，２のモータ２０，２０の駆動制御を行う自律移動モードで走行を行う。しかし、切換スイッチ５の操作によって、操作者が加える操作に応じた移動を行う操作移動モードにも切り換えることができる。

操作移動モードは、ここではいわゆるパワーアシスト制御の元になされる。すなわち、操作者が移動のための操作を加える操作インターフェイス部４は、上記操作ハンドル４０と、操作者が操作ハンドル４０に加えた操作を外力として検出する左右一対の力センサー４１，４１とで構成されており、自律移動車１の走行制御を司る制御部３は、上記力センサー４１，４１の出力Ｆｒ，Ｆｌをもとに、操作ハンドル４０に加えられた推進方向と操舵方向との力を算出し、これらの推進方向と操舵方向との力に応じた速度あるいはトルクのアシスト力をモータ２０，２０に発生させる。なお、本例における駆動車輪２，２はその回転数差によって操舵も行うものである。図２中のＡは上記パワーアシスト制御の際の制御中心、Ｖｒ，Ｖｌはフィードバック制御される駆動車輪２，２の速度、Ｖｘは走行速度、Ωは操舵角である。

なお、パワーアシスト制御で走行を行うものは各種のものが提供されており、上記の例のものに限定されるものではなく、たとえば特開２００１−９７２２１号公報に示されている全方向移動型車輪を備えたパワーアシスト制御のものであってもよい。

そして、この自律移動車１は、上記の切換スイッチ部５の操作に基づく自律移動モードと操作移動モードとの切り換えを常時可能としているのではなく、図３に示すように、予め記憶している環境地図情報１１上で操作移動モードへの移行が許されている操作移動許可エリアＭＡ内に自律移動車１が位置していると制御部３が判断した時のみ、操作移動モードへの切り換えが可能となっている。

つまり、環境地図情報１１上での他のエリアに自律移動車１が位置していると制御部３が判断している時は、自律移動モードでの走行のみが可能であり、操作者が切換スイッチ部５を操作して操作移動モードへ移行しようとしても、制御部３は自律移動モードの状態を保持し、更に上記操作移動許可エリアＭＡ内に位置している時に操作移動モードに切り換えて操作移動モードとなっていても走行移動に伴って上記操作移動許可エリアＭＡ外に出たと制御部３が判断したならば、強制的に操作移動モードから自律移動モードに変更して、操作者の操作に基づく移動をできなくする。このことは、誤った操作によるところの事故防止の点のほか、盗難防止にも有効である。

もっとも、操作移動許可エリアＭＡを出た途端に操作移動ができなくなることは、操作していた者にとっては思っていなかった移動を自律移動車１が始めることになるために、操作移動を許可している操作移動許可エリアＭＡと、自律移動モードのみを許可しているエリアとの境界部に、操作移動が可能であるものの、操作移動モードにある時は警報や音声で操作移動許可エリアＭＡ外に出たことを操作者に知らせるとともに自律移動モードには強制移行しないグレーゾーンＧを設けておくことが好ましい。

また、操作移動モードであっても、制御部３は自律移動のためのデッドレコニングによる自己位置認識と環境検出手段１２で得られた情報と環境地図情報とのマッチングによる自己位置認識並びに環境検出手段１２によるところの障害物検出は継続して行う。自律移動モードへの復帰時にも自律移動をスムーズに行うことができる。また、操作移動モードにおいても、上記の障害物検出に伴う自動回避動作がなされるようにしておくことが好ましい。

図４は制御部３が認識している自己位置を無線送受信部１４とアンテナ１５とを用いて移動監視装置６に送ることで、移動監視装置６側で自律移動車１がどの位置にいるのか、またどの方向に走行しているのかを監視することができるようにしたものを示している。図５は監視装置６の画面での表示例であり、ここでは複数台の自律移動車１ａ，１ｂ，１ｃを識別表示することができるものを示している。

図６は操作移動モードへの切り換えを、自律移動車１に設けた切換スイッチ５で行うのではなく、上記監視スイッチ６から送られる指令によってなされるようにしたものを示している。切換指令ではなく、切換許可を送るようにしてもよい。この場合、他の自律移動車１の状況も把握することができる移動監視装置６側で、操作移動モードの移行をコントロールすることができるために、より安全な運行を図ることができる。もっとも、移動監視装置６側の負荷の軽減やモード切換の反応の早さという点では、各自律移動車１に設けた切換スイッチ５で切り換えることが好ましい。

図７は行き先の設定や各種情報表示のためのコンソール部７を備えたものを示している。このコンソール部７において環境地図情報上に存在するところを目的地として設定する操作者による操作が完了すれば、制御部３は操作移動モードにある時も自律モードに切り換えて設定された目的地に向けた自律走行を開始するようになっていることが好ましい。

上記コンソール部７には、現在、操作移動許可エリアＭＡ内にいるのか、自律移動モードのみを許しているエリアにいるのか、あるいは前記グレーゾーンＧにいるのかを表示するようにしておくことも好ましい。

操作移動モードにあるのか、自律移動モードにあるのかを外部に対して音や光などで知らせる報知手段を設けておくことも好ましい。遠くからでもどのモードで移動しているのかを判別することができる。

このほか、操作移動モードへの切り換えに際しては、パスワードや指紋検証、キースイッチなどを用いた操作者認証を必要とするようにしておくことも好ましい。特定の人にのみ操作を許可できるので、不特定多数の人が操作することによる事故の危険性を回避することができるとともに盗難防止ともなる。

自律移動モードから操作移動モードへの切り換えは、操作ハンドル４０に加えられる操作力に基づいて行うようにしてもよい。つまり、図８に示すように、自律移動モードでの走行中に、パワーアシストのために設けられた力センサー４１，４１で検出される推進方向の力ｆａと操舵方向の力ｆｓの絶対値が所定値εａ，εｓを夫々越えた時には、操作移動モード（図中のＰＡモード）に切り換えるのである。別途切換スイッチ５を操作する必要がなく、操作移動モードへの切り換えと操作移動のための操作とを連続して行うことができる。なお、所定値εａ，εｓには、εａ＝２Ｎ、εｓ＝１００ｍＮ・ｍを好適に用いることができるが、この値に限定されるものではない。

操作力の絶対値ではなく、操作力を微分して得ることができる操作力の単位時間内の変化量が所定値以上であり且つ所定時間以上連続した時に、操作移動モードに移行するようにしてもよい。図９はこの場合のフローチャートを示しており、εａ＝０．２Ｎ、εｓ＝５０ｍＮ・ｍ、Ｎ＝１０を好適に用いることができ、ｉは０が初期条件である。この場合、操作部の慣性力による誤動作を防ぐことができる。

操作移動許可エリアＭＡ内を操作移動モードで走行中であっても、目的地が設定されている時には、操作ハンドル４０に操作力が加えられなくなれば、自律移動モードに自動復帰するようにしておくことも好ましい。図１０に上記自動復帰のためのフローチャートを示す。操作力が加えられていない状態が所定以上連続した時に自律移動モードに切り換えて、目的地への移動を開始する。εａ＝０．２Ｎ、εｓ＝５０ｍＮ・ｍ、Ｎｉ＝１０、Ｎｋ＝２０、Ｎｍ＝３０００を好適に用いることができ、ｉ，ｊ，ｋ，ｍは夫々０が初期条件である。

自律移動制御で目的地に到着すれば、切換スイッチ５の操作を必要とすることなく操作移動モードに移行するようにしておくことも好ましい。この場合の切換は制御部３が行う。目的地に到着すれば光または音（アラームまたは音声）で報知を行うようにしておくと、操作者は目的地到着がわかって効率的である。なお、移動監視装置６がある場合、目的地への到着は移動監視装置６にも通知するものとする。

このほか、この種の自律移動車１では、自律移動モードで走行中に自己位置が判らなくなった場合、制御部３は走行を停止させてその位置で待機するのが通常であるが、この待機のための停止状態が一定時間以上続く時、自動的に操作移動モード（ＰＡモード）に切り換えて待機するようにしておくと良い。図１１にこの切換に関するフローチャートを示す。図中のＰｏｓ＿ｆｌｇ及びＰｏｓ＿ｌｏｓｔ＿ｎは夫々０が初期値であり、Ｎ＿ｌｏｓｔは例えば１０００とする。立ち往生しても人手で直ぐに且つ楽に移動ができる。

自律移動車１に位置認識スイッチを設けておき、特異な障害物配置となっているところのような予め定められた自己位置確認用のところで操作者が位置認識スイッチを操作すれば、制御部３が環境検出手段１２から得られる障害物情報と予め備えている環境地図情報とのマッチングを行って、一致率が一定値以上であれば、上記の自己位置確認用のところに自己が位置することを確認できるようにしておくことも好ましい。

そして、この自律移動車１は、操作移動をパワーアシストで行うことができるために、重量がある場合にも、操作移動を楽に且つ操作者の意図通りに行うことができるものであり、このために、配膳車に好適に用いることができる。また、病院内での手術器具や検体やリネン類などの搬送用車、ごみ搬送車、書類書籍搬送車、工場の電動台車などにも好適に用いることができうｒ。

なお、自律移動車１を操作移動させている時の環境検出手段１２の出力から自律移動のための環境地図情報を作成するティーチングモードを備えたものとするのも好ましい。この場合、自律移動車１は手動で動かすことになるが、パワーアシストされているために楽に動かすことができるために自律移動する際との動きの差が少なく、このために作成される環境地図情報の精度も向上する。

本発明の実施の形態の一例のブロック図である。同上の概略平面図である。同上の環境地図情報の説明図である。他例のブロック図である。移動監視装置の画面の一例の説明図である。他の例のブロック図である。更に他の例のブロック図である。モード切換に関する一例のフローチャートである。モード切換に関する他例のフローチャートである。モード切換に関する別の例のフローチャートである。他例の動作のフローチャートである。

符号の説明

１自律移動車
３制御部
４操作インターフェース部
５切換スイッチ
１２環境検出手段

Claims

自らの位置や方向を計測する位置姿勢計測部と、予めプログラムされた目的地への自律走行を上記位置姿勢計測部での位置姿勢計測結果に基づいて行わせる制御部とを備えている自律移動車であって、加えられた操作力を検出可能な操作部と、操作部で検出した操作力に応じて走行駆動の制御を行うパワーアシスト駆動部とを備えて、自律移動モードと操作部に加えられた操作力に応じた操作移動モードとが切換自在となっているとともに、自律移動のために備えている環境地図情報に操作移動許可エリア情報が収録されて、操作移動モードへの切り換えが操作移動許可エリア情報に基づいて制限されていることを特徴とする自律移動車。
移動監視装置に対して自己状態を無線送信する無線送信部を備えていることを特徴とする請求項１記載の自律移動車。
操作移動モードへの切り換えは移動監視制御装置から送られてくる指令に基づいて行われるものであることを特徴とする請求項２記載の自律移動車。
制御部は操作移動モードにある時も位置姿勢計測部に基づく自己位置認識動作を行っていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自律移動車。
環境地図情報は操作移動許可エリアと他のエリアとの境界部にグレーゾーンのエリアが設定されたものであり、制御部は自己位置がグレーゾーンのエリアにある時に警告を報知するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律移動車。
制御部は自律移動モードにある時の操作部での操作力検出結果を参照して操作移動モードへの切り換えを行うものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律移動車。
制御部は自律移動モードでの自己位置認識が不能となった時もしくは停止状態が所定時間以上続く時に、操作移動モードに移行するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律移動車。
位置認識スイッチを備えて、所定位置での操作者による位置認識スイッチの操作入力を受けて、制御部は環境検出手段から得られる障害物情報と予め備えている環境地図情報とのマッチングを行って、自己位置を確認するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の自律移動車。
配膳車であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の自律移動車。