JP2007122272A

JP2007122272A - 移動装置

Info

Publication number: JP2007122272A
Application number: JP2005311723A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Omori; 猛司大森
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】移動装置において、移動体の姿勢が変わっても路面を障害物として誤検知することなく正しく走行移動可能とし、また障害物を検知するセンサの数を削減可能とする。
【解決手段】移動装置１の移動体２には、駆動モータ４ａ，４ｂにより回動される駆動輪３ａ，３ｂと、２つの障害物センサ５と、障害物センサ５の検知信号等に基いて駆動モータ４ａ，４ｂを制御する制御部６が設けられている。障害物センサ５は、その検知方向が、水平面に対して角度ωだけ上向きになるように、進行方向に対して角度φだけ外向きとなるように移動体２の両側面に搭載されており、１つの障害物センサ５で前方と一側方の障害物を同時に検出可能となっている。不整地走行時等に移動体２が前傾姿勢になっても、障害物センサ５の検知方向に沿った障害物センサ５から路面Ｆまでの距離が遠い状態となるため、路面Ｆが障害物として誤検知されることがなく正しく走行移動可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、障害物を回避しながら移動体が路面上を移動する移動装置に関する。

従来より、例えば掃除ロボット、自動搬送ロボットのような、路面上を移動する移動装置が実用化されている。このような移動装置が移動する際には、路面上の障害物等を回避することが安全上必要である。障害物の回避動作を行う移動装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、移動体の周囲の障害物を検知する障害物センサを備えたものが知られている。移動装置の移動体は、この障害物センサの検知信号に基いて障害物を回避しながら移動する。

従来の移動装置の一例を図５（ａ）、（ｂ）に示す。この移動装置８１は、移動体８２の左右に設けられた駆動輪８３ａ，８３ｂを駆動することにより路面Ｆ上を移動するものである。移動体８２の背面には、路面Ｆに接地される従動輪である補助輪８３ｃが設けられている。この移動装置８１は、障害物を検知するために、移動体８２に４個の障害物センサ８５を設けたものである。障害物センサ８５は、例えば赤外線を用いた測距センサであり、検知範囲における障害物との距離を測定することにより障害物が近くにあることを検知可能なものである。この障害物センサ８５は、移動体８２の左右両側面に、それぞれ、その検知方向が前方に平行となるように１つずつ、進行方向と直交する外側に向くように１つずつ設けられている。すなわち、この移動装置８１は、４つの障害物センサ８５を用いて、移動体８２の前方及び左右両側方にある障害物を検知可能に構成されている。

しかしながら、上述のような移動装置８１においては、前方の障害物を検知するための障害物センサ８５が水平方向前方に向けて移動体８２に設けられているため、路面Ｆを移動体８２の姿勢が変化したときに、路面Ｆを障害物として誤検知してしまうことがある。この誤検知は、図６に示すように、例えば移動体８２が不整地を移動中に、路面状態の変化等により、移動体８２が図の白抜き矢印で示すように前方に向けて傾き、前傾姿勢となったときに発生することがあるものである。すなわち、移動体８２が前方に向けて傾くと、障害物センサ８５の障害物検知範囲において、障害物センサ８５と路面Ｆとの距離（図に黒矢印で示す）が近くなってしまうため、この路面Ｆが障害物として誤検知されてしまう。移動装置８１は、障害物を検知すると障害物回避動作を行うように構成されており、このような誤検知が発生すると正しく路面Ｆ上を移動することができなくなってしまう。また、このような移動装置８１においては、前方の障害物を検知する障害物センサ８５と側方にある障害物を検知する障害物センサ８５とが別個に設けられており、障害物センサ８５の数が多く、高コスト化の原因となっている。なお、上述の特許文献１には、これらの問題点に対して有効な解決策は開示されていない。
特開平４−２５６１０６号公報

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、移動体の姿勢が変わっても、路面を障害物として誤検知することがなく、正しく走行移動することが可能で、また障害物を検知するセンサの数を削減することが可能な移動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、移動体に搭載されてその移動体の周囲の障害物を検知する障害物センサの検知信号に基いて障害物を回避しながら移動体が走行移動する移動装置であって、前記障害物センサは、その検知方向が水平面に対して上向きとなるように搭載されているものである。

請求項２の発明は、移動体に搭載されてその移動体の周囲の障害物を検知する障害物センサの検知信号に基いて障害物を回避しながら移動体が走行移動する移動装置であって、前記障害物センサは、その検知方向が水平面に対して上向きとなるように、且つ、その検知方向が前記移動体の進行方向に対して外向きとなるように搭載されているものである。

請求項１の発明によれば、不整地走行時等に移動体が前傾姿勢になったとしても、路面を障害物として誤検知することがなくなり、正しく走行移動することが可能となる。

請求項２の発明によれば、１つの障害物センサで、進行方向の障害物と移動体の側方にある障害物との両方を検知することが可能となり、障害物を検知するために必要な障害物センサの数を少なくすることが可能となる。また、障害物センサの数が少なくなると、障害物を検知するために行う処理量が少なくなるため、制御部をより簡素な構成にすることが可能となる。従って、上述と同様に移動体が正しく走行移動可能になると共に、移動装置をより低コストな構成とすることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る移動装置を図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示す。この移動装置１は、倒立制御を行いながら、図１（ａ）、（ｂ）に矢印で示す方向を前方として、例えば屋内の路面Ｆ上を各方向に自律移動するような自動搬送ロボットであり、例えば書類等を屋内のある部屋から別の部屋へと搬送するような用途等に用いられるものである。この移動装置１は、移動体２の右側、左側にそれぞれ回動自在に設けられている２つの駆動輪３ａ，３ｂと、移動体２の背面に回動自在に設けられている補助輪３ｃと、駆動輪３ａ，３ｂをそれぞれ駆動する駆動モータ４ａ，４ｂと、移動体２の周囲の障害物を検知するための障害物センサ５と、駆動モータ４ａ，４ｂを制御することにより移動体２が転倒しないように倒立制御を行いながら路面Ｆ上で移動させる制御部６と、ユーザの操作により制御部６にコマンドを送信する操作インターフェイス７と、を備えている。操作インターフェイス７は、例えば外部から操作可能なタッチパネル等により構成されている。ユーザは操作インターフェイス７を操作することにより、移動装置１に種々の移動動作等を実行させることができる。

駆動輪３ａ，３ｂは、例えばリムにゴム製のタイヤを装着して構成されている。駆動輪３ａ，３ｂは、このタイヤが路面Ｆ上に接地した状態で駆動モータ４ａ，４ｂにより駆動されて、路面Ｆ上を転動する。補助輪３ｃは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、移動体２の背面の駆動輪３ａ，３ｂとは離れた位置に、路面Ｆ上に接地可能に設けられている。この補助輪３ｃは、モータ等による駆動力が加えられない従動輪である。この移動装置１は、例えば移動体２が倒立制御により走行移動中に、大きな外乱等が加わることにより移動体２の姿勢が後方に傾くようなことがあっても、補助輪３ｃが路面Ｆ上に接地することにより、移動体２が転倒しないように構成されている。なお、駆動輪３ａ，３ｂ及び補助輪３ｃの構成は、これに限られるものではない。

駆動モータ４ａ，４ｂは、例えばバッテリ（図示せず）から電力が供給されており、このバッテリと共に移動体２に収納されている。駆動モータ４ａ，４ｂは、後述のように、制御部６により制御され、その制御に応じた出力トルク及び回転速度で、それぞれ駆動輪３ａ，３ｂを駆動する。すなわち、この移動装置１は、制御部６が駆動モータ４ａ，４ｂを制御し、駆動モータ４ａ，４ｂがそれぞれ駆動輪３ａ，３ｂを互いに同じ回転速度で駆動することにより移動体２を前方又は後方に直進させる。また、駆動モータ４ａ，４ｂが駆動輪３ａ，３ｂを互いに異なる回転速度で駆動し、移動体２の左右で前後方向への移動速度差を生じさせることにより、それまでの前後方向とは異なる方向に移動体２を移動させる。なお、この駆動モータ４ａ，４ｂには、その回転速度を計測するためのエンコーダが設けられている。エンコーダにより計測された駆動モータ４ａ，４ｂの回転速度情報は制御部６に送信され、制御部６が移動体２の移動距離等を算出することができるように構成されている。

障害物センサ５は、例えば赤外線を用いた測距センサであり、図１（ａ）に示すように、移動体２の左右両側面にそれぞれ１つずつ設けられている。この障害物センサ５は、その検知方向に向け所定の範囲の検知範囲を有しており、検知範囲内に壁面、人、柱等の障害物が存在するとき、障害物センサ５からその障害物までの距離を測定する。そして、この障害物センサ５は、制御部６と通信可能に構成されており、障害物と障害物センサ５との間の距離を測定した結果を検知信号として制御部６へ送信する。なお、障害物センサ５は、超音波センサに限られるものではなく、例えば超音波センサや、画像センサ等でもよい。

さらに、この障害物センサ５は、その検知方向が、図示の白抜き矢印で示す移動体２の進行方向に対して移動体２の側面よりも角度φだけ外向きとなるように搭載されている。すなわち、障害物センサ５は、その検知方向が、図に黒矢印で示すように、移動体２の左右方向に斜め前方となるように搭載されており、１つの障害物センサ５により、移動体２の前方にある障害物と左右いずれか一方にある障害物とを同時に検知することができるように構成されている。また、図１（ｂ）に示すように、障害物センサ５は、その検知方向が、水平面に対して角度ωだけ上向きとなるように搭載されている。すなわち、障害物センサ５は、その検知方向が、図に黒矢印で示すように、水平方向よりも斜め上向きとなるように搭載されている。

制御部６は、例えばマイコンや図示しないセンサ等により構成されているものであり、駆動モータ４ａ，４ｂ、障害物センサ５、及び操作インターフェイス７とそれぞれ通信可能に構成されている。制御部６は、例えば操作インターフェイス７から送られたコマンドや移動経路等を記憶する記憶部６ａを有している。本実施形態において、制御部６は、駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクを制御し、移動体２を、転倒しないようにバランスをとりながら自立させる。また、制御部６は、操作インターフェイス７から送られたコマンドや、障害物センサ５から送られた検知信号、駆動モータ４ａ，４ｂの各回転速度から算出された移動体２の移動距離等に従って、駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクを制御する。この駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクの制御は、各駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクを監視しながら駆動モータ４ａ，４ｂに印加される電圧及び電流を制御することにより行われる。

また、制御部６は、移動体２が、例えば操作インターフェイス７を介してユーザにより設定された路面Ｆ上の移動経路を移動するように制御を行う。移動体２が移動しているとき、制御部６は、障害物センサ５から検知信号を逐次受信しており、障害物センサ５の検知範囲内にある障害物と障害物センサ５との距離が所定の距離より近いかどうかを判断する。障害物センサ５とその障害物との距離が所定の距離より近いときには、制御部６は、その障害物を回避して移動するように移動体２の制御を行う。なお、この移動経路は、例えば予め記憶部６ａに記憶されているものでもよく、又は、ユーザにより指定された目的地点にたどり着くように、制御部６により自動的に生成されるようなものであってもよい。

上記のように構成された本実施形態の移動装置１の制御部６による制御の一例を図３を参照して説明する。図３は、移動装置１が壁面Ｗの近傍を移動しているときを示す。このとき、移動経路は、図に白抜き矢印で示すように、壁面Ｗと平行に図の左方向に設定されているものとする。移動体２がこの移動経路に沿って移動しているとき、図の黒矢印で示されるように、移動体２の右側面に設けられている障害物センサ５と壁面Ｗとの、障害物センサ５の検知方向に沿った距離が近づいた状態となっている。このとき、制御部６には、障害物センサ５により測定された障害物センサ５の検知方向に沿った障害物センサ５から壁面Ｗまでの距離の情報が検知信号として送信されている。そして、制御部６は、障害物センサ５により測定された距離が所定の値より近くなることがあれば、移動体２が壁面Ｗから離れる方向に移動するように制御し、移動体２を、障害物を回避させながら走行移動させる。

ここで、移動装置１が例えば凹凸が多いような不整地面である路面Ｆ上を移動するとき等には、駆動輪３ａ，３ｂ等が路面の凹凸に引っ掛かったりして、移動体２の姿勢が不安定になることがある。図４は、このように移動体２の姿勢が変化したときの一例を示す。図４に白抜き矢印で示すように、例えば、移動体２が前傾姿勢になったとする。このとき、本実施形態においては、障害物センサ５が水平面に対して上向きに角度ωをつけて搭載されていることから、障害物センサ５が水平面に平行に搭載された図６に示すような従来の移動装置８１と比較して、障害物センサ５の検知方向に沿った障害物センサ５から路面Ｆまでの距離が遠く保たれた状態となる。

このように、移動体２の姿勢が変わったときにも、障害物センサ５の検知方向に沿った障害物センサ５から路面Ｆまでの距離が遠い状態になる。従って、不整地走行時等に移動体２が前傾姿勢になったとしても、制御部６が路面Ｆを障害物として誤検知することがなくなるので、移動体２を移動経路に沿って正しく走行移動させることが可能となる。すなわち、特に上述のように移動装置１が倒立制御を行いながら２輪で走行移動するものであるとき、例えば不整地面等の路面Ｆ上を移動する場合等には移動体２が前傾姿勢になることが多くなるが、このようなときにも、移動体２を移動経路に沿って正しく走行移動させることが可能である。

また、上述のように、本実施形態においては、２つの障害物センサ５により進行方向の障害物と移動体２の左右にある障害物とを検知することが可能となるため、障害物センサ５がその検知方向が移動体２の進行方向に平行になるように搭載された従来の移動装置８１と比較して障害物センサ５の数を少なくすることが可能となる。障害物センサ５の数が少なくなると、障害物を検知するために行う処理量が少なくなるため、障害物センサ５が多いときよりも制御部６をより簡素な構成にすることが可能となる。従って、移動装置１をより低コストな構成とすることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、この移動装置１が搭載する障害物センサ５の数は２つに限られるものではなく、移動方向前方に向けた１つのみであっても、また、３つ以上であってもよい。このような構成であっても、上述と同様に、障害物センサ５を水平面に対して上向きに角度をつけて搭載することにより、路面Ｆを障害物として誤検知してしまうことがなくなり、移動体２を正しく移動させることが可能となる。

また、移動装置１は、例えば補助輪３ｃを有しておらず、駆動輪３ａ，３ｂの２輪のみを備えたものであったり、倒立制御を行わず、駆動輪３ａ，３ｂと補助輪３ｃとを路面Ｆ上に接地させることにより自立しながら走行移動するようなものであってもよい。またさらに、移動装置１は、操作インターフェイス７を有さず、予め設定された所定の移動動作のみを行うものであってもよい。さらに、移動装置１は、移動経路を自律移動するのではなく、外部からの無線信号等を受信して、その無線信号に応じて路面Ｆ上を移動したり、またユーザによる操作により路面Ｆ上を移動するような構成であってもよい。いずれの場合においても、障害物センサ５をその検知方向が水平面に対して上向きとなるように搭載することにより、路面Ｆが障害物として誤検知されてしまうことがなくなり、移動体２を正しく移動させることが可能となる。また、障害物センサ５をその検知方向が移動体２の進行方向に対して外向きとなるように搭載することにより、１つの障害物センサ５により前方と一側方の障害物を同時に検出可能となり、障害物センサ５をその検知方向が進行方向に平行となるように搭載したときと比較して障害物センサ５の数を削減することが可能となる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る移動装置の一例を示す上面図、（ｂ）は同移動装置の側面図。同移動装置の構成を示すブロック図。同移動装置の動作を説明する上面図。同移動装置が前傾姿勢となったときを示す側面図。（ａ）は従来の移動装置の一例を示す上面図、（ｂ）は同移動装置の側面図。従来の移動装置が前傾姿勢となったときを示す側面図。

符号の説明

１移動装置
２移動体
５障害物センサ

Claims

移動体に搭載されてその移動体の周囲の障害物を検知する障害物センサの検知信号に基いて障害物を回避しながら移動体が走行移動する移動装置であって、
前記障害物センサは、その検知方向が水平面に対して上向きとなるように搭載されていることを特徴とする移動装置。
移動体に搭載されてその移動体の周囲の障害物を検知する障害物センサの検知信号に基いて障害物を回避しながら移動体が走行移動する移動装置であって、
前記障害物センサは、その検知方向が水平面に対して上向きとなるように、且つ、その検知方向が前記移動体の進行方向に対して外向きとなるように搭載されていることを特徴とする移動装置。