JP2015016080A - 障害物回避先導ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量化を図ることで持ち運びが容易な障害物回避先導ロボットを提供する。
【解決手段】主脚２、主脚の下部に連結されている自走式の前輪駆動部３と、主脚の上部に設けた操作部４と、使用者が操作する操作部の指令に基づいて前輪駆動部を制御する制御部８とを備えた障害物回避先導ロボット１である。前輪駆動部は、車輪支持部９と、この車輪支持部に支持されて独立して回転駆動する２つの車輪１０ａ，１０ｂと、これら２つの車輪に回転速度差が発生したときに、車輪支持部を旋回させる旋回軸１２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動経路上の障害物を回避しながら使用者を先導することが可能な障害物回避先導ロボットに関する。

障害物回避先導ロボットとして、主脚の下部に全方向移動車輪を連結し、障害物を認識するセンサーの情報に基づき、障害物以外の方向に全方向移動車輪が移動することで使用者を先導する障害物回避先導ロボットが開発されている。
この障害物回避先導ロボットに搭載されている制御装置は、ロボットの自己位置認識機能を備えている。すなわち、センサーが自己の周囲に存在する障害物を認識すると、該障害物を回避するための走行距離及び走行方向を演算し、また、走行中のロボットの左右の車輪の回転量の情報とセンサーからの障害物位置の情報のいずれか、または両方に基づいて自己位置を算出する。

ところで、前述した障害物回避先導ロボットに用いられる全方向移動車輪として、例えば特許文献１に示すように、４つの車輪が独立駆動することで全方向に移動可能な装置が知られている。しかし、この特許文献１の全方向移動車輪は、ロボットの斜め方向移動時に滑り易く、車輪の回転量の増大により、正確な走行距離及び走行方向を算出することができない。

そこで、全方向移動を可能としながら車輪が滑らない例えば特許文献２、３に示す装置を障害物回避先導ロボットに採用することが考えられる。特許文献２の装置は、２つのモーターで得た出力を合成し、歯車機構により旋回方向と移動方向に車輪制御を行うものである。また、特許文献３の装置は、４つの大車輪と、これら大車輪にそれぞれ搭載された小車輪を備え、歯車機構によって大車輪の旋回方向を調整するとともに、小車輪及び大車輪のそれぞれを回転させるモーターを備えている。

特開２００５−４７３１２号公報 特開２００２−２６３１５１号公報 特開２０１１−２５１６３２号公報

しかし、前述した引用文献２、３の装置を備えた障害物回避先導ロボットは、複雑な装置構成であり、歯車機構を備えて大型の駆動部になることから、小型軽量化の面で問題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、走行時において車輪に滑りが発生せず、車輪の回転量に基づいてロボットの移動情報（走行距離及び走行方向）を高精度に算出することができるとともに、小型軽量化を図ることで持ち運びが容易な障害物回避先導ロボットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る障害物回避先導ロボットは、主脚と、この主脚の下部に連結されている自走式の前輪駆動部と、前記主脚の上部に設けた操作部と、使用者が操作する前記操作部の指令に基づいて前記前輪駆動部を制御する制御部とを備え、前記使用者の歩行補助を行いながら走行する障害物回避先導ロボットであって、前記前輪駆動部は、車輪支持部と、この車輪支持部に支持されて独立して回転駆動する２つの車輪と、これら２つの車輪に回転速度差が発生したときに、前記車輪支持部を旋回させる旋回軸とを備えている。

また、本発明の一態様に係る障害物回避先導ロボットは、前記主脚に補助脚を連結し、この補助脚の下部に、前記前輪駆動部の旋回に追従して所定の角度範囲で旋回するキャスターを設けて前記主脚を自立支持することが好ましい。
また、本発明の一態様に係る障害物回避先導ロボットは、前記主脚の上部に設けたグリップ部に、前記操作部として力センサーを装着し、前記使用者が前記グリップ部を握って前記力センサーに与える力の向きを変化させることで、前記前輪駆動部の前記２つの車輪の回転速度制御が行われることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る障害物回避先導ロボットは、自己の周囲の情報を取得する外界センサーを備え、前記制御部は前記外界センサーの情報を基に該障害物を回避するための走行距離及び走行方向を演算し、走行中は前記走行距離及び前記走行方向の情報と、前記２つの車輪の回転量から得られる自己位置の情報とのいずれか、または両方の情報に基づいて、該障害物を回避する方向に前記前輪駆動部を旋回させる制御を行うことが好ましい。
さらに、本発明の一態様に係る障害物回避先導ロボットは、前記制御部が、外乱の発生によって使用者の意図しない方向に前記車輪支持部が旋回した場合に、前記車輪支持部を外乱の発生前の位置に旋回させる制御を行うことが好ましい。

本発明に係る障害物回避先導ロボットによれば、主脚の下部に連結されている自走式の前輪駆動部は、車輪支持部と、この車輪支持部に支持されて独立して回転駆動する２つの車輪と、これら２つの車輪に回転速度差が発生したときに、車輪支持部を旋回させる旋回軸とを備えた構成としており、走行時において車輪に滑りが発生せず、車輪の回転量に基づいてロボットの移動情報（走行距離及び走行方向）を高精度に算出することができる。また、本発明の障害物回避先導ロボットによれば、２つの車輪を旋回させる駆動源を必要とせず、簡素な旋回機構（旋回軸）を備えただけなので、小型軽量化を図ることができるとともに、装置コストの低減化も図ることができる。

本発明に係る１実施形態の障害物回避先導ロボットを示す正面図である。 １実施形態の障害物回避先導ロボットを示す側面図である。 １実施形態の障害物回避先導ロボットを示す要部平面図である。 １実施形態の障害物回避先導ロボットが備えるロボット制御部のブロック図である。 前記ロボット制御部の主制御部を構成する手段のブロック図である。 １実施形態の障害物回避先導ロボットの動作を説明する図である。 外界センサーの取り付け位置が異なる障害物回避先導ロボットを示す側面図である。 他の実施形態の前輪駆動部を示す図である。 図７のＡ−Ａ線矢視図である。 他の実施形態のロボット制御部のブロック図である。 図９のロボット制御部の主制御部で使用するグラフである。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の障害物回避先導ロボット１（以下、ロボット１と略称する）は、図１及び図２に示すように、上下方向に延在する主脚２と、主脚２の下部の主脚底板２ａに上下方向の軸回りに旋回自在に連結している前輪駆動部３と、主脚２の上部に設けた前輪操作部４と、自己（ロボット１）の周囲の情報を取得するレーザーセンサー等の外界センサーＳと、主脚２の上下方向の略中間位置に関節部５を介して連結し、下方に延在している２本の補助脚６と、各補助脚６の下端に設けたキャスター７と、前輪操作部４の操作により前輪駆動部３を直線走行、或いは旋回させ、外界センサーＳからの情報により障害物を回避するロボット制御部８と、を備えている。

前輪駆動部３は、車輪支持部９と、左車輪１０ａ及び右車輪１０ｂと、左車輪１０ａを駆動する左車輪駆動モーター１１ａと、右車輪１０ｂを駆動する右車輪駆動モーター１１ｂと、旋回軸１２とを備えている。
車輪支持部９は、天板９ａと、天板９ａに固定されて互いに平行に対向する一対の側板９ｂとで構成されており、一対の側板９ｂのそれぞれの内側に２個の車輪１０ａ，１０ｂが回転自在に連結され、一対の側板９ｂの外側に、２個の車輪１０ａ，１０ｂに駆動力を伝達する左車輪駆動モーター１１ａ，右車輪駆動モーター１１ｂが配置されている。

なお、前輪駆動部３は、車輪支持部９の一対の側板９ｂのそれぞれの外側に車輪１０ａ，１０ｂが回転自在に連結され、一対の側板９ｂの内側に左車輪駆動モーター１１ａ，右車輪駆動モーター１１ｂが配置されている構造であってもよい。
車輪支持部９の天板９ａには、軸が上下方向に延在する旋回軸１２が固定されており、この旋回軸１２が主脚２の主脚底板２ａに軸受け部材（不図示）を介して支持されていることで、前輪駆動部３の車輪支持部９が主脚２の下部に旋回自在に連結されている。

自己（ロボット１）の周囲の情報を取得する外界センサーＳは、図２に示すように、主脚２の主脚底板２ａに固定されている。
補助脚６の下端に設けられているキャスター７は、ある程度の角度範囲で旋回する車輪であり、前輪駆動部３の旋回に追従して旋回し、小回りも可能とされている。
関節部５は、固定レバー５ａを備えており、この固定レバー５ａの固定操作を行うことで、主脚２に対して所定の角度で傾斜した状態で補助脚６を固定する。そして、固定レバー５ａの回動操作を行うと、主脚２に沿う位置まで２本の補助脚６を折り畳むことができる。

そして、図２に示すように、関節部５近くの主脚２に、障害物回避先導ロボット１全体を持ち上げる際に使用する把手１３が設けられている。
前輪操作部４は、図３に示すように、グリップ部１４に装着されている力センサーである（以下、力センサー４と称する）。力センサー４は、ｘ，ｙ，ｚ方向の力、及び、ｘ，ｙ，ｚ軸回りのモーメント荷重を測定でき、使用者がグリップ部１４に握り力を加えると力センサー４に力がかかり、ロボット制御部８に力（３軸）、モーメント荷重（３軸）に応じた力信号を出力する。

ロボット制御部８は、図４に示すように、入力ポート１５、主制御部（ＣＰＵ）１６及び出力ポート１７を備えている。
入力ポート１５には、外界センサーＳから自己（ロボット１）の周囲の情報が入力し、力センサー４から力信号が入力し、左車輪１０ａの近傍に配置した左車輪用エンコーダー１８ａから左車輪１０ａの回転量が入力し、右車輪１０ｂの近傍に配置した右車輪用エンコーダー１８ｂから右車輪１０ｂの回転量が入力し、旋回軸１２の近傍に配置した旋回軸用エンコーダー１８ｃから旋回軸２の回転方向及び回転角度が入力する。

主制御部１６は、外界センサーＳ、力センサー４、左車輪用エンコーダー１８ａ及び右車輪用エンコーダー１８ｂから入力した信号に基づき、左車輪１０ａ及び右車輪１０ｂの回転速度を演算する。そして、出力ポート１７から左車輪駆動モーター１１ａ、右車輪駆動モーター１１ｂに回転速度指令値に対応した駆動制御信号が出力される。
図５は、主制御部１６の制御をブロック図で示したものであり、走行距離算出手段２０、走行方向算出手段２１、自己（ロボット１）位置認識手段２２、障害物認識手段２３、操作方向認識手段２４、車輪回転速度算出手段２５外乱判定手段２６及び走行方向補正手段２７を備えている。

走行距離算出手段２０は、左車輪用エンコーダー１８ａ及び右車輪用エンコーダー１８ｂから入力した左車輪１０ａ及び右車輪１０ｂの回転量に基づき、ロボット１の走行距離を算出する。走行方向算出手段２１は、左車輪用エンコーダー１８ａ及び右車輪用エンコーダー１８ｂから入力した左車輪１０ａ及び右車輪１０ｂの回転量に基づき、ロボット１の走行方向を算出する。
また、自己位置認識手段２２は、走行距離算出手段２０で算出した走行距離と、走行方向算出手段２１で算出した走行方向に基づいて、ロボット１の位置を認識する。

また、障害物認識手段２３は、外界センサーＳから取得したロボット１の周囲の情報に基づいて障害物の有無を判断する。
また、操作方向認識手段２４は、力センサー４から取得した使用者が希望する走行方向を認識する。
また、車輪回転速度算出手段２５は、算出したロボット１の位置、障害物の有無、使用者が希望する走行方向に基づいて、左車輪１０ａの回転速度、右車輪１０ｂの回転速度を算出する。

また、外乱判断手段２６は、旋回軸用エンコーダー１８ｃから入力した旋回軸１２の回転情報と、力センサー４から入力した力信号とに基づいて、外乱の発生により車輪支持部９が旋回軸１２回りに旋回しているか否かを判断する。
さらに、走行方向補正手段２７は、外乱判断手段２６により外乱が発生していると判断したときに、外乱が発生する前の位置に旋回軸１２回りに車輪支持部９が旋回するように、ロボット１の走行方向の補正値を算出する。

次に、本実施形態のロボット１の具体的な動作について説明する。
先ず、使用者がグリップ部１４を握って前方に力を加えると、力センサー４に前向きの力がかかる。力センサー４からロボット制御部８に力信号が入力されることで、主制御部１６の操作方向認識手段２４は、操作方向が直進方向であることを認識し、車輪回転速度算出手段２５は、左車輪１０ａ及び右車輪１０ｂが同一速度Ｖ１で回転する回転速度指令値を算出し、この回転速度指令値が、左車輪駆動モーター１１ａ，右車輪駆動モーター１１ｂに送出される。

これにより、図６（ａ）に示すように、主脚２の下端に連結した前輪駆動部３が速度Ｖ１で直線走行し、主脚２を自立支持している補助脚６のキャスター７も前輪駆動部３に追従して直線走行することで、使用者を先導する。
また、使用者がグリップ部１４を握って右側に力を加えると、力センサー４に右側向きの力がかかる。力センサー４からロボット制御部８に右側向きの力信号が入力されることで、主制御部１６の操作方向認識手段２４は、操作方向が右旋回であることを認識し、車輪回転速度算出手段２５は、左車輪１０ａが高速Ｖ２で回転し、右車輪１０ａが低速Ｖ３（Ｖ３＜Ｖ２）で回転する回転速度指令値を算出し、この回転速度指令値が、左車輪駆動モーター１１ａ，右車輪駆動モーター１１ｂに送出される。

これにより、図６（ｂ）に示すように、左車輪１０ａが高速Ｖ２で回転し、右車輪１０ａが低速Ｖ３で回転することで、前輪駆動部３の車輪支持部９が旋回軸１２回りに右旋回する。
次いで、使用者がグリップ部１４を握って前方に力を加えると、図６（ｃ）に示すように、右旋回した前輪駆動部３が速度Ｖ１で直線走行し、主脚２を自立支持している補助脚６のキャスター７も前輪駆動部３に追従して右旋回したのちに直線走行し、使用者を先導する。

一方、使用者がグリップ部１４を握って左側に力を加える場合も、図示しないが、力センサー４からロボット制御部８に左側向きの力信号が入力されることで、主制御部１６の操作方向認識手段２４が、操作方向が左旋回であることを認識し、車輪回転速度算出手段２５が、左車輪１０ａが低速Ｖ３で回転し、右車輪１０ａが高速Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ３）で回転する回転速度指令値を算出し、この回転速度指令値が、左車輪駆動モーター１１ａ，右車輪駆動モーター１１ｂに送出されることで、前輪駆動部３の車輪支持部９が旋回軸１２回りに右旋回する。

さらに、本実施形態のロボット１が直線走行しているときに前方に障害物がある場合には、主制御部１６の障害物認識手段２３が、外界センサーＳから得た自己の周囲の情報に基づいて障害物の存在を認識し、自己位置認識手段２２がロボット１の位置を認識する。そして、主制御部１６の車輪回転速度算出手段２５は、障害物認識手段２３及び自己位置認識手段２２の情報に基づいて旋回する方向を設定し、左車輪１０ａ及び右車輪１０ｂが異なる回転速度で回転するように回転速度指令値を算出し、これら異なる回転速度指令値を、左車輪駆動モーター１１ａ，右車輪駆動モーター１１ｂに送出することで、前輪駆動部３の車輪支持部９を旋回軸１２回りに右旋回、或いは左旋回させ、障害物を回避する方向に前輪駆動部３を向ける。

ここで、走行中の本実施形態のロボット１の車輪１０ａ，１０ｂが走行面から離れて、再び接地するときのことを考える。すなわち、ロボット１が段差を乗り越えるとき、段差を降りるとき、及び使用者がロボット１を持ち上げたときでなどである。このように車輪１０ａ，１０ｂが走行面から離れた場合、前輪駆動部３の車輪支持部９が旋回軸１２回りに右旋回、或いは左旋回してしまう場合がある。このとき、外乱判定手段２６は、旋回軸用エンコーダー１８ｃから旋回軸１２が回転した情報を得た段階で、力センサー４から走行方向を変更すべき力信号が入力しているか否かを確認する。そして、外乱判定手段２６は、力センサー４から走行方向を変更する力信号が入力していないことを確認した場合、外乱によってロボット１の走行方向が変更されたものと判断する。

そして、走行補正手段２７は、走行方向算出手段２１で算出したロボット１の走行方向と、旋回軸用エンコーダー１８ｃから得た旋回軸１２の回転方向及び回転角に基づいて、ロボット１の走行方向の補正値を算出する。なお、この走行補正手段２７は、外乱判定手段２６においてロボット１には外乱が発生せず走行方向が変更されていないと判断した場合には、走行方向算出手段２１で算出したロボット１の走行方向をそのまま出力する。
これにより、走行中のロボット１の車輪１０ａ，１０ｂが走行面から一時的に離れた際、前輪駆動部３の車輪支持部９が旋回軸１２回りに旋回してしまうという外乱が発生した場合であっても、前輪駆動部３の車輪支持部９を、外乱が発生する前の位置に旋回軸１２回りに旋回させることができる。

次に、本実施形態のロボット１の効果について説明する。
本実施形態のロボット１は、主脚２の下部に連結した前輪駆動部３を、独立して回転駆動する２つの車輪（左車輪１０ａ，右車輪１０ｂ）と、これら左車輪１０ａ，右車輪１０ｂに回転速度差が発生したときに、これら左車輪１０ａ，右車輪１０ｂを受動的に旋回させる旋回軸とを備えた構成としており、左車輪１０ａ，右車輪１０ｂを旋回させる駆動源を必要とせず、簡素な旋回機構（旋回軸）を備えただけなので、小型軽量化を図ることができるとともに、装置コストの低減化も図ることができる。

また、主脚２に連結している補助脚６の下部に、所定の角度範囲で旋回する車輪であり、前輪駆動部３に追従して旋回して小回りも可能としたキャスター７が設けられているので、主脚２を自立支持させ、使用者を確実に先導することができる。
また、本実施形態のロボット１は、主脚２の上部のグリップ部１４に力センサー４を装着し、使用者がグリップ部１４の握り位置を変化させ、それにより、力センサーの出力値（力信号）が変化することで、前輪駆動部３の左車輪１０ａ，右車輪１０ｂの回転速度が変化するようにしているので、使用者は自在にロボット１を操作することができる。

また、本実施形態のロボット１は、外界センサーＳが得た障害物の情報と、自己（ロボット１）位置の情報とのいずれか、または両方の情報に基づいて、障害物を回避する方向に前輪駆動部３を向けることができるので、使用者を安全に先導することができる。
また、本実施形態のロボット１の前輪駆動部３を構成する２つの車輪（左車輪１０ａ，右車輪１０ｂ）は、走行の際に滑りが発生せず、これら車輪の回転量に基づいてロボット１の走行距離及び走行方向を算出することができるので、自己の位置情報を高精度に得ることができる。

さらに、走行中のロボット１の車輪１０ａ，１０ｂが走行面から一時的に離れた際、前輪駆動部３の車輪支持部９が旋回軸１２回りに旋回してしまうという外乱が発生した場合であっても、外乱判定手段２６が、旋回軸用エンコーダー１８ｃから旋回軸２が回転した情報を得た段階で、力センサー４から走行方向を変更すべき力信号が入力していないことを確認すると、走行補正手段２７が、使用者が意図する走行方向への補正値を算出し、前輪駆動部３の車輪支持部９を、外乱が発生する前の位置に旋回軸１２回りに旋回させることができるので、使用者を安全に先導することができる。

なお、本実施形態の旋回軸用エンコーダー１８ｃに替えて、ロータリーポテンショメーターを使用して車輪支持部９の旋回情報（旋回軸１２の回転方向及び回転角の情報）を得るようにしてもよい。
また、図７に示すように、外界センサーＳを、前輪駆動部３を構成する車輪支持部９の天板９ａに固定すると、外界センサーＳは、常に車輪１０ａ，１０ｂの進行方向を向くので、測定範囲が狭くても周囲の情報を正確に取得することができ、安価な外界センサーを選択することができる。

また、図８から図１１に示すように、前輪駆動部３に光学センサー及びこの光学センサーに検出されるスケールを設けることで、車輪支持部９の旋回情報を得るようにしてもよい。
すなわち、図８は、本実施形態の前輪駆動部３を拡大して示したものであり、本実施形態の旋回軸１２には旋回リミッター（不図示）が付設されており、この旋回リミッターにより、旋回軸１２は左旋回に９０°、且つ右旋回に９０°までしか旋回しない構造とされている。また、主脚底板２ａの下面には２台の反射型のフォトセンサー３０ａ，３０ｂが配置されているとともに、これら反射型フォトセンサー３０ａ，３０ｂに対向する天板９ａの上面位置に、スケール３１が設けられている。

スケール３１は、旋回軸１２の周囲に、黒色の半円弧の帯状として延在する外側のスケール３２及び内側のスケール３３が設けられている。外側のスケール３２は、周方向の一端３２ａの帯幅が細く、周方向の他端３２ｂに向かうに従い帯幅が徐々に広くなるように設けられている。また、内側のスケール３３は、周方向の一端３２ａの帯幅が広く、周方向の他端３３ｂに向かうに従い帯幅が徐々に狭くなるように設けられている。
そして、図９に示すように、車輪支持部９が旋回軸１２回りに旋回しない場合、フォトセンサー３０ａが外側のスケール３２の半円弧の帯状の中央部（直進位置）で対向し、フォトセンサー３０ｂが内側のスケール３３の半円弧の帯状の中央部（直進位置）で対向する。

また、車輪支持部９が旋回軸１２回りに左旋回する場合、フォトセンサー３０ａが外側のスケール３２の周方向の他端３２ｂに向かうに従い帯幅が徐々に広くなる位置で対向し、フォトセンサー３０ｂが内側のスケール３３の周方向の他端３３ｂに向かうに従い帯幅が徐々に狭くなる位置で対向する。
また、車輪支持部９が旋回軸１２回りに右旋回する場合、フォトセンサー３０ａが外側のスケール３２の周方向の一端３２ａに向かうに従い帯幅が徐々に狭くなる位置で対向し、フォトセンサー３０ｂが内側のスケール３３の周方向の一端３３ａに向かうに従い帯幅が徐々に広くなる位置で対向する。

フォトセンサー３０ａは、外側のスケール３２の周囲の白色部分の出力値を検出し、フォトセンサー３０ｂは、内側のスケール３３の周囲の白色部分の出力値を検出し、これらフォトセンサー３０ａ，３０ｂの出力値は、図１０に示すように、ロボット制御部８の入力ポート１５を介して主制御部１６に入力される。
そして、主制御部１６の外乱判定手段２６は、フォトセンサー３０ａ，３０ｂが検出した白色部分（出力値）のデータと、図１１で示した旋回参照グラフとを比較することで、旋回軸１２の回転情報を得る。

図１１の旋回参照グラフは、フォトセンサー３０ａ、３０ｂの白色部分の差（フォトセンサー３０ａの出力値からフォトセンサー３０ｂの出力値を引いた値）と、車輪支持部９の旋回方向及び角度との関係を予め実験的に示したグラフである。すなわち、図９で示したように、フォトセンサー３０ａが外側のスケール３２の直進位置で対向し、フォトセンサー３０ｂも内側のスケール３３の直進位置で対向しているときには、フォトセンサー３０ａ、３０ｂの白色部分の面積が等しくなり、フォトセンサー出力値の差が零となるので、図１１に示すように、フォトセンサー出力値の差が零のときに角度が９０°（車輪支持部９が旋回しない角度）となる。また、図９で示したように、車輪支持部９が旋回軸１２回りに左旋回する場合、フォトセンサー３０ａの白色部分の面積が小さくなり、フォトセンサー３０ｂの白色部分の面積が大きくなるので、図１１に示すように、フォトセンサー出力値の差がマイナス（−）となり、左旋回の角度（０°≦角度＜９０°）を得ることができる。さらに、図９で示したように、車輪支持部９が旋回軸１２回りに右旋回する場合、フォトセンサー３０ａの白色部分の面積が大きくなり、フォトセンサー３０ｂの白色部分の面積小さくなるので、図１１に示すように、フォトセンサー出力値の差がプラス（−）となり、右旋回の角度（９０°＜角度≦１８０）を得ることができる。

このように、主制御部１６の外乱判定手段２６は、フォトセンサー３０ａ，３０ｂが検出した白色部分（出力値）のデータと、図１１で示した旋回参照グラフとを比較することでし、旋回軸１２が旋回していない（角度が９０°）、或いは旋回軸１２が左旋回（０°≦角度＜９０°）、旋回軸１２が右旋回（９０°＜角度≦１８０）している情報を得ることができる。また、外乱判定手段２６は、力センサー４から走行方向を変更すべき力信号が入力しているか否かを確認する。
そして、外乱判定手段２６は、力センサー４から走行方向を変更する力信号が入力していないことを確認した場合には、外乱によってロボット１の走行方向が変更されたものと判断することができる。

このように、本実施形態も、走行中のロボット１の車輪１０ａ，１０ｂが走行面から一時的に離れた際、前輪駆動部３の車輪支持部９が旋回軸１２回りに旋回してしまうという外乱が発生した場合であっても、外乱判定手段２６が、フォトセンサー３０ａ，３０ｂ
旋回軸２が回転した情報を得た段階で、力センサー４から走行方向を変更すべき力信号が入力していないことを確認すると、走行補正手段２７が、使用者が意図する走行方向への補正値を算出し、前輪駆動部３の車輪支持部９を、外乱が発生する前の位置に旋回軸１２回りに旋回させることができるので、使用者を安全に先導することができる。

なお、２台のフォトセンサー３０ａ，３０ｂのフォトセンサー出力値の差をセンサー出力合計で割った値を用いることで、フォトセンサー３０ａ，３０ｂ及び外側のスケール３２及び内側のスケール３３の間の距離の変動、光量の変化に対応することができる。
また、２台の反射型のフォトセンサー３０ａ，３０ｂ及び外側のスケール３２及び内側のスケール３３に替えて、２台の磁気センサー及び２本の磁気テープからなるスケールを設けることで、車輪支持部９の旋回情報を得るようにしてもよい。

１…障害物回避先導ロボット、２…主脚、２ａ…主脚底板、３…前輪駆動部、４…前輪操作部（力センサー）、５…関節部、５ａ…固定レバー、６…補助脚、７…キャスター、８…ロボット制御部（制御部）、９…車輪支持部、９ａ…天板、９ｂ…側板、１０ａ…左車輪、１０ｂ…右車輪、１１ａ…左車輪駆動モーター、１１ｂ…右車輪駆動モーター、１２…旋回軸、１３…把手、１４…グリップ部、１５…入力ポート、１６…主制御部、１７…出力ポート、１８ａ…左車輪用エンコーダー、１８ｂ…右車輪用エンコーダー、１８ｃ…旋回軸用エンコーダー、２０…走行距離算出手段、２１…走行方向算出手段、２２…自己位置認識手段、２３…障害物認識手段、２４…操作方向認識手段、２５…車輪回転速度算出手段、２６…外乱判定手段、２７…走行方向補正手段、３０ａ，３０ｂ…フォトセンサー、３１…スケール３１、３２…外側のスケール、３３…内側のスケール３３、Ｓ…外界センサー

Claims (5)

1. 主脚と、この主脚の下部に連結されている自走式の前輪駆動部と、前記主脚の上部に設けた操作部と、使用者が操作する前記操作部の指令に基づいて前記前輪駆動部を制御する制御部とを備え、前記使用者の歩行補助を行いながら走行する障害物回避先導ロボットであって、
   前記前輪駆動部は、車輪支持部と、この車輪支持部に支持されて独立して回転駆動する２つの車輪と、これら２つの車輪に回転速度差が発生したときに、前記車輪支持部を旋回させる旋回軸とを備えていることを特徴とする障害物回避先導ロボット。
2. 前記主脚に補助脚を連結し、この補助脚の下部に、前記前輪駆動部の旋回に追従して所定の角度範囲で旋回するキャスターを設けて前記主脚を自立支持することを特徴とする請求項１に記載の障害物回避先導ロボット。
3. 前記主脚の上部に設けたグリップ部に、前記操作部として力センサーを装着し、前記使用者が前記グリップ部を握って前記力センサーに与える力の向きを変化させることで、前記前輪駆動部の前記２つの車輪の回転速度制御が行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の障害物回避先導ロボット。
4. 自己の周囲の情報を取得する外界センサーを備え、前記制御部は、前記外界センサーの情報を基に該障害物を回避するための走行距離及び走行方向を演算し、走行中は前記走行距離及び前記走行方向の情報と、前記２つの車輪の回転量から得られる自己位置の情報とのいずれか、または両方の情報に基づいて、該障害物を回避する方向に前記前輪駆動部を旋回させる制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の障害物回避先導ロボット。
5. 前記制御部は、外乱の発生によって使用者の意図しないに方向に前記車輪支持部が旋回した場合に、前記車輪支持部を外乱の発生前の位置に旋回させる制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の障害物回避先導ロボット。

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