JP2015103059A

JP2015103059A - 自律移動体

Info

Publication number: JP2015103059A
Application number: JP2013243687A
Authority: JP
Inventors: 豊高岡; Yutaka Takaoka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】距離測定センサが正常動作をしているかを人が定期的に確認する手間が省ける自律移動体を提供すること。【解決手段】本発明の自律移動体１００は、車輪を駆動する駆動手段を有する台車部１１０と、台車部１１０に連結された胴体部１２０と、を備える。自律移動体１００は、胴体部１２０又は台車部１１０に設けられた、床面までの距離を計測できる距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄと、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの床面までの距離の計測を一部遮ることができる位置へと移動できる校正面１１２と、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが校正面１１２までの距離を計測した計測結果が予め定められた範囲に入っているかを検証する検証手段と、を備え、検証手段が、計測結果が予め定められた範囲に入っている場合に、距離計測手段が正常に動作していると判定する。【選択図】図１

Description

本発明は自律移動体に関し、特に自律移動ロボットに関する。

周囲の環境を種々のセンサにより認識しながら、自律的判断を行い移動する自律移動ロボットが知られている。特許文献１には、自律移動ロボットにおいて、ロボットに備えられた距離計測センサで床面までの距離を計測し、予め決められた閾値を超えた場合には停止又は迂回することで、階段などの段差からロボットが落下することを防ぐ技術が記載されている。

特開２０１２−１３０７８１号公報

自律移動ロボットに搭載された距離計測センサの故障の一つに、床面までの距離として常に一定値を出力し続ける故障がある。すなわち、前方に段差があり、床面までの距離が安全に移動できる閾値を超えているにもかかわらず、距離計測センサは実際の床面までの距離よりもはるかに小さい値を出力し続けるのである。このような故障を検出するためには、距離測定センサが正常に動作しているかを定期的に人が確認する必要があり、正常動作の確認に手間がかかっていた。

本発明は、このような問題を解決するためなされたものであり、距離測定センサが正常動作をしているかを人が定期的に確認する手間が省ける自律移動体を提供することを目的とする。

本発明の自律移動体は、
車輪を駆動する駆動手段を有する台車部と、前記台車部に連結された胴体部と、を備える自律移動体であって、
前記胴体部又は前記台車部に設けられた、床面までの距離を計測できる距離計測手段と、
前記距離計測手段の前記床面までの距離の計測を遮ることができる位置へと移動できる校正面と、
前記距離計測手段が前記校正面までの距離を計測した計測結果が予め定められた範囲に入っているかを検証する検証手段と、を備え、
前記検証手段が、前記校正面までの距離の前記計測結果が予め定められた範囲に入っている場合に、前記距離計測手段が正常に動作していると判定する。

本発明では、
前記胴体部を前記台車部に対して回転させる回転駆動手段を有し、
前記距離計測手段は、前記胴体部に前記床面を向いて傾斜して設けられており、
前記校正面は前記台車部の上面に設けられており、
前記台車部の上面の周縁は、前記校正面を除いて切欠きが施されている
ことが好ましい。

本発明によれば、距離測定センサが正常動作をしているかを人が定期的に確認する手間が省ける自律移動体を提供することができる。

実施の形態１にかかる自律移動体の構成を示す図である。実施の形態１にかかる自律移動体の台車部を上方から見た斜視図である。実施の形態１にかかる自律移動体の台車部を上方から見た平面図である。実施の形態１にかかる自律移動体の胴体部が回転した状態を示す図である。実施の形態１にかかる自律移動体の胴体部を底面から見た図である。実施の形態２にかかる自律移動体の構成を示す図である。実施の形態２にかかる自律移動体の胴体部が回転した状態を示す図である。実施の形態２にかかる自律移動体の胴体部を底面から見た図である。実施の形態３にかかる自律移動体の構成を示す図である。実施の形態３にかかる自律移動体のミラー回転体を台車部側から見た図である。実施の形態３にかかる自律移動体のミラー回転体が、図１０の状態から回転した状態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
[実施の形態１]
図１〜図５を参照して、本実施形態の自律移動体１００の構成について説明する。
図１に示すように、自律移動体１００は、台車部１１０と、胴体部１２０と、頭部１３０を備える。

台車部１１０は、車輪１１４と、車輪１１４を駆動する駆動手段（図示省略）と、校正面１１２と、を有する。台車部１１０は、駆動手段を用いて車輪１１４を駆動させることにより移動することができる。図２は台車部１１０を上方から見た斜視図であり、図３は台車部１１０の平面図である。図２および図３に示すように、台車部１１０は円柱形状をしており、その上面に切欠き部１１１および校正面１１２を有する。すなわち、台車部１１０の上面の周縁は一部を残して切欠きが施されており、残された平坦部が校正面１１２として機能する。

頭部１３０は、胴体部１２０に連結されており、胴体部１２０とともに回転する。頭部１３０は、視覚センサ１３１を有する。視覚センサ１３１は、ロボットの「目」に相当するものであり、外部環境を認識するための種々の情報（例えば、物体の距離、形状、色彩等）を取得する。視覚センサ１３１としては、例えば、ステレオカメラやレーザーレーダ等を用いる。

胴体部１２０は、台車部１１０の上に回転駆動手段１２３を介して連結されている。胴体部１２０は、回転駆動手段１２３により、台車部１１０に対してヨー回転（図１中ではＺ軸回転）することができる。図４は、図１の状態から、胴体部１２０が上方からみて反時計回りに９０°回転した後の状態を示す図である。
胴体部１２０は、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄと、検証手段（図示省略）と、を有する。

距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄは、距離センサであり、床面までの距離を計測できる。距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄとしては、例えば、レーザやＬＥＤによる光を発して、計測対象物により反射された光を受光素子により検出する構成のものが用いられる。
図１に示すように、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄは、床面に向けて光を発するために、胴体部１２０の底面に対して角度を持って傾斜して配設されている。距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの発光部とは反対側の端部は胴体部１２０の底面に埋められており、発光部は床面を向いた状態で胴体部１２０の底面から飛び出している。

図５は、自律移動体１００の胴体部１２０を底面から見た図である。図５に示すように、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄは、胴体部１２０の底面に９０°にひとつの間隔で放射状に配設されている。胴体部１２０が回転することにより、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの距離計測位置を変えることができる。なお、図５では、回転駆動手段１２３の断面をハッチングしている。

検証手段は、校正面１１２までの距離を距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄにより計測した計測結果が予め定められた範囲に入っているかを検証する。検証手段の検証処理は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することができる。計測結果が予め定められた範囲に入っている場合に、検証手段は距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが正常に動作していると判定する。計測結果が予め定められた範囲に入っていない場合に、検証手段は距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが故障していると判定する。検証手段は、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄおよび視覚センサ１３１からの距離情報と、回転駆動手段１２３からの位相情報とを取得することができ、台車部１１０の駆動手段に駆動停止の命令を出すことができる。

本実施形態にかかる自律移動体１００の距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの故障検出方法について説明する。
距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄは距離計測時に光を発する。距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが発した光は、台車部１１０上の切欠き部１１１を通過して床面に達する。換言すると、切欠き部１１１のある部分を通過する場合は、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが発した光は台車部１１０に遮られない。

胴体部１２０を回転させると、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが発した光は切欠き部１１１上の異なる位置を通過する。台車部１１０の上面には切欠きをしていない校正面１１２が設けられている。校正面１１２は、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが発する光を遮るように設けられている。距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの光軸上に校正面１１２が来ると、校正面１１２により光が遮られ、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄは校正面１１２までの距離を計測する。

距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが発した光が校正面１１２に遮られるのは、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの光軸上に校正面１１２が来たときだけである。距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの光軸上に校正面１１２が来るときの距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄから校正面１１２までの距離は、自律移動体１００の構造上一定の値となり、これらは設計値から既知の値である。

距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが校正面１１２までの距離を計測した実測値が、設計値から予め定められた範囲内であれば、検証手段は距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが正常に動作していると判定する。逆に、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが校正面１１２までの距離を計測しているにもかかわらず、出力されるのが床面に相当する距離であれば、検証手段は、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが故障していると判定する。

検証手段が距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄは故障していると判定した場合は、検証手段は駆動手段に車輪１１４の駆動を停止するよう命令する。これにより、自律移動体１００が距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの故障により前方の段差を認識できずに、そのまま段差に進入するのを防止することができる。

本実施形態の自律移動体１００は、床面までの距離を測定する距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが、定期的に距離が既知の位置に設けられた校正面までの距離を計測する構成となっている。自律移動体１００が稼働中に自ら、校正面までの距離が正しく計測できているかを検出し、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの故障を検出する。これにより、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが正常に動作しているかを、人が定期的に点検する必要がなくなる。

以上説明したように、本発明によれば、距離測定センサが正常動作をしているかを人が定期的に確認する手間が省ける自律移動体を提供することができる。

[実施の形態２]
図６〜図８を用いて、実施の形態２にかかる自律移動体６００の構成を説明する。自律移動体６００の基本的な構成は、実施の形態１にかかる自律移動体１００とほぼ同じであるが、自律移動体１００と比較して以下の点が異なる。

自律移動体１００では胴体部１２０の底面に距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが設けられているのに対して、自律移動体６００では台車部６１０の上面に距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが設けられている。
また、自律移動体１００では距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄから出た光は直接床面まで到達する。それに対して、図６に示すように、自律移動体６００では、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄから出た光は胴体部１２０の底面に設けられたミラー部６２０に反射されてから床面まで到達する。
さらに、自律移動体１００では校正面１１２が台車部１１０の上面に設けられている。それに対して、図８に示すように、自律移動体６００ではミラー部６２０と同様に胴体部１２０の底面に校正面６３０が設けられている。図８は、自律移動体６００の胴体部１２０を底面から見た図である。

自律移動体６００の動作について説明する。
図６に示すように、自律移動体６００では、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが発した光はミラー部６２０に反射されてから床面まで到達し、床面に反射されてからミラー部６２０を経た戻り光から距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄは床面までの距離を計測する。

胴体部１２０を回転させると校正面６３０が距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの光軸上に来るときがある。図７では、距離計測手段１４１ｂの光軸上に校正面６３０が来ている。このときに距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄは校正面６３０までの距離を測定する。距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの光軸上に校正面６３０が来るときの距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄから校正面６３０までの距離は、自律移動体１００の構造上一定の値となり、これらは設計値から既知の値である。

校正面６３０までの距離を距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄにより計測した計測結果が予め定められた範囲に入っているかを検証手段が検証する。計測結果が予め定められた範囲に入っていない場合に、検証手段は距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが故障していると判定する。

校正面６３０による距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの故障検知中は、一つの距離計測手段が段差を検出できなくなるので、死角が発生する。校正面６３０をどの位置に配置するかは、故障検知中の死角の存在を考慮して決定する必要がある。

胴体部１２０の前方にある段差は、頭部１３０に設けられた視覚センサ１３１によっても検出することができる。そのため、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄによる段差検知は、胴体部１２０前方に対しては行わなくても特段の不都合はない。そこで、校正面６３０を胴体部１２０の前方に配置することにより、視覚センサ１３１が胴体部１２０前方の段差検知を行っている間に、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの故障検出を行うことができる。すなわち、図８中の紙面左側が胴体部の前方とするのが好ましい。

[実施の形態３]
図９〜図１１を用いて、本実施形態にかかる自律移動体９００の構成を説明する。自律移動体９００の基本的な構成は、実施の形態２にかかる自律移動体６００とほぼ同じであるが、自律移動体６００と比較して以下の点が異なる。

図９に示すように、自律移動体９００では、回転駆動手段１２３に、胴体とは別に独立して回転するミラー回転体９１０が取り付けられている。図１０は、ミラー回転体９１０を台車部６１０側から見た図である。距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄは実際には台車部６１０に設けられているが、説明の都合上ミラー回転体９１０と一緒に図示している。距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが発した光がミラー部９２０および校正面９３０に当たる点を、●で図中に示している。

図１０に示すように、ミラー回転体９１０は、ミラー部９２０と、校正面９３０とを有する。校正面９３０は、ミラー部９２０の一部を光反射率の低い素材とすることにより形成されている。

自律移動体９００では、定期的にミラー回転体９１０を回転させることにより、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの故障検知を行う。ミラー回転体９１０が回転して、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの光軸上に校正面９３０が来たときに、検証手段により距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄが正常に動作しているかの検証が行われる。図１０では、距離計測手段１４１ａの光軸上に校正面９３０が位置しており、距離計測手段１４１ａの動作確認が行われている。

図１１は、ミラー回転体９１０が図１０の状態から回転した状態を示している。距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの動作確認を行わないときは、図１１に示すように、ミラー回転体９１０の静止中に距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの発する光がミラー部９２０に当たるように、校正面９３０が距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの光軸から外れる位置でミラー回転体９１０を静止させる。これにより、全ての距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄを段差の検出に用いることができる。

自律移動体９００では、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの光路を遮らない位置に校正面９３０を停止することができる。そのため、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄの動作確認中以外では、距離計測手段１４１ａ〜１４１ｄに死角ができない。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、距離測定センサは光を発するものに限定されず、軸線上にある物体への距離を測定できるものであればよい。

１００、６００、９００自律移動体
１１０、６１０台車部
１１１切欠き部
１１２、６３０、９３０校正面
１１４車輪
１２０胴体部
１２３回転駆動手段
１３０頭部
１３１視覚センサ
１４１ａ〜１４１ｄ距離計測手段
６２０、９２０ミラー部
９１０ミラー回転体

Claims

車輪を駆動する駆動手段を有する台車部と、前記台車部に連結された胴体部と、を備える自律移動体であって、
前記胴体部又は前記台車部に設けられた、床面までの距離を計測できる距離計測手段と、
前記距離計測手段の前記床面までの距離の計測を遮ることができる位置へと移動できる校正面と、
前記距離計測手段が前記校正面までの距離を計測した計測結果が予め定められた範囲に入っているかを検証する検証手段と、を備え、
前記検証手段が、前記校正面までの距離の前記計測結果が予め定められた範囲に入っている場合に、前記距離計測手段が正常に動作していると判定する自律移動体。
前記胴体部を前記台車部に対して回転させる回転駆動手段を有し、
前記距離計測手段は、前記胴体部に前記床面を向いて傾斜して設けられており、
前記校正面は前記台車部の上面に設けられており、
前記台車部の上面の周縁は、前記校正面を除いて切欠きが施されている
ことを特徴とする請求項１に記載の自律移動体。