JP2015153149A - 自律移動体、及びその故障判定方法 - Google Patents

自律移動体、及びその故障判定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】特別な検査装置を使用することなく、センサ故障を判断できる自律移動体及びその故障判定方法を提供する。【解決手段】自律移動体は、移動体本体に設けられ、路面までの距離を計測する少なくとも１つの距離計測手段５と、距離計測手段により計測された距離に基づいて移動体本体の傾斜を算出する傾斜算出手段６１と、移動体本体の角速度及び加速度のうち少なくとも一方を検出するセンサを含み、センサにより検出されたセンサ値に基づいて移動体本体の傾斜を算出する姿勢算出手段７と、傾斜算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、姿勢算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、を比較することで、各距離計測手段及び姿勢算出手段の故障を判定する故障判定手段６２と、を備えている。【選択図】図５

Description

本発明は、距離計測手段により計測された距離に基づいて自律的に移動する自律移動体、及びその故障判定方法に関するものである。
移動体本体の姿勢を検知する姿勢検知センサと、路面に対する移動体本体の傾斜を検知する傾斜検知センサと、を備え、自律的に移動する自律移動体が知られている（特許文献１参照）。
特開２００６−１４６５６０号公報
上記自律移動体においては、例えば、姿勢検知センサ及び傾斜検知センサのうちいずれか一方が故障した場合、特別な検査装置を使用することなく、そのセンサ故障を判断することは困難である。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、特別な検査装置を使用することなく、センサ故障を判断できる自律移動体及びその故障判定方法を提供することを主たる目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体本体に設けられ、路面までの距離を計測する少なくとも１つの距離計測手段と、前記距離計測手段により計測された距離に基づいて前記移動体本体の傾斜を算出する傾斜算出手段と、前記移動体本体の角速度及び加速度のうち少なくとも一方を検出するセンサを含み、該センサにより検出されたセンサ値に基づいて前記移動体本体の傾斜を算出する姿勢算出手段と、前記傾斜算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、前記姿勢算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、を比較することで、前記各距離計測手段及び姿勢算出手段の故障を判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする自律移動体である。これにより、特別な検査装置を使用することなく、簡易な構成で各距離計測手段及び姿勢算出手段の故障を判定することができる。
この一態様において、前記故障判定手段は、前記傾斜算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、前記姿勢算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、の差分値を算出し、該算出した差分値が閾値以上となるとき、前記距離計測手段及び姿勢算出手段のうち少なくとも一方が故障していると判定してもよい。傾斜算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、姿勢算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、のずれを示す差分値と閾値を比較することで、距離計測手段及び姿勢算出手段の故障を容易に判定できる。
この一態様において、前記故障判定手段により前記距離計測手段及び姿勢算出手段のうち少なくとも一方が故障していると判定されたとき、当該自律移動体を減速停止させる制御を行う制御手段を更に備えていてもよい。これにより、距離計測手段及び姿勢算出手段のうち少なくとも一方が故障した場合でも、自律移動体を安全停止させることができるため、安全性の向上に繋がる。
この一態様において、前記距離計測手段は、路面に対して斜め方向に設けられていてもよい。これにより、一定距離先にある段差などの障害物を検出できるため、安全に回避、停止などを行うことができる。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体本体に設けられ、路面までの距離を計測する少なくとも１つの距離計測手段と、前記移動体本体の角速度及び加速度のうち少なくとも一方を検出するセンサを含み、該センサにより検出されたセンサ値に基づいて前記移動体本体の傾斜を算出する姿勢算出手段と、を備える自律移動体の故障判定方法であって、前記距離計測手段により計測された距離に基づいて移動体本体の傾斜を算出するステップと、該算出された移動体本体の傾斜と、前記姿勢算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、を比較することで、前記各距離計測手段及び姿勢算出手段の故障を判定するステップと、を含む、ことを特徴とする自律移動体の故障判定方法であってもよい。
本発明によれば、特別な検査装置を使用することなく、センサ故障を判断できる自律移動体及びその故障判定方法を提供することができる。
本発明の一実施の形態に係る自律移動体の概略的構成を示す側面図である。 本発明の一実施の形態に係る自律移動体のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態にかかる各距離センサの配置を示す図である。 他の各距離センサの配置例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 距離点に基づいて傾斜角を算出する方法を説明するための図である。 本発明の一実施の形態に係る自律移動体の故障判定方法の処理フローを示すフローチャートである。
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。図１は、本発明の一実施の形態に係る自律移動体の概略的構成を示す側面図である。図２は、本実施の形態に係る自律移動体のシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る自律移動体１は、移動体本体２と、移動体本体２に回転可能に設けられた複数の車輪３と、各車輪３を駆動する複数のモータ４と、距離を計測する少なくとも１つの距離センサ５と、距離センサ５により計測された距離に基づいて各モータ４を制御する制御装置６と、移動体本体２の姿勢を算出する姿勢センサユニット７と、を備えている。なお、上記自律移動体１の構成は一例であり、これに限らず、任意の自律的に移動する移動体であってもよい。
各距離センサ５は、距離計測手段の一具体例であり、進行方向の路面に対して斜め方向に向けられ、路面までの距離を計測する。各距離センサ５は、例えば、移動体本体２の外周縁に沿って等間隔で６つ設けられているが（図３）、これに限られない。例えば、移動体本体２の外周縁に沿って、前方に向けて１つ、左右側方に向けて１つずつ、および後方に向けて２つの距離センサ５を夫々設けても良い（図４）。各距離センサ５が進行方向の路面に向けられ、路面までの距離を計測できれば、その数及び位置は任意でよい。各距離センサ５は、計測した距離を制御装置６に出力する。距離センサ５としては、例えば、超音波センサ、ミリ波センサ、赤外線センサ、カメラなどを用いることができる。
制御装置６は、距離センサ５により計測された距離と予め設定された閾値と比較して、各モータ４を制御する。制御装置６は、例えば、各距離センサ５により計測された路面までの距離が閾値を超えたときに段差を検出する。そして、制御装置６は、検出した段差に基づいて、自律移動体１が停止するように、あるいは段差を回避するように各モータ４を制御する。
制御装置６は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）６ａ、ＣＰＵ６ａによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ６ｂ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）６ｃ、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ６ａ、メモリ６ｂ、及びインターフェイス部６ｃは、データバスなどを介して相互に接続されている。
姿勢センサユニット７は、姿勢算出手段の一具体例であり、移動体本体２のピッチ方向の傾斜角を算出する。姿勢センサユニット７は、移動体本体２の角速度を検出するジャイロセンサ、及び、移動体本体２の加速度を検出する加速度センサ、のうち少なくとも一方のセンサを含んでいる。姿勢センサユニット７は、ジャイロセンサ及び／又は加速度センサにより検出されたセンサ値に基づいて、移動体本体２の傾斜角を算出し、算出した傾斜角を制御装置６に出力する。
ところで、従来の自律移動体においては、距離センサ及び姿勢センサユニットのうちいずれか一方が故障した場合、特別な検査装置を使用することなく、そのセンサ故障を判断することは困難となっている。
これに対し、本実施の形態に係る自律移動体１は、各距離センサ５により計測された距離に基づいて算出された移動体本体２の傾斜角と、姿勢センサユニット７により算出された移動体本体２の傾斜角と、を比較することで、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を判断する。これにより、特別な検査装置を使用することなく、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を判断できる。
特に、障害物の検出に用いる距離センサ５及び自律移動体１の姿勢制御に用いられる姿勢センサユニット７の故障を特定し、迅速に対応することは自律移動体１を安全に走行させる上で重要となる。一方で、これら距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を検出するために特別な検査装置を設けた場合、コスト増加、自律移動体の大型化に繋がりデメリットが大きい。
本実施の形態に係る自律移動体１は、特別な検査装置を使用することなく、距離センサ５及び姿勢センサユニット７により夫々算出された傾斜角を比較するだけの簡易な構成で、上記自律移動体１に特に重要な距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を特定できる。すなわち、本実施の形態に係る自律移動体１によれば、コスト増加を抑えつつ、その安全性を向上させることができる。
図５は、本実施の形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る制御装置６は、移動体本体２のピッチ方向の傾斜角を算出する傾斜角算出部６１と、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を判定する故障判定部６２と、自律移動体１の走行を制御する制御部６３と、を備えている。
傾斜角算出部６１は、傾斜算出手段の一具体例であり、例えば、６つの距離センサ５のうち任意の３つ距離センサ５により計測された距離に基づいて移動体本体２の傾斜角を算出する。より具体的には、傾斜角算出部は、３つ距離センサ５により計測された距離に基づいて平面式（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０）を算出する。
例えば、図３に示す如く、６つの距離センサ５は、距離点Ａ〜Ｆまでの距離を夫々計測する。ここで、傾斜角算出部６１が、距離点Ｃ、Ｄ、Ｅの平面式を算出する場合を想定する。傾斜角算出部６１は、例えば、距離点Ｅの座標（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）を下記式に基づいて算出する。
Ｘｅ＝（ｄｃｏｓφ＋Ｒ）ｃｏｓθ
Ｙｅ＝（ｄｃｏｓφ＋Ｒ）ｓｉｎθ
Ｚｅ＝ｓｉｎφ
なお、上記式において、移動体本体２の中心を原点したときの、原点から各距離センサ５までの距離をＲとし、各距離センサ５と原点と結ぶ線がＸ軸と成す角度をθとし、各距離センサ５が計測する距離値をｄとし、俯角をφとする（図６）。距離Ｒ及び角度θは、各距離センサ５の取付位置によって決まる値である。俯角φは、各距離センサ５の取付方向によって決まる値である。
傾斜角算出部６１は、距離点Ｅの座標と同様に距離点Ｃ及びＤの座標を算出し、該算出した距離点Ｃ、Ｄ、Ｅの座標を上記平面式（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０）に代入する。そして、傾斜角算出部６１は係数ａ〜ｄを算出することで、距離点Ｃ、Ｄ、Ｅを含む平面を算出する。傾斜角算出部６１は、さらに算出した平面の法線を算出する。傾斜角算出部６１は、算出した法線の傾きを移動体本体２の傾斜角として算出する。
傾斜角算出部６１は、距離点Ｃ、Ｄ、Ｅを用いて移動体本体２の傾斜角を算出しているが、任意の３つの距離点Ａ〜Ｆを用いて移動体本体２の傾斜角を算出してもよい。さらに、上記距離センサ５の距離に基づいた移動体本体２の傾斜角の算出方法は一例であり、これに限らず、任意の算出方法を適用できるものとする。
傾斜角算出部６１は、算出した移動体本体２の傾斜角を故障判定部６２に出力する。
故障判定部６２は、故障判定手段の一具体例であり、傾斜角算出部６１により算出された移動体本体２の傾斜角と、姿勢センサユニット７により算出された移動体本体２の傾斜角と、を比較することで、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を判定する。
故障判定部６２は、例えば、傾斜角算出部６１から出力された移動体本体２の傾斜角と、姿勢センサユニット７から出力された移動体本体２の傾斜角と、の差分値を算出する。そして、故障判定部６２は、算出した差分値が閾値以上となるとき、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７のうち少なくとも一方が故障していると判定する。
各距離センサ５により計測された距離に基づいて算出された移動体本体２の傾斜角と、姿勢センサユニット７により算出された移動体本体２の傾斜角とは、通常、略一致している。しかし、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７のうち少なくとも一方が故障した場合、その故障したセンサのセンサ値は大きく外れる。従がって、傾斜角算出部６１により算出された移動体本体２の傾斜角と、姿勢センサユニット７により算出された移動体本体２の傾斜角と、を比較することで、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を容易に判定することができる。
故障判定部６２は、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７のうち少なくとも一方が故障していると判定したとき、その故障判定結果を示す故障信号を制御部６３に出力する。
制御部６３は、制御手段の一具体例であり、故障判定部６２から出力される故障信号に応じて、各モータ４の駆動を制御する。制御部６３は、故障判定部６２から故障信号を受けると、例えば、自律移動体１を減速停止させるように各モータ４の駆動を制御する。これにより、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７のうち少なくとも一方が故障した場合でも、自律移動体１を安全停止させることができ、安全性の向上に繋がる。
なお、制御部６３は、故障判定部６２から故障信号を受けたとき、警告装置を用いてユーザに警告を行っても良い。警告装置は、例えば、警告音を出力する音出力装置、警告灯を点灯／点滅させるライト装置、警告表示を行う表示装置、遠隔的に第三者に通知する通信装置など、である。
図７は、本実施の形態に係る自律移動体の故障判定方法の処理フローを示すフローチャートである。
傾斜角算出部６１は、各距離センサ５により計測された距離に基づいて移動体本体２の傾斜角を算出し、算出した傾斜角を故障判定部６２に出力する（ステップＳ１０１）。姿勢センサユニット７は、ジャイロセンサ及び／又は加速度センサにより検出されたセンサ値に基づいて、移動体本体２の傾斜角を算出し、算出した傾斜角を故障判定部６２に出力する（ステップＳ１０２）。
故障判定部６２は、傾斜角算出部６１から出力された移動体本体２の傾斜角と、姿勢センサユニット７から出力された移動体本体２の傾斜角と、の差分値を算出する（ステップＳ１０３）。そして、故障判定部６２は、算出した差分値が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
故障判定部６２は、算出した差分値が閾値以上であると判定したとき（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７のうち少なくとも一方が故障していると判定する（ステップＳ１０５）。故障判定部６２は、故障信号を制御部６３に出力する。制御部６３は、自律移動体１を減速停止させるように各モータ４の駆動を制御する（ステップＳ１０６）。
一方、故障判定部６２は、算出した差分値が閾値より小さいと判定したとき（ステップＳ１０４のＮＯ）、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７が正常であると判定する（ステップＳ１０７）。この場合、故障判定部６２は、故障信号を制御部６３に出力しない。したがって、制御部６３は、各モータ４の駆動を制御して自律移動体１の走行を継続させる（ステップＳ１０８）。
なお、上記図６に示す処理は、所定の微小時間毎に繰返し実行されているが、これに限らず、ＣＰＵ６ａの負荷状態、自律移動体１の移動停止状態に応じて一時的に停止させてもよい。例えば、制御装置６は、ＣＰＵ６ａの処理負荷が閾値以上にある、あるいは、自律移動体１が移動停止状態にあると判断したとき、上記故障判定処理を停止する。これにより、制御装置６の処理負荷を軽減することができる。
以上、本実施の形態に係る自律移動体１において、各距離センサ５により計測された距離に基づいて算出された移動体本体２の傾斜角と、姿勢センサユニット７により算出された移動体本体２の傾斜角と、を比較することで、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を判断する。これにより、特別な検査装置を使用することなく、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を容易に判断できる。
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、上記実施の形態において、制御装置６の故障判定部６２は、各距離センサ５により計測された距離に基づいて算出された移動体本体２の傾斜角速度と、姿勢センサユニット７により算出された移動体本体２の傾斜角速度と、を比較することで、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を判断してもよい。故障判定部６２は、傾斜角算出部６１から出力された移動体本体２の傾斜角速度と、姿勢センサユニット７から出力された移動体本体２の傾斜角速度と、の差分値を算出する。そして、故障判定部６２は、算出した差分値が閾値以上となるとき、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７のうち少なくとも一方が故障していると判定する。
さらに、故障判定部６２は、各距離センサ５により計測された距離に基づいて算出された移動体本体２の傾斜角加速度と、姿勢センサユニット７により算出された移動体本体２の傾斜角加速度と、を比較することで、各距離センサ５及び姿勢センサユニット７の故障を判断してもよい。
本発明は、例えば、図７に示す処理を、ＣＰＵ６ａ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も可能である。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
１ 自律移動体、２ 移動体本体、３ 車輪、４ モータ、５ 距離センサ、６ 制御装置、７ 姿勢センサユニット、６１ 傾斜角算出部、６２ 故障判定部、６３ 制御部

Claims (5)

  1. 移動体本体に設けられ、路面までの距離を計測する少なくとも１つの距離計測手段と、
    前記距離計測手段により計測された距離に基づいて前記移動体本体の傾斜を算出する傾斜算出手段と、
    前記移動体本体の角速度及び加速度のうち少なくとも一方を検出するセンサを含み、該センサにより検出されたセンサ値に基づいて前記移動体本体の傾斜を算出する姿勢算出手段と、
    前記傾斜算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、前記姿勢算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、を比較することで、前記各距離計測手段及び姿勢算出手段の故障を判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする自律移動体。
  2. 請求項１記載の自律移動体であって、
    前記故障判定手段は、前記傾斜算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、前記姿勢算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、の差分値を算出し、該算出した差分値が閾値以上となるとき、前記距離計測手段及び姿勢算出手段のうち少なくとも一方が故障していると判定する、ことを特徴とする自律移動体。
  3. 請求項１又は２記載の自律移動体であって、
    前記故障判定手段により前記距離計測手段及び姿勢算出手段のうち少なくとも一方が故障していると判定されたとき、当該自律移動体を減速停止させる制御を行う制御手段を更に備える、ことを特徴とする自律移動体。
  4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の自律移動体であって、
    前記距離計測手段は、路面に対して斜め方向に設けられている、ことを特徴とする自律移動体。
  5. 移動体本体に設けられ、路面までの距離を計測する少なくとも１つの距離計測手段と、
    前記移動体本体の角速度及び加速度のうち少なくとも一方を検出するセンサを含み、該センサにより検出されたセンサ値に基づいて前記移動体本体の傾斜を算出する姿勢算出手段と、を備える自律移動体の故障判定方法であって、
    前記距離計測手段により計測された距離に基づいて移動体本体の傾斜を算出するステップと、
    該算出された移動体本体の傾斜と、前記姿勢算出手段により算出された移動体本体の傾斜と、を比較することで、前記各距離計測手段及び姿勢算出手段の故障を判定するステップと、を含む、ことを特徴とする自律移動体の故障判定方法。
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