JP2017107563A - 自律走行装置及び測距装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】走行手段である駆動モータ及び駆動輪120と、レーザー光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段である測距センサ15とを備える自律走行装置である自走ロボット1において、測距センサ15の走査範囲γの中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を自走ロボット1の足元に変更する反射手段であるミラー151を備える。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1には、自律走行装置の前方を走査するようにレーザー光を照射し、その検出領域内の物体からの反射光を受光することで、その物体までの距離を測定する構成が記載されている。
以下、図面を参照して本発明の一つ目の実施形態(以下、「実施形態1」という)について説明する。
図2は、実施形態1の自律走行装置である自走ロボット1の説明図であり、図2(a)は、自走ロボット1の概略構成を示す側面図であり、図2(b)は下面図である。自走ロボットとしては、車両の上に物を積載し、指定された場所まで無人で物を配送するタイプや、台車などを牽引するタイプなどある。本実施形態の自走ロボット1は、何れのタイプにおいても適用することが可能である。
また、車両本体11の内部には自走ロボット1の電源となるバッテリー140が配置され、車両本体11の前面には、移動する方向に現れた障害物などを認識するための非接触式の測距センサ15が配置されている。本実施形態では、測距センサ15としてレーザー光を照射するレーザーレンジファインダ(以下、「LRF」ともいう)を用いており、レーザー光の照射方向が略水平となるように配置されている。
測距センサ15は、照射方向を連続的に変化させてレーザー光を照射し、その扇型状の検出領域内の物体からの反射光を受光することで、その物体までの距離を測定することができる。また、測距センサ15は、走査範囲の中央となる正面方向が、自走ロボット1の直進時の進行方向と一致するように自走ロボット1に固定されている。
自律走行制御では、あらかじめ記憶している地図情報と、オドメトリ(エンコーダ123の回転数から移動距離を算出)による推定される移動距離と、測距センサ15にて検出された距離情報と、をマッチングさせることによって、自己位置の推定を行う。
図1(b)及び図3中の破線「L1」は測距センサ15の走査面に沿って水平走査する直射レーザー光L1を示している。一方、実線「L2」は測距センサ15から照射され、ミラー151に反射することで自走ロボット1の進行方向の足元を走査する反射レーザー光L2を示している。
このように、ミラー151を配置することによって、ミラー151の配置角度を切り替えすることなく、水平方向を走査しつつ、走査範囲γの一部のレーザー光をミラー151で反射し、進行方向の足元側へも同時に走査することができる。これにより、測距センサ15がレーザー光を発する発光位置を含む仮想水平面上における進行方向の測距と、進行方向の足元の測距とを同時に行うことができる。
図4では、測距センサ15の走査範囲γ内の後方に第一ミラー151a及び第二ミラー151bを配置し、第一ミラー151aと第二ミラー151bとで配置角度を異ならせている。これにより、一台の測距センサ15を用いて複数水準の距離を測定する構成を実現することができる。
また、図5(c)で示すように、進行方向の床面300に凹部302がある場合には、反射レーザー光L2が照射される対象物は凹部302の底面となる。このとき、ミラー151から対象物までの距離は、床面300を検出するものとして予め設定されている距離情報「L’0」より長い距離「L’2」が検出される。
図6は、照射方向を連続的に変化させる測距センサ15がレーザー光を照射する発光位置の中心(LRFの中心)を原点としたときの座標系を用いた説明図である。図6(a)は上面図、図6(b)は、ミラー151の傾斜角「θβ」の説明図であり、図6(a)中のA−A方向からミラー151を見た説明図である。図6(b)中の直線「X−Y」はX−Y平面を示している。
ミラーZ軸偏心:θα
ミラーX軸偏心:θβ
LRFからの出射角度:θ
LRFの走査平面から床面までの距離:Zm(図5(a)参照)
LRFの中心からミラー面までの距離:LM
LRFの中心からミラー反射点までの距離:L
ミラー反射点から対象物までの反射光線長:N
上記「θβ」は、図6(b)中の破線で示すX−Y平面に直交する仮想のミラー反射面151f’と、X−Y平面に対して傾けて配置されたミラー反射面151fとが成す角の角度である。
ミラー反射面151fに垂直なベクトルを、
ミラー反射面151fに平行かつ、入射光線「L」及び反射光線「L'」に垂直なベクトルを、
この反射光線「L’」が床面300に到達する長さ「N」に、LRFの中心からミラー反射点までの距離「L」を加えた長さが、床面300に障害物301や凹部302が無い状態で検出される床面300までの測距長となる。
この値よりも短い測距データの場合は障害物301があり、長い場合は、床面300に凹部302があると判断できる。
認識した障害物301の高さが、自走ロボット1の走行性能として、乗り越えられる高さに比べて高い場合は、障害物301を検出した領域が障害物領域として判定される。これにより、測距センサ15が水平走査する直射レーザー光L1の照射範囲で障害物301を検出しなかった場合においても、障害物301が存在する領域は走行不可として判断できる。
測距センサ15は、設置環境内の対象物までの距離を計測する光走査型の測距手段である。演算部210は、水平障害物判定部251と、足元障害物判定部252と、自己位置推定部233と、エンコーダ演算部221とを備える。足元障害物判定部252は、測距センサ15から取得する距離情報に基づいて足元の障害物301を検出する。自己位置推定部233は、測距センサ15から取得する距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、推定した自己位置を用いて補正する自己位置推定処理を実行する。
また、比較結果から自己位置推定部233によって自走ロボット1の自己位置の推定が行われる。水平障害物判定では、例えば、人や他の移動走行車など、第一マップメモリ230a内のマップデータには無い障害物を検出する可能性もあるため、この検出情報は第二マップメモリ230bへと記憶させる。
自走ロボット1は、自己位置推定部233によって推定した位置情報と、第一マップメモリ230a、第二マップメモリ230b及び第三マップメモリ230c内に記憶された情報とに基づいて経路演算を行う。これにより、目的地までの効率の良い自律走行を実現することができる。
自律走行制御を開始すると、まず、演算部210が指示された目的地までの走行経路を生成し(S1000)、走行を開始する(S1001)。走行を開始するとオドメトリによる自己位置推定を行いながら走行する(S1002)。
走行中は、水平面上の測距制御と、足元側の測距制御とを行う。
測距センサ15が照射方向を連続的に変化させて照射するレーザー光のうち、ミラー151に入射しない直射レーザー光L1によって発光位置含む仮想水平面上の測距データを取得する(S1003)。「S1002」のオドメトリの結果と「S1003」の測距データとを、第一マップメモリ230aに記憶されたマップデータ(地図情報)と比較することで、マップデータ上での自己位置を推定する(S1004)。
推定した自己位置を現在地情報として、第二マップメモリ230bに上書きする(S1005)。
測距センサ15が照射方向を連続的に変化させて照射するレーザー光のうち、ミラー151に入射して反射する反射レーザー光L2によって自走ロボット1の進行方向前方の足元の測距データを取得する(S1007)。測距データに基づいて障害物301の有無の検出を行う(S1008)。障害物301を検出しなかった場合(「S1008」で「No」)は、走行を継続する(S1013)。一方、障害物301を検出した場合(「S1008」で「Yes」)は、自走ロボット1は障害物301に近づき、移動距離と測距データの変化とに基づいて障害物301の形状を算出する(S1010)。算出した障害物301の形状の情報に基づいて、第三マップメモリ230c内の障害物情報を上書きする(S1011)。
測距データに基づいて障害物301の有無の検出を行う処理ステップ(S1008)で凹部302を検出した場合は、走行不可能として(「1012」で「No」)、再度、走行経路を生成する(S1000)。
しかし、自律走行装置は前方のある程度の範囲(例えば、±60[°])のみを測距できれば、問題なく自律走行することが可能な場合がある。この場合、測距センサは必要以上に広い範囲にレーザー光を照射することになる。
自走ロボット1の前方の180[°]の範囲(測距センサ15の正面方向に対して±90[°]の範囲)に照射されるレーザー光は水平方向に向けて照射される。これにより、自走ロボット1が前方に向けて進行する際に、測距する必要がある範囲(例えば、測距センサ15の正面方向に対して±60[°])を含む前方の180[°]の範囲の測距を行うことができる。
また、自走ロボット1の後方の45[°]の範囲(測距センサ15の正面方向に対して+90[°]〜+135[°]の範囲及び−90[°]〜−135[°]の範囲)にミラー151を配置している。これにより、自走ロボット1が前方に向けて進行する際に測距する必要がある範囲外となる後方の45[°]の走査範囲に照射されるレーザー光を、測距センサ15からの照射方向とは異なる方向である足元の測距に活用することが可能となる。
一方、実施形態1の自走ロボット1では、測距センサ15のレーザー光の照射方向を切り替えることなく、ミラー151よりも前方の水平方向の測距と前方の足元の測距とを同時に行うことが可能である。これにより、水平方向の測距による自己位置推定機能と、足元の測距による足元の障害物検出機能とを良好に両立させることが可能となる。
実施形態1の使用エリア全体の地図情報と、水平走査による障害物情報と、足元走査による障害物情報とを、第一マップメモリ230a、第二マップメモリ230b及び第三マップメモリ230cに分割して記憶している。すなわち、測距センサ15で複数水準を走査した際に検出された障害物の情報を記憶する記憶部が、各水準に分割されている。
これにより、設置環境のレイアウト情報と一時的な障害物情報とを個別に把握し、分割して管理することができる。これにより、物流倉庫のように、レイアウト内における物の配置が頻繁に変わる設置環境下での自己位置推定精度の向上や効率的な経路生成が可能となる。
次に、二つ目の実施形態(以下、「実施形態2」という)について説明する。
実施形態2の自走ロボット1は、ミラー保持部160がミラー151の設置角度を変更することができるアクチュエータ機能を備える点で上述した実施形態1の自走ロボット1と相違する。ミラー保持部160がアクチュエータ機能を備える点以外は同様の構成を備えているため、相違点についてのみ説明する。
一般的に、ミラーを配置する際は、三点でつくられる平面に反射面を設置する。実施形態2のミラー151は、図10(d)に示すように、ミラー反射面151fの下部の二箇所(N1及びN2)と、ミラー反射面151fの裏面の上部の一箇所(N3)との三箇所での突き当たりによってミラー反射面151fの位置を固定している。
図12は、ミラー151の傾きを変更したときの反射レーザー光L2の照射方向の変化を示す説明図である。
図11中の破線矢印「L」はミラー反射面151fに対する入射光を示しており、図11中の実線矢印「L’」は、ミラー反射面151fからの反射光を示している。
アジャスタ163の突き出し量が大きくなるとアジャスタ163の先端は図11(a)中の矢印「B2」側に変位し、アジャスタ163の突き出し量が小さくなるとアジャスタ163の先端は図11(a)中の矢印「B1」側に変位する。
実施形態2の自走ロボット1の初期位置における反射レーザー光L2の照射方向は、実施形態1と同様であり、障害物301の有無の検出方法も実施形態1と同様である。
図8に示した実施形態1のブロック図に対して、演算部210が足元障害物形状判定部253とミラー調整モータ制御部254とを備え、車両本体11が、ミラー調整モータ161とミラー151とを有する足元障害物検出部を備える点で異なる。他の構成は、図8に示すブロック図と共通であるため、説明は省略する。
図9に示した実施形態1のフローチャート図に対して、「S1009」の「ミラー動作」の処理ステップを備える点で異なる。他の処理ステップは、図9に示すフローチャート図と共通であるため、説明は省略する。
ミラー151を動かす制御は、自走ロボット1が走行した状態で実行しても良いし、停止して実行しても良い。
一方、障害物301を検出した時点で、走行経路を変更する制御を行うと、障害物301の高さが自走ロボット1によって十分乗り越えられる高さの障害物であってもその障害物301を迂回するような走行経路を生成し直すこととなる。
これに対して、実施形態2の自走ロボット1のように、ミラー151の傾きを変えて、反射レーザー光L2の照射方向を足元側から上方へと揺動させる。これにより、足元に向けて照射した反射レーザー光L2によって検出された障害物301の高さを把握することができ、乗り越えられる高さであった場合、迂回せずに最短で目的地へと移動することが可能となる。
次に、三つ目の実施形態(以下、「実施形態3」という)について説明する。
図15は、実施形態3の自走ロボット1の説明図であり、図15(a)は、自走ロボット1の上面図、図15(b)は自走ロボット1の右側面図である。図16は、図15(a)中の破線「β」で示す領域の拡大上面図である。図15(a)及び図16中の一点鎖線の矢印「γ」で示す範囲は測距センサ15が測距用の光を照射する走査範囲を示している。
ミラー反射面151fが下方に向くように傾斜した第一ミラー151a及び第二ミラー151bを備えることで、走査範囲の一部のレーザー光を第一ミラー151a及び第二ミラー151bで反射し、走行方向の足元側に照射することができる。
また、第一ミラー151aと第二ミラー151bとで揺動範囲を同一にして、図12に示すように揺動させてもよい。この場合、ミラー151を揺動させたときの走査範囲を広くすることができ、障害物の形状の情報を多く捉えることが可能となる。
図13に示した実施形態2のブロック図に対して、ミラー調整モータ161とミラー151とを有する足元障害物検出部を複数備える点で異なる。他の構成は、図13に示すブロック図と共通であるため、説明は省略する。
実施形態3の自走ロボット1では、足元障害物判定部252により障害物301が有りと判定された場合は、ミラー調整モータ制御部254が第一ミラー調整モータ161aと第二ミラー調整モータ161bとの二つのミラー調整モータ161を制御する。
次に、四つ目の実施形態(以下、「実施形態4」という)について説明する。
図19は、実施形態4の自走ロボット1の説明図であり、図19(a)は、自走ロボット1の上面図、図19(b)は自走ロボット1の右側面図である。図20は、図19(a)中の破線「β」で示す領域の拡大上面図である。図19(a)及び図20中の一点鎖線の矢印「γ」で示す範囲は測距センサ15が測距用の光を照射する走査範囲を示している。
図19及び図20に示すように、実施形態4の自走ロボット1は、測距センサ15が照射するレーザー光の一部を側方ミラー152で反射して、図19及び図20中の破線「L3」で示すように、側面後方に向けてレーザー光を照射している。
このような構成により、測距センサ15のレーザー光の照射方向を切り替えることなく水平方向の前方と後方とを同時に走査することができる。また、ミラー151により前方の足元も同時に走査することができる。
水平方向の後方の障害物を検出しつつ、自走ロボット1の自己位置推定を常に行うことができるため、走行精度の向上を図ることができる。
また、水平方向の後方の障害物を検出することができるため、後退時に水平方向後方の障害物を検出可能となる。
分割して記憶することで設置環境のレイアウト情報と一時的な障害物情報とを個別に把握し、分割して管理することが可能となる。
自走ロボット1は、測距センサ15による水平方向の前方の測距情報に基づいて自己位置の推定や走行経路上の障害物の検出といった前方への自律走行に必要な情報を検出する。このような自律走行を行う際に、測距センサ15の中心よりも前方に照射されたレーザー光であっても真横に近い方向に照射されたレーザー光による測距情報を使用しない場合がある。このような場合、測距センサ15の走査範囲における測距センサ15の中心よりも前方の真横に近い方向となる位置に、側方ミラー152を配置してもよい。
図21中の領域「ε1」は、測距情報を前方への自律走行に用いる検出範囲であり、領域「ε2」は、障害物を検出する範囲であり、領域「ε3」は、測距センサ15で測距を行うことができない死角となる範囲である。
図21(b)に示すように、側方ミラー152を配置することによって、自律走行に用いる検出範囲外に照射されていたレーザー光を、自走ロボット1の斜め後方から後方にかけての障害物の検出に用いることができる。
次に、五つ目の実施形態(以下、「実施形態5」という)について説明する。
図22は、実施形態5の自走ロボット1の説明図であり、図22(a)は、自走ロボット1の上面図、図22(b)は自走ロボット1の右側面図である。図23は、図22(a)中の破線「β」で示す領域の拡大上面図である。図22(a)及び図23中の一点鎖線の矢印「γ」で示す範囲は測距センサ15が測距用の光を照射する走査範囲を示している。
図22及び図23に示すように、実施形態5の自走ロボット1は、測距センサ15が照射するレーザー光の一部を側方ミラー152で反射して、図22及び図23中の破線「L3」で示すように、側面後方に向けてレーザー光を照射している。さらに、後方に照射されたレーザー光「L3」を後方ミラー153で反射して図22及び図23中の実線「L5」で示すように、車両本体11の後方の足元に向けてレーザー光を照射している。
このような構成により、測距センサ15のレーザー光の照射方向を切り替えることなく水平方向の前方と車両本体11の後方の足元とを同時に走査することができる。また、ミラー151により前方の足元も同時に走査することができる。
後方足元の障害物を検出しつつ、自走ロボット1の自己位置推定を常に行うことができるため、走行精度の向上を図ることができる。
また、後方足元の障害物を検出することができるため、後退時に後方足元の障害物を検出可能となる。
分割して記憶することで設置環境のレイアウト情報と一時的な障害物情報とを個別に把握し、分割して管理することが可能となる。
図24中の領域「ε1」は、測距情報を前方への自律走行に用いる検出範囲であり、領域「ε2」は、障害物を検出する範囲であり、領域「ε3」は、測距センサ15で測距を行うことができない死角となる範囲である。
図24(b)に示すように、側方ミラー152及び後方ミラー153を配置することによって、自律走行に用いる検出範囲外に照射されていたレーザー光を、自走ロボット1における車両本体11の後方足元の障害物の検出に用いることができる。
次に、六つ目の実施形態(以下、「実施形態6」という)について説明する。
図25は、実施形態6の自走ロボット1の説明図であり、図25(a)は、自走ロボット1の上面図、図25(b)は自走ロボット1の右側面図である。図26は、図25(a)中の破線「β」で示す領域の拡大上面図である。図25(a)及び図26中の一点鎖線の矢印「γ」で示す範囲は測距センサ15が測距用の光を照射する走査範囲を示している。
実施形態6の自走ロボット1は、ミラー151で反射した反射レーザー光L2は、水平方向に反射され、自走ロボット1の前方の水平方向を走査する。このため、反射レーザー光L2が走査する領域と直射レーザー光L1が走査する領域とが重なる構成となっている。図25(b)では、便宜的に反射レーザー光L2の光路が直射レーザー光L1の下方となっているが、実施形態6では反射レーザー光L2と直射レーザー光L1との光路は同一水平面上となる。
また、測距密度が低いと、測距する対象物の任意の範囲内に照射されるレーザー光の数が少ないため、測定分解能が低くなり、障害物の形状の認識精度が低くなる。これにより、検出した障害物について、避けて通過できる障害物か迂回すべき障害物かの判断を誤るおそれがある。さらに、検出した障害物の形状情報と地図情報における障害物の形状情報とが一致せず、自己位置の推定ができなかったり、自己位置の推定を誤ったりするおそれもある。
また、直射レーザー光L1と反射レーザー光L2との測距領域が重なることで、測距センサ15の測距密度が同じであっても、前方の測距する対象物の任意の範囲内に照射されるレーザー光の数を増やすことができ、前方を測距する際の測距密度を高くできる。よって、測定分解能が向上し、障害物の形状の認識精度が向上する。
また、測距センサ15よりも後方に照射されるレーザー光を前方に向けることで無駄なく測距密度の向上と測距周期の短縮とを図ることが出来る。
図27に示す構成では、測距センサ15の走査範囲γ内の後方に第一ミラー151a及び第二ミラー151bを配置している。この構成により、測定範囲を狭める代わりに、最大でミラー151を備えない構成の三倍の測距密度の向上と測距周期の短縮とを実現することができる。
図28では、測距センサ15から照射されたレーザー光の光路を破線で示している。図28(a)の構成では、障害物301に対して測距センサ15が配置された箇所の一視点からの測距情報のみを取得する。一方、図28(b)の構成では、障害物301に対して測距センサ15が配置された箇所と、ミラー151が配置された箇所との複数視点からの測距情報を取得することができる。
また、設置環境を移動する物体の二次元形状をあらかじめ第二マップメモリ230bに記憶しておき、測距結果と第二マップメモリ230bに記憶した物体の形状とを比較することで、移動する物体であっても良好に物体追跡が実現できる。
図29は、測距センサ15がレーザー光を発する発光位置の中心(LRFの中心)を原点としたときの座標系を用いた上面図である。図29では、自走ロボット1の進行方向(矢印「α」方向)をX軸とし、X軸に直交する左右方向を、Y軸とし、鉛直上向きをZ軸として示す。
LRFからの出射角度:θ
LRFの中心からミラー面までの距離:LM
LRFの中心からミラー反射点までの距離:L
ミラー反射点から対象物までの反射光線長:N
測距センサ15は、設置環境内の対象物までの距離を計測する光走査型の測距手段である。演算部210は、水平障害物判定部251と、自己位置推定部233と、エンコーダ演算部221とを備える。自己位置推定部233は、測距センサ15から取得する距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、推定した自己位置を用いて補正する自己位置推定処理を実行する。
演算部210は、自己位置推定処理によって推定した自己位置に基づいて、移動装置である駆動モータ122の制御を行う駆動モータ制御部222を備える。
また、比較結果から自己位置推定部233によって自走ロボット1の自己位置の推定が行われる。水平障害物判定では、例えば、人や他の移動走行車など、第一マップメモリ230a内のマップデータには無い障害物を検出する可能性もあるため、この検出情報は第二マップメモリ230bへと記憶させる。
自走ロボット1は、自己位置推定部233によって推定した位置情報と、第一マップメモリ230a及び第二マップメモリ230b内に記憶された情報とに基づいて経路演算を行う。これにより、目的地までの効率の良い自律走行を実現することができる。
自律走行制御を開始すると、まず、演算部210が指示された目的地までの走行経路を生成し(S2000)、走行を開始する(S2001)。走行を開始するとオドメトリによる自己位置推定を行いながら走行する(S2002)。
測距センサ15が照射するレーザー光(直射レーザー光L1及び反射レーザー光L2)によって発光位置を含む仮想水平面上の測距データを取得する(S2003)。「S2002」のオドメトリの結果と「S2003」の測距データとを、第一マップメモリ230aに記憶されたマップデータ(地図情報)と比較することで、マップデータ上での自己位置を推定する(S2004)。
推定した自己位置を現在地情報として、第二マップメモリ230bに上書きする(S2005)。
駆動モータ122及び駆動輪120等の走行手段と、レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ15等の光走査型の測距手段とを備える自走ロボット1等の自律走行装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更するミラー151等の反射手段を備える。
これによれば、上記各実施形態について説明したように、反射手段は、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光を反射するため、走査範囲の中央には測距手段からの光が直接照射される。このため、走査範囲の中央が自律走行装置の進行方向に向くように測距手段を配置することで、自律走行装置の進行方向の測距を行うことが可能となる。また、反射手段は、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更するため、測距手段からの照射方向とは異なる反射手段による反射方向の測距を行うことができる。このように、態様Aでは、自律走行装置の進行方向の測距を行いつつ、測距する必要がある範囲外の走査範囲に照射される光を、測距手段からの照射方向とは異なる方向(進行方向の足元等)の測距に活用することが可能となる。
態様Aにおいて、ミラー151等の反射手段として、入射したレーザー光等の光を測距センサ15の測距手段の走査平面(発光位置を含む仮想水平面等)に対して下方に傾けて装置本体の進行方向に反射するものを備える。
これによれば、上記実施形態1について説明したように、進行方向以外の方向に照射された光を、進行方向の足元の測距に活用することが可能となり、走査平面上における進行方向の測距と、進行方向の足元の測距とを同時に行うことが可能となる。
態様AまたはBにおいて、ミラー151等の反射手段の反射方向を変更するミラー調整モータ161を有するミラー保持部160等の反射方向変更手段を備える。
これによれば、上記実施形態2について説明したように、反射手段の姿勢を変えながら障害物の検出を行うことで、障害物の高さ等の三次元の形状情報を取得することができ、より円滑な運用が可能となる。
態様Bの構成を備えた態様Cにおいて、測距センサ15等の測距手段からミラー151等の反射手段を介さずに装置本体の進行方向に照射された直射レーザー光L1等の光によって検出された装置本体の前方の対象物の距離情報と、反射手段で反射した反射レーザー光L2等の光によって検出された装置本体の進行方向の対象物の距離情報と、が異なるときに、ミラー調整モータ161を有するミラー保持部160等の反射方向変更手段は走査平面(発光位置を含む仮想水平面等)に対する反射手段の反射方向の傾きが変化するように、反射手段を揺動させる。
これによれば、上記実施形態2について説明したように、進行方向の足元に障害物を検出したときに、障害物の高さを把握することができ、乗り越えられる高さであった場合、迂回せずに最短で目的地へと移動することが可能となる。
態様CまたはDにおいて、ミラー151等の反射手段とその反射方向を変更するミラー調整モータ161を有するミラー保持部160等の反射方向変更手段との組み合わせを複数備える。
これによれば、上記実施形態3について説明したように、障害物の形状の情報を多く捉えることが可能となる。
態様Dの構成を備えた態様Eにおいて、二組のミラー調整モータ161を有するミラー保持部160等の複数の反射方向変更手段は、それぞれが反射方向を変更するミラー151等の反射手段の反射方向の走査平面(発光位置を含む仮想水平面等)に対する傾きが変化する範囲が互いに異なるように、それぞれの反射手段を揺動させる。
これによれば、上記実施形態3について説明したように、障害物の形状をより早く検出することが可能となる。
態様A乃至Fの何れかの態様において、反射手段として、車両本体11等の装置本体の側方の足元に向けてレーザー光等の光を反射するもの(側方ミラー152等)を備える。
これによれば、上記実施形態4について説明したように、進行方向以外の方向に照射された光を、装置本体の側方の足元の測距に活用することが可能となり、進行方向の測距と、装置本体の側方の足元の測距とを同時に行うことができる。
態様A乃至Gの何れかの態様において、反射手段として、車両本体11等の装置本体の後方足元に向けてレーザー光等の光を反射するもの(後方ミラー153)を備える。
これによれば、上記実施形態5について説明したように、進行方向以外の方向に照射された光を、装置本体の後方の足元の測距に活用することが可能となり、進行方向の測距と、装置本体の後方の足元の測距とを同時に行うことができる。
態様A乃至Hの何れかの態様において、ミラー151等の反射手段として、入射したレーザー光等の光を、測距センサ15等の測距手段の走査範囲の中央(自走ロボット1の進行方向等)に向けて反射するものを備える。
これによれば、上記実施形態6について説明したように、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側に照射される光を、走査範囲の中央側の測距に活用することが可能となり、走査範囲の中央近傍に対する測距性能の向上を図ることができる。
態様A乃至Iの何れかの態様において、ミラー151等の反射手段として、装置本体における位置が測距センサ15等の測距手段が走査しながらレーザー光等の光を照射する位置(発光位置等)よりも後方となるものを備える。
これによれば、上記実施形態1について説明したように、光を照射する位置よりも後方に照射された光を測距手段からの照射方向とは異なる方向(進行方向の足元等)の測距に活用することが可能となる。
態様A乃至Jの何れかの態様において、ミラー151等の反射手段を複数備える。
これによれば、上記実施形態3について説明したように、障害物の形状の情報を多く捉えることが可能となる。
態様A乃至Kの何れかの態様において、走行経路の周囲に存在する物体の形状の情報を記憶する第二マップメモリ230b等の物体形状記憶手段を備え、測距センサ15等の測距手段の測定結果に基づいて対象物の形状の情報を作成し、物体形状記憶手段が有する対象物についての物体の形状の情報と、作成した対象物の形状の情報とを比較する演算部210等の対象物形状確認手段を備える。
これによれば、上記実施形態6について説明したように、設置環境を移動する物体であっても良好に物体追跡が実現できる。
態様A乃至Lの何れかの態様において、ミラー151等の反射手段で反射されて障害物301等の対象物に照射された反射レーザー光L2等の光によって得た測距情報と、測距手段から反射されることなく対象物に照射された直射レーザー光L1等の光によって得た測距情報と、を分離して記憶する第一マップメモリ230a及び第二マップメモリ230b等の記憶手段を備える。
これによれば、上記実施形態1について説明したように、設置環境のレイアウト情報と一時的な障害物情報とを個別に把握し、分割して管理することができる。
駆動モータ122及び駆動輪120等の走行手段と、レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ15等の光走査型の測距手段とを備える自走ロボット1等の自律走行装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更するミラー151等の光路変更手段を備え、光路変更手段として、入射した光の光路を測距手段の走査平面(発光位置を含む仮想水平面等)に対して下方に傾け、装置本体の幅を前方に延長した範囲に向けて光路を変更するものを備える。
これによれば、上記実施形態1について説明したように、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射された光を、装置本体の進行方向の足元の測距に活用することが可能となる。このため、走査平面上における進行方向の測距と、進行方向の足元の測距とを同時に行うことが可能となる。
駆動モータ122及び駆動輪120等の走行手段と、レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ15等の光走査型の測距手段とを備える自走ロボット1等の自律走行装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更するミラー151等の光路変更手段を備え、光路変更手段として、装置本体の側方の足元に向けて光路を変更するもの(側方ミラー152等)を備える。
これによれば、上記実施形態4について説明したように、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射された光を、装置本体の側方の足元の測距に活用することが可能となる。これにより、進行方向の測距と、装置本体の側方の足元の測距とを同時に行うことが可能となる。
駆動モータ122及び駆動輪120等の走行手段と、レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ15等の光走査型の測距手段とを備える自走ロボット1等の自律走行装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更するミラー151等の光路変更手段を備え、光路変更手段として、装置本体の後方足元に向けて光路を変更するもの(側方ミラー152及び後方ミラー153)を備える。
これによれば、上記実施形態5について説明したように、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射された光を、装置本体の後方の足元の測距に活用することが可能となる。これにより、進行方向の測距と、装置本体の後方の足元の測距とを同時に行うことが可能となる。
態様A乃至Pの何れかの態様において、測距センサ15等の測距手段から取得する距離情報に基づいて障害物301等の障害物を検出する障害物検出部と、距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、推定した自己位置を用いて補正する自己位置推定部233等の自己位置推定部と、障害物検出部で検出した障害物情報と、自己位置の推定において補正した自己位置とに基づいて、駆動モータ122及び駆動輪120等の走行手段の制御を行う駆動モータ制御部222等の走行制御部を備える。
これによれば、上記各実施形態について説明したように、測距手段の検出情報を用いて自律走行を行う自走ロボット1等の自律走行装置を実現することが可能となる。
レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ15等の光走査型の測距手段を備える自走ロボット1等の測距装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更するミラー151等の反射手段を備える。
これによれば、上記各実施形態について説明したように、反射手段は、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光を反射するため、走査範囲の中央には測距手段からの光が直接照射される。このため、走査範囲の中央の測距を行うことが可能となる。また、反射手段は、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更するため、測距手段からの照射方向とは異なる反射手段による反射方向の測距を行うことができる。このように、態様Rでは、測距手段の走査範囲の中央の測距を行いつつ、測距する必要がある範囲外の走査範囲に照射される光を、測距手段からの照射方向とは異なる方向の測距に活用することが可能となる。
11 車両本体
15 測距センサ
120 駆動輪
120a 右駆動輪
120b 左駆動輪
121 補助輪
122a 右駆動モータ
122b 左駆動モータ
122 駆動モータ
123 エンコーダ
123a 右エンコーダ
123b 左エンコーダ
140 バッテリー
151 ミラー
151a 第一ミラー
151b 第二ミラー
151f ミラー反射面
152 側方ミラー
153 後方ミラー
160 ミラー保持部
160a 第一ミラー保持部
160b 第二ミラー保持部
161 ミラー調整モータ
161a 第一ミラー調整モータ
161b 第二ミラー調整モータ
161s 回転子
162 モータホルダ
162a アジャスタ挿入部
163 アジャスタ
164 上部板バネ
165 ミラーベース
166a 第一突き当て部
166b 第二突き当て部
167a 第一下部板バネ
167b 第二下部板バネ
168 側方ミラー保持部
169 後方ミラー保持部
210 演算部
221 エンコーダ演算部
222 駆動モータ制御部
230 マップデータベースメモリ
230a 第一マップメモリ
230b 第二マップメモリ
230c 第三マップメモリ
233 自己位置推定部
234 経路演算部
251 水平障害物判定部
252 足元障害物判定部
253 足元障害物形状判定部
254 ミラー調整モータ制御部
300 床面
301 障害物
302 凹部
L1 直射レーザー光
L2 反射レーザー光
Claims (18)
- 走行手段と、
光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段とを備える自律走行装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更する反射手段を備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1の自律走行装置において、
前記反射手段として、入射した光を前記測距手段の走査平面に対して下方に傾けて装置本体の進行方向に反射するものを備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1または2の自律走行装置において、
前記反射手段の反射方向を変更する反射方向変更手段を備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項2に記載の構成を備えた請求項3の自律走行装置において、
前記測距手段から前記反射手段を介さずに装置本体の進行方向に照射された光によって検出された装置本体の前方の対象物の距離情報と、前記反射手段で反射した光によって検出された装置本体の進行方向の対象物の距離情報と、が異なるときに、前記反射方向変更手段は前記走査平面に対する前記反射手段の反射方向の傾きが変化するように、前記反射手段を揺動させることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項3または4の自律走行装置において、
前記反射手段とその反射方向を変更する前記反射方向変更手段との組み合わせを複数備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項4の構成を備えた請求項5の自律走行装置において、
複数の前記反射方向変更手段は、それぞれが反射方向を変更する前記反射手段の反射方向の前記走査平面に対する傾きが変化する範囲が互いに異なるように、それぞれの前記反射手段を揺動させることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1乃至6の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段として、装置本体の側方の足元に向けて光を反射するものを備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1乃至7の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段として、装置本体の後方足元に向けて光を反射するものを備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1乃至8の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段として、入射した光を、前記測距手段の走査範囲の中央に向けて反射するものを備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1乃至9の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段として、装置本体における位置が前記測距手段が走査しながら光を照射する位置よりも後方となるものを備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1乃至10の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段を複数備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1乃至11の何れかに記載の自律走行装置において、
走行経路の周囲に存在する物体の形状の情報を記憶する物体形状記憶手段と、
前記測距手段の測定結果に基づいて前記対象物の形状の情報を作成し、前記物体形状記憶手段が有する前記対象物についての物体の形状の情報と、作成した前記対象物の形状の情報とを比較する対象物形状確認手段を備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1乃至12の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段で反射されて対象物に照射された光によって得た測距情報と、
前記測距手段から反射されることなく対象物に照射された光によって得た測距情報と、を分離して記憶する記憶手段を備えることを特徴とする自律走行装置。 - 走行手段と、
光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段とを備える自律走行装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更する光路変更手段を備え、
前記光路変更手段として、入射した光の光路を前記測距手段の走査平面に対して下方に傾け、装置本体の幅を前方に延長した範囲に向けて光路を変更するものを備えることを特徴とする自律走行装置。 - 走行手段と、
光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段とを備える自律走行装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更する光路変更手段を備え、
前記光路変更手段として、装置本体の側方の足元に向けて光路を変更するものを備えることを特徴とする自律走行装置。 - 走行手段と、
光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段とを備える自律走行装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更する光路変更手段を備え、
前記光路変更手段として、装置本体の後方足元に向けて光路を変更するものを備えることを特徴とする自律走行装置。 - 請求項1乃至16の何れかに記載の自律走行装置において、
前記測距手段から取得する距離情報に基づいて障害物を検出する障害物検出部と、
前記距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、推定した前記自己位置を用いて補正する自己位置推定部と、
障害物検出部で検出した障害物情報と、前記自己位置の推定において補正した自己位置とに基づいて、前記走行手段の制御を行う走行制御部を備える自律走行装置。 - 光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段を備える測距装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更する反射手段を備えることを特徴とする測距装置。
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