JP2018169953A - 自律移動システム - Google Patents

Abstract

【課題】対象物に接触しないようにすることができる自律移動システムを提供する。
【解決手段】ロボット１は、上部基体１０を備え、上部基体１０の内部には、制御部１３が設けられている。制御部１３は、２個のＬＲＦ２０５の各駆動部２０５ｂを駆動して、測定部２０５ｃをヨー軸周りに左右方向に回転させる。ロボット１が通過するために必要な通過幅をＷとしたときに、制御部１３は、２個のＬＲＦ２０５の各駆動部２０５ｂを駆動して、（Ｗ／２）の範囲において各測定部２０５ｃを回転させる。ＬＲＦ走査速度・範囲算出部７１は、測定部２０５ｃの回転角度θswing、及び、測定部２０５ｃの回転速度Ｖswingを算出する。制御部１３は、ＬＲＦ走査速度・範囲算出部７１で算出された回転角度θswing、及び、回転速度Ｖswingで測定部２０５ｃを回転させるように、駆動部２０５ｂを駆動する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、移動体を移動させる自律移動システムに関する。

従来、基体と、基体に連結された複数のマニピュレータとを備え、複数のマニピュレータの駆動を制御することで移動するロボット等の移動体が知られている。このような移動体では、移動経路上にある対象物に接触しないように移動することが必須となる。

特許文献１に記載の自律移動システムは、移動可能な移動体と、移動体に搭載された距離センサと、距離センサを揺動させるセンサ揺動装置と、移動体の移動経路を設定する移動経路設定部と、移動体の駆動を制御する駆動制御部と、センサ揺動装置の揺動を制御する揺動制御部とを備え、揺動制御手段は、距離センサにより検出された対象物の位置に応じて、揺動手段を制御して距離検出手段の検出領域の揺動範囲を制限している。

特開２０１２−２４７４００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の自律移動システムでは、距離センサにより検出された対象物の位置に応じて、距離検出手段の揺動範囲を制限し、さらに、移動経路を設定することで、対象物に接触することを防止しているが、移動体の移動速度が上昇した場合には、距離検出手段の揺動範囲の制限、及び、移動経路の再設定を行っても、対象物に接触してしまうことがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、対象物に接触しないようにすることができる自律移動システムを提供することを目的とする。

本発明の自律移動システムは、設定された設定移動速度で移動する移動体と、前記移動体に設けられ、対象物までの距離を検出する距離検出部と、前記移動体に設けられ、前記距離検出部を、上下方向の軸を回転中心にして回転させることで走査する走査手段と、前記移動体の前記設定移動速度に基づいて、前記走査手段の駆動を制御する走査制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の自律移動システムによれば、移動体の移動速度が上昇した場合にも、移動速度に基づいて、走査手段の駆動を制御することで、対象物に接触しないようにすることができる。

また、前記走査制御手段は、前記設定移動速度に基づいて、前記走査手段の駆動を制御して前記距離検出部の走査範囲及び走査速度の少なくとも一方を制御することが好ましい。

この構成によれば、移動速度に基づいて、距離検出部の走査範囲及び走査速度を制御するので、対象物に接触しないようにすることができる。

さらに、前記走査制御手段は、前記設定移動速度が上昇した場合に、前記距離検出部の走査範囲を小さくする制御及び走査速度を上昇させる制御の少なくとも一方を行うように前記走査手段の駆動を制御することが好ましい。

この構成によれば、設定移動速度が上昇した場合に、距離検出部の走査範囲を小さくする及び／又は走査速度を上昇させるので、対象物に接触しないようにすることができる。

また、前記走査制御手段は、前記移動体の移動予定経路に基づいて、前記距離検出部の走査範囲の中心を決定することが好ましい。

この構成によれば、移動予定経路がカーブした場合にも、移動予定経路上にある対象物に接触しないようにすることができる。

本発明の実施形態に係るロボットの構成を模式的に示す正面図。 ロボットの関節機構の自由度を模式的に示す斜視図。 ロボットの電気的構成を示すブロック図。 ロボットの二足歩行モードで移動している状態を示す側面図。 ロボットの四足歩行モードで移動している状態を示す側面図。 Ａは、ＬＲＦが回動していない状態の環境認識ユニット及び首関節機構を示す正面図であり、Ｂは、ＬＲＦが回動した状態の環境認識ユニット及び首関節機構を示す正面図。 Ａは、カメラの撮像範囲及びライトの照射範囲を示す平面図、Ｂは、カメラの撮像範囲及びライトの照射範囲を示す側面図。 Ａは、ＬＲＦの測定部が回動していない状態の環境認識ユニット及び首関節機構を示す平面図であり、Ｂは、ＬＲＦの測定部が後方に回動した状態の環境認識ユニット及び首関節機構を示す平面図であり、Ｃは、ＬＲＦの測定部が前方に回動した状態の環境認識ユニット及び首関節機構場合を示す平面図。 Ａは、環境認識ユニットが基準姿勢にある状態の環境認識ユニット及び首関節機構を示す側面図であり、Ｂは、環境認識ユニットが前方に傾斜した状態の環境認識ユニット及び首関節機構を示す側面図であり、Ｃは、環境認識ユニットが後方に傾斜した状態の環境認識ユニット及び首関節機構を示す側面図。 ロボットとＬＲＦの測定部の回動範囲とを模式的に示す平面図。 ロボットとロボットの移動予定経路とＬＲＦの測定部の回動範囲とを模式的に示す平面図。

以下、図面を参照して、本発明に係る自律移動システムを備えるロボットの実施形態を説明する。本実施形態のロボットは、人型のロボットであり、二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替えて移動可能に構成されたものである。

まず、図１を参照して、ロボット１の構成を説明する。

ロボット１（移動体）の胴体は、上部基体１０と、上部基体１０の下方に配置された下部基体１１と、上部基体１０と下部基体１１との間に設けられた腰関節機構１２とで構成されている。上部基体１０と下部基体１１とは、人間の腰関節に対応する腰関節機構１２を介して、相対的に回動可能に連結されている。上部基体１０の内部には、ロボット１を統括的に制御する制御部１３が設けられている。

ロボット１の頭部は、周囲（主に前方）の環境を認識するための環境認識装置２０の環境認識ユニット２０ａである。環境認識ユニット２０ａに搭載されている外部環境を撮像するためのカメラ及び外部環境までの距離を認識するためのセンサは、上部基体１０の内部に配置された環境認識ユニット用制御回路２０ｂによって制御されている。環境認識ユニット用制御回路２０ｂは、制御部１３により制御される。

環境認識ユニット２０ａは、人間の首関節に対応する首関節機構２１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。なお、環境認識ユニット２０ａを上部基体１０に回動不能に固定してもよい。

ロボット１が人型のロボットであるので、人間の頭部に対応する環境認識ユニット２０ａを上部基体１０の上方に設けている。しかし、本発明のロボットの基体側認識装置は、このような構成に限定されるものではなく、ロボットの使用環境等に応じて、上部基体の上部以外の位置（例えば、上部基体の前方、下部基体等）に設けてもよい。

ロボット１の左右の腕体は、上部基体１０の上部左右両側から延設された一対の腕リンク３０である。各々の腕リンク３０は、人間の肩関節に対応する肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。

腕リンク３０は、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａと、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂと、人間の肘関節に対応する肘関節機構３０ｃとで構成されている。

第１腕リンク部３０ａは、肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂは、肘関節機構３０ｃを介して、第１腕リンク部３０ａに対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂの先端には、人間の手に対応するハンド部４０が連結されている。

なお、ロボット１では、腕体である腕リンク３０を、第１腕リンク部３０ａと、第２腕リンク部３０ｂと、肘関節機構３０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの腕体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。

ハンド部４０は、エンドエフェクタの一例である。このハンド部４０は、人間の手首関節に対応する手首関節機構４１を介して、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂに対して回動可能に連結されている。ロボット１では、ハンド部４０と腕リンク３０とで、マニピュレータとしてのロボットアームを構成している。

ハンド部４０は、人間の手の平及び手の甲に対応するハンド基部４０ａと、人間の人差し指、中指、薬指及び小指に対応する単一の部材である第１指部４０ｂと、人間の親指に対応する第２指部４０ｃと、第１指部４０ｂに取り付けられた緩衝部材４０ｄとを備えている（図５参照）。

第１指部４０ｂは、ハンド基部４０ａと一体的に構成され、ハンド基部４０ａに固定されている。第２指部４０ｃは、第１指部４０ｂの先端部のハンド基部４０ａ側の面と対向するように、ハンド基部４０ａに取り付けられている。第２指部４０ｃは、ハンド基部４０ａの内部に設けられた駆動機構によって、第２指部４０ｃの先端部が第１指部４０ｂに接近又は離間するように回動される。

このように第２指部４０ｃが構成されているので、ハンド部４０は、第１指部４０ｂが固定されていても、第１指部４０ｂと第２指部４０ｃとによって対象物を摘まむ動作等を容易に行うことができる。

ロボット１の左右の脚体は、下部基体１１の下部から下方に延設された左右一対の脚リンク５０である。

各々の脚リンク５０は、人間の股関節に対応する股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して回動可能に連結されている。

脚リンク５０は、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａと、人間の下腿に対応する第２脚リンク部５０ｂと、人間の膝関節に対応する膝関節機構５０ｃとで構成されている。

第１脚リンク部５０ａは、股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂは、膝関節機構５０ｃを介して、第１脚リンク部５０ａに対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂの先端には、人間の足に対応する足平部６０が連結されている。

なお、ロボット１では、脚体である脚リンク５０を、第１脚リンク部５０ａと、第２脚リンク部５０ｂと、膝関節機構５０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの脚体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。

足平部６０は、人間の足首関節に対応する足首関節機構６１を介して、脚リンク５０の第２脚リンク部５０ｂに対して、回動可能に連結されている。ロボット１では、脚リンク５０と足平部６０とで、マニピュレータを構成している。

次に、図２を参照して、ロボット１の関節機構の自由度について説明する。

なお、本実施形態では、各関節機構が各部材を回動させる方向は、特にことわらない限り、いずれの関節機構も連結された部材を回動させていない姿勢（以下、「基準姿勢」という。）を基準として説明する。ロボット１の場合、基準姿勢は、ロボット１が起立した状態（上部基体１０、下部基体１１、各腕リンク３０及び各脚リンク５０をほぼ鉛直方向に伸ばした状態）となる。

また、本実施形態では、ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸は、それぞれ図２に示すように、ロボット１が基準姿勢のときにおけるロボット１の鉛直方向の軸（Ｚ軸）、左右方向の軸（Ｙ軸）、前後方向の軸（Ｘ軸）を意味する。この場合、ヨー軸は、上部基体１０及び下部基体１１の体幹軸である。

腰関節機構１２は、上部基体１０の下方に配置された第１腰関節機構１２ａと、第１腰関節機構１２ａと下部基体１１との間に配置された第２腰関節機構１２ｂとで構成されている。

第１腰関節機構１２ａは、上部基体１０を、下部基体１１及び第２腰関節機構１２ｂに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。第２腰関節機構１２ｂは、上部基体１０及び第１腰関節機構１２ａを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。

首関節機構２１は、環境認識ユニット２０ａを、上部基体１０に対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

腕リンク３０の肘関節機構３０ｃは、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂを、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

肩関節機構３１は、上部基体１０の鉛直方向の幅及び水平方向の幅の範囲内に位置するように配置された第１肩関節機構３１ａと、第１肩関節機構３１ａの側方であって上部基体１０の外側に配置された第２肩関節機構３１ｂと、第２肩関節機構３１ｂ及び腕リンク３０の第１腕リンク部３０ａの間に配置された第３肩関節機構３１ｃとで構成されている。

第１肩関節機構３１ａは、第２肩関節機構３１ｂを、上部基体１０に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２肩関節機構３１ｂは、第３肩関節機構３１ｃを、第１肩関節機構３１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。第３肩関節機構３１ｃは、腕リンク３０を、第２肩関節機構３１ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。

手首関節機構４１は、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂのハンド部４０側に配置された第１手首関節機構４１ａと、第１手首関節機構４１ａのハンド部４０の間に配置された第２手首関節機構４１ｂとで構成されている。

第１手首関節機構４１ａは、第２手首関節機構４１ｂを、第２腕リンク部３０ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２手首関節機構４１ｂは、ハンド部４０を、第１手首関節機構４１ａに対してロール軸周り及びピッチ軸周りに回動可能に連結している。

脚リンク５０の膝関節機構５０ｃは、人間の下肢に対応する第２脚リンク部５０ｂを、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

股関節機構５１は、下部基体１１の下方に配置された第１股関節機構５１ａと、第１股関節機構５１ａの脚リンク５０側に配置された第２股関節機構５１ｂとで構成されている。

第１股関節機構５１ａは、第２股関節機構５１ｂを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２股関節機構５１ｂは、脚リンク５０を、第１股関節機構５１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。

足首関節機構６１は、足平部６０を、第２脚リンク部５０ｂに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。

図３に示すように、第１腰関節機構１２ａ、第２腰関節機構１２ｂ、首関節機構２１、肘関節機構３０ｃ、第１肩関節機構３１ａ、第２肩関節機構３１ｂ、第３肩関節機構３１ｃ、第１手首関節機構４１ａ、第２手首関節機構４１ｂ、膝関節機構５０ｃ、第１股関節機構５１ａ、第２股関節機構５１ｂ、及び、足首関節機構６１は、制御部１３に接続され、制御部１３により駆動が制御される。

なお、本発明のロボットにおける腰関節機構、首関節機構、肩関節機構、肘関節機構、膝関節機構、股関節機構、足首関節機構の構成は、上記の構成に限定されるものではなく、ロボットの用途、ロボット内の関節の配置スペース等に応じて、適宜変更してよい。例えば、いずれかの関節機構を省略してもよいし、上記以外の関節機構を追加してもよい。

次に、図４及び図５を参照して、ロボット１の２つの歩行モードについて説明する。なお、図４においては、理解を容易にするために、腕リンク３０を図示省略している。

なお、本実施形態において、ハンド部４０又は足平部６０を「接地させる」とは、ハンド部４０又は足平部６０がロボット１に作用する力に抗する接触反力を受けるように、ハンド部４０又は足平部６０を外部環境に接触させることを意味する。

図４に示すように、二足歩行モードでは、一対の脚リンク５０の一方の先端の足平部６０を地面Ａに接地させた状態（その一方の脚リンク５０を支持脚とした状態）で、他方の脚リンク５０の先端の足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その他方の脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、脚リンク５０のそれぞれの遊脚としての動作は、交互に行われる。また、図示省略した腕リンク３０は、非接地状態となっている。

図５に示すように、四足歩行モードでは、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの２つ又は３つを地面Ａに接地させた状態（その２つ又は３つの腕リンク３０及び脚リンク５０を支持脚とした状態）で、残りの２つ又は１つのハンド部４０又は足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの２つ又は１つの腕リンク３０又は脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、遊脚として動作させる腕リンク３０又は脚リンク５０は、所定の規則で周期的に切り替えられる。

ただし、四足歩行モードの動作は、上記の動作に限定されるものではない。例えば、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの１つを地面Ａに接地させた状態（その１つのハンド部４０又は足平部６０を支持脚とした状態）で、残りの３つのハンド部４０及び足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの３つのハンド部４０又は足平部６０を遊脚として動作させること）を繰り返すようにすることも可能である。

また、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０を一斉に空中に移動させて（すなわち、ロボット１をジャンプさせて）、さらに接地させることを繰り返すようにすることも可能である。

次に、図６〜図９を参照して、環境認識装置２０の外部環境を認識するための構造について説明する。

図６に示すように、環境認識装置２０は、環境認識ユニット２０ａと、上部基体１０の内部に配置された環境認識ユニット用制御回路２０ｂ（図６では不図示。図１参照。）と、環境認識ユニット２０ａの下面から下方（すなわち、上部基体１０）に向かって延設された首フレーム２０ｃを有している。首フレーム２０ｃが首関節機構２１に回動可能に支持されることによって、環境認識ユニット２０ａは、上部基体１０に対してピッチ軸（Ｙ軸）周りに回動可能となっている。

環境認識ユニット２０ａは、略矩形の頭部フレーム２０１（フレーム）と、頭部フレーム２０１内部の前方側で一列に並ぶように配置された３つのカメラ２０２と、カメラ２０２の間に配置され、ＬＥＤ等で構成された２つのライト２０３（光源）と、カメラ２０２及びライト２０３を保護するために、それらの前方側で頭部フレーム２０１に嵌め込まれた保護ガラス２０４と、頭部フレーム２０１外部の側方に配置された左右一対のＬＲＦ２０５と、カメラ２０２及びライト２０３の上方側に配置された投光機２０６とを備えている。

図７Ａの平面図に示すように、環境認識ユニット２０ａでは、その前方の外部環境を、３つのカメラ２０２のうちの２つを用いて、奥行きのある画像として撮像する。具体的には、カメラ２０２は、３つのカメラ２０２のうち、紙面上で右端のカメラ２０２の撮像範囲ＩｍＡ１と中央のカメラ２０２の撮像範囲ＩｍＡ２とが重なる領域、及び、中央のカメラ２０２の撮像範囲ＩｍＡ２と紙面上で左端のカメラ２０２の撮像範囲ＩｍＡ３とが重なる領域において立体視を行う。

図７Ａの平面図及び図７Ｂの側面図からもわかるように、ライト２０３は、水平方向及び鉛直方向において、カメラ２０２が立体視を行う領域（撮像範囲ＩｍＡ１と撮像範囲ＩｍＡ２とが重なる領域及び撮像範囲ＩｍＡ２と撮像範囲ＩｍＡ３とが重なる領域）をカバーするように、光を照射する。

なお、上記の撮像範囲ＩｍＡ１，ＩｍＡ２や照明範囲ＩｌＡ１，ＩｌＡ２は、光の照射される方向を示すための一例であり、カメラ２０２の撮像可能な範囲やライト２０３の照明可能な範囲における距離は、カメラ２０２及びライト２０３の性能によって、撮像範囲ＩｍＡ１，ＩｍＡ２及び照明範囲ＩｌＡ，ＩｌＡ２よりも大きくなり得るものである。

また、図６に示すように、環境認識ユニット２０ａは、頭部フレーム２０１の前方側であって、カメラ２０２及びライト２０３の上方となる位置に、投光機２０６を備えている。投光機２０６は、頭部フレーム２０１の前方の外部環境に所定のパターン（例えば、格子模様）を投影する。環境認識装置２０は、その投影されたパターンをカメラ２０２で撮像し、外部環境の三次元形状の認識を行う。投光機２０６は、カメラ２０２の上方に配置されているので、カメラ２０２と同列又は下方に配置された場合よりも、遠くまでパターンを投影できる。

なお、上記のカメラ２０２、ライト２０３、投光機２０６は一例であり、本発明におけるカメラは、そのようなものに限定されるものではなく、ロボット１の前方の外部環境を認識できるものであればよい。例えば、赤外線センサ等を用いてもよい。

また、本実施形態において、光源であるライト２０３は、実際に光を照射する照射部と排熱の必要な発光部及び制御回路とが一体として構成されており、後述する冷却機構の前方側に隣接するようにして、頭部フレーム２０１の内部の前方側に配置されている。

しかし、異なる構造の光源（例えば、光ファイバやプリズムを用いて発光部及び制御回路と照射部とをつなげている光源等）を用いる場合には、排熱が必要な発光部又は制御回路のみを冷却機構に隣接するように配置するようにしてもよい。その場合、発光部又は制御回路を、冷却機構の後方側や側方側に配置してもよい。

また、環境認識ユニット２０ａでは、その側方の外部環境を、ＬＲＦ２０５によって認識する。ここで、ＬＲＦ（レーザレンジファインダ）とは、照射したレーザ光が外部環境に反射して戻ってくるまでの時間を測定し、その時間に基づいて、外部環境までの距離を測定するものである。

なお、以下の説明においては、レーザ光の照射される範囲の一例を、レーザ光照射範囲ＬＡとして示す。ただし、この範囲は、レーザ光の照射される方向を示すための一例であり、ＬＲＦ２０５の測定可能な範囲における距離は、レーザ光の強度等によって、レーザ光照射範囲ＬＡよりも大きくなり得るものである。

ＬＲＦ２０５は、頭部フレーム２０１から側方に延びる支持部２０５ａと、支持部２０５ａの先端部の下方に取り付けられた駆動部２０５ｂ（走査手段）と、支持部２０５ａの先端部の上方に回動可能に取り付けられた測定部２０５ｃ（距離検出部）とを有している。本実施形態では、ロボット１が自律移動システムとなる。

駆動部２０５ｂは、アクチュエータ等の駆動源、減速機等で構成され、その駆動力によって、測定部２０５ｃをヨー軸（Ｚ軸）周りに回動させる（図６Ｂ，図８参照。）。

測定部２０５ｃは、レーザ光を照射するとともに、反射されたレーザ光を受光する。

図８Ａに示すように、ＬＲＦ２０５の測定部２０５ｃが回動していない状態の場合には、そのレーザ光照射範囲ＬＡは、環境認識ユニット２０ａの鉛直方向において、頭部フレーム２０１の前後方向に平行な方向（Ｘ軸方向）になっている。

また、ＬＲＦ２０５は、図８Ｂに示すように、測定部２０５ｃを後方に向けて回動させる（紙面上で左側の測定部２０５ｃを反時計回りに回動させ、紙面上で右側の測定部２０５ｃを時計回りに回動させる）ことができる。逆に、図８Ｃに示すように、測定部２０５ｃを前方に向けて回動させる（紙面上で左側の測定部２０５ｃを時計回りに回動させ、紙面上で右側の測定部２０５ｃを反時計回りに回動させる）こともできる。

なお、上記の説明における測定部２０５ｃの回動や図８として示した測定部２０５ｃの回動の角度は、回動途中の状態を示す一例であり、左右の測定部２０５ｃは、周囲の環境を認識するために十分な角度まで回動可能に構成されている。また、左右の測定部２０５ｃは、一方だけが独立して回動することもできるようになっている。

ところで、図９に示すように、環境認識ユニット２０ａは、首関節機構２１によって、上部基体１０に対してピッチ軸（Ｙ軸）周りに回動可能に連結されている。具体的には、図９Ａに示すような基準姿勢の状態から、図９Ｂに示すように環境認識ユニット２０ａを前方に倒した状態（人間が足元を見ている状態に対応している状態）にしたり、図９Ｃに示すように環境認識ユニット２０ａを後方に倒した状態（人間が上方を見上げている状態に対応している状態）にしたりすることができる。

また、ＬＲＦ２０５の認識可能な範囲（すなわち、レーザ光照射範囲ＬＡとして示した扇形の中心角）は、測定部２０５ｃの中心のＹ軸周りに約２７０°となっている。

そのため、環境認識ユニット２０ａでは、ＬＲＦ２０５をヨー軸（Ｚ軸）周りに回動させる（図８参照）とともに、環境認識ユニット２０ａをピッチ軸（Ｙ軸）周りに回動させる（図９参照）ことによって、環境認識ユニット２０ａのほぼ全周の外部環境を、ＬＲＦ２０５によって認識することができる。

本実施形態のロボット１では、このようなＬＲＦ２０５と前方を立体視するカメラ２０２とを備えているので、前方のみを認識するような環境認識ユニットを有する従来のロボットに比べ、環境認識ユニットを大きく動かすことなく、作業領域及び周辺領域の環境を十分に認識することができる。すなわち、本実施形態のロボット１では、環境認識ユニット２０ａの回動の軸や駆動機構を、従来のロボットに比べて小さくすることができる。

ロボット１には、オペレータから移動予定経路等を含む制御情報が無線により入力される。ロボット１には、入力された制御情報内の移動予定経路に基づいて、ＬＲＦ２０５の測定部２０５ｃの走査速度及び走査範囲を算出するＬＲＦ走査速度・範囲算出部７１が設けられている（図３参照）。

［ＬＲＦスイング制御］
図１０に示すように、ロボット１が前方に移動する場合、制御部１３は、２個のＬＲＦ２０５の各駆動部２０５ｂを駆動して、測定部２０５ｃをヨー軸（Ｚ軸）周りに左右方向に回転させる。ロボット１が通過するために必要な通過幅をＷとしたときに、制御部１３は、２個のＬＲＦ２０５の各駆動部２０５ｂを駆動して、（Ｗ／２）の範囲において各測定部２０５ｃを回転させる。

本実施形態では、例えば、Ｗは０．８ｍ、ロボット１の移動速度Ｖrobotは２ｋｍ/ｈである。この場合、対象物の直径をＤ（ｍ）、測定部２０５ｃの回転速度をＶswing（ｄｅｇ／ｓ）、対象物に接触せずにロボット１を停止させることができる対象物までの距離の閾値をＬ１（ｍ）、ロボット１の移動経路となる中心から測定部２０５ｃの中心までの距離をＬ２（ｍ）、（Ｗ／２）−Ｌ２をＬ３（ｍ）としたときに、ＬＲＦ走査速度・範囲算出部７１は、測定部２０５ｃを（Ｗ／２）である０．４ｍの範囲を回転させる際の回転角度θswingを、下記の（式１）で算出する。
（式１）θswing＝{９０−ｔａｎ^−１（Ｌ１／Ｌ２）}＋{９０−ｔａｎ^−１（Ｌ１／Ｌ３）}

また、測定部２０５ｃの回転速度をＶswing（ｄｅｇ／ｓ）、ヨー軸（Ｚ軸）周りの回転時の測定部２０５ｃのサンプリング時間をΔＴ（ｓ）としたときに、ＬＲＦ走査速度・範囲算出部７１は、測定部２０５ｃの回転速度Ｖswingを、下記の（式２）で算出する。
（式２）Ｖswing＝｛（（（Ｄ／ΔＴ）−（Ｖrobot×２×θswing／１８０）×π）／Ｌ１）／π｝×１８０（ｄｅｇ／ｓ）

制御部１３は、ＬＲＦ走査速度・範囲算出部７１で算出された回転角度θswing及び回転速度Ｖswingで測定部２０５ｃを回転させるように、駆動部２０５ｂを駆動する。

例えば、Ｄが０．０２ｍ、ΔＴが０．０２５ｓ、Ｖrobotが０．５５５ｍ／ｓ（２ｋｍ／ｈ）、Ｌ１が０．９ｍ、Ｌ２が０．１４１ｍ、Ｌ３が０．２５９ｍである場合、
θswing＝{９０−ｔａｎ−１（０．９／０．１４１）}＋{９０−ｔａｎ−１（０．９／０．２５９）}＝２４．９６°となり、
Ｖswing＝｛（（（０．０２／０．０２５）−（０．５５５×２×２４．９６／１８０）×π）／０．９）／π｝×１８０＝２０．１５（ｄｅｇ／ｓ）となる。

制御部１３は、ロボット１の移動速度Ｖrobotが上昇した場合、測定部２０５ｃの回転速度Ｖswingを上昇させる、又は、測定部２０５ｃの回転角度θswingを小さくする制御を行う。この制御を行うことにより、ロボット１を対象物に接触することなく停止させることができる。

なお、測定部２０５ｃの回転速度Ｖswingを上昇させる制御を行う場合、認識可能な対象物の直径Ｄが大きくなるため、作業者に確認する工程を行うことが好ましい。また、ロボット１の移動速度Ｖrobotにリミッタを設けるようにしてもよい。このリミッタは、認識したい対象物の直径Ｄによって決定することが好ましく、認識したい対象物の直径Ｄを小さくすると、リミッタは低くなる。

また、空間計測分解能をθresolution（ｒａｄ）、対象物を検出できる最近距離をＬmeas（ｍ）、測定部２０５ｃによりθswingの範囲を往復（往復スキャン）するのに必要な時間をＴscan（ｓ）としたときに、ＬＲＦ走査速度・範囲算出部７１は、θresolutionをＶswing×ΔＴで算出し、ＬmeasをＤ／θresolutionで算出し、Ｔscanを２×θswing／Ｖswingで算出し、往復スキャン中にロボット１が移動する距離ＬmoveをＶrobot×Ｔscanで算出する。この場合、制御部１３は、Ｌmeas−Ｌmove≧Ｌ１を満たすように制御する。この制御により、ロボット１を対象物に接触することなく、対象物からＬ１以上離れた位置で停止させることができる。

本実施形態では、Ｖswing（ｒａｄ／ｓ）が０．３５１７、θresolution＝Ｖswing×ΔＴ＝０．３５１７×０．０２５＝０．００８７９、Ｌmeas＝Ｄ／θresolution＝０．０２／０．００８７９＝２．２７５、Ｔscan＝２×θswing／Ｖswing＝２×２４．９６／２０．１５＝２．４７７、Ｌmove＝Ｖrobot×Ｔscan＝０．５５５×２．４７７＝１．３７５、Ｌmeas−Ｌmove＝２．２７５−１．３７５＝０．９となり、Ｌmeas−Ｌmove＝０．９≧Ｌ１（０．９）を満たす。

Ｌmeas−Ｌmove≧Ｌ１を満たさない場合には、ロボット１の移動速度Ｖrobotを低下させる、又は、θswingを小さくする制御を行う。

制御部１３は、ロボット１の移動予定経路の左右方向中心と、左側の駆動部２０５ｂの回転範囲右端、及び右側の駆動部２０５ｂの回転範囲左端とが一致するように制御する。

図１１に示すように、ロボット１の移動予定経路が、直線状ではなく曲がっている場合にも、ボット１の移動予定経路の左右方向中心と、左側の駆動部２０５ｂの回転範囲右端、及び右側の駆動部２０５ｂの回転範囲左端とが一致するように制御する。すなわち、現在のロボット１が向いている方向とは異なる方向において、対象物を検索する。これにより、ロボット１の移動予定経路が曲がっている場合でも、移動予定経路上にある対象物に接触せずに、ロボット１を停止させることができる。

上記実施形態では、移動体としてロボット１を用いているが、これに限らない。また、移動体と走査制御手段とを設けたロボット１を用いているが、移動体とは別に、走査制御手段を有する制御装置を設けてもよい。

１…ロボット、１０…上部基体、１１…下部基体、１２…腰関節機構、１２ａ…第１腰関節機構、１２ｂ…第２腰関節機構、１３…制御部（走査制御手段）、１５ａ環境認識ユニット、…２０…環境認識装置、２０ａ…環境認識ユニット、２０ｂ…環境認識ユニット用制御回路、２１…首関節機構、３０…腕リンク、３０ａ…第１腕リンク部、３０ｂ…第２腕リンク部、３０ｃ…肘関節機構、３１…肩関節機構、３１ａ…第１肩関節機構、３１ｂ…第２肩関節機構、３１ｃ…第３肩関節機構、４０…ハンド部、４０ａ…ハンド基部、４０ｂ…第１指部、４０ｃ…第２指部、４０ｄ…緩衝部材、４１…手首関節機構、４１ａ…第１手首関節機構、４１ｂ…第２手首関節機構、４１ｃ…駆動部、５０…脚リンク、５０ａ…第１脚リンク部、５０ｂ…第２脚リンク部、５０ｃ…膝関節機構、５１…股関節機構、５１ａ…第１股関節機構、５１ｂ…第２股関節機構、６０…足平部、６１…足首関節機構、２０５…ＬＲＦ、２０５ａ…支持部、２０５ｂ…駆動部（走査手段）、２０５ｃ…測定部（距離検出部）、ＩｌＡ１，ＩｌＡ２…照明範囲、ＩｍＡ１，ＩｍＡ２，ＩｍＡ３…撮像範囲、ＬＡ…レーザ光照射範囲、Ａ…地面

Claims (4)

1. 設定された設定移動速度で移動する移動体と、
   前記移動体に設けられ、対象物までの距離を検出する距離検出部と、
   前記移動体に設けられ、前記距離検出部を、上下方向の軸を回転中心にして回転させることで走査する走査手段と、
   前記移動体の前記設定移動速度に基づいて、前記走査手段の駆動を制御する走査制御手段と、
   を備えることを特徴とする自律移動システム。
2. 請求項１に記載の自律移動システムにおいて、
   前記走査制御手段は、前記設定移動速度に基づいて、前記走査手段の駆動を制御して前記距離検出部の走査範囲及び走査速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする自律移動システム。
3. 請求項２に記載の自律移動システムにおいて、
   前記走査制御手段は、前記設定移動速度が上昇した場合に、前記距離検出部の走査範囲を小さくする制御及び走査速度を上昇させる制御の少なくとも一方を行うように前記走査手段の駆動を制御することを特徴とする自律移動システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の自律移動システムにおいて、
   前記走査制御手段は、前記移動体の移動予定経路に基づいて、前記距離検出部の走査範囲の中心を決定することを特徴とする自律移動システム。