JP2023154508A - 自律移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】電波送信源との通信に支障が生じることを抑制すること。
【解決手段】自律移動体１０は、機台１１と、機台１１を移動させる移動装置２１と、機台１１が規定の経路に沿って移動するように移動装置２１を制御する制御装置３１と、機台１１に設けられる無線通信アンテナ５１と、を備える。無線通信アンテナ５１は、機台１１に設定された回転軸線Ｘから離れた箇所に配置され、無線通信アンテナ５１を回転軸線Ｘの周りで回転させる回転装置６１を備える。制御装置３１は、無線通信アンテナ５１が受信する電波の強度である受信電波強度に応じて、機台１１を経路上に維持した状態で無線通信アンテナ５１を回転軸線Ｘの周りで回転させるように、回転装置６１を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自律移動体に関する。

特許文献１に記載の自律移動体は、車両と、車両に搭載される自律装置と、を備える。自律装置は、制御装置と、受信部と、を備える。受信部は、操作装置から送信される、車両に対する指令を受信する。制御装置は、受信部が受信した指令に応じた制御を行う。

特開２０２０－０１７０７０号公報

自律移動体が移動する空間には、障害物が存在する場合がある。操作装置と受信部とが無線接続される場合、自律移動体の位置によっては、障害物によって、操作装置から受信部へ送信される電波の一部が遮られる。そのため、受信部が受信する電波の強度が低下する。受信する電波の強度が低下すると、操作装置との通信に支障が生じる可能性がある。

上記課題を解決する自律移動体は、機台と、前記機台を移動させる移動装置と、前記機台が規定の経路に沿って移動するように前記移動装置を制御する制御装置と、前記機台に設けられる無線通信アンテナと、を備え、前記無線通信アンテナは、前記機台に設定された回転軸線から離れた箇所に配置され、前記自律移動体は、前記無線通信アンテナを前記回転軸線の周りで回転させる回転装置を備え、前記制御装置は、前記無線通信アンテナが受信する電波の強度である受信電波強度に応じて、前記機台を前記経路上に維持した状態で前記無線通信アンテナを前記回転軸線の周りで回転させるように、前記回転装置を制御する。

無線通信アンテナの回転によって、電波送信源と無線通信アンテナとの位置関係が変化する。この位置関係の変化に伴って、受信電波強度が変化する。制御装置は、受信電波強度が十分高くなる回転位置に無線通信アンテナが配置されるように、無線通信アンテナを回転させることができる。したがって、電波送信源との通信に支障が生じることを抑制できる。また、制御装置は、機台を規定の経路上に維持した状態で無線通信アンテナを回転軸線の周りで回転させる。つまり、機台を規定の経路から外れた場所に移動させることなく、受信電波強度を高くすることができる。そのため、受信電波強度を高くするために機台を規定の経路から外れた場所に移動させる場合とは異なり、機台の無駄な移動が抑制される。

上記自律移動体について、前記制御装置は、前記受信電波強度が規定値以下である場合、前記無線通信アンテナを前記回転軸線の周りで所定角度回転させるように、前記回転装置を制御してもよい。

上記自律移動体について、前記制御装置は、前記無線通信アンテナを前記受信電波強度が規定値を超える回転位置に配置させるように、前記回転装置を制御するとともに、前記無線通信アンテナを前記回転軸線の周りで１回転させる間に、前記受信電波強度が前記規定値を超えない場合、前記無線通信アンテナを前記受信電波強度が最も高くなる回転位置に配置させるように、前記回転装置を制御してもよい。

上記自律移動体について、前記移動装置は、全方向移動車輪を含んでもよい。
上記自律移動体について、前記移動装置は前記回転装置を兼用し、前記機台を前記無線通信アンテナとともに前記回転軸線の周りで回転させてもよい。

この発明によれば、電波送信源との通信に支障が生じることを抑制できる。

自律移動体の平面図。 図１の自律移動体の概略構成図。 図１の制御装置が行う回転処理を示すフローチャート。 電波送信源から送信される電波の一部が障害物および／または荷によって遮られることで、受信電波強度が規定値以下となった状態の自律移動体を示す図。 無線通信アンテナが回転したことによって、受信電波強度が規定値を超えた状態の自律移動体を示す図。

［実施形態］
以下、自律移動体の一実施形態を図１～図５にしたがって説明する。
＜自律移動体の構成＞
図１および図２に示すように、自律移動体１０は、機台１１と、移動装置２１と、制御装置３１と、センサ４１と、無線通信アンテナ５１と、を備える。自律移動体１０は、地図データ上の自己位置を認識しながら自律移動を行う移動体であってもよいし、追尾対象を追尾するように自律移動を行う移動体であってもよい。

移動装置２１は、複数の車輪２２と、駆動機構２３と、を備える。車輪２２は、例えば、全方向移動車輪である。全方向移動車輪は、回転軸を中心として回転可能であり、かつ、回転軸の軸線方向への移動が許容される車輪である。全方向移動車輪としては、例えば、オムニホイール、メカナムホイール、およびオムニボールが用いられ得る。例えば、車輪２２は、３つ以上設けられている。本実施形態において、車輪２２の数は４つである。車輪２２の回転速度、および車輪２２の回転方向が制御されることで、機台１１は、回転しない状態での全方向への移動、回転しながらの全方向への移動、および移動しない状態での回転が可能である。自律移動体１０は、機台１１の移動と回転とを個別に制御可能な移動体といえる。なお、上記した「全方向」とは、路面上での機台１１の移動方向を示す。自律移動体１０は、全方向に移動可能な全方向移動車である。

図２に示すように、駆動機構２３は、モータ２４と、モータドライバ２５と、エンコーダ２６と、を備える。図示は省略するが、駆動機構２３は、車輪２２の数と同数設けられる。駆動機構２３は、車輪２２ごとに１つずつ設けられる。

モータ２４は、車輪２２を回転させる駆動源である。モータ２４の回転によって、車輪２２は回転する。
モータドライバ２５には、指令回転速度を示す情報と指令回転方向を示す情報とを含む指令が制御装置３１から入力される。モータドライバ２５は、指令回転速度に応じてモータ２４の回転速度を制御する。モータドライバ２５は、指令回転方向とモータ２４の回転方向とが一致するようにモータ２４を制御する。

エンコーダ２６は、例えば、モータ２４の回転軸の回転量に対応するパルス信号を出力するインクリメンタル型のエンコーダである。エンコーダ２６は、モータ２４の回転軸の回転速度を検出する。モータドライバ２５は、エンコーダ２６の検出結果から、モータ２４の回転速度および回転方向を認識可能である。機台１１は、モータ２４の駆動によって車輪２２が回転することにより、移動および／または回転する。

図１に示すように、１つ以上のセンサ４１が、機台１１に設けられる。本実施形態において、センサ４１の数は複数、詳細には２つである。センサ４１は、自律移動体１０の周辺に存在する物体を制御装置３１に認識させるための外界センサである。センサ４１としては、例えば、LIDAR（Laser Imaging Detection and Ranging）、ステレオカメラ、およびミリ波レーダーが用いられ得る。センサ４１は、検出した外界データを制御装置３１に送信する。

１つ以上の無線通信アンテナ５１が、機台１１に設けられる。本実施形態において、無線通信アンテナ５１の数は複数、詳細には２つである。無線通信アンテナ５１は、機台１１に設定される回転軸線Ｘから離れた箇所に設置される。例えば、無線通信アンテナ５１は、回転軸線Ｘから離れた機台１１の周縁部に設置される。例えば、２つの無線通信アンテナ５１は、回転軸線Ｘを挟んで向かい合うように、すなわち、回転軸線Ｘの周りに１８０度の角度間隔をおいて設置される。本実施形態において、機台１１は平面視で円形であり、回転軸線Ｘは機台１１の中心に設定される。２つの無線通信アンテナ５１は、例えば、回転軸線Ｘから同じ距離だけ離れた箇所に設置される。

無線通信アンテナ５１は、電波を受信する。無線通信アンテナ５１が受信する電波は、通信データを含む。通信データは、例えば、自律移動体１０が移動する空間の情報を示す地図データ、目的地の情報を示す目的地データ、および、他の自律移動体の位置等の情報を示す他機データを含む。無線通信アンテナ５１で受信された通信データは、制御装置３１に送られる。

図１および図２に示すように、自律移動体１０は、無線通信アンテナ５１を回転軸線Ｘの周りで回転させる回転装置６１を備える。本実施形態においては、移動装置２１が回転装置６１を兼用する。移動装置２１は、機台１１を無線通信アンテナ５１とともに回転軸線Ｘの周りで回転させる。

図２に示すように、制御装置３１は、プロセッサ３２と、記憶部３３と、を備える。プロセッサ３２としては、例えば、CPU、GPU（Graphics Processing Unit）、又はDSP（Digital Signal Processor）が用いられる。記憶部３３は、RAM（Random access memory）及びROM（Read Only Memory）を含む。記憶部３３は、処理をプロセッサ３２に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部３３、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置３１は、ASICやFPGA等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置３１は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

制御装置３１は、モータドライバ２５に指令を与えることで、車輪２２を回転させる。これによって、機台１１は移動および／または回転する。
自律移動体１０が自己位置を認識しながら自律移動を行う移動体である場合、制御装置３１は、センサ４１によって得られた外界データから自律移動体１０の周囲に存在する物体を認識する。制御装置３１は、認識した物体の形状および位置と、受信した通信データと、から自己位置を推定して目標位置までの経路を生成する。制御装置３１は、自己位置を認識しながら、機台１１が生成された経路に沿って目標位置まで移動するようにモータドライバ２５に指令を与える。

自律移動体１０が追尾対象を追尾するように自律移動を行う移動体である場合、制御装置３１は、センサ４１によって得られた外界データから追尾対象を認識する。制御装置３１は、認識した追尾対象の形状および位置と、受信した通信データと、から追尾対象までの経路を生成する。制御装置３１は、機台１１が生成された経路に沿って追尾対象を追尾しながら移動するようにモータドライバ２５に指令を与える。

経路は、自律移動体１０が通過するべき目標地点である。経路は、座標データであってもよいし、方向指令値であってもよい。自律移動体１０が自己位置を認識しながら自律移動を行う移動体である場合、制御装置３１は、自律移動体１０が通過する経路を座標データとして生成する。そして、制御装置３１は、機台１１が生成された経路に沿って目標位置まで移動するようにモータドライバ２５に指令を与える。自律移動体１０が追尾対象を追尾するように自律移動を行う移動体である場合、制御装置３１は、指令ベクトルを生成する。そして、制御装置３１は、機台１１が指令ベクトルに従って移動するようにモータドライバ２５に指令を与える。指令ベクトルの大きさは速度指令値を表す。指令ベクトルの向きは方向指令値を表す。制御装置３１は、方向指令値によって表される方向に機台１１が移動するようにモータドライバ２５に指令を与える。自律移動体１０は、方向指令値によって表される方向に移動するため、方向指令値が経路になる。

このように、制御装置３１は、機台１１が規定の経路に沿って移動するように移動装置２１を制御する。
＜回転処理＞
制御装置３１が行う回転処理について説明する。回転処理は、所定の制御周期で繰り返し行われる。この回転処理は、例えば、自律移動体１０が規定の経路上に位置しているとき、すなわち、規定の経路に沿って移動していたり規定の経路上に停止していたりするときに行われる。

図３に示すように、ステップＳ１１において、制御装置３１は、無線通信アンテナ５１が受信する電波の強度である受信電波強度を検出する。
次に、ステップＳ１２において、制御装置３１は、受信電波強度が規定値以下であるか否かを判定する。規定値は、例えば、制御装置３１が電波に含まれる通信データを正確に検出できる最低限の電波強度である。自律移動体１０が複数の無線通信アンテナ５１を有する場合、制御装置３１は、複数の無線通信アンテナ５１の受信電波強度のうち、最も高いものについて判定する。ステップＳ１２の判定結果が肯定の場合、制御装置３１は、ステップＳ１３の処理を行う。ステップＳ１２の判定結果が否定の場合、制御装置３１は、ステップＳ１７の処理を行う。

ステップＳ１３において、制御装置３１は、機台１１を経路上に維持した状態で、機台１１を回転軸線Ｘの周りで所定角度回転させるように、移動装置２１を制御する。すなわち、制御装置３１は、機台１１を経路上に維持した状態で、無線通信アンテナ５１を回転軸線Ｘの周りで所定角度回転させるように、回転装置６１を制御する。所定角度は、機台１１の回転によって、受信電波強度が明確に変化する可能性がある角度である。所定角度は、３６０度より小さく、例えば、３０度である。ただし、３０度はあくまでも例示であり、所定角度は３０度より小さい角度であってもよいし、３０度より大きい角度であってもよい。機台１１の回転方向は、時計回り方向であっても、反時計回り方向であってもよい。制御装置３１は、各種条件、例えば経路に応じて、機台１１の回転方向を決定してもよい。

次に、ステップＳ１４において、制御装置３１は、機台１１の回転角度を算出する。機台１１の回転角度とは、ステップＳ１２の判定結果が否定から肯定に切り替わった時点から、つまり、受信電波強度が規定値を超える値から既定値以下の値になった時点から、機台１１が回転した角度の合計である。制御装置３１は、ステップＳ１２の判定結果が肯定になる度に、機台１１を所定角度回転させる。制御装置３１は、前回の制御周期までの機台１１の回転角度に、所定角度を加算する。これによって、制御装置３１は、機台１１の回転角度を更新する。機台１１の回転角度は、ステップＳ１２が連続して肯定になった数に、所定角度を乗算することによって得られる角度である。

次に、ステップＳ１５において、制御装置３１は、機台１１が１回転したか否かを判定する。制御装置３１は、機台１１の回転角度が３６０度以上である場合、機台１１が１回転したと判定する。制御装置３１は、機台１１の回転角度が３６０度未満の場合、機台１１が１回転していないと判定する。ステップＳ１５の判定結果が否定の場合、制御装置３１は、回転処理を終了する。ステップＳ１５の判定結果が肯定の場合、制御装置３１は、ステップＳ１６の処理を行う。

ステップＳ１６において、制御装置３１は、機台１１を受信電波強度が最も高くなる回転角度に配置させるように、移動装置２１を制御する。「受信電波強度が最も高くなる回転角度」とは、機台１１が１回転する間に検出された受信電波強度のうち、最も高い受信電波強度に対応する機台１１の回転角度である。すなわち、制御装置３１は、無線通信アンテナ５１を受信電波強度が最も高くなる回転位置に配置させるように、回転装置６１を制御する。制御装置３１は、機台１１を１回転させる間に検出した受信電波強度を、機台１１の回転角度に対応付けて記憶部３３に記憶している。例えば、所定角度が３０度である場合、０度、３０度、６０度…３３０度という機台１１の回転角度において検出された受信電波強度が、それぞれの回転角度に対応付けて記憶部３３に記憶されている。制御装置３１は、６０度の回転角度において検出された受信電波強度が最も高かった場合、機台１１の回転角度が６０度になるように機台１１を回転させる。機台１１を１回転させる間に、受信電波強度が規定値を超えない場合、制御装置３１は、機台１１が１回転している間に受信電波強度が最も高くなった方向を無線通信アンテナ５１が向くように、機台１１を回転させるといえる。ステップＳ１６の処理を終えると、制御装置３１は、回転処理を終了する。

ステップＳ１７において、制御装置３１は、機台１１の回転角度をリセットする。ステップＳ１２の判定結果が否定の場合、受信電波強度の向上を目的とする機台１１の回転は行われない。制御装置３１は、受信電波強度の向上を目的とする機台１１の回転を行うことなく、機台１１を経路に沿って移動させる。ステップＳ１７の処理を終えると、制御装置３１は、回転処理を終了する。

［本実施形態の作用］
本実施形態の作用を説明する。
図４に示すように、電波送信源１００から、規定の経路Ｒ上に位置する自律移動体１０の無線通信アンテナ５１に向けて電波が送信される。電波送信源１００は、例えば、ホストコンピュータおよび他の自律移動体である。自律移動体１０が移動する空間には、障害物２００が存在する場合がある。自律移動体１０は、機台１１に荷３００を積載するように構成され得る。電波送信源１００から送信される電波は、障害物２００および／または荷３００によって遮られ得る。電波送信源１００から送信される電波が遮られること等によって、無線通信アンテナ５１における受信電波強度が低下する。受信電波強度が規定値以下になると、制御装置３１は、機台１１を経路Ｒ上に維持した状態で回転軸線Ｘの周りで回転させる。機台１１を回転させることで、機台１１に設けられる無線通信アンテナ５１と、電波送信源１００と、障害物２００および／または荷３００と、の位置関係が変化する。この位置関係の変化によって、無線通信アンテナ５１が受信する受信電波強度が変化する。

図５は、機台１１の回転によって受信電波強度が規定値を超えた状態の自律移動体１０を示す。図５の状態では、制御装置３１は、受信電波強度の向上を目的とした機台１１の回転を行わなくなる。機台１１の回転に伴う無線通信アンテナ５１の回転位置の変化によって、無線通信アンテナ５１は、受信電波強度が十分高い回転位置に存在しているといえる。そのため、受信電波強度が十分高い状態で自律移動体１０を経路Ｒに沿って移動させることができる。

［本実施形態の効果］
本実施形態の効果を説明する。
（１）制御装置３１は、受信電波強度が規定値以下の場合に、機台１１を回転させる。機台１１を回転させて、無線通信アンテナ５１と、電波送信源１００と、障害物２００および／または荷３００と、の位置関係を変化させることで、受信電波強度が規定値を超えるように無線通信アンテナ５１の回転位置を変更することができる。したがって、受信電波強度の低下によって電波送信源１００との通信に支障が生じることを抑制できる。

（２）制御装置３１は、機台１１を経路Ｒ上に維持した状態で、無線通信アンテナ５１を回転軸線Ｘの周りで回転させる。したがって、制御装置３１は、受信電波強度が低下した場合に、機台１１を経路Ｒから外れた場所に移動させることなく、受信電波強度が規定値を超える回転位置に無線通信アンテナ５１を配置することができる。そのため、受信電波強度を高くするために機台１１を規定の経路Ｒから外れた場所に移動させる場合とは異なり、機台１１の無駄な移動が抑制される。

（３）制御装置３１は、受信電波強度が規定値以下の場合に、機台１１を所定角度回転させる。制御装置３１は、受信電波強度が規定値を超えるまで、機台１１を所定角度回転させる処理を繰り返す。したがって、制御装置３１は、受信電波強度が規定値を超える機台１１の角度を効率的に特定することができる。

（４）制御装置３１は、機台１１を回転軸線Ｘの周りで１回転させる間に、受信電波強度が規定値を超えない場合、無線通信アンテナ５１を受信電波強度が最も高くなる回転位置に配置させるように、機台１１を回転させる。無線通信アンテナ５１は、受信電波強度が最も高くなる回転位置で電波を受信できる。したがって、電波送信源１００との通信に支障が生じる可能性を極力低くすることができる。

（５）移動装置２１は、全方向移動車輪を含む。したがって、機台１１を規定の経路Ｒに沿って移動させながら、あるいは規定の経路Ｒ上に停止させた状態で、自在に回転させることができる。

（６）移動装置２１は、回転装置６１を兼用しており、機台１１を無線通信アンテナ５１とともに回転軸線Ｘの周りで回転させる。したがって、移動装置２１とは別に専用の回転装置を用意する必要がない。

［変更例］
上記実施形態は、以下のように変更して実施できる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。

○制御装置３１は、機台１１を１回転させても受信電波強度が規定値を超えない場合、規定の条件に応じて再度回転処理を行ってもよい。規定の条件として、例えば、回転処理を開始してから（ステップＳ１２の判定結果が否定から肯定に切り替わった時点から）規定の時間が経過した場合、または、回転処理を開始してから機台１１が規定の距離を移動した場合、等が考えられる。あるいは、規定の条件として、機台１１が１回転する間に検出された受信電波強度のうち最も高い受信電波強度が、上記の規定値よりもさらに低い許容値を下回った場合、等が考えられる。

○制御装置３１は、受信電波強度が規定値以下の場合に、所定角度ずつ機台１１を間欠的に回転させなくてもよい。制御装置３１は、例えば、受信電波強度を検出しながら機台１１を連続的に回転させて、受信電波強度が規定値を超えたときに機台１１の回転を停止させてもよい。

○移動装置２１は、回転装置６１を兼用しなくてもよい。この場合、自律移動体１０は、無線通信アンテナ５１を回転軸線Ｘの周りで回転させる、移動装置２１とは異なる回転装置６１を備える。無線通信アンテナ５１は、機台１１から独立して回転軸線Ｘの周りで回転するように構成される。制御装置３１は、機台１１を経路Ｒ上に維持した状態で、受信電波強度に応じて、無線通信アンテナ５１を機台１１に対して回転させるように、回転装置６１を制御する。

○制御装置３１が受信電波強度を検出することに代えて、自律移動体１０は、受信電波強度を検出するセンサを備えていてもよい。
○無線通信アンテナ５１の数は、１つでも３つ以上でもよい。

○車輪２２は、全方向移動車輪でなくてもよい。例えば、自律移動体１０は、２つの車輪２２を備えていてもよい。制御装置３１は、二輪速度差制御によって自律移動体１０を移動させてもよい。二輪速度差制御は、２つの車輪２２の回転速度の差によって自律移動体１０の移動、及び移動方向の変更を行う制御である。

○センサ４１は、内界センサであってもよい。内界センサとしては、例えば、エンコーダ２６が含まれる。

１０…自律移動体、１１…機台、２１…移動装置、２２…車輪、３１…制御装置、４１…センサ、５１…無線通信アンテナ、６１…回転装置、Ｒ…経路、Ｘ…回転軸線。

Claims (5)

1. 機台と、
   前記機台を移動させる移動装置と、
   前記機台が規定の経路に沿って移動するように前記移動装置を制御する制御装置と、
   前記機台に設けられる無線通信アンテナと、を備える自律移動体であって、
   前記無線通信アンテナは、前記機台に設定された回転軸線から離れた箇所に配置され、
   前記無線通信アンテナを前記回転軸線の周りで回転させる回転装置を備え、
   前記制御装置は、前記無線通信アンテナが受信する電波の強度である受信電波強度に応じて、前記機台を前記経路上に維持した状態で前記無線通信アンテナを前記回転軸線の周りで回転させるように、前記回転装置を制御する、自律移動体。
2. 前記制御装置は、前記受信電波強度が規定値以下である場合、前記無線通信アンテナを前記回転軸線の周りで所定角度回転させるように、前記回転装置を制御する、請求項１に記載の自律移動体。
3. 前記制御装置は、
   前記無線通信アンテナを前記受信電波強度が規定値を超える回転位置に配置させるように、前記回転装置を制御するとともに、
   前記無線通信アンテナを前記回転軸線の周りで１回転させる間に、前記受信電波強度が前記規定値を超えない場合、前記無線通信アンテナを前記受信電波強度が最も高くなる回転位置に配置させるように、前記回転装置を制御する、請求項１に記載の自律移動体。
4. 前記移動装置は、全方向移動車輪を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の自律移動体。
5. 前記移動装置は前記回転装置を兼用し、前記機台を前記無線通信アンテナとともに前記回転軸線の周りで回転させる、請求項１から３のいずれか一項に記載の自律移動体。

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