JP4735476B2

JP4735476B2 - 自律移動装置

Info

Publication number: JP4735476B2
Application number: JP2006231097A
Authority: JP
Inventors: 龍雄酒井; 弘幸上松; 亮介村井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-08-28
Also published as: JP2008052669A

Description

本発明は、周囲環境情報を取得しつつ走行経路の状況に柔軟に対応して自律的に走行する自律移動装置に関する。

従来から、指示された目的地まで自律的に経路をたどって、荷物の運搬、路面の清掃、侵入者の監視などを行う自律移動装置が種々開発されている。このような自律移動装置の移動方向の転換やその姿勢（例えば、進行方向に対する正面方向のふれ角）の変更は、滑らかで精度良く、かつ、小スペースで行うことが、安全で効率的な作業のために望まれる。方向転換や姿勢変更は、狭い走行経路で右折や左折をし、障害物との衝突を回避し、壁や塀に沿って移動しながら清掃し、また、荷物の受け渡しなどのために姿勢を特定の方向に向けてその方向に接近（いわゆる接岸）する、などの動作の際に必要となる。

そこで、例えば、その場回転しても周辺の物体との衝突を生じないように外形を平面視で円形とする自律移動装置や、フリーローラを有する複合駆動輪を複数用いて略全方向に移動可能とする自律移動装置が提案されている。また、２輪駆動方式の自律移動装置において、方向転換を伴う走行の場合に、両駆動輪を所定の方法で制御して車の基準点を任意の位置に移動させるための走行制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０９−８１２４０号公報

しかしながら、上述した外形が円形の自律移動装置や、複合駆動輪を複数用いる自律移動装置や、特許文献１に示されるような自律移動装置においては、次のような問題がある。すなわち、外形が円形に制約されたものは、案内ロボットや監視ロボットなどの用途の自律移動装置には適用できても、荷物搬送用の自律移動装置への適用には多種形状の荷物の搬送対応に限界がある。また、複合駆動輪を用いるものは、略全方向に移動可能であるが、駆動輪の形状が複雑になり、かつ、駆動輪の数も増えるので、信頼性の維持や製造コストの抑制に多大の労力が必要である。さらに、この装置は、略全方向に移動できる反面、その姿勢を考慮した複雑な制御が必要であり、また、全方向に動くので、各方向に障害物検出センサが必要である。

また、特許文献１に示されるような装置は、方向転換や姿勢変更に、複数の制御ステップ（いわゆるハンドルの切り返し）が必要であり、その動作のために装置が移動する幅寄せ空間が必要であるので、滑らかで小スペースの方向転換や姿勢変更を実現できない。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成の駆動輪を用いて、移動方向転換や姿勢変更を、滑らかで精度良く、かつ、小スペースで実現して走行移動および接岸作業などを安全かつ効率的に実行できる自律移動装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、周囲の環境を認識して自律的に走行する自律移動装置であって、上部構造と、この上部構造の下方に位置する下部構造と、前記上部構造と下部構造とを回転軸を介して接続すると共に互いに相対的に水平回転駆動させる回転ユニットと、前記下部構造に設けられ複数の車輪を含み当該下部構造の走行とその場回転とを可能とする走行手段と、走行中の周囲の環境情報を取得する環境情報取得手段と、前記環境情報取得手段によって取得した環境情報に基づいて自律的に走行するため前記走行手段および前記回転ユニットを制御する制御手段と、前記上部構造の形状情報を記憶する記憶手段と、を備え、前記下部構造と上部構造とは、前記回転ユニットの回転軸から前記下部構造の外周までの距離の最大値が、前記回転ユニットの回転軸から前記上部構造の外周までの距離の最大値よりも小さくされ、前記制御手段は、前記下部構造が前記環境情報取得手段によって取得された周囲の環境情報より分かる物体に近づいたときに、その物体の形状情報と前記記憶手段に記憶した上部構造の形状情報とに応じて、前記回転ユニットを駆動制御し、前記上部構造の前記物体に対する向きを変化させ、さらに、前記環境情報取得手段によって取得された周囲の環境情報よりライン状の物体を検出したときに、前記回転ユニットを制御し、そのラインの方向に倣うように前記上部構造を回転させるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の自律移動装置において、前記下部構造と上部構造とは、前記回転ユニットの回転軸から前記下部構造の外周までの距離の最大値が、前記回転ユニットの回転軸から前記上部構造の外周までの距離の最小値よりも小さくされているものである。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の自律移動装置において、前記下部構造の外周形状が円形のものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の自律移動装置において、前記記憶手段は、周囲の状況を示す地図情報を記憶しており、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された地図情報に基づいて各走行位置における前記上部構造の向きを定めるものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の自律移動装置において、前記上部構造は、前記回転ユニットとの間に緩衝構造を備えたものである。

請求項１の発明によれば、上部構造と下部構造とを回転ユニットの回転軸を介して接続すると共に互いに相対的に水平回転駆動可能とし、さらに、下部構造をその場回転可能としているので、この自律移動装置は、滑らかで精度良く、かつ、小スペースで移動方向転換や姿勢変更を実現して走行移動や接岸作業を安全かつ効率良く実行できる。その場回転は、フリーローラを有する複合駆動輪などの複雑な駆動輪を用いることなく、例えば、独立に駆動できる左右２つの駆動輪と補助輪の構成によって安価かつ簡便に構成でき、またその制御も容易である。
また、例えば、自律移動装置がライン状の側壁を有する外部構造物のその側壁に接近する場合に、環境情報取得手段によってその側壁の方向（ラインの方向）を確認しつつ接近できる。従って、自律移動装置が、例えば、デッドレコニングによって現在認識している位置情報と記憶手段に記憶した地図情報とを用いて、地図情報から外部構造物の側壁の方向を得る場合に発生する実際の方向との誤差を修正することができ、安全かつ確実に側壁に接近できる。特に、接岸などの作業において、上部構造の１つの側面を外部構造物の側面に精度良く安全かつ確実に接近させることができる。

また、この自律移動装置は、環境情報取得手段を用いて、周囲環境情報を取得しつつ走行経路の状況に柔軟に対応して移動できる。すなわち、上下に分離した上部構造と下部構造のそれぞれが独立に水平面内における向き（姿勢）を変えられる構成とされ、さらに、上部構造の下部構造に対する水平回転による向きの変更は、環境情報取得手段によって取得された物体の形状情報と上部構造の形状情報とに応じて行われるので、右折や左折をし、障害物との衝突を回避し、壁や塀に沿って移動しながら清掃し、また、荷物の受け渡しなどのために姿勢を特定の方向に向けると共にその方向に接近（いわゆる接岸）する、などの動作を容易に実現できる。

また、下部構造の外形が上部構造の外形の旋回範囲内にあるので、下部構造は、上部構造の旋回可能領域内において、その場回転によって任意の向きにその姿勢を変更することができ、自律移動装置は、柔軟で効率的な走行移動ができる。すなわち、障害物との位置関係の微調整が可能な自律移動装置とすることができる。その結果、例えば、搬送を行う自律移動装置の場合、搬送先の装置に従来よりも容易に近づくことができ、さらに、接岸のための姿勢調整が容易であるので、自律移動装置と搬送先の装置との搬送物受け渡し時の接岸失敗ややり直しなどのトラブルを少なくすることができる。また、案内を行う自律移動装置の場合、他の通行者に邪魔にならないように壁際に停止するなどの動作ができる。また、掃除を行う自律移動装置の場合、より壁際まで接近して、掃除残しを低減した清掃をすることができる。

請求項２の発明によれば、下部構造が上部構造の旋回範囲内に納まっているので、下部構造がその場回転したとしても、下部構造が外部と衝突したり接触したりすることがなく、自律移動装置全体の方向転換や経路変更などが、小スペースで、すなわち狭い空間で、容易かつ安全に実行できる。

請求項３の発明によれば、下部構造がその場回転をしても、下部構造そのものが外部と衝突したり接触したりしないことが保障され、自律移動装置全体の方向転換や経路変更などが、小スペースで、容易かつ安全に実行できる。

請求項４の発明によれば、上部構造の向きを、例えば予め決めておいたエリア毎に、所定の向きとすることができるので、進行方向と壁面との関係が一定の廊下などを走行する場合に、容易に上部構造を壁面に沿わせて、走行移動できる。すなわち、地図情報に基づいて上部構造の向きを定めればよく、向きを定めるための複雑な演算処理などが不要であり、制御速度を速めることができる。このような走行移動は、壁面に関する作業、例えば壁面清掃をする場合や、上部構造の長手方向を壁面の方向に添わせて狭い通路を走行する場合に、有効である。

請求項５の発明によれば、例えば、接岸などの目的のために、上部構造を外部構造物に接触させる場合に、緩衝構造によって接触時の衝撃を吸収して、より安全に接触させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る自律移動装置について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る自律移動装置のブロック構成を示し、図２（ａ）（ｂ）は同装置の外観を示す。自律移動装置１は、周囲の環境を認識して自律的に走行する装置であり、上部構造２と、この上部構造２の下方に位置する下部構造３と、上部構造２と下部構造３とを回転軸Ｒを介して接続すると共に互いに相対的に水平回転駆動させる回転ユニット４と、下部構造３に設けられ複数の車輪５１，５２を含み下部構造３の走行とその場回転とを可能とする走行手段５と、走行中の周囲の環境情報を取得する環境情報取得手段６と、環境情報取得手段６によって取得した環境情報に基づいて自律的に走行するため走行手段５および回転ユニット４を制御する制御手段１０と、上部構造２の形状情報や稼働に必要な情報を記憶する記憶手段７と、を備えている。

自律移動装置１の各構成を説明する。上部構造２は、略長方形の板状であり、この上部構造２は、例えば、自律移動装置１が搬送用の装置である場合、搬送物を載置して運搬するための荷台を構成する。

下部構造３は、直方体形状であり、上面には回転ユニット３が接続され、下面には車輪５１，５２が備えられ、前面には、環境情報取得手段６を構成する距離測定装置３０が備えられている。また、下部構造３の内部には、上述の制御手段１０や走行手段５の駆動モータなどの、自律走行用の機器が納められている。

回転ユニット４は、円盤状であり、上部構造２と下部構造３とを相対的に水平回転駆動させる構造となっている。すなわち、回転ユニット４は、上部構造２を回転自在に支持するためのベアリング構造（不図示）と、上下両構造の相対回転を行うための回転駆動機構（不図示）と、制御手段１０からの指示に基づいて回転駆動機構を制御する回転ユニット制御手段４１と、を備えている。回転ユニット４は、回転ユニット制御手段４１を介して制御手段１０によって制御される。

ベアリング構造は、上部構造２と下部構造３とを相対回転自在とすることができるものであればよく、上部構造２と回転ユニット４との間、または、下部構造３と回転ユニット４との間、またはこれらの両方に配置することができる。また、回転駆動機構は、例えば、モータ、およびこのモータで駆動するラックとピニオン、プーリとタイミングベルト、または歯車やチェーンなどの組合せによって構成できる。モータは下部構造３の内部に配置することができる。また、回転軸Ｒは、上部構造２、下部構造３、および回転ユニット４の各上下方向の中心軸に一致するように設けられる。回転軸Ｒを、各中心軸と共通とすることにより、上下構造相互の姿勢制御の制御プログラム作成が単純化される。

走行手段５は、下部構造３の下面中央の左右に設けた２つの互いに独立に駆動される駆動車輪５１と、同下面中央の前後に設けた従動車輪５２と、駆動源である電池１５と、駆動車輪５１を電池１５によって駆動するモータ（不図示）と、このモータまたは車軸の回転数から車輪の走行距離を求めるためのエンコーダ（不図示）と、を備えている。左右の駆動車輪５１は、互いの回転の差によって下部構造３の直進や左折や右折などの操舵が可能である。特に、これらが互いに逆方向に回転することにより、下部構造３のその場回転が実現される。走行手段５は、走行中の周囲の環境情報に基づいて自律的に走行するように制御手段１０によって制御される。なお、電池１５は、回転ユニット４やその他の機器の駆動源としても用いられる。

環境情報取得手段６は、走行中の周囲の環境情報を取得するセンサとして距離測定装置３０を備えている。距離測定装置３０は、例えば、レーザレーダ（レーザレンジファインダ）や超音波センサなどによって構成され、環境情報、すなわち走行経路前方に存在する障害物や壁などの環境構造の位置や距離の情報を取得する。

記憶手段７は、上述した上部構造２の形状情報の他に、自律移動装置１が走行する領域の地図情報と走行のための各種パラメータを記憶する。パラメータには、例えば、走行経路を構成するための複数のノードの位置及びノード間の接続関係の情報が含まれる。また、自律移動装置１は、ユーザが目的位置や操作指令を与えるための指示手段１４を備えている。記憶手段７に記憶されるパラメータや情報は、指示手段１４を介して入力される。

制御手段１０は、環境情報取得手段６によって取得した環境情報に基づいて障害物を検出すると共に自己位置を認識するために障害物検出部１１と、自己位置認識部１２と、を備え、さらに、環境の変化に柔軟に対応して走行するため走行経路を適宜生成及び再生成する経路生成部１３を備えている。

障害物検出部１１は、環境情報取得手段６によって得られた環境情報と記憶手段７に記憶された地図情報とを比較して、環境に固定された壁などの障害物の他に、人や他の装置などの移動物体からなる障害物を検出する。障害物検出のために、環境情報取得手段６として、移動経路上の環境の画像を撮像する撮像装置、および、撮像した画像情報を演算処理して予め定めた属性を有する物体を抽出する画像認識処理手段を備えてもよい。

自己位置認識部１２は、走行手段５に備えられたエンコーダからの走行経路と走行距離の情報に基づいて、いわゆるデッドレコニングにより、自己位置が地図上のどの位置にあるかを推定する。経路上の各点における走行方向を決定するために、ジャイロを内蔵してジャイロの情報を用いるようにしてもよい。デッドレコニングによって推定された自己位置は、環境情報取得手段６で得られた環境情報と記憶手段７に記憶された地図情報との照合によって補正される。

上述の自己位置補正は、次のようにしてもよい。例えば、環境情報取得手段６により認識可能な標識を予め走行環境内に設置しておき、また、その標識を地図情報に登録しておくことにより、移動中にその標識を環境情報として認識して自己位置情報とすることができる。自己位置認識部１２は、自己の推定位置を基準にして、送られてきた相対位置による標識位置情報をもとに地図上の登録標識を探索する。標識が検出されると、その標識の位置を基準にして前記相対位置情報から自己位置認識ができる。標識が２個以上検出できると、自己位置は一意に決められる。

経路生成部１３は、記憶手段７に記憶されたノードから自律移動用の経路を構成するノードを選択しその選択したノードを用いて経路を生成する。この経路生成用のノードは、自律移動装置１がそのノードを辿って走行するための目標点であり、障害物があるノード近傍に存在する場合、障害物を回避するためそのノードから離れた点を通過することもある。経路生成部１３は、指示手段１４を介して指示された最終目的地に向かう最適の（例えば、最短の）走行経路を生成する。経路生成に際し、記憶手段７に地図情報として記憶された壁などの環境障害物の位置を考慮してノードが選択される。なお、目的地は、ノードの１つと一致する場合もあるが、一般には、ノードであるとは限らない。

制御手段１０は、経路生成部１３によって生成された経路を辿って目的地に到達するまで走行手段５を制御する。自律移動装置１は、最適経路に従って、走行するとともに、走行中においても障害物を検出して、走行経路の最適化、及び走行経路の再生成を行いながら効率的、かつ柔軟に走行することができる。

また、制御手段１０は、下部構造３が環境情報取得手段６によってその形状や位置情報を取得された物体に近づいたときに、その物体の形状情報と記憶手段７に記憶した上部構造２の形状情報とに応じて、回転ユニット４を駆動制御し、上部構造２の前記物体に対する向きを変化させる。

このような自律移動装置１は、上部構造２と下部構造３とが互いに相対的に水平回転駆動可能であり、下部構造３をその場回転可能としているので、滑らかで精度良く、かつ、小スペースで移動方向の転換や姿勢変更を実現でき、走行移動を安全かつ効率良く実行できる。また、その場回転は、フリーローラを有する複合駆動輪などの複雑な駆動輪を用いることなく、独立に駆動できる左右２つの駆動車輪５１に従動車輪５２を加えた構成によって安価かつ簡便に構成でき、またその制御も容易である。

また、自律移動装置１は、環境情報取得手段６を用いて、周囲環境情報を取得しつつ走行経路の状況に柔軟に対応して移動できる。すなわち、上下に分離した上部構造２と下部構造３のそれぞれが独立に水平面内における向き（姿勢）を変えられる構成とされ、さらに、上部構造２の下部構造３に対する水平回転による向きの変更は、環境情報取得手段６によって取得された物体の形状情報と上部構造の形状情報とに応じて行われるので、右折や左折をし、障害物との衝突を回避し、壁や塀に沿って移動しながら清掃し、また、荷物の受け渡しなどのために姿勢を特定の方向に向けると共にその方向に接近（いわゆる接岸）する、などの動作を容易に実現できる。

また、自律移動装置１の上部構造２と下部構造３とは、少なくとも回転ユニット４の回転軸Ｒから下部構造３の外周までの距離の最大値が、回転ユニット４の回転軸Ｒから上部構造２の外周までの距離の最大値よりも小さくされる。

上述の場合、下部構造３の外形が上部構造２の外形の旋回範囲内にあるので、下部構造３は、上部構造２の旋回可能領域内において、その場回転によって任意の向きにその姿勢を変更することができ、自律移動装置１は、柔軟で効率的な走行移動ができる。すなわち、障害物との位置関係の微調整が可能な自律移動装置とすることができる。その結果、搬送先の装置に従来よりも容易に近づくことができ、さらに、接岸のための姿勢調整が容易であるので、自律移動装置１と搬送先の装置との搬送物受け渡し時の接岸失敗ややり直しなどのトラブルを少なくすることができる。

さらに、下部構造２と上部構造３とは、図１（ａ）（ｂ）に示すように、回転ユニット４の回転軸Ｒから下部構造３の外周までの距離の最大値が、回転ユニット４の回転軸Ｒから上部構造２の外周までの距離の最小値よりも小さくされる。このような自律移動装置１によれば、下部構造３が上部構造２の旋回範囲内に納まっているので、下部構造３がその場回転したとしても、下部構造３が外部の構造物と衝突したり接触したりすることがなく、自律移動装置１全体の方向転換や経路変更などが、小スペースで、すなわち狭い空間で、容易かつ安全に実行できる。

また、下部構造３の外周形状は、図２（ａ）（ｂ）のような直方体とはせずに、断面円形としてもよい。このような自律移動装置１によれば、下部構造３がその場回転をしても、下部構造３そのものが外部と衝突したり接触したりしないことが保障され、自律移動装置１全体の方向転換や経路変更などが、小スペースで、容易かつ安全に実行できる。

次に、図３を参照して、自律移動装置１の走行を説明する。図３は自律移動装置１が障害物Ｂ１，Ｂ２を回避しつつ、壁Ｗに囲まれたノードｎ１〜ｎ４間の経路を移動している様子を時系列的に示す。図３のノードｎ１，ｎ２間において、自律移動装置１は、上部構造２と下部構造３とを同じ方向に保った状態で、経路上の障害物Ｂ１を避けながら、点ｐ１〜ｐ４を経由して走行している。

また、ノードｎ２，ｎ３間において、自律移動装置１は、上部構造２をノード間の方向に向けて一定に保ち、下部構造３だけをノードｎ２，ｎ３を結ぶ方向から偏向させて、経路上の障害物Ｂ２を避けながら、点ｐ５〜ｐ１０を経由して走行している。

さらに、ノードｎ３，ｎ４間において、自律移動装置１は、上部構造２をノードｎ３，ｎ４を結ぶ方向に直交させ、下部構造３はノードｎ３，ｎ４を結ぶ方向に向けて点ｐ１１〜ｐ１３を経由して走行している。

ところで、上述のノードｎ１，ｎ２間の経路のように、一方に壁Ｗのない広い開放空間がある場合は、広いスペースを占有して障害物Ｂ１を回避することができるので、上部構造２を下部構造に対して回転させることなく走行することができる。

また、ノードｎ２，ｎ３間の経路のように、経路の両側に壁Ｗがある場合は、壁Ｗや他の移動体などとの接触を回避するために、小スペースで障害物Ｂ２を回避するのが望ましい。そこで、自律移動装置１は、上部構造２を経路方向、すなわち両方の壁Ｗに沿った方向に保った状態で、下部構造３のみを回転させつつ走行している。

また、ノードｎ３，ｎ４間の経路のように、走行経路の両側が比較的広い場合には、特に壁Ｗや他の移動体などとの接触を考慮する必要がない。そこで、自律移動装置１は、点ｐ１０、ノードｎ３、点ｐ１１と左折する場合に、上部構造２の方向（対地方向）を一定に保持したまま、下部構造３のみの方向転換によって左折している。このような方向転換の方法は、例えば、自律移動装置１が、長尺の重量物を搬送している場合に、コーナ部において、重量物の回転による回転モーメントを発生させることがないので、安全でスムーズな搬送が可能となる。

上述のような、走行経路の状況に応じて、移動方向転換や姿勢変更を、滑らかで精度良く、かつ、小スペースで実現して走行移動できるのは、自律移動装置１が、回転ユニット４を備えて上部構造２と下部構造３とが互いに独立に相対的に水平回転駆動できるからである。

次に、図３を再度参照して、自律移動装置１の走行経路を形成するノードの組毎に、予め、上部構造２の取るべき方向を定めておくことについて説明する。自律移動装置１が２次元平面内を走行すると想定すると、自律移動装置１の位置および下部構造３の方向（すなわち、進行方向）は、例えば、走行領域に固定された２次元のｘｙ座標系（地図座標系）における座標値（ｘ，ｙ）と下部構造３の進行方向を表す角度θ３によって決定される。ここで、角度θ３は、ｘ座標軸からｙ座標軸に向けての回転角とする。また、上部構造２の（例えば長手の）方向は、回転ユニット４を介することによって、下部構造３の方向に関わりなく任意の方向をとることができる。そこで、下部構造３の方向すなわちｘ座標軸の方向に対する上部構造２の方向を上部構造方向θ２とする。従って、下部構造３に対する上部構造２の回転角度Δθは、Δθ＝θ２−θ３、となる。

以下に示す表１は、２つのノード間の経路に対して、上部構造２の取るべき方向を指定する。なお、２つのノードを結ぶ方向は、一般にベクトル量とされる。つまり、通常、２つのノード間の往路と復路の両方に対して上部構造２の方向を定義する必要がある。表１において、上部構造２の方向、すなわち上部構造方向θ２が、θ２＝９９９のものは、上部構造２の向きと下部構造３の向きとが同じであることを示す。

表１の例は、図３の例に対応している。すなわち、現在ノードｎｉと次ノードｎｊの組が（ｎ１，ｎ２）の場合、上部構造方向がθ２＝９９９であり、上部構造２は、下部構造３と同じ方向を向いている。また、（ｎ２，ｎ３）及び（ｎ３，ｎ４）の場合、上部構造方向がθ２＝−９０（度）であり、上部構造２は下部構造３の向きとは関わりなく、地図座標系における−ｙ軸方向を向いている。

上述の表１の情報は、記憶手段７が、周囲の状況を示す地図情報と共にを記憶しているものである。制御手段１０は、記憶手段７に記憶された地図情報と表１の情報とに基づいて各走行位置における上部構造２の向き（角度θ２）を実現するように、回転ユニット制御手段４１を介して回転ユニット４を回転制御する。これにより、上部構造２は、下部構造３の方向角度θ３に対し、角度Δθ＝θ２−θ３、だけ回転した状態となる。

このような自律移動装置１は、上部構造２の向きを、例えば予め決めておいたエリア毎に、所定の向きとすることができるので、進行方向と壁面との関係が一定の廊下などを走行する場合に、容易に上部構造を壁面に沿わせて、走行移動できる。すなわち、地図情報に基づいて上部構造２の向きを定めればよく、向きを定めるための複雑な演算処理などが不要であり、自律走行のための制御速度を速めることができる。このような走行移動は、壁面に関する作業、例えば壁面清掃をする場合や、上部構造２の長手方向を壁面の方向に添わせて狭い通路を走行する場合に、有効である。

次に、環境情報取得手段６が周囲環境にライン状のものを検出した場合の自律移動装置１の動作について説明する。なお、ライン状のものとは、測定対象物（外部構造物）の表面と、ある平面（測定平面、通常水平面）との交線がライン状となる測定対象物のことであり、ライン方向とは、その交線の方向である。自律移動装置１が、特定の走行領域における、作業台の縁面や側壁や塀などで構成されるライン状の形状物に、上部構造２の一辺が平行となるように、走行経路上で上部構造２を回転するものとする。このような状況は、例えば、搬送用の自律移動装置１が、搬送物の受け渡しのために、相手方に接岸する場合に発生する。

そこで、以下に示す表２のように、上部構造２の方向を角度θ２によって、上部構造方向として指定した後に、さらに、上部構造２の一辺をライン方向に倣うように（すなわち平行になるように）調整するかしないかを設定して、記憶手段７に記憶させておく。表２は、前述の表１に、ライン方向での倣いの有無の項目を追加したものとなっている。上部構造２の方向がライン方向に倣う場合は、ｎｋ＝１であり、倣わない場合はｎｋ＝０である。

表２の例は、図４の例に対応している。すなわち、現在ノードｎｉと次ノードｎｊの組が（ｎ２，ｎ３）の場合、上部構造２の方向はθ２＝０（度）であり、さらに、倣いの有無は、ｎｋ＝１（倣い有り）となっている。従って、自律移動装置１は、走行経路（ｎ２，ｎ３）上で、上部構造２の四角形の一辺が側壁Ｗに平行となるように、回転ユニット４を用いて、上部構造２を回転する。そして、環境情報取得手段６によって検出されたラインの方向に上部構造２を倣わせるため、上部構造方向θ２で指定された角度から、予め記憶手段７に記憶した角度範囲で、上部構造２を回転させる。この角度範囲で倣わせない場合（ｎｋ＝０の場合）は、角度θ２で指定した角度となるように回転させる。

また、図４において、自律移動装置１が、ノードｎ３から、矢印ａの方向に進む場合について説明する。上部構造２を略θ２＝０として、つまり、上部構造２の四角形の一辺をｘ軸に垂直な側壁Ｗに平行にした状態で、その側壁Ｗに沿って、その面に倣いながら、または接近した状態で（場合によっては摺動して）走行するように設定しておけば、特定領域において、外部構造物との搬送物受け渡し位置を検出して停止するのに好都合である。

また、指示手段１４からノードｎ３を最終目的地とした移動指示を受けて、図４に示すように、ノードｎ３に到着したとき、環境情報取得手段６によって外部構造物（側壁Ｗ）との距離が予め記憶手段７に記憶している値より大きいと検出された場合、または、接岸作業において外部構造物との搬送物受け渡し位置が外部構造物のライン方向に沿ってずれている場合、制御手段１０は、上述の表２を用いることなく、環境情報取得手段６による検出結果に基づいて位置や角度の調整を行うようにしてもよい。このようにすると、自律移動装置１がライン状の側壁を有する外部構造物の側壁に接近する場合に、環境情報取得手段６によってその側壁の方向（ラインの方向）を確認しつつ接近できる。

従って、自律移動装置１は、現在認識している位置情報と記憶手段７に記憶した地図情報とを用いて地図情報から外部構造物の側壁の方向を得る場合に発生する、実際の側壁の方向の誤差を方向を確認しつつ修正することができる。さらに、接岸作業においては、予め設定した接岸位置を検出することにより側壁の方向（ラインの方向）に倣いつつ移動することができ、位置の微調整が可能となる。上述のように、図４は、ノードｎ３に到着後、矢印ａの方向に位置を調整している様子を示す。

接岸位置は、上部構造２の接岸する側の一辺に、例えばＣＣＤカメラを取り付け、着岸位置に予めマークを設けておき、ＣＣＤカメラでマークを撮像し、その画像を画像処理してマークの位置を特定するなどの方法により、検出することができる。自律移動装置１が側壁の方向に接近して移動するにつれ、そのマークが画像上で移動し、また、拡大するので、そのマークが画像上の特定の位置に検出されたときに、自律移動装置１が接岸位置に達した、と判断すればよい。

次に、図５、図６を参照して、環境情報取得手段６によって上述の処理に用いるライン状の外部構造物のライン方向を検出することについて説明する。図５は自律移動装置１がレーザレンジファインダを用いて側壁Ｗ上のラインを検出する様子を示し、図６は２つの距離センサによる側壁検出の例を示す。レーザレンジファインダを用いて、走行方向前方の水平面を一定角度毎にスキャンすることにより、測定点ａ１，ａ２，．．，ａｎまでの距離データ列を取得できる。このような測定データ列が得られると、例えば、「ＬｉＺｈａｎｇ、ＢｉｊｏｙＫ．Ｇｈｏｓｈ，”ＬｉｎｅＳｅｇｍｅｎｔＢａｓｅｄｍａｐｂｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎＵｓｉｎｇ２ＤＬａｓｅｒＲａｎｇｅｆｉｎｄｅｒ”ＩＥＥＥＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ＯｎＲｏｂｏｔｉｃｓ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｐｐ．２５３８−２５４３，２０００」に示される手法によって、外部構造物のライン方向を検出することができる。

また、図６に示すように、上部構造２に複数の距離センサ３１を備え、複数の距離センサ３１による距離測定データを取得すると、上部構造２に対する外部構造物、例えば側壁Ｗのライン方向を相対的に求めることができる。

次に、図７のフローチャートを参照して、自律移動装置１の自律走行を説明する。このフローチャートでは、自律移動装置１が、自ら生成した経路に従って目的地まで自律走行し、目的地において、上部構造２を所定の方向に向けて停止するまでの移動の処理を示す。この処理では、制御手段１０が、上述の表２に相当する表を参照し、上部構造２の方向をノード間で設定された方向に維持しながら所定の制御周期のもとで、自律移動装置１が停止するまでステップＳ１〜Ｓ８を繰り返す。

自律移動装置１は、目的地を与えられて生成した走行経路に従って、自己位置を認識しながら走行している。そこで、移動中の制御周期のある時点において、その時点での移動が接岸を目前としている移動かどうかを判断する（Ｓ１）。移動が接岸のための移動の場合（Ｓ１でＹｅｓ）、ステップＳ５に進んで、環境情報取得手段６から外部構造物のライン方向、及びそのラインまでの距離情報を取得してステップＳ６に進む。

移動が接岸のための移動ではない場合（Ｓ１でＮｏ）、次ノードまたはその近傍に到達したかどうか判断し、次ノードに達している場合（Ｓ２でＹｅｓ）、表２に相当する表を参照して、上部構造２の角度θ２、および、ライン倣いを行うかどうかの情報（ｎｋ値）を取得し、ステップＳ４に進む。なお、次ノードに達していない場合は（Ｓ２でＮｏ）、以前の制御周期において取得して保持している前ノードと次ノードの経路に対応する情報が用いられる。

ステップＳ４では、ライン状のものに倣う動作を行う移動かどうか、現在保持しているｎｋの値によって判断する。ｎｋ＝０であって、ライン倣い移動でないならば（Ｓ４でＮｏ）、ステップＳ６に進む。ｎｋ＝１であって、ライン倣い移動であれば（Ｓ４でＹｅｓ）、ステップＳ５に進んで、環境情報取得手段６から外部構造物のライン方向、及びそのラインまでの距離情報を取得してステップＳ６に進む。

上述のように、外部構造物のライン方向、及びそのラインまでの距離情報を取得する動作（Ｓ５）は、接岸のため接近するときの平行にする倣い動作と、ラインに沿って移動するときの平行にする倣い動作の両方の場合において行われる。前者は、図４におけるノードｎ３位置での接近時の倣い動作であり、後者は、図３におけるノードｎ２，ｎ３間の経路を移動するときの倣い動作である。また、ステップＳ４における、ライン倣い移動でない移動は（Ｓ４でＮｏ）、図３におけるノードｎ１，ｎ２間の経路での移動に対応する。

ステップＳ６では、表２に相当する表を参照して得た上部構造２の角度θ２に基づいて、下部構造３に対する上部構造２の回転角度Δθを決定する。この処理は、上部構造２の向きを決める角度が、地図座標系に基づいて与えられ、回転ユニット４による上部構造２の回転角度が、下部構造３に対する角度Δθとして与えられることから必要である。

上記によって、回転角度Δθが決定されると、回転ユニット４が駆動されて上部構造２が所定の方向に回転され（Ｓ７）、走行手段５が駆動されることによって下部構造３、従って自律移動装置１の全体が自律移動する（Ｓ８）。

次のステップＳ９において、下部構造３が目的地に到達し、かつ、上部構造２が目的地における所定の方向に回転していることが確認できたら移動は終了し（Ｓ９でＹｅｓ）、そうでない場合は（Ｓ９でＮｏ）、ステップＳ１から上述の処理が繰り返される。

次に、図８を参照して、自律移動装置１の他の例を説明する。図８に示す自律移動装置１は、上部構造２と回転ユニット４との間に、緩衝構造８を備えている。緩衝構造８は、上部構造２とは不図示のスライダを介して一体とされており、そのスライダの動作を板バネやコイルバネなどのバネで拘束した構造と成っている。上部構造２は、スライダの方向に沿って下部構造３と共に外部構造物に接近するときに、より安全に外部構造と接触することができる。すなわち、上部構造２を接岸などの目的のために外部構造部物に接触させる場合に、接触時の衝撃を緩衝構造によって吸収することができる。なお、緩衝構造８は、バネによらずに、エアダンパやオイルダンパなどを用いて構成してもよい。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、回転軸Ｒは、上部構造２と下部構造３との相対的回転を行うためのものであり、複数の回転軸を設けて状況に応じて回転軸を使い分けるようにしてもよく、また、上下構造の各中心軸から偏心した位置に設けることもできる。

本発明の一実施形態に係る自律移動装置のブロック構成図。（ａ）は同上自律移動装置の斜視図、（ｂ）は同側面図。同上自律移動装置が障害物を移動しつつノード間の経路を移動している様子を時系列的に示す平面図。同上自律移動装置が壁沿いに移動する様子を示す平面図。同上自律移動装置がライン状の側壁を検出する様子を示す平面図。同上自律移動装置が２つの距離センサによる側壁検出を示す平面図。同上自律移動装置の自律走行のフローチャート。同上自律移動装置が緩衝構造を備えた例を示す側面図。

符号の説明

１自律移動装置
２上部構造
３下部構造
４回転ユニット
５走行手段
６環境情報取得手段
７記憶手段
８緩衝構造
１０制御手段
Ｒ回転軸

Claims

周囲の環境を認識して自律的に走行する自律移動装置であって、
上部構造と、
この上部構造の下方に位置する下部構造と、
前記上部構造と下部構造とを回転軸を介して接続すると共に互いに相対的に水平回転駆動させる回転ユニットと、
前記下部構造に設けられ複数の車輪を含み当該下部構造の走行とその場回転とを可能とする走行手段と、
走行中の周囲の環境情報を取得する環境情報取得手段と、
前記環境情報取得手段によって取得した環境情報に基づいて自律的に走行するため前記走行手段および前記回転ユニットを制御する制御手段と、
前記上部構造の形状情報を記憶する記憶手段と、を備え、
前記下部構造と上部構造とは、前記回転ユニットの回転軸から前記下部構造の外周までの距離の最大値が、前記回転ユニットの回転軸から前記上部構造の外周までの距離の最大値よりも小さくされ、
前記制御手段は、前記下部構造が前記環境情報取得手段によって取得された周囲の環境情報より分かる物体に近づいたときに、その物体の形状情報と前記記憶手段に記憶した上部構造の形状情報とに応じて、前記回転ユニットを駆動制御し、前記上部構造の前記物体に対する向きを変化させ、
さらに、前記環境情報取得手段によって取得された周囲の環境情報よりライン状の物体を検出したときに、前記回転ユニットを制御し、そのラインの方向に倣うように前記上部構造を回転させることを特徴とする自律移動装置。
前記下部構造と上部構造とは、前記回転ユニットの回転軸から前記下部構造の外周までの距離の最大値が、前記回転ユニットの回転軸から前記上部構造の外周までの距離の最小値よりも小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
前記下部構造の外周形状が円形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自律移動装置。
前記記憶手段は、周囲の状況を示す地図情報を記憶しており、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された地図情報に基づいて各走行位置における前記上部構造の向きを定めることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の自律移動装置。
前記上部構造は、前記回転ユニットとの間に緩衝構造を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の自律移動装置。