JP6245012B2 - 移動体及び移動体の制御方法、制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、移動体及び移動体の制御方法、制御プログラムに関し、例えば、走行部と、走行部に対して旋回可能に連結された胴部と、胴部に対して旋回可能に連結され、障害物を検出する検出部と、を備え、当該検出部からの検出信号に基づいて走行部を制御する移動体、及び移動体の制御方法、制御プログラムに関する。

例えば、自律走行又は外部から操作される移動体は、走行部に対して旋回可能に連結された頭部に移動体の周囲の障害物を検出する検出部が設けられており、当該検出部の検出信号に基づいて走行部を制御する。

このとき、頭部を適切な向きに向けることが重要であるが、特許文献１の移動体は、モータと４つの車輪の操向軸とに操向ベルトを掛け渡し、さらに同一のモータとカメラの枢支軸とに回頭ベルトを掛け渡すことで、当該モータを回転させると４つの車輪とカメラとを同一の旋回方向に同一の旋回角度で旋回させることができる構成とされている。つまり、特許文献１の移動体は、当該移動体の走行方向にカメラを向けることができる。

特開平１１−２０２９３７号公報

特許文献１の移動体は、当該移動体の走行方向にカメラを向けることができるが、移動体が旋回中にその旋回方向側の先に存在する障害物を前もって検出することができない。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、移動体が旋回中にその旋回方向側の先に存在する障害物を前もって検出することができる移動体、及び移動体の制御方法、制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る移動体は、
走行部と、
前記走行部に対して旋回可能に連結された胴部と、
前記胴部に対して旋回可能に連結され、障害物を検出する検出部と、
を備え、前記検出部からの検出信号に基づいて前記走行部を制御する移動体であって、
前記走行部が前記胴部に対して旋回しているとき、前記走行部に対して当該走行部の旋回方向側の先に存在する障害物を検出するように、前記走行部における前記胴部に対する旋回方向へ前記走行部における前記胴部に対する旋回角度より大きい角度で、前記検出部は前記胴部に対して旋回する。
これにより、移動体が旋回動作中にその旋回方向側の先に存在する障害物を前もって検出することができ、障害物との接触を回避することができる。

上述の移動体において、前記走行部における前記胴部に対する旋回角度をθ（rad）、前記検出部における前記胴部に対する旋回角度をφ（rad）、前記走行部のワールド座標系における旋回角速度をω（rad/s）、前記移動体が旋回動作中に、前記検出部が障害物を検出してから前記移動体が対応する動作をとるまでの猶予時間をα（s）とすると、以下の＜式１＞を満たすように前記検出部の旋回動作を制御することが好ましい。
＜式１＞
φ＝θ＋αω
これにより、走行部が旋回動作中に障害物を検出してから当該走行部の旋回を停止するまでに走行部が胴部に対して旋回する角度以上の角度で検出部を胴部に対して旋回させることができるので、障害物に接触する前に走行部の旋回を停止させることができる。

本発明の一態様に係る移動体の制御方法は、
走行部と、
前記走行部に対して旋回可能に連結された胴部と、
前記胴部に対して旋回可能に連結され、障害物を検出する検出部と、
を備え、前記検出部からの検出信号に基づいて前記走行部を制御する移動体の制御方法であって、
前記走行部が前記胴部に対して旋回しているとき、前記走行部に対して当該走行部の旋回方向側の先に存在する障害物を検出するように、前記走行部における前記胴部に対する旋回方向へ前記走行部における前記胴部に対する旋回角度より大きい角度で、前記検出部を前記胴部に対して旋回させる。
これにより、移動体が旋回動作中にその旋回方向側の先に存在する障害物を前もって検出することができ、障害物との接触を回避することができる。

上述の移動体の制御方法において、前記走行部における前記胴部に対する旋回角度をθ（rad）、前記検出部における前記胴部に対する旋回角度をφ（rad）、前記走行部のワールド座標系における旋回角速度をω（rad/s）、前記移動体が旋回動作中に、前記検出部が障害物を検出してから前記移動体が対応する動作をとるまでの猶予時間をα（s）とすると、以下の＜式２＞を満たすように前記検出部の旋回動作を制御することが好ましい。
＜式２＞
φ＝θ＋αω
これにより、走行部が旋回動作中に障害物を検出してから当該走行部の旋回を停止するまでに走行部が胴部に対して旋回する角度以上の角度で検出部を胴部に対して旋回させることができるので、障害物に接触する前に走行部の旋回を停止させることができる。

本発明の一態様に係る移動体の制御プログラムは、
走行部と、
前記走行部に対して旋回可能に連結された胴部と、
前記胴部に対して旋回可能に連結され、障害物を検出する検出部と、
を備え、前記検出部からの検出信号に基づいて前記走行部を制御する移動体の制御プログラムであって、
前記走行部が前記胴部に対して旋回しているとき、前記走行部に対して当該走行部の旋回方向側の先に存在する障害物を検出するように、前記走行部における前記胴部に対する旋回方向へ前記走行部における前記胴部に対する旋回角度より大きい角度で、前記検出部が前記胴部に対して旋回する処理をコンピュータに実行させる。
これにより、移動体が旋回動作中にその旋回方向側の先に存在する障害物を前もって検出することができ、障害物との接触を回避することができる。

上述の移動体の制御プログラムにおいて、前記走行部における前記胴部に対する旋回角度をθ（rad）、前記検出部における前記胴部に対する旋回角度をφ（rad）、前記走行部のワールド座標系における旋回角速度をω（rad/s）、前記移動体が旋回動作中に、前記検出部が障害物を検出してから前記移動体が対応する動作をとるまでの猶予時間をα（s）とすると、以下の＜式３＞を満たすように前記検出部の旋回動作を制御する処理をコンピュータに実行させることが好ましい。
＜式３＞
φ＝θ＋αω
これにより、走行部が旋回動作中に障害物を検出してから当該走行部の旋回を停止するまでに走行部が胴部に対して旋回する角度以上の角度で検出部を胴部に対して旋回させることができるので、障害物に接触する前に走行部の旋回を停止させることができる。

本発明によれば、移動体が旋回中にその旋回方向側の先に存在する障害物を前もって検出することができる移動体、及び移動体の制御方法、制御プログラムを提供することができる。

実施の形態の移動体における走行部、胴部及び頭部が旋回していない状態を模式的に示す側面図である。 実施の形態の移動体における走行部、胴部及び頭部が旋回していない状態を模式的に示す上方斜視図である。 実施の形態の移動体における走行部が胴部に対して旋回していない状態を模式的に示す平面図である。 実施の形態の移動体の制御系のブロック図である。 実施の形態の移動体における第４のアクチュエータの制御の流れを示すフローチャート図である。 実施の形態の移動体における走行部が胴部に対して旋回中の状態を模式的に示す平面図である。 実施の形態の移動体における走行部が胴部に対して旋回した後の状態を模式的に示す平面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

先ず、本実施の形態の移動体の基本構成を簡単に説明する。図１は、本実施の形態の移動体における走行部、胴部及び頭部が旋回していない状態を模式的に示す側面図である。図２は、本実施の形態の移動体における走行部、胴部及び頭部が旋回していない状態を模式的に示す上方斜視図である。図３は、本実施の形態の移動体における走行部が胴部に対して旋回していない状態を模式的に示す平面図である。図４は、本実施の形態の移動体の制御系のブロック図である。なお、図３では、走行部を明確に示すために、走行部を実線で示し、胴部及び頭部を破線で示している。また、図１及び図３では、検出部の検出範囲を一点鎖線で示している。

図１乃至図４に示すように、本実施の形態の移動体１は、走行部２、胴部３、頭部４、演算部５及び記憶部６を備えており、自律移動する又は外部から操作される。走行部２は、全方向走行体であり、例えば特開２００７−１５２０１９号公報の車両本体と略等しい構成とされている。

詳細には、移動体１は、第１の車輪２ａ、第２の車輪２ｂ、第３の車輪２ｃ、第４の車輪２ｄ、第１のアクチュエータ２ｅ、第２のアクチュエータ２ｆ、第３のアクチュエータ２ｇ及び筐体２ｈを備えている。

第１の車輪２ａは、走行部２の右前輪を成し、例えば車輪の略接線方向に延在する軸を中心に受動的に回転可能な全方向車輪を備えている。第２の車輪２ｂは、走行部２の左前輪を成し、例えば車輪の略接線方向に延在する軸を中心に受動的に回転可能な全方向車輪を備えている。第３の車輪２ｃは、走行部２の右後輪を成し、例えば通常のタイヤ車輪を備えている。第４の車輪２ｄは、走行部２の左後輪を成し、例えば通常のタイヤ車輪を備えている。

第１のアクチュエータ２ｅは、モータやエンコーダ、減速機などを備え、無端ベルトを介してモータの駆動力が第１の車輪２ａ及び第３の車輪２ｃに伝達可能である。第１のアクチュエータ２ｅは、演算部５から入力される制御信号に基づいて動作する。

第２のアクチュエータ２ｆは、モータやエンコーダ、減速機などを備え、無端ベルトを介してモータの駆動力が第２の車輪２ｂ及び第４の車輪２ｄに伝達可能である。第２のアクチュエータ２ｆは、演算部５から入力される制御信号に基づいて動作する。
これにより、走行部２は４ＷＤ方式の駆動機構を実現している。

第３のアクチュエータ２ｇは、モータやエンコーダ、減速機などを備えている。第３のアクチュエータ２ｇの出力軸は、移動体１の上下方向に延在しており、例えば移動体１の上下方向から見て当該移動体１の重心位置と略重なる位置に配置されている。この第３のアクチュエータ２ｇの出力軸に胴部３が連結されている。第３のアクチュエータ２ｇは、演算部５から入力される制御信号に基づいて動作し、例えば特開２００７−１５２０１９号公報と略同様に胴部３に対して走行部２を能動キャスタとして機能させる。

筐体２ｈは、第１の車輪２ａ、第２の車輪２ｂ、第３の車輪２ｃ及び第４の車輪２ｄを支持すると共に、第１のアクチュエータ２ｅ、第２のアクチュエータ２ｆ及び第３のアクチュエータ２ｇの主要部（即ち、出力軸以外の部分）を収容している。

胴部３は、走行部２に旋回可能に連結されている。本実施の形態の胴部３は、ロボットアーム３ａ、第４のアクチュエータ３ｂ及び筐体３ｃを備えている。ロボットアーム３ａの根元部分は、筐体３ｃに連結されている。ロボットアーム３ａの先端部分には、ハンドを備えている。このロボットアーム３ａは、演算部５から入力される制御信号に基づいて動作する。

第４のアクチュエータ３ｂは、モータやエンコーダ、減速機などを備えている。第４のアクチュエータ３ｂの出力軸は、移動体１の上下方向に延在しており、例えば移動体１の上下方向から見て当該移動体１の重心位置と略重なる位置に配置されている。この第４のアクチュエータ３ｂの出力軸に頭部４が連結されている。第４のアクチュエータ３ｂは、演算部５から入力される制御信号に基づいて動作する。

筐体３ｃは、ロボットアーム３ａを支持すると共に、第４のアクチュエータ３ｂの主要部（即ち、出力軸以外の部分）を収容する。筐体３ｃの下部は、第３のアクチュエータ２ｇの出力軸に連結されている。これにより、走行部２と胴部３とは第３のアクチュエータ２ｇの出力軸を中心として相対的に旋回可能な関係である。

頭部４は、胴部３に旋回可能に連結されている。頭部４は、検出部４ａ及び筐体４ｂを備えている。検出部４ａは、移動体１周辺の障害物を検出する。検出部４ａとしては、ステレオカメラやＲＧＢＤカメラなどを有する測距センサを用いることができ、検出信号を演算部５に出力する。但し、検出部４ａとしては、一般的な測距センサを用いることができる。

筐体４ｂは、検出部４ａを支持する。筐体４ｂの下部は、第４のアクチュエータ３ｂの出力軸に連結されている。これにより、胴部３と頭部４とは第４のアクチュエータ３ｂの出力軸を中心として相対的に旋回可能な関係である。

演算部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、記憶部６に格納されたプログラムなどを読み出して、当該プログラムを実行する。詳細には、演算部５は、予め設定されたルートを自律走行させるため又は外部からの操作に基づいて動作させるためのプログラムを実行し、第１のアクチュエータ２ｅ、第２のアクチュエータ２ｆ、第３のアクチュエータ２ｇ、第４のアクチュエータ３ｂ及びロボットアーム３ａを制御する。ここで、本実施の形態の演算部５は、上述のように胴部３に対して走行部２を能動キャスタとして機能させる。そのため、本実施の形態の移動体１は、胴部３の前側を所望の方向に向けた状態で移動し又は静止し続けることが可能である。

記憶部６は、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等を有し、上述のプログラムなどが格納されている。

このような移動体１は、胴部３に対して走行部２を能動キャスタとして機能させる際に、検出部４ａの検出信号に基づいて移動体１の閾値以下の範囲に障害物が存在するか否かを判定し、障害物が存在すると、第１のアクチュエータ２ｅ及び第２のアクチュエータ２ｆを制御し、停止する又は減速する又は障害物を回避するように走行する。

次に、本実施の形態の移動体１における第４のアクチュエータ３ｂの制御について説明する。演算部５は、能動キャスタとして機能するべく走行部２が胴部３に対して旋回しているとき、走行部２に対して当該走行部２の旋回方向側の先に存在する障害物を検出するべく、走行部２における胴部３に対する旋回方向へ当該走行部２における胴部３に対する旋回角度より大きい角度で、頭部４が胴部３に対して旋回するように、第４のアクチュエータ３ｂを制御する処理を実行する。

次に、本実施の形態の移動体１における第４のアクチュエータ３ｂの制御の流れを説明する。ここで、図５は、本実施の形態の移動体における第４のアクチュエータの制御の流れを示すフローチャート図である。図６は、本実施の形態の移動体における走行部が胴部に対して旋回中の状態を模式的に示す平面図である。図７は、本実施の形態の移動体における走行部が胴部に対して旋回した後の状態を模式的に示す平面図である。なお、図６及び図７では、走行部を明確に示すために、走行部を実線で示し、胴部及び頭部を破線で示している。また、図６及び図７では、検出部の検出範囲を一点鎖線で示している。

先ず、演算部５は、走行部２における胴部３に対する旋回角度θ（rad）がゼロか否かを判定する（Ｓ１）。

演算部５は、図３に示すように、θ＝０（Ｓ１のＹＥＳ）であると、次に、走行部２のワールド座標系における旋回角速度ω（rad/s）がゼロか否かを判定する（Ｓ２）。演算部５は、ω＝０（Ｓ３のＹＥＳ）であると、再び、Ｓ１の工程に戻る。つまり、演算部５は、走行部２が直進しているとき、検出部４ａが走行部２の進行方向を向くように、頭部４における胴部３に対する旋回角度φ（rad）を走行部２における胴部３に対する旋回角度θと等しくする処理を実行する。

一方、演算部５は、θ≠０（Ｓ１のＮＯ）又はω≠０（Ｓ２のＮＯ）であると、次に、図６に示すように、走行部２における胴部３に対する旋回方向へ当該走行部２における胴部３に対する旋回角度より大きい角度で、頭部４が胴部３に対して旋回するように、第４のアクチュエータ３ｂを制御する処理を実行する。つまり、演算部５は、頭部４を走行部２に対して速い旋回速度で旋回する処理を実行する。ここで、演算部５は、以下の＜式１＞を満たすように第４のアクチュエータ３ｂを制御する処理を実行することが好ましい。

＜式１＞
φ＝θ+αω
但し、αは検出部４ａが障害物を検出してから移動体１が対応する動作をとるまでの猶予時間（s）である。

演算部５は、走行部２における胴部３に対する旋回が終了し、ω＝０になると、図７に示すように、第４のアクチュエータ３ｂを制御してφをθと等しくする処理を実行する。つまり、演算部５は、頭部４を振り戻して、頭部４における胴部３に対する旋回角度φと走行部２における胴部３に対する旋回角度θとを等しくする処理を実行する。これにより、走行部２の旋回動作が終了して当該走行部２が直進するとき、検出部４ａは移動体１の走行方向の障害物を良好に検出することができる。

このように本実施の形態の移動体及び移動体の制御方法、制御プログラムは、走行部２の旋回動作中に、走行部２における胴部３に対する旋回方向へ当該走行部２における胴部３に対する旋回角度より大きい角度で、検出部４ａを胴部３に対して旋回させる。そのため、移動体が旋回動作中にその旋回方向側の先に存在する障害物を前もって検出することができ、障害物との接触を回避することができる。

しかも、本実施の形態の演算部５は、上述の＜式１＞を満たすように第４のアクチュエータ３ｂを制御する処理を実行する。つまり、演算部５は、走行部２が旋回動作中に障害物を検出してから当該走行部２の旋回を停止するまでに走行部２が胴部３に対して旋回する角度以上の角度で検出部４ａを胴部３に対して旋回させることができるので、障害物に接触する前に走行部２の旋回を停止させることができる。但し、走行部２の旋回動作中において、φ≧θ+αωを満たせば、走行部２の旋回を停止させることができる。

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。

上記実施の形態では、演算部５を用いてプログラムを実行しているが、制御部などのハードウエア資源を用いて上述の処理を実行してもよい。

上記実施の形態の走行部２は、４ＷＤ方式を採用しているが、左右の車輪２ａ、２ｂを自在キャスタやオムニホイールなどで構成し、左右の車輪２ｃ、２ｄを駆動輪としてもよい。

上記実施の形態では、頭部４を旋回させることで、検出部４ａを胴部３に対して旋回させているが、検出部４ａ自体を胴部３に対して旋回させてもよい。

１ 移動体
２ 走行部、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 車輪、２ｅ 第１のアクチュエータ、２ｆ 第２のアクチュエータ、２ｇ 第３のアクチュエータ、２ｈ 筐体
３ 胴部、３ａ ロボットアーム、３ｂ 第４のアクチュエータ、３ｃ 筐体
４ 頭部、４ａ 検出部、４ｂ 筐体
５ 演算部
６ 記憶部

Claims (3)

1. 走行部と、
   前記走行部に対して旋回可能に連結された胴部と、
   前記胴部に対して旋回可能に連結され、障害物を検出する検出部と、
   を備え、前記検出部からの検出信号に基づいて前記走行部を制御する移動体であって、
   前記走行部が前記胴部に対して旋回しているとき、前記走行部に対して当該走行部の旋回方向側の先に存在する障害物を検出するように、前記走行部における前記胴部に対する旋回角度より大きい角度で、前記走行部における前記胴部に対する旋回方向へ前記検出部は前記胴部に対して旋回し、
   前記走行部における前記胴部に対する旋回角度をθ（rad）、前記検出部における前記胴部に対する旋回角度をφ（rad）、前記走行部のワールド座標系における旋回角速度をω（rad/s）、前記走行部が前記胴部に対して旋回している期間中に、前記検出部が障害物を検出してから前記移動体が対応する動作をとるまでの予め設定された猶予時間をα（s）とすると、以下の＜式１＞を満たすように前記検出部の旋回動作を制御する移動体。
   ＜式１＞
   φ＝θ＋αω
   但し、前記走行部のワールド座標系における旋回角速度の正負の符号と前記走行部における前記胴部に対する旋回方向の正負の符号とが等しい場合に限る。
2. 走行部と、
   前記走行部に対して旋回可能に連結された胴部と、
   前記胴部に対して旋回可能に連結され、障害物を検出する検出部と、
   を備え、前記検出部からの検出信号に基づいて前記走行部を制御する移動体の制御方法であって、
   前記走行部が前記胴部に対して旋回しているとき、前記走行部に対して当該走行部の旋回方向側の先に存在する障害物を検出するように、前記走行部における前記胴部に対する旋回角度より大きい角度で、前記走行部における前記胴部に対する旋回方向へ前記検出部を前記胴部に対して旋回させ、
   前記検出部を前記胴部に対して旋回させる際に、前記走行部における前記胴部に対する旋回角度をθ（rad）、前記検出部における前記胴部に対する旋回角度をφ（rad）、前記走行部のワールド座標系における旋回角速度をω（rad/s）、前記走行部が前記胴部に対して旋回している期間中に、前記検出部が障害物を検出してから前記移動体が対応する動作をとるまでの予め設定された猶予時間をα（s）とすると、以下の＜式２＞を満たすように前記検出部の旋回動作を制御する移動体の制御方法。
   ＜式２＞
   φ＝θ＋αω
   但し、前記走行部のワールド座標系における旋回角速度の正負の符号と前記走行部における前記胴部に対する旋回方向の正負の符号とが等しい場合に限る。
3. 走行部と、
   前記走行部に対して旋回可能に連結された胴部と、
   前記胴部に対して旋回可能に連結され、障害物を検出する検出部と、
   を備え、前記検出部からの検出信号に基づいて前記走行部を制御する移動体の制御プログラムであって、
   前記走行部が前記胴部に対して旋回しているとき、前記走行部に対して当該走行部の旋回方向側の先に存在する障害物を検出するように、前記走行部における前記胴部に対する旋回角度より大きい角度で、前記走行部における前記胴部に対する旋回方向へ前記検出部を前記胴部に対して旋回させ、
   前記検出部を前記胴部に対して旋回させる際に、前記走行部における前記胴部に対する旋回角度をθ（rad）、前記検出部における前記胴部に対する旋回角度をφ（rad）、前記走行部のワールド座標系における旋回角速度をω（rad/s）、前記走行部が前記胴部に対して旋回している期間中に、前記検出部が障害物を検出してから前記移動体が対応する動作をとるまでの予め設定された猶予時間をα（s）とすると、以下の＜式３＞を満たすように前記検出部の旋回動作を制御する処理をコンピュータに実行させる移動体の制御プログラム。
   ＜式３＞
   φ＝θ＋αω
   但し、前記走行部のワールド座標系における旋回角速度の正負の符号と前記走行部における前記胴部に対する旋回方向の正負の符号とが等しい場合に限る。

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