JP7188232B2 - 自律移動ロボット - Google Patents

Description

本発明は、自律移動ロボットに関する。

医療施設や介護施設などに代表される施設においては、昼間は多くの職員が施設内を行き来しており、施設内で不具合が発生した対象者を職員が迅速に発見することが可能である。一方、夜間は宿直担当職員が一定時間間隔で施設内を定期巡回することにより不具合の発見に努めている。

このような状況を補うために、施設内の所定の位置にカメラを設置し、該カメラが撮像した画像（静止画像又は動画像）を職員が待機している居室に転送するシステムが採用されている。

しかしながら、上述したシステムにおいて、カメラの死角に存在する対象者を画像で発見することは困難である。例えば、宿直担当職員の巡回時間間隔が１時間の場合、巡回直後にカメラの死角で転倒したり徘徊している対象者を発見するのは、次の１時間後になってしまう場合がある。

かかる状況を改善すべく、施設内を自動巡回する自律移動ロボットを利用することができる。自動巡回する自律移動ロボットが、巡回経路に障害物を検知した場合、当該障害物に衝突することなく安全に回避する動作が望まれる。また、職員が当該自律移動ロボットに対して手動で進行方向や速度を指定した場合にも、障害物に衝突することなく安全に回避する動作が求められる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、手動で動作を指定された場合であっても、障害物に衝突することのない移動速度で移動することが可能な自律移動ロボットを実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の態様１に係る自律移動ロボットは、フロア上を自動巡回する自律移動ロボットであって、当該自律移動ロボットの進行方向に存在する障害物までの距離を検知するセンサと、前記センサの出力信号を参照して、当該自律移動ロボットを制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記センサの出力信号を参照して、前記障害物までの距離に応じた上限速度を決定する処理と、ユーザ操作に従って走行する手動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行する構成である。

上記の構成によれば、ユーザの要求に応じた走行（手動モードによる走行）中であっても、障害物までの距離に応じた速度に制限した走行が可能な自律移動ロボットを実現することができる。

本発明の態様２に係る自律移動ロボットは、上記の態様１において、前記コントローラは、前記手動モードにおいて、前記ユーザが前記自律移動ロボットを前進させる力、及び、前記ユーザが前記自律移動ロボットを回転させる力のうちの少なくとも一つに応じて、前記自律移動ロボットの移動方向および速度のうちの少なくとも一つを決定する、構成としてもよい。

上記の構成によれば、ユーザにより加えられた力に応じて手動モードの態様を決定することができる。

本発明の態様３に係る自律移動ロボットは、上記の態様１または２において、前記上限速度は、前記フロア上を走行する当該自律移動ロボットの走行速度に応じた制動距離に所定の距離を加えた安全停止距離で停止する速度であり、前記コントローラは、走行中の当該自律移動ロボットから前記障害物までの距離が前記安全停止距離以下になった場合、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行する構成としてもよい。

上記の構成によれば、障害物までの距離が安全停止距離より長くなる速度で走行することにより、障害物を回避する走行を安全に実行する自律移動ロボットを実現することができる。

本発明の態様４に係る自律移動ロボットは、上記の態様３において、前記センサが前記障害物を検知してから、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する指令を実行するまでの間に当該自律移動ロボットが走行する空走距離と、前記制動距離との和が、前記安全停止距離よりも短い構成としてもよい。

上記の構成によれば、所定の距離を空走距離よりも長く設定することにより、安全マージンが確保され、障害物を回避する走行を安全に実行する自律移動ロボットを実現することができる。

本発明の態様５に係る自律移動ロボットは、上記の態様１から４の何れか１項において、前記コントローラは、ユーザ操作とは独立に設定された巡回経路に従って走行する自動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行する構成としてもよい。

上記の構成によれば、自動巡回モード中であっても、障害物までの距離に応じた速度に制限した走行が可能な自律移動ロボットを実現することができる。

本発明の態様６に係る自律移動ロボットは、上記の態様１から５の何れか１項において、前記コントローラは、前記センサの出力信号を取得する少なくとも１つの入力インタフェースと、予め定められたプログラムに従って前記各処理を実行する少なくとも１つのプロセッサと、前記プログラムを格納した少なくとも１つのメモリと、を備えている、構成としてもよい。

上記の構成によれば、メモリに格納された情報を参照してプロセッサが処理を実行することにより、手動モードによる走行中であっても、障害物までの距離に応じた速度に制限した走行が可能な自律移動ロボットを実現することができる。

本発明の態様７に係る制御方法は、フロア上を自動巡回する自律移動ロボットを制御する制御方法であって、当該自律移動ロボットの進行方向に存在する障害物までの距離を検知するセンサを用いて、当該障害物までの距離を検知する工程と、前記センサの出力信号を参照して、当該自律移動ロボットを制御する工程と、を備え、前記制御する工程は、前記センサの出力信号を参照して、前記障害物までの距離に応じた上限速度を決定する処理と、ユーザ操作に従って走行する手動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理とを含む、方法である。

上記の方法によれば、前記自律移動ロボットと同様の効果を奏する。

本発明の態様８に係る自律移動ロボットを制御する制御プログラムは、上記の態様１～６の何れか１項に記載の自律移動ロボットを制御する制御プログラムであって、前記コントローラに前記各処理を実行させる構成としてもよい。

上記の構成によれば、前記制御方法と同様の効果を奏する。

本発明によれば、上記の構成によれば、ユーザの要求に応じた走行（手動モードによる走行）中であっても、障害物までの距離に応じた速度に制限した走行が可能な自律移動ロボットを実現することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る自律移動ロボットが備えている主要な構成を模式的に示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る自律移動ロボットが備えている主要なハードウェア構成を模式的に示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る自律移動ロボットが施設内を見回っている様子を模式的に示す斜視図である。 測域センサにより検知された障害物をマッピングした様子を模式的に示す概略平面図である。 制限速度を適用するタイミングを示すフローチャートである。 自律移動ロボットの移動速度と制動距離との関係を示すグラフの一例である。 自律移動ロボットの制限速度を導出する関係を示すグラフの一例である。

本発明の一実施形態に係る自律移動ロボット１０について、図１～図３を参照して説明する。自律移動ロボット１０は、医療施設や介護施設などの職員に代わって施設内の見回りを実施する介護医療用の自律移動ロボットであって、進路上の障害物を検出可能な自走式の自律移動ロボットである。

（自律移動ロボット１０の主要構成）
図１は、自律移動ロボット１０の主なハードウェア構成１を示したブロック図である。図１に示すように、自律移動ロボット１０は、少なくともコントローラ１１と、力覚センサ１２と、測域センサ１３と、駆動装置１４とを備えている。別の好ましい実施形態では、自律移動ロボット１０は更に、接触センサと、停止信号入力インタフェースと、エンコーダとを備えることができる（図示せず）。

コントローラ１１は、主要な構成として経路情報生成部１５と、判定部１６と、出力制御部１７と、マップ情報入力部１８とを有する。図１では、コントローラ１１を機能ブロック図を用いて機能的に示しているが、図２では、コントローラ１１のハードウェア構成を示す。

（コントローラのハードウェア構成）
図２は、本発明の一実施形態に係る自律移動ロボット１０が備えている主要なハードウェア構成を模式的に示す概略図である。図２に示すように、自律移動ロボット１０は、少なくとも１つのコントローラ１１０を有する。情報処理の対象によって複数のコントローラ１１０を備えていてもよい。

例えば、力覚センサ１２に関する情報を処理する第１のコントローラ１１０ａと、測域センサ１３に関する情報を処理する第２のコントローラ１１０ｂと、駆動装置１４に関する情報を処理する第３のコントローラ１１０ｃのように複数のコントローラに制御を分担させる構成としてもよい。

入力インタフェース１１３から入力された情報の処理を実施するアルゴリズムを実行するプログラムは、メモリ１１２に格納される。当該メモリ１１２に格納されたプログラムをプロセッサ１１１にて実行することにより、入力された情報を処理することができる。当該処理された情報は出力情報として出力インタフェース１１４から出力される。出力インタフェース１１４から出力された情報により、駆動装置１４を制御することができる。

マップ情報入力部１８へのマップ情報の入力は、入力インタフェース１１３を介して入力することが好ましいが、プロセッサ１１１にて生成されたマップ情報を入力することも可能である。経路情報生成部１５、判定部１６、およびマップ情報入力部１８は、機能としてプロセッサ１１１にて実行されることが好ましい。

（自律移動ロボット１０の実装態様）
図３は、本発明の一実施形態に係る自律移動ロボット１０が施設内を見回っている様子を模式的に示す斜視図である。図３では、自律移動ロボット１０が、フロア上に倒れている施設利用者Ｐを検知した様子を模式的に示している。

図３に示すように、自律移動ロボット１０は、施設のフロアの上に載置されている。自律移動ロボット１０は、駆動装置１４を用いて施設内を自走することができる。

図３において、フロアの表面に沿った平面をｘｙ平面と定め、フロアの表面の法線方向のうち当該表面から天頂へ向かう方向をｚ軸正方向と定める。また、図３に示すように、自律移動ロボット１０の前進方向をｘ軸正方向と定める。また、ｘｙ平面に含まれる方向のうち、上述したｘ軸正方向及びｚ軸正方向とともに右手系の直交座標系を構成する方向をｙ軸正方向と定める。

自律移動ロボット１０の筐体は、測域センサ１３を備え、筐体の外装を接触センサとすることができる。図３に例示した自律移動ロボット１０では、筐体上端部に力覚センサ１２を備えることが好ましいが具体的な場所は図示せず、それ以外のハードウェアの図示も省略している。また、自律移動ロボット１０の筐体の内部構造についても、その図示を省略している。

測域センサ１３は、自律移動ロボット１０の筐体の任意の場所に配置可能であるが、自律移動ロボット１０の前進方向正面に配置されていることが好ましい。接触センサは、自律移動ロボット１０の筐体表面の複数の箇所に配置されることが好ましい。

上述のような構成を備えた自律移動ロボット１０が障害物に衝突することなく安全な速度で走行することができる態様を以下に説明する。まず自動巡回モードにおける速度制限について説明し、次いで、手動モードにおける速度制限について説明する。自動巡回モードと手動モードとの切り替え、ならびに制限速度を適用するタイミングについて、適宜図５を参照して説明する。なお、手動モードにおける速度制限に関し、自動巡回モードにおける速度制限と同じ事象については説明を省略する。

（自動巡回モード）
図１に示すように、コントローラ１１は、少なくともマップ情報入力部１８と、経路情報生成部１５と、出力制御部１７とを有する。

マップ情報入力部１８を介して、後述する施設内の地図情報を取得する。経路情報生成部１５は、自律移動ロボット１０の施設内における現在位置情報と、地図情報とに基づいて自律移動ロボット１０が施設内を巡回移動する大まかな経路情報を生成する。経路情報生成部１５は更に、測域センサ１３によって検知された障害物情報に基づいて、より詳細な経路情報を生成する。

種々の処理はプロセッサ１１１により実行され、各種の情報、処理を実行するためのアルゴリズムを規定したプログラムはメモリ１１２に格納されることが好ましい。

上記のように経路情報生成部１５によって生成された経路情報に基づいて、出力制御部１７は、自動巡回モードの移動速度を算出する（図５のＳ２１）。

出力インタフェース１１４は、当該生成された経路情報に応じた出力情報を駆動装置１４に出力する。当該出力情報に基づいて駆動装置１４が駆動することにより自律移動ロボット１０が巡回移動する。自律移動ロボット１０が施設内を巡回移動するための駆動装置１４の移動量に基づいて、後述するように、エンコーダ（図示せず）は、自律移動ロボット１０の走行距離情報と移動方向情報を生成する。エンコーダにより生成された当該走行距離と移動方向の情報に基づいて、コントローラ１１は自律移動ロボット１０の位置情報を生成する。

（地図情報）
上述のとおり、施設内の地図情報は、マップ情報入力部１８を介して取得される。本発明において地図情報とは、施設内のフロア情報を簡略化した地図のことをいう。

好ましい実施形態では、移動方向情報を組み合わせた移動経路の生成を人為的に設定することができるが、目標地点を設定することにより最短経路を生成するアルゴリズムによって自動的に移動ブロック経路を設定することもできる。このように生成した地図の情報をマップ情報入力部１８を介して入力する。

（測域センサによる障害物検知）
自律移動ロボット１０は、巡回走行しながら、測域センサ１３によって施設内の障害物を検知する。測域センサ１３は、上述のとおり自律移動ロボット１０の筐体の任意の場所に配置されることができるが、フロアから高さ３５ｃｍ程度の水平面を測定できるように配置されることが好ましい。測域センサ１３は、例えば、北陽電機株式会社製のＵＳＴ－１０ＬＸのようなレーザ方式の測域センサを採用することができる。なお、自律移動ロボット１０が巡回走行していない場合であっても、測域センサ１３によって施設内の障害物を検知することができる。

測域センサ１３により施設内の障害物を検知した様子を図４に模式的に示す。図４は、ｚ軸正方向からフロア面を臨む平面図である。フロア表面からｚ軸方向＋３５ｃｍの高さであって、自律移動ロボット１０の筐体に搭載された測域センサ１３の位置を原点とし、自律移動ロボット１０の前進方向をｘ軸とし、平面方向にてｘ軸に直交する方向をｙ軸とした。図４において、障害物は小さな丸印によって表示されている。図４に示すように、測域センサ１３の走査角度を±θ°で示す。好ましい実施形態では、測域センサ１３は、±θ＝±１１５度の範囲で障害物を検知する。また、測域センサ１３は、０．０６ｍ～１０ｍ程度の検出距離であることが好ましい。測域センサ１３の走査時間は２５ｍｓであることが好ましい。測域センサ１３の角度分解能は０．２５度であることが好ましい。これらの値に限定されることなく、測域センサ１３は、任意の検出距離、走査角度、走査時間、角度分解能を有することができる。

（速度制限）
上述のように、経路情報生成部１５によって生成された経路情報に基づいて、出力制御部１７は、自動巡回モードの移動速度を算出する（図５のＳ２１）。図５は、制限速度を適用するタイミングを示すフローチャートである。力覚センサ１２が有効でない場合（Ｓ２３でＮｏ）、出力制御部１７は、上述の算出された移動速度を自動巡回モードの指令速度として出力インタフェース１１４を介して駆動装置１４を制御する。

このように算出された移動速度で自律移動ロボット１０が巡回走行しながら測域センサ１３によって施設内の障害物を検知し、検知した障害物と自律移動ロボット１０との間の距離が所定の距離よりも短くなった場合、出力制御部１７は走行速度の制限を実行する。

（走行速度と制動距離との関係）
走行速度の制限を実行するために、事前に制限速度パラメータを生成する。本発明において、制限速度パラメータとは、障害物までの距離に応じた上限速度を決定するパラメータのことである。後述するように、コントローラ１１は、測域センサ１３の出力信号を参照し、測域センサ１３の出力信号から得られた障害物までの距離に応じて、当該制限速度パラメータを適用して上限速度を決定する。

種々の処理はプロセッサ１１１により実行され、各種の情報、処理を実行するためのアルゴリズムを規定したプログラムはメモリ１１２に格納されることが好ましい。

図６は、あるフロア上にて自律移動ロボット１０を走行させた場合における、移動速度と制動距離との関係を示すグラフの一例である。任意のフロア上にて、移動速度と制動距離との関係を測定することができるが、摩擦係数が小さい堅いフロア上で測定することが好ましい。障害物と衝突しない安全マージンの確保の観点に鑑みれば、摩擦係数が小さいフロアにて得られた制限速度パラメータを他のフロアにおいても援用することが好ましい。

図６のグラフの横軸は、フロア上を走行する自律移動ロボット１０の走行速度であり、縦軸は制動距離を示す。図６は、フロア上を走行する自律移動ロボット１０において停止指令を実行し、停止指令時の位置から自律移動ロボット１０が実際に停止した位置までの距離（制動距離）を走行速度毎に測定した実測値を○印にて示したものである。図６の実測値から、走行速度が速くなるにつれて、制動距離が長くなることが確認できる。

図７は、図６の測定結果に関して、横軸を制動距離とし、縦軸を走行速度としたグラフである。図７の関係に対して、重回帰分析を実施する。好ましい実施形態では、最小二乗法により多項式の重回帰分析を実施する。本実施形態では、２次関数を用いた最小二乗法による重回帰分析を実施した結果を破線で示す（図７参照）。

当該２次関数にて示された破線の速度で当該フロア上を走行する自律移動ロボット１０は、停止指令が実行されると、その後制動距離を走行して停止時に障害物に接触する。本実施形態では、２次関数を用いた最小二乗法による重回帰分析を実施した結果を示した破線を衝突速度曲線と称する。本発明では、当該衝突速度曲線に対して所定の安全マージンを確保した変数を制限速度パラメータと称する。当該安全マージンは、空走距離などに応じて任意に設定することができるが、図７に示した例では、安全マージンを速度に関係なく一律に２００ｍｍと設定した。図７では、衝突速度曲線を示す破線よりも２００ｍｍだけｘ軸正方向にシフトした実線にて制限速度パラメータを示す。このように制限速度パラメータを決定することにより、障害物までの距離に応じた上限速度を決定する関数として適用可能となる。

（走行速度と空走距離と安全マージンとの関係）
上述のように、フロア上を所定の走行速度で走行している自律移動ロボット１０が搭載している測域センサ１３によって施設内の障害物を検知し、出力制御部１７において制限速度パラメータを適用して上限速度を決定する。測域センサ１３の走査時間（例えば、２５ｍｓ）、測域センサ１３を制御する第２のコントローラ１１０ｂのプロセッサ１１１のクロック周波数、出力制御部１７において生成された制限速度パラメータを駆動装置１４に適用する第３のコントローラ１１０ｃのプロセッサ１１１のクロック周波数などの重畳関係により、測域センサ１３が障害物を検知してから、実際に駆動装置１４に速度制限の指令を実行させるまでの間にタイムラグがある。本実施形態では、このタイムラグの間に自律移動ロボット１０が走行する距離を空走距離と称する。また、空走距離と制動距離との和を本実施形態では停止距離と称する。制動距離と安全マージンとの和を、本実施形態では安全停止距離と称する。

安全マージンの設定は、自律移動ロボット１０の最高速度における空走距離よりも長く設定することが好ましい。これにより、制動距離と安全マージンとの和からなる安全停止距離は、空走距離と制動距離との和からなる停止距離より長い距離となる。したがって、上限速度は、フロア上を走行する自律移動ロボット１０の走行速度に応じた安全停止距離より短い距離で停止する速度である。

好ましい実施形態では、自律移動ロボット１０が使用される施設のフロア毎に衝突速度曲線を生成し、自律移動ロボット１０に搭載される測域センサ１３やコントローラ１１などのタイムラグによる空走距離から安全マージンを決定し、衝突速度曲線に安全マージンを加えた制限速度パラメータをフロア毎に生成することができる。事前に図６に示した例のような制動距離を求める実験をフロア毎に実施し、入力インタフェース１１３を介して事前にメモリ１１２に制限速度パラメータを格納することが好ましい。

これにより、自律移動ロボット１０がフロア上を走行する際に、測域センサ１３が障害物を検知した場合、コントローラ１１は制限速度パラメータを参照する。当該障害物までの距離が安全停止距離より短い場合、出力制御部１７は、参照した制限速度パラメータに応じた制限速度以下に速度を低下させるように駆動装置１４を制御する。

（自動巡回モードにおける速度制限）
このように自律移動ロボット１０が巡回走行しながら測域センサ１３によって施設内の障害物を検知し、検知した障害物と自律移動ロボット１０との間の距離が所定の距離よりも短くなった場合、出力制御部１７は走行速度の制限を実行する（Ｓ２６）。

（手動モード）
自律移動ロボット１０は、図３に示すように、その上端部が半球状に丸められた略円柱状の形状を有する。半球状に丸められた上端部に力覚センサ１２を配置することができる。力覚センサ１２に力をより正確に伝えるために、力覚センサ１２に接続されたレバー（図示せず）を自律移動ロボット１０の上端部に配置することも好ましい。当該上端部に付勢された力を力覚センサ１２が感知し、外部から付勢された力を入力信号として判定部１６にて判断する。

本実施形態では、力覚センサ１２は自律移動ロボット１０の上端部に配置されているが、配置場所は上端部に限定されず、外部からの力を検知できる場所であれば、自律移動ロボット１０の任意の場所に配置することができる。

施設の職員は、自律移動ロボット１０の上端部に付勢することにより、自律移動ロボット１０の移動速度・移動方向を変更することができる。好ましい実施形態では、職員は自律移動ロボット１０の脇に立ち、自律移動ロボット１０の上端部に配置されている力覚センサ１２に対して付勢することができる。この場合、力覚センサ１２に対する、自律移動ロボット１０の進行方向に職員など人間の手により付勢される力と、自律移動ロボット１０のｚ軸方向の中心軸周りから職員など人間の手により付勢される回転モーメントとの大きさを入力信号としてコントローラ１１の判定部１６にて判定する。

コントローラ１１の経路情報生成部１５は、判定部１６にて判定された入力信号の大きさに基づいて手動モードにおける移動速度及び／又は移動方向を計算し、出力インタフェース１１４に移動方向情報と移動速度情報を出力する。

上記のように経路情報生成部１５によって生成された経路情報に基づいて、出力制御部１７は、手動モードの移動速度を算出する（図５のＳ２２）。

自動巡回モードの場合と同様に、出力制御部１７は出力インタフェース１１４を介して、当該生成された経路情報に応じた出力情報を駆動装置１４に出力する。自律移動ロボット１０の手動モードにおける駆動装置１４の移動量に基づいて、エンコーダは、自律移動ロボット１０の走行距離情報と移動方向情報を生成する。エンコーダにより生成された当該走行距離と移動方向の情報に基づいて、コントローラ１１は自律移動ロボット１０の位置情報を生成する。

（自動巡回モードと手動モードとの切り替え）
自律移動ロボット１０が、上述した自動巡回モードで所定の目標に向かって自律移動しているときに、手動モードに切り替える態様について以下に説明する。

図５は、自動巡回モードと手動モードとを切り替えて駆動制御する方法を示すフローチャートである。

経路情報生成部１５は、マップ情報入力部１８を介して入力されたマップ情報と、測域センサ１３によって検知された障害物情報と、現在位置情報に基づいて自動巡回モードの巡回経路情報を生成する。当該生成された自動巡回モードの巡回経路に基づいて、経路情報生成部１５は、自動巡回モードにおける移動速度を算出する（Ｓ２１）。

上述のように自律移動ロボット１０が、自動巡回モードで所定の目標に向かって自律移動しているときに、一定の周期で、力覚センサ１２に付勢される力の大きさに基づいて、経路情報生成部１５は、手動モードにおける移動速度を算出する（Ｓ２２）。

力覚センサ１２に対して、自律移動ロボット１０の進行方向に職員の手により付勢される力と、自律移動ロボット１０のｚ軸方向の中心軸周りから職員の手により付勢される回転モーメントとの大きさを入力信号として、判定部１６は閾値判断する。当該閾値は事前に任意に設定することができる。当該閾値より大きな入力信号の場合、力覚センサ１２は有効であると判断される（Ｓ２３でＹＥＳ）。入力信号が閾値より小さい場合、力覚センサ１２は有効とは判断されない（Ｓ２３でＮＯ）。

力覚センサ１２が有効と判断されない場合（Ｓ２３でＮＯ）、出力インタフェース１１４は自動巡回モードにおける移動速度をモータ指令速度と算出する（Ｓ２４）。力覚センサ１２が有効と判断された場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、出力インタフェース１１４は手動モードにおける移動速度をモータ指令速度と算出する（Ｓ２５）。

（手動モードにおける速度制限）
手動モードにおいても、上述した自動巡回モードと同様に、自律移動ロボット１０が手動モードで走行しながら測域センサ１３によって施設内の障害物を検知し、検知した障害物と自律移動ロボット１０との間の距離が所定の距離よりも短くなった場合、出力制御部１７は走行速度の制限を実行する（Ｓ２６）。

検知した障害物と自律移動ロボット１０との間の距離が所定の距離よりも短くなった場合であっても、コントローラ１１が制限速度パラメータを参照して出力制御部１７が決定した制限速度よりも、手動モードでの走行速度の方が遅い場合は、出力制御部１７が決定した制限速度まで速度を上げることなく、手動モードでの走行速度を優先する。

また、自動巡回モード中に測域センサ１３により障害物が検知され、出力制御部１７により自動巡回モードにおける速度制限が実行されて制限速度走行中に、力覚センサ１２を介して手動モードが適用された場合、出力制御部１７は、手動モードにおいて付勢された指示速度での走行速度を優先する判断をする。

ただし、手動モードでの走行に切り替わるため、出力制御部１７は、手動モードにおいて付勢された指示速度と、制限速度の速度とを比較する。制限速度パラメータを参照して決定された制限速度より、手動モードにおいて付勢された指示速度の方が遅い場合は、出力制御部１７は、手動モードにおいて付勢された指示速度での走行速度を優先する判断をする。一方、手動モードにおいて付勢された指示速度より、制限速度の方が遅い場合は、出力制御部１７は、手動モードにおいて付勢された指示速度よりも、制限速度パラメータを参照して決定された制限速度での走行速度を優先する判断をする。

（加速度制限）
上記のとおり自動巡回モードならびに手動モードにおける速度制限について説明したが、これらの速度制限を指示する信号は、個々のセンサから離散的に入力される。また、自動巡回モードと手動モードとを急峻に切り替える場合など、力覚センサ１２のノイズが含まれていることが多い。更に、速度制限した後も、時間変化に対する速度の変化を検討すると、時間軸に対して矩形状の速度波形になっている場合がある。

このような離散的な指示信号に基づく速度切り替えにより駆動装置１４のモータを動作させた場合、自律移動ロボット１０の走行態様はぎこちない動きになる。

スムーズな速度変化を実現するために、適切な加速度で制限し、時間軸に対して矩形状の速度波形ではなく、連続波の速度波形に変換することが好ましい（Ｓ２７）。

（モータ駆動）
出力制御部１７では、上述したような加速度制限（Ｓ２７）の処理を実施した制限速度情報（デジタル信号）をアナログ信号に変換（Ｄ／Ａ変換）する（Ｓ２８）。Ｄ／Ａ変換されたアナログ信号の速度制限情報によりモータドライバを制御して駆動装置１４に出力し、モータ（図示せず）を回転させる（Ｓ２９）。

（現在位置情報）
好ましい駆動装置１４では、左右独立のホイールを各々駆動させるモータをそれぞれのホイールに配置することができる。それぞれのモータには、モータの回転軸の回転数を検知するエンコーダ（図示せず）を装着することができる。左右のモータの回転軸の回転数に基づいて、エンコーダは、自律移動ロボット１０の走行距離情報と移動方向情報を生成する。エンコーダにより生成された当該走行距離と移動方向の情報に基づいて、位置情報生成部は自律移動ロボット１０の位置情報を生成する。一定の周期で当該位置情報生成処理を繰り返し、自律移動ロボット１０の現在位置を更新する。

（接触センサによる停止行動）
上述したように自律移動ロボット１０の筐体の表面には１つ以上の接触センサを搭載することができる。自律移動ロボット１０の筐体の表面の接触センサが反応を検知した場合、コントローラ１１では、出力制御部１７にて停止信号を出力し、駆動装置１４を停止させる。

この接触センサによる駆動装置１４を停止させる制御は、上述した速度制限の制御に優先して実行されることが好ましい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
自律移動ロボット１０のコントローラ１１は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、自律移動ロボット１０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ 自律移動ロボット
１１ コントローラ
１２ 力覚センサ
１３ 測域センサ
１４ 駆動装置
１５ 経路情報生成部
１６ 判定部
１７ 出力制御部
１８ マップ情報入力部
１１０ａ 第１のコントローラ
１１０ｂ 第２のコントローラ
１１０ｃ 第３のコントローラ
１１１ プロセッサ
１１２ メモリ
１１３ 入力インタフェース
１１４ 出力インタフェース

Claims (7)

1. フロア上を自動巡回する自律移動ロボットであって、
   当該自律移動ロボットの進行方向に存在する障害物までの距離を検知するセンサと、
   前記センサの出力信号を参照して、当該自律移動ロボットを制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   複数のフロアの各々に対応する関数であって、当該自律移動ロボットの上限速度と、上限速度で走行する当該自律移動ロボットが停止するまでの距離と、の関係を示す関数のうち、走行するフロアに対応する関数を用い、前記センサが検知した前記障害物までの距離に応じた上限速度を決定する処理と、
   ユーザによる操作とは独立に設定された巡回経路に従って走行する自動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理と、
   前記ユーザによる操作に従って走行する手動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行する
   ことを特徴とする自律移動ロボット。
2. 前記コントローラは、前記手動モードにおいて、前記ユーザが当該自律移動ロボットを前進させる力、及び、前記ユーザが当該自律移動ロボットを回転させる力のうちの少なくとも一つに応じて、当該自律移動ロボットの移動方向および上限速度のうちの少なくとも一つを決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の自律移動ロボット。
3. 前記停止するまでの距離は、前記フロア上を走行する当該自律移動ロボットの走行速度に応じた制動距離に所定の安全マージンを加えたものであり、
   前記コントローラは、走行中の当該自律移動ロボットから前記障害物までの距離が前記停止するまでの距離以下になった場合、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の自律移動ロボット。
4. 前記センサが前記障害物を検知してから、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する指令を実行するまでの間に当該自律移動ロボットが走行する空走距離と、前記制動距離との和が、前記停止するまでの距離よりも短いことを特徴とする請求項３に記載の自律移動ロボット。
5. 前記コントローラは、
   前記センサの出力信号を取得する少なくとも１つの入力インタフェースと、
   予め定められたプログラムに従って前記各処理を実行する少なくとも１つのプロセッサと、
   前記プログラムを格納した少なくとも１つのメモリと、を備えている、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の自律移動ロボット。
6. フロア上を自動巡回する自律移動ロボットを制御する制御方法であって、
   当該自律移動ロボットの進行方向に存在する障害物までの距離を検知するセンサを用いて、当該障害物までの距離を検知する工程と、
   前記センサの出力信号を参照して、当該自律移動ロボットを制御する工程と、を備え、
   前記制御する工程は、
   複数のフロアの各々に対応する関数であって、当該自律移動ロボットの上限速度と、上限速度で走行する当該自律移動ロボットが停止するまでの距離と、の関係を示す関数のうち、走行するフロアに対応する関数を用い、前記センサが検知した前記障害物までの距離に応じた上限速度を決定する処理と、
   ユーザによる操作とは独立に設定された巡回経路に従って走行する自動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理と、
   前記ユーザによる操作に従って走行する手動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理と
   を含む、ことを特徴とする制御方法。
7. 請求項１～５の何れか１項に記載の自律移動ロボットを制御する制御プログラムであっ
   て、前記コントローラに前記各処理を実行させることを特徴とする制御プログラム。

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