JPH07160335A - 走行ロボットの前方障害物検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定ビームで検出できない障害物を可動ビー
ムで非接触に検出する走行ロボットの前方障害物検出装
置を提供する。 【構成】 路面を走行するロボットに搭載され、前記ロ
ボットの走行方向前方の遠方障害物を固定ビームで検出
する第１の障害物検出手段（１０）と、前記ロボットに
搭載され、前記ロボットの走行方向前方の近接障害物を
走査式の可動ビームで検出する第２の障害物検出手段
（２０）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走行ロボットの走行方
向前方の障害物を非接触に検出して衝突を回避する、走
行ロボットの前方障害物検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】路面を無人で走行する走行ロボットは、
工場や病院等で部品等の運搬に利用される。従来の走行
ロボットシステムは、走行路に沿って予め反射テープや
磁気テープ等の誘導ガイドを付設したガイド方式が主流
であったが、現在では所定のマッピングデータを含む走
行プログラムに従い誘導ガイドの無い路面をロボットが
走行するガイドレス方式に移行しつつある。

【０００３】無人で走行するロボットは、各種のセンサ
を搭載して走行路の確認や障害物の検出等を行う必要が
ある。走行方向前方の障害物を検出して衝突を回避する
前方障害物検出システムは、遠方の障害物に対しては減
速制御を行い、近接した障害物に対しては停止制御を行
う。

【０００４】従来の遠方障害物検出手段は、指向性の広
い固定ビームをロボット本体から走行方向前方に照射
し、その反射光のレベルの高低で遠方障害物の有無を判
別する。一方、従来の近接障害物検出手段は、実際に近
接障害物が接触バンパーと呼ばれる検出体に機械的に接
触したことをスイッチで感知して検出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の遠方障害物検出
手段は、１つの固定ビームでロボットの幅方向全域をカ
バーするために、固定ビームの指向性をレンズで拡大し
ている。このため、固定ビームの光量は低く、小さい障
害物を検出し損なうことがある。また、固定ビームのエ
ンベロープはロボット近傍で狭く、遠方で広い涙型のた
め、ロボットの直前に横から突然侵入する人の足などを
検出できない欠点がある。

【０００６】近接障害物検出手段はこの点を補うもので
あるが、障害物が実際に接触バンパーに接触するまで検
出できないため、ロボットと障害物とを全く接触させな
いという点からは不十分である。

【０００７】本発明は、固定ビームで検出できない障害
物を走査式の可動ビームで検出することで、減速制御対
象とする遠方障害物でも、また停止制御対象とする近接
障害物でも、共に非接触で検出して未然に衝突を回避可
能とする、走行ロボットの前方障害物検出装置を提供す
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の走行ロボットの
前方障害物検出装置は、路面を走行するロボットに搭載
され、前記ロボットの走行方向前方の遠方障害物を固定
ビームで検出する第１の障害物検出手段と、前記ロボッ
トに搭載され、前記ロボットの走行方向前方の近接障害
物を走査式の可動ビームで検出する第２の障害物検出手
段とを備えることを特徴とする。

【０００９】

【作用】第１の障害物検出手段は、固定ビームでロボッ
トの走行方向前方の比較的大きな遠方障害物を幅広く検
出する。第２の障害物検出手段は、この第１の障害物検
出手段で検出できない小さな近接障害物を走査式の可動
ビームで検出する。従って、これら第１及び第２の障害
物検出手段を併用すると、ロボットの走行方向前方に現
れる障害物を非接触で確実に検出して、ロボットと障害
物との衝突を未然に回避することができる。

【００１０】ロボットの走行制御としては、第１の障害
物検出手段を用いることで、遠方障害物検出後もロボッ
トを減速させながら前進させることができる。また、第
２の障害物検出手段を用いることで、ロボットに近接し
た衝突可能性の高い近接障害物の手前でロボットを停止
させることができる。

【００１１】上記第１及び第２の障害物検出手段の他
に、前記ロボットに搭載され、前記ロボットの走行方向
前方の最近接障害物を機械的に接触して検出する第３の
障害物検出手段を併用しても良い。

【００１２】前記第３の障害物検出手段に、弾性体で支
持された接触バンパーを使用する場合、そのバンパー表
面に接触型スイッチを設け、近接障害物が前記スイッチ
を付勢した瞬間からロボットを停止させる制御に移行す
ると、接触バンパーが後退する時間内にロボットを停止
させることができ、障害物とロボットとの衝突時のショ
ックを軽減できる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図１および図２は、本発明の概略構成を示す平
面図および側面図である。これらの図において、１は走
行ロボット、２は走行方向前方の障害物、１０は第１の
障害物検出器、２０は第２の障害物検出器、３０は第３
の障害物検出器である。

【００１４】第１の障害物検出器１０は、固定ビームＢ
１でロボット１の走行方向前方の比較的大きな遠方障害
物を幅広く検出する。この例では、第１の障害物検出器
１０をロボット１の幅方向に２個、左右に分けて配置し
てある。従って、ある程度指向性を鋭くして光量を増す
ことができる。

【００１５】第２の障害物検出器２０は、この第１の障
害物検出器１０で検出できない小さな近接障害物を狭指
向性の走査式可動ビームＢ２で検出する。即ち、この障
害物検出器２０は回転機構２１に搭載され、ロボット１
の前方をビームＢ２でスキャンする。第１の障害物検出
器１０の監視距離が例えばロボット１の前方２〜５ｍに
設定される場合、第２の障害物検出器２０の監視距離は
ロボット１の前方１ｍ未満に設定する。

【００１６】第３の障害物検出器３０は、ロボット１の
走行方向前方の最近接障害物を機械的に接触して検出す
る。３１は障害物２に接触すると後退する接触バンパー
であり、このバンパー３１が後退するとユニット３２内
の検出スイッチが作動する。

【００１７】第１及び第２の障害物検出器１０，２０を
用いると、ロボット１の走行方向前方に現れる障害物２
を非接触で検出して、ロボット１と障害物２との衝突を
未然に回避することができる。回避方法としては、第１
の障害物検出器１０による障害物検出時は、障害物２が
遠方にあることを考慮してロボット１を減速させて走行
させる。第２の障害物検出器２０による障害物検出時
は、障害物２が近傍にあることを考慮してロボット１を
直ちに停止させる。

【００１８】第３の障害物検出器３０を用いると、第１
及び第２の障害物検出器１０，２０で非接触に検出でき
なかった障害物２を機械的に接触して検出することがで
きる。この段階の障害物２は衝突可能性が高いので、第
３の障害物検出器３０による障害物検出時は、直ちにロ
ボット１を停止させる。

【００１９】図３および図４は、第２の障害物検出器２
０の回転機構２１の具体例を示す側面図及び平面図であ
る。これらの図において、２２はベース、２３はこのベ
ース２２の下面に取り付けられたモータまたはロータリ
ソレノイド等の回転駆動部、２４は回転駆動部２３から
の回転力を伝達する減速歯車ピニオン、２５はベース２
２に回転可能に軸支されてピニオン２４と噛み合う減速
歯車、２６は減速歯車２５の回転軸に固定された回転
板、２７は回転板２６の上面に固定されたセンサフレー
ム、２８は回転板２６の下面に取り付けられた当たりク
ッションゴム、２９はフレーム２２の上面に取り付けら
れた左右の当たり止めストッパである。

【００２０】第２の障害物検出器であるビームセンサ２
０はセンサフレーム２７に取り付けられ、回転駆動部２
３を動力源として回転する。即ち、回転駆動部２３、例
えばモータが回転すると、その回転力はピニオン２４、
減速歯車２５を介して回転板２６に伝達され、センサフ
レーム２７及びそこに搭載されたビームセンサ２０が一
体的に回転する。モータ２３の回転方向を切替えること
でセンサ２０の回転方向も反転する。回転する方向は図
４に示す矢印のようにベース２２と並行な面内であり、
また回転する範囲はゴム２８が左右のストッパ２９，２
９に衝合する点を限界とする。

【００２１】ビームセンサ２０は、発光部と受光部を備
える。発光部としては例えばＬＥＤ（発光ダイオード）
を用い、ここから出力されるビームの指向性をレンズで
鋭くして単位面積当たりの光量を高め、小さい障害物か
らも十分に反射光量が得られるようにしてある。このビ
ームセンサ２０の光軸は、図２に示すように、ロボット
１の走行方向前方の近い部分を指向する。従って、ロボ
ット１に近接した小さな障害物でも確実に非接触で検出
できる。

【００２２】ビームセンサ２０による障害物の有無判定
は、「無」から「有」への変化に対しては迅速に判定す
るが、「有」から「無」への変化に対しては慎重に判定
する様にする。これは、障害物検出時は迅速にロボット
を停止させ、また障害物消失時はそのことを十分に確認
してからロボット走行を再開させることで、障害物への
衝突を極力回避するためである。

【００２３】図５および図６は、障害物への衝突を回避
するためのシーケンスラダー制御回路の構成例を示す回
路図、およびその動作を示すタイムチャートである。図
６（ａ）に示すように、ビームセンサ２０を所定の回転
範囲内で正転および逆転させ、これを１サイクルとして
正転時にセンサ検出信号を得るようにする。本例では、
この１サイクルを０．５ｓに設定してある。

【００２４】図６（ｂ）に示すセンサ検出信号は、セン
サ２０で受光される反射光量が一定レベルを越え、その
反射光の発生源が障害物と判定されるものである。但
し、ノイズによる影響を避けるため、センサ検出信号と
なる有効な反射光として、本例では継続時間０．０５ｓ
以上のものに限定する。０．０５ｓのローパスフィルタ
を用いたタイマ４１はこのためのものであり、センサ入
力ＯＮで始動する。

【００２５】センサ検出信号が発生すると、タイマ４１
の接点ＴＭＲ１を通してラダー４２がＯＮとなる。ラダ
ー４２がＯＮとなるとその接点Ｒ１０１を通してラダー
４２が自己保持される。この状態が図６（ｃ）の障害物
検出記憶である。この状態になると、その後センサ検出
信号が消失しただけではラダー４２はＯＦＦにならな
い。ラダー４２をＯＦＦにするには、センサ検出信号が
二回連続して消失した状態が必要である。

【００２６】タイマ４３はラダー４２をＯＦＦにするた
めのものである。このタイマは、センサ入力ＯＦＦで始
動し、センサ入力ＯＦＦの状態が２サイクル（１ｓ）継
続すると、接点ＴＭＲ２をＯＦＦにして、ラダー４２の
自己保持状態を解除する。図６（ｄ）は接点ＴＭＲ２の
状態を示している。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、固定
ビームで検出できない障害物を走査式の可動ビームで検
出するようにしたので、減速制御対象とする遠方障害物
でも、また停止制御対象とする近接障害物でも共に非接
触で検出する事ができ、ロボットと走行方向前方の障害
物との衝突を未然に回避できる走行ロボットの前方障害
物検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の概略構成を示す平面図である。

【図２】 本発明の概略構成を示す側面図である。

【図３】 第２の障害物検出器の回転機構の具体例を示
す側面図である。

【図４】 第２の障害物検出器の回転機構の具体例を示
す平面図である。

【図５】 障害物への再衝突を回避するためのシーケン
スラダー制御回路の構成例を示す回路図である。

【図６】 図５のシーケンスラダー制御回路の動作を示
すタイムチャートである。

【符号の説明】

１…走行ロボット、２…障害物、１０…第１の障害物検
出器、２０…第２の障害物検出器、２１…回転機構、２
２…ベース、２３…回転駆動部、２４…減速歯車ピニオ
ン、２５…減速歯車、２６…回転板、２７…センサフレ
ーム、２８…当たりクッションゴム、２９…当たり止め
ストッパ、３０…第３の障害物検出器、３１…接触バン
パー、４１…ノイズ除去タイマ、４２…ラダー、４３…
走行再開タイマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 路面を走行するロボットに搭載され、前
   記ロボットの走行方向前方の遠方障害物を固定ビームで
   検出する第１の障害物検出手段と、 前記ロボットに搭載され、前記ロボットの走行方向前方
   の近接障害物を走査式の可動ビームで検出する第２の障
   害物検出手段とを備えることを特徴とする走行ロボット
   の前方障害物検出装置。