JP2005233872A - 移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動状態を簡単且つ安価な構造で正確に検出できる移動装置を得る。
【解決手段】駆動モータ９ａ，９ｂを備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体１と、検出球体１を回転自在に保持する球体保持手段２と、検出球体１の認識パターンを検出するパターン検出手段３と、パターン検出手段３による検出球体１の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段としてのＣＰＵ６とを有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動状態を簡単な機構で容易に検出する移動装置に関するものである。

移動状態の検出手段として、回転検出にはジャイロ、衝突検知には加速度センサや感圧センサ、移動距離および速度、加速度検出にはエンコーダによる駆動車輪の回転状態の読み取りが一般的に用いられている。

しかしながら、移動体の全ての状態パラメータを検出するためには多くのセンサが必要になるため、構造が複雑化し、また各センサ毎のインタフェースも複雑なものになる。

なお、移動体の検出技術については、たとえば特開昭５９−９１５１３号公報に記載されている。
特開昭５９−９１５１３号公報

前述のように、移動体の状態検出を行うために、多くのセンサが用いられている。そのために構造が複雑化し、各センサ毎のインタフェースも煩雑となり、結果的に装置自体も高価なものとなっている。

ここで、移動状態の検出を行うために、装置の中心に移動状態検出専用の球形の位置検出用球体を持ち、その動きをローラを介して読み取り、移動量および移動方向を検出する技術がある。しかしながら、この技術では、ローラの滑りによる検出ズレ等の要因で検出誤差が生じるおそれがある。

そこで、本発明は、移動状態を、高価なセンサを数多く使用することなく、簡単且つ安価な構造で正確に検出できる移動装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の移動装置は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体と、検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する構成としたものである。

また、この課題を解決するために、本発明の移動装置は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、床面と接する非検出球体と、非検出球体と所定の摩擦抵抗を持って接するとともに表面上に認識パターンの配され、非検出球体の回転により回転する検出球体と、非検出球体および検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する構成としたものである。

本発明の好ましい形態において、非検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動距離を検出する。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動方向を検出する。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動速度を検出する。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動加速度を検出する。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより累積移動距離を検出する。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動軌跡を検出する。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段が移動軌跡を逆に辿ってスタート地点まで戻る。

本発明のさらに好ましい形態において、２つ駆動車輪と１つの検出球体の３点で床面に接している。

本発明のさらに好ましい形態において、検出球体は１２０°の等間隔で配置された３個のベアリングで保持されている。

本発明のさらに好ましい形態において、検出球体への付着物を除去するクリーニング手段を備えている。

本発明のさらに好ましい形態において、クリーニング手段は、検出球体を取り囲むように円状に配置されたブラシである。

本発明のさらに好ましい形態において、検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で衝突を検知する。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動距離の修正を行う。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動方向の修正を行う。

本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動速度の修正を行う。

本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンの位置関係を既知とした。

本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンは全て異なる幾何学模様である。

本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンは全て異なる二次元バーコードパターンである。

本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンは蛍光体を用いて製作されている。

本発明によれば、表面に認識パターンを配して移動に伴って回転する検出球体のパターン認識を行っているので、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという有効な効果が得られる。

本発明の請求項１に記載の発明は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体と、検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する移動装置であり、表面に認識パターンを配して移動に伴って回転する検出球体のパターン認識を行っているので、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、床面と接する非検出球体と、非検出球体と所定の摩擦抵抗を持って接するとともに表面上に認識パターンの配され、非検出球体の回転により回転する検出球体と、非検出球体および検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する移動装置であり、検出球体が床面と直接接触することがないので、検出球体の表面に配されている認識パターンが傷ついたりすることがなくなり、安定したパターン認識を行うことができるという作用を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、非検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている移動装置であり、床面との滑りおよび検出球体との滑りによる検出誤差が少なくなるという作用を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動距離を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動方向を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動速度を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出する
ことが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動加速度を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより累積移動距離を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動軌跡を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の発明において、移動状態検出手段が移動軌跡を逆に辿ってスタート地点まで戻る移動装置であり、簡単にスタート地点に戻ることができるという作用を有する。

本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１または４〜１０の何れか一項に記載の発明において、２つ駆動車輪と１つの検出球体の３点で床面に接している移動装置であり、検出球体は常に床面と接触することになるので、検出球体の空転により発生する検出誤差をなくすことができるという作用を有する。

本発明の請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１の何れか一項に記載の発明において、検出球体は１２０°の等間隔で配置された３個のベアリングで保持されている移動装置であり、全てのベアリングが常に均等な力で検出球体に接するので、検出球体が回転する際の芯ズレによる検出誤差がなくなるという作用を有する。

本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２の何れか一項に記載の発明において、検出球体への付着物を除去するクリーニング手段を備えた移動装置であり、ごみ等を巻き込んだ検出球体の摺動不良に起因する検出誤差を低減することができるという作用を有する。

本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１３記載の発明において、クリーニング手段は、検出球体を取り囲むように円状に配置されたブラシである移動装置であり、ごみ等を巻き込んだ検出球体の摺動不良に起因する検出誤差を低減することができるという作用を有する。

本発明の請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４の何れか一項に記載の発明において、検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている移動装置であり、検出球体と床面との滑りによる検出誤差を極力少なくすることができるという作用を有する。

本発明の請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で衝突を検知する移動装置であり、駆動車輪は回っているのに検出球体は動いていないという状態が把握できるので、障害物に衝突したものとして回避動作を行ったり、異常状態と判断して動作を終了させることができるという作用を有する。

本発明の請求項１７に記載の発明は、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動距離の修正を行う移動装置であり、スリップ等によるズレを修正して、誤差の発生を防止することができるという作用を有する。

本発明の請求項１８に記載の発明は、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動方向の修正を行う移動装置であり、スリップ等によるズレを修正して、誤差の発生を防止することができるという作用を有する。

本発明の請求項１９に記載の発明は、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動速度の修正を行う移動装置であり、スリップ等によるズレを修正して、誤差の発生を防止することができるという作用を有する。

本発明の請求項２０に記載の発明は、請求項１〜１９の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンの位置関係を既知とした移動装置であり、ある一定時間内に装置が移動した移動状態を簡単に検出することが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項２１に記載の発明は、請求項１〜２０の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンは全て異なる幾何学模様である移動装置であり、誤認識の確率が低減され、また短時間での特定パターンの追跡処理が不要になるため、演算処理速度の遅い部品（ＣＰＵ）でも使用でき、製造コストの削減を図ることが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項２２に記載の発明は、請求項１〜２０の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンは全て異なる二次元バーコードパターンである移動装置であり、誤認識の確率が低減され、また短時間での特定パターンの追跡処理が不要になるため、演算処理速度の遅い部品（ＣＰＵ）でも使用でき、製造コストの削減を図ることが可能になるという作用を有する。

本発明の請求項２３に記載の発明は、請求項１〜２２の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンは蛍光体を用いて製作されている移動装置であり、暗部において照明がなくても認識パターンを検出することが可能になるという作用を有する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施の形態である移動装置を示す概略図、図２は図１の移動装置における球体保持手段を示す平面図、図３は図１の移動装置における球体保持手段を示す断面図、図４は図１の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の一例を示す説明図、図５は図１の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の他の一例を示す説明図、図６は認識パターンの検出手順を示すフローチャート、図７は移動装置の移動軌跡を移動ベクトルで表わしたグラフ、図８は図１の移動装置の理想状態における駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルとの関係を示す説明図、図９は滑りの検出および補正の手順を示すフローチャート、図１０は検出球体を三次元座標系で示す説明図、図１１は検出球体の表面に配された認識パターンの一例を示す説明図、図１２は本発明の他
の実施の形態である移動装置における球体保持手段を示す断面図である。

図１に示すように、本実施の形態の移動装置は表面に認識パターンを配した検出球体１を有しており、移動装置が移動する際に床面と接触して回転する検出球体１の認識パターンを検出することにより移動状態の検出を行うようになっている。

検出球体１は球体保持手段２に回転自在に保持されており、このような検出球体１の認識パターンを検出するセンサであるパターン検出手段３が設けられている。また、暗部でも認識パターンを判別できるようにライトなどの照明手段４が設けられている。さらに、移動装置には、パターン検出手段３で検出された認識パターンを取り込んでその画像処理を行う画像処理部５、装置全体を制御して検出球体１の移動状態を検出するＣＰＵ（移動状態検出手段）６、電源７、駆動モータ（駆動手段）９ａ，９ｂによりそれぞれ回転駆動される２つの駆動車輪８ａ，８ｂ、駆動車輪８ａ，８ｂの回転軸と同軸上にそれぞれ取り付けられてスリットが円周上に等間隔で形成されたスリット板１０ａ，１０ｂ、スリット板１０ａ，１０ｂのスリットを介して駆動車輪８ａ，８ｂの回転を光学的に検出する回転検出センサ１１ａ，１１ｂ、および駆動モータ９ａ，９ｂの回転を制御するモータ制御部１２を有しており、これらは装置筐体部１３内に収納されている。

このような移動装置において、モータ制御部１２はＣＰＵ６より指令された駆動量を駆動モータ９ａ，９ｂに与えて駆動車輪８ａ，８ｂを回転させる。そして、駆動モータ９ａ，９ｂの回転軸に取り付けられたスリット板１０ａ，１０ｂの回転量を回転検出センサ１１ａ，１１ｂで検出することにより、駆動モータ９ａ，９ｂの回転量を制御することができる。また、検出球体１の認識パターンをパターン検出手段３で検出し、画像処理部５でその変化量を検出し、移動量をＣＰＵ６に送信することにより、移動装置の移動状態を把握することが可能になる。そして、これらの動作に必要な電力は電源７より供給される。

そして、２つ駆動車輪８ａ，８ｂと１つの検出球体１の３点で床面に接するようにすることで検出球体１は常に床面と接触することになるので、検出球体１の空転により発生する検出誤差をなくしている。

なお、本明細書において、パターン検出手段３の原理および機構に関する説明は省略されている。

図２は球体保持手段２の平面図、図３はその断面図である。

これらの図面に示すように、球体保持手段２は、ベアリング２１を保持するベアリングホルダ２２、検出球体１の落下を防止するカバー２３、検出球体１に付着したごみ等の付着物を除去するためのブラシ（クリーニング手段）２４、およびケーシング２５から構成されている。

ここで、検出球体１と床面との滑りによる検出誤差を少なくするために、検出球体１には摩擦系数の大きいゴム等の材質が表面にコーティングされている。

また、検出球体１を保持するベアリング２１は３個が１２０°の等間隔で配置されている。これにより、全てのベアリング２１が常に均等な力で検出球体１に接してガタツキがなくなるので、検出球体１が回転する際の芯ズレによる検出誤差がなくなる。

さらに、ブラシ２４は、検出球体１がごみ等を巻き込み、検出球体１およびベアリング２１が摺動不良になって検出誤差を起さないようにするためのもので、カバーの最下面に取り付けられている。なお、ブラシ２４の材質は、検出球体１の回転を妨げないように柔
らかい材質のものが用いられ、これを円状に配置して検出球体１を取り囲んでいる。

次に、図４〜図６を用いて検出球体１の認識パターンの移動量を検出することによる移動状態を検出について説明する。

最初に、初期値ｔ＝ｔ₀、ｋ＝０の時点（Ｓ１０１）の検出球体１の認識パターン画像Ｇ（ｔ_k）をパターン検出手段３で取り込み（Ｓ１０２）、画像Ｇ（ｔ_k）中の特定パターンＳ_k（ｔ_k）を抽出する（Ｓ１０３）。次に、装置がＴ秒間移動後の時間をｔ_k+1とし（Ｓ１０４）、その時点の検出球体１の認識パターン画像Ｇ（ｔ_k+1）を取り込み（Ｓ１０５）、その中から特定パターンＳ_k（ｔ_k）を抽出し、パターンＳ_k（ｔ_k+1）とする（Ｓ１０６）。続いて、パターンＳ_k（ｔ_k）とパターンＳ_k（ｔ_k+1）の座標位置からパターンＳ_k（ｔ_k）の移動ベクトルＬ_k+1を算出する（Ｓ１０７）。移動ベクトルＬ_k+1より速度ベクトルＶ_k+1（Ｓ１０８）、累積移動ベクトルＳ_k+1（Ｓ１０９）を算出する。ｋ≠０かどうかの判別を行い（Ｓ１１０）、Ｙｅｓなら加速度ベクトルａ_kを算出し（Ｓ１１１）、Ｎｏならさらにｋ＝ｎかどうかの判別を行う（Ｓ１１３）。そして、Ｎｏならｋに１を足し込み、画像Ｇ（ｔ_k+1）より新規に特定パターンＳ_k+1（ｔ_k+1）を抽出し（Ｓ１０３）、上記動作を繰り返し行う。Ｙｅｓなら動作を終了する。

速度ベクトルＶ_k+1、累積移動ベクトルＳ_k+1、加速度ベクトルａ_kは、ベクトルＬ_k+1を用いて、（数１，２，３）にて表わすことができる。

これにより、移動ベクトルＬ_k+1よりＴ秒間の間に装置が移動した距離および方向が、速度ベクトルＶ_k+1よりその時点の移動速度が、累積ベクトルＳ_k+1よりスタート時点からの移動距離が、ベクトルａ_kから時点の加速度が、それぞれわかる。

そして、表面に認識パターンを配して移動に伴って回転する検出球体１のパターン認識を行っているので、移動状態を、高価なセンサを数多く使用することなく、簡単且つ安価な構造で正確に検出できる。

ここで、装置の直進方向をＸ軸、Ｘ軸に対して直角の向きがＹ軸となる座標系をとり、スタート時の装置の位置を原点におくことにより、スタート時ｔ＝ｔ₀からｔ＝ｔ_nまでの移動軌跡、およびスタート時点からの装置の到達位置は移動ベクトルＬ_k+1を用いて図７のように表わすことができる。

そして、スタート時点からの累積移動ベクトルを記憶しておくことにより、移動軌跡を逆に辿ることで、簡単に、スタート地点に戻ることができる。

図８は本装置の理想状態における駆動車輪８ａ，８ｂの移動ベクトルと検出球体１の移動ベクトルの関係を表わした図である。ベクトルＬ_l（ｔ_k）、ベクトルＬ_r（ｔ_k）は時間ｔ_kにおける駆動車輪８ａ，８ｂの理論移動ベクトル、ベクトルＬ_c（ｔ_k）は時間ｔ_kにおける本装置の理論移動ベクトル、ベクトルＬ_b0（ｔ_k）は時間ｔ_kにおける検出球体１の理論移動ベクトル、Ｏ（ｔ_k）は時間ｔ_kにおける本装置の回転軌道の中心、ｒ_c（ｔ_k）は時間ｔ_kにおける本装置中心の回転半径、ｒ_b（ｔ_k）は、時間ｔ_kにおける検出球体１の回転半径、ｈは装置中心から駆動車輪８ａ，８ｂの接地点までの距離、ｄは駆動車輪８ａ，８ｂの回転軸中心と検出球体１の中心までの距離、角度θ（ｔ_k）はベクトルＬ_c（ｔ_k）とベクトルＬ_b0（ｔ_k）のなす角度である。

ｈ、ｄ、およびベクトルＬ_l（ｔ_k）、ベクトルＬ_r（ｔ_k）は既知の値であり、次に示すように、検出球体１の理論移動ベクトルＬ_b0（ｔ_k）はｈ、ｄ、ベクトルＬ_l（ｔ_k）、ベクトルＬ_r（ｔ_k）の関数として表わすことができる。

すなわち、

より、（数４）に（数５）および（数６）を代入して、

さらに、

となる。

そして、検出球体１の理論移動ベクトルＬ_b0（ｔ_k）と検出球体１の認識パターンの移動量より実測した移動ベクトルＬ_b（ｔ_k）との比較を行い、ベクトルの大きさ、向きの誤差を検出することにより、床面に対する駆動車輪８ａ，８ｂの滑りによる移動量誤差、つまり駆動車輪の滑り量を検出することが可能になる。これを上記の誤差量をＣＰＵ６にフィードバックすることにより、誤差発生の原因となるスリップ等による装置の移動軌道（移動方向）、移動距離および移動速度の修正を行うことが可能になる。

さらに、駆動車輪８ａ，８ｂの移動ベクトルと検出球体１の移動ベクトルの差を検出することにより、駆動車輪８ａ，８ｂは回っているのに検出球体１は動いていないという状態が把握でき、これにより装置が障害物に衝突したものと認識されて、回避動作を行ったり、異常状態と判断して動作を終了させることができる。

図９を用いて滑りの検出および補正の動作フローを説明する。

ＣＰＵ６にて、初期値をｔ＝ｔ₀、ｋ＝０とし（Ｓ２０１）、移動ベクトルＬ（ｔ_n）を設定する（Ｓ２０２）。Ｔ秒間装置を移動させるために、モータ制御部１２より、駆動モータ９ａ，９ｂに与えるモータ駆動パラメータベクトルＬ_l（ｔ_k）、ベクトルＬ_r（ｔ_k）を算出し（Ｓ２０３）、次に検出球体１の理論移動ベクトルＬ_b0（ｔ_k）を算出する（Ｓ２０４）。そして、装置をＴ秒間移動させ、Ｔ秒後の時間をｔ_k+1とする（Ｓ２０５）。次に、ｔ＝ｔ_k+1の時の検出球体１の実測移動ベクトルＬ_b（ｔ_k+1）を算出する（Ｓ２０６）。次に、ベクトルＬ_b（ｔ_k）＝ベクトルＬ_b（ｔ_k+1）の判別を行い（Ｓ２０７）、Ｙｅｓであればさらにｔ_k+1＝ｔ_nの判別を行い（Ｓ２０８）、判別結果がＹｅｓであれば動作を終了し、Ｎｏであればｋに１を足し込み（Ｓ２０９）、モータ駆動パラメータベクトルＬ_l（ｔ_k）、ベクトルＬ_r（ｔ_k）を与え実行し（Ｓ２０３）、上記動作を繰り返す。ルベクトルＬ_b（ｔ_k）＝ベクトルＬ_b（ｔ_k+1）の判別（Ｓ２０７）を行った結果がＮｏであれば、ベクトルＬ_b0（ｔ_k）とベクトルＬ_b（ｔ_k+1）の差分ベクトルデルタＬ_b（ｔ_k+1）を算出する（Ｓ２１０）。次に、ｔ_k+1＝ｔ_nの判別を行い（Ｓ
２１１）、Ｎｏであれば、ｋに１を足し込み（Ｓ２１２）、差分ベクトルデルタＬ_b（ｔ_k+1
）の補正を考慮したモータ駆動パラメータベクトルＬ_l（ｔ_k）、ベクトルＬ_r（ｔ_k）を算出し（Ｓ２１３）、次にベクトルＬ_b0（ｔ_k）を算出し（Ｓ２０４）、上記動作を繰り返し行う。Ｙｅｓであれば差分ベクトルデルタＬ_b（ｔ_k+1）からモータ駆動補正パラメー
タベクトルデルタＬ_l（ｔ_k）、ベクトルデルタＬ_r（ｔ_k）を算出し（Ｓ２１４）、それぞれ駆
動モータ９ａ，９ｂに与え、補正動作を実行し（Ｓ２１５）、動作を終了する。

図１０は検出球体を三次元座標系で示す説明図、図１１は検出球体の表面に配されている認識パターンの一例を示す説明図である。

図１０において、検出球体１の半径をｒ、重心点をＯとし、重心点Ｏを原点とするＸ、Ｙ、Ｚの３軸からなる三次元座標系において、球面上の任意の２点をＰ（ｘ_p，ｙ_p，ｚ_p）、Ｑ（ｘ_q，ｙ_q，ｚ_q）、ベクトルＯＰとベクトルＯＱのなす角度をθとすると、弧Ｐ
Ｑは次のようにして、半径ｒとＰとＱの座表成分ので表わされることができる。

すなわち、

余弦定理より、

（数１０）に（数１１）を代入して、

となる。

よって図１１に示すように、検出球体１の表面上の既知であるポイントに認識マークを予め設定することにより、ある一定時間内に装置が移動した移動状態を簡単に検出することが可能になる。

さらに、認識マークを全て異ならせれば、前述したような移動量を特定するための特定パターンを限定する必要がなく、パターン認識のサンプリング間隔を長く取ることが可能になる。これにより、誤認識の確率が低減され、また短時間での特定パターンの追跡処理が不要になるため、演算処理速度の遅い部品（ＣＰＵ）でも使用でき、製造コストの削減を図ることができる。

なお、認識パターンには形状を全て違えた幾何学模様や二次元バーコードパターンでもよいし、数字や同形状パターンで色または大きさを変えてもよい。認識パターンを蛍光体を用いて製作すれば、暗部において照明手段４がなくても認識パターンを検出することが可能になる。

図１２は検出球体と非検出球体を用いて構成した球体保持手段２の断面図である。

検出球体１は、ベアリングＡ３２とベアリングＢ３３で保持されている。非検出球体３１は検出球体１と充分な摩擦抵抗を持って接しており、ベアリングＣ３４で保持されている。ベアリングＡはベアリングホルダα３５で保持され、ベアリングＢ３３およびベアリングＣ３４はベアリングホルダβ３６で保持されている。非検出球体３１の中央から下部にかけて、この非検出球体３１の落下を防止するカバー３７が取り付けられ、また非検出球体３１の下部には、非検出球体１に付着するごみ等を除去するためのブラシ３８が設けられている。そして、これらはケーシング３９に収容されている。

非検出球体３１は、床面との滑りおよび検出球体１との滑りによる検出誤差を少なくす
るために、摩擦系数の大きいゴム等の材質を表面にコーティングすることが望ましい。非検出球体３１は装置の移動に同期して回転し、この回転は非検出球体３１の回転により回転する検出球体１に伝わり、検出球体１の表面に配した認識パターンが移動する。認識パターンの変化量をパターン検出手段３で検出し、移動装置の移動状態を把握することが可能になる。

このように、非検出球体３１を床面に接触させ、移動装置が移動したときに回転する非検出球体３１の回転で検出球体１を回転させるようにしてもよい。これにより、検出球体１が床面と直接接触することがないため、検出球体１の表面に配されている認識パターンが傷ついたりすることがなくなり、安定したパターン認識を行うことができる。

本発明は、ロボット等の移動装置の移動状態を検出する技術に関し、簡単かつ安価な構造でその移動状況を正確に検出するものである。

本発明の一実施の形態である移動装置を示す概略図 図１の移動装置における球体保持手段を示す平面図 図１の移動装置における球体保持手段を示す断面図 図１の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の一例を示す説明図 図１の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の他の一例を示す説明図 認識パターンの検出手順を示すフローチャート 移動装置の移動軌跡を移動ベクトルで表わしたグラフ 図１の移動装置の理想状態における駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルとの関係を示す説明図 滑りの検出および補正の手順を示すフローチャート 検出球体を三次元座標系で示す説明図 検出球体の表面に配された認識パターンの一例を示す説明図 本発明の他の実施の形態である移動装置における球体保持手段を示す断面図

符号の説明

１ 検出球体
２ 球体保持手段
３ パターン検出手段
４ 照明手段
５ 画像処理部
６ ＣＰＵ（移動状態検出手段）
７ 電源
８ａ，８ｂ 車輪
９ａ，９ｂ 駆動モータ（駆動手段）
１０ａ，１０ｂ スリット板
１１ａ，１１ｂ 回転検出センサ
２１ ベアリング
２２ ベアリングホルダ
２３ カバー
２４ ブラシ（クリーニング手段）
２５ ホルダ
３１ 非検出球体
３２ ベアリングＡ
３３ ベアリングＢ
３４ ベアリングＣ
３５ ベアリングホルダα
３６ ベアリングホルダβ
３７ カバー
３８ ブラシ
３９ ケーシング（ホルダ）

Claims (23)

1. 駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、
   表面上に認識パターンの配された検出球体と、
   前記検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、
   前記検出球体の前記認識パターンを検出するパターン検出手段と、
   前記パターン検出手段による前記検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段と、
   を有することを特徴とする移動装置。
2. 駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、
   床面と接する非検出球体と、
   前記非検出球体と所定の摩擦抵抗を持って接するとともに表面上に認識パターンの配され、前記非検出球体の回転により回転する検出球体と、
   前記非検出球体および前記検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、
   前記検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、
   前記パターン検出手段による前記検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段と、
   を有することを特徴とする移動装置。
3. 前記非検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されていることを特徴とする請求項２記載の移動装置。
4. 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動距離を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
5. 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動方向を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
6. 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動速度を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
7. 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動加速度を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
8. 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより累積移動距離を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
9. 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動軌跡を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
10. 前記移動状態検出手段が移動軌跡を逆に辿ってスタート地点まで戻ることを特徴とする請求項９記載の移動装置。
11. ２つ駆動車輪と１つの前記検出球体の３点で床面に接していることを特徴とする請求項１または４〜１０の何れか一項に記載の移動装置。
12. 前記検出球体は１２０°の等間隔で配置された３個のベアリングで保持されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の移動装置。
13. 前記検出球体への付着物を除去するクリーニング手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の移動装置。
14. 前記クリーニング手段は、前記検出球体を取り囲むように円状に配置されたブラシであることを特徴とする請求項１３記載の移動装置。
15. 前記検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の移動装置。
16. 前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で衝突を検知することを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の移動装置。
17. 前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動距離の修正を行うことを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の移動装置。
18. 前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動方向の修正を行うことを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の移動装置。
19. 前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動速度の修正を行うことを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の移動装置。
20. 前記検出球体の前記認識パターンの位置関係を既知としたことを特徴とする請求項１〜１９の何れか一項に記載の移動装置。
21. 前記検出球体の前記認識パターンは全て異なる幾何学模様であることを特徴とする請求項１〜２０の何れか一項に記載の移動装置。
22. 前記検出球体の前記認識パターンは全て異なる二次元バーコードパターンであることを特徴とする請求項１〜２０の何れか一項に記載の移動装置。
23. 前記検出球体の前記認識パターンは蛍光体を用いて製作されていることを特徴とする請求項１〜２２の何れか一項に記載の移動装置。
    

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