JP2009107468A - 走行車 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ系を複雑なものとすることなく、水溜りを含む環境における無人走破性を向上させることができ、車体の破損等も防ぐことが可能な走行車を提供する。
【解決手段】車体２と、車輪４と、進行方向の路面状態を計測する非接触型センサ３を備え、水の存在が推測される不確定水溜り部位Ｍを捉えた段階で、車体２を減速させて不確定水溜り部位Ｍまで微速前進させる制御部５と、車体２の前部車輪４が不確定水溜り部位Ｍに進入した段階で、車体２の底部分がエッジ部分Ｍａに接地したか否かを検出する接触センサ６と、エッジ部分Ｍａに車体２の底部分が接地した段階で、制御部５からの指令により車体２を不確定水溜り部位Ｍから脱出させる脱出機構１０と、車体２の前部車輪４が不確定水溜り部位４に水没した段階で、不確定水溜り部位Ｍにおける水分の存在を検出して、制御部５に車体２の不確定水溜り部位Ｍからの後退を促す水検出センサ７を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、自律又は遠隔操作により走行する走行車に係わり、とくに、水溜りが存在する不整地を走行するのに適した走行車に関するものである。

上記した走行車において、その車体に搭載したセンサで得た進行方向における外界環境データを処理し、これから推定される路面状態と車両の走破性能とを比較して、走行の可否を判断するようになっている。
この場合、センサには非接触型センサ及び接触型センサがあり、非接触型センサとしては、ソナーやレーザレンジファインダやステレオカメラや画像処理等が挙げられる。ソナーやレーザレンジファインダやステレオカメラは物体の形状の計測が可能であり、画像処理では物体の属性の推定等が可能である。これらのセンサは、遠方からの計測が可能であるため、走行速度を上げる場合には有利な手法である。

一方、接触型センサとしては、圧力センサや歪ゲージ等が挙げられ、車体の外界との接触や車輪接地点に加わる力を推定することにより、外界の固さなどの属性が推定可能である。これらのセンサは、車体近傍の領域しか計測することができないため、走行速度を非常に遅くしたり、停止と走行とを繰り返させたりする必要がある。
したがって、高速走行を行う走行車では、非接触型センサを主センサとして用い、この非接触型センサに接触型センサなどの他のセンサを組み合わせることで、より高い精度での外界環境の計測及び推定を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、自律走行を行う無人の走行車にあっては、センサ類の誤差や誤認識等によって、また、遠隔操縦される無人の走行車にあっては、オペレーションミス等によって、脱輪や泥濘地でのスタックなどの走行不可能状態に陥ることがあり、長時間にわたって無人で運用を行わせるためには、上記走行不可能状態になった場合でも、自律的に脱出を試みさせる必要があり、従来において、この思想に基づいてなされた自走式掃除機が特許文献２に記載されている。
特許第2769972号 特開2005-211360号

ところが、従来において、走行車の進行方向の路面上に水溜りが存在する場合、外界の計測に非接触型センサとしてステレオカメラを用いると、水溜りの表面が全反射を起こしてしまい、背景が写り込むことによって誤計測が発生する。
また、外界の計測に非接触型センサとしてレーザレンジファインダを用いると、照射したレーザ光が水溜りの表面により全反射されて、その反射された方向にある物体までの距離値を取得したり、あるいは、その方向に何も存在しないと距離値が取得できなかったりする。

とくに、水溜りの表面に太陽光等が映り込んだ場合において、画像処理用のカメラやレーザレンジファインダ等の光学的センサではサチレーション等により計測が不可能となり、したがって、従来の走行車において、非接触型センサでは計測が困難な水溜り等の水面が存在する領域の走行は非常に困難なものであった。
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、センサ系を複雑なものとすることなく、水溜りを含む環境における無人走破性を向上させることができ、加えて、車体の破損等も防ぐことが可能である走行車を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、自律又は遠隔操作により走行する車体と、この車体の少なくとも前後左右の４箇所に配置した車輪と、前記車体に搭載されて進行方向の路面状態を計測する外界計測部を備えた走行車において、前記外界計測部が進行方向の路面上に水の存在が推測される不確定水溜り部位を捉えた段階で、走行する車体を減速させて不確定水溜り部位まで微速前進させる制御部又は遠隔操作部と、前記微速前進する車体の前部車輪が不確定水溜り部位に進入した段階で、前記車体の底部分が前記不確定水溜り部位のエッジ部分に接地したか否かを検出する接触センサと、前記接触センサが前記不確定水溜り部位のエッジ部分に対する前記車体の底部分の接地を検出した段階で、前記制御部又は遠隔操作部からの指令により前記車体を前記不確定水溜り部位から脱出させる脱出機構と、前記微速前進する車体の前部車輪が不確定水溜り部位に水没した段階で、この不確定水溜り部位における水分の存在を検出して、前記制御部又は遠隔操作部に前記車体の前記不確定水溜り部位からの後退を促す水検出センサを備えた構成としたことを特徴としており、この走行車の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の走行車では、走行中において、外界計測部が進行方向の路面上に水の存在が推測される不確定水溜り部位を捉えた場合、制御部又は遠隔操作部からの指令により、減速して不確定水溜り部位まで微速前進し、前部の車輪を徐々に進入させる。
そして、接触センサが不確定水溜り部位のエッジ部分に対する車体の底部分の接地を検出しない場合には微速前進を継続し、続いて、水検出センサが不確定水溜り部位における水分の存在を検出しない場合には走行可能領域として判定して、速度を元に戻して走行を継続する。

一方、接触センサが不確定水溜り部位のエッジ部分に対する車体の底部分の接地を検出すると、制御部又は遠隔操作部からの指令により脱出機構が作動して、車体を不確定水溜り部位から脱出させるので、車体が不確定水溜り部位から脱出不能に陥ることが回避されることとなる。
また、接触センサが不確定水溜り部位のエッジ部分に対する車体の底部分の接地を検出しない場合であって、且つ、微速前進する車体の前部車輪が不確定水溜り部位に水没した場合には、水検出センサがこの不確定水溜り部位における水分の存在を検出して、制御部又は遠隔操作部に車体の不確定水溜り部位からの後退を促すので、車体が不確定水溜り部位に水没するのが回避されることとなる。

本発明の請求項２に係る走行車において、前記脱出機構は、車体に対して水平軸回りに回動可能で且つ適宜位置で固定可能に支持されると共に先端部分に前記車輪を配置したアームを具備し、前記車輪は、車輪本体及びこの車輪本体を適宜ポジションで固定可能に正逆回転させる駆動機構を有し、前記不確定水溜り部位から脱出する段階において、前記車体の前部車輪側のアームを回動させて前部車輪を水平軸回りに旋回させて接地させ且つ脱出方向に回転させる構成としている。

本発明の請求項３に係る走行車において、前記車体における前後の車輪間に配置したジャッキを前記脱出機構とした構成としている。

本発明に係る走行車によれば、上記した構成としているので、センサ系を複雑なものとすることなく、水溜りを含む環境における無人走破性を向上させることができ、加えて、車体の破損等も防ぐことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

以下、本発明に係る走行車を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明に係る走行車の一実施形態を示している。
図１に示すように、この走行車１は、各種器材を搭載して自律走行する走行車であって、車体２と、この車体２の前後左右の４箇所に配置した車輪４と、この車体４に搭載されて進行方向の路面状態を計測するレーザレンジファインダやステレオカメラ等の非接触型センサ（外界計測部）３と、これらの非接触型センサ３が進行方向の路面上に水の存在が推測される不確定水溜り部位を捉えた段階で、走行する車体２を減速させて不確定水溜り部位まで微速前進させる制御部５と、車体４の底部分のほぼ全面に配置した感圧センサ等の接触センサ６と、車体４の底部分における前後端部寄りにそれぞれ配置した二個の静電容量式等の水検出センサ７を備えている。

非接触型センサ３は、計測対象がコンクリートや土等の場合には、正常な計測値の取得が可能であり、取得した形状情報等により走行の可否を判断し、計測対象が水溜り等の場合には、全反射やサチレーション等により正常な計測値が得られないので、このような領域を不確定水溜り部位と判断するものとなっている。
接触センサ６は、図４（ａ）に示すように、微速前進する車体２の前部車輪４が不確定水溜り部位Ｍに進入した段階で、車体２の底部分が不確定水溜り部位Ｍのエッジ部分Ｍａに接地したか否かを検出し、一方、水検出センサ７は、図５に示すように、微速前進する車体２の前部車輪４が不確定水溜り部位Ｍに水没した段階で、この不確定水溜り部位Ｍにおける水分の存在を検出して、制御部５に車体２の不確定水溜り部位Ｍからの後退を促すものとなっている。

この場合、接触センサ６が不確定水溜り部位Ｍのエッジ部分Ｍａに対する車体２の底部分の接地を検出した段階で、制御部５からの指令により車体２を不確定水溜り部位Ｍから脱出させる脱出機構１０を備えている。
この脱出機構１０は、車体２に対して水平軸回りに回動可能で且つ適宜位置で固定可能に支持されると共に先端部分に車輪４を配置したアーム１１を具備し、車輪４は、車輪本体４ａ及びこの車輪本体４ａを適宜ポジションで固定可能に正逆回転させる駆動機構４ｂを有し、不確定水溜り部位Ｍから脱出する段階において、車体２の前部車輪４側のアーム１１を回動させて前部車輪４を水平軸回りに旋回させて接地させ且つ脱出方向に回転させるようになっている。

このような構成を成す走行車１では、図２におけるステップＳ１の走行中において、非接触型センサ３が進行方向の路面上に不確定水溜り部位Ｍを捉えた場合、制御部５からの指令により、図２におけるステップＳ２において減速して不確定水溜り部位Ｍまで微速前進し、図３に示すように、前部の車輪４を徐々に進入させる。
そして、接触センサ６が、図２におけるステップＳ３において不確定水溜り部位Ｍのエッジ部分Ｍａに対する車体２の底部分の接地を検出しない場合には微速前進を継続し、続いて、図２におけるステップＳ４において水検出センサ７が不確定水溜り部位Ｍにおける水分の存在を検出しない場合には走行可能領域として判定して、ステップＳ１に戻って速度を元に戻して走行を継続する。

一方、接触センサ６が、図２におけるステップＳ３において、図４（ａ）に示すように、不確定水溜り部位Ｍのエッジ部分Ｍａに対する車体２の底部分の接地を検出すると、図２におけるステップＳ５において制御部５からの指令により、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、脱出機構１０のアーム１１及び車輪４の駆動機構４ｂが作動して、車体２を不確定水溜り部位Ｍから脱出させ、図２におけるステップＳ６において別ルートの探索を開始するので、車体２が不確定水溜り部位Ｍから脱出不能に陥ることが回避されることとなる。

また、接触センサ６が不確定水溜り部位Ｍのエッジ部分Ｍａに対する車体２の底部分の接地を検出しない場合であって、且つ、図５に示すように、微速前進する車体２の前部車輪４が不確定水溜り部位Ｍに水没した場合には、水検出センサ７がこの不確定水溜り部位Ｍにおける水分の存在を検出して、制御部５に車体２の不確定水溜り部位Ｍからの後退を促すので、車体２が不確定水溜り部位Ｍに水没するのが回避されることとなる。

したがって、この走行車１では、センサ系を複雑なものとすることなく、水溜りを含む環境における無人走破性を向上させることができる。
上記した実施形態では、車体２の前後左右の４箇所に車輪４を一個ずつ配置し、脱出機構１０が、車体２に対して水平軸回りに回動可能で且つ適宜位置で固定可能に支持されると共に先端部分に車輪４を配置したアーム１１を具備し、車輪４が、車輪本体４ａ及びこの車輪本体４ａを適宜ポジションで固定可能に正逆回転させる駆動機構４ｂを有している場合を説明したが、これに限定されるものではない。

他の構成として、図６及び図７に示すように、 車体２の前後左右の４箇所に車輪４を二個ずつ配置し、脱出機構１０が、車体２に対して水平軸回りに回動可能で且つ適宜位置で固定可能に支持されると共に先端部分に中間車輪４を配置したアーム１１と、中間車輪４の軸回りに回動可能で且つ適宜位置で固定可能に支持されると共に先端部分に先端車輪４を配置したアーム１２を具備し、車輪４が、車輪本体４ａ及びこの車輪本体４ａを適宜ポジションで固定可能に正逆回転させる駆動機構４ｂを有している構成としてもよい。

また、図８及び図９に示すように、車体２における前後の車輪４間に配置したジャッキ２０を脱出機構とした構成としてもよい。

本発明に係る走行車の一実施形態を示す側面説明図（ａ）及び正面説明図（ｂ）である。 図１における走行車の不確定水溜り部位を走破する際の走行シーケンスを示すフローチャートである。 図１における走行車が走破可能な不確定水溜り部位に進入した状態の側面説明図である。 図１における走行車の走破不可能な不確定水溜り部位からの脱出要領を示す側面説明図（ａ）〜（ｃ）である。 図１における走行車が走破不可能な不確定水溜り部位に進入した状態の側面説明図である。 本発明に係る走行車の他の実施形態を示す側面説明図（ａ）及び正面説明図（ｂ）である。 図６における走行車の走破不可能な不確定水溜り部位からの脱出要領を示す側面説明図（ａ）〜（ｃ）である。 本発明に係る走行車のさらに他の実施形態を示す側面説明図（ａ）及び正面説明図（ｂ）である。 図８における走行車の走破不可能な不確定水溜り部位からの脱出要領を示す側面説明図（ａ），（ｂ）である。

符号の説明

１ 走行車
２ 車体
３ 非接触型センサ（外界計測部）
４ 車輪
５ 制御部
６ 接触センサ
７ 水検出センサ
１０ 脱出機構
１１，１２ アーム
２０ ジャッキ（脱出機構）
Ｍ 不確定水溜り部位
Ｍａ 不確定水溜り部位のエッジ部分

Claims (3)

1. 自律又は遠隔操作により走行する車体と、この車体の少なくとも前後左右の４箇所に配置した車輪と、前記車体に搭載されて進行方向の路面状態を計測する外界計測部を備えた走行車において、
   前記外界計測部が進行方向の路面上に水の存在が推測される不確定水溜り部位を捉えた段階で、走行する車体を減速させて不確定水溜り部位まで微速前進させる制御部又は遠隔操作部と、
   前記微速前進する車体の前部車輪が不確定水溜り部位に進入した段階で、前記車体の底部分が前記不確定水溜り部位のエッジ部分に接地したか否かを検出する接触センサと、
   前記接触センサが前記不確定水溜り部位のエッジ部分に対する前記車体の底部分の接地を検出した段階で、前記制御部又は遠隔操作部からの指令により前記車体を前記不確定水溜り部位から脱出させる脱出機構と、
   前記微速前進する車体の前部車輪が不確定水溜り部位に水没した段階で、この不確定水溜り部位における水分の存在を検出して、前記制御部又は遠隔操作部に前記車体の前記不確定水溜り部位からの後退を促す水検出センサを備えた
   ことを特徴とする走行車。
2. 前記脱出機構は、車体に対して水平軸回りに回動可能で且つ適宜位置で固定可能に支持されると共に先端部分に前記車輪を配置したアームを具備し、前記車輪は、車輪本体及びこの車輪本体を適宜ポジションで固定可能に正逆回転させる駆動機構を有し、前記不確定水溜り部位から脱出する段階において、前記車体の前部車輪側のアームを回動させて前部車輪を水平軸回りに旋回させて接地させ且つ脱出方向に回転させる請求項１に記載の走行車。
3. 前記車体における前後の車輪間に配置したジャッキを前記脱出機構とした請求項１に記載の走行車。

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