JP5037549B2 - 自律移動装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動する目標物に追従して自律的に移動する自律移動装置に関する。

例えば特許文献１は、移動する目標物をユーザとし、このユーザの後を、荷物を載せた自律移動装置が追従する技術を開示する。このような自律移動装置は、装置本体の周囲に障害物を検出すると、予め決められた方向に装置本体を旋回させて、障害物を回避する。

従来のこの種の自律移動装置は、障害物を回避するための旋回動作を容易にするために、装置本体の形状を、進行方向の長さとこの進行方向に直交する方向の長さとが略等しい形状、例えば略正円や略正方形としていた。しかしながら、積載量を考慮すると、自律移動装置の本体形状は、進行方向を長手方向とする長方形、若しくはそれに類似した形状とするほうが好ましい。ただし、進行方向を長手方向とする本体形状とした場合には、旋回動作の際に本体の旋回領域内に障害物が存在して旋回不能となる可能性があり、従来技術ではこの点について全く考慮されていない。

本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、進行方向を長手方向とする本体形状であっても、本体周囲の障害物を適切に避けて目標物を追従できる自律移動装置を提供しようとするものである。

本発明は、移動する目標物に追従して自律的に移動する自律移動装置において、長手方向を進行方向とする本体と、目標物を捕捉する捕捉手段と、本体の周囲障害物を検出する障害物検出手段と、この障害物検出手段で検出した周囲障害物の情報に基づいて、本体の回転中心から放射状に広がる空間を障害物が存在する空間と障害物が存在しない空間とに区分し、捕捉手段により捕捉された目標物が、障害物が存在しない空間にあるときには、本体の進行方向を目標物の方向に決定し、障害物が存在する空間にあるときには、本体の進行方向を障害物が検出されない空間のうち目標物に最も近い空間の方向に決定する決定手段と、この決定手段により決定された進行方向に本体を向けるために旋回を要するとき、その旋回領域内に障害物があるときには進行方向を直進方向に補正する旋回補正手段と、本体を進行方向に走行させる走行制御手段とを備えたものである。

かかる手段を講じた本発明によれば、進行方向を長手方向とする本体形状であっても、本体周囲の障害物を適切に避けて目標物を追従できる自律移動装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態における自律移動装置の斜視図。 同自律移動装置を底面側から見た平面図。 同自律移動装置の要部構成を示すブロック図。 同自律移動装置の中央制御部が実行する処理手順の要部を示す流れ図。 図４において、矢印［１］〜［２］の間の処理手順を示す流れ図。 図４において、矢印［３］以降の処理手順を示す流れ図。 同実施形態の作用説明で用いる全方位障害物マップの一例を示す図。 本体と目標物と障害物との位置関係の一例を示す模式図。 本体と目標物と障害物との位置関係の他の例を示す模式図。 本体と目標物と障害物との位置関係の他の例を示す模式図。 本体と目標物と障害物との位置関係の他の例を示す模式図。 本発明の第２の実施形態における自律移動装置を底面側から見た平面図。 本発明の第３の実施形態における自律移動装置を底面側から見た平面図。 本発明の第４の実施形態における自律移動装置を底面側から見た平面図。 本発明の第５の実施形態における自律移動装置を側面側から見た平面図。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態における自律移動装置１の外観を示す斜視図、図２は、同自律移動装置１を底面側から見た平面図である。

図１及び図２に示すように、自律移動装置１は、その本体１０を長方形の箱状とし、この本体１０における長手方向の一端面側を第１の湾曲面部１１とし、他端面側を第２の湾曲面部１２としている。そして、本体１０の左右両側面部１０ａ，１０ｂと第１の湾曲面部１１とに、それぞれ障害物センサとして能動型距離センサである超音波センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ．１３ｈ，１３ｉを、所定の間隔を開けて設けている。超音波センサ１３ａ〜１３ｉは、超音波信号を送受信することにより、周囲における障害物の有無およびその障害物までの距離をそれぞれ検知する。

自律移動装置１は、目標物として例えばユーザの後を、荷物を積んで追従するもので、図１に示すように、本体１０の上部に荷物を載せるための凹部１４を形成している。

自律移動装置１は、図２に示すように、本体１０の底面部１０ｃにおける前記一端面側の左右に一対の駆動輪１５ａ，１５ｂを、前記他端面側の左右に一対の補助車輪（キャスタ）１６ａ，１６ｂをそれぞれ左右対称に取り付けている。駆動輪１５ａ，１５ｂの回転により、本体１０はその長手方向を進行方向Ｓとし、第１の湾曲面部１１側に前進したり、第２の湾曲面部１２側に後退したりすることができる。すなわち、駆動輪１５ａ，１５ｂは前輪として機能し、補助車輪１６ａ，１６ｂは後輪として機能する。また、左右の駆動輪１５ａ，１５ｂは独立して制御され、その回転数の違いにより本体１０を時計方向または反時計方向にその場で旋回させることができる。その回転中心は、左右の駆動輪１５ａ，１５ｂを結ぶ車軸上の中間点Ｏである。

図２に示すように、前記一対の駆動輪（前輪）１５ａ，１５ｂ間の中間点をＯとし、この中間点Ｏを通る長手方向に直交する短手方向の本体の幅をｄとしたとき、本体１０の前面である第１の湾曲面部１１は、中間点Ｏを中心とし半径をｄ／２（＝ｒ）とする半円形状とする。また、中間点Ｏから本体後面までの長さをａ（＞ｄ／２）としたとき、本体１０の後面である第２の湾曲面部１２は、中間点Ｏを中心とし半径をａとする円弧形状とする。

このように、駆動輪１５ａ，１５ｂを結ぶ車軸上の中間点Ｏを回転中心とするとともに、前端面及び後端面を第１の湾曲面部１１及び第２の湾曲面部１２とすることによって、本体１０は、狭い空間でも小回りを利かせることができる。また、旋回に関して本体形状の無駄なスペースが省略され、旋回性能および積載エリアの双方を、効率よく確保することが出来る。

各超音波センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ．１３ｈ，１３ｉのうち、センサ１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇは、各駆動輪１５ａ，１５ｂの車軸より前方に設けられている。特に、センサ１３ｃ，１３ｇは、各駆動輪１５ａ，１５ｂの近傍である第１の湾曲面部１１の側方に設けられている。これらのセンサ１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆは、障害物検出領域を本体１０の側方より前方に向けている。残りの超音波センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｈ，１３ｉは、各駆動輪１５ａ，１５ｂの車軸より後方に設けられている。これらのセンサ１３ａ，１３ｂ，１３ｈ，１３ｉは、障害物検出領域を本体１０の側方に向けている。

同自律移動装置１の制御回路構成を、図３のブロック図で示す。自律移動装置１は、中央制御部２１、超音波センサ制御部２２、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２３、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）２４、一対のモータ２５ａ，２５ｂ及び一対のエンコーダ２６ａ，２６ｂを本体１０に搭載している。

中央制御部２１は、例えばマイクロコンピュータで構成され、超音波センサ制御部２２、通信インターフェイス２３、レーザレンジファインダ２４、一対のモータ２５ａ，２５ｂ及び一対のエンコーダ２６ａ，２６ｂをそれぞれ電気的に接続する。

超音波センサ制御部２２は、信号線２７を介して接続された各超音波センサ１３ａ〜１３ｉをそれぞれ制御する。すなわち、超音波センサ制御部２２は、予め決められたタイミングで、各超音波センサ１３ａ〜１３ｉに動作開始のトリガ信号を出力する。このトリガ信号を受信した各超音波センサ１３ａ〜１３ｉは、超音波信号（所定数の超音波パルスからなる信号）を送信する。超音波信号は、その進行方向に障害物があると、その障害物で反射するので、各超音波センサ１３ａ〜１３ｉは、その反射波を受信する。そして、所定レベル以上の反射波を受信したならば、各超音波センサ１３ａ〜１３ｉは、超音波信号を送信した時刻から反射波を受信した時刻までの時間差を計測する。この時間差は、超音波信号の飛行時間である。各超音波センサ１３ａ〜１３ｉは、この超音波信号の飛行時間と音速から、障害物までの距離を算出する。算出された距離データは、超音波センサ制御部２２にて収集される。超音波センサ制御部２２は、各超音波センサ１３ａ〜１３ｉから収集した障害物までの距離データを中央制御部２１に伝送する。ここに、超音波センサ制御部２２及び各超音波センサ１３ａ〜１３ｉは、本体１０の周囲障害物を検出する障害物検出手段として機能する。

通信インターフェイス２３は、本体１０に接続される他のコンピュータ機器と中央制御部２１との間のデータ通信を司る。通信インターフェイス２３は、有線を利用したデータ通信を司る有線インターフェイスであってもよいし、無線を利用したデータ通信を司る無線インターフェイスであってもよい。

レーザレンジファインダ２４は、本体１０が追従する目標物の形状をレーザスキャンにより認識し、その形状認識信号を中央制御部２１に送信する。中央制御部２１は、レーザレンジファインダ２４からの形状認識信号により、目標物を捕捉する捕捉手段としての機能を有している。また、中央制御部２１は、上記捕捉手段により捕捉した目標物の本体１０に対する相対位置情報と前記障害物検出手段で検出した周囲障害物の情報とに基づいて、本体１０の進行方向Ｓを、目標物の方向に障害物が検出されない場合はこの目標物の方向に決定し、障害物が検出される場合は本体１０を中心に放射状に広がる空間で障害物が検出されない空間のうち目標物に最も近い空間の方向に決定する決定手段と、この決定手段により決定された進行方向Ｓに本体１０を向けるために旋回を要するとき、その旋回領域内に障害物があるときには進行方向Ｓを直進方向に補正する旋回補正手段としての機能を有している。さらに、中央制御部２１は、本体１０の進行方向Ｓに障害物が検出されると、この障害物から本体１０までの間隔が一定間隔以上開く方向に本体１０の進行方向Ｓを補正する方向補正手段、この方向補正手段による補正後の進行方向Ｓに障害物が検出されないと、この補正後の進行方向Ｓを本体１０の進行方向Ｓとして決定する再決定手段、及び方向補正手段による補正後の進行方向Ｓに障害物が検出されると、本体１０の走行を停止させる停止手段としての機能も有している。これら決定手段、旋回補正手段、方向補正手段、再決定手段及び停止手段については、後述する作用説明において、具体的に説明する。

一対のモータ２５ａ，２５ｂは、中央制御部２１からの指令により各駆動輪１５ａ，１５ｂにそれぞれ動力を与え、各駆動輪１５ａ，１５ｂを独立して回転させる。一対のエンコーダ２６ａ，２６ｂは、各駆動輪１５ａ，１５ｂの回転を検知し、検知データを中央制御部２１に与える。中央制御部２１は、エンコーダ２６ａ，２６ｂからの検知データを用いた演算により、本体１０の自己位置を推定する。そして、前記捕捉手段で捕捉した目標物の本体１０に対する相対位置情報を算出し、この相対位置情報と周囲障害物の情報とから決定される本体１０の進行方向Ｓに従い、一対のモータ２５ａ，２５ｂに駆動指令を与えて、本体１０を進行方向Ｓに走行させる。

図４〜図６は、中央制御部２１における１サイクルの処理手順を示す流れ図である。次に、この流れ図を参照しながら、本実施形態における自律移動装置１の作用について説明する。

中央制御部２１は、先ず、ＳＴ（ステップ）１として、超音波センサ制御部２２を介して各超音波センサ１３ａ〜１３ｉから取り込んだ障害物までの距離データやレーザレンジファインダ２４からの形状認識信号に基づいて、本体１０を中心とし、各超音波センサ１３ａ〜１３ｉが検知できる範囲内での全方位障害物マップを作成する。また、ＳＴ２として、レーザレンジファインダ２４から取り込んだ目標物３０の形状認識信号により、目標物３０を捕捉する。なお、ＳＴ１とＳＴ２の処理手順は、どちらが先であってもよい。

こうして、全方位障害物マップを作成するとともに、目標物３０を捕捉したならば、中央制御部２１は、ＳＴ３として目標物３０は本体１０が進行可能な空間内に存在しているか否かを判断する。

この判断処理について、図７の模式図を用いて具体的に説明する。図７は全方位障害物マップの一例である。同図において、符号１０は本体を示し、符号３０は本体１０が追従する目標物を示し、符号４０は本体１０の周囲に存在する複数の障害物を示している。また、本体１０の一対の駆動輪１５ａ，１５ｂを結ぶ軸をＸ軸とし、一対の駆動輪１５ａ，１５ｂの中間点である回転中心Ｏを通るＸ軸と直交する軸をＹ軸とする。

中央制御部２１は、本体の回転中心Ｏから放射状に広がる空間を、障害物４０が存在する空間Ａ２，Ａ４，Ａ６と、障害物４０が存在しない空間Ａ１，Ａ３，Ａ５とに区分する。そして中央制御部２１は、目標物３０が捕捉された空間は、障害物４０が存在する空間であるか障害物４０が存在しない空間であるかを判定する。障害物４０が存在する空間であれば、目標物３０は本体１０が進行可能な空間内に存在していないと判断する（ＳＴ３のＮＯ）。障害物４０が存在しない空間であれば、目標物３０は本体１０が進行可能な空間内に存在していると判断する（ＳＴ３のＹＥＳ）。

図７の例では、目標物３０は、障害物４０が存在しない空間Ａ１で捕捉されている。したがって、中央制御部２１は、目標物３０は本体１０が進行可能な空間内に存在していると判断する。この場合、中央制御部２１は、ＳＴ４として目標物３０が存在する空間Ａ１の広がり角度θ１が、予め設定された任意のしきい値角度θ以上であるか否かを判断する。空間Ａ１の広がり角度θ１とは、障害物４０が存在しない空間Ａ１の一方の境界線Ｐ１−Ｏと他方の境界線Ｐ２−Ｏとを結ぶ交点の角度である。中央制御部２１は、この広がり角度θ１を算出し、しきい値角度θ以上であるか否かを判断する。

目標物３０が存在する空間Ａ１の広がり角度θ１がしきい値角度θに満たない場合（ＳＴ４のＮＯ）、中央制御部２１は、ＳＴ５として本体１０の進行方向Ｓをその空間Ａ１の中心となる方向に決定する。その後、中央制御部２１は、ＳＴ１０の処理に進む。

これに対し、目標物３０が存在する空間Ａ１の広がり角度θ１がしきい値角度θ以上の場合には（ＳＴ４のＹＥＳ）、中央制御部２１は、ＳＴ６として目標物３０の中心Ｃから近い方の空間境界線Ｐ１−ＯまたはＰ２−Ｏを選択する。そして、目標物３０の中心Ｃと本体１０の回転中心Ｏとを結ぶ線Ｃ−Ｏと選択した一方の空間境界線Ｐ１−ＯまたはＰ２−Ｏとの交点における角度θ２を算出する。

中央制御部２１は、ＳＴ７として角度θ２は、前記しきい値角度θの１／２以上であるか否かを判断する。
この判断処理について、図８の模式図を用いて具体的に説明する。図８は、本体１０と、この本体１０が追従する目標物３０と、目標物３０の近傍に位置する２つの障害物４０ａ，４０ｂとの位置関係を示している。この例は、目標物３０を捕捉した空間Ａ７が、障害物４０が存在しない空間であり、この空間Ａ７の広がり角度θ１がしきい値角度θと一致している場合である。また、目標物３０は、空間Ａ７の中心線Ｑ−Ｏよりも一方の空間境界線Ｐ７−Ｏの側に寄っている。したがって、目標物３０の中心Ｃから近い方の空間境界線として、空間境界線Ｐ７−Ｏが選択される。そして、目標物３０の中心Ｃと本体１０の回転中心Ｏとを結ぶ線Ｃ−Ｏと空間境界線Ｐ７−Ｏとの交点における角度θ２は、しきい値角度θの１／２未満であると判定される。

角度θ２がしきい値角度θの１／２未満であると判定された場合（ＳＴ７のＮＯ）、中央制御部２１は、ＳＴ８として本体１０の進行方向Ｓを選択した一方の空間境界線Ｐ７−Ｏからしきい値角度θの１／２だけ離れた方向に決定する。すなわち、図８の例では、空間Ａ７の広がり角度θ１がしきい値角度θと一致していると仮定しているので、空間Ａ７の中心線Ｑ−Ｏの方向に進行方向Ｓを決定する。その後、ＳＴ１０の処理に進む。

これに対し、角度θ２がしきい値角度θの１／２以上であると判定された場合には（ＳＴ７のＹＥＳ）、中央制御部２１は、ＳＴ９として本体１０の進行方向Ｓを目標物の中心Ｃの方向に決定する。角度θ２がしきい値角度θの１／２以上である例は図７であり、この場合は、目標物３０の中心Ｃと本体１０の回転中心Ｏとを結ぶ線上に進行方向Ｓを決定する。その後、ＳＴ１０の処理に進む。

一方、目標物３０が、本体１０が進行可能な空間内に存在していない場合（ＳＴ３のＮＯ）、図５の処理に進む。すなわち中央制御部２１は、ＳＴ２１として障害物４０が存在しない空間のうち、目標物３０の捕捉位置に最も近い空間を選択する。そして、ＳＴ２２としてこの空間の広がり角度θ１がしきい値角度θ以上であるか否かを判断する。空間の広がり角度θ１がしきい値角度θに満たない場合（ＳＴ２２のＮＯ）、中央制御部２１は、ＳＴ２３として本体１０の進行方向Ｓを、この空間の中心線の方向に決定する。その後、ＳＴ１０の処理に進む。

これに対し、空間の広がり角度θ１がしきい値角度θ以上の場合には（ＳＴ２２のＹＥＳ）、中央制御部２１は、ＳＴ２４として本体１０の進行方向Ｓを、この空間の境界線のうち目標物３０側の空間境界線よりθ／２だけずらした方向に決定する。その後、図４のＳＴ１０の処理に進む。

ここに、中央制御部２１は、ＳＴ１〜ＳＴ９及びＳＴ２１〜ＳＴ２４の各処理により、前記決定手段を構成する。

こうして、本体１０の進行方向Ｓを決定したならば、次に、中央制御部２１は、ＳＴ１０としてその進行方向Ｓに本体１０を向けるために旋回動作が必要であるか否かを判定する。例えば図７の例では旋回動作が必要であると判定され、図８の例では旋回動作が不要であると判定される。旋回動作が不要であると判定した場合（ＳＴ１０のＮＯ）、図６のＳＴ３１の処理に進む。

これに対し、旋回動作が必要であると判定した場合には（ＳＴ１０のＹＥＳ）、中央制御部２１は、ＳＴ１１として本体１０の旋回可能か否かを判断する。
この判断処理について、図９を用いて具体的に説明する。本体１０と、この本体１０が追従する目標物３０と、本体１０の近傍に位置する障害物４０ｃとの位置関係を示している。この例の場合、目標物３０が存在する空間は、障害物が存在しない空間であり、この空間の広がり角度θ１はしきい値角度θ以上であり、目標物３０の中心ｃから近い方の空間境界線までの角度θ２もしきい値角度θの１／２以上であるので、中央制御部２１は、前記決定手段により、本体１０の進行方向Ｓを、本体１０の回転中心Ｏと目標物３０の中心Ｃとを結ぶ線上に決定する。この進行方向Ｓに本体１０を向けるためには、本体１０の時計方向への旋回動作が必要である。

中央制御部２１は、本体１０の一対の駆動輪１５ａ，１５ｂを結ぶＸ軸について、回転中心Ｏより図９中右側を正の軸とし、左側を負の軸とする。また、回転中心Ｏを通りＸ軸と直交するＹ軸について、Ｘ軸より図９中上側を正の軸とし、下側を負の軸とする。中央制御部２１は、本体１０を時計方向へ旋回動作させる必要がある場合は、Ｘ軸とＹ軸がいずれも正の領域、または、Ｘ軸とＹ軸がいずれも負の領域において、障害物４０ｃが検出されているか否かを判断する。また、本体１０を反時計方向へ旋回動作させる必要がある場合は、Ｘ軸が正の領域でＹ軸が負の領域、または、Ｘ軸が負の領域でＹ軸が正の領域において、障害物４０ｃが検出されているか否かを判断する。障害物４０ｃが検出されていない場合、中央制御部２１は、旋回可能と判断する。

障害物４０ｃが検出されている場合、本体１０からその障害物４０ｃまでの間隔Ｗが予め設定されている安全間隔以上であるか否かを判断する。安全間隔は、図２において、長さａから長さｄ／２を減算した値に変数αを加算した値である。長さの単位をｃｍとしたとき、変数αは、例えば１ｃｍ〜３０ｃｍの範囲内の任意の値である。

本体１０から障害物４０までの間隔Ｗが安全間隔以上の場合には、中央制御部２１は、旋回可能と判断する。これに対し、本体１０から障害物４０までの間隔Ｗが安全間隔未満の場合には、中央制御部２１は、旋回不可能と判断する。図９の例では、本体１０の時計方向の旋回に対し、Ｘ軸とＹ軸がいずれも負の領域において障害物４０ｃが検出されており、しかもその間隔Ｗが安全間隔未満であるので、中央制御部２１は、旋回不可能と判断する。図９において、本体１０を進行方向Ｓに向けて旋回させたときの本体１０の位置を破線で示す。図示するように、本体１０を進行方向Ｓに向けて旋回させた場合には、本体１０の左後方が障害物４０ｃと衝突するので、旋回させることはできない。

旋回不可能と判断した場合（ＳＴ１１のＮＯ）、中央制御部２１は、ＳＴ１２として進行方向の旋回角度を０度に補正する。すなわち、中央制御部２１は、図９に示すように、旋回領域内に障害物４０があるときには、進行方向Ｓを直進方向Ｓｙに補正する（旋回補正手段）。旋回可能と判断した場合は、進行方向の補正は行わない。その後、図６のＳＴ３１の処理に進む。

こうして、本体１０の進行方向Ｓを必要に応じて補正したならば、中央制御部２１は、ＳＴ３１としてその進行方向Ｓの近傍に障害物４０が有るか否かを判断する。
この判断手段について、図１０の模式図を用いて具体的に説明する。図１０は、本体１０と、この本体１０が追従する目標物３０と、本体１０の近傍に位置する障害物４０ｃと、本体１０の進行方向に位置する障害物４０ｄとの位置関係を示している。本体１０とその近傍に位置する障害物４０ｃとの位置関係は、図９と同一である。したがって、本体１０の進行方向は、旋回補正手段により直進方向Ｓｙに補正される。

中央制御部１０は、本体１０の車幅ｄと、障害物４０ｄのマップ位置データとから、決定された進行方向Ｓｙに進行した際の本体１０と障害物４０ｄとの最小間隔ｅを算出する。そして、この最小間隔ｅが予め設定されたしきい値間隔ｆより小さいか否かを判断する。最小間隔ｅがしきい値間隔ｆより小さい場合には、進行方向近傍に障害物有りと判断する。最小間隔ｅがしきい値間隔ｆ以上の場合には、進行方向近傍に障害物無しと判断する。しきい値間隔ｆは、任意の値であり、本体１０が障害物４０ｄの近傍を実際に通過したときに障害物４０ｄの影響を受けないと推定される安全な間隔の最小値を設定する。

進行方向近傍に障害物無しと判断された場合（ＳＴ３１のＮＯ）、中央制御部１０は、ＳＴ３２として本体１０を進行方向ＳまたはＳｙに前進させるべく、一対のモータ２５ａ，２５ｂにそれぞれ駆動指令を与えて、本体１０を進行方向Ｓに走行させる（走行制御手段）。

一方、図１０の例では、最小間隔ｅがしきい値間隔ｆより小さいので、進行方向近傍に障害物有りと判断される。この場合（ＳＴ３１のＹＥＳ）、中央制御部２１は、ＳＴ３３として障害物４０ｄから一定距離ｆだけ離れる方向に本体１０が進行するように、本体１０の進行方向を補正する（方向補正手段）。図１０の例では、本体１０の直進方向Ｓｙから時計方向に角度θ３だけ回転させた方向Ｓ１に進行方向を補正する。

このとき、中央制御部１０は、ＳＴ３４として進行方向の補正が可能か否かを判断する。ＳＴ１１と同様の判断手順により、進行方向を補正するために本体１０を旋回させた際に障害物４０ｃと衝突してしまうと判定された場合には、補正不可と判断する。

進行方向の補正が可能な場合（ＳＴ３４のＮＯ）、中央制御部２１は、ＳＴ３５として補正後の進行方向Ｓ１の近傍に障害物４０が有るか否かを再度判断する。その結果、障害物４０が存在しない場合には（ＳＴ３５のＮＯ）、中央制御部２１は、補正後の進行方向Ｓを本体１０の進行方向として確定する（再決定手段）。そして、ＳＴ３２に進み、本体１０を進行方向Ｓ１に前進させるべく、モータ２５ａ，２５ｂにそれぞれ駆動指令を与えて、本体１０を進行方向Ｓに走行させる（走行制御手段）。

これに対し、図１１に示すように、本体１０が進行方向Ｓｙに進行した際に、障害物４０ｄとは反対側に位置する別の障害物４０ｅと本体１０の右側面部との最小間隔ｇがしきい値間隔ｆより小さくなる場合には、再検討の結果でも進行方向の近傍に障害物有りと判断する。この場合（ＳＴ３５のＹＥＳ）、中央制御部２１は、本体１０を停止させるべく、モータ２５ａ，２５ｂの駆動を停止させる（停止手段）。

中央制御部２１が図４〜図６の流れ図に示す処理手順を繰り返すことにより、本体１０は、周囲の障害物４０を適切に避けて目標物３０を効率よく追従することができる。

また、本体１０の左右側面に、それぞれ長手方向に沿って前後に複数の超音波センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｈ，１３ｉを配置したので、本体１０の旋回エリア内に障害物があるかどうかを容易に発見することが出来る。なお、これらセンサの配置については、図９においてＹ軸の負の領域内に障害物があるかどうかを発見し易いよう、本体１０の後端部近傍に少なくとも一組設けるのが、より好ましい。

さらに、上述した一実施の形態においては、各駆動前輪１５ａ，１５ｂの車軸Ｘ上に旋回中心を設定するとともに、この車軸Ｘ上近傍にセンサ１３ｃ，１３ｇを側方に向けて設ける構成を採用したことから、ＳＴ１１において旋回可能かどうかを判断する際、図９に示すＸ軸が本体１０の進行方向前よりに設定されることになる。これにより、例えば、Ｘ軸が本体１０の中央部に設定される場合と比較して、旋回動作が必要であるかどうかの判断を行う際、より早い段階において旋回要否を決定することが可能となる。

また、図２に示すように、センサ１３ｃ、１３ｇを側方よりも前方に向けて配置したことにより、走行においてより障害となる頻度の高い前方の障害物を、いち早く、また、精度良く発見することが可能となる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、自律移動装置１における本体１０の形状や構造は、前記実施形態のものに限定されるものではない。

図１２は、第２の実施形態における自律移動装置１の本体１０を底面側から見た平面図であり、第１の実施形態である図２と共通する部分には同一符号を付している。第２の実施形態は、半円形状であった第１の湾曲面部１１を、一対の駆動輪１５ａ，１５ｂより前方で縦方向に切断し、その切断面である平面上に、超音波センサ１３ｄ，１３ｅ，１３ｆを配置している。このように、一対の駆動輪１５ａ，１５ｂの車軸上の中点である回転中心Ｏから前記本体前面までの距離を、ｄ／２（＝ｒ）より小さくしてもよい。また、この実施形態は、後輪である補助車輪１６を１個としている。このように、補助車輪の数は１個でもよいし、３個以上であってもよい。

図１３は、第３の実施形態における自律移動装置１の本体１０を底面側から見た平面図、図１４は、第４の実施形態における自律移動装置１の本体１０を底面側から見た平面図である。第３の実施形態は、左右対称に取り付けられた一対の前輪１７ａ，１７ｂを固定し、本体底面部の１０ｃの長手方向後方における中央に取り付けられた１つの後輪１８を駆動輪としている。第４の実施形態は、前輪１７ａ，１７ｂをディファレンシャル駆動輪とし、後輪１８で回転させるようにしている。いずれの実施形態においても、第１の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。

図１５は、第５の実施形態における自律移動装置１の本体１０を一側面側から見た平面図である。第５の実施形態は、本体１０の左右両側面部１０ａ，１０ｂと第１の湾曲面部１１とに設けられる超音波センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈ，１３ｉを、それぞれ上下方向に列をなして複数個配置している。すなわち、本体１０の左右側面にそれぞれ長手方向に沿って前後に配置される複数の超音波センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｈ，１３ｉと、本体１０の前面に短手方向に沿って左右に配置される複数の超音波センサ１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇとは、上下複数列に亙って配置されている。したがって、下側が凹んでいるような障害物や中央付近が突出している障害物があっても、確実に検知して、回避することができる。

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を組合わせてもよい。

１…自律移動装置、１０…本体、１１…第１の湾曲面部、１２…第２の湾曲面部、１３ａ〜１３ｉ…超音波センサ、１４…凹部、１５ａ，１５ｂ…駆動輪、１６ａ，１６ｂ補助車輪、２１…中央制御部、２２…超音波センサ制御部、２３…通信インターフェイス、２４…レーザレンジファインダ、２５ａ，２５ｂ…モータ、２６ａ，２６ｂ…エンコーダ。

特開２００６−１３４２２１号公報

Claims (12)

1. 移動する目標物に追従して自律的に移動する自律移動装置において、
   長手方向を進行方向とする本体と、
   前記目標物を捕捉する捕捉手段と、
   前記本体の周囲障害物を検出する障害物検出手段と、
   前記障害物検出手段で検出した周囲障害物の情報に基づいて、前記本体の回転中心から放射状に広がる空間を障害物が存在する空間と障害物が存在しない空間とに区分し、前記捕捉手段により捕捉された前記目標物が、前記障害物が存在しない空間にあるときには前記本体の進行方向を前記目標物の方向に決定し、前記障害物が存在する空間にあるときには前記本体の進行方向を前記障害物が検出されない空間のうち前記目標物に最も近い空間の方向に決定する決定手段と、
   この決定手段により決定された進行方向に前記本体を向けるために旋回を要するとき、その旋回領域内に障害物があるときには進行方向を直進方向に補正する旋回補正手段と、
   前記本体を進行方向に走行させる走行制御手段と、
   を具備したことを特徴とする自律移動装置。
2. 前記本体の車幅と前記障害物検出手段で検出した周囲障害物の情報とに基づいて、前記決定手段により決定される前記本体の進行方向近傍に障害物が検出されると、この障害物から前記本体までの間隔が一定間隔以上開く方向に前記本体の進行方向を補正する方向補正手段、
   をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の自律移動装置。
3. 前記本体の車幅と前記障害物検出手段で検出した周囲障害物の情報とに基づいて、前記方向補正手段による補正後の進行方向近傍に障害物が検出されないと、この補正後の進行方向を前記本体の進行方向として決定する再決定手段、
   をさらに具備したことを特徴とする請求項２記載の自律移動装置。
4. 前記本体の車幅と前記障害物検出手段で検出した周囲障害物の情報とに基づいて、前記方向補正手段による補正後の進行方向近傍に障害物が検出されると、前記本体の走行を停止させる停止手段、
   をさらに具備したことを特徴とする請求項３記載の自律移動装置。
5. 前記本体には、長手方向に沿って左右一対の前輪と少なくとも１つの後輪とが配置され、前記本体の旋回時の回転中心が前記一対の前輪の車軸上にあることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１記載の自律移動装置。
6. 前記一対の前輪間の中心をＯとし、この中心Ｏを通る前記長手方向に直交する短手方向の前記本体の幅をｄとしたとき、前記中心Ｏから前記本体前面までの距離をｄ／２以下とし、前記中心Ｏから前記本体後面までの距離をｄ／２より大きくなるように本体寸法を設定したことを特徴とする請求項５記載の自律移動装置。
7. 前記中心Ｏから前記本体後面までの距離をａ（＞ｄ／２）としたとき、前記本体の前面形状を、前記中心Ｏを中心とし半径をｄ／２とする半円の形状とし、前記本体の後面の形状を、前記中心Ｏを中心とし半径をａとする円弧の形状とすることを特徴とする請求項６記載の自律移動装置。
8. 前記障害物検出手段は、前記本体の左右側面にそれぞれ長手方向に沿って前後に配置された複数の障害物センサを含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１記載の自律移動装置。
9. 前記本体には、長手方向に沿って左右一対の前輪と少なくとも１つの後輪とが配置され、前記本体の旋回時の回転中心が前記一対の前輪の車軸上にあり、この車軸より前方の左右側面に少なくとも１組の障害物センサを設けたことを特徴とする請求項８記載の自律移動装置。
10. 前記車軸より前方の左右側面に設けられた障害物センサは、障害物検出領域を前記本体の側方より前方に向けていることを特徴とする請求項９記載の自律移動装置。
11. 前記本体の左右側面にそれぞれ長手方向に沿って前後に配置される複数の障害物センサは、上下複数列に亙って配置されていることを特徴とする請求項８記載の自律移動装置。
12. 前記決定手段は、前記捕捉手段により捕捉された前記目標物が、前記障害物が存在しない空間にあるとき、当該障害物が存在しない空間の広がり角度が所定のしきい値角度に満たないときには前記本体の進行方向を当該障害物が存在しない空間の中心方向に決定し、前記しきい値角度以上のときには、前記目標物の中心と前記本体の回転中心とを結ぶ線と前記目標物の中心に近い方の空間境界線との交点における角度が前記しきい値角度の１／２に満たないときには前記本体の進行方向を前記空間境界線から前記しきい値角度の１／２だけ離れた方向に決定し、前記しきい値角度の１／２以上のときには前記本体の進行方向を前記目標物の中心方向に決定することを特徴とする請求項１記載の自律移動装置。

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