JP5278283B2 - 自律移動装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自律移動装置及びその制御方法に関する。

近年、環境を自律的に移動するロボットが開発されている。自律的な移動を実現するため、ロボットには、自己位置推定機能と、安全な移動確保のための障害物検出機能と、が必要とされる。従来、自己位置推定と障害物検出とを両立して行うためには、自己位置推定に用いる水平設置レーザレンジファインダと、足元の障害物検出に用いる斜め下向き設置レーザレンジファインダの、計２台のレーザレンジファインダを必要としていた。

特開２００３−２８７６９３号公報

しかしながら、自己位置推定と足元の障害物検出とを両立させるために２台のレーザレンジファインダを用いては、レーザレンジファインダのコストが２台分かかってしまう。また、レーザレンジファインダを２台設置するものとしては、その設置空間が大きくなってしまう。さらに、レーザレンジファインダを１台のみ設置して、その設置したレーザレンジファインダをピッチ方向に振る構成を採用したとしても、レーザレンジファインダをピッチ方向へと駆動する駆動部の構成が大きなものとなるために、搭載性が悪くなってしまう。

尚、特許文献１には、光ビームスキャン機構を搭載した自走ロボット（図２９、図３０など）が開示されている。特許文献１に開示される自走ロボットの光ビームスキャン機構では、ミラーの姿勢を制御することで光ビームの投射方向を変化させて、障害物検出を行う。しかし、特許文献１に開示される自走ロボットの光ビームスキャン機構は、ミラーを用いてレーザを上下に照射させることで障害物の検出を行うものにすぎず、自己位置推定機能と両立させたものではない。

従って、本発明は、上述した課題を解決して、自己位置推定機能と足元の障害物検出機能とを良好に両立させることができる自律移動装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る自律移動装置は、環境内の対象物までの距離を計測する非接触式の距離センサと、移動状況に関する所定の条件に基づいて、足元の障害物検出処理か自己位置推定処理のいずれの処理を実行するかを判定する判定部と、前記足元の障害物検出処理を実行する場合には、前記距離センサからの測定信号の方向を足元付近に向けて変化させ、前記自己位置推定処理を実行する場合には、前記測定信号の方向を遠方の対象物を測定可能となる向きに変化させる反射部と、前記距離センサから取得する距離情報に基づいて足元の障害物を検出する足元障害物検出部と、前記距離センサから取得する距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、前記推定した自己位置を用いて補正する自己位置推定部と、前記足元の障害物検出において検出した障害物情報と、前記自己位置推定において補正した自己位置とに基づいて、移動装置の制御を行う走行制御部と、を備えるものである。

これにより、単一の距離センサを用いて、足元の障害物検出と自己位置推定とを良好に行うことができる。このため、移動量から求めた自己位置を補正するために自己位置推定に関して必要とする部品（他の距離センサや、環境内に設置する無線ＲＦＩＤなど）を追加する必要が無く、システム全体で必要とする部品点数を削減することができる。また、障害物検出機能と自己位置推定機能を実現するための搭載スペースを小さくすることができる。

また、本発明に係る自律移動装置の制御方法は、環境内の対象物までの距離を計測する非接触式の距離センサと、前記距離センサからの測定信号の方向を変化させる反射部と、移動装置と、を備えた自律移動装置の制御方法であって、移動量から自己位置を求めるステップと、前記距離センサからの測定信号の方向を足元付近に向けて変化させ、前記距離センサから取得する距離情報に基づいて足元の障害物を検出するステップと、移動状況に関する所定の条件に基づいて、自己位置推定処理を実行するか否かを判定するステップと、前記自己位置推定処理を実行する場合には、前記測定信号の方向を遠方の対象物を測定可能となる向きに変化させ、前記距離センサから取得する距離情報に基づいて自己位置を推定するステップと、前記移動量から求めた自己位置を、前記推定した自己位置を用いて補正するステップと、前記足元の障害物検出において検出した障害物情報と、前記補正した自己位置とに基づいて、前記移動装置の制御を行うステップと、を有するものである。

本発明によれば、自己位置推定機能と足元の障害物検出機能とを良好に両立させることができる自律移動装置及びその制御方法を提供することができる。

実施の形態１に係る自律移動装置の制御システムの概略構成図である。 実施の形態１に係る自律移動装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る自律移動装置の外観構成を示す側面図である。 実施の形態１に係る自律移動装置の制御システムの機能構成図である。 実施の形態１に係る自律移動装置の制御システムの動作を示すフローチャート図である。 実施の形態１に係る自律移動装置の障害物検出処理を説明するための図である。 実施の形態１に係る自律移動装置の自己位置推定処理を説明するための図である。 実施の形態２に係る自律移動装置の外観構成を示す側面図である。 実施の形態２に係る自律移動装置の制御システムの動作を示すフローチャート図である。 実施の形態２に係る自律移動装置の３次元障害物検出処理を説明するための図である。 実施の形態３に係る自律移動装置の外観構成を示す側面図である。 実施の形態４に係る自律移動装置の外観構成を示す側面図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、移動領域としての床部１上の限られたエリアＰ（破線に囲まれた領域）を、自律移動装置としての車両１０が演算部１５からの信号により移動する自律移動装置制御システム１００の一実施形態を概略的に示すものである。図１では、床部１上のエリアＰ上に物体は表記されていないが、既知の固定障害物及び距離センサにより検知された固定障害物や移動障害物が存在し、車両１０はこれらの障害物を回避する必要がある。

図２に示すように、車両１０は、箱型の車両本体１０ａと、１対の対向する左右駆動輪１１と、キャスタ１２を備える対向２輪型の車両であり、これらの左右駆動輪１１、補助輪１２とで車両本体１０ａを水平に支持するものである。さらに、車両本体１０ａの内部には、左右駆動輪１１をそれぞれ駆動する駆動部（モータ）１３と、駆動輪の回転数を検出するためのエンコーダ１４と、駆動輪を駆動するための制御信号を作成し、駆動部１３にその制御信号を送信する演算部１５が備えられている。そして、演算部１５内部に備えられた記憶部としてのメモリなどの記憶領域１５ａには、制御信号に基づいて車両１０の移動速度や移動方向、移動距離などを制御するための制御プログラムが記録されている。前述の移動速度や移動距離などは、エンコーダ１４で検知された左右駆動輪１１の回転数に基づいて求められている。

また、車両本体１０ａの前面には、移動する方向に現れた障害物等を認識するための非接触式の距離センサ１６が固定されており、この距離センサ１６で認識した画像や映像等の情報が演算部１５に入力された結果、制御プログラムに従って車両の移動する方向や速度等が決定される。距離センサ１６は、例えば、障害物等において反射されたレーザを検知する光走査型のセンサ（レーザレンジファインダなど）により構成することができる。尚、距離センサ１６はレーザレンジファインダに限定されず、赤外線センサや超音波センサなどの非接触式のセンサを用いてもよい。

距離センサ１６の具体的な構成については後述するが、車両１０は、距離センサ１６により検出された距離情報から、足元の障害物を検出することができる。また、予め記憶した地図情報と、距離センサ１６により検出された距離情報とをマッチングすることにより、自己位置を推定することができる。

このように構成された車両１０は、１対の左右駆動輪１１の駆動量をそれぞれ独立に制御することで、直進や曲線移動（旋回）、後退、その場回転（両駆動輪の中点を中心とした旋回）などの移動動作を行うことができる。そして、車両１０は、外部からの移動場所を指定する演算部１５からの指令にしたがって、エリアＰ内の指定された目的地までの移動経路を作成し、その移動経路に追従するように移動することで、目的地に到達する。

演算部１５内部に備えられた記憶領域１５ａには、地図情報が記憶されている。地図情報として、ここでは、床部１上のエリアＰ全体の形状に、略一定間隔ｄ（例えば１０ｃｍ）に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで得られるグリッドマップが記憶されている。障害物の存在の有無を示す障害物情報が、予め又はリアルタイムに各グリッドに対して設定される。演算部１５は、グリッドマップ上において特定される自己位置を移動始点として、目的地である移動終点までの移動経路を作成し、作成された移動経路に従って移動を行う。

図３（ａ）は、車両１０の概観構成を示す側面図である。車両本体１０ａの前面上方には、レーザレンジファインダ１７と、反射部１９と、が備えられている。本実施の形態１では、レーザレンジファインダ１７は、照射するレーザ光Ｌ１の方向が略水平方向となるように配置されている。

レーザレンジファインダ１７は、車両１０周辺の検出領域内に存在する物体と、車両１０との間の距離を計測する。例えば、レーザレンジファインダ１７は、車両１０前方の検出領域へと放射状にレーザ光を放射し、その検出領域内の物体からの反射光を受光することで、その物体までの距離を測定することができる。

反射部１９は、反射板２０と、駆動部２１とを備えている。反射部１９は、レーザレンジファインダ１７から照射されたレーザ光Ｌ１の方向を変化させる。駆動部２１はモータなどにより構成され、反射板２０の傾きを変化させる。反射板２０は、レーザレンジファインダ１７の上側に設けられており、レーザレンジファインダ１７から照射されたレーザ光Ｌ１を反射することで、レーザ光Ｌ１の光路を変更する。

図３（ａ）の左図に示すように、車両１０は、自己位置推定時には、反射板２０の傾きを水平方向へと変化させることで、レーザ光Ｌ１の光路を水平方向へと変化させる。また、図３（ａ）の右図に示すように、自己位置推定を行わずに足元の障害物を検出する時には、反射板２０の傾きを水平方向から斜め下に変化させることで、レーザ光Ｌ１の光路をピッチ方向において下方向に変化させる。すなわち、自己位置を推定する場合には、遠方の物体までも測定可能となるように、レーザ光の方向を水平方向へと変化させ、足元の障害物を検出する場合には、レーザ光の方向を足元付近に向けて変化させる。

図３（ｂ）に、自己位置推定機能と障害物検出機能を備えた従来の自律移動装置２００の一例を示す。図３（ｂ）の左図に示す例では、自己位置推定用のレーザレンジファインダ２１０と、足元の障害物検出用のレーザレンジファインダ２２０の、２台のレーザレンジファインダを備える。そして、レーザレンジファインダ２１０からのレーザ光Ｌ３を水平方向へと照射することで自己位置推定を行い、レーザレンジファインダ２２０からのレーザ光Ｌ４を足元の方向へと照射することで障害物検出機能を行う。しかし、レーザレンジファインダを２台用いているため、その搭載コストが大きく、また、設置のための搭載空間が大きいなどの問題があった。

また、従来の他の例としては、図３（ｂ）の右図に示す構成が考えられる。図３（ｂ）の右図に示す例では、自己位置推定と足元の障害物検出に兼用する１台のレーザレンジファインダ２３０を備え、レーザレンジファインダ２３０自体をモータ２４０によりピッチ方向に揺動させる。しかし、レーザレンジファインダ２３０自体を振ることでレーザ光Ｌ５を変化させる構成とするため、設置のための搭載空間が大きくなるという問題がある。

図４は、自律移動装置の制御システムの機能構成を示すブロック図である。制御システムは、自律移動装置であるロボット（車両１０）と、ロボットの演算装置５０と、を備えている。尚、演算装置５０は車両１０の外部に設ける装置としてもよいし、演算装置５０の各部の機能を、車両１０の演算部１５に内蔵するものとしてもよい。

車両１０は、上述したレーザレンジファインダ１７と、姿勢角センサ１８と、上述した反射部１９と、移動装置２３と、を備えている。姿勢角センサ１８は、車両本体１０ａに搭載された加速度センサやジャイロセンサにより構成され、車両本体１０ａの姿勢角を検出することができる。反射部１９は、反射板２０と、反射板の駆動部２１と、エンコーダ２２（図ではエンコーダＡとして示す）と、を備えている。エンコーダ２２は駆動部２１に設けられている。これにより、エンコーダ２２は、駆動部２１の駆動量から、ピッチ方向における反射板２０の回転量を検出することができる。

移動装置２３は、上述した左右駆動輪１１と、上述した補助輪１２と、上述した駆動部１３と、上述したエンコーダ１４（図ではエンコーダＢとして示す）と、を備えている。移動装置２３は、入力される走行用の制御信号に基づいて、駆動部１３を駆動制御する。

演算装置５０は、距離データ取得部５１と、姿勢角データ取得部５２と、エンコーダＡデータ取得部５３と、エンコーダＢデータ取得部５４と、自己位置推定部５５と、反射部の制御部５６と、足元障害物検出部５７と、判定部５８と、走行制御部５９と、を備えている。

距離データ取得部５１は、レーザレンジファインダ１７の測定値から、物体までの距離データを生成する。姿勢角データ取得部５２は、姿勢角センサ１８の測定値から、車両１０の姿勢角データを生成する。

エンコーダＡデータ取得部５３は、反射部１９のエンコーダ２２の測定値から、エンコーダ値を生成する。エンコーダＢデータ取得部５４は、移動装置２３のエンコーダ１４の測定値から、エンコーダ値を生成する。

自己位置推定部５５は、距離データ取得部５１からの距離データと、エンコーダＡデータ取得部５３からのエンコーダ値と、エンコーダＢデータ取得部５４からのエンコーダ値と、に基づいて、自己位置推定処理を行う。尚、自己位置推定処理の詳細については後述する。

反射部の制御部５６は、足元障害物検出処理から自己位置推定処理へと切替えるため、反射部１９の駆動を制御する。本実施の形態１では、反射板２０を持ち上げてレーザレンジファインダ１７からのレーザ光を水平方向にした上で、自己位置推定処理を行う。

足元障害物検出部５７は、距離データ取得部５１からの距離データと、エンコーダＡデータ取得部５３からのエンコーダ値と、エンコーダＢデータ取得部５４からのエンコーダ値と、に基づいて、足元の障害物検出処理を行う。尚、足元の障害物推定処理の詳細については後述する。

判定部５８は、エンコーダＡデータ取得部５３からのエンコーダ値と、エンコーダＢデータ取得部５４からのエンコーダ値と、に基づいて、足元の障害物検出処理から自己位置推定処理への切替えを判定する。

走行制御部５９は、障害物位置データを地図情報に反映させた上で、自己位置から目的地までの移動経路を作成する。そして、作成した移動経路に従って移動速度や移動方向を決定する。走行制御部５９は、決定した移動速度や移動方向に基づく走行用の制御信号を、移動装置２３に出力する。

図５は、車両の制御動作を示すフローチャート図である。環境を移動中の車両１０は、オドメトリにより自己位置を計算する（Ｓ１０１）。尚、詳細は後述するが、オドメトリは、エンコーダ１４の積算値に基づいて自己位置を計算する手法である。

次いで、車両１０は、レーザレンジファインダ１７の測定値から、車両１０の周囲に存在する物体までの距離データを取得する（Ｓ１０２）。また、車両１０は、姿勢角センサ１８の測定値から、車両１０の姿勢角データを取得する（Ｓ１０３）。

次いで、車両１０は、Ｓ１０１からＳ１０３で取得した情報に基づいて、足元の障害物の検出処理を実行する（Ｓ１０４）。図６に、足元の障害物を検出する方法の一例を示す。尚、図６に示す例では、レーザ光Ｌ６は前方の床面に向けられており（図６の左に示す側面図）、車両１０の左前方に向けてレーザ光Ｌ７が照射されている（図６の右に示す上面図）。

また、図６では、Ｌはレーザ光測定距離を示し、ａはレーザ光がレーザレンジファインダ１７の照射部から反射板２０にあたるまでの距離を示し、ｈは、レーザ光が床面から反射板２０にあたるまでの距離を示し、θ１は反射板２０の傾き（エンコーダ２２の測定値から取得する。）を示し、θ２はレーザ光の反射板２０への入射角を示し、θ３は、レーザレンジファインダ１７の角度分解能を示す。また、姿勢角センサ１８による測定値は、車両本体１０ａの姿勢ロール角αと、姿勢ピッチ角βと、姿勢ヨー角γと、により構成される。また、車両１０の進行方向をｘ軸方向とし、ｘ軸方向に直交する左右方向をｙ軸方向として示す。

図６に示すように、レーザレンジファインダ１７を中心とする座標系において、以下の式により、レーザ光の測定点の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を求めることができる。
ｘ＝（（Ｌ−ａ）ｓｉｎ（θ１＋θ２）＋ａ）ｃｏｓ（θ３）
ｙ＝（（Ｌ−ａ）ｓｉｎ（θ１＋θ２）＋ａ）ｓｉｎ（θ３）
ｚ＝ｈ−（Ｌ−ａ）ｓｉｎ（θ１＋θ２）

車両１０は、このようにして取得したレーザ光の測定点の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を、レーザレンジファインダ１７の取り付け位置を考慮して、車両１０を中心とする座標系とへと変換する。そして、オドメトリにより計算した車両１０の自己位置（ｘ＿ｒｏｂｏｔ，ｙ＿ｒｏｂｏｔ）と姿勢角（α，β，β）とを用いて、車両１０を中心とする座標系での距離情報を、絶対座標系での距離情報へと変換する。さらに、絶対座標系への変換後のレーザ光の測定点について、そのｚ軸の値に基づいて障害物領域であるか否かを判定する。例えば、ｚ軸の値が０付近の値である場合には走行可能領域であると判定し、それ以外の場合には障害物領域であると判定する。

図５に戻って説明を続ける。次いで、車両１０は、自己位置推定処理への切り替えを判断するため、一定の距離進んだか否かを判定する（ＳＳ０５）。判定の結果、自己位置推定処理の前回実行時の位置から一定の距離進んだ場合（Ｓ１０５でｙｅｓの場合）には、車両１０は、反射板２０を上げることで、レーザレンジファインダ１７からのレーザ光を水平方向へと変化させる（Ｓ１０６）。判定の結果、一定の距離進んでいな場合（Ｓ１０５でｎｏの場合）には、車両１０は、Ｓ１０１へと戻り処理を続ける。

次いで、車両１０は、自己位置推定処理の準備が完了したか否かを判断するため、反射板２０を上げ終えたか否かを判定する（Ｓ１０７）。判定の結果、レーザ光が水平方向となるように反射板２０を上げ終えた場合（Ｓ１０７でｙｅｓの場合）には、車両１０は、Ｓ１０１からＳ１０３で取得した情報に基づいて、自己位置の推定処理を実行する（Ｓ１０８）。判定の結果、反射板２０を上げ終えていない場合（Ｓ１０７でｎｏの場合）には、車両１０は、Ｓ１０１へと戻り処理を続ける。

尚、足元の障害物検出処理から自己位置推定処理への切り替え時には、反射板２０の傾きを足元に方向から水平方向へと変化させる。この切り替えの際に、反射部１９のエンコーダ２２から反射板２０の位置データを時系列的に取得することで、レーザ光の方向の時系列的な変化を計算することができる。すなわち、自己位置推定処理へと切替える際には、レーザ光の方向の時系列的な変化を考慮することで、足元の障害物の検出処理をレーザ光の方向の変化に応じてより正確に行うことができる。

図７に、自己位置を推定する方法の一例を示す。図７の左図は予め記憶した地図情報２４を示している。図７の中央図は、レーザレンジファインダ１７による検出領域２５と、その測定結果を示している。図７の中央図では、レーザ光が物体に反射して、その距離情報を取得した箇所２６を太線により示している。車両１０は、地図情報２４とレーザレンジファインダ１７による測定結果とをマッチングすることにより、自己位置推定処理を行う。図７の右図は、マッチング処理結果を含む地図情報２７である。

自己位置を計算する手法の一例として、駆動輪のエンコーダ値の積算から自己位置を求める手法（オドメトリ）が知られている。オドメトリでは、左右の駆動車輪の回転速度から車両の並進速度と車両本体の角速度を求め、それらを積分することで車両の位置と姿勢を求めることができる。しかし、オドメトリは移動距離に応じて累積誤差が増加し、その算出精度が悪化していくことが知られている。

本実施の形態１では、車両１０の移動状況に関する所定の条件を満足した場合に、レーザスキャンマッチングによる自己位置推定を行い、オドメトリによって求めた自己位置の補正を行う。より具体的には、周囲の環境の形状情報を予め地図情報として記録しておき、レーザレンジファインダ１７による計測結果（取得した環境の形状情報）との間でマッチングを行うことで自己位置を推定する。そして、オドメトリによって求めた自己位置を、推定した自己位置を用いて補正することで、累積誤差による自己位置のずれを補正する。

尚、レーザレンジファインダ１７による自己位置推定処理は常に実行する必要は無く、車両１０がある程度の距離を移動することで自己位置の累積誤差が大きくなった場合に実行すればよく、車両１０が停止しているような場合には自己位置の補正を行わなくてもよい。

車両１０の機構にもよるが、一般的に、オドメトリのずれは５ｍ程度からその累積誤差が現れ始める。このため、例えば５ｍ程度進むごとに、スキャンマッチングによる自己位置推定処理を行うことで自己位置を補正すると好適である。これは、車両１０の移動速度を１ｍ／ｓとすれば、５秒に１回のタイミングで行うことを示す。

尚、レーザレンジファインダ１７を用いて自己位置を補正する方法はレーザスキャンマッチングに限定されず、例えば、壁に反射板を設置してその反射光から自己位置を計算するなどの他の手法を用いるものとしてもよい。

次いで、車両１０は、自己位置推定処理を終えると、車両１０は、反射板２０を下げることで、レーザレンジファインダ１７からのレーザ光を足元の方向へと戻す（Ｓ１０９）。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１と比べて、実施の形態２は、反射部の構成及び動作が異なる。このため、以下では、実施の形態１と異なる構成・動作を中心に説明し、上述した実施の形態と同様の構成・動作については、その詳細な説明を省略する。

図８は、実施の形態２に係る車両１０の概観構成を示す側面図である。車両本体１０ａの前面上方には、レーザレンジファインダ１７と、反射部２８と、が備えられている。本実施の形態２では、レーザレンジファインダ１７は、照射するレーザ光Ｌ８の方向が足元の方向を向くように配置されている。そして、反射部２８は、レーザレンジファインダ１７の下側に配置される。

図８の左図に示すように、車両１０は、自己位置推定を行わずに足元の障害物を検出する時には、反射板２０の傾きを足元の方向へと変化させることで、レーザ光Ｌ８の光路を変化させずに足元の方向に維持する。また、図８の右図に示すように、自己位置推定時には、反射板２０の傾きを足元の方向から水平方向へと上げることで、レーザ光Ｌ９の光路をピッチ方向において上方向に変化させる。

図９は、車両の制御動作を示すフローチャート図である。尚、図９に示す処理は、Ｓ２０５〜Ｓ２０７における処理が図５で説明した各処理と異なる。このため、以下では、Ｓ２０５〜Ｓ２０７における処理を中心に説明する。

車両１０は、Ｓ２０１からＳ２０３で取得した情報に基づいて、足元の障害物の検出処理を実行する（Ｓ２０４）。ここで、足元の障害物検出処理において、机や椅子などの脚が検出されたか否かを判定する（Ｓ２０５）。尚、足元の障害物検出処理において、検出した障害物が椅子の脚であると判断する方法としては、パターンマッチングなど様々な手法を適用することができる。また、椅子や机の脚以外などの物体でもよく、例えば、車のタイヤなどのように、その上部を支える脚に相当する物体を検出対象としてもよい。

判定の結果、足元の障害物検出処理において机や椅子などの脚を検出した場合には、車両１０は、３次元的な物体検出を行うために、駆動部２１を駆動させて反射部２８の反射板２０を上下に揺動させる（Ｓ２０６）。車両１０は、Ｓ２０６でレーザレンジファインダ１７による検出領域を変化させることで、３次元的な障害物の検出を行う（Ｓ２０７）。具体的には、車両１０は、脚を検出した場合には、脚の上方に配置された天板などを含めて、３次元的な物体検出を行う。尚、３次元データの計算は、上述した足元の障害物検出処理と同様にして、幾何学計算と回転行列に基づく座標変換によって行うことができる。

図１０に、３次元的に障害物を検出するようすを示す。尚、図１０に示す例では、車両１０の前方に机３１が配置されている。また、図１０の右上図は、椅子の脚の検出結果を含む地図情報３０を示している。図１０の右上図では、太線で示す箇所２９が、レーザレンジファインダ１７の測定結果に基づく、椅子の脚の検出結果を示している。

上述した実施の形態１では、レーザ光の方向が水平方向となるようにレーザレンジファインダ１７を設置し、レーザレンジファインダ１７の上側に反射板２０を備える構成としたため、レーザ光により測定可能な物体の高さは、レーザレンジファインダ１７のレーザ光の投光軸の高さに制限される。このため、例えば図１０に示した机などのようなオーバハング物体が存在する場合には、足元の障害物検出処理において机の上部の出っ張り部を検出することができず、車両１０と衝突する危険性がある。すなわち、上述した実施の形態１の構成による足元の障害物検出処理のみでは、図３０の右上図に示すように、脚のみしか検出することができない。尚、オーバハング物体とは、下部（脚）とその上部（天板）とでその形状や大きさが異なる物体を示す。

これに対して実施の形態２では、反射部２８を上述したようにして構成し、机の脚を検出した場合には、３次元的に障害物の検出処理を行うものとしたため、反射部２８により反射させたレーザ光はレーザレンジセンサ１７の設置した高さよりも上方に向けて測定することができ、オーバハングした物体についても検出が可能となる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。上述した各実施の形態と比べて、実施の形態３は、反射部の構成及び動作が異なる。図１１は、実施の形態３に係る車両１０の概観構成を示す側面図である。本実施の形態３では、反射板３２はレーザレンジファインダ１７の上側に配置されており、図示しないモータなどの駆動部によって上下方向に駆動可能に構成されている。

図１１の左図に示すように、車両１０は、自己位置推定時には、反射板３２を上げることで、レーザ光Ｌ１０の光路を水平方向に維持する。また、図１１の右図に示すように、自己位置推定を行わずに足元の障害物３３を検出する時には、反射板３２を下げることで、レーザ光Ｌ１０の光路を足元の方向に変化させる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。上述した各実施の形態と比べて、実施の形態４は、反射部の構成及び動作が異なる。図１２は、実施の形態４に係る車両１０の概観構成を示す側面図である。本実施の形態４では、反射板３５は支持軸３４を介してレーザレンジファインダ１７の上側に配置されており、図示しないモータなどの駆動部によって支持軸３４を中心として回転可能に構成されている。

図１２の左図に示すように、車両１０は、自己位置推定時には、レーザレンジファインダ１７の前方以外の位置まで反射板３５をヨー方向において回転させることで、レーザ光Ｌ１２の光路を水平方向に維持する。また、図１２の右図に示すように、自己位置推定を行わずに足元の障害物３６を検出する時には、レーザレンジファインダ１７の前方に位置するように反射板３５を回転させることで、レーザ光Ｌ１３の光路を足元の方向に変化させる。

その他の実施の形態．
上述した実施の形態では、一定の距離進んだ場合に自己位置推定処理を行うものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、車輪のスリップが発生しやすいような場所においても自己位置推定処理を行うものとしてもよい。また、車輪のスリップが発生しやすいような動作（例えば、右左折動作など）の際に、自己位置推定処理を行うものとしてもよい。このように、車輪がスリップしやすい状況において自己位置推定処理を行うことで、オドメトリにより求めた自己位置の誤差を、より効果的に補正することができる。

以上説明したように、本発明によれば、単一のレーザレンジファインダ１７のみを用いて、障害物の検出と自己位置推定を良好に行うことができる。このため、オドメトリによって求めた自己位置を補正するために必要とする部品（他のレーザレンジファインダや、環境内に設置する無線ＲＦＩＤなど）を追加する必要が無く、システム全体で必要とする部品点数を削減することができる。また、障害物検出機能と自己位置推定機能を実現するための搭載スペースを小さくすることができる。

尚、本発明は上述した各実施の形態に限定されず、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

また、上述の実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の通信媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。また、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭカートリッジ、バッテリバックアップ付きＲＡＭメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等が含まれる。また、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等が含まれる。

１ 床部、 １０ 車両、 １０ａ 車両本体、 １１ 左右駆動輪、
１２ キャスタ、 １３ 駆動部（モータ）、 １４ エンコーダ、 １５ 演算部、
１５ａ 記憶領域、 １６ 距離センサ、 １７ レーザレンジファインダ、
１８ 姿勢角センサ、 １９ 反射部、 ２０ 反射板、 ２１ 駆動部、
２２ エンコーダ、 ２３ 移動装置、 ２４ 地図情報、 ２５ 検出領域、
２６ 検出箇所、 ２７ 地図情報、 ２８ 反射部、 ２９ 検出箇所、
３０ 地図情報、 ３１ 机、 ３２ 反射板、 ３３ 障害物、 ３４ 支持軸、
３５ 反射板、 ３６ 障害物、

５０ 演算装置、 ５１ 距離データ取得部、 ５２ 姿勢角データ取得部、
５３ エンコーダＡデータ取得部、 ５４ エンコーダＢデータ取得部、
５５ 自己位置推定部、 ５６ 反射部の制御部、 ５７ 足元障害物検出部、
５８ 判定部、 ５９ 走行制御部、

２００ 自律移動装置、 ２１０ レーザレンジファインダ、
２２０ レーザレンジファインダ、 ２３０ レーザレンジファインダ、
２４０ モータ、

Ｐ エリア、

Claims (11)

1. 環境内の対象物までの距離を計測する非接触式の距離センサと、
   移動状況に関する所定の条件に基づいて、足元の障害物検出処理か自己位置推定処理のいずれの処理を実行するかを判定する判定部と、
   前記足元の障害物検出処理を実行する場合には、前記距離センサからの測定信号の方向を足元付近に向けて変化させ、前記自己位置推定処理を実行する場合には、前記測定信号の方向を遠方の対象物を測定可能となる向きに変化させる反射部と、
   前記距離センサから取得する距離情報に基づいて足元の障害物を検出する足元障害物検出部と、
   前記距離センサから取得する距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、前記推定した自己位置を用いて補正する自己位置推定部と、
   前記足元の障害物検出において検出した障害物情報と、前記自己位置推定において補正した自己位置とに基づいて、移動装置の制御を行う走行制御部と、
   を備える自律移動装置。
2. 前記距離センサは、光走査型の距離センサであり、照射するレーザ光の方向が略水平方向となるように配置されており、
   前記反射部は、前記距離センサの上側に備えられる反射板と、前記反射板の傾きを変化させる駆動部と、を備え、
   前記反射部は、前記足元の障害物検出処理を実行する場合には、前記反射板の方向を斜め下に向けて変化させることで、前記反射板により前記レーザ光の光路を足元付近に向けて変化させ、前記自己位置推定処理を実行する場合には、前記反射板の方向を略水平方向へと変化させることで、前記レーザ光の光路を略水平方向へと変化させる。
   ことを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
3. 前記距離センサは、光走査型の距離センサであり、照射するレーザ光の方向が略足元の方向となるように配置されており、
   前記反射部は、前記距離センサの下側に備えられる反射板と、前記反射板の傾きを変化させる駆動部と、を備え、
   前記反射部は、前記足元の障害物検出処理を実行する場合には、前記反射板の傾きを斜め下に変化させることで、前記レーザ光の光路を足元付近に向けて変化させ、前記自己位置推定処理を実行する場合には、前記反射板の方向を略水平方向へと変化させることで、前記反射板により前記レーザ光の光路を略水平方向へと変化させる。
   ことを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
4. 前記反射部は、前記足元の障害物検出処理を実行している際に、下部と上部とで形状及び大きさが異なる物体が検出された場合には、前記反射板の傾きを斜め下から上方に向けて揺動させることで前記距離センサの検出領域を変化させ、
   前記足元障害物検出部は、前記距離センサから取得する距離情報に基づいて、３次元的な障害物の検出を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の自律移動装置。
5. 前記判定部は、移動距離が所定の距離に達した場合に、前記自己位置推定処理を実行するものと判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の自律移動装置。
6. 前記判定部は、床面と移動装置との間でスリップが発生しやすい位置を移動する際に、前記自己位置推定処理を実行するものと判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の自律移動装置。
7. 前記判定部は、右左折動作を行う際に、前記自己位置推定処理を実行するものと判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の自律移動装置。
8. 環境内の形状情報を含む地図データを記憶する記憶部を更に備え、
   前記自己位置推定部は、
   前記地図データに含まれる形状情報と前記距離センサから取得する距離情報との間でマッチングを行うことで自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、前記推定した自己位置を用いて補正する
   ことを特徴とする請求項１乃至に記載の自律移動装置。
9. 前記走査型の距離センサは、レーザ光を走査して複数の測定点の距離情報を取得するレーザレンジファインダである
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の自律移動装置。
10. 環境内の対象物までの距離を計測する非接触式の距離センサと、前記距離センサからの測定信号の方向を変化させる反射部と、移動装置と、を備えた自律移動装置の制御方法であって、
    移動量から自己位置を求めるステップと、
    前記距離センサからの測定信号の方向を足元付近に向けて変化させ、前記距離センサから取得する距離情報に基づいて足元の障害物を検出するステップと、
    移動状況に関する所定の条件に基づいて、自己位置推定処理を実行するか否かを判定するステップと、
    前記自己位置推定処理を実行する場合には、前記測定信号の方向を遠方の対象物を測定可能となる向きに変化させ、前記距離センサから取得する距離情報に基づいて自己位置を推定するステップと、
    前記移動量から求めた自己位置を、前記推定した自己位置を用いて補正するステップと、
    前記足元の障害物検出において検出した障害物情報と、前記補正した自己位置とに基づいて、前記移動装置の制御を行うステップと、
    を有する自律移動装置の制御方法。
11. 前記距離センサは、レーザ光を走査して複数の測定点の距離情報を取得するレーザレンジファインダである
    ことを特徴とする請求項１０に記載の自律移動装置の制御方法。

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