JP6617482B2 - 自律走行車システム - Google Patents

Description

本発明は、自律的に走行可能な自律移動体と、当該自律移動体が自律的に移動することにより到達する目標物と、を備える自律走行車システムに関する。

従来、周囲の物体の位置情報に基づいて自律的に移動可能な自律移動体が知られている。例えば、特許文献１には、２つの走行車輪に対応して一対のモータを有する走行部を有し、障害物情報取得部により取得した障害物の位置情報に基づいて自律的に走行する自律移動体が開示されている。この自律移動体は、障害物の位置情報から当該障害物の自律移動体から見た相対的な位置と向きとを表したローカルマップを作成し、当該ローカルマップと移動平面全体を表したグローバルマップとのマッチングにより、自律移動体の位置と姿勢とを推定する。

また、自律的に走行可能な自律移動体と、当該自律移動体のバッテリーを充電するための充電ステーションなどの目標物と、を備えた自律走行車システムが従来知られている。
例えば、特許文献２に記載のシステムは、自律的に走行するロボット掃除機と、当該ロボット掃除機の充電バッテリーを充電する外部充電装置とを備えている。このシステムでは、ロボット掃除機は、外部充電装置から送信される複数の赤外線信号を受信し、当該複数の赤外線信号の送受信の時間差から、ロボット掃除機と外部充電装置との間の距離を複数算出する。

ロボット掃除機は、算出した複数の距離に差があるか否かを判断し、差があった場合にはロボット掃除機は外部充電装置と正対していないと判断する。その場合、ロボット掃除機は、ロボット掃除機と外部充電装置とがなす角度の２倍の角度だけ回転後、ロボット掃除機の中心点と外部充電装置の中心線とが一致するように移動する。これにより、ロボット掃除機と外部充電装置とは正対する。

特開２０１４−２１９７２１号公報 特許第４１７１７５３号

上記のように、特許文献１に開示された自律移動体は、２つの走行車輪のそれぞれをモータにて回転させることにより走行する。そのため、特許文献１に開示された自律移動体は、前進又は後進する動作（進行動作）と、移動平面における角度を変化させる動作（回転動作）のみが可能である。また、この自律移動体においては、自律移動体を中心とした限られた範囲内の物体の位置情報のみが検出可能である。そのため、ローカルマップの範囲も、移動平面の一部の領域に相当する範囲に限られる。

上記のような自律移動体において、例えば、自律移動体と目標物のなす角度の２倍の角度などといった大きな角度変化を伴う回転動作を実行した場合、自律移動体は、自身の目標物に対する位置と姿勢とを推定できなくなる。その結果、自律移動体は目標物へ到達できなくなる。なぜなら、上記の回転動作を行った場合、自律移動体が、ローカルマップにおいて目標物の形状を認識できる程度の十分な位置情報を得られなくなるからである。

本発明の目的は、限られた範囲内の物体の位置情報に基づいて進行動作と回転動作とのみにより自律的に走行可能な自律移動体と、当該自律移動体が到達すべき目標物とを備えた自律走行車システムにおいて、自律移動体を目標物へ確実に到達させることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る自律走行車システムは、目標物と、自律移動体と、を備える。目標物は、特徴的な形状を有するランドマークを有する。自律移動体は、周囲に存在する物体を検出しながら自律的に移動する移動体である。
上記の自律走行車システムにおいて、自律移動体は、本体部と、走行部と、物体形状取得部と、走行制御部と、を有する。本体部は、自律移動体の本体を構成する。
走行部は、進行動作と回転動作とが可能である。進行動作は、本体部を前後へ進行させる動作である。回転動作は、姿勢角を変化させて本体部の姿勢を変化させる動作である。姿勢角は、前後軸と移動平面を定める軸とのなす角度である。前後軸は、本体部の前後方向を定める軸である。移動平面は、本体部が移動する平面である。
物体形状取得部は、本体部の前後軸上に配置される。物体形状取得部は、検出可能領域内に存在する物体の形状に関する情報を取得する。検出可能領域は、少なくとも２つの境界線により形成される。２つの境界線は、前後軸の左右側に所定の角度を有して延びる。
走行制御部は、物体形状取得部により取得された物体の形状に関する情報に基づいて推定された本体部の移動平面上の位置及び／又は姿勢角に基づいて、走行部を制御する。

本体部を回転動作及び／又は進行動作により目標物へと移動させる際に、走行制御部は、回転量制限動作を実行する。回転量制限動作は、ランドマーク全体が検出可能領域内に含まれるよう、回転動作における姿勢角の変化量を制限する動作である。

上記の自律走行車システムにおいて自律移動体が目標物へと自律的に移動する際、まず、自律移動体の物体形状取得部が、少なくとも２つの境界線により形成される検出可能領域内に存在する物体の形状に関する情報を取得する。次に、物体形状取得部により取得された物体の形状に関する情報に基づいて推定された本体部（自律移動体）の移動平面上の位置と姿勢角とに基づいて、走行制御部は、走行部を制御する。

本体部を目標物へと移動させる際に、走行制御部は、姿勢角の変化量を制限する回転量制限動作を実行する。つまり、本体部を目標物へと移動させる際に、ランドマーク全体が検出可能領域内に含まれていれば、すなわち、物体形状取得部がランドマークの特徴的な形状に関する情報を取得できている場合には、走行制御部は、姿勢角を大きく変化させることなく本体部を移動させる。

上記の自律移動体によれば、物体形状取得部は、自律移動体が目標物へと移動する間、ランドマークの特徴的な形状を認識可能な程度の情報を常に取得できる。その結果、自律移動体は、目標物へと移動する間、上記情報に基づいて、本体部の位置と姿勢角とを精度よく推定しながら、目標物へと確実に到達できる。

走行制御部は、第１走行モードと第２走行モードとを実行可能であってもよい。第１走行モードは、本体部を自律走行開始位置から第２走行モード開始領域内まで回転動作及び／又は進行動作によって移動させる走行モードである。第２走行モードは、本体部が第２走行モード開始領域内に到達した時に開始される走行モードである。第２走行モードは、第２走行モード開始位置から目標物まで回転動作及び／又は進行動作によって本体部を移動させる走行モードである。この場合、回転量制限動作は、第２走行モードの実行中に実行される。
これにより、自律移動体は、移動平面上の任意の位置から確実に目標物へと到達できる。

第２走行モードの実行中に、物体形状取得部は、２つの境界線のなす角度を、第１走行モードの実行時における２つの境界線のなす角度よりも小さくしてもよい。
これにより、第２走行モードの実行中において、例えば、目標物が配置された位置とは異なる位置に配置され形状がランドマークに類似した他の物体を目標物と認識するなどの誤認識を抑制できる。その結果、本体部が目標物でない他の物体へと移動してしまうことを抑制できる。

上記の自律走行車システムは、経由位置を備えていてもよい。経由位置は、目標物の近傍に設けられる。この場合、第２走行モードの実行中に、走行制御部は、本体部を経由位置を経由させてから目標物まで移動させるように走行部を制御する。
経由位置を経由させてから目標物まで本体部を移動させる場合、走行制御部は、本体部が経由位置に到達した後は、以下の動作を回転量制限動作として走行部に対して実行する。
まず、走行制御部は、本体部が経由位置にあるときに、回転動作により第１直線と前後軸とが一致するよう姿勢角を調整する。第１直線は、経由位置と目標物とを結ぶ直線である。次に、走行制御部は、経由位置から目標物に向けて本体部を進行させる。すなわち、経由位置から目標物へと、回転動作することなく本体部を移動させる。
これにより、予め決められた方向に本体部を向けた状態にて、本体部を確実に目標物へと移動できる。

本体部が第２走行モード開始領域内にあるときに、走行制御部は、本体部が第２走行モード開始位置から経由位置へと進行動作する場合にランドマーク全体が検出可能領域内に含まれるか否かを判断してもよい。すなわち、走行制御部は、本体部が第２走行モード開始位置から経由位置へと姿勢角を変化させることなく移動すると仮定した場合に、ランドマークの特徴的な形状に関する情報を物体形状取得部が常に取得できているか否かを判断してもよい。
第２走行モード開始位置から経由位置へと進行動作する場合にランドマーク全体が検出可能領域内に含まれないと判断した場合、すなわち、第２走行モード開始位置から経由位置へと姿勢角を変化させることなく本体部を移動させると、物体形状取得部がランドマークの特徴的な形状に関する情報を得られなくなると判断した場合、走行制御部は、以下の動作を回転量制限動作として実行して、本体部を経由位置まで移動させる。
まず、走行制御部は、本体部を第２走行モード開始位置から離反位置へと移動させる。離反位置は、本体部が当該位置から経由位置へと進行動作する場合にランドマーク全体が検出可能領域内に含まれるようになる位置である。次に、走行制御部は、離反位置から経由位置へと本体部を移動させる。

つまり、本体部が第２走行モード開始位置から経由位置へと移動する際にランドマーク全体を検出可能領域内に含めることができなくなると考えられる場合に、走行制御部は、姿勢角を変化させることなく本体部を経由位置へと移動させても物体形状取得部がランドマークの特徴的な形状を取得可能となる位置（すなわち、離反位置）まで本体部を移動させた後、当該離反位置から経由位置へと本体部を移動させる。
これにより、自律移動体は、ランドマークを見失うことなく経由位置まで移動できる。この結果、自律移動体は、自身の位置や姿勢角を精度よく推定しながら経由位置まで移動できる。

本体部が第２走行モード開始領域内にあるときに、走行制御部は、第２直線と第１直線とがなす角度を算出してもよい。第２直線は、経由位置と第２走行モード開始位置とを結ぶ直線である。
この場合、第２直線と第１直線とがなす角度が第１角度以下の場合に、走行制御部は、第２走行モード開始位置から経由位置へと進行動作する場合にランドマーク全体が検出可能領域内に含まれると判断してもよい。
これにより、第２走行モード開始位置から経由位置へと移動する間に検出可能領域内にランドマーク全体が含まれなくなる、すなわち、物体形状取得部がランドマークの特徴的な形状に関する情報を取得できなくなる可能性があるか否か、をより単純な計算にて判断できる。

第２走行モード開始位置から離反位置へと本体部を移動させる間、走行制御部は、第３直線と第１直線とがなす角度を算出してもよい。第３直線は、本体部の現在位置と経由位置とを結ぶ直線である。この場合、第３直線と第１直線とがなす角度が第２角度以下の場合に、走行制御部は、本体部が離反位置へ到達したと判断してもよい。
これにより、本体部が離反位置に到達したか否かをより単純な計算にて判断できる。

第２走行モード開始位置から離反位置へと本体部を移動させる場合において、走行制御部は、以下の動作を回転量制限動作として実行してもよい。
まず、走行制御部は、第２走行モード開始位置において回転動作を実行して、第２走行モード開始位置において前後軸が第１直線と平行になるよう姿勢角を変化させる。次に、走行制御部は、進行動作により本体部を第２走行モード開始位置から離反位置へと進行させる。
これにより、回転動作と進行動作との単純な動作のみにて、本体部を第２走行モード開始位置から離反位置へと移動できる。

物体形状取得部はレーザレンジセンサを含んでいてもよい。これにより、周囲の物体の形状に関する情報を座標データとして取得できる。

目標物は充電ステーションを含んでいてもよい。また、自律移動体は、バッテリーと、充電部と、をさらに有していてもよい。バッテリーは、走行部を駆動する。充電部は、本体部が充電ステーションに到達した状態で充電ステーションと充電電力のやりとりを行うことにより、バッテリーを充電する。
これにより、自律移動体は、自律的に充電ステーションまで移動し、自律的にバッテリーを充電できる。

物体の形状を認識して自身の位置や姿勢角を推定しながら自律的に走行する自律移動体と、ランドマークを有する目標物とを備える自律走行車システムにおいて、自律移動体が、目標物を見失うことなく、確実に目標物に到達できる。

自律走行車システムの構成を示す図。 充電ステーションの構成を示す図。 自律移動体の構成を示す図。 自律移動体の制御部の構成を示す図。 検出可能領域を示す図。 姿勢角の定義の一例を示す図。 自律移動体の進行動作を示す図。 中心点周り回転動作を示す図。 ピボット回転動作を示す図。 進行動作と回転動作との組みあわせ動作を示す図。 自律移動体の自律移動動作を示すフローチャート。 第１走行モードの実行時における第２検出可能領域と第２走行モードの実行時における第２検出可能領域とを示す図。 第２走行モードにおける本体部の移動方法を示すフローチャート。 第２走行モード開始位置から経由位置へと進行動作する場合に、ランドマーク全体が検出可能領域内に含まれるか否かを判定する方法を模式的に示す図。 第１角度の定義の一例を示す図。 本体部を経由位置へ向ける動作を示す図。 本体部を経由位置へ進行させる動作を示す図。 本体部を第２走行モード開始位置にて正対角度まで回転させる様子を示す図。 本体部を第２走行モード開始位置から離反位置へ進行させる様子を示す図。 離反距離を算出する方法の一例を示す図。 経由位置において本体部を正対角度まで回転させる様子を示す図。 充電部と給電部とが正対した状態にて本体部が充電ステーションに到達したときの様子を示す図。 経由位置へ移動する際の自律移動体の動作についての他の実施形態を示す図。

１．第１実施形態
（１）自律走行車システムの全体構成
まず、第１実施形態に係る自律走行車システム１００の全体構成について、図１を用いて説明する。図１は、自律走行車システムの構成を示す図である。
自律走行車システム１００は、充電ステーション１（目標物の一例）を備える。充電ステーション１は、自律走行車システム１００の自律移動体３（後述）が移動する移動平面ＭＳを形成する１つの壁Ｗの近傍に配置されている。充電ステーション１は、自律移動体３に備わるバッテリー３５（後述）を充電するための充電器として機能する。

自律走行車システム１００は、自律移動体３を備える。自律移動体３は、自身の周囲に存在する移動平面ＭＳ上の物体Ｏ（例えば、移動平面ＭＳに設けられた柱、壁、商品などを載置する棚、移動平面ＭＳを移動する他の移動物（他の移動体や、人間、動物など））の形状に関する情報を取得し、当該取得した物体Ｏの形状に関する情報に基づいて、移動平面ＭＳを自律的に移動する。

自律移動体３は、例えば、自律移動体３が通過すべき複数の移動平面ＭＳ上の位置に関する情報（通過目標点）を記憶したデータ（走行スケジュールと呼ぶ）に従って任意の走行経路を自律的に移動可能である。自律移動体３が任意の走行経路を自律的に移動する走行モードを「第１走行モード」と呼ぶことにする。走行スケジュールにおいて、走行経路の開始位置を特に「自律走行開始位置」と呼び、終了位置を特に「自律走行終了位置」と呼ぶ。
第１走行モードの実行時において、自律移動体３の走行制御部３４４（後述）が上記の走行スケジュールに記憶された移動平面ＭＳ上の各位置を通過するように走行部３２（後述）を制御することによって、自律移動体３（本体部３１）は、走行スケジュールに示された走行経路を自律的に再現走行できる。

一方、自律移動体３のバッテリー３５の充電を行う必要があると判断された場合、又は、上記の第１走行モードの実行後に、自律移動体３は充電ステーション１へと自律的に移動する。自律移動体３が充電ステーション１へと自律的に移動する走行モードを「第２走行モード」と呼ぶことにする。
上記の第２走行モードは、自律移動体３が充電ステーション１近傍の第２走行モード開始領域Ａ２（図１）内の所定の位置（第２走行モード開始位置と呼ぶことにする）に到達したとき開始される。すなわち、第２走行モードは、自律移動体３が第２走行モード開始領域Ａ２内から充電ステーション１まで自律的に移動する走行モードである。

本実施形態において、第１走行モードの終了位置である自律走行終了位置を第２走行モード開始領域Ａ２内の位置としている。つまり、第１走行モードが終了すると、直ちに第２走行モードが開始される。
その他、自律走行終了位置を第２走行モード開始領域Ａ２内の位置としなくてもよい。この場合、自律移動体３は、バッテリー３５を充電させる場合など必要に応じて、第１走行モードが終了した位置から第２走行モード開始領域Ａ２内まで自律的に移動する。

自律走行車システム１００において、上記のように自律移動体３が第１走行モードと第２走行モードとを実行可能であることにより、自律移動体３は、移動平面ＭＳ上の任意の位置から充電ステーション１へと確実に自律的に移動できる。

本実施形態においては、自律移動体３が移動する移動平面ＭＳ上の位置を座標値として表現するため、移動平面ＭＳを定めるＸ軸（図１）と、Ｘ軸に垂直なＹ軸（図１）とが定義されている。すなわち、本実施形態において、移動平面ＭＳ上の位置は、二次元のＸ−Ｙ座標系の座標値として表現される。なお、移動平面ＭＳの位置を、三次元のＸ−Ｙ−Ｚ座標軸系の座標値として表現してもよい。この場合には、移動平面ＭＳに垂直な高さ方向の位置も定義できる。
なお、以下の説明において、自律移動体３の位置に関する情報は、移動平面ＭＳを定めるＸ−Ｙ座標の座標値として表されているものとする。

自律走行車システム１００は、経由位置ＶＰを備える。経由位置ＶＰは、充電ステーション１の近傍（例えば、充電ステーション１から１０ｃｍ離れた位置）に設けられる。経由位置ＶＰは、自律移動体３が第２走行モードの実行により充電ステーション１まで移動する間に経由する位置である。また、経由位置ＶＰは、自律移動体３が当該位置に到達した時に充電ステーション１に正対する位置とされている。

自律移動体３が経由位置ＶＰを経由してから充電ステーション１へ移動することにより、自律移動体３は充電ステーション１へと確実に自律的に到達できる。
また、経由位置ＶＰを、自律移動体３が充電ステーション１に正対する位置と定義することにより、自律移動体３の本体部３１を充電ステーション１と正対する向きに向けた状態にて、自律移動体３（本体部３１）を確実に充電ステーション１へと移動できる。その結果、自律移動体３が充電ステーション１に到達した時に、自律移動体３の充電部３６を給電部１５（後述）と一致させることができる。

本実施形態において、経由位置ＶＰは、移動平面ＭＳを定めるＸ−Ｙ座標上の座標値と、経由位置ＶＰに到達した時に充電ステーション１に正対するために自律移動体３が取るべき姿勢角（正対角度θ_Ｆ）とにより定義され、記憶部３４１（後述）に記憶されている。

本実施形態において、経由位置ＶＰは、移動平面ＭＳ上の位置として定義されている。しかしながら、経由位置ＶＰは自律移動体３が経由する位置であればよいので、第２走行モード開始位置と同様、経由位置ＶＰを充電ステーション１の近傍を中心とした所定の領域として定義してもよい。すなわち、自律移動体３が当該領域内に到達した時に、自律移動体３が経由位置ＶＰを経由したとしてもよい。

以下、自律走行車システム１００の充電ステーション１及び自律移動体３の詳細について説明していく。

（２）充電ステーションの構成
まず、自律走行車システム１００の充電ステーション１の構成の詳細について、図２を用いて説明する。図２は、充電ステーションの構成を示す図である。図２の上図は、充電ステーション１の正面図を、図２の下図は、充電ステーション１のＡ−Ａ’軸（図２の上図）における断面図を示している。
充電ステーション１は、筐体１１を有する。筐体１１は、充電ステーション１の本体を形成する。筐体１１の上半分には開口部Ｏ１が設けられている。図２に示すように、開口部Ｏ１は、移動平面ＭＳを形成する壁Ｗとは反対側に開口している。これにより、自律移動体３の物体形状取得部３３’（後述）から発生されたレーザ光などを、筐体１１の内部へ伝達できる。

充電ステーション１は、ランドマーク１３を有する。ランドマーク１３は、筐体１１の上半分に設けられた開口部Ｏ１の内部に設けられている。これにより、ランドマーク１３は、筐体１１の内部へと伝達されてきた物体形状取得部３３’からのレーザ光などを反射できる。その結果、物体形状取得部３３’は、筐体１１の内部に配置されたランドマーク１３の形状に関する情報を取得できる。

ランドマーク１３は、特徴的な形状を有している。具体的には、ランドマーク１３は、第１ランドマーク部材１３ａと、第２ランドマーク部材１３ｂと、第３ランドマーク部材１３ｃと、の３つの部材により構成されている。
第１ランドマーク部材１３ａ、第２ランドマーク部材１３ｂ、及び、第３ランドマーク部材１３ｃは、金属やプラスチックなどの板状部材である。これら３つのランドマーク部材のうち、第２ランドマーク部材１３ｂ及び第３ランドマーク部材１３ｃは、一方の端部が曲げられている。

図２に示すように、端部が曲げられていない第１ランドマーク部材１３ａは、筐体１１の開口部Ｏ１の移動平面ＭＳの壁Ｗに近い側（開口部Ｏ１の奥側）に、板面が壁Ｗと平行となるよう配置されている。
一方、端部が曲げられた第２ランドマーク部材１３ｂは、開口部Ｏ１の左側の第１ランドマーク部材１３ａよりも手前側に、曲げられた端部の板面１３ｂ−１が壁Ｗと平行となるように配置されている。端部が曲げられた第３ランドマーク部材１３ｃは、開口部Ｏ１の右側の第１ランドマーク部材１３ａよりも手前側に、曲げられた端部の板面１３ｃ−１が壁Ｗと平行となるように配置されている。
ランドマーク１３を構成する３つのランドマーク部材が上記のように配置されることにより、図２に示すような特徴的な形状を有するランドマーク１３を形成できる。

なお、ランドマーク１３を構成する部材の数やランドマーク１３の形状は、上記の例に限られない。移動平面ＭＳに存在する（あるいは存在する可能性がある）物体Ｏとランドマーク１３とを区別できる特徴的な形状を有していれば、ランドマーク１３は任意の形状とできる。

充電ステーション１は、給電部１５を有する。給電部１５は、自律移動体３のバッテリー３５を充電するための充電電力を出力する。従って、給電部１５は、筐体１１の開口部Ｏ１が設けられた面の下半分の、自律移動体３の充電部３６（後述）の配置位置と同じ高さの位置に配置されている。
給電部１５は、例えば、電力を出力するソケットや、充電部３６の一対の接点と接触可能な一対の接点などにより構成できる。その他、非接触電力伝送が可能な、時間的に変動する電流（交流電流）が流れるコイルなどにより給電部１５を構成してもよい。給電部１５が非接触電力伝送可能な構成を有している場合には、給電部１５と充電部３６が若干ずれていても、給電部１５は充電部３６に充電電力を供給できる。

充電ステーション１が特徴的な形状を有するランドマーク１３を有することにより、筐体１１が図２に示すように中空の直方体のような特徴的でない形状を有している場合にも、自律移動体３は、ランドマーク１３の特徴的な形状に基づいて、自律移動体３の位置や向き（姿勢角θ）を推定できる。

（３）自律移動体の構成
（３−１）全体構成
次に、自律走行車システム１００の自律移動体３の構成の詳細について、図３を用いて説明する。図３は、自律移動体の構成を示す図である。まず、自律移動体３の全体構成について説明する。
自律移動体３は、本体部３１を有する。本体部３１は、自律移動体３の本体を構成する筐体である。
自律移動体３は、走行部３２を有する。図３に示すように、走行部３２は、例えば、本体部３１の内底面の略中央部に配置される。走行部３２は、自律移動体３の本体部３１を移動させる。具体的には、走行部３２は、進行動作と回転動作により本体部３１を移動させる。進行動作は、本体部３１を前後方向（図３）へ進行させる動作である。回転動作は、姿勢角θ（後述）を変化させて本体部３１の向き（姿勢）を変化させる動作である。走行部３２の構成については後ほど説明する。

自律移動体３は、レーザレンジセンサ３３を有する。レーザレンジセンサ３３は、例えば、レーザ発振器によりパルス発振されたレーザ光を物体Ｏに放射状に照射し、物体Ｏから反射した反射光をレーザ受信器により受信するレーザレンジファインダ（ＬＲＦ：Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）である。
本実施形態において、レーザレンジセンサ３３は、本体部３１の前後方向を定める軸である前後軸（図３）上の本体部３１の前部分に配置された第１レーザレンジセンサ３３ａと、前後軸上の本体部３１の後部分に配置された第２レーザレンジセンサ３３ｂと、を有する。

本実施形態において、第１レーザレンジセンサ３３ａは、本体部３１の前進方向（図３）に対して左右方向にレーザ光を放射状に発生する。本実施形態において、第１レーザレンジセンサ３３ａは、第１レーザレンジセンサ３３ａを中心とした、上記の前進方向に延びる半径２０ｍ程度の円内に含まれる物体Ｏから反射された反射光を受信する。

一方、本実施形態において、第２レーザレンジセンサ３３ｂは、本体部３１の前進方向とは逆方向の後進方向（図３）に対して左右方向にレーザ光を放射状に発生する。本実施形態において、第２レーザレンジセンサ３３ｂは、第２レーザレンジセンサ３３ｂを中心とした、上記の後進方向に延びる半径５ｍ程度の円内に含まれる物体Ｏから反射された反射光を受信する。
なお、第１レーザレンジセンサ３３ａ及び第２レーザレンジセンサ３３ｂの上記の検出可能距離（第１レーザレンジセンサ３３ａについては２０ｍ、第２レーザレンジセンサ３３ｂについては５ｍ）は、上記の値に限られず、自律移動体３の用途等に応じて適宜変更できる。

自律移動体３は、制御部３４を有する。制御部３４は、本体部３１に設置されている。制御部３４は、ＣＰＵ、記憶装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ＳＳＤなどのデータを記憶する装置）、無線及び／又は有線にて外部の端末などと通信するインターフェース、Ａ／Ｄ及び／又はＤ／Ａコンバータなどの各種インターフェース、を有するコンピュータシステムである。また、制御部３４は、走行部３２のモータ３２１ａ、３２１ｂ（後述）を制御する駆動電力を供給するモータドライバである。
制御部３４は、自律移動体３における各種情報処理及び走行部３２の制御を実行する。具体的には、制御部３４は、上記のレーザレンジセンサ３３から反射光の受信信号を入力し、当該受信信号を情報処理する。また、制御部３４は、バッテリー３５（後述）から供給された電力（電圧及び／又は電流）を用いて、走行部３２のモータ３２１ａ、３２１ｂに供給する駆動電力を発生する。これにより、制御部３４は、モータ３２１ａ、３２１ｂの回転量やトルクなどを制御できる。

さらに、制御部３４は、コントローラなどの入力装置による操作者の操作を、無線及び／又は有線にて受け付け、当該操作に基づいて駆動電力を制御してもよい。これにより、操作者により、自律移動体３を操作できる。
なお、制御部３４の構成の詳細及び制御部３４における情報処理については後述する。

自律移動体３は、バッテリー３５を有する。バッテリー３５は、本体部３１の充電部３６（後述）の取り付け位置の近傍に設置される。バッテリー３５は、走行部３２を駆動する。具体的には、バッテリー３５は、電力を制御部３４に供給する二次電池である。バッテリー３５から制御部３４に供給された電力は、電力値を制御されて走行部３２へと供給される。
バッテリー３５は、制御部３４だけでなく、レーザレンジセンサ３３など電力の必要な他の構成要素にも電力を供給してもよい。

自律移動体３は、充電部３６を有する。充電部３６は、本体部３１の後端に取り付けられている。充電部３６は、本体部３１が充電ステーション１に到達した状態で、充電ステーション１と充電電力のやりとりを行う。
充電部３６は、本体部３１が充電ステーション１に到達した時に、充電ステーションの給電部１５と電力伝達可能に接続される。従って、充電ステーション１の給電部１５が電気ソケットである場合、充電部３６は、当該電気ソケットに差し込める電気プラグである。一方、給電部１５が一対の接点である場合、充電部３６は、当該一対の接点に接触可能な一対の接点である。さらに、給電部１５が非接触電力伝送可能なコイルなどである場合には、充電部３６は、給電部１５からの変動電磁界を受信して電力を発生できるコイルなどである。
また、充電部３６は、充電装置（図示せず）を介して、バッテリー３５に接続されている。これにより、充電部３６は、給電部１５から入力した充電電力によりバッテリー３５を充電できる。

自律移動体３は、補助輪部３７を有していてもよい。補助輪部３７は、２つの補助車輪３７ａ、３７ｂを有する。２つの補助車輪３７ａと３７ｂは、それぞれが独立に回転可能なように本体部３１の後方底部に取り付けられている。補助輪部３７を備えることにより、自律移動体３は安定に、かつ、スムーズに移動できる。

自律移動体３が上記の構成を有することにより、自律移動体３は、自身の周囲に存在する移動平面ＭＳ上の物体Ｏの形状に関する情報に基づいて、移動平面ＭＳを自律的に移動できる。

なお、図３には図示していないが、自律移動体３は、自律移動体３を操作するための操作ハンドルを有していてもよい。操作ハンドルは、例えば、走行部３２に備わる一対のモータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれの回転数を制御するスロットルを有するハンドルである。操作者は、例えば、操作ハンドルのスロットルの開量を調節することにより、自律移動体３を手動操作できる。

（３−２）走行部の構成
次に、自律移動体３の走行部３２の構成について、図３を用いて説明する。
走行部３２は、一対のモータ３２１ａ、３２１ｂを有する。一対のモータ３２１ａ、３２１ｂは、本体部３１の底部の中央付近に設置されている。一対のモータ３２１ａ、３２１ｂは、制御部３４から入力した駆動電力に応じた回転数及び／又はトルクを出力回転軸に出力する、ブラシレスモータなどの電動モータである。
走行部３２は、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂを有する。一対の車輪３２３ａ、３２３ｂは、それぞれ、移動平面ＭＳの走行面に接するように、モータ３２１ａ及びモータ３２１ｂを介して、本体部３１の底部の中央付近に設置されている。具体的には、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂは、それぞれ、モータ３２１ａの出力回転軸及びモータ３２１ｂの出力回転軸に、当該出力回転軸の回転に応じて回転可能に接続されている。これにより、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂのそれぞれは、独立に回転速度とトルクとが制御されて回転可能となっている。

走行部３２は、エンコーダ３２５ａ、３２５ｂ（図４）を有する。エンコーダ３２５ａ、３２５ｂのそれぞれは、例えば、モータ３２１ａ及びモータ３２１ｂの出力回転軸に取り付けられているインクリメンタル型のエンコーダである。エンコーダ３２５ａ、３２５ｂは、モータ３２１ａ、３２１ｂの出力回転軸の回転量を、パルス信号のパルス数として制御部３４に出力する。

走行部３２が上記の構成を有することにより、走行部３２は、制御部３４から入力した駆動電力に基づいて、後述する進行動作と回転動作とを実行し、本体部３１を移動できる。上記のような、独立に回転速度やトルクなどを制御可能な一対の車輪により構成されている走行部３２を、「差動二輪型」の走行部と呼ぶ。

（３−３）制御部の構成
次に、自律移動体３の制御部３４の構成について、図４を用いて説明する。図４は、自律移動体の制御部の構成を示す図である。なお、以下に説明する制御部３４の各構成要素の機能の一部は、制御部３４を構成するコンピュータシステムにて動作可能なプログラムとして実現されていてもよい。または、制御部３４の各構成要素の機能の一部は、カスタムＩＣなどにより実現されていてもよい。
制御部３４は、記憶部３４１を有する。記憶部３４１は、制御部３４を構成するコンピュータシステムの記憶装置の記憶領域の一部である。記憶部３４１は、自律移動体３を制御するための各種データを記憶する。

具体的には、記憶部３４１には上記の走行スケジュールが記憶されている。記憶部３４１には、環境地図が記憶されている。環境地図は、移動平面ＭＳ上に存在する物体Ｏの位置に関する情報（移動平面ＭＳ上の物体Ｏの座標値）の集合体である。すなわち、環境地図は、移動平面ＭＳ上の物体Ｏの位置（座標値）を示す地図情報である。後述するように、環境地図は、位置推定部３４３（後述）がローカルマップ（後述）を用いて本体部３１の位置推定を行う際の基準として用いられる。

記憶部３４１には、充電ステーション１（目標物）に関する情報が記憶されている。具体的には、記憶部３４１には、ランドマーク１３の形状に関する情報が、目標物に関する情報として記憶されている。ランドマーク１３の形状に関する情報は、例えば、移動平面ＭＳ上におけるランドマーク１３の存在位置を示す座標値の集合体である。

記憶部３４１には、移動平面ＭＳ上における第２走行モード開始領域Ａ２に関する情報が記憶されている。例えば、第２走行モード開始領域Ａ２を、移動平面ＭＳ上の座標値（ａ，ｂ）を中心とした半径Ｒの円内の領域として（Ｘ−ａ）^２＋（Ｙ−ｂ）^２≦Ｒ^２と定義した場合、当該不等式（Ｘ−ａ）^２＋（Ｙ−ｂ）^２≦Ｒ^２が第２走行モード開始領域Ａ２に関する情報として記憶部３４１に記憶される。
記憶部３４１には、移動平面ＭＳ上における経由位置ＶＰの座標値と、経由位置ＶＰにおいて本体部３１がとりうる姿勢角（正対角度θ_Ｆ）とが関連づけられて記憶されている。

その他、記憶部３４１には、自律移動体３及び／又は充電ステーション１に関する各種設定値、及び、制御部３４の各機能を実現するプログラム等が記憶されている。

制御部３４は、センサ制御部３４２を有する。センサ制御部３４２は、レーザレンジセンサ３３を制御する。また、センサ制御部３４２は、物体Ｏの本体部３１からの相対的な位置を算出する。具体的には、レーザレンジセンサ３３からレーザ光を照射したタイミングと、反射光をレーザレンジセンサ３３（レーザ受信器）にて受信したタイミングとの時間差から、レーザレンジセンサ３３と物体Ｏとの距離を算出する。
また、例えば、反射光を受信した時のレーザ受信器の受光面の前後軸を基準とした場合の相対的な角度から、本体部３１から見た物体Ｏが存在する方向を算出する。

センサ制御部３４２は、上記の物体Ｏが存在する相対的な距離と方向に関する情報を、移動平面ＭＳ上の座標値に変換する。物体Ｏの存在位置を移動平面ＭＳ上の座標値で表すことにより、物体Ｏの位置と形状とを、移動平面ＭＳを表す座標平面上に投影できる。

センサ制御部３４２は、レーザレンジセンサ３３の物体Ｏの検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２（後述）の広さを制御する。本実施形態において、センサ制御部３４２は、レーザレンジセンサ３３のレーザ受信器の走査角度範囲を適宜調整することにより、検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２の広さを制御する。
センサ制御部３４２がレーザレンジセンサ３３のレーザ受信器の走査角度範囲を制限することにより、自律移動体３が物体Ｏの形状を検知できる検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２は、図５に示すように、本体部３１の前進方向と後進方向とについて、以下のように制限される。図５は検出可能領域を示す図である。

自律移動体３の前進方向については、図５に示すように、第１検出可能領域ＤＡ１は、第１レーザレンジセンサ３３ａの走査角度範囲により定まる少なくとも２つの境界線、すなわち、第１境界線ＢＬ１と第２境界線ＢＬ２により制限される。
第１境界線ＢＬ１は、第１レーザレンジセンサ３３ａから前後軸の左側に延び、前後軸とのなす角度が第１検出角Φ１である直線である。一方、第２境界線ＢＬ２は、第１レーザレンジセンサ３３ａから前後軸の右側に延び、前後軸とのなす角度が第２検出角Φ２である直線である。第１境界線ＢＬ１及び第２境界線ＢＬ２の長さは、第１レーザレンジセンサ３３ａの物体Ｏの検出可能距離（本実施形態では、２０ｍ程度）である。

上記のように、第１レーザレンジセンサ３３ａは、第１レーザレンジセンサ３３ａを中心とした円内の物体Ｏを検出するものである。従って、前進方向における第１検出可能領域ＤＡ１は、第１レーザレンジセンサ３３ａを中心とし、半径が第１レーザレンジセンサ３３ａの物体Ｏの検出可能距離（２０ｍ程度）であり、かつ、中心角が上記の第１検出角Φ１と第２検出角Φ２との和（Φ１＋Φ２）である円弧状の第３境界線ＢＬ３によっても制限される。すなわち、前進方向における第１検出可能領域ＤＡ１は、第１境界線ＢＬ１と、第２境界線ＢＬ２と、第３境界線ＢＬ３との３つの境界線にて定められた扇形状の領域内となる。

一方、図５に示すように、自律移動体３の後進方向についての第２検出可能領域ＤＡ２は、第２レーザレンジセンサ３３ｂの走査角度範囲により定まる少なくとも２つの境界線、すなわち、第４境界線ＢＬ４と第５境界線ＢＬ５により制限される。
第４境界線ＢＬ４は、第１レーザレンジセンサ３３ａから前後軸の左側に延び、前後軸とのなす角度が第３検出角Φ３である直線である。一方、第５境界線ＢＬ５は、第１レーザレンジセンサ３３ａから前後軸の右側に延び、前後軸とのなす角度が第４検出角Φ４である直線である。第４境界線ＢＬ４及び第５境界線ＢＬ５の長さは、第２レーザレンジセンサ３３ｂの物体Ｏの検出可能距離（本実施形態では、５ｍ程度）である。

第２レーザレンジセンサ３３ｂも同様に、第２レーザレンジセンサ３３ｂを中心とした円内の物体Ｏを検出するものである。よって、後進方向における第２検出可能領域ＤＡ２は、第２レーザレンジセンサ３３ｂを中心とし、半径が第２レーザレンジセンサ３３ｂの物体Ｏの検出可能距離（５ｍ程度）であり、かつ、中心角が上記の第３検出角Φ３と第４検出角Φ４との和（Φ３＋Φ４）である円弧状の第６境界線ＢＬ６によっても制限される。すなわち、後進方向における第２検出可能領域ＤＡ２は、第４境界線ＢＬ４と、第５境界線ＢＬ５と、第６境界線ＢＬ６との３つの境界線にて定められた扇形状の領域内となる。

なお、以下においては、図４に示すように、レーザレンジセンサ３３と上記のセンサ制御部３４２とを合わせて「物体形状取得部３３’」と呼ぶことにする。
物体形状取得部３３’が上記のレーザレンジセンサ３３とセンサ制御部３４２とにより構成されることにより、物体形状取得部３３’は、検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２内に存在する物体Ｏの形状に関する情報を取得できる。

制御部３４は、位置推定部３４３を有する。位置推定部３４３は、本体部３１の移動平面ＭＳ上の位置を推定する。具体的には、位置推定部３４３は、物体形状取得部３３’にて取得された本体部３１の周囲に存在する物体Ｏに関する情報（ローカルマップと呼ぶ）と、エンコーダ３２５ａ、３２５ｂから取得したモータ３２１ａ、３２１ｂの回転量と、に基づいて、自律移動体３の位置を推定する。さらに具体的には、例えば、次のようにして、本体部３１の位置を推定する。

まず、エンコーダ３２５ａ、３２５ｂから取得したモータ３２１ａ、３２１ｂの回転量から本体部３１の移動距離と姿勢角変化とを算出する。次に、位置推定部３４３にて前回推定された推定位置に、当該算出した移動距離と姿勢角変化とを加算して、現在の位置を推定する（デッドレコニングによる位置推定）。このとき、車輪３２３ａ、３２３ｂと移動平面ＭＳの走行面との滑り等を考慮して、複数の位置と姿勢角の「候補」を推定しておく。
なお、上記の複数の位置と推定角の「候補」のそれぞれには、本体部３１が当該各「候補」の位置及び姿勢角のそれぞれに到達する確率を関連づけておいてもよい。

次に、上記の複数の位置の「候補」のそれぞれに、当該位置の「候補」における姿勢角に対応する角度だけ傾けたローカルマップを配置する。その後、上記の位置の「候補」に配置されたローカルマップと環境地図とを、例えば、「尤度計算」を実行してマップマッチングし、環境地図と最もマッチしたローカルマップが配置された位置及び姿勢角の「候補」を、本体部３１の最終的な位置及び姿勢角と推定する（マップマッチングによる位置推定）。
なお、複数の位置と姿勢角の「候補」に本体部３１が当該各「候補」の位置及び姿勢角に到達する確率を関連づけた場合には、ローカルマップと環境地図とが比較的よくマッチングしたいくつかの位置及び姿勢角の「候補」のうち、上記の確率が最大のものを現在の最終的な位置及び姿勢角と推定してもよい。

位置推定部３４３が、上記のように、デッドレコニングによる位置推定とマップマッチングによる位置推定とを用いて自律移動体３の位置及び姿勢角を推定することにより、デッドレコニングにおける位置及び姿勢角の推定誤差と、マップマッチングにおける位置及び姿勢角の推定誤差（主に、レーザレンジセンサ３３により取得されるデータに含まれる誤差に起因する）とを相殺して、より精度よく本体部３１の位置を推定できる。

制御部３４は、走行制御部３４４を有する。走行制御部３４４は、物体形状取得部３３’により取得された物体Ｏの形状に関する情報に基づいて推定された本体部３１の移動平面ＭＳ上の位置及び／又は姿勢角に基づいて、走行部３２を制御する。
例えば、走行制御部３４４は、走行部３２のモータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれの制御量を算出し、当該制御量に基づいた駆動電力をモータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれに出力するモータドライバである。走行制御部３４４は、エンコーダ３２５ａ、３２５ｂから入力したモータ３２１ａ、３２１ｂの単位時間あたりの回転量（回転速度）が、所望の回転速度となるように、モータ３２１ａ、３２１ｂの制御量を算出している（フィードバック制御）。

走行制御部３４４は、第１走行モードと第２走行モードとを実行可能となっている。第１走行モードの実行時においては、走行制御部３４４は、走行スケジュールに示された各通過位置と、位置推定部３４３において推定された現在の本体部３１の位置との差に基づいて、モータ３２１ａ、３２１のそれぞれの制御量を算出して、算出された制御量に基づいた駆動電力を、モータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれに出力する。
これにより、走行制御部３４４は、第１走行モードの実行時においては、本体部３１を、上記の自律走行開始位置から第２走行モード開始領域内の所定の位置まで回転動作及び／又は進行動作によって移動できる。

一方、第２走行モードの実行時においては、走行制御部３４４は、第２走行モードにおいて通過すべき位置（経由位置ＶＰ、充電ステーション１の配置位置）と、ランドマーク１３の形状を十分に反映したローカルマップを用いて位置推定部３４３において推定された現在の本体部３１の位置との差に基づいて、モータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれの制御量を算出する。走行制御部３４４は、算出された制御量に基づいた駆動電力を、モータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれに出力する。

本実施形態において、走行制御部３４４は、第２走行モードを実行中には、回転量制限動作を実行する。回転量制限動作は、ランドマーク１３全体が検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２内のいずれかに含まれるよう、回転動作における姿勢角θの変化量を制限する動作である。なお、走行制御部３４４における走行部３２の具体的な制御については、後ほど詳しく説明する。

制御部３４が上記の構成を有することにより、制御部３４は、本体部３１の位置を精度よく推定して、走行スケジュールに示された走行経路を忠実に自律的に再現できる（第１走行モードの実行時）。また、第２走行モードの実行時においては、自律移動体３は、ランドマーク１３の特徴的な形状を十分に表したローカルマップを用い、ランドマーク１３を見失うことなく、本体部３１の位置及び姿勢を精度よく推定しつつ、充電ステーション１に確実に到達できる。

制御部３４は、走行スケジュール作成部３４５を有していてもよい。走行スケジュール作成部３４５は、走行スケジュールを作成し、記憶部３４１に記憶する。
具体的には、走行スケジュール作成部３４５は、無線又は有線にて自律移動体３と通信可能なコントローラ又はコンピュータシステム、又は、自律移動体３に設けられた操作ハンドル（図示せず）などを用いた操作者の操作を受け付けて、当該操作者の操作を走行制御部３４４に出力する。これにより、自律移動体３は、操作者により操作可能となる。

操作者がコントローラや操作ハンドルを用いて自律移動体３を操作中に、走行スケジュール作成部３４５は、所定の時間間隔毎に、位置推定部３４３において推定された本体部３１の位置及び姿勢角を入力する。その後、走行スケジュール作成部３４５は、位置推定部３４３から入力した位置及び姿勢角と、当該位置及び姿勢角を推定した時刻とを関連づけて走行スケジュールを作成し、当該走行スケジュールを記憶部３４１に記憶する。
制御部３４が上記の走行スケジュール作成部３４５を有することにより、操作者の操作を走行スケジュールとして記憶できる。

（４）自律走行車システムにおける自律移動体の動作
以下、自律走行車システム１００における自律移動体３の動作について説明していく。
（４−１）第１実施形態における姿勢角の定義
自律移動体３の動作を説明する前に、本実施形態における姿勢角の定義について、図６を用いて説明する。図６は、姿勢角の定義の一例を示す図である。本体部３１の移動平面ＭＳにおける向きを示す姿勢角θは、移動平面ＭＳを定める１つの軸を基準として、当該基準の軸と、本体部３１の前後軸とがなす角度として定義される。

図６に示すように、本実施形態における姿勢角θは、移動平面ＭＳを定めるＸ軸（紙面の左右方向に延びる軸）と前後軸とのなす角度として定義される。また、本体部３１の前進方向がＸ軸の正方向（紙面の左から右に向かう方向）を向いているときに、姿勢角θが０であるとする。さらに、本体部３１の前進方向がＸ軸の正方向を向いている状態から反時計回りに前後軸が回転する方向を、姿勢角θの増加方向（正方向）とする。

（４−２）差動二輪型の走行部による移動動作
次に、「差動二輪型」の走行部３２により可能な本体部３１の移動動作について、図７Ａ〜図７Ｄを用いて説明する。図７Ａは、自律移動体の進行動作を示す図である。図７Ｂは、中心点回り回転動作を示す図である。図７Ｃは、ピボット回転動作を示す図である。図７Ｄは、進行動作と回転動作との組みあわせ動作を示す図である。
図３に示したような「差動二輪型」の走行部３２においては、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂのそれぞれの回転速度が独立に制御される。このような走行部３２は、本体部３１に対して、（ａ）進行動作、（ｂ）中心点回り回転動作、（ｃ）ピボット回転動作、及び（ｄ）進行動作と回転動作との組み合わせ動作、の４つの移動動作を実行できる。以下、各移動動作について説明する。

（ａ）進行動作
進行動作は、図７Ａに示すように、自律移動体３の前後軸とＸ軸とのなす角度（すなわち、姿勢角θ）を変化させることなく、本体部３１を前進方向又は後進方向へ進行させる動作である。進行動作は、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂの回転速度を同一とすることにより実現される。
以下では、本体部３１を前進させる方向の車輪３２３ａ、３２３ｂの回転速度を正値とし、本体部３１を後進させる方向の車輪３２３ａ、３２３ｂの回転速度を負値として説明する。

（ｂ）中心点回り回転動作
中心点回り回転動作は、図７Ｂに示すように、本体部３１（走行部３２）の中心点Ｃを中心として本体部３１を回転させて、姿勢角θを変化させる動作である。
中心点回り回転動作は、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂの回転速度の絶対値を同一としつつ、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂを互いに逆回転することにより実現される。
図７Ｂに示す例では、左側の車輪３２３ａの回転速度を正値とし、右側の車輪３２３ｂの回転速度を負値とすることにより、本体部３１を時計回りに回転（姿勢角θを負方向に変化）させている。

（ｃ）ピボット回転動作
ピボット回転動作は、図７Ｃに示すように、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂのいずれかの回転速度を０として、回転速度を０とした車輪を中心として本体部３１を回転（姿勢角θを変化）させる動作である。
図７Ｃに示す例では、右側の車輪３２３ｂの回転速度を０とし、左側の車輪３２３ａの回転速度を正値とすることにより、自律移動体３（本体部３１）が、右側の車輪３２３ｂを中心として、時計回りに（姿勢角θを負方向に変化しつつ）ピボット回転している。

上記の（ｂ）中心点回り回転動作と（ｃ）ピボット回転動作とはいずれも、姿勢角θを変化させる動作である。従って、上記の中心点回り回転動作とピボット回転動作とを両方含めて「回転動作」と呼ぶことにする。

（ｄ）進行動作と回転動作との組み合わせ動作
走行部３２は、上記の進行動作と回転動作とを組み合わせた動作も実行できる。進行動作と回転動作とを組み合わせた動作を実行すると、図７Ｄに示すように、本体部３１は、円弧状の経路を走行できる。
例えば、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂの両方の回転速度を正値とし、かつ、右側の車輪３２３ｂの回転速度の絶対値を左側の車輪３２３ａの回転速度の絶対値よりも大きくすることにより、本体部３１は、図７Ｄに示すように、姿勢角θを正方向に変化させつつ（本体部３１を反時計回りに回転させつつ）前進する。
一方、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂの両方の回転速度を負値とし、かつ、右側の車輪３２３ｂの回転速度の絶対値を左側の車輪３２３ａの回転速度の絶対値よりも大きくすることにより、本体部３１は、姿勢角θを負方向に変化させつつ（本体部３１を時計回りに回転させつつ）後進する。

走行部３２が上記の４つの移動動作を実行可能であることにより、自律移動体３は、移動平面ＭＳ上を自在に移動できる。

（４−３）自律移動体の自律移動動作
以下、自律走行車システム１００における自律移動体３の自律移動動作について説明する。以下においては、予め作成されて記憶部３４１に記憶された走行スケジュールに従って自律的に走行経路を移動後、充電ステーション１へと移動する場合の自律移動体３の自律移動動作を例にとって、図８を用いて説明する。図８は、自律移動体の自律移動動作を示すフローチャートである。
自律移動体３が自律走行を開始すると、制御部３４の走行制御部３４４は、第１走行モードを実行する（ステップＳ１）。すなわち、自律移動体３は、記憶部３４１に記憶された走行スケジュールに従って、自律走行開始位置から自律走行終了位置まで自律的に移動する。具体的には、走行制御部３４４は、以下のようにして，第１走行モードを実行する。
走行制御部３４４は、第１走行モードの実行を開始すると、物体形状取得部３３’に対して、上記の第１検出角Φ１、第２検出角Φ２、第３検出角Φ３、及び第４検出角Φ４を、それぞれ９０°に設定するように指令する。
これにより、第１検出可能領域ＤＡ１は、半径が２０ｍ程度であり、中心角が１８０°である半円状の領域となる。また、第２検出可能領域ＤＡ２は、半径が５ｍ程度であり、中心角が１８０°である半円状の領域となる。

その後、所定の時間毎に以下の動作を繰り返し実行することにより、自律移動体３は、記憶部３４１に記憶された走行スケジュールに従って、走行スケジュールに示された自律走行開始位置から自律走行終了位置まで移動平面ＭＳ上を自律的に移動する。なお、本実施形態においては、第２走行モード開始領域Ａ２内の第２走行モード開始位置を、自律走行終了位置として走行スケジュールに記憶しているものとする。
まず、位置推定部３４３が、本体部３１の移動平面ＭＳ上の位置（座標値）と姿勢角θとを推定する。次に、走行制御部３４４が、位置推定部３４３において推定された本体部３１の現在位置が、走行スケジュール中の複数の通過目標点のいずれに対応するかを決定する。本体部３１の現在位置に対応する通過目標点を決定後、走行制御部３４４は、走行スケジュールにおいて当該現在位置に対応する通過目標点の次の通過目標点を、本体部３１が移動すべき目標点と決定する。

移動すべき目標点を決定後、走行制御部３４４は、位置推定部３４３にて推定された本体部３１の現在位置及び姿勢角と、上記の移動すべき目標点及び当該目標点においてとるべき姿勢角との差に基づいて、モータ３２１ａ、３２１ｂに出力すべき駆動電力量を算出し、モータ３２１ａ、３２１ｂへ出力する。

上記のように第１走行モードを実行して本体部３１を移動中に、走行制御部３４４は、自律走行終了位置とされた第２走行モード開始位置の近傍の第２走行モード開始領域Ａ２内の位置に、本体部３１が到達したか否かを判断する（ステップＳ２）。
具体的には、走行制御部３４４は、位置推定部３４３にて推定された本体部３１の現在位置が第２走行モード開始領域Ａ２内の位置であれば、本体部３１が第２走行モード開始領域Ａ２内の位置に到達したと判断する。
より具体的には、例えば、走行制御部３４４は、推定された本体部３１の現在位置を表す座標値（例えば、（Ａ，Ｂ）とする）が、第２走行モード開始領域Ａ２を定義する領域（例えば、（Ｘ−ａ）^２＋（Ｙ−ｂ）^２≦Ｒ^２）内に含まれていれば（例えば、（Ａ−ａ）^２＋（Ｂ−ｂ）^２≦Ｒが成立していれば）、本体部３１が第２走行モード開始領域Ａ２内の位置に到達したと判断する。

本体部３１が第２走行モード開始領域Ａ２内の位置に到達していないと判断された場合（ステップＳ２において「Ｎｏ」の場合）、自律移動体３の自律走行プロセスはステップＳ１に戻り、走行制御部３４４は、第１走行モードの実行を継続する。
一方、本体部３１が第２走行モード開始領域Ａ２内の位置に到達したと判断された場合（ステップＳ２において「Ｙｅｓ」の場合）、走行制御部３４４は、センサ制御部３４２に対して、検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２を形成する境界線のうちの前後軸の左右側に延びる２つの境界線のなす角度を、第１走行モードの実行時における角度（本実施形態においては、９０°）よりも小さくする（ステップＳ３）。

本実施形態において、センサ制御部３４２は、図９に示すように、本体部３１の後部に配置された第２レーザレンジセンサ３３ｂの第２検出可能領域ＤＡ２の第４境界線ＢＬ４と第５境界線ＢＬ５とのなす角度を減少している。なぜなら、本実施形態においては、本体部３１の後端に充電部３６が配置されており、第２走行モードの実行時においては、自律移動体３は、本体部３１の後部を充電ステーション１に向けた状態にて後進するからである。そのため、第２レーザレンジセンサ３３ｂによりランドマーク１３の形状に関する情報を取得する必要があるからである。
図９は、第１走行モードの実行時における第２検出可能領域と第２走行モードの実行時における第２検出可能領域とを示す図である。
具体的には、センサ制御部３４２は、第２走行モードの実行時における第３検出角Φ３及び第４検出角Φ４を、第１走行モードの実行時よりも減少（例えば、９０°から４５°へ減少）する。

第２検出可能領域ＤＡ２の第４境界線ＢＬ４と第５境界線ＢＬ５とのなす角度を第１走行モード実行時よりも狭めることにより、第２走行モードの実行中において、進行方向（後進方向）のレーザレンジセンサ３３（第２レーザレンジセンサ３３ｂ）の「視野」を狭めることができる。
その結果、第２走行モードの実行中において、第２レーザレンジセンサ３３ｂがランドマーク１３以外の他の物体Ｏの形状に関する情報を取得することを抑制できる。
第２レーザレンジセンサ３３ｂがランドマーク１３以外の他の物体Ｏの形状に関する情報を取得することを抑制することにより、例えば、位置推定部３４３が、ランドマーク１３と形状が類似した他の物体Ｏを充電ステーション１と誤って認識することを抑制できる。その結果、位置推定部３４３において誤った位置が推定されることを抑制して、本体部３１が充電ステーション１でない他の物体Ｏへと誤って移動してしまうことを抑制できる。

第２検出可能領域ＤＡ２の第４境界線ＢＬ４と第５境界線ＢＬ５とのなす角度を減少後、走行制御部３４４は、本体部３１を、第１走行モードを実行することにより到達した第２走行モード開始領域Ａ２内の位置（第２走行モード開始位置）から充電ステーション１へと移動させる第２走行モードを実行する（ステップＳ４）。
なお、ステップＳ４において実行される第２走行モードにおける自律移動体３の動作については、後ほど詳しく説明する。

上記のように、走行制御部３４４が第１走行モードと第２走行モードとを実行可能であることにより、自律移動体３は、走行スケジュールに示された自律走行開始位置から充電ステーション１まで自律的に移動できる。すなわち、移動平面ＭＳ上の任意の位置から充電ステーション１まで自律的に移動できる。

（４−４）第２走行モードにおける自律移動体の動作
次に、上記のステップＳ４において実行される第２走行モードにおける自律移動体３の動作について説明する。第２走行モードにおいては、自律移動体３は、レーザレンジセンサ３３により取得された充電ステーション１のランドマーク１３の特徴的な形状に関する情報を用いて本体部３１の位置を推定しながら、第２走行モード開始領域Ａ２内の第２走行モード開始位置から充電ステーション１まで移動する。
上記のように、本実施形態の自律移動体３は、回転動作と進行動作（とその組み合わせ動作）が可能な「差動二輪型」の走行部３２により移動平面ＭＳ上を移動する。このような自律移動体３においては、本体部３１の向きを変化させる（姿勢角θを変化させる）と、それに伴って本体部３１の前後軸が移動平面ＭＳ上において回転する。また、レーザレンジセンサ３３は前後軸上に配置されているため、本体部３１の向き（姿勢角θ）が変化して前後軸が移動平面ＭＳ上において回転すると、それに伴って検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２も移動平面ＭＳ上において回転する。

このような場合において、例えば、検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２にランドマーク１３全体を含めることができている状態において姿勢角θの変化が過剰になると、検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２内にランドマーク１３を含められなくなってしまう。つまり、位置推定部３４３が本体部３１の位置を正確に推定できなくなる。

従って、本実施形態においては、第２走行モードを実行中、走行制御部３４４は、ランドマーク１３全体が第２検出可能領域ＤＡ２（本実施形態においては、本体部３１を後進させて、自律移動体３を充電ステーション１に到達させるため）に含まれる状態から姿勢角θを過剰に変化させないよう、走行部３２を制御する。このように、ランドマーク１３全体が第２検出可能領域ＤＡ２に含まれるように姿勢角θを過剰に変化させず本体部３１を移動させることを、「回転量制限動作」と呼ぶことにする。

以下、第２走行モードによる第２走行モード開始領域Ａ２内（第２走行モード開始位置）から充電ステーション１までの本体部３１の移動方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、第２走行モードにおける本体部の移動方法を示すフローチャートである。
第２走行モードを開始すると、まず、走行制御部３４４は、本体部３１を経由位置ＶＰまで移動させる。具体的には、以下のようにして本体部３１を経由位置ＶＰまで移動させる。

本体部３１を経由位置ＶＰまで移動させる間、位置推定部３４３は、ランドマーク１３の特徴的な形状に関する情報を用いて本体部３１の位置を推定する。従って、本体部３１を経由位置ＶＰまで移動させる前に、走行制御部３４４は、現在の第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰまで本体部３１を後進動作（進行動作）にて移動させた場合に、ランドマーク１３全体が第２検出可能領域ＤＡ２内に含まれるか否かを判断する（ステップＳ４０１）。すなわち、第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰへと後進動作のみにて本体部３１を移動させるために、第２走行モード開始位置にて本体部３１の後部を経由位置ＶＰの方向へ向けたときに、ランドマーク１３全体の特徴的な形状に関する情報を第２レーザレンジセンサ３３ｂが取得できるか否かを判断する。

具体的には、図１１に示すように、経由位置ＶＰと充電ステーション１の中心Ｃ１とを結ぶ第１直線Ｌ１と、第２走行モード開始位置と経由位置ＶＰとを結ぶ第２直線Ｌ２とのなす角度Θ１が第１角度φ１以下の場合に、走行制御部３４４は、第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰへと後進する場合に、ランドマーク１３全体が第２検出可能領域ＤＡ２内に含まれると判断する。図１１は、第２走行モード開始位置から経由位置へと進行動作する場合に、ランドマーク全体が検出可能領域内に含まれるか否かを判定する方法を模式的に示す図である。
上記の第１角度φ１は、例えば、図１２に示すように、第２検出可能領域ＤＡ２の第５境界線ＢＬ５が板面１３ｂ−１の端部と接触するときの、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度として定義できる。また、上記の第１角度φ１は、上記のような定義に従って予め算出されて記憶部３４１に記憶されているものとする。本実施形態において、第１角度φ１は、例えば、２０°と定義できる。図１２は、第１角度の定義の一例を示す図である。

第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度Θ１は、移動平面ＭＳ上における第１直線Ｌ１の傾きと第２直線Ｌ２の傾きとの差に基づいて算出できる。第１直線Ｌ１の傾きは、上記の正対角度θ_Ｆである。第２直線Ｌ２の傾きは、例えば、経由位置ＶＰの移動平面ＭＳのＹ座標と第２走行モード開始位置のＹ座標との差と、経由位置ＶＰのＸ座標と第２走行モード開始位置のＸ座標との差との比として算出できる。

また、本実施形態においては、走行制御部３４４は、第１走行モードを終了して第２走行モード開始領域Ａ２内の第２走行モード開始位置に到達した時の本体部３１の向き（姿勢角θ）が、第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰに向かう方向に向いているか否かを確認する。
第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰへと向かう方向に本体部３１が向いているか否かは、例えば、現在の姿勢角θと上記の正対角度θ_Ｆとの差が正値か負値かにより判断する。第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰへと向かう方向に本体部３１が向いているときに現在の姿勢角θと正対角度θ_Ｆとの差が負値（正値）である場合、現在の姿勢角θと上記の正対角度θ_Ｆとの差が正値（負値）となったときに、本体部３１が第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰに向かう方向に向いていないと判断する。

第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度Θ１が第１角度φ１以下であり、かつ、本体部３１が第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰに向かう方向に向いていると判断されたとき（ステップＳ４０１において「Ｙｅｓ」の場合）、走行制御部３４４は、第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰへと後進する場合に、ランドマーク１３全体が第２検出可能領域ＤＡ２内に含まれると判断する。従って、走行制御部３４４は、第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰまで後進のみにて本体部３１を移動させるよう、走行部３２を制御する（ステップＳ４０２）。
具体的には、まず、図１３Ａに示すように、走行制御部３４４は、第２走行モード開始位置において、回転動作にて本体部３１の後部を経由位置ＶＰの方向へ向ける。具体的には、走行制御部３４４は、姿勢角θが上記の第２直線Ｌ２の傾きに１８０°（π／２（ラジアン））を加えた角度（本体部３１は後進しながら充電ステーション１へ移動するため）と等しくなるまで、本体部３１を回転させる。図１３Ａは、本体部を経由位置へ向ける動作を示す図である。
本体部３１の後部を経由位置ＶＰの方向へ向けた後、走行制御部３４４は、図１３Ｂに示すように、本体部３１を第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰまで第２直線Ｌ２上を後進させる。図１３Ｂは、本体部を経由位置へ進行させる動作を示す図である。

一方、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度Θ１が第１角度φ１よりも大きいか、又は、本体部３１が第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰへと向かう方向に向いていないと判断された場合（ステップＳ４０１において「Ｎｏ」の場合）、走行制御部３４４は、第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰへと本体部３１を後進させる場合に、ランドマーク１３全体が第２検出可能領域ＤＡ２内に含まれないと判断する。すなわち、現在の第２走行モード開始位置から経由位置ＶＰへと本体部３１を後進させるために姿勢角θを変化させると、姿勢角θの変化が過剰であるため、物体形状取得部３３’（第２レーザレンジセンサ３３ｂ）がランドマーク１３の特徴的な形状に関する情報を取得できなくなると判断する。
このような場合、走行制御部３４４は、経由位置ＶＰへと後進する場合にランドマーク１３全体が第２検出可能領域ＤＡ２内に含まれるようになる位置まで本体部３１を移動させる。その後、当該位置から経由位置ＶＰまで本体部３１を後進させる。上記の経由位置ＶＰへと後進する場合にランドマーク１３全体が第２検出可能領域ＤＡ２内に含まれるようになる位置のことを、「離反位置ＡＰ」と呼ぶことにする。具体的には、以下のようにして、本体部３１は、第２走行モード開始位置から離反位置ＡＰへ移動後、離反位置ＡＰから経由位置ＶＰまで後進する。

まず、走行制御部３４４は、第２走行モード開始位置において回転動作を実行して、第２走行モード開始位置において、移動平面ＭＳ上に投影した前後軸が上記の第１直線Ｌ１と平行になるよう姿勢角θを変化させる（ステップＳ４０３）。具体的には、図１４Ａに示すように、走行制御部３４４は、第２走行モード開始位置において姿勢角θが正対角度θ_Ｆとなるまで、本体部３１を回転させる。図１４Ａは、本体部を第２走行モード開始位置にて正対角度まで回転させる様子を示す図である。

移動平面ＭＳに投影した前後軸を第１直線Ｌ１と平行になるよう姿勢角θを変化後、走行制御部３４４は、本体部３１を前進させる（ステップＳ４０４）。これにより、図１４Ｂに示すように、本体部３１は、姿勢角θを正対角度θ_Ｆに保ったまま、充電ステーション１から離れる方向へと進行する。図１４Ｂは、本体部を第２走行モード開始位置から離反位置へ進行させる様子を示す図である。
図１４Ｂに示すように、本体部３１が姿勢角θを正対角度θ_Ｆに保ったまま充電ステーション１から離れる方向へと前進する場合の本体部３１の中心点Ｃの軌跡は、第２走行モード開始位置を通り第１直線Ｌ１と平行な直線となる。当該第２走行モード開始位置を通り第１直線Ｌ１と平行な直線を、「離反直線ＬＡ」と呼ぶことにする。

本体部３１を離反直線ＬＡ上にて前進させる間、走行制御部３４４は、本体部３１が離反位置ＡＰに到達したか否かを判断する。具体的には、走行制御部３４４は、離反直線ＬＡ上の現在位置から経由位置ＶＰへと本体部３１を移動させた場合に、ランドマーク１３全体が第２検出可能領域ＤＡ２内に含まれるか否かを判断する。さらに具体的には、走行制御部３４４は、離反直線ＬＡ上の現在位置と経由位置ＶＰとを結ぶ直線（第３直線Ｌ３と呼ぶ）と第１直線Ｌ１とがなす角度Θ２が第２角度φ２以下であるか否かを判断する（ステップＳ４０５）。
第２角度φ２は、上記の第１角度φ１とは異なるものとして個別に算出してもよいが、本実施形態においては、第２角度φ２は第１角度φ１と等しいとしている。

本実施形態においては、走行制御部３４４は、第２走行モード開始位置から離反直線ＬＡ上を離反距離Ｄ１以上前進移動したときに、第３直線Ｌ３と第１直線Ｌ１とがなす角度Θ２が第２角度φ２以下であると判定する。図１５に示すように、離反距離Ｄ１は、例えば、経由位置ＶＰと、離反位置ＡＰと、離反位置ＡＰから第１直線Ｌ１への垂線と第１直線との交点ＣＰとにより形成され、離反位置ＡＰにおける角度を第２角度φ２とした直角三角形を用いて算出できる。図１５は、離反距離を算出する方法の一例を示す図である。

具体的には、例えば、まず、第２走行モード開始位置から第１直線Ｌ１（線分ＶＰＣＰ）に垂線を下ろしたときの交点ＤＰの座標値を算出し、経由位置ＶＰと当該交点ＤＰとの間の距離Ｄ２を算出する。その後、距離Ｄ２と離反距離Ｄ１との和（Ｄ１＋Ｄ２）と線分ＡＰＣＰの長さＤ３との間に成立する方程式ｔａｎφ２＝Ｄ３／（Ｄ１＋Ｄ２）をＤ１について解くことにより、離反距離Ｄ１を算出できる。なお、線分ＡＰＣＰの長さＤ３は、第２走行モード開始位置と第１直線Ｌ１（線分ＶＰＣＰ）との間の距離として算出できる。

第３直線Ｌ３と第１直線Ｌ１とのなす角度Θ２が第２角度φ２より大きい場合（ステップＳ４０５において「Ｎｏ」の場合）、すなわち、位置推定部３４３において推定された離反直線ＬＡ上の現在位置と第２走行モード開始位置との間の距離が離反距離Ｄ１よりも小さい場合、走行制御部３４４は、本体部３１が離反位置ＡＰに到達していないと判断する。この場合、第２走行モードの実行プロセスはステップＳ４０４に戻る。すなわち、走行制御部３４４は、本体部３１が離反位置ＡＰに到達するまで、本体部３１の前進を継続する。

一方、第３直線Ｌ３と第１直線Ｌ１とのなす角度Θ２が第２角度φ２以下である場合（ステップＳ４０５において「Ｙｅｓ」の場合）、すなわち、位置推定部３４３において推定された離反直線ＬＡ上の現在位置と第２走行モード開始位置との間の距離が離反距離Ｄ１以上である場合、走行制御部３４４は、本体部３１が離反位置ＡＰに到達したと判断する。
本体部３１が離反位置ＡＰへ到達したと判断後、走行制御部３４４は、離反位置ＡＰから経由位置ＶＰへの本体部３１の移動（後進）を開始する（ステップＳ４０６）。
具体的には、図１３Ａに示すように、走行制御部３４４は、まず、離反位置ＡＰにおいて、回転動作にて本体部３１の後部を経由位置ＶＰの方向へ向ける。具体的には、走行制御部３４４は、上記の第３直線Ｌ３の傾きに１８０°（π／２（ラジアン））を加えた角度と等しくなるまで、本体部３１を回転させる。
本体部３１の後部を経由位置ＶＰの方向へ向けた後、走行制御部３４４は、図１３Ｂに示すように、本体部３１を離反位置ＡＰから経由位置ＶＰまで後進させる。

上記のステップＳ４０１〜Ｓ４０６を実行して本体部３１を経由位置ＶＰまで移動させることにより、走行制御部３４４は、第２検出可能領域ＤＡ２内にランドマーク１３全体が含まれている状態から姿勢角θを過剰に変化させることなく、すなわち、回転量制限動作を実行して、本体部３１を第２走行モード開始位置又は離反位置ＡＰから経由位置ＶＰへと移動できる。
この結果、物体形状取得部３３’は、本体部３１が充電ステーション１へと移動する間、ランドマーク１３の特徴的な形状を認識可能な程度の情報を常に取得できる。これにより、位置推定部３４３は、充電ステーション１へと移動する間、ランドマーク１３の特徴的な形状を認識可能な程度の情報に基づいて、すなわち、ランドマーク１３を見失うことなく、本体部３１の位置と姿勢角θとを精度よく推定できる。これにより、走行制御部３４４は、本体部３１を経由位置ＶＰまで確実に到達できる。

また、本体部３１を第２走行モード開始位置から離反位置ＡＰへと移動させるときに、走行制御部３４４が上記のステップＳ４０３〜Ｓ４０６を実行することにより、走行制御部３４４は、回転動作と進行動作との単純な動作のみにて、本体部３１を第２走行モード開始位置から離反位置ＡＰへと移動できる。

さらに、経由位置ＶＰへ本体部３１を移動させる際に、走行制御部３４４は、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度Θ１が第１角度φ１以下であるか否かを判断することにより、第２検出可能領域ＤＡ２内にランドマーク１３全体が含まれているか否かを判定している。
また、第２走行モード開始位置から離反位置ＡＰへ本体部３１を移動させる際に、走行制御部３４４は、第３直線Ｌ３と第１直線Ｌ１とのなす角度Θ２が第２角度φ２以下であるか否かを判断することにより、本体部３１が離反位置ＡＰに到達したか否かを判断している。
これにより、走行制御部３４４は、より単純な計算により、第２検出可能領域ＤＡ２内にランドマーク１３全体が含まれるか否か、及び、本体部３１が離反位置ＡＰに到達したか否かを判断できる。

上記のステップＳ４０１〜Ｓ４０６を実行して本体部３１を経由位置ＶＰまで移動させた後、走行制御部３４４は、本体部３１を経由位置ＶＰから充電ステーション１へと移動させる。具体的には、以下のようにして、本体部３１を経由位置ＶＰから充電ステーション１へと移動させる。
まず、走行制御部３４４は、経由位置ＶＰにおいて、回転動作により、移動平面ＭＳ上において前後軸が上記の第１直線Ｌ１と一致するまで本体部３１を回転させる。具体的には、図１６Ａに示すように、走行制御部３４４は、経由位置ＶＰにおいて、姿勢角θが正対角度θ_Ｆと等しくなるように、本体部３１を回転させる（ステップＳ４０７）。
図１６Ａは、経由位置において本体部を正対角度まで回転させる様子を示す図である。
図１６Ａに示すように、経由位置ＶＰにおいて本体部３１を正対角度θ_Ｆまで回転させると、本体部３１の後部が充電ステーション１と正対する。その結果、本体部３１の後部に取り付けられた充電部３６と充電ステーション１の給電部１５とが正対する。

姿勢角θが正対角度θ_Ｆとなるまで本体部３１を回転させて充電部３６と給電部１５とを正対させた後、走行制御部３４４は、本体部３１を充電ステーション１まで後進させる（ステップＳ４０８）。充電部３６と給電部１５とが正対した状態にて本体部３１が充電ステーション１に到達すると、図１６Ｂに示すように、充電部３６と給電部１５とが接続される。図１６Ｂは、充電部と給電部とが正対した状態にて本体部が充電ステーションに到達したときの様子を示す図である。
充電部３６と給電部１５とが接続されると、給電部１５からバッテリー３５を充電するための充電電力が出力される。充電部３６が給電部１５から出力された充電電力を入力することにより、バッテリー３５が充電される。

上記のように、経由位置ＶＰから充電ステーション１まで本体部３１を移動させる際に、走行制御部３４４は、（ｉ）経由位置ＶＰにおいて姿勢角θが正対角度θ_Ｆとなるまで本体部３１を回転し、その後、（ｉｉ）経由位置ＶＰから充電ステーション１まで本体部３１を後進させる動作を、回転量制限動作として実行している。
このように、経由位置ＶＰに充電ステーション１まで本体部３１を移動させる際に、走行制御部３４４が上記の（ｉ）及び（ｉｉ）の動作を回転量制限動作として実行することにより、予め決められた方向（本体部３１が充電ステーション１に正対する方向）に本体部３１を向けた状態にて、本体部３１を確実に充電ステーション１へと移動できる。

（５）他の実施形態
以上、本発明の一又は複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
（Ａ）目標物についての他の実施形態（その１）
上記の第１実施形態において、自律移動体３が第２走行モードにおいて到達する目標物は、充電ステーション１であった。しかし、これに限られず、エレベータの昇降台を目標物としてもよい。この場合、例えば、昇降台のエレベータの入口とは反対側の壁などにランドマーク１３を設置することにより、自律移動体３を自律的に昇降台へ搭載できる。

（Ｂ）目標物についての他の実施形態（その２）
上記の第１実施形態において、目標物である充電ステーション１は、ランドマーク１３を有していた。これにより、充電ステーション１が直方体などの単純で特徴がない形状であっても、位置推定部３４３は、充電ステーション１の位置を認識できる。
位置推定部３４３が、物体形状取得部３３’にて取得した目標物の形状に基づいて、本体部３１の目標物に対する相対位置を精度よく推定できればよいので、目標物は上記のランドマーク１３を有するものに限られない。

例えば、充電ステーション１（目標物）の筐体１１に特徴的な意匠を施すなど、筐体１１自体が特徴的な形状を有していてもよい。この場合、筐体１１自体が有する意匠は、物体形状取得部３３’にて取得された筐体１１の形状に関する情報から生成されるローカルマップ中において、筐体１１の形状を認識できる程度の大きな意匠であることが好ましい。すなわち、筐体１１自体が有する意匠は、物体形状取得部３３’により取得した信号に含まれるノイズによりかき消されるような小さなものでないことが好ましい。
筐体１１自体に特徴的な意匠などを施すことにより、目標物にランドマークを設ける必要がなくなる。

（Ｃ）姿勢角の定義についての他の実施形態
上記の第１実施形態において、姿勢角θは、前後軸と移動平面ＭＳを定めるＸ軸とがなす角度として定義されていた。姿勢角θは移動平面ＭＳ上で定義できればよいので、移動平面ＭＳを定めるＸ軸と前後軸とがなす角度を姿勢角θとして定義することに限られず、移動平面ＭＳを定める任意の軸と前後軸とがなす角度を姿勢角θとして定義してもよい。
例えば、前後軸と移動平面ＭＳを定めるＹ軸（図１）とがなす角度を姿勢角θとしてもよい。姿勢角θを、移動平面ＭＳを定めるどの軸を基準に定義するかは、移動平面ＭＳの形状などを考慮して適宜決定できる。

（Ｄ）経由位置へ移動する際の回転量制限動作についての他の実施形態
上記の第１実施形態において、第２走行モード開始位置又は離反位置ＡＰから経由位置ＶＰへ移動する際の回転量制限動作は、（ｉ）第２走行モード開始位置又は離反位置ＡＰにおける回転動作と、（ｉｉ）第２走行モード開始位置又は離反位置ＡＰから経由位置ＶＰまでの進行動作（後進動作）と、を含む動作であった。
しかし、回転量制限動作は、検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２にランドマーク１３全体（目標物（充電ステーション１）が有する特徴的な形状）が含まれるように、姿勢角θの変化量を制限する動作であればよいので、経由位置ＶＰまで移動する回転量制限動作は上記に限られない。

例えば、図１７に示すように、本体部３１を離反位置ＡＰ（第２走行モード開始位置であってもよい）から経由位置ＶＰまで移動させるときに、走行制御部３４４は、ランドマーク１３が検出可能領域ＤＡ１、ＤＡ２内に含まれるよう姿勢角θの変化量を制限しつつ、本体部３１が第１直線Ｌ１に近づくにつれて姿勢角θを正対角度θ_Ｆに近づけるように走行部３２を制御してもよい。図１７は、経由位置へ移動する際の回転量制限動作についての他の実施形態を示す図である。
本体部３１が第１直線Ｌ１に近づくにつれて姿勢角θを正対角度θ_Ｆに近づけさせる動作は、例えば、離反位置ＡＰ（第２走行モード開始位置）から経由位置ＶＰまで移動する際の各通過点における姿勢角θと正対角度θ_Ｆとの差の値を、本体部３１の現在位置と第１直線Ｌ１との間の距離に基づいて決定することにより達成できる。

具体的には、例えば、本体部３１が第１直線Ｌ１から離れている場合には、走行制御部３４４は、姿勢角θを正対角度θ_Ｆから大きく異ならせるよう走行部３２を制御する。これにより、本体部３１をより素早く第１直線Ｌ１に近づけることができる。
一方、本体部３１が第１直線Ｌ１に近づいたら、走行制御部３４４は、姿勢角θを正対角度θ_Ｆに近い値とするように走行部３２を制御する。これにより、本体部３１が第１直線Ｌ１に近づいた場合に、本体部３１が第１直線Ｌ１を超えて移動してしまうことを抑制できる。

本体部３１が第１直線Ｌ１に近づくにつれて姿勢角θを正対角度θ_Ｆに近づけるよう走行部３２を制御しつつ、本体部３１を経由位置ＶＰまで移動させることにより、経由位置ＶＰにおいて姿勢角θが正対角度θ_Ｆとなるまで本体部３１を回転させる必要がなくなる。その結果、本体部３１が経由位置ＶＰに到達したあと直ちに、本体部３１の目標物（充電ステーション１）への進行動作を開始できる。

（Ｅ）走行部についての他の実施形態
上記の第１実施形態において、走行部３２は「差動二輪型」の走行部であった。しかし、「差動二輪型」の走行部に限られず、例えば、一般的な自動車などに備わっている、本体部の前後に２つずつ車輪が配置される四輪の走行部のような進行動作と回転動作とのみにより移動する走行部を備える自律移動体においても、本発明は適用できる。
すなわち、例えば、オムニホイールを備えた走行部のように、本体部の前後軸の向き（姿勢角θ）を変えることなく斜めに移動可能な走行部以外の走行部を備えた自律移動体に対して、本発明を適用できる。

（Ｆ）物体形状取得部についての他の実施形態（その１）
物体形状取得部３３’のセンサ制御部３４２は、レーザレンジセンサ３３から複数回信号を取得してもよい。この場合、センサ制御部３４２は、複数回取得した信号のうち、ノイズ成分の少ない（すなわち、ＳＮ比の大きい）信号をローカルマップや環境地図などの地図情報を作成するデータとして用いてもよい。
これにより、ノイズ成分を含まないより正確な地図情報を作成できる。その結果、位置推定部３４３は、より精度よく本体部３１の位置を推定できる。

また、上記の場合、センサ制御部３４２は、例えば、第１走行モードの実行時など充電ステーション１（目標物）から離れた場所を移動しているときにはレーザレンジセンサ３３から１回のみ信号を取得する一方、充電ステーション１（目標物）に近づいたら複数回信号を取得してもよい。これにより、位置推定部３４３は、例えば、本体部３１が目標物から離れている場合にはより高速に位置推定を実行しつつ、目標物に近づいたときには精度よく本体部３１の位置を推定できる。

（Ｇ）物体形状取得部についての他の実施形態（その２）
上記の第１実施形態において、物体形状取得部３３’は、物体Ｏの形状に関する情報を取得するためにレーザレンジセンサ３３のみを有していた。しかし、これに限られず、物体形状取得部３３’は、超音波センサなどの物体Ｏの存在に関する情報を取得するための他のセンサをさらに有していてもよい。
この場合、例えば、目標物に近い位置に本体部３１が存在している場合には、超音波センサにより物体Ｏの存在を検知しレーザレンジセンサ３３にてランドマークを含んだローカルマップを作成する一方、目標物から遠い位置に本体部３１が存在している場合には、超音波センサとレーザレンジセンサ３３との両方により物体Ｏの存在を検知してもよい。

本発明は、自律的に走行可能な自律移動体と、当該自律移動体が自律的に移動することにより到達する目標物と、を備える自律走行車システムに広く適用できる。

１００ 自律走行車システム
１ 充電ステーション
１１ 筐体
Ｏ１ 開口部
１３ ランドマーク
１３ａ 第１ランドマーク部材
１３ｂ 第２ランドマーク部材
１３ｃ 第３ランドマーク部材
１３ｂ−１、１３ｃ−１ 板面
１５ 給電部
３ 自律移動体
３１ 本体部
３２ 走行部
３２１ａ、３２１ｂ モータ
３２３ａ、３２３ｂ 車輪
３２５ａ、３２５ｂ エンコーダ
３３' 物体形状取得部
３３ レーザレンジセンサ
３３ａ 第１レーザレンジセンサ
３３ｂ 第２レーザレンジセンサ
３４ 制御部
３４１ 記憶部
３４２ センサ制御部
３４３ 位置推定部
３４４ 走行制御部
３４５ 走行スケジュール作成部
３５ バッテリー
３６ 充電部
３７ 補助輪部
３７ａ、３７ｂ補助車輪
ＭＳ 移動平面
Ｏ 物体
Ａ２ 第２走行モード開始領域
ＶＰ 経由位置
Ｗ 壁
θ 姿勢角
θ１ 第１角度
θ２ 第２角度
θ_Ｆ 正対角度
θ_Ｓ１ 第１開始姿勢角
θ_Ｓ２ 第２開始姿勢角
ＤＡ１ 第１検出可能領域
ＢＬ１ 第１境界線
ＢＬ２ 第２境界線
ＢＬ３ 第３境界線
Φ１ 第１検出角
Φ２ 第２検出角
ＤＡ２ 第２検出可能領域
ＢＬ４ 第４境界線
ＢＬ５ 第５境界線
ＢＬ６ 第６境界線
Φ３ 第３検出角
Φ４ 第４検出角
Ｗ１ 第１幅
Ｗ２ 第２幅
Θ１ 第１直線と第２直線とがなす角度
Θ２ 第３直線と第１直線とがなす角度
φ１ 第１角度
φ２ 第２角度
ＡＰ 離反位置
Ｃ 中心点
ＣＰ 交点
ＤＰ 交点
Ｄ１ 離反距離
Ｄ２ 距離
Ｄ３ 線分ＡＰＣＰの長さ
Ｌ１ 第１直線
Ｌ２ 第２直線
Ｌ３ 第３直線
ＬＡ 離反直線

Claims (10)

1. 特徴的な形状を有するランドマークを有する目標物と、周囲に存在する物体を検出しながら自律的に移動する自律移動体と、を備えた自律走行車システムであって、
   前記自律移動体は、
   本体部と、
   前記本体部を前後へ進行させる進行動作と、前記本体部の前後方向を定める前後軸と前記本体部が移動する移動平面を定める軸とのなす角度である姿勢角を変化させて前記本体部の姿勢を変化させる回転動作とが可能な走行部と、
   前記本体部の前記前後軸上に配置され、少なくとも前記前後軸の左右側に所定の角度を有して延びる２つの境界線により形成される検出可能領域内に存在する物体の形状に関する情報を取得する物体形状取得部と、
   前記物体形状取得部により取得された前記物体の形状に関する情報に基づいて推定された前記本体部の前記移動平面上の位置及び／又は前記姿勢角に基づいて、前記走行部を制御する走行制御部と、
   を有し、
   前記本体部を前記回転動作及び／又は前記進行動作により前記目標物へと移動させる際に、前記走行制御部は、前記ランドマーク全体が前記検出可能領域内に含まれるよう、前記回転動作における前記姿勢角の変化量を制限する回転量制限動作を実行する、
   自律走行車システム。
2. 前記走行制御部は、前記本体部を自律走行開始位置から第２走行モード開始領域内まで前記回転動作及び／又は前記進行動作によって移動させる第１走行モードと、
   前記本体部が前記第２走行モード開始領域内に到達した時に開始される走行モードであって、第２走行モード開始位置から前記目標物まで前記回転動作及び／又は前記進行動作によって前記本体部を移動させる第２走行モードと、を実行可能であり、
   前記回転量制限動作は、前記第２走行モードの実行中に実行される、
   請求項１に記載の自律走行車システム。
3. 前記第２走行モードの実行中に、前記物体形状取得部は、前記２つの境界線のなす角度を、前記第１走行モードの実行時における前記２つの境界線のなす角度よりも小さくする、請求項２に記載の自律走行車システム。
4. 前記目標物の近傍に設けられた経由位置をさらに備え、
   前記第２走行モードの実行中に、前記走行制御部は、前記本体部を前記経由位置を経由させてから前記目標物まで移動させるように前記走行部を制御し、
   前記本体部が前記経由位置に到達後、前記走行制御部は、前記回転動作により前記本体部が前記経由位置にあるときに前記経由位置と前記目標物とを結ぶ第１直線と前記前後軸とが一致するように前記姿勢角を調整し、次に前記経由位置から前記目標物に向けて前記本体部を進行させる動作を前記回転量制限動作として実行する、請求項２又は３に記載の自律走行車システム。
5. 前記本体部が前記第２走行モード開始領域内にあるときに、前記走行制御部は、前記本体部が前記第２走行モード開始位置から前記経由位置へと前記進行動作する場合に前記ランドマーク全体が前記検出可能領域内に含まれるか否かを判断し、
   前記第２走行モード開始位置から前記経由位置へと前記進行動作する場合に前記ランドマーク全体が前記検出可能領域内に含まれないと判断した場合、
   前記走行制御部は、前記本体部を、前記第２走行モード開始位置から、前記経由位置へと前記進行動作する場合に前記ランドマーク全体が前記検出可能領域内に含まれるようになる離反位置へと移動させ、次に、前記離反位置から前記経由位置へと前記本体部を移動させる動作を前記回転量制限動作として実行する、
   請求項４に記載の自律走行車システム。
6. 前記本体部が前記第２走行モード開始領域内にあるときに、前記走行制御部は、前記経由位置と前記第２走行モード開始位置とを結ぶ第２直線と前記第１直線とがなす角度を算出し、
   前記第２直線と前記第１直線とがなす角度が第１角度以下の場合に、前記走行制御部は、前記第２走行モード開始位置から前記経由位置へと前記進行動作する場合に前記ランドマーク全体が前記検出可能領域内に含まれると判断する、
   請求項５に記載の自律走行車システム。
7. 前記第２走行モード開始位置から前記離反位置へと前記本体部を移動させる間、前記走行制御部は、前記本体部の現在位置と前記経由位置とを結ぶ第３直線と前記第１直線とがなす角度を算出し、
   前記第３直線と前記第１直線とがなす角度が第２角度以下の場合に、前記走行制御部は、前記本体部が前記離反位置に到達したと判断する、
   請求項５又は６に記載の自律走行車システム。
8. 前記第２走行モード開始位置から前記離反位置へと前記本体部を移動させる場合において、前記走行制御部は、前記第２走行モード開始位置において前記回転動作を実行して前記第２走行モード開始位置において前記前後軸が前記第１直線と平行になるよう前記姿勢角を変化させ、次に、前記進行動作により前記本体部を前記第２走行モード開始位置から前記離反位置へと進行させる動作を前記回転量制限動作として実行する、請求項５〜７のいずれかに記載の自律走行車システム。
9. 前記物体形状取得部はレーザレンジセンサを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の自律走行車システム。
10. 前記目標物は充電ステーションを含み、
    前記自律移動体は、前記走行部を駆動するバッテリーと、前記本体部が前記充電ステーションに到達した状態で前記充電ステーションと充電電力のやりとりを行うことにより前記バッテリーを充電する充電部と、をさらに有する、
    請求項１〜９のいずれかに記載の自律走行車システム。

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