JP2010211512A - Autonomous moving device - Google Patents
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Abstract
【課題】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する。
【解決手段】レーザレンジファインダで捕捉した目標物の本体に対する相対位置情報と障害物センサで検出した周囲障害物の情報とに基づいて、本体の進行方向を、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。そして、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。
【選択図】 図4Provided is an autonomous mobile device capable of following a target while appropriately avoiding obstacles around the main body even if the main body has a traveling direction as a longitudinal direction.
An obstacle detects a moving direction of a main body in a direction of a target based on relative position information of the target captured by a laser range finder and information on surrounding obstacles detected by an obstacle sensor. If the obstacle is not detected, the direction of the target is determined. If the obstacle is detected, the direction of the space closest to the target is determined from the space in which the obstacle is not detected in the space radially extending around the main body. When turning is required to turn the main body in the determined traveling direction, the traveling direction is corrected to the straight traveling direction when there is an obstacle in the turning region.
[Selection] Figure 4
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。 The present invention relates to an autonomous mobile device that autonomously moves following a moving target.
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。
For example,
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。 In this type of conventional autonomous mobile device, in order to facilitate a turning operation to avoid an obstacle, the shape of the device main body is approximately equal in length in the traveling direction and in the direction orthogonal to the traveling direction. The shape, for example, a substantially perfect circle or a substantially square was used. However, in consideration of the load capacity, the body shape of the autonomous mobile device is preferably a rectangle whose longitudinal direction is the traveling direction, or a shape similar thereto. However, if the main body has a longitudinal direction as the traveling direction, there may be an obstacle in the swivel area of the main body during the swiveling operation, which may make the swivel impossible. Not considered.
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。 The present invention has been made based on such circumstances, and the purpose of the present invention is to follow the target by appropriately avoiding obstacles around the main body, even if the main body has the traveling direction as the longitudinal direction. It is intended to provide an autonomous mobile device that can be used.
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、捕捉手段により捕捉した目標物の本体に対する相対位置情報と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、本体の進行方向を、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。 The present invention relates to an autonomous mobile device that autonomously moves following a moving target, a body having a longitudinal direction as a traveling direction, a capturing means for capturing the target, and an obstacle for detecting obstacles around the body. Based on the object detection means, the relative position information of the target object captured by the capturing means with respect to the surrounding obstacle information detected by the obstacle detection means, the traveling direction of the main body is changed to the direction of the target object. If the object is not detected, the direction of the target is determined. If the obstacle is detected, the direction in which the obstacle is not detected in the space radially extending around the main body is determined in the direction of the space closest to the target. A turning correction means for correcting the traveling direction to a straight traveling direction when there is an obstacle in the turning area when turning is required to direct the main body in the traveling direction determined by the determining means; Is obtained by a running control means for running direction.
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。 According to the present invention in which such means is taken, an autonomous mobile device that can follow an object by appropriately avoiding obstacles around the main body can be provided even if the main body has a traveling direction as a longitudinal direction.
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。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of the autonomous
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the autonomous
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。
The autonomous
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。
As shown in FIG. 2, the autonomous
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。
As shown in FIG. 2, when the intermediate point between the pair of drive wheels (front wheels) 15a and 15b is O and the width of the main body in the short direction perpendicular to the longitudinal direction passing through the intermediate point O is d, The first
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。
As described above, the intermediate point O on the axle connecting the
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。
Each
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。
The control circuit configuration of the autonomous
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。
The
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。
The ultrasonic
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。
The
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。
The
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。
The pair of
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。
4 to 6 are flowcharts showing a processing procedure of one cycle in the
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。
The
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。
In this way, if the omnidirectional obstacle map is created and the
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。
This determination process will be specifically described with reference to the schematic diagram of FIG. FIG. 7 is an example of an omnidirectional obstacle map. In the figure,
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)。
The
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。
In the example of FIG. 7, the
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。
When the spread angle θ1 of the space A1 in which the
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。
On the other hand, when the spread angle θ1 of the space A1 in which the
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。
At ST7, the
This determination process will be specifically described with reference to the schematic diagram of FIG. FIG. 8 shows the positional relationship between the
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。
When it is determined that the angle θ2 is less than ½ of the threshold angle θ (NO in ST7), the
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。
On the other hand, when it is determined that the angle θ2 is equal to or greater than ½ of the threshold angle θ (YES in ST7), the
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。
On the other hand, when the
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。
On the other hand, when the spread angle θ1 of the space is equal to or larger than the threshold angle θ (YES in ST22), the
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。
Here, the
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。
When the traveling direction S of the
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。
On the other hand, when it is determined that the turning operation is necessary (YES in ST10), the
This determination process will be specifically described with reference to FIG. The positional relationship of the
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。
For the X axis connecting the pair of
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。
When the
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。
When the interval W from the
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。
When it is determined that turning is not possible (NO in ST11), the
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。
Thus, if the traveling direction S of the
This determination means will be specifically described with reference to the schematic diagram of FIG. FIG. 10 shows the positional relationship between the
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。
The
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)。
When it is determined that there is no obstacle in the vicinity of the traveling direction (NO in ST31), the
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。
On the other hand, in the example of FIG. 10, since the minimum interval e is smaller than the threshold interval f, it is determined that there is an obstacle in the vicinity of the traveling direction. In this case (YES in ST31), the
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。
At this time, the
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)。
If the traveling direction can be corrected (NO in ST34), the
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)。
On the other hand, as shown in FIG. 11, when the
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。
When the
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。
In addition, since a plurality of
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。
Further, in the above-described embodiment, a configuration is adopted in which the turning center is set on the axle X of each driving
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。
In addition, as shown in FIG. 2, by disposing the
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
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。
For example, the shape and structure of the
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。
FIG. 12 is a plan view of the
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。
FIG. 13 is a plan view of the
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。
FIG. 15: is the top view which looked at the
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。 In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, the constituent elements over different embodiments may be combined.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
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、
前記捕捉手段により捕捉した前記目標物の前記本体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、前記本体の進行方向を、前記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前記本体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。 In an autonomous mobile device that moves autonomously following a moving target,
A main body whose longitudinal direction is the traveling direction;
Capturing means for capturing the target;
Obstacle detection means for detecting obstacles around the body;
Based on the relative position information of the target object captured by the capturing means with respect to the main body and the information of surrounding obstacles detected by the obstacle detecting means, the traveling direction of the main body is set in the direction of the target object. If no obstacle is detected, the direction of the target is determined. If an obstacle is detected, the space that radiates around the main body has a direction that is closest to the target in the space where no obstacle is detected. A decision means to decide;
A turning correction means for correcting the traveling direction to a straight traveling direction when there is an obstacle in the turning area when turning is required to direct the main body in the traveling direction determined by the determining means;
Traveling control means for traveling the main body in the traveling direction;
An autonomous mobile device characterized by comprising:
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。 When an obstacle is detected in the advancing direction of the main body, direction correction means for correcting the advancing direction of the main body in a direction in which an interval from the obstacle to the main body opens more than a predetermined interval;
The autonomous mobile device according to claim 1, further comprising:
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。 If an obstacle is not detected in the travel direction corrected by the direction correction unit, the redetermination unit determines the travel direction after correction as the travel direction of the main body.
The autonomous mobile device according to claim 2, further comprising:
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。 Stop means for stopping travel of the main body when an obstacle is detected in the traveling direction after correction by the direction correction means,
The autonomous mobile device according to claim 3, further comprising:
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