JPH01293409A - 自律型移動車の障害物検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野） 本発明は、一般建物内を走行しながら掃除作業を行う掃
除ロボットのような自律型移動車において、走行経路Ｋ
ｇける障害物全回避しながら自律的に走行するために該
障害物を検知する障害物検知方法に関する。

〔従来の技術〕

通常、この種自律型移動車に２いては、その走行経路に
直進走行２妨げる障害物が存在する場合に該障害物を回
避する宛めに、たとえば雑誌「計・測と制御」（第２６
巻第２号、昭和６２年２月）の“ロボットのための距離
検出法”（Ｐ１０３〜１１０）に見られるように、障害
物を検知するための手段が備えられている。

そして、この検知手段としては、カメラによる方法、レ
ーザ光等の光による方法、超音波による方法が従来から
一般的に用いられている。

すなわち、カメラによる方法は、１台のカメラによる方
法と２台のカメラによる方法とがあり、前者の場合、カ
メラの映像を構成する画素全走査してその濃淡により映
像を２値化すると共に、濃淡の境界線を認知し、この境
界線で囲まれた領域を障害物として認識する方法であり
、さらに、障害物までの距離を自動焦点法等によって検
知する方法である。

また、２台のカメラによる方法は、１台のカメラによる
方法と同様に、映像の濃淡による２値化によって障害物
の認識全行い、障害物までの距離は、２台のカメラ間の
距離及び２台のカメラを結ぶ直線と、障害物と各カメラ
とをそれぞれ結ぶ２直線とのなす角度から三角測量の原
理によって求める方法である。

また、光による方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半
導体レーザのような光源からの光を障害物で乱反射させ
、この反射光を半導体装置検出素子（ＰＳＤ）等の受光
素子で受光することにより障害物全検知する方法であり
、乱反射が発生した障害物までの距離を、乱反射した光
が受光素子上に当る位置が距離によって異なることを利
用し、三角測量の原理によって求めるものである。

さらに、超音波による方法は、超音波の発信装置と受信
装置とを用い、発信装置から出力された超音波が障害物
で反射して受信装置に届くまでの時間によって障害物ま
での距離を求める方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、掃除ロボットのように作業を行いながら移動
するような自律型移動車に３いては、その走行方向前方
の障害物を検知し該障害物を回避しながら直進走行する
ために、移動車の走行幅前′方における障害物の存在と
、この障害物をどの地点で回避するかの判断のための障
害物までの距離とを、走行中にリアルタイムで認識する
必要がある。

しかし、前記したカメラによる方法の場合、カメラの広
い指向角領域内で障害物全検知できる利点を有するもの
の、映像を構成する画素をすべて走査して障害物を認識
する必要があるため、相当な時間を要し、リアルタイム
で障害物全検知する必要のある場合には、実用化するこ
とは困難である。

また、光による方法の場合、前述のような映像の２値化
等のプロセスを必要とせす、リアルタイムで障害物まで
の距離を得ることができるが、光が点光源から発せられ
るので、移動車の前方領域に３けるＩ障害物全検知する
ためには、たとえば第５図に示すように、自律型移動車
［Ａ＋の回転舎人′に光源と受光素子と全一体化した光
センサ（Ｂｌ’に取付け、回転台ム）′の回転により光
センサＣＢ１回転移動させて、移動車（５）の回り全ス
キャンさせる必要が生じる。

ところが、この光センサβ）によって得られる情報は、
光センサ（Ｂ）がスキャンする１平面ｆＣ１上に限られ
、この平面ｆＣ１外に存在する障害物の）を検知するこ
とはできないといった欠点がある。

さらに、超音波による方法の場合、第６図に示すように
、自律型移動車（Ａ）に取付けた超音波センサ旧）カら
の放射超音波が指向角θを持つため、この指向角θの領
域内に存在する障害物の）であればこ′ｎ全検知するこ
とができ、障害物の恢知が一平面上に限定されず、しか
もリアルタイムに障害物の検知を行なうことができる利
点金有するが、超音波の指向角θのために障害物を誤認
する不都合がある。

すなわち、第７図及び第８図はいず゛れも、自律型移動
車（Ａ＋の走行方向前面に取付けられた超音波センサ旧
）により障害物ＣＤＩ　’ｅ　ｌ知した状態を示してお
り、移動車（Ａ＋の走行幅ｘ−ｘ’の前方領域内に障害
物ＣＤＩが存在する第７図の場合、障害物（ＩＪ）の検
知により経路を変更することで障害物（′Ｄ）との衝突
？回避するが、第８図の場合、障害物の）が移動車ｔＡ
＋の走行幅ｘ　−ｘ’の前方領域の外側に位置している
にもかかわらす、超音波センサ旧）の指向角θのために
走行幅前方に障害物ＣＤ）が存在するものと誤招し、移
動車囚の直進に何ら支障がないのに経路を変更してしま
う不都合を生じる。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に留意
してなされたものであり、その目的とするところは、自
律型移動車の走行幅における前方領域に存在する障害物
のみを確実に検知できる障害物検知方法を提供しようと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的全達成するために、本発明による自律型移動車
の障害物検知方法に２いては、自律型杼動車の走行方向
前面の左右にそれぞれ障害物の有無と障害物までの距離
を検知する指向角’ｒ−ｆｉする超音波センサ等のセン
サを取付けると共に、該両センサ全それぞれ内側に向け
てそれぞれの検知領域の外側境界全前記移動車の走行幅
の両側の境界に一致させ、前記走行幅の前方に存在する
障害物のみを前記センサにより検知することを特徴とし
ている。

〔作用〕

自律型移動車の走行方向前面の左右にそｖ５ぞれ取付け
られたセンサば、内側に向いてそれぞれの検知領域、す
なわち指向角内の検知領域の外側境界が移動車の走行幅
の両側境界に一致するため、両センサによる１章害物検
知範囲が前記走行幅の前方領域に限られ、走行幅の前方
領域における障害物が確実に検知される。

〔実施例〕

つぎに、本発明の実施例につき、第１図ないし第４図を
用いて説明する。

まず、第１の実施例分水した第１図ないし第３図につい
て説明する。

第２図は自律型移動車（１１の概略構成を示して２す、
車体＋２１　Ｃ）　＠’５５下側における左右に配置さ
れた動輪（３ａ、１．　（３ｂ）と、車体（２；の後部
下側における中央部に配置されたキャスタ（４）とによ
り、車体（２１ヲ移動自在に支持する。

この左右の動輪（３ａ）、　（３ｂ）は個々にモータ（
５ａ　）。

（５ｂ）により回転され、モータ（ｓａ）、　（５ｂ）
の回転軸にそれぞれ連結されたエンコーダ（６ａ）、　
（６ｂ）により動輪（３ａ）、　（３ｂ）の回転数全検
知し、制御装置（７）によりモータ（５ａ）、　（５ｂ
）　ｆｔ制御して動輪（３ａ）、　（３ｂ　）の回転数
を制御することにより、走行制御する構成である。

ここで、動輪（３ａ）、　（３ｂ）の回転数音一致させ
ｎは移動車ｍは直進し、それぞれの回転数に差全与えれ
ば移動車ｆｉ＋は回転する。

（ｓａ）、　（ｓｂ）は移動車ｆｉ＋の走行方向前面の
左右端。

すなわち走行幅の１両側に対応する位置にそｒｌ−それ
取付けられた指向角θを有する障害物検知用の超音波セ
ンサであり、それぞれ超旨波の発信装置と受信装置と全
一体化して構成され、それぞれの指向角θ内に障害物が
存在するか否か、すなわち障害物の有無を検出すると共
に、障害物が存在する場合に該障害物までの距離を測距
する。

この両超音波センサ（８ａ）、　（８ｂ）は、第１図に
示すように、それぞ？Ｌの検知方向を走行方向前方に２
いて内側に向け、左方の超音波センサ（８ａ）による検
知領域の左側境界（８ａａ）と、移動車（１）の走行幅
における左側境界（Ｘａ）とを一致させると共に、右方
の超音波センサ（８ｂ）による検知領域の右側境界（ｓ
ｂｂ）と、前記走行幅における右側境界（Ｘｂ）と全一
致させている。

したがって、移動車ｆｉ＋の走行幅の前方領域に存在す
る障害物全正確に検知できる。

ここで、第１図のように、走行幅の外側に障害物（９）
が存在する場合、これが左側の超音波センサ（８ａ）■
指向角θ内に入るため誤認検知する恐れがあるが、両超
音波センサ（Ｂａ）　、　（８ｂ）の設置段階で、各超
音波センサ（８ｂ）、　（８ａ）の検知領域が走行幅の
外側境界（Ｘａ）、　（Ｘｂ）より逸脱する点、すなわ
ち右側の超音波センサ（８ｂ）の左側境界（８ｂａ）と
走行幅の左側境界（Ｘａ　）（あるいは超音波センサ（
８ａ）の右側境界（８ａａ））との交点Ｙａ及び左側の
超音波センサ（８ａ）の右側境界（８ａｂ）と走行幅の
右側境界（ＸｂＸあるいは超音波センサ（ｓｂ）　（Ｚ
）右側境界（ｓｂｂ））との交点Ｙｂがわかるため、予
め移動車（１）から点Ｙａ、　Ｙｂ間までの領域全検知
の対象とすることにより、前述の誤認が解消され、走行
幅の前方領域に存在する障害物のみを、移動車［１１７
＞ら点Ｙａ、　Ｙｂ間までの距離の範囲内に３いて正確
に検出できることになる。

（ｘＯａ）、　（ｔｏｂ）は移動車（１］の前部の左右
側面にそれぞれ取付けられ側方の状況全検知するための
超音波センサであり、たとえば、移動車（１）をある壁
面に沼って走行する場合等に使用さｎ１超音波センサ（
１０ａ）、　（ｘｏｂ）によって移動車ｆｌ＋と壁面ま
での距離を測距すると共に、この距離を一定に保つよう
に制御装置（７）により移動車ｆｌ＋を走行制御するこ
とにより壁面に沿った走行が実現する。

そして、前記移動車（１）は、その前面の超音波センサ
（８ａ）、　（ｓｂ）によって走行幅の前方領域に存在
する障害物を検知し、移動車（１）が障害物に衝突する
直前に該障害物を回避するよう走行制御される。

第３図は、移動車＋１１が障害物（９〕全回避する動作
全示したものであり、以下この動作について説明する。

同図［ａｌは、直進走行する移動車（１）が地点イに２
いてその走行幅の前方領域における障害物（９）の存在
と該障害物（９）までの距離全超音波センサ（８ａ）、
（８ｂ）により検知した状態を示している。このときは
、障害物（９）までの距離が長いため、制御装置（７）
は両エンコーダ（６ａ）、　（６ｂ）の検出回転数が一
致するよう両モータ（５ａ）、　（５ｂ）全制御し、移
動車ｉｌ＋の直進全継続する。

そして、移動車（１）が、同図（ｂｌに示すように、そ
れ以上直進ヲ、賭続すると障害物（９）に衝突するよう
な地点口に到達すると、制御装置（７）によって移動車
（１）がたとえば左回転方向に９０°回転され、同図ｆ
ｃ）のように経路が変更されて直進を再開する。

このとき、移動車ｆｌ）の右側面の超音波センサ（１０
ｂ）によって障害物（９）の存在が検知される。

つぎに、地点口より左方へ直進した移動車ｆ１１が、同
図ｆｄ）に示すように、超音波センサ（１０ｂ）によっ
て障害物（９）の存在が検知されなくなったのちさらに
所定距離進んだ地点ハに達すると、移動車（１）は今度
は右回転方向に９０’回転される。

前記所定距離は、障害物（９）を検知しなくなったのち
、移動車ｆｉｌが９０’方向転換して直進しても障害物
（９）に衝突することのない距離であり、移動車（１）
の大きさに応じて予め設定されるものである。

さらに、地点ハに２いて同図ｔｅｌのように経路を変更
した移動車（１）は、直進を開始し、この直進過程に３
いて超音波センサ（ｉｏｂ）により障害物（９）の存在
が検知される。

そして、この直進に２いて同図ｆｆ＋に示すように、超
音波センサ（１０ｂ）が障害物（９）を検知しなくなっ
たのちさらに前記した所定距離進んだ地点二に達すると
、移動車（（）は再び右回転方向に９００回転され、同
図ｆｇｌに示すように経路全変更する。

さらに、移動車（１）は、地点口から地点ハまでの距離
に等しい距離だけ地点二より右方へ直進し、同図（ｈｌ
に示すように地点ホに達する。

この地点二から地点ホまでの直進は、前記地点口から地
点ハまでの走行時にエンコーダ（６ａ）、（６ｂ）の出
力パルスのカウント値全制御装置（７）に２いて記憶し
て２き、地点二からの直進時にこのカウント値だけ直進
することにより達成される。

ここで、地点ホは、地点イと地点口とを結ぶ直線の延長
線上に位置することは明らかである。

したがって、移動車（１）が地点ホに到達した時、移動
車ｆｉｌ　を左回転方向に９０’回転することにより、
同図（りに示すように、移動車ｉｌ＋の走行方向が元の
走行経路に一致し、移動車ｉｌ＋は障害物（９）を回避
したことになる。

つぎに、第２の実施例分水した第４図について説明する
。

この実施例に示すものは、障害物検知用のセンサとして
、発信装置と受信装置とを別構成にした超音波センサ全
使用し之場合であり、自律型移動車ｉ１１の走行方向前
面の左右端にそれぞれ超音波発信装置（１１ａ）、　（
ｔｔｂ）　２、それぞれの指向角θの外側境界（Ｈａａ
）、　（１１ｂｂ）が移動車（１）の走行幅の外側境界
（Ｘａ）、　（Ｘｂ）に一致するよう、内側に向けて配
置し、移動車ｉｌｌの前面中央部に各発信装置（ｌｌａ
）、’（ｌｌｂ）からの超音波の反射波を受信する超音
波受信装置Ｈｔ取付けたものである。

そして、この場合も、移動車ｆｉ＋　７）Ｔｈら交点Ｙ
ａ、Ｙｂ間までの距離全検知範囲とすることで、第１の
実施例の場合と同様に、移動車ｉ１１の走行幅の前方領
域に存在する障害物のみを正確に検知できることになる
。

な２、前述の実施例では、移動車ｆｉ＋の走行方向前面
の左右にそれぞｆｉ１個ずつ超音波センサ（８ａ）。

（８ｂ）あるいに発信装置（ｌｌａ）、　（ｌｌｂ）　
ｒ取付けた場合を示したが、複数個ずつそｎぞれの高さ
金違えて取付けるようにしてもよく、この場合も、走行
方向前方に対して内側に向けて取付け、それぞれの指向
角の外側境界を走行幅の外側境界と一致させればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の自律型移動車の障害物検
知方法によると、自律型移動車の前面の左右にそれぞれ
指向角を有する障害物検知用のセンサを内側に向けて取
付け、センサのそれぞれの検知領域の外側境界全移動車
の走行幅の両側境界に一致させるようにしたので、この
走行幅の前方領域に存在する障害物、すなわち移動車の
直進を妨げる障害・吻のみを確実に検出することができ
、該障害物全正確に回避しながら移動車の自律的な走行
を実現できるものであり、従来のように走行幅以外に存
在する障害物を検知して必要以上に経路全変更する必要
がなくなり、効率的な障害物の回避が可能になるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明による自律型移動車の障害
物検知方法の実施例を示し、第１図ないし第３図は第１
の実施例を示し、第１図は超音波センサの検知領域と自
律型移動車の走行幅との関係を示す平面図、第２図は自
律゛型移動車の概略構成図、第３図ｔａｒ〜＋ｉ＋はそ
れぞれ自律型移動車の障害物回避動作を説明するための
異なる状態に３ける平面図、第４図は第２の実施例の前
記第１図に対応した平面図、第５図は従来の光による障
害物検知方法を示す側面図、第６図以下は従来の超音。 波による障害物検知方法全示し、第６図は側面図、第７
図及び第８図はそれぞれ平面図である。 ｉｌ＋・・・自律型移動車、（８ａ）、　（ｓｂ）・・
・超音波センサ、（９１−・・障害物、（ｌｌａ）、　
（Ｈｂ）、、、超音波発信装置、ｌｌｚ・・・超音波受
信装置。 代理人　弁理士　藤　１）龍太部 ＠２　　図 自律型Ｐ？初車 （ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）で　　１０ （ｃ）　　　　　　　　（ｄ）　　　　　　　　　（ｅ
）（ＣＩ）　　　　　　　　（ｈ）　　　　　　　　　
”第５図 第７図 ｎ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）走行経路における障害物の位置を、検知して該障
   害物を回避しながら自律的に走行する自律型移動車の障
   害物検知方法において、 前記移動車の走行方向前面の左右にそれぞれ前記障害物
   の有無と障害物までの距離を検知するセンサを取付ける
   と共に、該両センサをそれぞれ内側に向けてそれぞれの
   検知領域の外側境界を前記移動車の走行幅の両側の境界
   に一致させ、前記走行幅の前方に存在する障害物のみを
   前記センサにより検知することを特徴とする自律型移動
   車の障害物検知方法。