WO2022070302A1 - 自走装置 - Google Patents

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WO2022070302A1
WO2022070302A1 PCT/JP2020/037136 JP2020037136W WO2022070302A1 WO 2022070302 A1 WO2022070302 A1 WO 2022070302A1 JP 2020037136 W JP2020037136 W JP 2020037136W WO 2022070302 A1 WO2022070302 A1 WO 2022070302A1
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self
laser sensor
propelled device
laser
traveling body
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秀樹 長末
亮太 前田
昌昭 中川
秀明 田中
勇太 大場
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DMG Mori Co Ltd
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DMG Mori Co Ltd
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    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning

Definitions

  • This disclosure relates to a wheel-driven self-propelled device.
  • Unmanned production systems such as factories are desired.
  • Self-propelled devices are being developed to achieve unmanned operation.
  • the self-propelled device transports the workpieces and tools before machining to each machine tool, and collects the workpieces and used tools that have been machined by each machine tool.
  • Patent Document 1 discloses a self-propelled device for the purpose of "creating map information well".
  • the self-propelled device is a distance measuring device that rotationally drives a light projecting unit that emits projected light and outputs distance measurement data based on the light received by the reflected light reflected by the object to be measured, and a distance measuring device based on the distance measurement data. It is equipped with a map creation unit that creates map information and an obstacle sensor that detects obstacles.
  • the self-propelled device disclosed in Patent Document 1 detects an obstacle based on the projected light emitted in the horizontal direction. Therefore, the self-propelled device can detect an obstacle existing in the traveling direction of the mobile device, but cannot detect an obstacle existing above or below the self-propelled device. Therefore, a self-propelled device capable of detecting an obstacle above or below the self-propelled device is desired.
  • the self-propelled device includes a wheel-driven traveling body and a laser sensor.
  • the laser sensor irradiates the laser light while rotating it around the laser sensor, and receives the reflected light of the laser light to measure the distance to an object around the laser sensor with the laser sensor as the center. It is configured to output two-dimensional distance data represented by each angle.
  • the self-propelled device includes a control device for controlling the traveling of the traveling body based on the two-dimensional distance data output from the laser sensor.
  • the laser sensor is provided on the traveling body so that the scanning surface, which is a range through which the laser beam passes during rotation of the laser beam, has a predetermined angle with respect to the horizontal plane.
  • the self-propelled device further includes an arm robot provided on the traveling body.
  • the laser sensor is provided on the traveling body so that the scanning surface includes the movable range of the arm robot.
  • the self-propelled device further comprises a cover for accommodating the laser sensor.
  • the laser sensor or the cover is provided on the traveling body so that the incident angle of the laser beam with respect to the cover is larger than 0 degrees and smaller than 90 degrees.
  • the longer the distance between the laser sensor and the cover of the laser sensor or the cover the smaller the minimum incident angle of the laser light incident on the cover during the rotation of the laser light. As described above, it is provided on the traveling body.
  • control device sequentially acquires the two-dimensional distance data from the laser sensor while rotating the traveling body about the rotation axis in the vertical direction, and the two-dimensional obtained sequentially. Based on the distance data, a process of generating three-dimensional data representing the space around the traveling main body is executed.
  • the process of generating the three-dimensional data is executed based on the fact that the self-propelled device is included in a preset range.
  • the self-propelled device is configured to be able to communicate with a user terminal for operating the self-propelled device.
  • the process of generating the three-dimensional data is executed based on receiving an execution command based on the execution operation of the process from the user terminal.
  • the traveling body has three or more drive wheels.
  • FIG. 1 is a diagram showing the appearance of the self-propelled device 100.
  • the self-propelled device 100 transports an object to be transported such as a work or a tool to an arbitrary place.
  • the self-propelled device 100 includes a traveling main body 10 and an arm robot 20.
  • the traveling body 10 has a cover 110.
  • a laser sensor 105 (see FIG. 2), which will be described later, is provided inside the cover 110.
  • the self-propelled device 100 controls the traveling of the traveling main body 10 based on the detection result of the laser sensor 105.
  • the traveling body 10 has a driving wheel WA and a non-driving wheel WB.
  • the drive wheel WA and the non-drive wheel WB are, for example, omni wheels.
  • the drive wheel WA is a wheel that is rotationally driven by receiving the driving force of a motor M (see FIG. 6) described later.
  • the non-driving wheel WB is a wheel that follows the driving wheel WA without directly receiving the driving force of the motor.
  • FIG. 1 shows a traveling body 10 having two drive wheels WA, but the number of drive wheels WA is arbitrary. Typically, the traveling body 10 has two or more drive wheels WA.
  • FIG. 1 shows a traveling body 10 having two non-driving wheel WBs, but the number of non-driving wheel WBs is arbitrary. Typically, the traveling body 10 has one or more non-driving wheels WB.
  • FIG. 1 shows an example in which the drive wheel WA is a front wheel and the non-drive wheel WB is a rear wheel, but the drive wheel WA is a rear wheel and the non-drive wheel WB is a front wheel. May be good.
  • the traveling body 10 is provided with two drive wheels WA.
  • the first and second drive wheels WA are responsible for traveling in the forward direction R and the reverse direction B.
  • the traveling body 10 is provided with three or more drive wheel WAs.
  • the first and second drive wheels WA are responsible for traveling in the forward direction R and the reverse direction B
  • the third drive wheel WA is responsible for traveling in the orthogonal direction of the forward direction R.
  • the third drive wheel WA is provided at the lower part of the traveling body 10 at a place separated by a predetermined distance in the forward direction R or the reverse direction B from the position of the center of gravity of the traveling body 10.
  • the self-propelled device 100 can rotate the traveling body 10 with the rotation center in the vertical direction passing through the position of the center of gravity of the traveling body 10.
  • the arm robot 20 is provided on the traveling body 10. Further, a place for the work W is provided on the traveling main body 10. The arm robot 20 grips the work W and moves the work W to a designated place.
  • the device may be installed on the traveling body 10.
  • the transfer device may be a robot (for example, an autoloader) driven by 2 to 3 axes.
  • FIG. 2 is a diagram showing a laser sensor 105 and two-dimensional distance data D output from the laser sensor 105.
  • the laser sensor 105 is configured to irradiate while rotating the laser light LA with the central axis AX of the laser sensor 105 as the center of rotation, and to receive the reflected light of the laser light LA. As a result, the laser sensor 105 outputs the two-dimensional distance data D in which the distance to the surrounding object is represented by the angle with respect to the central axis AX.
  • the two-dimensional distance data D represents the distance to each object existing in the scanning surface SC for each irradiation angle.
  • the laser sensor 105 is composed of an irradiation unit, a mirror, and a light receiving unit.
  • the irradiation unit irradiates the mirror with a laser beam.
  • the mirror is made rotatable around the central axis AX by a motor (not shown), and reflects the laser beam LA in each direction.
  • the laser sensor 105 irradiates the laser beam LA in each direction.
  • the laser beam LA is reflected by the object and returns to the laser sensor 105.
  • the laser sensor 105 receives the reflected light at the light receiving unit.
  • the laser sensor 105 receives the reflected light from the object and calculates the distance to the object. As an example, the laser sensor 105 calculates the distance from the laser sensor 105 to an object based on the time from irradiating the laser beam LA to receiving the reflected light of the laser beam LA. Typically, the laser sensor 105 calculates the distance to an object by multiplying the speed of light by the time. The laser sensor 105 outputs two-dimensional distance data D representing the distance for each angle with respect to the central axis AX by associating the distance with the irradiation angle of the laser beam LA.
  • the angle range of the distance data output by the laser sensor 105 is arbitrarily set. In the example of FIG. 2, the angle range of 0 degrees to 270 degrees is effectively set.
  • FIG. 3 is a view showing the self-propelled device 100 from the side surface direction.
  • FIG. 4 is a view showing the self-propelled device 100 from above.
  • the laser sensor 105 is provided, for example, on the front surface of the traveling body 10.
  • the front surface of the self-propelled device 100 is a surface of the surface constituting the traveling main body 10 that corresponds to the forward direction of the self-propelled device 100.
  • the range of the effective angle for distance measurement is set to the range of 180 degrees on the forward direction side.
  • the range of 180 degrees on the reverse direction side is set to invalid.
  • the laser sensor 105 is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC of the laser beam LA has a predetermined angle ⁇ with respect to the horizontal plane H (ground). That is, the laser sensor 105 is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC is not parallel to the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ is greater than 0 degrees and greater than 90 degrees.
  • the positive angle ⁇ represents an angle on the sky side of the horizontal plane H.
  • the self-propelled device 100 can detect an obstacle existing above the traveling main body 10.
  • the angle ⁇ is greater than 30 degrees and less than 60 degrees.
  • FIG. 3 shows an example in which the angle ⁇ is about 45 degrees.
  • the angle ⁇ is greater than -90 degrees and less than 0 degrees.
  • the negative angle ⁇ represents an angle on the ground side of the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ is greater than -60 degrees and less than -30 degrees.
  • the laser sensor 105 is provided on the traveling body 10 in a state of being tilted by a predetermined angle ⁇ with respect to the scanning surface SC, so that the self-propelled device 100 exists above the traveling body 10 or below the traveling body 10. It becomes possible to detect obstacles. Further, the self-propelled device 100 can three-dimensionally scan the surrounding shape by sequentially acquiring the two-dimensional distance data D from the laser sensor 105 while the self-propelled device 100 is self-propelled.
  • the laser sensor 105 is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC includes the movable range of the arm robot 20 (see FIG. 1). In other words, the scanning surface SC overlaps at least a part of the movable range of the arm robot 20. This makes it possible for the laser sensor 105 to capture the movement of the arm robot 20.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the arrangement relationship between the laser sensor 105 and the cover 110.
  • the cover 110 is composed of, for example, a member that transmits the laser beam L1 emitted from the laser sensor 105.
  • the cover 110 is a resin cover.
  • the laser beam L1 shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B) indicates a laser beam having the smallest incident angle ⁇ with respect to the cover 110 among the laser beams incident on the cover 110 during the rotation of the laser beam.
  • the incident angle ⁇ indicates the angle formed by the laser beam L1 and the orthogonal direction of the cover surface.
  • the cover surface indicates a surface on which the laser beam L1 is incident among the surfaces constituting the cover 110.
  • FIG. 5A shows an example in which the laser beam L1 is incident on the cover 110 at a right angle.
  • the incident angle ⁇ becomes 0 degrees
  • a part of the laser beam L1 is reflected by the cover 110 and returns to the laser sensor 105 as the reflected light L2.
  • the rest of the laser beam L1 is reflected by the object OB and returns to the laser sensor 105 as reflected light L3.
  • the laser sensor 105 erroneously detects the cover 110 as an obstacle by the reflected light L2.
  • FIG. 5B shows an example in which the laser beam L1 does not enter the cover 110 at a right angle.
  • the incident angle ⁇ is larger than 0 degrees
  • the reflected light L2 from the cover 110 does not return to the laser sensor 105.
  • the reflected light L3 from the object OB returns to the laser sensor 105.
  • the laser sensor 105 can detect the object OB without detecting the cover 110. Therefore, the laser sensor 105 or the cover 110 is provided on the traveling body 10 so that the laser beam L1 incident on the cover 110 during the rotation of the laser beam does not incident on the cover 110 at a right angle.
  • the laser sensor 105 or the cover 110 is provided on the traveling body 10 so that the incident angle ⁇ is larger than 0 degrees and smaller than 90 degrees.
  • the degree of inclination of the cover 110 with respect to the laser beam L1 is determined according to the distance d between the laser sensor 105 and the cover 110.
  • the distance d represents the distance through which the laser beam L1 passes between the laser sensor 105 and the cover 110.
  • the laser sensor 105 or the cover 110 is provided on the traveling main body 10 so that the incident angle ⁇ 1 becomes smaller as the distance d becomes longer.
  • the laser sensor 105 or the cover 110 is provided on the traveling body 10 so that the incident angle ⁇ 1 becomes larger as the distance d is shorter.
  • the self-propelled device 100 can more reliably prevent the cover 110 from being erroneously detected as an obstacle.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the self-propelled device 100.
  • the self-propelled device 100 includes a control device 101, a ROM (Read Only Memory) 102, a RAM (Random Access Memory) 103, a communication interface 104, the above-mentioned laser sensor 105 (see FIG. 2), and a motor drive device 106. And the storage device 120. These components are connected to bus 109.
  • the control device 101 is composed of, for example, at least one integrated circuit.
  • the integrated circuit is, for example, at least one CPU (Central Processing Unit), at least one GPU (Graphics Processing Unit), at least one ASIC (Application Specific Integrated Circuit), at least one FPGA (Field Programmable Gate Array), or them. It may be composed of a combination of.
  • the control device 101 controls the operation of the self-propelled device 100 by executing various programs such as the control program 122 and the operating system.
  • the control device 101 reads the control program 122 from the storage device 120 or the ROM 102 into the RAM 103 based on the reception of the execution command of the control program 122.
  • the RAM 103 functions as a working memory and temporarily stores various data necessary for executing the control program 122.
  • a LAN Local Area Network
  • an antenna or the like is connected to the communication interface 104.
  • the self-propelled device 100 realizes wireless communication or wired communication with an external device via the communication interface 104.
  • the external device includes, for example, a server (not shown), a user terminal for operating the self-propelled device 100 (not shown), and the like.
  • the user terminal is, for example, a tablet terminal or a smartphone. The user can control the traveling of the self-propelled device 100 via the user terminal.
  • the motor drive device 106 controls the rotation of the motor M according to a control command from the control device 101.
  • the control command includes, for example, a forward rotation command of the motor M, a reverse rotation command of the motor M, a rotation speed of the motor M, and the like.
  • the motor M for example, a stepping motor, a servo motor, or the like is adopted.
  • the above-mentioned drive wheel WA (see FIG. 1) is connected to the motor M.
  • the number of motors M is the same as the number of drive wheels WA.
  • the storage device 120 is a storage medium such as a hard disk or a flash memory.
  • the storage device 120 stores the control program 122, the three-dimensional map 124, and the like. The details of the three-dimensional map 124 will be described later.
  • the storage location of the control program 122 and the three-dimensional map 124 is not limited to the storage device 120, but is stored in a storage area of the control device 101 (for example, a cache memory), a ROM 102, a RAM 103, an external device (for example, a server), or the like. May be.
  • control program 122 may be provided by being incorporated into a part of an arbitrary program, not as a single program.
  • the travel control process of the self-propelled device 100 by the control program 122 is realized in cooperation with an arbitrary program. Even a program that does not include such a part of the modules does not deviate from the purpose of the control program 122 according to the present embodiment.
  • some or all of the functions provided by the control program 122 may be realized by dedicated hardware.
  • the self-propelled device 100 may be configured in the form of a so-called cloud service in which at least one server executes a part of the processing of the control program 122.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the functional configuration of the self-propelled device 100.
  • control device 101 of the self-propelled device 100 includes a map generation unit 152, a travel control unit 154, and a rotation scan unit 156 as an example of the functional configuration.
  • map generation unit 152 maps a map to a map.
  • the map generation unit 152 is a three-dimensional map 124 (three-dimensional data) representing the space around the self-propelled device 100 based on the two-dimensional distance data D sequentially acquired from the laser sensor 105 while the self-propelled device 100 is being driven. To generate.
  • the three-dimensional map 124 is generated by, for example, SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) technology.
  • the three-dimensional map 124 is information generated for specifying the position of the self-propelled device 100, and is information indicating the position of a stationary object in the traveling place of the self-propelled device 100.
  • the stationary object is, for example, a wall, a shelf, or the like.
  • the three-dimensional map 124 is generated, for example, by the user manually operating the self-propelled device 100 using the user terminal.
  • the operation signal corresponding to the user operation is transmitted to the control device 101 via the communication interface 104, so that the control device 101 outputs a command to the motor drive device 106 according to the operation signal and is a self-propelled device.
  • Control 100 runs.
  • the control device 101 sets the position of the object around the self-propelled device 100 on the three-dimensional map 124 based on the two-dimensional distance data D input from the laser sensor 105 and the position of the self-propelled device 100.
  • Map The position of the self-propelled device 100 is specified, for example, based on the drive information of the motor drive device 106.
  • information indicating the presence or absence of an object is associated with each of the three-dimensional coordinate values (x, y, z).
  • the scanning surface SC (see FIG. 3) of the laser sensor 105 is parallel to the horizontal plane, the laser sensor 105 cannot acquire information on an object in the height direction and can only generate a two-dimensional map.
  • the scanning surface SC (see FIG. 3) of the laser sensor 105 is tilted with respect to the horizontal plane. Therefore, the self-propelled device 100 can scan the surroundings three-dimensionally by moving.
  • the map generation unit 152 does not need to use a laser sensor (hereinafter, also referred to as "three-dimensional laser sensor”) capable of measuring a three-dimensional shape when generating the three-dimensional map 124. Since the three-dimensional laser sensor is very expensive, the cost of the self-propelled device 100 can be significantly reduced by not using the three-dimensional laser sensor.
  • a laser sensor hereinafter, also referred to as "three-dimensional laser sensor”
  • the travel control unit 154 has a functional configuration for controlling the travel of the self-propelled device 100.
  • the travel control unit 154 identifies the current position of the self-propelled device 100 by comparing the two-dimensional distance data D input from the laser sensor 105 with the three-dimensional map 124. By specifying the current position, the control device 101 causes the self-propelled device 100 to travel along a predetermined route on the three-dimensional map 124.
  • the traveling control unit 154 detects an obstacle around the self-propelled device 100 based on the two-dimensional distance data D sequentially acquired from the laser sensor 105 while the self-propelled device 100 is being driven, and the traveling control unit 154 detects the obstacle.
  • the running of the self-propelled device 100 is controlled so as to avoid a collision with the self-propelled device 100.
  • the obstacle includes, for example, a moving body such as a person or another self-propelled device 100, and a stationary body such as a wall or a shelf.
  • the travel control unit 154 controls the travel of the self-propelled device 100 so as to travel on a predetermined route on the three-dimensional map 124 while no obstacle is detected. On the other hand, when an obstacle is detected, the travel control unit 154 controls the travel of the self-propelled device 100 so as to avoid a collision with the obstacle.
  • the traveling control unit 154 controls the traveling of the self-propelled device 100 so as to avoid the obstacle.
  • the traveling control unit 154 stops the traveling of the self-propelled device 100.
  • the travel control unit 154 executes the rotation scan process described later when an obstacle is detected.
  • FIG. 8 is a diagram showing the state of the rotation scan by the self-propelled device 100 in chronological order.
  • the self-propelled device 100 is drawn in the three-dimensional map 124, but the self-propelled device 100 is drawn for convenience of explanation.
  • the rotation scan unit 156 outputs a stop command and a rotation command to the travel control unit 154 based on the reception of the rotation scan instruction. Based on this, the self-propelled apparatus 100 starts the rotation of the traveling main body 10 about the rotation axis in the vertical direction (step S1). Typically, the axis of rotation passes through the center of gravity of the self-propelled device 100.
  • the map generation unit 152 sequentially acquires two-dimensional distance data D from the laser sensor 105 while rotating the self-propelled device 100, and based on the sequentially obtained two-dimensional distance data D, the periphery of the traveling main body 10.
  • the information of the object in is mapped to the three-dimensional map 124 (steps S2 and S3). As a result, three-dimensional data representing the space around the self-propelled device 100 is generated.
  • the scanning surface SC (see FIG. 3) of the laser sensor 105 is tilted with respect to the horizontal plane. Therefore, the self-propelled device 100 can scan the surroundings in detail in three dimensions by rotating on the spot. Further, it is not necessary to use a laser sensor (three-dimensional laser sensor) capable of measuring a three-dimensional shape for three-dimensional scanning.
  • the execution timing of the rotation scan process is arbitrary.
  • the rotation scan process is executed based on the fact that the self-propelled device 100 is included in a preset range (hereinafter, also referred to as “dangerous area”).
  • the 3D map 124 is displayed on the user terminal, and the user sets a dangerous area on the 3D map 124 using an input device such as a mouse.
  • the dangerous area is set in a complicated route such as a dead end or a place with a lot of traffic.
  • the user terminal transmits the set dangerous area to the self-propelled device 100.
  • the self-propelled device 100 stores the dangerous area setting received from the user terminal. After that, the self-propelled device 100 monitors whether or not its position has reached the danger zone during traveling.
  • a rotation scan instruction is issued to the rotation scan unit 156.
  • the rotation scan process is executed, and the self-propelled device 100 can confirm the surrounding situation in the dangerous area in more detail.
  • the rotation scan process is executed based on receiving an execution command from the user terminal based on the execution operation of the process. That is, the user can perform the execution operation of the rotation scan process via the user terminal at an arbitrary timing such as when the three-dimensional map 124 is generated or during the transportation of the object to be transported. As a result, the user can make the self-propelled device 100 execute the rotation scan process at an arbitrary place, and make the self-propelled device 100 recognize the spatial information of a complicated route or a dangerous place with a lot of traffic.
  • FIG. 9 is a diagram showing the self-propelled device 100 according to the modified example 1 from the forward direction.
  • FIG. 10 is a diagram showing the self-propelled device 100 according to the modified example 1 from above.
  • the self-propelled device 100 shown in FIGS. 3 and 4 described above includes one laser sensor 105.
  • the self-propelled device 100 according to this modification includes two laser sensors 105A and 105B.
  • the surface of the traveling main body 10 seen from the forward direction of the self-propelled device 100 will be referred to as "front SF1". Further, the right surface of the traveling body 10 as seen from the forward direction of the self-propelled device 100 is referred to as "right surface SF2". Further, the left surface of the traveling body 10 as seen from the forward direction of the self-propelled device 100 is referred to as "left surface SF3”. Further, the surface of the self-propelled device 100 when viewed from the reverse direction of the self-propelled device 100 is referred to as "rear surface SF4".
  • the laser sensor 105A is provided at the right front corner formed by the front surface SF1 and the right side SF2. As a result, the laser sensor 105A can detect an obstacle on the front SF1 side and an obstacle on the right SF2 side.
  • the laser sensor 105A is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC1 of the laser beam forms a predetermined angle ⁇ A with the horizontal plane H.
  • the laser sensor 105A is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC1 is not parallel to the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ A is greater than ⁇ 90 degrees and less than 0 degrees, or greater than 0 degrees and less than 90 degrees.
  • the positive angle ⁇ A represents an angle on the sky side of the horizontal plane H.
  • the negative angle ⁇ A represents an angle on the ground side of the horizontal plane H.
  • FIG. 9 shows an example in which the angle ⁇ A is about 45 degrees.
  • the laser sensor 105B is provided at the left front corner formed by the front SF1 and the left SF3. As a result, the laser sensor 105B can detect an obstacle on the front SF1 side and an obstacle on the left SF3 side.
  • the laser sensor 105B is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC2 of the laser beam forms a predetermined angle ⁇ B with the horizontal plane H.
  • the laser sensor 105B is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC2 is not parallel to the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ B is greater than ⁇ 90 degrees and less than 0 degrees, or greater than 0 degrees and less than 90 degrees.
  • the positive angle ⁇ B represents an angle on the sky side of the horizontal plane H.
  • the negative angle ⁇ B represents an angle on the ground side of the horizontal plane H.
  • FIG. 9 shows an example in which the angle ⁇ B is about 45 degrees.
  • the laser sensor 105A and the laser sensor 105B are arranged so that the scanning surface SC1 and the scanning surface SC2 intersect.
  • the scanning plane SC1 and the scanning plane SC2 are orthogonal to each other.
  • FIG. 11 is a diagram showing the self-propelled device 100 according to the modified example 2 from the forward direction.
  • FIG. 12 is a view showing the self-propelled device 100 according to the modification 2 from above.
  • the self-propelled device 100 shown in FIGS. 9 and 10 described above was provided with two laser sensors 105A and 105B.
  • the self-propelled device 100 according to the present modification includes four laser sensors 105A to 105D.
  • the functions and structures of the laser sensors 105A to 105D are the same as those of the laser sensor 105 described above, the description thereof will not be repeated. Further, since the arrangement of the laser sensors 105A and 105B is as described in "G. Modification 1", the description thereof will not be repeated.
  • the laser sensor 105C is provided at the right rear corner portion formed by the right surface SF2 and the rear surface SF4. As a result, the laser sensor 105C can detect an obstacle on the right side SF2 side and an obstacle on the rear side SF4 side.
  • the laser sensor 105C is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC3 of the laser beam forms a predetermined angle ⁇ C with the horizontal plane H.
  • the laser sensor 105C is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC3 is not parallel to the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ C is greater than ⁇ 90 degrees and less than 0 degrees, or greater than 0 degrees and less than 90 degrees.
  • the positive angle ⁇ C represents an angle on the sky side of the horizontal plane H.
  • the negative angle ⁇ C represents an angle on the ground side of the horizontal plane H.
  • FIG. 11 shows an example in which the angle ⁇ C is about 45 degrees.
  • the laser sensor 105D is provided at the left rear corner portion formed by the left surface SF3 and the rear surface SF4. As a result, the laser sensor 105D can detect an obstacle on the left side SF3 side and an obstacle on the rear side SF4 side.
  • the laser sensor 105D is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC4 of the laser beam forms a predetermined angle ⁇ D with the horizontal plane H.
  • the laser sensor 105D is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC4 is not parallel to the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ D is greater than ⁇ 90 degrees and less than 0 degrees, or greater than 0 degrees and less than 90 degrees.
  • the positive angle ⁇ D represents an angle on the sky side of the horizontal plane H.
  • the negative angle ⁇ D represents an angle on the ground side of the horizontal plane H.
  • FIG. 11 shows an example in which the angle ⁇ D is about 45 degrees.
  • the laser sensor 105A and the laser sensor 105C are arranged so that the scanning surface SC1 and the scanning surface SC3 intersect.
  • the scanning plane SC1 and the scanning plane SC3 are orthogonal to each other.
  • the laser sensor 105B and the laser sensor 105D are arranged so that the scanning surface SC2 and the scanning surface SC4 intersect.
  • the scanning plane SC2 and the scanning plane SC4 are orthogonal to each other.
  • the laser sensor 105C and the laser sensor 105D are arranged so that the scanning surface SC3 and the scanning surface SC4 intersect.
  • the scanning plane SC3 and the scanning plane SC4 are orthogonal to each other.
  • FIG. 13 is a diagram showing the self-propelled device 100 according to the modified example 3 from the left side SF3 side.
  • FIG. 14 is a view showing the self-propelled device 100 according to the modified example 3 from above.
  • each of the laser sensors 105A to 105D was provided at a corner of the traveling main body 10.
  • two laser sensors 105F and 105G are provided on the front SF1
  • two laser sensors 105H and 105I are provided on the rear SF4.
  • the laser sensor 105F is provided on the front SF1. Typically, the laser sensor 105F is provided at the center position of the front surface SF1 in the horizontal direction.
  • the laser sensor 105F is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC6 of the laser beam forms a predetermined angle ⁇ F (not shown) with the horizontal plane H.
  • the laser sensor 105F is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC6 is not parallel to the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ F is greater than 0 degrees and less than 90 degrees.
  • the positive angle ⁇ F represents an angle on the sky side of the horizontal plane H.
  • FIG. 13 shows an example in which the angle ⁇ F is about 45 degrees.
  • the laser sensor 105G is provided on the front SF1. Typically, the laser sensor 105G is provided at the center position of the front surface SF1 in the horizontal direction. Further, the laser sensor 105F and the laser sensor 105G are provided coaxially in the vertical direction. Typically, the laser sensor 105G is located above the laser sensor 105F.
  • the laser sensor 105G is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC7 of the laser beam forms a predetermined angle ⁇ G (not shown) with the horizontal plane H.
  • the laser sensor 105G is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC7 is not parallel to the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ G is greater than ⁇ 90 degrees and less than 0 degrees.
  • the negative angle ⁇ G represents an angle on the ground side of the horizontal plane H.
  • FIG. 13 shows an example in which the angle ⁇ G is about ⁇ 45 degrees.
  • the laser sensor 105F and the laser sensor 105G are arranged so that the scanning surface SC6 and the scanning surface SC7 intersect.
  • the scanning plane SC6 and the scanning plane SC7 are orthogonal to each other.
  • the laser sensor 105H is provided on the rear surface SF4. Typically, the laser sensor 105H is provided at the center position of the rear surface SF4 in the horizontal direction.
  • the laser sensor 105H is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC8 of the laser beam forms a predetermined angle ⁇ H (not shown) with the horizontal plane H.
  • the laser sensor 105H is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC8 is not parallel to the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ H is greater than 0 degrees and less than 90 degrees.
  • the positive angle ⁇ H represents an angle on the sky side of the horizontal plane H.
  • FIG. 13 shows an example in which the angle ⁇ H is about 45 degrees.
  • the laser sensor 105I is provided on the rear surface SF4. Typically, the laser sensor 105I is provided at the center position of the rear surface SF4 in the horizontal direction. Further, the laser sensor 105H and the laser sensor 105I are provided coaxially in the vertical direction. Typically, the laser sensor 105I is located above the laser sensor 105H.
  • the laser sensor 105I is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC9 of the laser beam forms a predetermined angle ⁇ I (not shown) with the horizontal plane H.
  • the laser sensor 105I is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC9 is not parallel to the horizontal plane H.
  • the angle ⁇ I is greater than ⁇ 90 degrees and less than 0 degrees.
  • the negative angle ⁇ I represents an angle on the ground side of the horizontal plane H.
  • FIG. 13 shows an example in which the angle ⁇ I is about ⁇ 45 degrees.
  • the laser sensor 105H and the laser sensor 105I are arranged so that the scanning surface SC8 and the scanning surface SC9 intersect.
  • the scanning plane SC8 and the scanning plane SC9 are orthogonal to each other.
  • the laser sensor 105 is provided on the traveling body 10 so that the scanning surface SC of the laser beam LA has a predetermined angle ⁇ with respect to the horizontal plane H. This makes it possible for the self-propelled device 100 to detect an obstacle existing above the traveling body 10 or below the traveling body 10. Further, the self-propelled device 100 can three-dimensionally scan the surrounding shape by sequentially acquiring the two-dimensional distance data D from the laser sensor 105 while the self-propelled device 100 is self-propelled.
  • traveling body 20 arm robot, 100 self-propelled device, 101 control device, 102 ROM, 103 RAM, 104 communication interface, 105, 105A, 105B, 105C, 105D, 105F, 105G, 105H, 105I laser sensor, 106 motor drive Equipment, 109 bus, 110 cover, 120 storage device, 122 control program, 124 3D map, 152 map generator, 154 travel control unit, 156 rotation scan unit.

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Abstract

自走装置（１００）は、車輪駆動の走行本体（１０）と、レーザセンサ（１０５）とを備える。レーザセンサ（１０５）は、レーザセンサ（１０５）を中心としてレーザ光を回転させながら照射し、当該レーザ光の反射光を受光することで、レーザセンサ（１０５）の周囲にある物体までの距離をレーザセンサ（１０５）を中心とする角度別に表わした２次元距離データを出力するように構成されている。走行本体（１０）は、レーザセンサ（１０５）から出力される２次元距離データに基づいて、走行本体（１０）の走行を制御するための制御装置（１０１）を備える。レーザセンサ（１０５）は、レーザ光の回転中に当該レーザ光が通過する範囲である走査面が水平面に対して所定角度を有するように走行本体（１０）に設けられる。

Description

自走装置
　本開示は、車輪駆動の自走装置に関する。
　工場などの生産システムにおいて、無人化が望まれている。無人化を実現するために、自走装置の開発が進められている。自走装置は、加工前のワークや工具などを各工作機械に搬送したり、各工作機械で加工が完了したワークや使用済の工具などを回収する。
　特開２０１９－８３５９号公報（特許文献１）は、「マップ情報を良好に作成する」ことを目的とする自走装置を開示している。当該自走装置は、投射光を出射する投光部を回転駆動させ、計測対象物により反射された反射光の受光に基づいて距離測定データを出力する距離測定装置と、距離測定データに基づいてマップ情報を作成するマップ作成部と、障害物を検知する障害物センサとを備えている。
特開２０１９－８３５９号公報
　特許文献１に開示される自走装置は、水平方向に出射された投射光に基づいて、障害物を検知する。そのため、当該自走装置は、移動装置の進行方向に存在する障害物については検知できるが、自走装置の上方または下方に存在する障害物については検知できない。そのため、自走装置の上方または下方にある障害物を検知できる自走装置が望まれている。
　本開示の一例では、自走装置は、車輪駆動の走行本体と、レーザセンサとを備える。上記レーザセンサは、当該レーザセンサを中心としてレーザ光を回転させながら照射し、当該レーザ光の反射光を受光することで、当該レーザセンサの周囲にある物体までの距離を当該レーザセンサを中心とする角度別に表わした２次元距離データを出力するように構成されている。上記自走装置は、上記レーザセンサから出力される２次元距離データに基づいて、上記走行本体の走行を制御するための制御装置を備える。上記レーザセンサは、上記レーザ光の回転中に当該レーザ光が通過する範囲である走査面が水平面に対して所定角度を有するように上記走行本体に設けられる。
　本開示の一例では、上記自走装置は、上記走行本体上に設けられているアームロボットをさらに備える。上記レーザセンサは、上記走査面が上記アームロボットの可動範囲を含むように上記走行本体に設けられる。
　本開示の一例では、上記自走装置は、さらに、上記レーザセンサを収容するためのカバーを備える。上記レーザセンサまたは上記カバーは、上記カバーに対する上記レーザ光の入射角が０度よりも大きく９０度よりも小さくなるように上記走行本体に設けられる。
　本開示の一例では、上記レーザセンサまたは上記カバーは、当該レーザセンサと当該カバーとの間の距離が長いほど、上記レーザ光の回転中に上記カバーに入射するレーザ光の最小入射角が小さくなるように上記走行本体に設けられる。
　本開示の一例では、上記制御装置は、鉛直方向の回転軸を中心として上記走行本体を回転させている最中に上記レーザセンサから上記２次元距離データを順次取得し、当該順次得られる２次元距離データに基づいて、上記走行本体の周囲の空間を表わす３次元データを生成する処理を実行する。
　本開示の一例では、上記３次元データを生成する処理は、上記自走装置が予め設定された範囲に含まれたことに基づいて実行される。
　本開示の一例では、上記自走装置は、当該自走装置を操作するためのユーザ端末と通信可能に構成されている。上記３次元データを生成する処理は、当該処理の実行操作に基づく実行指令を上記ユーザ端末から受信したことに基づいて実行される。
　本開示の一例では、上記走行本体は、３つ以上の駆動輪を有する。
　本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
自走装置の外観を示す図である。 レーザセンサと、レーザセンサから出力される２次元距離データとを示す図である。 自走装置を側面方向から表わした図である。 自走装置を上方向から表わした図である。 レーザセンサおよびカバーの配置関係の例を示す図である。 自走装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 自走装置の機能構成の一例を示す図である。 自走装置による回転スキャンの様子を時系列に示す図である。 変形例１に従う自走装置を前進方向から表わした図である。 変形例１に従う自走装置を上方向から表わした図である。 変形例２に従う自走装置を前進方向から表わした図である。 変形例２に従う自走装置を上方向から表わした図である。 変形例３に従う自走装置を左面ＳＦ３側から表わした図である。 変形例３に従う自走装置を上方向から表わした図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。
　＜Ａ．自走装置１００＞
　図１を参照して、自走装置１００について説明する。図１は、自走装置１００の外観を示す図である。
　自走装置１００は、ワークや工具などの搬送対象物を任意の場所に搬送する。自走装置１００は、走行本体１０と、アームロボット２０とを含む。
　走行本体１０は、カバー１１０を有する。カバー１１０の内部には、後述のレーザセンサ１０５（図２参照）が設けられる。自走装置１００は、レーザセンサ１０５の検知結果に基づいて、走行本体１０の走行を制御する。
　走行本体１０は、駆動輪ＷＡと、非駆動輪ＷＢとを有する。駆動輪ＷＡおよび非駆動輪ＷＢは、たとえば、オムニホイールである。駆動輪ＷＡは、後述のモータＭ（図６参照）の駆動力を受けて回転駆動する車輪である。一方で、非駆動輪ＷＢは、モータの駆動力を直接的に受けずに駆動輪ＷＡに従動する車輪である。
　図１には、２つの駆動輪ＷＡを有する走行本体１０が示されているが、駆動輪ＷＡの数は任意である。典型的には、走行本体１０は、２つ以上の駆動輪ＷＡを有する。
　また、図１には、２つの非駆動輪ＷＢを有する走行本体１０が示されているが、非駆動輪ＷＢの数は任意である。典型的には、走行本体１０は、１つ以上の非駆動輪ＷＢを有する。
　また、図１には、駆動輪ＷＡが前輪であり、非駆動輪ＷＢが後輪である例が示されているが、駆動輪ＷＡが後輪であり、非駆動輪ＷＢが前輪であってもよい。
　ある局面において、走行本体１０には、２つの駆動輪ＷＡが設けられる。この場合、第１，第２の駆動輪ＷＡが前進方向Ｒと後進方向Ｂとの走行を担う。
　他の局面において、走行本体１０には、３つ以上の駆動輪ＷＡが設けられる。この場合、第１，第２の駆動輪ＷＡが前進方向Ｒと後進方向Ｂとの走行を担い、第３の駆動輪ＷＡが前進方向Ｒの直交方向の走行を担う。典型的には、第３の駆動輪ＷＡは、走行本体１０の重心位置から前進方向Ｒまたは後進方向Ｂに所定距離離れた場所における走行本体１０下部に設けられる。自走装置１００は、第３の駆動輪ＷＡを駆動することにより、走行本体１０の重心位置を通る鉛直方向を回転中心として走行本体１０を回転させることができる。
　アームロボット２０は、走行本体１０上に設けられている。また、走行本体１０上には、ワークＷの置き場が設けられている。アームロボット２０は、ワークＷを把持し、指定された場所に当該ワークＷを移動する。
　なお、上述では、４～７軸駆動のアームロボット２０が走行本体１０上に設置されている例について説明を行ったが、ワークまたは工具などの搬送対象物を搬送することが可能な種々の搬送装置が走行本体１０上に設置され得る。当該搬送装置は、２～３軸駆動のロボット（たとえば、オートローダ）であってもよい。
　＜Ｂ．レーザセンサ１０５＞
　次に、図２を参照して、自走装置１００のカバー１１０内に設けられているレーザセンサ１０５に付いて説明する。図２は、レーザセンサ１０５と、レーザセンサ１０５から出力される２次元距離データＤとを示す図である。
　レーザセンサ１０５は、レーザセンサ１０５の中心軸ＡＸを回転中心としてレーザ光ＬＡを回転させながら照射し、当該レーザ光ＬＡの反射光を受光するように構成される。これにより、レーザセンサ１０５は、周囲にある物体までの距離を中心軸ＡＸを基準とする角度別に表わした２次元距離データＤを出力する。２次元距離データＤは、走査面ＳＣ内に存在する各物体までの距離を照射角度別に表わす。
　より具体的には、レーザセンサ１０５は、照射部と、ミラーと、受光部とで構成される。当該照射部は、当該ミラーに向けてレーザ光を照射する。当該ミラーは、モーター（図示しない）によって中心軸ＡＸを回転中心として回転可能にされており、レーザ光ＬＡを各方向に反射する。これにより、レーザセンサ１０５は、レーザ光ＬＡを各方向に照射する。物体がレーザセンサ１０５の周囲にある場合には、レーザ光ＬＡは、当該物体に反射され、レーザセンサ１０５に戻る。レーザセンサ１０５は、当該反射光を受光部で受ける。
　レーザセンサ１０５は、物体からの反射光を受けて、当該物体までの距離を算出する。一例として、レーザセンサ１０５は、レーザ光ＬＡを照射してから、当該レーザ光ＬＡの反射光を受光するまでの時間に基づいて、レーザセンサ１０５から物体までの距離を算出する。典型的には、レーザセンサ１０５は、光の速度に当該時間を掛けることで物体までの距離を算出する。レーザセンサ１０５は、当該距離をレーザ光ＬＡの照射角度に対応付けることで、中心軸ＡＸを基準とする角度別に距離を表わした２次元距離データＤを出力する。
　レーザセンサ１０５が出力する距離データの角度範囲は、任意に設定される。図２の例では、０度～２７０度の角度範囲が有効に設定されている。
　＜Ｃ．レーザセンサ１０５の向き＞
　次に、図３および図４を参照して、自走装置１００に対するレーザセンサ１０５の向きについて説明する。図３は、自走装置１００を側面方向から表わした図である。図４は、自走装置１００を上方向から表わした図である。
　レーザセンサ１０５は、たとえば、走行本体１０の前面に設けられる。自走装置１００の前面は、走行本体１０を構成する面の内、自走装置１００の前進方向に当たる面である。この場合、距離測定の有効角度の範囲は、前進方向側の１８０度の範囲に設定される。後進方向側の１８０度の範囲は、無効に設定される。
　図３および図４に示されるように、レーザセンサ１０５は、レーザ光ＬＡの走査面ＳＣが水平面Ｈ（地面）に対して所定角度θを有するように走行本体１０に設けられる。すなわち、レーザセンサ１０５は、走査面ＳＣが水平面Ｈと平行にならないように走行本体１０に設けられる。
　ある局面において、角度θは、０度よりも大きく９０度よりも大きい。正の角度θは、水平面Ｈよりも上空側の角度を表わす。角度θが０度よりも大きく９０度よりも大きい場合、自走装置１００は、走行本体１０の上方に存在する障害物を検知できる。典型的には、角度θは、３０度よりも大きく６０度よりも小さい。図３には、角度θが約４５度である例が示されている。
　他の局面において、角度θは、－９０度よりも大きく０度よりも小さい。負の角度θは、水平面Ｈよりも地中側の角度を表わす。角度θが－９０度よりも大きく０度よりも小さい場合、自走装置１００は、走行本体１０の下方に存在する障害物を検知できる。典型的には、角度θは、－６０度よりも大きく－３０度よりも小さい。
　このように、レーザセンサ１０５が走査面ＳＣに対して所定角度θ傾けられた状態で走行本体１０に設けられることで、自走装置１００は、走行本体１０の上方または走行本体１０の下方に存在する障害物を検知することが可能になる。また、自走装置１００は、自走している最中に、レーザセンサ１０５から２次元距離データＤを順次取得することで、周囲の形状を３次元的にスキャンすることができる。
　典型的には、レーザセンサ１０５は、走査面ＳＣがアームロボット２０（図１参照）の可動範囲を含むように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、走査面ＳＣは、アームロボット２０の可動範囲の少なくとも一部で重複する。これにより、レーザセンサ１０５は、アームロボット２０の動きを捉えることが可能になる。
　＜Ｄ．レーザセンサ１０５およびカバー１１０の配置関係＞
　次に、図５を参照して、レーザセンサ１０５およびカバー１１０の配置関係について説明する。図５は、レーザセンサ１０５およびカバー１１０の配置関係の例を示す図である。
　カバー１１０は、たとえば、レーザセンサ１０５から照射されたレーザ光Ｌ１を透過する部材で構成される。一例として、カバー１１０は、樹脂カバーである。
　図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示されるレーザ光Ｌ１は、レーザ光の回転中にカバー１１０に入射するレーザ光の内、カバー１１０に対する入射角θが最小となるレーザ光を示す。入射角θは、レーザ光Ｌ１と、カバー面の直交方向とが成す角度を示す。カバー面とは、カバー１１０を構成する面の内、レーザ光Ｌ１が入射する面を示す。
　図５（Ａ）には、レーザ光Ｌ１がカバー１１０に直角に入射する場合の例が示されている。入射角θが０度となる場合、レーザ光Ｌ１の一部は、カバー１１０によって反射され、反射光Ｌ２としてレーザセンサ１０５に戻る。一方で、レーザ光Ｌ１の残りは、物体ＯＢによって反射され、反射光Ｌ３としてレーザセンサ１０５に戻る。この場合、レーザセンサ１０５は、反射光Ｌ２により、カバー１１０を障害物として誤検知してしまう。
　図５（Ｂ）には、レーザ光Ｌ１がカバー１１０に直角に入射しない場合の例が示されている。入射角θが０度よりも大きい場合、カバー１１０からの反射光Ｌ２は、レーザセンサ１０５に戻らない。一方で、物体ＯＢからの反射光Ｌ３は、レーザセンサ１０５に戻る。その結果、レーザセンサ１０５は、カバー１１０を検知せずに、物体ＯＢを検知することができる。そのため、レーザセンサ１０５またはカバー１１０は、レーザ光の回転中にカバー１１０に入射するレーザ光Ｌ１がカバー１１０に対して直角に入射しないように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５またはカバー１１０は、入射角θが０度よりも大きくかつ９０度よりも小さくなるように走行本体１０に設けられる。
　レーザ光Ｌ１に対するカバー１１０の傾き加減は、レーザセンサ１０５とカバー１１０との間の距離ｄに応じて決められる。距離ｄは、レーザセンサ１０５とカバー１１０との間においてレーザ光Ｌ１が通過する距離を表わす。
　より具体的には、レーザセンサ１０５またはカバー１１０は、距離ｄが長いほど入射角θ１が小さくなるように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５またはカバー１１０は、距離ｄが短いほど入射角θ１が大きくなるように走行本体１０に設けられる。これにより、自走装置１００は、カバー１１０を障害物として誤検知することをより確実に防止することができる。
　＜Ｅ．自走装置１００のハードウェア構成＞
　次に、図６を参照して、自走装置１００のハードウェア構成について説明する。図６は、自走装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
　自走装置１００は、制御装置１０１と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）１０２と、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）１０３と、通信インターフェイス１０４と、上述のレーザセンサ１０５（図２参照）と、モータ駆動装置１０６と、記憶装置１２０とを含む。これらのコンポーネントは、バス１０９に接続される。
　制御装置１０１は、たとえば、少なくとも１つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも１つのＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、少なくとも１つのＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、少なくとも１つのＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、少なくとも１つのＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはそれらの組み合わせなどによって構成され得る。
　制御装置１０１は、制御プログラム１２２やオペレーティングシステムなどの各種プログラムを実行することで自走装置１００の動作を制御する。制御装置１０１は、制御プログラム１２２の実行命令を受け付けたことに基づいて、記憶装置１２０またはＲＯＭ１０２からＲＡＭ１０３に制御プログラム１２２を読み出す。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、制御プログラム１２２の実行に必要な各種データを一時的に格納する。
　通信インターフェイス１０４には、ＬＡＮ（Local　Area　Network）やアンテナなどが接続される。自走装置１００は、通信インターフェイス１０４を介して外部機器との無線通信または有線通信を実現する。当該外部機器は、たとえば、サーバー（図示しない）、自走装置１００を操作するためのユーザ端末（図示しない）などを含む。当該ユーザ端末は、たとえば、タブレット端末やスマートフォンなどである。ユーザは、当該ユーザ端末を介して自走装置１００の走行を制御することができる。
　モータ駆動装置１０６は、制御装置１０１からの制御指令に従って、モータＭの回転を制御する。当該制御指令は、たとえば、モータＭの正転指令、モータＭの逆転指令、モータＭの回転速度などを含む。モータＭには、たとえば、ステッピングモータまたはサーボモータなどが採用される。モータＭには、上述の駆動輪ＷＡ（図１参照）が接続される。モータＭの数は、駆動輪ＷＡの数と同数である。
　記憶装置１２０は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。記憶装置１２０は、制御プログラム１２２および３次元マップ１２４などを格納する。３次元マップ１２４の詳細については後述する。制御プログラム１２２および３次元マップ１２４の格納場所は、記憶装置１２０に限定されず、制御装置１０１の記憶領域（たとえば、キャッシュメモリなど）、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、外部機器（たとえば、サーバー）などに格納されていてもよい。
　また、制御プログラム１２２は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、制御プログラム１２２による自走装置１００の走行制御処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う制御プログラム１２２の趣旨を逸脱するものではない。さらに、制御プログラム１２２によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのサーバーが制御プログラム１２２の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で自走装置１００が構成されてもよい。
　＜Ｆ．自走装置１００の機能構成＞
　図７を参照して、自走装置１００の機能について説明する。図７は、自走装置１００の機能構成の一例を示す図である。
　図７に示されるように、自走装置１００の制御装置１０１は、機能構成の一例として、マップ生成部１５２と、走行制御部１５４と、回転スキャン部１５６とを含む。以下では、これらの構成について順に説明する。
　　（Ｆ１．マップ生成部１５２）
　マップ生成部１５２は、自走装置１００の駆動中にレーザセンサ１０５から順次取得される２次元距離データＤに基づいて、自走装置１００の周囲の空間を表わす３次元マップ１２４（３次元データ）を生成する。
　３次元マップ１２４は、たとえば、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術により生成される。３次元マップ１２４は、自走装置１００の位置を特定するために生成される情報であり、かつ、自走装置１００の走行場所における静止物の位置を示す情報である。当該静止物は、たとえば、壁、棚などである。
　３次元マップ１２４は、たとえば、ユーザがユーザ端末を用いて自走装置１００を手動で操作することにより生成される。この場合、ユーザ操作に応じた操作信号が通信インターフェイス１０４を介して制御装置１０１に送信されることで、制御装置１０１は、操作信号に応じてモータ駆動装置１０６に指令を出力し、自走装置１００の走行を制御する。このとき、制御装置１０１は、レーザセンサ１０５から入力される２次元距離データＤと、自走装置１００の位置とに基づいて、自走装置１００の周囲にある物体の位置を３次元マップ１２４にマッピングする。自走装置１００の位置は、たとえば、モータ駆動装置１０６の駆動情報に基づいて特定される。これにより、３次元マップ１２４において、物体の有無を示す情報が３次元の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）の各々に関連付けられる。
　仮に、レーザセンサ１０５の走査面ＳＣ（図３参照）が水平面と平行である場合には、レーザセンサ１０５は、高さ方向における物体の情報を取得できず２次元マップしか生成することができない。これに対して、実施の形態に従う自走装置１００においては、レーザセンサ１０５の走査面ＳＣ（図３参照）は、水平面に対して傾いている。そのため、自走装置１００は、移動することで周囲を３次元的にスキャンすることができる。
　また、マップ生成部１５２は、３次元マップ１２４を生成する際に、３次元形状を計測できるレーザセンサ（以下、「３次元レーザセンサ」ともいう。）を用いる必要も無い。３次元レーザセンサは非常に高価であるので、３次元レーザセンサを用いないことで自走装置１００にかかる費用は大幅に削減され得る。
　　（Ｆ２．走行制御部１５４）
　次に、図７に示される走行制御部１５４の機能について説明する。走行制御部１５４は、自走装置１００の走行を制御するための機能構成である。
　走行制御部１５４は、レーザセンサ１０５から入力される２次元距離データＤと、３次元マップ１２４とを比較することにより、自走装置１００の現在位置を特定する。制御装置１０１は、現在位置を特定することで、３次元マップ１２４上の予め定められた経路に沿って自走装置１００を走行させる。
　さらに、走行制御部１５４は、自走装置１００の駆動中にレーザセンサ１０５から順次取得される２次元距離データＤに基づいて、自走装置１００の周囲にある障害物を検知し、当該障害物との衝突を避けるように自走装置１００の走行を制御する。当該障害物は、たとえば、人物や他の自走装置１００などの移動体と、壁や棚などの静止体とを含む。
　走行制御部１５４は、障害物が検知されていない間、３次元マップ１２４上の予め定められた経路を走行するように自走装置１００の走行を制御する。一方で、走行制御部１５４は、障害物が検知された場合には、当該障害物との衝突を避けるように自走装置１００の走行を制御する。
　ある局面において、障害物までの距離が所定距離以上である場合には、走行制御部１５４は、当該障害物を避けるように自走装置１００の走行を制御する。一方で、障害物までの距離が所定距離未満である場合には、走行制御部１５４は、自走装置１００の走行を停止する。
　他の局面において、走行制御部１５４は、障害物が検知された場合には、後述の回転スキャン処理を実行する。
　　（Ｆ３．回転スキャン部１５６）
　次に、図８を参照して、図７に示される回転スキャン部１５６の機能について説明する。図８は、自走装置１００による回転スキャンの様子を時系列に示す図である。
　なお、図８の例では、３次元マップ１２４内に自走装置１００が描かれているが、自走装置１００は、説明の便宜のために描かれているものである。
　回転スキャン部１５６は、回転スキャン指示を受けたことに基づいて、停止指令および回転指令を走行制御部１５４に出力する。このことに基づいて、自走装置１００は、鉛直方向の回転軸を中心として走行本体１０の回転を開始する（ステップＳ１）。典型的には、当該回転軸は、自走装置１００の重心を通る。
　マップ生成部１５２は、自走装置１００を回転させている最中にレーザセンサ１０５から２次元距離データＤを順次取得し、当該順次得られる２次元距離データＤに基づいて、走行本体１０の周囲にある物体の情報を３次元マップ１２４にマッピングする（ステップＳ２，Ｓ３）。これにより、自走装置１００の周囲の空間を表わす３次元データが生成される。
　上述のように、実施の形態に従う自走装置１００においては、レーザセンサ１０５の走査面ＳＣ（図３参照）が水平面に対して傾いている。そのため、自走装置１００は、その場で回転することで周囲を３次元的に詳細にスキャンすることができる。また、３次元スキャンのために、３次元形状を計測できるレーザセンサが（３次元レーザセンサ）を用いられる必要も無い。
　なお、回転スキャン処理の実行タイミングは、任意である。ある局面において、回転スキャン処理は、自走装置１００が予め設定された範囲（以下、「危険領域」ともいう。）に含まれたことに基づいて実行される。
　より具体的には、３次元マップ１２４がユーザ端末に表示され、ユーザは、マウスなどの入力デバイスを用いて３次元マップ１２４上に危険領域を設定する。一例として、当該危険領域は、袋小路などの複雑な経路や人通りが多い場所などに設定される。ユーザ端末は、当該設定された危険領域を自走装置１００に送信する。自走装置１００は、ユーザ端末から受信した危険領域の設定を記憶する。その後、自走装置１００は、走行中において、自身の位置が危険領域に到達したか否かを監視する。自走装置１００の位置が危険領域に到達した場合には、回転スキャン指示が回転スキャン部１５６に発せられる。これにより、回転スキャン処理が実行され、自走装置１００は、危険領域における周囲の状況をより詳細に確認することができる。
　他の局面において、回転スキャン処理は、当該処理の実行操作に基づく実行指令をユーザ端末から受信したことに基づいて実行される。すなわち、ユーザは、３次元マップ１２４の生成時や、搬送対象物の搬送中などの任意のタイミングに回転スキャン処理の実行操作をユーザ端末を介して行うができる。これにより、ユーザは、任意の場所において自走装置１００に回転スキャン処理を実行させることができ、複雑な経路や人通りが多い危険箇所の空間情報を自走装置１００に認識させることができる。
　＜Ｇ．変形例１＞
　次に、図９および図１０を参照して、自走装置１００の変形例１について説明する。図９は、変形例１に従う自走装置１００を前進方向から表わした図である。図１０は、変形例１に従う自走装置１００を上方向から表わした図である。
　上述の図３および図４に示される自走装置１００は、１つのレーザセンサ１０５を備えていた。これに対して、本変形例に従う自走装置１００は、２つのレーザセンサ１０５Ａ，１０５Ｂを備える。
　レーザセンサ１０５Ａ，１０５Ｂの機能および構造については、上述のレーザセンサ１０５と同じであるので、その説明については繰り返さない。
　以下では、自走装置１００の前進方向から見た走行本体１０の面を「前面ＳＦ１」と称する。また、自走装置１００の前進方向から見た走行本体１０の右面を「右面ＳＦ２」と称する。また、自走装置１００の前進方向から見た走行本体１０の左面を「左面ＳＦ３」と称する。また、自走装置１００の後進方向から見た場合の自走装置１００の面を「後面ＳＦ４」と称する。
　レーザセンサ１０５Ａは、前面ＳＦ１と右面ＳＦ２とが成す右前角部に設けられる。これにより、レーザセンサ１０５Ａは、前面ＳＦ１側にある障害物と、右面ＳＦ２側にある障害物とを検知することができる。
　レーザセンサ１０５Ａは、レーザ光の走査面ＳＣ１が水平面Ｈと所定角度θＡを成すように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５Ａは、走査面ＳＣ１が水平面Ｈと平行にならないように走行本体１０に設けられる。典型的には、角度θＡは、－９０度よりも大きく０度よりも小さい、または、０度よりも大きく９０度よりも小さい。正の角度θＡは、水平面Ｈよりも上空側の角度を表わす。負の角度θＡは、水平面Ｈよりも地中側の角度を表わす。図９には、角度θＡが約４５度である例が示されている。
　レーザセンサ１０５Ｂは、前面ＳＦ１と左面ＳＦ３とが成す左前角部に設けられる。これにより、レーザセンサ１０５Ｂは、前面ＳＦ１側にある障害物と、左面ＳＦ３側にある障害物とを検知することができる。
　レーザセンサ１０５Ｂは、レーザ光の走査面ＳＣ２が水平面Ｈと所定角度θＢを成すように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５Ｂは、走査面ＳＣ２が水平面Ｈと平行にならないように走行本体１０に設けられる。典型的には、角度θＢは、－９０度よりも大きく０度よりも小さい、または、０度よりも大きく９０度よりも小さい。正の角度θＢは、水平面Ｈよりも上空側の角度を表わす。負の角度θＢは、水平面Ｈよりも地中側の角度を表わす。図９には、角度θＢが約４５度である例が示されている。
　レーザセンサ１０５Ａおよびレーザセンサ１０５Ｂは、走査面ＳＣ１と走査面ＳＣ２とが交わるように配置される。一例として、走査面ＳＣ１と走査面ＳＣ２とは、互いに直交する。
　＜Ｈ．変形例２＞
　次に、図１１および図１２を参照して、自走装置１００の変形例２について説明する。図１１は、変形例２に従う自走装置１００を前進方向から表わした図である。図１２は、変形例２に従う自走装置１００を上方向から表わした図である。
　上述の図９および図１０に示される自走装置１００は、２つのレーザセンサ１０５Ａ，１０５Ｂを備えていた。これに対して、本変形例に従う自走装置１００は、４つのレーザセンサ１０５Ａ～１０５Ｄを備える。
　レーザセンサ１０５Ａ～１０５Ｄの機能および構造については、上述のレーザセンサ１０５と同じであるので、その説明については繰り返さない。また、レーザセンサ１０５Ａ，１０５Ｂの配置については「Ｇ．変形例１」で説明した通りであるので、その説明についても繰り返さない。
　レーザセンサ１０５Ｃは、右面ＳＦ２と後面ＳＦ４とが成す右後角部に設けられる。これにより、レーザセンサ１０５Ｃは、右面ＳＦ２側にある障害物と、後面ＳＦ４側にある障害物とを検知することができる。
　レーザセンサ１０５Ｃは、レーザ光の走査面ＳＣ３が水平面Ｈと所定角度θＣを成すように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５Ｃは、走査面ＳＣ３が水平面Ｈと平行にならないように走行本体１０に設けられる。典型的には、角度θＣは、－９０度よりも大きく０度よりも小さい、または、０度よりも大きく９０度よりも小さい。正の角度θＣは、水平面Ｈよりも上空側の角度を表わす。負の角度θＣは、水平面Ｈよりも地中側の角度を表わす。図１１には、角度θＣが約４５度である例が示されている。
　レーザセンサ１０５Ｄは、左面ＳＦ３と後面ＳＦ４とが成す左後角部に設けられる。これにより、レーザセンサ１０５Ｄは、左面ＳＦ３側にある障害物と、後面ＳＦ４側にある障害物とを検知することができる。
　レーザセンサ１０５Ｄは、レーザ光の走査面ＳＣ４が水平面Ｈと所定角度θＤを成すように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５Ｄは、走査面ＳＣ４が水平面Ｈと平行にならないように走行本体１０に設けられる。典型的には、角度θＤは、－９０度よりも大きく０度よりも小さい、または、０度よりも大きく９０度よりも小さい。正の角度θＤは、水平面Ｈよりも上空側の角度を表わす。負の角度θＤは、水平面Ｈよりも地中側の角度を表わす。図１１には、角度θＤが約４５度である例が示されている。
　レーザセンサ１０５Ａおよびレーザセンサ１０５Ｃは、走査面ＳＣ１と走査面ＳＣ３とが交わるように配置される。一例として、走査面ＳＣ１と走査面ＳＣ３とは、互いに直交する。
　レーザセンサ１０５Ｂおよびレーザセンサ１０５Ｄは、走査面ＳＣ２と走査面ＳＣ４とが交わるように配置される。一例として、走査面ＳＣ２と走査面ＳＣ４とは、互いに直交する。
　レーザセンサ１０５Ｃおよびレーザセンサ１０５Ｄは、走査面ＳＣ３と走査面ＳＣ４とが交わるように配置される。一例として、走査面ＳＣ３と走査面ＳＣ４とは、互いに直交する。
　＜Ｉ．変形例３＞
　次に、図１３および図１４を参照して、自走装置１００の変形例３について説明する。図１３は、変形例３に従う自走装置１００を左面ＳＦ３側から表わした図である。図１４は、変形例３に従う自走装置１００を上方向から表わした図である。
　上述の図１１および図１２に示される自走装置１００においては、レーザセンサ１０５Ａ～１０５Ｄの各々は、走行本体１０の角部に設けられていた。これに対して、本変形例に従う自走装置１００においては、２つのレーザセンサ１０５Ｆ，１０５Ｇが前面ＳＦ１に設けられ、２つのレーザセンサ１０５Ｈ，１０５Ｉが後面ＳＦ４に設けられる。
　レーザセンサ１０５Ｆ～１０５Ｉの機能および構造については、上述のレーザセンサ１０５と同じであるので、その説明については繰り返さない。
　レーザセンサ１０５Ｆは、前面ＳＦ１に設けられる。典型的には、レーザセンサ１０５Ｆは、水平方向における前面ＳＦ１の中心位置に設けられる。
　レーザセンサ１０５Ｆは、レーザ光の走査面ＳＣ６が水平面Ｈと所定角度θＦ（図示しない）を成すように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５Ｆは、走査面ＳＣ６が水平面Ｈと平行にならないように走行本体１０に設けられる。典型的には、角度θＦは、０度よりも大きく９０度よりも小さい。正の角度θＦは、水平面Ｈよりも上空側の角度を表わす。図１３には、角度θＦが約４５度である例が示されている。
　レーザセンサ１０５Ｇは、前面ＳＦ１に設けられる。典型的には、レーザセンサ１０５Ｇは、水平方向における前面ＳＦ１の中心位置に設けられる。また、レーザセンサ１０５Ｆおよびレーザセンサ１０５Ｇは、鉛直方向において同軸上に設けられる。典型的には、レーザセンサ１０５Ｇは、レーザセンサ１０５Ｆよりも上側に配置される。
　レーザセンサ１０５Ｇは、レーザ光の走査面ＳＣ７が水平面Ｈと所定角度θＧ（図示しない）を成すように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５Ｇは、走査面ＳＣ７が水平面Ｈと平行にならないように走行本体１０に設けられる。典型的には、角度θＧは、－９０度よりも大きく０度よりも小さい。負の角度θＧは、水平面Ｈよりも地中側の角度を表わす。図１３には、角度θＧが約－４５度である例が示されている。
　レーザセンサ１０５Ｆおよびレーザセンサ１０５Ｇは、走査面ＳＣ６と走査面ＳＣ７とが交わるように配置される。一例として、走査面ＳＣ６と走査面ＳＣ７とは、互いに直交する。
　レーザセンサ１０５Ｈは、後面ＳＦ４に設けられる。典型的には、レーザセンサ１０５Ｈは、水平方向における後面ＳＦ４の中心位置に設けられる。
　レーザセンサ１０５Ｈは、レーザ光の走査面ＳＣ８が水平面Ｈと所定角度θＨ（図示しない）を成すように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５Ｈは、走査面ＳＣ８が水平面Ｈと平行にならないように走行本体１０に設けられる。典型的には、角度θＨは、０度よりも大きく９０度よりも小さい。正の角度θＨは、水平面Ｈよりも上空側の角度を表わす。図１３には、角度θＨが約４５度である例が示されている。
　レーザセンサ１０５Ｉは、後面ＳＦ４に設けられる。典型的には、レーザセンサ１０５Ｉは、水平方向における後面ＳＦ４の中心位置に設けられる。また、レーザセンサ１０５Ｈおよびレーザセンサ１０５Ｉは、鉛直方向において同軸上に設けられる。典型的には、レーザセンサ１０５Ｉは、レーザセンサ１０５Ｈよりも上側に配置される。
　レーザセンサ１０５Ｉは、レーザ光の走査面ＳＣ９が水平面Ｈと所定角度θＩ（図示しない）を成すように走行本体１０に設けられる。異なる言い方をすれば、レーザセンサ１０５Ｉは、走査面ＳＣ９が水平面Ｈと平行にならないように走行本体１０に設けられる。典型的には、角度θＩは、－９０度よりも大きく０度よりも小さい。負の角度θＩは、水平面Ｈよりも地中側の角度を表わす。図１３には、角度θＩが約－４５度である例が示されている。
　レーザセンサ１０５Ｈおよびレーザセンサ１０５Ｉは、走査面ＳＣ８と走査面ＳＣ９とが交わるように配置される。一例として、走査面ＳＣ８と走査面ＳＣ９とは、互いに直交する。
　＜Ｊ．まとめ＞
　以上のように、レーザセンサ１０５は、レーザ光ＬＡの走査面ＳＣが水平面Ｈに対して所定角度θを有するように走行本体１０に設けられる。これにより、自走装置１００は、走行本体１０の上方または走行本体１０の下方に存在する障害物を検知することが可能になる。また、自走装置１００は、自走している最中に、レーザセンサ１０５から２次元距離データＤを順次取得することで、周囲の形状を３次元的にスキャンすることができる。
　今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　１０　走行本体、２０　アームロボット、１００　自走装置、１０１　制御装置、１０２　ＲＯＭ、１０３　ＲＡＭ、１０４　通信インターフェイス、１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄ，１０５Ｆ，１０５Ｇ，１０５Ｈ，１０５Ｉ　レーザセンサ、１０６　モータ駆動装置、１０９　バス、１１０　カバー、１２０　記憶装置、１２２　制御プログラム、１２４　３次元マップ、１５２　マップ生成部、１５４　走行制御部、１５６　回転スキャン部。

Claims (8)

  1. 　自走装置であって、
    　車輪駆動の走行本体と、
    　レーザセンサとを備え、前記レーザセンサは、当該レーザセンサを中心としてレーザ光を回転させながら照射し、当該レーザ光の反射光を受光することで、当該レーザセンサの周囲にある物体までの距離を当該レーザセンサを中心とする角度別に表わした２次元距離データを出力するように構成されており、
    　前記レーザセンサから出力される２次元距離データに基づいて、前記走行本体の走行を制御するための制御装置を備え、
    　前記レーザセンサは、前記レーザ光の回転中に当該レーザ光が通過する範囲である走査面が水平面に対して所定角度を有するように前記走行本体に設けられる、自走装置。
  2. 　前記自走装置は、前記走行本体上に設けられているアームロボットをさらに備え、
    　前記レーザセンサは、前記走査面が前記アームロボットの可動範囲を含むように前記走行本体に設けられる、請求項１に記載の自走装置。
  3. 　前記自走装置は、さらに、前記レーザセンサを収容するためのカバーを備え、
    　前記レーザセンサまたは前記カバーは、前記カバーに対する前記レーザ光の入射角が０度よりも大きく９０度よりも小さくなるように前記走行本体に設けられる、請求項１または２に記載の自走装置。
  4. 　前記レーザセンサまたは前記カバーは、当該レーザセンサと当該カバーとの間の距離が長いほど、前記レーザ光の回転中に前記カバーに入射するレーザ光の最小入射角が小さくなるように前記走行本体に設けられる、請求項３に記載の自走装置。
  5. 　前記制御装置は、鉛直方向の回転軸を中心として前記走行本体を回転させている最中に前記レーザセンサから前記２次元距離データを順次取得し、当該順次得られる２次元距離データに基づいて、前記走行本体の周囲の空間を表わす３次元データを生成する処理を実行する、請求項１～４のいずれか１項に記載の自走装置。
  6. 　前記３次元データを生成する処理は、前記自走装置が予め設定された範囲に含まれたことに基づいて実行される、請求項５に記載の自走装置。
  7. 　前記自走装置は、当該自走装置を操作するためのユーザ端末と通信可能に構成されており、
    　前記３次元データを生成する処理は、当該処理の実行操作に基づく実行指令を前記ユーザ端末から受信したことに基づいて実行される、請求項５または６に記載の自走装置。
  8. 　前記走行本体は、３つ以上の駆動輪を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の自走装置。
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