特許 7552134 自律移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】自律移動体

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/43 20240101AFI20240910BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

G05D1/43

B25J13/08 Z

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020135687

(22)【出願日】2020-08-11

(65)【公開番号】P2022032166

(43)【公開日】2022-02-25

【審査請求日】2023-07-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】糸澤 祐太

【審査官】岩▲崎▼ 優

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－０２４７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１２７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０６－０７２１３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－０６８４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４４８９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／００－ １／８７

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動台車の周縁を取り囲むように配置された複数のバンパーと、各々のバンパーに設けられ、アナログ信号を出力する接触センサと、を備える自律移動体であって、
前記自律移動体が前進し、前記自律移動体の前側に第１のバンパーと第２のバンパーとが配置され、前記自律移動体の後側に第３のバンパーと第４のバンパーとが配置された場合、前記第１のバンパーに設けられた接触センサの出力から前記第２のバンパーに設けられた接触センサの出力を差し引くことで段差による振動がキャンセルされた信号を取得し、取得した信号に基づいて周辺物体から前記第１のバンパー又は前記第２のバンパーへの接触を判定し、前記第３のバンパーに設けられた接触センサの出力から前記第４のバンパーに設けられた接触センサの出力を差し引くことで段差による振動がキャンセルされた信号を取得し、取得した信号に基づいて周辺物体から前記第３のバンパー又は前記第４のバンパーへの接触を判定する、自律移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、自律移動体に関し、例えば、移動台車の周縁を取り囲むように配置された複数のバンパーと、各々のバンパーに設けられ、アナログ信号を出力する接触センサと、を備える自律移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

自律移動体は、周辺環境を検出するレーザセンサなどに加えて、周辺物体との接触を検出する接触センサを備えた構成とされている。例えば、特許文献１の自律移動体は、接触センサが移動台車の周縁に沿って配置されたバンパーに設けられた構成とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－２０４２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本出願人は、以下の課題を見出した。一般的な自律移動体は、走行時に路面から振動を受ける。このとき、振動によって周辺物体と接触したと、誤判定する可能性があり、接触箇所を正確に判定できない場合がある。

【0005】

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、路面からの振動による誤判定を抑制し、接触箇所を正確に判定可能な自律移動体を実現する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る自律移動体は、移動台車の周縁を取り囲むように配置された複数のバンパーと、各々のバンパーに設けられ、アナログ信号を出力する接触センサと、を備える自律移動体であって、
着目しているバンパーに設けられた接触センサの出力から他のバンパーに設けられた接触センサの出力を差し引いた信号に基づいて、周辺物体から前記着目しているバンパーへの接触を判定する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、路面からの振動による誤判定を抑制し、接触箇所を正確に判定可能な自律移動体を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態の自律移動体の概略的構成を示す図である。

【図2】実施の形態の自律移動体のシステム構成を示すブロック図である。

【図3】実施の形態の自律移動体のバンパーの配置を説明するための図である。

【図4】実施の形態の自律移動体が周辺物体との接触を判定する際の各接触センサの出力を例示する図である。

【図5】第４の接触センサの出力から第１の接触センサの出力を差し引いた信号を示す図である。

【図6】第３の接触センサの出力から第２の接触センサの出力を差し引いた信号を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の自律移動体の概略的構成を示す図である。図２は、本実施の形態の自律移動体のシステム構成を示すブロック図である。

【0010】

本実施の形態の自律移動体１は、例えば、所定の場所に移動し、タスクを自律的に行う自律移動ロボットとして構成されている。本実施の形態の自律移動体１は、図１及び図２に示すように、本体２、バンパー３、接触センサ４、レーザセンサ５及び制御装置６を備えている。

【0011】

本体２の下端には、図１に示すように、略円筒状の移動台車２１が設けられている。移動台車２１は、図示を省略するが、左右の駆動輪、及び従動輪を備えている。左右の駆動輪は、図２に示すモータ２２Ｒ、２２Ｌによって回転駆動する。

【0012】

モータ２２Ｒ、２２Ｌには、図２に示すように、エンコーダ２３Ｒ、２３Ｌが設けられており、エンコーダ２３Ｒ、２３Ｌによってモータ２２Ｒ、２２Ｌの回転角速度が検出される。このような自律移動体１は、左右の駆動輪が等しく回転することで前進又は後進し、左右の駆動輪に回転差を生じさせることで右折、左折又は旋回する。

【0013】

本体２には、図１に示すように、物体を把持し移動させることができるロボットアーム２４が設けられている。ロボットアーム２４は、例えば、複数の関節部を有する多関節型アームとして構成されている。

【0014】

バンパー３は、移動台車２１の周縁を取り囲むように複数配置されており、周辺物体（例えば、障害物）との衝突力を吸収する。図３は、本実施の形態の自律移動体のバンパーの配置を説明するための図である。例えば、本実施の形態では、図３に示すように、バンパー３として、第１のバンパー３ａ、第２のバンパー３ｂ、第３のバンパー３ｃ及び第４のバンパー３ｄを備えている。

【0015】

移動台車２１の所定の位置を０°として、第１のバンパー３ａは、移動台車２１を上側から見て反時計回りに０°以上であって、且つ、９０°未満の範囲に配置されている。第２のバンパー３ｂは、移動台車２１を上側から見て反時計回りに９０°以上であって、且つ、１８０°未満の範囲に配置されている。

【0016】

第３のバンパー３ｃは、移動台車２１を上側から見て反時計回りに１８０°以上であって、且つ、２７０°未満の範囲に配置されている。第４のバンパー３ｄは、移動台車２１を上側から見て反時計回りに２７０°以上であって、且つ、３６０°未満の範囲に配置されている。但し、バンパー３の個数は、複数個であればよい。

【0017】

接触センサ４は、バンパー３と周辺物体との接触を検出するために、各々のバンパー３に設けられている。そのため、本実施の形態では、図２に示すように、接触センサ４として、第１のバンパー３ａに設けられる第１の接触センサ４ａ、第２のバンパー３ｂに設けられる第２の接触センサ４ｂ、第３のバンパー３ｃに設けられる第３の接触センサ４ｃ、及び第４のバンパー３ｄに設けられる第４の接触センサ４ｄを備えている。

【0018】

これらの接触センサ４は、バンパー３と周辺物体との接触を検出すると、アナログ信号を制御装置６に出力する。このとき、接触センサ４のアナログ信号は、ローパスフィルターを介して制御装置６に出力されるとよい。接触センサ４は、例えば、バンパー３に埋設された折り曲げ可能なチューブ部材を備えている。

【0019】

そして、周辺物体がバンパー３に接触すると、バンパー３に埋設されたチューブ部材が変形する。このチューブ部材の変形により、チューブ部材内部の圧力が変化する。接触センサ４は、この圧力変化を検出することで、バンパー３と周辺物体との接触を検出する。

【0020】

なお、上述した接触センサ４の構成は一例であり、これに限定されない。接触センサ４は、例えば、光ファイバなどで構成され、その光量変化に基づいて周辺物体との接触を検出してもよい。

【0021】

レーザセンサ５は、本体２に設けられている。レーザセンサ５は、自律移動体１の前方領域に略水平なレーザを照射することで、周辺物体との間の距離を取得する。レーザセンサ５は、取得した周辺物体との間の距離を示す信号を制御装置６に出力する。

【0022】

制御装置６は、自律移動体１を自律移動させて所定のタスクを実現するために、モータ２２Ｒ、２２Ｌ及びロボットアーム２４を制御する。このとき、レーザセンサ５は、取り付けられた水平面方向にしか周辺物体を検出できず、さらに、周辺物体の検出範囲が前方領域に限られる。

【0023】

このため、レーザセンサ５は、床上の低い周辺物体や、側方領域或いは後方領域にある周辺物体を検出できない。これを補うために、本体２のバンパー３には、上述の如く、周辺物体との接触を検出する接触センサ４が設けられている。

【0024】

制御装置６は、レーザセンサ５によって検出された周辺物体との間の距離を示す信号に加えて、接触センサ４によって検出された周辺物体との接触を示すアナログ信号に基づいて、周辺物体を回避しつつ、自律移動体１を目的位置に自律的に移動させる。これにより、自律移動体１はより確実に周辺物体を回避して移動を行うことができる。このように、接触センサ４は、レーザセンサ５を補う重要な役割を有している。

【0025】

しかしながら、上述のように自律移動体１が走行する際に路面から接触センサ４に振動が伝わり、自律移動体１が周辺物体に接触したと、誤判定する可能性がある。その一方で、バンパー３が周辺物体に接触したと判定するための閾値を上げると、誤判定を抑制することはできるが、接触センサ４の反応が鈍くなる。

【0026】

そこで、制御装置６は、着目しているバンパー３の接触センサ４の出力から他のバンパー３の接触センサ４の出力を差し引いた信号に基づいて、周辺物体から着目しているバンパー３への接触を判定する。

【0027】

図４は、本実施の形態の自律移動体が周辺物体との接触を判定する際の各接触センサの出力を例示する図である。ここで、図４のグラフ（ａ）は第２の接触センサ４ｂの出力を示し、図４のグラフ（ｂ）は第１の接触センサ４ａの出力を示し、図４のグラフ（ｃ）は第４の接触センサ４ｄの出力を示し、図４のグラフ（ｄ）は第３の接触センサ４ｃの出力を示す。

【0028】

詳細には、制御装置６は、エンコーダ２３Ｒ、２３Ｌの検出信号に基づいて、自律移動体１の向き、進行方向などの情報を得ることができる。そして、例えば、自律移動体１が前進しつつ前方の段差を乗り越える場合、前側に配置された第１のバンパー３ａの第１の接触センサ４ａ、及び同じく前側に配置された第４のバンパー３ｄの第４の接触センサ４ｄには、略同時に段差を乗り越える際の振動が伝わる。

【0029】

また、後側に配置された第２のバンパー３ｂの第２の接触センサ４ｂ、及び同じく後側に配置された第３のバンパー３ｃの第３の接触センサ４ｃには、略同時に段差を乗り越える際の振動が伝わる。

【0030】

そのため、第４の接触センサ４ｄの出力から第１の接触センサ４ａの出力を差し引いた信号を取得すると、段差による振動をキャンセルした信号を取得することができる。また、第３の接触センサ４ｃの出力から第２の接触センサ４ｂの出力を差し引いた信号を取得すると、段差による振動をキャンセルした信号を取得することができる。

【0031】

これにより、段差による振動をキャンセルした後の信号に予め設定されたバンパー３が周辺物体に接触したと判定するための閾値以上の出力値が検出された場合、当該出力値が検出された接触センサ４が設けられたバンパー３に周辺物体が接触したと判定することができる。

【0032】

このとき、バンパー３が周辺物体に接触したと判定するための閾値は、絶対値であり、当該出力値の正負によって周辺物体が接触したバンパー３に設けられる接触センサ４を特定することができる。

【0033】

そこで、制御装置６は、前側に配置された第４のバンパー３ｄの第４の接触センサ４ｄの出力から、同じく前側に配置された第１のバンパー３ａの第１の接触センサ４ａの出力を、差し引いた信号を取得する。

【0034】

図５は、第４の接触センサの出力から第１の接触センサの出力を差し引いた信号を示す図である。図５に示すように、第４の接触センサ４ｄの出力から第１の接触センサ４ａの出力を差し引いた信号を取得すると、段差による振動がキャンセルされた後の信号を取得することができる。

【0035】

このように段差による振動はキャンセルされるため、バンパー３が周辺物体に接触したと判定するための閾値を下げることができる。そのため、接触センサ４の反応を向上させることができる。

【0036】

そして、段差による振動がキャンセルされた後の信号は、バンパー３が周辺物体に接触したと判定するための閾値以上の出力値を含まないので、制御装置６は、第１の接触センサ４ａが設けられた第１のバンパー３ａ及び第４の接触センサ４ｄが設けられた第４のバンパー３ｄに周辺物体が接触していないと判定する。

【0037】

また、制御装置６は、後側に配置された第３のバンパー３ｃの第３の接触センサ４ｃの出力から、同じく後側に配置された第２のバンパー３ｂの第２の接触センサ４ｂの出力を、差し引いた信号を取得する。

【0038】

図６は、第３の接触センサの出力から第２の接触センサの出力を差し引いた信号を示す図である。図６に示すように、第３の接触センサ４ｃの出力から第２の接触センサ４ｂの出力を差し引いた信号を取得すると、同様に、段差による振動がキャンセルされた後の信号を取得することができる。

【0039】

そして、第３の接触センサ４ｃの出力から第２の接触センサ４ｂの出力を差し引いた信号にバンパー３が周辺物体に接触したと判定するための閾値以上の正の出力値が含まれているので、制御装置６は、第３の接触センサ４ｃが設けられた第３のバンパー３ｃに周辺物体が接触したと判定する。

【0040】

このように本実施の形態の自律移動体１は、着目しているバンパー３の接触センサ４の出力から他のバンパー３の接触センサ４の出力を差し引いて、路面からの振動をキャンセルした後の信号を取得し、当該信号に基づいて、周辺物体から着目しているバンパー３への接触を判定する。そして、接触センサ４が設けられたバンパー３を複数、移動台車２１の周縁を取り囲むように配置している。そのため、本実施の形態の自律移動体１は、路面からの振動による誤判定を抑制し、接触箇所を正確に判定可能である。

【0041】

しかも、路面からの振動をキャンセルした後の信号を取得することができるので、バンパー３が周辺物体に接触したと判定するための閾値を下げることができる。そのため、接触センサ４の反応を向上させることができる。

【0042】

本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【0043】

例えば、上記実施の形態では、自律移動体１が前進することを前提として、第４の接触センサ４ｄの出力から第１の接触センサ４ａの出力を差し引いた信号を取得し、第３の接触センサ４ｃの出力から第２の接触センサ４ｂの出力を差し引いた信号を取得しているが、自律移動体１の動作などに基づいて、差分をとる接触センサ４の組み合わせを適宜、変更することができる。つまり、差し引く接触センサ４の出力は、隣接する接触センサ４の出力に限定されない。また、例えば、自律移動体１にジャイロセンサなどを設け、自律移動体１における段差に乗り上げた位置に基づいて、差分をとる接触センサ４の組み合わせを適宜、変更してもよい。

【0044】

例えば、路面の状況に応じて、バンパー３が周辺物体に接触したと判定するための閾値を予め設定することができ、自律移動体１を屋内で移動させる場合は、当該閾値を下げて接触センサ４の反応を敏感にするとよい。

【0045】

例えば、上述のバンパー３が周辺物体に接触したと判定するための閾値（第１の閾値）よりも大きい第２の閾値を予め設定し、差し引かれる前の接触センサ４の出力に第２の閾値以上の出力値を含む場合、上述のような差分を取得して周辺物体に接触したバンパー３を特定する処理を省略して、当該接触センサ４が設けられたバンパー３に周辺物体が接触したと判定してもよい。

【符号の説明】

【0046】

１ 自律移動体
２ 本体、２１ 移動台車
３ バンパー（３ａ 第１のバンパー、３ｂ 第２のバンパー、３ｃ 第３のバンパー、３ｄ 第の４バンパー）
４ 接触センサ（４ａ 第１の接触センサ、４ｂ 第２の接触センサ、４ｃ 第３の接触センサ、４ｄ 第４の接触センサ）
５ レーザセンサ
６ 制御装置
２２Ｒ、２２Ｌ モータ
２３Ｒ、２３Ｒ エンコーダ
２４ ロボットアーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】