(57)【要約】【課題】  超音波の干渉による誤検出を防止しつつ、複数の超音波センサによるスキャン時間を短縮することが可能な自律移動装置を提供する。【解決手段】  自律移動装置１は、超音波を発信するとともにその反射波を受信することにより物体を検出する１６個の超音波センサ２１〜３６を備える。１６個の超音波センサ２１〜３６は、上下２段に分けて、自律移動装置１の本体１０の外周面に周方向に沿って等間隔に配置されている。また、自律移動装置１は、１６個の超音波センサ２１〜３６のうち、超音波が互いに干渉しない十字状の位置に配置されている４つの超音波センサを一組として同時に駆動するとともに、駆動する組を所定時間毎に順次切替えるインターフェースボード４２を備える。このインターフェースボード４２は、超音波センサ２１〜３６の結果出力時間を計測して物体までの距離を算出し、その算出結果としての距離情報を電子制御装置６０に出力する。【選択図】  図１
2010122830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自機の周囲の物体を検出しつつ自律して移動する自律移動装置において、
検出波を発信するとともに、物体によって反射された検出波を受信することにより、該物体を検出する複数の物体検出手段と、
前記複数の物体検出手段のうち、前記検出波が互いに干渉しない２以上の物体検出手段を組合せて同時に駆動する制御手段と、を備える、ことを特徴とする自律移動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記２以上の物体検出手段を含んで構成される複数の組合せを、順次、切替えて駆動することを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
【請求項３】
前記複数の物体検出手段は、胴体部の外周面に、周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自律移動装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記複数の物体検出手段のうち、対角線上の位置に配置されている物体検出手段を一組として同時に駆動することを特徴とする請求項３に記載の自律移動装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記複数の物体検出手段のうち、十字状の位置に配置されている物体検出手段を一組として同時に駆動することを特徴とする請求項３に記載の自律移動装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記複数の物体検出手段のうち、Ｌ字状の位置に配置されている物体検出手段を一組として同時に駆動することを特徴とする請求項３に記載の自律移動装置。
【請求項７】
前記物体検出手段は、超音波センサであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動装置に関し、特に、周囲の物体を検出しつつ自律して移動する自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、障害物等の物体を回避しつつ、目的地まで自律して移動する自律移動装置が注目されている。障害物を回避しつつ自律移動するためには、自律移動装置が、自機周辺の障害物等の存在を常に認識していることが必要となる。そのため、一般的に自律移動装置は、複数の測距センサ（物体検出手段）を搭載し、それらの測距センサを逐次切り替えることで、自機周辺の障害物を全方位にわたって検出している。
【０００３】
このような自律移動装置として、送信用超音波トランスデューサと受信用超音波トランスデューサの組（測距センサ）が８組、４５°間隔で環状に取付けられた移動ロボット（自律移動装置）が特許文献１に開示されている。この移動ロボットでは、トランスデューサの組ごとに、ドライバ回路、カウンタ及び増幅回路が設けられている。各トランスデューサの組に対する測定要求パルスは、マイクロコンピュータによりインターフェースを介して出力される。各カウンタの測定値はインターフェースを介してマイクロコンピュータに送られ、物体までの距離が計算される。
【０００４】
ここで、８台の送信用超音波トランスデューサは、お互いに干渉しないように、順次超音波パルス（検出波）を発するように構成されている。すなわち、マイクロコンピュータは、所定の送信用超音波トランスデューサが超音波パルスを発した後、超音波パルスが最長有効到達可能距離を伝わるより少し長い時間だけ待ってから、次の送信用超音波トランスデューサに対して測定要求パルスを出力する。以下、マイクロ・コンピュータは、８個の送信用超音波トランスデューサに対して、前の超音波パルスが最長有効到達可能距離まで届く時間より少し長く待ってから測定要求パルスを出力することを順次繰り返す。
【特許文献１】特開平０５−１５８５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した自律移動ロボットのように複数の測距センサを所定の時間間隔をおいて順次駆動する場合、すべての測距センサの検出結果を取得するために要する時間（以下、「スキャン時間」という）が長くなる。その結果、状況によっては、障害物等の物体を検出するまでに要する時間が長くなり、例えば、当該物体に対する、回避や停止といった動作の応答性が低下するおそれがある。この問題は、特に、測距センサの数が増大するほど顕著になる。
【０００６】
ここで、測距センサ（物体検出手段）として超音波センサを用いた場合についてより具体的に説明する。例えば、超音波センサの測距範囲を３．５ｍとした場合、発信された超音波が３．５ｍ先で反射されて戻ってくるまで約２０ｍｓｅｃ必要となるが、誤検出を防ぐためには不要超音波の減衰を待ってから次の超音波センサを駆動する必要がある。そのため、例えば２５ｍｓｅｃ間隔で超音波センサが順次切替えられる。
【０００７】
ここで、自律移動装置（自律移動ロボット）に１６個の超音波センサを搭載したとすると、スキャン時間は２５ｍｓｅｃ×１６＝４００ｍｓｅｃとなる。一方、自律移動装置が１．５ｍ／ｓｅｃの速度で移動していると仮定すると、スキャン時間（４００ｍｓｅｃ）が経過する間に０．６ｍ移動する。そのため、ワーストケースで考えると、障害物の検出が遅れることにより、該障害物と接触するおそれが生じてくる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、検出波の干渉による誤検出を防止しつつ、複数の物体検出手段によるスキャン時間（すなわち、すべての物体検出手段の検出結果を取得するために要する時間）を短縮することが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る自律移動装置は、自機の周囲の物体を検出しつつ自律して移動する自律移動装置において、検出波を発信するとともに、物体によって反射された検出波を受信することにより、該物体を検出する複数の物体検出手段と、複数の物体検出手段のうち、検出波が互いに干渉しない２以上の物体検出手段を組合せて同時に駆動する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る自律移動装置によれば、同時に２以上の物体検出手段が駆動されるため、各物体検出手段が１つずつ順番に駆動される場合と比較して、複数の物体検出手段のスキャン時間を短縮することができる。また、２以上の物体検出手段が同時に駆動される際に、検出波が互いに干渉しない物体検出手段が選択されて組み合わされるため、検出波の干渉（すなわち誤検出）を防止することができる。よって、本発明に係る自律移動装置によれば、検出波の干渉による誤検出を防止しつつ、複数の物体検出手段によるスキャン時間を短縮することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る自律移動装置では、制御手段が、２以上の物体検出手段を含んで構成される複数の組合せを、順次、切替えて駆動することが好ましい。このようにすれば、同時に駆動される２以上の物体検出手段を含む複数の組合せ（組）が順次切替えられるため、要求される検出領域全体をより短い時間でスキャンすることが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る自律移動装置では、複数の物体検出手段が、胴体部の外周面に、周方向に沿って等間隔に配置されていることが好ましい。このようにすれば、自律移動装置の周辺に存在する物体を全方位にわたって検出することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る自律移動装置では、制御手段が、複数の物体検出手段のうち、対角線上の位置に配置されている物体検出手段を一組として同時に駆動することが好ましい。この場合、対角線上の位置に配置されている物体検出手段が組み合わされて同時に駆動されるため、スキャン時間を１／２に短縮することができる。また、検出波が反対方向に発信されるため、検出波が互いに干渉することを防止することが可能となる。よって、検出波の干渉を防止しつつ、スキャン時間を１／２に短縮することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る自律移動装置では、制御手段が、複数の物体検出手段のうち、十字状の位置に配置されている物体検出手段を一組として同時に駆動することが好ましい。この場合、十字状の位置に配置されている物体検出手段が組み合わされて同時に駆動されるため、スキャン時間を１／４に短縮することができる。また、同時に発信される検出波が９０°ずつずれているため、検出波が互いに干渉することを防止することが可能となる。よって、検出波の干渉を防止しつつ、スキャン時間を１／４に短縮することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る自律移動装置では、制御手段が、複数の物体検出手段のうち、Ｌ字状の位置に配置されている物体検出手段を一組として同時に駆動することが好ましい。この場合、Ｌ字状の位置に配置されている物体検出手段が組み合わされて同時に駆動されるため、スキャン時間を１／２に短縮することができる。また、同時に発信される検出波が９０°ずれているため、検出波が互いに干渉することを防止することが可能となる。よって、検出波の干渉を防止しつつ、スキャン時間を１／２に短縮することが可能となる。
【００１６】
なお、本発明に係る自律移動装置では、上記物体検出手段として、超音波センサを用いることが好ましい。超音波センサを用いた場合には、検出波としての超音波を発信してから反射波を受信するまでの伝播時間に応じて、物体の有無及び該物体との距離等を検出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、検出波が互いに干渉しない２以上の物体検出手段を組み合わせて同時に駆動する構成としたので、検出波の干渉による誤検出を防止しつつ、複数の物体検出手段のスキャン時間（すなわち、すべての物体検出手段の検出結果を取得するために要する時間）を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。まず、図１を用いて、実施形態に係る自律移動装置１の構成について説明する。図１は、自律移動装置１の全体構成を示す図である。
【００１９】
自律移動装置１は、周囲に存在する障害物等の物体を検出するとともに、障害物等が検出された場合に、回避又は一時停止等の動作をとりつつ、目的地まで自律して移動する機能を有するものである。そのため、自律移動装置１は、その下部に電動モータ１２及び該電動モータ１２により駆動されるオムニホイール１３が設けられた本体１０と、周囲に存在する物体（例えば壁や障害物等）の有無及び該物体との距離を計測するレーザレンジファインダ２０と、周囲に存在する物体の有無及び該物体までの距離を検出する１６個の超音波センサ２１〜３６とを備えている。また、自律移動装置１は、所定のタイミングでレーザレンジファインダ２０の検出結果を読み込むとともに、超音波センサ２１〜３６の検出結果をインターフェースボード４２を介して読み込み、それらの検出結果に応じて、回避又は一時停止等の動作をとるように電動モータ１２を制御する電子制御装置６０を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００２０】
本体１０は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体１０に、上述したレーザレンジファインダ２０、１６個の超音波センサ２１〜３６、インターフェースボード４２、及び電子制御装置６０等が取り付けられている。なお、本体１０の形状は略有底円筒状に限られない。本体１０の下部には、４つの電動モータ１２が十字状に配置されて取り付けられている。４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａにはオムニホイール１３が装着されている。すなわち、４つのオムニホイール１３は、同一円周上に周方向に沿って９０°ずつ間隔を空けて取り付けられている。
【００２１】
オムニホイール１３は、電動モータ１２の駆動軸１２Ａを中心にして回転する２枚のホイール１４と、各ホイール１４の外周に電動モータ１２の駆動軸１２Ａと直交する軸を中心として回転可能に設けられた６個のフリーローラ１５とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、２枚のホイール１４は位相を３０°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ１２が駆動されてホイール１４が回転すると、６個のフリーローラ１５はホイール１４と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ１５が回転することにより、オムニホイール１３は、そのホイール１４の回転軸に並行な方向にも移動することができる。そのため、４つの電動モータ１２を独立して制御し、４つのオムニホイール１３それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置１を任意の方向（全方向）に移動させることができる。
【００２２】
４つの電動モータ１２それぞれには、電動モータ１２の駆動軸１２Ａの回転角度を検出するエンコーダ１６が取り付けられている。各エンコーダ１６は、電子制御装置６０と接続されており、検出した各電動モータ１２の回転角度を電子制御装置６０に出力する。電子制御装置６０は、入力された各電動モータ１２の回転角度から、自律移動装置１の移動方向及び移動量を演算する。
【００２３】
レーザレンジファインダ２０は、自機の正面方向（前方）を向くようにして自律移動装置１の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ２０は、レーザを射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置１の周囲を中心角２４０°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ２０は、例えば壁や障害物等の物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ（反射波）の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間（伝播時間）を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。なお、レーザレンジファインダ２０は、電子制御装置６０と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置６０に出力する。
【００２４】
自律移動装置１の本体１０の側面には、周方向に８つの切り欠きが形成されており、各切り欠き毎に上下２段に分けて超音波センサ２１〜３６が取り付けられている。すなわち、本体１０の側面には、上段、下段それぞれに８個ずつ、合計１６個の超音波センサ２１〜３６が取り付けられている。図２及び図３に示されるように、上段の超音波センサ２１〜２８及び下段の超音波センサ２９〜３６は、それぞれ本体１０の外周面に、周方向に沿って等間隔に配置されている。すなわち、上段の超音波センサ２１〜２８、下段の超音波センサ２９〜３６は共に、同一円周上に周方向に沿って４５°ずつ間隔を空けて取り付けられている。ここで、図２は、上段の超音波センサ２１〜２８の配置を示し、図３は、下段の超音波センサ２９〜３６の配置を示す。
【００２５】
超音波センサ２１〜３６は、物体の検出方向に指向性を有している。上段の超音波センサ２１〜２８は、各センサの前方上方に指向性を持たせるように取り付けられている。一方、下段の超音波センサ２９〜３６は、各センサの前方下方に指向性を持たせるように取り付けられている。１６個の超音波センサ２１〜３６を上述したように配置して取り付けることにより、全方位（３６０°）かつ自機の略全高にわたって、物体を検出することができる。
【００２６】
超音波センサ２１〜３６は、反射形の超音波センサである。超音波センサ２１〜３６は、超音波を発信するとともに、物体で反射されて戻ってくる超音波（反射波）を検出し、この反射波の有無及び反射波の到達時間（伝播時間）から、物体の有無及び物体までの距離を検出する。すなわち、超音波センサ２１〜３６は、特許請求の範囲に記載の物体検出手段として機能する。なお、超音波センサ２１〜３６は、後述するインターフェースボード４２に接続されており、超音波センサ２１〜３６による検出結果は、インターフェースボード４２において物体との距離情報に変換された後、電子制御装置６０に出力される。
【００２７】
より詳細には、図４に示されるように、本実施形態で用いた超音波センサ２１〜３６は、超音波を発信する送信機３７、物体で反射されて戻ってくる超音波（反射波）を検出する受信機３８、送信機３７並びに受信機３８に電力を供給する電源（５Ｖ）端子３９・グランド（ＧＮＤ）端子４０、及び、制御信号（トリガ信号）の入力及び検出結果（検出信号）の出力に使用されるシグナル（ＳＩＧ）端子４１を有している。なお、図４は超音波センサ２１〜３６の正面図である。
【００２８】
図７に示されるように、本実施形態で用いた超音波センサ２１〜３６では、シグナル端子４１にトリガ信号（５μｓのＨｉｇｈパルス）が入力されると、送信機３７から超音波パルスが発信される。シグナル端子４１は、超音波パルスを発信した後にＨｉｇｈになり、物体に反射して戻ってきた超音波が受信された時点でＬｏｗになる。よって、この結果出力時間（すなわちシグナル端子４１がＨｉｇｈになっている時間）を計測することにより物体までの距離を測定することができる。なお、超音波センサ２１〜３６は、超音波発信中に自ら発信した超音波を拾ってしまう可能性があるため、超音波発信後はしばらく受信動作を停止する。この停止時間と発信準備にかかる時間とがホールドオフ時間になる（図７参照）。ここで、ホールドオフ時間は７５０μｓで固定である。
【００２９】
本実施形態では、１６個の超音波センサ２１〜３６のうち、超音波が互いに干渉しない十字状の位置に配置されている４つの超音波センサを一組として同時に駆動するとともに、設定された４つの組を順次切替えて駆動する構成とした。すなわち、超音波センサ２１，２３，２５，２７の組（以下「第1組」という。図２の実線参照）、超音波センサ２２，２４，２６，２８の組（以下「第２組」という。図２の破線参照）、超音波センサ２９，３１，３３，３５の組（以下「第３組」という。図３の実線参照）、及び、超音波センサ３０，３２，３４，３６の組（以下「第４組」という。図３の破線参照）を設定し、各組に含まれる４つの超音波センサを同時に駆動するとともに、所定時間（例えば２５ｍｓｅｃ）毎に駆動する組を順次切替える構成とした。よって、４回の切替え（例えば１００ｍｓｅｃ）ですべての超音波センサ２１〜３６の検出結果を取得することができる。
【００３０】
インターフェースボード４２は、プログラム等を記憶するＲＯＭ並びに演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ等を内蔵したワンチップのマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）、及び、該マイコンと超音波センサ２１〜３６とを接続する入出力インターフェース回路等を備えている。インターフェースボード４２は、上述した各組毎に超音波センサ２１〜３６を選択して駆動するとともに、超音波センサ２１〜３６の結果出力時間を計測して物体までの距離を算出し、その算出結果としての距離情報を電子制御装置６０に出力する機能を有している。すなわち、インターフェースボード４２は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。
【００３１】
ここで、インターフェースボード４２の構成を示すブロック図を図５に示す。インターフェースボード４２は、マイコン４３、ディップスイッチ４４、ＡＳＣＩＩ／バイナリ切替入力部４５、超音波センサ数設定入力部４６、センサ信号入出力切替部４７、第１トリガ出力部４８、第1センサ入力部４９、第２トリガ出力部５０、第２センサ入力部５１、及び、シリアル入出力コンバータ部５２等を有している。なお、図５では、理解を容易にするため、超音波センサ２１〜３６に対するトリガ入力と測距結果出力とを分けて描いているが、本実施形態の超音波センサ２１〜３６では、上述した１つのシグナル端子４１が両機能を兼ね備えている。よって、実際には該シグナル端子４１に接続されるバスの入出力状態を切替えることにより、１つのシグナル端子４１をトリガ入力端子及び測距結果出力端子として利用する構成となっている。続いて、インターフェースボード４２の各構成要素について説明する。
【００３２】
ＡＳＣＩＩ／バイナリ切替入力部４５は、ディップスイッチ４４の所定の１ｂｉｔの状態に基づいて、電子制御装置６０に送る測距データの形式をＡＳＣＩＩ又はバイナリに設定する。例えば、ディップスイッチ４４の所定の１ｂｉｔの状態が「０」のときにバイナリ、「１」のときにＡＳＣＩＩに設定される。なお、本実施形態では「０：バイナリ」に設定した。
【００３３】
超音波センサ数設定入力部４６は、ディップスイッチ４４の所定の３ｂｉｔの状態に基づいて、インターフェースボード４２に接続されている超音波センサの数を設定する。例えば、ディップスイッチ４４の所定の３ｂｉｔの状態が、「０００」のときに８個、「００１」のときに１６個、「０１０」のときに２４個、「０１１」のときに３２個、「１００」のときに４０個、「１０１」のときに４８個、「１１０」のときに５６個、「１１１」のときに６４個に設定される。なお、本実施形態では、「００１：１６個」に設定した。
【００３４】
センサ信号入出力切替部４７は、マイコン４３からの制御信号（トリガ出力コントロール信号（３ｂｉｔ）、測距結果入力コントロール信号（３ｂｉｔ））に基づいて、第１トリガ出力部４８、第１センサ入力部４９、第２トリガ出力部５０、又は第２センサ入力部５１をアクティブにする。なお、本実施形態では、マイコン４３を利用しているが、自律移動装置１の電子制御装置６０からの出力信号を受けてこれらの入出力部４８〜５１がアクティブにされても良い。また、Ｉ／Ｏインターフェイスの操作あるいは通信回線を介して入力された信号を受けてこれらの入出力部４８〜５１がアクティブにされても良い。
【００３５】
第１トリガ出力部４８は、センサ信号入出力切替部４７によりアクティブにされているときに、マイコン４３からの制御信号（トリガ１信号（１ｂｉｔ）、トリガ２信号（１ｂｉｔ））に基づいて、上段に配置されている第１組（超音波センサ２１，２３，２５，２７）又は下段に配置されている第２組（超音波センサ２２，２４，２６，２８）に含まれる４つの超音波センサに対してトリガ信号を出力する。
【００３６】
第１センサ入力部４９は、センサ信号入出力切替部４７によりアクティブにされているときに、第１組（超音波センサ２１，２３，２５，２７）又は第２組（超音波センサ２２，２４，２６，２８）を構成する各超音波センサからの検出信号を測距データバスを介してマイコン４３の測距入力ポートに出力する。なお、本実施形態では、第１組の超音波センサ２１，２３，２５，２７と第２組（超音波センサ２２，２４，２６，２８）とは同時に駆動されないため、第１組の超音波センサ２１，２３，２５，２７と第２組（超音波センサ２２，２４，２６，２８）とを２つずつ組合せ、双方の検出信号のＯＲ（論理和）をとった結果をマイコン４３の測距入力ポートに出力する構成とした。
【００３７】
第２トリガ出力部５０は、センサ信号入出力切替部４７によりアクティブにされているときに、マイコン４３からの制御信号（トリガ１信号（１ｂｉｔ）、トリガ２信号（１ｂｉｔ））に基づいて、上段に配置されている第３組（超音波センサ２９，３１，３３，３５）又は下段に配置されている第４組（超音波センサ３０，３２，３４，３６）に含まれる４つの超音波センサに対してトリガ信号を出力する。
【００３８】
第２センサ入力部５１は、センサ信号入出力切替部４７によりアクティブにされているときに、第３組（超音波センサ２９，３１，３３，３５）又は第４組（超音波センサ３０，３２，３４，３６）を構成する各超音波センサからの検出信号を測距データバスを介してマイコン４３の測距入力ポートに出力する。なお、本実施形態では、第３組（超音波センサ２９，３１，３３，３５）と第４組の超音波センサ３０，３２，３４，３６とは同時に駆動されないため、第３組（超音波センサ２９，３１，３３，３５）と第４組の超音波センサ３０，３２，３４，３６とを２つずつ組合せ、双方の検出信号のＯＲ（論理和）をとった結果をマイコン４３の測距入力ポートに出力する構成とした。
【００３９】
マイコン４３では、超音波センサ２１〜３６の検出信号のパルス幅（時間）が取得される。より具体的には、マイコン４３では、４つのタイマーが駆動されるとともに、４つの測距入力ポートそれぞれのレベル（すなわち超音波センサ２１〜３６の検出信号）がＨｉｇｈからＬｏｗに落ちたときに割り込みがかかり、そのときのタイマー値が保持されるように設定されている。そして、マイコン４３では、保持されたタイマー値から検出信号パルスがＨｉｇｈの時間（すなわち、超音波を発信してから反射波を受信するまでの時間）が取得されるとともに、取得された時間から物体との距離が算出される。なお、マイコン４３で算出された距離情報は、シリアル入出力コンバータ部５２を介し、シリアル通信を用いて電子制御装置６０に送信される。
【００４０】
次に、図８を参照しつつインターフェースボード４２の動作について説明する。ここで、図８は、４組（１６個）の超音波センサ２１〜３６の駆動タイミング及び測距結果取得タイミングを示すタイミングチャートである。上述したように、本実施形態では、第１組、第２組、第３組、及び第４組に含まれる４つの超音波センサが同時に駆動されるとともに、１フレーム（２５ｍｓｅｃ）毎に駆動される組が順次切替えられる。よって、４フレーム（１サイクル、１００ｍｓｅｃ）で１６個すべての超音波センサ２１〜３６の検出結果が取得される。以下、より詳細に説明する。
【００４１】
第１フレーム（時刻ｔ１〜ｔ３）では、第１組を構成する超音波センサ２１，２３，２５，２７の検出結果（タイマー値）に基づいて、各超音波センサ２１，２３，２５，２７毎に物体との距離がマイコン４３によって演算される。そして、各距離データの演算が完了した後に、取得された距離データが電子制御装置６０に送信される。なお、反射波が戻ってこなかった場合には、超音波センサ２１，２３，２５，２７の検出可能距離内に物体が存在しないと判断され、距離データに最大値がセットされる。
【００４２】
一方、第１フレームの時刻ｔ１〜ｔ２では、第３組（超音波センサ２９，３１，３３，３５）に対するトリガ出力がセンサ信号入出力切替部４７によってイネーブル（ローアクティブ）にされ、第３組を構成する超音波センサ２９，３１，３３，３５に対してトリガ信号が出力される。また、トリガ信号が出力された後（すなわち超音波が発信された後）、第１フレームの時刻ｔ２〜ｔ３では、センサ入力がセンサ信号入出力切替部４７によってイネーブル（ローアクティブ）にされ、超音波センサ２９，３１，３３，３５からの検出信号がマイコン４３に入力され、超音波を発信してから反射波を受信するまでの時間（タイマー値）が取得される。
【００４３】
第２フレーム（時刻ｔ３〜ｔ５）では、第１フレームで取得された第３組を構成する超音波センサ２９，３１，３３，３５の検出結果（タイマー値）に基づいて、各超音波センサ２９，３１，３３，３５毎に物体との距離がマイコン４３によって演算される。そして、各距離データの演算が完了した後に、取得された距離データが電子制御装置６０に送信される。一方、第２フレームの時刻ｔ３〜ｔ４では、第２組（超音波センサ２２，２４，２６，２８）に対するトリガ出力がセンサ信号入出力切替部４７によってイネーブル（ローアクティブ）にされ、第２組を構成する超音波センサ２２，２４，２６，２８に対してトリガ信号が出力される。また、トリガ信号が出力された後（すなわち超音波が発信された後）、第２フレームの時刻ｔ４〜ｔ５では、センサ入力がセンサ信号入出力切替部４７によってイネーブル（ローアクティブ）にされ、超音波センサ２２，２４，２６，２８からの検出信号がマイコン４３に入力され、超音波を発信してから反射波を受信するまでの時間（タイマー値）が取得される。
【００４４】
第３フレーム（時刻ｔ５〜ｔ７）では、第２フレームで取得された第２組を構成する超音波センサ２２，２４，２６，２８の検出結果（タイマー値）に基づいて、各超音波センサ２２，２４，２６，２８毎に物体との距離がマイコン４３によって演算される。そして、各距離データの演算が完了した後に、取得された距離データが電子制御装置６０に送信される。一方、第３フレームの時刻ｔ５〜ｔ６では、第４組（超音波センサ３０，３２，３４，３６）に対するトリガ出力がセンサ信号入出力切替部４７によってイネーブル（ローアクティブ）にされ、第４組を構成する超音波センサ３０，３２，３４，３６に対してトリガ信号が出力される。また、トリガ信号が出力された後（すなわち超音波が発信された後）、第３フレームの時刻ｔ６〜ｔ７では、センサ入力がセンサ信号入出力切替部４７によってイネーブル（ローアクティブ）にされ、超音波センサ３０，３２，３４，３６からの検出信号がマイコン４３に入力され、超音波を発信してから反射波を受信するまでの時間（タイマー値）が取得される。
【００４５】
第４フレーム（時刻ｔ７〜ｔ９）では、第３フレームで取得された第４組を構成する超音波センサ３０，３２，３４，３６の検出結果（タイマー値）に基づいて、各超音波センサ３０，３２，３４，３６毎に物体との距離がマイコン４３によって演算される。そして、各距離データの演算が完了した後に、取得された距離データが電子制御装置６０に送信される。一方、第４フレームの時刻ｔ７〜ｔ８では、第１組（超音波センサ２１，２３，２５，２７）に対するトリガ出力がセンサ信号入出力切替部４７によってイネーブル（ローアクティブ）にされ、第１組を構成する超音波センサ２１，２３，２５，２７に対してトリガ信号が出力される。また、トリガ信号が出力された後（すなわち超音波が発信された後）、第４フレームの時刻ｔ８〜ｔ９では、センサ入力がセンサ信号入出力切替部４７によってイネーブル（ローアクティブ）にされ、超音波センサ２１，２３，２５，２７からの検出信号がマイコン４３に入力され、超音波を発信してから反射波を受信するまでの時間（タイマー値）が取得される。以後、上述した第１フレーム〜第４フレーム（１サイクル）が繰り返して実行され、自機の周囲の物体が検出される。
【００４６】
図１に戻り説明を続ける。電子制御装置６０は、自律移動装置１の運動を総合的に司るものである。電子制御装置６０は、演算を行うＣＰＵ、該ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置６０は、電動モータ１２を駆動するドライバ回路等を備えている。
【００４７】
電子制御装置６０は、計画された経路に沿って目標位置まで自律移動装置１が自律して移動するように各電動モータ１２を制御する。また、電子制御装置６０は、自律移動を行う際に、インターフェースボード４２を介して超音波センサ２１〜３６の検出結果を受信し、その検出結果等に応じて、例えば回避又は停止等の動作をとるように各電動モータ１２を制御する。そのため、電子制御装置６０は、図６に示されるように、マップ記憶部６１、目標位置記憶部６２、自機情報取得部６３、障害物情報取得部６４、及び予測スパン記憶部６５を備える。また、電子制御装置６０は、仮想引力計算部６６、仮想斥力計算部６７、ベクトル合成部６８、及び走行指令送信部６９を備えている。これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアとの組合わせにより構築されている。
【００４８】
マップ記憶部６１は、自律移動装置１の行動範囲における静的障害物を示すグローバルマップを記憶可能に構成されている。ここで静的障害物とは、消えたり位置が変化したりすることのない障害物をいい、具体的には壁、柱等の静的構造物及び重量物等である。目標位置記憶部６２は、自律移動装置１を移動させるべき目標位置の情報を記憶可能に構成されている。この目標位置は、ユーザが自律移動装置１を操作することにより指定され、グローバルマップにおける座標の形で記憶される。自機情報取得部６３は、自機の位置及び速度を計算して取得する。この自機情報は、レーザレンジファインダ２０から得られた周囲の障害物の情報とグローバルマップとを照合した結果と、オムニホイール１３を駆動する各電動モータ１２の駆動軸１２Ａの回転角度情報とを総合的に考慮して決定される。
【００４９】
障害物情報取得部６４は、レーザレンジファインダ２０から得られた周囲の物体との距離情報・角度情報からグローバルマップ上にない障害物を検出し、その位置及び速度を取得する。また、障害物情報取得部６４は、インターフェースボード４２を介して受信された各超音波センサ２１〜３６の距離情報から障害物の位置を取得する。
【００５０】
予測スパン記憶部６５は、予め定められた複数の予測スパンの値を記憶している。この予測スパンは、自機の周囲環境の変化の何秒先を見据えて行動を決定するかを示す指標である。仮想引力計算部６６は、自機情報取得部６３で得られた自機の位置に基づいて、目標位置へ向かうための仮想引力を計算する。一方、仮想斥力計算部６７は、自機情報取得部６３で得られた自機の位置・速度、障害物情報取得部６４で得られた障害物の位置・速度、及び、予測スパン記憶部６５に設定されている予測スパンに基づいて、障害物を回避するための仮想斥力を計算する。ベクトル合成部６８は、仮想引力計算部６６で得られた仮想引力と、仮想斥力計算部６７で得られた仮想斥力とをベクトル合成することにより、仮想力ベクトルを計算する。そして、走行指令送信部６９は、ベクトル合成部６８で得られた仮想力ベクトルに基づいて走行指令を生成し、各電動モータ１２に対し送信することにより、自律移動装置１を走行させる。以上の構成により、自律移動装置１は、周囲の物体を検出して回避動作をとりつつ、設定された目標地点まで自律して移動する。
【００５１】
本実施形態によれば、十字状の位置に配置されている４つの超音波センサが同時に駆動されるため、各超音波センサ２１〜３６が１つずつ順番に駆動される場合と比較して、スキャン時間を１／４に短縮することができる。また、本実施形態では水平方向の指向角が４０°の超音波センサ２１〜３６を使用しており、かつ、４つの超音波センサが同時に駆動される際に、同時に発信される超音波が９０°ずつずれているため、超音波の干渉（すなわち誤検出）を防止することができる。よって、本実施形態によれば、超音波の干渉による誤検出を防止しつつ、１６個の超音波センサ２１〜３６のスキャン時間（すなわち、すべての超音波センサ２１〜３６の検出結果を取得するために要する時間）を短縮することが可能となる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、１６個の超音波センサ２１〜３６が、上下２段に分けられて、本体１０の外周面に周方向に沿って等間隔に配置されているため、自律移動装置１の周辺に存在する物体を全方位（３６０°）にわたって検出することが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、同時に駆動される４つの超音波センサで構成される組（第１組〜第４組）が順次切替えられるため、全方位をより短い時間でスキャンすることが可能となる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、１６個の超音波センサ２１〜３６を用いたが、超音波センサの数は１６個には限られない。また、上記実施形態では、超音波センサ２１〜３６を、上下２段に分けて、本体１０の外周面に周方向に沿って等間隔に配置したが、超音波センサ２１〜３６の配置は上記実施形態には限られない。
【００５５】
上記実施形態では、１６個の超音波センサ２１〜３６のうち、十字状の位置に配置されている４つの超音波センサを一組として同時に駆動したが、超音波センサの組合せは、上記実施形態には限られない。すなわち、組み合わされる超音波センサは、同時に超音波を発信したとしても超音波同士が干渉しない位置関係にあればよく、例えば、対角線上の位置に配置されている超音波センサを一組としてもよく、また、Ｌ字状の位置に配置されている超音波センサを一組としてもよい。さらに、４つ以上の超音波センサを同時に駆動する構成にしてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、第１組、第３組、第２組、第４組の順序で超音波センサを駆動したが、駆動順序は上記実施形態に限られない。例えば、第１組、第２組、第３組、第４組の順序で超音波センサを駆動してもよい。
【００５７】
上記実施形態では、トリガ信号の入力と検出結果の出力とを１つのシグナル端子４１で行うタイプの超音波センサ２１〜３６を用いたが、トリガ信号の入力と検出結果の出力とを別々の端子（２つの端子）で行うタイプの超音波センサを用いてもよい。
【００５８】
上記実施形態では、周囲の物体を検出する物体検出手段として超音波センサを用いたが、超音波センサに代えて、例えば赤外線レーダ等を用いてもよい。また、演算用電子デバイスは、マイコンに限られず、Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＰＬＤ）、Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）またはＤｉｇｉｔａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ／Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＤＡＰ／ＤＮＡ）であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態に係る自律移動装置の全体構成を示す図である。
【図２】超音波センサの配置（上段）を示す平面図である。
【図３】超音波センサの配置（下段）を示す平面図である。
【図４】超音波センサの正面図である。
【図５】超音波センサのインターフェースボードの構成を示すブロック図である。
【図６】電子制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】超音波センサの動作を説明するための図である。
【図８】４組（１６個）の超音波センサの駆動タイミング及び測距結果取得タイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１  自律移動装置
１０  本体
１２  電動モータ
１３  オムニホイール
２０  レーザレンジファインダ
２１〜３６  超音波センサ
４２  インターフェースボード
６０  電子制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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