(57)【要約】【課題】  自律移動型ロボットのような移動体に取り付けた距離検出手段（距離センサ）の校正作業を簡単に行え、かつ、校正結果が正確な、移動体における距離検出手段の校正方法を提供することが課題である。【解決手段】  複数の駆動輪を備えて走行し、発光部から走行領域の走行面に投光した照射光の反射光を受光する受光部を有して走行領域における走行面までの距離を検知する距離検出手段を備えた移動体における距離検出手段の校正方法であって、前記距離検出手段は、前記移動体の走行領域における前記距離検出手段の検知可能領域における最遠部の走行面に立設したターゲット面を用いて校正するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動輪を備えて走行し、発光部から走行領域の走行面に投光した照射光の反射光を受光する受光部を有して走行領域における走行面までの距離を検知する距離検出手段を備えた移動体における距離検出手段の校正方法であって、
前記距離検出手段は、前記移動体の走行領域における前記距離検出手段の検知可能領域の最遠部に校正点を持たせて校正することを特徴とする移動体における距離検出手段の校正方法。
【請求項２】
複数の駆動輪を備えて走行し、発光部から走行領域の走行面に投光した照射光の反射光を受光する受光部を有して走行領域における走行面までの距離を検知する距離検出手段を備えた移動体における距離検出手段の校正方法であって、
前記距離検出手段は、前記移動体の走行領域における前記距離検出手段の検知可能領域における最遠部の走行面に立設したターゲット面を用いて校正することを特徴とする移動体における距離検出手段の校正方法。
【請求項３】
前記校正は、前記校正点からの反射光を受光した前記受光部の出力電圧と、予め求めた電圧との差を求めておこなうことを特徴とする請求項１または２に記載した移動体における距離検出手段の校正方法。
【請求項４】
複数の駆動輪を備えて走行し、複数の発光部から走行領域の走行面に投光した照射光の反射光を前記複数の発光部のそれぞれに対応して設けられた受光部で受光し、走行領域における走行面までの距離を検知する距離検出手段を備えた移動体における距離検出手段の校正方法であって、
前記距離検出手段は、前記移動体の走行領域における前記距離検出手段の検知可能領域の最遠部に前記複数の発光部のそれぞれに対応して走行面に立設したターゲット面を用いて校正することを特徴とする移動体における距離検出手段の校正方法。
【請求項５】
前記校正は、前記校正点からの反射光を受光した前記複数の受光部のそれぞれにおける出力電圧と、予め定めた電圧との差を求めておこなうことを特徴とする請求項４に記載した移動体における距離検出手段の校正方法。
【請求項６】
前記距離検出手段の検知可能領域は、前記移動体の制動能力に依存して定められることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した移動体における距離検出手段の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に発光部と受光部とを有して設けられ、移動体前方の障害物などを検出する距離検出手段の校正方法に係わり、特に、自律移動型ロボット等の移動体における障害物を検知する距離検出手段などに適用して好適な、移動体における距離検出手段の校正方法に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
多関節アームロボットや搬送ロボット等の産業用ロボットは古くから知られ、工場等で多く用いられている。しかしながらこれら産業用ロボットは、その使用目的が溶接、塗装、運搬等といったように限定されており、アームロボット等のように１箇所に固定されたものや、搬送ロボットのように決められたルートを決められた順序で移動するものがほとんどであった。
【０００３】
ところが近年、自律移動型のロボットが発表されている。この自律移動型のロボットは、所定の空間内を自由に移動することができるよう構成され、人間の住環境下で人間と共存し、産業活動や生産活動等における単純作業や危険作業、難作業等の作業の手助けや代行を行うことを目的としている。このような作業としては、例えば原子力プラントや火力発電プラント等におけるメンテナンス作業、高層ビルにおける清掃作業、火災現場等の災害現場での救助活動等を挙げることができる。
【０００４】
また、自律移動型ロボットの活用範囲として、例えば１人暮らしの高齢者の家等に設置し、部屋の掃除や住人の体調管理、あるいは住人が家を留守にしたときの屋内安全確認等、人間の生活に密着して生活支援型としたロボットも発表されている。こういった生活支援型ロボットは、一般家庭にも適用可能なロボットとして位置付けられる。
【０００５】
こういったロボットにおいては、動作範囲に障害物があると作業に支障を来すから、常に周囲を監視し、障害物がないか、行動範囲に人が進入して危険を及ぼさないか等を監視する必要がある。
【０００６】
しかしながら、前記したアームロボットのような固定ロボットや、搬送ロボットのように決められたルートを決められた順路で移動するロボットなどにおける障害物に対する監視は、アームの移動範囲や決められたルート内だけで良く、例えば行動範囲全体を撮像して障害物が無いか判断すればよいが、自律移動型ロボットにおいては、まず、これから走行する先に本当に床や地面等の走行面があるかが問題となり、次いで走行領域に障害物が存在しないかを判断し、それによって走行先に障害物が有る場合や走行面がない場合は、迂回したり場合によっては障害物を乗り越えるなどの行動を取る必要がある。
【０００７】
そのため、自律移動型ロボットにおいては、走行面の存在や障害物を検知する技術が必要不可欠であり、自律移動型ロボットなどの移動体に赤外線などを用いた発光部と受光部とからなる距離検出手段を設け、こういった移動体の走行する先の床や地面などの確認や、障害物の確認を行うことが提案されている。
【０００８】
このような床や地面などの確認や障害物の確認を行う距離検出手段は、単一の方向のみでなく、移動体の走行領域全般にわたる情報を取得し、それによって移動体への制動や迂回路の探索が行えるようにすることが好ましい。
【０００９】
こういった技術に関しては、例えば特許文献１や特許文献２に、移動体の幅方向に複数配置した距離検出手段によって前方障害物から移動体までの距離を測定し、障害物を検知した距離検出手段の各幅方向の位置と検出距離に基づいて移動体が障害物を回避するための旋回方向と旋回半径を算出し、障害物を回避する方法が示されている。このとき移動体は、算出した旋回方向と旋回半径に基づいて障害物の回避軌道を移動するが、前記距離検出手段が障害物を検知しなくなっても移動体が障害物の横に到達するまで旋回動作を続行させる。
【００１０】
しかしながら、このように距離検出手段を移動体の幅方向に複数配置した場合、個々の距離検出手段における発光部の取り付け角度のバラツキや、受光部における受光光学系の取り付け誤差、発光部の発光強度のバラツキなどによって受光部を構成する受光素子の出力が図５に示したように、個々の距離検出手段毎にばらついてしまうということが生じる。この図５において、横軸は距離検出手段から測定点までの距離で単位はｍｍ、縦軸は受光部を構成する受光素子の出力電圧（Ｖ）であり、５１と５２のカーブは、ある一つの受光素子の距離に対する出力電圧の最大値（５１のカーブ）と、同じく受光素子の距離に対する出力電圧の最小値（５２のカーブ）で、他の受光素子出力電圧はハッチングをかけた範囲に入っていることを示している。
【００１１】
すなわちこの図５のグラフは、例え同じ条件で測定しても、個々の距離検出手段毎に出力電圧と距離の関係が異なることを示しており、そのため、個々の距離検出手段毎に出力電圧と距離の関係を明らかにし、それによって受光部からの出力電圧と距離の関係を算出する計算式を求める校正作業が必要となる。
【００１２】
しかしながら、こういった距離検出手段を用いる移動体が少ない場合はよいが、移動体を量産する場合など、多数の距離検出手段毎にこういった校正作業を行うことは大変な時間を要し、実用的ではない。
【００１３】
さらにこのような距離検出手段は、移動体の走行面からある高さを有して設けられ、走行面にある角度を持って照射光を投光するのが一般的であるため、走行面の形状や汚れなどによって反射光量にバラツキが生じ、正確な距離検出ができない場合が生じる。
【００１４】
こういった距離検出手段（距離センサ）の校正に関して特許文献３には、電車のパンタグラフの摩耗度合いを計測する距離センサの校正についてのものではあるが、電車の架線の上方に配置される吊架線に校正板を配置し、距離センサ群を備えた摩耗検出装置を枕木方向に移動可能にして前記校正板上で摩耗検出装置を移動させ、それぞれの距離センサで校正板までの距離を計測して各距離センサの校正板との計測距離データを比較し、距離データの変動誤差の校正を行うようにした装置が示されている。
【００１５】
【特許文献１】特許第２６０８５０９号公報
【特許文献２】特許第２６２７４７２号公報
【特許文献３】特開２００４−５６９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、この特許文献３に示された装置は、複数の距離検出手段（距離センサ）を用いてはいるが、パンタグラフの摩耗度合いを測定する前に予めわかっている距離を計測し、それによって計測誤差が生じた距離センサの出力を校正するもので、この校正作業は前記した自律移動型ロボットのような移動体に取り付けた距離検出手段（距離センサ）の校正作業とは異なり、移動体に取り付けた複数の距離センサにおける出力電圧のバラツキを校正した後で生じた誤差を修正するためのものであり、図５に示したような個々の距離検出手段における出力電圧のバラツキを校正する作業に適用できるものではない。
【００１７】
また、前記したように移動体に設けられる距離検出手段は、移動体の走行面からある高さを有した位置に、投光する照射光が走行面に対してある角度を有するように取り付けられるから、走行面の形状や汚れなどによって反射光量にバラツキが生じるが、この特許文献３に記載された装置では、こういったバラツキに対処することもできない。
【００１８】
そのため本発明においては、自律移動型ロボットのような移動体に取り付けた距離検出手段（距離センサ）の校正作業を簡単に行え、かつ、校正結果が正確な、移動体における距離検出手段の校正方法を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため本発明になる移動体における距離検出手段の校正方法は、
複数の駆動輪を備えて走行し、発光部から走行領域の走行面に投光した照射光の反射光を受光する受光部を有して走行領域における走行面までの距離を検知する距離検出手段を備えた移動体における距離検出手段の校正方法であって、
前記距離検出手段は、前記移動体の走行領域における前記距離検出手段の検知可能領域の最遠部に校正点を持たせて校正することを特徴とする。
また、上記課題を解決するため本発明になる移動体における距離検出手段の校正方法は、
複数の駆動輪を備えて走行し、発光部から走行領域の走行面に投光した照射光の反射光を受光する受光部を有して走行領域における走行面までの距離を検知する距離検出手段を備えた移動体における距離検出手段の校正方法であって、
前記距離検出手段は、前記移動体の走行領域における前記距離検出手段の検知可能領域における最遠部の走行面に立設したターゲット面を用いて校正することを特徴とする。
【００２０】
赤外線などを走行面に投光して反射光を受光部で検出し、その出力電圧により距離を検出するようにした距離検出手段では、走行面からの反射光は発光部からの距離の２乗に半比例して少なくなるから、遠方になるほど受光部の出力が急激に小さくなって距離の増加に対して電圧変化が少なくなる。そのため、例えば予め複数の距離検出手段によって計測した前記図５に示したような複数の距離−電圧特性により計算式を作成し、特定距離における距離検出手段受光部出力を予め定めた特定電圧とすることにより校正を行うようにした場合、距離検出手段と校正点の距離が短いと電圧差が大きいから近距離の誤差は少なくなるが、遠距離においては少しの電圧変動で距離が大きく変化してしまう。しかしこのように、移動体の走行領域における距離検出手段の検知可能領域の最遠部に校正点を持たせると、その近辺の距離が正確に算出でき、正確な校正が行える移動体における距離検出手段の校正方法を提供することができる。
【００２１】
また校正点を、距離検出手段の検知可能領域における最遠部の走行面に立設したターゲット面とすることで、走行面を校正点とした場合は前記したように走行面の形状や汚れなどによって反射光量にバラツキが生じるが、こういった問題も解消できる。
【００２２】
そして前記校正は、前記校正点からの反射光を受光した前記受光部の出力電圧と、予め求めた電圧との差を求めておこなうことが本発明の好適な実施形態である。
【００２３】
さらに、上記課題を解決するため本発明になる移動体における距離検出手段の校正方法は、
複数の駆動輪を備えて走行し、複数の発光部から走行領域の走行面に投光した照射光の反射光を前記複数の発光部のそれぞれに対応して設けられた受光部で受光し、走行領域における走行面までの距離を検知する距離検出手段を備えた移動体における距離検出手段の校正方法であって、
前記距離検出手段は、前記移動体の走行領域における前記距離検出手段の検知可能領域の最遠部に前記複数の発光部のそれぞれに対応して立設したターゲット面を用いて校正することを特徴とする。
【００２４】
そして前記校正は、前記校正点からの反射光を受光した前記複数の受光部のそれぞれにおける出力電圧と、予め定めた電圧との差を求めておこなうことにより、前記した本発明の効果に加え、複数の距離検出手段のそれぞれにおける校正点の出力電圧と予め定めた電圧との差を取るという簡単な方法で行うことができ、非常に簡単に大量の距離検出手段の校正を行うことができる、移動体における距離検出手段の校正方法を提供することができる。
【００２５】
さらに、前記距離検出手段の検知可能領域は、前記移動体の制動能力に依存して定めることにより、移動体が障害物を検出したとき、それに衝突することなく回避動作を行うことができる移動体における距離検出手段の校正方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上記載のごとく本発明によれば、非常に簡単に、自律移動型ロボットのような移動体に取り付けた距離検出手段（距離センサ）の校正作業を行うことができ、かつ、校正結果も正確な移動体における距離検出手段の校正方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２８】
図１は本発明になる移動体における距離検出手段の校正方法を実施する構成を示した側面図（Ａ）と上面図（Ｂ）、図２は距離検出手段における発光部の移動体上の位置と走行面へ投光する照射光の角度との関係を示した図（Ａ）と各照射光の照射範囲を示した図（Ｂ）、図３は本発明の移動体における距離検出手段の校正方法のフロー図、図４は本発明の校正方法により校正した距離検出手段の受光部出力を示したグラフである。図中同一構成要素には同一番号を付してある。また、以下の説明では本発明における移動体を、自律移動型ロボットとした場合を例に説明するが、本発明はこういったロボットだけでなく、自律移動する種々の移動体に応用できることは明かである。
【００２９】
本発明になる移動体における距離検出手段の校正方法を実施する移動体１は、図１にその概略を示したように、略人型をして、走行面２を走行するための複数の駆動輪３と補助輪４とを有し、走行面２から所定高さに、例えば図１（Ｂ）に示したように１つのセンサから５本の光ビームを出力する発光部と、５つの反射光を別個に受光する受光部を備えた距離検出手段たるワイドアングルセンサ５（以下ＷＡＳと略称する）を５１、５２、５３のように複数設け、このＷＡＳ５１、５２、５３によって走行面２を照射して反射光を受光することで、走行面２の存在と障害物までの距離を検知できるようになっている。
【００３０】
そして本発明においては、この移動体１に設けられたＷＡＳ５１、５２、５３から所定距離を置いて走行面２に略直角（９０°）に立設したターゲット６に、このＷＡＳ５からの光ビームを照射して反射光を受光部で受光し、その出力電圧を予め定めた所定電圧と比較してその差電圧を校正電圧とし、それによって簡易的に校正が行えるようにしたもので、例えば校正のための基準出力電圧を１．２Ｖと定めた場合、ＷＡＳ５からそれよりも大きな電圧が出力された場合はこの１．２Ｖとの差を減算し、小さな電圧が出力された場合は差を加算して、その差を校正値とするものである。そして、複数のＷＡＳ５を用いた前記図５に示したような計測結果から共通の校正式を予め求めておき、測定して求めた校正電圧を受光部出力電圧に加算することによって、ほぼ正しい距離を算出できるようにした。
【００３１】
ここでＷＡＳ５からの照射光ビーム８は、走行面２を照射するため、図１（Ａ）のように走行面２方向にある角度を持って向かわせているが、走行面２からの影響を考慮して走行面２に対して所定高さとなる測定台７２とその測定台７２への登坂部７１、及び移動体１の停止板７３とを用意し、移動体１たる自律移動型ロボットが自力で測定台７１へ登り、停止板７３の位置で停止して測定を行えるようにしてある。
【００３２】
そして各ＷＡＳ５、５１、５２、５３からは、図１（Ｂ）に示したように、例えば５本ずつの照射光ビーム８１１、８１２、８１３、８１４、８１５、８２１、８２２、８２３、８２４、８２５、８３１、８３２、８３３、８３４、８３５、が出力され、それぞれのＷＡＳ５、５１、５２、５３に対応して設けられたターゲット６１、６２、６３を照射して測定を行う。
【００３３】
ＷＡＳ５と走行面２、及びターゲット６との関係は、図２（Ａ）に示したように、一例としてＷＡＳ５の走行面２からの設置高さＺｗ０を３４７．４５ｍｍ、ＷＡＳ５からの出射光と走行面２とのなす角度θｗを３０°とすると、ＷＡＳ５から出射した光が走行面２に達する地点までの水平距離Ｌｗ０は５８５．２６ｍｍ、ＷＡＳ５から走行面２までの直線距離Ｘｗ０は６８０．５５ｍｍとなり、ＷＡＳ５とターゲット６との距離Ｌｗ１を５１９．６ｍｍとすると、ＷＡＳ５とターゲット６の間の直線距離Ｘｗ１は６００ｍｍとなる。
【００３４】
また、ＷＡＳ５を出射した光の広がり角度θｂｗを片側５°で両側に１０°とすると、図２（Ｂ）に示したようにターゲット６上において各光の横方向広がりＢｗｗは１０５ｍｍ、縦方向広がりＢｗｈは１４８ｍｍとなる。また、測定台７２の高さＺ０は一例として１５０ｍｍとし、ターゲット６は高さＴｗＬを３００ｍｍ、幅Ｔｗｗを３６０ｍｍとして、５つの光ビームの照射範囲をＢｗ５とすると、光ビームが互いに重なっているためこのＢｗ５は約２００ｍｍとなり、それに光ビームの幅Ｂｗｗを加えると、３０５ｍｍの幅を照射することになる。また、ターゲットの表面形状は、白色のつや消しとし、凹凸も少ないものを使用する。
【００３５】
なお、ＷＡＳ５とターゲット６の間の直線距離Ｘｗ１を一例として６００ｍｍとしたのは、距離の増加に対する受光部の出力電圧変化の割合が少ない、ＷＡＳ５の検知可能領域の最遠部で校正を行ない、遠距離での誤差を少なくするためである。すなわち、ＷＡＳ５から発射された光は発光部からの距離の２乗に半比例して少なくなってゆき、遠方になるほど、受光部の出力電圧変化の割合が少なくなるが、近距離においては少しの距離変化で電圧が大きく変わり、校正を近距離で行うと、遠距離の部分の誤差が大きくなる。そのため、ＷＡＳ５の検知可能領域の最遠部である６００ｍｍ付近を校正点として選んだもので、これは、ロボットなどの移動体１の制動距離も勘案した値である。なお、この距離は、移動体１の制動距離とＷＡＳ５の能力に依存するもので、上記距離に限定されないことは自明である。
【００３６】
実際の校正作業は図３に示したフロー図に従って行う。すなわちまずステップＳ１で、図１に１１、１２として示したように、移動体１を登坂部７１から測定台７２へ移動させて停止板７３の位置で停止させる。そして次のステップＳ２で、光ビーム８１１、８１２、８１３、８１４、８１５、８２１、８２２、８２３、８２４、８２５、８３１、８３２、８３３、８３４、８３５をターゲット６に向けて照射させ、反射光を検出して、出力電圧を前記したように予め定めた基準電圧１．２Ｖ（一例である）と比較し、その差を校正電圧として取り込んで記憶する。
【００３７】
全ての校正電圧が取り込まれたら、次のステップＳ３でこの校正電圧をオフセット値として各ＷＡＳ５のそれぞれに反映させ、最後のステップＳ４で前記したように、複数のＷＡＳ５を用いた前記図５に示したような計測結果から予め求めた共通の校正式に当てはめ、ＷＡＳ５の出力電圧を距離に変換するわけである。
【００３８】
図４は、以上説明してきた本発明の校正方法により校正したＷＡＳ５の受光部出力を示したグラフで、前記図５と同様、横軸はＷＡＳ５から測定点までの距離で（単位ｍｍ）、縦軸は受光部を構成する受光素子の出力電圧（Ｖ）であり、４１と４２のカーブは、受光素子の距離に対する出力電圧の最大値（４１のカーブ）と、同じく距離に対する出力電圧の最小値（４２のカーブ）を示している。前記図５で示したグラフでは、ＷＡＳ５は、発光部の取り付け角度のバラツキや受光部における受光光学系の取り付け誤差などにより、受光部を構成する受光素子の出力が個々の発光部毎にばらついていたが、本発明による校正を行った後では、最も必要とする３００ｍｍから８００ｍｍ程度の領域で、ほぼ正確な値が得られており、非常に簡単に正確な値が得られる校正方法であることがわかる。
【００３９】
以上種々述べてきたように本発明によれば、移動体１の走行領域におけるＷＡＳ５の検知可能領域の最遠部にターゲット６を立設して校正を行うことにより、必要な領域の距離がほぼ正確に算出でき、正確な校正が行える移動体における距離検出手段の校正方法を提供することができる。
【００４０】
そして校正は、ターゲット６からの反射光を受光した受光部のそれぞれにおける出力電圧と、予め定めた電圧との差を求めておこなうことにより、複数のＷＡＳ５のそれぞれにおける校正点の出力電圧と予め定めた電圧との差を取るという簡単な方法で行うことができ、非常に簡単に大量の距離検出手段の校正を行うことができる、移動体における距離検出手段の校正方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、バラツキの大きい距離検出手段を多数用いても、容易に必要な校正値を得ることができるから距離検出手段を有する移動体を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明になる移動体における距離検出手段の校正方法を実施する構成を示した側面図（Ａ）と上面図（Ｂ）である。
【図２】距離検出手段における発光部の移動体上の位置と走行面へ投光する照射光の角度との関係を示した図（Ａ）と各照射光の照射範囲を示した図（Ｂ）である。
【図３】本発明の移動体における距離検出手段の校正方法のフロー図である。
【図４】本発明の校正方法により校正した距離検出手段の受光部出力を示したグラフである。
【図５】複数の距離検出手段を用い、それぞれの発光部で照射した移動体の走行面からの反射光を各発光部に対応して設けた受光部で受け、発光部から反射点までの距離と出力電圧の関係をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１  移動体
２  走行面
３  駆動輪
４  補助輪
５、５１、５２、５３  ワイドアングルセンサ（ＷＡＳ）
６  ターゲット
７１  登坂部
７２  測定台
７３  停止板
８  ＷＡＳの照射光ビーム
【図１】
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【図２】
2006231477.tif 000004
【図３】
2006231477.tif 000005
【図４】
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【図５】
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