(57)【要約】【課題】  対象物に送受信器等の装置を設置することなく、移動台車にも専用の送受信器を設置することなく、比較的離れた場所からでも安価、簡単な方法で対象物の同定が可能な移動台車の制御装置を提供する。【解決手段】  移動台車１に、外環境との方向および距離の情報を計測可能な方向距離検出センサ３を搭載する。対象物同定部４において、センサ３から得られた距離情報が近傍の方向に比べて所定の閾値以上変化する点の間の距離を算出し、該距離が予め指定された対象物６の外形に所定の誤差範囲内で一致する場合に、該点間を対象物６として同定する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動台車と、
前記移動台車に搭載されて該移動台車を駆動する駆動部と、
前記移動台車の周辺に存在する物体を検出するセンサ部と、
前記センサの検出情報をもとに目標とする対象物を同定する対象物同定部と、
前記対象物同定部の同定情報をもとに前記移動台車の進行方向を決定し、前記駆動部に対し制御指令を送信する指令送信部と、
を備えた移動台車の制御装置において、
前記センサ部は、外環境との方向および距離の情報を計測可能な方向距離検出センサで構成されており、
前記対象物同定部は、前記センサ部から得られた距離情報が近傍の方向に比べて所定の閾値以上変化する点の間の距離を算出し、前記距離が予め指定された対象物の外形に所定の誤差範囲内で一致する場合に、前記点間を対象物として同定することを特徴とする移動台車の制御装置。
【請求項２】
前記指令送信部は、前記対象物同定部から得られた前記対象物の端点を結ぶ線分を前記対象物の近接面とし、前記近接面に対し所定の位置・姿勢になるように前記移動台車の制御指令を送信することを特徴とする請求項１記載の移動台車の制御装置。
【請求項３】
前記センサ部は、その計測方向を連続的に変化させることで、外環境との方向および距離の情報を連続的に取得可能なもので構成されたことを特徴とする請求項１記載の移動台車の制御装置。
【請求項４】
前記センサ部は、その計測方向が固定であって、前記指令送信部の指令により駆動部が移動台車を旋回させることで外環境との方向および距離の情報を連続的に取得することを特徴とする請求項１記載の移動台車の制御装置。
【請求項５】
前記対象物同定部は、前記センサ部から取得した距離情報が所定の閾値以上負方向に変化した点を凸開始点とし、その次に所定の閾値以上正方向に変化した点の一つ前の点を凸終了点とすることを特徴とする請求項１記載の移動台車の制御装置。
【請求項６】
前記対象物同定部は、前記センサ部から取得した距離情報が所定の閾値以上正方向に変化した点の一つ前の点を凹開始点とし、その次に所定の閾値以上負方向に変化した点を凹終了点とすることを特徴とする請求項１記載の移動台車の制御装置。
【請求項７】
前記センサ部は、対象物に設置された記憶媒体に記憶された識別情報を、非接触で読み取り可能な対象物識別装置を含むことを特徴とする請求項１、３または４に記載の移動台車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場や医療福祉施設、家庭等において、ロードポートや作業台、机等に寄り付いて所定の作業を行う移動台車の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場や医療福祉施設、家庭等において、車輪等の移動台車により自律走行し、ロボットアームにより所定の作業を行う、移動ロボットを用いたシステムが提供されている。
このようなシステムにおいて、ロボットアームによる作業を可能にするためには、まず移動台車をロードポートや作業台、机といった作業対象物に正確に接近させる必要がある。特に、床面にガイド等を敷設しない無軌道式の移動台車の場合、作業対象物を他の物体から識別すると共に、その位置を正確に計測する機能、すなわち対象物同定機能が求められる。
上記の移動台車の対象物同定方法として、対象物と移動台車の双方に超音波送受信機を設置し、各送受信機間の距離を計測することにより対象物を同定する方法が、例えば、以下に示す特許文献１において提案されている。
【０００３】
図５は従来技術を示す特許文献１における移動ロボットシステムを上面から見た全体構成図である。
図において、１は移動台車、２は移動台車１に搭載されて該移動台車を駆動するための駆動部、１０１および１０２は前記移動台車１の周辺に存在する物体を検出する超音波送受信器である。また、４は超音波送受信器１０１および１０２の検出情報をもとに目標とする対象物を同定する対象物同定部、５は対象物同定部４の同定情報をもとに移動台車１の進行方向を決定し、駆動部２に対し制御指令を送信する指令送信部５である。さらに、１０３および１０４は接近すべき対象物６の端点に設置された超音波送受信器である。この超音波送受信器１０３および１０４は図示しない電源から動力源の供給を受け、また図示しない信号発生装置に接続されて超音波の送信／受信を制御される。
【０００４】
以下、従来技術における対象物を同定する方法について説明する。
移動台車１上の超音波送受信器１０１が時刻ｔ0に超音波を送信すると、対象物上の超音波送受信器１０３、１０４においては距離Ｒｌ、Ｒｒに応じて時間差を生じた時刻ｔ1、ｔ2に該超音波が受信される。超音波送受信器１０３、１０４が受信後Δｔ時間後に超音波を返信すると、超音波送受信器１０１はさらに時間差を生じた時刻ｔ3、ｔ4に該超音波を受信する。ここで、超音波送受信器１０１が超音波を送信してから受信するまでの時間と、空間中の超音波の伝播速度ｖを用いると、距離Ｒｌ、Ｒｒは
Ｒｌ＝｛（ｔ3−ｔ0）−Δｔ｝×ｖ／２
Ｒｒ＝｛（ｔ4−ｔ0）−Δｔ｝×ｖ／２
で求められる。また、超音波送受信器１０２においても同様に距離ＬｌおよびＬｒが求まり、上記Ｒｌ、Ｒｒ、Ｌｌ、Ｌｒから対象物６に対する移動台車１の位置姿勢を算出することができる。
【０００５】
以上のように、特許文献１に示す従来の移動台車では、対象物の両端に送信機を設置し、移動台車には受信機を設置して送受信機間の距離を計測することで対象物を同定することができる。
【特許文献１】特許第３０１８８３７号（第６頁、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術では移動台車および対象物に専用の送受信器を設置する必要があり、多大なコストを要するという問題点がある。特に家庭や施設内で動作する移動ロボットの場合、机や冷蔵庫といった対象物全てに送受信器を設置することは、コストの問題、電源確保の問題、メンテナンスの問題上から事実上不可能である。
一方で近年、電源を外部から非接触で供給できるＩＤタグが提案されており、これが普及して対象物全てに埋め込まれれば、対象物の識別には有効であると考えられる。しかし、現状では認識可能な距離が短いこと、また対象物の位置を正確に測定できないという問題点がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、対象物に送受信器等の装置を設置することなく、また移動台車にも専用の送受信器を設置することなく、比較的離れた場所からでも安価かつ簡単な方法で対象物の同定が可能な、移動台車の制御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】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
【０００９】
請求項１の発明は、移動台車と、前記移動台車に搭載されて前記移動台車を駆動する駆動部と、前記移動台車の周辺に存在する物体を検出するセンサ部と、前記センサの検出情報をもとに目標とする対象物を同定する対象物同定部と、前記対象物同定部の同定情報をもとに前記移動台車の進行方向を決定し、前記駆動部に対し制御指令を送信する指令送信部とを備えた移動台車の制御装置において、前記センサ部は、外環境との方向および距離の情報を計測可能な方向距離検出センサで構成されており、前記対象物同定部は、前記センサ部から得られた距離情報が近傍の方向に比べて所定の閾値以上変化する点の間の距離を算出し、前記距離が予め指定された対象物の外形に所定の誤差範囲内で一致する場合に、前記点間を対象物て同定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の移動台車の制御装置において、前記指令送信部は、前記対象物同定部から得られた前記対象物の端点を結ぶ線分を前記対象物の近接面とし、前記近接面に対し所定の位置・姿勢になるように前記移動台車の制御指令を送信することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１記載の移動台車の制御装置において、前記センサ部は、その計測方向を連続的に変化させることで、外環境との方向および距離の情報を連続的に取得可能なもので構成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１記載の移動台車の制御装置において、その計測方向が固定であって、前記指令送信部の指令により駆動部が移動台車を旋回させることで外環境との方向および距離の情報を連続的に取得することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項１記載の移動台車の制御装置において、前記対象物同定部は、前記センサ部から取得した距離情報が所定の閾値以上負方向に変化した点を凸開始点とし、その次に所定の閾値以上正方向に変化した点の一つ前の点を凸終了点とすることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項１記載の移動台車の制御装置において、前記対象物同定部は、前記センサ部から取得した距離情報が所定の閾値以上正方向に変化した点の一つ前の点を凹開始点とし、その次に所定の閾値以上負方向に変化した点を凹終了点とすることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項１、３または４に記載の移動台車の制御装置において、前記センサ部は、対象物に設置された記憶媒体に記憶された識別情報を、非接触で読み取り可能な対象物識別装置を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によると、対象物に送受信器等の装置は不要であり、また移動台車においても、通常障害物検出に用いているセンサを接近時のみ流用するので、専用の送受信器は不要である。さらにレーザセンサを用いることで、比較的離れた場所からでも高精度に対象物を検出することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によると、対象物に対し任意の位置姿勢に寄り付くことができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によると、計測時に移動体を旋回させる必要がないため、短時間で対象物を検出することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によると、一方向のみ計測可能な距離センサで構成できるので、コストを低減することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によると、机やロードポートなど、凸形状の対象物を検出することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によると、開いたドアやエレベータなど、凹形状の対象物を検出することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明によると、対象物の一意の認識と正確な位置検出を両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の第１実施例を示す移動ロボットを上面から見た全体構成図である。なお、図１は図５に示した従来技術に対して一部を除いて同様の構成を有すると共に、同符号が相当部分を示している。
図において、１は移動台車、２は駆動部、３は前記移動台車１の周辺に存在する物体を検出するセンサ部、４はセンサ部３の検出情報をもとに目標とする対象物６を同定する対象物同定部、５は対象物同定部４の同定情報をもとに前記移動台車１の進行方向を決定し、前記駆動部２に対し制御指令を送信する指令送信部である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、センサ部３に外環境との方向および距離の情報を計測可能な方向距離検出センサを用いた点である。該方向距離検出センサには、例えば代表的なものとして通常障害物検出などに用いられるレーザ式エリアセンサが採用されると共に、該センサは、所定角度範囲のエリアを例えば反時計周りに一定の刻み角毎に方向を変えながらスキャンし、所定の方向と、その方向に存在する最も近い物体までの距離との組からなるデータを連続して出力することができる。なお、方向距離検出センサの出力データを図１上にプロットすると、図中の黒点のようになる。ここで、対象物６がロードポートや机など、他の外環境（例えば壁）から奥行き方向に突出した形状を有している場合、前記距離情報は図１に示す如く、対象物６の端点１１および１２付近で大きく変化する。従ってこれを検出することで対象物６の端点と認識することができる。
また、別の特徴としては、対象物同定部４が、センサ部３から得られた距離情報が近傍の方向に比べて所定の閾値以上変化する点の間の距離を算出し、該距離が予め指定された対象物６の外形に所定の誤差範囲内で一致する場合に、該点間を対象物として同定する機能を有している点である。
【００２５】
次に動作を説明する。
図１において、移動台車１に設けられたセンサ部３が、対象物６に対して所定角度範囲のエリアを反時計周りに一定の刻み角毎に方向を変えながらスキャンすると、所定の方向と、その方向に存在する最も近い物体までの距離との組からなるデータを連続して出力する。続いて、対象物同定部４においては、該センサを用いて対象物６に対する方向と距離情報の組を反時計回りの方向順に検査することで得られたセンサ情報から、直前の方向と比べて距離情報が所定の閾値以上負方向に変化した（小さくなった）場合には、該負方向をもって凸開始点と判断し、さらに検査を継続して、距離情報が所定の閾値以上正方向に変化した（大きくなった）方向の一つ前の方向をもって凸終了点と判断する。対象物同定部４が対象物６の凸開始点および凸終了点を検出完了すると、両点間の距離を算出し、予め指定された対象物６の外形に所定の誤差範囲内で一致する場合に、この点間を対象物６として同定する。一方で距離が所定の誤差範囲を超える場合には、対象物６とはみなさず無視する。
【００２６】
図２は、本実施例における対象物への接近方法を示した上面図である。なお、図１と同一部分に関しては一部記載を省略している。
対象物同定部４が図１に示した方法で対象物６の端点を認識すると、指令送信部５は、対象物６の端点１１および端点１２を結ぶ線分を、対象物６が移動台車１に対して最も近い面、すなわち近接面とする。続いて該近接面に対して所定の位置・姿勢になるように移動台車１の目標点を決定する。例えば、移動台車１を対象物６に対して並行に所定距離Ｌを置いて接近したい場合には、端点１１および端点１２を結ぶ垂直二等分線上、すなわち対象物６の中心線Ｃ−Ｃ上に対象物６から距離Ｌ離れた点を目標点とする。
【００２７】
第１実施例は上記構成にしたので、従来、対象物６に設けていた送受信器等の装置を不要にすることができると共に、また移動台車１においても、通常障害物検出に用いているセンサを接近時のみ流用するので、専用の送受信器を不要にすることができる。
さらにセンサ３にレーザセンサを用いることで、比較的離れた場所からでも高精度に対象物を検出することができる。それから、対象物６の端点を近接面として移動台車１を制御することで、移動台車１を、対象物６の近接面に対して任意の位置姿勢でもって寄り付きを行わせることができる。
【実施例２】
【００２８】
図３は、本発明の第２実施例を示す移動ロボットの上面図である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、レーザ式エリアセンサのようなスキャン機能を持たず、一方向に関してのみ距離計測可能なセンサ部３を用いると共に、センサ３をスキャンする代わりに移動台車自体をその場で旋回させる構成にし、旋回角度と計測距離の組を方向距離情報として使用する点である。
第２実施例は上記構成にしたので、高価なレーザ式エリアセンサを使用しなくても方向距離情報が得られるので、さらにコストを低減することができる。
【実施例３】
【００２９】
図４は、本発明の第３実施例を示す移動ロボットの上面図である。
第３実施例では、対象物６をドアやエレベータ等の間隙とし、これを通過するための方法を提供するものであって、第１実施例における凸部検出とは逆で、凹部検出を可能にした構成の点で異なる。具体的には、方向と距離情報の組を反時計回りの方向順に検査し、直前の方向と比べて距離情報が所定の閾値以上正方向に変化した（大きくなった）方向の一つ前の方向をもって凹開始点と判断する。さらに検査を継続し、距離情報が所定の閾値以負正方向に変化した（小さくなった）方向をもって凹終了点と判断する。
第３実施例は上記構成にしたので、ドアやエレベータ等の間隙を、送受信器等の装置を用いることなく、簡単に同定することができる。
【００３０】
なお、上記の実施例では、方向距離検出センサのみを用いて対象物を同定していたが、センサ視野内に同じ形状の対象物が複数ある場合には、外形だけでの判別は困難である。このような場合には、既に述べたようなＩＤタグセンサを対象物に埋め込んで、移動台車側のＩＤタグ読み込み装置で対象物の種別を直接認識することもできる。
これにより、ＩＤタグセンサによる対象物の一意の認識と、レーザセンサによる正確な位置検出を両立することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、移動台車の接近対象物を同定するための方策を提示するものであるが、移動台車に搭載されたロボットアームの把持対象物を同定する方法としても同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施例を示す移動ロボットを上面から見た全体構成図
【図２】本実施例における対象物への接近方法を示す図
【図３】本発明の第２実施例を示す移動ロボットの上面図
【図４】本発明の第３実施例を示す移動ロボットの上面図
【図５】従来技術を示す特許文献１における移動ロボットシステムを上面から見た全体構成図
【符号の説明】
【００３３】
１  移動台車
２  駆動部
３  センサ部
４  対象物同定部
５  指令送信部
６  対象物
１１、１２  端点
【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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