(57)【要約】【課題】屋外に設置される磁気材料からなるガイドと磁気センサで移動ロボットを安定してガイド走行できるようにする。【解決手段】移動ロボット１は、磁気材料からなるガイド３の表面温度を計測する温度センサ１２と、ガイドから生じる磁力を検出する磁気センサ１０，１１と、磁気材料の温度係数に基づいて、温度センサの計測した温度が高くなるほど磁気センサの出力の増幅度を高めて検出感度を上げる感度調整部と、磁気センサの検出出力に基づいてガイドの有無を判定する判定手段と、判定手段での判定結果に基づいて移動を制御する制御部とを備えている。路面温度の影響を低減して磁気ガイドの検出精度が向上し、移動ロボットの安定走行が可能になる【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋外の移動経路上に設置される磁気材料から生じる磁力を検出しつつ、移動経路を移動する移動ロボットであって、
前記磁気材料の表面温度を計測する温度センサと、
前記磁気材料から生じる磁力を検出する磁気センサと、
前記温度センサの計測した温度が高温であるほど前記磁気センサにおける磁力の検出感度を上げるように調整する感度調整部と、
前記磁気センサの検出出力に基づいて前記磁気材料の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段での判定結果に基づいて移動を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
前記感度調整部は、前記磁気センサの出力の増幅度を制御する請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
前記感度調整部は、前記判定手段の判断閾値を制御する請求項１または請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
前記感度調整部は、前記磁気材料の温度係数に基づいて前記感度を制御する請求項１乃至請求項３に記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気材料をガイドに使用して、ガイドに沿って移動する移動ロボットに関し、特に、炎天下にさらされる屋外に磁気材料であるガイドが設置された場合に磁気材料の温度変化が生じても安定的に磁気マーカを検出できる移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気材料をガイドに使用して、磁気材料に沿って移動する移動ロボットが屋内の荷物搬送用として種々実用化されている。例えば、特許文献１には、走行ルートに沿って磁気テープをガイドとして配設し、ガイド検知手段にて磁気テープから生じる磁力を検出することにより、走行ルートに沿って移動する自走式の移動ロボットが提案されている。    
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３０６７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の移動ロボットは、屋外に比べて温度変化の少ない屋内での走行を前提としていた。このため、従来の移動ロボットにおいては、磁気材料の温度特性を考慮する必要がなかった。
【０００５】
しかし、屋外を走行する移動ロボットにおけるガイドとして磁性材料を使用すると、屋内に比べ、夏季には直射日光によって磁性材料が非常に高温となり、冬季には逆に低温となる場合がある。また、例えば、磁気材料としての異方性フェライト磁石は、温度係数「−0.18％／℃」という温度特性を有しており、磁性材料の温度が高くなるほど減磁する。例えば、低温時と高温時とで１００℃程度の温度差があった場合、理論的には磁力が１８％減磁されることになる。磁気材料の磁力が１８％減磁すれば、移動ロボットにおいて磁気材料から離隔距離をもって磁力を検出するガイド検知手段へ到達する磁力は更に小さくなる。
【０００６】
したがって、磁気材料を用いたガイドに沿って屋外を走行させようとすると、磁気材料の温度特性を考慮しないと、安定したガイド検出に影響が生じるという問題があった。
また、小さい磁力であっても検知できるように予めガイド検知手段の感度を高く設定しておくと、ノイズや外乱の影響が強くなるという問題がある。
そこで、本発明は、屋外を走行する移動ロボットであって、屋外に設置される磁気材料にて安定してガイドできるようにした移動ロボットの実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、屋外の移動経路上に設置される磁気材料から生じる磁力を検出しつつ、移動経路を移動する移動ロボットであって、磁気材料の表面温度を計測する温度センサと、磁気材料から生じる磁力を検出する磁気センサと、温度センサの計測した温度が高くなるほど前記磁気センサにおける磁力の検出感度を上げる感度調整部と、磁気センサの検出出力に基づいて磁気材料の有無を判定する判定手段と、判定手段での判定結果に基づいて移動を制御する制御部とを備えた移動ロボットを提供する。
【０００８】
本発明によれば、前記感度調整部を、前記磁気センサの出力の増幅度を制御する構成とすることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、前記感度調整部を、前記判定手段の判断閾値を制御する構成とすることができる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、前記感度調整部を、前記磁気材料の温度係数に基づいて前記感度を制御する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、温度センサにて計測した磁気材料の温度に応じて磁気センサの感度を調整できるので、移動経路を屋外にしても磁気材料の存在を安定して検出することが可能となる。これにより、路面温度が激しく変化する屋外環境を走行する移動ロボットに磁気材料をガイドとして使用しても、路面温度の影響を低減して磁気ガイドの検出精度を向上させることが可能となり、ガイドである磁気材料を見失うことを防止して、磁気材料を安定して検出できるようになり、移動ロボットの安定走行が可能になる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
１．各実施形態の概要
本例の移動ロボットは、移動経路上に設置された磁気材料からなるガイドを、搭載した磁気センサで検出しつつ、該ガイドに沿って走行する移動ロボットであって、さらにガイドの温度を計測する温度センサを備えており、計測された温度に応じて磁気センサの感度を変える（すなわち温度が高い場合には感度を上げ、温度が低い場合には感度を下げる）ことにより、路面温度の影響を低減して磁気ガイドの検出精度を向上させるものである。
以下、計測された温度に応じて磁気センサの感度を変えるための構成が異なる複数の実施形態を説明する。
【００１３】
２．第１実施形態（図１〜図６）
(1) 移動ロボット及び監視区域（図１及び図２）
図１は、本発明の第１実施形態に係る移動ロボット１が利用される環境である監視区域の平面図であり、図２は同移動ロボット１の外観を示す側面図及び底面図である。
【００１４】
図１において、建物の周囲が、予め設定された移動ロボット１が巡回する移動経路とされており、その移動経路の全長にわたり、経路指示手段となるガイド３が固定的に設けられている。ガイド３は、異方性フェライト磁石とゴム系化合物とを混合して形成される帯状の磁気材料からなり、予め設定された移動経路の全長にわたって路面上に固定的に設けられる。なお、ガイド３は、異方性フェライト磁石とゴム系化合物とを混合する例に限らず、他の材質による磁気材料で構成されてよい。
【００１５】
このガイド３には、所定長さにわたって破断した部分（例えば１０ｃｍ程度の空白部分）が複数箇所に設けられており、移動経路上に設定された走行区間や移動経路上の位置（座標）を移動ロボット１に指示するマーカ４となっている。すなわち、移動ロボット１が路面上を移動する際、移動ロボット１に搭載された後述する磁気センサがガイド３を検知し、また磁気センサによる磁気非検知（前記破断部分）の区間が所定間隔である場合マーカ４として認識し、当該位置の位置情報を得ることができるようになっている。
【００１６】
また、ガイド３の中途には、移動ロボット１による監視巡回行動の１サイクルにおける開始地点（出発点）及び終了地点（到着点）となり、ロボット不使用時の格納庫であるとともに、さらに移動ロボット１のバッテリーを充電する充電装置を備えたロボットボックス５が配置されている。
【００１７】
なお、図１には示さないが、例えば前記建物内のセキュリティー関連部署等には監視センタが設置されている。この監視センタには、本例の移動ロボット１及びこれに関連するシステムを運用するための管制装置等が配置されており、係員がその運用に当たる。
【００１８】
図２に示す本例の移動ロボット１は、例えば警備目的のために使用される自律移動型のロボットであり、監視区域内の所定経路を巡回しながら図示しない異常判定用のセンサや撮像ユニット７、レーザセンサ等の障害物検出部２にて監視区域内の異常の検出を行うものである。
【００１９】
図２に示すように、移動ロボット１は、移動手段である前輪及び後輪からなるそれぞれ左右の車輪６で前記ガイド３に沿って走行しつつ、本体の正面側に装備したレーザセンサ等の障害物検出部２により、移動方向前方の監視区域を走査する。本体の上部には、全周囲を撮像できる撮像ユニット７が装備されており、障害物検出部２等によって異常を発見した場合やその他必要な場合に周囲の必要な位置の画像を撮像できるようになっている。
【００２０】
この移動ロボット１は、前記ガイドを検出する磁気センサ１０，１１を本体の底面側に備えている。この磁気センサ１０，１１は、多数のホール素子を進行方向（図２中矢印「前方」と同方向）に直交する方向に沿って所定間隔で並べた２つのセンサ群を、前輪の車軸の前後の２位置に互いに平行に配置したものである。
【００２１】
また、この移動ロボット１は温度センサ１２を備えている。この温度センサ１２は、サーモパイルからなる放射温度計であり、移動ロボット１の底面において前記磁気センサ１０，１１よりも進行方向前方側となる位置に設けられており、前記ガイド３の表面温度を計測する。なお、温度センサ１２はサーモパイルに限らず、非接触で温度を計測できる温度センサであればよい。
【００２２】
(2) 移動ロボットの構成（図３〜図５）
図３は、本例の移動ロボット１のさらに具体的な構成を示す機能ブロック図である。
この移動ロボット１は、磁気材料の温度変化が生じても安定的にガイド３を検出するために、前述した磁気センサ１０，１１及び温度センサ１２を含むガイド検出部１５と、前記ガイド検出部１５によるガイド３の検出感度を制御するための制御情報を有する記憶部１７と、記憶部１７に記憶された制御情報を利用してガイド検出部１５を含む各部を統轄的に制御する制御部１６とを有している。
【００２３】
なお、この移動ロボット１は、上記構成の他、監視用の自律移動型のロボットとしての機能を達成するための構成を備えていることはいうまでもない。すなわち、移動ロボット１は、図３に示すように、モータ１８によって前述した車輪６を駆動する移動手段１９と、移動手段１９を制御する移動制御部２０と、モータ１８の回転軸の回転量を検出するレゾルバ２１及びレゾルバ２１の出力から移動ロボット１の走行距離を算出する位置算出部２２を備えた自己位置検出部２３と、前述したレーザセンサ等の障害物検出部２と、前述した撮像ユニット７と、前記監視センタと信号を送受信する無線通信手段である通信部２４と、各部に電力を供給する電源部２５を有している。さらに前記記憶部１７には、ガイドの検出感度を制御するための制御情報以外に、移動経路の情報を示した経路情報と、位置算出部２２により算出された移動ロボット１の現在位置を示す情報も記憶されている。
図３においては、移動制御部２０、位置算出部２２、ガイド検出部１５のうち感度調整手段３０、増幅部３１、判定手段３２、出力部３３、通信部２４などを制御部１６と独立して記載しているが、その機能がコンピュータ処理によって実現可能なものは、制御部１６のコンピュータで実現してもよい。
【００２４】
以下、ガイド３に温度変化が生じても安定的に検出するための構成である前記ガイド検出部１５及び記憶部１７等の構成をさらに詳細に説明する。
図４に示すように、記憶部１７は感度調整テーブルを有している。本例の感度調整テーブルは、ガイド３を構成する磁気材料の温度係数に基づいて、磁気センサ１０，１１の出力の増幅度を制御するためのデータをテーブル形式で記憶した温度増幅度テーブルであり、基準温度（本例では１０℃）での増幅度を１００％とした場合の、ガイド３の温度と磁気センサ１０，１１の出力信号の増幅度との関係を示すテーブルである。ここで増幅度は、基準温度からの変化温度と、磁気材料の温度係数に基づく係数とから算定される。本例では、磁気材料として異方性フェライト磁石を用いているため、この温度計数「―0.18％／℃」に基づき0.2 ％／℃という係数を用いて増幅度を算定している。つまり、本実施形態では、温度が高くなる程に、検出した磁力の増幅度を大きくすることで、高温になる程磁気材料の検出感度が高くなるよう感度調整を行うのである。
【００２５】
なお、本例のようなテーブル形式のデータではなく、計測されたガイドの温度から次のような演算式によって増幅度を計算する方式でもよい。
増幅度＝（現温度−１０℃）×０．２＋１００
なお、上記式の意味合いは次の通りである。
増幅度＝（基準温度からの変化温度）×（磁気材料の温度係数に基づく係数）＋基準増幅度
【００２６】
また、図３に示すように、記憶部１７には、現在の設定感度が記憶されており、この設定感度は後述するように測定温度に応じた増幅度の選択によって随時書き換えられる。
【００２７】
図５に示すように、ガイド検出部１５の温度センサ１２はガイド３の表面温度を計測し、計測した温度信号を感度調整手段３０に出力するように構成されている。感度調整手段３０は、前記記憶部１７の感度調整テーブルに基づいて前記温度信号に応じた増幅度を選択すると共に、この選択した増幅度が前記記憶部１７に設定されている現在の設定感度に対応する増幅度と同じか否かを判定し、異なる場合には選択された増幅度を増幅部３１に設定し、記憶部１７に現在の設定感度として記憶するように構成されている。
【００２８】
図５に示すように、磁気センサ１０，１１にて取得された各ホール素子の出力信号は、増幅部３１に入力され、増幅部３１にて所定の増幅度で増幅される。増幅度は、前述したように感度調整手段３０にて設定される。そして、増幅された信号は、判定手段３２へと出力される。判定手段３２では、予め一定の値として設定された閾値を基準として増幅部３１からの前記出力を閾値処理して、各ホール素子がガイド３を検出しているか否かを判定する。判定手段３２の判定結果は、出力部３３から制御部１６に出力される。
【００２９】
(3) 磁気センサの出力の増幅度制御による移動ロボットの制御（図５及び図６）
次に、以上の構成における磁気センサ１０，１１の出力の増幅度制御について図６を参照して説明する。
Ｓ１０：感度調整手段３０は、温度センサ１２にて計測されたガイド３の温度を取得する。
Ｓ１１：感度調整手段３０は、記憶部１７の温度増幅度テーブルを参照し、取得したガイド３の温度に応じた増幅度を選択する。
Ｓ１２：感度調整手段３０は、この選択した増幅度が、記憶部１７に設定されている「現在の設定感度」に対応する増幅度と同じであるか否かを判定する。判定の結果、一致していれば（Ｓ１２で「はい」）、リターンとなって再度温度センサ１２からのデータの入力を待って同様の制御を繰り返す。異なっていれば（Ｓ１２で「いいえ」）、選択された増幅度を増幅部３１に設定して複数のアンプの中から必要な増幅度のアンプ選択が行われ、この増幅度を現在の設定感度として記憶部１７の「現在の設定感度」に記憶する。
【００３０】
そして、図５に示すように、磁気センサ１０，１１からの出力信号が増幅部３１に入力されると、この信号は増幅部３１に上述のように設定された増幅度で増幅される。そして、増幅された信号は、判定手段３２へと出力され、判定手段３２は増幅部３１からの出力を閾値処理し、磁気センサ１０，１１の各ホール素子がガイド３を検出しているか否かを判定する。判定手段３２の判定結果は、出力部３３から制御部１６に出力される。
【００３１】
制御部１６は、ガイド検出部１５からの出力に基づき、移動ロボット１の車体中心をガイド３に一致させて、車体がガイド３に平行となるように走行制御する。
【００３２】
本例によれば、温度センサ１２にて計測したガイド３の温度に応じて磁気センサ１０，１１の出力の増幅度を調整することができ、ガイド３の磁力が減衰する高温時には増幅度を上げることで路面温度の影響を低減してガイド３の検出精度を向上させることができ、低温時には増幅度を下げることでノイズ等の影響を低減することができ、常に安定した検出精度を維持することができる。このため、路面温度が激しく変化する屋外環境で使用する移動ロボットにおいて、磁気材料をガイドとして走行する構成とした場合においても、ガイドである磁気材料を見失うことがなく、磁気材料からなるガイドを安定して検出することができ、移動ロボットの安定走行が可能になるという効果が得られる。
また、ガイド３の温度を計測する温度センサ１２が、磁気センサよりも進行方向前方に設置されていることで、磁気センサにて磁力検出する以前に該当箇所の温度を計測して磁力検出の感度を最適となるように調整することが可能となる。
【００３３】
３．第２実施形態（図７〜図９）
本例では、磁気センサ１０，１１の出力の増幅度は一定であり、感度調整部１５’は判定手段４２の判断閾値を温度センサ１２の出力に応じて制御するように構成されている。本例については、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、第１実施形態と同様の部分については第１実施形態に関する記載（図１〜３を含む）を援用し適宜説明を省略する。
【００３４】
図７に示すように、本例において記憶部１７が有する感度調整テーブルは、磁気センサ１０，１１の出力よりガイド３を検出しているか否かを判定するために判定手段４２が用いる閾値を、温度に対応させたテーブル形式で記憶した温度閾値テーブルであり、基準温度（本例では１０℃）での閾値を１００とした場合の、ガイド３の温度と判定手段４２の判定基準となる閾値との関係を示すテーブルである。ここで閾値は、第１実施形態における増幅度と同様、基準温度からの変化温度と、磁気材料の温度係数に基づく係数とから算定される値であって、図示のように温度が高くなる程低い値となる。すなわち、本実施形態では温度が高くなる程に、磁力を判定するための閾値を低くすることで、高温になる程磁気材料の検出感度が高くなる様、感度調整を行うのである。
【００３５】
また、図３に示すように、記憶部１７には、現在の設定感度が記憶されており、この設定感度は後述するように測定温度に応じた閾値の選択によって随時書き換えられる。
【００３６】
図８に示すように、ガイド検出部１５’の温度センサ１２はガイド３の表面温度を計測し、計測した温度信号を感度調整手段４０に出力するように構成されている。感度調整手段４０は、前記記憶部１７の感度調整テーブルに基づいて前記温度信号に応じた閾値を選択すると共に、この選択した閾値が前記記憶部１７に設定されている現在の設定感度に対応する閾値と同じか否かを判定し、異なる場合には選択された閾値を判定手段４２に設定し、記憶部１７に現在の設定感度として記憶するように構成されている。
【００３７】
図８に示すように、磁気センサ１０，１１にて取得された各ホール素子の出力信号は、増幅部４１に入力され、増幅部４１に予め設定された所定の増幅度で増幅される。そして、増幅された信号は、判定手段４２へと出力される。判定手段４２では、増幅部４１からの出力を前述のように温度に基づいて設定された閾値を基準として閾値処理して、各ホール素子がガイド３を検出しているか否かを判定する。判定手段４２の判定結果は、出力部４３から制御部１６に出力される。
【００３８】
(3) 磁気センサの出力の増幅度制御による移動ロボットの制御（図８及び図９）
次に、以上の構成における磁気センサ１０，１１の出力の増幅度制御について図９を参照して説明する。
Ｓ２０：感度調整手段４０は、温度センサ１２にて計測されたガイド３の温度を取得する。
Ｓ２１：感度調整手段４０は、記憶部１７の温度閾値テーブルを参照し、取得したガイド３の温度に応じた閾値を選択する。
Ｓ２２：感度調整手段４０は、この選択した閾値が、記憶部１７に設定されている「現在の設定感度」に対応する閾値と同じであるか否かを判定する。判定の結果、一致していれば（Ｓ２２で「はい」）、リターンとなって再度温度センサ１２からのデータの入力を待って同様の制御を繰り返す。異なっていれば（Ｓ２２で「いいえ」）、選択された閾値を判定手段４２に設定し、この閾値を現在の設定感度として記憶部１７の「現在の設定感度」に記憶する。
【００３９】
そして、図８に示すように、磁気センサ１０，１１からの出力信号が増幅部４１で増幅され、増幅された信号は判定手段４２へと出力され、判定手段４２は温度に対応して前述のように設定された閾値を基準として増幅部４１からの出力を閾値処理し、磁気センサ１０，１１の各ホール素子がガイド３を検出しているか否かを判定する。判定手段４２の判定結果は、出力部４３から制御部１６に出力される。
【００４０】
制御部１６は、ガイド検出部１５’からの出力に基づき、移動ロボット１の車体中心をガイド３に一致させて、車体がガイド３に平行となるように走行制御する。
本例によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態では、温度が高くなる程に磁力を判定するための閾値を低くすることにより、高温時における磁気材料の検出漏れを防止し、また低温時におけるノイズの影響を低減することができる。
【００４１】
４．その他の実施形態
ガイド３の表面温度に対応して磁気センサ１０，１１の出力の増幅度を制御する第１実施形態と、判定手段４２の判断閾値を制御する第２実施形態を結合した実施形態も実現可能である。
係る実施形態においては、記憶部は図４及び図７で説明した各テーブルデータを両方有しており、さらにガイド検出部は、図５の感度調整手段３０の機能に加えて図８の感度調整手段４０のように温度によって閾値を選択する機能も有し、その結果に応じて判定手段３０の閾値を設定できる構成となっている。この場合、前述した各テーブルの増幅度、閾値を算定するための各係数は、１／２程度の値となる。また、１／２に限らず、各テーブルの利用形態に対応した重みをかけた値としてもよい。
【００４２】
制御時には、感度調整手段が、温度センサ１２の出力と２つのテーブルデータにより、増幅部における磁気センサの出力の増幅度を温度に応じて調整し、また判定手段において磁気センサの出力の判定に用いる閾値を温度に応じて調整するので、磁気センサ１０，１１の出力は温度に応じた増幅度で増幅され、温度に応じて設定された閾値で判定されることとなる。従って、その判定結果の出力を受けて行われる移動ロボットの走行制御では、磁気材料からなるガイド３の検出が前記第１、第２各実施形態よりもさらに一層安定し、ガイド３に沿った移動ロボット１の走行がさらに一層安定する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る移動ロボットが利用される環境である監視区域の平面図である。
【図２】図２は、第１実施形態の移動ロボットの側面図及び底面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の移動ロボットの具体的な構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、第１実施形態の移動ロボットの制御で用いられる感度調整テーブルの内容を模式的に示した図である。
【図５】図５は、第１実施形態の移動ロボットにおけるガイド検出部の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図６は、第１実施形態の移動ロボットにおける磁気センサの検出感度制御を示すフローチャートである。
【図７】図７は、第２実施形態の移動ロボットの制御で用いられる感度調整テーブルの内容を模式的に示した図である。
【図８】図８は、第２実施形態の移動ロボットにおけるガイド検出部の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】図９は、第２実施形態の移動ロボットにおける磁気センサの検出感度制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１…移動ロボット
３…ガイド
１０，１１…磁気センサ
１２…温度センサ
１５，１５’…ガイド検出部
１６…制御部
１７…記憶部
３０，４０…感度調整手段
３１，４１…増幅部
３２，４２…判定手段
【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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【図９】
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