(57)【要約】【課題】障害物センサの配線を簡略化し組立作業性を良好にする。【解決手段】走行車本体１０に、走行制御部４１から与えられるセンサ制御データを無線送信する本体側送信部４２と、無線送信される各障害物センサの測定データを受信し走行制御部４１に与える本体側受信部４４とを設けるとともに、走行車本体１０の前面に、前方からの外力に対して所定の変位量の範囲で後方に移動可能にバンパ２０を取り付ける。そして、このバンパ２０に、複数の障害物センサ２１を一体的に設けるとともに、本体側送信部４２により無線送信されるセンサ制御データを受信するバンパ側受信部４３と、センサ制御データを解析して各障害物センサ２１−１〜２１−６に選択的に測定信号を与えるデータ解析部３５と、測定信号を与えられた各障害物センサ２１−１〜２１−６の測定データを無線送信するバンパ側送信部４５とを設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行手段を有する走行車本体と、この走行車本体の周囲の障害物を検知する複数の障害物センサと、この障害物センサの測定データを取込みその測定データに基づいて前記走行車本体の自律走行を制御する走行制御手段とを備えた自律走行車において、
前記走行車本体に、前記走行制御手段から与えられるセンサ制御データを無線送信する本体側送信手段と、無線送信される各障害物センサの測定データを受信し前記走行制御手段に与える本体側受信手段と、前記走行車本体の前面に移動可能に取り付けられるバンパとを設け、
このバンパに、前記各障害物センサと、前記本体側送信手段により無線送信されるセンサ制御データを受信するバンパ側受信手段と、このバンパ側受信手段で受信した前記センサ制御データを解析して各障害物センサに選択的に測定信号を与えるデータ解析手段と、前記測定信号を与えられた各障害物センサの測定データを無線送信するバンパ側送信手段とを設けたことを特徴とする自律走行車。
【請求項２】
前記本体側送信手段と前記バンパ側受信手段との間のデータ通信及び前記バンパ側送信手段と前記本体側受信手段との間のデータ通信を、それぞれ対向する一対の光結合素子により行なうことを特徴とする請求項１記載の自律走行車。
【請求項３】
前記走行車本体に前記バンパを移動可能に取り付けるためのバンパ取付部に導電体を設け、この導電体を介して前記走行車本体側から前記パンパ側に電源を供給することを特徴とする請求項１または２記載の自律走行車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、障害物を回避するための障害物センサを搭載した自律走行車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の自律走行車としては、走行手段及びこの走行手段の少なくとも走行方向を制御する走行制御部を有する走行車本体と、この走行車本体を覆う外装カバーとから構成し、外装カバーと走行車本体とを複数の外装カバー連結部材で連結して、走行車本体を外装カバーの中央位置に保持するとともに、走行車本体側部と外装カバー内面との間隙に外装カバーの変位を検知するためのマイクロスイッチを複数取り付け、外装カバーが障害物などに接触して外力を受けると、いずれかのマイクロスイッチがオンすることにより障害物を検知するようにしたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８―２６３１３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の自律走行車においては、障害物センサとしてマイクロスイッチの代わりに超音波センサのような非接触式センサを搭載しようとした場合には、外装カバーにセンサを取り付ける方法と、走行車本体にセンサを取り付けて外装カバーに穴をあける方法とが考えられる。しかし、外装カバーにセンサを取り付けた場合には、このセンサの信号線を走行車本体内に引き込む必要があった。このため、外装カバーに間隔を開けて取り付けられる複数のセンサ毎に信号線を配線することは非常に煩雑であった上、組立作業性も悪かった。また、信号線同士が絡んだり何かに引っかかったりして、走行車本体の走行に支障を来たすおそれもあった。他方、走行車本体の外周部に間隔を開けて取り付けられた複数のセンサにそれぞれ対応して外装カバーに穴をあけた場合には、カバーの強度が低下するため、障害物と接触したときの緩衝材としての機能が果たされないおそれが高かった。
【０００５】
本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、障害物センサの配線が簡略化され組立作業性が良好であるとともに、障害物と接触したときの緩衝材としての機能が有効に果たされる自律走行車を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決しその目的を達成するために、走行手段を有する走行車本体と、この走行車本体の周囲の障害物を検知する複数の障害物センサと、この障害物センサの測定データを取込みその測定データに基づいて走行車本体の自律走行を制御する走行制御手段とを備えた自律走行車において、走行車本体に、走行制御手段から与えられるセンサ制御データを無線送信する本体側送信手段と、無線送信される各障害物センサの測定データを受信し走行制御手段に与える本体側受信手段と、走行車本体の前面に移動可能に取り付けられるバンパとを設ける。そして、このバンパに、各障害物センサを設けるとともに、本体側送信手段により無線送信されるセンサ制御データを受信するバンパ側受信手段と、このバンパ側受信手段で受信したセンサ制御データを解析して各障害物センサに選択的に測定信号を与えるデータ解析手段と、測定信号を与えられた各障害物センサの測定データを無線送信するバンパ側送信手段とを設けたものである。
【０００７】
このような手段を講じたことにより、各障害物センサはバンパに一体的に設けられるので、バンパに穴をあける必要がなく、バンパは緩衝材としての機能が有効に果たされる。また、各障害物センサと走行制御手段との間のデータ通信は、共通の無線送信手段及び無線受信手段を使用して行なわれるので、バンパと走行車本体としの間の配線が不要であり、組立作業性が良好である上、配線の絡み等によって走行に支障を来たすこともない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。
【０００９】
図１及び図２は本実施の形態における自律走行車１の概略構成を示す図で、図１は正面図、図２は上面図である。また、図３はバンパ２０の要部構成を示す斜視図である。自律走行車１は、底部が略円形状でその上部に略半球形状の筐体が固定された走行車本体１０と、この走行車本体１０の前面から側面に跨った下部の円弧状外周に沿って取り付けられた略円弧状のバンパ２０とから構成されている。
【００１０】
走行車本体１０の底部には、その略中央の左右両側にそれぞれ左駆動輪１１ａ及び右駆動輪１１ｂが取り付けられており、後端中央に旋回輪１２が取り付けられている。両駆動輪１１ａ，１１ｂは、それぞれ左走行モータ１３ａ及び右走行モータ１３ｂにより減速機構１４ａ，１４ｂを介して個々に回転駆動されるようになっている。旋回輪１２は、回転自在であり、かつ方向が自由に変化するようになっている。ここに、両駆動輪１１ａ，１１ｂ、走行モータ１３ａ，１３ｂ、減速機構１４ａ，１４ｂ及び旋回輪１２によって、走行車本体１０の走行手段が構成されている。
【００１１】
走行車本体１０の内部には、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等の制御回路部品が実装された回路基板１５や、各部に電源を供給するためのバッテリ１６等が搭載されている。回路基板１５には、上記制御回路部品によって走行制御部４１（図６を参照）が構成されている。走行制御部４１は、走行車本体１０の周囲の障害物を検知する複数（この実施の形態では６個）の障害物センサ２１−１，２１−２，２１−３，２１−４，２１−５，２１−６を切換え制御してセンサ計測情報を順次取込み、その計測情報に基づいて各走行モータ１３ａ，１３ｂを駆動して、走行車本体１０の自律走行を制御するものである。
【００１２】
各障害物センサ２１−１〜２１−６は、それぞれ一対の超音波送信素子Ｓと超音波受信素子Ｒとから構成される非接触式のセンサであって、少なくとも走行車本体１０の進行方向に対して１８０度の範囲で周囲の障害物を検知するために、バンパ２０の側面に所定の間隔をあけて一列に取り付けられている。バンパ２０の裏面には、各障害物センサ２１−１〜２１−６の信号処理回路３０が組み込まれた回路基板２２が取り付けられており、各障害物センサ２１の信号線が上記回路基板２２に接続されている。
【００１３】
バンパ２０の上縁部は、一定の幅で略直角に内側に折り曲げられており、その折曲げ部の両端下部にコ字状の溝２３ａ，２３ｂが形成されている。各溝２３ａ，２３ｂは、走行車本体１０の両側略中央部に形成された各バンパ係合部１７ａ，１７ｂからそれぞれ前方に突出するように設けられたガイドレール１８ａ，１８ｂに摺動自在に嵌合されている。また、バンパ２０の下縁部両端にもコ字状の溝２４ａ，２４ｂが対向して形成されており、この溝２４ａ，２４ｂも、各ガイドレール１８ａ，１８ｂの下側にそれぞれ設けられたガイドレール（不図示）に摺動自在に嵌合されている。
【００１４】
バンパ２０は、図４に示すように、走行車本体１０の前面との間に介挿されたスプリング２５によって裏面側から前方に押圧付勢されている。バンパ２０の裏面には、一対のアーム２６ａ，２６ｂが走行車本体１０側に突出するように設けられており、通常はこのアーム２６ａ，２６ｂの先端が走行車本体１０側に設けられたストッパ１９ａ，１９ｂに係止されていて、バンパ２０がスプリング２５の押圧により前方に外れてしまうのを防いでいる。かくして、バンパ２０は、走行車本体１０の進行方向である前方からの外力に対して所定の変位量の範囲で後方に移動可能となるように、走行車本体１０に取り付けられている。
【００１５】
ガイドレール１８ａ，１８ｂは、導電性部材によって構成されている。また、各溝２３ａ，２３ｂのガイドレール１８ａ，１８ｂと常に接触している天井部にも導電性部材２７ａ，２７ｂが貼り付けられている。そして、走行車本体１０の内部に搭載されたバッテリ１６の電源が、ガイドレール１８ａ，１８ｂ及び各溝２３ａ，２３ｂの導電性部材２７ａ，２７ｂを通電して、バンパ２０の信号処理回路３０に供給されるようになっている。したがって、バッテリ１６の電源をバンパ２０の信号処理回路３０に供給するための配線は不要である。
【００１６】
上記信号処理回路３０の構成を図６の機能ブロック図により説明する。
信号処理回路３０は、各障害物センサ２１−１〜２１−６をそれぞれ駆動する複数（この実施の形態では６個）のセンサ駆動回路３１−１，３１−２，３１−３，３１−４，３１−５，３１−６と、各センサ駆動回路３１−１〜３１−６にそれぞれ対応して設けられた複数（この実施の形態では６個）のカウンタ３２−１，３２−２，３２−３，３２−４，３２−５，３２−６と、各カウンタ３２−１〜３２−６のカウント値を一時的に記憶するレジスタ３３と、各カウンタ３２−１〜３２−６にクロックパルスを与えるクロック発生器３４と、データ解析部３５とから構成されている。
【００１７】
データ解析部３５には、走行車本体１０側に設けられた本体側送信部４２から送信されるデータを受信するためのバンパ側受信部４３が接続されている。レジスタ３３には、走行車本体１０側に設けられた本体側受信部４４にデータを送信するためのバンパ側送信部４５が接続されている。走行車本体１０側の送信部４２及び受信部４４は、それぞれ走行制御部４１に接続されている。
【００１８】
各センサ駆動回路３１−１〜３１−６は、それぞれ対応する障害物センサ２１−１〜２１−６の超音波送信素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を駆動して超音波を発信させるドライバ３１１と、同障害物センサ２１−１〜２１−６の超音波受信素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の出力信号を増幅するアンプ３１２と、このアンプ３１２の出力と基準電圧Ｖｔｈとを比較し、アンプ３１２の出力が基準電圧Ｖｔｈを上回るとラッチ信号を出力するコンパレータ３１３と、このコンパレータ３１３の出力と対応するカウンタ３２−１〜３２−６との間に介挿されたゲート３１４とによって構成されている。ドライバ３１１及びゲート３１４には、データ解析部３５から所定の信号が入力されるようになっている。
【００１９】
走行制御部４１は、各障害物センサ２１−１〜２１−６の中から測定を行なう１乃至複数のセンサを選択するセンサ選択データと、選択したセンサの測定順序を指定する順序指定データとを含むセンサ制御データを送信する。本体側送信部４２は、走行制御部４１から与えられるセンサ制御データをバンパ側受信部４３に送信する。
【００２０】
データ解析部３５は、バンパ側受信部４３で受信されたセンサ制御データを解析する。そして、センサ選択データに基づいて、測定を行なう障害物センサ２１−１〜２１−６を選択する。さらに、順序指定データに基づいて、選択した障害物センサ２１−１〜２１−６の測定タイミングを示す測定シーケンスを生成する。そして、その測定シーケンスに従い、選択した障害物センサ２１−１〜２１−６を駆動するセンサ駆動回路３１−１〜３１−６に測定信号を選択的に与える。
【００２１】
データ解析部３５から測定信号が与えられたセンサ駆動回路３１−ｉ（１≦ｉ≦６）においては、ドライバ３１１が超音波送信素子Ｓｉを駆動する（センサ駆動手段）。また、測定信号を与えられたゲート３１４がカウンタ３２−ｉをイネーブルにする。アンプ３１２は、超音波受信素子Ｒｉの出力を増幅して、コンパレータ３１３の正極端子に供給する。コンパレータ３１３の負極端子には、基準電圧Ｖｔｈが印加されている。
【００２２】
しかして、超音波送信素子Ｓｉから発信された超音波が障害物に反射し、超音波受信素子Ｒｉで受信されると、アンプ３１２の出力が基準電圧Ｖｔｈを上回ってコンパレータ３１３からラッチ信号が出力される。このラッチ信号はゲート３１４を介してカウンタ３２−１に与えられる。カウンタ３２−１は、イネーブル後、クロック発生器３４からクロックパルスが入力される毎にカウント値をカウントアップし、ラッチ信号が与えられるとそのカウント値をラッチする。このカウント値は、障害物センサ２１−ｉが検出した障害物までの距離値に換算可能なデータとしてレジスタ３３に与えられ、一時記憶された後、バンパ側送信部４５及び本体側受信部４４を介して走行制御部４１に受け渡される。
【００２３】
かくして、走行制御部４１は、測定シーケンスに従って測定が行なわれた各障害物センサ２１−１〜２１−６の測定データ（カウント値）を取込み、その測定データに基づいて各走行モータ１３ａ，１３ｂを選択的に駆動して、走行車本体１０を自律走行させる。
【００２４】
ところで、本実施の形態では、図３に示すように、バンパ側送信部４５として発光トランジスタを使用し、バンパ側受信部４３としてフォトダイオードを使用している。同様に、本体側送信部４２として発光トランジスタを使用し、本体側受信部４４としてフォトダイオードを使用している。そして、図５に示すように、本体側送信部４２としての発光トランジスタとバンパ側受信部４３としてのフォトダイオードとを対向させるとともに、バンパ側送信部４５としての発光トランジスタと本体側受信部４４としてのフォトダイオードとを対向させて、本体側とバンパ側との間のデータ送受信を、それぞれ対向する一対の光結合素子により光を媒体として行なうようにしている。
【００２５】
なお、それぞれ対向する発光トランジスタとフォトダイオードとは、バンパ２０が前面からの外力によって後方に最大変位量移動しても当たらないように距離を離して対向させている。また、本体側からバンパ側への送信とバンパ側から本体側への送信が同時に行なわれないようにして、双方向の光が干渉しないようにしている。
【００２６】
このように本実施の形態によれば、前面からの外力に対して後方に移動可能なバンパ２０に各障害物センサ２１−１〜２１−６を一体的に取り付けたので、走行車本体１０に各障害物センサ２１−１〜２１−６を設けてバンパ２０に穴をあけたりする必要がなく、バンパ２０の緩衝材としての機能を有効に果たすことができる。
【００２７】
また、本実施の形態によれば、バンパ２０の裏面に信号処理回路３０の回路基板２２を取り付け、この回路基板２２に各障害物センサ２１−１〜２１−６の信号線を接続している。そして、信号処理回路３０と走行制御部４１との間の双方向のデータ通信は、共通の無線送信部及び共通の無線受信部で行なうようにしている。したがって、走行車本体１０にバンパ２０を取り付ける際に各障害物センサ２１−１〜２１−６の信号線を走行車本体１０側に配線する必要がないので、組立作業性が良好である。しかも、配線の絡み等によって自律走行車１の走行に支障を来たすこともない。その上、本実施の形態では、バッテリ１６の電源をバンパ２０の信号処理回路３０に供給するための配線も不要なので、この点からも組立作業性は良好なものである。
【００２８】
なお、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
図７は信号処理回路３０の他の実施形態を示す機能ブロック図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付してある。この他の実施形態が前記一実施の形態の信号処理回路３０と異なる点は、各センサ駆動回路３１−１〜３１−６におけるゲート３１４の出力をマルチプレクサ３６に共通に接続し、マルチプレクサ３６の出力を単一のカウンタ３２に接続した点である。こうすることにより、マルチプレクサ３６は、各センサ駆動回路３１−１〜３１−６におけるゲート３１４の出力を順番に走査してカウンタ３２に与えるので、前記一実施の形態と同様な機能を有する信号処理回路３０が得られる。
【００３０】
また、前記一実施の形態では、本体側からバンパ側への送信とバンパ側から本体側への送信が同時に行なわれないようにして、双方向の光が干渉しないようにしたが、本体側送信部４２を構成する発光トランジスタとバンパ側受信部４３を構成するフォトダイオードとの対と、バンパ側送信部４５を構成する発光トランジスタと本体側受信部４４を構成するフォトダイオードとの対とを、双方の光が干渉しない程度に距離を離して設けることにより、本体側からバンパ側への送信とバンパ側から本体側への送信が同時に行なえるようにしてもよい。
【００３１】
また、データ通信は電波を媒体として行なうようにしてもよい。また、センサ制御データに含まれるセンサ選択データと順序指定データは、予めデータ解析部３５に持っていてもよい。この場合、走行制御部４１から送られるセンサ制御データに、前記センサ選択データと順序指定データとを指定するためのデータを含める。
【００３２】
また、前記一実施の形態では、走行車本体の低部を略円径としたが、四角形をはじめとした多角形としてもよい。この他、障害物センサの種類，数，配置など、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、自律走行車の小型化が可能である上、障害物センサと走行車本体との配線を簡略化でき、組立作業性を良好にできる。また、障害物と接触したときの緩衝材としての機能を有効に果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である自律走行車の正面図。
【図２】同自律走行車の上面図。
【図３】同自律走行車が有するバンパの斜視図。
【図４】同自律走行車の要部拡大断面図。
【図５】同自律走行車が有する光結合素子の関係を示す模式図。
【図６】同自律走行車が有する信号処理回路の機能ブロック図。
【図７】信号処理回路の他の実施形態を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
１…自律走行車
１０…走行車本体
１６…バッテリ
２０…バンパ
２１−１〜２１−６…障害物センサ
３０…信号処理回路
３５…データ解析部
４１…自律制御部
４２…本体側送信部
４３…バンパ側受信部
４４…本体側受信部
４５…バンパ側送信部
【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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