(57)【要約】【課題】移動状態を簡単且つ安価な構造で正確に検出できる移動装置を得る。【解決手段】駆動モータ９ａ，９ｂを備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体１と、検出球体１を回転自在に保持する球体保持手段２と、検出球体１の認識パターンを検出するパターン検出手段３と、パターン検出手段３による検出球体１の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段としてのＣＰＵ６とを有する構成とする。【選択図】図１
2005233872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、
表面上に認識パターンの配された検出球体と、
前記検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、
前記検出球体の前記認識パターンを検出するパターン検出手段と、
前記パターン検出手段による前記検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段と、
を有することを特徴とする移動装置。
【請求項２】
駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、
床面と接する非検出球体と、
前記非検出球体と所定の摩擦抵抗を持って接するとともに表面上に認識パターンの配され、前記非検出球体の回転により回転する検出球体と、
前記非検出球体および前記検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、
前記検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、
前記パターン検出手段による前記検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段と、
を有することを特徴とする移動装置。
【請求項３】
前記非検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されていることを特徴とする請求項２記載の移動装置。
【請求項４】
前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動距離を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項５】
前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動方向を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項６】
前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動速度を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項７】
前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動加速度を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項８】
前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより累積移動距離を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項９】
前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動軌跡を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項１０】
前記移動状態検出手段が移動軌跡を逆に辿ってスタート地点まで戻ることを特徴とする請求項９記載の移動装置。
【請求項１１】
２つ駆動車輪と１つの前記検出球体の３点で床面に接していることを特徴とする請求項１または４〜１０の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項１２】
前記検出球体は１２０°の等間隔で配置された３個のベアリングで保持されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項１３】
前記検出球体への付着物を除去するクリーニング手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項１４】
前記クリーニング手段は、前記検出球体を取り囲むように円状に配置されたブラシであることを特徴とする請求項１３記載の移動装置。
【請求項１５】
前記検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項１６】
前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で衝突を検知することを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項１７】
前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動距離の修正を行うことを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項１８】
前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動方向の修正を行うことを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項１９】
前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動速度の修正を行うことを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項２０】
前記検出球体の前記認識パターンの位置関係を既知としたことを特徴とする請求項１〜１９の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項２１】
前記検出球体の前記認識パターンは全て異なる幾何学模様であることを特徴とする請求項１〜２０の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項２２】
前記検出球体の前記認識パターンは全て異なる二次元バーコードパターンであることを特徴とする請求項１〜２０の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項２３】
前記検出球体の前記認識パターンは蛍光体を用いて製作されていることを特徴とする請求項１〜２２の何れか一項に記載の移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動状態を簡単な機構で容易に検出する移動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動状態の検出手段として、回転検出にはジャイロ、衝突検知には加速度センサや感圧センサ、移動距離および速度、加速度検出にはエンコーダによる駆動車輪の回転状態の読み取りが一般的に用いられている。
【０００３】
しかしながら、移動体の全ての状態パラメータを検出するためには多くのセンサが必要になるため、構造が複雑化し、また各センサ毎のインタフェースも複雑なものになる。
【０００４】
なお、移動体の検出技術については、たとえば特開昭５９−９１５１３号公報に記載されている。
【特許文献１】特開昭５９−９１５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、移動体の状態検出を行うために、多くのセンサが用いられている。そのために構造が複雑化し、各センサ毎のインタフェースも煩雑となり、結果的に装置自体も高価なものとなっている。
【０００６】
ここで、移動状態の検出を行うために、装置の中心に移動状態検出専用の球形の位置検出用球体を持ち、その動きをローラを介して読み取り、移動量および移動方向を検出する技術がある。しかしながら、この技術では、ローラの滑りによる検出ズレ等の要因で検出誤差が生じるおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、移動状態を、高価なセンサを数多く使用することなく、簡単且つ安価な構造で正確に検出できる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】
【０００８】
この課題を解決するために、本発明の移動装置は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体と、検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する構成としたものである。
【０００９】
また、この課題を解決するために、本発明の移動装置は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、床面と接する非検出球体と、非検出球体と所定の摩擦抵抗を持って接するとともに表面上に認識パターンの配され、非検出球体の回転により回転する検出球体と、非検出球体および検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する構成としたものである。
【００１０】
本発明の好ましい形態において、非検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている。
【００１１】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動距離を検出する。
【００１２】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動方向を検出する。
【００１３】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動速度を検出する。
【００１４】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動加速度を検出する。
【００１５】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより累積移動距離を検出する。
【００１６】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動軌跡を検出する。
【００１７】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段が移動軌跡を逆に辿ってスタート地点まで戻る。
【００１８】
本発明のさらに好ましい形態において、２つ駆動車輪と１つの検出球体の３点で床面に接している。
【００１９】
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体は１２０°の等間隔で配置された３個のベアリングで保持されている。
【００２０】
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体への付着物を除去するクリーニング手段を備えている。
【００２１】
本発明のさらに好ましい形態において、クリーニング手段は、検出球体を取り囲むように円状に配置されたブラシである。
【００２２】
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている。
【００２３】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で衝突を検知する。
【００２４】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動距離の修正を行う。
【００２５】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動方向の修正を行う。
【００２６】
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動速度の修正を行う。
【００２７】
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンの位置関係を既知とした。
【００２８】
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンは全て異なる幾何学模様である。
【００２９】
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンは全て異なる二次元バーコードパターンである。
【００３０】
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンは蛍光体を用いて製作されている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、表面に認識パターンを配して移動に伴って回転する検出球体のパターン認識を行っているので、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという有効な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の請求項１に記載の発明は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体と、検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する移動装置であり、表面に認識パターンを配して移動に伴って回転する検出球体のパターン認識を行っているので、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
【００３３】
本発明の請求項２に記載の発明は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、床面と接する非検出球体と、非検出球体と所定の摩擦抵抗を持って接するとともに表面上に認識パターンの配され、非検出球体の回転により回転する検出球体と、非検出球体および検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する移動装置であり、検出球体が床面と直接接触することがないので、検出球体の表面に配されている認識パターンが傷ついたりすることがなくなり、安定したパターン認識を行うことができるという作用を有する。
【００３４】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、非検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている移動装置であり、床面との滑りおよび検出球体との滑りによる検出誤差が少なくなるという作用を有する。
【００３５】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動距離を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
【００３６】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動方向を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
【００３７】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動速度を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出する
ことが可能になるという作用を有する。
【００３８】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動加速度を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
【００３９】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより累積移動距離を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
【００４０】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動軌跡を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
【００４１】
本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の発明において、移動状態検出手段が移動軌跡を逆に辿ってスタート地点まで戻る移動装置であり、簡単にスタート地点に戻ることができるという作用を有する。
【００４２】
本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１または４〜１０の何れか一項に記載の発明において、２つ駆動車輪と１つの検出球体の３点で床面に接している移動装置であり、検出球体は常に床面と接触することになるので、検出球体の空転により発生する検出誤差をなくすことができるという作用を有する。
【００４３】
本発明の請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１の何れか一項に記載の発明において、検出球体は１２０°の等間隔で配置された３個のベアリングで保持されている移動装置であり、全てのベアリングが常に均等な力で検出球体に接するので、検出球体が回転する際の芯ズレによる検出誤差がなくなるという作用を有する。
【００４４】
本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２の何れか一項に記載の発明において、検出球体への付着物を除去するクリーニング手段を備えた移動装置であり、ごみ等を巻き込んだ検出球体の摺動不良に起因する検出誤差を低減することができるという作用を有する。
【００４５】
本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１３記載の発明において、クリーニング手段は、検出球体を取り囲むように円状に配置されたブラシである移動装置であり、ごみ等を巻き込んだ検出球体の摺動不良に起因する検出誤差を低減することができるという作用を有する。
【００４６】
本発明の請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４の何れか一項に記載の発明において、検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている移動装置であり、検出球体と床面との滑りによる検出誤差を極力少なくすることができるという作用を有する。
【００４７】
本発明の請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で衝突を検知する移動装置であり、駆動車輪は回っているのに検出球体は動いていないという状態が把握できるので、障害物に衝突したものとして回避動作を行ったり、異常状態と判断して動作を終了させることができるという作用を有する。
【００４８】
本発明の請求項１７に記載の発明は、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動距離の修正を行う移動装置であり、スリップ等によるズレを修正して、誤差の発生を防止することができるという作用を有する。
【００４９】
本発明の請求項１８に記載の発明は、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動方向の修正を行う移動装置であり、スリップ等によるズレを修正して、誤差の発生を防止することができるという作用を有する。
【００５０】
本発明の請求項１９に記載の発明は、請求項１〜１６の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動速度の修正を行う移動装置であり、スリップ等によるズレを修正して、誤差の発生を防止することができるという作用を有する。
【００５１】
本発明の請求項２０に記載の発明は、請求項１〜１９の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンの位置関係を既知とした移動装置であり、ある一定時間内に装置が移動した移動状態を簡単に検出することが可能になるという作用を有する。
【００５２】
本発明の請求項２１に記載の発明は、請求項１〜２０の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンは全て異なる幾何学模様である移動装置であり、誤認識の確率が低減され、また短時間での特定パターンの追跡処理が不要になるため、演算処理速度の遅い部品（ＣＰＵ）でも使用でき、製造コストの削減を図ることが可能になるという作用を有する。
【００５３】
本発明の請求項２２に記載の発明は、請求項１〜２０の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンは全て異なる二次元バーコードパターンである移動装置であり、誤認識の確率が低減され、また短時間での特定パターンの追跡処理が不要になるため、演算処理速度の遅い部品（ＣＰＵ）でも使用でき、製造コストの削減を図ることが可能になるという作用を有する。
【００５４】
本発明の請求項２３に記載の発明は、請求項１〜２２の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンは蛍光体を用いて製作されている移動装置であり、暗部において照明がなくても認識パターンを検出することが可能になるという作用を有する。
【００５５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００５６】
図１は本発明の一実施の形態である移動装置を示す概略図、図２は図１の移動装置における球体保持手段を示す平面図、図３は図１の移動装置における球体保持手段を示す断面図、図４は図１の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の一例を示す説明図、図５は図１の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の他の一例を示す説明図、図６は認識パターンの検出手順を示すフローチャート、図７は移動装置の移動軌跡を移動ベクトルで表わしたグラフ、図８は図１の移動装置の理想状態における駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルとの関係を示す説明図、図９は滑りの検出および補正の手順を示すフローチャート、図１０は検出球体を三次元座標系で示す説明図、図１１は検出球体の表面に配された認識パターンの一例を示す説明図、図１２は本発明の他
の実施の形態である移動装置における球体保持手段を示す断面図である。
【００５７】
図１に示すように、本実施の形態の移動装置は表面に認識パターンを配した検出球体１を有しており、移動装置が移動する際に床面と接触して回転する検出球体１の認識パターンを検出することにより移動状態の検出を行うようになっている。
【００５８】
検出球体１は球体保持手段２に回転自在に保持されており、このような検出球体１の認識パターンを検出するセンサであるパターン検出手段３が設けられている。また、暗部でも認識パターンを判別できるようにライトなどの照明手段４が設けられている。さらに、移動装置には、パターン検出手段３で検出された認識パターンを取り込んでその画像処理を行う画像処理部５、装置全体を制御して検出球体１の移動状態を検出するＣＰＵ（移動状態検出手段）６、電源７、駆動モータ（駆動手段）９ａ，９ｂによりそれぞれ回転駆動される２つの駆動車輪８ａ，８ｂ、駆動車輪８ａ，８ｂの回転軸と同軸上にそれぞれ取り付けられてスリットが円周上に等間隔で形成されたスリット板１０ａ，１０ｂ、スリット板１０ａ，１０ｂのスリットを介して駆動車輪８ａ，８ｂの回転を光学的に検出する回転検出センサ１１ａ，１１ｂ、および駆動モータ９ａ，９ｂの回転を制御するモータ制御部１２を有しており、これらは装置筐体部１３内に収納されている。
【００５９】
このような移動装置において、モータ制御部１２はＣＰＵ６より指令された駆動量を駆動モータ９ａ，９ｂに与えて駆動車輪８ａ，８ｂを回転させる。そして、駆動モータ９ａ，９ｂの回転軸に取り付けられたスリット板１０ａ，１０ｂの回転量を回転検出センサ１１ａ，１１ｂで検出することにより、駆動モータ９ａ，９ｂの回転量を制御することができる。また、検出球体１の認識パターンをパターン検出手段３で検出し、画像処理部５でその変化量を検出し、移動量をＣＰＵ６に送信することにより、移動装置の移動状態を把握することが可能になる。そして、これらの動作に必要な電力は電源７より供給される。
【００６０】
そして、２つ駆動車輪８ａ，８ｂと１つの検出球体１の３点で床面に接するようにすることで検出球体１は常に床面と接触することになるので、検出球体１の空転により発生する検出誤差をなくしている。
【００６１】
なお、本明細書において、パターン検出手段３の原理および機構に関する説明は省略されている。
【００６２】
図２は球体保持手段２の平面図、図３はその断面図である。
【００６３】
これらの図面に示すように、球体保持手段２は、ベアリング２１を保持するベアリングホルダ２２、検出球体１の落下を防止するカバー２３、検出球体１に付着したごみ等の付着物を除去するためのブラシ（クリーニング手段）２４、およびケーシング２５から構成されている。
【００６４】
ここで、検出球体１と床面との滑りによる検出誤差を少なくするために、検出球体１には摩擦系数の大きいゴム等の材質が表面にコーティングされている。
【００６５】
また、検出球体１を保持するベアリング２１は３個が１２０°の等間隔で配置されている。これにより、全てのベアリング２１が常に均等な力で検出球体１に接してガタツキがなくなるので、検出球体１が回転する際の芯ズレによる検出誤差がなくなる。
【００６６】
さらに、ブラシ２４は、検出球体１がごみ等を巻き込み、検出球体１およびベアリング２１が摺動不良になって検出誤差を起さないようにするためのもので、カバーの最下面に取り付けられている。なお、ブラシ２４の材質は、検出球体１の回転を妨げないように柔
らかい材質のものが用いられ、これを円状に配置して検出球体１を取り囲んでいる。
【００６７】
次に、図４〜図６を用いて検出球体１の認識パターンの移動量を検出することによる移動状態を検出について説明する。
【００６８】
最初に、初期値ｔ＝ｔ0、ｋ＝０の時点（Ｓ１０１）の検出球体１の認識パターン画像Ｇ（ｔk）をパターン検出手段３で取り込み（Ｓ１０２）、画像Ｇ（ｔk）中の特定パターンＳk（ｔk）を抽出する（Ｓ１０３）。次に、装置がＴ秒間移動後の時間をｔk+1とし（Ｓ１０４）、その時点の検出球体１の認識パターン画像Ｇ（ｔk+1）を取り込み（Ｓ１０５）、その中から特定パターンＳk（ｔk）を抽出し、パターンＳk（ｔk+1）とする（Ｓ１０６）。続いて、パターンＳk（ｔk）とパターンＳk（ｔk+1）の座標位置からパターンＳk（ｔk）の移動ベクトルＬk+1を算出する（Ｓ１０７）。移動ベクトルＬk+1より速度ベクトルＶk+1（Ｓ１０８）、累積移動ベクトルＳk+1（Ｓ１０９）を算出する。ｋ≠０かどうかの判別を行い（Ｓ１１０）、Ｙｅｓなら加速度ベクトルａkを算出し（Ｓ１１１）、Ｎｏならさらにｋ＝ｎかどうかの判別を行う（Ｓ１１３）。そして、Ｎｏならｋに１を足し込み、画像Ｇ（ｔk+1）より新規に特定パターンＳk+1（ｔk+1）を抽出し（Ｓ１０３）、上記動作を繰り返し行う。Ｙｅｓなら動作を終了する。
【００６９】
速度ベクトルＶk+1、累積移動ベクトルＳk+1、加速度ベクトルａkは、ベクトルＬk+1を用いて、（数１，２，３）にて表わすことができる。
【００７０】
【数１】
2005233872.tif 000003
【００７１】
【数２】
2005233872.tif 000004
【００７２】
【数３】
2005233872.tif 000005
【００７３】
これにより、移動ベクトルＬk+1よりＴ秒間の間に装置が移動した距離および方向が、速度ベクトルＶk+1よりその時点の移動速度が、累積ベクトルＳk+1よりスタート時点からの移動距離が、ベクトルａkから時点の加速度が、それぞれわかる。
【００７４】
そして、表面に認識パターンを配して移動に伴って回転する検出球体１のパターン認識を行っているので、移動状態を、高価なセンサを数多く使用することなく、簡単且つ安価な構造で正確に検出できる。
【００７５】
ここで、装置の直進方向をＸ軸、Ｘ軸に対して直角の向きがＹ軸となる座標系をとり、スタート時の装置の位置を原点におくことにより、スタート時ｔ＝ｔ0からｔ＝ｔnまでの移動軌跡、およびスタート時点からの装置の到達位置は移動ベクトルＬk+1を用いて図７のように表わすことができる。
【００７６】
そして、スタート時点からの累積移動ベクトルを記憶しておくことにより、移動軌跡を逆に辿ることで、簡単に、スタート地点に戻ることができる。
【００７７】
図８は本装置の理想状態における駆動車輪８ａ，８ｂの移動ベクトルと検出球体１の移動ベクトルの関係を表わした図である。ベクトルＬl（ｔk）、ベクトルＬr（ｔk）は時間ｔkにおける駆動車輪８ａ，８ｂの理論移動ベクトル、ベクトルＬc（ｔk）は時間ｔkにおける本装置の理論移動ベクトル、ベクトルＬb0（ｔk）は時間ｔkにおける検出球体１の理論移動ベクトル、Ｏ（ｔk）は時間ｔkにおける本装置の回転軌道の中心、ｒc（ｔk）は時間ｔkにおける本装置中心の回転半径、ｒb（ｔk）は、時間ｔkにおける検出球体１の回転半径、ｈは装置中心から駆動車輪８ａ，８ｂの接地点までの距離、ｄは駆動車輪８ａ，８ｂの回転軸中心と検出球体１の中心までの距離、角度θ（ｔk）はベクトルＬc（ｔk）とベクトルＬb0（ｔk）のなす角度である。
【００７８】
ｈ、ｄ、およびベクトルＬl（ｔk）、ベクトルＬr（ｔk）は既知の値であり、次に示すように、検出球体１の理論移動ベクトルＬb0（ｔk）はｈ、ｄ、ベクトルＬl（ｔk）、ベクトルＬr（ｔk）の関数として表わすことができる。
【００７９】
すなわち、
【００８０】
【数４】
2005233872.tif 000006
【００８１】
【数５】
2005233872.tif 000007
【００８２】
【数６】
2005233872.tif 000008
【００８３】
より、（数４）に（数５）および（数６）を代入して、
【００８４】
【数７】
2005233872.tif 000009
【００８５】
さらに、
【００８６】
【数８】
2005233872.tif 000010
【００８７】
【数９】
2005233872.tif 000011
【００８８】
となる。
【００８９】
そして、検出球体１の理論移動ベクトルＬb0（ｔk）と検出球体１の認識パターンの移動量より実測した移動ベクトルＬb（ｔk）との比較を行い、ベクトルの大きさ、向きの誤差を検出することにより、床面に対する駆動車輪８ａ，８ｂの滑りによる移動量誤差、つまり駆動車輪の滑り量を検出することが可能になる。これを上記の誤差量をＣＰＵ６にフィードバックすることにより、誤差発生の原因となるスリップ等による装置の移動軌道（移動方向）、移動距離および移動速度の修正を行うことが可能になる。
【００９０】
さらに、駆動車輪８ａ，８ｂの移動ベクトルと検出球体１の移動ベクトルの差を検出することにより、駆動車輪８ａ，８ｂは回っているのに検出球体１は動いていないという状態が把握でき、これにより装置が障害物に衝突したものと認識されて、回避動作を行ったり、異常状態と判断して動作を終了させることができる。
【００９１】
図９を用いて滑りの検出および補正の動作フローを説明する。
【００９２】
ＣＰＵ６にて、初期値をｔ＝ｔ0、ｋ＝０とし（Ｓ２０１）、移動ベクトルＬ（ｔn）を設定する（Ｓ２０２）。Ｔ秒間装置を移動させるために、モータ制御部１２より、駆動モータ９ａ，９ｂに与えるモータ駆動パラメータベクトルＬl（ｔk）、ベクトルＬr（ｔk）を算出し（Ｓ２０３）、次に検出球体１の理論移動ベクトルＬb0（ｔk）を算出する（Ｓ２０４）。そして、装置をＴ秒間移動させ、Ｔ秒後の時間をｔk+1とする（Ｓ２０５）。次に、ｔ＝ｔk+1の時の検出球体１の実測移動ベクトルＬb（ｔk+1）を算出する（Ｓ２０６）。次に、ベクトルＬb（ｔk）＝ベクトルＬb（ｔk+1）の判別を行い（Ｓ２０７）、Ｙｅｓであればさらにｔk+1＝ｔnの判別を行い（Ｓ２０８）、判別結果がＹｅｓであれば動作を終了し、Ｎｏであればｋに１を足し込み（Ｓ２０９）、モータ駆動パラメータベクトルＬl（ｔk）、ベクトルＬr（ｔk）を与え実行し（Ｓ２０３）、上記動作を繰り返す。ルベクトルＬb（ｔk）＝ベクトルＬb（ｔk+1）の判別（Ｓ２０７）を行った結果がＮｏであれば、ベクトルＬb0（ｔk）とベクトルＬb（ｔk+1）の差分ベクトルデルタＬb（ｔk+1）を算出する（Ｓ２１０）。次に、ｔk+1＝ｔnの判別を行い（Ｓ
２１１）、Ｎｏであれば、ｋに１を足し込み（Ｓ２１２）、差分ベクトルデルタＬb（ｔk+1
）の補正を考慮したモータ駆動パラメータベクトルＬl（ｔk）、ベクトルＬr（ｔk）を算出し（Ｓ２１３）、次にベクトルＬb0（ｔk）を算出し（Ｓ２０４）、上記動作を繰り返し行う。Ｙｅｓであれば差分ベクトルデルタＬb（ｔk+1）からモータ駆動補正パラメー
タベクトルデルタＬl（ｔk）、ベクトルデルタＬr（ｔk）を算出し（Ｓ２１４）、それぞれ駆
動モータ９ａ，９ｂに与え、補正動作を実行し（Ｓ２１５）、動作を終了する。
【００９３】
図１０は検出球体を三次元座標系で示す説明図、図１１は検出球体の表面に配されている認識パターンの一例を示す説明図である。
【００９４】
図１０において、検出球体１の半径をｒ、重心点をＯとし、重心点Ｏを原点とするＸ、Ｙ、Ｚの３軸からなる三次元座標系において、球面上の任意の２点をＰ（ｘp，ｙp，ｚp）、Ｑ（ｘq，ｙq，ｚq）、ベクトルＯＰとベクトルＯＱのなす角度をθとすると、弧Ｐ
Ｑは次のようにして、半径ｒとＰとＱの座表成分ので表わされることができる。
【００９５】
すなわち、
【００９６】
【数１０】
2005233872.tif 000012
【００９７】
余弦定理より、
【００９８】
【数１１】
2005233872.tif 000013
【００９９】
（数１０）に（数１１）を代入して、
【０１００】
【数１２】
2005233872.tif 000014
【０１０１】
となる。
【０１０２】
よって図１１に示すように、検出球体１の表面上の既知であるポイントに認識マークを予め設定することにより、ある一定時間内に装置が移動した移動状態を簡単に検出することが可能になる。
【０１０３】
さらに、認識マークを全て異ならせれば、前述したような移動量を特定するための特定パターンを限定する必要がなく、パターン認識のサンプリング間隔を長く取ることが可能になる。これにより、誤認識の確率が低減され、また短時間での特定パターンの追跡処理が不要になるため、演算処理速度の遅い部品（ＣＰＵ）でも使用でき、製造コストの削減を図ることができる。
【０１０４】
なお、認識パターンには形状を全て違えた幾何学模様や二次元バーコードパターンでもよいし、数字や同形状パターンで色または大きさを変えてもよい。認識パターンを蛍光体を用いて製作すれば、暗部において照明手段４がなくても認識パターンを検出することが可能になる。
【０１０５】
図１２は検出球体と非検出球体を用いて構成した球体保持手段２の断面図である。
【０１０６】
検出球体１は、ベアリングＡ３２とベアリングＢ３３で保持されている。非検出球体３１は検出球体１と充分な摩擦抵抗を持って接しており、ベアリングＣ３４で保持されている。ベアリングＡはベアリングホルダα３５で保持され、ベアリングＢ３３およびベアリングＣ３４はベアリングホルダβ３６で保持されている。非検出球体３１の中央から下部にかけて、この非検出球体３１の落下を防止するカバー３７が取り付けられ、また非検出球体３１の下部には、非検出球体１に付着するごみ等を除去するためのブラシ３８が設けられている。そして、これらはケーシング３９に収容されている。
【０１０７】
非検出球体３１は、床面との滑りおよび検出球体１との滑りによる検出誤差を少なくす
るために、摩擦系数の大きいゴム等の材質を表面にコーティングすることが望ましい。非検出球体３１は装置の移動に同期して回転し、この回転は非検出球体３１の回転により回転する検出球体１に伝わり、検出球体１の表面に配した認識パターンが移動する。認識パターンの変化量をパターン検出手段３で検出し、移動装置の移動状態を把握することが可能になる。
【０１０８】
このように、非検出球体３１を床面に接触させ、移動装置が移動したときに回転する非検出球体３１の回転で検出球体１を回転させるようにしてもよい。これにより、検出球体１が床面と直接接触することがないため、検出球体１の表面に配されている認識パターンが傷ついたりすることがなくなり、安定したパターン認識を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、ロボット等の移動装置の移動状態を検出する技術に関し、簡単かつ安価な構造でその移動状況を正確に検出するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の一実施の形態である移動装置を示す概略図
【図２】図１の移動装置における球体保持手段を示す平面図
【図３】図１の移動装置における球体保持手段を示す断面図
【図４】図１の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の一例を示す説明図
【図５】図１の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の他の一例を示す説明図
【図６】認識パターンの検出手順を示すフローチャート
【図７】移動装置の移動軌跡を移動ベクトルで表わしたグラフ
【図８】図１の移動装置の理想状態における駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルとの関係を示す説明図
【図９】滑りの検出および補正の手順を示すフローチャート
【図１０】検出球体を三次元座標系で示す説明図
【図１１】検出球体の表面に配された認識パターンの一例を示す説明図
【図１２】本発明の他の実施の形態である移動装置における球体保持手段を示す断面図
【符号の説明】
【０１１１】
１    検出球体
２    球体保持手段
３    パターン検出手段
４    照明手段
５    画像処理部
６    ＣＰＵ（移動状態検出手段）
７    電源
８ａ，８ｂ    車輪
９ａ，９ｂ    駆動モータ（駆動手段）
１０ａ，１０ｂ    スリット板
１１ａ，１１ｂ    回転検出センサ
２１    ベアリング
２２    ベアリングホルダ
２３    カバー
２４    ブラシ（クリーニング手段）
２５    ホルダ
３１    非検出球体
３２    ベアリングＡ
３３    ベアリングＢ
３４    ベアリングＣ
３５    ベアリングホルダα
３６    ベアリングホルダβ
３７    カバー
３８    ブラシ
３９    ケーシング（ホルダ）
【図１】
2005233872.tif 000015
【図２】
2005233872.tif 000016
【図３】
2005233872.tif 000017
【図４】
2005233872.tif 000018
【図５】
2005233872.tif 000019
【図６】
2005233872.tif 000020
【図７】
2005233872.tif 000021
【図８】
2005233872.tif 000022
【図９】
2005233872.tif 000023
【図１０】
2005233872.tif 000024
【図１１】
2005233872.tif 000025
【図１２】
2005233872.tif 000026