(57)【要約】【課題】２輪駆動の移動装置において、高価なセンサを用いずに、駆動輪が障害物に接触したことを駆動輪毎に検出することを可能とし、安価に障害物や移動装置自身の損傷を防止することを可能とする。【解決手段】移動装置は、制御部の制御により駆動輪が駆動されて移動を開始する（Ｓ１）。移動装置は、駆動モータの出力トルクが制御部により制御されることにより、移動経路を移動する（Ｓ２）。移動装置１が移動中に、障害物が駆動輪に接触したとき、移動を継続させるために必要な駆動モータの出力トルクが大きくなる。制御部は、左右２つの駆動モータのうち、何れか一方の出力トルクが所定値を超過したときに（Ｓ３でＹＥＳ）、その駆動モータにより駆動される駆動輪に路面上の障害物が接触していることを検出する（Ｓ４）。制御部は、この障害物を回避するように２つの駆動モータの駆動を制御し、障害物を回避する動作を実行させる（Ｓ５）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体ボディに回動自在に設けられており、路面上を転動する左右２つの駆動輪と、
前記駆動輪をそれぞれ駆動する駆動モータと、
前記駆動モータの各出力トルクを制御し、前記ボディを前記路面上で移動させる制御部と、を備えた移動装置において、
前記制御部は、前記２つの駆動モータのうち、何れか一方の駆動モータの出力トルクが所定値を超過したとき、その駆動モータにより駆動される駆動輪に前記路面上の障害物が接触していることを検出することを特徴とする移動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記駆動輪に障害物が接触したことを検出したとき、前記障害物を回避するように前記２つの駆動モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１記載の移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの駆動輪を駆動させることにより路面上を移動する移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば掃除ロボット、自動搬送ロボットのような、駆動モータを用いて駆動輪を駆動させて路面上を移動する移動装置が実用化されている。このような移動装置としては、移動体ボディの左右に設けられた駆動輪を、それぞれ駆動モータを用いて駆動させる２輪駆動のものがある。このような２輪駆動の移動装置は、左右に設けられた駆動輪を回転速度が互いに異なるように駆動させることにより操舵することが可能であり、この他の操舵機構が不要であることから、単純で安価な構成となる。
【０００３】
このような移動装置において、路面上の障害物を検知して回避することは安全上重要である。また、障害物と接触してしまったときには、それ以上移動装置が移動しないようにして障害物や移動装置自身が損傷しないような構成にする必要がある。従来の移動装置としては、例えば超音波センサ等のセンサを備え、路面上の人や柱等の障害物、または壁面等が近づいていることを検出して、これらの障害物等に接触しないように移動方向を変更して回避させるものが知られている。
【０００４】
しかしながら、従来の移動装置では、上述のようなセンサを備えていても、障害物の大きさが小さかったり、センサの死角となる部位に障害物があったりして、障害物を検出することができずに障害物と駆動輪とが接触してしまうことがある。障害物と駆動輪とが接触したとき、駆動輪がこの障害物を乗り越えて移動を継続しようとすると、障害物や駆動輪等が損傷したり、また、駆動モータの負荷が大きくなるため駆動モータが焼損することがある。これを防ぐため、駆動輪に障害物が接触したとき、この障害物を検出することが必要である。このとき、上述のように２輪駆動の移動装置においては、何れの駆動輪に障害物が接触しているかを検出することが、障害物に接触した状態からその障害物を効率良く回避して再び移動可能な状態に戻るために必要である。
【０００５】
なお、駆動輪に障害物が接触したことを検出可能な移動装置として、特許文献１には、駆動モータにかかっている負荷トルクの大きさを検出し、この大きさが所定の制限量を超えたときに駆動モータを停止させ、上述のような不具合が発生することを防止した掃除ロボットが記載されている。しかしながら、この掃除ロボットは、駆動輪を別々の駆動モータにより駆動するものではなく、何れの駆動輪に障害物が接触しているかを判別可能であるものではない。また、特許文献２には、回転駆動部に加わる外力と、その回転トルクとの大小を検出するトルクセンサを設け、このトルクセンサの検出信号に応じて旋回動作を制御する機能を備えた電動車椅子が記載されている。しかしながら、この電動車椅子は、２輪駆動ではなく、また、トルクセンサを用いており、高価となる。
【特許文献１】特開２０００−２３５４１６号公報
【特許文献２】特開２００１−２０４７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、高価なセンサを用いることなく、駆動輪が障害物に接触したことを駆動輪毎に検出することが可能であり、安価に障害物や移動装置自身の損傷を防止することが可能な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】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１の発明は、移動体ボディに回動自在に設けられており、路面上を転動する左右２つの駆動輪と、前記駆動輪をそれぞれ駆動する駆動モータと、前記駆動モータの各出力トルクを制御し、前記ボディを前記路面上で移動させる制御部と、を備えた移動装置において、前記制御部は、前記２つの駆動モータのうち、何れか一方の駆動モータの出力トルクが所定値を超過したとき、その駆動モータにより駆動される駆動輪に前記路面上の障害物が接触していることを検出するものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御部は、前記駆動輪に障害物が接触したことを検出したとき、前記障害物を回避するように前記２つの駆動モータの駆動を制御するものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、制御部が、何れか一方の駆動モータの出力トルクが所定値を超過したとき、その駆動モータにより駆動される駆動輪に障害物が接触していることを検出するので、高価なセンサ等を用いずに、駆動輪が障害物に接触したことを駆動輪毎に検出することが可能となり、安価に障害物や移動装置自身の損傷を防止することが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、制御部が、駆動輪に障害物が接触していることを検出したとき、２つの駆動モータの駆動を制御してこの障害物を回避するので、障害物や移動装置自身が損傷することを防止し、移動装置に路面上を確実に移動させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る移動装置を図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示す。この移動装置１は、図１（ａ）、（ｂ）に矢印で示す方向を前方として、例えば屋内の路面Ｆ上を各方向に自律移動するような自動搬送ロボットであり、例えば書類等を屋内のある部屋から別の部屋へと搬送するために用いられる。この移動装置１は、ボディ（移動体ボディ）２の右側、左側にそれぞれ回動自在に設けられている２つの駆動輪３ａ，３ｂと、ボディ２の背面に回動自在に設けられている補助輪３ｃと、駆動輪３ａ，３ｂをそれぞれ駆動する駆動モータ４ａ，４ｂと、ボディ２の周囲の障害物を検知するためのセンサ５と、駆動モータ４ａ，４ｂを制御することによりボディ２を路面Ｆ上で移動させる制御部６と、ユーザの操作により制御部６にコマンドを送信する操作インターフェイス７と、を備えている。操作インターフェイス７は、例えば外部から操作可能なタッチパネル等により構成され、ユーザが操作インターフェイス７を操作することにより、移動装置１に種々の移動動作等を実行させることができる。
【００１２】
駆動輪３ａ，３ｂは、例えばリムにゴム製のタイヤを装着して構成されている。駆動輪３ａ，３ｂは、このタイヤが路面Ｆ上に接地した状態で駆動モータ４ａ，４ｂにより駆動されて、路面Ｆ上を転動する。補助輪３ｃは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ボディ２の背面の駆動輪３ａ，３ｂとは離れた位置に、路面Ｆ上に接地するように設けられている。この補助輪３ｃは、モータ等による駆動力が加えられない従動輪である。すなわち、ボディ２は、駆動輪３ａ，３ｂ及び補助輪３ｃが路面Ｆ上に接地した状態で、倒れないように自立している。なお、駆動輪３ａ，３ｂ及び補助輪３ｃの構成は、これに限られるものではない。
【００１３】
駆動モータ４ａ，４ｂは、例えばバッテリ（図示せず）から電力が供給されており、このバッテリと共にボディ２に収納されている。駆動モータ４ａ，４ｂは、後述のように、制御部６により制御され、その制御に応じた出力トルク及び回転速度で、それぞれ駆動輪３ａ，３ｂを駆動する。すなわち、この移動装置１は、制御部６が駆動モータ４ａ，４ｂを制御し、駆動モータ４ａ，４ｂがそれぞれ駆動輪３ａ，３ｂを互いに同じ回転速度で駆動することにより前方又は後方に直進可能となる。また、駆動モータ４ａ，４ｂが駆動輪３ａ，３ｂを互いに異なる回転速度で駆動し、ボディ２の左右で前後方向への移動速度差を生じさせることにより、それまでの前後方向とは異なる方向に移動可能となる。
【００１４】
センサ５は、例えば超音波センサであり、本実施形態においては、ボディ２の周囲の略全てをその検出範囲とするように複数個設けられている。このセンサ５は、制御部６と通信可能に構成されており、例えばボディ２の周囲の所定距離範囲内に壁面、人、柱等の障害物が存在するとき、この障害物を検出して制御部６に通知する。なお、センサ５は、超音波センサに限られるものではなく、例えば画像センサや、赤外線センサ等でもよい。
【００１５】
制御部６は、例えばマイコン等により構成されているものであり、駆動モータ４ａ，４ｂ、センサ５、及び操作インターフェイス７とそれぞれ通信可能に構成されている。制御部６は、例えば操作インターフェイス７から送られたコマンドや移動経路等を記憶する記憶部６ａを有している。本実施形態において、制御部６は、操作インターフェイス７から送られたコマンドや、障害物を検出したセンサ５から送られた通知に従って、駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクを制御する。この駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクの制御は、各駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクを監視しながら駆動モータ４ａ，４ｂに印加される電圧及び電流を制御することにより行われる。例えば、移動装置１が移動中に、駆動輪３ａ，３ｂが、移動方向が上りとなるような勾配がある路面Ｆに差し掛かった場合を考える。このとき、移動装置１が、路面Ｆが略水平面であるときと同じ速度で移動するためには、駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクを大きくする必要がある。このようなときには、制御部６は、駆動モータ４ａ，４ｂの電流を大きくし、駆動モータ４ａ，４ｂの出力トルクを大きくして移動速度を維持するように制御を行う。
【００１６】
本実施形態において、移動装置１は、例えばユーザが操作インターフェイス７を操作することにより設定された、路面Ｆ上の移動経路を移動する。この移動経路は、例えば予め記憶部６ａに記憶されているものでも良く、又は、ユーザにより指定された目的地点にたどり着くように、制御部６により自動的に生成されるようなものであってもよい。
【００１７】
図３は、移動装置１の移動時の制御部６による制御の流れの一例を示す。移動装置１は、移動経路が設定されると、制御部６の制御により駆動輪３ａ，３ｂが駆動されて移動を開始する（Ｓ１）。移動装置１は、上述のように駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクが制御部６により制御されることにより、移動経路を移動する（Ｓ２）。図３には示していないが、このとき、センサ５により上述のような障害物が検出されると、制御部６は、移動装置１の移動方向を変更するように各駆動モータ４ａ，４ｂを制御して障害物を回避し、その後、再び移動経路の移動を継続するように制御を行う。
【００１８】
ここで、移動装置１が移動中に、センサ５により検出されなかった障害物が駆動輪３ａ又は駆動輪３ｂに接触した場合を考える。このように障害物が駆動輪３ａ又は駆動輪３ｂに接触したとき、移動を継続させるために必要な駆動モータ４ａ又は駆動モータ４ｂの出力トルクが大きくなる。本実施形態においては、制御部６は、左右２つの駆動モータ４ａ，４ｂのうち、何れか一方の出力トルクが所定値を超過したときに（Ｓ３でＹＥＳ）、その駆動モータ４ａ又は駆動モータ４ｂにより駆動される駆動輪３ａ又は駆動輪３ｂに路面Ｆ上の障害物が接触していると判断して障害物検出を行う（Ｓ４）。制御部６は、駆動輪３ａ又は駆動輪３ｂに障害物が接触したことを検出したとき、この障害物を回避するように２つの駆動モータ４ａ，４ｂの駆動を制御し、障害物を回避する動作を実行させる（Ｓ５）。なお、駆動モータ４ａ，４ｂの出力トルクの所定値は、予め記憶部６ａに記憶されて設定されているものであるが、これに限られるものではなく、例えばユーザが操作インターフェイス７を操作することにより手動設定することが可能に構成されていてもよい。
【００１９】
以下に、上述のような障害物検出動作及び障害物回避動作の一例を、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）に示すように、移動装置１が図の矢印で示す方向に移動経路Ｍを前進移動しているとき、例えば小さな障害物Ｏｂがボディ２の右側の駆動輪３ａに接触したとする。このとき、制御部６により駆動モータ４ａの出力トルクが大きくなるように制御が行われるが、この障害物Ｏｂを駆動輪３ａが容易に乗り越えることができないときには、駆動モータ４ａの出力トルクが、予め設定されている所定値を超過する。制御部６は、駆動モータ４ａの出力トルクが所定値を超過すると、駆動輪３ａに障害物Ｏｂが接触していることを検出する。障害物Ｏｂが検出されると、制御部６は、先ず、駆動輪３ａ，３ｂの駆動を停止させる。そして、図４（ｂ）に示すように、駆動モータ４ａ，４ｂを制御して、移動装置１が図の黒矢印で示すそれまでの前進移動とは逆の方向に移動するように、駆動輪３ａ，３ｂを駆動させる。なお、図４（ｂ）の白矢印Ｐ１は、このときの移動装置１の軌跡を示す。このとき、移動装置１は、駆動輪３ａが障害物Ｏｂと再び接触することがないような距離だけ障害物Ｏｂから離れるように後進移動する。
【００２０】
次に、図４（ｃ）に示すように、制御部６は、各駆動モータ４ａ，４ｂの駆動を制御し、移動装置１を障害物Ｏｂを回避するように移動させたうえで、再び元の移動経路Ｍ上を移動させる。本実施形態においては、障害物Ｏｂが駆動輪３ａに接触したときと、障害物Ｏｂが駆動輪３ｂに接触したときとでは、互いに異なる動作が実行される。すなわち、制御部６は、上述のように障害物Ｏｂがボディ２の右側の駆動輪３ａに接触したことを検出した場合には、図に示すように、各駆動モータ４ａ，４ｂを制御して移動装置１を所定の角度だけ左向きに回転させる。この角度は、例えば上述の後進移動させた距離に応じて設定されるものであり、回転後の状態で移動装置１が前方に移動したときに、駆動輪３ａと障害物Ｏｂとが再び接触することがないような角度に設定されるが、これに限られるものではない。移動装置１が左向きに回転されると、制御部６は、移動装置１がその前方に向けて移動するように各駆動モータ４ａ，４ｂを駆動させる。このように移動装置１が移動されることにより、移動装置１は障害物Ｏｂを回避することができる。
【００２１】
移動装置１が障害物Ｏｂを回避すると、制御部６は、各駆動モータ４ａ，４ｂの駆動を制御することにより、移動装置１を図４（ｃ）の点線１ａ，１ｂ，１ｃで示すように、図の白矢印Ｐ２で示す軌跡上を移動するように移動させる。そして、移動装置１は、再び設定された移動経路Ｍの移動を再開する。
【００２２】
なお、上述とは反対に、移動装置１のボディ２の左側の駆動輪３ｂが障害物Ｏｂに接触したときには、移動装置１は所定の角度だけ右向きに回転し、上述と同様に障害物Ｏｂを回避するように制御される。すなわち、移動装置１は、上述の白矢印Ｐ２で示す軌跡とは反対に、移動経路Ｍから右側に一旦逸れるような軌跡を通り、障害物Ｏｂを回避する。なお、障害物回避動作は、上述に限られるものではない。例えば、障害物を検出した時点で、それまでの移動経路Ｍを変更した新しい移動経路を生成し、以後、その新しい移動経路を移動するような動作であってもよい。また、障害物を検出した時点で移動動作を停止し、例えばユーザなど外部からの指示を待つように動作してもよい。
【００２３】
上述のように、本実施形態においては、駆動モータ４ａ，４ｂの出力トルクが所定値を超過したときに、制御部６が、その駆動モータ４ａ，４ｂにより駆動される駆動輪３ａ，３ｂに障害物Ｏｂが接触していることを検出し、障害物回避動作を行う。従って、障害物を検出するために特別なセンサを設ける必要がなく、障害物Ｏｂや移動装置１自身の損傷を防止することが安価に可能となり、移動装置１に路面Ｆ上を確実に移動させることが可能となる。さらに、制御部６は、駆動輪３ａ，３ｂの何れに障害物Ｏｂが接触しているかに応じて障害物Ｏｂを回避する軌跡を変更するので、障害物Ｏｂを回避するために移動経路Ｍを大きく逸れることがなく、効率良く元の移動経路Ｍに復帰して移動を継続することが可能となる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、この移動装置１は、駆動輪３ａ，３ｂのみを路面Ｆ上に接地させてバランスをとりながら自立するようなものであってもよく、また、操作インターフェイス７を有さず、予め設定された所定の移動動作のみを行うものであったり、センサ５を有していないものであってもよい。また、移動装置１は、移動経路Ｍを自律移動するのではなく、外部からの無線信号等を受信して、その無線信号に応じて路面Ｆ上を移動したり、またユーザによる操作により駆動モータ４ａ，４ｂを駆動して路面Ｆ上を移動するような構成であってもよい。何れの構成であっても、制御部６が駆動モータ４ａ，４ｂの出力トルクが所定値を超過したときに、その駆動モータ４ａ，４ｂが駆動する駆動輪３ａ，３ｂに障害物Ｏｂが接触していることを検出することにより、障害物Ｏｂや移動装置１自身の損傷を防止することが安価に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る移動装置の一例を示す上面図、（ｂ）は同移動装置の側面図。
【図２】同移動装置の構成を示すブロック図。
【図３】同移動装置の制御の一例を示すフローチャート。
【図４】（ａ）は同移動装置の駆動輪が障害物に接触したときを示す上面図、（ｂ）は（ａ）の後の動作を示す上面図、（ｃ）は（ｂ）の後の動作を示す上面図。
【符号の説明】
【００２６】
１  移動装置
２  ボディ（移動体ボディ）
３ａ，３ｂ  駆動輪
４ａ，４ｂ  駆動モータ
６  制御部
Ｆ  路面
Ｏｂ  障害物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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