(57)【要約】      （修正有）【課題】周囲の物体を検出しながら移動可能な移動体において、移動体の移動中であっても位置データ取得部の動作の確認を可能とする。【解決手段】移動体は、位置データ取得部と、干渉部材と、判断部と、を備える。位置データ取得部は、反射信号を検出することにより複数の位置データを取得する。干渉部材は、検出可能領域Ａ１、Ａ２に少なくとも一部が含まれるように本体部１に取り付けられ、検出信号が干渉部材の少なくとも一部において反射することにより、投影物体像中に干渉像を形成する。判断部は、干渉像が干渉部材の少なくとも一部を反映しているかどうかを判断する。判断部は、干渉像が干渉部材の少なくとも一部を反映していると判断した場合に、位置データ取得部が正常動作していると判断する。【選択図】図４Ｂ
2016085708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の物体を検出しながら移動可能な移動体であって、
検出信号を出力し、前記周囲の物体により前記検出信号が反射されることにより発生する反射信号を検出することにより、前記物体を所定の座標上に投影した投影物体像を形成する複数の位置データを取得する位置データ取得部と、
前記位置データ取得部が前記複数の位置データを取得可能な検出可能領域に少なくとも一部が含まれるよう本体部に取り付けられ、前記検出信号が前記少なくとも一部において反射されることにより、前記投影物体像中に干渉像を形成する干渉部材と、
前記干渉像が前記干渉部材の前記少なくとも一部を反映していると判断された場合に、前記位置データ取得部が正常動作していると判断する判断部と、
を備える移動体。
【請求項２】
前記干渉部材は所定の形状を有しており、
前記判断部は、前記干渉像の形状と前記干渉部材の前記所定の形状との一致度合いを示す数値である類似度と、適宜変更可能な所定の閾値とを比較することにより、前記干渉像が前記干渉部材の少なくとも一部を反映しているかどうかを判断する、請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記干渉部材は、前記位置データ取得部を前記本体部に取り付けるための取付部材の少なくとも一部である、請求項１又は２に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害物を検出しながら移動可能な移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、障害物を検出しながら移動可能な移動体が知られている。例えば、特許文献１には、走行輪と、走行輪を駆動するモータ制御手段と、障害物を検出するための超音波センサとを備えた移動ロボットが開示されている。この移動ロボットにおいては、超音波センサに設けられたカバーが閉じている状態にて超音波を発生し、カバーにより反射された超音波を超音波センサが検出したときに、超音波センサが正常動作していると判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４５１７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１の移動ロボットにおいては、超音波センサが正常に動作しているかどうかを確認する作業は、超音波センサをカバーにより覆った状態で行われる。この場合、超音波センサから発生する超音波はカバーにより遮られるので、超音波センサの動作確認中は、超音波センサによって障害物を検出することができない。すなわち、特許文献１に示されている移動ロボットでは、移動体の移動中にセンサの動作を確認できない。
【０００５】
本発明の課題は、障害物を検出しながら移動可能な移動体において、移動体の移動中であっても障害物を検出するセンサの動作確認を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る移動体は、周囲の物体を検出しながら移動可能な移動体である。移動体は、位置データ取得部と、干渉部材と、判断部と、を備える。位置データ取得部は、検出信号を出力する。また、位置データ取得部は、反射信号を検出することにより、複数の位置データを取得する。反射信号は、周囲の物体により検出信号が反射されることにより発生する信号である。複数の位置データは、周囲に存在する物体を所定の座標上に投影した投影物体像を形成する。
【０００７】
干渉部材は、検出可能領域に少なくとも一部が含まれるように本体部に取り付けられている。本体部は移動体の本体を形成する。検出可能領域は、位置データ取得部が複数の位置データを取得可能な領域である。また、干渉部材は、検出信号が干渉部材の少なくとも一部において反射することにより、上記の投影物体像中に干渉像を形成する。
【０００８】
判断部は、干渉像が干渉部材の少なくとも一部を反映しているかどうかを判断する。また、判断部は、干渉像が干渉部材の少なくとも一部を反映していると判断された場合に、位置データ取得部が正常動作していると判断する。
【０００９】
上記の移動体が移動を開始すると、位置データ取得部が検出信号を出力する。また、位置データ取得部は、検出信号が移動体の周囲に存在する物体により反射することにより発生する反射信号を検出する。反射信号を検出することにより、位置データ取得部は、複数の位置データを取得する。これにより、移動体は周囲の物体を検出しながら走行可能となる。
このとき、干渉部材の少なくとも一部は検出可能領域に含まれているため、干渉部材の少なくとも一部において検出信号が反射される。従って、位置データ取得部が正常動作している場合には、上記の複数の位置データにより形成される投影物体像には、干渉部材からの位置データにより形成される干渉像が含まれる。干渉部材からの位置データは、干渉部材の反射信号を検出して得られる。
【００１０】
複数の位置データを取得後、判断部は、上記の投影物体像に含まれる干渉像が干渉部材の少なくとも一部を反映しているかどうかを判断する。干渉像が存在しない、あるいは、干渉像の形状が干渉部材の少なくとも一部の形状と対応しないなど、干渉像が干渉部材の少なくとも一部を反映していないと判断された場合、判断部は位置データ取得部が異常動作していると判断する。
【００１１】
一方、干渉像を形成する位置データが存在する、及び、干渉像の形状が干渉部材の少なくとも一部の形状に対応するなど、干渉像が干渉部材の少なくとも一部を反映していると判断された場合、判断部は位置データ取得部が正常動作していると判断する。
【００１２】
上記の移動体においては、干渉像が干渉部材の少なくとも一部を反映しているかどうかを判断することにより、位置データ取得部が正常動作しているかどうかを判断している。干渉像を形成する位置データは、移動体の移動中に取得された複数の位置データに含まれている。これにより、移動体は、移動中に周囲の物体を検知しながら、位置データ取得部の動作状態を判断できる。
【００１３】
干渉部材は所定の形状を有していてもよい。このとき、判断部は、類似度と、適宜変更可能な所定の閾値とを比較することにより、位置データ取得部が正常動作しているかどうかを判断する。類似度は、干渉像の形状と干渉部材の所定の形状との一致度合いを示す数値である。これにより、類似度という数値に基づいて、干渉像が干渉部材の少なくとも一部を反映しているかどうかを判断できる。
【００１４】
干渉部材は、位置データ取得部を本体部に取り付けるための取付部材の少なくとも一部であってもよい。これにより、移動体は位置データ取得部の取付状態を確認できる。
【発明の効果】
【００１５】
周囲の物体を検出しながら移動可能な移動体において、移動体の移動中であっても、位置データ取得部の動作確認を行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】自律移動体の全体構成を示す図。
【図２】検出可能領域と干渉部材との関係を模式的に示す図。
【図３】制御部の構成を示す図。
【図４Ａ】自律移動体の移動領域と存在位置を模式的に示す図。
【図４Ｂ】検出可能領域と自律移動体により得られた投影物体像とを模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（１）自律移動体の全体構成
以下、本発明の自律移動体について説明する。まず、第１実施形態に係る自律移動体１００の全体構成について、図１を用いて説明する。図１は、自律移動体の全体構成を示す図である。
自律移動体１００は、予め決められた所望の予定走行経路を自律的に走行する移動体である。自律移動体１００は、本体部１と、走行部２と、位置データ取得部３と、制御部５と、干渉部材１１と、を主に備える。本体部１は、自律移動体１００の本体を構成する。
【００１８】
走行部２は、図１に示すように、車輪２１ａ、２１ｂを有し、車輪２１ａ、２１ｂが移動領域Ｓ（後述）の床面などの走行面に接するように、モータ２３ａ、２３ｂ（後述）を介して、本体部１の底部の中央付近に設置されている。また、車輪２１ａ、２１ｂは、本体部１の左右に設置されたモータ２３ａ、２３ｂの出力回転軸のそれぞれに、当該出力回転軸周りに回転可能に取り付けられている。
【００１９】
モータ２３ａ、２３ｂは、制御部５から駆動信号（後述）を受信し、当該制御部５からの駆動信号により、それぞれの出力回転軸を回転させる。車輪２１ａ、２１ｂは、制御部５からの駆動信号に応じた回転量及び／又は回転速度にて回転する。車輪２１ａ、２１ｂの回転により、走行部２は、本体部１（すなわち、自律移動体１００）を移動できる。モータ２３ａ、２３ｂとしては、例えば、ブラシレスモータといった電動モータを用いることができる。
【００２０】
また、モータ２３ａ、２３ｂのそれぞれの出力回転軸には、図示しない、モータ２３ａ、２３ｂのそれぞれの出力回転軸の回転数（回転量）を測定する装置が取り付けられている。そして、当該装置により測定された出力回転軸の回転量は、制御部５へ出力される。
【００２１】
制御部５は、モータ２３ａ、２３ｂのそれぞれの出力回転軸の回転量に基づいて、車輪２１ａ、２１ｂの回転量を算出できる。上記のモータ２３ａ、２３ｂの出力回転軸の回転量を測定する装置としては、例えば、エンコーダを用いることができる。例えば、インクリメンタル型のエンコーダを用いて出力回転軸の回転量を測定した場合、出力回転軸の回転量は、エンコーダから出力されるパルス信号に含まれる所定時間あたりのパルス数として測定できる。
【００２２】
位置データ取得部３は、自律移動体１００の周囲に存在する障害物や壁などの物体を、自律移動体１００が移動する領域（移動領域Ｓ）を定める座標（以後、「移動座標」と呼ぶことにする）上に投影した像（以後、「投影物体像」と呼ぶことにする）を、複数の位置データとして取得する。
【００２３】
上記の投影物体像を形成可能な複数の位置データは、例えば、レーザレンジファインダ（Ｌａｓｅｒ  Ｒａｎｇｅ  Ｆｉｎｄｅｒ、ＬＲＦ）を位置データ取得部３として用いることにより取得できる。その他、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）カメラなど、本体の周囲にある物体の本体からの距離を測定できる装置を、位置データ取得部３として用いることができる。
【００２４】
レーザレンジファインダを位置データ取得部３として用いた場合、複数の位置データは、例えば、自律移動体１００から上記の物体の所定の一次元平面上の箇所（例えば、レーザレンジファインダから出力された信号を反射する物体の表面の一部）までの距離と、上記の物体の箇所が存在する自律移動体１００からの方向を示す一次元平面状の水平方向の角度とを含む二次元のデータとして取得される。また、ＴｏＦカメラを位置データ取得部３として用いた場合、複数の位置データは、例えば、自律移動体１００から上記の物体の所定の二次元平面上の箇所（例えば、ＴｏＦカメラから出力された信号を反射する物体の表面の一部）までの距離と、上記の物体の箇所が存在する自律移動体１００からの方向を示す二次元平面上の水平方向の角度と鉛直方向の角度とを含む三次元のデータとして取得される。
【００２５】
レーザレンジファインダなどである位置データ取得部３は、周囲の物体を検出するために、例えば、位置データ取得部３に備わった検出信号（例えば、レーザ光）の出力器を所定の角度範囲で回転走査することにより、放射状に検出信号を出力する。当該検出信号は、周囲の物体の表面において反射される。なお、本実施形態においては、検出信号が物体により反射されることにより発生する信号を、反射信号と呼んでいる。
【００２６】
上記の反射信号は、例えば、位置データ取得部３に備わった反射信号の検出器を所定の角度範囲で回転走査することにより検出される。その後、位置データ取得部３は、検出された反射信号から位置データを取得する。
【００２７】
従って、複数の位置データを移動座標上（後述）などの所定の座標上にプロットすると、移動領域Ｓの自律移動体１００の周囲に存在する物体（表面）の（少なくとも一部の）形状が移動座標に投影される。すなわち、複数の位置データは、移動座標上において、自律移動体１００の周囲に存在する物体を投影する投影物体像を形成する。
【００２８】
本実施形態においては、位置データ取得部３により得られた位置データに対して、自律移動体１００の移動領域Ｓ（図４Ａ、図４Ｂ）を表す移動座標上への座標変換を行う。具体的には、位置データ取得部３により得られた位置データを、移動領域Ｓにおける位置を表した座標系である移動座標（例えば、二次元ならＸ−Ｙ座標、三次元ならＸ−Ｙ−Ｚ座標）上の位置データに変換する。
【００２９】
図１に示すように、位置データ取得部３は、前方データ取得部３１と後方データ取得部３３とにより構成されている。前方データ取得部３１は、自律移動体１００の前方に取り付けられており、自律移動体１００の前方に存在する物体からの位置データを取得できる。一方、後方データ取得部３３は、自律移動体１００の進行方向の後方に取り付けられており、自律移動体１００の後方に存在する物体からの位置データを取得できる。
【００３０】
本実施形態においては、前方データ取得部３１の位置データ取得可能範囲（検出可能領域Ａ１（図２））が、後方データ取得部３３の位置データ取得可能領域（検出可能領域Ａ２（図２））よりも広くなっている。例えば、本実施形態においては、後方データ取得部３３が後方データ取得部３３を中心とした半径１０ｍ程度の自律移動体１００の後方の１８０°程度の範囲の物体を検出できる一方、前方データ取得部３１は、前方データ取得部３１を中心とした半径３０ｍ程度の自律移動体１００の前方の２７０°程度の範囲に存在する物体を検出できる。
【００３１】
これにより、位置データ取得部３は、自律移動体１００を中心とした（特に、自律移動体１００の前方において）より広い範囲に存在する物体を検出できる。なお、上記の前方データ取得部３１の物体の検出範囲と後方データ取得部３３の物体の検出範囲は、上記の検出範囲に限られず、必要に応じて、適宜適切な検出範囲を設定できる。
【００３２】
また、本実施形態において、前方データ取得部３１及び／又は後方データ取得部３３は、上記の本体部１の鉛直方向の上方（の前方及び後方）に取り付けられている。これにより、例えば、移動領域Ｓの床面などに設置された物体の移動が頻繁に起こる場合に、前方データ取得部３１及び後方データ取得部３３により取得された複数の位置データにより形成される投影物体像の時間的な変化（特に、ある時間に存在した物体が、他の時間において存在しないような変化）の影響をできるだけ排除できる。
【００３３】
従来の技術では、移動領域Ｓに設置された物体の移動が頻繁に行われる場合、自律移動体１００の移動前の投影物体像と、移動後の投影物体像とが大きく異なる場合がある。移動前後において投影物体像が大きく異なっていると、移動前後の投影物体像の一方をどのように移動しても、他方の投影物体像に一致しない。この場合、例えば複数の位置データを用いて自律移動体１００の移動量を推定したり、複数の位置データを用いて自律移動体１００の位置を推定したりする場合に、移動量や位置の推定が困難となる。
【００３４】
また、従来の技術では、移動前後の投影物体像が大きく異なる場合に、移動させた投影物体像と基準となる投影物体像とが一致したと判断されても、移動させた投影物体像の移動量から推定される自律移動体１００の移動量や推定された位置が、実際の自律移動体１００の移動量とは大きくかけ離れる場合がある。つまり、複数の位置データに基づいて推定した自律移動体１００の移動量や推定位置と、実際の自律移動体１００の移動量や位置との間に、大きな誤差が生じる場合がある。
【００３５】
それらの問題を解決するために、本実施形態では、上述したように、前方データ取得部３１及び／又は後方データ取得部３３を本体部１の上部に設置することで移動の激しい物体を検知する可能性を低減している。この結果、前方データ取得部３１及び後方データ取得部３３（位置データ取得部３）により取得した複数の位置データを用いることで、大きな誤差などを生じることなく、つまり精度よく自律移動体１００の移動量や位置を推定できる。
【００３６】
制御部５は、走行部２を制御する。具体的には、制御部５は、自律移動体１００の現在位置を、位置データ取得部３により取得された複数の位置データに基づいて推定する。
また、制御部５は、推定された現在位置から制御部５の記憶部（後述）などに記憶された予め決められた目標位置（あるいは、複数ある目標位置のうちの１つ）まで自律移動体１００を移動させるための制御信号を算出し、当該制御信号に基づいて、走行部２を駆動するための駆動信号を算出し、走行部２（のモータ２３ａ、２３ｂ）に出力する。
【００３７】
上記のように、位置データ取得部３により取得された複数の位置データを用いて自律移動体１００の現在位置を推定するために、制御部５は、さらに、位置データ取得部３により位置データが適切に取得されているかどうか（すなわち、正常動作しているかどうか）を判断する。なお、制御部５の詳細な構成については、後ほど説明する。
【００３８】
図１に示すように、干渉部材１１は複数の棒状の部材により構成されている。干渉部材１１は、位置データ取得部３（前方データ取得部３１及び後方データ取得部３３）を本体部１に取り付けるための取付部材（図示せず）の少なくとも一部として形成されている。例えば、取付部材と一体に形成されている棒状部分を干渉部材１１とできる。なお、取付部材は本体部１に取り付けられているので、干渉部材１１は本体部１に取り付けられているといえる。
【００３９】
衝突や振動などにより位置データ取得部３の取付状態が変化すると、位置データ取得部３と取付部材との相対的な位置関係がずれる場合がある。これにより、位置データ取得部３と干渉部材１１との相対的な位置関係がずれる。なぜなら、干渉部材１１は取付部材と一体に構成されているからである。
上記のように位置データ取得部３と干渉部材１１との相対的な位置関係がずれると、得られる干渉像（図４Ｂ）の形状が取付状態の変化前後において変化する。
【００４０】
後述するように、判断部５５（図３）が干渉像の形状と干渉部材１１の少なくとも一部の形状との一致度（類似度（後述））を判断している。これにより、判断部５５は、位置データ取得部３の取付状態の変化を、類似度の値の変化として検出できる。その結果、判断部５５は、取付状態が変化して類似度が適宜変更可能な所定の閾値以下となったと判断した場合に、位置データ取得部３の取付状態が異常であると判断できる。
【００４１】
また、図１に示すように、前方データ取得部３１に取り付けられた干渉部材１１は、自律移動体１００の前方方向に対して所定の角度を有して伸びた２本の棒状の部材として構成されている。一方、後方データ取得部３３に取り付けられた干渉部材１１は、自律移動体１００の前方方向とは逆方向に対して所定の角度を有して伸びた２本の棒状の部材として構成されている。
【００４２】
さらに、図２に示すように、干渉部材１１を構成する棒状の部材は、その少なくとも一部が、前方データ取得部３１の検出可能領域Ａ１と、後方データ取得部３３の検出可能領域Ａ２とに含まれる。図２は、検出可能領域と干渉部材との関係を模式的に示す図である。
【００４３】
これにより、干渉部材１１は、前方データ取得部３１及び後方データ取得部３３からの検出信号を反射できる。そして、検出信号が干渉部材１１により反射されて発生した反射信号は、前方データ取得部３１及び後方データ取得部３３により検知される。
【００４４】
その結果、前方データ取得部３１及び後方データ取得部３３が正常動作しているとき、前方データ取得部３１及び後方データ取得部３３において取得された複数の位置データにより形成される投影物体像には、上記の干渉部材１１の少なくとも一部に対応した像（干渉像）が含まれる。
【００４５】
また、図１及び図２に示すように、前方データ取得部３１に取り付けられた２本の干渉部材１１は所定の角度を有している（所定の形状の一例）。このため、前方データ取得部３１に取り付けられた２本の干渉部材１１から得られる複数の位置データは、自律移動体１００の前方方向に広がる逆Ｖ字形状（図１及び図２の場合）の干渉像を形成する。
【００４６】
一方、後方データ取得部３３に取り付けられた２本の干渉部材１１も同様に所定の角度を有している。このため、後方データ取得部３３に取り付けられた２本の干渉部材１１から得られる複数の位置データは、自律移動体１００の前方方向とは逆方向に広がるＶ字形状（図１及び図２の場合）の干渉像を形成する。
【００４７】
自律移動体１００が上記の構成を有することにより、自律移動体１００は移動領域Ｓにおける存在位置を、位置データ取得部３により取得した複数の位置データを用いて推定できる。自律移動体１００が本体の位置を推定可能であることにより、自律移動体１００は現在位置から所定の目標位置まで移動する制御信号を生成して自律的に所定の走行経路を走行できる。すなわち、自律移動体１００は、周囲に存在する物体（障害物など）を検出しながら自律的に所定の走行経路を移動できる。
【００４８】
また、自律移動体１００が干渉部材１１を備えることにより、自律移動体１００は、周囲の物体を検出中に、干渉部材１１からの反射信号を検出できる。その結果、自律移動体１００が停止中のみならず移動中にも、干渉部材１１からの反射信号を適切に検出したかどうかに基づいて、位置データ取得部３が正常動作しているかどうかを判断できる。
【００４９】
また、図１に示すように、第１実施形態の自律移動体１００は、取付部材９を介して本体部１に取り付けられた操作部７をさらに備えている。図１に示すように、操作部７は、回動可能な操作ハンドル７１ａ、７１ｂを有し、操作ハンドル７１ａ、７１ｂのそれぞれの操作量（回動量）を制御部５に出力可能となっている。これにより、制御部５は、操作ハンドル７１ａ、７１ｂの操作量に応じて、モータ２３ａ、２３ｂを制御する駆動信号を算出可能となる。
【００５０】
自律移動体１００が上記の操作部７を備えることにより、操作者が自律移動体１００を操作可能となる。具体的には、操作者が操作ハンドル７１ａ、７１ｂを回動するなどして車輪２１ａ、２１ｂの回動量や回転速度を調整することにより、操作者は自律移動体１００を操作できる。
【００５１】
また、上記のように、制御部５は自律移動体１００本体の移動領域Ｓにおける位置を推定可能となっている。そのため、例えば、操作者が操作部７を用いて自律移動体１００を操作している時に所定の時間間隔にて自律移動体１００の位置を推定し、推定された位置を制御部５の記憶装置などに記憶することにより、自律移動体１００（制御部５）に、操作者による自律移動体１００の操作を、上記の予め決められた走行経路として教示できる。
【００５２】
なお、自律移動体１００に走行経路を教示する方法は、上記した、操作者が操作部７を用いて自律移動体１００を操作する間に自律移動体１００の位置を推定して記憶する方法に限られない。例えば、移動領域Ｓを表す移動座標上の（複数の）座標点を記憶したデータにおいて、座標点を示す値を直接操作（あるいは直接入力）することによっても、自律移動体１００に走行経路を教示できる。または、自律移動体１００の移動領域Ｓにおける位置（移動座標の座標値）を指定するその他の方法によって、自律移動体１００に走行経路を教示できる。
【００５３】
また、第１実施形態の自律移動体１００は、補助輪部８をさらに備える。補助輪部８は、２つの補助車輪８ａ、８ｂを有する。２つの補助車輪８ａと８ｂは、それぞれが独立に回転可能なように本体部１の後方底部に取り付けられている。補助輪部８を備えることにより、自律移動体１００は安定に、かつ、スムーズに移動できる。
【００５４】
（２）制御部の構成
次に、制御部５の構成について図３を用いて説明する。図３は、制御部の構成を示す図である。制御部５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、ハードディスク装置と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、記憶媒体読み出し装置などにより構成される記憶装置と、信号変換を行うインターフェースなどと、を備えたマイコンシステムなどにより実現できる。また、以下に示す制御部５の各部の機能の一部又は全部は、プログラムとして実現されていてもよい。さらに、当該プログラムは、マイコンボードの記憶装置に記憶されていてもよい。又は、制御部５の各部の機能の一部又は全部は、カスタムＩＣなどにより実現されていてもよい。
【００５５】
制御部５は、位置推定部５１と、走行制御部５３と、判断部５５と、を有する。位置推定部５１は、自律移動体１００の移動領域Ｓにおける存在位置を推定する。本実施形態において、位置推定部５１は、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）法などを用いて、現在位置に存在する自律移動体１００の周囲の壁や障害物などの物体と自律移動体１００との相対的な位置関係を示す地図情報（ローカルマップ）と、予め記憶されていた移動領域Ｓ（の全体、又は、自律移動体１００が移動する領域を少なくとも含む一部）を示す地図情報（グローバルマップ、環境地図）とのマップマッチング結果に基づいて、自律移動体１００の現在位置を推定する。
【００５６】
また、位置推定部５１は、モータ２３ａ、２３ｂのエンコーダからパルス信号を入力可能となっている。これにより、位置推定部５１は、モータ２３ａ、２３ｂのパルス信号に基づいて、車輪２１ａ、２１ｂの回転量を算出できる。例えば、モータ２３ａ、２３ｂからのパルス信号に含まれるパルス数から、車輪２１ａ、２１ｂの回転量を算出できる。
【００５７】
さらに、位置推定部５１は、車輪２１ａ、２１ｂの回転量に基づいて、車輪移動量を算出する。車輪移動量は、車輪２１ａ、２１ｂの回転による自律移動体１００の移動量である。これにより、位置推定部５１は、位置データにより得られる地図情報と上記の車輪移動量とを両方考慮して、マップマッチングを行える。その結果、位置推定部５１は、取得した位置データに誤差が含まれていても、精度よく自律移動体１００の位置を推定できる。
【００５８】
走行制御部５３は、自律移動体１００が自律的に移動するときには、自律移動体１００を、現在位置から、制御部５の記憶装置などに記憶された予め決められた移動経路に含まれる所定の目標位置まで走行するように、走行部２を制御する。
【００５９】
具体的には、走行制御部５３は、まず、現在位置から上記の所定の目標位置までの距離や方向などに基づいて、現在位置から所定の目標位置まで所定の速度及び／又は加速度にて自律移動体１００を移動させる制御指令を生成する。次に、走行制御部５３は、上記の制御指令に基づいて、モータ２３ａ、２３ｂを制御するための駆動信号を算出し、モータ２３ａ、２３ｂに出力する。
【００６０】
本実施形態において、走行制御部５３は、モータ２３ａ、２３ｂのそれぞれに対して個別に駆動信号を出力している。すなわち、モータ２３ａ、２３ｂはそれぞれが異なる回転速度にて回転できる。例えば、自律移動体１００を直進させたい場合には、モータ２３ａ、２３ｂを同じ回転速度にて回転させる。一方、モータ２３ａ、２３ｂのそれぞれを異なる回転速度にて回転させると、自律移動体１００は回転運動できる。
図１に示した走行部２のように、２つの車輪２１ａ、２１ｂのそれぞれを個別にモータ２３ａ、２３ｂにより回転させて走行する走行部を、「差動二輪型」の走行部と呼ぶこともある。
【００６１】
また、走行制御部５３は、操作部７から操作ハンドル７１ａ、７１ｂの回動量（操作量）を入力し、入力した回動量から上記の駆動信号を算出し、モータ２３ａ、２３ｂに出力可能となっている。これにより、自律移動体１００は、操作ハンドル７１ａ、７１ｂを操作する操作者により操作可能となる。
【００６２】
走行制御部５３としては、例えば、フィードバック制御理論を用いた制御装置などを用いることができる。フィードバック制御理論を用いた制御装置を走行制御部５３として用いる場合、走行制御部５３は、モータ２３ａ、２３ｂの出力回転軸に取り付けられたエンコーダなどからのパルス信号を入力し、モータ２３ａ、２３ｂの回転数を制御指令に示したとおりに制御できる。
【００６３】
判断部５５は、位置データ取得部３から複数の位置データを取得し、複数の位置データにより形成される投影物体像に、干渉像を形成する位置データが存在するかを判断する。すなわち、判断部５５は、投影物体像に干渉像が含まれるかどうかを判断する。投影物体像に干渉像が含まれていないと判断された場合には、判断部５５は位置データ取得部３が正常動作していないと判断する。
【００６４】
また、判断部５５は、上記の干渉像が干渉部材１１の検出可能領域Ａ１、Ａ２に含まれている部分（干渉部材１１の少なくとも一部の一例）を反映しているかどうかを判断する。具体的には、判断部５５は、上記の２本の干渉部材１１により形成されるＶ字形状又は逆Ｖ字形状に対応する形状が、干渉像においても同様に見られるかどうかを判断する。
【００６５】
本実施形態において、判断部５５は、干渉像の形状と干渉部材１１の形状との一致度合いを示す数値（類似度）に基づいて、干渉像が干渉部材１１の形状を反映しているかどうかを判断する。例えば、類似度が適宜変更可能な所定の閾値を上回るときに、判断部５５は、干渉像の形状と干渉部材１１の形状とが一致する（すなわち、干渉像が干渉部材１１の形状を反映している）と判断する。
【００６６】
干渉像の形状と干渉部材１１の形状との一致度を数値化する方法としては、例えば、複数の位置データにより形成される投影物体像のパターンマッチングを用いることができる。複数の位置データにより形成される投影物体像のパターンマッチングの方法としては、例えば、テンプレートマッチングがある。
【００６７】
テンプレートマッチングは、例えば、一群の位置データのうちの１つの位置データの距離と、他の群の位置データのうち、前記１つの位置データの位置と同じ位置の１つの位置データの距離との差（点間距離）の絶対値を、位置データの個数などで決まる所定の数だけ合計する。そして、点間距離の絶対値を合計して得られた点間距離（差）の絶対値の合計値であるＳＡＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）に基づいて、一群の位置データにより形成される投影物体像と他の群の位置データにより形成される投影物体像との一致度を判断する方法である。
【００６８】
従って、テンプレートマッチングを用いて干渉像と干渉部材１１の形状との一致度合いを調べる場合には、例えば、制御部５の記憶装置などに記憶された複数のモデル位置データと、複数の干渉位置データとを用いて算出される上記のＳＡＤを指標として用いて、干渉像と干渉部材１１の形状との一致度合いを判断する数値（類似度と呼ぶ）を算出できる。上記の複数のモデル位置データは、干渉部材１１の少なくとも一部を移動座標上に投影した投影物体像（モデル像）を形成する。干渉位置データは、干渉像を形成する位置データである。
【００６９】
テンプレートマッチングにおいては、上記のＳＡＤが小さいほど干渉像と干渉部材１１の形状とが一致していると判断される。なぜなら、ＳＡＤが小さいことは、複数のモデル位置データと複数の干渉位置データとが全体として近い位置に存在することを意味するからである。従って、本実施形態においては、ＳＡＤ（入力）が小さくなるほど類似度（出力）が大きくなるような関数に基づいて、類似度をＳＡＤの関数として表す。
【００７０】
上記のように、判断部５５がパターンマッチングにより干渉像と干渉部材１１の形状との一致度を判断することにより、位置データが取得されていないという異常以外の位置データ取得部３の様々な異常を検知できる。
例えば、位置データ取得部３の取り付け位置や方向のずれ、位置データ取得部３の検出可能領域に他の物体（例えば、自律移動体１００の配線材など）が入ること、位置データ取得部３の信号検出部の汚染、及び／又は位置データ取得部３のゲイン設定の異常など、投影物体像（干渉像）が歪んだり変形したりするような位置データ取得部３の異常を検知できる。
【００７１】
また、判断部５５は、位置データ取得部３が正常に動作していないと判断した場合に、自律移動体１００に備わっている表示部（図示せず）などに位置データ取得部３が異常であることを通知する表示を行う。または、判断部５５は、位置データ取得部３が異常であることを外部のコンピュータなどに通知してもよいし、自律移動体１００に対して音を発生するよう指令してもよい。
【００７２】
その他、位置データ取得部３が正常に動作していないと判断した場合に、判断部５５は、位置推定部５１に対して、位置データ取得部３から取得した位置データを用いることを停止するよう指令してもよい。この場合、位置推定部５１は、例えば、他の手段（例えば、車輪２１ａ、２１ｂの回転量）により得られる位置や距離などの情報を用いて、自律移動体１００の位置を推定できる。
【００７３】
制御部５が上記の構成を有することにより、自律移動体１００は、制御部５の記憶装置などに記憶されている走行経路などの予め決められた走行経路を、自律的に移動できる。また、制御部５が上記の判断部５５を有することにより、本実施形態の制御部５においては、位置データ取得部３が位置データを取得していないという異常に加えて、それ以外の上記の位置データ取得部３の異常も検知できる。
【００７４】
（３）自律移動体の動作
次に、自律移動体１００の動作について説明する。以下の説明においては、自律移動体１００が所定の目標位置を通過しながら、所定の経路を自律的に移動するときの動作について説明する。以下の説明においては、図４Ａに示すように、壁Ｗにより定められた移動領域Ｓを位置Ｐ１から位置Ｐ２まで移動する場合の動作について説明する。図４は、自律移動体の移動領域と存在位置を模式的に示す図である。
自律移動体１００が動作（移動）を開始すると、位置データ取得部３が、検出信号を出力する。また、位置データ取得部３は、検出信号が自律移動体１００の周囲に存在する壁や障害物などの物体により反射されることにより発生した反射信号を検出し、複数の位置データを取得する。
【００７５】
このとき、位置Ｐ１に存在する自律移動体１００においては、図４Ｂに示すような投影物体像（太線にて示している）を形成する複数の位置データが得られる。図４Ｂは、検出可能領域と自律移動体により得られた投影物体像とを模式的に示す図である。すなわち、自律移動体１００の紙面右側の壁Ｗの検出可能領域Ａ１に含まれる部分からの反射信号による投影物体像と、紙面下側の壁Ｗの検出可能領域Ａ１、Ａ２に含まれる部分からの反射信号による投影物体像を形成する位置データが位置データ取得部３により得られる。
【００７６】
壁からの投影物体像に加えて、位置データ取得部３は、干渉部材１１の検出可能領域Ａ１、Ａ２に含まれる部分からの反射信号による干渉像を形成する位置データを取得している。
【００７７】
複数の位置データ（干渉像、及び／又は投影物体像）を取得後、判断部５５は、取得した複数の位置データに干渉像を形成する位置データが含まれているかどうかを判断する。干渉像を形成する位置データが含まれていると判断された場合、判断部５５は、位置データ取得部３は少なくとも位置データを取得可能であると判断する。
【００７８】
一方、干渉像を形成する位置データが得られていない（位置データがほとんど得られていない）と判断された場合には、判断部５５は、位置データ取得部３に異常が生じている（位置データの取得ができていない）と判断する。そして、判断部５５は、異常を通知する信号などを出力する。
【００７９】
また、判断部５５は、得られた位置データにより形成される干渉像と、複数のモデル位置データにより形成されるモデル像（すなわち、干渉部材１１の形状を表す像）との類似度を算出する。
【００８０】
判断部５５がテンプレートマッチングによりパターンマッチングを行う場合には、判断部５５は、複数のモデル位置データと干渉像を形成する干渉位置データとのＳＡＤに基づいて、類似度を算出する。その後、判断部５５は、類似度が所定の閾値を上回る場合に、干渉像は干渉部材１１の検出可能領域Ａ１、Ａ２に含まれる部分を反映していると判断する。すなわち、判断部５５は、位置データ取得部３が正常に動作していると判断する。
【００８１】
一方、類似度が所定の閾値以下の場合には、判断部５５は、位置データ取得部３が位置データを取得しているが正常に動作していないと判断する。これにより、判断部５５は、上記の位置データが取得されていても異常動作していると判断すべき位置データ取得部３の状態を検知できる。
【００８２】
自律移動体１００が位置Ｐ１から移動して位置Ｐ２に到達したときにも、上記と同様に、自律移動体１００は位置データ取得部３から位置データを取得している。ただし、位置Ｐ２においては、検出可能領域Ａ１、Ａ２の範囲内に移動領域Ｓの壁Ｗが存在していない。
干渉部材を備えない従来の自律移動体においては、位置Ｐ２においては、全く位置データが得られない。そのため、干渉部材を備えない従来の自律移動体は、位置Ｐ２においては、位置データ取得部３に異常が生じているのか、壁や障害物がなく位置データが取得できないだけなのか判断できない。
【００８３】
または、特に位置Ｐ２においては、位置データが取得できない原因を判断するために、従来の自律移動体においては、位置データ取得部の前にシャッターなどを設置し、シャッターにより反射された信号を検知できたかどうかを判断する必要があった。すなわち、従来の自律移動体においては、位置データが取得できない原因を判断するために、地図情報などを生成するための位置データの取得を停止する必要があった。
【００８４】
一方、本実施形態の自律移動体１００においては、図４Ｂに示すように、検出可能領域Ａ１、Ａ２に移動領域Ｓの壁Ｗや障害物がなくとも、位置データ取得部３が正常動作している場合には、干渉像を形成する位置データが取得される。すなわち、本実施形態の自律移動体１００においては、位置データ取得部３により位置データが全く（あるいはほとんど）取得できないときには、位置データ取得部３に位置データが取得できないという異常があると判断できる。
【００８５】
また、図４Ｂに示すように、本実施形態の自律移動体１００においては、干渉部材１１からの干渉像と、移動領域Ｓに存在する壁Ｗや障害物などからの投影物体像とを同時に得られる。すなわち、本実施形態の自律移動体１００は、移動領域Ｓに存在する物体を検知しながら位置データ取得部３の異常を検知できる。
【００８６】
さらに、本実施形態の自律移動体１００においては、位置Ｐ２において干渉像を形成する位置データのみが取得されていても、上記のパターンマッチングにより、判断部５５は、位置データが取得できないという異常以外の位置データ取得部３の異常を、位置Ｐ２において判断できる。
【００８７】
上記のように、干渉部材１１を備える本実施形態の自律移動体１００においては、検出可能領域Ａ１、Ａ２内に壁や障害物などが存在しない場合でも、移動中に障害物の検出を停止することなく、位置データ取得部３が正常に動作しているかどうかを判断できる。さらに、判断部５５が位置データにより形成される干渉像が干渉部材１１の形状を反映しているかどうか判断することにより、位置データ取得部３に生じている異常の種類や原因などを判断できる。
【００８８】
なお、本実施形態の自律移動体１００において、位置データは、位置データ取得部３により取得後に、移動領域Ｓを表す移動座標上の座標値に変換されている。この場合、移動領域Ｓにおける自律移動体１００の姿勢（進行方向）によって、座標変換後の位置データにより形成される干渉像の向き（形状）が、位置Ｐ１と位置Ｐ２において異なる（図４Ｂ）。
【００８９】
このため、本実施形態においては、上記のモデル像と干渉像とをパターンマッチングする前に、位置データ及び／又は車輪２１ａ、２１ｂの回転量を用いて推定した自律移動体１００の移動量に基づいて、モデル像（モデル位置データ）を移動して新たなモデル像（移動モデル像）を生成する。移動モデル像の生成後に、判断部５５は、移動モデル像と干渉像とのパターンマッチングを行う。
【００９０】
（４）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
【００９１】
（Ａ）干渉部材の他の実施形態
上記の第１実施形態において、干渉部材１１は棒状の部材により構成されていたが、これに限られない。その他の任意の形状の部材により干渉部材１１を構成してもよい。この場合、部材の形状は、反射信号から得られる位置データにより形成される干渉像において、当該部材の形状を反映できる形状とすることが好ましい。
【００９２】
また、上記の第１実施形態において、干渉部材１１は位置データ取得部３の取付部材と一体に形成されていた。すなわち、干渉部材１１の位置は固定されていた。しかし、これに限られず、干渉部材１１を移動可能としてもよい。例えば、干渉部材１１を位置データ取得部３の信号検出窓（検出可能領域Ａ１、Ａ２）の領域にて移動させることにより、どの方向の位置データが取得されていないかであるとか、どの方向の干渉像（投影物体像）が歪んでいるかといった、位置データ取得部３の一部において発生した異常に関する情報を検知できる。
【００９３】
さらに、干渉部材１１を、位置データ取得部３において位置データがほとんど取得できない場合にのみ検出可能領域Ａ１、Ａ２に含むよう移動可能としてもよい。これにより、干渉部材１１が移動領域Ｓ中の物体や人などの動物に衝突する可能性を低減できる。
【００９４】
（Ｂ）類似度についての他の実施形態
上記の第１実施形態において、類似度は、干渉像とモデル位置データにより形成される像（干渉部材１１の少なくとも一部である像）とが一致するほど値が小さくなるＳＡＤを指標として用い、ＳＡＤ（入力）が小さくなるほど類似度（出力）が大きくなるような関数に基づいて、ＳＡＤの関数として定義されていた。しかし、これに限られず、他の指標を用いて類似度を定義してもよい。
【００９５】
例えば、干渉像とモデル位置データにより形成される像とが一致するほど値が大きくなる指標の関数を類似度と定義してもよい。例えば、一群の点データ位置データのうちの１つの点データ位置データの距離と、他の群の点データ位置データのうち、前記１つの点データ位置データの位置と同じ位置の１つの点データ位置データの距離との差（点間距離）の二乗値を、点データ位置データの個数などで決まる所定の数だけ合計して算出される値の逆数であるＩ−ＳＳＤ（Ｉｎｖｅｒｓｅｄ−  Ｓｕｍ  ｏｆ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を指標として用いてもよい。すなわち、Ｉ−ＳＳＤが大きいことは、複数のモデル位置データと複数の干渉位置データとが全体として近い位置に存在することを意味する。従って、類似度を、Ｉ−ＳＳＤを指標として用い、Ｉ−ＳＳＤが大きくなるほど類似度が大きくなるような関数を定義してもよい。
【００９６】
また、干渉像と干渉部材１１の形状とが一致するかどうかの判断基準である「所定の閾値」は、類似度の定義、及び／又は、類似度がどの程度の値となれば干渉像と干渉部材１１の形状が一致すると判断するかとの基準によって適宜変更可能としてもよい。
【００９７】
さらに、上記の「所定の閾値」を、自律移動体１００の動作中に、所定の条件に従って適宜変更可能としてもよい。例えば、自律移動体１００の累積移動距離、及び／又は、累積稼働時間が長くなるほど所定の閾値を大きく（すなわち、干渉像とモデル位置データにより形成される像とが一致していると判断する条件を厳しく）してもよい。この場合、自律移動体１００の累積移動距離、及び／又は、累積稼働時間が長くなるほど、位置データ取得部３に異常が発生する確率が高くなるため、閾値を大きくすることで異常を早期に検出できる効果が期待できる。また、異常が検出されてその原因が修理された場合や、自律移動体１００の定期メンテナンスなどによって位置データ取得部３がより本来の正常な状態に戻った場合に、所定の閾値を小さい値に変更しなおしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、障害物を検出しながら移動可能な移動体に広く適用できる。
【符号の説明】
【００９９】
１００ 自律移動体
１     本体部
２     走行部
２１ａ、２１ｂ       車輪
２３ａ、２３ｂモータ
３     位置データ取得部
３１   前方データ取得部
３３   後方データ取得部
５     制御部
５１   位置推定部
５３   走行制御部
５５   判断部
７     操作部
７１ａ、７１ｂ操作ハンドル
８     補助輪部
８ａ、８ｂ    補助車輪
９     取付部材
１１   干渉部材
Ａ１、Ａ２    検出可能領域
Ｓ     移動領域
Ｗ     壁
【図１】
2016085708.tif 000003
【図２】
2016085708.tif 000004
【図３】
2016085708.tif 000005
【図４Ａ】
2016085708.tif 000006
【図４Ｂ】
2016085708.tif 000007