(57)【要約】【課題】自律走行装置の進行方向の測距を行いつつ、測距する必要がある範囲外の走査範囲に照射される光を、測距手段からの照射方向とは異なる方向の測距に活用することが可能となる自律走行装置を提供する。【解決手段】走行手段である駆動モータ及び駆動輪１２０と、レーザー光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段である測距センサ１５とを備える自律走行装置である自走ロボット１において、測距センサ１５の走査範囲γの中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を自走ロボット１の足元に変更する反射手段であるミラー１５１を備える。【選択図】図１
2017107563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行手段と、
光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段とを備える自律走行装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更する反射手段を備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項２】
請求項１の自律走行装置において、
前記反射手段として、入射した光を前記測距手段の走査平面に対して下方に傾けて装置本体の進行方向に反射するものを備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項３】
請求項１または２の自律走行装置において、
前記反射手段の反射方向を変更する反射方向変更手段を備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項４】
請求項２に記載の構成を備えた請求項３の自律走行装置において、
前記測距手段から前記反射手段を介さずに装置本体の進行方向に照射された光によって検出された装置本体の前方の対象物の距離情報と、前記反射手段で反射した光によって検出された装置本体の進行方向の対象物の距離情報と、が異なるときに、前記反射方向変更手段は前記走査平面に対する前記反射手段の反射方向の傾きが変化するように、前記反射手段を揺動させることを特徴とする自律走行装置。
【請求項５】
請求項３または４の自律走行装置において、
前記反射手段とその反射方向を変更する前記反射方向変更手段との組み合わせを複数備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項６】
請求項４の構成を備えた請求項５の自律走行装置において、
複数の前記反射方向変更手段は、それぞれが反射方向を変更する前記反射手段の反射方向の前記走査平面に対する傾きが変化する範囲が互いに異なるように、それぞれの前記反射手段を揺動させることを特徴とする自律走行装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段として、装置本体の側方の足元に向けて光を反射するものを備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段として、装置本体の後方足元に向けて光を反射するものを備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段として、入射した光を、前記測距手段の走査範囲の中央に向けて反射するものを備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段として、装置本体における位置が前記測距手段が走査しながら光を照射する位置よりも後方となるものを備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段を複数備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れかに記載の自律走行装置において、
走行経路の周囲に存在する物体の形状の情報を記憶する物体形状記憶手段と、
前記測距手段の測定結果に基づいて前記対象物の形状の情報を作成し、前記物体形状記憶手段が有する前記対象物についての物体の形状の情報と、作成した前記対象物の形状の情報とを比較する対象物形状確認手段を備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れかに記載の自律走行装置において、
前記反射手段で反射されて対象物に照射された光によって得た測距情報と、
前記測距手段から反射されることなく対象物に照射された光によって得た測距情報と、を分離して記憶する記憶手段を備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項１４】
走行手段と、
光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段とを備える自律走行装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更する光路変更手段を備え、
前記光路変更手段として、入射した光の光路を前記測距手段の走査平面に対して下方に傾け、装置本体の幅を前方に延長した範囲に向けて光路を変更するものを備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項１５】
走行手段と、
光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段とを備える自律走行装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更する光路変更手段を備え、
前記光路変更手段として、装置本体の側方の足元に向けて光路を変更するものを備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項１６】
走行手段と、
光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段とを備える自律走行装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更する光路変更手段を備え、
前記光路変更手段として、装置本体の後方足元に向けて光路を変更するものを備えることを特徴とする自律走行装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の何れかに記載の自律走行装置において、
前記測距手段から取得する距離情報に基づいて障害物を検出する障害物検出部と、
前記距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、推定した前記自己位置を用いて補正する自己位置推定部と、
障害物検出部で検出した障害物情報と、前記自己位置の推定において補正した自己位置とに基づいて、前記走行手段の制御を行う走行制御部を備える自律走行装置。
【請求項１８】
光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段を備える測距装置において、
前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更する反射手段を備えることを特徴とする測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律走行装置及び測距装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自律走行装置として、レーザー光の照射方向を連続的に変化させて周囲の障害物を検出するレーザーレンジファインダ等の光走査型の測距センサを備えたものがある。
例えば、特許文献１には、自律走行装置の前方を走査するようにレーザー光を照射し、その検出領域内の物体からの反射光を受光することで、その物体までの距離を測定する構成が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年の走査型の測距センサは、レーザー光の走査範囲が広くなっている。このような測距センサを備えた自律走行装置では、自律走行時の障害物の回避や自己位置の推定のために測距する必要がある範囲に比べて、測距センサの走査範囲が広い場合がある。この場合、測距する必要がある範囲外の走査範囲にレーザー光の照射は行われるものの、そのレーザー光は、自律走行を行うための距離の測定に用いられていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した課題を解決するために、本発明は、走行手段と、光の照射方向を連続的に変化させる光走査型の測距手段とを備える自律走行装置において、前記測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更する反射手段を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、自律走行装置の進行方向の測距を行いつつ、測距する必要がある範囲外の走査範囲に照射される光を、測距手段からの照射方向とは異なる方向の測距に活用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態１の自走ロボットのミラーの配置と光路との説明図、（ａ）は上面図、（ｂ）は右側面図。
【図２】実施形態１の自走ロボットの説明図、（ａ）は側面図であり、図２（ｂ）は下面図。
【図３】図１（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図。
【図４】二つのミラーを備える実施形態１に係る自走ロボットの測距センサ近傍の拡大上面図。
【図５】自走ロボットの足元の異常を検出する方法の説明図、（ａ）は異常がない状態の説明図、（ｂ）は進行方向に障害物がある状態の説明図、（ｃ）は、進行方向に凹部がある状態の説明図。
【図６】ＬＲＦの中心を原点としたときの座標系を用いた測定距離の算出方法の説明図、（ａ）は上面図、（ｂ）はミラーの傾斜角の説明図。
【図７】ミラー反射点を原点とした座標系を用いた測定距離の算出方法の説明図、（ａ）は、ミラー反射点の位置を示す斜視説明図、（ｂ）は、ミラー反射点を原点とした三次元座標系の説明図。
【図８】実施形態１の自走ロボットの制御システムのブロック図。
【図９】実施形態１の自走ロボットの制御動作のフローチャート図。
【図１０】実施形態２のミラー保持部の説明図、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は、ミラーの固定位置の説明図。
【図１１】アジャスタの突き出し量とミラーの傾きとの関係の説明図、（ａ）は、ミラーを傾けていない状態の説明図、（ｂ）は、初期状態の説明図、（ｃ）は、障害物検出時の説明図。
【図１２】ミラーの傾きを変更したときの反射レーザー光の照射方向の変化を示す説明図。
【図１３】実施形態２の自走ロボットの制御システムのブロック図。
【図１４】実施形態２の自走ロボットの制御動作のフローチャート図。
【図１５】実施形態３の自走ロボットの説明図、（ａ）は上面図、（ｂ）は右側面図。
【図１６】図１５（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図。
【図１７】二つのミラーのそれぞれの傾きを変更したときの反射レーザー光の照射方向の変化を示す説明図。
【図１８】実施形態３の自走ロボットの制御システムのブロック図。
【図１９】実施形態４の自走ロボットの説明図、（ａ）は上面図、（ｂ）は右側面図。
【図２０】図１９（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図。
【図２１】測距センサによる検出範囲の説明図、（ａ）は側方ミラーを備えない構成の説明図、（ｂ）は側方ミラーを備える構成の説明図。
【図２２】実施形態５の自走ロボットの説明図、（ａ）は上面図、（ｂ）は右側面図。
【図２３】図２２（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図。
【図２４】測距センサによる検出範囲の説明図、（ａ）は側方ミラー及び後方ミラーを備えない構成の説明図、（ｂ）は側方ミラー及び後方ミラーを備える構成の説明図。
【図２５】実施形態６の自走ロボットの説明図、（ａ）は上面図、（ｂ）は右側面図。
【図２６】図２５（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図。
【図２７】二つのミラーを備える実施形態６に係る自走ロボットの測距センサ近傍の拡大上面図。
【図２８】レーザー光が円柱状の障害物に当たる状態の模式図、（ａ）はミラーを備えない構成の説明図、（ｂ）は二つのミラーを備える構成の説明図。
【図２９】実施形態６のＬＲＦの中心を原点としたときの座標系を用いた測定距離の算出方法の説明図。
【図３０】実施形態６の自走ロボットの制御システムのブロック図。
【図３１】実施形態６の自走ロボットの制御動作のフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔実施形態１〕
以下、図面を参照して本発明の一つ目の実施形態（以下、「実施形態１」という）について説明する。
図２は、実施形態１の自律走行装置である自走ロボット１の説明図であり、図２（ａ）は、自走ロボット１の概略構成を示す側面図であり、図２（ｂ）は下面図である。自走ロボットとしては、車両の上に物を積載し、指定された場所まで無人で物を配送するタイプや、台車などを牽引するタイプなどある。本実施形態の自走ロボット１は、何れのタイプにおいても適用することが可能である。
【０００８】
図２に示すように、自走ロボット１は、車両本体１１、駆動輪１２０、補助輪１２１、駆動モータ１２２、駆動輪１２０の回転数を検出するためのエンコーダ１２３及び自律走行制御を行う演算部２１０を備える。駆動輪１２０、駆動モータ１２２及びエンコーダ１２３をそれぞれ二つ備え、右駆動輪１２０ａに対して駆動を伝達する右駆動モータ１２２ａと右駆動輪１２０ａの回転数を検出する右エンコーダ１２３ａとを備える。同様に、左駆動輪１２０ｂに対して駆動を伝達する左駆動モータ１２２ｂと左駆動輪１２０ｂの回転数を検出する左エンコーダ１２３ｂとを備える。図２中の矢印「α」で示す方向が、自走ロボット１が前方に直進する際の進行方向であり、自走ロボット１の図２中の右側が前方である。
【０００９】
演算部２１０の内部には、駆動モータ制御部２２２、マップデータベースメモリ２３０及び経路演算部２３４が備えられている。駆動モータ制御部２２２は、駆動輪１２０を駆動するための制御信号を作成し、駆動モータ１２２にその制御信号を送信する。マップデータベースメモリ２３０は自律走行制御に必要なマップデータを記憶し、経路演算部２３４は、指定された目的地までの経路、距離などを演算する。マップデータベースメモリ２３０は、第一マップメモリ２３０ａ、第二マップメモリ２３０ｂ及び第三マップメモリ２３０ｃとを備える。第一マップメモリ２３０ａには予め入力される地図情報を記憶し、第二マップメモリ２３０ｂには水平走査によって得られる障害物情報、第三マップメモリ２３０ｃには足元走査によって得られる障害物情報を記憶する。このように、地図情報と、水平走査によって得られる障害物情報と、足元走査によって得られる障害物情報とを分離して記憶する。
【００１０】
自走ロボット１の移動速度や移動距離などは、エンコーダ１２３（ａ、ｂ）で検出された左右の駆動輪１２０（ａ、ｂ）の回転数に基づいて求められている。
また、車両本体１１の内部には自走ロボット１の電源となるバッテリー１４０が配置され、車両本体１１の前面には、移動する方向に現れた障害物などを認識するための非接触式の測距センサ１５が配置されている。本実施形態では、測距センサ１５としてレーザー光を照射するレーザーレンジファインダ（以下、「ＬＲＦ」ともいう）を用いており、レーザー光の照射方向が略水平となるように配置されている。
測距センサ１５は、照射方向を連続的に変化させてレーザー光を照射し、その扇型状の検出領域内の物体からの反射光を受光することで、その物体までの距離を測定することができる。また、測距センサ１５は、走査範囲の中央となる正面方向が、自走ロボット１の直進時の進行方向と一致するように自走ロボット１に固定されている。
【００１１】
測距センサ１５で認識した障害物までの距離情報が、演算部２１０に入力されると、演算部２１０による自律走行制御によって、走行経路が生成される。
自律走行制御では、あらかじめ記憶している地図情報と、オドメトリ（エンコーダ１２３の回転数から移動距離を算出）による推定される移動距離と、測距センサ１５にて検出された距離情報と、をマッチングさせることによって、自己位置の推定を行う。
【００１２】
上述した構成を備える自走ロボット１は、右駆動輪１２０ａと左駆動輪１２０ｂとの駆動量をそれぞれ独立に制御することで、直進、曲線、後退、旋回などの移動動作を行うことができる。そして、ユーザー指示、もしくは、あらかじめプログラムされている目的地を入力することによって経路演算部２３４が走行経路を生成する。この走行経路に追従するよう駆動モータ制御部２２２が駆動モータ１２２（ａ、ｂ）を制御することによって、目的地に到達することができる。
【００１３】
演算部２１０の内部に備えられているマップデータベースメモリ２３０では、使用エリア全体の形状に対して、一定間隔に配置された格子点を結ぶグリッド線に描写することで得られるグリッドマップとして地図情報が第一マップメモリ２３０ａに記憶されている。自走ロボット１の稼動時には目的地が地図情報のグリッドマップ上に予め設定され、測距センサ１５によって検出した障害物情報が、リアルタイムに各グリッドに設定され、生成された走行経路にしたがって、目的地へと移動する。自走ロボット１を稼動する前に、使用エリア内で、測距センサ１５による検出を行いながら自走ロボット１を自律走行させ、記憶された地図情報内に、検出した障害物情報を予め記憶する構成としてもよい。
【００１４】
図１は、実施形態１の自走ロボット１における測距センサ１５及びミラー１５１の位置とレーザー光の光路との説明図であり、図１（ａ）は、自走ロボット１の上面図、図１（ｂ）は自走ロボット１の右側面図である。図３は、図１（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図である。図１（ａ）及び図３中の一点鎖線の矢印「γ」で示す範囲は測距センサ１５が測距用の光を照射する走査範囲を示している。
【００１５】
自走ロボット１は、矢印「α」で示す進行方向に対して、測距センサ１５を中心とした、走査範囲γ内の後方に、ミラー１５１を配置している。ミラー１５１は、ミラー保持部１６０によって車両本体１１に固定されている。
図１（ｂ）及び図３中の破線「Ｌ１」は測距センサ１５の走査面に沿って水平走査する直射レーザー光Ｌ１を示している。一方、実線「Ｌ２」は測距センサ１５から照射され、ミラー１５１に反射することで自走ロボット１の進行方向の足元を走査する反射レーザー光Ｌ２を示している。
このように、ミラー１５１を配置することによって、ミラー１５１の配置角度を切り替えすることなく、水平方向を走査しつつ、走査範囲γの一部のレーザー光をミラー１５１で反射し、進行方向の足元側へも同時に走査することができる。これにより、測距センサ１５がレーザー光を発する発光位置を含む仮想水平面上における進行方向の測距と、進行方向の足元の測距とを同時に行うことができる。
【００１６】
図４は、複数台のミラー１５１として、第一ミラー１５１ａと第二ミラー１５１ｂとの二つを備える自走ロボット１の測距センサ１５近傍の拡大上面図である。
図４では、測距センサ１５の走査範囲γ内の後方に第一ミラー１５１ａ及び第二ミラー１５１ｂを配置し、第一ミラー１５１ａと第二ミラー１５１ｂとで配置角度を異ならせている。これにより、一台の測距センサ１５を用いて複数水準の距離を測定する構成を実現することができる。
【００１７】
図５は、反射レーザー光Ｌ２によって自走ロボット１の足元の異常を検出する方法の説明図である。図５（ａ）は、進行方向に異常がない状態の説明図であり、図５（ｂ）は進行方向の床面３００上に測距センサ１５よりも低い障害物３０１がある状態の説明図である。また、図５（ｃ）は、進行方向の床面３００に凹部３０２がある状態の説明図である。
【００１８】
図５（ａ）に示すように、自走ロボット１の進行方向に障害物３０１や凹部３０２がない場合は、反射レーザー光Ｌ２によって床面３００が検出される。このとき、反射レーザー光Ｌ２が照射される対象物は床面３００であり、ミラー１５１から対象物までの距離として、レイアウト条件から幾何学的に算出される距離「Ｌ’０」が検出される。ここでのレイアウト条件とは、測距センサ１５やミラー１５１の自走ロボット１における水平方向の位置や高さ、ミラー１５１の傾き等である。
【００１９】
一方、図５（ｂ）に示すように、進行方向の床面３００上に障害物３０１がある場合には、反射レーザー光Ｌ２が照射される対象物は障害物３０１の側面となる。このとき、ミラー１５１から対象物までの距離は、床面３００を検出するものとして予め設定されている距離情報「Ｌ’０」よりも短い距離「Ｌ’１」が検出される。
また、図５（ｃ）で示すように、進行方向の床面３００に凹部３０２がある場合には、反射レーザー光Ｌ２が照射される対象物は凹部３０２の底面となる。このとき、ミラー１５１から対象物までの距離は、床面３００を検出するものとして予め設定されている距離情報「Ｌ’０」より長い距離「Ｌ’２」が検出される。
【００２０】
自走ロボット１は進行方向の障害物３０１や凹部３０２を検出すると、予め記憶している地図情報と推定した自己位置とに基づいて、演算部２１０が検出した障害物３０１や凹部３０２を迂回する走行経路を算出する。
【００２１】
図５（ｂ）に示す場合で、反射レーザー光Ｌ２が、障害物３０１の側面に当たっている状態では、自走ロボット１が障害物３０１に近づくにつれて距離「Ｌ'１」が短くなる。そして、反射レーザー光Ｌ２が障害物３０１の上面に当たる状態となると、自走ロボット１が障害物３０１に近づいても距離「Ｌ'１」は一定となる。このように、反射レーザー光Ｌ２が障害物３０１の上面に当たる状態となったときに距離「Ｌ'１」に基づいて障害物３０１の高さを認識することが可能である。このため、障害物３０１の高さが自走ロボット１によって乗り越えることが可能な高さである場合は、迂回することなく、障害物３０１を乗り越えて当初の走行経路に従って目的地に向かう構成としてもよい。
【００２２】
図６及び図７を用いて実施形態１の自走ロボット１における反射レーザー光Ｌ２を用いた測定距離の算出方法について説明する。
図６は、照射方向を連続的に変化させる測距センサ１５がレーザー光を照射する発光位置の中心（ＬＲＦの中心）を原点としたときの座標系を用いた説明図である。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は、ミラー１５１の傾斜角「θβ」の説明図であり、図６（ａ）中のＡ−Ａ方向からミラー１５１を見た説明図である。図６（ｂ）中の直線「Ｘ−Ｙ」はＸ−Ｙ平面を示している。
【００２３】
図７は、ミラー１５１の表面上における反射レーザー光Ｌ２が反射するミラー反射点を原点とした座標系を用いた説明図である。図７（ａ）は、ミラー１５１におけるミラー反射点「０」の位置を示す斜視説明図であり、図７（ｂ）は、ミラー反射点「０」を原点とした三次元座標系の説明図である。
【００２４】
図６及び図７では、自走ロボット１の進行方向（矢印「α」方向）をＸ軸とし、Ｘ軸に直交する左右方向を、Ｙ軸とし、鉛直上向きをＺ軸として示す。
ミラーＺ軸偏心：θα
ミラーＸ軸偏心：θβ
ＬＲＦからの出射角度：θ
ＬＲＦの走査平面から床面までの距離：Ｚｍ（図５（ａ）参照）
ＬＲＦの中心からミラー面までの距離：ＬＭ
ＬＲＦの中心からミラー反射点までの距離：Ｌ
ミラー反射点から対象物までの反射光線長：Ｎ
上記「θβ」は、図６（ｂ）中の破線で示すＸ−Ｙ平面に直交する仮想のミラー反射面１５１ｆ’と、Ｘ−Ｙ平面に対して傾けて配置されたミラー反射面１５１ｆとが成す角の角度である。
【００２５】
ＬＲＦ（測距センサ１５）からミラー１５１への入射光線をベクトル表示し、
【数１】
2017107563.tif 000003
とすると、次式となる。
【数２】
2017107563.tif 000004
【００２６】
「Ｌ」をレイアウトパラメータとなる「ＬＭ」及び「θα」で表すと、次式となる。
【数３】
2017107563.tif 000005
（１）および（２）より、
【数４】
2017107563.tif 000006
は、次式で表すことができる。
【数５】
2017107563.tif 000007
【００２７】
次に、ミラー反射面１５１ｆをベクトル表示する。
ミラー反射面１５１ｆに垂直なベクトルを、
【数６】
2017107563.tif 000008
とし、
ミラー反射面１５１ｆに平行かつ、入射光線「Ｌ」及び反射光線「Ｌ'」に垂直なベクトルを、
【数７】
2017107563.tif 000009
とすると、次式で表すことができる。
【数８】
2017107563.tif 000010
【数９】
2017107563.tif 000011
【００２８】
次に反射光線「Ｌ'」をベクトル表示する。
反射光線ベクトルを、
【数１０】
2017107563.tif 000012
とする。
ここで、入射光線ベクトル
【数１１】
2017107563.tif 000013
と、反射光線ベクトル
【数１２】
2017107563.tif 000014
と、ミラー法線ベクトル
【数１３】
2017107563.tif 000015
とは、次の関係が成り立つ。
【００２９】
【数１４】
2017107563.tif 000016
【数１５】
2017107563.tif 000017
【数１６】
2017107563.tif 000018
【００３０】
また、反射光線ベクトル
【数１７】
2017107563.tif 000019
と、ミラー反射面１５１ｆに平行なベクトル
【数１８】
2017107563.tif 000020
とは、直交しているので、次式が成り立つ。
【数１９】
2017107563.tif 000021
【００３１】
式（６）’および（７）より、「ｋ」が求まる。
【数２０】
2017107563.tif 000022
式（６）’および（８）より、反射光線ベクトルを、
【数２１】
2017107563.tif 000023
を求めることができる。
【００３２】
次に、反射光線「Ｌ’」が床面３００に到達する長さ「Ｎ」を求めるために、反射光線「Ｌ’」を直線の式で表す。
ミラー反射点は、図６から（３）として表すことができる。
【数２２】
2017107563.tif 000024
【００３３】
原点（ＬＲＦの中心）から床面３００までの距離は、「Ｚｍ」であるため、反射光線「Ｌ’」が床面３００を照射する座標は以下の（１０）式のようになる。
【数２３】
2017107563.tif 000025
【００３４】
これらによって、ミラー反射点と反射光線「Ｌ’」が床面３００を照射する座標が求まるので、二点間の距離を算出することによって、反射光線「Ｌ’」が床面３００に到達する長さ「Ｎ」を求めることができる。
この反射光線「Ｌ’」が床面３００に到達する長さ「Ｎ」に、ＬＲＦの中心からミラー反射点までの距離「Ｌ」を加えた長さが、床面３００に障害物３０１や凹部３０２が無い状態で検出される床面３００までの測距長となる。
【００３５】
足元側へと走査する光路長は、「Ｌ＋Ｎ」として表すことができる。つまり、床面３００に障害物３０１や凹部３０２が何もない場合においては、測距センサ１５による測距長は、「Ｌ＋Ｎ＋測定誤差」として測距される。
この値よりも短い測距データの場合は障害物３０１があり、長い場合は、床面３００に凹部３０２があると判断できる。
【００３６】
また、上述した算出方法によって、足元側への測距データを用いて、レーザー光の測定点の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を、測距センサ１５の取り付け位置を考慮して、車両本体１１を中心とする座標系とへと変換する。そして、オドメトリにより計算した車両本体１１の自己位置推定値と車両本体１１を中心とする座標系での距離情報を、設置環境における絶対座標系での距離情報へと変換する。これによって、絶対座標系における足元の障害物３０１の位置情報を取得することが可能となる。
【００３７】
自走ロボット１は、上述した自己位置の推定を行いながら、図５に示すように、進行方向の足元の障害物３０１を検出することが可能である。足元方向でのレーザー走査によってＺ方向（高さ方向）への障害物３０１が検出された際には、上述したように自走ロボット１が障害物３０１に近づくことによる「Ｌ’」の値の変化に基づいて障害物３０１の高さを認識できる。反射レーザー光Ｌ２を横方向に走査しつつ、近づくことで障害物３０１の高さを認識することができるので、障害物３０１の形状を把握することができる。
認識した障害物３０１の高さが、自走ロボット１の走行性能として、乗り越えられる高さに比べて高い場合は、障害物３０１を検出した領域が障害物領域として判定される。これにより、測距センサ１５が水平走査する直射レーザー光Ｌ１の照射範囲で障害物３０１を検出しなかった場合においても、障害物３０１が存在する領域は走行不可として判断できる。
【００３８】
実施形態１の自走ロボット１では、使用エリア全体の地図情報を第一マップメモリ２３０ａに記憶する。自己位置を推定するための測距センサ１５の水平方向の走査によって得た障害物３０１の情報と、この情報から推定される現在地情報とは、第二マップメモリ２３０ｂに記憶する。さらに、測距センサ１５の足元方向の走査によって得た測距センサ１５よりも低い位置の障害物３０１の情報は第三マップメモリ２３０ｃに記憶する。
【００３９】
障害物３０１の高さが測距センサ１５の設置位置よりも低い場合など、水平方向へと走査する直射レーザー光Ｌ１による検出結果と、足元側へと走査する反射レーザー光Ｌ２の検出結果とが、それぞれ異なる場合がある。この場合に、両方の結果を第二マップメモリ２３０ｂに上書きしてしまうと、自己位置推定するためのレイアウト地図の情報と、測距結果によって得られる障害物の位置情報とが一致しなくなり、自己位置推定が困難になってしまう。そこで、足元側へと走査する反射レーザー光Ｌ２によって、検出した障害物３０１の座標は、第三マップメモリ２３０ｃに記憶し、もともと保有している地図情報や直射レーザー光Ｌ１による障害物情報とは別のデータベースメモリに上書きさせる。これにより、自己位置推定をおこないつつ、走行経路を確保することができる。
【００４０】
図８は、実施形態１の自走ロボット１の制御システムの機能構成の一例を示すブロック図である。
測距センサ１５は、設置環境内の対象物までの距離を計測する光走査型の測距手段である。演算部２１０は、水平障害物判定部２５１と、足元障害物判定部２５２と、自己位置推定部２３３と、エンコーダ演算部２２１とを備える。足元障害物判定部２５２は、測距センサ１５から取得する距離情報に基づいて足元の障害物３０１を検出する。自己位置推定部２３３は、測距センサ１５から取得する距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、推定した自己位置を用いて補正する自己位置推定処理を実行する。
【００４１】
移動量の積算値から自己位置を算出するオドメトリでは、移動距離に応じて累積誤差が増加する。自走ロボット１では、オドメトリで算出した自己位置を、測距センサ１５から取得する距離情報に基づいて推定した自己位置を用いて補正することで、正確な自己位置を把握することができる。
【００４２】
演算部２１０は、足元障害物判定部２５２によって検出した障害物情報と、自己位置推定処理によって推定した自己位置とに基づいて、移動装置である駆動モータ１２２の制御を行う駆動モータ制御部２２２を備える。
【００４３】
自走ロボット１は、目的地を設定されると、第一マップメモリ２３０ａに予め入力されているマップデータ（地図情報）に基づいて、経路演算部２３４が経路生成を行う。生成された走行経路に応じて、駆動モータ制御部２２２が駆動モータ１２２を制御し、走行を開始する。走行中、駆動輪１２０の回転軸である駆動軸に設けられたエンコーダ１２３によって、駆動輪１２０の回転量を監視し、エンコーダ演算部２２１によって自走ロボット１の移動量の算出を行う。
【００４４】
自走ロボット１は、制御システムにて予め決められているタイミングで、測距センサ１５によって周囲の物体に対する測距を行う。実施形態１の構成では、水平方向及び足元方向の測距が同時に行うことができ、測距センサ１５の直射レーザー光Ｌ１による測距データは、水平障害物判定部２５１で処理され、反射レーザー光Ｌ２による測距データは、足元障害物判定部２５２で処理される。
【００４５】
水平障害物判定部２５１では、直射レーザー光Ｌ１による測距データと第一マップメモリ２３０ａ内のマップデータとを比較し、測距センサ１５の水平方向の障害物の有無判定が行われる。
また、比較結果から自己位置推定部２３３によって自走ロボット１の自己位置の推定が行われる。水平障害物判定では、例えば、人や他の移動走行車など、第一マップメモリ２３０ａ内のマップデータには無い障害物を検出する可能性もあるため、この検出情報は第二マップメモリ２３０ｂへと記憶させる。
【００４６】
足元障害物判定部２５２では、反射レーザー光Ｌ２による測距データに基づいて、障害物３０１の位置を算出し、その位置情報を第三マップメモリ２３０ｃへと記憶させる。
自走ロボット１は、自己位置推定部２３３によって推定した位置情報と、第一マップメモリ２３０ａ、第二マップメモリ２３０ｂ及び第三マップメモリ２３０ｃ内に記憶された情報とに基づいて経路演算を行う。これにより、目的地までの効率の良い自律走行を実現することができる。
【００４７】
図９は、実施形態１の自走ロボット１の制御動作の一例を示すフローチャート図である。
自律走行制御を開始すると、まず、演算部２１０が指示された目的地までの走行経路を生成し（Ｓ１０００）、走行を開始する（Ｓ１００１）。走行を開始するとオドメトリによる自己位置推定を行いながら走行する（Ｓ１００２）。
走行中は、水平面上の測距制御と、足元側の測距制御とを行う。
【００４８】
まず、水平面上の測距制御について説明する。
測距センサ１５が照射方向を連続的に変化させて照射するレーザー光のうち、ミラー１５１に入射しない直射レーザー光Ｌ１によって発光位置含む仮想水平面上の測距データを取得する（Ｓ１００３）。「Ｓ１００２」のオドメトリの結果と「Ｓ１００３」の測距データとを、第一マップメモリ２３０ａに記憶されたマップデータ（地図情報）と比較することで、マップデータ上での自己位置を推定する（Ｓ１００４）。
推定した自己位置を現在地情報として、第二マップメモリ２３０ｂに上書きする（Ｓ１００５）。
【００４９】
直射レーザー光Ｌ１による測距データに基づいて、障害物３０１の有無を確認し、走行可能かどうか判定する（Ｓ１００６）。走行不可能の場合（「Ｓ１００６」で「Ｎｏ」）は、再度、走行経路を生成する（Ｓ１０００）。走行可能の場合（「Ｓ１００６」で「Ｙｅｓ」）は走行継続し（Ｓ１０１３）、目的地かどうかを判定する（Ｓ１０１４）。目的地に未到着の場合（「Ｓ１０１４」で「Ｎｏ」）は、「Ｓ１００２」以降の制御を繰り返す。目的地に到着した場合（「Ｓ１０１４」で「Ｙｅｓ」）は、自律走行制御を終了する。
【００５０】
次に、足元側の測距制御について説明する。
測距センサ１５が照射方向を連続的に変化させて照射するレーザー光のうち、ミラー１５１に入射して反射する反射レーザー光Ｌ２によって自走ロボット１の進行方向前方の足元の測距データを取得する（Ｓ１００７）。測距データに基づいて障害物３０１の有無の検出を行う（Ｓ１００８）。障害物３０１を検出しなかった場合（「Ｓ１００８」で「Ｎｏ」）は、走行を継続する（Ｓ１０１３）。一方、障害物３０１を検出した場合（「Ｓ１００８」で「Ｙｅｓ」）は、自走ロボット１は障害物３０１に近づき、移動距離と測距データの変化とに基づいて障害物３０１の形状を算出する（Ｓ１０１０）。算出した障害物３０１の形状の情報に基づいて、第三マップメモリ２３０ｃ内の障害物情報を上書きする（Ｓ１０１１）。
【００５１】
次に、算出した障害物３０１の形状の情報に基づいて、走行可能かどうかの判定を行う（Ｓ１０１２）。障害物３０１の高さが、自走ロボット１が乗り越えることが可能な高さである場合は、走行可能として（「１０１２」で「Ｙｅｓ」）、走行を継続する（Ｓ１０１３）。障害物３０１の高さが、自走ロボット１が乗り越えることが不可能な高さである場合は、走行不可能として（「１０１２」で「Ｎｏ」）、再度、走行経路を生成する（Ｓ１０００）。
測距データに基づいて障害物３０１の有無の検出を行う処理ステップ（Ｓ１００８）で凹部３０２を検出した場合は、走行不可能として（「１０１２」で「Ｎｏ」）、再度、走行経路を生成する（Ｓ１０００）。
【００５２】
近年、ＬＲＦを用いた測距センサの性能が向上し、１８０［°］以上の視野角を持つものが一般的であり、これを自律走行装置の前方を走査するように配置すると、自律走行装置の進行方向に対して、±９０［°］以上の走査範囲を保有するものとなる。
しかし、自律走行装置は前方のある程度の範囲（例えば、±６０［°］）のみを測距できれば、問題なく自律走行することが可能な場合がある。この場合、測距センサは必要以上に広い範囲にレーザー光を照射することになる。
【００５３】
また、自律走行装置の前方を走査するために自律走行装置の前側に測距センサを配置すると、測距センサの後方や側方に配置された自律走行装置の構造体によって、走査範囲の光路が遮られる場合がある。この場合、測距センサは測距をできない範囲にレーザー光を照射することになる。自律走行装置の最上部に測距センサを配置する構造であれば、自律走行装置の構造体によって光路が遮ることを防止できるが、上面に物を載置する自律走行装置等、最上部に測距センサを配置できない場合がある。
【００５４】
実施形態１の自走ロボット１では、測距センサ１５の走査範囲の後方に相当する領域に、ミラー１５１を配置し、このミラー１５１を下方に傾けている。これにより、測距センサ１５の中心よりも後方に向けて照射されるレーザー光をミラー１５１で反射して、自走ロボット１の前方の足元へと照射している。この足元へのレーザー光の照射により、自走ロボット１の前方の進行経路上に存在する高さの低い障害物を検出することが可能となる。このように自走ロボット１では、自律走行時の障害物の回避や自己位置の推定のために測距する必要がある範囲の外側に照射されるレーザー光を、足元の障害物の検出に活用することが可能となる。
【００５５】
また、測距センサ１５の後方や側方の走査範囲に自走ロボット１の構造体が配置されている場合、その構造体と測距センサ１５との間にミラー１５１を配置する。これにより、構造体がある方向に照射されるレーザー光を足元の障害物の検出に活用することが可能となる。
【００５６】
実施形態１では、測距センサ１５として走査範囲γが２７０［°］（測距センサ１５の正面方向に対して±１３５［°］）のレーザーレンジファインダを用いている。
自走ロボット１の前方の１８０［°］の範囲（測距センサ１５の正面方向に対して±９０［°］の範囲）に照射されるレーザー光は水平方向に向けて照射される。これにより、自走ロボット１が前方に向けて進行する際に、測距する必要がある範囲（例えば、測距センサ１５の正面方向に対して±６０［°］）を含む前方の１８０［°］の範囲の測距を行うことができる。
また、自走ロボット１の後方の４５［°］の範囲（測距センサ１５の正面方向に対して＋９０［°］〜＋１３５［°］の範囲及び−９０［°］〜−１３５［°］の範囲）にミラー１５１を配置している。これにより、自走ロボット１が前方に向けて進行する際に測距する必要がある範囲外となる後方の４５［°］の走査範囲に照射されるレーザー光を、測距センサ１５からの照射方向とは異なる方向である足元の測距に活用することが可能となる。
【００５７】
自走ロボット１は、自己位置推定のための水平方向へのレーザー光の照射と、足元の障害物を検出するための足元へのレーザー光の照射とを一台の測距センサ１５で行うことができる。このため、水平方向のみのレーザー光照射用と、足元のみのレーザー光照射用との二台のＬＲＦを設けるものに比べて設置コストや設置スペースの削減を図ることができる。
【００５８】
特許文献１に記載の自律走行装置は、測距センサから進行方向に照射されるレーザー光の照射方向を反射部で切り替えることで、前方水平方向へのレーザー光の照射と、前方足元へのレーザー光の照射とを行っている。しかし、この自律走行装置では、反射部にて照射方向を切り替えている間は、前方の水平方向と足元とのどちらか一方の測距データしか取得することができないといった問題がある。
一方、実施形態１の自走ロボット１では、測距センサ１５のレーザー光の照射方向を切り替えることなく、ミラー１５１よりも前方の水平方向の測距と前方の足元の測距とを同時に行うことが可能である。これにより、水平方向の測距による自己位置推定機能と、足元の測距による足元の障害物検出機能とを良好に両立させることが可能となる。
【００５９】
自走ロボット１は、足元の障害物の検出を行っている間も常に水平方向の障害物の検出を行い、自己位置の推定を常に行うことができるため、設定された走行経路を精度よく走行することが可能となる。また、常に、進行方向の足元の障害物の検出を行うことができるため、予め入力されたマップデータ上に記憶されていない障害物が追加されても、その障害物を検出することができ、自走ロボット１が障害物に衝突することを防止することができる。
【００６０】
自走ロボット１の設置環境としては、物流倉庫を挙げることができる。この物流倉庫など、物の配置変更が頻繁に行われる場所では、物よりも高い位置を測距することで、安定的な自己位置推定を行うことができる。実施形態１の自走ロボット１を用いる場合、測距センサ１５の取り付け位置を配置変更が頻繁に行われる物よりも高い位置に設定することで、安定的な自己位置推定を行うことが可能となる。
【００６１】
また、自律走行において、障害物を認識するためには物より低い位置を測距できる測距センサを設置する必要がある。さらに、物流倉庫においては置かれる物の高さも様々である。このことから、倉庫などの設置環境下で自律走行を行うには複数水準の測距ができることが望ましい。そこで、図４に示すように一台の測距センサ１５に対して複数の反射手段であるミラー１５１（ａ，ｂ）を配置することで、複数水準の計測を一つの測距センサ１５を用いて行うことができ、自律走行を実現できる。
【００６２】
また、水平方向にて検出された障害物と足元にて検出された障害物とを同一の記憶部に重ねて情報を更新した場合、記憶された情報の障害物が、例えば、屋内の設置環境のレイアウトを構成する壁なのか、一時的な障害物なのか、がわからなくなってしまう。
実施形態１の使用エリア全体の地図情報と、水平走査による障害物情報と、足元走査による障害物情報とを、第一マップメモリ２３０ａ、第二マップメモリ２３０ｂ及び第三マップメモリ２３０ｃに分割して記憶している。すなわち、測距センサ１５で複数水準を走査した際に検出された障害物の情報を記憶する記憶部が、各水準に分割されている。
これにより、設置環境のレイアウト情報と一時的な障害物情報とを個別に把握し、分割して管理することができる。これにより、物流倉庫のように、レイアウト内における物の配置が頻繁に変わる設置環境下での自己位置推定精度の向上や効率的な経路生成が可能となる。
【００６３】
〔実施形態２〕
次に、二つ目の実施形態（以下、「実施形態２」という）について説明する。
実施形態２の自走ロボット１は、ミラー保持部１６０がミラー１５１の設置角度を変更することができるアクチュエータ機能を備える点で上述した実施形態１の自走ロボット１と相違する。ミラー保持部１６０がアクチュエータ機能を備える点以外は同様の構成を備えているため、相違点についてのみ説明する。
【００６４】
図１０は、実施形態２のミラー保持部１６０の説明図である。図１０（ａ）は、ミラー保持部１６０の斜視図、図１０（ｂ）は、ミラー保持部１６０の分解斜視図、図１０（ｃ）は、ミラー保持部１６０の側面図であり、図１０（ｄ）は、ミラー保持部１６０によるミラー１５１の固定位置の説明図である。
【００６５】
図１０に示すように、ミラー保持部１６０は、ミラー調整モータ１６１、モータホルダ１６２、アジャスタ１６３、三つの板バネ（１６４，１６７ａ，１６７ｂ）、及びミラーベース１６５から構成されている。ミラー調整モータ１６１としてはステッピングモータを用いている。
一般的に、ミラーを配置する際は、三点でつくられる平面に反射面を設置する。実施形態２のミラー１５１は、図１０（ｄ）に示すように、ミラー反射面１５１ｆの下部の二箇所（Ｎ１及びＮ２）と、ミラー反射面１５１ｆの裏面の上部の一箇所（Ｎ３）との三箇所での突き当たりによってミラー反射面１５１ｆの位置を固定している。
【００６６】
ミラーベース１６５は第一突き当て部１６６ａ及び第二突き当て部１６６ｂに、ミラー反射面１５１ｆの下部が突き当たる座面を設けている。ミラーベース１６５に固定された第一下部板バネ１６７ａと第二下部板バネ１６７ｂがミラー反射面１５１ｆの下部の二箇所を、それぞれ第一突き当て部１６６ａ及び第二突き当て部１６６ｂの座面に向けて付勢している。これにより、ミラー反射面１５１ｆの下部の二箇所が、ミラーベース１６５の第一突き当て部１６６ａ及び第二突き当て部１６６ｂのそれぞれの座面に突き当たる。この二箇所の突き当たりによってミラー１５１の長手方向の角度（上述した「θα」）を決定する。
【００６７】
ミラー保持部１６０は、ミラー調整モータ１６１の回転子１６１ｓと係合するアジャスタ１６３を備え、このアジャスタ１６３の先端部が上述したミラー反射面１５１ｆの裏面の上部の一箇所に接触する。モータホルダ１６２に固定された上部板バネ１６４が、ミラー反射面１５１ｆの裏面の上部の一箇所をアジャスタ１６３の先端部に向けて付勢している。これにより、ミラー反射面１５１ｆの裏面の上部の一箇所がアジャスタ１６３の先端部に突き当たり、ミラー反射面１５１ｆの位置を決める三点が定まる。座面に突き当たるミラー反射面１５１ｆの下部の二箇所に対するミラー反射面１５１ｆにおける上部板バネ１６４が接触する部分の位置が定まることで、ミラー１５１の短手方向の角度（上述した「θβ」）が決定する。
【００６８】
アジャスタ１６３はＤカットされており、ミラー調整モータ１６１におけるアジャスタ挿入部１６２ａのアジャスタ１６３が挿入される穴の断面はＤ字型となっている。アジャスタ１６３がアジャスタ挿入部１６２ａに挿入された状態では、アジャスタ１６３の回転が規制される構成となっている。また、回転子１６１ｓには雄ネジが切ってあり、アジャスタ１６３における回転子１６１ｓと係合する穴には雌ネジが切ってある。このような構成により、ミラー調整モータ１６１が回転子１６１ｓを回転させる回転運動を、アジャスタ１６３の直線運動へと変えることができる。
【００６９】
ミラー調整モータ１６１が駆動し、回転子１６１ｓが回転することで、モータホルダ１６２に対するアジャスタ１６３の突き出し量が変化する。これにより、ミラー反射面１５１ｆの位置を決める三点のうちのアジャスタ１６３の先端部が突き当たる位置が変化する。これにより、ミラー１５１の取り付け角度（上記「θβ」）を任意に変化させることが可能となる。
【００７０】
図１１は、アジャスタ１６３の突き出し量とミラー１５１の傾きとの関係の説明図である。図１１（ａ）は、ミラー１５１を傾けていない状態の説明図であり、図１１（ｂ）は、初期状態の説明図であり、図１１（ｃ）は、障害物検出時の説明図である。
図１２は、ミラー１５１の傾きを変更したときの反射レーザー光Ｌ２の照射方向の変化を示す説明図である。
【００７１】
図１１中の矢印「Ｆ１」は、第一下部板バネ１６７ａ及び第二下部板バネ１６７ｂによる付勢力を示しており、図１１中の矢印「Ｆ２」は、上部板バネ１６４による付勢力を示している。
図１１中の破線矢印「Ｌ」はミラー反射面１５１ｆに対する入射光を示しており、図１１中の実線矢印「Ｌ’」は、ミラー反射面１５１ｆからの反射光を示している。
アジャスタ１６３の突き出し量が大きくなるとアジャスタ１６３の先端は図１１（ａ）中の矢印「Ｂ２」側に変位し、アジャスタ１６３の突き出し量が小さくなるとアジャスタ１６３の先端は図１１（ａ）中の矢印「Ｂ１」側に変位する。
【００７２】
ミラー１５１の下部は、第一下部板バネ１６７ａ及び第二下部板バネ１６７ｂによる付勢力によってミラー受部である第一突き当て部１６６ａ及び第二突き当て部１６６ｂに突き当たることで位置が固定される。
【００７３】
自走ロボット１の自律走行開始時には、図１１（ｂ）に示す初期状態であり、アジャスタ１６３の突き出し量を大きくして、ミラー反射面１５１ｆが下方を向くようにミラー１５１が傾斜している。このときの照射方向は図１２中の「Ｌ２ｓ」で示す直線のようになる。
実施形態２の自走ロボット１の初期位置における反射レーザー光Ｌ２の照射方向は、実施形態１と同様であり、障害物３０１の有無の検出方法も実施形態１と同様である。
【００７４】
図１１（ｂ）に示す初期状態で自律走行を行い、反射レーザー光Ｌ２によって障害物３０１を検出すると、ミラー調整モータ１６１を駆動してアジャスタ１６３の突き出し量を図１１（ｃ）の状態まで小さくし、ミラー反射面１５１ｆの傾きを小さくする。このとき、ミラー１５１は図１２中の矢印「Ｃ」で示すように回転し、反射レーザー光Ｌ２の照射方向は図１２中の矢印「Ｄ」で示すように変化する。
【００７５】
実施形態２の自走ロボット１では、ミラー１５１の角度を変えることで、図１２に示すように反射レーザー光Ｌ２の照射方向を変化させ、照射方向を変化させたときの測距情報に基づいて障害物３０１の高さを認識することができる。
【００７６】
図１３は、実施形態２の自走ロボット１の制御システムの機能構成の一例を示すブロック図である。
図８に示した実施形態１のブロック図に対して、演算部２１０が足元障害物形状判定部２５３とミラー調整モータ制御部２５４とを備え、車両本体１１が、ミラー調整モータ１６１とミラー１５１とを有する足元障害物検出部を備える点で異なる。他の構成は、図８に示すブロック図と共通であるため、説明は省略する。
【００７７】
実施形態２の自走ロボット１では、まず、足元障害物判定部２５２により、足元側への測距データに基づき、障害物３０１の有無が判定される。ここで、障害物３０１が有りと判定された場合は、ミラー調整モータ制御部２５４にて、ミラー調整モータ１６１を動かしながら、測距センサ１５にて障害物３０１までの距離を測定する。この測距データを元に、足元障害物形状判定部２５３によって、障害物３０１の形状データを第三マップメモリ２３０ｃへと記憶させる。
【００７８】
図１４は、実施形態２の自走ロボット１の制御動作の一例を示すフローチャート図である。
図９に示した実施形態１のフローチャート図に対して、「Ｓ１００９」の「ミラー動作」の処理ステップを備える点で異なる。他の処理ステップは、図９に示すフローチャート図と共通であるため、説明は省略する。
【００７９】
実施形態２の自走ロボット１では、測距データに基づいて障害物３０１を検出した場合（「Ｓ１００８」で「Ｙｅｓ」）は、ミラー調整モータ１６１を駆動してミラー１５１を動かす（Ｓ１００９）。このとき、水平面に対して下方に傾斜した反射レーザー光Ｌ２によるレーザー走査面が水平面と略平行となる位置までミラー１５１の傾きを変えながら測距データを取得する。そして、ミラー１５１の角度と測距データとに基づいて障害物３０１の形状を算出する（Ｓ１０１０）。他の処理ステップは実施形態１のフローチャート図と同様である。
ミラー１５１を動かす制御は、自走ロボット１が走行した状態で実行しても良いし、停止して実行しても良い。
【００８０】
上述した実施形態１の自走ロボット１の構成でも、障害物３０１の検出後に自走ロボット１が障害物３０１に向かってが走行することによって、障害物３０１の高さを認識することが可能である。しかし、高さを認識できる位置まで自走ロボット１が移動するため、障害物３０１を検出してから、その高さを認識するまでに時間がかかってしまう。また、自走ロボット１の走行速度や停止性能によっては、障害物３０１の高さを認識できた時点では停止できない可能性もある。さらに、走行経路としても、障害物３０１の高さを認識するために進むことになるため、結果として無駄な走行になる可能性がある。
一方、障害物３０１を検出した時点で、走行経路を変更する制御を行うと、障害物３０１の高さが自走ロボット１によって十分乗り越えられる高さの障害物であってもその障害物３０１を迂回するような走行経路を生成し直すこととなる。
【００８１】
実施形態２の自走ロボット１では、図１１及び図１２に示すように、足元側にて障害物３０１を検出した際に、ミラー調整モータ１６１を駆動することによってミラー１５１の角度を変える。これにより、自走ロボット１が移動して確認するよりも早く、障害物３０１の高さを認識することが可能となる。これによって、より円滑に自走ロボット１を運用することが可能となる。
【００８２】
また、ミラー保持部１６０が、ミラー１５１の傾き角度を変化させるミラー調整モータ１６１を備えることで、障害物検出結果に応じて、ミラー１５１の姿勢を変えながら障害物３０１の検出を行うことができる。これにより、水平方向と足元方向との二平面以外の障害物３０１の形状を三次元的に把握することが可能となる。さらに、車両本体１１の自己位置推定値と車両本体１１を中心とする座標系での距離情報を、絶対座標系での距離情報へと変換する。これによって、絶対座標系における足元の障害物３０１の三次元情報を取得することが可能となる。
【００８３】
測距センサ１５のような光走査型の測距手段は、その走査面内での物体までの距離を取得する。そのため、反射レーザー光Ｌ２によって足元の障害物３０１を検出したとしても、その障害物３０１の高さまで把握することができない。そのため、自走ロボット１が乗り越えられる高さの物体であったとしても、障害物３０１として扱われて、迂回して目的地へと向かってしまう。
これに対して、実施形態２の自走ロボット１のように、ミラー１５１の傾きを変えて、反射レーザー光Ｌ２の照射方向を足元側から上方へと揺動させる。これにより、足元に向けて照射した反射レーザー光Ｌ２によって検出された障害物３０１の高さを把握することができ、乗り越えられる高さであった場合、迂回せずに最短で目的地へと移動することが可能となる。
【００８４】
自走ロボット１の前方に照射された直射レーザー光Ｌ１によって検出された障害物３０１の距離情報と、反射レーザー光Ｌ２によって検出された障害物３０１の距離情報とが異なる場合にミラー１５１の傾きを変更する制御を実行してもよい。例えば、測距センサ１５の高さよりも高く、測距センサ１５よりも低い部分が突き出した形状の障害物３０１を測距した場合、直射レーザー光Ｌ１によって検出された距離よりも反射レーザー光Ｌ２によって検出された距離の方が近くなる。この場合、ミラー１５１を上方へと揺動させることで、測距センサ１５よりも低い部分が突き出した形状の障害物３０１の三次元の形状データを取得することができ、障害物３０１に接触することを回避することができる。
【００８５】
〔実施形態３〕
次に、三つ目の実施形態（以下、「実施形態３」という）について説明する。
図１５は、実施形態３の自走ロボット１の説明図であり、図１５（ａ）は、自走ロボット１の上面図、図１５（ｂ）は自走ロボット１の右側面図である。図１６は、図１５（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図である。図１５（ａ）及び図１６中の一点鎖線の矢印「γ」で示す範囲は測距センサ１５が測距用の光を照射する走査範囲を示している。
【００８６】
実施形態３の自走ロボット１は、ミラー１５１とミラー１５１の設置角度を変更するミラー保持部１６０との組み合わせを複数備える点で上述した実施形態２の自走ロボット１と相違する。ミラー１５１とミラー保持部１６０との組み合わせを複数備える点以外は実施形態２と同様の構成を備えているため、相違点についてのみ説明する。
【００８７】
実施形態３の自走ロボット１は、測距センサ１５の中心を挟んで左右対象となるように、第一ミラー１５１ａ及び第一ミラー保持部１６０ａと、第二ミラー１５１ｂ及び第二ミラー保持部１６０ｂと、を備える。
ミラー反射面１５１ｆが下方に向くように傾斜した第一ミラー１５１ａ及び第二ミラー１５１ｂを備えることで、走査範囲の一部のレーザー光を第一ミラー１５１ａ及び第二ミラー１５１ｂで反射し、走行方向の足元側に照射することができる。
【００８８】
このような構成により、第一ミラー１５１ａ及び第二ミラー１５１ｂの配置角度を切り替えることなく、水平方向を走査しつつ、また、足元側も同時に走査することができる。また、実施形態２の自走ロボット１のように単一のミラー１５１を配置する構成に比べて、第一ミラー１５１ａ及び第二ミラー１５１ｂという複数のミラー１５１を備えることにより、足元側の走査範囲を広くすることができる。これによって、障害物情報を多く捉えることができるため、より最適な経路を生成することが可能となる。
【００８９】
実施形態３の自走ロボット１においても、反射レーザー光Ｌ２（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）によって障害物３０１を検出したときに、ミラー調整モータ１６１（１６１ａ，１６１ｂ）を駆動してミラー１５１（１５１ａ，１５１ｂ）の傾きを変える。
【００９０】
図１７は、第一ミラー１５１ａ及び第二ミラー１５１ｂのそれぞれの傾きを変更したときの反射レーザー光Ｌ２（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）の照射方向の変化を示す説明図である。図１７（ａ）は、第一ミラー１５１ａについての説明図であり、図１７（ｂ）は第二ミラー１５１ｂについての説明図である。
【００９１】
図１７に示すように、実施形態３の自走ロボット１では、障害物３０１の三次元的な検出を行う際に、第一ミラー１５１ａと第二ミラー１５１ｂとで揺動範囲を異ならせている。具体的には、第一ミラー１５１ａは、図１７（ａ）中の矢印「Ｃ１」で示すように回転し、反射レーザー光Ｌ２（Ｌ２ａ）の照射方向は図１７（ａ）中の矢印「Ｄ１」で示すように変化する。第一ミラー１５１ａは、図１７（ａ）に示すようにある高さよりも低い範囲に反射レーザー光Ｌ２（Ｌ２ａ）を照射するように揺動する。一方、第二ミラー１５１ｂは、図１７（ｂ）中の矢印「Ｃ２」で示すように回転し、反射レーザー光Ｌ２（Ｌ２ｂ）の照射方向は図１７（ｂ）中の矢印「Ｄ２」で示すように変化する。第二ミラー１５１ｂは図１７（ｂ）に示すようにある高さよりも高い範囲に反射レーザー光Ｌ２（Ｌ２ｂ）を照射するように揺動する。
【００９２】
これにより、障害物３０１を検出して、高さ方向の形状を測定する際に、図１２に示す単一のミラー１５１の場合の揺動範囲を、分割（実施形態３では、二分割）できるため、障害物３０１の形状を把握するのに必要な時間を半分にすることができる。よって、障害物３０１の形状をより早く検出することが可能となる。
また、第一ミラー１５１ａと第二ミラー１５１ｂとで揺動範囲を同一にして、図１２に示すように揺動させてもよい。この場合、ミラー１５１を揺動させたときの走査範囲を広くすることができ、障害物の形状の情報を多く捉えることが可能となる。
【００９３】
実施形態３の自走ロボット１の制御動作の一例を示すフローチャート図は、実施形態２と同様に図１４に示すものとなる。「Ｓ１００７」〜「Ｓ１０１２」の足元側の測距制御については、複数のミラー１５１に対して並行処理を行う。
【００９４】
図１８は、実施形態３の自走ロボット１の制御システムの機能構成の一例を示すブロック図である。
図１３に示した実施形態２のブロック図に対して、ミラー調整モータ１６１とミラー１５１とを有する足元障害物検出部を複数備える点で異なる。他の構成は、図１３に示すブロック図と共通であるため、説明は省略する。
実施形態３の自走ロボット１では、足元障害物判定部２５２により障害物３０１が有りと判定された場合は、ミラー調整モータ制御部２５４が第一ミラー調整モータ１６１ａと第二ミラー調整モータ１６１ｂとの二つのミラー調整モータ１６１を制御する。
【００９５】
〔実施形態４〕
次に、四つ目の実施形態（以下、「実施形態４」という）について説明する。
図１９は、実施形態４の自走ロボット１の説明図であり、図１９（ａ）は、自走ロボット１の上面図、図１９（ｂ）は自走ロボット１の右側面図である。図２０は、図１９（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図である。図１９（ａ）及び図２０中の一点鎖線の矢印「γ」で示す範囲は測距センサ１５が測距用の光を照射する走査範囲を示している。
【００９６】
実施形態４の自走ロボット１は、実施形態２の自走ロボット１に、側方ミラー１５２と側方ミラー保持部１６８とを追加した構成である。
図１９及び図２０に示すように、実施形態４の自走ロボット１は、測距センサ１５が照射するレーザー光の一部を側方ミラー１５２で反射して、図１９及び図２０中の破線「Ｌ３」で示すように、側面後方に向けてレーザー光を照射している。
このような構成により、測距センサ１５のレーザー光の照射方向を切り替えることなく水平方向の前方と後方とを同時に走査することができる。また、ミラー１５１により前方の足元も同時に走査することができる。
【００９７】
これにより、水平方向の前方を走査することによる自己位置推定機能と、後方を走査することによる後方の障害物検出機能とを両立させることができる。
水平方向の後方の障害物を検出しつつ、自走ロボット１の自己位置推定を常に行うことができるため、走行精度の向上を図ることができる。
また、水平方向の後方の障害物を検出することができるため、後退時に水平方向後方の障害物を検出可能となる。
【００９８】
側方ミラー保持部１６８は、ミラー保持部１６０と同様にアクチュエータ機能を備えている。側方ミラー１５２の反射面が下方を向くように傾けることで、図１９及び図２０中の実線「Ｌ４」で示すように、自走ロボット１の側面後方の足元にレーザー光を照射し、走査することが可能となる。側面後方足元に障害物を検出した場合に、側方ミラー保持部１６８が側方ミラー１５２を揺動させることにより、側面後方に位置する障害物の三次元の形状データを取得することができ、自走ロボット１が側面後方の障害物に接触することを回避することができる。
【００９９】
実施形態４では、側方ミラー１５２で反射したレーザー光によって取得した障害物情報は、第一マップメモリ２３０ａ、第二マップメモリ２３０ｂ及び第三マップメモリ２３０ｃとは別の独立した記憶部に記憶する。
分割して記憶することで設置環境のレイアウト情報と一時的な障害物情報とを個別に把握し、分割して管理することが可能となる。
【０１００】
図１９及び図２０に示すように、実施形態４では側方ミラー１５２を走査範囲内における測距センサ１５の中心よりも後方に配置している。
自走ロボット１は、測距センサ１５による水平方向の前方の測距情報に基づいて自己位置の推定や走行経路上の障害物の検出といった前方への自律走行に必要な情報を検出する。このような自律走行を行う際に、測距センサ１５の中心よりも前方に照射されたレーザー光であっても真横に近い方向に照射されたレーザー光による測距情報を使用しない場合がある。このような場合、測距センサ１５の走査範囲における測距センサ１５の中心よりも前方の真横に近い方向となる位置に、側方ミラー１５２を配置してもよい。
【０１０１】
図２１は、側方ミラー１５２を備えない自走ロボット１と、測距センサ１５の中心よりも前方に側方ミラー１５２を配置した自走ロボット１との測距センサ１５による検出範囲を比較する上面図である。図２１（ａ）は、側方ミラー１５２を備えない構成であり、図２１（ｂ）は、側方ミラー１５２を備える構成である。
図２１中の領域「ε１」は、測距情報を前方への自律走行に用いる検出範囲であり、領域「ε２」は、障害物を検出する範囲であり、領域「ε３」は、測距センサ１５で測距を行うことができない死角となる範囲である。
【０１０２】
図２１（ｂ）に示す構成は、前方への自律走行に必要最低限の範囲はレーザー光を水平方向の前方に照射して、それ以外の範囲に照射されるレーザー光の一部を後方に向かわせる構成である。
図２１（ｂ）に示すように、側方ミラー１５２を配置することによって、自律走行に用いる検出範囲外に照射されていたレーザー光を、自走ロボット１の斜め後方から後方にかけての障害物の検出に用いることができる。
【０１０３】
〔実施形態５〕
次に、五つ目の実施形態（以下、「実施形態５」という）について説明する。
図２２は、実施形態５の自走ロボット１の説明図であり、図２２（ａ）は、自走ロボット１の上面図、図２２（ｂ）は自走ロボット１の右側面図である。図２３は、図２２（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図である。図２２（ａ）及び図２３中の一点鎖線の矢印「γ」で示す範囲は測距センサ１５が測距用の光を照射する走査範囲を示している。
【０１０４】
実施形態５の自走ロボット１は、実施形態４の自走ロボット１に、後方ミラー１５３と後方ミラー保持部１６９とを追加した構成である。
図２２及び図２３に示すように、実施形態５の自走ロボット１は、測距センサ１５が照射するレーザー光の一部を側方ミラー１５２で反射して、図２２及び図２３中の破線「Ｌ３」で示すように、側面後方に向けてレーザー光を照射している。さらに、後方に照射されたレーザー光「Ｌ３」を後方ミラー１５３で反射して図２２及び図２３中の実線「Ｌ５」で示すように、車両本体１１の後方の足元に向けてレーザー光を照射している。
このような構成により、測距センサ１５のレーザー光の照射方向を切り替えることなく水平方向の前方と車両本体１１の後方の足元とを同時に走査することができる。また、ミラー１５１により前方の足元も同時に走査することができる。
【０１０５】
これにより、水平方向の前方を走査することによる自己位置推定機能と、後方の足元を走査することによる後方の足元の障害物検出機能とを両立させることができる。
後方足元の障害物を検出しつつ、自走ロボット１の自己位置推定を常に行うことができるため、走行精度の向上を図ることができる。
また、後方足元の障害物を検出することができるため、後退時に後方足元の障害物を検出可能となる。
【０１０６】
実施形態４と同様に、側方ミラー１５２の反射面が下方を向くように傾けることで、図２２及び図２３中の実線「Ｌ４」で示すように、自走ロボット１の側面後方の足元にレーザー光を照射し、走査することが可能となる。側面後方足元に障害物を検出した場合に、側方ミラー保持部１６８が側方ミラー１５２を揺動させることにより、側面後方に位置する障害物の三次元の形状データを取得することができ、自走ロボット１が側面後方の障害物に接触することを回避することができる。
【０１０７】
さらに、実施形態５の後方ミラー保持部１６９は、ミラー保持部１６０と同様にアクチュエータ機能を備えている。後方足元に障害物を検出した場合に、後方ミラー保持部１６９が後方ミラー１５３を揺動させることにより、後方足元に位置する障害物の三次元の形状データを取得することができ、自走ロボット１が後方の障害物に接触することを回避することができる。
【０１０８】
実施形態５では、側方ミラー１５２や後方ミラー１５３で反射したレーザー光によって取得した障害物情報は、第一マップメモリ２３０ａ、第二マップメモリ２３０ｂ及び第三マップメモリ２３０ｃとは別の独立した記憶部に記憶する。
分割して記憶することで設置環境のレイアウト情報と一時的な障害物情報とを個別に把握し、分割して管理することが可能となる。
【０１０９】
図２４は、側方ミラー１５２及び後方ミラー１５３を備えない自走ロボット１と、後方ミラー１５３を備え、測距センサ１５の中心よりも前方に側方ミラー１５２を配置した自走ロボット１との測距センサ１５による検出範囲を比較する上面図である。図２４（ａ）は、側方ミラー１５２及び後方ミラー１５３を備えない構成であり、図２４（ｂ）は、側方ミラー１５２及び後方ミラー１５３を備える構成である。
図２４中の領域「ε１」は、測距情報を前方への自律走行に用いる検出範囲であり、領域「ε２」は、障害物を検出する範囲であり、領域「ε３」は、測距センサ１５で測距を行うことができない死角となる範囲である。
【０１１０】
図２４（ｂ）に示す構成は、前方への自律走行に必要最低限の範囲はレーザー光を水平方向の前方に照射して、それ以外の範囲に照射されるレーザー光の一部を後方に向かわせ、さらに、車両本体１１の後方足元に照射する構成である。
図２４（ｂ）に示すように、側方ミラー１５２及び後方ミラー１５３を配置することによって、自律走行に用いる検出範囲外に照射されていたレーザー光を、自走ロボット１における車両本体１１の後方足元の障害物の検出に用いることができる。
【０１１１】
〔実施形態６〕
次に、六つ目の実施形態（以下、「実施形態６」という）について説明する。
図２５は、実施形態６の自走ロボット１の説明図であり、図２５（ａ）は、自走ロボット１の上面図、図２５（ｂ）は自走ロボット１の右側面図である。図２６は、図２５（ａ）中の破線「β」で示す領域の拡大上面図である。図２５（ａ）及び図２６中の一点鎖線の矢印「γ」で示す範囲は測距センサ１５が測距用の光を照射する走査範囲を示している。
【０１１２】
実施形態６の自走ロボット１は、ミラー１５１の反射面が水平面に対して垂直となっている点で、ミラー１５１の反射面が下方に向くように傾斜した実施形態１の自走ロボット１と異なる。すなわち、実施形態６の自走ロボット１は実施形態１で説明したミラー１５１の傾斜角「θβ」が「０［°］」となる配置である。
実施形態６の自走ロボット１は、ミラー１５１で反射した反射レーザー光Ｌ２は、水平方向に反射され、自走ロボット１の前方の水平方向を走査する。このため、反射レーザー光Ｌ２が走査する領域と直射レーザー光Ｌ１が走査する領域とが重なる構成となっている。図２５（ｂ）では、便宜的に反射レーザー光Ｌ２の光路が直射レーザー光Ｌ１の下方となっているが、実施形態６では反射レーザー光Ｌ２と直射レーザー光Ｌ１との光路は同一水平面上となる。
【０１１３】
一般的に走査型の測距センサは２７０［°］程度の広い視野角を持ち、これを自律走行装置の前方を走査するように配置すると、自律走行装置の進行方向に対して、±１３５［°］程度の走査範囲となる。しかし、測距周期は長く、測距密度は低い傾向がある。
【０１１４】
測距周期が長いと、一度測距した方向について次に測距するまでの時間の間隔が長くなり、その間に障害物と自律走行装置との距離が詰まると衝突のおそれがあるため、自律走行装置の走行速度を遅くする必要が生じる場合がある。
また、測距密度が低いと、測距する対象物の任意の範囲内に照射されるレーザー光の数が少ないため、測定分解能が低くなり、障害物の形状の認識精度が低くなる。これにより、検出した障害物について、避けて通過できる障害物か迂回すべき障害物かの判断を誤るおそれがある。さらに、検出した障害物の形状情報と地図情報における障害物の形状情報とが一致せず、自己位置の推定ができなかったり、自己位置の推定を誤ったりするおそれもある。
【０１１５】
このように測距周期や測距密度は自律走行の性能に大きく関わるが、これらの能力を向上するのは難しい。さらに走査型の測距センサの長所である広い視野も、自律走行装置の機械的な構造上の視野制限によってそれらを全て有効に使えないことがある。
【０１１６】
実施形態６の自走ロボット１では、測距センサ１５の後方に反射手段であるミラー１５１を配置し、視野制限により使用できなかったレーザー光を前方への測距に利用する。具体的には、測距センサ１５から前方に照射された直射レーザー光Ｌ１が測距する領域と、測距センサ１５から後方に照射され、ミラー１５１で反射した反射レーザー光Ｌ２が測距領域とが重なるようにミラー１５１を配置する。
【０１１７】
この構成により、自走ロボット１の前方を直射レーザー光Ｌ１で測距した後、次に直射レーザー光Ｌ１で測距する前に反射レーザー光Ｌ２で前方を測距することができる。このため、測距センサ１５の測距周期が同じであっても、前方を測距する周期を短縮することができ、前方を測距する際の測距周期の性能を向上することができる。
また、直射レーザー光Ｌ１と反射レーザー光Ｌ２との測距領域が重なることで、測距センサ１５の測距密度が同じであっても、前方の測距する対象物の任意の範囲内に照射されるレーザー光の数を増やすことができ、前方を測距する際の測距密度を高くできる。よって、測定分解能が向上し、障害物の形状の認識精度が向上する。
【０１１８】
これらにより、自己位置の推定の能力や障害物認識の能力を向上することができ、自走ロボット１の走行精度が向上する。
また、測距センサ１５よりも後方に照射されるレーザー光を前方に向けることで無駄なく測距密度の向上と測距周期の短縮とを図ることが出来る。
【０１１９】
図２５に示すように、自走ロボット１の走行方向に対して測距センサ１５を中心とした走査範囲内の後方に、ミラー１５１を配置している。このように、ミラー１５１を配置することによって後方に向かうレーザー光の照射方向を水平方向の前方に変化させ、効率的に測距密度の向上と測定タイミングの間隔の短縮を図ることができる。
【０１２０】
図２７は、複数台のミラー１５１として、第一ミラー１５１ａと第二ミラー１５１ｂとの二つをレーザー光を水平方向に反射するように配置した自走ロボット１の測距センサ１５近傍の拡大上面図である。
図２７に示す構成では、測距センサ１５の走査範囲γ内の後方に第一ミラー１５１ａ及び第二ミラー１５１ｂを配置している。この構成により、測定範囲を狭める代わりに、最大でミラー１５１を備えない構成の三倍の測距密度の向上と測距周期の短縮とを実現することができる。
【０１２１】
図２８は、測距センサ１５から照射されたレーザー光が円柱状の障害物３０１に当たる状態を模式的に示した説明図であり、図２８（ａ）は、ミラー１５１を備えない構成の説明図であり、図２８（ｂ）は、二つのミラー１５１を備える構成の説明図である。
図２８では、測距センサ１５から照射されたレーザー光の光路を破線で示している。図２８（ａ）の構成では、障害物３０１に対して測距センサ１５が配置された箇所の一視点からの測距情報のみを取得する。一方、図２８（ｂ）の構成では、障害物３０１に対して測距センサ１５が配置された箇所と、ミラー１５１が配置された箇所との複数視点からの測距情報を取得することができる。
【０１２２】
光走査型の測距センサを用いて前方の物体形状を認識し、追跡する方法は様々な提案がなされているが、一視点からの測距情報では測距密度が低く、測距周期が長く、さらに死角の範囲が広いため、安定した物体追跡は難しい。一方、実施形態６では、ミラー１５１を用いて複数視点から測距を行うことで、死角を減らすことができる。また、ミラー１５１を備えない構成では正面からしか計測できなかった物体形状を複数視点から認識することができ、物体の形状をより詳細に計測することができる。
また、設置環境を移動する物体の二次元形状をあらかじめ第二マップメモリ２３０ｂに記憶しておき、測距結果と第二マップメモリ２３０ｂに記憶した物体の形状とを比較することで、移動する物体であっても良好に物体追跡が実現できる。
【０１２３】
図２９を用いて実施形態６の自走ロボット１における反射レーザー光Ｌ２を用いた測定距離の算出方法について説明する。
図２９は、測距センサ１５がレーザー光を発する発光位置の中心（ＬＲＦの中心）を原点としたときの座標系を用いた上面図である。図２９では、自走ロボット１の進行方向（矢印「α」方向）をＸ軸とし、Ｘ軸に直交する左右方向を、Ｙ軸とし、鉛直上向きをＺ軸として示す。
【０１２４】
ミラーＺ軸偏心：θα
ＬＲＦからの出射角度：θ
ＬＲＦの中心からミラー面までの距離：ＬＭ
ＬＲＦの中心からミラー反射点までの距離：Ｌ
ミラー反射点から対象物までの反射光線長：Ｎ
【０１２５】
ＬＲＦ（測距センサ１５）からミラー１５１への入射光線をベクトル表示し、
【数２４】
2017107563.tif 000026
とすると、次式となる。
【数２５】
2017107563.tif 000027
【０１２６】
「Ｌ」をレイアウトパラメータとなる「ＬＭ」及び「θα」で表すと、次式となる。
【数２６】
2017107563.tif 000028
（１１）および（１２）より、
【数２７】
2017107563.tif 000029
は、次式で表すことができる。
【数２８】
2017107563.tif 000030
【０１２７】
次に、ミラー反射面１５１ｆをベクトル表示する。
ミラー反射面１５１ｆに垂直なベクトルを、
【数２９】
2017107563.tif 000031
とすると、次式で表すことができる。
【数３０】
2017107563.tif 000032
【０１２８】
次に反射光線「Ｌ'」をベクトル表示する。
反射光線ベクトルを、
【数３１】
2017107563.tif 000033
とする。
ここで、入射光線ベクトル
【数３２】
2017107563.tif 000034
と、反射光線ベクトル
【数３３】
2017107563.tif 000035
と、ミラー法線ベクトル
【数３４】
2017107563.tif 000036
とは、次の関係が成り立つ。
【０１２９】
【数３５】
2017107563.tif 000037
【数３６】
2017107563.tif 000038
【数３７】
2017107563.tif 000039
【０１３０】
式（１５）および（１６）より、「ｋ」が求まる。
【数３８】
2017107563.tif 000040
【０１３１】
この反射光線「Ｌ'」が障害物に到達する長さ「Ｎ」に、ＬＲＦの中心からミラー反射点までの距離「Ｌ」を加えた長さが、検出測距長となる。
【０１３２】
ミラーに反射させて走査する光路長は、「Ｌ＋Ｎ」として表すことができる。この算出方法によって、ミラーに反射させた光による測距データを用いて、レーザー光の測定点の座標（ｘ、ｙ）を、測距センサ１５の取り付け位置を考慮して、車両本体１１を中心とする座標系とへと変換する。そして、オドメトリにより計算した車両本体１１の自己位置推定値と車両本体１１を中心とする座標系での距離情報を、設置環境における絶対座標系での距離情報へと変換する。これによって測距密度の向上と測距周期の短縮とを図ることが可能となる。
【０１３３】
図３０は、実施形態６の自走ロボット１の制御システムの機能構成の一例を示すブロック図である。
測距センサ１５は、設置環境内の対象物までの距離を計測する光走査型の測距手段である。演算部２１０は、水平障害物判定部２５１と、自己位置推定部２３３と、エンコーダ演算部２２１とを備える。自己位置推定部２３３は、測距センサ１５から取得する距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、推定した自己位置を用いて補正する自己位置推定処理を実行する。
【０１３４】
移動量の積算値から自己位置を算出するオドメトリでは、移動距離に応じて累積誤差が増加する。自走ロボット１では、オドメトリで算出した自己位置を、測距センサ１５から取得する距離情報に基づいて推定した自己位置を用いて補正することで、正確な自己位置を把握することができる。
演算部２１０は、自己位置推定処理によって推定した自己位置に基づいて、移動装置である駆動モータ１２２の制御を行う駆動モータ制御部２２２を備える。
【０１３５】
自走ロボット１は、目的地を設定されると、第一マップメモリ２３０ａに予め入力されているマップデータ（地図情報）に基づいて、経路演算部２３４が経路生成を行う。生成された走行経路に応じて、駆動モータ制御部２２２が駆動モータ１２２を制御し、走行を開始する。走行中、駆動輪１２０の回転軸である駆動軸に設けられたエンコーダ１２３によって、駆動輪１２０の回転量を監視し、エンコーダ演算部２２１によって自走ロボット１の移動量の算出を行う。
【０１３６】
自走ロボット１は、制御システムにて予め決められているタイミングで、測距センサ１５によって周囲の物体に対する測距を行う。実施形態６の構成では、直射レーザー光Ｌ１による測距データと反射レーザー光Ｌ２による測距データとは、水平障害物判定部２５１で処理される。
【０１３７】
水平障害物判定部２５１では、直射レーザー光Ｌ１及び反射レーザー光Ｌ２による測距データと第一マップメモリ２３０ａ内のマップデータとを比較し、測距センサ１５の水平方向の障害物の有無判定が行われる。
また、比較結果から自己位置推定部２３３によって自走ロボット１の自己位置の推定が行われる。水平障害物判定では、例えば、人や他の移動走行車など、第一マップメモリ２３０ａ内のマップデータには無い障害物を検出する可能性もあるため、この検出情報は第二マップメモリ２３０ｂへと記憶させる。
自走ロボット１は、自己位置推定部２３３によって推定した位置情報と、第一マップメモリ２３０ａ及び第二マップメモリ２３０ｂ内に記憶された情報とに基づいて経路演算を行う。これにより、目的地までの効率の良い自律走行を実現することができる。
【０１３８】
図３１は、実施形態６の自走ロボット１の制御動作の一例を示すフローチャート図である。
自律走行制御を開始すると、まず、演算部２１０が指示された目的地までの走行経路を生成し（Ｓ２０００）、走行を開始する（Ｓ２００１）。走行を開始するとオドメトリによる自己位置推定を行いながら走行する（Ｓ２００２）。
【０１３９】
走行中は、水平面上の測距制御を行う。
測距センサ１５が照射するレーザー光（直射レーザー光Ｌ１及び反射レーザー光Ｌ２）によって発光位置を含む仮想水平面上の測距データを取得する（Ｓ２００３）。「Ｓ２００２」のオドメトリの結果と「Ｓ２００３」の測距データとを、第一マップメモリ２３０ａに記憶されたマップデータ（地図情報）と比較することで、マップデータ上での自己位置を推定する（Ｓ２００４）。
推定した自己位置を現在地情報として、第二マップメモリ２３０ｂに上書きする（Ｓ２００５）。
【０１４０】
レーザー光による測距データに基づいて、障害物３０１の有無を確認し、走行可能かどうか判定する（Ｓ２００６）。走行不可能の場合（「Ｓ２００６」で「Ｎｏ」）は、再度、走行経路を生成する（Ｓ２０００）。走行可能の場合（「Ｓ２００６」で「Ｙｅｓ」）は走行継続し（Ｓ２００７）、目的地かどうかを判定する（Ｓ２００８）。目的地に未到着の場合（「Ｓ２００８」で「Ｎｏ」）は、「Ｓ２００２」以降の制御を繰り返す。目的地に到着した場合（「Ｓ２００８」で「Ｙｅｓ」）は、自律走行制御を終了する。
【０１４１】
上述した各実施形態では、自律走行時の障害物の回避や自己位置の推定のために測距する必要がある範囲の外側に照射されるレーザー光の光路を変更する光路変更手段が、光を反射する鏡（ミラー１５１）である場合について説明した。光路変更手段としては、光を反射する鏡に限らず、光を屈曲させるプリズムやレンズを用いても良い。
【０１４２】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
【０１４３】
（態様Ａ）
駆動モータ１２２及び駆動輪１２０等の走行手段と、レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ１５等の光走査型の測距手段とを備える自走ロボット１等の自律走行装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更するミラー１５１等の反射手段を備える。
これによれば、上記各実施形態について説明したように、反射手段は、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光を反射するため、走査範囲の中央には測距手段からの光が直接照射される。このため、走査範囲の中央が自律走行装置の進行方向に向くように測距手段を配置することで、自律走行装置の進行方向の測距を行うことが可能となる。また、反射手段は、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更するため、測距手段からの照射方向とは異なる反射手段による反射方向の測距を行うことができる。このように、態様Ａでは、自律走行装置の進行方向の測距を行いつつ、測距する必要がある範囲外の走査範囲に照射される光を、測距手段からの照射方向とは異なる方向（進行方向の足元等）の測距に活用することが可能となる。
【０１４４】
（態様Ｂ）
態様Ａにおいて、ミラー１５１等の反射手段として、入射したレーザー光等の光を測距センサ１５の測距手段の走査平面（発光位置を含む仮想水平面等）に対して下方に傾けて装置本体の進行方向に反射するものを備える。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、進行方向以外の方向に照射された光を、進行方向の足元の測距に活用することが可能となり、走査平面上における進行方向の測距と、進行方向の足元の測距とを同時に行うことが可能となる。
【０１４５】
（態様Ｃ）
態様ＡまたはＢにおいて、ミラー１５１等の反射手段の反射方向を変更するミラー調整モータ１６１を有するミラー保持部１６０等の反射方向変更手段を備える。
これによれば、上記実施形態２について説明したように、反射手段の姿勢を変えながら障害物の検出を行うことで、障害物の高さ等の三次元の形状情報を取得することができ、より円滑な運用が可能となる。
【０１４６】
（態様Ｄ）
態様Ｂの構成を備えた態様Ｃにおいて、測距センサ１５等の測距手段からミラー１５１等の反射手段を介さずに装置本体の進行方向に照射された直射レーザー光Ｌ１等の光によって検出された装置本体の前方の対象物の距離情報と、反射手段で反射した反射レーザー光Ｌ２等の光によって検出された装置本体の進行方向の対象物の距離情報と、が異なるときに、ミラー調整モータ１６１を有するミラー保持部１６０等の反射方向変更手段は走査平面（発光位置を含む仮想水平面等）に対する反射手段の反射方向の傾きが変化するように、反射手段を揺動させる。
これによれば、上記実施形態２について説明したように、進行方向の足元に障害物を検出したときに、障害物の高さを把握することができ、乗り越えられる高さであった場合、迂回せずに最短で目的地へと移動することが可能となる。
【０１４７】
（態様Ｅ）
態様ＣまたはＤにおいて、ミラー１５１等の反射手段とその反射方向を変更するミラー調整モータ１６１を有するミラー保持部１６０等の反射方向変更手段との組み合わせを複数備える。
これによれば、上記実施形態３について説明したように、障害物の形状の情報を多く捉えることが可能となる。
【０１４８】
（態様Ｆ）
態様Ｄの構成を備えた態様Ｅにおいて、二組のミラー調整モータ１６１を有するミラー保持部１６０等の複数の反射方向変更手段は、それぞれが反射方向を変更するミラー１５１等の反射手段の反射方向の走査平面（発光位置を含む仮想水平面等）に対する傾きが変化する範囲が互いに異なるように、それぞれの反射手段を揺動させる。
これによれば、上記実施形態３について説明したように、障害物の形状をより早く検出することが可能となる。
【０１４９】
（態様Ｇ）
態様Ａ乃至Ｆの何れかの態様において、反射手段として、車両本体１１等の装置本体の側方の足元に向けてレーザー光等の光を反射するもの（側方ミラー１５２等）を備える。
これによれば、上記実施形態４について説明したように、進行方向以外の方向に照射された光を、装置本体の側方の足元の測距に活用することが可能となり、進行方向の測距と、装置本体の側方の足元の測距とを同時に行うことができる。
【０１５０】
（態様Ｈ）
態様Ａ乃至Ｇの何れかの態様において、反射手段として、車両本体１１等の装置本体の後方足元に向けてレーザー光等の光を反射するもの（後方ミラー１５３）を備える。
これによれば、上記実施形態５について説明したように、進行方向以外の方向に照射された光を、装置本体の後方の足元の測距に活用することが可能となり、進行方向の測距と、装置本体の後方の足元の測距とを同時に行うことができる。
【０１５１】
（態様Ｉ）
態様Ａ乃至Ｈの何れかの態様において、ミラー１５１等の反射手段として、入射したレーザー光等の光を、測距センサ１５等の測距手段の走査範囲の中央（自走ロボット１の進行方向等）に向けて反射するものを備える。
これによれば、上記実施形態６について説明したように、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側に照射される光を、走査範囲の中央側の測距に活用することが可能となり、走査範囲の中央近傍に対する測距性能の向上を図ることができる。
【０１５２】
（態様Ｊ）
態様Ａ乃至Ｉの何れかの態様において、ミラー１５１等の反射手段として、装置本体における位置が測距センサ１５等の測距手段が走査しながらレーザー光等の光を照射する位置（発光位置等）よりも後方となるものを備える。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、光を照射する位置よりも後方に照射された光を測距手段からの照射方向とは異なる方向（進行方向の足元等）の測距に活用することが可能となる。
【０１５３】
（態様Ｋ）
態様Ａ乃至Ｊの何れかの態様において、ミラー１５１等の反射手段を複数備える。
これによれば、上記実施形態３について説明したように、障害物の形状の情報を多く捉えることが可能となる。
【０１５４】
（態様Ｌ）
態様Ａ乃至Ｋの何れかの態様において、走行経路の周囲に存在する物体の形状の情報を記憶する第二マップメモリ２３０ｂ等の物体形状記憶手段を備え、測距センサ１５等の測距手段の測定結果に基づいて対象物の形状の情報を作成し、物体形状記憶手段が有する対象物についての物体の形状の情報と、作成した対象物の形状の情報とを比較する演算部２１０等の対象物形状確認手段を備える。
これによれば、上記実施形態６について説明したように、設置環境を移動する物体であっても良好に物体追跡が実現できる。
【０１５５】
（態様Ｍ）
態様Ａ乃至Ｌの何れかの態様において、ミラー１５１等の反射手段で反射されて障害物３０１等の対象物に照射された反射レーザー光Ｌ２等の光によって得た測距情報と、測距手段から反射されることなく対象物に照射された直射レーザー光Ｌ１等の光によって得た測距情報と、を分離して記憶する第一マップメモリ２３０ａ及び第二マップメモリ２３０ｂ等の記憶手段を備える。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、設置環境のレイアウト情報と一時的な障害物情報とを個別に把握し、分割して管理することができる。
【０１５６】
（態様Ｎ）
駆動モータ１２２及び駆動輪１２０等の走行手段と、レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ１５等の光走査型の測距手段とを備える自走ロボット１等の自律走行装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更するミラー１５１等の光路変更手段を備え、光路変更手段として、入射した光の光路を測距手段の走査平面（発光位置を含む仮想水平面等）に対して下方に傾け、装置本体の幅を前方に延長した範囲に向けて光路を変更するものを備える。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射された光を、装置本体の進行方向の足元の測距に活用することが可能となる。このため、走査平面上における進行方向の測距と、進行方向の足元の測距とを同時に行うことが可能となる。
【０１５７】
（態様Ｏ）
駆動モータ１２２及び駆動輪１２０等の走行手段と、レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ１５等の光走査型の測距手段とを備える自走ロボット１等の自律走行装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更するミラー１５１等の光路変更手段を備え、光路変更手段として、装置本体の側方の足元に向けて光路を変更するもの（側方ミラー１５２等）を備える。
これによれば、上記実施形態４について説明したように、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射された光を、装置本体の側方の足元の測距に活用することが可能となる。これにより、進行方向の測距と、装置本体の側方の足元の測距とを同時に行うことが可能となる。
【０１５８】
（態様Ｐ）
駆動モータ１２２及び駆動輪１２０等の走行手段と、レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ１５等の光走査型の測距手段とを備える自走ロボット１等の自律走行装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部の光路を変更するミラー１５１等の光路変更手段を備え、光路変更手段として、装置本体の後方足元に向けて光路を変更するもの（側方ミラー１５２及び後方ミラー１５３）を備える。
これによれば、上記実施形態５について説明したように、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射された光を、装置本体の後方の足元の測距に活用することが可能となる。これにより、進行方向の測距と、装置本体の後方の足元の測距とを同時に行うことが可能となる。
【０１５９】
（態様Ｑ）
態様Ａ乃至Ｐの何れかの態様において、測距センサ１５等の測距手段から取得する距離情報に基づいて障害物３０１等の障害物を検出する障害物検出部と、距離情報に基づいて自己位置を推定し、移動量から求めた自己位置を、推定した自己位置を用いて補正する自己位置推定部２３３等の自己位置推定部と、障害物検出部で検出した障害物情報と、自己位置の推定において補正した自己位置とに基づいて、駆動モータ１２２及び駆動輪１２０等の走行手段の制御を行う駆動モータ制御部２２２等の走行制御部を備える。
これによれば、上記各実施形態について説明したように、測距手段の検出情報を用いて自律走行を行う自走ロボット１等の自律走行装置を実現することが可能となる。
【０１６０】
（態様Ｒ）
レーザー光等の光の照射方向を連続的に変化させる測距センサ１５等の光走査型の測距手段を備える自走ロボット１等の測距装置において、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更するミラー１５１等の反射手段を備える。
これによれば、上記各実施形態について説明したように、反射手段は、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光を反射するため、走査範囲の中央には測距手段からの光が直接照射される。このため、走査範囲の中央の測距を行うことが可能となる。また、反射手段は、測距手段の走査範囲の中央を除く端部側の方向に照射される光の少なくとも一部を反射して光路を変更するため、測距手段からの照射方向とは異なる反射手段による反射方向の測距を行うことができる。このように、態様Ｒでは、測距手段の走査範囲の中央の測距を行いつつ、測距する必要がある範囲外の走査範囲に照射される光を、測距手段からの照射方向とは異なる方向の測距に活用することが可能となる。
【符号の説明】
【０１６１】
１  自走ロボット
１１  車両本体
１５  測距センサ
１２０  駆動輪
１２０ａ  右駆動輪
１２０ｂ  左駆動輪
１２１  補助輪
１２２ａ  右駆動モータ
１２２ｂ  左駆動モータ
１２２  駆動モータ
１２３  エンコーダ
１２３ａ  右エンコーダ
１２３ｂ  左エンコーダ
１４０  バッテリー
１５１  ミラー
１５１ａ  第一ミラー
１５１ｂ  第二ミラー
１５１ｆ  ミラー反射面
１５２  側方ミラー
１５３  後方ミラー
１６０  ミラー保持部
１６０ａ  第一ミラー保持部
１６０ｂ  第二ミラー保持部
１６１  ミラー調整モータ
１６１ａ  第一ミラー調整モータ
１６１ｂ  第二ミラー調整モータ
１６１ｓ  回転子
１６２  モータホルダ
１６２ａ  アジャスタ挿入部
１６３  アジャスタ
１６４  上部板バネ
１６５  ミラーベース
１６６ａ  第一突き当て部
１６６ｂ  第二突き当て部
１６７ａ  第一下部板バネ
１６７ｂ  第二下部板バネ
１６８  側方ミラー保持部
１６９  後方ミラー保持部
２１０  演算部
２２１  エンコーダ演算部
２２２  駆動モータ制御部
２３０  マップデータベースメモリ
２３０ａ  第一マップメモリ
２３０ｂ  第二マップメモリ
２３０ｃ  第三マップメモリ
２３３  自己位置推定部
２３４  経路演算部
２５１  水平障害物判定部
２５２  足元障害物判定部
２５３  足元障害物形状判定部
２５４  ミラー調整モータ制御部
３００  床面
３０１  障害物
３０２  凹部
Ｌ１  直射レーザー光
Ｌ２  反射レーザー光
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１６２】
【特許文献１】特許５２７８２８３号
【図１】
2017107563.tif 000041
【図２】
2017107563.tif 000042
【図３】
2017107563.tif 000043
【図４】
2017107563.tif 000044
【図５】
2017107563.tif 000045
【図６】
2017107563.tif 000046
【図７】
2017107563.tif 000047
【図８】
2017107563.tif 000048
【図９】
2017107563.tif 000049
【図１０】
2017107563.tif 000050
【図１１】
2017107563.tif 000051
【図１２】
2017107563.tif 000052
【図１３】
2017107563.tif 000053
【図１４】
2017107563.tif 000054
【図１５】
2017107563.tif 000055
【図１６】
2017107563.tif 000056
【図１７】
2017107563.tif 000057
【図１８】
2017107563.tif 000058
【図１９】
2017107563.tif 000059
【図２０】
2017107563.tif 000060
【図２１】
2017107563.tif 000061
【図２２】
2017107563.tif 000062
【図２３】
2017107563.tif 000063
【図２４】
2017107563.tif 000064
【図２５】
2017107563.tif 000065
【図２６】
2017107563.tif 000066
【図２７】
2017107563.tif 000067
【図２８】
2017107563.tif 000068
【図２９】
2017107563.tif 000069
【図３０】
2017107563.tif 000070
【図３１】
2017107563.tif 000071