(57)【要約】【課題】上り坂走行時に、高出力トルクを発生することなく、自律走行装置の低消費電力化を図ることを課題とする。【解決手段】駆動部材を制御する走行制御部と、進行方向の空間に光を出射した後空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、物体および路面までの距離を検出する距離検出部と、走行中に走行地点ごとの現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、検出された路面までの距離に基づいて、走行地点ごとに走行経路上の傾斜面の高さと傾斜面の距離とを含む傾斜情報を取得する傾斜検出部と、傾斜情報を利用して走行地点ごとに傾斜面を上昇および下降するための目標到達速度を設定する目標速度設定部と、走行経路上の各走行地点において取得された位置情報と傾斜情報と目標到達速度とを対応づけて予め記憶した記憶部と、記憶部に記憶された目標到達速度に基づいて、各走行地点の走行速度を制御する速度制御部とを備える。【選択図】図８
2017211758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部材を制御する走行制御部と、
進行方向の前方空間を含む所定の空間に所定の光を出射した後、前記空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出部と、
走行中に走行地点ごとの現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記検出された路面までの距離に基づいて、走行地点ごとに走行経路上の傾斜面の高さと傾斜面の距離とを含む傾斜情報を取得する傾斜検出部と、
前記取得した傾斜情報を利用して走行地点ごとに傾斜面を上昇および下降するための目標到達速度を設定する目標速度設定部と、
所定の走行経路上の各走行地点において取得された位置情報と、傾斜情報と、目標到達速度とを対応づけて予め記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶された目標到達速度に基づいて、各走行地点の走行速度を制御する速度制御部とを備え、
前記走行経路上に存在する上り坂を登るときに取得する位置エネルギーを、平坦な路面または下り坂を走行中に取得するように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする自律走行装置。
【請求項２】
前記走行経路上に上り坂が存在する場合、前記上り坂を走行する前に、前記上り坂を登りきったときに取得する位置エネルギーと同等またはそれ以下の運動エネルギーを取得するように、前記上り坂よりも前に存在する平坦な路面または下り坂を走行中に、加速することを特徴とする請求項１に記載の自律走行装置。
【請求項３】
前記走行経路上に、平坦な路面または下り坂と、前記平坦な路面または下り坂に続いて上り坂が存在する場合、
前記上り坂の直前の走行地点までに、前記上り坂を登坂するのに必要な運動エネルギーを取得するように、前記目標速度設定部が、前記上り坂の直前の走行地点の目標到達速度を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の自律走行装置。
【請求項４】
前記走行制御部が、前記駆動部材を回転させるトルクを発生させる駆動モータからなり、
少なくとも、前記上り坂の直前の走行地点で前記設定された目標到達速度を達成するように、前記速度制御部が、前記平坦な路面または下り坂を走行中に、前記駆動モータに与えるモータ電流値を制御することを特徴とする請求項３に記載の自律走行装置。
【請求項５】
前記平坦な路面または下り坂を走行中に発生させる前記トルクと、前記平坦な路面または下り坂に続く上り坂を走行中に発生させる前記トルクとが、同等となるように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする請求項４に記載の自律走行装置。
【請求項６】
前記平坦な路面または下り坂を走行中に発生させる前記トルクは、前記平坦な路面または下り坂に続く上り坂を走行中に発生させる前記トルクに対して、同等以上となるように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする請求項４に記載の自律走行装置。
【請求項７】
前記平坦な路面または下り坂を走行中に発生させる前記トルクが、前記平坦な路面または下り坂を走行中は、略一定となるように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする請求項４に記載の自律走行装置。
【請求項８】
前記上り坂を走行中に発生させる前記トルクが、前記上り坂を走行中は、略一定となるように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする請求項４に記載の自律走行装置。
【請求項９】
前記記憶部に、走行速度の上限値を予め記憶し、
前記上り坂、平坦な路面および下り坂のいずれを走行している時も、前記走行速度の上限値を越えないように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の自律走行装置。
【請求項１０】
駆動部材を制御する走行制御部と、
進行方向の前方空間を含む所定の空間に所定の光を出射した後、前記空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出部と、
走行中の位置情報を取得する位置情報取得部と、傾斜検出部と、目標速度設定部と、記憶部と、速度制御部とを備えた自律走行装置の速度制御方法であって、
所定の走行経路を走行中において、
前記位置情報取得部が、走行地点ごとの現在位置を示す位置情報を取得し、
前記傾斜検出部が、前記距離検出部によって検出された路面までの距離に基づいて、走行地点ごとに走行経路上の傾斜面の高さと傾斜面の距離とを含む傾斜情報を取得し、
前記目標速度設定部が、前記取得した傾斜情報を利用して走行地点ごとに傾斜面を上昇および下降するための目標到達速度を設定し、
前記走行経路上の各走行地点において取得された位置情報と、傾斜情報と、目標到達速度とを対応づけて記憶し、
前記記憶部に記憶された目標到達速度に基づいて、前記走行経路上に存在する上り坂を登るときに取得する位置エネルギーを、平坦な路面または下り坂を走行中に取得するように、前記速度制御部が各走行地点の走行速度を制御することを特徴とする自律走行装置の速度制御方法。
【請求項１１】
コンピュータに、
駆動部材を制御する走行制御機能と、
進行方向の前方空間を含む所定の空間に所定の光を出射した後、前記空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出機能と、
走行中に走行地点ごとの現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得機能と、
前記検出された路面までの距離に基づいて、走行地点ごとに走行経路上の傾斜面の高さと傾斜面の距離とを含む傾斜情報を取得する傾斜検出機能と、
前記取得した傾斜情報を利用して走行地点ごとに傾斜面を上昇および下降するための目標到達速度を設定する目標速度設定機能と、
所定の走行経路上の各走行地点において取得された位置情報と、傾斜情報と、目標到達速度とを対応づけて予め記憶した記憶機能と、
前記記憶された目標到達速度に基づいて、前記走行経路上に存在する上り坂を登るときに取得する位置エネルギーを、平坦な路面または下り坂を走行中に取得するように、各走行地点の走行速度を制御する速度制御機能とを実現させるための自律走行装置のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自律走行装置に関し、特に、上り坂や下り坂を含む所定の走行経路を走行する場合に、高出力トルクの発生を必要としない速度制御をする機能を有する自律走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、荷物を搬送する搬送用ロボットや、建物内および建物周辺や所定の敷地内の状況
を監視する監視用ロボットなど、自律的に移動する自律走行装置が利用されている。
このような従来の自律走行装置は、走行すべき領域の地図情報と移動経路情報とを予め
記憶し、カメラ、距離画像センサ、ＧＰＳ（Global Positioning System）から取得した
情報を利用して、所定の経路を走行する。
【０００３】
また、自律走行装置には、充電池を備えて自律走行するものがあり、できるだけ長時間走行をするために、低消費電力化が要求される。そこで、走行時のエネルギー消費量を低減させる走行制御方法が提案されている。
たとえば、特許文献１では、予め設定された始点から終点までの単位走行制御区間を走行する場合に、走行開始時に予め設定された加速度と定速走行速度と走行距離とを利用して、始点からの加速度走行によって車両が獲得した運動エネルギーを、最大限の惰性走行と回生制動走行による終点までの減速走行エネルギーとして活用するようにした省エネルギー走行制御方法が提案されている。
【０００４】
また、従来の自律走行装置では、経路が平地から上り坂に変化する場合、その上り坂を登りきるために、自重量を考慮して、車輪に膨大なトルクを発生させ、速度をできるだけ一定に保ちながら、登坂していた。また、下り坂を一定速度で降りるために、ブレーキを使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１２２０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、平坦な経路を走行する場合に必要なトルク量と、上り坂を登るのに必要なトルク量には、大きな差があり、平坦な経路を走行する場合に必要なトルク量の方が小さい。
また、設計時に、自律走行装置が実際に走行する経路に存在する坂道がどの程度の傾斜なのかを予め予測するのは困難である。したがって、設計時に通常利用されるであろう上り坂を想定し、自重量を考慮して、想定される上り坂を登りきることができるように、車輪の駆動モータが選定される。すなわち、所定の速度で、想定された上り坂を登りきることのできる大きなトルクを発生させることが可能な駆動モータを搭載しておく必要があった。
【０００７】
しかし、大きなトルクを発生させることが可能な駆動モータは、自律走行装置の大型化と重量の増加をまねくので、上り坂の走行時に、駆動モータに与える負荷電流が大きくなり、コストも高くなり、低消費電力化の要求に反することになる。また、下り坂を降りる場合、ブレーキを頻繁に使用すると、ブレーキパッド等で大きな熱が発生し、駆動モータの部品やオイルの劣化が生じ、駆動モータの寿命が短くなる。
また、傾斜のほとんどない平坦な経路を常に巡回監視する自律走行装置では、大きなトルクを発生させる必要はなく、高トルク出力の駆動モータは、無駄が大きい。
さらに、従来のエネルギー消費量を低減させる走行制御方法の多くは、車両が獲得した運動エネルギーを利用して、下り坂勾配を走行する時の惰性走行等によるエネルギー消費量を低減させるものであった。
【０００８】
そこで、この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、上り坂と下り坂を含む走行経路であっても、大きなトルクの発生ができるだけ少なくなるように速度制御をすることによって、高出力トルクを発生する駆動モータを必要とせず、自律走行装置の低消費電力化を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、駆動部材を制御する走行制御部と、進行方向の前方空間を含む所定の空間に所定の光を出射した後、前記空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出部と、走行中に走行地点ごとの現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、前記検出された路面までの距離に基づいて、走行地点ごとに走行経路上の傾斜面の高さと傾斜面の距離とを含む傾斜情報を取得する傾斜検出部と、前記取得した傾斜情報を利用して走行地点ごとに傾斜面を上昇および下降するための目標到達速度を設定する目標速度設定部と、所定の走行経路上の各走行地点において取得された位置情報と、傾斜情報と、目標到達速度とを対応づけて予め記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶された目標到達速度に基づいて、各走行地点の走行速度を制御する速度制御部とを備え、前記走行経路上に存在する上り坂を登るときに取得する位置エネルギーを、平坦な路面または下り坂を走行中に取得するように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする自律走行装置を提供するものである。
【００１０】
また、前記走行経路上に上り坂が存在する場合、前記上り坂を走行する前に、前記上り坂を登りきったときに取得する位置エネルギーと同等またはそれ以下の運動エネルギーを取得するように、前記上り坂よりも前に存在する平坦な路面または下り坂を走行中に、加速することを特徴とする。
【００１１】
また、前記走行経路上に、平坦な路面または下り坂と、前記平坦な路面または下り坂に続いて上り坂が存在する場合、前記上り坂の直前の走行地点までに、前記上り坂を登坂するのに必要な運動エネルギーを取得するように、前記目標速度設定部が、前記上り坂の直前の走行地点の目標到達速度を設定することを特徴とする。
これによれば、平坦な路面または下り坂を走行中に、すなわち上り坂を登る前に、上り坂を登りきったときに取得する位置エネルギーに相当する運動エネルギーを取得しているので、比較的大きなトルクを発生する必要ない平坦な路面または下り坂の走行段階で登坂に必要なエネルギーを獲得でき、高出力トルクを発生する駆動モータを必要とせず、駆動モータの小型化と、自律走行装置の低消費電力化を図ることができる。
【００１２】
また、前記走行制御部が、前記駆動部材を回転させるトルクを発生させる駆動モータからなり、少なくとも、前記上り坂の直前の走行地点で前記設定された目標到達速度を達成するように、前記速度制御部が、前記平坦な路面または下り坂を走行中に、前記駆動モータに与えるモータ電流値を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、前記平坦な路面または下り坂を走行中に発生させる前記トルクと、前記平坦な路面または下り坂に続く上り坂を走行中に発生させる前記トルクとが、同等となるように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする。
また、前記平坦な路面または下り坂を走行中に発生させる前記トルクは、前記平坦な路面または下り坂に続く上り坂を走行中に発生させる前記トルクに対して、同等以上となるように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする。
さらに、前記平坦な路面または下り坂を走行中に発生させる前記トルクが、前記平坦な路面または下り坂を走行中は、略一定となるように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする。
また、前記上り坂を走行中に発生させる前記トルクが、前記上り坂を走行中は、略一定となるように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする。
これによれば、トルクの変動を減らすことができ、駆動モータにかかる負荷を抑制することができる。
【００１４】
また、前記記憶部に、走行速度の上限値を予め記憶し、前記上り坂、平坦な路面および下り坂のいずれを走行している時も、前記走行速度の上限値を越えないように、前記速度制御部が走行速度を制御することを特徴とする。
これによれば、走行速度の上限値を越えないように走行速度を制御するので、無駄なトルクを発生させることがなく、トルクの変動を減らすことができ、駆動モータにかかる負荷を抑制することができる。
【００１５】
また、この発明は、駆動部材を制御する走行制御部と、進行方向の前方空間を含む所定の空間に所定の光を出射した後、前記空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出部と、走行中の位置情報を取得する位置情報取得部と、傾斜検出部と、目標速度設定部と、記憶部と、速度制御部とを備えた自律走行装置の速度制御方法であって、所定の走行経路を走行中において、前記位置情報取得部が、走行地点ごとの現在位置を示す位置情報を取得し、前記傾斜検出部が、前記距離検出部によって検出された路面までの距離に基づいて、走行地点ごとに走行経路上の傾斜面の高さと傾斜面の距離とを含む傾斜情報を取得し、前記目標速度設定部が前記取得した傾斜情報を利用して走行地点ごとに傾斜面を上昇および下降するための目標到達速度を設定し、前記走行経路上の各走行地点において取得された位置情報と、傾斜情報と、目標到達速度とを対応づけて記憶し、前記記憶部に記憶された目標到達速度に基づいて、前記走行経路上に存在する上り坂を登るときに取得する位置エネルギーを、平坦な路面または下り坂を走行中に取得するように、前記速度制御部が各走行地点の走行速度を制御することを特徴とする自律走行装置の速度制御方法を提供するものである。
【００１６】
さらに、この発明は、コンピュータに、駆動部材を制御する走行制御機能と、進行方向の前方空間を含む所定の空間に所定の光を出射した後、前記空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、前記物体および路面までの距離を検出する距離検出機能と、走行中に走行地点ごとの現在位置を示す位置情報を取得する位置情報取得機能と、前記検出された路面までの距離に基づいて、走行地点ごとに走行経路上の傾斜面の高さと傾斜面の距離とを含む傾斜情報を取得する傾斜検出機能と、前記取得した傾斜情報を利用して走行地点ごとに傾斜面を上昇および下降するための目標到達速度を設定する目標速度設定機能と、所定の走行経路上の各走行地点において取得された位置情報と、傾斜情報と、目標到達速度とを対応づけて予め記憶した記憶機能と、前記記憶された目標到達速度に基づいて、前記走行経路上に存在する上り坂を登るときに取得する位置エネルギーを、平坦な路面または下り坂を走行中に取得するように、各走行地点の走行速度を制御する速度制御機能とを実現させるための自律走行装置のプログラムを提供するものである。
また、この発明は、上記自律走行装置のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、傾斜検出部によって、検出された路面までの距離に基づいて、走行地点ごとに走行経路上の傾斜面の高さと傾斜面の距離とを含む傾斜情報を取得し、傾斜情報を利用して走行地点ごとに傾斜面を上昇および下降するための目標到達速度を設定し、所定の走行経路上の各走行地点において取得された位置情報と、傾斜情報と、目標到達速度とを対応づけて予め記憶しておき、記憶された目標到達速度に基づいて、各走行地点の走行速度を制御するので、傾斜面を有する走行経路であっても、大きなトルクの発生ができるだけ少なくなるように速度制御をすることができ、高出力トルクを発生する駆動モータを必要とせず、自律走行装置の低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の自律走行装置の一実施例の外観図である。
【図２】この発明の自律走行装置の走行に関係する構成の説明図である。
【図３】この発明の自律走行装置の一実施例の構成ブロック図である。
【図４】この発明の距離検出部の一実施例の概略説明図である。
【図５】この発明の距離検出部から出射されるレーザーの走査方向の概略説明図である。
【図６】この発明のレーザーの照射領域を、上方向および後方から見た概略説明図である。
【図７】この発明の記憶部に記憶される情報の一実施例の説明図である。
【図８】この発明の上り坂走行前後の速度制御の一実施例の説明図である。
【図９】従来技術において、一定速度で上り坂を走行する場合の一実施例の説明図である。
【図１０】この発明の坂道を含む走行経路の一実施例の説明図である。
【図１１】この発明において、図１０の坂道を含む走行経路を進行した場合の速度制御と位置エネルギーと運動エネルギーとの関係の説明図である。
【図１２】この発明と従来技術において、図１０で示す速度で走行経路を進行した場合に必要となるモータ電流値と積算電力の関係の比較説明図である。
【図１３】この発明の傾斜情報と目標速度情報の取得処理の一実施例のフローチャートである。
【図１４】この発明において、取得した目標速度情報等を用いて実際の走行をする場合の一実施例の実走行処理のフローチャートである。
【図１５】この発明の上り坂走行前後の速度制御の他の実施例の説明図である。
【図１６】図１０の坂道を含む走行経路を進行した場合の速度制御と位置エネルギーと運動エネルギーとの関係の他の実施例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を使用して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例の記載によって、この発明が限定されるものではない。
＜自律走行装置の構成＞
図１に、この発明の自律走行装置の一実施例の外観図を示す。
図１において、この発明の自律走行装置１は、所定の経路情報に基づいて、障害物を避けながら、自律的に移動する機能を有する車両である。
また、自律走行装置１は、移動機能に加えて、輸送機能、監視機能、掃除機能、誘導機能、通報機能などの種々の機能を備えてもよい。
以下の実施例では、主として、屋外の所定の監視領域や通路を自律走行し、監視領域等の監視や輸送を行うことのできる自律走行装置について説明する。
【００２０】
図１の外観図において、自律走行装置１（以下、車両とも呼ぶ）は、主として、車体１０と、４つの車輪（２１，２２）と、監視ユニット２と、制御ユニット３とを備える。
監視ユニット２は、移動する領域や路面の状態を確認する機能や監視対象を監視する機能を有する部分であり、たとえば、移動する前方空間の状態を確認する距離検出部５１、カメラ（撮像部）５５、走行している現在位置の情報を取得する位置情報取得部５８などから構成される。
制御ユニット３は、この発明の自律走行装置の有する走行機能や監視機能などを実行する部分であり、たとえば後述するような制御部５０、走行制御部５２、通信部５４、画像認識部５６、記憶部７０などから構成される。
【００２１】
この発明の自律走行装置１は、カメラ５５、距離検出部５１および位置情報取得部５８等を利用して、車体１０の進行方向の前方の状態を確認しながら自走する。たとえば、前方に、障害物や段差等が存在することを検出した場合には、障害物に衝突することなどを防止するために、静止、回転、後退、前進等の動作を行って進路を変更し、画像認識により障害物を認識した場合や、接触を検出した場合には、車体の停止動作など、所定の機能を実行する。
ただし、狭い通路を走行する場合、あるいは障害物を検出したが障害物に衝突することなく走行が可能な場合は、減速せずに自律走行を継続させる。
【００２２】
図２に、この発明の自律走行装置の走行に関係する構成の説明図を示す。
図２（ａ）は、車両１の右側面図であり、右側の前輪２１や後輪２２を仮想線で示している。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図を示し、後述するスプロケット２１ｂ，２２ｂ，３１ｂ，３２ｂを仮想線で示している。車体１０の前面１３に前輪（２１，３１）を配置し、後面１４に後輪（２２，３２）を配置する。
車体１０の各側面１２Ｒ，１２Ｌには帯状のカバー１８が設置され、車体１０の前後方向に沿って延びている。カバー１８の下側には、前輪２１、３１および後輪２２、３２をそれぞれ回転支持する車軸２１ａ，３１ａおよび車軸２２ａ、３２ａが設けられている。各車軸２１ａ，３１ａ，２２ａ，３２ａは、動力伝達部材によって結合されない場合は、独立して回転可能となっている。
【００２３】
左右のそれぞれ一対の前輪（２１，３１）と後輪（２２，３２）とには、動力伝達部材であるベルト２３，３３が設けられている。具体的には、右側の前輪２１の車軸２１ａにはスプロケット２１ｂが設けられ、後輪２２の車軸２２ａにはスプロケット２２ｂが設けられる。また、前輪のスプロケット２１ｂと後輪のスプロケット２２ｂとの間には、例えばスプロケットと歯合する突起を内面側に設けたベルト２３が巻架されている。同様に、左側の前輪３１の車軸３１ａにはスプロケット３１ｂが設けられるとともに、後輪３２の車軸３２ａにはスプロケット３２ｂが設けられており、前輪のスプロケット３１ｂと後輪のスプロケット３２ｂとの間には、ベルト２３と同様の構造を持つベルト３３が巻架されている。
【００２４】
したがって、左右のそれぞれ一対の前輪と後輪（２１と２２，３１と３２）は、ベルト（２３，３３）によって連結駆動されるので、一方の車輪を駆動すればよい。たとえば、前輪（２１，３１）を駆動すればよい。一方の車輪を駆動輪とした場合に、他方の車輪は、動力伝達部材であるベルトによってスリップすることなく駆動される従動輪として機能する。
左右それぞれ一対の前輪と後輪とを連結駆動する動力伝達部材としては、スプロケットとこのスプロケットに歯合する突起を設けたベルトを用いるほか、例えば、スプロケットとこのスプロケットに歯合するチェーンを用いてもよい。さらに、スリップが許容できる場合は、摩擦の大きなプーリーとベルトを動力伝達部材として用いてもよい。ただし、駆動輪と従動輪の回転数が同じとなるように動力伝達部材を構成する。
図２では、前輪（２１，３１）が駆動輪に相当し、後輪（２２，３２）が従動輪に相当する。
【００２５】
車体１０の底面１５の前輪側には、右側の前後輪２１，２２を駆動するための電動モータ４１Ｒと、左側の前後輪３１，３２を駆動するための電動モータ４１Ｌの２つのモータが設けられている。右側の電動モータ４１Ｒのモータ軸４２Ｒと右側の前輪２１の車軸２１ａとの間には、動力伝達機構としてギアボックス４３Ｒが設けられている。同様に、左側の電動モータ４１Ｌのモータ軸４２Ｌと左側の前輪３１の車軸３１ａとの間には、動力伝達機構としてギアボックス４３Ｌが設けられている。ここでは、２つの電動モータ４１Ｒ，４１Ｌは車体の進行方向の中心線に対して左右対称となるように並列配置されており、ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌもそれぞれ電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの左右外側に配設されている。
【００２６】
ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌは、複数の歯車や軸などから構成され、電動モータからの動力をトルクや回転数、回転方向を変えて出力軸である車軸に伝達する組立部品であり、動力の伝達と遮断を切替えるクラッチを含んでいてもよい。なお、左右の後輪２２，３２はそれぞれ軸受４４Ｒ，４４Ｌによって軸支されており、軸受４４Ｒ，４４Ｌはそれぞれ車体１０の底面１５の右側面１２Ｒ、左側面１２Ｌに近接させて配設されている。
【００２７】
以上の構成により、進行方向右側の一対の前後輪２１，２２と、左側の一対の前後輪３１，３２とは、独立して駆動することが可能となる。すなわち、右側の電動モータ４１Ｒの動力はモータ軸４２Ｒを介してギアボックス４３Ｒに伝わり、ギアボックス４３Ｒによって回転数、トルクあるいは回転方向が変更されて車軸２１ａに伝達される。そして、車軸２１ａの回転によって車輪２１が回転するとともに、車軸２１ａの回転は、スプロケット２１ｂ、ベルト２３、および、スプロケット２２ｂを介して後軸２２ｂに伝わり、後輪２２を回転させることになる。左側の電動モータ４１Ｌからの前輪３１および後輪３２への動力の伝達については上記した右側の動作と同様である。
【００２８】
２つの電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの回転数が同じである場合、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌのギア比（減速比）を同じにすれば、自律走行装置１は前進あるいは後進を行うことになる。自律走行装置１の速度を変更する場合は、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌのギア比を同じ値に維持しつつ変化させればよい。
また、進行方向を変える場合は、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌのギア比を変更して、右側の前輪２１および後輪２２の回転数と左側の前輪３１および後輪３２の回転数とに、回転差を持たせればよい。さらに、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌからの出力の回転方向を変えることにより、左右の車輪の回転方向を反対にすることで車体中央部を中心とした定置旋回が可能になる。
【００２９】
自律走行装置１を定置旋回させる場合は、前後の車輪の角度を可変にするステアリング機構が設けられていないため、前後の車輪の間隔（ホイールベース）が大きいほど、車輪にかかる抵抗が大きくなり、旋回のために大きな駆動トルクが必要となる。しかし、各ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌ内のギア比は可変にしているので、旋回時の車輪の回転数を下げるだけで車輪に大きなトルクを与えることができる。
【００３０】
例えば、ギアボックス４３Ｒ内のギア比として、モータ軸４２Ｒ側のギアの歯数を１０、中間ギアの歯数を２０、車軸２１ｂ側のギアの歯数を４０とした場合、車軸２１ｂの回転数はモータ軸４２Ｒの１／４の回転数となるが、４倍のトルクが得られる。そして、更に回転数が小さくなるようなギア比を選択することによって、より大きなトルクを得ることができるため、不整地や砂地などの車輪に係る抵抗が大きな路面であっても旋回が可能となる。
【００３１】
また、モータ軸４２Ｒ，４２Ｌと車軸２１ａ，３１ａとの間にギアボックス４３Ｒ，４３Ｌを設けているため、車輪２１，３１からの振動が直接モータ軸に伝わることがない。さらに、ギアボックス４３Ｒ，４３Ｌに動力の伝達と切り離し（遮断）を行うクラッチを設けておき、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの非通電時には、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌ側と駆動軸となる車軸２１ａ，３１ａとの間の動力伝達を遮断しておくことが望ましい。これにより、仮に停止時に車体１０に力が加わり車輪が回転しても、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌには回転が伝わらないため、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌに逆起電力が発生することはなく、電動モータ４１Ｒ，４１Ｌの回路を損傷するおそれもない。
【００３２】
このように、左右のそれぞれ前後一対の前輪と後輪を動力伝達部材で連結し、前輪側に配置した２つの電動モータで駆動可能するようにして４輪を駆動しているので、後輪専用の電動モータ、さらに、この電動モータと後輪との間に必要な後輪専用のギアボックスを設ける必要がなく、後輪専用の電動モータやギアボックスのための設置スペースを削減することができる。
上記したように、車体１０の底面１５の前輪２１，３１側には２つの電動モータ４１Ｒ，４１Ｌを進行方向左右に配置し、さらに各電動モータ４１Ｒ，４１Ｌのそれぞれの左右側方にギアボックス４３Ｒ，４３Ｌを配置しているが、底面１５の後輪２２、３２側には軸受４４Ｒ，４４Ｌを配置しているだけであるため、車体１０の底面１５には、その中央位置から例えば車体の後端までにわたって、広い収容スペース１６を確保できる。
【００３３】
各電動モータ４１Ｒ，４１Ｌは、例えばリチウムイオン電池などのバッテリ（充電池）４０を動力源とし、バッテリ４０を収容スペース１６に設置する。具体的には、バッテリ４０は、例えば直方体の外形をなし、図２（ｂ）に示すように、底面１５の略中央位置に載置することが可能である。また、車体１０の後面１４は例えば上面あるいは底面１５に対して開閉可能に構成し、収容スペース１６へのバッテリ４０の出し入れを容易にすることが望ましい。これにより、長時間走行を実現させるための大容量のバッテリ４０を車体１０の収容スペース１６に搭載可能になり、また、バッテリ４０の交換、充電、点検などの作業は、後面１４から容易に実施可能になる。さらに、バッテリ４０を底面１５に配置することができるため、車体１０の重心が低く、安定した走行が可能な電動車両を得ることができる。
【００３４】
図３に、この発明の自律走行装置の一実施例の構成ブロック図を示す。
図３において、この発明の自律走行装置１は、主として、制御部５０，距離検出部５１，走行制御部５２，車輪５３，通信部５４，カメラ５５，画像認識部５６，傾斜検出部５７，位置情報取得部５８，充電池５９，速度検出部６０，エンコーダ６１，速度制御部６２，目標速度設定部６３、記憶部７０を備える。
また、自律走行装置１は、ネットワーク６を介して、管理サーバ５に接続され、管理サーバ５から送られる指示情報等に基づいて自律走行し、取得した監視情報などを管理サーバ５に送信する。
ネットワーク６としては、現在利用されているあらゆるネットワークを利用することができるが、自律走行装置１は、移動する装置であるので、無線通信が可能なネットワーク（たとえば、無線ＬＡＮ）を利用することが好ましい。
【００３５】
無線通信のネットワークとしては、公衆に開放されているインターネットなどを利用してもよく、あるいは、接続できる装置が限定される専用回線の無線ネットワークを利用してもよい。また、無線通信路での無線伝送方式としては、各種無線ＬＡＮ（Local Area Network）（ＷｉＦｉ（登録商標）認証の有無は問わない）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  ＬＥ（Low Energy）などの規格に準じた方式が挙げられ、無線到達距離や伝送帯域などを考慮して使用すればよいが、例えば携帯電話網などを利用してもよい。
【００３６】
管理サーバ５は、主として、通信部９１，監視制御部９２，記憶部９３を備える。
通信部９１は、ネットワーク６を介して、自律走行装置１と通信する部分であり、無線による通信機能を有することが好ましい。
監視制御部９２は、自律走行装置１に対する移動制御、自律走行装置１の情報収集機能および監視機能などを実行させる部分である。
記憶部９３は、自律走行装置１に対して移動指示をするための情報、自律走行装置１から送られてきた監視情報（受信監視情報９３ａ）や、監視制御のためのプログラムなどを記憶する部分である。
【００３７】
自律走行装置１の制御部５０は、走行制御部５２などの各構成要素の動作を制御する部分であり、主として、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏコントローラ，タイマー等からなるマイクロコンピュータによって実現される。
ＣＰＵは、ＲＯＭ等に予め格納された制御プログラムに基づいて、各種ハードウェアを有機的に動作させて、この発明の走行機能、傾斜検出機能、速度制御機能などを実行する。
【００３８】
距離検出部５１は、車両の現在位置から、進行方向の前方空間を含む所定の空間内に存在する物体および路面までの距離を検出する部分である。距離検出部５１は、車体の前面のほぼ中央付近に配置される。ここで、車両が屋外を走行する場合、物体とは、たとえば、建物、柱、壁、突起物、路面、傾斜面などを意味する。
距離検出部５１は、進行方向の前方空間を含む空間に所定の光を出射した後、前方空間に存在する物体および路面によって反射された反射光を受光して、物体および路面までの距離を検出する。具体的には、距離検出部５１は、主として、進行方向の所定の前方空間を含む空間に光を出射する発光部５１ａと、物体によって反射された光を受光する受光部５１ｂと、光の出射方向を、２次元的あるいは３次元的に変化させる走査制御部５１ｃとから構成される。
【００３９】
図４に、この発明の距離検出部５１の一実施例の説明図を示す。
ここでは、発光部５１ａから出射されたレーザー５１ｄが、物体１００に反射して、受光距離Ｌ０だけ往復して戻ってきたレーザーの一部分が受光部５１ｂに受光されることを示している。
【００４０】
出射される光としては、レーザー、赤外線、可視光、超音波、電磁波などを用いることができるが、夜間でも測距が充分可能でなければならないため、レーザーを用いることが好ましい。
また、今日、距離検出用センサとして、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、あるいはLaser Imaging Detection and Ranging：ライダー）が用いられているが、これを距離検出部５１として用いてもよい。
ＬＩＤＡＲは、所定の空間内の２次元空間または３次元空間にレーザーを出射し、空間内の複数の測点における距離を測定する装置である。
また、ＬＩＤＡＲは、発光部５１ａからレーザーを出射した後、物体によって反射された反射光を受光部５１ｂで検出し、たとえば、出射時刻と受光時刻との時間差から、受光距離Ｌ０を算出する。この受光距離Ｌ０が、後述する測定距離情報７２に相当する。
【００４１】
発光部５１ａから出射されたレーザーが、距離Ｌ０だけ離れた動かない物体に当たったとすると、発光部５１ａの先端から物体表面までの距離Ｌ０の２倍に相当する距離（２Ｌ０）だけ進行して、受光部５１ｂに受光される。
レーザーを出射した時刻と受光した時刻とは、レーザーが上記距離（２Ｌ０）を進行するのにかかる時間Ｔ０だけずれている。すなわち、時間差が生じている。この時間差Ｔ０と、光の速度とを利用することによって、上記受光距離Ｌ０を算出することができる。
また、この算出された受光距離Ｌ０から、物体（障害物）までの距離が検出される。
【００４２】
図４には、距離検出部５１を動かさない場合を示しており、発光部５１ａから出射されるレーザーは同じ光路を進行する場合を示している。
したがって、物体１００の一点に当たって反射してきた反射光を受光した場合、発光部５１ａの先端と物体の一点との距離のみが算出される。
【００４３】
走査制御部５１ｃは、進行方向の空間にある所定の複数の測点に向けて光が出射されるように、光の出射方向を走査させる部分であり、距離検出部５１の向きを一定時間ごとに少しずつ変化させることによって、出射されるレーザーが進行する光路を少しずつ移動させる。
ＬＩＤＡＲ５１では、水平方向の所定の２次元空間の範囲内で、レーザーの出射方向を所定の走査ピッチずつ変化させて、物体までの距離を算出する（水平方向の２次元走査）。また、３次元的に距離を算出する場合は、垂直方向に、所定の走査ピッチだけレーザーの出射方向を変化させて、さらに上記の水平方向の２次元走査を行って距離を算出する。
【００４４】
図５に、距離検出部（ＬＩＤＡＲ）５１から出射されるレーザーの走査方向の概略説明図を示す。
また、図６に、距離検出部（ＬＩＤＡＲ）５１から出射されたレーザーの照射領域を、上方から見た図（図６（ａ））と、後方から見た図（図６（ｂ））を示す。
図５において、１つの点は、所定の距離だけ離れた位置の垂直方向の２次元平面（垂直平面）において、レーザーが当たった位置（以下、測点と呼ぶ）を示している。
【００４５】
たとえば、距離検出部５１の発光部５１ａから出るレーザーの出射方向を、水平方向に所定の走査ピッチだけ右方向に移動するように、距離検出部５１の向きを変化させると、レーザーは、水平方向の右方向に走査ピッチだけずれた隣の位置（測点）の垂直平面に当たる。
もし、この垂直平面の位置に物体が存在したとすると、各測点において反射されたレーザーの反射光の一部分が、受光部５１ｂに受光される。
このように順次、水平方向に、所定の走査ピッチずつ、レーザーの照射方向をずらしていくと、所定数の測点に対してレーザーが照射される。レーザーが照射された複数の測点ごとに、反射光の受光の有無を確認して距離を算出する。
【００４６】
図６（ａ）には、レーザーの照射方向を、水平方向に走査ピッチずつずらして、図の左右方向（すなわち水平方向）に、レーザーを走査する例の説明図を示している。
たとえば、図６（ａ）に示すように、最も右側方向に、レーザーが照射された場合、その方向に物体が存在すれば、物体からの反射光を受光することによって、受光距離Ｌ０が算出される。
【００４７】
また、図５に示すように、レーザーを走査する方向を垂直方向とした場合、たとえば、レーザーを出射する方向を、垂直方向の上方向に所定の走査ピッチだけずらした場合は、レーザーは、垂直方向の上方向に走査ピッチだけずれた隣の位置（測点）の垂直平面に当たる。
レーザーの出射方向を垂直方向の上方向に１走査ピッチだけずらした後、図６（ａ）に示すように、水平方向にレーザーの照射方向をずらせば、前回の測点よりも上方向に１走査ピッチだけずれた位置の測点に対して、レーザーが照射される。
このように、水平方向のレーザーの走査と、垂直方向のレーザーの走査を順次行うことによって、所定の３次元空間に対してレーザーが照射され、３次元の測定空間に物体や傾斜面が存在すれば、その物体や傾斜面までの距離が算出される。
【００４８】
また、距離が算出された垂直方向の複数の測点について、それらの高さ関係と、距離差関係とから、進行方向に、上り坂または下り坂が存在することが判定される。
特に、走査制御部５１ｃによって光の出射方向を垂直方向に走査することにより、複数の測点に向けて出射された光のうち、反射光が受光された複数の測点の高さとその測点までの距離とを測定することにより、傾斜面の存在を検出し、後述する傾斜検出部５７が、走行経路上の傾斜面の傾斜情報を取得する。
【００４９】
また、複数の測点に向けて出射された光（レーザー）が物体に反射された場合に、物体に反射された反射光が受光部に受光されたことが確認されると、距離が算出された測点の位置に物体の一部分が存在すると判定される。
さらに、物体の一部分が存在すると判定された複数の測点を含む領域内に、その物体が存在し、その複数の測点を含む領域の情報から、物体の形状あるいは人体の姿勢などを特徴づける検知情報を取得する。
検知情報は、何らかの物体を特徴づける情報であるが、距離検出部５１によって取得してもよく、あるいは、カメラ５５によって撮影された物体の画像データから取得してもよい。
【００５０】
なお、２次元走査において、レーザーを走査する方向を、水平方向として説明したが、これに限るものではなく、垂直方向にレーザーを出射する方向を変化させてもよい。
３次元的な測定空間にレーザーを照射する場合は、垂直方向の２次元走査をした後、水平方向に所定の走査ピッチだけずらして、順次、同様の垂直方向の２次元走査を行えばよい。
【００５１】
図６（ｂ）には、レーザーを水平方向と垂直方向に走査した場合に、３次元空間に照射されるレーザーの測点の概略説明図を示している。
もし、レーザーが出射された１つの測点の方向に、物体が存在しなければ、レーザーはそのまま光路上を進行し、反射光は受光されず、距離は測定できない。
逆に、ある測点に出射されたレーザーに対して反射光が受光された場合は、距離が算出され、算出された距離だけ離れた位置に、物体が存在することが認識される。
図６（ｂ）では、右下部分の６つの測点において、反射光が検出されたことを示しており、この６つの測点を含む領域に、何らかの物体（たとえば、人体、障害物など）が存在することが認識される。
【００５２】
距離検出部５１の受光部５１ｂにレーザー５１ｄが入射されると、そのレーザーの受光強度に対応した電気信号が出力される。
制御部５０は、受光部５１ｂから出力される電気信号を確認し、たとえば、所定のしきい値以上の強度を有する電気信号が検出された場合に、レーザーを受光したと判断する。
発光部５１ａには、従来から用いられているレーザー発光素子が用いられ、受光部５１ｂには、レーザーを検出するレーザー受光素子が用いられる。
【００５３】
また、制御部５０は、発光部５１ａから出射されたレーザーの出射時刻と、受光部５１ｂに反射光が受光されたことを確認された受光時刻との時間差Ｔ０を利用して、発光部５１ａと複数の測点との間の距離である受光距離Ｌ０を算出する。
制御部５０が、たとえば、タイマーを利用して現在時刻を取得し、レーザーの出射時刻と、レーザーの受光が確認された受光時刻との時間差Ｔ０を算出し、この両時刻の時間差Ｔ０と、レーザーの速度とを利用して、受光距離Ｌ０を算出する。
【００５４】
走行制御部５２は、車体を走行させる駆動部材を制御する部分であり、主として、駆動部材を回転させるトルクを発生させる駆動モータからなる。
駆動モータは、上記した電動モータ（４１R、４１L）に相当する。駆動部材には、車輪やキャタピラ（登録商標）などが含まれる。
たとえば、駆動部材に相当する車輪５３の回転を制御して、直線走行および回転動作などをさせることによって、自動的に車両を走行させる。
主として、車体を加速させる場合には、駆動モータに所定の電流を与え、減速させる場合には、駆動モータに電流を流さないようにする。
【００５５】
車輪５３は、図１および図２に示したような４つの車輪（２１，２２，３１，３２）に相当する。通常の車両と同様に、４つの車輪には、それぞれタイヤが取り付けられている。タイヤは、同一形状および同一仕様のものであれば、特に限定するものではない。
また、上記したように、車輪のうち、左右の前輪（２１，３１）を駆動輪とし、左右の後輪（２２，３２）は回転制御をしない従動輪としてもよい。
また、後述するエンコーダ６１を、駆動輪（２１，３１）の左輪と右輪にそれぞれ取付け、車輪の回転数や回転方向、回転位置、回転速度によって車両の移動距離等を計測し、走行を制御する。
【００５６】
通信部５４は、ネットワーク６を介して、管理サーバ５と、データの送受信を行う部分である。上記したように、無線通信によってネットワーク６に接続し、管理サーバ５と通信できる機能を有することが好ましい。
たとえば、異常状態が発生し通知処理を実行する場合、通信部５４は、異常状態が発生したこと、異常状態の発生日時および発生位置を含む通知情報を、自律走行装置とは異なる位置に配置された管理サーバ５に送信する。
また、通知情報は、自律走行装置とは異なる位置にいる担当者の所持する端末に送信してもよく、管理サーバおよび端末の少なくともどちらか一方または両方に送信すればよい。
なお、送信先をどこにするかは、予め設定しておく必要があるが、車両の運用形態に対応させて、異常状態の内容などに基づいて、送信先を変更、追加できるようにしてもよい。
【００５７】
カメラ５５は、主として、車両の走行方向の前方空間を含む所定の空間の画像を撮影する撮影部であり、撮影する画像は、静止画でも、動画でもよい。撮影された画像は、入力画像データ７１として、記憶部７０に記憶され、管理サーバ５からの要求に応じて、管理サーバ５に転送される。
また、カメラ５５は、１台だけでなく、複数台備えてもよい。たとえば、車体の前方、左方、右方、後方をそれぞれ撮影するように、４台のカメラを固定設置してもよく、また各カメラの撮影方向を変更できるようにしてもよく、ズーム機能を備えてもよい。
また、車両が屋外を走行する場合において、天候がよく撮影領域が十分に明るい場合は、カメラで撮影した画像を分析することにより、人体、障害物、傾斜面、路面の状態等を検出してもよい。
【００５８】
画像認識部５６は、カメラ５５によって撮影された画像データ（入力画像データ７１）の中に含まれる物体や傾斜面を認識する部分である。たとえば、画像データに含まれる物体を抽出し、抽出された物体が、人体の所定の特徴を持つ物体である場合に、その物体を人体として認識する。さらに認識された人体の部分の画像データ（人体画像）と、記憶部７０に予め記憶された人物登録情報とを比較して、人体画像が予め登録された人物に一致可能か否かを判断する。画像認識処理は、既存の画像認識技術を用いればよい。
認識する物体は、人体に限るものではなく、壁、柱、段差、動物、樹木、電柱、狭い通路のような障害物や、上り坂や下り坂の傾斜面を認識してもよい。カメラで撮影された画像データと、予め記憶された物体の特徴を示した画像とを比較することによって、物体が何であるかを認識すればよい。
【００５９】
傾斜検出部５７は、進行方向に存在する上り坂および下り坂を検出し、その傾斜面の角度（傾斜角）、高さ、距離などからなる傾斜情報を取得する部分である。
傾斜面の存在や位置は、上記した距離検出部（LIDAR)５１、カメラ５５、画像認識部５６、位置情報取得部５８によって、検出される。また、傾斜面の角度や高さなどの傾斜情報は、予め設定された走行経路を、一度テスト走行し、距離検出部５１、カメラ５５、速度検出部６０などから得られる情報を利用して、算出する。
特に、距離検出部５１によって検出された路面までの距離に基づいて、走行地点ごとに走行経路上の傾斜面の高さと傾斜面の距離とを含む傾斜情報を取得する。
傾斜情報は、後述する図７(a)に示すような情報であり、たとえば、走行経路の地点ごとに測定した走行距離、隣接する地点間の距離差、高低差、相対高さ、傾斜角などからなり、テスト走行後、記憶部７０に記憶される。
【００６０】
また、目標速度設定部６３は、記憶部７０に記憶された傾斜情報を利用して、走行地点ごとに傾斜面を上昇および下降するための目標到達速度を設定する部分である。
特に、この発明では、傾斜面のうち上り坂を登りきることのできる位置エネルギーと、所定の距離を加速して得られる運動エネルギーとを考慮して、上り坂の直前の位置などでの目標到達速度を設定する。
たとえば、車両の走行経路上に、平坦な路面と、その平坦な路面に続いて上り坂が存在する場合、上り坂の直前の走行地点までに、上り坂を登坂するのに必要な運動エネルギーを取得するように、目標速度設定部６３が、上り坂の直前の走行地点の目標到達速度を設定する。車両の走行経路上に、下り坂に続いて上り坂が存在する場合も、同様である。
この場合、上り坂の直前の位置で所有している運動エネルギーの一部が、上り坂を上りきったことで位置エネルギーに変換されて、その後の走行ができるように、上り坂の直前の位置の目標到達速度が設定される。
【００６１】
目標到達速度は、原則として、位置エネルギーと運動エネルギーとがバランス良く交換され、駆動モータに高出力トルクを発生しなくても、走行経路全体を効率的に走行できるように設定される。
【００６２】
テスト走行をすることによって、所定の位置から数メートル先に傾斜角と上昇する距離の分かっている上り坂があることが検出された場合、車両が上り坂の上にいる時の位置エネルギーは計算で予め算出できるので、所定の位置から上り坂の直前の位置に来るまでに、平坦な路面や下り坂を走行中に十分に加速走行をして、上り坂の直前の位置に来たときに、少なくとも上り坂を登りきるのに必要な運動エネルギーを取得するように、上り坂の直前の位置の目標到達速度が設定される。また、上り坂を登りきった位置の目標到達速度も設定される。上り坂の直前の位置で取得すべき運動エネルギーは、算出された位置エネルギーよりも大きいことが必要とされる。
【００６３】
また、上り坂の直前に取得した運動エネルギーを利用して上り坂を登った後に下り坂を降りる場合、上り坂を登りきった時に取得した位置エネルギーを利用して、その後の走行を続けられるように、下り坂を降りた直後の位置の目標到達速度が設定される。下り坂を降りた直後の位置では、位置エネルギーの一部が運動エネルギーに変換されて、設定された目標到達速度でその後の走行を続けることになる。
【００６４】
目標到達速度を含む目標速度情報は、たとえば、後述する図７(b)に示すような情報として、テスト走行をした後、記憶部７０に記憶される。
所定の走行経路を実際に走行する場合は、記憶部７０に予め記憶された走行経路の各地点での目標到達速度を達成できるように、駆動モータに与える電流を制御して、車両の加速または減速を行う。
【００６５】
位置情報取得部５８は、車両の走行中に、走行地点ごとの現在位置を示す位置情報（緯度、経度など）を取得する部分であり、たとえば、ＧＰＳ（Global Position System）を利用して、現在位置情報７３を取得してもよい。
取得された現在位置情報７３と、記憶部７０に予め記憶された経路情報７４とを比較しながら、車両の進行すべき方向を決定し、車両を自律走行させる。
車両を自律走行させるためには、上記した距離検出部５１、カメラ５５、斜面検出部５７、位置情報取得部５８などのすべてから得た情報を用いることが好ましいが、あるいは少なくともいずれか１つから得た情報を利用して自律走行させてもよい。
【００６６】
また、位置情報取得部５８としては、ＧＰＳと同様に、現在利用されている他の衛星測位システムを用いてもよい。たとえば、日本の準天頂衛星システム（Quasi-Zenith Satellite System：QZSS）、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、ＥＵのガリレオ、中国の北斗、インドのＩＲＮＳＳ（Indian Regional Navigational Satellite System）などを利用してもよい。
【００６７】
充電池５９は、車両１の各機能要素に対して電力を供給する部分であり、主として、走行機能、距離検出機能、画像認識機能、速度検出機能、通信機能などを行うための電力を供給する部分である。
たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、Ｎｉ−Ｃｄ電池、鉛電池、各種燃料電池などの充電池が用いられる。
また、図示しない電池残量検出部を備え、充電池の残りの容量（電池残量）を検出し、検出された電池残量に基づいて、所定の充電設備の方へ帰還するべきか否かを判断し、電池残量が所定残量よりも少なくなった場合は、充電設備へ自動的に帰還するようにしてもよい。
【００６８】
速度検出部６０は、車両１の走行中の速度を検出する部分であり、主として、車輪５３に取り付けられたエンコーダ６１から取得した情報（車輪の回転数）から、速度を算出する。速度制御部６２が、速度検出部６０から速度情報をリアルタイムで取得し、状況に応じて、走行制御部５２を制御して、加速あるいは減速をする。
エンコーダ６１は、左右の車輪に取付けられ、左右の車輪の回転数をそれぞれ測定する部分である。エンコーダ６１は、左の車輪に取付けられた左エンコーダと、右の車輪に取付けられた右エンコーダとからなる。左右のエンコーダからは、車輪の回転数すなわちタイヤの回転数に相当する情報が出力される。
【００６９】
速度制御部６２は、後述する記憶部７０に記憶された目標速度情報の目標到達速度に基づいて、車両の各走行地点の走行速度を制御する部分である。
たとえば、走行経路上に、平坦な路面または下り坂と、その平坦な路面または下り坂に続いて上り坂が存在する場合、走行経路上に存在する上り坂を登りきったときに取得する位置エネルギーを、平坦な路面または下り坂を走行中に取得するように、速度制御部６２が、走行速度を制御する。また、上り坂を走行する前に、その上り坂を登りきったときに取得する位置エネルギーを取得するように、平坦な路面または下り坂を走行中に、自律走行装置を加速させる。
また、車両がこれから走行しようとする経路上の所定の位置での目標速度情報を読み出し、その位置を走行している時に、予め設定されていた目標速度情報の目標到達速度が出るように、走行制御部５２である駆動モータに電流を与える。
たとえば、走行経路上に、平坦な路面または下り坂と、その平坦な路面または下り坂に続いて上り坂が存在する場合、少なくとも、上り坂の直前の走行地点で設定された目標到達速度を達成するように、上り坂の前の平坦な路面または下り坂を走行中に、駆動モータに与えるモータ電流値を制御する。
【００７０】
たとえば、平坦な路面で、現在位置での速度が３km/hで、２０メートル先の位置での目標到達速度が５km/hであった場合、２０メートル先の位置での速度が５km/hとなるように、駆動モータに電流を流し、加速動作をする。現在位置での速度と、目標到達速度と、現在位置から目標到達速度を達成すべき位置までの距離と、車両の摩擦トルクと、負荷の慣性モーメントと、モータのT-I特性とが分かれば、駆動モータにどれだけの電流を流せばよいかは、次式によって計算されるトルクによって決定できる。
T=(Tl + Ta)
ここで、Tl =は負荷トルクであり、Taは、次式で計算される加速トルクである。
Ta = (J0 * i^2 + Jl) * (w2-w1)
各変数パラメータは、以下の内容を意味する。
T = 総必要トルク[N.m]
Tl = 摩擦トルク[N.m]
Ta = 加速トルク[N.m]
J0 = モーターローターの慣性モーメント[kg.m^2]
i = 減速比
J1 = 全負荷慣性モーメント[kg.m^2]
w2 = 到達目標速度での角速度[rad/s]
w1 = 現時点での角速度[rad/s]
逆に、たとえば、現在位置での速度が４km/hで、１０メートル先の位置での目標到達速度が２km/hであった場合、１０メートル先の位置での速度が２km/hとなるように、駆動モータには電流を流さずに、ブレーキ等を使って減速動作をすればよい。
【００７１】
上記した構成要素に加えて、種々の構成を備えてもよい。
たとえば、距離検出部５１から取得した情報を利用して、物体（障害物）を検出する障害物検出部を備えてもよい。
また、所定の監視対象の情報を取得する監視情報取得部を備えてもよい。たとえば、車両が所定の領域を自律走行して収集した情報や車両の走行状態の情報を取得して、記憶部７０に記憶する。監視情報取得部に相当するデバイスとして、たとえば、温度計、湿度計、マイク、ガス検知装置などを備えればよい。監視情報は、走行中および停止中に取得した種々の監視対象の情報であり、ネットワーク６を介して管理サーバ５に送信される情報である。この情報としては、たとえば、カメラ５５によって撮影された入力画像データ７１、走行距離、移動経路、環境データ（温度、湿度、放射線、ガス、雨量、音声、紫外線など）、地形データ、障害物データ、路面情報、警告情報などが含まれる。
【００７２】
また、車両１が走行中に、障害物に衝突したこと、接触したこと、あるいは近づいたことを検出する衝突検出部を備えてもよい。たとえば、感圧スイッチ、マイクロスイッチ、超音波センサ、赤外線測距センサなどからなる接触センサや非接触センサが用いられ、たとえば、車体のバンパーに配置する。衝突検出部は、１つでもよいが、車体の前方、側面、後方からの衝突を検知するために、車体の前方、側面、後方の所定の位置に、それぞれ複数個設けることが好ましい。
走行制御部５２が車両の減速処理を実行した後に、衝突検出部によって、障害物との衝突を検出した場合には、車体が破損しないようにするために、走行制御部５２が、車体を停止させる処理を実行する。また、ＣＰＵが、衝突検出部から出力された信号に基づいて、障害物の存在する位置を認識してもよい。さらに、認識された障害物の位置情報に基づいて、ＣＰＵは、車体を停止させるか、あるいは、その障害物を避けて次に走行すべき方向を決定する。
【００７３】
記憶部７０は、自律走行装置１の各機能を実行するために必要な情報やプログラムを記憶部する部分であり、ＲＯＭ，ＲＡＭ，フラッシュメモリなどの半導体記憶素子，ＨＤＤ，ＳＳＤなどの記憶装置、その他の記憶媒体が用いられる。記憶部７０には、たとえば、入力画像データ７１，測定距離情報７２，現在位置情報７３，経路情報７４，傾斜情報７５，目標速度情報７６などが記憶される。
【００７４】
入力画像データ７１は、カメラ５５によって撮影された画像データである。カメラが複数台ある場合は、カメラごとに記憶される。画像データとしては、静止画および動画のどちらでもよい。画像データは、不審者の検知、異常状態の検出、車両の進路決定などに利用され、送信監視情報の１つとして、管理サーバ５に送信される。
【００７５】
測定距離情報７２は、上記のように距離検出部５１から取得した情報によって算出された受光距離Ｌ０である。１つの受光距離Ｌ０は、所定の距離測定領域内の１つの測点において測定された距離を意味する。
また、この情報７２は、所定の距離測定領域内に属する測点ごとに記憶され、各測点の位置情報と対応づけて記憶される。たとえば、測点が水平方向にｍ個あり、垂直方向にｎ個ある場合は、合計ｍ×ｎ個の測点にそれぞれ対応した受光距離Ｌ０が記憶される。
【００７６】
また、各測点の方向に、レーザーを反射する物体（障害物、路面、柱など）が存在し、その物体からの反射光を受光できた場合は、その物体までの受光距離Ｌ０が記憶される。
ただし、測点方向に物体が存在しない場合は、反射光が受光されないので、測点距離情報７２として、たとえば、受光距離Ｌ０の代わりに、測定できなかったことを示す情報を記憶してもよい。
【００７７】
現在位置情報７３は、位置情報取得部５８によって取得された車両の現在位置を示す情報である。たとえば、ＧＰＳを利用して取得された緯度と経度とからなる情報である。この情報は、たとえば、車両の進路を決定するのに用いられる。
【００７８】
経路情報７４は、車両が走行すべき経路の地図を予め記憶したものであり、たとえば、移動する経路や領域が予め固定的に決まっている場合は、当初から固定的な情報として記憶される。ただし、経路変更をする必要がある場合などでは、ネットワーク６を介して、管理サーバ５から送信される情報を、新たな経路情報７４として記憶してもよい。
【００７９】
傾斜情報７５は、走行経路に存在する傾斜面の情報であり、傾斜面の角度（傾斜角）、高さ、距離などの情報が、テスト走行時に取得されて、予め記憶される。
図７（a）に、傾斜情報７５の一実施例の説明図を示す。
ここでは、図１０に示す走行経路をテスト走行した場合に得られた傾斜情報を示している。傾斜情報７５は、たとえば、走行経路上の地点ごとに、位置座標、測定走行距離L、距離差、測定高低差、相対高さH、傾斜角Kを含むものとする。
【００８０】
位置座標は、GPSなどの位置情報取得部５８によって取得される。測定走行距離Lは、エンコーダ６１から得られる情報や、GPSなどから取得される。距離差は、隣接する地点間の水平方向の距離であり、測定走行距離Lから計算される。測定高低差は、距離検出部５１であるLIDARから得られる情報や、カメラ５５によって撮影される画像データから取得される。相対高さHは、走行の基準地点（たとえば、地点P0）からの高さを意味し、測定高低差を利用して計算で求めることができる。傾斜角Kは、距離差と測定高低差とを利用して計算で求めることができる。
【００８１】
図１０は、車両が紙面の右側から左側に向かって進行する直線経路を示している。
図１０（a）は、走行する車両を上から見た平面図である。図１０（b）は、走行する車両を左側から見た側面図であり、傾斜面の状態を図示している。
図１０において、P0〜P8は、走行位置の地点を示す符号であり、車両は、地点P0からP8に向かって進行するものとする。地点P0を、走行の開始地点とし、この位置を、走行距離と高さを計算する基準位置とする。地点P0における測定走行距離L0を、ゼロとし（L0＝０）、地点P0における高さH0を、ゼロとする（H0＝０）。
図１０に示す直線経路を、車両がテスト走行する間に、種々の情報を取得し、さらに計算をすることによって、図７（a）に示した傾斜情報７５が、記憶される。
【００８２】
図１０において、地点P1は、最初の傾斜面の開始位置であり、P1における測定走行距離L1は２０ｍであり、P0からP1までの距離差が２０ｍであったとする（L1＝２０）。以下同様に、各地点での測定走行距離Lが、テスト走行で測定され、たとえば地点P1からP2までの距離差が１０ｍ、地点P7からP8までの距離差が７ｍというように、設定される。また、開始地点P0から最も左側の地点P8までの測定走行距離L8が７０ｍであったとする（L8＝７０）。
【００８３】
図１０（b）において、地点P1からP2までの区間と、地点P4からP5までの区間には、上り坂があり、地点P3からP4までの区間と、地点P6からP7までの区間には、下り坂があるものとする。その他の区間は、平坦な経路とする。地点P1、P7およびP8の高さは、地点P0と同じでゼロメートルとする（H0、H1、H7、H8＝0）。
地点P1からP2までの区間の上り坂について、地点P2の高さが0.875ｍであり（H2＝0.875）、水平方向の距離が１０ｍであったとすると、傾斜角Kは＋５度となる。
地点P4からP5までの区間の上り坂について、地点P5の高さが1.3ｍであり（H5＝1.3）、水平方向の距離が８ｍであったとすると、傾斜角Kは＋８度となる。
【００８４】
地点P3からP4までの区間の下り坂について、地点P3の高さが0.875ｍであり（H3＝0.875）、地点P4の高さが0.175ｍであり（H4＝0.175）、水平方向の距離が８ｍであったとすると、傾斜角Kは−５度となる。
地点P6からP7までの区間の下り坂について、地点P6の高さが1.3ｍであり（H6＝1.3）、地点P7の高さが0ｍであり（H7＝0）、水平方向の距離が８ｍであったとすると、傾斜角Kは−9.2度となる。
以上のように、図１０の走行経路をテスト走行することにより、傾斜情報７５が取得される。この情報は、目標速度情報の設定と、実際の走行に利用される。
【００８５】
目標速度情報７６は、各地点において、車両が達成しておくべき理想的な速度であり、高出力トルクを発生しなくても走行経路全体を効率的に走行できるように設定された目標到達速度Vを含む。
目標速度情報７６は、取得された傾斜情報７５を利用して、計算により予め設定され、目標到達速度Vとともに、各地点での位置エネルギーPEと運動エネルギーMEも計算される。
たとえば、傾斜情報７５の相対高さHから、上り坂を登りきった地点に車両がいる時の位置エネルギーPEを算出し、その上り坂の直前の位置に車両が来た場合に、その位置エネルギーPEを得ることが可能な運動エネルギーMEを設定する。設定された運動エネルギーMEと、車両の重量とから、上り坂の直前の位置に車両が来た時に達成すべき速度が算出されるので、上り坂を登った後の継続走行も考慮して、その達成すべき速度よりも所定値以上大きな目標到達速度Ｖが設定される。
【００８６】
図７（b）に、目標速度情報７６の一実施例の説明図を示す。
ここでは、走行経路上の走行地点ごとに設定された目標到達速度Ｖと、位置エネルギーPEと、運動エネルギーMEとからなるものを示している。  図７（b）の目標速度情報は、図７（a）に示した傾斜情報７５に基づいて設定した一つの実施例の数値であり、図１０の走行経路に対応する情報である。
図７（b）において、各地点の測定走行距離L、相対高さHは、説明のために、図７（a）の傾斜情報７５を示したものであり、目標速度情報７６として記憶する必要はない。
所定の走行経路上の各走行地点において取得された位置情報と、傾斜情報と、設定された目標到達速度とを対応づけて、予め記憶しておけばよい。
車両の重量は、１００ｋｇとするが、これに限定するものではない。
【００８７】
図７（b）において、まず、相対高さH0=0の位置にある走行の開始地点P0では、車両は停止しているものとすると、目標到達速度Ｖはゼロであり、位置エネルギーPEも、運動エネルギーMEもゼロである。
【００８８】
次に、上り坂の直前の位置であって相対高さH1=0の位置にある地点P1では、位置エネルギーPEはゼロであるが、運動エネルギーMEを1800Jに設定し、目標到達速度Ｖを６km/hに設定している。これらの数値は、次に来る上り坂の高さや距離を考慮して設定され、登った後の継続走行が可能となるように、目標到達速度Ｖや運動エネルギーMEが設定される。
車両が実際に図１０の経路を走行する場合、地点P1にきたときに、走行速度が６km/hとなるように、開始地点P0から地点P1の間で、加速すべきことを意味する。また、地点P1にきたとき、車両は1800Jの運動エネルギーMEを有しているので、この運動エネルギーMEを位置エネルギーPEに交換しながら、上り坂を登ることになる。
【００８９】
次に、相対高さH2=0.875の位置にある地点P2は、高さ0.875ｍの上り坂を登りきった位置であり、位置エネルギーPEは858Jとなり、運動エネルギーMEは942Jとなる。また、地点P1までの加速に使った駆動電力と同程度の駆動電力で上り坂を登るとすれば、地点P2にきた時には、目標到達速度Ｖは4.14km/hになると設定される。
すなわち、上り坂を登る直前の地点P1で所有していた1800Jの運動エネルギーMEを使って上り坂を登った場合、上り坂を登りきった地点P2では、運動エネルギーMEの一部が、858Jの位置エネルギーPEに変化し、残りの942Jの運動エネルギーMEを持った状態で、4.14km/hの速度Ｖで、さらに走行を継続することになる。
もし仮に、地点P1での速度6km/hを維持したまま、上り坂を登るとすれば、運動エネルギーMEを維持したまま位置エネルギーPEを獲得する必要があるので、高トルクを車輪に与えるためにより多くの電流を駆動モータに流す必要がある。しかし、多少速度が落ちても、地点P1で所有していた運動エネルギーMEの一部を位置エネルギーPEに交換しながら登るようにすれば、それほど高いトルクを車輪に与える必要はなく、駆動モータに流す電流値を少なくすることができる。すなわち、車輪に加えるトルクの平均化を図ることができる。
【００９０】
次に、相対高さH3=0.875の位置にある地点P3は、地点P2と同じ高さなので、位置エネルギーPEは858Jで同一であり、地点P2と地点P3の間は平坦な路面で速度損失がほとんどないと仮定すると、運動エネルギーMEは942Jで、目標到達速度Ｖは4.14km/hに設定される。
【００９１】
次に、相対高さH4=0.175の位置にある地点P4は、地点P3よりも低いので、位置エネルギーPEは171.5Jに減少するが、地点P3から地点P4までは下り坂なので加速され、運動エネルギーMEは、減少した位置エネルギーの分だけ増加して1628.5Jとなり、目標到達速度Ｖは5.7km/hに設定される。また、この下り坂を自由落下で下るとすれば、駆動モータに電流を流す必要はない。
【００９２】
次に、相対高さH5=1.3の位置にある地点P5は、地点P4よりも高いので、地点P4から地点P5までは上り坂となる。したがって、地点P5まで登った場合、位置エネルギーPEは増加して1274Jとなるが、運動エネルギーMEは、増加した位置エネルギーPEの分だけ減少して526Jとなる。上り坂の直前の地点P4での走行速度が5.7km/hであった場合、地点P4での運動エネルギーMEの一部を位置エネルギーPEに交換しながら登るようにしたとすると、地点P5まで登ったときの目標到達速度Ｖは3.24km/hに設定される。
【００９３】
次に、相対高さH6=1.3の位置にある地点P6は、地点P5と同じ高さなので、位置エネルギーPEは1274Jで同一であり、地点P5と地点P6の間は平坦な路面で速度損失がほとんどないと仮定すると、運動エネルギーMEは526Jで、目標到達速度Ｖは3.24km/hに設定される。
【００９４】
次に、相対高さH7=0の位置にある地点P7は、開始地点P0と同じ高さなので、地点P6から地点P7までは下り坂となる。地点P7は地点P6よりも低いので、地点P7での位置エネルギーPEは1274Jだけ減少しゼロになる。また、地点P6から地点P7までの下り坂によって加速されるので、運動エネルギーMEは、減少した位置エネルギーの分だけ増加して1800Jとなり、目標到達速度Ｖは、地点P1と同じ6km/hに設定される。また、この下り坂を自由落下で下るとすれば、駆動モータに電流を流す必要はない。
【００９５】
最後に、相対高さH8=0の位置にある地点P8は、地点P7と同じ高さなので、地点P7と地点P8の間は平坦な路面である。したがって、位置エネルギーPEは0Jであり、速度損失がほとんどないと仮定すると、運動エネルギーMEは1800Jで、目標到達速度Ｖは6km/hに設定される。
また、地点P7において速度6km/hで走行していて、平坦な路面では速度損失がほとんどないと仮定すると、駆動モータに電流を流す必要はない。ただし、一般に平坦な路面でも凹凸はあり、実際には速度損失があるので、地点P8において速度6km/hを維持するためには、駆動モータに電流を流して、車輪にトルクを与える必要がある。
【００９６】
＜実施形態１：上り坂での速度制御の実施例＞
図８に、この発明の上り坂走行前後の速度制御の一実施例の説明図を示す。
また、図９に、比較例として、従来技術において、一定速度で上り坂を走行する場合の速度制御の説明図を示す。
図８(a)と図９(a)には、走行経路を、進行方向に対し側面方向から見た距離と高さを示しており、同一の経路を示している。
図８(b)と図９(b)には、速度の変化例の概略グラフを示し、図８(c)と図９(c)には、駆動モータに与える電流値（モータ電流値）の変化の概略グラフを示す。
【００９７】
この発明では、テスト走行をすることによって、各地点で目標到達速度Vが設定されるものとし、地点P1で目標到達速度V1、地点P2で目標到達速度V2（V2＞V1）、地点P３で目標到達速度V3（V3＜V2）が設定されたとする。
従来技術では、地点P1を経過した後、地点P3まで、一定速度V1で等速走行するものとする。
図８(a) と図９(a)において、地点P0から地点P2までは平坦な路面とし、地点P2から地点P3までは、傾斜角K度の上り坂とする。地点P3の高さをH3とし、上り坂を登った後は平坦な路面とする。
【００９８】
まず、図８(a) と図９(a)において、同様に、地点P0から距離L1だけ離れた地点P1まで、加速し、地点P1において走行速度をV1にするものとする。ここまでは、この発明も従来技術も、図８(c)と図９(c)に示すように、同じモータ電流値（MI01、MI11）を、駆動モータに与えればよい。
【００９９】
図８(a) において、次の地点P2での目標到達速度V2を達成して上り坂を登るために、地点P1において、登坂用の加速を開始する。すなわち、地点P1からP2までの距離L2を進行する間に、登坂用の加速をすることによって、図８(b) に示すように、走行速度をV1からV2まで上げる。走行速度をV1からV2まで上げるために、図８(c) に示すように、モータ電流値MI01よりも大きいモータ電流値MI02を、駆動モータに与えるものとする。
ただし、このモータ電流値MI02の大きさは、登坂用の加速をする距離L2によって変化する。距離L2が十分に長ければ、モータ電流値MI02は、MI01と同じかあるいは小さくてもよい場合がある。
図８(a)の場合、地点P2では、走行速度V2で走行しているとすると、この走行速度V2に対応する運動エネルギーMEを獲得したことになる。
【０１００】
また、図８(a)では、従来技術と比較するために、図９(a)と同様に 、地点P1において一定速度V1となるように加速するものとしているが、開始地点P0から、より長い距離L1+L2を進行する間に、登坂用の加速をするようにしてもよい。この場合は、モータ電流値MI02は、より小さい値にすることができる。
さらに、少なくとも、地点P2に来たときに目標到達速度V2を達成すればよいが、地点P2よりも前の地点で目標到達速度V2を達成するように、モータ電流値を制御してもよく、目標到達速度V2を達成した後、地点P2に来るまでの間はモータ電流値を小さくてもよい。
また、図８(c)では、登坂用の加速をする地点P1と地点P2の間は、モータ電流値MI02を一定値としているが、これに限るものではなく、たとえばS字曲線にように、駆動モータに与えるモータ電流値に変化をつけてもよい。
【０１０１】
一方、図９(a) において、従来技術では、地点P1以後は、速度V1で等速走行するので、
平坦な路面である地点P1から地点P2までは、駆動モータに与えるモータ電流値MI12は、MI11よりも小さくしてもよい（MI12 ＜MI11）。
ただし、図９(a)の場合、地点P2では、走行速度V2よりも小さい速度V1で走行しているので、この走行速度V1に対応する運動エネルギーMEを獲得したことになるが、図８(a)の場合に獲得した地点P2での運動エネルギーMEよりも小さい運動エネルギーMEしか獲得していない。
【０１０２】
次に、地点P2から地点P3まで、上り坂を登る。
図８(a)では、速度V1よりも大きい速度V2で、上り坂を登り始める。上り坂を登りきった地点P3の目標到達速度は、V2よりも小さいV3であったとすると、上り坂の直前の地点P2で獲得していた運動エネルギーMEを利用して、登ればよい。すなわち、上り坂の直前の地点P2で獲得していた運動エネルギーMEの一部を、位置エネルギーに変換しながら、上り坂を登り、上り坂を登りきった地点P3での速度が、V3となるようにすればよい。したがって、地点P3での速度V3は、上り坂の直前の速度V2よりも小さいので、加速する必要はなく、図８(c)に示すように、登坂中に駆動モータに流す電流値MI03は、MI02よりもかなり小さい値でよい（MI03＜MI02）。
【０１０３】
一方、図９(a) において、従来技術では、速度V2よりも小さい速度V1で、地点P2から上り坂を登り始める。上り坂の直前の地点P2で獲得していた運動エネルギーMEの一部を、位置エネルギーに変換しながら上り坂を登るにしても、上り坂を登りきった地点P3で地点P2と同じ速度V1を維持するためには、地点P3でも地点P2で獲得していた運動エネルギーMEをそのまま維持しなければならないので、図９(c)に示すように、登坂中に駆動モータに流す電流値MI13は、MI12よりもかなり大きな値とする必要がある（MI13＞MI12）。
【０１０４】
図８(a)では、上り坂でやや減速しながら登坂するのに対して、図９(a)では、上り坂直前の速度V1が図８(a)の速度V2よりも遅いものの、速度V1を維持したまま登坂しなければならないので、図９(a)の登坂中に駆動モータに流す電流値MI13は、図８(c)の登坂用加速時に駆動モータに流す電流値MI02や登坂中に駆動モータに流す電流値MI03よりも、かなり大きいことが必要である。
すなわち、図９の従来技術では、上り坂を等速で登坂するために、大きな電流値MI13を流して、大きなトルクを発生することのできる高出力の駆動モータを搭載しておく必要があるが、この発明では、同じ傾斜の上り坂を登坂する場合、等速で登坂する従来技術に比べて、より小さい電流値（図８(c)では、最大電流値MI02）を駆動モータに与えるだけでよいので、発生させるトルクの最大値を小さくして平均化を図ることができ、低出力トルクの駆動モータを搭載すればよく、駆動モータの小型化と、自律走行装置のコストを抑えることができる。
【０１０５】
なお、上り坂を登った後は平坦な路面であるとすると、図８(c) と図９(c)に示すように、いずれも、等速走行に必要な少ないモータ電流値（MI04、MI12）を、駆動モータに与えればよい。
【０１０６】
図１５に、この発明の上り坂走行前後の速度制御の他の実施例の説明図を示す。
ここでは、地点P0から地点P1までにおいて、定速走行している点が、図８と異なる。
地点P0の時点ですでに一定速度（たとえば、V1＝5km/h）で走行しており、さらに、地点P1まで同じ速度で等速走行し、その後、図８と同様に、地点P1において、登坂用の加速を開始する。この場合も、発生させるトルクの最大値を小さくして平均化を図ることができる。
また、低出力トルクの駆動モータを搭載して、駆動モータの小型化を図るためには、図８の速度制御に加えて、平坦な路面や下り坂を走行中に発生させるトルクと、上り坂を走行中に発生させるトルクとが、できるだけ一定で変動が少なくなるように、平坦な路面や下り坂で加速するように、速度制御をすることが好ましい。
【０１０７】
＜実施形態２：傾斜面（上り坂と下り坂）を有する走行経路の速度制御の実施例＞
図１１に、この発明において、図１０の坂道を含む走行経路を進行した場合の速度制御と位置エネルギーと運動エネルギーとの関係の説明図を示す。
図１２に、この発明と従来技術において、図１１で示す速度で走行経路を進行した場合に必要となるモータ電流値と積算電力の関係の比較説明図を示す。
図１１（a）と図１２（a）は、走行経路の位置と高さの変化を示した図であり、図１０（b）に示したものと同じ図である。
図１１（b）は、目標到達速度の変化を示した図であり、図１１（c）は、位置エネルギーの変化を示した図であり、図１１（d）は、運動エネルギーの変化を示した図である。
図１２（b）は、駆動モータに与えるモータ電流値MIの変化を示した図であり、実線が本発明のモータ電流値であり、破線が従来技術のモータ電流値である。
図１２（c）は、走行開始地点P0から地点P8に至るまでの各地点において、消費した積算電力PWの変化を示しており、実線が本発明の積算電力であり、破線が従来技術の積算電力である。
【０１０８】
図１１（b）に示した目標到達速度Vは、図７（b）に示した各地点の目標到達速度Vに相当し、実走行時に、この目標到達速度Vが各地点で達成されるように、速度制御を行うものとする。走行開始地点P0において、V=0、PE=0、ME=0とする。
この場合、速度の変化に対応して、位置エネルギーPEと運動エネルギーMEは、それぞれ図１１（c）と図１１（d）に示すように変化する。位置エネルギーPEと運動エネルギーMEも、図７（b）に示した各地点の位置エネルギーPEと運動エネルギーMEに相当する。
【０１０９】
図１１（b）に示したように、速度を制御するために、たとえば、図１２（b）に示すようなモータ電流値MIを駆動モータに与える。
図１１（b）および図１２（b）では、傾斜角が＋５度の上り坂の直前の地点P1において、速度V1=6km/hを達成するために、モータ電流値MI01の電流を駆動モータに流し、開始地点P0から加速を続ける。その後、モータ電流値MI01の電流を流したまま、地点P1で獲得した運動エネルギーME（1800J）の一部を利用して、傾斜角が＋５度の上り坂を登る。上り坂を登りきった地点P2では、速度がV2=4.14km/hに減少するが、位置エネルギーPE2（852J）を獲得する。
【０１１０】
一方、従来技術において、一定速度V=5km/hを維持したまま上り坂を登るものとする。この場合、上り坂の上の地点P2にきたときも5km/hの走行速度を維持するため、たとえば図１２（b）の破線で示すようなモータ電流値MIの電流を駆動モータに流す必要がある。地点P1までの等速走行では、モータ電流値MI01よりもやや低いモータ電流値MI22を与えればよいが、地点P1から地点P2までの上り坂では、モータ電流値MI01よりもかなり大きなモータ電流値MI23を与える必要がある。
また、平坦経路である地点P1までの積算電力PWは、実線と破線では大きな差はないが、上り坂では、この発明の速度制御をする場合に比べて、等速走行の方が大きな電流値を与える必要があるので、上り坂を登りきった地点P2での積算電力（PW02、PW22)は、実線と破線では大きな差ができ、この発明の速度制御をする方が、等速走行をするよりも、消費電力量を少なくすることができる。
【０１１１】
地点P2の後、地点P3までの平坦路と、地点P4までの下り坂を進行した後に、地点P4から始まる傾斜角が＋８度の上り坂を登るものとする。
この発明では、地点P4では、地点P3で所有していた位置エネルギーPE３（852J）の一部を使って下ったことにより、速度V4が5.7 km/hとなり、運動エネルギーME4は、1628.5Jになっている。そこで、地点P4から始まる傾斜角＋８度の上り坂では、運動エネルギーME4の一部を使って登るとすると、登坂中は、比較的少ないモータ電流値MI04を、駆動モータに与えればよい。
【０１１２】
一方、一定速度V=5km/hを維持したまま等速で上り坂を登る場合は、傾斜角が最初の上り坂よりもきつい＋８度なので、図１２（b）の破線で示すように、モータ電流値MI04よりも大きく、さらにモータ電流値MI23よりも大きなモータ電流値MI25の電流を駆動モータに与える必要がある（MI25＞ MI23 ＞MI04）。
したがって、従来技術の等速で登坂をする場合は、図１２（a）の傾斜角＋８度の上り坂を登るために、少なくとも、かなり大きなモータ電流値MI25の電流を与えて高トルクを発生することのできる能力を持った駆動モータを搭載しておく必要があるが、この発明では、モータ電流値の最大値（MI04）を小さくすることができるので、駆動モータの小型化と、コストダウンを図ることができる。
【０１１３】
また、従来技術の等速登坂とこの発明の速度制御とでは、傾斜角が＋８度の上り坂の登坂中のモータ電流値（MI25、MI04）は、MI25＞MI04であって大きく違うので、傾斜角＋８度の上り坂を登りきった地点P5での積算電力（PW05、PW25)は、実線と破線ではより大きな差ができ、この発明の速度制御をする方が、等速走行をするよりも、消費電力量を少なくすることができる。
なお、地点P5から地点P8までの走行経路には、平坦路と下り坂とがあるが、平坦路では加速することなく、下り坂では自由落下するものとすると、大きなモータ電流値を与える必要はなく、あるいは、モータ電流値をゼロとしてもよい。
以上のように、この発明の速度制御をすれば、大きなトルクを発生する能力を持つ駆動モータを搭載する必要がなくなり、駆動モータの小型化と、装置のコストを少なくすることができる。
【０１１４】
図１６に、図１０の坂道を含む走行経路を進行した場合の速度制御と位置エネルギーと運動エネルギーとの関係の他の実施例の説明図を示す。
ここでは、地点P0から加速し、地点P1に来るまでの間において、定速走行をするようにしている点が、図１１と異なる。すなわち、地点P1よりも前の地点ですでに一定速度（たとえば、V1＝6km/h）で走行しており、さらに、地点P1まで同じ速度で等速走行するものとする。その後、図１１と同様に、地点P1において、登坂用の加速を開始する。この場合も、発生させるトルクの最大値を小さくして平均化を図ることができ、大きなトルクを発生する能力を持つ駆動モータを搭載する必要がなくなり、駆動モータの小型化と、装置のコストを少なくすることができる。
【０１１５】
＜実施形態３：その他の速度制御の実施例＞
傾斜面を有する走行経路の速度制御は、上記のような実施形態に示した速度制御に限るものではない。以下のように、無駄なトルクの発生を防止し、あるいは、駆動モータによって発生させるトルクの変動を減らし、できるだけ、駆動モータに負荷をかけないように、速度制御をしてもよい。
たとえば、走行経路上に上り坂が存在する場合、その上り坂を走行する前に、特に、上り坂の直前ではなく、上り坂よりも前に存在する平坦な路面または下り坂を走行中に、前記上り坂を登りきったときに取得する位置エネルギーと同等またはそれ以下の運動エネルギーを取得するように、平坦な路面または下り坂の位置で、十分に加速するようにする。
これによれば、上り坂での無駄なトルクの発生を防止することができ、駆動モータにかかる負荷を小さくすることができる。また、加速のタイミングが、一時に集中することがないので、加速中であっても、自律走行装置の本来の機能である監視機能や通報機能
に支障を及ぼすことを防止できる。
【０１１６】
また、平坦な路面または下り坂を走行中に発生させるトルクと、平坦な路面または下り坂に続く上り坂を走行中に発生させるトルクとが、同等となるように、走行速度を制御してもよい。たとえば、平坦な路面または下り坂を走行中に発生させるトルクと、平坦な路面または下り坂に続く上り坂を走行中に発生させるトルクとが、平均的に互いに±３０％以内となるように走行することが好ましい。更に好ましくは、両トルクが、平均的に互いに±１５％以内となるように走行することが好ましい。このトルクは、平坦加速路、上り坂のトルクの平均値、またはトルクのピークを意味する。
また、平坦な路面または下り坂を走行中に発生させるトルクは、平坦な路面または下り坂に続く上り坂を走行中に発生させるトルクに対して、同等以上となるように、走行速度を制御してもよい。
これによれば、平坦な路面、下り坂および上り坂を含む走行経路全体において、駆動モータによって発生させるトルクの変動を減らすことができ、駆動モータにかかる負荷を小さくすることができる。
【０１１７】
また、平坦な路面または下り坂を走行中に発生させるトルクが、平坦な路面または下り坂を走行中は、略一定となるように、走行速度を制御してもよい。
さらに、同様に、上り坂を走行中に発生させるトルクが、上り坂を走行中は、略一定となるように、走行速度を制御してもよい。
これによれば、平坦な路面または下り坂を走行中において、あるいは、上り坂を走行中において、駆動モータによって発生させるトルクの変動を減らすことができ、駆動モータにかかる負荷を小さくすることができる。
【０１１８】
また、記憶部に、走行速度の上限値を予め記憶しておき、上り坂、平坦な路面および下り坂のいずれを走行している時も、記憶部に記憶された走行速度の上限値を越えないように、走行速度を制御してもよい。
これによれば、無駄なトルクの発生を防止することができ、駆動モータにかかる負荷を小さくすることができる。また、走行速度が一定値以下に抑えられることにより、加速度の大きさが抑えられるので、加速中であっても、自律走行装置の本来の機能である監視機能や通報機能に支障を及ぼすことを防止できる。
【０１１９】
＜この発明の傾斜情報と目標速度情報の取得処理の実施例＞
図１３に、この発明の傾斜情報と目標速度情報の取得処理の一実施例の概略フローチャートを示す。
傾斜情報と目標速度情報は、自律走行装置が実際に走行する経路をテスト走行することによって、取得する。
また、テスト走行をする前に、自律走行装置は、テスト走行をさせる経路の所定の初期位置に、テスト走行させる方向に向かって進行するように、配置するものとする。
【０１２０】
ステップS1において、記憶部７０から、走行経路の経路情報７４を読み出す。
ステップS2において、走行を開始する初期位置の情報を取得し、記憶する。たとえば、GPSなどの情報を利用して、現在位置の座標を取得する。また、傾斜情報７５の初期値を設定する。たとえば、走行の開始地点P0に対応する傾斜情報７５の測定走行距離L0、距離差、測定高低差、相対高さH、傾斜角Kに、ゼロを設定する。
【０１２１】
ステップS3において、自律走行装置の走行を開始させる。ここでは、通常走行と同様に、距離検出部５１やカメラ５５などのすべての機能を有効にして走行を開始する。
ステップS4において、距離検出部５１，位置情報取得部５８、速度検出部６０，エンコーダ６１などから得られる情報を利用して、所定の地点ごとに、現在位置と、走行距離を取得し、傾斜情報７５の中の位置座標と測定走行距離Lとして記憶する。情報を取得する所定の地点の位置は、一定時間ごとの位置でもよく、一定距離を走行するごとの位置でもよい。
ステップS5において、距離検出部５１やカメラ５５などから得られる情報を利用して、傾斜検出部５７が、走行経路の傾斜を測定し、測定高低差として記憶する。
【０１２２】
ステップS6において、テスト走行を終了するか否かをチェックする。
たとえば、テスト走行をする経路が巡回経路の場合は、一周して開始地点P0に戻ってきたか否かをチェックすればよい。あるいは、テスト走行の終了地点を予め記憶しておき、現在位置がその終了地点の位置に一致するか否かをチェックしてもよい。
テスト走行を終了する場合は、ステップS7に進み、終了しない場合は、ステップS4に戻り、ステップS4とS5の測定を続ける。
【０１２３】
ステップS7において、テスト走行を終了したので、記憶された傾斜情報７５を利用して、地点ごとに、相対高さHと、傾斜角K、隣接する地点間の距離差を計算し、傾斜情報７５に記憶する。
ステップS8において、目標速度情報７６を計算し、記憶する。
ここでは、記憶された傾斜情報７５の傾斜面の高低差や走行距離を利用して、経路の地点ごとに、目標到達速度Vを計算し、目標速度情報７６に記憶する。このとき、地点ごとの相対高さと傾斜面の距離などから、位置エネルギーPEと、運動エネルギーMEも計算し記憶する。目標到達速度Vは、位置エネルギーPEと、運動エネルギーMEを考慮して設定される。
以上のように、傾斜情報７５と目標速度情報７６とを、記憶部７０に予め記憶しておき、実際に自律走行装置を通常走行させるときに利用する。
【０１２４】
＜この発明の実走行処理の実施例＞
図１４に、取得した目標速度情報を用いて実際の走行をする場合の実走行処理の一実施例の概略フローチャートを示す。
ステップS21において、ステップS1と同様に、記憶部７０から、走行経路の経路情報７４を読み出す。
ステップS22において、記憶部７０から、傾斜情報７５と、目標速度情報７６を読み出す。
ステップS23において、ステップS3と同様に、自律走行装置の走行を開始させる。ここでは、距離検出部５１やカメラ５５などのすべての機能を有効にして走行を開始する。また、走行の各地点で、読み出した目標速度情報７６の目標到達速度Vを達成するように、速度制御部６２が、駆動モータに電流を与え、速度を制御する。
【０１２５】
ステップS24において、位置情報取得部５８が、現在位置の位置座標を取得する。また、速度検出部６０とエンコーダ６１とを用いて、走行距離と現在速度を取得する。ここで、取得した現在位置の位置座標が、傾斜情報７５に記憶されたどの地点の位置座標に一致するかを確認する。すなわち、現在位置が、経路上のどの地点かを確認する。
【０１２６】
ステップS25において、次の地点で、読み出した目標速度情報７６の目標到達速度Vを達成するように、速度を制御する。現在速度が、次地点の目標到達速度Vよりも小さい場合は、加速制御をする。現在速度が、次地点の目標到達速度Vよりも大きい場合は、減速制御をする。
加速制御や減速制御は、現在速度、目標到達速度Vの他に、次地点までの距離、傾斜面の傾斜角、傾斜面の距離、位置エネルギー、運動エネルギーなどを参照し、駆動モータに与える電流値を決めて行う。
たとえば、図８に示したように、自律走行装置が地点P1にいる場合、次の地点P2から上り坂を登るために、地点P2で、その目標到達速度V2を達成するように、やや大きなモータ電流値MI02を駆動モータに与え加速する。
【０１２７】
ステップS26において、ステップS6と同様に、走行を終了するか否かをチェックする。
たとえば、巡回経路を走行する場合は、開始地点に戻ってきたか否かをチェックし、
開始地点に戻ってきた場合に、走行を終了する。
開始地点に戻ってきていない場合や、走行を終了すべきでない場合は、ステップS24に戻り、上記ステップS24とステップS25の処理を再度実行する。
【符号の説明】
【０１２８】
１  自律走行装置、  ２  監視ユニット、  ３  制御ユニット、  ５  管理サーバ、  ６  ネットワーク、  １０  車体、  １２Ｒ  右側面、  １２Ｌ  左側面、  １３  前面、  １４  後面、  １５  底面、  １６  収容スペース、  １８  カバー、  ２１  前輪、  ２１ａ  車軸、  ２１ｂ  スプロケット、  ２２  後輪、  ２２ａ  車軸、  ２２ｂ  スプロケット、  ２３  ベルト、  ３１  前輪、  ３１ａ  車輪、  ３１ｂ  スプロケット、  ３２  後輪、  ３２ａ  車輪、  ３２ｂ  スプロケット、  ３３  ベルト、  ４０  バッテリ、  ４１Ｒ  電動モータ、  ４１Ｌ  電動モータ、  ４２Ｒ  モータ軸、  ４２Ｌ  モータ軸、  ４３Ｒ  ギアボックス、  ４３Ｌ  ギアボックス、  ４４Ｒ  軸受、  ４４Ｌ  軸受、  ４７  前方バンパー、  ４７ａ  外面基材、  ４７ｂ  弾性部材、  ４７ｃ，４７ｄ，４７ｅ  取付基材、  ４８  後方バンパー、  ４９  感圧スイッチ、  ５０  制御部、  ５１  距離検出部（ＬＩＤＡＲ）、  ５１ａ  発光部、  ５１ｂ  受光部、  ５１ｃ  走査制御部、  ５１ｄ  レーザー、  ５２  走行制御部、  ５３  車輪、  ５４  通信部、  ５５  カメラ、  ５６  画像認識部、  ５７  傾斜検出部、  ５８  位置情報取得部、  ５９  充電池、  ６０  速度検出部、  ６１  エンコーダ、  ６２  速度制御部、６３  目標速度設定部、７０  記憶部、  ７１  入力画像データ、  ７２  測定距離情報、  ７３  現在位置情報、  ７４  経路情報、  ７５  傾斜情報、  ７６  目標速度情報、  ９１  通信部、  ９２  監視制御部、  ９３  記憶部、  ９３ａ  受信監視情報、  １００  物体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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