移動体システム
【課題】簡単な構成で移動体と目標物との距離を算出し得る自律走行移動体のシステムを提供する。
【解決手段】自律走行移動体１と、該自律走行移動体が向かう目標物１３とを備えた移動体システムであって、移動体１は、超音波を送波する第１の送波手段２と、超音波を受波する第１の受波手段３とを有し、目標物は超音波を送波する第２の送波手段８を有し、第１の制御モードにおいては、第１の送波手段２が超音波を送波してから第１の受波手段３が反射波を受波するまでの時間に基づいて障害物９０までの距離を算出し、第２の制御モードにおいては、第２の送波手段８が超音波を送波してから第１の受波手段３が該超音波を受波するまでの時間に基づいて目標物１３までの距離を算出する。
【解決手段】自律走行移動体１と、該自律走行移動体が向かう目標物１３とを備えた移動体システムであって、移動体１は、超音波を送波する第１の送波手段２と、超音波を受波する第１の受波手段３とを有し、目標物は超音波を送波する第２の送波手段８を有し、第１の制御モードにおいては、第１の送波手段２が超音波を送波してから第１の受波手段３が反射波を受波するまでの時間に基づいて障害物９０までの距離を算出し、第２の制御モードにおいては、第２の送波手段８が超音波を送波してから第１の受波手段３が該超音波を受波するまでの時間に基づいて目標物１３までの距離を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標物との距離を計測する自律走行移動体のシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自律移動ロボットの自動充電システムや、自律移動清掃ロボットの自動ゴミ回収システムなどでは、充電装置やゴミ回収装置と自律移動ロボットの位置合せが重要となる。また、作業環境に目標となる壁などが無い広いスペースにおいて正確な位置計測を行なうには、ビーコンやマーカーなどの目標物を環境に設置し、その目標物との相対位置を計測する機能が必要になる場合がある。
【０００３】
従来、このような場合は、超音波と赤外線信号や無線信号とを組み合わせた位置計測システムが用いられてきた。かかる位置計測システムとしては、下記の特許文献がある。
【特許文献１】特開2001-051720 号（要約書）
【特許文献２】特開平8-54926 号（要約書、請求項２、図２）
【特許文献３】特開2003-15740号（要約書）
【特許文献４】特開2002-333920 号（要約書、請求項６）
【０００４】
前記特許文献１では、車輌の２つの位置に設置される送受信手段と、駐車スペースの４つの固定点に設置された４つの返信手段とを備え、各送受信手段は、それぞれ異なる２つの返信手段と通信を行ってそれぞれの間の距離を検出し、検出された距離に基づいて車輌位置を算出する車輌位置検出装置が開示されている。
特許文献１では、車輌の２箇所の位置を検出するために、車輌側に送信手段が２個必要である、位置計測専用の受信装置が必要である、目標物（返信手段）が固定設置のため、移動範囲をカバーする多くの目標物が必要になる等の問題がある。
【０００５】
前記特許文献２では、特定の識別同期信号を受信した場合のみ超音波を送波する複数の超音波送波装置と、移動ロボット側に識別同期信号送信装置と、１組の超音波受波装置とを備え、移動ロボット側で、識別同期信号送波から複数の超音波送波装置からの超音波を受信するまでの時間を計測し、位置と走行方向を計測する自律移動ロボットの誘導装置が開示されている。
特許文献２では、各超音波送波装置毎に異なる識別同期信号を送信しなければならない、位置計測専用の超音波受波装置が必要である等の問題がある。
【０００６】
前記特許文献３では、作業用移動体と、移動機能を有する位置合わせ用基準板（ガイド）と、位置合わせ用基準板の移動のための誘導ラインとを備え、作業用移動体の超音波式距離計で、位置合わせ用基準板までの距離を測定し、その距離が一定になるように走行制御する作業用移動体の移動制御装置が開示されている。
特許文献３では、ジグザグ走行における横幅方向の位置のみを計測するためのものであり、縦方向の位置を計測することはできない、位置合わせ用基準板の移動のための誘導ラインの設置が大掛かりになる等の問題がある。
【０００７】
前記特許文献４では、作業用移動体と、作業用移動体の目標走行方向と垂直な方向に移動する機能を有する位置合わせ基準板（ガイド）とを備えた作業用移動体の移動制御装置が開示されている。
特許文献４では、ジグザグ走行における横幅方向の位置のみを計測するためのものであり、縦方向の位置を計測することはできない、自律移動ロボットが位置合わせ基準板（ガイド）の真横に位置したときにしか位置計測を行なうことができない等の問題がある。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、簡単な構成で移動体と目標物との距離を算出し得る自律走行移動体のシステムを提供することである。
【０００９】
本発明の１つの態様は、自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、前記目標物は、超音波を送波する第２の送波手段を有し、前記第１および第２の送波手段と第１の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、前記自律走行移動体と障害物との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、前記自律走行移動体と前記目標物との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記制御手段が前記第１および第２の送波手段と第１の受波手段とを制御し、前記第１の制御モードにおいては、前記第１の送波手段が超音波を送波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出し、前記第２の制御モードにおいては、前記第２の送波手段が超音波が送波するように制御され、前記第２の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第２の送波手段から前記第１の受波手段までの距離を算出する、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の１つの態様は、自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、前記目標物は、超音波を受波する第２の受波手段を有し、前記第１の送波手段と第１および第２の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、前記自律走行移動体と障害物との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、前記自律走行移動体と前記目標物との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記制御手段が前記第１の送波手段および第１および第２の受波手段を制御し、前記第１の制御モードにおいては、前記第１の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出し、前記第２の制御モードにおいては、前記第２の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第２の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から前記第２の受波手段までの距離を算出する、ことを特徴とする。
【００１１】
これらの態様によれば、自律走行移動体に超音波の送受波手段を搭載し、障害物検知を行う第１制御モードと、目標物位置検知を行う第２制御モードの２種類の制御モードとを設けることにより、障害物検出用の超音波距離センサーと、目標物との位置計測用超音波センサーを兼用することが可能になる。すなわち、自律走行移動体に目標物との位置計測専用の超音波受信装置を搭載する必要がなく、あるいは、目標物に位置計測専用の超音波送波装置を設ける必要がなく、装置の簡単化を図ることができる。
【００１２】
なお、本発明において、制御手段は必ずしも一体に設けられる必要はなく、移動体側の第１の制御装置と目標物側の第２の制御装置とで制御手段が構成されてもよい。この場合第１の制御装置は移動体側の送受波手段や移動体の移動および姿勢変更を制御するものであり、第２の制御装置は目標物側の送受波手段や目標物の移動および姿勢変更を制御するものであってもよい。
【００１３】
本発明の更に別の１つの態様は、自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、前記目標物は、超音波を受波する第２の受波手段を有し、前記第１の送波手段と第１および第２の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、前記第１および第２の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出すると共に、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第２の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から前記第２の受波手段までの距離を算出する、ことを特徴とする。
【００１４】
このようにすれば、２つの受波手段が並行して受波動作を行う、即ち移動体から送波された超音波を目標物が受波し、該超音波の反射波を移動体が受波することで移動体側からの１度の送波だけで、移動体と障害物との間の距離および移動体と目標物との間の距離とを測定することができる。
【００１５】
本発明の更に別の１つの態様は、自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、前記自律走行移動体または目標物の一方に、超音波を送波する一対の送波手段が互いに離間して設けられ、他方に超音波を受波する一対の受波手段が互いに離間して設けられており、前記各送波手段および各受波手段と前記自律走行移動体の移動および姿勢とを制御する制御手段が設けられており、前記各送波手段が超音波を送波し、かつ、該超音波を前記各受波手段が受波するように制御され、前記各送波手段が超音波を送波してから前記各受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記各第１の送波手段から前記各第２の受波手段までの距離の少なくとも３つの距離を算出し、前記一対の第２の送波手段のうちの一方からの超音波の送波と、他方からの超音波の送波とが、所定の時間間隔を空けて行われるように、前記各送波手段が制御されることを特徴とする。
【００１６】
本態様によれば、２つの送波手段からの超音波の送波を所定の間隔を空けて行うので、各送波手段と各受波手段との間の複数の距離を計測する場合に複数の距離の計測を所定の順序で行うように制御することにより、各目標物ごとに異なる識別同期信号を送信する必要がなくなり、システムの簡略化を図ることができる。
【００１７】
本発明においては、前記自律走行移動体と目標物との間で超音波の送波のタイミングを認識するための信号を送受信する送信手段および受信手段が設けられていてもよい。
【００１８】
このようにすれば、超音波送波のタイミングを、超音波が送波されてから受波されるまでの時間を算出する側で認識することができる。
【００１９】
本発明の好適な態様においては、前記自律走行移動体は、指向性を有する信号を送信する第１の送信手段を更に有し、前記目標物は、前記信号を受信する第２の受信手段を更に有し、前記第１の送信手段および第２の受信手段は前記制御手段により制御され、前記自律走行移動体の姿勢を変更しながら第１の送信手段が前記信号を繰り返し送信する動作を行い、該動作において前記信号を第２の受信手段が受信することを条件として前記自律走行移動体の姿勢変更を停止するように制御されることで、前記自律走行移動体の前記目標物に対する姿勢を調整する。
【００２０】
本発明の別の好適な態様においては、前記演算手段により算出された前記各送波手段と前記各受波手段との間の複数の距離を比較する比較手段が設けられており、前記算出された距離のうち、前記送波手段の一方からの前記各受波手段までの２つの距離、または、前記受波手段の一方からの前記各送波手段までの２つの距離を、前記比較手段が比較し、該比較手段の比較結果に応じて前記自律走行移動体の姿勢変更が行われるように制御される。
【００２１】
本発明の更に別の好適な態様においては、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離が正常に算出されたか否かを判定する判定手段が設けられ、前記演算手段による前記各送波手段と前記各受波手段との間の距離の算出が正常に行われたかどうかを前記判定手段が判定し、該判定手段の判定結果に応じて前記自律走行移動体の移動および／または姿勢の変更が行われるように制御される。
【００２２】
かかる好適な態様によれば、正確な位置計測の前段階として、大まかな目標物の方向検出および移動体の姿勢変更や移動を行なうステップを設けることができ、目標物と自律移動ロボットが離れている場合や、方向が大きくずれている場合でも、正確な位置合せができる。これらの好適な態様は組み合わせて用いられてもよい。
【００２３】
特に前記第１の送信手段および第２の受信手段を設けることにより、正確な位置計測を行なう前に、目標物と移動体がどのような位置、方向の関係にあっても、ラフな方向補正を行なうことができる。
【００２４】
本発明において、前記目標物は移動可能であり、前記目標物の移動は前記制御手段により制御され、所定の場合に、前記目標物が移動するように制御されてもよい。
【００２５】
目標物（超音波送波装置または受波装置）を移動可能な構成とすることにより、迅速な位置合せが可能となり自動充電や自動ゴミ回収などの作業効率を向上させたり、作業時の目標物の設置台数を大幅に削減することができる。
【００２６】
また、目標物へ向かう正確な直進走行を可能とし、さらに目標物を移動可能とすることにより、ジグザグ走行の走行レーンごとに目標物を設置する必要が無くなり、簡単な構成で、広い面積での正確なジグザグ走行を可能とする。前記目標物は別の自律走行移動体であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
＜第１実施例＞
以下、本発明の第１実施例を図面に従い説明する。
図１Ａ，Ｂに示すように、本実施例のシステムは、床面を自走する移動機能を有する自律走行移動体（以下、「移動体」という。）１と該移動体１が向かう充電ステーション１３（目標物の一例）とを備えており、移動体１の充電を自動的に行うシステムである。
【００２８】
移動体：
移動体１は、超音波を送波する４つの第１の送波手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、超音波を受波する４つの第１の受波手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、第１の送信手段、４と、４つの第１の受信手段５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと、駆動モータ（図２）に接続された一対の走行車輪６ａ，６ｂと、超音波の送受波、信号の送受信および駆動モータの駆動などを制御する第１の制御装置７とを備える。
【００２９】
前記第１の送波手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは互いに水平方向に離間して設けられており、両サイドに設けられて互いに幅方向に離間したサイド送波手段２ａ，２ｂは概ね前方へ向かって超音波を送波し、前側に設けられたフロント送波手段２ｃ，２ｄは概ね側方に向かって（２ｃは右側方に向かって，２ｄは左側方に向かって）超音波を送波する。
【００３０】
前記第１の受波手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは互いに水平方向に離間して設けられており、両サイドに設けられて互いに幅方向に離間したサイド受波手段３ａ，３ｂは概ね前方からの超音波を受波し、前側に設けられたフロント受波手段３ｃ，３ｄは概ね側方からの（３ｃは右側方からの，３ｄは左側方からの）超音波を受波する。
【００３１】
前記各第１の送波手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび各第１の受波手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、図２Ｂのように１つの筐体の上下に配置されて構成されている。したがって、２ａと３ａ、２ｂと３ｂ、２ｃと３ｃ、２ｄと３ｄとは水平方向に概ね同じ位置にある。送波・受波兼用タイプの超音波センサを用いてもよい。
【００３２】
第１の送信手段４は、指向性を有する光信号を送信して各種データの送信を行う。第１の受信手段５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは全方向からの光信号を受信して各種データの受信を行う。
また、移動体１には、第１の計時手段（タイマ）７ｔ（図２Ａ）が設けられており、該第１の計時手段７ｔは、計時機能を有する。
【００３３】
図２Ａに示すように、前記各手段２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｄ，４，５，７ｔは、第１の制御装置７に接続されている。第１の制御装置７は、ＣＰＵ７２およびＲＯＭ、ＲＡＭの記憶部７３からなるマイコン７１を備え、超音波の送受波、信号の送受信、移動体１の移動および姿勢変更などを制御する。ＣＰＵ７２は、前記計時手段７ｔにより計測された超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段や、前記演算手段により算出された複数の距離を比較する比較手段や、距離が正常に算出されたか否かを判定する判定手段などの機能を有する。記憶部７３には、移動体１内の送受波手段２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｄ等の相互の位置関係や所定のプログラムが記憶されている。また、記憶部７３には、測定した時間や距離などを記憶可能である。
【００３４】
前記第１の制御装置７には、走行車輪を駆動させる一対の駆動モータ６１，６２が接続されている。制御装置７は、該駆動モータ６１，６２を制御して、移動体１を前進または後退させたり、その姿勢を変更したりすることができる。
【００３５】
直進走行時には、前記２つの駆動モータ６１，６２が同方向に回転することで、移動体１は前進または後退することができる。回転動作を行う際には、前記２つの駆動モータ６１，６２がそれぞれ逆方向に回転することで、移動体１は所定の回転中心のまわりに回転（姿勢変更）することができる。なお、前記２つの駆動モータ６１，６２の回転の比率を制御することで、走行アセンブリ１はカーブ走行を行うこともできる。
なお、移動体１の回転角度を測定するジャイロセンサ（図示せず）や移動体１の移動した移動距離を測定する移動距離測定手段（図示せず）が移動体に設けられており、前記第１の制御装置７に接続されている。
【００３６】
ステーション：
図１Ａ，Ｂに示すように、ステーション１３は、略コ字状の本体部１３ａを有し、該本体部１３ａの内側の収容スペースに前記移動体１を収容し（図８Ｃ）、図示しないコネクタを介して外部の電源に接続され移動体１の充電を行う。
【００３７】
ステーション１３は、超音波を送波する一対の第２の送波手段８ａ，８ｂと、超音波を受波する一対の第２の受波手段９ａ，９ｂと、第２の送信手段１０と、第２の受信手段１１と、超音波の送受波、信号の送受信などを制御する第２の制御装置１２とを備えている。
【００３８】
各第２の送波手段８ａ，８ｂおよび各一対の受波手段９ａ，９ｂは、前記本体部１３ａの両サイドの先端部に設けられており、第２の送信手段１０および第２の受信手段１１と本体部１３ａの内側奥に設けられている。第２の送信手段１０は、前記本体部１３ａの上端に設けられており、指向性のある光信号を送信する。
【００３９】
前記各第２の送波手段８ａ，８ｂ、各第２の受波手段９ａ，９ｂ、第２の送信手段１０、第２の受信手段１１は前記移動体１の送受波手段や送受信手段と同様のものを使用することができる。
また、ステーション１３には、第２の計時手段（タイマ）１２ｔ（図２Ａ）が設けられており、該第２の計時手段１２ｔは計時機能を有する。
【００４０】
図２Ａに示すように、前記各手段８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ、１０，１１，１２ｔは第２の制御装置１２に接続されている。第２の制御装置１２はＣＰＵ８２およびＲＯＭ、ＲＡＭの記憶部８３からなるマイコン８１を備え、超音波の送受波および信号の送受信を制御する。記憶部８３には、ステーション１３内の送受波手段８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂの相互の位置関係や所定のプログラムなどが記憶されている。
【００４１】
前記第１の制御装置７および第２の制御装置１２とから、超音波の送受波、信号の送受信、移動体１の移動や姿勢変更などを制御する制御手段が構成されている。
【００４２】
動作：
次に、本システムの動作を説明する。本システムは、移動体１と障害物９０（図２Ａ）との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、移動体１と目標物１３との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記第１および第２の制御装置７，１３により制御される。
【００４３】
第１の制御モード（障害物検知モード）；
第１の制御モードでは、図３のように、移動体１と障害物９０との間の距離が計測される。このモードによる距離の測定は、一般的に障害物センサーとして用いられる周知の方法であり、このモードは、たとえば、移動体１が障害物９０を検知しながら移動する際に行われる。
【００４４】
このモードでは、第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波するように制御され、前記第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波してから、該超音波が障害物９０に反射した反射波を前記第１の受波手段３ａ，３ｂが受波するまでの時間を前記第１の計時手段７ｔが計測し、該時間に基づいて（たとえば、時間に音速を乗じて所定の補正処理を行って）ＣＰＵ（演算手段）７２が第１の送波手段２ａ，２ｂから障害物９０までの距離を算出する。各第１の送波手段２ａ，２ｂからの超音波の送波は所定の時間間隔を空けて行われてもよい。このモードにおいては、第２の送波手段８ａ，８ｂが超音波を送波しないように制御されてもよい。超音波を送波してから受波するまでの時間に基づいて距離を算出する方法としては、例えば、特開平８−５４９２６や特開２０００−５６００６に開示されている方法を用いることができる。
【００４５】
第２の制御モード（目標検知モード）；
第２の制御モードでは、移動体１とステーション１３との間の複数の距離が計測される。このモードは、移動体１に対するステーション１３の相対位置を算出する場合に行われる。
この第２の制御モードにおいては、第２の送波手段８ａ，８ｂが超音波を送波するように制御され、第２の送波手段８ａ，８ｂが超音波を送波してから前記第１の受波手段３ａ〜３ｄが該超音波を受波するまでの時間に基づいて、ＣＰＵ（演算手段）７２が第２の送波手段８ａ，８ｂから前記第１の受波手段３ａ〜３ｄまでの距離を算出する。各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波の送波は所定の時間間隔を空けて行われてもよい。このモードにおいては、第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波しないように制御されてもよい。
【００４６】
自動メンテナンス：
本システムでは、移動体１をステーション１３に収容して充電を行う自動メンテナンスが行われる。以下、前記第１および第２の制御モードで運転して自動メンテナンスを行う工程を例に説明する。
【００４７】
図４に示すように、自動メンテナンスは、呼びかけ信号を送受信して、ラフな方向合わせを行った後に、目標位置（ステーション１３の位置）の計測および目標位置への移動が行われて、メンテナンス作業（充電）が行われる。
【００４８】
ラフな方向合わせ；
例えば清掃などの所定の作業を終えた場合に、自動メンテナンスのフローが開始される。この際、所定の呼びかけ信号の送受信や超音波の送受波により、ステーション１３に対する移動体１のラフな方向合わせが行われる。
【００４９】
図５Ａ〜Ｃは、図４のフローチャートの「ラフな方向合せ」の例を示す図である。この例では、図５Ａのように移動体１の第１の送信手段４は、移動体が回転して姿勢（向き）を変えながら、繰り返し、所定の角度の指向性を有する呼びかけ信号を送信する。そして、図５Ｂのように移動体１がほぼステーション１３の方向を向いた時にだけ、ステーション１３の第２の受信手段１１が呼びかけ信号を受信する。第２の受信手段１１が呼びかけ信号を受信すると、図５Ｃのように第２の送信手段１０が所定の返信信号を送信する。移動体１の第１の受信手段５ａ〜５ｄは全方向からの信号を受信するようになっているので、ステーション１３からの返信信号を受信する。結果として、移動体１の第１の制御装置７は移動体１がほぼステーション１３の方を向いている事を認識し、回転を停止する。このようにして、移動体１のステーション１３に対する姿勢が調整される。
【００５０】
図６、図７は、図４のフローチャートの「ラフな方向合せ」の別の例を示す図である。この例では、ステーション１３が第２の送信手段１０から所定の呼びかけ信号を送信し、移動体１の第１の受信手段５ａ〜５ｄは全方向からの信号を受信するように構成されているので、前記呼びかけ信号を受信し、その後に超音波の送受波により移動体１の姿勢の調整などが行われる。前記図５の例の動作が行われた後に本例の動作が行われてもよい。
【００５１】
本例では、前記呼びかけ信号の送信の後、所定の時間間隔を空けて、所定の順序で各第２の送波手段８ａ，８ｂから超音波パルスを送波する。したがって、移動体１の第１の制御装置７は前記呼びかけ信号の受信時刻に基づいて所定の間隔を空けた各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波のタイミングを認識する。
【００５２】
移動体１には互いに異なる方向を向いた第１の受波手段５ａ〜５ｄが搭載されており、所定の時間間隔、所定の順序で第１の受波手段５ａ〜５ｄが超音波パルスを受波する時刻を前記第１計時手段７ｔにより計測して、各第２の送波手段８ａ，８ｂから送波された超音波が各第１の受波手段５ａ〜５ｄに受信されるまでの各々の時間に基づいて、８ａ，８ｂのうちの１つと、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのうちの１つとの全ての組み合わせの距離を前記ＣＰＵ（演算手段）７２が算出し、それぞれの距離が正常に算出されたかどうかを前記ＣＰＵ（判定手段）７２が判定する。超音波を正常に受波しない場合は、距離が正常に算出されなかったと判定される。
【００５３】
そして、正常に算出された距離値と正常に算出されなかった距離値との組み合わせの種類に応じて、移動体１の姿勢（方向）や位置を変更する。このようにして、移動体１のステーション１３に対する位置や姿勢が調整される。本例の具体的なケースは、例えば、図６Ａ〜Ｄ、図７Ａ〜Ｄに示すとおりである。
【００５４】
目標位置への移動処理；
次に、目標位置（ステーション１３の位置）の計測および目標位置への移動処理について説明する。この処理では、たとえば、移動体１が図８Ａに示す位置にいる場合には距離Ｌ１〜Ｌ４が算出されて、目標位置が計測される。この計測結果に従って、図８Ｂのように移動体１がステーション１３に正対する（移動体１がステーション１３の収容スペースの前方にあり、所定の位置関係および姿勢で向かい合う状態）ように移動してステーション１３に収容される。なお、図８、図１６、図１７、図１８では、第１の送波手段２ａ〜２ｄのうち２ａ，２ｂ、第１の受波手段３ａ〜３ｄのうち、３ａ，３ｂのみを用いた例で説明し、２ｃ，２ｄ，３ｃ，３ｄの図示を省略する。
【００５５】
前記目標位置の移動処理は、図９、図１１のフローチャートに示す流れで行われる。この流れにおける移動体１とステーション１３との距離計測は、前記第２の制御モードで行われる。以下、図９、図１１にしたがって、移動処理の流れを説明する。なお、図９の各ステップＦ１〜Ｆ１２は第１の制御装置７の制御の流れを示し、図１１の各ステップＨ１〜Ｈ１０は第２の制御装置１２の制御の流れを示す。
この流れは、移動体１が停止し、第２の制御モードに切り替わった状態（測定準備ができた状態）で開始される。この移動体１の停止は、移動体１が移動中、電池電圧の低下を検出している状態でステーション１３からの呼びかけ信号を第１の受信手段５ａ〜５ｄが受信した場合等に行われるようにすると良い。
【００５６】
移動体１が停止中に、ステーション１３の第２の送信手段１０から計測開始信号が送信され（Ｈ１）、該計測開始信号を第１の受信手段５ａ〜５ｄが受信する（Ｆ１）。計測開始信号は前記呼びかけ信号と同一でもよい。計測開始信号から各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波のタイミングの情報（計測開始信号から超音波送波までの時間）は予め移動体に記憶されていても良いし、計測開始信号に含まれていてもよく、これにより、移動体１側で各超音波送波のタイミングおよび受波のタイミングを認識することができる。なお、計測開始信号は光信号であり速度は十分に早いので距離にかかわらず信号の伝播時間はゼロと見なすことができる。
【００５７】
そして、第２の制御装置１２は、前記計測開始信号の送信終了を認識した後、第２の計時手段１２ｔをスタートさせ（Ｈ２）、所定の時間間隔（本例では５０ｍｓｅｃ）を空けて、各第２の送波手段８ａ，８ｂが、順次２回ずつ超音波を送波するように制御する。
【００５８】
すなわち、第２の計時手段１２ｔのスタート後、第２の送波手段８ｂから１回目の超音波パルスを送波し（Ｈ３）、第２の計時手段１２ｔが５０ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｈ４）、第２の送波手段８ｂから２回目の超音波パルスを送波し（Ｈ５）、第２の計時手段１２ｔが１００ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｈ６）、第2 の送波手段８ａから１回目の超音波パルスを送波し（Ｈ７）、第２の計時手段１２ｔが１５０ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｈ８）、第２の送波手段８ａから２回目の超音波パルスを送波し（Ｈ９）、第２の計時手段１２ｔが２００ｍｓｅｃ経過するまで待機して、再びステップＨ１に戻るよう制御される。
【００５９】
一方、第１の制御装置７は、前記計測開始信号の受信終了を認識した後、第１の計時手段７ｔをスタートさせ（Ｆ２）、前記第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波タイミングに同期して、各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波から各第１の受波手段３ａ，３ｂの超音波受波までの時間を計測して、ＣＰＵ（演算手段）７２が各第２の送波手段８ａ，８ｂと各第１の受波手段３ａ，３ｂとの間の距離Ｌ１〜Ｌ４（図８Ａ）を算出する。
【００６０】
すなわち、第１の計時手段７ｔのスタート後、第１の受波手段３ａが前記第２の送波手段８ｂからの超音波パルスを受波した時の第１の計時手段７ｔの値からＬ１を算出し（Ｆ３）、第１の計時手段７ｔが５０ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｆ４）、第１の受波手段３ｂが前記第２の送波手段８ｂからの超音波パルスを受波した時の第１の計時手段７ｔの値からＬ２を算出し（Ｆ５）、第１の計時手段７ｔが１００ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｆ６）、第１の受波手段３ａが前記第２の送波手段８ａからの超音波パルスを受波した時の第１の計時手段７ｔの値からＬ３を算出し（Ｆ７）、第１の計時手段７ｔが１５０ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｆ８）、第１の受波手段３ｂが前記第２の送波手段８ａからの超音波パルスを受波した時の第１の計時手段７ｔの値からＬ４を算出し（Ｆ９）、所定の移動処理を行い（Ｆ１０）、後述のgoal flgが１であるか否かの判断を行い（Ｆ１１）、Ｙであれば前進してステーション１３内に移動し（Ｆ１２）、Ｎであれば再びステップＦ１に戻る。
【００６１】
なお、本実施例では前記各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波を２回ずつ行ったが、１回ずつにしてもよい。この場合、各送波について、各第１の受波手段３ａ，３ｂが受波を行うことで前記距離Ｌ１〜Ｌ４（図８Ａ）が算出される。
【００６２】
図１０は、前記図９のフローチャートの所定の移動処理（Ｆ１０）の詳細を示すフローチャートである。図１０に示すように、前記移動処理は、まず算出された各距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の値を基に、第２の送波手段８ａ，８ｂの位置を算出する位置算出処理が行われ（Ｇ１）、算出結果はエラーか否かがＣＰＵ（判定手段）７２により判断され（Ｇ２）、エラーでない場合は、８ａ，８ｂの位置を基に８ａ，８ｂを結ぶ直線と、３ａ，３ｂを結ぶ直線の成す角θを算出する方向（姿勢）算出処理が行われ（Ｇ３）、８ａ，８ｂの位置を基に、移動体１の移動目標位置を算出する目標位置算出処理が行われた後（Ｇ４）、移動体１が移動目標位置に移動し（Ｇ５）、前記算出されたθに基づき、移動体１をステーション１３に正対するように回転（姿勢変更）し（Ｇ６）、前記移動した距離が所定値以下か否かが判断され（Ｇ７）、所定値以下の場合はgoal flg =１が記憶部７３に記憶され（Ｇ８）、所定値より大きい場合はgoal flg =０が記憶部７３に記憶される（Ｇ１１）。なお、前記ステップＧ２において、算出結果がエラーと判断された場合は、所定の位置＆方向補正処理が行われ（Ｇ１０）、goal flg =０が記憶部７３に記憶される（Ｇ１１）。
【００６３】
図１４、図１５は、図１０のフローチャートに含まれる「位置算出処理」ルーチン（Ｇ１）の詳細を示すフローチャートである。図１４、図１５のステップＭ１〜Ｍ２５に従って処理することで、前記ＣＰＵ（演算手段）７２による前記各送受波手段の間の距離の算出が正常に行われたかどうかを前記ＣＰＵ（判定手段、比較手段）７２が判定し、該ＣＰＵ７２の判定結果や比較結果に応じて異なる処理が行われる（図１０のＧ２）。なお、図１４、図１５中この中で示されているｘｙ座標値は、図１６に示すように、移動体１の走行車輪６ａ，６ｂを結ぶ線分の中点を原点とし、６ａ，６ｂを結ぶ直線をｘ軸とし、ｘ軸に直交する直線をｙ軸とした場合の位置を示し、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ、３ａ，３ｂ，８ｂ，８ａの位置を示し、Ｄ１は予め記憶された３ａ，３ｂ間の距離を示し、Ｄ２は予め記憶された８ａ，８ｂ間の距離を示す。
【００６４】
すなわち、ＣＰＵ（判定手段、比較手段）７２は、例えば、下記のようにして、距離の算出が正常に行われたかどうかを判定する。
【００６５】
(1) Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４がすべて測定できた場合は、距離の算出が正常に行われたと判定する。
この場合、
(1-1)三角形ＡＢＣの３辺の長さから点Ｃの位置を算出し、
(1-2)三角形ＡＢＤの３辺の長さから点Ｄの位置を算出し、
(1-3)点Ａを中心とする半径Ｌ１の円と、(1-2) で算出した点Ｄの位置を中心とする半径Ｄ２の円との交点として点Ｃの位置を算出し、
(1-4)点Ｂを中心とする半径Ｌ４の円と、(1-1) で算出した点Ｃの位置を中心とする半径Ｄ２の円との交点として点Ｄの位置を算出し、
(1-5)前記(1-1) で算出した点Ｃの位置と、(1-3) で算出した点Ｃの位置の平均値を点Ｃの位置とし、
(1-6)前記(1-2) で算出した点Ｄの位置と、(1-4) で算出した点Ｄの位置の平均値を点Ｄの位置とすることで、
点Ｃ，Ｄの位置を決定する。
【００６６】
(2) Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４が測定できて、Ｌ２が測定できなかった場合は、距離の算出が正常に行われたと判定する。
この場合、
(2-1)三角形ＡＢＤの３辺の長さから点Ｄの位置を算出し、
(2-2)点Ａを中心とする半径Ｌ１の円と、(2-1) で算出した点Ｄの位置を中心とする半径Ｄ２の円との交点として点Ｃの位置を算出することで、
点Ｃ，Ｄの位置を決定する。
【００６７】
(3) Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４が測定できて、Ｌ３が測定できなかった場合は、距離の算出が正常に行われたと判定する。
この場合、
(3-1)三角形ＡＢＣの３辺の長さから点Ｃの位置を算出し、
(3-2)点Ｂを中心とする半径Ｌ４の円と、(3-1) で算出した点Ｃの位置を中心とする半径Ｄ２の円との交点として点Ｄの位置を算出することで、
点Ｃ，Ｄの位置を決定する。
【００６８】
(4) 一方、下記の場合は距離の算出が正常に行われなかった（エラー）と判定する。
(4-1)Ｌ１が測定できなかった場合
(4-2)Ｌ４が測定できなかった場合
(4-3)Ｌ２とＬ３がどちらも測定できなかった場合
(4-4)Ｌ１＋Ｌ２が、Ｄ１より小さい場合
(4-5)Ｌ３＋Ｌ４が、Ｄ１より小さい場合
(4-6)Ｌ１とＬ２との差の絶対値がＤ１より大きい場合
(4-7)Ｌ３とＬ４との差の絶対値がＤ１より大きい場合
【００６９】
図１７Ａ〜Ｃは、図１０の移動処理のフローチャートに含まれる「位置＆方向補正処理」（Ｇ１０）を説明する平面図である。距離Ｌ１〜Ｌ４が測定できたかどうかの判別は、図１４に示す位置算出処理内で行われるが、送波してから所定時間内に受波しなかった場合や、送波してから受波するまでの時間が所定値以下であった場合を測定失敗とみなし、また、Ｌ１とＬ２の合計が、移動体１の超音波センサー間の距離Ｄ１より短かった場合や、Ｌ３とＬ４の合計が、ステーション１３側の超音波センサー間の距離（Ｄ２）より短かった場合などの正常には有り得ない計測結果を測定失敗とみなして所定の移動や姿勢変更の処理を行う。その具体例は、図１７Ａ〜Ｃに示すとおりである。超音波受波手段は指向性を有しているので、超音波の入射角が大きい場合に測定エラーとなる性質を利用して、ステーション１３と移動体１とのラフな相対位置関係を推測して移動するのである。
【００７０】
＜第２実施例＞
次に、第２実施例について、説明する。なお、以下の実施例において、第１実施例と同様の構成については、同一部分または相当部分に同一符号を付して、その詳しい説明および図示を省略する。
【００７１】
本実施例においては、第２の制御装置１２のＣＰＵ８２が演算手段、判定手段、比較手段の機能を有する。
前記第１の制御モードにおいては、第１の受波手段３ａ，３ｂが超音波を受波するように制御され、第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波してから第１の受波手段３ａ，３ｂが該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記ＣＰＵ（演算手段）７２が前記第１の送波手段２ａ，２ｂから障害物までの距離を算出する。
【００７２】
前記第２の制御モードにおいては、前記第２の受波手段９ａ，９ｂが超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波してから前記第２の受波手段９ａ，９ｂが該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記ＣＰＵ（演算手段）８２が第１の送波手段２ａ，２ｂから第２の受波手段９ａ，９ｂまでの距離を算出する。
【００７３】
本実施例では、モードの切替を設けなくてもよく、図２７のように、第１の受波手段３ａ，３ｂおよび第２の受波手段９ａ，９ｂが、第１の送波手段２ａ，２ｂから送波された同じ超音波を受波するように制御されてもよい。このようにすれば、１回の超音波の送波で２つの距離を計測することができる。
【００７４】
また、前記第１実施例では、前記「ラフな方向合わせ」や「目標位置への移動処理」においてステーション１３から送波した超音波を移動体１が受波するように構成したが、本実施例では、逆に、移動体１から送波した超音波をステーション１３が受波するように構成するようにしており、超音波の送波から受波までの時間の算出や距離の計測をステーション１３側のＣＰＵ８２が行う。
【００７５】
なお、本実施例では、ステーション１３側で行った計測結果をステーション１３から移動体１に送信するか、もしくは、ステーション１３から移動体１に該計測結果に基づく移動命令を送信するようにしても良い。
【００７６】
本実施例では、図９、図１１のフローチャートに示す流れに代えて、移動体１から送波した超音波パルスをステーション１３側で受ける場合の図１２、図１３のフローチャートに示す流れで移動処理が行われる。なお、図１２の各ステップＪ１〜Ｊ１３は第１の制御装置７の制御の流れを示し、図１３の各ステップＫ１〜Ｋ１１は第２の制御装置１２の制御の流れを示す。
【００７７】
＜第３実施例＞
本実施例では、目標物１３が移動可能な構成とされており、該目標物１３の移動は制御手段により制御され、所定の場合に、該目標物が移動するように制御される。
以下、前記第１実施例の移動体１と同様の構成（図１Ａ，Ｂ、図２Ａ）を有する移動体を２台用いた場合（移動体１０１，１０２）を例にとって説明する。この場合、両移動体１０１，１０２は互いに相手をステーション（目標物）１３として前記第１または第２実施例と同様の動作を行うことができる。
【００７８】
２台の移動体の位置合わせ：
図１８Ａ〜Ｄは、２台の移動体１０１，１０２が、それぞれ相手側をステーションとみなして位置計測を行い、相手の移動体の回転中心Ｏ１，Ｏ２の位置を算出して、その方向に向くように回転することによって、２台の移動体が正対し、所定の相対位置に移動する流れを示している。なお、同図中、Ａ，Ｂは、それぞれ、第１の移動体１０１側の送受波手段２ａ，３ａと２ｂ，３ｂとを示し、Ｃ，Ｄは、それぞれ、第２の移動体１０２側の送受波手段２ａ，３ａと２ｂ，３ｂとを示す。
【００７９】
図１８Ａのように、第１の移動体１０１の制御装置７（図２Ａ）は、第２の移動体１０２の送受波手段Ｃ，Ｄが超音波を送波してから、第１の移動体の送受波手段Ａ，Ｂがその超音波を受波するまでの時間を計測することにより、第２の移動体１０２の複数の送受波手段Ｃ，Ｄと第１の移動体１０１の複数の送受波手段Ａ，Ｂとの間の複数の距離値Ｌ１〜Ｌ４を計算する。そして、その複数の距離値Ｌ１〜Ｌ４と、予め記憶されている第２の移動体１０２の旋回中心Ｏ２と送受波手段Ｃ，Ｄとの位置関係の情報に基づいて、第１の移動体１０１から見た第２の移動体１０２の旋回中心Ｏ２の方向（角度θ１）を算出する（図１８Ｂ）。角度θ１の算出は、例えば、前記第１実施例の図１０で示した方法で算出される。
【００８０】
同様に、第２の移動体１０２の制御装置７（図２Ａ）は、第１の移動体１０１の送受波手段Ａ，Ｂが超音波を送波してから、第２の移動体の送受波手段Ｃ，Ｄがその超音波を受波するまでの時間を計測することにより、第１の移動体１０１の複数の送受波手段Ａ，Ｂと第２の移動体１０２の複数の送受波手段Ｃ，Ｄとの間の複数の距離値Ｌ１〜Ｌ４を計算する。そして、その複数の距離値Ｌ１〜Ｌ４と、予め記憶されている第１の移動体１０１の旋回中心Ｏ１と送受波手段Ａ，Ｂとの位置関係の情報に基づいて、第２の移動体１０２から見た第１の移動体１０１の旋回中心Ｏ１の方向（角度θ２）を算出する（図１８Ｂ）。
【００８１】
そして、前記角度θ１，θ２に基づいて各移動体１０１，１０２を回転させる（姿勢変更する）。すなわち、図１８Ｃのように、第１の移動体１０１が前記算出された角度θ１だけ反時計周りに回転し、第２の移動体１０２が前記算出された角度θ２だけ反時計回りに回転することで、各移動体１０１，１０２を互いに正対させる。この正対の後、図１８Ｄのように、第１の移動体１０１は、第２の移動体１０２を目標物として、正対の姿勢を維持した状態で、第２の移動体１０２に向かって前進する。
【００８２】
複数の移動体を用いたジグザグ走行の例：
図１９は、第２および第３の移動体１０２，１０３を用いて、第１の移動体１がジグザグ走行することを示す。第３の移動体１０３は、第２の移動体と同様の構成である。この場合、第１の移動体１は目標物としての第２または第３の移動体１０２，１０３に向かって直進走行し、さらに、目標物としての移動体１０２、１０３が前記第１の移動体１０１の直進方向９５に略直交する幅方向９６に移動するので、広い面積でのジグザグ走行作業を正確に行なえる。
【００８３】
第１の移動体１０１が第２および第３の移動体１０２，１０３に向かって直進する制御は、第１の移動体１０１が直進しながら、繰り返し、所定の姿勢調整を行うことで行われる。すなわち、第１の移動体１０１上の２つの異なる点Ａ，Ｂと、第２の移動体上の１つの点との間の距離Ｌ１，Ｌ２を計測し、該距離値Ｌ１，Ｌ２が等しくなるように方向を修正しながら直進することにより、第２の移動体１０２に向かって直進する。たとえば、第１の移動体１０１の送受波手段Ａ，Ｂと第２または第３の移動体１０２，１０３の送受波手段との距離Ｌ１，Ｌ２を計測し、Ｌ１＞Ｌ２の場合、右へカーブ（時計回りに姿勢変更）し、Ｌ１＜Ｌ２の場合、左へカーブ（反時計回りに姿勢変更）する。
【００８４】
そして、第１の移動体１０１と第２または第３の移動体１０２、１０３との間の距離が所定の距離以下になるか、あるいは、第１の移動体１０１が所定の距離進んだことを検出して、該移動体１０２、１０３へ向かっての直進を終了して、横方向９６へ移動する。
【００８５】
第１の移動体１０１はジグザグ走行を行なうため、走行距離が長く、目標物がないと走行中にジャイロセンサー（方向センサー）の累積誤差によって走行方向にずれが生じるが、第１の移動体１０１の複数の超音波送受波手段Ａ，Ｂと目標物（移動体１０２，１０３）の送受波手段との距離が等しくなるように移動体１の走行方向を制御することにより、目標物に向かってまっすぐに直進することが可能になる。
【００８６】
一方、第２の移動体１０２は、第１の移動体１が往路走行中は停止しており、第１の移動体１０１が第２の移動体１０２へ向かっての直進を終了した後に、第１の移動体１が横移動中及び復路走行中に、所定距離だけ横方向９６に移動して次の往路位置に移る。
【００８７】
第３の移動体１０３は、第１の移動体１が復路走行中は停止しており、第１の移動体１０１が第３の移動体１０３へ向かっての直進を終了した後に、第１の移動体１が横移動中及び往路走行中に、所定距離だけ横方向９６に移動して次の復路位置に移る。
【００８８】
該移動体２，３の移動距離は移動体１に比べて小さく作業中のジャイロセンサーの累積誤差も小さいため、ジャイロセンサーによる直進制御だけで十分に正確な直進が可能である。また、図１９に示すように、第１の移動体１０１の目標物である第２の移動体１０２、第３の移動体１０３の直進のためのガイド９１，９２を設けて、第１の移動体１０１と同様の方法でＬ５＝Ｌ６とした状態で、第２および第３の移動体１０２，１０３がガイド９１，９２に向かって直進するようにしても良く、その場合は高価なジャイロセンサーを省くことができる。
【００８９】
図２０、図２１は、目標物に向かって直進する場合の制御の別の例を示す。本例では、Ｌ１とＬ２を同時に測定するのではなく、所定の時間間隔を空けて、順次、測定するように構成している。すなわち、距離Ｌ１を測定した時点での走行距離Ｄ１と、距離Ｌ２を測定した時点での走行距離Ｄ２とは異なる。
【００９０】
超音波センサーを障害物センサーとして使用する場合、送波・受波を、一つずつ順次行なうように構成することが一般的に行なわれるため、障害物検出と目標物検出を同じセンサーで行なう場合には、本実施例のように、受波手段を一つずつ順次、受波するように構成すると回路の構成が簡単になる。
【００９１】
この例の場合、Ｌ１の測定からＬ２の測定の間に、移動体が（Ｄ２−Ｄ１）だけ進んでいるので、Ｌ１とＬ２の比較の際に、この進んだ距離を考慮に入れて行なうことにより、正確な比較を行なうことができる。
【００９２】
この制御は、例えば、図２１のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ８に従って行われる。すなわち、第１の移動体１０１が直進中、障害物検知モードで左横、右横、左前、右前の障害物までの距離を測定し、障害物対応処理を行い（Ｓ１，Ｓ２）、目標検知モードで目標（第２の移動体１０２）の右横超音波センサーＤと第１の移動体１０１の左前超音波センサーＢとの距離Ｌ１を計測し（Ｓ３）、Ｌ１計測の際の走行距離Ｄ１を記憶し（Ｓ４）、所定時間の後、目標検知モードで目標（第２の移動体１０２）の右横超音波センサーＤと第１の移動体１０１の右前超音波センサーＡとの距離Ｌ２を計測し（Ｓ５）、Ｌ２計測の際の走行距離Ｄ２を記憶し（Ｓ６）、Ｌ１＞Ｌ２＋（Ｄ２−Ｄ１）の場合、右へカーブするよう制御され、Ｌ１＜Ｌ２＋（Ｄ２−Ｄ１）の場合、左へカーブするよう制御され（Ｓ７）、次いで、距離Ｌ２が所定値以下か否かを判断して（Ｓ８）、所定値以下ならば移動体１０１の前進を停止させ、所定値より大きいならば、再びステップＳ１に戻る。
【００９３】
図２１におけるＬ１計測のフローは、図２２のフローチャートに従って行われ、Ｌ２計測のフローは図２３のフローチャートにしたがって行われる。この場合の目標物（移動体１０２）側の制御フローは、図２４のとおりである。
【００９４】
図２５、図２６は、目標物に向かって直進する前に、移動体の方向を目標物に向かうように方向（姿勢）を修正する工程を説明する平面図とフローチャートである。
図２５に示すように、第１の移動体１０１は、その場で旋回をしながら、Ｌ１とＬ２を計測し、Ｌ１とＬ２の値がほぼ等しくなった時にその場旋回を停止することにより、直進開始時の走行方向を目標物に向かう方向に修正することができる。その詳しい制御は、図２６のとおりである。
【００９５】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、目標物としては、充電ステーションに限らず、清掃ロボットのゴミ回収装置であってもよいし、単に移動体の方向を定めるガイドのようなものであってもよい。
また、前記実施例では、移動体、目標物の双方に、送波手段と受波手段を設けたが、一方に送波手段、他方に受波手段を設ける構成としてもよい。送信手段および受信手段についても同様である。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、自走して清掃やワックス塗布などの作業を行う自走式作業ロボットの他、全方向移動機能を有し人を乗せて所定の座席位置まで自律走行で移動するインテリジェント電動車椅子などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】ＡおよびＢは、それぞれ、本発明の第１実施例にかかるシステムを示す平面図、同側面図である。
【図２】Ａは同システムの構成を示す概略構成図、Ｂは超音波パルスを走波する送波手段と超音波パルスを受波する受波手段を示す斜視図である。
【図３】本自律移動ロボットが障害物を検出する原理を示す側面図である。
【図４】本実施例の自律移動ロボットが、充電などのメンテナンスを行なうステーションとの間で自動メンテナンス作業を行なう際の流れを示すフローチャートである。
【図５】Ａ〜Ｃは、それぞれ、図４のフローチャートの「ラフな方向合せ」の例を示す平面図である。
【図６】Ａ〜Ｅは、それぞれ、「ラフな方向合せ」の別の例を示す平面図である。
【図７】Ａ〜Ｄは、それぞれ、「ラフな方向合せ」の別の例を示す平面図である。
【図８】Ａ〜Ｃは、それぞれ、自律移動ロボットがステーションに対する所定の位置（目標位置）へ移動する移動処理を示す平面図である。
【図９】第１の制御装置における目標位置の計測および移動の流れを示すフローチャートである。
【図１０】移動処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】第２の制御装置における目標位置の計測の流れを示すフローチャートである。
【図１２】第２実施例における第１の制御装置における目標位置の計測および移動の流れを示すフローチャートである。
【図１３】同第２の制御装置における目標位置の計測の流れを示すフローチャートである。
【図１４】図１０のフローチャートに含まれる「位置算出処理」ルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図１５】図１０のフローチャートに含まれる「位置算出処理」ルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図１６】位置算出処理を示す平面図である。
【図１７】Ａ〜Ｃは、それぞれ、図１０のフローチャートに含まれる「位置＆方向補正処理」を示す平面図である。
【図１８】Ａ〜Ｄは、それぞれ、第３実施例の２台の移動体が、所定の相対位置に移動する流れを示す平面図である。
【図１９】同２台以上の移動体を用いて広い面積でのジグザグ走行作業を行うことを示す平面図である。
【図２０】目標物に向かって直進する場合の別の例を示す平面図である。
【図２１】目標物に向かって直進する場合の別の例を示すフローチャートである。
【図２２】Ｌ１計測のフローを示すフローチャートである。
【図２３】Ｌ２計測のフローを示すフローチャートである。
【図２４】目標物側のフローを示すフローチャートである。
【図２５】目標物に向かって直進する前に、移動体の方向を目標物に向かうように修正する工程を示す平面図である。
【図２６】目標物に向かって直進する前に、移動体の方向を目標物に向かうように修正する工程を示すフローチャートである。
【図２７】第２実施例における移動体と障害物および目標物との距離計測を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１：移動体
2a,2b,2c,2d ：第1 の送波手段 2a,2b は前方向 2cは右横方向 2dは左横方向
3a,3b,3c,3d ：第1 の受波手段 3a,3b は前方向 3cは右横方向 3dは左横方向
4 ：第1 の送信手段
5a,5b,5c,5d ：第1 の受信手段
7 ：第1 の制御装置
8a,8b ：第2 の送波手段
9a,9b ：第2 の受波手段
10：第2 の送信手段
11：第2 の受信手段
12：第2 の制御装置
13：ステーション
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標物との距離を計測する自律走行移動体のシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自律移動ロボットの自動充電システムや、自律移動清掃ロボットの自動ゴミ回収システムなどでは、充電装置やゴミ回収装置と自律移動ロボットの位置合せが重要となる。また、作業環境に目標となる壁などが無い広いスペースにおいて正確な位置計測を行なうには、ビーコンやマーカーなどの目標物を環境に設置し、その目標物との相対位置を計測する機能が必要になる場合がある。
【０００３】
従来、このような場合は、超音波と赤外線信号や無線信号とを組み合わせた位置計測システムが用いられてきた。かかる位置計測システムとしては、下記の特許文献がある。
【特許文献１】特開2001-051720 号（要約書）
【特許文献２】特開平8-54926 号（要約書、請求項２、図２）
【特許文献３】特開2003-15740号（要約書）
【特許文献４】特開2002-333920 号（要約書、請求項６）
【０００４】
前記特許文献１では、車輌の２つの位置に設置される送受信手段と、駐車スペースの４つの固定点に設置された４つの返信手段とを備え、各送受信手段は、それぞれ異なる２つの返信手段と通信を行ってそれぞれの間の距離を検出し、検出された距離に基づいて車輌位置を算出する車輌位置検出装置が開示されている。
特許文献１では、車輌の２箇所の位置を検出するために、車輌側に送信手段が２個必要である、位置計測専用の受信装置が必要である、目標物（返信手段）が固定設置のため、移動範囲をカバーする多くの目標物が必要になる等の問題がある。
【０００５】
前記特許文献２では、特定の識別同期信号を受信した場合のみ超音波を送波する複数の超音波送波装置と、移動ロボット側に識別同期信号送信装置と、１組の超音波受波装置とを備え、移動ロボット側で、識別同期信号送波から複数の超音波送波装置からの超音波を受信するまでの時間を計測し、位置と走行方向を計測する自律移動ロボットの誘導装置が開示されている。
特許文献２では、各超音波送波装置毎に異なる識別同期信号を送信しなければならない、位置計測専用の超音波受波装置が必要である等の問題がある。
【０００６】
前記特許文献３では、作業用移動体と、移動機能を有する位置合わせ用基準板（ガイド）と、位置合わせ用基準板の移動のための誘導ラインとを備え、作業用移動体の超音波式距離計で、位置合わせ用基準板までの距離を測定し、その距離が一定になるように走行制御する作業用移動体の移動制御装置が開示されている。
特許文献３では、ジグザグ走行における横幅方向の位置のみを計測するためのものであり、縦方向の位置を計測することはできない、位置合わせ用基準板の移動のための誘導ラインの設置が大掛かりになる等の問題がある。
【０００７】
前記特許文献４では、作業用移動体と、作業用移動体の目標走行方向と垂直な方向に移動する機能を有する位置合わせ基準板（ガイド）とを備えた作業用移動体の移動制御装置が開示されている。
特許文献４では、ジグザグ走行における横幅方向の位置のみを計測するためのものであり、縦方向の位置を計測することはできない、自律移動ロボットが位置合わせ基準板（ガイド）の真横に位置したときにしか位置計測を行なうことができない等の問題がある。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、簡単な構成で移動体と目標物との距離を算出し得る自律走行移動体のシステムを提供することである。
【０００９】
本発明の１つの態様は、自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、前記目標物は、超音波を送波する第２の送波手段を有し、前記第１および第２の送波手段と第１の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、前記自律走行移動体と障害物との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、前記自律走行移動体と前記目標物との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記制御手段が前記第１および第２の送波手段と第１の受波手段とを制御し、前記第１の制御モードにおいては、前記第１の送波手段が超音波を送波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出し、前記第２の制御モードにおいては、前記第２の送波手段が超音波が送波するように制御され、前記第２の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第２の送波手段から前記第１の受波手段までの距離を算出する、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の１つの態様は、自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、前記目標物は、超音波を受波する第２の受波手段を有し、前記第１の送波手段と第１および第２の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、前記自律走行移動体と障害物との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、前記自律走行移動体と前記目標物との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記制御手段が前記第１の送波手段および第１および第２の受波手段を制御し、前記第１の制御モードにおいては、前記第１の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出し、前記第２の制御モードにおいては、前記第２の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第２の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から前記第２の受波手段までの距離を算出する、ことを特徴とする。
【００１１】
これらの態様によれば、自律走行移動体に超音波の送受波手段を搭載し、障害物検知を行う第１制御モードと、目標物位置検知を行う第２制御モードの２種類の制御モードとを設けることにより、障害物検出用の超音波距離センサーと、目標物との位置計測用超音波センサーを兼用することが可能になる。すなわち、自律走行移動体に目標物との位置計測専用の超音波受信装置を搭載する必要がなく、あるいは、目標物に位置計測専用の超音波送波装置を設ける必要がなく、装置の簡単化を図ることができる。
【００１２】
なお、本発明において、制御手段は必ずしも一体に設けられる必要はなく、移動体側の第１の制御装置と目標物側の第２の制御装置とで制御手段が構成されてもよい。この場合第１の制御装置は移動体側の送受波手段や移動体の移動および姿勢変更を制御するものであり、第２の制御装置は目標物側の送受波手段や目標物の移動および姿勢変更を制御するものであってもよい。
【００１３】
本発明の更に別の１つの態様は、自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、前記目標物は、超音波を受波する第２の受波手段を有し、前記第１の送波手段と第１および第２の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、前記第１および第２の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出すると共に、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第２の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から前記第２の受波手段までの距離を算出する、ことを特徴とする。
【００１４】
このようにすれば、２つの受波手段が並行して受波動作を行う、即ち移動体から送波された超音波を目標物が受波し、該超音波の反射波を移動体が受波することで移動体側からの１度の送波だけで、移動体と障害物との間の距離および移動体と目標物との間の距離とを測定することができる。
【００１５】
本発明の更に別の１つの態様は、自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、前記自律走行移動体または目標物の一方に、超音波を送波する一対の送波手段が互いに離間して設けられ、他方に超音波を受波する一対の受波手段が互いに離間して設けられており、前記各送波手段および各受波手段と前記自律走行移動体の移動および姿勢とを制御する制御手段が設けられており、前記各送波手段が超音波を送波し、かつ、該超音波を前記各受波手段が受波するように制御され、前記各送波手段が超音波を送波してから前記各受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記各第１の送波手段から前記各第２の受波手段までの距離の少なくとも３つの距離を算出し、前記一対の第２の送波手段のうちの一方からの超音波の送波と、他方からの超音波の送波とが、所定の時間間隔を空けて行われるように、前記各送波手段が制御されることを特徴とする。
【００１６】
本態様によれば、２つの送波手段からの超音波の送波を所定の間隔を空けて行うので、各送波手段と各受波手段との間の複数の距離を計測する場合に複数の距離の計測を所定の順序で行うように制御することにより、各目標物ごとに異なる識別同期信号を送信する必要がなくなり、システムの簡略化を図ることができる。
【００１７】
本発明においては、前記自律走行移動体と目標物との間で超音波の送波のタイミングを認識するための信号を送受信する送信手段および受信手段が設けられていてもよい。
【００１８】
このようにすれば、超音波送波のタイミングを、超音波が送波されてから受波されるまでの時間を算出する側で認識することができる。
【００１９】
本発明の好適な態様においては、前記自律走行移動体は、指向性を有する信号を送信する第１の送信手段を更に有し、前記目標物は、前記信号を受信する第２の受信手段を更に有し、前記第１の送信手段および第２の受信手段は前記制御手段により制御され、前記自律走行移動体の姿勢を変更しながら第１の送信手段が前記信号を繰り返し送信する動作を行い、該動作において前記信号を第２の受信手段が受信することを条件として前記自律走行移動体の姿勢変更を停止するように制御されることで、前記自律走行移動体の前記目標物に対する姿勢を調整する。
【００２０】
本発明の別の好適な態様においては、前記演算手段により算出された前記各送波手段と前記各受波手段との間の複数の距離を比較する比較手段が設けられており、前記算出された距離のうち、前記送波手段の一方からの前記各受波手段までの２つの距離、または、前記受波手段の一方からの前記各送波手段までの２つの距離を、前記比較手段が比較し、該比較手段の比較結果に応じて前記自律走行移動体の姿勢変更が行われるように制御される。
【００２１】
本発明の更に別の好適な態様においては、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離が正常に算出されたか否かを判定する判定手段が設けられ、前記演算手段による前記各送波手段と前記各受波手段との間の距離の算出が正常に行われたかどうかを前記判定手段が判定し、該判定手段の判定結果に応じて前記自律走行移動体の移動および／または姿勢の変更が行われるように制御される。
【００２２】
かかる好適な態様によれば、正確な位置計測の前段階として、大まかな目標物の方向検出および移動体の姿勢変更や移動を行なうステップを設けることができ、目標物と自律移動ロボットが離れている場合や、方向が大きくずれている場合でも、正確な位置合せができる。これらの好適な態様は組み合わせて用いられてもよい。
【００２３】
特に前記第１の送信手段および第２の受信手段を設けることにより、正確な位置計測を行なう前に、目標物と移動体がどのような位置、方向の関係にあっても、ラフな方向補正を行なうことができる。
【００２４】
本発明において、前記目標物は移動可能であり、前記目標物の移動は前記制御手段により制御され、所定の場合に、前記目標物が移動するように制御されてもよい。
【００２５】
目標物（超音波送波装置または受波装置）を移動可能な構成とすることにより、迅速な位置合せが可能となり自動充電や自動ゴミ回収などの作業効率を向上させたり、作業時の目標物の設置台数を大幅に削減することができる。
【００２６】
また、目標物へ向かう正確な直進走行を可能とし、さらに目標物を移動可能とすることにより、ジグザグ走行の走行レーンごとに目標物を設置する必要が無くなり、簡単な構成で、広い面積での正確なジグザグ走行を可能とする。前記目標物は別の自律走行移動体であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
＜第１実施例＞
以下、本発明の第１実施例を図面に従い説明する。
図１Ａ，Ｂに示すように、本実施例のシステムは、床面を自走する移動機能を有する自律走行移動体（以下、「移動体」という。）１と該移動体１が向かう充電ステーション１３（目標物の一例）とを備えており、移動体１の充電を自動的に行うシステムである。
【００２８】
移動体：
移動体１は、超音波を送波する４つの第１の送波手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、超音波を受波する４つの第１の受波手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、第１の送信手段、４と、４つの第１の受信手段５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと、駆動モータ（図２）に接続された一対の走行車輪６ａ，６ｂと、超音波の送受波、信号の送受信および駆動モータの駆動などを制御する第１の制御装置７とを備える。
【００２９】
前記第１の送波手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは互いに水平方向に離間して設けられており、両サイドに設けられて互いに幅方向に離間したサイド送波手段２ａ，２ｂは概ね前方へ向かって超音波を送波し、前側に設けられたフロント送波手段２ｃ，２ｄは概ね側方に向かって（２ｃは右側方に向かって，２ｄは左側方に向かって）超音波を送波する。
【００３０】
前記第１の受波手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは互いに水平方向に離間して設けられており、両サイドに設けられて互いに幅方向に離間したサイド受波手段３ａ，３ｂは概ね前方からの超音波を受波し、前側に設けられたフロント受波手段３ｃ，３ｄは概ね側方からの（３ｃは右側方からの，３ｄは左側方からの）超音波を受波する。
【００３１】
前記各第１の送波手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび各第１の受波手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、図２Ｂのように１つの筐体の上下に配置されて構成されている。したがって、２ａと３ａ、２ｂと３ｂ、２ｃと３ｃ、２ｄと３ｄとは水平方向に概ね同じ位置にある。送波・受波兼用タイプの超音波センサを用いてもよい。
【００３２】
第１の送信手段４は、指向性を有する光信号を送信して各種データの送信を行う。第１の受信手段５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは全方向からの光信号を受信して各種データの受信を行う。
また、移動体１には、第１の計時手段（タイマ）７ｔ（図２Ａ）が設けられており、該第１の計時手段７ｔは、計時機能を有する。
【００３３】
図２Ａに示すように、前記各手段２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｄ，４，５，７ｔは、第１の制御装置７に接続されている。第１の制御装置７は、ＣＰＵ７２およびＲＯＭ、ＲＡＭの記憶部７３からなるマイコン７１を備え、超音波の送受波、信号の送受信、移動体１の移動および姿勢変更などを制御する。ＣＰＵ７２は、前記計時手段７ｔにより計測された超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段や、前記演算手段により算出された複数の距離を比較する比較手段や、距離が正常に算出されたか否かを判定する判定手段などの機能を有する。記憶部７３には、移動体１内の送受波手段２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｄ等の相互の位置関係や所定のプログラムが記憶されている。また、記憶部７３には、測定した時間や距離などを記憶可能である。
【００３４】
前記第１の制御装置７には、走行車輪を駆動させる一対の駆動モータ６１，６２が接続されている。制御装置７は、該駆動モータ６１，６２を制御して、移動体１を前進または後退させたり、その姿勢を変更したりすることができる。
【００３５】
直進走行時には、前記２つの駆動モータ６１，６２が同方向に回転することで、移動体１は前進または後退することができる。回転動作を行う際には、前記２つの駆動モータ６１，６２がそれぞれ逆方向に回転することで、移動体１は所定の回転中心のまわりに回転（姿勢変更）することができる。なお、前記２つの駆動モータ６１，６２の回転の比率を制御することで、走行アセンブリ１はカーブ走行を行うこともできる。
なお、移動体１の回転角度を測定するジャイロセンサ（図示せず）や移動体１の移動した移動距離を測定する移動距離測定手段（図示せず）が移動体に設けられており、前記第１の制御装置７に接続されている。
【００３６】
ステーション：
図１Ａ，Ｂに示すように、ステーション１３は、略コ字状の本体部１３ａを有し、該本体部１３ａの内側の収容スペースに前記移動体１を収容し（図８Ｃ）、図示しないコネクタを介して外部の電源に接続され移動体１の充電を行う。
【００３７】
ステーション１３は、超音波を送波する一対の第２の送波手段８ａ，８ｂと、超音波を受波する一対の第２の受波手段９ａ，９ｂと、第２の送信手段１０と、第２の受信手段１１と、超音波の送受波、信号の送受信などを制御する第２の制御装置１２とを備えている。
【００３８】
各第２の送波手段８ａ，８ｂおよび各一対の受波手段９ａ，９ｂは、前記本体部１３ａの両サイドの先端部に設けられており、第２の送信手段１０および第２の受信手段１１と本体部１３ａの内側奥に設けられている。第２の送信手段１０は、前記本体部１３ａの上端に設けられており、指向性のある光信号を送信する。
【００３９】
前記各第２の送波手段８ａ，８ｂ、各第２の受波手段９ａ，９ｂ、第２の送信手段１０、第２の受信手段１１は前記移動体１の送受波手段や送受信手段と同様のものを使用することができる。
また、ステーション１３には、第２の計時手段（タイマ）１２ｔ（図２Ａ）が設けられており、該第２の計時手段１２ｔは計時機能を有する。
【００４０】
図２Ａに示すように、前記各手段８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ、１０，１１，１２ｔは第２の制御装置１２に接続されている。第２の制御装置１２はＣＰＵ８２およびＲＯＭ、ＲＡＭの記憶部８３からなるマイコン８１を備え、超音波の送受波および信号の送受信を制御する。記憶部８３には、ステーション１３内の送受波手段８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂの相互の位置関係や所定のプログラムなどが記憶されている。
【００４１】
前記第１の制御装置７および第２の制御装置１２とから、超音波の送受波、信号の送受信、移動体１の移動や姿勢変更などを制御する制御手段が構成されている。
【００４２】
動作：
次に、本システムの動作を説明する。本システムは、移動体１と障害物９０（図２Ａ）との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、移動体１と目標物１３との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記第１および第２の制御装置７，１３により制御される。
【００４３】
第１の制御モード（障害物検知モード）；
第１の制御モードでは、図３のように、移動体１と障害物９０との間の距離が計測される。このモードによる距離の測定は、一般的に障害物センサーとして用いられる周知の方法であり、このモードは、たとえば、移動体１が障害物９０を検知しながら移動する際に行われる。
【００４４】
このモードでは、第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波するように制御され、前記第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波してから、該超音波が障害物９０に反射した反射波を前記第１の受波手段３ａ，３ｂが受波するまでの時間を前記第１の計時手段７ｔが計測し、該時間に基づいて（たとえば、時間に音速を乗じて所定の補正処理を行って）ＣＰＵ（演算手段）７２が第１の送波手段２ａ，２ｂから障害物９０までの距離を算出する。各第１の送波手段２ａ，２ｂからの超音波の送波は所定の時間間隔を空けて行われてもよい。このモードにおいては、第２の送波手段８ａ，８ｂが超音波を送波しないように制御されてもよい。超音波を送波してから受波するまでの時間に基づいて距離を算出する方法としては、例えば、特開平８−５４９２６や特開２０００−５６００６に開示されている方法を用いることができる。
【００４５】
第２の制御モード（目標検知モード）；
第２の制御モードでは、移動体１とステーション１３との間の複数の距離が計測される。このモードは、移動体１に対するステーション１３の相対位置を算出する場合に行われる。
この第２の制御モードにおいては、第２の送波手段８ａ，８ｂが超音波を送波するように制御され、第２の送波手段８ａ，８ｂが超音波を送波してから前記第１の受波手段３ａ〜３ｄが該超音波を受波するまでの時間に基づいて、ＣＰＵ（演算手段）７２が第２の送波手段８ａ，８ｂから前記第１の受波手段３ａ〜３ｄまでの距離を算出する。各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波の送波は所定の時間間隔を空けて行われてもよい。このモードにおいては、第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波しないように制御されてもよい。
【００４６】
自動メンテナンス：
本システムでは、移動体１をステーション１３に収容して充電を行う自動メンテナンスが行われる。以下、前記第１および第２の制御モードで運転して自動メンテナンスを行う工程を例に説明する。
【００４７】
図４に示すように、自動メンテナンスは、呼びかけ信号を送受信して、ラフな方向合わせを行った後に、目標位置（ステーション１３の位置）の計測および目標位置への移動が行われて、メンテナンス作業（充電）が行われる。
【００４８】
ラフな方向合わせ；
例えば清掃などの所定の作業を終えた場合に、自動メンテナンスのフローが開始される。この際、所定の呼びかけ信号の送受信や超音波の送受波により、ステーション１３に対する移動体１のラフな方向合わせが行われる。
【００４９】
図５Ａ〜Ｃは、図４のフローチャートの「ラフな方向合せ」の例を示す図である。この例では、図５Ａのように移動体１の第１の送信手段４は、移動体が回転して姿勢（向き）を変えながら、繰り返し、所定の角度の指向性を有する呼びかけ信号を送信する。そして、図５Ｂのように移動体１がほぼステーション１３の方向を向いた時にだけ、ステーション１３の第２の受信手段１１が呼びかけ信号を受信する。第２の受信手段１１が呼びかけ信号を受信すると、図５Ｃのように第２の送信手段１０が所定の返信信号を送信する。移動体１の第１の受信手段５ａ〜５ｄは全方向からの信号を受信するようになっているので、ステーション１３からの返信信号を受信する。結果として、移動体１の第１の制御装置７は移動体１がほぼステーション１３の方を向いている事を認識し、回転を停止する。このようにして、移動体１のステーション１３に対する姿勢が調整される。
【００５０】
図６、図７は、図４のフローチャートの「ラフな方向合せ」の別の例を示す図である。この例では、ステーション１３が第２の送信手段１０から所定の呼びかけ信号を送信し、移動体１の第１の受信手段５ａ〜５ｄは全方向からの信号を受信するように構成されているので、前記呼びかけ信号を受信し、その後に超音波の送受波により移動体１の姿勢の調整などが行われる。前記図５の例の動作が行われた後に本例の動作が行われてもよい。
【００５１】
本例では、前記呼びかけ信号の送信の後、所定の時間間隔を空けて、所定の順序で各第２の送波手段８ａ，８ｂから超音波パルスを送波する。したがって、移動体１の第１の制御装置７は前記呼びかけ信号の受信時刻に基づいて所定の間隔を空けた各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波のタイミングを認識する。
【００５２】
移動体１には互いに異なる方向を向いた第１の受波手段５ａ〜５ｄが搭載されており、所定の時間間隔、所定の順序で第１の受波手段５ａ〜５ｄが超音波パルスを受波する時刻を前記第１計時手段７ｔにより計測して、各第２の送波手段８ａ，８ｂから送波された超音波が各第１の受波手段５ａ〜５ｄに受信されるまでの各々の時間に基づいて、８ａ，８ｂのうちの１つと、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのうちの１つとの全ての組み合わせの距離を前記ＣＰＵ（演算手段）７２が算出し、それぞれの距離が正常に算出されたかどうかを前記ＣＰＵ（判定手段）７２が判定する。超音波を正常に受波しない場合は、距離が正常に算出されなかったと判定される。
【００５３】
そして、正常に算出された距離値と正常に算出されなかった距離値との組み合わせの種類に応じて、移動体１の姿勢（方向）や位置を変更する。このようにして、移動体１のステーション１３に対する位置や姿勢が調整される。本例の具体的なケースは、例えば、図６Ａ〜Ｄ、図７Ａ〜Ｄに示すとおりである。
【００５４】
目標位置への移動処理；
次に、目標位置（ステーション１３の位置）の計測および目標位置への移動処理について説明する。この処理では、たとえば、移動体１が図８Ａに示す位置にいる場合には距離Ｌ１〜Ｌ４が算出されて、目標位置が計測される。この計測結果に従って、図８Ｂのように移動体１がステーション１３に正対する（移動体１がステーション１３の収容スペースの前方にあり、所定の位置関係および姿勢で向かい合う状態）ように移動してステーション１３に収容される。なお、図８、図１６、図１７、図１８では、第１の送波手段２ａ〜２ｄのうち２ａ，２ｂ、第１の受波手段３ａ〜３ｄのうち、３ａ，３ｂのみを用いた例で説明し、２ｃ，２ｄ，３ｃ，３ｄの図示を省略する。
【００５５】
前記目標位置の移動処理は、図９、図１１のフローチャートに示す流れで行われる。この流れにおける移動体１とステーション１３との距離計測は、前記第２の制御モードで行われる。以下、図９、図１１にしたがって、移動処理の流れを説明する。なお、図９の各ステップＦ１〜Ｆ１２は第１の制御装置７の制御の流れを示し、図１１の各ステップＨ１〜Ｈ１０は第２の制御装置１２の制御の流れを示す。
この流れは、移動体１が停止し、第２の制御モードに切り替わった状態（測定準備ができた状態）で開始される。この移動体１の停止は、移動体１が移動中、電池電圧の低下を検出している状態でステーション１３からの呼びかけ信号を第１の受信手段５ａ〜５ｄが受信した場合等に行われるようにすると良い。
【００５６】
移動体１が停止中に、ステーション１３の第２の送信手段１０から計測開始信号が送信され（Ｈ１）、該計測開始信号を第１の受信手段５ａ〜５ｄが受信する（Ｆ１）。計測開始信号は前記呼びかけ信号と同一でもよい。計測開始信号から各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波のタイミングの情報（計測開始信号から超音波送波までの時間）は予め移動体に記憶されていても良いし、計測開始信号に含まれていてもよく、これにより、移動体１側で各超音波送波のタイミングおよび受波のタイミングを認識することができる。なお、計測開始信号は光信号であり速度は十分に早いので距離にかかわらず信号の伝播時間はゼロと見なすことができる。
【００５７】
そして、第２の制御装置１２は、前記計測開始信号の送信終了を認識した後、第２の計時手段１２ｔをスタートさせ（Ｈ２）、所定の時間間隔（本例では５０ｍｓｅｃ）を空けて、各第２の送波手段８ａ，８ｂが、順次２回ずつ超音波を送波するように制御する。
【００５８】
すなわち、第２の計時手段１２ｔのスタート後、第２の送波手段８ｂから１回目の超音波パルスを送波し（Ｈ３）、第２の計時手段１２ｔが５０ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｈ４）、第２の送波手段８ｂから２回目の超音波パルスを送波し（Ｈ５）、第２の計時手段１２ｔが１００ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｈ６）、第2 の送波手段８ａから１回目の超音波パルスを送波し（Ｈ７）、第２の計時手段１２ｔが１５０ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｈ８）、第２の送波手段８ａから２回目の超音波パルスを送波し（Ｈ９）、第２の計時手段１２ｔが２００ｍｓｅｃ経過するまで待機して、再びステップＨ１に戻るよう制御される。
【００５９】
一方、第１の制御装置７は、前記計測開始信号の受信終了を認識した後、第１の計時手段７ｔをスタートさせ（Ｆ２）、前記第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波タイミングに同期して、各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波から各第１の受波手段３ａ，３ｂの超音波受波までの時間を計測して、ＣＰＵ（演算手段）７２が各第２の送波手段８ａ，８ｂと各第１の受波手段３ａ，３ｂとの間の距離Ｌ１〜Ｌ４（図８Ａ）を算出する。
【００６０】
すなわち、第１の計時手段７ｔのスタート後、第１の受波手段３ａが前記第２の送波手段８ｂからの超音波パルスを受波した時の第１の計時手段７ｔの値からＬ１を算出し（Ｆ３）、第１の計時手段７ｔが５０ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｆ４）、第１の受波手段３ｂが前記第２の送波手段８ｂからの超音波パルスを受波した時の第１の計時手段７ｔの値からＬ２を算出し（Ｆ５）、第１の計時手段７ｔが１００ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｆ６）、第１の受波手段３ａが前記第２の送波手段８ａからの超音波パルスを受波した時の第１の計時手段７ｔの値からＬ３を算出し（Ｆ７）、第１の計時手段７ｔが１５０ｍｓｅｃ経過するまで待機し（Ｆ８）、第１の受波手段３ｂが前記第２の送波手段８ａからの超音波パルスを受波した時の第１の計時手段７ｔの値からＬ４を算出し（Ｆ９）、所定の移動処理を行い（Ｆ１０）、後述のgoal flgが１であるか否かの判断を行い（Ｆ１１）、Ｙであれば前進してステーション１３内に移動し（Ｆ１２）、Ｎであれば再びステップＦ１に戻る。
【００６１】
なお、本実施例では前記各第２の送波手段８ａ，８ｂからの超音波送波を２回ずつ行ったが、１回ずつにしてもよい。この場合、各送波について、各第１の受波手段３ａ，３ｂが受波を行うことで前記距離Ｌ１〜Ｌ４（図８Ａ）が算出される。
【００６２】
図１０は、前記図９のフローチャートの所定の移動処理（Ｆ１０）の詳細を示すフローチャートである。図１０に示すように、前記移動処理は、まず算出された各距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の値を基に、第２の送波手段８ａ，８ｂの位置を算出する位置算出処理が行われ（Ｇ１）、算出結果はエラーか否かがＣＰＵ（判定手段）７２により判断され（Ｇ２）、エラーでない場合は、８ａ，８ｂの位置を基に８ａ，８ｂを結ぶ直線と、３ａ，３ｂを結ぶ直線の成す角θを算出する方向（姿勢）算出処理が行われ（Ｇ３）、８ａ，８ｂの位置を基に、移動体１の移動目標位置を算出する目標位置算出処理が行われた後（Ｇ４）、移動体１が移動目標位置に移動し（Ｇ５）、前記算出されたθに基づき、移動体１をステーション１３に正対するように回転（姿勢変更）し（Ｇ６）、前記移動した距離が所定値以下か否かが判断され（Ｇ７）、所定値以下の場合はgoal flg =１が記憶部７３に記憶され（Ｇ８）、所定値より大きい場合はgoal flg =０が記憶部７３に記憶される（Ｇ１１）。なお、前記ステップＧ２において、算出結果がエラーと判断された場合は、所定の位置＆方向補正処理が行われ（Ｇ１０）、goal flg =０が記憶部７３に記憶される（Ｇ１１）。
【００６３】
図１４、図１５は、図１０のフローチャートに含まれる「位置算出処理」ルーチン（Ｇ１）の詳細を示すフローチャートである。図１４、図１５のステップＭ１〜Ｍ２５に従って処理することで、前記ＣＰＵ（演算手段）７２による前記各送受波手段の間の距離の算出が正常に行われたかどうかを前記ＣＰＵ（判定手段、比較手段）７２が判定し、該ＣＰＵ７２の判定結果や比較結果に応じて異なる処理が行われる（図１０のＧ２）。なお、図１４、図１５中この中で示されているｘｙ座標値は、図１６に示すように、移動体１の走行車輪６ａ，６ｂを結ぶ線分の中点を原点とし、６ａ，６ｂを結ぶ直線をｘ軸とし、ｘ軸に直交する直線をｙ軸とした場合の位置を示し、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ、３ａ，３ｂ，８ｂ，８ａの位置を示し、Ｄ１は予め記憶された３ａ，３ｂ間の距離を示し、Ｄ２は予め記憶された８ａ，８ｂ間の距離を示す。
【００６４】
すなわち、ＣＰＵ（判定手段、比較手段）７２は、例えば、下記のようにして、距離の算出が正常に行われたかどうかを判定する。
【００６５】
(1) Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４がすべて測定できた場合は、距離の算出が正常に行われたと判定する。
この場合、
(1-1)三角形ＡＢＣの３辺の長さから点Ｃの位置を算出し、
(1-2)三角形ＡＢＤの３辺の長さから点Ｄの位置を算出し、
(1-3)点Ａを中心とする半径Ｌ１の円と、(1-2) で算出した点Ｄの位置を中心とする半径Ｄ２の円との交点として点Ｃの位置を算出し、
(1-4)点Ｂを中心とする半径Ｌ４の円と、(1-1) で算出した点Ｃの位置を中心とする半径Ｄ２の円との交点として点Ｄの位置を算出し、
(1-5)前記(1-1) で算出した点Ｃの位置と、(1-3) で算出した点Ｃの位置の平均値を点Ｃの位置とし、
(1-6)前記(1-2) で算出した点Ｄの位置と、(1-4) で算出した点Ｄの位置の平均値を点Ｄの位置とすることで、
点Ｃ，Ｄの位置を決定する。
【００６６】
(2) Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４が測定できて、Ｌ２が測定できなかった場合は、距離の算出が正常に行われたと判定する。
この場合、
(2-1)三角形ＡＢＤの３辺の長さから点Ｄの位置を算出し、
(2-2)点Ａを中心とする半径Ｌ１の円と、(2-1) で算出した点Ｄの位置を中心とする半径Ｄ２の円との交点として点Ｃの位置を算出することで、
点Ｃ，Ｄの位置を決定する。
【００６７】
(3) Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４が測定できて、Ｌ３が測定できなかった場合は、距離の算出が正常に行われたと判定する。
この場合、
(3-1)三角形ＡＢＣの３辺の長さから点Ｃの位置を算出し、
(3-2)点Ｂを中心とする半径Ｌ４の円と、(3-1) で算出した点Ｃの位置を中心とする半径Ｄ２の円との交点として点Ｄの位置を算出することで、
点Ｃ，Ｄの位置を決定する。
【００６８】
(4) 一方、下記の場合は距離の算出が正常に行われなかった（エラー）と判定する。
(4-1)Ｌ１が測定できなかった場合
(4-2)Ｌ４が測定できなかった場合
(4-3)Ｌ２とＬ３がどちらも測定できなかった場合
(4-4)Ｌ１＋Ｌ２が、Ｄ１より小さい場合
(4-5)Ｌ３＋Ｌ４が、Ｄ１より小さい場合
(4-6)Ｌ１とＬ２との差の絶対値がＤ１より大きい場合
(4-7)Ｌ３とＬ４との差の絶対値がＤ１より大きい場合
【００６９】
図１７Ａ〜Ｃは、図１０の移動処理のフローチャートに含まれる「位置＆方向補正処理」（Ｇ１０）を説明する平面図である。距離Ｌ１〜Ｌ４が測定できたかどうかの判別は、図１４に示す位置算出処理内で行われるが、送波してから所定時間内に受波しなかった場合や、送波してから受波するまでの時間が所定値以下であった場合を測定失敗とみなし、また、Ｌ１とＬ２の合計が、移動体１の超音波センサー間の距離Ｄ１より短かった場合や、Ｌ３とＬ４の合計が、ステーション１３側の超音波センサー間の距離（Ｄ２）より短かった場合などの正常には有り得ない計測結果を測定失敗とみなして所定の移動や姿勢変更の処理を行う。その具体例は、図１７Ａ〜Ｃに示すとおりである。超音波受波手段は指向性を有しているので、超音波の入射角が大きい場合に測定エラーとなる性質を利用して、ステーション１３と移動体１とのラフな相対位置関係を推測して移動するのである。
【００７０】
＜第２実施例＞
次に、第２実施例について、説明する。なお、以下の実施例において、第１実施例と同様の構成については、同一部分または相当部分に同一符号を付して、その詳しい説明および図示を省略する。
【００７１】
本実施例においては、第２の制御装置１２のＣＰＵ８２が演算手段、判定手段、比較手段の機能を有する。
前記第１の制御モードにおいては、第１の受波手段３ａ，３ｂが超音波を受波するように制御され、第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波してから第１の受波手段３ａ，３ｂが該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記ＣＰＵ（演算手段）７２が前記第１の送波手段２ａ，２ｂから障害物までの距離を算出する。
【００７２】
前記第２の制御モードにおいては、前記第２の受波手段９ａ，９ｂが超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段２ａ，２ｂが超音波を送波してから前記第２の受波手段９ａ，９ｂが該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記ＣＰＵ（演算手段）８２が第１の送波手段２ａ，２ｂから第２の受波手段９ａ，９ｂまでの距離を算出する。
【００７３】
本実施例では、モードの切替を設けなくてもよく、図２７のように、第１の受波手段３ａ，３ｂおよび第２の受波手段９ａ，９ｂが、第１の送波手段２ａ，２ｂから送波された同じ超音波を受波するように制御されてもよい。このようにすれば、１回の超音波の送波で２つの距離を計測することができる。
【００７４】
また、前記第１実施例では、前記「ラフな方向合わせ」や「目標位置への移動処理」においてステーション１３から送波した超音波を移動体１が受波するように構成したが、本実施例では、逆に、移動体１から送波した超音波をステーション１３が受波するように構成するようにしており、超音波の送波から受波までの時間の算出や距離の計測をステーション１３側のＣＰＵ８２が行う。
【００７５】
なお、本実施例では、ステーション１３側で行った計測結果をステーション１３から移動体１に送信するか、もしくは、ステーション１３から移動体１に該計測結果に基づく移動命令を送信するようにしても良い。
【００７６】
本実施例では、図９、図１１のフローチャートに示す流れに代えて、移動体１から送波した超音波パルスをステーション１３側で受ける場合の図１２、図１３のフローチャートに示す流れで移動処理が行われる。なお、図１２の各ステップＪ１〜Ｊ１３は第１の制御装置７の制御の流れを示し、図１３の各ステップＫ１〜Ｋ１１は第２の制御装置１２の制御の流れを示す。
【００７７】
＜第３実施例＞
本実施例では、目標物１３が移動可能な構成とされており、該目標物１３の移動は制御手段により制御され、所定の場合に、該目標物が移動するように制御される。
以下、前記第１実施例の移動体１と同様の構成（図１Ａ，Ｂ、図２Ａ）を有する移動体を２台用いた場合（移動体１０１，１０２）を例にとって説明する。この場合、両移動体１０１，１０２は互いに相手をステーション（目標物）１３として前記第１または第２実施例と同様の動作を行うことができる。
【００７８】
２台の移動体の位置合わせ：
図１８Ａ〜Ｄは、２台の移動体１０１，１０２が、それぞれ相手側をステーションとみなして位置計測を行い、相手の移動体の回転中心Ｏ１，Ｏ２の位置を算出して、その方向に向くように回転することによって、２台の移動体が正対し、所定の相対位置に移動する流れを示している。なお、同図中、Ａ，Ｂは、それぞれ、第１の移動体１０１側の送受波手段２ａ，３ａと２ｂ，３ｂとを示し、Ｃ，Ｄは、それぞれ、第２の移動体１０２側の送受波手段２ａ，３ａと２ｂ，３ｂとを示す。
【００７９】
図１８Ａのように、第１の移動体１０１の制御装置７（図２Ａ）は、第２の移動体１０２の送受波手段Ｃ，Ｄが超音波を送波してから、第１の移動体の送受波手段Ａ，Ｂがその超音波を受波するまでの時間を計測することにより、第２の移動体１０２の複数の送受波手段Ｃ，Ｄと第１の移動体１０１の複数の送受波手段Ａ，Ｂとの間の複数の距離値Ｌ１〜Ｌ４を計算する。そして、その複数の距離値Ｌ１〜Ｌ４と、予め記憶されている第２の移動体１０２の旋回中心Ｏ２と送受波手段Ｃ，Ｄとの位置関係の情報に基づいて、第１の移動体１０１から見た第２の移動体１０２の旋回中心Ｏ２の方向（角度θ１）を算出する（図１８Ｂ）。角度θ１の算出は、例えば、前記第１実施例の図１０で示した方法で算出される。
【００８０】
同様に、第２の移動体１０２の制御装置７（図２Ａ）は、第１の移動体１０１の送受波手段Ａ，Ｂが超音波を送波してから、第２の移動体の送受波手段Ｃ，Ｄがその超音波を受波するまでの時間を計測することにより、第１の移動体１０１の複数の送受波手段Ａ，Ｂと第２の移動体１０２の複数の送受波手段Ｃ，Ｄとの間の複数の距離値Ｌ１〜Ｌ４を計算する。そして、その複数の距離値Ｌ１〜Ｌ４と、予め記憶されている第１の移動体１０１の旋回中心Ｏ１と送受波手段Ａ，Ｂとの位置関係の情報に基づいて、第２の移動体１０２から見た第１の移動体１０１の旋回中心Ｏ１の方向（角度θ２）を算出する（図１８Ｂ）。
【００８１】
そして、前記角度θ１，θ２に基づいて各移動体１０１，１０２を回転させる（姿勢変更する）。すなわち、図１８Ｃのように、第１の移動体１０１が前記算出された角度θ１だけ反時計周りに回転し、第２の移動体１０２が前記算出された角度θ２だけ反時計回りに回転することで、各移動体１０１，１０２を互いに正対させる。この正対の後、図１８Ｄのように、第１の移動体１０１は、第２の移動体１０２を目標物として、正対の姿勢を維持した状態で、第２の移動体１０２に向かって前進する。
【００８２】
複数の移動体を用いたジグザグ走行の例：
図１９は、第２および第３の移動体１０２，１０３を用いて、第１の移動体１がジグザグ走行することを示す。第３の移動体１０３は、第２の移動体と同様の構成である。この場合、第１の移動体１は目標物としての第２または第３の移動体１０２，１０３に向かって直進走行し、さらに、目標物としての移動体１０２、１０３が前記第１の移動体１０１の直進方向９５に略直交する幅方向９６に移動するので、広い面積でのジグザグ走行作業を正確に行なえる。
【００８３】
第１の移動体１０１が第２および第３の移動体１０２，１０３に向かって直進する制御は、第１の移動体１０１が直進しながら、繰り返し、所定の姿勢調整を行うことで行われる。すなわち、第１の移動体１０１上の２つの異なる点Ａ，Ｂと、第２の移動体上の１つの点との間の距離Ｌ１，Ｌ２を計測し、該距離値Ｌ１，Ｌ２が等しくなるように方向を修正しながら直進することにより、第２の移動体１０２に向かって直進する。たとえば、第１の移動体１０１の送受波手段Ａ，Ｂと第２または第３の移動体１０２，１０３の送受波手段との距離Ｌ１，Ｌ２を計測し、Ｌ１＞Ｌ２の場合、右へカーブ（時計回りに姿勢変更）し、Ｌ１＜Ｌ２の場合、左へカーブ（反時計回りに姿勢変更）する。
【００８４】
そして、第１の移動体１０１と第２または第３の移動体１０２、１０３との間の距離が所定の距離以下になるか、あるいは、第１の移動体１０１が所定の距離進んだことを検出して、該移動体１０２、１０３へ向かっての直進を終了して、横方向９６へ移動する。
【００８５】
第１の移動体１０１はジグザグ走行を行なうため、走行距離が長く、目標物がないと走行中にジャイロセンサー（方向センサー）の累積誤差によって走行方向にずれが生じるが、第１の移動体１０１の複数の超音波送受波手段Ａ，Ｂと目標物（移動体１０２，１０３）の送受波手段との距離が等しくなるように移動体１の走行方向を制御することにより、目標物に向かってまっすぐに直進することが可能になる。
【００８６】
一方、第２の移動体１０２は、第１の移動体１が往路走行中は停止しており、第１の移動体１０１が第２の移動体１０２へ向かっての直進を終了した後に、第１の移動体１が横移動中及び復路走行中に、所定距離だけ横方向９６に移動して次の往路位置に移る。
【００８７】
第３の移動体１０３は、第１の移動体１が復路走行中は停止しており、第１の移動体１０１が第３の移動体１０３へ向かっての直進を終了した後に、第１の移動体１が横移動中及び往路走行中に、所定距離だけ横方向９６に移動して次の復路位置に移る。
【００８８】
該移動体２，３の移動距離は移動体１に比べて小さく作業中のジャイロセンサーの累積誤差も小さいため、ジャイロセンサーによる直進制御だけで十分に正確な直進が可能である。また、図１９に示すように、第１の移動体１０１の目標物である第２の移動体１０２、第３の移動体１０３の直進のためのガイド９１，９２を設けて、第１の移動体１０１と同様の方法でＬ５＝Ｌ６とした状態で、第２および第３の移動体１０２，１０３がガイド９１，９２に向かって直進するようにしても良く、その場合は高価なジャイロセンサーを省くことができる。
【００８９】
図２０、図２１は、目標物に向かって直進する場合の制御の別の例を示す。本例では、Ｌ１とＬ２を同時に測定するのではなく、所定の時間間隔を空けて、順次、測定するように構成している。すなわち、距離Ｌ１を測定した時点での走行距離Ｄ１と、距離Ｌ２を測定した時点での走行距離Ｄ２とは異なる。
【００９０】
超音波センサーを障害物センサーとして使用する場合、送波・受波を、一つずつ順次行なうように構成することが一般的に行なわれるため、障害物検出と目標物検出を同じセンサーで行なう場合には、本実施例のように、受波手段を一つずつ順次、受波するように構成すると回路の構成が簡単になる。
【００９１】
この例の場合、Ｌ１の測定からＬ２の測定の間に、移動体が（Ｄ２−Ｄ１）だけ進んでいるので、Ｌ１とＬ２の比較の際に、この進んだ距離を考慮に入れて行なうことにより、正確な比較を行なうことができる。
【００９２】
この制御は、例えば、図２１のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ８に従って行われる。すなわち、第１の移動体１０１が直進中、障害物検知モードで左横、右横、左前、右前の障害物までの距離を測定し、障害物対応処理を行い（Ｓ１，Ｓ２）、目標検知モードで目標（第２の移動体１０２）の右横超音波センサーＤと第１の移動体１０１の左前超音波センサーＢとの距離Ｌ１を計測し（Ｓ３）、Ｌ１計測の際の走行距離Ｄ１を記憶し（Ｓ４）、所定時間の後、目標検知モードで目標（第２の移動体１０２）の右横超音波センサーＤと第１の移動体１０１の右前超音波センサーＡとの距離Ｌ２を計測し（Ｓ５）、Ｌ２計測の際の走行距離Ｄ２を記憶し（Ｓ６）、Ｌ１＞Ｌ２＋（Ｄ２−Ｄ１）の場合、右へカーブするよう制御され、Ｌ１＜Ｌ２＋（Ｄ２−Ｄ１）の場合、左へカーブするよう制御され（Ｓ７）、次いで、距離Ｌ２が所定値以下か否かを判断して（Ｓ８）、所定値以下ならば移動体１０１の前進を停止させ、所定値より大きいならば、再びステップＳ１に戻る。
【００９３】
図２１におけるＬ１計測のフローは、図２２のフローチャートに従って行われ、Ｌ２計測のフローは図２３のフローチャートにしたがって行われる。この場合の目標物（移動体１０２）側の制御フローは、図２４のとおりである。
【００９４】
図２５、図２６は、目標物に向かって直進する前に、移動体の方向を目標物に向かうように方向（姿勢）を修正する工程を説明する平面図とフローチャートである。
図２５に示すように、第１の移動体１０１は、その場で旋回をしながら、Ｌ１とＬ２を計測し、Ｌ１とＬ２の値がほぼ等しくなった時にその場旋回を停止することにより、直進開始時の走行方向を目標物に向かう方向に修正することができる。その詳しい制御は、図２６のとおりである。
【００９５】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、目標物としては、充電ステーションに限らず、清掃ロボットのゴミ回収装置であってもよいし、単に移動体の方向を定めるガイドのようなものであってもよい。
また、前記実施例では、移動体、目標物の双方に、送波手段と受波手段を設けたが、一方に送波手段、他方に受波手段を設ける構成としてもよい。送信手段および受信手段についても同様である。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、自走して清掃やワックス塗布などの作業を行う自走式作業ロボットの他、全方向移動機能を有し人を乗せて所定の座席位置まで自律走行で移動するインテリジェント電動車椅子などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】ＡおよびＢは、それぞれ、本発明の第１実施例にかかるシステムを示す平面図、同側面図である。
【図２】Ａは同システムの構成を示す概略構成図、Ｂは超音波パルスを走波する送波手段と超音波パルスを受波する受波手段を示す斜視図である。
【図３】本自律移動ロボットが障害物を検出する原理を示す側面図である。
【図４】本実施例の自律移動ロボットが、充電などのメンテナンスを行なうステーションとの間で自動メンテナンス作業を行なう際の流れを示すフローチャートである。
【図５】Ａ〜Ｃは、それぞれ、図４のフローチャートの「ラフな方向合せ」の例を示す平面図である。
【図６】Ａ〜Ｅは、それぞれ、「ラフな方向合せ」の別の例を示す平面図である。
【図７】Ａ〜Ｄは、それぞれ、「ラフな方向合せ」の別の例を示す平面図である。
【図８】Ａ〜Ｃは、それぞれ、自律移動ロボットがステーションに対する所定の位置（目標位置）へ移動する移動処理を示す平面図である。
【図９】第１の制御装置における目標位置の計測および移動の流れを示すフローチャートである。
【図１０】移動処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】第２の制御装置における目標位置の計測の流れを示すフローチャートである。
【図１２】第２実施例における第１の制御装置における目標位置の計測および移動の流れを示すフローチャートである。
【図１３】同第２の制御装置における目標位置の計測の流れを示すフローチャートである。
【図１４】図１０のフローチャートに含まれる「位置算出処理」ルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図１５】図１０のフローチャートに含まれる「位置算出処理」ルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図１６】位置算出処理を示す平面図である。
【図１７】Ａ〜Ｃは、それぞれ、図１０のフローチャートに含まれる「位置＆方向補正処理」を示す平面図である。
【図１８】Ａ〜Ｄは、それぞれ、第３実施例の２台の移動体が、所定の相対位置に移動する流れを示す平面図である。
【図１９】同２台以上の移動体を用いて広い面積でのジグザグ走行作業を行うことを示す平面図である。
【図２０】目標物に向かって直進する場合の別の例を示す平面図である。
【図２１】目標物に向かって直進する場合の別の例を示すフローチャートである。
【図２２】Ｌ１計測のフローを示すフローチャートである。
【図２３】Ｌ２計測のフローを示すフローチャートである。
【図２４】目標物側のフローを示すフローチャートである。
【図２５】目標物に向かって直進する前に、移動体の方向を目標物に向かうように修正する工程を示す平面図である。
【図２６】目標物に向かって直進する前に、移動体の方向を目標物に向かうように修正する工程を示すフローチャートである。
【図２７】第２実施例における移動体と障害物および目標物との距離計測を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１：移動体
2a,2b,2c,2d ：第1 の送波手段 2a,2b は前方向 2cは右横方向 2dは左横方向
3a,3b,3c,3d ：第1 の受波手段 3a,3b は前方向 3cは右横方向 3dは左横方向
4 ：第1 の送信手段
5a,5b,5c,5d ：第1 の受信手段
7 ：第1 の制御装置
8a,8b ：第2 の送波手段
9a,9b ：第2 の受波手段
10：第2 の送信手段
11：第2 の受信手段
12：第2 の制御装置
13：ステーション
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、
前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、
前記目標物は、超音波を送波する第２の送波手段を有し、
前記第１および第２の送波手段と第１の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、
前記自律走行移動体と障害物との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、前記自律走行移動体と前記目標物との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記制御手段が前記第１および第２の送波手段と第１の受波手段とを制御し、
前記第１の制御モードにおいては、前記第１の送波手段が超音波を送波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出し、
前記第２の制御モードにおいては、前記第２の送波手段が超音波を送波するように制御され、前記第２の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第２の送波手段から前記第１の受波手段までの距離を算出する、
ことを特徴とする移動体システム。
【請求項２】
自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、
前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、
前記目標物は、超音波を受波する第２の受波手段を有し、
前記第１の送波手段と第１および第２の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、
前記自律走行移動体と障害物との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、前記自律走行移動体と前記目標物との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記制御手段が前記第１の送波手段および第１および第２の受波手段を制御し、
前記第１の制御モードにおいては、前記第１の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出し、
前記第２の制御モードにおいては、前記第２の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第２の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から前記第２の受波手段までの距離を算出する、
ことを特徴とする移動体システム。
【請求項３】
自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、
前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、
前記目標物は、超音波を受波する第２の受波手段を有し、
前記第１の送波手段と第１および第２の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、
前記第１および第２の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出すると共に、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第２の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から前記第２の受波手段までの距離を算出する、
ことを特徴とする移動体システム。
【請求項４】
自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、
前記自律走行移動体または目標物の一方に、超音波を送波する一対の送波手段が互いに離間して設けられ、他方に超音波を受波する一対の受波手段が互いに離間して設けられており、
前記各送波手段および各受波手段と前記自律走行移動体の移動および姿勢とを制御する制御手段が設けられており、
前記各送波手段が超音波を送波し、かつ、該超音波を前記各受波手段が受波するように制御され、前記各送波手段が超音波を送波してから前記各受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記各第１の送波手段から前記各第２の受波手段までの距離の少なくとも３つの距離を算出し、
前記一対の第２の送波手段のうちの一方からの超音波の送波と、他方からの超音波の送波とが、所定の時間間隔を空けて行われるように、前記各送波手段が制御される移動体システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、前記自律走行移動体と目標物との間で超音波の送波のタイミングを認識するための信号を送受信する送信手段および受信手段が設けられている、移動体システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項において、前記自律走行移動体は、指向性を有する信号を送信する第１の送信手段を更に有し、
前記目標物は、前記信号を受信する第２の受信手段を更に有し、
前記第１の送信手段および第２の受信手段は前記制御手段により制御され、
前記自律走行移動体の姿勢を変更しながら第１の送信手段が前記信号を繰り返し送信する動作を行い、該動作において前記信号を第２の受信手段が受信することを条件として前記自律走行移動体の姿勢変更を停止するように制御されることで、前記自律走行移動体の前記目標物に対する姿勢を調整する、移動体システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項において、前記演算手段により算出された前記各送波手段と前記各受波手段との間の複数の距離を比較する比較手段が設けられており、
前記算出された距離のうち、前記送波手段の一方からの前記各受波手段までの２つの距離、または、前記受波手段の一方からの前記各送波手段までの２つの距離を、前記比較手段が比較し、該比較手段の比較結果に応じて前記自律走行移動体の姿勢変更が行われるように制御される移動体システム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項において、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離が正常に算出されたか否かを判定する判定手段が設けられ、
前記演算手段による前記各送波手段と前記各受波手段との間の距離の算出が正常に行われたかどうかを前記判定手段が判定し、該判定手段の判定結果に応じて前記自律走行移動体の移動および／または姿勢の変更が行われるように制御される移動体システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項において、前記目標物は移動可能であり、
前記目標物の移動は前記制御手段により制御され、
所定の場合に、前記目標物が移動するように制御される移動体システム。
【請求項１】
自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、
前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、
前記目標物は、超音波を送波する第２の送波手段を有し、
前記第１および第２の送波手段と第１の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、
前記自律走行移動体と障害物との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、前記自律走行移動体と前記目標物との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記制御手段が前記第１および第２の送波手段と第１の受波手段とを制御し、
前記第１の制御モードにおいては、前記第１の送波手段が超音波を送波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出し、
前記第２の制御モードにおいては、前記第２の送波手段が超音波を送波するように制御され、前記第２の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第２の送波手段から前記第１の受波手段までの距離を算出する、
ことを特徴とする移動体システム。
【請求項２】
自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、
前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、
前記目標物は、超音波を受波する第２の受波手段を有し、
前記第１の送波手段と第１および第２の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、
前記自律走行移動体と障害物との間の距離を計測する第１の制御モードでの運転と、前記自律走行移動体と前記目標物との間の距離を計測する第２の制御モードでの運転とを切り替えて行うように、前記制御手段が前記第１の送波手段および第１および第２の受波手段を制御し、
前記第１の制御モードにおいては、前記第１の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出し、
前記第２の制御モードにおいては、前記第２の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第２の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から前記第２の受波手段までの距離を算出する、
ことを特徴とする移動体システム。
【請求項３】
自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、
前記自律走行移動体は、超音波を送波する第１の送波手段と、超音波を受波する第１の受波手段とを有し、
前記目標物は、超音波を受波する第２の受波手段を有し、
前記第１の送波手段と第１および第２の受波手段とを制御する制御手段が設けられており、
前記第１および第２の受波手段が超音波を受波するように制御され、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第１の受波手段が該超音波の反射波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から障害物までの距離を算出すると共に、前記第１の送波手段が超音波を送波してから前記第２の受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記第１の送波手段から前記第２の受波手段までの距離を算出する、
ことを特徴とする移動体システム。
【請求項４】
自走する自律走行移動体と、該自律走行移動体が向かう目標物と、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離を算出する演算手段とを備えた移動体システムであって、
前記自律走行移動体または目標物の一方に、超音波を送波する一対の送波手段が互いに離間して設けられ、他方に超音波を受波する一対の受波手段が互いに離間して設けられており、
前記各送波手段および各受波手段と前記自律走行移動体の移動および姿勢とを制御する制御手段が設けられており、
前記各送波手段が超音波を送波し、かつ、該超音波を前記各受波手段が受波するように制御され、前記各送波手段が超音波を送波してから前記各受波手段が該超音波を受波するまでの時間に基づいて、前記演算手段が前記各第１の送波手段から前記各第２の受波手段までの距離の少なくとも３つの距離を算出し、
前記一対の第２の送波手段のうちの一方からの超音波の送波と、他方からの超音波の送波とが、所定の時間間隔を空けて行われるように、前記各送波手段が制御される移動体システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、前記自律走行移動体と目標物との間で超音波の送波のタイミングを認識するための信号を送受信する送信手段および受信手段が設けられている、移動体システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項において、前記自律走行移動体は、指向性を有する信号を送信する第１の送信手段を更に有し、
前記目標物は、前記信号を受信する第２の受信手段を更に有し、
前記第１の送信手段および第２の受信手段は前記制御手段により制御され、
前記自律走行移動体の姿勢を変更しながら第１の送信手段が前記信号を繰り返し送信する動作を行い、該動作において前記信号を第２の受信手段が受信することを条件として前記自律走行移動体の姿勢変更を停止するように制御されることで、前記自律走行移動体の前記目標物に対する姿勢を調整する、移動体システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項において、前記演算手段により算出された前記各送波手段と前記各受波手段との間の複数の距離を比較する比較手段が設けられており、
前記算出された距離のうち、前記送波手段の一方からの前記各受波手段までの２つの距離、または、前記受波手段の一方からの前記各送波手段までの２つの距離を、前記比較手段が比較し、該比較手段の比較結果に応じて前記自律走行移動体の姿勢変更が行われるように制御される移動体システム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項において、超音波が送波されてから受波されるまでの時間に基づいて距離が正常に算出されたか否かを判定する判定手段が設けられ、
前記演算手段による前記各送波手段と前記各受波手段との間の距離の算出が正常に行われたかどうかを前記判定手段が判定し、該判定手段の判定結果に応じて前記自律走行移動体の移動および／または姿勢の変更が行われるように制御される移動体システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項において、前記目標物は移動可能であり、
前記目標物の移動は前記制御手段により制御され、
所定の場合に、前記目標物が移動するように制御される移動体システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００７−２１３１８０（Ｐ２００７−２１３１８０Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０５５２（Ｐ２００６−３０５５２）
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（０００２２３９８６）フィグラ株式会社 (68)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（０００２２３９８６）フィグラ株式会社 (68)
【Ｆターム（参考）】
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