走行装置
【課題】自律歩行が困難な歩行者を安全に先導することができる歩行支援装置を提供する。
【解決手段】移動方向を入力する操作入力部１７を有するとともに、走行部を有して任意の方向に走行可能な自走体２と、前記操作入力部で入力された移動方向に基づいて前記自走体の走行を制御する走行制御手段５１と、前記自走体の周囲の障害物の位置を検出する障害物検出手段５２と、前記障害物検出手段で検出した障害物の位置情報と前記走行制御手段の指令値とに基づいて自走体の前記障害物への接触の有無を判定する障害物接触判定手段５３と、該障害物接触判定手段の判定結果に基づいて前記走行制御手段の走行方向を補正する走行方向補正手段５４とを備えている。
【解決手段】移動方向を入力する操作入力部１７を有するとともに、走行部を有して任意の方向に走行可能な自走体２と、前記操作入力部で入力された移動方向に基づいて前記自走体の走行を制御する走行制御手段５１と、前記自走体の周囲の障害物の位置を検出する障害物検出手段５２と、前記障害物検出手段で検出した障害物の位置情報と前記走行制御手段の指令値とに基づいて自走体の前記障害物への接触の有無を判定する障害物接触判定手段５３と、該障害物接触判定手段の判定結果に基づいて前記走行制御手段の走行方向を補正する走行方向補正手段５４とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、色弱者等の自律歩行が困難な歩行者の歩行を支援する走行支援装置、高齢者等の移動を支援するシニアカー、配膳車等の移動をパワーアシストするパワーアシストカート等の走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の走行支援装置としては、大別すると歩行者を目的地に案内する案内ロボットと、盲導犬の変わりになるような盲導装置とに分類される。
案内ロボットとしては、目的地に移動する際の方向指示等、被案内者が目的地へ移動する際に必要な情報をディスプレイに表示し、且つ被案内者を先導しながら目的地へ案内する案内ロボットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の案内ロボットとして、被案内者が目的へ移動する際に必要な情報を、ディスプレイに表示するとともにスピーカから音声で出力し、且つ被案内者を先導しながら目的地へ案内する案内ロボットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、他の案内ロボットとして、カメラ等の撮像手段を用いた画像処理により、被案内者の特徴部位を抽出して被案内者を特定し、特定した被案内者に対して特徴部位を参照しつつ、被案内者を先導しながら目的地へ案内する案内用自律移動ロボットが提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００４】
一方、盲導装置としては、障害物や使用者に接近してくるもの、段差などの使用者にとって回避対象となるものを検出して、進行方向に対する進路の修正を行うか、進行方向に対してブレーキをかけることで使用者の誘導を行うようにした盲導装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
また、他の盲導装置として、モニターテレビの画像をメモリーチップに記憶した画像と照合することにより、モニターテレビで撮像した画像が何であるかを判断して使用者に音声で知らせるとともに、突発的に入った画像であるときにはブレーキに信号を送るようにした盲導犬ロボットが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００５】
さらに、目が不自由な飼い主と盲導犬のように接触して誘導するロボットであって、飼い主を認識する手段と、飼い主がロボットに接触していることを認知する手段を備え、飼い主がロボットから離れると飼い主を探して接触する機能を備えたロボットが提案されている（例えは、特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５２５０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２７６０８０号公報
【特許文献３】特開２００３−２８０７３９号公報
【特許文献４】特開平１１−２２１２５９号公報
【特許文献５】特開２００３−２２５２６６号公報
【特許文献６】特開２００６−３４５９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された案内ロボットにあっては、被案内者を画像や音声で目的地まで案内することは可能であるが、目が不自由な歩行者に対して案内誘導することはできないという未解決の課題がある。
これに対して、特許文献１〜３に記載された盲導装置では、予め目的地が入力されている場合には、目が不自由な歩行者に対して案内誘導し、直前の障害物に対しては回避することはできるが、具体的にどのように障害物を検知して判別して視覚障害者を誘導するかについては具体的な記載がなく、盲導犬の変わりになる盲導装置を形成することは不可能であるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、障害物を検知して安全に走行することができる走行装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る走行装置の第１の態様は、移動方向を入力する操作入力部を有するとともに、走行部を有して任意の方向に走行可能な自走体と、前記操作入力部で入力された移動方向に基づいて前記自走体の走行を制御する走行制御手段と、前記自走体の周囲の障害物の位置を検出する障害物検出手段と、前記障害物検出手段で検出した障害物の位置情報と前記走行制御手段の指令値とに基づいて自走体の前記障害物への接触の有無を判定する障害物接触判定手段と、該障害物接触判定手段の判定結果に基づいて前記走行制御手段の走行方向を補正する走行方向補正手段とを備えている。
【０００９】
また、本発明に係る走行装置の第２の態様は、前記走行方向補正手段が、障害物との走行軌跡と距離とに基づいて算出される危険度を前記移動速度及び旋回速度の関係で表す危険度マップを有し、前記移動速度及び旋回速度をもとに前記危険度マップを参照して走行方向を補正する。
また、本発明に係る走行装置の第３の態様は、前記走行方向補正手段は、障害物に対する到達時間に基づいて危険領域及び斡旋領域を設定した到達時間マップを有し、前記移動速度及び旋回速度をもとに前記到達時間マップを参照して走行方向を補正する。
【００１０】
また、本発明に係る走行装置の第４の態様は、前記走行制御手段は、前記操作入力部の入力に応じて前記自走体の移動速度を演算する移動速度検出手段と、前記操作入力部の入力に応じて前記自走体の旋回速度を検出する旋回速度検出手段とを備え、前記障害物接触判定手段は、前記自走体の移動速度及び旋回速度に基づいて前記障害物との接触を判定する。
【００１１】
また、本発明に係る走行装置の第５の態様は、前記自走体が、基台の前方側上面に後方側に傾斜しながら延長する支持腕が形成された構成を有し、該支持腕の上部に歩行者が把持して移動方向を入力する操作入力部が形成されている。
また、本発明に係る走行装置の第６の態様は、前記自走体が、前記歩行者の肩幅以上の幅を有し、後方側に歩行支援する歩行者の下肢を収める凹部が形成され、前記歩行者を後方に従えて先導して走行する。
【００１２】
また、本発明に係る走行装置の第７の態様は、前記操作入力部が、歩行者が把持するグリップ部と、該グリップ部に連結された６軸力センサとで構成されている。
また、本発明に係る走行装置の第８の態様は、前記障害物検出手段が、前記自走体の前方側に水平方向に走査するスキャナ式レンジセンサを有し、該スキャナ式レンジセンサで少なくとも自走体の前方側の所定角度範囲を走査して障害物の位置を検出する。
【００１３】
また、本発明に係る走行装置の第９の態様は、前記自走体が、キャスター構造の前輪と、前記走行制御装置によって正逆転駆動される電動モータによって駆動される左右一対の駆動後輪とを備えている。
また、本発明に係る走行装置の第１０の態様は、前記障害物検出手段が、前記自走体の走行方向に先行する走行面との距離を計測する走行面距離検出部と、該走行面距離検出部で検出した計測データに基づいて走行面の段差を障害物として検出する床面判定部とを備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、移動方向を入力する操作入力部を有するとともに走行部を有して任意の方向に走行可能な自走体を有するので、歩行者又は運転者が操作入力部を操作することにより、歩行者又は運転者の意志に応じた方向に自走体が走行制御される。そして、自走体の走行方向について障害物を検出したときに、走行制御手段の走行方向を補正するので、例えば視覚障害者の意志による方向への歩行を先導しながら安全確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る歩行支援装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１の右側面図である。
【図４】図１の底面図である。
【図５】レーザレンジセンサの検出範囲を示す説明図である。
【図６】走行制御装置を示すブロック図である。
【図７】演算処理装置を示すブロック図である。
【図８】走行制御部で実行する走行制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】自走体と障害物との位置関係を示す模式図である。
【図１０】自走体と障害物の位置関係及び危険度マップを示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す障害物への到達時間マップの説明に供する図であり、（ａ）は障害物と走行体との位置関係を示す図、（ｂ）は到達時間マップを示す特性線図である。
【図１２】本発明の他の実施形態における走行制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１２の修正処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る歩行支援装置の一実施形態を示す斜視図、図２は正面図、図３は右側面図、図４は底面図である。
図中、１は走行装置としての歩行支援装置であって、この歩行支援装置１は、任意の方向に走行する自走体２を有する。この自走体２は、底面から見て前端部が尖った流線形状に形成され且つ例えば歩行を支援する歩行者の膝程度の高さを有する基台３を備えている。この基台３は、その後端面側の幅が歩行者の肩幅以上に形成され、且つ後端面に前方側に凹む歩行者の下肢を収容する凹部４が形成されている。
【００１７】
基台３の底面には、前端側にキャスター５が旋回自在に配置され、後方端側の左右位置に駆動輪６Ｌ及び６Ｒが車軸７Ｌ及び７Ｒを左右方向に延長させて回転自在に支持されている。これら駆動輪６Ｌ及び６Ｒの夫々は、車軸７Ｌ及び７Ｒの内側にプーリ８Ｌ及び８Ｒが固定されている。
そして、これらプーリ８Ｌ及び８Ｒと、各駆動輪６Ｌ及び６Ｒの前方側に配置した電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転軸に固定したプーリ１０Ｌ及び１０Ｒとの間に無端のタイミングベルト１１Ｌ及び１１Ｒが巻回されて、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転軸の回転速度と同一回転速度で駆動輪６Ｌ及び６Ｒが回転駆動される。ここで、各電動モータ９Ｌ及び９Ｒには、無励磁状態でブレーキが作動する無励磁作動形ブレーキ１２Ｌ及び１２Ｒが設けられている。
【００１８】
このとき、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転軸の回転速度を等しくすると、回転軸の回転方向に応じて基台３が前後方向に移動し、左側の駆動輪６Ｌの回転速度を右側の駆動輪６Ｒの回転速度より遅い回転速度（又は速い回転速度）で駆動すると基台３が左旋回（又は右旋回）する。
また、左側の駆動輪６Ｌ（又は右側の駆動輪６Ｒ）を停止させた状態で、右側の駆動輪６Ｒ（又は左側の駆動輪６Ｌ）を正回転駆動すると信地左（又は右）旋回状態となる。
さらに、左側の駆動輪６Ｌ（又は右側の駆動輪６Ｒ）を逆回転駆動し、右側の駆動輪６Ｒ（又は左側の駆動輪６Ｌ）を正回転駆動すると超信地左（又は右）旋回状態となる。
【００１９】
このように、左右の駆動輪６Ｌ及び６Ｒの回転速度を制御することにより、基台３を任意の方向に走行させることができる。
また、基台３には、その上面における前端側から後方側に傾斜延長する支持腕１５が固定されている。この支持腕１５の上端部には、基台３と平行に後方に基台３の凹部４の近傍位置まで延長する水平腕１６が形成されている。この水平腕１６の上面における後端側には、走行方向を入力する操作入力部１７が配置されている。この操作入力部１７は、歩行者が一方の手指で把持することが可能なグリップ１８と、このグリップ１８を連結支持して、グリップ１８に加えられたＸＹＺ軸方向の入力を検出する六軸力センサ１９とで構成されている。
【００２０】
また、基台３の先端側の側面に例えば３００度の角度範囲に渡って帯状の開口部２１が形成され、この開口部２１の先端部に対応する内側に水平方向に後方側の９０度の角度範囲を除く２７０度の角度範囲でレーザ光を使用して障害物までの距離を計測するスキャナ式レンジセンサ２２が設けられている。また、水平腕１６の前端側に同様に、水平方向に後方側の９０度の角度範囲を除く２７０度の角度範囲でレーザ光を使用して障害物までの距離を計測するスキャナ式レンジセンサ２３が設けられている。
【００２１】
また、支持腕１５の上端側における裏面側には、例えば上方側の１２０度の角範囲を除く２４０度の角度範囲で斜め下側の障害物までの距離を計測するスキャナ式レンジセンサ２４が設けられ、さらに、支持腕１５のスキャナ式レンジセンサ２４と対向する前端側に斜め下前方の障害物の画像情報を取得するカメラ２５が設けられている。
そして、電動モータ９Ｌ及び９Ｒが、図６に示すように、走行制御装置３０によって、駆動制御される。
【００２２】
この走行制御装置３０は、図６に示すように、自走体２に内蔵するバッテリによって駆動される例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置３１を備えている。この演算処理装置３１は、機能ブロック図で表すと図７に示すように、走行制御部５１と、障害物検出部５２と、障害物接触判定部５３と、走行方向補正部５４とを備えている。また、演算処理装置３１は、図６に示すように、センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１と、速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２と、回転角度位置入力Ｉ／Ｆ６３と、音声出力Ｉ／Ｆ６４とを備えている。
【００２３】
センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１には、前述した操作入力部１７の六軸力センサ１９と、各スキャナ式レンジセンサ２２〜２４と、カメラ２５とが接続されている。そして、センサ信号Ｉ／Ｆ６１では、六軸力センサ１９から出力されるＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に付与される力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚと、Ｘ，Ｙ．Ｚ軸の３軸回りのモーメントＭｘ、Ｍｙ及びＭｚとを読込む。また、センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１では、スキャナ式レンジセンサ２２〜２４から出力される障害物位置情報と、カメラ２５で撮像した画像情報とを読込む。
【００２４】
速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２は、走行制御部５１で生成した速度指令値を、電動モータ９Ｌ及び９Ｒを駆動する自走体２に内蔵するバッテリから電力が供給されたモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力する。回転角度位置入力Ｉ／Ｆ６３は、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転角度位置を検出するエンコーダ６６Ｌ及び６６Ｒから出力される回転角度位置情報を読込み、走行制御部５１へ出力する。
【００２５】
音声出力Ｉ／Ｆ６４は、例えば、障害物検出部５２で障害物の接近を検出したときに出力される音声を含む警報情報をスピーカ６７へ出力する。
走行制御部５１では、図示しない始動スイッチをオン状態とすることにより、図８に示す走行制御処理を実行して、電動モータ９Ｌ及び９Ｒに対する速度指令値を生成する。
この走行制御処理は、先ず、ステップＳ１で、操作入力部１７の六軸力センサ１９から出力されるＸ，Ｙ，Ｚ軸に付与される力Ｆｘ，Ｆｙ及びＦｚと、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸回りのモーメントＭｘ，Ｍｙ及びＭｚを読込む。
【００２６】
次いで、ステップＳ２に移行して、ステップＳ１で入力した力Ｆｚ〜Ｆｚのうち先導を要する歩行者がグリップ１８を把持したか否かを検出するためのＺ軸に付与される力Ｆｚを抽出し、抽出した力Ｆｚが予め設定した把持力閾値Ｆｚｔｈ以上であるか否かを判定する。このステップＳ２の判定結果が、Ｆｚ＜Ｆｚｔｈであるときには、先導を要する歩行者がグリップ１８を把持していないと判断して、前記ステップＳ１に戻り、Ｆｚ≧Ｆｚｔｈとなるまで待機する。一方、ステップＳ２の判定結果が、Ｆｚ≧ＦｚｔｈであるときにはステップＳ３に移行する。
【００２７】
このステップＳ３では、各電動モータ９Ｌ及び９Ｒの無励磁作動形ブレーキ１２Ｌ及び１２Ｒに対して電力を供給してブレーキを解除してからステップＳ４に移行する。このステップＳ４では、ステップＳ１で入力した力Ｆｘ〜Ｆｚ及びモーメントＭｘ〜Ｍｚのうち、自走体２の前後進走行に関与する前後方向の力であるＹ軸方向の力Ｆｙと自走体２の旋回走行に関与するＺ軸回りのモーメントＭｚを算出する。
【００２８】
次いで、ステップＳ５に移行して、自走体２の仮想質量をＭとしたときに、Ｙ軸方向の力Ｆｙに基づいて下記（１）式の演算を行って自走体２の前後進速度Ｖ〔ｍ／ｓ〕を算出し、算出した前後進速度ＶをＲＡＭ等に形成した前後進速度記憶部に更新記憶してからステップＳ６に移行する。
Ｖ＝∫（Ｆｙ／Ｍ）ｄｔ …………（１）
【００２９】
ステップＳ６では、自走体２のＺ軸回りの仮想慣性モーメントをＩｒｚとしたときに、Ｚ軸回りのモーメントＭｚに基づいて下記（２）式の演算を行って旋回速度ω〔ｒａｄ／ｓ〕を算出し、算出した旋回速度ωをＲＡＭ等に形成した旋回速度記憶部に更新記憶してからステップＳ７に移行する。
ω＝∫（Ｍｚ／Ｉｒｚ）ｄｔ …………（２）
【００３０】
このステップＳ７では、算出した前後進速度Ｖ及び旋回速度ωをもとに、図１０に示す危険度マップを参照して後述する修正処理を行ってからステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、ステップＳ５で算出した前後進速度Ｖ及びステップＳ６で算出した旋回速度ωとに基づいて下記（３）式及び（４）式の演算を行って駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪周速度ＶＬ〔ｍ／ｓ〕及びＶＲ〔ｍ／ｓ〕を算出する。
ＶＬ＝Ｖ＋Ｌｗ・ω／２ …………（３）
ＶＲ＝Ｖ−Ｌｗ・ω／２ …………（４）
ここで、Ｌｗは、左右の駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪間距離〔ｍ〕である。
【００３１】
次いで、ステップＳ９に移行して、算出した駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪周速度ＶＬ及びＶＲに基づいて電動モータ９Ｌ及び９Ｒの速度指令値ＶＭＬ及びＶＭＲを算出し、算出した速度指令値ＶＭＬ及びＶＭＲを速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２を介してモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力する。
障害物検出部５２では、スキャナ式レンジセンサ２２及び２３で測定したスキャン角度及び距離検出値を読込み、障害物の位置及び障害物までの距離を算出する。ここで、障害物が複数存在する場合には、各障害物について位置及び障害物までの距離を算出する。
【００３２】
障害物接触判定部５３では、前後進速度記憶部に更新記憶されている前後進速度Ｖ及び旋回速度記憶部に更新記憶されている旋回速度ωを読込むと共に、障害物検出部５２で検出した障害物の位置及び距離に基づいて自走体２が障害物に接触するか可能性を判定する。この障害物接触判定部５３では、障害物の位置及び距離と、自走体２の前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを変化させた場合の様々な走行軌跡を演算し、演算した走行軌跡のなかで障害物と接触する可能性のある走行軌跡を抽出し、抽出した走行軌跡についてこの走行軌跡上の自走体２と障害物までの距離ｄを例えば図９に示すように算出する。
【００３３】
そして、算出した距離ｄと予め設定した危険度を決定する閾値距離Ｄｕとに基づいてｄ＞Ｄｕであるときには、危険度ｕを０に設定し、ｄ≦Ｄｕであるときには、下記（５）式の演算を行って危険度ｕを算出する。
ｕ＝（Ｄｕ−ｄ）／Ｄｕ …………（５）
【００３４】
また、障害物と接触する可能性のある走行軌跡と危険度ｕとに基づいて図１０（ｂ）に示す危険度マップを算出して、ＲＡＭ等に形成した危険度マップ記憶部に記憶する。この危険度マップは、自走体２が図１０（ａ）に示すように自走体２の走行方向の両側にポール等の複数の障害物が存在する場合に、前後進速度Ｖと旋回速度ωとの比で形成する。すなわち、横軸に旋回速度ωをとり、縦軸に前後進速度Ｖをとったときに、図１０（ｂ）で、白地の範囲は危険度ｕが低い領域を表し、ハッチング部分は危険度ｕが高い領域を表している。この危険度マップでは、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの比で設定されたため、原点を中心として放射状の線上の各点では危険度が同じ値となる。このため、危険度は原点を中心とする円周方向の角度θによって調整することが可能となる。
【００３５】
走行方向補正部５４では、前後進速度記憶部に更新記憶されている前後進速度Ｖ及び旋回速度記憶部に更新記憶されている旋回速度ωを読込むと共に、危険度マップ記憶部に記憶されている危険度マップを読込んで、危険度に応じて前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを修正する修正処理を行って走行方向を変更する。
この走行方向の修正処理は、操作入力部１７から入力される指示情報に基づいて算出される前後進速度Ｖ及び旋回速度ωで表される危険度マップ上の点が危険度の低い領域内にある場合には、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωでの走行が可能であり、そのままの走行を許容するが、危険度の高い領域内にある場合には、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωでの走行が不可能であり、危険度の低い速度に補正する。
【００３６】
すなわち、図１０（ｂ）の状態では、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωによってＢ点が指示された場合には、このＢ点が進行方向左側の危険度が高い領域に位置するため、角度θを大きくして危険度が小さい領域となるように旋回速度ωを補正する。逆に、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωによってＣ点が指示された場合には、このＣ点が進行方向右側の危険度が高い領域に位置するため、角度θを小さくして危険度が小さい領域となるように旋回速度ωを補正する。
【００３７】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、図示しない始動スイッチがオフ状態であるときには、自走体２に内蔵するバッテリの電力が走行制御装置３０及びモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに供給されず、電動モータ９Ｌ及び９Ｒは停止状態となっていると共に、無励磁作動形ブレーキ１２Ｌ及び１２Ｒが電力が供給されることなくブレーキ作動状態となっており、自走体２の走行が停止されている。
この自走体２の走行停止状態から、始動スイッチをオン状態とすると、走行制御装置３０及びモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに自走体２に内蔵するバッテリから電力が供給されて自走体２が走行可能状態となる。
【００３８】
このとき、走行制御装置３０に電力が供給されて、走行制御部５１で図８に示す走行制御処理を実行開始する。このとき、先導を要する歩行者が操作入力部１７のグリップ１８を把持していないときには、この操作入力部１７の六軸力センサ１９から出力されるＺ軸方向の力Ｆｚが略“０”であり、把持力閾値Ｆｚｔｈ未満となるので、ステップＳ２でＦｚ≧Ｆｚｔｈとなるまで待機する。このため、電動モータ９Ｌ及び９Ｒに対する速度指令値は出力されることがなく、自走体２は停止状態を維持する。
【００３９】
この自走体２の停止状態で、先導を要する色弱者等の自律歩行が困難な歩行者が自走体２の後方側の凹部４に下肢収納するようにして自走体２の後方に立ち、手で操作入力部１７のグリップ１８を把持すると、これにより、六軸力センサ１９から少なくとも手の重さに応じた把持力閾値Ｆｚｔｈより大きな値のＺ軸方向の力Ｆｚが出力される。
このため、図８の走行制御処理で、ステップＳ２からステップＳ３に移行して、実際の走行制御が開始される。このとき、障害物検出部５２で障害物を検出していない場合について説明する。
【００４０】
歩行者がグリップ１８を把持しながら、進みたい方向を入力すると、これに応じたＸ，Ｙ，Ｚ軸に付与される力Ｆｚ，Ｆｙ及びＦｚが出力されると共に、Ｚ，Ｙ，Ｚ軸回りのモーメントＭｘ，Ｍｙ及びＭｚが出力される。
このとき、歩行者が前進した場合には、グリップ１８を前方に押すことにより、Ｙ軸方向の力Ｆｙが出力される。このため、力Ｆｚに基づいて前出した（１）式にしたがって正値の前後進速度Ｖが算出される（ステップＳ５）。このとき、グリップ１８が回動されていないので、Ｚ軸回りのモーメントＭｚは発生せず、前述した（２）式にしたがって算出される旋回速度ωは“０”となる（ステップＳ６）。
【００４１】
この場合には、旋回速度ωが“０”であるので、前述した（３）式及び（４）式で算出される駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪周速度ＶＬ及びＶＲは互いに等しい前後進速度Ｖとなり、これら車輪周速度ＶＬ及びＶＲに基づいて電動モータ９Ｌ及び９Ｒに対する互いに等しい速度指令値が算出され、この速度指令値が速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２を介してモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力される（ステップＳ７）。
【００４２】
このため、モータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒによって、電動モータ９Ｌ及び９Ｒが互いに等しい速度指令値に応じて回転駆動されることにより、自走体２が前方に直進する。
一方、歩行者がグリップ１８を前方に傾倒させながら例えば時計方向に回動させる力を付与すると、これに応じたＹ軸方向に付与される力ＦｙとＺ軸回りのモーメントＭｚが六軸力センサ１９から出力される。
【００４３】
このため、ステップＳ７で、Ｚ軸回りのモーメントＭｚに基づいて正値の旋回速度ωが算出されることになり、この旋回速度ωとステップＳ６で算出される前後進速度Ｖとに基づいて前述した（３）式及び（４）式の演算を行うことにより、左駆動輪６Ｌの車輪周速度ＶＬが前後進速度Ｖより速くなり、右駆動輪６Ｒの車輪周速度ＶＲが前後進速度Ｖより遅くなる。そして、これら車輪周速度ＶＬ及びＶＲに応じた速度指令値が速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２を介してモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力される。このため、電動モータ９Ｌが電動モータ９Ｒに比較して速い回転速度で駆動されることにより、自走体２が右旋回しながら前進する。
このように、自走体２の進行方向に障害物が存在しない場合には、上述したように、グリップ１８に入力される進行方向指示及び旋回指示に応じて自走体２が自由に走行することができる。
【００４４】
しかしなから、自走体２には、基台３の先端部にスキャナ式レンジセンサ２２が配設され、支持腕１５の上端にもスキャナ式レンジセンサ２３が配置されている。このため、スキャナ式レンジセンサ２２では、走行面に近い水平方向の図５で扇状領域Ａ１の障害物を検出し、スキャナ式レンジセンサ２３では、歩行者の胸部位置に近い水平方向の図５で扇状領域Ａ２の障害物を検出する。このように、スキャナ式レンジセンサ２２及び２３では、レーザ光で水平面を走査するので、レーザ光の出射角度と出射時間から障害物で反射して戻るまでの時間を計測することにより、障害物までの距離を検出することができる。したがって、スキャナ式レンジセンサ２２及び２３によって、自走体２から見た障害物の幅も検出することができる。
【００４５】
そして、障害物検出部５２で障害物を検出すると、障害物接触判定部５３で、障害物が自走体２に接触するか否かを判定する。すなわち、例えばスキャナ式レンジセンサ２２で、図９に示すように、例えば自走体２の進行方向の右側に例えばポール状の障害物Ｐ１を検出した場合には、自走体２の前後進速度Ｖと旋回速度ωとから自走体２の走行軌跡を予測することができ、逆に自走体２から見た障害物Ｐ１の軌道Ｌ１を予測することができる。そして、障害物Ｐ１の軌道Ｌ１が自走体２の形状と交差する場合には、自走体２に障害物Ｐ１が接触する可能性があり、軌道Ｌ１が自走体２の形状と交差しない場合には障害物Ｐ１が接触する可能性はない。
【００４６】
そして、障害物Ｐ１が自走体２に接触する可能性がある場合には、軌道Ｌ１上における障害物Ｐ１と自走体２との距離ｄを算出する。そして、算出した距離ｄが予め設定した閾値距離Ｄｕ以上であるときには、危険度ｕを“０”に設定し、距離ｄが閾値距離Ｄｕ未満となると、前述した（５）式にしたがって、危険度ｕを算出する。このときの危険度ｕは、距離ｄが閾値距離Ｄｕより短くなり零に近づくにしたがって“１”に近づく。このため、危険度ｕが“１”となる前に、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを補正することにより、障害物Ｐ１と自走体２との接触を回避する。この場合、前後進速度Ｖを“０”に設定することにより、自走体２の走行を停止させることができ、旋回速度ωを補正することにより、自走体２の走行方向を変更して自走体２と障害物Ｐ１との接触を回避して走行することができる。
【００４７】
一方、障害物検出部５２で、図１０（ａ）に示すように、自走体２の走行方向の両側に例えばポール状の複数の障害物が存在する場合には、それぞれの障害物に対して危険度を算出し、その最大値を危険度とする。このとき、障害物接触判定部５３の危険度演算部５３ａで、自走体２の様々な前後進速度Ｖと旋回速度ωについて演算することにより、図１０（ｂ）に示す危険度マップを算出し、算出した危険度マップを危険度マップ記憶部に記憶する。
【００４８】
この図１０（ｂ）示す危険度マップでは、横軸に旋回速度ωをとり、縦軸に前後進速度Ｖをとって自走体２の速度に応じた危険度を表している。図１０（ａ）に示すように、自走体２の側面が左側の障害物Ｐ２に比較的短い距離で接近し、自走体２の右側では右側の障害物Ｐ３に対して比較的広い距離がある状態では、自走体２が左側の障害物Ｐ２に対しては僅かに接近することは可能であり、右側の障害物Ｐ３に対して今のとこと右斜め前方に進むことは可能であるので、危険度マップとしては図１０（ｂ）に示すように、自走体２の重心位置の原点Ｏを中心として、左斜め前方には僅かな角度で危険度が少ない領域Ａ１１が形成され、右斜め前方には比較的大きな角度で危険度が少ない領域Ａ１２が形成される。
【００４９】
この状態で、グリップ１８から自走体を旋回させることなく前進させる操作入力があったときには、算出される前後進速度Ｖが正値であり、算出される旋回速度ωが０であるので、これらによって表される座標は領域Ａ１１及びＡ１２の境界位置となる。このため、走行方向補正部５４では、前後進速度Ｖに対する補正値ΔＶ及び旋回速度ωに対する補正値Δωをともに“０”に設定することにより、グリップ１８から入力された方向指示にしたがって自走体２が直進走行される。
【００５０】
ところが、グリップ１８から自走体を左旋回させながら走行させる入力があり、これに基づいて算出される前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの座標が図１０（ｂ）でＢ点であるものとすると、このＢ点は危険度ｕが大きい領域Ａ１１内に存在するので、危険度を回避する角度θを大きな値として旋回速度ωに対する補正値Δωを大きな値として旋回速度ωを略零に近い値に補正する。これにより、左側の障害物Ｐ２を回避しながら直進走行をすることができる。
【００５１】
逆に、グリップ１８から自走体を右旋回させながら走行させる入力があり、これに基づいて算出される前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの座標が図１０（ｂ）でＣ点であるものとすると、このＣ点は危険度ｕが大きい領域Ａ１２内に存在するので、危険度を回避する角度θを小さな値として旋回速度ωに対する補正値Δωを負の値として旋回速度ωを許容範囲内となるように補正する。これにより、左側の障害物Ｐ２を回避しながら右斜め全方向に走行をすることができる。
【００５２】
そして、自走体２が移動するごとに、新たな危険度マップが算出されることにより、この新たな危険度マップにしたがって、走行方向の補正が行われる。したがって、図１０（ａ）に示すように、自走体２の走行方向の両側沿って複数の障害物が存在する場合でも、自走体２を障害物に接触することなく走行させることができる。このため、自走体２に先導される歩行者も障害物に接触することなく歩行することができる。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、前後進車速Ｖと旋回速度ωを変化させた場合の走行軌跡を抽出し、走行軌跡上の自走体２と障害物Ｐ１までの距離ｄを算出し、算出した距離ｄと危険度を決定する閾値距離Ｄｕとに基づいて危険度ｕを算出する危険度マップを参照して前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを補正して走行方向を変更するようにしている。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、図１１（ａ）に示すように、走行体２がその前方に進行方向と直行する方向に複数の障害物Ｐａが存在するものとしたときに、図１１（ｂ）に示す到達時間マップを算出するようにしてもよい。
【００５４】
この到達時間マップは、各障害物Ｐａとの間の走行軌跡上の距離ｄを前後進速度Ｖで除すことにより、衝突までの時間ｔ（＝ｄ／Ｖ）を算出し、算出した衝突時間ｔが衝突回避可能な閾値時間ｔＴＨ以下であるときに危険領域とし、衝突時間が閾値時間ｔＴＨを超えているときに安全領域として設定することを様々な前後進車速Ｖ及び旋回速度ωに基づいて繰り返すことにより、図１１（ｂ）に示す到達時間マップを算出する。
【００５５】
そして、走行中の前後進速度Ｖ及び旋回速度ωに基づいて到達時間マップを参照して、斜線図示の危険領域Ａ２１内であるか白地図示の安全領域Ａ２２内であるかを判定し、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωで表される到達時間マップ上の点Ａが危険領域Ａ２１内にあるときには、最近傍の安全領域Ａ２２の点Ａ′を選択する。
このとき、選択した点Ａ′の前後進車速Ｖ′が危険領域Ａ２１内の点Ａより下がり過ぎる場合には、選択した点Ａ′に対して前後進車速Ｖが一定で旋回速度ωを増加させる点Ａ″を選択する。
【００５６】
このように、点Ａ″を選択することにより、前後進速度Ｖの危険領域Ａ２１までの余裕が増えることになり、より滑らかに危険領域Ａ２１への走行を回避することができる。
具体的には、図７に示す走行制御部５１では、図１２に示す走行制御処理を実行する。
この走行制御処理では、前述した図８の走行制御処理におけるステップＳ７の処理が算出した前後進速度Ｖ及び旋回速度ωに基づいて図１１（ｂ）に示す到達時間マップを参照し、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの修正が必要であるか否かを判定し、修正が必要なときには、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを修正するステップＳ１０に変更されている。
【００５７】
このステップＳ１０の修正処理は、図１３に示すように、先ず、ステップＳ１１で、算出された前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの交点Ａが危険領域Ａ２１内であるか否かを判定し、交点Ａが安全領域Ａ２２にあるときにはそのまま修正処理を終了してステップＳ８に移行する。
一方、ステップＳ１１の判定結果が、交点Ａが危険領域Ａ２１にあるときには、ステップＳ１２に移行して、交点Ａから最近傍の安全領域Ａ２２の点Ａ′を選択してからステップＳ１３に移行する。
【００５８】
このステップＳ１３では、交点Ａ及び点Ａ′の前後進速度Ｖの偏差ΔＶを算出し、次いでステップＳ１４に移行して、算出した速度偏差ΔＶが設定値ΔＶｓ以上であるか否かを判定し、ΔＶ＜ΔＶｓであるときにはステップＳ１５に移行して、点Ａ′の前後進速度Ｖ′及び旋回速度ω′を目標とする前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとして設定してからステップＳ８に移行する。
【００５９】
一方、ステップＳ１４の判定結果がΔＶ≧ΔＶｓであるときにはステップＳ１６に移行して、現在の旋回速度ω′により安全方向となる所定値Δωを加減算した点（Ｖ′，ω′±Δω）を新たな修正点Ａ″として選択し、次いでステップＳ１７に移行して、修正点Ａ″の前後進速度Ｖ″及び旋回速度ω″を目標とする前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとして設定してからステップＳ８に移行する。
【００６０】
したがって、上記図１３の修正処理を実行することにより、ステップＳ５及びＳ６で算出した前後進速度Ｖ及び旋回速度ωをもとに到達時間マップを参照したときに、図１１（ｂ）に示すように、交点Ａが危険領域Ａ２１内に存在するときには、最近傍の安全領域Ａ２２の点Ａ′を選択する。このとき、選択した点Ａ′の前後進速度Ｖ′と最初の交点Ａの前後進速度Ｖとの速度偏差ΔＶが設定値ΔＶｓ未満であるときにはそのまま点Ａ′を修正点として設定し、この修正点Ａ′の前後進速度Ｖ′及び旋回速度ω′を目標とする前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとして設定する。
【００６１】
しかしながら、図１１（ｂ）に示すように、修正点Ａ′の前後進速度Ｖ′の低下が大きく速度偏差ΔＶが設定値ΔＶｓ以上となるときには修正点Ａ′の旋回速度ω′により安全側となる符号の所定値Δωを加算した修正点Ａ″を選択し、この選択点Ａ″の前後進速度Ｖ′及び旋回速度ω′を目標とする前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとして設定する。
このように、修正点Ａ″を選択することにより、前後進速度Ｖの危険領域Ａ２１までの余裕が増えることになり、より滑らかに危険領域Ａ２１への走行を回避することができる。
【００６２】
また、上記実施形態においては、自走体２の水平方向の障害物を回避しながら走行する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１４に示すように、自走体２の前方に垂直面に対してレーザ光をスキャンするスキャナ式レンジセンサ７０を配置し、このスキャナ式レンジセンサ７０で床面を走査する。そして、スキャナ式レンジセンサ７０で検出した距離情報を床面判定部７１に入力する。この床面判定部７１では、床面が平面であるか否かを判定する。すなわち、スキャナ式レンジセンサ７０で検出される走査角度θ（センサの真下をθ＝９０度とする）と検出距離との正弦関係から床面との距離を算出し、算出した床面距離が長くなったときに、下がる段差があるものと判断することができる。このときの測定距離を床面高さに修正し、修正した点を障害物として判断することにより、水平面での障害物を回避する上述した実施形態と同様に段差を回避する走行制御を行うことができる。
【００６３】
また、上記実施形態においては、自走体２として、前側にキャスター５を設置し、後輪側に駆動輪６Ｌ及び６Ｒを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前側の左右位置に駆動輪を配置し、後輪側にキャスターを配置するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、自走体２を２輪駆動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、自動車のように前後に２輪ずつ配置し、前後の一方を転舵輪とすることにより、走行方向を制御するようにしてもよい。この場合でも転舵輪の転舵角に基づいて走行軌跡を算出することができ、障害物との接触を判定することができる。
【００６４】
また、上記実施形態においては、障害物検出部５２としてスキャナ式レンジセンサ２２，２３を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、超音波式センサ等の他の測距センサを適用することができる。また、スキャナ式レンジセンサに代えて、１方向にレーザ光を出射する測距センサをＺ軸方向に回動させて走査するようにしてもよい。
さらに、本発明は、上述した歩行支援装置に適用する場合に限らず、配膳車などにパワーアシスト機能を付加したパワーアシストカートや高齢者向けの一人乗り電動車両であるシニアカー等の任意の走行装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…歩行支援装置、２…自走体、３…基台、４…凹部、５…キャスター、６Ｌ，６Ｒ…駆動輪、１１Ｌ，１１Ｒ…タイミングベルト、１２Ｌ，１２Ｒ…無励磁作動形ブレーキ、１５…支持腕、１６…水平腕、１７…操作入力部、１８…グリップ、１９…六軸力センサ、２２〜２４…スキャナ式レンジセンサ、３０…走行制御装置、３１…演算処理装置、５１…走行制御部、５２…障害物検出部、５３…障害物接触判定部、５４…走行方向補正部、６５Ｌ，６５Ｒ…モータドライバ、７０…スキャナ式レンジセンサ、７１…床判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、色弱者等の自律歩行が困難な歩行者の歩行を支援する走行支援装置、高齢者等の移動を支援するシニアカー、配膳車等の移動をパワーアシストするパワーアシストカート等の走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の走行支援装置としては、大別すると歩行者を目的地に案内する案内ロボットと、盲導犬の変わりになるような盲導装置とに分類される。
案内ロボットとしては、目的地に移動する際の方向指示等、被案内者が目的地へ移動する際に必要な情報をディスプレイに表示し、且つ被案内者を先導しながら目的地へ案内する案内ロボットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の案内ロボットとして、被案内者が目的へ移動する際に必要な情報を、ディスプレイに表示するとともにスピーカから音声で出力し、且つ被案内者を先導しながら目的地へ案内する案内ロボットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、他の案内ロボットとして、カメラ等の撮像手段を用いた画像処理により、被案内者の特徴部位を抽出して被案内者を特定し、特定した被案内者に対して特徴部位を参照しつつ、被案内者を先導しながら目的地へ案内する案内用自律移動ロボットが提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００４】
一方、盲導装置としては、障害物や使用者に接近してくるもの、段差などの使用者にとって回避対象となるものを検出して、進行方向に対する進路の修正を行うか、進行方向に対してブレーキをかけることで使用者の誘導を行うようにした盲導装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
また、他の盲導装置として、モニターテレビの画像をメモリーチップに記憶した画像と照合することにより、モニターテレビで撮像した画像が何であるかを判断して使用者に音声で知らせるとともに、突発的に入った画像であるときにはブレーキに信号を送るようにした盲導犬ロボットが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００５】
さらに、目が不自由な飼い主と盲導犬のように接触して誘導するロボットであって、飼い主を認識する手段と、飼い主がロボットに接触していることを認知する手段を備え、飼い主がロボットから離れると飼い主を探して接触する機能を備えたロボットが提案されている（例えは、特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５２５０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２７６０８０号公報
【特許文献３】特開２００３−２８０７３９号公報
【特許文献４】特開平１１−２２１２５９号公報
【特許文献５】特開２００３−２２５２６６号公報
【特許文献６】特開２００６−３４５９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された案内ロボットにあっては、被案内者を画像や音声で目的地まで案内することは可能であるが、目が不自由な歩行者に対して案内誘導することはできないという未解決の課題がある。
これに対して、特許文献１〜３に記載された盲導装置では、予め目的地が入力されている場合には、目が不自由な歩行者に対して案内誘導し、直前の障害物に対しては回避することはできるが、具体的にどのように障害物を検知して判別して視覚障害者を誘導するかについては具体的な記載がなく、盲導犬の変わりになる盲導装置を形成することは不可能であるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、障害物を検知して安全に走行することができる走行装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る走行装置の第１の態様は、移動方向を入力する操作入力部を有するとともに、走行部を有して任意の方向に走行可能な自走体と、前記操作入力部で入力された移動方向に基づいて前記自走体の走行を制御する走行制御手段と、前記自走体の周囲の障害物の位置を検出する障害物検出手段と、前記障害物検出手段で検出した障害物の位置情報と前記走行制御手段の指令値とに基づいて自走体の前記障害物への接触の有無を判定する障害物接触判定手段と、該障害物接触判定手段の判定結果に基づいて前記走行制御手段の走行方向を補正する走行方向補正手段とを備えている。
【０００９】
また、本発明に係る走行装置の第２の態様は、前記走行方向補正手段が、障害物との走行軌跡と距離とに基づいて算出される危険度を前記移動速度及び旋回速度の関係で表す危険度マップを有し、前記移動速度及び旋回速度をもとに前記危険度マップを参照して走行方向を補正する。
また、本発明に係る走行装置の第３の態様は、前記走行方向補正手段は、障害物に対する到達時間に基づいて危険領域及び斡旋領域を設定した到達時間マップを有し、前記移動速度及び旋回速度をもとに前記到達時間マップを参照して走行方向を補正する。
【００１０】
また、本発明に係る走行装置の第４の態様は、前記走行制御手段は、前記操作入力部の入力に応じて前記自走体の移動速度を演算する移動速度検出手段と、前記操作入力部の入力に応じて前記自走体の旋回速度を検出する旋回速度検出手段とを備え、前記障害物接触判定手段は、前記自走体の移動速度及び旋回速度に基づいて前記障害物との接触を判定する。
【００１１】
また、本発明に係る走行装置の第５の態様は、前記自走体が、基台の前方側上面に後方側に傾斜しながら延長する支持腕が形成された構成を有し、該支持腕の上部に歩行者が把持して移動方向を入力する操作入力部が形成されている。
また、本発明に係る走行装置の第６の態様は、前記自走体が、前記歩行者の肩幅以上の幅を有し、後方側に歩行支援する歩行者の下肢を収める凹部が形成され、前記歩行者を後方に従えて先導して走行する。
【００１２】
また、本発明に係る走行装置の第７の態様は、前記操作入力部が、歩行者が把持するグリップ部と、該グリップ部に連結された６軸力センサとで構成されている。
また、本発明に係る走行装置の第８の態様は、前記障害物検出手段が、前記自走体の前方側に水平方向に走査するスキャナ式レンジセンサを有し、該スキャナ式レンジセンサで少なくとも自走体の前方側の所定角度範囲を走査して障害物の位置を検出する。
【００１３】
また、本発明に係る走行装置の第９の態様は、前記自走体が、キャスター構造の前輪と、前記走行制御装置によって正逆転駆動される電動モータによって駆動される左右一対の駆動後輪とを備えている。
また、本発明に係る走行装置の第１０の態様は、前記障害物検出手段が、前記自走体の走行方向に先行する走行面との距離を計測する走行面距離検出部と、該走行面距離検出部で検出した計測データに基づいて走行面の段差を障害物として検出する床面判定部とを備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、移動方向を入力する操作入力部を有するとともに走行部を有して任意の方向に走行可能な自走体を有するので、歩行者又は運転者が操作入力部を操作することにより、歩行者又は運転者の意志に応じた方向に自走体が走行制御される。そして、自走体の走行方向について障害物を検出したときに、走行制御手段の走行方向を補正するので、例えば視覚障害者の意志による方向への歩行を先導しながら安全確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る歩行支援装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１の右側面図である。
【図４】図１の底面図である。
【図５】レーザレンジセンサの検出範囲を示す説明図である。
【図６】走行制御装置を示すブロック図である。
【図７】演算処理装置を示すブロック図である。
【図８】走行制御部で実行する走行制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】自走体と障害物との位置関係を示す模式図である。
【図１０】自走体と障害物の位置関係及び危険度マップを示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す障害物への到達時間マップの説明に供する図であり、（ａ）は障害物と走行体との位置関係を示す図、（ｂ）は到達時間マップを示す特性線図である。
【図１２】本発明の他の実施形態における走行制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１２の修正処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る歩行支援装置の一実施形態を示す斜視図、図２は正面図、図３は右側面図、図４は底面図である。
図中、１は走行装置としての歩行支援装置であって、この歩行支援装置１は、任意の方向に走行する自走体２を有する。この自走体２は、底面から見て前端部が尖った流線形状に形成され且つ例えば歩行を支援する歩行者の膝程度の高さを有する基台３を備えている。この基台３は、その後端面側の幅が歩行者の肩幅以上に形成され、且つ後端面に前方側に凹む歩行者の下肢を収容する凹部４が形成されている。
【００１７】
基台３の底面には、前端側にキャスター５が旋回自在に配置され、後方端側の左右位置に駆動輪６Ｌ及び６Ｒが車軸７Ｌ及び７Ｒを左右方向に延長させて回転自在に支持されている。これら駆動輪６Ｌ及び６Ｒの夫々は、車軸７Ｌ及び７Ｒの内側にプーリ８Ｌ及び８Ｒが固定されている。
そして、これらプーリ８Ｌ及び８Ｒと、各駆動輪６Ｌ及び６Ｒの前方側に配置した電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転軸に固定したプーリ１０Ｌ及び１０Ｒとの間に無端のタイミングベルト１１Ｌ及び１１Ｒが巻回されて、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転軸の回転速度と同一回転速度で駆動輪６Ｌ及び６Ｒが回転駆動される。ここで、各電動モータ９Ｌ及び９Ｒには、無励磁状態でブレーキが作動する無励磁作動形ブレーキ１２Ｌ及び１２Ｒが設けられている。
【００１８】
このとき、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転軸の回転速度を等しくすると、回転軸の回転方向に応じて基台３が前後方向に移動し、左側の駆動輪６Ｌの回転速度を右側の駆動輪６Ｒの回転速度より遅い回転速度（又は速い回転速度）で駆動すると基台３が左旋回（又は右旋回）する。
また、左側の駆動輪６Ｌ（又は右側の駆動輪６Ｒ）を停止させた状態で、右側の駆動輪６Ｒ（又は左側の駆動輪６Ｌ）を正回転駆動すると信地左（又は右）旋回状態となる。
さらに、左側の駆動輪６Ｌ（又は右側の駆動輪６Ｒ）を逆回転駆動し、右側の駆動輪６Ｒ（又は左側の駆動輪６Ｌ）を正回転駆動すると超信地左（又は右）旋回状態となる。
【００１９】
このように、左右の駆動輪６Ｌ及び６Ｒの回転速度を制御することにより、基台３を任意の方向に走行させることができる。
また、基台３には、その上面における前端側から後方側に傾斜延長する支持腕１５が固定されている。この支持腕１５の上端部には、基台３と平行に後方に基台３の凹部４の近傍位置まで延長する水平腕１６が形成されている。この水平腕１６の上面における後端側には、走行方向を入力する操作入力部１７が配置されている。この操作入力部１７は、歩行者が一方の手指で把持することが可能なグリップ１８と、このグリップ１８を連結支持して、グリップ１８に加えられたＸＹＺ軸方向の入力を検出する六軸力センサ１９とで構成されている。
【００２０】
また、基台３の先端側の側面に例えば３００度の角度範囲に渡って帯状の開口部２１が形成され、この開口部２１の先端部に対応する内側に水平方向に後方側の９０度の角度範囲を除く２７０度の角度範囲でレーザ光を使用して障害物までの距離を計測するスキャナ式レンジセンサ２２が設けられている。また、水平腕１６の前端側に同様に、水平方向に後方側の９０度の角度範囲を除く２７０度の角度範囲でレーザ光を使用して障害物までの距離を計測するスキャナ式レンジセンサ２３が設けられている。
【００２１】
また、支持腕１５の上端側における裏面側には、例えば上方側の１２０度の角範囲を除く２４０度の角度範囲で斜め下側の障害物までの距離を計測するスキャナ式レンジセンサ２４が設けられ、さらに、支持腕１５のスキャナ式レンジセンサ２４と対向する前端側に斜め下前方の障害物の画像情報を取得するカメラ２５が設けられている。
そして、電動モータ９Ｌ及び９Ｒが、図６に示すように、走行制御装置３０によって、駆動制御される。
【００２２】
この走行制御装置３０は、図６に示すように、自走体２に内蔵するバッテリによって駆動される例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置３１を備えている。この演算処理装置３１は、機能ブロック図で表すと図７に示すように、走行制御部５１と、障害物検出部５２と、障害物接触判定部５３と、走行方向補正部５４とを備えている。また、演算処理装置３１は、図６に示すように、センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１と、速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２と、回転角度位置入力Ｉ／Ｆ６３と、音声出力Ｉ／Ｆ６４とを備えている。
【００２３】
センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１には、前述した操作入力部１７の六軸力センサ１９と、各スキャナ式レンジセンサ２２〜２４と、カメラ２５とが接続されている。そして、センサ信号Ｉ／Ｆ６１では、六軸力センサ１９から出力されるＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に付与される力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚと、Ｘ，Ｙ．Ｚ軸の３軸回りのモーメントＭｘ、Ｍｙ及びＭｚとを読込む。また、センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１では、スキャナ式レンジセンサ２２〜２４から出力される障害物位置情報と、カメラ２５で撮像した画像情報とを読込む。
【００２４】
速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２は、走行制御部５１で生成した速度指令値を、電動モータ９Ｌ及び９Ｒを駆動する自走体２に内蔵するバッテリから電力が供給されたモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力する。回転角度位置入力Ｉ／Ｆ６３は、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転角度位置を検出するエンコーダ６６Ｌ及び６６Ｒから出力される回転角度位置情報を読込み、走行制御部５１へ出力する。
【００２５】
音声出力Ｉ／Ｆ６４は、例えば、障害物検出部５２で障害物の接近を検出したときに出力される音声を含む警報情報をスピーカ６７へ出力する。
走行制御部５１では、図示しない始動スイッチをオン状態とすることにより、図８に示す走行制御処理を実行して、電動モータ９Ｌ及び９Ｒに対する速度指令値を生成する。
この走行制御処理は、先ず、ステップＳ１で、操作入力部１７の六軸力センサ１９から出力されるＸ，Ｙ，Ｚ軸に付与される力Ｆｘ，Ｆｙ及びＦｚと、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸回りのモーメントＭｘ，Ｍｙ及びＭｚを読込む。
【００２６】
次いで、ステップＳ２に移行して、ステップＳ１で入力した力Ｆｚ〜Ｆｚのうち先導を要する歩行者がグリップ１８を把持したか否かを検出するためのＺ軸に付与される力Ｆｚを抽出し、抽出した力Ｆｚが予め設定した把持力閾値Ｆｚｔｈ以上であるか否かを判定する。このステップＳ２の判定結果が、Ｆｚ＜Ｆｚｔｈであるときには、先導を要する歩行者がグリップ１８を把持していないと判断して、前記ステップＳ１に戻り、Ｆｚ≧Ｆｚｔｈとなるまで待機する。一方、ステップＳ２の判定結果が、Ｆｚ≧ＦｚｔｈであるときにはステップＳ３に移行する。
【００２７】
このステップＳ３では、各電動モータ９Ｌ及び９Ｒの無励磁作動形ブレーキ１２Ｌ及び１２Ｒに対して電力を供給してブレーキを解除してからステップＳ４に移行する。このステップＳ４では、ステップＳ１で入力した力Ｆｘ〜Ｆｚ及びモーメントＭｘ〜Ｍｚのうち、自走体２の前後進走行に関与する前後方向の力であるＹ軸方向の力Ｆｙと自走体２の旋回走行に関与するＺ軸回りのモーメントＭｚを算出する。
【００２８】
次いで、ステップＳ５に移行して、自走体２の仮想質量をＭとしたときに、Ｙ軸方向の力Ｆｙに基づいて下記（１）式の演算を行って自走体２の前後進速度Ｖ〔ｍ／ｓ〕を算出し、算出した前後進速度ＶをＲＡＭ等に形成した前後進速度記憶部に更新記憶してからステップＳ６に移行する。
Ｖ＝∫（Ｆｙ／Ｍ）ｄｔ …………（１）
【００２９】
ステップＳ６では、自走体２のＺ軸回りの仮想慣性モーメントをＩｒｚとしたときに、Ｚ軸回りのモーメントＭｚに基づいて下記（２）式の演算を行って旋回速度ω〔ｒａｄ／ｓ〕を算出し、算出した旋回速度ωをＲＡＭ等に形成した旋回速度記憶部に更新記憶してからステップＳ７に移行する。
ω＝∫（Ｍｚ／Ｉｒｚ）ｄｔ …………（２）
【００３０】
このステップＳ７では、算出した前後進速度Ｖ及び旋回速度ωをもとに、図１０に示す危険度マップを参照して後述する修正処理を行ってからステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、ステップＳ５で算出した前後進速度Ｖ及びステップＳ６で算出した旋回速度ωとに基づいて下記（３）式及び（４）式の演算を行って駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪周速度ＶＬ〔ｍ／ｓ〕及びＶＲ〔ｍ／ｓ〕を算出する。
ＶＬ＝Ｖ＋Ｌｗ・ω／２ …………（３）
ＶＲ＝Ｖ−Ｌｗ・ω／２ …………（４）
ここで、Ｌｗは、左右の駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪間距離〔ｍ〕である。
【００３１】
次いで、ステップＳ９に移行して、算出した駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪周速度ＶＬ及びＶＲに基づいて電動モータ９Ｌ及び９Ｒの速度指令値ＶＭＬ及びＶＭＲを算出し、算出した速度指令値ＶＭＬ及びＶＭＲを速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２を介してモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力する。
障害物検出部５２では、スキャナ式レンジセンサ２２及び２３で測定したスキャン角度及び距離検出値を読込み、障害物の位置及び障害物までの距離を算出する。ここで、障害物が複数存在する場合には、各障害物について位置及び障害物までの距離を算出する。
【００３２】
障害物接触判定部５３では、前後進速度記憶部に更新記憶されている前後進速度Ｖ及び旋回速度記憶部に更新記憶されている旋回速度ωを読込むと共に、障害物検出部５２で検出した障害物の位置及び距離に基づいて自走体２が障害物に接触するか可能性を判定する。この障害物接触判定部５３では、障害物の位置及び距離と、自走体２の前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを変化させた場合の様々な走行軌跡を演算し、演算した走行軌跡のなかで障害物と接触する可能性のある走行軌跡を抽出し、抽出した走行軌跡についてこの走行軌跡上の自走体２と障害物までの距離ｄを例えば図９に示すように算出する。
【００３３】
そして、算出した距離ｄと予め設定した危険度を決定する閾値距離Ｄｕとに基づいてｄ＞Ｄｕであるときには、危険度ｕを０に設定し、ｄ≦Ｄｕであるときには、下記（５）式の演算を行って危険度ｕを算出する。
ｕ＝（Ｄｕ−ｄ）／Ｄｕ …………（５）
【００３４】
また、障害物と接触する可能性のある走行軌跡と危険度ｕとに基づいて図１０（ｂ）に示す危険度マップを算出して、ＲＡＭ等に形成した危険度マップ記憶部に記憶する。この危険度マップは、自走体２が図１０（ａ）に示すように自走体２の走行方向の両側にポール等の複数の障害物が存在する場合に、前後進速度Ｖと旋回速度ωとの比で形成する。すなわち、横軸に旋回速度ωをとり、縦軸に前後進速度Ｖをとったときに、図１０（ｂ）で、白地の範囲は危険度ｕが低い領域を表し、ハッチング部分は危険度ｕが高い領域を表している。この危険度マップでは、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの比で設定されたため、原点を中心として放射状の線上の各点では危険度が同じ値となる。このため、危険度は原点を中心とする円周方向の角度θによって調整することが可能となる。
【００３５】
走行方向補正部５４では、前後進速度記憶部に更新記憶されている前後進速度Ｖ及び旋回速度記憶部に更新記憶されている旋回速度ωを読込むと共に、危険度マップ記憶部に記憶されている危険度マップを読込んで、危険度に応じて前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを修正する修正処理を行って走行方向を変更する。
この走行方向の修正処理は、操作入力部１７から入力される指示情報に基づいて算出される前後進速度Ｖ及び旋回速度ωで表される危険度マップ上の点が危険度の低い領域内にある場合には、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωでの走行が可能であり、そのままの走行を許容するが、危険度の高い領域内にある場合には、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωでの走行が不可能であり、危険度の低い速度に補正する。
【００３６】
すなわち、図１０（ｂ）の状態では、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωによってＢ点が指示された場合には、このＢ点が進行方向左側の危険度が高い領域に位置するため、角度θを大きくして危険度が小さい領域となるように旋回速度ωを補正する。逆に、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωによってＣ点が指示された場合には、このＣ点が進行方向右側の危険度が高い領域に位置するため、角度θを小さくして危険度が小さい領域となるように旋回速度ωを補正する。
【００３７】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、図示しない始動スイッチがオフ状態であるときには、自走体２に内蔵するバッテリの電力が走行制御装置３０及びモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに供給されず、電動モータ９Ｌ及び９Ｒは停止状態となっていると共に、無励磁作動形ブレーキ１２Ｌ及び１２Ｒが電力が供給されることなくブレーキ作動状態となっており、自走体２の走行が停止されている。
この自走体２の走行停止状態から、始動スイッチをオン状態とすると、走行制御装置３０及びモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに自走体２に内蔵するバッテリから電力が供給されて自走体２が走行可能状態となる。
【００３８】
このとき、走行制御装置３０に電力が供給されて、走行制御部５１で図８に示す走行制御処理を実行開始する。このとき、先導を要する歩行者が操作入力部１７のグリップ１８を把持していないときには、この操作入力部１７の六軸力センサ１９から出力されるＺ軸方向の力Ｆｚが略“０”であり、把持力閾値Ｆｚｔｈ未満となるので、ステップＳ２でＦｚ≧Ｆｚｔｈとなるまで待機する。このため、電動モータ９Ｌ及び９Ｒに対する速度指令値は出力されることがなく、自走体２は停止状態を維持する。
【００３９】
この自走体２の停止状態で、先導を要する色弱者等の自律歩行が困難な歩行者が自走体２の後方側の凹部４に下肢収納するようにして自走体２の後方に立ち、手で操作入力部１７のグリップ１８を把持すると、これにより、六軸力センサ１９から少なくとも手の重さに応じた把持力閾値Ｆｚｔｈより大きな値のＺ軸方向の力Ｆｚが出力される。
このため、図８の走行制御処理で、ステップＳ２からステップＳ３に移行して、実際の走行制御が開始される。このとき、障害物検出部５２で障害物を検出していない場合について説明する。
【００４０】
歩行者がグリップ１８を把持しながら、進みたい方向を入力すると、これに応じたＸ，Ｙ，Ｚ軸に付与される力Ｆｚ，Ｆｙ及びＦｚが出力されると共に、Ｚ，Ｙ，Ｚ軸回りのモーメントＭｘ，Ｍｙ及びＭｚが出力される。
このとき、歩行者が前進した場合には、グリップ１８を前方に押すことにより、Ｙ軸方向の力Ｆｙが出力される。このため、力Ｆｚに基づいて前出した（１）式にしたがって正値の前後進速度Ｖが算出される（ステップＳ５）。このとき、グリップ１８が回動されていないので、Ｚ軸回りのモーメントＭｚは発生せず、前述した（２）式にしたがって算出される旋回速度ωは“０”となる（ステップＳ６）。
【００４１】
この場合には、旋回速度ωが“０”であるので、前述した（３）式及び（４）式で算出される駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪周速度ＶＬ及びＶＲは互いに等しい前後進速度Ｖとなり、これら車輪周速度ＶＬ及びＶＲに基づいて電動モータ９Ｌ及び９Ｒに対する互いに等しい速度指令値が算出され、この速度指令値が速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２を介してモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力される（ステップＳ７）。
【００４２】
このため、モータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒによって、電動モータ９Ｌ及び９Ｒが互いに等しい速度指令値に応じて回転駆動されることにより、自走体２が前方に直進する。
一方、歩行者がグリップ１８を前方に傾倒させながら例えば時計方向に回動させる力を付与すると、これに応じたＹ軸方向に付与される力ＦｙとＺ軸回りのモーメントＭｚが六軸力センサ１９から出力される。
【００４３】
このため、ステップＳ７で、Ｚ軸回りのモーメントＭｚに基づいて正値の旋回速度ωが算出されることになり、この旋回速度ωとステップＳ６で算出される前後進速度Ｖとに基づいて前述した（３）式及び（４）式の演算を行うことにより、左駆動輪６Ｌの車輪周速度ＶＬが前後進速度Ｖより速くなり、右駆動輪６Ｒの車輪周速度ＶＲが前後進速度Ｖより遅くなる。そして、これら車輪周速度ＶＬ及びＶＲに応じた速度指令値が速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２を介してモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力される。このため、電動モータ９Ｌが電動モータ９Ｒに比較して速い回転速度で駆動されることにより、自走体２が右旋回しながら前進する。
このように、自走体２の進行方向に障害物が存在しない場合には、上述したように、グリップ１８に入力される進行方向指示及び旋回指示に応じて自走体２が自由に走行することができる。
【００４４】
しかしなから、自走体２には、基台３の先端部にスキャナ式レンジセンサ２２が配設され、支持腕１５の上端にもスキャナ式レンジセンサ２３が配置されている。このため、スキャナ式レンジセンサ２２では、走行面に近い水平方向の図５で扇状領域Ａ１の障害物を検出し、スキャナ式レンジセンサ２３では、歩行者の胸部位置に近い水平方向の図５で扇状領域Ａ２の障害物を検出する。このように、スキャナ式レンジセンサ２２及び２３では、レーザ光で水平面を走査するので、レーザ光の出射角度と出射時間から障害物で反射して戻るまでの時間を計測することにより、障害物までの距離を検出することができる。したがって、スキャナ式レンジセンサ２２及び２３によって、自走体２から見た障害物の幅も検出することができる。
【００４５】
そして、障害物検出部５２で障害物を検出すると、障害物接触判定部５３で、障害物が自走体２に接触するか否かを判定する。すなわち、例えばスキャナ式レンジセンサ２２で、図９に示すように、例えば自走体２の進行方向の右側に例えばポール状の障害物Ｐ１を検出した場合には、自走体２の前後進速度Ｖと旋回速度ωとから自走体２の走行軌跡を予測することができ、逆に自走体２から見た障害物Ｐ１の軌道Ｌ１を予測することができる。そして、障害物Ｐ１の軌道Ｌ１が自走体２の形状と交差する場合には、自走体２に障害物Ｐ１が接触する可能性があり、軌道Ｌ１が自走体２の形状と交差しない場合には障害物Ｐ１が接触する可能性はない。
【００４６】
そして、障害物Ｐ１が自走体２に接触する可能性がある場合には、軌道Ｌ１上における障害物Ｐ１と自走体２との距離ｄを算出する。そして、算出した距離ｄが予め設定した閾値距離Ｄｕ以上であるときには、危険度ｕを“０”に設定し、距離ｄが閾値距離Ｄｕ未満となると、前述した（５）式にしたがって、危険度ｕを算出する。このときの危険度ｕは、距離ｄが閾値距離Ｄｕより短くなり零に近づくにしたがって“１”に近づく。このため、危険度ｕが“１”となる前に、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを補正することにより、障害物Ｐ１と自走体２との接触を回避する。この場合、前後進速度Ｖを“０”に設定することにより、自走体２の走行を停止させることができ、旋回速度ωを補正することにより、自走体２の走行方向を変更して自走体２と障害物Ｐ１との接触を回避して走行することができる。
【００４７】
一方、障害物検出部５２で、図１０（ａ）に示すように、自走体２の走行方向の両側に例えばポール状の複数の障害物が存在する場合には、それぞれの障害物に対して危険度を算出し、その最大値を危険度とする。このとき、障害物接触判定部５３の危険度演算部５３ａで、自走体２の様々な前後進速度Ｖと旋回速度ωについて演算することにより、図１０（ｂ）に示す危険度マップを算出し、算出した危険度マップを危険度マップ記憶部に記憶する。
【００４８】
この図１０（ｂ）示す危険度マップでは、横軸に旋回速度ωをとり、縦軸に前後進速度Ｖをとって自走体２の速度に応じた危険度を表している。図１０（ａ）に示すように、自走体２の側面が左側の障害物Ｐ２に比較的短い距離で接近し、自走体２の右側では右側の障害物Ｐ３に対して比較的広い距離がある状態では、自走体２が左側の障害物Ｐ２に対しては僅かに接近することは可能であり、右側の障害物Ｐ３に対して今のとこと右斜め前方に進むことは可能であるので、危険度マップとしては図１０（ｂ）に示すように、自走体２の重心位置の原点Ｏを中心として、左斜め前方には僅かな角度で危険度が少ない領域Ａ１１が形成され、右斜め前方には比較的大きな角度で危険度が少ない領域Ａ１２が形成される。
【００４９】
この状態で、グリップ１８から自走体を旋回させることなく前進させる操作入力があったときには、算出される前後進速度Ｖが正値であり、算出される旋回速度ωが０であるので、これらによって表される座標は領域Ａ１１及びＡ１２の境界位置となる。このため、走行方向補正部５４では、前後進速度Ｖに対する補正値ΔＶ及び旋回速度ωに対する補正値Δωをともに“０”に設定することにより、グリップ１８から入力された方向指示にしたがって自走体２が直進走行される。
【００５０】
ところが、グリップ１８から自走体を左旋回させながら走行させる入力があり、これに基づいて算出される前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの座標が図１０（ｂ）でＢ点であるものとすると、このＢ点は危険度ｕが大きい領域Ａ１１内に存在するので、危険度を回避する角度θを大きな値として旋回速度ωに対する補正値Δωを大きな値として旋回速度ωを略零に近い値に補正する。これにより、左側の障害物Ｐ２を回避しながら直進走行をすることができる。
【００５１】
逆に、グリップ１８から自走体を右旋回させながら走行させる入力があり、これに基づいて算出される前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの座標が図１０（ｂ）でＣ点であるものとすると、このＣ点は危険度ｕが大きい領域Ａ１２内に存在するので、危険度を回避する角度θを小さな値として旋回速度ωに対する補正値Δωを負の値として旋回速度ωを許容範囲内となるように補正する。これにより、左側の障害物Ｐ２を回避しながら右斜め全方向に走行をすることができる。
【００５２】
そして、自走体２が移動するごとに、新たな危険度マップが算出されることにより、この新たな危険度マップにしたがって、走行方向の補正が行われる。したがって、図１０（ａ）に示すように、自走体２の走行方向の両側沿って複数の障害物が存在する場合でも、自走体２を障害物に接触することなく走行させることができる。このため、自走体２に先導される歩行者も障害物に接触することなく歩行することができる。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、前後進車速Ｖと旋回速度ωを変化させた場合の走行軌跡を抽出し、走行軌跡上の自走体２と障害物Ｐ１までの距離ｄを算出し、算出した距離ｄと危険度を決定する閾値距離Ｄｕとに基づいて危険度ｕを算出する危険度マップを参照して前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを補正して走行方向を変更するようにしている。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、図１１（ａ）に示すように、走行体２がその前方に進行方向と直行する方向に複数の障害物Ｐａが存在するものとしたときに、図１１（ｂ）に示す到達時間マップを算出するようにしてもよい。
【００５４】
この到達時間マップは、各障害物Ｐａとの間の走行軌跡上の距離ｄを前後進速度Ｖで除すことにより、衝突までの時間ｔ（＝ｄ／Ｖ）を算出し、算出した衝突時間ｔが衝突回避可能な閾値時間ｔＴＨ以下であるときに危険領域とし、衝突時間が閾値時間ｔＴＨを超えているときに安全領域として設定することを様々な前後進車速Ｖ及び旋回速度ωに基づいて繰り返すことにより、図１１（ｂ）に示す到達時間マップを算出する。
【００５５】
そして、走行中の前後進速度Ｖ及び旋回速度ωに基づいて到達時間マップを参照して、斜線図示の危険領域Ａ２１内であるか白地図示の安全領域Ａ２２内であるかを判定し、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωで表される到達時間マップ上の点Ａが危険領域Ａ２１内にあるときには、最近傍の安全領域Ａ２２の点Ａ′を選択する。
このとき、選択した点Ａ′の前後進車速Ｖ′が危険領域Ａ２１内の点Ａより下がり過ぎる場合には、選択した点Ａ′に対して前後進車速Ｖが一定で旋回速度ωを増加させる点Ａ″を選択する。
【００５６】
このように、点Ａ″を選択することにより、前後進速度Ｖの危険領域Ａ２１までの余裕が増えることになり、より滑らかに危険領域Ａ２１への走行を回避することができる。
具体的には、図７に示す走行制御部５１では、図１２に示す走行制御処理を実行する。
この走行制御処理では、前述した図８の走行制御処理におけるステップＳ７の処理が算出した前後進速度Ｖ及び旋回速度ωに基づいて図１１（ｂ）に示す到達時間マップを参照し、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの修正が必要であるか否かを判定し、修正が必要なときには、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを修正するステップＳ１０に変更されている。
【００５７】
このステップＳ１０の修正処理は、図１３に示すように、先ず、ステップＳ１１で、算出された前後進速度Ｖ及び旋回速度ωの交点Ａが危険領域Ａ２１内であるか否かを判定し、交点Ａが安全領域Ａ２２にあるときにはそのまま修正処理を終了してステップＳ８に移行する。
一方、ステップＳ１１の判定結果が、交点Ａが危険領域Ａ２１にあるときには、ステップＳ１２に移行して、交点Ａから最近傍の安全領域Ａ２２の点Ａ′を選択してからステップＳ１３に移行する。
【００５８】
このステップＳ１３では、交点Ａ及び点Ａ′の前後進速度Ｖの偏差ΔＶを算出し、次いでステップＳ１４に移行して、算出した速度偏差ΔＶが設定値ΔＶｓ以上であるか否かを判定し、ΔＶ＜ΔＶｓであるときにはステップＳ１５に移行して、点Ａ′の前後進速度Ｖ′及び旋回速度ω′を目標とする前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとして設定してからステップＳ８に移行する。
【００５９】
一方、ステップＳ１４の判定結果がΔＶ≧ΔＶｓであるときにはステップＳ１６に移行して、現在の旋回速度ω′により安全方向となる所定値Δωを加減算した点（Ｖ′，ω′±Δω）を新たな修正点Ａ″として選択し、次いでステップＳ１７に移行して、修正点Ａ″の前後進速度Ｖ″及び旋回速度ω″を目標とする前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとして設定してからステップＳ８に移行する。
【００６０】
したがって、上記図１３の修正処理を実行することにより、ステップＳ５及びＳ６で算出した前後進速度Ｖ及び旋回速度ωをもとに到達時間マップを参照したときに、図１１（ｂ）に示すように、交点Ａが危険領域Ａ２１内に存在するときには、最近傍の安全領域Ａ２２の点Ａ′を選択する。このとき、選択した点Ａ′の前後進速度Ｖ′と最初の交点Ａの前後進速度Ｖとの速度偏差ΔＶが設定値ΔＶｓ未満であるときにはそのまま点Ａ′を修正点として設定し、この修正点Ａ′の前後進速度Ｖ′及び旋回速度ω′を目標とする前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとして設定する。
【００６１】
しかしながら、図１１（ｂ）に示すように、修正点Ａ′の前後進速度Ｖ′の低下が大きく速度偏差ΔＶが設定値ΔＶｓ以上となるときには修正点Ａ′の旋回速度ω′により安全側となる符号の所定値Δωを加算した修正点Ａ″を選択し、この選択点Ａ″の前後進速度Ｖ′及び旋回速度ω′を目標とする前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとして設定する。
このように、修正点Ａ″を選択することにより、前後進速度Ｖの危険領域Ａ２１までの余裕が増えることになり、より滑らかに危険領域Ａ２１への走行を回避することができる。
【００６２】
また、上記実施形態においては、自走体２の水平方向の障害物を回避しながら走行する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１４に示すように、自走体２の前方に垂直面に対してレーザ光をスキャンするスキャナ式レンジセンサ７０を配置し、このスキャナ式レンジセンサ７０で床面を走査する。そして、スキャナ式レンジセンサ７０で検出した距離情報を床面判定部７１に入力する。この床面判定部７１では、床面が平面であるか否かを判定する。すなわち、スキャナ式レンジセンサ７０で検出される走査角度θ（センサの真下をθ＝９０度とする）と検出距離との正弦関係から床面との距離を算出し、算出した床面距離が長くなったときに、下がる段差があるものと判断することができる。このときの測定距離を床面高さに修正し、修正した点を障害物として判断することにより、水平面での障害物を回避する上述した実施形態と同様に段差を回避する走行制御を行うことができる。
【００６３】
また、上記実施形態においては、自走体２として、前側にキャスター５を設置し、後輪側に駆動輪６Ｌ及び６Ｒを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前側の左右位置に駆動輪を配置し、後輪側にキャスターを配置するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、自走体２を２輪駆動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、自動車のように前後に２輪ずつ配置し、前後の一方を転舵輪とすることにより、走行方向を制御するようにしてもよい。この場合でも転舵輪の転舵角に基づいて走行軌跡を算出することができ、障害物との接触を判定することができる。
【００６４】
また、上記実施形態においては、障害物検出部５２としてスキャナ式レンジセンサ２２，２３を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、超音波式センサ等の他の測距センサを適用することができる。また、スキャナ式レンジセンサに代えて、１方向にレーザ光を出射する測距センサをＺ軸方向に回動させて走査するようにしてもよい。
さらに、本発明は、上述した歩行支援装置に適用する場合に限らず、配膳車などにパワーアシスト機能を付加したパワーアシストカートや高齢者向けの一人乗り電動車両であるシニアカー等の任意の走行装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…歩行支援装置、２…自走体、３…基台、４…凹部、５…キャスター、６Ｌ，６Ｒ…駆動輪、１１Ｌ，１１Ｒ…タイミングベルト、１２Ｌ，１２Ｒ…無励磁作動形ブレーキ、１５…支持腕、１６…水平腕、１７…操作入力部、１８…グリップ、１９…六軸力センサ、２２〜２４…スキャナ式レンジセンサ、３０…走行制御装置、３１…演算処理装置、５１…走行制御部、５２…障害物検出部、５３…障害物接触判定部、５４…走行方向補正部、６５Ｌ，６５Ｒ…モータドライバ、７０…スキャナ式レンジセンサ、７１…床判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行支援を行う歩行者が把持して移動方向を入力する操作入力部を有するとともに、走行部を有して任意の方向に走行可能な自走体と、前記操作入力部で入力された移動方向に基づいて前記自走体の走行を制御する走行制御手段と、前記自走体の周囲の障害物の位置を検出する障害物検出手段と、前記障害物検出手段で検出した障害物の位置情報と前記走行制御手段の指令値とに基づいて自走体の前記障害物への接触の有無を判定する障害物接触判定手段と、該障害物接触判定手段の判定結果に基づいて前記走行制御手段の走行方向を補正する走行方向補正手段とを備えたことを特徴とする走行装置。
【請求項２】
前記走行方向補正手段は、障害物との走行軌跡と距離とに基づいて算出される危険度を前記移動速度及び旋回速度の関係で表す危険度マップを有し、前記移動速度及び旋回速度をもとに前記危険度マップを参照して走行方向を補正することを特徴とする請求項１に記載の走行装置。
【請求項３】
前記走行方向補正手段は、障害物に対する到達時間に基づいて危険領域及び斡旋領域を設定した到達時間マップを有し、前記移動速度及び旋回速度をもとに前記到達時間マップを参照して走行方向を補正することを特徴とする請求項１に記載の走行装置。
【請求項４】
前記走行制御手段は、前記操作入力部の入力に応じて前記自走体の移動速度を演算する移動速度検出手段と、前記操作入力部の入力に応じて前記自走体の旋回速度を検出する旋回速度検出手段とを備え、前記障害物接触判定手段は、前記自走体の移動速度及び旋回速度に基づいて前記障害物との接触を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項５】
前記自走体は、基台の前方側上面に後方側に傾斜しながら延長する支持腕が形成された構成を有し、該支持腕の上部に前記歩行支援を行う歩行者が把持して移動方向を入力する操作入力部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項６】
前記自走体は、前記歩行支援する歩行者の肩幅以上の幅を有し、後方側に歩行支援する歩行者の下肢を収める凹部が形成され、前記歩行者を後方に従えて先導して走行することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項７】
前記操作入力部は、歩行者が把持するグリップ部と、該グリップ部に連結された６軸力センサとで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の走行装置。
【請求項８】
前記障害物検出手段は、前記自走体の前方側に水平方向に走査するスキャナ式レンジセンサを有し、該スキャナ式レンジセンサで少なくとも自走体の前方側の所定角度範囲を走査して障害物の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項９】
前記自走体は、キャスター構造の前輪と、前記走行制御装置によって正逆転駆動される電動モータによって駆動される左右一対の駆動後輪とを備えていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項１０】
前記障害物検出手段は、前記自走体の走行方向に先行する走行面との距離を計測する走行面距離検出部と、該走行面距離検出部で検出した計測データに基づいて走行面の段差を障害物として検出する床面判定部とを備えていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項１】
歩行支援を行う歩行者が把持して移動方向を入力する操作入力部を有するとともに、走行部を有して任意の方向に走行可能な自走体と、前記操作入力部で入力された移動方向に基づいて前記自走体の走行を制御する走行制御手段と、前記自走体の周囲の障害物の位置を検出する障害物検出手段と、前記障害物検出手段で検出した障害物の位置情報と前記走行制御手段の指令値とに基づいて自走体の前記障害物への接触の有無を判定する障害物接触判定手段と、該障害物接触判定手段の判定結果に基づいて前記走行制御手段の走行方向を補正する走行方向補正手段とを備えたことを特徴とする走行装置。
【請求項２】
前記走行方向補正手段は、障害物との走行軌跡と距離とに基づいて算出される危険度を前記移動速度及び旋回速度の関係で表す危険度マップを有し、前記移動速度及び旋回速度をもとに前記危険度マップを参照して走行方向を補正することを特徴とする請求項１に記載の走行装置。
【請求項３】
前記走行方向補正手段は、障害物に対する到達時間に基づいて危険領域及び斡旋領域を設定した到達時間マップを有し、前記移動速度及び旋回速度をもとに前記到達時間マップを参照して走行方向を補正することを特徴とする請求項１に記載の走行装置。
【請求項４】
前記走行制御手段は、前記操作入力部の入力に応じて前記自走体の移動速度を演算する移動速度検出手段と、前記操作入力部の入力に応じて前記自走体の旋回速度を検出する旋回速度検出手段とを備え、前記障害物接触判定手段は、前記自走体の移動速度及び旋回速度に基づいて前記障害物との接触を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項５】
前記自走体は、基台の前方側上面に後方側に傾斜しながら延長する支持腕が形成された構成を有し、該支持腕の上部に前記歩行支援を行う歩行者が把持して移動方向を入力する操作入力部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項６】
前記自走体は、前記歩行支援する歩行者の肩幅以上の幅を有し、後方側に歩行支援する歩行者の下肢を収める凹部が形成され、前記歩行者を後方に従えて先導して走行することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項７】
前記操作入力部は、歩行者が把持するグリップ部と、該グリップ部に連結された６軸力センサとで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の走行装置。
【請求項８】
前記障害物検出手段は、前記自走体の前方側に水平方向に走査するスキャナ式レンジセンサを有し、該スキャナ式レンジセンサで少なくとも自走体の前方側の所定角度範囲を走査して障害物の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項９】
前記自走体は、キャスター構造の前輪と、前記走行制御装置によって正逆転駆動される電動モータによって駆動される左右一対の駆動後輪とを備えていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の走行装置。
【請求項１０】
前記障害物検出手段は、前記自走体の走行方向に先行する走行面との距離を計測する走行面距離検出部と、該走行面距離検出部で検出した計測データに基づいて走行面の段差を障害物として検出する床面判定部とを備えていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の走行装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１０１６０２（Ｐ２０１３−１０１６０２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２９８２２（Ｐ２０１２−２２９８２２）
【出願日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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