障害検出装置及び移動ロボット
【課題】障害の方向を検出する。
【解決手段】バンパー２に力が掛からないときは走行装置のフレーム１との間が弾性体によって非接触に保持されており、抵抗線１０と導電部材１１とは接触しない。何らかの障害によってバンパー２に力が加わると、抵抗線１０と導電部材１１とが接触し、抵抗線１０の接触点の電位が検出電圧Ｖｏｕｔに出力する。検出電圧Ｖｏｕｔは、略環状に配置している抵抗線１０の位置を示しており、これに基づいて力が掛かった方向を検出する。
【解決手段】バンパー２に力が掛からないときは走行装置のフレーム１との間が弾性体によって非接触に保持されており、抵抗線１０と導電部材１１とは接触しない。何らかの障害によってバンパー２に力が加わると、抵抗線１０と導電部材１１とが接触し、抵抗線１０の接触点の電位が検出電圧Ｖｏｕｔに出力する。検出電圧Ｖｏｕｔは、略環状に配置している抵抗線１０の位置を示しており、これに基づいて力が掛かった方向を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行の妨げとなる障害を検出する障害検出装置と、障害物を検出して回避する移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自律走行型の移動ロボット等、通路上を車輪で走行する車輪走行機器を備えた装置では、センサによって自己の位置を認識し、地図情報に基づき、予め決められた経路を移動する。走行時に障害物に衝突した場合には、この障害物を回避する行動をとる。このため、障害物の正確な位置を検出する必要があり、例えば、電子接触子に長さと幅を持たせたテープスイッチを移動ロボット本体または車輪走行機器の周囲に取り付け、衝突の検知を行っていた。しかし、テープスイッチでは、衝突時の「オン」、または、未衝突時の「オフ」という信号しか出力しない。このため、衝突した方向までは、検出できなかった。
【０００３】
そこで、テープスイッチの代わりに、狭い範囲で接触を検知する接触型スイッチを移動ロボットの周囲に複数個取り付け、障害物の方向を検出する方法がある。また、移動ロボットの頂部をグリップで固定した碗状のカバーを持ち、カバーの変形が四方に設けられた接触型スイッチのいずれかに伝達し、衝突方向を検出するロボットが提案されている。さらに、車輪走行装置本体に対して、力覚センサを介してドーム状の外装部を取り付け、障害物と衝突したときに、外装部に生じるモーメントに基づいて、衝突方向を検知するロボットもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７８７６４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４２８４９号公報
【特許文献３】特開２００６−２１２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の障害検出装置では、障害物との衝突以外の障害を検出できないという問題点があった。
移動ロボット等は、専用の通路ではなく、人や他の機器も利用する一般的な通路を走行する。このような通路を安全に走行するため、障害物を回避することは必須であるが、障害物との衝突以外にも安全上問題となる事象がある。例えば、一般的な通路を走行する場合には、傾斜面を走行しなければならないときがある。しかし、傾斜面の傾斜角度が一定以上の急勾配となると、移動ロボットの走行が不安定となり、最悪の場合には転倒してしまうこともある。また、走行開始時の加速、あるいは走行停止時の減速が急激であるときも同様に、移動ロボットの走行が不安定となる場合がある。このように、安全走行のためには、障害物との衝突の検知のほかに、傾斜角の急な傾斜面や、加減速時の大きな加速度を検出する必要がある。しかしながら、従来の障害検出装置では、障害物の衝突等によって外力が加わった場合しか検出できなかった。このため、加減速時の加速度を測定する加速度センサを別途設けてリアルタイムに監視する等、新たな検出センサが必要であった。しかし、新たに検出センサを設けるのは、配線・構造が複雑になりコストが増加するばかりでなく、センサの故障を監視しなければならない等、メンテナンス上の負担も増大する。
【０００６】
このような点に鑑み、全方位の衝突の検出に加え、許容値以上の傾斜面や加速度といった走行上問題となる障害を検出することが可能な障害検出装置及び移動ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、外周部、スイッチ部及び検出部を有し、走行の妨げとなる障害を検出する障害検出装置が提供される。外周部は、走行装置の外周に配置され、走行装置と弾性体を介して接続することによって、この走行装置が水平面で停止しているときは走行装置に対して非接触状態に保持される。スイッチ部は、所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有する。対向する走行装置の周囲または外周部の内壁のいずれか一方に抵抗部材、他方に導電部材をそれぞれ略環状に配置し、抵抗部材と導電部材との接触点の位置に応じた抵抗部材の電位を検出信号として出力する。検出部は、検出信号に基づいて、外周部に力が加わることによって外周部と走行装置との相対的位置が変化し、抵抗部材と導電部材とが接触したことを検出するとともに、検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、上記の障害検出装置を備えた移動ロボットが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
開示の障害検出装置及び移動ロボットによれば、外周部に走行装置との相対位置を変化させる力が掛かったとき、検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出することができる。外周部には、走行装置との相対位置を変化させる力が、障害物の衝突、走行装置が傾斜面を走行したとき、加減速によって急激な加速度が生じたとき等に掛かる。したがって、障害物の衝突検出に加え、傾斜面や急激な加速度の検出とその方向も検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の障害検出装置の構成の概略を示した図である。
【図２】図１に示した障害検出装置のスイッチ部の構成を詳細に示した図である。
【図３】図２に示したスイッチ部の回路を示した図である。
【図４】前から力が加わった場合を示している。
【図５】後から力が加わった場合を示している。
【図６】抵抗線と導電部材とを逆に配置したスイッチ部の構成を示した図である。
【図７】第２の実施の形態の移動ロボットの構成を示した図である。
【図８】移動ロボットのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【図９】傾斜角が閾値を超える傾斜面の検出を説明する図である。
【図１０】加速度が閾値を超える加減速の検出を説明する図である。
【図１１】閾値を決めるパラメータを説明する図である。
【図１２】バンパーの重量調整用の重りを備えた移動ロボットの一例を示した図である。
【図１３】第３の実施の形態の移動ロボットの構成を示した図である。
【図１４】図１３の移動ロボットの動作を示した図である。
【図１５】第４の実施の形態のバンパースイッチの構成例を示した図である。
【図１６】図１５のバンパースイッチの回路を示した図である。
【図１７】図１５のバンパースイッチが反時計回りに回転したときの動作を示した図である。
【図１８】図１５のバンパースイッチが時計回りに回転したときの動作を示した図である。
【図１９】走行制御処理の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態の障害検出装置の構成の概略を示した図である。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は走行装置の垂直方向の断面図を示している。
【００１２】
障害検出装置は、（Ａ）斜視図に示したように、車輪８を駆動して走行する対象の走行装置または移動ロボットの走行上の障害を検出する。このため、対象の走行装置または移動ロボットの外枠に相当するフレーム１の外周に、弾性体によって支持されるバンパー２を有する。バンパー２は、水平面が、走行装置の水平面と常に一致するように保持されている。走行装置が傾斜面を走行して傾いたときは、走行装置の水平面の傾きと同じ角度でバンパー２の水平面も傾く。ここで、水平面は、走行装置を水平面上で停止させたときに、水平となる方向を言う。
【００１３】
（Ｂ）断面図に示したように、フレーム１と、バンパー２とは、弾性体の一例であるバネ３ａ，３ｂによって接続されている。フレーム１とバンパー２との間は、バネ３ａ，３ｂによって非接触状態に保たれている。また、バンパー２に押圧が加わったときは、力が加わった方向のバネ３ａ，３ｂが縮み、力が閾値を超えるとバンパー２とフレーム１とが接触する。力がなくなったときは、元の位置に戻り、再びフレーム１とバンパー２との間は、バネ３ａ，３ｂによって非接触状態に保持される。なお、このような機能を持つ弾性体であれば、バネでなくてもよい。
【００１４】
フレーム１の周囲には、抵抗線１０が取り付けられ、フレーム１に取り付けられた抵抗線１０と対向するバンパー２の内壁には導電部材１１が取り付けられている。抵抗線１０は、所定の電気抵抗を有する抵抗部材であり、フレーム１の周囲に略環状に取り付けられている。導電部材１１は、抵抗線１０と比較して電気抵抗が非常に小さい導電材であり、バンパー２の内壁に沿って略環状に取り付けられている。また、抵抗線１０と導電部材１１とは、フレーム１の水平面とバンパー２の水平面とが一致している状態で、上下方向の高さが同じになるように取り付ける。上下方向の高さが同じになるとは、バネ３ａ，３ｂが形成する隙間がなくなったときに、それぞれ幅を持つ抵抗線１０と導電部材１１の少なくとも一部が接触し、電気的に接続できることを言う。
【００１５】
なお、ここでは、抵抗線１０と導電部材１１とするが、抵抗部材及び導電部材は、任意である。また、図の構成は一例であり、フレーム１の表面に導電部材１１を取り付け、バンパー２の内側に抵抗線１０を取り付ける構成とすることもできる。
【００１６】
走行装置が水平面上で停止、あるいはほぼ一定の速度で走行しているような状態では、バネ３ａ，３ｂによってフレーム１とバンパー２との間は非接触状態に保たれている。この場合、フレーム１の表面上に配置した抵抗線１０と、バンパー２の内壁に配置した導電部材１１とは、接触しない。この状態から、障害物に衝突して、バンパー２を外側から内側（フレーム１方向）へ押す力（以下、外力とする）が加わったときは、フレーム１に対しバンパー２が相対的に移動する。外力が基準値よりも大きい場合には、外力が加わった位置のバンパー２とフレーム１とが近付き、その位置で導電部材１１と抵抗線１０とが接触する。
【００１７】
図２は、図１に示した障害検出装置のスイッチ部の構成を詳細に示した図である。図１の（Ｂ）断面図が走行装置に対し垂直方向の断面図であったのに対し、図２は、水平方向の断面図である。
【００１８】
前述のように、フレーム１と、バンパー２との間は、４方向Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に設けられたバネ３１，３２，３３，３４と、ダンパ（ショックアブソーバとも呼ばれる）４１，４２，４３，４４とによって接続されている。走行装置が水平面に停止している状態におけるフレーム１とバンパー２との間は、バネ３１，３２，３３，３４と、ダンパ４１，４２，４３，４４とによって非接触に保持されている。図２の例では、フレーム１とバンパー２との間は、略一定の距離に保持されている。また、図２では、４方向にバネとダンパを配置するとしたが、任意の数を任意の方向に配置することができる。
【００１９】
バネ３１，３２，３３，３４は、力が加わると伸縮する特性を有する。障害物の衝突等、バンパー２に外から内へ向かう力が掛かると、フレーム１に対してバンパー２の相対位置が後方にずれ、障害物方向のバネが縮む。走行装置が傾斜面を走行するときは、バンパー２に掛かる重力により、フレーム１に対してバンパー２の相対位置がフレーム１の進行方向の後方にずれ、進行方向のバネが縮む。また、走行装置が進行方向に向かって加速するときは、慣性力によってフレーム１に対してバンパー２の相対位置が進行方向の後方にずれ、進行方向のバネが縮む。
【００２０】
ダンパ４１，４２，４３，４４は、位置の移動を抑制するための装置であり、バネ３１，３２，３３，３４の特性による周期振動を緩和・収束させる。ダンパ４１，４２，４３，４４がない構成とすることもできる。
【００２１】
図１（Ｂ）断面図に示したように、ここでは、抵抗線１０をフレーム１の周囲に略環状に配置し、導電部材１１をバンパー２の内壁に略環状に配置する。抵抗線１０と、導電部材１１とは同心円を構成する。抵抗線１０は、電極１２を介して定電圧Ｖｉｎを発生させる定電圧源に接続し、電極１３を介して接地（以下、ＧＮＤ（グランド）とする）に接続する。これにより、フレーム１外周の抵抗線１０には、弱電流が流れる構成となっている。導電部材１１は、出力電極１４に接続し、出力電極１４を介して検出電圧Ｖｏｕｔを出力する。図２に示した状態では、バンパー２に力が掛かっておらず、フレーム１とバンパー２との間の距離がほぼ一定に保たれている。このため、抵抗線１０と、導電部材１１とは接触せず、Ｖｏｕｔ＝０である。
【００２２】
図３は、図２に示したスイッチ部の回路を示した図である。図２と同じものには同じ番号を付す。
図２で説明したように、バンパー２に外力が加わっていない定常状態では、バンパー２の内壁に位置する導電部材１１は抵抗線１０と接触していない。したがって、出力電極１４では、検出電圧Ｖｏｕｔ＝０になる。
【００２３】
バンパー２にバネ３１，３２，３３，３４のバネ定数に応じた閾値以上の外力が掛かると、バンパー２はフレーム１方向に移動し、バンパー２の内壁の導電部材１１は、抵抗線１０に接触する。出力電極１４は導電部材１１を介して抵抗線１０に電気的に接続される。このとき、出力電極１４には、導電部材１１と抵抗線１０との接触位置に応じた検出電圧Ｖｏｕｔ（ＧＮＤに対する電位）が生じる。具体的には、接触位置が電圧Ｖｉｎに近いほど、言い換えれば、電極１２に近いほど、検出電圧Ｖｏｕｔの電圧は高くなる。すなわち、導電部材１１と抵抗線１０とが略環状に配置されているので、検出電圧Ｖｏｕｔの信号値（電圧値）の大きさは、力が掛かった方向を示す。なお、ここでは、抵抗線１０はほぼ均一で、電極１２からの距離と電圧降下はほぼ比例するとしている。
【００２４】
外周の任意の位置を０度（ｄｅｇｒｅｅ、以下「°」とする）とし、０°、３６０°における出力電圧をＶ１、Ｖ２（Ｖ１、Ｖ２）とし、Ｖｏｕｔ＞＝Ｖ２の際に、抵抗線１０と導電部材１１との接触を検知したものとする。接触を検出した方向を検出方向α（単位は°）とすると、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｏｕｔから次の式で検出方向を算出することができる。
【００２５】
検出方向α＝（Ｖ１−Ｖｏｕｔ）／（Ｖ１−Ｖ２）×３６０° ・・・（１）
以下の説明では、便宜的に、電極１２における検出電圧をＶ１、電極１３における検出電圧をＶ２とし、電極１２に最も近いＤ０を０°、Ｄ１は９０°、Ｄ２は１８０°、Ｄ３は２７０°とする。もちろん、どこを基準とするかは任意である。
【００２６】
以下、前方向（Ｄ１方向とする）から力が掛かったとき、後方向（Ｄ３方向とする）から力が掛かったときの例を挙げて説明する。なお、図でダンパは省略している。
図４は、前から力が加わった場合を示している。（Ａ）は前から力が加わった場合のスイッチの状態、（Ｂ）は回路を示している。
【００２７】
前から、言い換えれば、バンパー２にＤ１方向から力が掛かった場合、抵抗線１０と導電部材１１とは、Ｄ１において接触する。これにより、出力電極１４は、導電部材１１を介してＤ１地点で抵抗線１０と電気的に接続する。これにより、検出電圧Ｖｏｕｔは、抵抗線１０のＤ１地点の電位に応じた、Ｖｏｕｔ＝１／４Ｖｉｎになる。
【００２８】
図５は、後から力が加わった場合を示している。（Ａ）は後から力が加わった場合のスイッチの状態、（Ｂ）は回路を示している。
後から、言い換えれば、バンパー２にＤ３方向から力が掛かった場合、抵抗線１０と導電部材１１とは、Ｄ３において接触する。これにより、出力電極１４は、導電部材１１を介してＤ３地点で抵抗線１０と電気的に接続する。これにより、検出電圧Ｖｏｕｔは、抵抗線１０のＤ３地点の電位に応じた、Ｖｏｕｔ＝３／４Ｖｉｎになる。
【００２９】
このように、バンパー２に予め設定した閾値以上の力が加わると、その位置の抵抗線１０と導電部材１１とが接触し、接触地点の抵抗線１０の電位が検出電圧Ｖｏｕｔとして検出できる。抵抗線１０の電位は、電極１２からの位置に応じて決まるため、Ｖｏｕｔが略環状の抵抗線１０のどの位置の電位に相当するのかを算出することにより、力が掛かった方向を検出できる。バンパー２には、障害物に衝突した場合ばかりでなく、走行装置が閾値を超える傾斜角の傾斜面を走行したときにバンパー２の重量に応じた重力、または走行装置が閾値を超える加速度で加速または減速を行ったときのバンパー２の重みに応じた慣性力が掛かる。基準値以上の傾斜角の傾斜面の走行、及び加減速時の大きな加速度は、ともに走行上の安全を妨げる障害であり、障害物の衝突と同様に検出する必要がある。第１の実施の形態の障害検出装置によれば、障害物の衝突とともに傾斜角及び加速度が閾値を超えた場合にも検出が可能であり、別途、加速度センサ等を持つ必要がなくなる。すなわち、コスト増となることなく、全方位の衝突の検出に加え、基準値以上の傾斜角の傾斜面や加速度といった走行上問題となる障害の発生とその方向の検出が可能となる。
【００３０】
上記の説明では、フレーム１に周囲に抵抗線１０を配置し、バンパー２の内壁に導電部材１１を配置するとしたが、逆の構成とすることもできる。
図６は、抵抗線と導電部材とを逆に配置したスイッチ部の構成を示した図である。図３と同じものには同じ番号を付す。
【００３１】
図６では、抵抗線１０をバンパー２の内壁に略環状に配置し、導電部材１１をフレーム１の周囲に略環状に配置している。定電圧Ｖｉｎは、電極１５を介して抵抗線１０に印加する。また、抵抗線１０は、電極１６を介してＧＮＤに接地する。導電部材１１は、出力電極１７に接続し、出力電極１７から検出電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００３２】
バンパー２に力が掛からない通常状態では、導電部材１１と、抵抗線１０は、接触しておらず、検出電圧Ｖｏｕｔ＝０である。
バンパー２に外力が掛かると、バンパー２がフレーム１方向に移動し、抵抗線１０と導電部材１１とが接触する。これにより、出力電極１７は、導電部材１１を介して抵抗線１０と電気的に接続し、導電部材１１と接触した抵抗線１０の接触点における電位に応じた検出信号を検出電圧Ｖｏｕｔとして出力する。抵抗線１０は、略環状に配置されており、検出電圧Ｖｏｕｔの大きさから力が加わった方向を検出することができる。
【００３３】
このように、抵抗線１０と導電部材１１の配置を入れ替えても同様である。
以下、第２の実施の形態として、移動ロボットに障害検出装置を搭載した場合について説明する。図７は、第２の実施の形態の移動ロボットの構成を示した図である。
【００３４】
ロボットは、ロボット本体１００の外周にバンパー２００が配置されており、後述するロボット制御部によって、地図情報に基づき、センサによって自己の位置を認識しながら車輪８００を駆動し、予め決められた経路を走行する。
【００３５】
バンパー２００は、バネ３１０によってロボット本体１００の外側に支持されており、バンパー２００に力が加わっていない状態では、ロボット本体１００との隙間が一定に保たれている。ロボット本体１００の表面と、ロボット本体１００の表面と対向するバンパー２００の内壁には、障害を検出するスイッチ部を配置する。図７の例では、ロボット本体１００の周囲をほぼ１周する抵抗線２１１と、バンパー２００の内壁に抵抗線２１１に対向する導電部材２１２が取り付けられている。全方位に対して同等の障害検出を行うためには、ロボット本体１００及びバンパー２００は円筒状であることが望ましい。以下、このように、バネ３１０によってロボット本体１００の外周に支持されるバンパー２００と、略環状の抵抗線２１１及び導電部材２１２とをロボット本体１００側とバンパー２００側とに対向して配置するスイッチ部とを含め、バンパースイッチ２１０とする。
【００３６】
図８は、移動ロボットのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
移動ロボットは、走行を行う走行部１２０と、バンパースイッチ２１０と、走行部１２０及びバンパースイッチ２１０に接続し、走行制御と障害の検出と回避処理を行うロボット制御部１１０を有する。ロボット制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１によって装置全体が制御されている。ＣＰＵ１１１には、バス１１６を介してＲＡＭ（Random Access Memory）１１２、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）１１３、入力インタフェース１１４、及び走行部インタフェース１１５が接続されている。
【００３７】
ＲＡＭ１１２には、ＣＰＵ１１１に実行させるＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ１１２には、ＣＰＵ１１１による処理に必要な各種データが格納される。ＨＤＤ１１３には、ＯＳやアプリケーションのプログラムが格納される。なお、ＨＤＤ１１３の代わりに、ＲＯＭ（Read Only Memory）を用いてもよい。入力インタフェース１１４には、バンパースイッチ２１０が接続されており、バンパースイッチ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔに基づく検出信号を、バス１１６を介してＣＰＵ１１１に送信する。走行部インタフェース１１５は、走行部１２０に接続されており、バス１１６を介してＣＰＵ１１１から取得した走行指示を走行部１２０の車輪モータ制御部１２１に送信する。走行部１２０は、車輪モータ制御部１２１及び車輪モータ１２２を有し、ロボット制御部１００から受信した走行指示に基づいて、車輪モータ制御部１２１が車輪を駆動する車輪モータ１２２を制御する。このようなハードウェア構成によって、移動ロボット１００の処理機能を実現することができる。
【００３８】
以下、バンパースイッチ２１０による障害検出及びその検出信号を用いた走行制御について説明する。
図７に戻って障害物の衝突の検出について説明する。バンパースイッチ２１０は、図２に示したスイッチ部と同様の構成である。抵抗線２１１はロボット本体１００側に、導電部材２１２はバンパー２００側に配置されている。通常状態では、抵抗線２１１と、導電部材２１２との間は、ほぼ一定の距離に保たれており、接触しない。このとき、バンパースイッチ２１０より出力する検出信号は、検出電圧Ｖｏｕｔ＝０に相当する信号となる。障害物が衝突すると、衝突した方向からバンパー２００に力が加わる。力が閾値を超えている場合は、抵抗線２１１と導電部材２１２とが、接触し、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用し、障害物の方向を検出する。なお、障害物の方向の検出処理は、バンパースイッチ２１０の検出信号を受けたロボット制御部１１０が行う。
【００３９】
次に、閾値を超える傾斜角の傾斜面の検出について説明する。図９は、傾斜角が閾値を超える傾斜面の検出を説明する図である。（Ａ）は平面走行時、（Ｂ）は傾斜面走行時の状態を示した図である。図では、導電部材２１２の進行方向側を２１２ａ、後側を２１２ｂとしている。
【００４０】
（Ａ）の平面走行時の状態では、バンパー２００の内壁に配置している導電部材２１２と、ロボット本体１００に配置している抵抗線２１１とは、バネ３１０ａ，３１０ｂによって距離が一定に保たれている。抵抗線２１１と、導電部材２１２とは、接触していないので、検出電圧Ｖｏｕｔは、“０”である。（Ｂ）の傾斜面走行時の状態では、ロボット本体１００及びバンパー２００の水平面がともに、傾斜面の角度θ分傾く。これにより、バンパー２００に掛る重力が、バンパー２００の水平面に働く。バンパー２００を下方に押し下げる力が働き、ロボット本体１００に対するバンパー２００の相対位置が変わる。そして、傾斜角が閾値を超えると、バンパー２００の重量によって導電部材の進行方向側２１２ａと、抵抗線２１２とが接触し、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用すれば、傾斜面の方向を検出することができる。
【００４１】
次に、基準を超える急激な加速あるいは減速の検出について説明する。図１０は、加速度が閾値を超える加減速の検出を説明する図である。図は、速度を加速した場合を示している。ロボット本体１００が加速すると、バンパー２００には慣性力により、ロボット本体１００に対する相対位置が後になるように力が働く。加速度が閾値を超えている場合は、導電部材の進行方向側２１２ａと、抵抗線２１１とが接触し、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用すれば、加速度の方向（加速したのか減速したのか）を検出することができる。加速したときは、導電部材の進行方向２１２ａが抵抗線２１１と接触し、減速したときは導電部材の後方向２１２ｂが抵抗線２１１と接触する。
【００４２】
このように、開示のバンパースイッチによれば、障害物衝突時に障害物の方向を全方位に渡って検出できるばかりでなく、同様の機構で傾斜面が閾値を超えたことを検出し、傾斜面の方向も検出することができる。さらに、加速度が閾値を超えたことを検出し、加速されたのか、減速されたのかを検出することができる。
【００４３】
次に、閾値を決めるパラメータについて説明する。図１１は、閾値を決めるパラメータを説明する図である。（Ａ）は障害物検出、（Ｂ）は傾斜面検出、（Ｃ）は加速度検出を示している。図は、それぞれロボット本体１００と、バンパー２００を示している。
【００４４】
（Ａ）障害物検出は、バネ定数と、ロボット本体１００とバンパー２００との隙間に応じて、バンパー２００に加わる力の閾値が決まる。
バンパー２００とロボット本体１００とを接続するバネのバネ定数をＫとし、バンパー２００がＸ変位した場合、バンパー２００に掛かる力Ｆは、
Ｆ＝２ＫＸ ・・・（２）
と表すことができる。２倍しているのは、前後にバネが配置されていると想定しているためである。例えば、バンパー２００とロボット本体の隙間を１ｃｍ（Ｘ＝０．０１ｍ）とし、５Ｎ（０．５ｋｆ）の力がバンパー２００に掛かったことを検出したいときは、式（２）より、バネ定数は、Ｋ＝２５０Ｎ／ｍとすればよいことになる。
【００４５】
（Ｂ）傾斜面検出は、さらに、バンパー２００の重量により閾値が決まる。傾斜角θの傾斜面を登坂する場合、バンパー２００の重量をＭ、重力をｇとすると、掛かる力は、
Ｍｇｓｉｎθ＝２ＫＸ ・・・（３）
と表すことができる。ＫとＸは（Ａ）と同じである。例えば、傾斜角５°（θ＝５）以上で傾斜面検出を行うとすると、式（３）を用いて、重量Ｍは、
Ｍ＝２×２５０×０．０１／（９．８×ｓｉｎ５°）＝５．８５ｋｇ、
と求めることができる。なお、ＫとＸは、（Ａ）と同じである。
【００４６】
以上より、障害物に衝突し５Ｎの力が掛かったことを検出するとともに、傾斜角５°の傾斜面を検出したいときは、バンパー２００の重量を５．８５ｋｇとすればよいことになる。
【００４７】
（Ｃ）加速度検出は、ＫとＭが定まると閾値が自動的に決まる。加速度をａとすると、掛かる力は、
Ｍａ＝２ＫＸ ・・・（４）
と表すことができる。上記で算出したＫとＭ、及びＸを用いると、検出できる加速度は、
ａ＝２×２５０×０．０１／５．８５＝０．８５ｍ／Ｓ2
になる。
【００４８】
以上のように、バネ係数と隙間の大きさ、また、バンパーの重量等を適宜決めることにより、最適な閾値を設定する。
ところで、上記で説明したように、傾斜面検出及び加速度検出の閾値は、バンパー２００の重量に応じて調整することができる。図１２は、バンパーの重量調整用の重りを備えた移動ロボットの一例を示した図である。
【００４９】
図１２は、図７の移動ロボットに重り６０１，６０２を備えている。重り６０１，６０２は、それぞれの所定の重量を有し、バンパー２００の上に着脱可能である。それぞれ、バンパー２００と同様に形状をしており、ロボット本体１００の部分が中空のドーナツ型形状を有している。利用者は、式（３）または式（４）を用いて、所望の閾値が得られるバンパー２００の重量を算出し、重り６０１，６０２を着脱してバンパー２００が算出した重量となるように調整することができる。
【００５０】
また、図７に示した移動ロボットでは、バンパーの重量調整を傾斜面検出か、加速度検出のいずれかに合わせて行う。しかし、両方の閾値を満たす重量に調整することは容易ではない。そこで、第３の実施の形態として、それぞれ傾斜面検出と加速度検出とを行うスイッチ機構を設けた移動ロボットについて説明する。
【００５１】
図１３は、第３の実施の形態の移動ロボットの構成を示した図である。図７と同じものには同じ番号を付す。第３の実施の形態の移動ロボットは、図７に示した第２の実施の形態の移動ロボットのバンパースイッチ２１０が、バンパースイッチ２２０に置き換わっている。
【００５２】
バンパースイッチ２２０は、スイッチ部が上下２箇所の構成となっている。また、バンパー２０１は、水平面が常にロボット本体１００の水平面と一致していたバンパー２００と異なり、常に水平を保つ。言い換えれば、傾斜面を走行する際に、ロボット本体１００の水平面が傾いても、バンパー２０１の水平面は水平を維持する。
【００５３】
スイッチ部について説明する。上側のスイッチは、加速度検出用で、抵抗線（加速度検出用）２２１と導電部材（加速度検出用）２２２とを有する。抵抗線（加速度検出用）２２１は、ロボット本体１００の周囲を取り囲むように略環状に配置する。導電部材（加速度検出用）２２２は、バンパー２０１の内壁に、抵抗線（加速度検出用）２２１と対向するように略環状に配置する。ロボット本体１００が平面上にあるときは、抵抗線（加速度検出用）２２１及び導電部材（加速度検出用）２２２は、同じ高さにある。下側のスイッチは、傾斜面検出用で、抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とを有する。抵抗線（傾斜面検出用）２２３は、ロボット本体１００の周囲を取り囲むように略環状に配置する。導電部材（傾斜面検出用）２２４は、バンパー２０１の内壁に略環状に配置する。抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とは、ロボット本体１００が平面上にあるときは、同じ高さとならないように位置をずらして配置する。そして、上下方向の変位が加わったときに接触する構造とする。傾斜面走行時に、ロボット本体１００とバンパー２０１とが相対的に傾くことにより、抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とが接触する。
【００５４】
図１４は、図１３の移動ロボットの動作を示した図である。（Ａ）は傾斜面走行時、（Ｂ）は加速度大となったときの動作を示している。
（Ａ）傾斜面走行時には、ロボット本体１００が傾斜角θの傾斜面を走行することにより、ロボット本体１００に配置された抵抗線（加速度検出用）２２１及び抵抗線（傾斜面検出用）２２３は、水平方向に対し、傾斜角θで傾く。これに対し、水平を常に維持するバンパー２０１に配置される導電部材（加速度検出用）２２２及び導電部材（傾斜面検出用）２２４は、水平を維持する。このように、傾斜面走行時に、ロボット本体１００に対しバンパー２０１が相対的に傾くことにより、抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とが接触する。導電部材の進行方向側２２４ａと、抵抗線（傾斜面検出用）２２３とが接触したことにより、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用すれば、傾斜面の方向を検出することができる。このとき、加速度検出用の抵抗線（加速度検出用）２２１と、導電部材（加速度検出用）２２２とは、ロボット本体１００に対し、バンパー２０１が相対的に傾くことにより、接触しない。したがって、傾斜面検出のみを行うことができる。
【００５５】
（Ｂ）加速度大の状態となったときは、慣性力によってバンパー２０１はロボット本体１００に対し、水平方向に位置がずれる。図１４は加速する場合を示しており、バンパー２０１は、ロボット本体１００に対し後側に移動する。これにより、加速度検出用の抵抗線（加速度検出用）２２１と、導電部材（加速度検出用）２２２とが接触する。導電部材の進行方向側２２２ａと、抵抗線（加速度検出用）２２１とが接触したことにより、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用すれば、加速の方向を検出することができる。このとき、傾斜面検出用の抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とは、ロボット本体１００に対し、バンパー２０１が水平方向に移動するだけであるので、接触しない。したがって、加速度検出のみを行うことができる。
【００５６】
このように、傾斜面検出用と、加速度検出用の２種類にスイッチ部を設けたことにより、加速度と傾斜面をそれぞれ検知することが可能となる。なお、障害物との衝突は、抵抗線（加速度検出用）２２１及び導電部材（加速度検出用）２２２により、検出する。
【００５７】
さらに、第４の実施の形態として、回転方向を検出するバンパースイッチについて説明する。図１５は、第４の実施の形態のバンパースイッチの構成例を示した図である。
バンパースイッチ２３０は、ロボット本体１００の周囲に、接触方向検出用の抵抗線２３１と、回転方向検出用の抵抗線２３２ａ，２３２ｂとがそれぞれ略環状に配置されている。なお、抵抗線２３２ａ，２３２ｂは、２つで略環状を形成している。また、抵抗線２３２ａは、反時計回りの回転の検出用であり、途中に回転検出部２３３ａを有する。抵抗線２３２ｂは、時計回りの回転の検出用であり、途中に回転検出部２３３ｂを有する。一方、バンパー２０２の内壁には、抵抗線２３１に対向して導電部材２３４を配置する。また、通常状態では接触しないが、ロボット本体１００が反時計回りに回転すると回転検出部２３３ａと接触する端部２３５ａと、時計回りに回転すると回転検出部２３３ｂと接触する端部２３５ｂを有している。
【００５８】
図１６は、図１５のバンパースイッチの回路を示した図である。
定電圧Ｖｉｎが抵抗線２３２ａに印加されており、抵抗線２３２ａ、電極２４１、電極２４２、抵抗線２３１、電極２４３、電極２４４、抵抗線２３２ｂと微弱な電流が流れる。通常状態では、抵抗線２３１，２３２ａ，２３２ｂと、導電部材２３４とは接触していない。
【００５９】
バンパー２０２に力が加わったときの接触方向の検出については、バンパースイッチ２１０と同様である。バンパー２０２に力が加わったとき、導電部材２３４と、接触方向検出用の抵抗線２３１とが接触し、接触点の電位が出力電極２４７を経由して検出電圧Ｖｏｕｔとして出力する。図１６の例では、検出電圧Ｖｏｕｔとして、電極２４３の電位より大きく、電極２４２の電位よりも小さい電圧値が検出される。すなわち、電極２４２の電位をＶ１、電極２４３の電位をＶ２として、式（１）を適用し、接触方向を求めることができる。
【００６０】
図１７は、図１５のバンパースイッチが反時計回りに回転したときの動作を示した図である。（Ａ）は反時計回りに回転した場合のバンパースイッチの状態を示した図であり、（Ｂ）はそのときの回路を示した図である。
【００６１】
矢印に示したように、ロボット本体１００が反時計回りに回転すると、回転方向検出用の抵抗線２３２ａ，２３２ｂに設けられた回転検出部２３３ａ，２３３ｂが反時計方向に動く。すると、バンパー２０２とともに動く導電部材２３４は回転が遅れるため、端部２３５ａが回転検出部２３３ａに接触する。反対側も同様に、出力電極２４６が導電部材に接触し、導電部材を経由して出力電極２４８に電気的に接続する。これにより、回転検出部２３３ａと、出力電極２４８とが電気的に接続し、出力電極２４８には回転検出部２３３ａの電位が検出電圧Ｖｃｃとして出力する。このとき、検出電圧Ｖｃｃとしては電極２４１よりも高い電圧値が得られる。
【００６２】
図１８は、図１５のバンパースイッチが時計回りに回転したときの動作を示した図である。（Ａ）は時計回りに回転した場合のバンパースイッチの状態を示した図であり、（Ｂ）はそのときの回路を示した図である。
【００６３】
矢印に示したように、ロボット本体１００が時計回りに回転すると、回転方向検出用の抵抗線２３２ａ，２３２ｂに設けられた回転検出部２３３ａ，２３３ｂが時計方向に動く。すると、バンパー２０２とともに動く導電部材２３４は回転が遅れるため、端部２３５ｂが回転検出部２３３ｂに接触する。反対側も同様に、出力電極２４５が導電部材に接触し、導電部材を経由して出力電極２４８に接続する。これにより、回転検出部２３３ｂと、出力電極２４８とが電気的に接続し、出力電極２４８には回転検出部２３３ｂの電位に応じた検出電圧Ｖｃｃとして出力する。このとき、検出電圧Ｖｃｃとしては電極２４４よりも低い電圧値が得られる。
【００６４】
以上のように、回転方向検出部をバンパースイッチに設けることによって、同様の機構でバンパー２０２に力が加わった方向を検出できるとともに、移動ロボットの回転方向を検出することができる。
【００６５】
移動ロボットは、上記のバンパースイッチ２１０，２２０，２３０によって障害物と衝突したこと、閾値以上の傾斜面を走行したこと、または、加速度が閾値を超えたことを検出したときは、障害を回避する行動をとる。なお、回転の検出については、走行とは直接関係ないので説明から省くが、回転したことを検出したときに何らかの処理を実行させることができることは当然である。
【００６６】
以下、障害を回避する行動をとる際の走行制御処理についてフローチャートを用いて説明する。図１９は、走行制御処理の手順を示したフローチャートである。
［ステップＳ０１］ ロボット制御部１１０は、走行開始の指示を受け取ると、走行部１２０に走行指示を出力し、通常走行を開始させる。
【００６７】
ロボットが走行を開始し、経路上の障害物に衝突する、経路の傾斜角が閾値以上となる、加速または減速の加速度が閾値を超える、等の走行上の障害が発生すると、バンパースイッチ２１０，２２０，２３０が動作し、検出電圧Ｖｏｕｔが３６０°のときの出力電圧Ｖ２を超える。
【００６８】
［ステップＳ０２］ ロボット制御部１１０は、バンパースイッチ２１０，２２０，２３０の検出電圧Ｖｏｕｔに応じた検出信号に基づき、ロボット本体の周囲の抵抗線と、バンパー内壁の導電部材との接触を検知したかどうかを判定する。例えば、検出電圧Ｖｏｕｔ＞＝Ｖ２のとき、接触を検知したとする。接触を検知したときは、処理をステップＳ０３に進める。接触を検知しなかったときは、ステップＳ０１に戻って、通常走行を続ける。
【００６９】
［ステップＳ０３］ ロボット制御部１１０は、接触を検知したときは、走行速度を減速する。接触が加減速の加速度が規定値を超えたことが原因であるときは、減速によって障害はなくなる。
【００７０】
［ステップＳ０４］ ロボット制御部１１０は、バンパースイッチ２１０，２２０，２３０の検出電圧Ｖｏｕｔに応じた検出信号に基づき、ロボット本体の周囲の抵抗線と、バンパー内壁の導電部材との接触を検知したかどうかを判定する。接触を検知したときは、処理をステップＳ０５に進める。接触を検知しなかったときは、ステップＳ０１に戻って、通常走行を続ける。
【００７１】
［ステップＳ０５］ ロボット制御部１１０は、接触を検知したときは、走行を停止する。
［ステップＳ０６］ ロボット制御部１１０は、バンパースイッチ２１０，２２０，２３０の検出電圧Ｖｏｕｔに応じた検出信号に基づき、ロボット本体の周囲の抵抗線と、バンパー内壁の導電部材との接触を検知したかどうかを判定する。接触を検知したときは、処理をステップＳ０７に進める。接触を検知しなかったときは、ステップＳ０１に戻って、通常走行を続ける。
【００７２】
［ステップＳ０７］ ロボット制御部１１０は、接触を検知したので、障害は除去されていないと判断し、式（１）を用いて障害の発生方向を検出する。
［ステップＳ０８］ ロボット制御部１１０は、ステップＳ０７で検出した障害の発生方向とは異なる方向、例えば、反対方向（α＋１８０°）に進行方向を変更する。
【００７３】
［ステップＳ０９］ ステップＳ０８で変更した進行方向に基づいて走行経路を変更する走行経路変更処理を行い、今後の経路を決定する。その後、ステップＳ０１に戻って通常走行を開始する。
【００７４】
以上の処理手順が実行されることにより、走行時に障害が検出されたときは、障害を回避する処理が自動で行われる。
なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、移動ロボットが有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。
【００７５】
プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。
【００７６】
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。
【００７７】
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 走行の妨げとなる障害を検出する障害検出装置において、
走行装置の外周に配置され、該走行装置と弾性体を介して接続することによって、該走行装置が水平面で停止しているときは前記走行装置に対して非接触状態に保持される外周部と、
所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、前記抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有し、対向する前記走行装置の周囲または前記外周部の内壁のいずれか一方に前記抵抗部材、他方に前記導電部材をそれぞれ略環状に配置し、前記抵抗部材と前記導電部材との接触点の位置に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力するスイッチ部と、
前記検出信号に基づいて、前記外周部に力が加わることによって前記外周部と前記走行装置との相対的位置が変化し、前記抵抗部材と前記導電部材とが接触したことを検出するとともに、前記検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する検出部と、
を有することを特徴とする障害検出装置。
【００７８】
（付記２） 前記スイッチ部は、前記走行装置を取り囲むように、前記走行装置の周囲に前記抵抗部材を略環状に配置し、前記外周部の内壁に前記導電部材を略環状に配置する、
ことを特徴とする付記１記載の障害検出装置。
【００７９】
（付記３） 前記スイッチ部は、前記外周部に障害物が衝突したときに前記外周部に掛かる外力、前記走行装置が閾値を超える傾斜角の傾斜面を走行したときに前記外周部に掛かる重力、及び前記走行装置が閾値を超える加速度で加速または減速を行ったときに前記外周部に掛かる慣性力に応じて前記外周部と前記走行装置との相対位置が変化する、
ことを特徴とする付記１記載の障害検出装置。
【００８０】
（付記４） 前記外周部は、前記走行装置が水平面上に停止しているとき水平となる前記外周部の水平面が、常に前記走行装置の水平面と一致しており、
前記スイッチ部は、前記抵抗部材と、前記導電部材とを上下方向に同じ位置に配置する、
ことを特徴とする付記１または２記載の障害検出装置。
【００８１】
（付記５） 前記外周部は、前記走行装置が水平面上に停止しているとき水平となる水平面が、前記走行装置の傾きによらず、重力方向に対して常に直交しており、
前記スイッチ部は、前記走行装置が水平面にあるときの前記抵抗部材と前記導電部材との位置を上下方向にずらして配置し、前記走行装置が傾斜面を走行したときに前記走行装置と前記外周部との相対的な傾きに応じて前記抵抗部材と前記導電部材とが接触する、
ことを特徴とする付記１または２記載の障害検出装置。
【００８２】
（付記６） 前記外周部は、前記走行装置が水平面上に停止しているとき水平となる水平面が、前記走行装置の傾きによらず、重力方向に対して常に直交しており、
前記スイッチ部は、前記抵抗部材と前記導電部材の組を上下方向に少なくとも２組有し、少なくとも１組は、前記走行装置が水平面上にあるとき前記抵抗部材と前記導電部材とを上下方向に同じ高さになるように配置するとともに、少なくとも１組は、前記走行装置が水平面上にあるとき前記抵抗部材と前記導電部材の上下方向の高さをずらして配置して前記走行装置が傾斜面を走行したときに前記走行装置と前記外周部との相対的な傾きに応じて前記抵抗部材と前記導電部材とが接触する、
ことを特徴とする付記１または３記載の障害検出装置。
【００８３】
（付記７） 前記スイッチ部は、前記抵抗部材に、前記走行装置が回転したときに前記導電部材と接触する回転検出部を少なくとも２つ配置し、前記回転検出部と前記導電部材とが接触した回転方向に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力し、
前記検出部は、前記検出信号に基づいて、前記走行装置が回転したことによって前記外周部と前記走行装置との相対的位置が変化して前記回転検出部と前記導電部材とが接触したことを検出し、前記検出信号に応じて前記走行装置の回転方向を検出する、
ことを特徴とする付記１または３記載の障害検出装置。
【００８４】
（付記８） 前記外周部は、さらに、前記外周部の重量に応じて閾値が決まる前記傾斜面検出時の閾値、または前記加速度検出時の閾値を調整する前記外周部に着脱可能な重りを有する、
ことを特徴とする付記３記載の障害検出装置。
【００８５】
（付記９） 前記外周部は、前記走行装置部分が中空のドーナツ型形状を有しており、前記重りは前記外周部と同じ径を有するドーナツ型形状であることを特徴とする、付記８記載の障害検出装置。
【００８６】
（付記１０） 走行の妨げとなる障害を検出する移動ロボットにおいて、
移動ロボットの外枠の外周に配置され、該外枠と弾性体を介して接続することによって、該移動ロボットが水平面上で停止しているときは前記外枠に対して非接触状態に保持される外周部と、
所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、前記抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有し、対向する前記外枠の周囲または前記外周部の内壁のいずれか一方に前記抵抗部材、他方に前記導電部材をそれぞれ略環状に配置し、前記抵抗部材と前記導電部材との接触点の位置に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力するスイッチ部と、
前記検出信号に基づいて、前記外周部に力が加わることによって前記外周部と前記外枠との相対的位置が変化し、前記抵抗部材と前記導電部材とが接触したことを検出するとともに、前記検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する検出部と、
前記検出部によって障害が検出されたときは、予め決められた手順に従って、減速、走行停止及び走行経路変更を含む障害回避処理を行う走行制御部と、
を有することを特徴とする移動ロボット。
【符号の説明】
【００８７】
１ フレーム
２ バンパー
３ａ，３ｂ バネ
１０ 抵抗線
１１ 導電部材
１２，１３ 電極
１４ 出力電極
３１，３２，３３，３４ バネ
４１，４２，４３，４４ ダンパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行の妨げとなる障害を検出する障害検出装置と、障害物を検出して回避する移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自律走行型の移動ロボット等、通路上を車輪で走行する車輪走行機器を備えた装置では、センサによって自己の位置を認識し、地図情報に基づき、予め決められた経路を移動する。走行時に障害物に衝突した場合には、この障害物を回避する行動をとる。このため、障害物の正確な位置を検出する必要があり、例えば、電子接触子に長さと幅を持たせたテープスイッチを移動ロボット本体または車輪走行機器の周囲に取り付け、衝突の検知を行っていた。しかし、テープスイッチでは、衝突時の「オン」、または、未衝突時の「オフ」という信号しか出力しない。このため、衝突した方向までは、検出できなかった。
【０００３】
そこで、テープスイッチの代わりに、狭い範囲で接触を検知する接触型スイッチを移動ロボットの周囲に複数個取り付け、障害物の方向を検出する方法がある。また、移動ロボットの頂部をグリップで固定した碗状のカバーを持ち、カバーの変形が四方に設けられた接触型スイッチのいずれかに伝達し、衝突方向を検出するロボットが提案されている。さらに、車輪走行装置本体に対して、力覚センサを介してドーム状の外装部を取り付け、障害物と衝突したときに、外装部に生じるモーメントに基づいて、衝突方向を検知するロボットもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７８７６４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４２８４９号公報
【特許文献３】特開２００６−２１２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の障害検出装置では、障害物との衝突以外の障害を検出できないという問題点があった。
移動ロボット等は、専用の通路ではなく、人や他の機器も利用する一般的な通路を走行する。このような通路を安全に走行するため、障害物を回避することは必須であるが、障害物との衝突以外にも安全上問題となる事象がある。例えば、一般的な通路を走行する場合には、傾斜面を走行しなければならないときがある。しかし、傾斜面の傾斜角度が一定以上の急勾配となると、移動ロボットの走行が不安定となり、最悪の場合には転倒してしまうこともある。また、走行開始時の加速、あるいは走行停止時の減速が急激であるときも同様に、移動ロボットの走行が不安定となる場合がある。このように、安全走行のためには、障害物との衝突の検知のほかに、傾斜角の急な傾斜面や、加減速時の大きな加速度を検出する必要がある。しかしながら、従来の障害検出装置では、障害物の衝突等によって外力が加わった場合しか検出できなかった。このため、加減速時の加速度を測定する加速度センサを別途設けてリアルタイムに監視する等、新たな検出センサが必要であった。しかし、新たに検出センサを設けるのは、配線・構造が複雑になりコストが増加するばかりでなく、センサの故障を監視しなければならない等、メンテナンス上の負担も増大する。
【０００６】
このような点に鑑み、全方位の衝突の検出に加え、許容値以上の傾斜面や加速度といった走行上問題となる障害を検出することが可能な障害検出装置及び移動ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、外周部、スイッチ部及び検出部を有し、走行の妨げとなる障害を検出する障害検出装置が提供される。外周部は、走行装置の外周に配置され、走行装置と弾性体を介して接続することによって、この走行装置が水平面で停止しているときは走行装置に対して非接触状態に保持される。スイッチ部は、所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有する。対向する走行装置の周囲または外周部の内壁のいずれか一方に抵抗部材、他方に導電部材をそれぞれ略環状に配置し、抵抗部材と導電部材との接触点の位置に応じた抵抗部材の電位を検出信号として出力する。検出部は、検出信号に基づいて、外周部に力が加わることによって外周部と走行装置との相対的位置が変化し、抵抗部材と導電部材とが接触したことを検出するとともに、検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、上記の障害検出装置を備えた移動ロボットが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
開示の障害検出装置及び移動ロボットによれば、外周部に走行装置との相対位置を変化させる力が掛かったとき、検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出することができる。外周部には、走行装置との相対位置を変化させる力が、障害物の衝突、走行装置が傾斜面を走行したとき、加減速によって急激な加速度が生じたとき等に掛かる。したがって、障害物の衝突検出に加え、傾斜面や急激な加速度の検出とその方向も検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の障害検出装置の構成の概略を示した図である。
【図２】図１に示した障害検出装置のスイッチ部の構成を詳細に示した図である。
【図３】図２に示したスイッチ部の回路を示した図である。
【図４】前から力が加わった場合を示している。
【図５】後から力が加わった場合を示している。
【図６】抵抗線と導電部材とを逆に配置したスイッチ部の構成を示した図である。
【図７】第２の実施の形態の移動ロボットの構成を示した図である。
【図８】移動ロボットのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【図９】傾斜角が閾値を超える傾斜面の検出を説明する図である。
【図１０】加速度が閾値を超える加減速の検出を説明する図である。
【図１１】閾値を決めるパラメータを説明する図である。
【図１２】バンパーの重量調整用の重りを備えた移動ロボットの一例を示した図である。
【図１３】第３の実施の形態の移動ロボットの構成を示した図である。
【図１４】図１３の移動ロボットの動作を示した図である。
【図１５】第４の実施の形態のバンパースイッチの構成例を示した図である。
【図１６】図１５のバンパースイッチの回路を示した図である。
【図１７】図１５のバンパースイッチが反時計回りに回転したときの動作を示した図である。
【図１８】図１５のバンパースイッチが時計回りに回転したときの動作を示した図である。
【図１９】走行制御処理の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態の障害検出装置の構成の概略を示した図である。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は走行装置の垂直方向の断面図を示している。
【００１２】
障害検出装置は、（Ａ）斜視図に示したように、車輪８を駆動して走行する対象の走行装置または移動ロボットの走行上の障害を検出する。このため、対象の走行装置または移動ロボットの外枠に相当するフレーム１の外周に、弾性体によって支持されるバンパー２を有する。バンパー２は、水平面が、走行装置の水平面と常に一致するように保持されている。走行装置が傾斜面を走行して傾いたときは、走行装置の水平面の傾きと同じ角度でバンパー２の水平面も傾く。ここで、水平面は、走行装置を水平面上で停止させたときに、水平となる方向を言う。
【００１３】
（Ｂ）断面図に示したように、フレーム１と、バンパー２とは、弾性体の一例であるバネ３ａ，３ｂによって接続されている。フレーム１とバンパー２との間は、バネ３ａ，３ｂによって非接触状態に保たれている。また、バンパー２に押圧が加わったときは、力が加わった方向のバネ３ａ，３ｂが縮み、力が閾値を超えるとバンパー２とフレーム１とが接触する。力がなくなったときは、元の位置に戻り、再びフレーム１とバンパー２との間は、バネ３ａ，３ｂによって非接触状態に保持される。なお、このような機能を持つ弾性体であれば、バネでなくてもよい。
【００１４】
フレーム１の周囲には、抵抗線１０が取り付けられ、フレーム１に取り付けられた抵抗線１０と対向するバンパー２の内壁には導電部材１１が取り付けられている。抵抗線１０は、所定の電気抵抗を有する抵抗部材であり、フレーム１の周囲に略環状に取り付けられている。導電部材１１は、抵抗線１０と比較して電気抵抗が非常に小さい導電材であり、バンパー２の内壁に沿って略環状に取り付けられている。また、抵抗線１０と導電部材１１とは、フレーム１の水平面とバンパー２の水平面とが一致している状態で、上下方向の高さが同じになるように取り付ける。上下方向の高さが同じになるとは、バネ３ａ，３ｂが形成する隙間がなくなったときに、それぞれ幅を持つ抵抗線１０と導電部材１１の少なくとも一部が接触し、電気的に接続できることを言う。
【００１５】
なお、ここでは、抵抗線１０と導電部材１１とするが、抵抗部材及び導電部材は、任意である。また、図の構成は一例であり、フレーム１の表面に導電部材１１を取り付け、バンパー２の内側に抵抗線１０を取り付ける構成とすることもできる。
【００１６】
走行装置が水平面上で停止、あるいはほぼ一定の速度で走行しているような状態では、バネ３ａ，３ｂによってフレーム１とバンパー２との間は非接触状態に保たれている。この場合、フレーム１の表面上に配置した抵抗線１０と、バンパー２の内壁に配置した導電部材１１とは、接触しない。この状態から、障害物に衝突して、バンパー２を外側から内側（フレーム１方向）へ押す力（以下、外力とする）が加わったときは、フレーム１に対しバンパー２が相対的に移動する。外力が基準値よりも大きい場合には、外力が加わった位置のバンパー２とフレーム１とが近付き、その位置で導電部材１１と抵抗線１０とが接触する。
【００１７】
図２は、図１に示した障害検出装置のスイッチ部の構成を詳細に示した図である。図１の（Ｂ）断面図が走行装置に対し垂直方向の断面図であったのに対し、図２は、水平方向の断面図である。
【００１８】
前述のように、フレーム１と、バンパー２との間は、４方向Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に設けられたバネ３１，３２，３３，３４と、ダンパ（ショックアブソーバとも呼ばれる）４１，４２，４３，４４とによって接続されている。走行装置が水平面に停止している状態におけるフレーム１とバンパー２との間は、バネ３１，３２，３３，３４と、ダンパ４１，４２，４３，４４とによって非接触に保持されている。図２の例では、フレーム１とバンパー２との間は、略一定の距離に保持されている。また、図２では、４方向にバネとダンパを配置するとしたが、任意の数を任意の方向に配置することができる。
【００１９】
バネ３１，３２，３３，３４は、力が加わると伸縮する特性を有する。障害物の衝突等、バンパー２に外から内へ向かう力が掛かると、フレーム１に対してバンパー２の相対位置が後方にずれ、障害物方向のバネが縮む。走行装置が傾斜面を走行するときは、バンパー２に掛かる重力により、フレーム１に対してバンパー２の相対位置がフレーム１の進行方向の後方にずれ、進行方向のバネが縮む。また、走行装置が進行方向に向かって加速するときは、慣性力によってフレーム１に対してバンパー２の相対位置が進行方向の後方にずれ、進行方向のバネが縮む。
【００２０】
ダンパ４１，４２，４３，４４は、位置の移動を抑制するための装置であり、バネ３１，３２，３３，３４の特性による周期振動を緩和・収束させる。ダンパ４１，４２，４３，４４がない構成とすることもできる。
【００２１】
図１（Ｂ）断面図に示したように、ここでは、抵抗線１０をフレーム１の周囲に略環状に配置し、導電部材１１をバンパー２の内壁に略環状に配置する。抵抗線１０と、導電部材１１とは同心円を構成する。抵抗線１０は、電極１２を介して定電圧Ｖｉｎを発生させる定電圧源に接続し、電極１３を介して接地（以下、ＧＮＤ（グランド）とする）に接続する。これにより、フレーム１外周の抵抗線１０には、弱電流が流れる構成となっている。導電部材１１は、出力電極１４に接続し、出力電極１４を介して検出電圧Ｖｏｕｔを出力する。図２に示した状態では、バンパー２に力が掛かっておらず、フレーム１とバンパー２との間の距離がほぼ一定に保たれている。このため、抵抗線１０と、導電部材１１とは接触せず、Ｖｏｕｔ＝０である。
【００２２】
図３は、図２に示したスイッチ部の回路を示した図である。図２と同じものには同じ番号を付す。
図２で説明したように、バンパー２に外力が加わっていない定常状態では、バンパー２の内壁に位置する導電部材１１は抵抗線１０と接触していない。したがって、出力電極１４では、検出電圧Ｖｏｕｔ＝０になる。
【００２３】
バンパー２にバネ３１，３２，３３，３４のバネ定数に応じた閾値以上の外力が掛かると、バンパー２はフレーム１方向に移動し、バンパー２の内壁の導電部材１１は、抵抗線１０に接触する。出力電極１４は導電部材１１を介して抵抗線１０に電気的に接続される。このとき、出力電極１４には、導電部材１１と抵抗線１０との接触位置に応じた検出電圧Ｖｏｕｔ（ＧＮＤに対する電位）が生じる。具体的には、接触位置が電圧Ｖｉｎに近いほど、言い換えれば、電極１２に近いほど、検出電圧Ｖｏｕｔの電圧は高くなる。すなわち、導電部材１１と抵抗線１０とが略環状に配置されているので、検出電圧Ｖｏｕｔの信号値（電圧値）の大きさは、力が掛かった方向を示す。なお、ここでは、抵抗線１０はほぼ均一で、電極１２からの距離と電圧降下はほぼ比例するとしている。
【００２４】
外周の任意の位置を０度（ｄｅｇｒｅｅ、以下「°」とする）とし、０°、３６０°における出力電圧をＶ１、Ｖ２（Ｖ１、Ｖ２）とし、Ｖｏｕｔ＞＝Ｖ２の際に、抵抗線１０と導電部材１１との接触を検知したものとする。接触を検出した方向を検出方向α（単位は°）とすると、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｏｕｔから次の式で検出方向を算出することができる。
【００２５】
検出方向α＝（Ｖ１−Ｖｏｕｔ）／（Ｖ１−Ｖ２）×３６０° ・・・（１）
以下の説明では、便宜的に、電極１２における検出電圧をＶ１、電極１３における検出電圧をＶ２とし、電極１２に最も近いＤ０を０°、Ｄ１は９０°、Ｄ２は１８０°、Ｄ３は２７０°とする。もちろん、どこを基準とするかは任意である。
【００２６】
以下、前方向（Ｄ１方向とする）から力が掛かったとき、後方向（Ｄ３方向とする）から力が掛かったときの例を挙げて説明する。なお、図でダンパは省略している。
図４は、前から力が加わった場合を示している。（Ａ）は前から力が加わった場合のスイッチの状態、（Ｂ）は回路を示している。
【００２７】
前から、言い換えれば、バンパー２にＤ１方向から力が掛かった場合、抵抗線１０と導電部材１１とは、Ｄ１において接触する。これにより、出力電極１４は、導電部材１１を介してＤ１地点で抵抗線１０と電気的に接続する。これにより、検出電圧Ｖｏｕｔは、抵抗線１０のＤ１地点の電位に応じた、Ｖｏｕｔ＝１／４Ｖｉｎになる。
【００２８】
図５は、後から力が加わった場合を示している。（Ａ）は後から力が加わった場合のスイッチの状態、（Ｂ）は回路を示している。
後から、言い換えれば、バンパー２にＤ３方向から力が掛かった場合、抵抗線１０と導電部材１１とは、Ｄ３において接触する。これにより、出力電極１４は、導電部材１１を介してＤ３地点で抵抗線１０と電気的に接続する。これにより、検出電圧Ｖｏｕｔは、抵抗線１０のＤ３地点の電位に応じた、Ｖｏｕｔ＝３／４Ｖｉｎになる。
【００２９】
このように、バンパー２に予め設定した閾値以上の力が加わると、その位置の抵抗線１０と導電部材１１とが接触し、接触地点の抵抗線１０の電位が検出電圧Ｖｏｕｔとして検出できる。抵抗線１０の電位は、電極１２からの位置に応じて決まるため、Ｖｏｕｔが略環状の抵抗線１０のどの位置の電位に相当するのかを算出することにより、力が掛かった方向を検出できる。バンパー２には、障害物に衝突した場合ばかりでなく、走行装置が閾値を超える傾斜角の傾斜面を走行したときにバンパー２の重量に応じた重力、または走行装置が閾値を超える加速度で加速または減速を行ったときのバンパー２の重みに応じた慣性力が掛かる。基準値以上の傾斜角の傾斜面の走行、及び加減速時の大きな加速度は、ともに走行上の安全を妨げる障害であり、障害物の衝突と同様に検出する必要がある。第１の実施の形態の障害検出装置によれば、障害物の衝突とともに傾斜角及び加速度が閾値を超えた場合にも検出が可能であり、別途、加速度センサ等を持つ必要がなくなる。すなわち、コスト増となることなく、全方位の衝突の検出に加え、基準値以上の傾斜角の傾斜面や加速度といった走行上問題となる障害の発生とその方向の検出が可能となる。
【００３０】
上記の説明では、フレーム１に周囲に抵抗線１０を配置し、バンパー２の内壁に導電部材１１を配置するとしたが、逆の構成とすることもできる。
図６は、抵抗線と導電部材とを逆に配置したスイッチ部の構成を示した図である。図３と同じものには同じ番号を付す。
【００３１】
図６では、抵抗線１０をバンパー２の内壁に略環状に配置し、導電部材１１をフレーム１の周囲に略環状に配置している。定電圧Ｖｉｎは、電極１５を介して抵抗線１０に印加する。また、抵抗線１０は、電極１６を介してＧＮＤに接地する。導電部材１１は、出力電極１７に接続し、出力電極１７から検出電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００３２】
バンパー２に力が掛からない通常状態では、導電部材１１と、抵抗線１０は、接触しておらず、検出電圧Ｖｏｕｔ＝０である。
バンパー２に外力が掛かると、バンパー２がフレーム１方向に移動し、抵抗線１０と導電部材１１とが接触する。これにより、出力電極１７は、導電部材１１を介して抵抗線１０と電気的に接続し、導電部材１１と接触した抵抗線１０の接触点における電位に応じた検出信号を検出電圧Ｖｏｕｔとして出力する。抵抗線１０は、略環状に配置されており、検出電圧Ｖｏｕｔの大きさから力が加わった方向を検出することができる。
【００３３】
このように、抵抗線１０と導電部材１１の配置を入れ替えても同様である。
以下、第２の実施の形態として、移動ロボットに障害検出装置を搭載した場合について説明する。図７は、第２の実施の形態の移動ロボットの構成を示した図である。
【００３４】
ロボットは、ロボット本体１００の外周にバンパー２００が配置されており、後述するロボット制御部によって、地図情報に基づき、センサによって自己の位置を認識しながら車輪８００を駆動し、予め決められた経路を走行する。
【００３５】
バンパー２００は、バネ３１０によってロボット本体１００の外側に支持されており、バンパー２００に力が加わっていない状態では、ロボット本体１００との隙間が一定に保たれている。ロボット本体１００の表面と、ロボット本体１００の表面と対向するバンパー２００の内壁には、障害を検出するスイッチ部を配置する。図７の例では、ロボット本体１００の周囲をほぼ１周する抵抗線２１１と、バンパー２００の内壁に抵抗線２１１に対向する導電部材２１２が取り付けられている。全方位に対して同等の障害検出を行うためには、ロボット本体１００及びバンパー２００は円筒状であることが望ましい。以下、このように、バネ３１０によってロボット本体１００の外周に支持されるバンパー２００と、略環状の抵抗線２１１及び導電部材２１２とをロボット本体１００側とバンパー２００側とに対向して配置するスイッチ部とを含め、バンパースイッチ２１０とする。
【００３６】
図８は、移動ロボットのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
移動ロボットは、走行を行う走行部１２０と、バンパースイッチ２１０と、走行部１２０及びバンパースイッチ２１０に接続し、走行制御と障害の検出と回避処理を行うロボット制御部１１０を有する。ロボット制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１によって装置全体が制御されている。ＣＰＵ１１１には、バス１１６を介してＲＡＭ（Random Access Memory）１１２、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）１１３、入力インタフェース１１４、及び走行部インタフェース１１５が接続されている。
【００３７】
ＲＡＭ１１２には、ＣＰＵ１１１に実行させるＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ１１２には、ＣＰＵ１１１による処理に必要な各種データが格納される。ＨＤＤ１１３には、ＯＳやアプリケーションのプログラムが格納される。なお、ＨＤＤ１１３の代わりに、ＲＯＭ（Read Only Memory）を用いてもよい。入力インタフェース１１４には、バンパースイッチ２１０が接続されており、バンパースイッチ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔに基づく検出信号を、バス１１６を介してＣＰＵ１１１に送信する。走行部インタフェース１１５は、走行部１２０に接続されており、バス１１６を介してＣＰＵ１１１から取得した走行指示を走行部１２０の車輪モータ制御部１２１に送信する。走行部１２０は、車輪モータ制御部１２１及び車輪モータ１２２を有し、ロボット制御部１００から受信した走行指示に基づいて、車輪モータ制御部１２１が車輪を駆動する車輪モータ１２２を制御する。このようなハードウェア構成によって、移動ロボット１００の処理機能を実現することができる。
【００３８】
以下、バンパースイッチ２１０による障害検出及びその検出信号を用いた走行制御について説明する。
図７に戻って障害物の衝突の検出について説明する。バンパースイッチ２１０は、図２に示したスイッチ部と同様の構成である。抵抗線２１１はロボット本体１００側に、導電部材２１２はバンパー２００側に配置されている。通常状態では、抵抗線２１１と、導電部材２１２との間は、ほぼ一定の距離に保たれており、接触しない。このとき、バンパースイッチ２１０より出力する検出信号は、検出電圧Ｖｏｕｔ＝０に相当する信号となる。障害物が衝突すると、衝突した方向からバンパー２００に力が加わる。力が閾値を超えている場合は、抵抗線２１１と導電部材２１２とが、接触し、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用し、障害物の方向を検出する。なお、障害物の方向の検出処理は、バンパースイッチ２１０の検出信号を受けたロボット制御部１１０が行う。
【００３９】
次に、閾値を超える傾斜角の傾斜面の検出について説明する。図９は、傾斜角が閾値を超える傾斜面の検出を説明する図である。（Ａ）は平面走行時、（Ｂ）は傾斜面走行時の状態を示した図である。図では、導電部材２１２の進行方向側を２１２ａ、後側を２１２ｂとしている。
【００４０】
（Ａ）の平面走行時の状態では、バンパー２００の内壁に配置している導電部材２１２と、ロボット本体１００に配置している抵抗線２１１とは、バネ３１０ａ，３１０ｂによって距離が一定に保たれている。抵抗線２１１と、導電部材２１２とは、接触していないので、検出電圧Ｖｏｕｔは、“０”である。（Ｂ）の傾斜面走行時の状態では、ロボット本体１００及びバンパー２００の水平面がともに、傾斜面の角度θ分傾く。これにより、バンパー２００に掛る重力が、バンパー２００の水平面に働く。バンパー２００を下方に押し下げる力が働き、ロボット本体１００に対するバンパー２００の相対位置が変わる。そして、傾斜角が閾値を超えると、バンパー２００の重量によって導電部材の進行方向側２１２ａと、抵抗線２１２とが接触し、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用すれば、傾斜面の方向を検出することができる。
【００４１】
次に、基準を超える急激な加速あるいは減速の検出について説明する。図１０は、加速度が閾値を超える加減速の検出を説明する図である。図は、速度を加速した場合を示している。ロボット本体１００が加速すると、バンパー２００には慣性力により、ロボット本体１００に対する相対位置が後になるように力が働く。加速度が閾値を超えている場合は、導電部材の進行方向側２１２ａと、抵抗線２１１とが接触し、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用すれば、加速度の方向（加速したのか減速したのか）を検出することができる。加速したときは、導電部材の進行方向２１２ａが抵抗線２１１と接触し、減速したときは導電部材の後方向２１２ｂが抵抗線２１１と接触する。
【００４２】
このように、開示のバンパースイッチによれば、障害物衝突時に障害物の方向を全方位に渡って検出できるばかりでなく、同様の機構で傾斜面が閾値を超えたことを検出し、傾斜面の方向も検出することができる。さらに、加速度が閾値を超えたことを検出し、加速されたのか、減速されたのかを検出することができる。
【００４３】
次に、閾値を決めるパラメータについて説明する。図１１は、閾値を決めるパラメータを説明する図である。（Ａ）は障害物検出、（Ｂ）は傾斜面検出、（Ｃ）は加速度検出を示している。図は、それぞれロボット本体１００と、バンパー２００を示している。
【００４４】
（Ａ）障害物検出は、バネ定数と、ロボット本体１００とバンパー２００との隙間に応じて、バンパー２００に加わる力の閾値が決まる。
バンパー２００とロボット本体１００とを接続するバネのバネ定数をＫとし、バンパー２００がＸ変位した場合、バンパー２００に掛かる力Ｆは、
Ｆ＝２ＫＸ ・・・（２）
と表すことができる。２倍しているのは、前後にバネが配置されていると想定しているためである。例えば、バンパー２００とロボット本体の隙間を１ｃｍ（Ｘ＝０．０１ｍ）とし、５Ｎ（０．５ｋｆ）の力がバンパー２００に掛かったことを検出したいときは、式（２）より、バネ定数は、Ｋ＝２５０Ｎ／ｍとすればよいことになる。
【００４５】
（Ｂ）傾斜面検出は、さらに、バンパー２００の重量により閾値が決まる。傾斜角θの傾斜面を登坂する場合、バンパー２００の重量をＭ、重力をｇとすると、掛かる力は、
Ｍｇｓｉｎθ＝２ＫＸ ・・・（３）
と表すことができる。ＫとＸは（Ａ）と同じである。例えば、傾斜角５°（θ＝５）以上で傾斜面検出を行うとすると、式（３）を用いて、重量Ｍは、
Ｍ＝２×２５０×０．０１／（９．８×ｓｉｎ５°）＝５．８５ｋｇ、
と求めることができる。なお、ＫとＸは、（Ａ）と同じである。
【００４６】
以上より、障害物に衝突し５Ｎの力が掛かったことを検出するとともに、傾斜角５°の傾斜面を検出したいときは、バンパー２００の重量を５．８５ｋｇとすればよいことになる。
【００４７】
（Ｃ）加速度検出は、ＫとＭが定まると閾値が自動的に決まる。加速度をａとすると、掛かる力は、
Ｍａ＝２ＫＸ ・・・（４）
と表すことができる。上記で算出したＫとＭ、及びＸを用いると、検出できる加速度は、
ａ＝２×２５０×０．０１／５．８５＝０．８５ｍ／Ｓ2
になる。
【００４８】
以上のように、バネ係数と隙間の大きさ、また、バンパーの重量等を適宜決めることにより、最適な閾値を設定する。
ところで、上記で説明したように、傾斜面検出及び加速度検出の閾値は、バンパー２００の重量に応じて調整することができる。図１２は、バンパーの重量調整用の重りを備えた移動ロボットの一例を示した図である。
【００４９】
図１２は、図７の移動ロボットに重り６０１，６０２を備えている。重り６０１，６０２は、それぞれの所定の重量を有し、バンパー２００の上に着脱可能である。それぞれ、バンパー２００と同様に形状をしており、ロボット本体１００の部分が中空のドーナツ型形状を有している。利用者は、式（３）または式（４）を用いて、所望の閾値が得られるバンパー２００の重量を算出し、重り６０１，６０２を着脱してバンパー２００が算出した重量となるように調整することができる。
【００５０】
また、図７に示した移動ロボットでは、バンパーの重量調整を傾斜面検出か、加速度検出のいずれかに合わせて行う。しかし、両方の閾値を満たす重量に調整することは容易ではない。そこで、第３の実施の形態として、それぞれ傾斜面検出と加速度検出とを行うスイッチ機構を設けた移動ロボットについて説明する。
【００５１】
図１３は、第３の実施の形態の移動ロボットの構成を示した図である。図７と同じものには同じ番号を付す。第３の実施の形態の移動ロボットは、図７に示した第２の実施の形態の移動ロボットのバンパースイッチ２１０が、バンパースイッチ２２０に置き換わっている。
【００５２】
バンパースイッチ２２０は、スイッチ部が上下２箇所の構成となっている。また、バンパー２０１は、水平面が常にロボット本体１００の水平面と一致していたバンパー２００と異なり、常に水平を保つ。言い換えれば、傾斜面を走行する際に、ロボット本体１００の水平面が傾いても、バンパー２０１の水平面は水平を維持する。
【００５３】
スイッチ部について説明する。上側のスイッチは、加速度検出用で、抵抗線（加速度検出用）２２１と導電部材（加速度検出用）２２２とを有する。抵抗線（加速度検出用）２２１は、ロボット本体１００の周囲を取り囲むように略環状に配置する。導電部材（加速度検出用）２２２は、バンパー２０１の内壁に、抵抗線（加速度検出用）２２１と対向するように略環状に配置する。ロボット本体１００が平面上にあるときは、抵抗線（加速度検出用）２２１及び導電部材（加速度検出用）２２２は、同じ高さにある。下側のスイッチは、傾斜面検出用で、抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とを有する。抵抗線（傾斜面検出用）２２３は、ロボット本体１００の周囲を取り囲むように略環状に配置する。導電部材（傾斜面検出用）２２４は、バンパー２０１の内壁に略環状に配置する。抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とは、ロボット本体１００が平面上にあるときは、同じ高さとならないように位置をずらして配置する。そして、上下方向の変位が加わったときに接触する構造とする。傾斜面走行時に、ロボット本体１００とバンパー２０１とが相対的に傾くことにより、抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とが接触する。
【００５４】
図１４は、図１３の移動ロボットの動作を示した図である。（Ａ）は傾斜面走行時、（Ｂ）は加速度大となったときの動作を示している。
（Ａ）傾斜面走行時には、ロボット本体１００が傾斜角θの傾斜面を走行することにより、ロボット本体１００に配置された抵抗線（加速度検出用）２２１及び抵抗線（傾斜面検出用）２２３は、水平方向に対し、傾斜角θで傾く。これに対し、水平を常に維持するバンパー２０１に配置される導電部材（加速度検出用）２２２及び導電部材（傾斜面検出用）２２４は、水平を維持する。このように、傾斜面走行時に、ロボット本体１００に対しバンパー２０１が相対的に傾くことにより、抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とが接触する。導電部材の進行方向側２２４ａと、抵抗線（傾斜面検出用）２２３とが接触したことにより、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用すれば、傾斜面の方向を検出することができる。このとき、加速度検出用の抵抗線（加速度検出用）２２１と、導電部材（加速度検出用）２２２とは、ロボット本体１００に対し、バンパー２０１が相対的に傾くことにより、接触しない。したがって、傾斜面検出のみを行うことができる。
【００５５】
（Ｂ）加速度大の状態となったときは、慣性力によってバンパー２０１はロボット本体１００に対し、水平方向に位置がずれる。図１４は加速する場合を示しており、バンパー２０１は、ロボット本体１００に対し後側に移動する。これにより、加速度検出用の抵抗線（加速度検出用）２２１と、導電部材（加速度検出用）２２２とが接触する。導電部材の進行方向側２２２ａと、抵抗線（加速度検出用）２２１とが接触したことにより、検出電圧Ｖｏｕｔに接触点の位置に応じた電圧が出力される。この検出電圧Ｖｏｕｔを式（１）に適用すれば、加速の方向を検出することができる。このとき、傾斜面検出用の抵抗線（傾斜面検出用）２２３と、導電部材（傾斜面検出用）２２４とは、ロボット本体１００に対し、バンパー２０１が水平方向に移動するだけであるので、接触しない。したがって、加速度検出のみを行うことができる。
【００５６】
このように、傾斜面検出用と、加速度検出用の２種類にスイッチ部を設けたことにより、加速度と傾斜面をそれぞれ検知することが可能となる。なお、障害物との衝突は、抵抗線（加速度検出用）２２１及び導電部材（加速度検出用）２２２により、検出する。
【００５７】
さらに、第４の実施の形態として、回転方向を検出するバンパースイッチについて説明する。図１５は、第４の実施の形態のバンパースイッチの構成例を示した図である。
バンパースイッチ２３０は、ロボット本体１００の周囲に、接触方向検出用の抵抗線２３１と、回転方向検出用の抵抗線２３２ａ，２３２ｂとがそれぞれ略環状に配置されている。なお、抵抗線２３２ａ，２３２ｂは、２つで略環状を形成している。また、抵抗線２３２ａは、反時計回りの回転の検出用であり、途中に回転検出部２３３ａを有する。抵抗線２３２ｂは、時計回りの回転の検出用であり、途中に回転検出部２３３ｂを有する。一方、バンパー２０２の内壁には、抵抗線２３１に対向して導電部材２３４を配置する。また、通常状態では接触しないが、ロボット本体１００が反時計回りに回転すると回転検出部２３３ａと接触する端部２３５ａと、時計回りに回転すると回転検出部２３３ｂと接触する端部２３５ｂを有している。
【００５８】
図１６は、図１５のバンパースイッチの回路を示した図である。
定電圧Ｖｉｎが抵抗線２３２ａに印加されており、抵抗線２３２ａ、電極２４１、電極２４２、抵抗線２３１、電極２４３、電極２４４、抵抗線２３２ｂと微弱な電流が流れる。通常状態では、抵抗線２３１，２３２ａ，２３２ｂと、導電部材２３４とは接触していない。
【００５９】
バンパー２０２に力が加わったときの接触方向の検出については、バンパースイッチ２１０と同様である。バンパー２０２に力が加わったとき、導電部材２３４と、接触方向検出用の抵抗線２３１とが接触し、接触点の電位が出力電極２４７を経由して検出電圧Ｖｏｕｔとして出力する。図１６の例では、検出電圧Ｖｏｕｔとして、電極２４３の電位より大きく、電極２４２の電位よりも小さい電圧値が検出される。すなわち、電極２４２の電位をＶ１、電極２４３の電位をＶ２として、式（１）を適用し、接触方向を求めることができる。
【００６０】
図１７は、図１５のバンパースイッチが反時計回りに回転したときの動作を示した図である。（Ａ）は反時計回りに回転した場合のバンパースイッチの状態を示した図であり、（Ｂ）はそのときの回路を示した図である。
【００６１】
矢印に示したように、ロボット本体１００が反時計回りに回転すると、回転方向検出用の抵抗線２３２ａ，２３２ｂに設けられた回転検出部２３３ａ，２３３ｂが反時計方向に動く。すると、バンパー２０２とともに動く導電部材２３４は回転が遅れるため、端部２３５ａが回転検出部２３３ａに接触する。反対側も同様に、出力電極２４６が導電部材に接触し、導電部材を経由して出力電極２４８に電気的に接続する。これにより、回転検出部２３３ａと、出力電極２４８とが電気的に接続し、出力電極２４８には回転検出部２３３ａの電位が検出電圧Ｖｃｃとして出力する。このとき、検出電圧Ｖｃｃとしては電極２４１よりも高い電圧値が得られる。
【００６２】
図１８は、図１５のバンパースイッチが時計回りに回転したときの動作を示した図である。（Ａ）は時計回りに回転した場合のバンパースイッチの状態を示した図であり、（Ｂ）はそのときの回路を示した図である。
【００６３】
矢印に示したように、ロボット本体１００が時計回りに回転すると、回転方向検出用の抵抗線２３２ａ，２３２ｂに設けられた回転検出部２３３ａ，２３３ｂが時計方向に動く。すると、バンパー２０２とともに動く導電部材２３４は回転が遅れるため、端部２３５ｂが回転検出部２３３ｂに接触する。反対側も同様に、出力電極２４５が導電部材に接触し、導電部材を経由して出力電極２４８に接続する。これにより、回転検出部２３３ｂと、出力電極２４８とが電気的に接続し、出力電極２４８には回転検出部２３３ｂの電位に応じた検出電圧Ｖｃｃとして出力する。このとき、検出電圧Ｖｃｃとしては電極２４４よりも低い電圧値が得られる。
【００６４】
以上のように、回転方向検出部をバンパースイッチに設けることによって、同様の機構でバンパー２０２に力が加わった方向を検出できるとともに、移動ロボットの回転方向を検出することができる。
【００６５】
移動ロボットは、上記のバンパースイッチ２１０，２２０，２３０によって障害物と衝突したこと、閾値以上の傾斜面を走行したこと、または、加速度が閾値を超えたことを検出したときは、障害を回避する行動をとる。なお、回転の検出については、走行とは直接関係ないので説明から省くが、回転したことを検出したときに何らかの処理を実行させることができることは当然である。
【００６６】
以下、障害を回避する行動をとる際の走行制御処理についてフローチャートを用いて説明する。図１９は、走行制御処理の手順を示したフローチャートである。
［ステップＳ０１］ ロボット制御部１１０は、走行開始の指示を受け取ると、走行部１２０に走行指示を出力し、通常走行を開始させる。
【００６７】
ロボットが走行を開始し、経路上の障害物に衝突する、経路の傾斜角が閾値以上となる、加速または減速の加速度が閾値を超える、等の走行上の障害が発生すると、バンパースイッチ２１０，２２０，２３０が動作し、検出電圧Ｖｏｕｔが３６０°のときの出力電圧Ｖ２を超える。
【００６８】
［ステップＳ０２］ ロボット制御部１１０は、バンパースイッチ２１０，２２０，２３０の検出電圧Ｖｏｕｔに応じた検出信号に基づき、ロボット本体の周囲の抵抗線と、バンパー内壁の導電部材との接触を検知したかどうかを判定する。例えば、検出電圧Ｖｏｕｔ＞＝Ｖ２のとき、接触を検知したとする。接触を検知したときは、処理をステップＳ０３に進める。接触を検知しなかったときは、ステップＳ０１に戻って、通常走行を続ける。
【００６９】
［ステップＳ０３］ ロボット制御部１１０は、接触を検知したときは、走行速度を減速する。接触が加減速の加速度が規定値を超えたことが原因であるときは、減速によって障害はなくなる。
【００７０】
［ステップＳ０４］ ロボット制御部１１０は、バンパースイッチ２１０，２２０，２３０の検出電圧Ｖｏｕｔに応じた検出信号に基づき、ロボット本体の周囲の抵抗線と、バンパー内壁の導電部材との接触を検知したかどうかを判定する。接触を検知したときは、処理をステップＳ０５に進める。接触を検知しなかったときは、ステップＳ０１に戻って、通常走行を続ける。
【００７１】
［ステップＳ０５］ ロボット制御部１１０は、接触を検知したときは、走行を停止する。
［ステップＳ０６］ ロボット制御部１１０は、バンパースイッチ２１０，２２０，２３０の検出電圧Ｖｏｕｔに応じた検出信号に基づき、ロボット本体の周囲の抵抗線と、バンパー内壁の導電部材との接触を検知したかどうかを判定する。接触を検知したときは、処理をステップＳ０７に進める。接触を検知しなかったときは、ステップＳ０１に戻って、通常走行を続ける。
【００７２】
［ステップＳ０７］ ロボット制御部１１０は、接触を検知したので、障害は除去されていないと判断し、式（１）を用いて障害の発生方向を検出する。
［ステップＳ０８］ ロボット制御部１１０は、ステップＳ０７で検出した障害の発生方向とは異なる方向、例えば、反対方向（α＋１８０°）に進行方向を変更する。
【００７３】
［ステップＳ０９］ ステップＳ０８で変更した進行方向に基づいて走行経路を変更する走行経路変更処理を行い、今後の経路を決定する。その後、ステップＳ０１に戻って通常走行を開始する。
【００７４】
以上の処理手順が実行されることにより、走行時に障害が検出されたときは、障害を回避する処理が自動で行われる。
なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、移動ロボットが有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。
【００７５】
プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。
【００７６】
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。
【００７７】
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 走行の妨げとなる障害を検出する障害検出装置において、
走行装置の外周に配置され、該走行装置と弾性体を介して接続することによって、該走行装置が水平面で停止しているときは前記走行装置に対して非接触状態に保持される外周部と、
所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、前記抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有し、対向する前記走行装置の周囲または前記外周部の内壁のいずれか一方に前記抵抗部材、他方に前記導電部材をそれぞれ略環状に配置し、前記抵抗部材と前記導電部材との接触点の位置に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力するスイッチ部と、
前記検出信号に基づいて、前記外周部に力が加わることによって前記外周部と前記走行装置との相対的位置が変化し、前記抵抗部材と前記導電部材とが接触したことを検出するとともに、前記検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する検出部と、
を有することを特徴とする障害検出装置。
【００７８】
（付記２） 前記スイッチ部は、前記走行装置を取り囲むように、前記走行装置の周囲に前記抵抗部材を略環状に配置し、前記外周部の内壁に前記導電部材を略環状に配置する、
ことを特徴とする付記１記載の障害検出装置。
【００７９】
（付記３） 前記スイッチ部は、前記外周部に障害物が衝突したときに前記外周部に掛かる外力、前記走行装置が閾値を超える傾斜角の傾斜面を走行したときに前記外周部に掛かる重力、及び前記走行装置が閾値を超える加速度で加速または減速を行ったときに前記外周部に掛かる慣性力に応じて前記外周部と前記走行装置との相対位置が変化する、
ことを特徴とする付記１記載の障害検出装置。
【００８０】
（付記４） 前記外周部は、前記走行装置が水平面上に停止しているとき水平となる前記外周部の水平面が、常に前記走行装置の水平面と一致しており、
前記スイッチ部は、前記抵抗部材と、前記導電部材とを上下方向に同じ位置に配置する、
ことを特徴とする付記１または２記載の障害検出装置。
【００８１】
（付記５） 前記外周部は、前記走行装置が水平面上に停止しているとき水平となる水平面が、前記走行装置の傾きによらず、重力方向に対して常に直交しており、
前記スイッチ部は、前記走行装置が水平面にあるときの前記抵抗部材と前記導電部材との位置を上下方向にずらして配置し、前記走行装置が傾斜面を走行したときに前記走行装置と前記外周部との相対的な傾きに応じて前記抵抗部材と前記導電部材とが接触する、
ことを特徴とする付記１または２記載の障害検出装置。
【００８２】
（付記６） 前記外周部は、前記走行装置が水平面上に停止しているとき水平となる水平面が、前記走行装置の傾きによらず、重力方向に対して常に直交しており、
前記スイッチ部は、前記抵抗部材と前記導電部材の組を上下方向に少なくとも２組有し、少なくとも１組は、前記走行装置が水平面上にあるとき前記抵抗部材と前記導電部材とを上下方向に同じ高さになるように配置するとともに、少なくとも１組は、前記走行装置が水平面上にあるとき前記抵抗部材と前記導電部材の上下方向の高さをずらして配置して前記走行装置が傾斜面を走行したときに前記走行装置と前記外周部との相対的な傾きに応じて前記抵抗部材と前記導電部材とが接触する、
ことを特徴とする付記１または３記載の障害検出装置。
【００８３】
（付記７） 前記スイッチ部は、前記抵抗部材に、前記走行装置が回転したときに前記導電部材と接触する回転検出部を少なくとも２つ配置し、前記回転検出部と前記導電部材とが接触した回転方向に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力し、
前記検出部は、前記検出信号に基づいて、前記走行装置が回転したことによって前記外周部と前記走行装置との相対的位置が変化して前記回転検出部と前記導電部材とが接触したことを検出し、前記検出信号に応じて前記走行装置の回転方向を検出する、
ことを特徴とする付記１または３記載の障害検出装置。
【００８４】
（付記８） 前記外周部は、さらに、前記外周部の重量に応じて閾値が決まる前記傾斜面検出時の閾値、または前記加速度検出時の閾値を調整する前記外周部に着脱可能な重りを有する、
ことを特徴とする付記３記載の障害検出装置。
【００８５】
（付記９） 前記外周部は、前記走行装置部分が中空のドーナツ型形状を有しており、前記重りは前記外周部と同じ径を有するドーナツ型形状であることを特徴とする、付記８記載の障害検出装置。
【００８６】
（付記１０） 走行の妨げとなる障害を検出する移動ロボットにおいて、
移動ロボットの外枠の外周に配置され、該外枠と弾性体を介して接続することによって、該移動ロボットが水平面上で停止しているときは前記外枠に対して非接触状態に保持される外周部と、
所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、前記抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有し、対向する前記外枠の周囲または前記外周部の内壁のいずれか一方に前記抵抗部材、他方に前記導電部材をそれぞれ略環状に配置し、前記抵抗部材と前記導電部材との接触点の位置に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力するスイッチ部と、
前記検出信号に基づいて、前記外周部に力が加わることによって前記外周部と前記外枠との相対的位置が変化し、前記抵抗部材と前記導電部材とが接触したことを検出するとともに、前記検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する検出部と、
前記検出部によって障害が検出されたときは、予め決められた手順に従って、減速、走行停止及び走行経路変更を含む障害回避処理を行う走行制御部と、
を有することを特徴とする移動ロボット。
【符号の説明】
【００８７】
１ フレーム
２ バンパー
３ａ，３ｂ バネ
１０ 抵抗線
１１ 導電部材
１２，１３ 電極
１４ 出力電極
３１，３２，３３，３４ バネ
４１，４２，４３，４４ ダンパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行の妨げとなる障害を検出する障害検出装置において、
走行装置の外周に配置され、該走行装置と弾性体を介して接続することによって、該走行装置が水平面で停止しているときは前記走行装置に対して非接触状態に保持される外周部と、
所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、前記抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有し、対向する前記走行装置の周囲または前記外周部の内壁のいずれか一方に前記抵抗部材、他方に前記導電部材をそれぞれ略環状に配置し、前記抵抗部材と前記導電部材との接触点の位置に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力するスイッチ部と、
前記検出信号に基づいて、前記外周部に力が加わることによって前記外周部と前記走行装置との相対的位置が変化し、前記抵抗部材と前記導電部材とが接触したことを検出するとともに、前記検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する検出部と、
を有することを特徴とする障害検出装置。
【請求項２】
前記スイッチ部は、前記外周部に障害物が衝突したときに前記外周部に掛かる外力、前記走行装置が閾値を超える傾斜角の傾斜面を走行したときに前記外周部に掛かる重力、及び前記走行装置が閾値を超える加速度で加速または減速を行ったときに前記外周部に掛かる慣性力に応じて前記外周部と前記走行装置との相対位置が変化する、
ことを特徴とする請求項１記載の障害検出装置。
【請求項３】
前記外周部は、前記走行装置が水平面上に停止しているとき水平となる水平面が、前記走行装置の傾きによらず、重力方向に対して常に直交しており、
前記スイッチ部は、前記抵抗部材と前記導電部材の組を上下方向に少なくとも２組有し、少なくとも１組は、前記走行装置が水平面上にあるとき前記抵抗部材と前記導電部材とを上下方向に同じ高さになるように配置するとともに、少なくとも１組は、前記走行装置が水平面上にあるとき前記抵抗部材と前記導電部材の上下方向の高さをずらして配置して前記走行装置が傾斜面を走行したときに前記走行装置と前記外周部との相対的な傾きに応じて前記抵抗部材と前記導電部材とが接触する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の障害検出装置。
【請求項４】
前記スイッチ部は、前記抵抗部材に、前記走行装置が回転したときに前記導電部材と接触する回転検出部を少なくとも２つ配置し、前記回転検出部と前記導電部材とが接触した回転方向に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力し、
前記検出部は、前記検出信号に基づいて、前記走行装置が回転したことによって前記外周部と前記走行装置との相対的位置が変化して前記回転検出部と前記導電部材とが接触したことを検出し、前記検出信号に応じて前記走行装置の回転方向を検出する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の障害検出装置。
【請求項５】
前記外周部は、さらに、前記外周部の重量に応じて閾値が決まる前記傾斜面検出時の閾値、または前記加速度検出時の閾値を調整する前記外周部に着脱可能な重りを有する、
ことを特徴とする請求項２記載の障害検出装置。
【請求項６】
走行の妨げとなる障害を検出する移動ロボットにおいて、
移動ロボットの外枠の外周に配置され、該外枠と弾性体を介して接続することによって、該移動ロボットが水平面上で停止しているときは前記外枠に対して非接触状態に保持される外周部と、
所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、前記抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有し、対向する前記外枠の周囲または前記外周部の内壁のいずれか一方に前記抵抗部材、他方に前記導電部材をそれぞれ略環状に配置し、前記抵抗部材と前記導電部材との接触点の位置に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力するスイッチ部と、
前記検出信号に基づいて、前記外周部に力が加わることによって前記外周部と前記外枠との相対的位置が変化し、前記抵抗部材と前記導電部材とが接触したことを検出するとともに、前記検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する検出部と
前記検出部によって障害が検出されたときは、予め決められた手順に従って、減速、走行停止及び走行経路変更を含む障害回避処理を行う走行制御部と、
を有することを特徴とする移動ロボット。
【請求項１】
走行の妨げとなる障害を検出する障害検出装置において、
走行装置の外周に配置され、該走行装置と弾性体を介して接続することによって、該走行装置が水平面で停止しているときは前記走行装置に対して非接触状態に保持される外周部と、
所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、前記抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有し、対向する前記走行装置の周囲または前記外周部の内壁のいずれか一方に前記抵抗部材、他方に前記導電部材をそれぞれ略環状に配置し、前記抵抗部材と前記導電部材との接触点の位置に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力するスイッチ部と、
前記検出信号に基づいて、前記外周部に力が加わることによって前記外周部と前記走行装置との相対的位置が変化し、前記抵抗部材と前記導電部材とが接触したことを検出するとともに、前記検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する検出部と、
を有することを特徴とする障害検出装置。
【請求項２】
前記スイッチ部は、前記外周部に障害物が衝突したときに前記外周部に掛かる外力、前記走行装置が閾値を超える傾斜角の傾斜面を走行したときに前記外周部に掛かる重力、及び前記走行装置が閾値を超える加速度で加速または減速を行ったときに前記外周部に掛かる慣性力に応じて前記外周部と前記走行装置との相対位置が変化する、
ことを特徴とする請求項１記載の障害検出装置。
【請求項３】
前記外周部は、前記走行装置が水平面上に停止しているとき水平となる水平面が、前記走行装置の傾きによらず、重力方向に対して常に直交しており、
前記スイッチ部は、前記抵抗部材と前記導電部材の組を上下方向に少なくとも２組有し、少なくとも１組は、前記走行装置が水平面上にあるとき前記抵抗部材と前記導電部材とを上下方向に同じ高さになるように配置するとともに、少なくとも１組は、前記走行装置が水平面上にあるとき前記抵抗部材と前記導電部材の上下方向の高さをずらして配置して前記走行装置が傾斜面を走行したときに前記走行装置と前記外周部との相対的な傾きに応じて前記抵抗部材と前記導電部材とが接触する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の障害検出装置。
【請求項４】
前記スイッチ部は、前記抵抗部材に、前記走行装置が回転したときに前記導電部材と接触する回転検出部を少なくとも２つ配置し、前記回転検出部と前記導電部材とが接触した回転方向に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力し、
前記検出部は、前記検出信号に基づいて、前記走行装置が回転したことによって前記外周部と前記走行装置との相対的位置が変化して前記回転検出部と前記導電部材とが接触したことを検出し、前記検出信号に応じて前記走行装置の回転方向を検出する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の障害検出装置。
【請求項５】
前記外周部は、さらに、前記外周部の重量に応じて閾値が決まる前記傾斜面検出時の閾値、または前記加速度検出時の閾値を調整する前記外周部に着脱可能な重りを有する、
ことを特徴とする請求項２記載の障害検出装置。
【請求項６】
走行の妨げとなる障害を検出する移動ロボットにおいて、
移動ロボットの外枠の外周に配置され、該外枠と弾性体を介して接続することによって、該移動ロボットが水平面上で停止しているときは前記外枠に対して非接触状態に保持される外周部と、
所定の電気抵抗を有する抵抗部材と、前記抵抗部材に対して電気抵抗が小さい導電部材とを有し、対向する前記外枠の周囲または前記外周部の内壁のいずれか一方に前記抵抗部材、他方に前記導電部材をそれぞれ略環状に配置し、前記抵抗部材と前記導電部材との接触点の位置に応じた前記抵抗部材の電位を検出信号として出力するスイッチ部と、
前記検出信号に基づいて、前記外周部に力が加わることによって前記外周部と前記外枠との相対的位置が変化し、前記抵抗部材と前記導電部材とが接触したことを検出するとともに、前記検出信号の信号値に応じて加えられた力の方向を検出する検出部と
前記検出部によって障害が検出されたときは、予め決められた手順に従って、減速、走行停止及び走行経路変更を含む障害回避処理を行う走行制御部と、
を有することを特徴とする移動ロボット。
【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】
【公開番号】特開２０１１−７５３０２（Ｐ２０１１−７５３０２Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２４３４４（Ｐ２００９−２２４３４４）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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