JP2005233872A - 移動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】移動状態を簡単且つ安価な構造で正確に検出できる移動装置を得る。
【解決手段】駆動モータ9a,9bを備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体1と、検出球体1を回転自在に保持する球体保持手段2と、検出球体1の認識パターンを検出するパターン検出手段3と、パターン検出手段3による検出球体1の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段としてのCPU6とを有する構成とする。
【選択図】図1
【解決手段】駆動モータ9a,9bを備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体1と、検出球体1を回転自在に保持する球体保持手段2と、検出球体1の認識パターンを検出するパターン検出手段3と、パターン検出手段3による検出球体1の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段としてのCPU6とを有する構成とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、移動状態を簡単な機構で容易に検出する移動装置に関するものである。
移動状態の検出手段として、回転検出にはジャイロ、衝突検知には加速度センサや感圧センサ、移動距離および速度、加速度検出にはエンコーダによる駆動車輪の回転状態の読み取りが一般的に用いられている。
しかしながら、移動体の全ての状態パラメータを検出するためには多くのセンサが必要になるため、構造が複雑化し、また各センサ毎のインタフェースも複雑なものになる。
なお、移動体の検出技術については、たとえば特開昭59−91513号公報に記載されている。
特開昭59−91513号公報
前述のように、移動体の状態検出を行うために、多くのセンサが用いられている。そのために構造が複雑化し、各センサ毎のインタフェースも煩雑となり、結果的に装置自体も高価なものとなっている。
ここで、移動状態の検出を行うために、装置の中心に移動状態検出専用の球形の位置検出用球体を持ち、その動きをローラを介して読み取り、移動量および移動方向を検出する技術がある。しかしながら、この技術では、ローラの滑りによる検出ズレ等の要因で検出誤差が生じるおそれがある。
そこで、本発明は、移動状態を、高価なセンサを数多く使用することなく、簡単且つ安価な構造で正確に検出できる移動装置を提供することを目的とする。
この課題を解決するために、本発明の移動装置は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体と、検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する構成としたものである。
また、この課題を解決するために、本発明の移動装置は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、床面と接する非検出球体と、非検出球体と所定の摩擦抵抗を持って接するとともに表面上に認識パターンの配され、非検出球体の回転により回転する検出球体と、非検出球体および検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する構成としたものである。
本発明の好ましい形態において、非検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動距離を検出する。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動方向を検出する。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動速度を検出する。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動加速度を検出する。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより累積移動距離を検出する。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動軌跡を検出する。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段が移動軌跡を逆に辿ってスタート地点まで戻る。
本発明のさらに好ましい形態において、2つ駆動車輪と1つの検出球体の3点で床面に接している。
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体は120°の等間隔で配置された3個のベアリングで保持されている。
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体への付着物を除去するクリーニング手段を備えている。
本発明のさらに好ましい形態において、クリーニング手段は、検出球体を取り囲むように円状に配置されたブラシである。
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で衝突を検知する。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動距離の修正を行う。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動方向の修正を行う。
本発明のさらに好ましい形態において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動速度の修正を行う。
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンの位置関係を既知とした。
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンは全て異なる幾何学模様である。
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンは全て異なる二次元バーコードパターンである。
本発明のさらに好ましい形態において、検出球体の認識パターンは蛍光体を用いて製作されている。
本発明によれば、表面に認識パターンを配して移動に伴って回転する検出球体のパターン認識を行っているので、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという有効な効果が得られる。
本発明の請求項1に記載の発明は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、表面上に認識パターンの配された検出球体と、検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する移動装置であり、表面に認識パターンを配して移動に伴って回転する検出球体のパターン認識を行っているので、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項2に記載の発明は、駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、床面と接する非検出球体と、非検出球体と所定の摩擦抵抗を持って接するとともに表面上に認識パターンの配され、非検出球体の回転により回転する検出球体と、非検出球体および検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段による検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段とを有する移動装置であり、検出球体が床面と直接接触することがないので、検出球体の表面に配されている認識パターンが傷ついたりすることがなくなり、安定したパターン認識を行うことができるという作用を有する。
本発明の請求項3に記載の発明は、請求項2記載の発明において、非検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている移動装置であり、床面との滑りおよび検出球体との滑りによる検出誤差が少なくなるという作用を有する。
本発明の請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動距離を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項5に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動方向を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項6に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動速度を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出する
ことが可能になるという作用を有する。
ことが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項7に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動加速度を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項8に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより累積移動距離を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項9に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、移動ベクトルより移動軌跡を検出する移動装置であり、簡単且つ安価な構造で移動状態を正確に検出することが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項10に記載の発明は、請求項9記載の発明において、移動状態検出手段が移動軌跡を逆に辿ってスタート地点まで戻る移動装置であり、簡単にスタート地点に戻ることができるという作用を有する。
本発明の請求項11に記載の発明は、請求項1または4〜10の何れか一項に記載の発明において、2つ駆動車輪と1つの検出球体の3点で床面に接している移動装置であり、検出球体は常に床面と接触することになるので、検出球体の空転により発生する検出誤差をなくすことができるという作用を有する。
本発明の請求項12に記載の発明は、請求項1〜11の何れか一項に記載の発明において、検出球体は120°の等間隔で配置された3個のベアリングで保持されている移動装置であり、全てのベアリングが常に均等な力で検出球体に接するので、検出球体が回転する際の芯ズレによる検出誤差がなくなるという作用を有する。
本発明の請求項13に記載の発明は、請求項1〜12の何れか一項に記載の発明において、検出球体への付着物を除去するクリーニング手段を備えた移動装置であり、ごみ等を巻き込んだ検出球体の摺動不良に起因する検出誤差を低減することができるという作用を有する。
本発明の請求項14に記載の発明は、請求項13記載の発明において、クリーニング手段は、検出球体を取り囲むように円状に配置されたブラシである移動装置であり、ごみ等を巻き込んだ検出球体の摺動不良に起因する検出誤差を低減することができるという作用を有する。
本発明の請求項15に記載の発明は、請求項1〜14の何れか一項に記載の発明において、検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されている移動装置であり、検出球体と床面との滑りによる検出誤差を極力少なくすることができるという作用を有する。
本発明の請求項16に記載の発明は、請求項1〜15の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で衝突を検知する移動装置であり、駆動車輪は回っているのに検出球体は動いていないという状態が把握できるので、障害物に衝突したものとして回避動作を行ったり、異常状態と判断して動作を終了させることができるという作用を有する。
本発明の請求項17に記載の発明は、請求項1〜16の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動距離の修正を行う移動装置であり、スリップ等によるズレを修正して、誤差の発生を防止することができるという作用を有する。
本発明の請求項18に記載の発明は、請求項1〜16の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動方向の修正を行う移動装置であり、スリップ等によるズレを修正して、誤差の発生を防止することができるという作用を有する。
本発明の請求項19に記載の発明は、請求項1〜16の何れか一項に記載の発明において、移動状態検出手段は、駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動速度の修正を行う移動装置であり、スリップ等によるズレを修正して、誤差の発生を防止することができるという作用を有する。
本発明の請求項20に記載の発明は、請求項1〜19の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンの位置関係を既知とした移動装置であり、ある一定時間内に装置が移動した移動状態を簡単に検出することが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項21に記載の発明は、請求項1〜20の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンは全て異なる幾何学模様である移動装置であり、誤認識の確率が低減され、また短時間での特定パターンの追跡処理が不要になるため、演算処理速度の遅い部品(CPU)でも使用でき、製造コストの削減を図ることが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項22に記載の発明は、請求項1〜20の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンは全て異なる二次元バーコードパターンである移動装置であり、誤認識の確率が低減され、また短時間での特定パターンの追跡処理が不要になるため、演算処理速度の遅い部品(CPU)でも使用でき、製造コストの削減を図ることが可能になるという作用を有する。
本発明の請求項23に記載の発明は、請求項1〜22の何れか一項に記載の発明において、検出球体の認識パターンは蛍光体を用いて製作されている移動装置であり、暗部において照明がなくても認識パターンを検出することが可能になるという作用を有する。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
図1は本発明の一実施の形態である移動装置を示す概略図、図2は図1の移動装置における球体保持手段を示す平面図、図3は図1の移動装置における球体保持手段を示す断面図、図4は図1の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の一例を示す説明図、図5は図1の移動装置に装着された検出球体の認識パターンの移動の他の一例を示す説明図、図6は認識パターンの検出手順を示すフローチャート、図7は移動装置の移動軌跡を移動ベクトルで表わしたグラフ、図8は図1の移動装置の理想状態における駆動車輪の移動ベクトルと検出球体の移動ベクトルとの関係を示す説明図、図9は滑りの検出および補正の手順を示すフローチャート、図10は検出球体を三次元座標系で示す説明図、図11は検出球体の表面に配された認識パターンの一例を示す説明図、図12は本発明の他
の実施の形態である移動装置における球体保持手段を示す断面図である。
の実施の形態である移動装置における球体保持手段を示す断面図である。
図1に示すように、本実施の形態の移動装置は表面に認識パターンを配した検出球体1を有しており、移動装置が移動する際に床面と接触して回転する検出球体1の認識パターンを検出することにより移動状態の検出を行うようになっている。
検出球体1は球体保持手段2に回転自在に保持されており、このような検出球体1の認識パターンを検出するセンサであるパターン検出手段3が設けられている。また、暗部でも認識パターンを判別できるようにライトなどの照明手段4が設けられている。さらに、移動装置には、パターン検出手段3で検出された認識パターンを取り込んでその画像処理を行う画像処理部5、装置全体を制御して検出球体1の移動状態を検出するCPU(移動状態検出手段)6、電源7、駆動モータ(駆動手段)9a,9bによりそれぞれ回転駆動される2つの駆動車輪8a,8b、駆動車輪8a,8bの回転軸と同軸上にそれぞれ取り付けられてスリットが円周上に等間隔で形成されたスリット板10a,10b、スリット板10a,10bのスリットを介して駆動車輪8a,8bの回転を光学的に検出する回転検出センサ11a,11b、および駆動モータ9a,9bの回転を制御するモータ制御部12を有しており、これらは装置筐体部13内に収納されている。
このような移動装置において、モータ制御部12はCPU6より指令された駆動量を駆動モータ9a,9bに与えて駆動車輪8a,8bを回転させる。そして、駆動モータ9a,9bの回転軸に取り付けられたスリット板10a,10bの回転量を回転検出センサ11a,11bで検出することにより、駆動モータ9a,9bの回転量を制御することができる。また、検出球体1の認識パターンをパターン検出手段3で検出し、画像処理部5でその変化量を検出し、移動量をCPU6に送信することにより、移動装置の移動状態を把握することが可能になる。そして、これらの動作に必要な電力は電源7より供給される。
そして、2つ駆動車輪8a,8bと1つの検出球体1の3点で床面に接するようにすることで検出球体1は常に床面と接触することになるので、検出球体1の空転により発生する検出誤差をなくしている。
なお、本明細書において、パターン検出手段3の原理および機構に関する説明は省略されている。
図2は球体保持手段2の平面図、図3はその断面図である。
これらの図面に示すように、球体保持手段2は、ベアリング21を保持するベアリングホルダ22、検出球体1の落下を防止するカバー23、検出球体1に付着したごみ等の付着物を除去するためのブラシ(クリーニング手段)24、およびケーシング25から構成されている。
ここで、検出球体1と床面との滑りによる検出誤差を少なくするために、検出球体1には摩擦系数の大きいゴム等の材質が表面にコーティングされている。
また、検出球体1を保持するベアリング21は3個が120°の等間隔で配置されている。これにより、全てのベアリング21が常に均等な力で検出球体1に接してガタツキがなくなるので、検出球体1が回転する際の芯ズレによる検出誤差がなくなる。
さらに、ブラシ24は、検出球体1がごみ等を巻き込み、検出球体1およびベアリング21が摺動不良になって検出誤差を起さないようにするためのもので、カバーの最下面に取り付けられている。なお、ブラシ24の材質は、検出球体1の回転を妨げないように柔
らかい材質のものが用いられ、これを円状に配置して検出球体1を取り囲んでいる。
らかい材質のものが用いられ、これを円状に配置して検出球体1を取り囲んでいる。
次に、図4〜図6を用いて検出球体1の認識パターンの移動量を検出することによる移動状態を検出について説明する。
最初に、初期値t=t0、k=0の時点(S101)の検出球体1の認識パターン画像G(tk)をパターン検出手段3で取り込み(S102)、画像G(tk)中の特定パターンSk(tk)を抽出する(S103)。次に、装置がT秒間移動後の時間をtk+1とし(S104)、その時点の検出球体1の認識パターン画像G(tk+1)を取り込み(S105)、その中から特定パターンSk(tk)を抽出し、パターンSk(tk+1)とする(S106)。続いて、パターンSk(tk)とパターンSk(tk+1)の座標位置からパターンSk(tk)の移動ベクトルLk+1を算出する(S107)。移動ベクトルLk+1より速度ベクトルVk+1(S108)、累積移動ベクトルSk+1(S109)を算出する。k≠0かどうかの判別を行い(S110)、Yesなら加速度ベクトルakを算出し(S111)、Noならさらにk=nかどうかの判別を行う(S113)。そして、Noならkに1を足し込み、画像G(tk+1)より新規に特定パターンSk+1(tk+1)を抽出し(S103)、上記動作を繰り返し行う。Yesなら動作を終了する。
速度ベクトルVk+1、累積移動ベクトルSk+1、加速度ベクトルakは、ベクトルLk+1を用いて、(数1,2,3)にて表わすことができる。
これにより、移動ベクトルLk+1よりT秒間の間に装置が移動した距離および方向が、速度ベクトルVk+1よりその時点の移動速度が、累積ベクトルSk+1よりスタート時点からの移動距離が、ベクトルakから時点の加速度が、それぞれわかる。
そして、表面に認識パターンを配して移動に伴って回転する検出球体1のパターン認識を行っているので、移動状態を、高価なセンサを数多く使用することなく、簡単且つ安価な構造で正確に検出できる。
ここで、装置の直進方向をX軸、X軸に対して直角の向きがY軸となる座標系をとり、スタート時の装置の位置を原点におくことにより、スタート時t=t0からt=tnまでの移動軌跡、およびスタート時点からの装置の到達位置は移動ベクトルLk+1を用いて図7のように表わすことができる。
そして、スタート時点からの累積移動ベクトルを記憶しておくことにより、移動軌跡を逆に辿ることで、簡単に、スタート地点に戻ることができる。
図8は本装置の理想状態における駆動車輪8a,8bの移動ベクトルと検出球体1の移動ベクトルの関係を表わした図である。ベクトルLl(tk)、ベクトルLr(tk)は時間tkにおける駆動車輪8a,8bの理論移動ベクトル、ベクトルLc(tk)は時間tkにおける本装置の理論移動ベクトル、ベクトルLb0(tk)は時間tkにおける検出球体1の理論移動ベクトル、O(tk)は時間tkにおける本装置の回転軌道の中心、rc(tk)は時間tkにおける本装置中心の回転半径、rb(tk)は、時間tkにおける検出球体1の回転半径、hは装置中心から駆動車輪8a,8bの接地点までの距離、dは駆動車輪8a,8bの回転軸中心と検出球体1の中心までの距離、角度θ(tk)はベクトルLc(tk)とベクトルLb0(tk)のなす角度である。
h、d、およびベクトルLl(tk)、ベクトルLr(tk)は既知の値であり、次に示すように、検出球体1の理論移動ベクトルLb0(tk)はh、d、ベクトルLl(tk)、ベクトルLr(tk)の関数として表わすことができる。
すなわち、
より、(数4)に(数5)および(数6)を代入して、
さらに、
となる。
そして、検出球体1の理論移動ベクトルLb0(tk)と検出球体1の認識パターンの移動量より実測した移動ベクトルLb(tk)との比較を行い、ベクトルの大きさ、向きの誤差を検出することにより、床面に対する駆動車輪8a,8bの滑りによる移動量誤差、つまり駆動車輪の滑り量を検出することが可能になる。これを上記の誤差量をCPU6にフィードバックすることにより、誤差発生の原因となるスリップ等による装置の移動軌道(移動方向)、移動距離および移動速度の修正を行うことが可能になる。
さらに、駆動車輪8a,8bの移動ベクトルと検出球体1の移動ベクトルの差を検出することにより、駆動車輪8a,8bは回っているのに検出球体1は動いていないという状態が把握でき、これにより装置が障害物に衝突したものと認識されて、回避動作を行ったり、異常状態と判断して動作を終了させることができる。
図9を用いて滑りの検出および補正の動作フローを説明する。
CPU6にて、初期値をt=t0、k=0とし(S201)、移動ベクトルL(tn)を設定する(S202)。T秒間装置を移動させるために、モータ制御部12より、駆動モータ9a,9bに与えるモータ駆動パラメータベクトルLl(tk)、ベクトルLr(tk)を算出し(S203)、次に検出球体1の理論移動ベクトルLb0(tk)を算出する(S204)。そして、装置をT秒間移動させ、T秒後の時間をtk+1とする(S205)。次に、t=tk+1の時の検出球体1の実測移動ベクトルLb(tk+1)を算出する(S206)。次に、ベクトルLb(tk)=ベクトルLb(tk+1)の判別を行い(S207)、Yesであればさらにtk+1=tnの判別を行い(S208)、判別結果がYesであれば動作を終了し、Noであればkに1を足し込み(S209)、モータ駆動パラメータベクトルLl(tk)、ベクトルLr(tk)を与え実行し(S203)、上記動作を繰り返す。ルベクトルLb(tk)=ベクトルLb(tk+1)の判別(S207)を行った結果がNoであれば、ベクトルLb0(tk)とベクトルLb(tk+1)の差分ベクトルデルタLb(tk+1)を算出する(S210)。次に、tk+1=tnの判別を行い(S
211)、Noであれば、kに1を足し込み(S212)、差分ベクトルデルタLb(tk+1
)の補正を考慮したモータ駆動パラメータベクトルLl(tk)、ベクトルLr(tk)を算出し(S213)、次にベクトルLb0(tk)を算出し(S204)、上記動作を繰り返し行う。Yesであれば差分ベクトルデルタLb(tk+1)からモータ駆動補正パラメー
タベクトルデルタLl(tk)、ベクトルデルタLr(tk)を算出し(S214)、それぞれ駆
動モータ9a,9bに与え、補正動作を実行し(S215)、動作を終了する。
211)、Noであれば、kに1を足し込み(S212)、差分ベクトルデルタLb(tk+1
)の補正を考慮したモータ駆動パラメータベクトルLl(tk)、ベクトルLr(tk)を算出し(S213)、次にベクトルLb0(tk)を算出し(S204)、上記動作を繰り返し行う。Yesであれば差分ベクトルデルタLb(tk+1)からモータ駆動補正パラメー
タベクトルデルタLl(tk)、ベクトルデルタLr(tk)を算出し(S214)、それぞれ駆
動モータ9a,9bに与え、補正動作を実行し(S215)、動作を終了する。
図10は検出球体を三次元座標系で示す説明図、図11は検出球体の表面に配されている認識パターンの一例を示す説明図である。
図10において、検出球体1の半径をr、重心点をOとし、重心点Oを原点とするX、Y、Zの3軸からなる三次元座標系において、球面上の任意の2点をP(xp,yp,zp)、Q(xq,yq,zq)、ベクトルOPとベクトルOQのなす角度をθとすると、弧P
Qは次のようにして、半径rとPとQの座表成分ので表わされることができる。
Qは次のようにして、半径rとPとQの座表成分ので表わされることができる。
すなわち、
余弦定理より、
(数10)に(数11)を代入して、
となる。
よって図11に示すように、検出球体1の表面上の既知であるポイントに認識マークを予め設定することにより、ある一定時間内に装置が移動した移動状態を簡単に検出することが可能になる。
さらに、認識マークを全て異ならせれば、前述したような移動量を特定するための特定パターンを限定する必要がなく、パターン認識のサンプリング間隔を長く取ることが可能になる。これにより、誤認識の確率が低減され、また短時間での特定パターンの追跡処理が不要になるため、演算処理速度の遅い部品(CPU)でも使用でき、製造コストの削減を図ることができる。
なお、認識パターンには形状を全て違えた幾何学模様や二次元バーコードパターンでもよいし、数字や同形状パターンで色または大きさを変えてもよい。認識パターンを蛍光体を用いて製作すれば、暗部において照明手段4がなくても認識パターンを検出することが可能になる。
図12は検出球体と非検出球体を用いて構成した球体保持手段2の断面図である。
検出球体1は、ベアリングA32とベアリングB33で保持されている。非検出球体31は検出球体1と充分な摩擦抵抗を持って接しており、ベアリングC34で保持されている。ベアリングAはベアリングホルダα35で保持され、ベアリングB33およびベアリングC34はベアリングホルダβ36で保持されている。非検出球体31の中央から下部にかけて、この非検出球体31の落下を防止するカバー37が取り付けられ、また非検出球体31の下部には、非検出球体1に付着するごみ等を除去するためのブラシ38が設けられている。そして、これらはケーシング39に収容されている。
非検出球体31は、床面との滑りおよび検出球体1との滑りによる検出誤差を少なくす
るために、摩擦系数の大きいゴム等の材質を表面にコーティングすることが望ましい。非検出球体31は装置の移動に同期して回転し、この回転は非検出球体31の回転により回転する検出球体1に伝わり、検出球体1の表面に配した認識パターンが移動する。認識パターンの変化量をパターン検出手段3で検出し、移動装置の移動状態を把握することが可能になる。
るために、摩擦系数の大きいゴム等の材質を表面にコーティングすることが望ましい。非検出球体31は装置の移動に同期して回転し、この回転は非検出球体31の回転により回転する検出球体1に伝わり、検出球体1の表面に配した認識パターンが移動する。認識パターンの変化量をパターン検出手段3で検出し、移動装置の移動状態を把握することが可能になる。
このように、非検出球体31を床面に接触させ、移動装置が移動したときに回転する非検出球体31の回転で検出球体1を回転させるようにしてもよい。これにより、検出球体1が床面と直接接触することがないため、検出球体1の表面に配されている認識パターンが傷ついたりすることがなくなり、安定したパターン認識を行うことができる。
本発明は、ロボット等の移動装置の移動状態を検出する技術に関し、簡単かつ安価な構造でその移動状況を正確に検出するものである。
1 検出球体
2 球体保持手段
3 パターン検出手段
4 照明手段
5 画像処理部
6 CPU(移動状態検出手段)
7 電源
8a,8b 車輪
9a,9b 駆動モータ(駆動手段)
10a,10b スリット板
11a,11b 回転検出センサ
21 ベアリング
22 ベアリングホルダ
23 カバー
24 ブラシ(クリーニング手段)
25 ホルダ
31 非検出球体
32 ベアリングA
33 ベアリングB
34 ベアリングC
35 ベアリングホルダα
36 ベアリングホルダβ
37 カバー
38 ブラシ
39 ケーシング(ホルダ)
2 球体保持手段
3 パターン検出手段
4 照明手段
5 画像処理部
6 CPU(移動状態検出手段)
7 電源
8a,8b 車輪
9a,9b 駆動モータ(駆動手段)
10a,10b スリット板
11a,11b 回転検出センサ
21 ベアリング
22 ベアリングホルダ
23 カバー
24 ブラシ(クリーニング手段)
25 ホルダ
31 非検出球体
32 ベアリングA
33 ベアリングB
34 ベアリングC
35 ベアリングホルダα
36 ベアリングホルダβ
37 カバー
38 ブラシ
39 ケーシング(ホルダ)
Claims (23)
- 駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、
表面上に認識パターンの配された検出球体と、
前記検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、
前記検出球体の前記認識パターンを検出するパターン検出手段と、
前記パターン検出手段による前記検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段と、
を有することを特徴とする移動装置。 - 駆動手段を備えて床面上を移動する移動装置であって、
床面と接する非検出球体と、
前記非検出球体と所定の摩擦抵抗を持って接するとともに表面上に認識パターンの配され、前記非検出球体の回転により回転する検出球体と、
前記非検出球体および前記検出球体を回転自在に保持する球体保持手段と、
前記検出球体の認識パターンを検出するパターン検出手段と、
前記パターン検出手段による前記検出球体の認識パターンの変化量から移動の有無を検出する移動状態検出手段と、
を有することを特徴とする移動装置。 - 前記非検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されていることを特徴とする請求項2記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動距離を検出することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動方向を検出することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動速度を検出することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動加速度を検出することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより累積移動距離を検出することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記検出球体の認識パターンの移動ベクトルを検出し、前記移動ベクトルより移動軌跡を検出することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段が移動軌跡を逆に辿ってスタート地点まで戻ることを特徴とする請求項9記載の移動装置。
- 2つ駆動車輪と1つの前記検出球体の3点で床面に接していることを特徴とする請求項1または4〜10の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記検出球体は120°の等間隔で配置された3個のベアリングで保持されていることを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記検出球体への付着物を除去するクリーニング手段を備えたことを特徴とする請求項1〜12の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記クリーニング手段は、前記検出球体を取り囲むように円状に配置されたブラシであることを特徴とする請求項13記載の移動装置。
- 前記検出球体は、その表面にゴムコーティングが施されていることを特徴とする請求項1〜14の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で衝突を検知することを特徴とする請求項1〜15の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動距離の修正を行うことを特徴とする請求項1〜16の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動方向の修正を行うことを特徴とする請求項1〜16の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記移動状態検出手段は、前記駆動車輪の移動ベクトルと前記検出球体の移動ベクトルの差で駆動車輪の滑り量を検出して移動速度の修正を行うことを特徴とする請求項1〜16の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記検出球体の前記認識パターンの位置関係を既知としたことを特徴とする請求項1〜19の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記検出球体の前記認識パターンは全て異なる幾何学模様であることを特徴とする請求項1〜20の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記検出球体の前記認識パターンは全て異なる二次元バーコードパターンであることを特徴とする請求項1〜20の何れか一項に記載の移動装置。
- 前記検出球体の前記認識パターンは蛍光体を用いて製作されていることを特徴とする請求項1〜22の何れか一項に記載の移動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004045907A JP2005233872A (ja) | 2004-02-23 | 2004-02-23 | 移動装置 |
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JP2004045907A JP2005233872A (ja) | 2004-02-23 | 2004-02-23 | 移動装置 |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010510475A (ja) * | 2006-06-23 | 2010-04-02 | ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド | 位置決めデバイス上の物体の位置および運動の光学認識システム |
JP2010210493A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Komatsu Ltd | 接触式ストロークセンサ |
JP2011203224A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Shimizu Corp | 移動***置検出システムおよび方法 |
JP2012215502A (ja) * | 2011-04-01 | 2012-11-08 | Nec Corp | 位置座標対応テーブル作成システム及び位置座標対応テーブル作成方法 |
JP2013096814A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Railway Technical Research Institute | 傾斜計 |
JP2017078640A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | 株式会社フジエンジニアリング | 膜厚測定装置 |
-
2004
- 2004-02-23 JP JP2004045907A patent/JP2005233872A/ja active Pending
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