JP2006227673A - 自律走行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自律走行装置が目標地点に向かって移動しながら位置ずれ修正を行い、多数地点での作業を連続で短時間に行うことを可能とすること。
【解決手段】自律走行車付属カメラにて天井、壁面の目標地点を検出し、予め入力した目標地点との位置ずれ情報を算出し、経路積算値および位置ずれ情報を台車運動方程式に算入して台車位置制御を行うことにより、移動中に目標地点からの位置ずれ修正を行い、作業機器による作業を行うことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無人搬送車の自律運転時の位置検出制御方法に関し、特に誘導路として床面に部分的に磁気テープや反射テープ等を敷設せずに、無人搬送車付属のカメラによって検出した位置ずれ情報と無人搬送車の車輪に設けたエンコーダによる経路積算値とにより搬送車の自立運転を高速にかつ精度良く、作業機器による屋内作業を行うようにした無人搬送車の自律走行装置に関するものである。

従来の無人搬送車の自律走行装置としては、自己の位置座標を求めて移動順序に従って目標地点に向かって走行し、目標地点近くで停止後、搭載した作業機器（作業ツールや監視カメラなど）の目標地点からのずれを修正して目標地点で作業機器による屋内作業を行うものがあった。

すなわち、この従来の無人搬送車の自律走行装置は、予め入力した移動プログラムに従って作業地点に移動する自走式台車と、この自走式台車の荷台上に設けた電子式光波測距測角儀と、自走式台車の荷台上に設けた動力駆動のＸＹテーブルと、ＸＹテーブル上に設けた作業機器と、自走式台車の走行制御およびＸＹテーブルや作業機器の駆動制御を行う制御部とを有し、地図等を転写した環境モデルと、この環境モデル内における作業地点の座標と、自走式台車の移動、作業機器の位置出しおよび作業メニューに関するプログラムを制御部のコンピュータに予め入力し、出発点での自己位置同定を終えた自走式台車を作業地点に向かって移動させ、さらに、前記光波測距測角儀で床面の基準点に配置した反射ターゲットまでの距離を測定して作業地点の近くに停止した自走式台車と作業地点との間のずれ量を演算し、そのずれを前記ＸＹテーブルで修正して作業機器を作業地点に位置決めし、その後、作業機器による作業を行うように構成されたものであった。
特開２００１−２８９６３８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、自己の位置座標を求めて予め入力した移動順序に従って目標地点に向かって走行し、目標地点近くで停止後、搭載した作業機器（作業ツールや監視カメラなど）の目標地点からのずれを修正して目標地点で作業機器による作業を行うことになるため、移動中の位置ずれ修正が不可能であり、多数地点での作業を連続で短時間に行う等の場合に支障が生じるという問題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、移動中の位置ずれ修正が行え、多数地点での作業を連続で短時間に行うことを可能とする自律走行装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の自律走行装置は、自律走行車付属カメラにて天井、壁面の目標地点を検出し、予め入力した目標地点との位置ずれ情報を算出し、経路積算値および前期位置ずれ情報を台車運動方程式に算入して台車位置制御を行い、移動しながら目標地点からのずれを修正し、作業機器による屋内作業を行うものである。

本構成によって、移動中での位置ずれ修正が可能となり、多数地点での作業を連続で短時間に行うことを可能となる。

以上のように、本発明の自律走行装置によれば、自律走行車付属カメラにて天井、壁面の目標地点を検出し、予め入力した目標地点との位置ずれ情報を算出し、経路積算値および前期位置ずれ情報を台車運動方程式に算入して台車位置制御を行う構成を有するため、移動しながら目標地点からのずれを修正し、多数地点での作業機器による屋内作業を連続で短時間に行うことができるという効果を奏する。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、駆動手段１０は自律走行車１の前後進、および左右側の移動を制御するものであって、駆動手段１０は自律走行車１を右側に移動させるよう左側走行モータ１１１を駆動する左側モータ駆動部１１と、自律走行車１掃除機を左側に移動させるよう右側走行モータ１２１を駆動する右側モータ駆動部１２とから構成されている。左側走行モータ１１１と右側走行モータ１２１には図示しない駆動輪がそれぞれ取付けられている。

さらに、走行距離検出手段２０は、駆動手段１０により移動される自律走行車１の走行距離を検出するものであって、走行距離検出手段２０は、駆動手段１０の制御により駆動する左側駆動輪の回転数、すなわち、左側走行モータ１１１の回転数に比例するパルス信号を発生させて自律走行車１が右側に移動した走行距離を検出する左側エンコーダ２１と、駆動手段１０の制御により駆動する右側駆動輪の回転数、すなわち、右側走行モータ１２１の回転数に比例するパルス信号を発生させて自律走行車１が左側に移動した走行距離を検出する右側エンコーダ２２とから構成されている。

また、方向各検出手段３０は、駆動手段１０により移動される自律走行車１の走行方向変化を検出するものであって、この方向角検出手段３０は駆動手段１０により移動される自律走行車1の回転時に変化する電圧レベルにしたがって自律走行車1の回転速度を感知して走行方向変化を検出するジャイロセンサなどの方向角センサである。

位置ずれ情報算出手段４０は、駆動手段１０により移動される自律走行車１の走行経路に存在する天井および壁面までの目標地点を検出し予め入力した目標地点との位置ずれ情報を算出するものであって、この位置ずれ情報算出手段４０は自律走行車１の走行経路に存在する天井および壁面までの目標地点を検出する自律走行車付属カメラ部４１から構成されている。

位置ずれ情報算出手段４０の自律走行車付属カメラ部４１は、自律走行車１の走行経路に存在する天井および壁面までの目標地点を検出する自律走行車付属カメラ４１１の画像を入力処理する第１のセンサ駆動部４１２と、自律走行車付属カメラ４１１を所望の方向へ回転させるステップインモータ４１３と、ステップインモータ４１３を駆動するステップインモータ駆動部４１４とから構成されている。

また、図１において、制御手段５０は、走行距離検出手段２０により検出された走行距離データ、および方向各検出手段３０により検出された走行方向データが所定時間間隔で入力されて自律走行車１の現在位置を演算し、位置ずれ情報算出手段４０により算出された天井および壁面までの目標地点に対する位置ずれ情報が入力され、その情報結果にしたがって自律走行車１の走行経路を制御することによって、自律走行車１が正常軌道から逸脱せずに目標地点まで正確に走行できるよう制御する中央処理装置ＣＰＵである。

以下、上記のように構成された自律走行車の位置認識方法、および制御方法とその作用効果について説明する。図２は本実施形態における自律走行車の走行制御動作順を示すフローチャートであり、図中のＳはその各ステップを表す。

まず、ユーザーが自律走行車１の所定位置に装着されている動作スイッチをオンさせると、ステップＳ１では図示しない電源手段から供給される駆動電圧を制御手段５０から入力されて自律走行車１を走行作業機能に適するよう初期化させながらユーザーの入力した作業命令に従って動作を開始する。

次いで、ステップＳ２では作業初期に走行領域内の所定位置に任意の方向へ置かれた自律走行車１に装着された第１の自律走行車付属カメラ４１１から、ステップインモータ４１３の駆動にしたがって回転されながら自律走行車１の走行経路に存在する天井および壁面までの目標地点を検出することにより、自律走行車１と目標地点に対する位置ずれ情報を算出する。

自律走行車１と前方壁面ＷＦとの角度を演算する例を図３を参照して説明する。

第１の自律走行車付属カメラ４１１を所定角度に回転させつつ壁面ＷＦまでの距離を測定した時、ｉ番目の方向が壁面WFと垂直の方向であると仮定すれば、ｉ−１、ｉ＋１番目の方向の距離ｄ（ｉ−１）、ｄ（ｉ）、ｄ（ｉ＋１）は下記式を満足させる。

ｃｏｓ△θ・ｄ（ｉ−１）＝ｃｏｓ△θ・ｄ（ｉ＋１）＝ｄ（ｉ）であれば
ｃｏｓ^-1｛ｄ（ｉ）／ｄ（ｉ−１）｝＝ｃｏｓ^-1｛ｄ（ｉ）／ｄ（ｉ＋１）｝＝△θである。

もし、ｄ（ｉ−１）＝ｄ（ｉ）であるか、ｄ（ｉ＋１）＝ｄ（ｉ）である場合には、
０＜ｃｏｓ^-1｛ｄ（ｉ）／ｄ（ｉ−１）｝＜△θ
０＜ｃｏｓ^-1｛ｄ（ｉ）／ｄ（ｉ＋１）｝＜△θ
を満足する方向中から最短距離を示す方向が壁面ＷＦと垂直の方向ｉに最も近いことを類推することができる。すなわち、ｉ方向が壁面WFと垂直の方向であれば、ｉ方向と自律走行車１の正面のなす角θｉは、自律走行車１と壁面ＷＦのなす角θに近似であると見なすことができる。

次いで、ステップＳ３では制御手段５０から出力される制御信号を駆動手段１０に入力して右側走行モータ１２１を駆動させることにより、自律走行車１をθｉだけ左側に回転させて自律走行車１を前方の壁面ＷＦに垂直に整列させ、ステップＳ４で第１の自律走行車付属カメラ４１１から第１のセンサ駆動部４１２により、図４に示すように、自律走行車１の左側が壁面ＷＬからの離隔距離ｄ１を算出してその算出された離隔距離データｄ１を制御手段５０に出力する。

さらに、第１の自律走行車付属カメラ４１１から第１のセンサ駆動部４１２により、図４に示すように、自律走行車１の右側が壁面ＷＲからの離隔距離ｄ２を算出してその算出された離隔距離データｄ２を制御手段５０に出力する。

この際、離隔距離データをｄ１＞ｄ２とすれば、駆動手段１０では制御手段５０から出力される制御信号が入力されて右側走行モータ１２１を駆動させることにより、自律走行車1を左側に９０°回転させて（ｄ１＋ｄ２）／２になる中間地点に移動させる。

上記過程を繰り返すと、図５に示すような複雑な構造の走行領域内でも走行領域（部屋）の中心点に移動できるようになるため、ステップＳ５では自律走行車１の位置が中心点であるかを判別し、部屋の中心点でない場合（ＮＯのとき）には、前記ステップＳ４に戻り自律走行車１が部屋の中心点に移動する時までステップＳ４以下の動作を繰返し行う。

前記ステップＳ５での判別の結果、自律走行車１の位置が部屋の中心点の場合（ＹＥＳのとき）には、大きさと構造の知られている空間（走行領域）で現在の位置は把握しているものの、方向は分からない状態であるため、ステップＳ６に進んで制御手段５０は、最終的に方向を把握するために左側走行モータ１１１と右側走行モータ１２１を駆動させることにより、自律走行車１を部屋の中心点から壁面に垂直になるよう移動させる。

上記のような方法で現在の位置座標を得た自律走行車１は、ステップＳ９に進んであらかじめ入力されている走行経路にしたがって掃除、あるいは監視などの付与された作業を行うための始発点（原点）に移動しながらステップＳ１０に進んで付与された作業を行うようになる。

次いで、ステップＳ１１では自律走行車１が付与された作業を行いつつ走行を終えたかを判別し、走行を終えていない場合（ＮＯのとき）には、前記ステップＳ１０に戻りステップＳ１０以下の動作を繰返し行い、走行を終えた場合（ＹＥＳのとき）には、自律走行車１の走行動作を停止しつつ動作を終了する。

本発明の自律走行装置は、移動しながら目標地点からのずれを修正し、自立運転を高速にかつ精度良く行えるという効果を奏するものであり、多数地点での作業機器による屋内作業を連続で短時間に行うことができるようにした無人搬送車の自律運転時の位置検出制御にも適用できる。

本発明の一実施形態における自律走行装置の制御ブロック図 自律走行装置の制御動作順を示すフローチャート 自律走行車の前方壁面との角度演算に関する説明図 自律走行車の左右両側壁面の中間地点への移動に関する説明図 自律走行車の部屋の中心点への移動に関する説明図

符号の説明

１０ 駆動手段
１１ 左側モータ駆動部
１２ 右側モータ駆動部
２０ 走行距離検出手段
２１ 左側エンコーダ
２２ 右側エンコーダ
３０ 方向各検出手段
４０ 位置ずれ情報算出手段
４１ 自律走行車付属カメラ部
５０ 制御手段
４１１ 第１の自律走行車付属カメラ
４１２ 第１のセンサ駆動部
４１３ ステップインモータ

Claims (4)

1. 自律走行車付属カメラにて天井、壁面の目標地点を検出し、予め入力した目標地点との位置ずれ情報を算出し、経路積算値および前期位置ずれ情報を台車運動方程式に算入して台車位置制御を行い、移動しながら目標地点からのずれを修正し、作業機器による屋内作業を行う自律走行装置。
2. 自律走行車付属カメラが上向きカメラである請求項１記載の自律走行装置。
3. 経路積算値の積算を行うエンコーダを、自律走行車の車輪に設けた請求項１記載の自律走行装置。
4. 自律走行車付属カメラが上向きカメラである請求項３記載の自律走行装置。

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