JP2021144363A - 自律走行装置及び自律走行制御方法及び自律走行制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被牽引車を牽引した自律走行時におけるスムーズな旋回を可能とする自律走行装置を提供する。【解決手段】車輪を回動可能に支持するキャスタであり、当該キャスタ全体を車輪の回動軸に対して垂直となる回動軸に沿って回動可能なキャスタを備えた被牽引車を牽引する自律走行装置を自律走行させる際に、自律走行装置及び被牽引車の旋回位置への到達が、自車位置検出部で検出された際に（Ｓ１）、自律走行装置及び被牽引車が前進しながら所定分旋回を行うように、自律走行装置の駆動車輪を駆動制御する（Ｓ２）。そして、自律走行装置及び被牽引車が後退位置まで旋回した際に（Ｓ３、Ｓ４）、自律走行装置及び被牽引車が目標位置まで後退するように、自律走行装置の駆動車輪を駆動制御する（Ｓ５）。自律走行装置及び被牽引車を前進させながら旋回させることで、被牽引車のキャスタと床面との摩擦を低減して、スムーズな旋回を可能とすることができる。【選択図】図９

Description

本発明は、自律走行装置及び自律走行制御方法及び自律走行制御プログラムに関する。

今日において、工場又は倉庫等において、無人搬送車（ＡＧＶ：Automated Guided Vehicle）により、例えばカゴ台車等の搬送物のエリア間搬送が行われている。エリア間には、例えば磁気テープ又は光学テープ等のガイド線が設置されている。ＡＧＶは、ガイド線を検出することで走行経路を判断し、走行している（ライントレース走行）。

ＡＧＶは、搬送先（切離エリア）の切離位置に到達した際に、カゴ台車との接続を自動的に解除（切離）する自動切離機能を有している。これにより、ＡＧＶとカゴ台車との切り離しに関する作業者の負担を軽減できる。

しかし、ガイド線上で切り離されたカゴ台車は、後続のＡＧＶの走行経路を塞いでしまうため、切り離されたカゴ台車を、作業者がガイド線上から移動させる作業が必要となり、作業者の負担となる。このため、カゴ台車の切り離し位置を、ガイド線から離れた位置に設定する。そして、ＡＧＶは、切り離し位置付近に到達した際に、ライントレース走行から、ガイド線を必要としない自律走行に移行し、ガイド線から離れた切り離し位置に移動してカゴ台車を切り離す。これにより、自動的に切り離したカゴ台車をガイド線上から移動させる作業を省略でき、作業者の負担を軽減できる。

特許文献１（特開２０１４−１８６６８０号公報）には、カゴ台車の切り離し時の後退走行のための事前動作の目的で、自動搬送車を切り返し運転する手法が開示されている。

ここで、ＡＧＶをライントレース走行から自律走行に移行させ、カゴ台車を旋回させてガイド線から離れた切り離し位置に移動させる場合、停止した状態から旋回方向へカゴ台車を旋回させようとすると、カゴ台車のキャスタと床面間の摩擦力により、旋回に対する抵抗力が大きくなる。このため、ＡＧＶの駆動車輪を回転させることができず、カゴ台車の移動が困難となる不都合、又は、ＡＧＶの駆動車輪がスリップしてカゴ台車の旋回が困難となる不都合を生じていた。

この問題は、特許文献１の技術に対しても同様に発生する。また、この問題は、カゴ台車に積載されている搬送物の重量が重くなるほど、顕著となる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、被牽引車を牽引した自律走行時におけるスムーズな旋回を可能とした自律走行装置及び自律走行制御方法及び自律走行制御プログラムの提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、車輪を回動可能に支持するキャスタであり、キャスタ全体を車輪の回動軸に対して垂直となる回動軸に沿って回動可能なキャスタを備えた被牽引車を牽引する自律走行装置であって、自車位置を検出する自車位置検出部と、自律走行装置及び被牽引車が前進を行うように、自律走行装置の駆動車輪を駆動制御する前進制御部と、自律走行装置及び被牽引車が後退を行うように、自律走行装置の駆動車輪を駆動制御する後退制御部と、自律走行装置及び被牽引車が旋回を行うように、自律走行装置の駆動車輪を駆動制御する旋回制御部と、を備え、自律走行装置及び被牽引車の旋回位置への到達が、自車位置検出部で検出された際に、前進制御部及び旋回制御部は、自律走行装置及び被牽引車が前進しながら所定分旋回を行うように、自律走行装置の駆動車輪を駆動制御し、後退制御部は、自律走行装置及び被牽引車が旋回することで後退位置まで旋回した際に、自律走行装置及び被牽引車が目標位置まで後退するように、自律走行装置の駆動車輪を駆動制御する。

本発明によれば、被牽引車を牽引した自律走行時におけるスムーズな旋回を可能とすることができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態となる搬送システムのシステム構成を示す図である。 図２は、ＩＤパネルが設けられたカゴ台車２の斜視図である。 図３は、搬送システムが適用される物流倉庫を示す図である。 図４は、自走ロボットのコントローラのハードウェア構成を示すブロック図である。 図５は、自走ロボットのコントローラの制御装置が、走行制御プログラムを実行することで実現される各機能の機能ブロック図である。 図６は、カゴ台車のキャスタの構成を説明するための図である。 図７は、搬送物とカゴ台車のキャスタに掛かる力を説明するための図である。 図８は、旋回半径に応じたカゴ台車の４つのキャスタの向きを示す図である。 図９は、第１の実施の形態における自走ロボットの自律走行制御の流れを示すフローチャートである。 図１０は、第１の実施の形態における自律走行制御での自走ロボットの移動軌跡を示す図である。 図１１は、第１の実施の形態の搬送システム及び比較例における自走ロボットに対する速度入力値を示す図である。 図１２は、カゴ台車の各キャスタの角度（ｄｅｇ）と時間（秒）との関係を示す図である。 図１３は、第２の実施の形態の搬送システムにおける、自走ロボット１の自律走行制御の流れを示すフローチャートである。 図１４は、第２の実施の形態における自律走行制御での自走ロボットの移動軌跡を示す図である。 図１５は、第２の実施の形態の搬送システムの自走ロボット対する速度入力値を示す図である。 図１６は、第３の実施の形態の搬送システムにおける、自走ロボットの自律走行制御の流れを示すフローチャートである。 図１７は、第４の実施の形態における自律走行制御での自走ロボットの移動軌跡を示す図である。 図１８は、第４の実施の形態の搬送システムの自走ロボット対する速度入力値を示す図である。 図１９は、第５の実施の形態の搬送システムにおける、自走ロボットの自律走行制御の流れを示すフローチャートである。 図２０は、第５の実施の形態における自律走行制御での自走ロボットの移動軌跡を示す図である。

以下、添付図面を参照して、実施の形態となる搬送システムの説明をする。

［第１の実施の形態］
（システム構成）
図１は、第１の実施の形態となる搬送システムのシステム構成を示す図である。この図１に示すように第１の実施の形態の搬送システムは、自走ロボット１（自律走行装置の一例）及びカゴ台車２（牽引車の一例）を有している。自走ロボット１は、無人搬送車（ＡＧＶ：Automated Guided Vehicle）であり、カゴ台車２を自動で接続して牽引し、所望の搬送先へ搬送して切り離す。なお、第１の実施の形態の搬送システムは、１台の自走ロボット１及び１台のカゴ台車２で構成してもよいし、複数台の自走ロボット１及び複数台のカゴ台車２で構成してもよい。

自走ロボット１は、ロボット本体部１００、磁気センサ３、コントローラ４、電力源（バッテリー）６、動力モータ７、モータドライバ８、測域センサ９、連結装置１０、駆動車輪７１及び従動車輪７２等を備える。測域センサ９は、自走ロボット１の周辺環境を認識する。

本実施形態の搬送システムでは、自走ロボット１が走行する床面に、走行経路を示すガイドテープ（磁気テープ）を設けている。自走ロボット１は、磁気センサ３を用いて磁気テープを検出することで走行経路を認識し自動走行を行う。

なお、この実施の形態では、床面に磁気テープを設けて走行経路を示すこととしたが、床面に光学テープを設けて走行経路を示してもよい。光学テープを用いる場合は、磁気センサ３の代わりに反射センサ又はイメージセンサ等が用いられる。

また、自走ロボット１は、二次元又は三次元地図と測域センサ９の検出結果との照合により、現在の自己位置を認識して自律走行を行うことができる。測域センサ９としては、物体に照射したレーザ光の反射光に基づいて、物体までの距離を測定する走査式のレーザ距離センサ（レーザレンジファインダ（ＬＲＦ））、ステレオカメラ装置又はやデプスカメラ装置等を用いることができる。

自走ロボット１のコントローラ４は、磁気センサ３又は測域センサ９の検出結果に基づいて、モータドライバ８を介して動力モータ７を駆動制御する。これにより、動力モータ７を介して駆動車輪７１が回動駆動され、自走ロボット１が自動走行を行う。

カゴ台車２は、カゴ部２０を保持する四角形状の底板２２と、底板２２の四隅に配置されたキャスタ２３と、カゴ部２０の側面に配置されたＩＤパネル（識別部材）２１とを備える。

所定の場所に配置されたカゴ台車２には、認識用のマーカが表示されたＩＤパネル２１が取り付けられている。マーカは、帯状部材である再帰反射テープ（図２の符号２１ｂ）等を用いて、カゴ台車２の識別番号情報（ＩＤ情報）、搬送位置などの搬送先情報、搬送の優先度情報がコード化されている。カゴ台車２の識別番号情報（ＩＤ情報）は、テーブル参照などによって認識される。

自走ロボット１には、マーカ読取装置が設置されている。マーカ読取装置は、測域センサ９及び復号部を備える。一例ではあるが、この実施の形態の場合、コントローラ４が復号部の機能を有する。コントローラ４は、測域センサ９の検出結果からマーカのコードを認識する。コントローラ４の復号部は、認識したマーカのコード情報をデコードすることで、カゴ台車２の認識番号情報、搬送先情報、優先度情報を得る。

カゴ台車２に設置されたマーカとしては、再帰反射テープ２１ｂが用いられている。自走ロボット１は、周辺環境との距離を取得するレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）等の測域センサ９を用いて読み取る。コントローラ４は、測域センサ９によって位置を認識したＩＤパネル２１と測域センサ９との距離情報からＩＤパネル２１の位置座標を算出する。算出したＩＤパネル２１の位置座標を用いて、コントローラ４が動力モータ７の駆動制御を行うことで、自走ロボット１をカゴ台車２のＩＤパネル２１の正面の位置に移動させる。

次に、図２は、ＩＤパネル２１が設けられたカゴ台車２の斜視図である。一例ではあるが、図２に示すように、ＩＤパネル２１は、カゴ台車２の正面の略中央部に配置される。ＩＤパネル２１は、カゴ台車２に着脱可能であって、カゴ台車２の中央の骨組み（縦棒）などの所定の位置に作業者によって設置される。

自走ロボット１は、カゴ台車２と連結（接続）するために、カゴ台車２との間の距離及び角度を検出して、カゴ台車２の位置まで移動する必要がある。しかしながら、測域センサ９でカゴ台車２の形状を認識する場合、カゴ台車２の積載状況により認識すべき形状が変化することから、カゴ台車２との間の距離及び角度を正確に検出することは難しい。そこで、第１の実施の形態の搬送システムでは、自走ロボット１の測域センサ９で、カゴ台車２に設けられたＩＤパネル２１を検出する。これにより、自走ロボット１のコントローラ４は、カゴ台車２との間の距離及び角度を正確に検出することができる。

自走ロボット１を用いた本実施形態の搬送システムは、物流倉庫などにおける、カゴ台車２などのキャスタ付き搬送対象を搬送する作業を自動化するものである。自走ロボット１による搬送動作は、次の（１）〜（３）の三つの作業に分割される。

（１）仮置きエリアでの搬送対象の探索および連結
（２）走行エリアの走行（ライントレース走行及び自律走行）
（３）保管エリアでの保管場所探索とカゴ台車２の切り離し（荷卸し）

図３は、搬送システムが適用される物流倉庫１０００を示す図である。この図３は、物流倉庫１０００を天井側から見た状態の図である。図３のＸＹ平面が床面と並行な面であり、Ｚ軸が天井方向を示している。図３に示す物流倉庫１０００において、上記（１）の仮置きエリアＡ１は、例えばピッキング（倉庫内での集荷作業）後の荷物又は荷卸しされた荷物を整列しておく場所である。

保管エリアＡ２は、トラックバースの各方面別のトラック駐車位置前などのエリア、エレベータなどで他階へ移送する場合のエレベータ前エリア等である。また、図３中に矢印で示す走行エリアＡ３は、仮置きエリアＡ１と保管エリアＡ２との間における自走ロボット１の往復経路である。

自走ロボット１は、本線動作は床面に設置された磁気テープのラインをセンサで認識するライン認識による誘導方式で移動する。また、ラインの横にあるエリアマーク５２を検出してエリアを判断する。また、ＩＤパネル２１には、搬送先となる保管エリアＡ２の情報と優先順位の情報が含まれている。

また、保管エリアＡ２に対して走行ライン５１を挟んだ向かい側であって保管エリアＡ２から離間した位置には、反射材である再帰反射テープ５３が複数設けられている。複数の再帰反射テープ５３は、自走ロボット１の測域センサ９で検出可能な位置に設けられている。自走ロボット１は、複数の再帰反射テープ５３の設置情報に基づいて、自己位置の推定動作を行う。

図３に示すように、走行エリアＡ３には自走ロボット１の誘導用の磁気テープがライン状に設けられ、自走ロボット１が走行する走行ライン５１が設けられている。また、走行エリアＡ３における仮置きエリアＡ１、保管エリアＡ２の開始位置と終了位置には、走行ライン５１の近傍にエリアマーク５２が配置されている。このエリアマーク５２を認識することで、自走ロボット１が位置するエリアを認識している。

後述するが、第１の実施の形態の搬送システムの場合、このエリアマーク５２に基づいて仮置きエリアＡ１又は保管エリアＡ２を認識すると、自走ロボット１の走行モードがライントレース走行モードから自律走行モードに切り替えられる。自律走行モードに移行すると、コントローラ４は、自走ロボット１を前進させながら徐々に所定の旋回角度まで旋回させる。これにより、自律走行時において、自走ロボット１をスムーズに旋回させることが可能となっている。

なお、第１の実施の形態においては、走行エリアＡ３に自走ロボット１の誘導用の磁気テープによる走行ライン５１を設けるようにしたが、所定の間隔でエリアマークを設置してもよい。この場合、自走ロボット１は、エリアマークの間は、駆動車輪７１及び従動車輪７２の回転数等から自己位置を判断して走行すればよい。

一例ではあるが、図３の例は、仮置きエリアＡ１及び保管エリアＡ２が、走行ライン５１から近い距離に位置する。自走ロボット１は、走行ライン５１を走行した状態で、仮置きエリアＡ１又は保管エリアＡ２のエリア内の探索を行う。仮置きエリアＡ１内に搬送対象となるカゴ台車２を検出すると、自走ロボット１は、自律走行モードに移行し、カゴ台車２を連結させる。そして、自動ロボット１は、連結したカゴ台車２を保管エリアＡ２まで移送し、走行ライン５１上から空き番地を探索し、後述する旋回制御を行い、カゴ台車２を空き番地の領域上で切り離す。

（コントローラ４のハードウェア構成）
図４は、自走ロボット１のコントローラ４のハードウェア構成を示すブロック図である。この図４に示すように、コントローラ４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の制御装置１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶装置１２を有している。また、コントローラ４は、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の補助記憶装置１３、ディスプレイ等の表示装置１４、キーボード等の入力装置１５、及び、無線通信インタフェイス等の通信装置１６を有している。

制御装置１１は、主記憶装置１２又は補助記憶装置１３に記憶されている各種プログラムを実行することで、コントローラ４（自走ロボット１）全体の動作を制御する。詳しくは、後述するが、主記憶装置１２（補助記憶装置１３）には、自律走行モード時の走行制御を行うための走行制御プログラムが記憶されている。制御装置１１は、自律走行モード時に、この走行制御プログラムに基づいて、動力モータ７を介して駆動車輪７１を回動制御することで、自走ロボット１をスムーズに旋回制御する。

なお、走行制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。また、インターネット等のネットワークに接続された記憶装置に走行制御プログラムを記憶させ、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供しても良い。

（制御装置の機能構成）
図５は、コントローラ４の制御装置１１が、走行制御プログラムを実行することで実現される各機能の機能ブロック図である。この図５に示すように、制御装置１１は、走行制御プログラムを実行することで、自車位置検出部１１１、前進制御部１１２、旋回角度制御部１１３（旋回制御部の一例）、停止制御部１１４、後退制御部１１５及び接続／切り離し制御部１１６の各機能を実現する。

自車位置検出部１１１は、二次元又は三次元地図と測域センサ９の検出結果との照合により、現在の自車位置を認識して自律走行を可能とする。前進制御部１１２は、自走ロボット１を前進させるように、駆動車輪７１を駆動制御する。旋回角度制御部１１３は、自走ロボット１を所定の角度で旋回させるように、駆動車輪７１を駆動制御する。停止制御部１１４は、自走ロボット１を停止制御する。後退制御部１１５は、自走ロボット１を後退させるように、駆動車輪７１を駆動制御する。接続／切り離し制御部１１６は、自走ロボット１に対するカゴ台車２の接続及び切り離しを制御する。

（キャスタの構成）
図６は、カゴ台車２のキャスタ２３の構造と特徴を説明するための図である。キャスタ２３は、床面に対して垂直となる回転軸ＣＰを有している。キャスタ２３は、この回転軸ＣＰを中心として、接触面に対して平行に回動するようになっている。また、キャスタ２３の車輪２３ａは、床面に対して平行となる回転軸ＳＰを有するように、車輪ホルダ２３ｂにより回動自在に支持されている。キャスタ２３の回転軸ＣＰと、車輪２３ａの回転軸ＳＰは、所定分離れて直交する位置関係を有している。このため、キャスタ２３は、台座２３ｃ側から引っ張ることで、任意の進行方向に向きを変えて転がることができるのが特徴である。

ここで、図６で左方向に進む場合のように、キャスタをそのままの向きで車輪２３ａを転がす場合、台座２３ｃを引っ張る力として、車輪２３ａの回転軸ＳＰ周りの転がり抵抗を上回る力を与えれば、動くことができる。

一方、キャスタ２３が向きを変えて転がる場合は、台座２３ｃを引っ張る力は、車輪ホルダ２３ｂの回転軸ＣＰ周りの転がり抵抗と、回転軸ＳＰ周りの転がり抵抗の両方を上回らければならない。つまり、向きを変えて転がるには、そのままの向きで転がるよりも大きな力で台座２３ｃを引っ張ることが必要となる。

また、カゴ台車２の積載重量が増えるほど、カゴ台車２の各キャスタ２３の車輪２３ｃを床面に押し付ける力が増えるため、キャスタ２３の車輪２３ｃと床面の摩擦力が増える。これによって、車輪ホルダ２３ｂの回転軸ＣＰ周りの転がり抵抗と回転軸ＳＰ周りの転がり抵抗が増える。

以上から、キャスタ２３の車輪２３ａの向きを変える場合には、キャスタ２３がそのまま向きで転がるよりも大きな力で引っ張ることが必要で、さらに、カゴ台車２の積載重量が増えるほど、より多くの力が必要となる。

（カゴ台車のキャスタに掛かる力）
次に、図７に、自走ロボット１及びカゴ台車２の停止状態（図７（ａ））、直進状態（図７（ｂ））及び旋回状態（図７（ｃ））を示す。カゴ台車２には、一般に４つのキャスタ２３が設けられている。図７（ｂ）に示すように、並進のみ(＝直進)の時は、自走ロボット１の２つの駆動車輪７１を等速で回転させて、図７（ｂ）の紙面で下向きの力を生じさせる。これにより、カゴ台車２を牽引することができる。各キャスタ２３(の台座２３ｃ)に掛かる力の向きも同様である。

次に、図７（ｃ）に示す旋回中心に旋回する場合を考える。この時、自走ロボット１の２つの駆動車輪７１は、旋回の内側となる駆動車輪７１を低速回転させ、旋回の外側となる駆動車輪７１を高速回転させる。これにより、並進方向の成分(＝並進力)と、旋回中心周りの回転成分(＝旋回トルク)を発生させることができる。

次に、図７（ｃ）に示す旋回時において、自走ロボット１の駆動軸に近いカゴ台車２のキャスタ２３ほど、自走ロボット１の並進力の方向に近い向きの力（ＦＣ１、ＦＣ４）が掛かることに着目する。すなわち、旋回中心を図７（ｃ）に示す位置よりも、さらに自走ロボット１から遠い位置に置く場合を考えると、自走ロボット１の駆動車輪７１に近いキャスタ２３は、旋回半径が十分大きいときには、略向きを変えずに転がれば良いことになる。

一方で、自走ロボット１の駆動車輪７１から遠いキャスタ２３には、ＦＣ１やＦＣ４に比べると、並進方向から角度を持った方向の力（ＦＣ２、ＦＣ３）が掛かっていることが分かる。このことから、旋回半径が小さい場合は、向きを変える必要のあるキャスタ２３に自走ロボット１の駆動車輪７１に近いキャスタ２３も含まれること及びその角度も大きくなることが分かる。

以上から、旋回半径が小さいほど、より多くのキャスタ２３の向きを同時に変える必要があり、より多くの力が必要となる。

（カゴ台車を旋回させるための指針）
カゴ台車２の旋回時等、キャスタ２３の向きを変えるためには、進ませたい方向にキャスタ２３の台座２３ｃを引っ張ればよい。台座２３ｃを引っ張る際、最も多くの力を台座２３ｃに与えることができる(小さい力で済む)方法は、台座２３ｃを進ませたい方向から引っ張ることである。

しかし、自走ロボット１は、カゴ台車２の短辺又は長辺の「所定の箇所」に爪を引っ掛けて牽引しているため、進みたい向きに応じて爪の位置を変える(牽引力の作用する方向を変える)ことは困難である。そこで、自走ロボット１がカゴ台車２のキャスタ２３の台座２３ｃに対して直進以外の向きの力を加えるためには、自走ロボット１の旋回中心周りに、カゴ台車２を旋回させようとするトルク(＝旋回トルク)を発生させることになる。

この実施の形態の自走ロボット１のように、左右の駆動車輪７１をそれぞれモータ駆動する自走ロボット１においては、牽引するカゴ台車２に旋回トルクを与える方法は次の通りである。自走ロボット１本体のみの走行で旋回する場合と同様に、左右の駆動車輪７１に速度差を設けて、旋回中心周りに旋回トルクを発生させれば良い。

自走ロボット１が発生できる力(推進力と呼ぶ)は、モータ出力の上限値によって決まる。または、床面が滑りやすく、発生できる推進力よりも最大摩擦力の方が小さい場合は、推進力は、最大摩擦力までとなる。いずれにしても上限がある。

次に、自走ロボット１によって発生できる旋回トルクは、一般に、推進力と旋回半径の積（旋回トルク＝推進力×旋回半径）で表される。このため、推進力を一定とすると、旋回半径を大きくするほど旋回トルクを大きくすることができる。逆に、旋回半径が小さいと、カゴ台車２に与えることのできる旋回トルクは小さくなると言える。

以上の物理的性質をふまえると、キャスタ２３の現在の向きとキャスタ２３に掛かる力の向きとのなす角を小さくすることが、抵抗力を少なくしながらカゴ台車２を旋回させるための指針となる。すなわち、旋回半径を大きくとれば良い。もしくは、旋回の開始時は旋回半径を大きくとり、キャスタ２３の向きが変わるに連れ、徐々に、又は、段階的に旋回半径を小さくしていけば良い。

（旋回半径に応じた４つのキャスタの向き）
図８は、旋回半径に応じたカゴ台車２の４つのキャスタ２３の向きを示す図である。このうち、図８（ａ）は、短い旋回半径に対応する各キャスタ２３の向きを示し、図８（ｂ）は、中程度の旋回半径に対応する各キャスタ２３の向きを示し、図８（ｃ）は、長い旋回半径に対応する各キャスタ２３の向きを示している。

この図８（ａ）→図８（ｂ）→図８（ｃ）の順に旋回半径を長くすると、４つのキャスタ２３の現在の向きとキャスタ２３に掛かる力の向きとのなす角が、徐々に小さくなる。このため、旋回半径を考慮することで、カゴ台車２を牽引した状態の自走ロボット１の旋回が可能となることが分かる。

（自律走行制御）
第１の実施の形態の搬送システムの自走ロボット１は、以上のことを考慮して、ライントレース走行モードから自律走行モードに移行した際に、前進しながら旋回することで、カゴ台車２の各キャスタ２３と床面間の摩擦力を低減し、スムーズな旋回を可能としている。

具体的には、ライントレース走行モードでカゴ台車２の切り離しを行うスペースの前まで自走ロボット１が移動すると、自走ロボット１のコントローラ４の制御装置１１は、自律走行モード移行する。自律走行モードに移行すると、制御装置１１は、主記憶装置１２に記憶されている走行制御プログラムを実行し、図９のフローチャートに示す自律走行制御を行う。

すなわち、自律走行モードに移行すると、ステップＳ１において、図５に示す自律位置検出部１１１が、二次元又は三次元地図と測域センサ９の検出結果とを照合し、現在の自車位置を認識する。現在位置が、自走ロボット１の旋回位置であると判別されると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に処理が進む。

ステップＳ２では、前進制御部１１２及び旋回角度制御部１１３が、自走ロボット１を前進させながら徐々に旋回させる速度信号及び回転角速度信号を形成する。この速度信号及び回転角速度信号は、コントローラ４の後段のエンジンボードにより、自走ロボット１の左の駆動車輪７１用の角速度信号、及び、右の駆動車輪７１用の角速度信号に変換され、モータドライバ８に供給される。モータドライバ８は、供給された角速度信号に基づいて、左右の駆動車輪７１を回転駆動する。これにより、図１０（ａ）に示すように、自走ロボット１が、前進しながら徐々に旋回制御される。自走ロボット１を、前進させながら徐々に旋回制御することで、カゴ台車２のキャスタ２３と床面との間の摩擦を低減して、スムーズに自走ロボット１及びカゴ台車２を旋回させることができる。

次に、旋回角度制御部１１３は、旋回制御を継続することで、自走ロボット１が、図１０（ｂ）に示すように、９０度旋回した位置に到達したか否かを判別する（ステップＳ３）。９０度旋回した位置（後退位置の一例）に到達したことが判別されると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、停止制御部１１４は、モータドライバ８に対して停止信号を供給して、自走ロボット１を停止制御する（ステップＳ４）。これにより、自走ロボット１は、図１０（ｂ）に示すように、カゴ台車２の切り離し位置に対して、カゴ台車２の後面部を向けた状態で停止する。

次に、後退制御部１１５は、真直ぐに自走ロボット１を後退させる後退信号をモータドライバ８に供給する（ステップＳ５）。これにより、図１０（ｂ）に点線の矢印で示すように、自走ロボット１が真直ぐに後退する。

自車位置検出部１１１は、自走ロボット１がカゴ台車２の切り離し位置まで移動したか否かを判別する（ステップＳ６）。そして、自走ロボット１がカゴ台車２の切り離し位置まで移動したものと判別されると（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、接続／切り離し制御部１１６が、カゴ台車２を切り離し制御する（ステップＳ７）。これにより、自走ロボット１をスムーズに方向転換させて（旋回させて）、切り離し位置まで移動させ、カゴ台車２を自走ロボット１から切り離すことができる。

（第１の実施の形態の効果）
図１１は、第１の実施の形態の搬送システム及び比較例における速度入力値を示す図である。このうち、図１１（ａ）は、比較例の速度入力値を示す。また、図１１（ｂ）が第１の実施の形態で用いられる速度入力値を示す。また、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）において、実線のグラフは、回転角速度（ｒａｄ／ｓ）であり、点線のグラフは、並進速度（ｍ／ｓ）である。

図１１（ａ）からわかるように、比較例の場合、並進速度が「０」の状態で、回転角速度信号を入力している。この場合、自走ロボット１が停止した状態から旋回動作を行おうとするため、キャスタ２３と床面との摩擦力等により、旋回動作が困難となる。

これに対して、第１の実施の形態の場合、図１１（ｂ）に示すように、低速で自走ロボット１を並進させた状態で、回転角速度信号を入力する。これを換言すると、第１の実施の形態の場合、回転角速度成分（旋回信号の一例）を入力すると共に、合わせて並進成分（並進信号の一例）の入力も行う。この２つの成分により、キャスタ２３と床面との摩擦力を低減させた状態での旋回動作が可能となり、自走ロボット１をスムーズに旋回させることができる。

図１２は、各キャスタ２３の角度（ｄｅｇ）と時間（秒）との関係を示す図である。このうち、図１２（ａ）は、比較例の各キャスタ２３の角度（ｄｅｇ）と時間（秒）との関係を示す図である。また、図１２（ｂ）は、第１の実施の形態に対応する各キャスタ２３の角度（ｄｅｇ）と時間（秒）との関係を示す図である。また、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、太い実線のグラフは、カゴ台車２の右前のキャスタに対応するグラフであり、２点鎖線のグラフは、カゴ台車２の右後のキャスタに対応するグラフである。また、１点鎖線のグラフは、カゴ台車２の左後のキャスタに対応するグラフであり、細い実線のグラフは、カゴ台車２の左前のキャスタに対応するグラフである。

比較例のように、並進速度が「０」の状態で、回転角速度信号を入力して自走ロボット１を旋回させると、図１２（ａ）に示すように、旋回開始直後に角度を大きく変更させようとする力が各キャスタに掛かる。旋回開始直後は、キャスタ２３と床面との摩擦力が大きいため、直ぐに旋回させることは困難である。

これに対して、第１の実施の形態の場合、前進させながら旋回させるため、図１２（ｂ）に示すように、自走ロボット１を、時間を掛けて旋回動作に移行させることができ、各キャスタ２３と床面との摩擦力が低減された状態で自走ロボット１を旋回させることができる。このため、自走ロボット１をスムーズに旋回させることができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態の搬送システムの説明をする。上述の第１の実施の形態では、自走ロボット１を一度に９０度まで旋回させる例であった。これに対して、この第２の実施の形態は、例えば４５度（分割旋回角度の一例）ずつ多段階的に旋回角度を制御することで、狭い範囲で自走ロボット１の切り返しを可能とした例である。なお、上述の第１の実施の形態と、以下に説明する第２の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複した説明は省略する。

図１３は、第２の実施の形態の搬送システムにおける、自走ロボット１の自律走行制御の流れを示すフローチャートである。この図１３のフローチャートにおいて、旋回位置に到達した自走ロボット１を、前進させながら旋回させる制御は、上述の第１の実施の形態と同様である（ステップＳ１、ステップＳ２）。

この第２の実施の形態の場合、旋回角度制御部１１３は、ステップＳ１１において、自走ロボット１の旋回角度が４５度になったか否かを判別する。図１４（ａ）が旋回開始直後の状態を示し、図１４（ｂ）が４５度の旋回角度に到達した状態を示している。

自走ロボット１の旋回角度が４５度に到達すると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、後退制御部１１５及び旋回角度制御部１１３は、旋回角度が４５度の状態で後退しながら右旋回するように自走ロボット１を旋回制御する（ステップＳ１２）。この状態が図１４（ｃ）に示す状態である。図１４（ｃ）における実線が、前進時における自走ロボット１の移動軌跡を示し、点線が、後退時における自走ロボット１の移動軌跡を示している。この図１４（ｃ）から分かるように、後退させながら自走ロボット１を右旋回させることで、旋回角度が大きくなる方向に、自走ロボット１を旋回させることができる。

旋回角度制御部１１３は、ステップＳ１３において、自走ロボット１を後退させながら右旋回させることで、自走ロボット１の旋回角度が、さらに４５度旋回したか否かを判別する。自走ロボット１の旋回角度が、さらに４５度旋回するということは（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、自走ロボット１は、計９０度旋回していることを意味する。この状態で、図１４（ｄ）に示すように自走ロボット１及びカゴ台車２を後退させ、切り離し位置でカゴ台車２を切り離す（ステップＳ５〜ステップＳ７）。

この第２の実施の形態の場合、第１段階として自走ロボット１を前進させながら例えば４５度旋回させ、第２段階として自走ロボット１を後退させながら４５度旋回させる。なお、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示す縦の両方向の矢印が、自走ロボット１の旋回範囲を示している。

また、図１５は、第２の実施の形態の搬送システムの自走ロボット１対する速度入力値を示す図である。この図１５において、実線のグラフは回転角速度（ｒａｄ／ｓ）を示し、点線のグラフは並進速度（ｍ／ｓ）を示している。この図１５からわかるように、第２の実施の形態の場合、自走ロボット１を前進させながら旋回させ、４５度旋回した際に、後退させながら、さらに４５度旋回させる。

第２の実施の形態の搬送システムは、このような多段階旋回制御を行うことで、図１４（ｃ）に示すように狭い範囲で自走ロボット１を旋回させることができる他、上述の第１の実施の形態と同じ効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態の搬送システムの説明をする。上述の第１の実施の形態では、自走ロボット１を一度に９０度まで旋回させる例であった。これに対して、この第３の実施の形態は、例えば３０度（分割旋回角度の一例）ずつ多段階的に旋回角度を制御することで、さらに狭い範囲で自走ロボット１の切り返しを可能とした例である。なお、上述の各実施の形態と、以下に説明する第３の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複した説明は省略する。

図１６は、第３の実施の形態の搬送システムにおける、自走ロボット１の自律走行制御の流れを示すフローチャートである。この図１６のフローチャートにおいて、旋回位置に到達した自走ロボット１を、前進させながら旋回させる制御は、上述の第１の実施の形態と同様である（ステップＳ１、ステップＳ２）。

この第３の実施の形態の場合、旋回角度制御部１１３は、ステップＳ２１において、自走ロボット１の旋回角度が３０度になったか否かを判別する。次に、旋回角度制御部１１３及び前進制御部１１２は、ステップＳ２２において、旋回半径を縮めて、自走ロボット１を前進させながら徐々に旋回制御する。旋回角度制御部１１３は、ステップＳ２３において、このように旋回半径を縮めた状態で旋回制御することで、自走ロボット１が、さらに３０度旋回し、合計の旋回角度が６０度になったか否かを判別する。

旋回角度制御部１１３及び前進制御部１１２は、合計の旋回角度が６０度になったものと判別すると（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、ステップＳ２４において、旋回半径をさらに縮めて、自走ロボット１を前進させながら徐々に旋回制御する。旋回角度制御部１１３は、ステップＳ２５において、このように旋回半径をさらに縮めた状態で旋回制御することで、自走ロボット１が、さらに３０度旋回し、合計の旋回角度が９０度になったか否かを判別する。

自走ロボット１の合計の旋回角度が９０度になったものと判別した場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、自走ロボット１及びカゴ台車２を後退させ、切り離し位置でカゴ台車２を切り離す（ステップＳ５〜ステップＳ７）。

この第３の実施の形態の場合、第１段階として自走ロボット１を前進させながら例えば３０度旋回させ、第２段階として自走ロボット１を前進させながら旋回半径を縮めて３０度旋回させる。そして、第３段階として自走ロボット１を前進させながら旋回半径をさらに縮めて３０度旋回させる。このように段階的に旋回半径を小さくしながら旋回制御を行うことで、さらに狭い範囲で自走ロボット１を旋回させることができる他、上述の各実施の形態と同じ効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態の搬送システムの説明をする。上述の第１の実施の形態では、自走ロボット１を一定の速度で前進させて９０度まで旋回させる例であった。これに対して、この第４の実施の形態は、自走ロボット１を例えば２段階の速度で前進させて９０度まで旋回させる例である。なお、上述の各実施の形態と、以下に説明する第４の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複した説明は省略する。

図１８は、第４の実施の形態の搬送システムの自走ロボット１対する速度入力値を示す図である。この図１８において、実線のグラフは回転角速度（ｒａｄ／ｓ）を示し、点線のグラフは並進速度（ｍ／ｓ）を示している。この図１８に示すように、第４の実施の形態の場合、自走ロボット１を前進させながら９０度まで旋回させるのであるが、前進制御部１１２は、自走ロボット１が例えば４５度程度旋回した際に、前進速度（並進速度）を所定分、遅くする。自走ロボット１を９０度まで旋回させる途中で前進速度（並進速度）を所定分、遅くすることで、旋回半径を縮めることができる。

図１７（ａ）が旋回直後の自走ロボット１の状態を示し、図１７（ｂ）が４５度程度旋回した状態の自走ロボット１の状態を示す。前進制御部１１２は、自走ロボット１が４５度程度旋回した際に、並進速度を遅くする。これにより、図１７（ｃ）及び図１７（ｄ）に示すように、旋回半径を縮めた状態として、自走ロボット１をさらに４５度旋回させることができる。

自走ロボット１の合計の旋回角度が９０度となると、後退制御部１１５により、自走ロボット１及びカゴ台車２が後退制御され、接続／切り離し制御部１１６により、切り離し位置でカゴ台車２が切り離される。

この第４の実施の形態の場合、自走ロボット１の旋回角度を９０度とする途中で並進速度を遅くすることで、旋回途中で旋回半径を縮めることができ、狭い範囲での自走ロボット１の切り返しを可能とすることができる他、上述の各実施の形態と同じ効果を得ることができる。

［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態の搬送システムの説明をする。上述の第１の実施の形態では、自走ロボット１を一定の速度で前進させて９０度まで旋回させる例であった。これに対して、この第５の実施の形態は、自走ロボット１を前進させながら４５度まで旋回させ、次に真直ぐに後退させ、所定距離分後退させた後に、後退させながらさらに４５度旋回させて切り返しを行う例である。なお、上述の第１の実施の形態と、以下に説明する第５の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複した説明は省略する。

図１９は、第５の実施の形態の搬送システムにおける、自走ロボット１の自律走行制御の流れを示すフローチャートである。この図１９のフローチャートにおいて、旋回位置に到達した自走ロボット１を、前進させながら旋回させる制御は、上述の第１の実施の形態と同様である（ステップＳ１、ステップＳ２）。

この第５の実施の形態の場合、旋回角度制御部１１３は、ステップＳ３１において、自走ロボット１の旋回角度が４５度になったか否かを判別する。図２０（ａ）が旋回開始直後の状態を示し、図２０（ｂ）が４５度の旋回角度に到達した状態を示している。

自走ロボット１の旋回角度が４５度に到達すると（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、後退制御部１１５は、ステップＳ３２において、自走ロボット１を、図２０（ｃ）に示すように真直ぐに後退制御する。自車位置検出部１１１は、この後退制御により、自走ロボット１が、旋回位置に到達したか否かを判別する（ステップＳ３３）。

自走ロボット１が旋回位置に到達すると（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、後退制御部１１５及び旋回角度制御部１１３は、後退しながら右旋回するように自走ロボット１を旋回制御する（ステップＳ３４）。この状態が、図２０（ｄ）に示す状態である。

次に、ステップＳ３５では、自走ロボット１を後退させながら右旋回させることで、自走ロボット１の旋回角度が、さらに４５度旋回したか否かを、旋回角度制御部１１３が判別する。自走ロボット１の旋回角度が、さらに４５度旋回するということは（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、自走ロボット１は、計９０度旋回していることを意味する。この状態で、図２０（ｄ）に示すように自走ロボット１及びカゴ台車２を後退させ、切り離し位置でカゴ台車２を切り離す（ステップＳ３６〜ステップＳ３８）。

この第５の実施の形態の場合、第１段階として自走ロボット１を前進させながら例えば４５度旋回させ、第２段階として自走ロボット１を後退させ、第３段階として自走ロボット１を後退させながら４５度旋回させる。

第２の実施の形態の搬送システムは、このような多段階旋回制御を行うことで、図２０（ａ）〜図２０（ｄ）に示すように、狭い範囲で自走ロボット１を旋回させることができる他、上述の各実施の形態と同じ効果を得ることができる。

最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。

例えば、上述の各実施の形態の説明では、カゴ台車２は、４つのキャスタ２３が、それぞれ接触面と平行方向に回動自在であることとした。しかし、少なくとも連結装置１０側の２つのキャスタを、接触面と平行方向に回動自在なキャスタとし、反連結装置１０側の２つのキャスタは、回動しない固定キャスタとしてもよい。この場合でも、上述と同じ効果を得ることができる。

また、各実施の形態及び各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 自走ロボット
２ カゴ台車
３ 磁気センサ
４ コントローラ
７ 動力モータ
８ モータドライバ
９ 測域センサ
１０ 連結装置
１１ 制御装置
１２ 主記憶装置
２１ ＩＤパネル
２３ キャスタ
７１ 駆動車輪
７２ 従動車輪
１１１ 自車位置検出部
１１２ 前進制御部
１１３ 旋回角度制御部
１１４ 停止制御部
１１５ 後退制御部
１１６ 接続／切り離し制御部

特開２０１４−１８６６８０号公報

Claims (6)

1. 車輪を回動可能に支持するキャスタであり、当該キャスタ全体を前記車輪の回動軸に対して垂直となる回動軸に沿って回動可能なキャスタを備えた被牽引車を牽引する自律走行装置であって、
   自車位置を検出する自車位置検出部と、
   前記自律走行装置及び前記被牽引車が前進を行うように、前記自律走行装置の駆動車輪を駆動制御する前進制御部と、
   前記自律走行装置及び前記被牽引車が後退を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御する後退制御部と、
   前記自律走行装置及び前記被牽引車が旋回を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御する旋回制御部と、を備え、
   前記自律走行装置及び前記被牽引車の旋回位置への到達が、前記自車位置検出部で検出された際に、前記前進制御部及び前記旋回制御部は、前記自律走行装置及び前記被牽引車が前進しながら所定分旋回を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御し、
   前記後退制御部は、前記自律走行装置及び前記被牽引車が後退位置まで旋回した際に、前記自律走行装置及び前記被牽引車が目標位置まで後退するように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御すること
   を特徴とする自律走行装置。
2. 前記自律走行装置及び前記被牽引車を前進させながら所定分旋回させる場合、旋回半径を段階的に小さくして前記自律走行装置及び前記被牽引車を旋回させるように、前記自律走行装置の駆動車輪を駆動制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の自律走行装置。
3. 前記自律走行装置及び前記被牽引車を所定分旋回させる場合、目標とする旋回角度を複数の分割旋回角度に分割し、
   前記前進制御部及び前記旋回制御部は、前記自律走行装置及び前記被牽引車が前進しながら前記分割旋回角度分、旋回を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御し、
   前記後退制御部及び前記旋回制御部は、前記自律走行装置及び前記被牽引車が後退しながら、残りの前記分割旋回角度分、旋回を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自律走行装置。
4. 前記自律走行装置及び前記被牽引車を前進させながら所定分旋回させる場合、前記自律走行装置の前記駆動車輪は、前記前進制御部からの前記自律走行装置を前進させる並進信号、及び、前記旋回制御部からの前記自律走行装置を旋回させるための旋回信号で駆動制御されること
   を特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか一項に記載の自律走行装置。
5. 車輪を回動可能に支持するキャスタであり、当該キャスタ全体を前記車輪の回動軸に対して垂直となる回動軸に沿って回動可能なキャスタを備えた被牽引車を牽引する自律走行装置の自律走行制御方法であって、
   自車位置検出部が自車位置を検出する自車位置検出ステップと、
   前進制御部が、前記自律走行装置及び前記被牽引車が前進を行うように、前記自律走行装置の駆動車輪を駆動制御する前進制御ステップと、
   後退制御部が、前記自律走行装置及び前記被牽引車が後退を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御する後退制御ステップと、
   旋回制御部が、前記自律走行装置及び前記被牽引車が旋回を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御する旋回制御ステップと、を備え、
   前記自律走行装置及び前記被牽引車の旋回位置への到達が、前記自車位置検出部で検出された際に、前記前進制御ステップ及び前記旋回制御ステップにおいて、前記自律走行装置及び前記被牽引車が前進しながら所定分旋回を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御し、
   前記後退制御ステップでは、前記自律走行装置及び前記被牽引車が後退位置まで旋回した際に、前記自律走行装置及び前記被牽引車が目標位置まで後退するように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御すること
   を特徴とする自律走行制御方法。
6. 車輪を回動可能に支持するキャスタであり、当該キャスタ全体を前記車輪の回動軸に対して垂直となる回動軸に沿って回動可能なキャスタを備えた被牽引車を牽引する自律走行装置の自律走行制御プログラムであって、
   コンピュータを、
   自車位置を検出する自車位置検出部と、
   前記自律走行装置及び前記被牽引車が前進を行うように、前記自律走行装置の駆動車輪を駆動制御する前進制御部と、
   前記自律走行装置及び前記被牽引車が後退を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御する後退制御部と、
   前記自律走行装置及び前記被牽引車が旋回を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御する旋回制御部として機能させ、
   前記自律走行装置及び前記被牽引車の旋回位置への到達が、前記自車位置検出部で検出された際に、前記前進制御部及び前記旋回制御部は、前記自律走行装置及び前記被牽引車が前進しながら所定分旋回を行うように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御し、
   前記後退制御部は、前記自律走行装置及び前記被牽引車が後退位置まで旋回した際に、前記自律走行装置及び前記被牽引車が目標位置まで後退するように、前記自律走行装置の前記駆動車輪を駆動制御すること
   を特徴とする自律走行制御プログラム。

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