JP2609890B2 - 自走式作業車 - Google Patents
自走式作業車Info
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 イ） 産業上の利用分野 本発明は、作業車本体に設けたセンサが作業する領域
内に想定された走行経路からの該作業車の位置ずれを検
知するとともに、その検知結果に基づいて位置補正をし
ながら該走行経路上に走行し自動的に作業する自立型作
業車に関する。
内に想定された走行経路からの該作業車の位置ずれを検
知するとともに、その検知結果に基づいて位置補正をし
ながら該走行経路上に走行し自動的に作業する自立型作
業車に関する。
ロ） 従来の技術 近年、所定の作業領域内を走行しながら種々の作業を
行う作業車について、種々考えられている。
行う作業車について、種々考えられている。
たとえば、センサ技術（1984−４月第52〜56頁）に記
されている床面清掃ロボットや特開昭61−304432号の自
立型作業車がある。これらの作業車ではまず壁に沿って
内部を一周して部屋の形状と広さを認識した後、前進・
反転をくり返して作業を行っている。
されている床面清掃ロボットや特開昭61−304432号の自
立型作業車がある。これらの作業車ではまず壁に沿って
内部を一周して部屋の形状と広さを認識した後、前進・
反転をくり返して作業を行っている。
これらの作業車は、前進を開始するときに走行方向に
対する位置姿勢の補正を行っておらず前進走行中に姿勢
補正を行っているため前進を開始する時点で設定された
前進の方向に対する方向のずれ及び走行経路に対する位
置にずれがある場合には設定された前進方向に戻るのに
時間おくれが発生しこれによって未作業領域が発生する
ことがあった。
対する位置姿勢の補正を行っておらず前進走行中に姿勢
補正を行っているため前進を開始する時点で設定された
前進の方向に対する方向のずれ及び走行経路に対する位
置にずれがある場合には設定された前進方向に戻るのに
時間おくれが発生しこれによって未作業領域が発生する
ことがあった。
ハ） 発明が解決しようとする課題 本発明は、かかる点を鑑みて発明されたものにして、
作業車に搭載されたセンサによって前記開始時に位置及
び姿勢の検出、さらには位置及び姿勢補正ができる構成
及び制御方法を提供しようとするものである。
作業車に搭載されたセンサによって前記開始時に位置及
び姿勢の検出、さらには位置及び姿勢補正ができる構成
及び制御方法を提供しようとするものである。
ニ） 課題を解決するための手段 本発明は、室内を自走しながら所定の作業を行う自走
式作業車において、作業車本体側面に設けられた複数の
距離センサと、作業領域の地図情報および走行経路情報
を保持する情報保持手段と、作業車本体の走行制御を行
う制御手段と、を備え、前記制御手段は、作業開始前に
前記情報保持手段内の作業領域の地図情報および走行経
路情報に基づいて、前記距離センサによる距離計測の基
準となる壁面として作業車が最も近接する壁面を選択
し、前記距離センサによる該壁面との距離計測結果によ
って作業車の位置および姿勢を検出する検出手段と、該
検出手段による検出結果を前記情報保持手段内の走行経
路情報と比較して、作業車の位置および姿勢を補正する
補正手段とを有していることを特徴とするものである。
式作業車において、作業車本体側面に設けられた複数の
距離センサと、作業領域の地図情報および走行経路情報
を保持する情報保持手段と、作業車本体の走行制御を行
う制御手段と、を備え、前記制御手段は、作業開始前に
前記情報保持手段内の作業領域の地図情報および走行経
路情報に基づいて、前記距離センサによる距離計測の基
準となる壁面として作業車が最も近接する壁面を選択
し、前記距離センサによる該壁面との距離計測結果によ
って作業車の位置および姿勢を検出する検出手段と、該
検出手段による検出結果を前記情報保持手段内の走行経
路情報と比較して、作業車の位置および姿勢を補正する
補正手段とを有していることを特徴とするものである。
ホ） 作用 作業車の位置及び姿勢が作業開始前に正確に検出され
て補正され、未作業領域が発生すると云う問題は無くな
る。
て補正され、未作業領域が発生すると云う問題は無くな
る。
ヘ） 実施例 第１図は本発明自走式作業車の原理模型図である。こ
の図面において、作業車本体（１）は、その駆動輪
（２）（３）を個別に駆動する一対のモータ（４）
（５）、作業手段（６）、及びこれらを制御する制御手
段（７）等を有している。また、作業手段（16）として
は、例えば清掃装置が用いられ、吸込口、集塵ファン及
びそのモータを具備している。（８）（９）は本体を支
持するキャスタで、特にキャスタ（９）は回転自在に設
けられている。さらに、作業車本体（１）はその前面・
後面・両側面の計４面に各々２個づつの超音波センサ
（10）〜（17）を備え、また各駆動輪（２）（３）には
その回転量を計数するためのエンコーダ（18）（19）を
備えている。
の図面において、作業車本体（１）は、その駆動輪
（２）（３）を個別に駆動する一対のモータ（４）
（５）、作業手段（６）、及びこれらを制御する制御手
段（７）等を有している。また、作業手段（16）として
は、例えば清掃装置が用いられ、吸込口、集塵ファン及
びそのモータを具備している。（８）（９）は本体を支
持するキャスタで、特にキャスタ（９）は回転自在に設
けられている。さらに、作業車本体（１）はその前面・
後面・両側面の計４面に各々２個づつの超音波センサ
（10）〜（17）を備え、また各駆動輪（２）（３）には
その回転量を計数するためのエンコーダ（18）（19）を
備えている。
センサ（10）〜（17）、エンコーダ（18）（19）と制
御手段（７）の関係を示すブロック図を第２図に示す。
この図面において、各エンコーダ（18）（19）の出力は
検出部（20）で検出されている。その検出出力は波形整
形回路（21）で波形整形された後、インターフェイス
（22）を介してカウンタ（23）に入力され、このカウン
タにて単位時間当りの出力パルス数が計数される。作業
領域の環境を検知するための超音波センサ（10）〜（1
7）は音波を発して、その音波が反射してもどってきた
時を検知するようになっていて、この音波の発信タイミ
ング、受信タイミングの信号が検出部（24）、波形整形
回路（25）、インターフェイス（22）を介してタイマ
（26）に与えられ、この反射音波が返ってくるまでの時
間がこのタイマ（26）で計られ、壁までの距離が計数さ
れる。そして、計数された値は演算部（27）、メモリ部
（28）に入力される。また、上記メモリ部（28）には作
業車の作業領域形状情報（地図情報）や走行経路情報が
記憶されている。
御手段（７）の関係を示すブロック図を第２図に示す。
この図面において、各エンコーダ（18）（19）の出力は
検出部（20）で検出されている。その検出出力は波形整
形回路（21）で波形整形された後、インターフェイス
（22）を介してカウンタ（23）に入力され、このカウン
タにて単位時間当りの出力パルス数が計数される。作業
領域の環境を検知するための超音波センサ（10）〜（1
7）は音波を発して、その音波が反射してもどってきた
時を検知するようになっていて、この音波の発信タイミ
ング、受信タイミングの信号が検出部（24）、波形整形
回路（25）、インターフェイス（22）を介してタイマ
（26）に与えられ、この反射音波が返ってくるまでの時
間がこのタイマ（26）で計られ、壁までの距離が計数さ
れる。そして、計数された値は演算部（27）、メモリ部
（28）に入力される。また、上記メモリ部（28）には作
業車の作業領域形状情報（地図情報）や走行経路情報が
記憶されている。
次に作業車本体の動作を第３図のような障害物（30）
や凹凸のある壁（31）を有した作業領域（29）を作業す
る場合について説明する。作業車（１）には、予め作業
領域の大きさ、障害物（30）の位置、大きさ、各々の壁
が平たんか凹凸があるか、経路データ等が与えられてい
て、この情報に基いて姿勢・位置のずれを動作開始前又
は方向転換等の各直進走行前に補正する。第３図の状況
では、右側方には障害物があり、超音波センサ（12）で
の壁までの距離測定が不可能であり、前方には凹凸のあ
る壁（31）がありこの壁までの距離測定は不正確になる
ので基準面とはなり得ない。このように作業車の走行経
路情報に従った現在位置（x,y）とメモリ部（28）内に
記憶された作業領域の地図情報とから基準面となり得る
フラットな壁の中で最も近い壁を演算部（27）で探索・
演算して作業車は自立的に距離測定する方向を決定す
る。第３図では、基準面となり得る壁は左側方と後方で
あり、この内、距離が近い方の後方の側面までの距離を
夫々超音波センサ（16）（17）により測定する。この時
のセンサ（16）（17）になる壁までの距離測定値を各々
l1,l2とすると作業車の姿勢のずれθｏは、θｏ＝tan-1
（l1−l2/d）である。ここでｄは、超音波センサ（16）
（17）の間隔である。そして姿勢のずれθｏだけ、制御
手段（７）により左右の車輪（２）（３）を駆動して補
正する。姿勢の補正後、作業車の前後方向の位置の補正
を行うが、前後方の中で基準となり得る壁で最も近い壁
（第３図では後方）との距離を測定し、経路情報内の現
在位置と実際の位置のずれyoを同様に制御手段により車
輪で駆動して補正する。
や凹凸のある壁（31）を有した作業領域（29）を作業す
る場合について説明する。作業車（１）には、予め作業
領域の大きさ、障害物（30）の位置、大きさ、各々の壁
が平たんか凹凸があるか、経路データ等が与えられてい
て、この情報に基いて姿勢・位置のずれを動作開始前又
は方向転換等の各直進走行前に補正する。第３図の状況
では、右側方には障害物があり、超音波センサ（12）で
の壁までの距離測定が不可能であり、前方には凹凸のあ
る壁（31）がありこの壁までの距離測定は不正確になる
ので基準面とはなり得ない。このように作業車の走行経
路情報に従った現在位置（x,y）とメモリ部（28）内に
記憶された作業領域の地図情報とから基準面となり得る
フラットな壁の中で最も近い壁を演算部（27）で探索・
演算して作業車は自立的に距離測定する方向を決定す
る。第３図では、基準面となり得る壁は左側方と後方で
あり、この内、距離が近い方の後方の側面までの距離を
夫々超音波センサ（16）（17）により測定する。この時
のセンサ（16）（17）になる壁までの距離測定値を各々
l1,l2とすると作業車の姿勢のずれθｏは、θｏ＝tan-1
（l1−l2/d）である。ここでｄは、超音波センサ（16）
（17）の間隔である。そして姿勢のずれθｏだけ、制御
手段（７）により左右の車輪（２）（３）を駆動して補
正する。姿勢の補正後、作業車の前後方向の位置の補正
を行うが、前後方の中で基準となり得る壁で最も近い壁
（第３図では後方）との距離を測定し、経路情報内の現
在位置と実際の位置のずれyoを同様に制御手段により車
輪で駆動して補正する。
以上のように姿勢・位置の補正を行い、その後再度姿
勢θｏを算出しその角度を前進走行の基準姿勢としてメ
モリ部（28）内に保持して直進走行を開始する。
勢θｏを算出しその角度を前進走行の基準姿勢としてメ
モリ部（28）内に保持して直進走行を開始する。
こうした作業車の位置及び姿勢の補正は作業車が停止
して方向転換をするときに必ず行うが、フラットな基準
面が見つからない場合は姿勢あるいは位置の補正が省略
される。このような作業車の動作を第４図の流れ図に示
す。
して方向転換をするときに必ず行うが、フラットな基準
面が見つからない場合は姿勢あるいは位置の補正が省略
される。このような作業車の動作を第４図の流れ図に示
す。
尚、作業領域の地図情報を使わず、作業車の各側面に
設けた各々２個の超音波センサ（12）〜（17）からの出
力を用いて基準面決定の判断をすることも可能である。
また、地図情報や作業領域情報はメモリ部（28）に記憶
したがこれはメモリカード等に記憶させ演算部（27）に
連なった情報読取手段に着脱自在としても良い。
設けた各々２個の超音波センサ（12）〜（17）からの出
力を用いて基準面決定の判断をすることも可能である。
また、地図情報や作業領域情報はメモリ部（28）に記憶
したがこれはメモリカード等に記憶させ演算部（27）に
連なった情報読取手段に着脱自在としても良い。
次に上記第４図の直進走行動作に関して第５図のよう
な作業領域を走行する場合についての動作を説明する。
作業車本体（１）が図中の点線で示す経路を走行する前
に、予め与えられた作業領域の地図情報および走行経路
情報から判断して走行の基準面を決定する。第５図のよ
うにまずａ区域では、右側方に障害物があることが地図
情報からもわかるため、左側方を基準面としてこれを距
離センサ（超音波センサ）により距離測定してこの距離
が一定になるように補正走行する。次にｂ区域では、左
側方に複数の障害物があることが地図情報からもわかる
ため、右側方を基準面としてこれを距離センサ（超音波
センサ）により距離測定して補正走行する。なお、両側
面とも基準面となり得る時は、距離の近い方を基準面と
する。次にｃ区域では右側方は凹凸のある壁で左側方は
障害物があり、いづれの面も基準面にはなり得ない。こ
の場合は駆動輪（２）（３）の回転角を検知するエンコ
ーダー（18）（19）の左右の出力差と直進動作直前の基
準姿勢θｏにより作業車の姿勢θｎを随時算出してお
り、この値を用いて姿勢による補正走行を行う。
な作業領域を走行する場合についての動作を説明する。
作業車本体（１）が図中の点線で示す経路を走行する前
に、予め与えられた作業領域の地図情報および走行経路
情報から判断して走行の基準面を決定する。第５図のよ
うにまずａ区域では、右側方に障害物があることが地図
情報からもわかるため、左側方を基準面としてこれを距
離センサ（超音波センサ）により距離測定してこの距離
が一定になるように補正走行する。次にｂ区域では、左
側方に複数の障害物があることが地図情報からもわかる
ため、右側方を基準面としてこれを距離センサ（超音波
センサ）により距離測定して補正走行する。なお、両側
面とも基準面となり得る時は、距離の近い方を基準面と
する。次にｃ区域では右側方は凹凸のある壁で左側方は
障害物があり、いづれの面も基準面にはなり得ない。こ
の場合は駆動輪（２）（３）の回転角を検知するエンコ
ーダー（18）（19）の左右の出力差と直進動作直前の基
準姿勢θｏにより作業車の姿勢θｎを随時算出してお
り、この値を用いて姿勢による補正走行を行う。
なお、各々a,b,c区域の距離測定方向の変化点は、作
業領域の地図情報と回転角検出器（エンコーダ）から算
出した作業車の直進距離を照合して認識する。こうした
直進走行動作の流れ図を第６図に示す。
業領域の地図情報と回転角検出器（エンコーダ）から算
出した作業車の直進距離を照合して認識する。こうした
直進走行動作の流れ図を第６図に示す。
第７図は直進走行動作の他の実施例を示すための作業
領域の模式図であって、第８図の流れ図とともに走行動
作を説明する。この場合は、作業車本体（１）が第７図
中の点線で示す経路を走行中左右の内近い方の側面、例
えば左側面を超音波センサで測り、センサの出力により
側面からの距離を例えば一定のlaに保って走行するよう
に補正制御される（第７図中ａ区域）。また、側面の壁
が基準となり得ない時や左側方に障害物等があり超音波
センサの出力がばらつき、基準値となり得ない場合は、
左右の車輪（３）（２）に対応するセンコーダ（19）
（18）の出力差から作業車の姿勢θｎを以下のように随
時算出しており、この値を用いて姿勢による補正走行を
行う。（第７図、ｂ区域） ｄθｋ＝（ΔLk−ΔRk）/T ここでΔLk・ΔRkは左右各々の車輪の単位時間当たり
の進行距離、Ｔはトレッド（車輪間の距離）、ｄθｋは
単位時間当りの姿勢変化量、θｏは直進走行前の姿勢、
θｎは現在の姿勢である。
領域の模式図であって、第８図の流れ図とともに走行動
作を説明する。この場合は、作業車本体（１）が第７図
中の点線で示す経路を走行中左右の内近い方の側面、例
えば左側面を超音波センサで測り、センサの出力により
側面からの距離を例えば一定のlaに保って走行するよう
に補正制御される（第７図中ａ区域）。また、側面の壁
が基準となり得ない時や左側方に障害物等があり超音波
センサの出力がばらつき、基準値となり得ない場合は、
左右の車輪（３）（２）に対応するセンコーダ（19）
（18）の出力差から作業車の姿勢θｎを以下のように随
時算出しており、この値を用いて姿勢による補正走行を
行う。（第７図、ｂ区域） ｄθｋ＝（ΔLk−ΔRk）/T ここでΔLk・ΔRkは左右各々の車輪の単位時間当たり
の進行距離、Ｔはトレッド（車輪間の距離）、ｄθｋは
単位時間当りの姿勢変化量、θｏは直進走行前の姿勢、
θｎは現在の姿勢である。
次に超音波センサの出力が大きく変化した後（図中に
示すla→lbに変化した後）その出力lbが一定間隔以上継
続した時は、当初の側方の壁までの距離の基準laを書き
換え、新たな基準lbをメモリ部（28）に保持して超音波
センサ出力がこの値になるように、補正走行を行う（第
７図中ｃ区域）。
示すla→lbに変化した後）その出力lbが一定間隔以上継
続した時は、当初の側方の壁までの距離の基準laを書き
換え、新たな基準lbをメモリ部（28）に保持して超音波
センサ出力がこの値になるように、補正走行を行う（第
７図中ｃ区域）。
なお、図中のa,b,c区域の各々の走行は、上に述べた
ように主として超音波センサの出力により判断して基準
を変える方法を示したが、これは予め与えられた作業領
域の地図情報と走行経路情報と、作業車の現在位置から
判断して基準を変える方法を採用しても良い。
ように主として超音波センサの出力により判断して基準
を変える方法を示したが、これは予め与えられた作業領
域の地図情報と走行経路情報と、作業車の現在位置から
判断して基準を変える方法を採用しても良い。
ト） 発明の効果 以上の如く本発明によれば、作業領域の地図情報およ
び走行経路情報に基づいて、距離センサの距離計測の基
準壁面として作業車が最も近接する壁面を選択し、距離
センサによる該壁面との距離計測結果によって作業車の
位置および姿勢を検出するので、姿勢検出を正確に行え
る。また、こうして検出された情報と走行経路情報を比
較することで、走行開始までに作業車の位置および姿勢
を補正しているので、作業開始直後に作業車が走行経路
から大きくずれて未作業領域が発生すると云う問題はな
くなる。
び走行経路情報に基づいて、距離センサの距離計測の基
準壁面として作業車が最も近接する壁面を選択し、距離
センサによる該壁面との距離計測結果によって作業車の
位置および姿勢を検出するので、姿勢検出を正確に行え
る。また、こうして検出された情報と走行経路情報を比
較することで、走行開始までに作業車の位置および姿勢
を補正しているので、作業開始直後に作業車が走行経路
から大きくずれて未作業領域が発生すると云う問題はな
くなる。
第１図は本発明自走式作業車を上面から見たときの構成
模式図、第２図は本発明自走式作業車の走行制御機構を
示すブロック図、第３図、第５図、第７図は作業領域の
模式図、第４図、第６図は本発明自走式作業車の動作を
示す流れ図、第８図は本発明自走式作業車の他の動作例
を示す流れ図である。 （１）……作業車本体、（２）（３）……駆動輪、
（４）（５）……モータ、（６）……作業手段、（７）
……制御手段、（８）（９）……キャスタ、（10）〜
（17）……超音波センサ、（18）（19）……エンコー
ダ、（20）（24）……検出部、（21）（25）……波形整
形回路、（23）……カウンタ、（26）……タイマ、（2
7）……演算部、（28）……メモリ部、（29）……作業
領域、（30）……障害物、（31）……壁。
模式図、第２図は本発明自走式作業車の走行制御機構を
示すブロック図、第３図、第５図、第７図は作業領域の
模式図、第４図、第６図は本発明自走式作業車の動作を
示す流れ図、第８図は本発明自走式作業車の他の動作例
を示す流れ図である。 （１）……作業車本体、（２）（３）……駆動輪、
（４）（５）……モータ、（６）……作業手段、（７）
……制御手段、（８）（９）……キャスタ、（10）〜
（17）……超音波センサ、（18）（19）……エンコー
ダ、（20）（24）……検出部、（21）（25）……波形整
形回路、（23）……カウンタ、（26）……タイマ、（2
7）……演算部、（28）……メモリ部、（29）……作業
領域、（30）……障害物、（31）……壁。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−4814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−178373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−276611（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】室内を自走しながら所定の作業を行う自走
式作業車において、 作業車本体側面に設けられた複数の距離センサと、 作業領域の地図情報および走行経路情報を保持する情報
保持手段と、 作業車本体の走行制御を行う制御手段と、を備え、 前記制御手段は、作業開始前に前記情報保持手段内の作
業領域の地図情報および走行経路情報に基づいて、前記
距離センサによる距離計測の基準となる壁面として作業
車が最も近接する壁面を選択し、前記距離センサによる
該壁面との距離計測結果によって作業車の位置および姿
勢を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果を
前記情報保持手段内の走行経路情報と比較して、作業車
の位置および姿勢を補正する補正手段とを有しているこ
とを特徴とした自走式作業車。 - 【請求項２】前記距離センサによる距離計測の基準とな
る壁面として、平坦な壁面形状のものを前記地図情報か
ら選択することを特徴とした請求項１記載の自走式作業
車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63033275A JP2609890B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 自走式作業車 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63033275A JP2609890B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 自走式作業車 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01207803A JPH01207803A (ja) | 1989-08-21 |
| JP2609890B2 true JP2609890B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=12381982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63033275A Expired - Fee Related JP2609890B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 自走式作業車 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2609890B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3536418B2 (ja) * | 1995-04-14 | 2004-06-07 | ミノルタ株式会社 | 自律走行車 |
| JP4229358B2 (ja) * | 2001-01-22 | 2009-02-25 | 株式会社小松製作所 | 無人車両の走行制御装置 |
| JP7307428B2 (ja) * | 2018-08-28 | 2023-07-12 | 霊動科技（北京）有限公司 | 自動運転車両管理システム、及びその方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60178373A (ja) * | 1984-02-25 | 1985-09-12 | Agency Of Ind Science & Technol | 移動体における障害物等検出方法 |
| JPS62276611A (ja) * | 1986-05-24 | 1987-12-01 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 基準面判定装置 |
| JP2564832B2 (ja) * | 1987-06-27 | 1996-12-18 | 神鋼電機株式会社 | 自立型無人車 |
-
1988
- 1988-02-16 JP JP63033275A patent/JP2609890B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01207803A (ja) | 1989-08-21 |
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