JP2802160B2 - 移動作業ロボットの走行制御装置 - Google Patents

移動作業ロボットの走行制御装置

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JP2802160B2
JP2802160B2 JP2295784A JP29578490A JP2802160B2 JP 2802160 B2 JP2802160 B2 JP 2802160B2 JP 2295784 A JP2295784 A JP 2295784A JP 29578490 A JP29578490 A JP 29578490A JP 2802160 B2 JP2802160 B2 JP 2802160B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自動床面掃除機、自動芝刈り装置、自動床
面仕上げ装置等の往復移動を繰り返しながら自動的に作
業を行う移動作業ロボットの走行制御装置に関するもの
である。
従来の技術 従来より、作業機器に走行駆動装置、センサ類および
走行制御装置等の機能を付加して作業の自動化を図った
各種の移動作業ロボットが開発されている。
この種の移動作業ロボットの中でも、例えば、床面清
掃、芝刈り、床面仕上げ等の作業のように作業領域全体
を隈なく移動させる必要のあるものは、直進移動と進行
方向の反転の組み合わせにより往復移動を繰り返すもの
が多い。
例えば、第8図はこの種の移動作業ロボットの走行制
御方法の一例を示すもので、開始点Sから直進移動でス
タートし、前方の壁(W1)に近づくとこれを本体1前方
の障害物検知装置2で検知して左にUターン動作を行い
ながら作業幅Lだけ作業方向Aに変位した位置から直進
移動を行う。次に、同様に前方の壁(W2)に達すると今
度は右にUターン動作を行い再び作業幅Lだけ作業方向
Aに変位した位置から直進移動を行う。そして、上記の
動作を繰り返しながら側方の壁(W3)の近くまで移動
し、Uターン動作に移る前に、本体1側方の障害物検知
装置3または3′で壁までの距離を検知する。この距離
が作業幅L以下であれば、終了点Fに達したとして作業
を終了するものである。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来の移動作業ロボットの
走行制御装置では、例えば第9図(1)に示すように、
作業領域内に出っ張りがある場合や、第9図(2)のよ
うに、壁が斜めの場合等には、未作業領域5、6を残し
たまま作業を終了してしまうことがあった。また本体が
前方を向いたまま後方に移動する、いわゆる後退走行を
実行するために、本体の後方に存在する障害物を検知す
るための測距センサを備える必要があって複雑な構成と
なっている。
そこで本発明は、このように作業領域内に出っ張りが
ある場合や壁が斜めの場合等でも、未作業領域を残すこ
となく作業を終了でき、また後退走行の必要のない移動
作業ロボットの走行制御装置を提供することを目的とし
ている。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、本体を移動させ
る駆動装置および操舵装置と、本体の前方および側方に
ある障害物を検出する障害物検知装置と、本体の方向を
計測する方向計測装置と、上記駆動装置と操舵装置とを
制御し本体の走行制御を行う走行制御装置と、清掃等の
作業を行う作業装置とを具備し、上記走行制御装置は方
向計測装置の出力に基づいて本体を直進走行させる直進
手段と、直進走行中に本体前方に障害物を検知しかつ本
体側方の作業方向に障害物を検知しなければ本体を所定
の作業幅だけ作業方向に変位した位置に反転させるUタ
ーン手段と、直進走行中に本体前方に障害物を検知しか
つ本体側方の作業方向にも障害物を検知したときにはそ
の場で本体を反転させるスピンターン手段と、その場で
本体を反転させたのち前方に障害物を検知するまで直進
走行させるスピンターン後直進手段とを有し、スピンタ
ーン後直進走行中に本体前方に障害物を検知しかつ本体
側方の作業方向にも障害物を検知したときに作業を終了
させる移動作業ロボットの走行制御装置としているもの
である。
作用 本発明は、直進走行中に本体前方に障害物を検知し、
かつ本体側方の作業方向にも障害物を検知したときに
は、その場で本体を反転させたのち前方に障害物を検知
するまで直進走行させ、このスピンターン後直進走行中
に本体前方に障害物を検知しかつ本体側方の作業方向に
も障害物を検知したときにのみ作業を終了させるので、
スピンターン後直進走行中に本体前方に障害物を検知し
かつ本体側方の作業方向に障害物を検知しないときには
作業方向に本体を反転させて作業を継続するので、従来
生じていた未作業領域が残ることのないものである。ま
た、本体が前方を向いたまま後方に移動する後退走行を
実行する必要がないものである。
実施例 以下、本発明の実施例を自動床面掃除機を例にとって
添付図面に基づいて説明する。
第1図、第2図において、11は自動床面掃除機の本体
を構成する移動体本体、12L、12Rはそれぞれ本体11の左
右後方に設けた駆動輪で、駆動モータ13L、13Rで左右独
立に駆動される。14は本体11の前方に回転自在に取り付
けられた従輪である。以上、駆動輪12L、12R、駆動モー
タ13L、13R、従輪14で本体1を移動させる駆動兼操舵装
置を構成している。15は本体11の側部から前部にかけて
本体11より突出する左右2つの可動体で、周囲には弾性
材からなる緩衝体16が取り付けられている。この可動体
15は、本体11に保持部17を介して取り付けられ、回動自
在に支持されている。18は本体11の後部に取り付けられ
た緩衝体である。19は回転板20の周囲に植毛されたブラ
シで、可動体15に設けたモータ21によって床面Bと平行
に本体11の内側方向に回転駆動され、床面B上のごみを
掃くようになっている。22は電動送風機、23は集塵室、
24、25はその内側に設けたフィルターである。26は本体
11の底部中央に設けた床ノズルで、接続パイプ27を介し
て集塵室23と接続している。28は操作部29に設けられた
操作ボタンである。30は本体11の方向を計測する方向計
測装置で、本実施例ではレートジャイロおよびこの出力
を積分する積分器などからなる。31は本体11の周囲に設
けられた超音波センサ等からなる計距センサで、本体1
の前方、左右側方および公報にある物体までの距離を測
定して障害物を検出する障害物検知装置を構成してい
る。32は上記方向計測装置30および障害物検知装置から
のデータに基づいて駆動モータ13L、13Rを制御し、本体
の走行制御を行う走行制御装置である。33は全体に電力
を供給する蓄電池等からなる電源である。
第3図において、34は複数個の測距センサ31と駆動回
路35からなる障害物検知装置を示している。障害物検知
装置34は、走行制御装置32の入力手段36を介して判断処
理手段37に本体11の前方、側方および後方にある障害物
までの距離データを入力する。同様に方向計測装置30
は、本体11の方向データを入力手段36を介して判断処理
手段37に入力する。判断処理手段37は、これらのデータ
を判断して出力手段38を介して駆動モータ13Lおよび13R
に制御信号を出力する。本実施例ではこの駆動モータ13
Lおよび13Rの回転速度を制御することにより、左右の駆
動輪12L、12Rの回転速度を独立に制御し、本体11を駆動
および操舵している。すなわち、いわゆるPWS方式の駆
動を行っている。この駆動モータ13L、13Rと駆動輪12
L、12Rで駆動兼操舵装置39を構成している。
続いて、第4図〜第7図を用いて、本実施例の移動作
業ロボットについて説明する。
本実施例の制御方法は、第4図に示しているフローチ
ャートに示すとおりである。第4図中、40は方向計測装
置30で計測した本体11の方向データに基づいて、本体11
が一定の方向に所定の速度で走行するように駆動兼操舵
装置39を制御する直進手段である。41は、直進走行中に
障害物検知装置34によって本体11の前方に障害物を検知
し、かつ側方の作業方向に障害物を検知しなければ所定
の作業幅だけ作業方向に変位した位置に本体11を反転さ
せるUターン手段である。
第5図に作業幅Lだけ作業方向に変位した位置に本体
11を反転させる動作例を示している。すなわち、第5図
(1)は本体11の右方向に反転する場合を示している。
破線で示す位置から右駆動輪12Rは停止させた状態のま
ま、左駆動輪12のみを矢印aのように前進させて、180
゜反転させる。本体11が180゜反転すると、本体11は左
右の駆動輪12L、12Rのトレッドと等しい作業幅Lだけ変
位した実線で示す位置に来る。
第6図は、スピンターン手段43のスピンターン動作を
説明する説明図である。スピンターン手段43は、直進走
行中に本体11の前方に障害物を検知し、同時に本体11の
側方の作業方向にも障害物を検知した場合に、その場で
本体11を反転させるものである。第6図(1)は本体11
を右方向に反転する場合を示している。すなわち、破線
で示す位置から左駆動輪12Lを前進方向に、右駆動輪12R
を後退方向に矢印cで示しているように同一速度で回転
させるものである。こうすることによって、本体11はス
ピンターンを実行して、本体11はその場で180゜反転し
た位置に来るものである。第6図(2)は、本体11を左
方向に反転する場合を示している。すなわち、破線で示
す位置から右駆動輪12Rを前進方向に、左駆動輪12Lを後
退方向に、矢印dに示しているように同一速度で回転さ
せるものである。こうすることによって、本体11はその
場で左方向に180゜スピンターンして実線で示す位置に
停止する。
44はスピンターン後直進手段で、前記スピンターンを
実行した後本体11の前方に障害物を検知するまでの間、
本体11を直進させるものである。このとき、本体11の前
方に障害物を検知し、かつ本体11の側方にも障害物を検
知したときには作業を終了させているものである。
第7図は、本実施例の走行制御装置の動作を説明する
説明図である。開始点Sに本体11を位置させてスタート
すると、まず直進手段40によって直進走行を開始する。
直進走行によって、前方の壁W1に近づくとUターン手段
41がこの壁W1を検知し、この位置で作業方向Aに障害物
が存在するかどうかを検知する。この場合は障害物がな
いので作業方向であるAの方向に、すなわち本体11の左
方向に、前記第5図(2)に示しているように本体11を
反転させる。こうして再び直進走行を始める。この状態
で、前方の壁W2が近づくと前記同様に右方向に反転して
再び直進走行を開始する。以上の動作を繰り返して本体
11が地点Pに達したとする。このときは、前方に壁W1を
検知し、同時に作業方向Aにも障害物4を検知するた
め、スピンターン手段43が動作する。すなわち、本体11
を右方向に、つまり前記第6図(1)に示しているよう
にその場で本体11を反転させた後、スピンターン後直進
手段44によって再び直進走行を開始する。こうして地点
aで前方に壁W2の存在を検知すると、作業方向Aの方向
に障害物が存在するかどうかを検知する。この場合は障
害物がないため、再びUターン手段41によって作業方向
Aの方向に反転して直進走行を開始する。従ってこの
後、作業方向Aの方向に障害物がなければ直進手段40と
Uターン手段41によって、直進走行とUターンを繰り返
しながら移動して作業を行う。こうして、地点Rに達し
たとする。地点RではUターン手段41は、前方に壁W2を
検知し、同時に本体11の側方の作業方向Aにも壁W3を検
知するものである。このため、地点Rでは、スピンター
ン手段43によって、本体11の左方向へ第6図(2)に示
しているようにスピンターンを実行する。こうして、ス
ピンターン後直進手段44によって直進して、地点Fに達
する。地点Fでは、前方に障害物4を検知し、同時に本
体11の左側には壁W3を検知するため、ここで作業を終了
することになるものである。
以上のように本実施例によれば、スピンターン後の直
進走行中に、本体11の前方に障害物を検知し、かつ本体
11の側方の作業方向Aに障害物を検知しないときは、作
業方向Aに本体11を反転させて作業を継続するものであ
る。このため、従来例で説明したような未作業領域が残
ることはないものである。
また、本実施例では本体11が前方を向いたまま後方に
移動する、いわゆる後退走行を実行する必要がないもの
である。このため、本体11に、本体11の後方に存在する
障害物を検知するための測距センサを備える必要がな
く、また後退走行時の安全性や作業性について考慮する
必要のない簡単な構成の移動作業ロボットの走行制御装
置を実現しているものである。
発明の効果 以上のように本発明は、本体を移動させる駆動装置お
よび操舵装置と、本体の前方および側方にある障害物を
検出する障害物検知装置と、本体の方向を計測する方向
計測装置と、上記駆動装置と操舵装置とを制御し本体の
走行制御を行う走行制御装置と、清掃等の作業を行う作
業装置とを具備し、上記走行制御装置は方向計測装置の
出力に基づいて本体を直進走行させる直進手段と、直進
走行中に本体前方に障害物を検知しかつ本体側方の作業
方向に障害物を検知しなければ本体を所定の作業幅だけ
作業方向に変位した位置に反転させるUターン手段と、
直進走行中に本体前方に障害物を検知しかつ本体側方の
作業方向にも障害物を検知したときにはその場で本体を
反転させるスピンターン手段と、その場で本体を反転さ
せたのち前方に障害物を検知するまで直進走行させるス
ピンターン後直進手段とを有し、スピンターン後直進走
行中に本体前方に障害物を検知しかつ本体側方の作業方
向にも障害物を検知したときに作業を終了させる構成と
して、作業領域内に出っ張りがある場合や壁が斜めの場
合等でも、未作業領域を残すことなく作業を終了でき、
また後退走行の必要のない移動作業ロボットの走行制御
装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例である自動床面掃除機の構成
を示す縦断面図、第2図は同自動床面掃除機の構成を示
す横断面図、第3図は本発明の実施例である移動作業ロ
ボットの走行制御装置の構成を示す制御ブロック図、第
4図は同制御方法を説明するフローチャート、第5図は
同Uターン動作を説明する説明図、第6図は同スピンタ
ーン動作を説明する説明図、第7図は同装置の動作を説
明する説明図、第8図、第9図は従来例である移動作業
ロボットの動作を説明する説明図である。 11……本体、12L、12R……駆動輪、13L、13R……駆動モ
ータ、14……従輪、19……ブラシ、20……回転板、21…
…モータ、22……電動送風機、23……集塵室、24、25…
…フィルター、26……床ノズル、27……接続パイプ、30
……方向計測装置、31……測距センサ、32……走行制御
装置、34、障害物検知装置、39……駆動兼操舵装置、40
……直進手段、41……Uターン手段、43……スピンター
ン手段、44……スピンターン後直進手段、45……スピン
ターン後直進手段。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 1/02 A47L 9/00 102 A01B 69/00 303

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】本体を移動させる駆動装置および操舵装置
    と、本体の前方および側方にある障害物を検出する障害
    物検知装置と、本体の方向を計測する方向計測装置と、
    上記駆動装置と操舵装置とを制御し本体の走行制御を行
    う走行制御装置と、清掃等の作業を行う作業装置とを具
    備し、上記走行制御装置は方向計測装置の出力に基づい
    て本体を直進走行させる直進手段と、直進走行中に本体
    前方に障害物を検知しかつ本体側方の作業方向に障害物
    を検知しなければ本体を所定の作業幅だけ作業方向に変
    位した位置に反転させるUターン手段と、直進走行中に
    本体前方に障害物を検知しかつ本体側方の作業方向にも
    障害物を検知したときにはその場で本体を反転させるス
    ピンターン手段と、その場で本体を反転させたのち前方
    に障害物を検知するまで直進走行させるスピンターン後
    直進手段とを有し、スピンターン後直進走行中に本体前
    方に障害物を検知しかつ本体側方の作業方向にも障害物
    を検知したときに作業を終了させる移動作業ロボットの
    走行制御装置。
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