JP2878622B2 - ロボットの自動走行制御装置およびその方法 - Google Patents
ロボットの自動走行制御装置およびその方法Info
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
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- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの自動走行制
御装置およびその方法に関し、更に詳しくは自走式移動
ロボットが直線距離を走行する際に走行方向、走行距
離、および、障害物に関するデータを利用してファジー
ルールに基づく推論を行うことにより、走行方向内に存
在する障害物を回避することは勿論、所定の走行速度を
保持しつつ目標地点までの正確な走行を可能にするロボ
ットの自動走行制御装置、および、その方法に関するも
のである。
御装置およびその方法に関し、更に詳しくは自走式移動
ロボットが直線距離を走行する際に走行方向、走行距
離、および、障害物に関するデータを利用してファジー
ルールに基づく推論を行うことにより、走行方向内に存
在する障害物を回避することは勿論、所定の走行速度を
保持しつつ目標地点までの正確な走行を可能にするロボ
ットの自動走行制御装置、および、その方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、従来のロボットシステムは、あ
らかじめ設定された移動径路上のあらかじめ設定された
誘導線等に沿って移動するよう設計されていた。
らかじめ設定された移動径路上のあらかじめ設定された
誘導線等に沿って移動するよう設計されていた。
【０００３】しかしながら、技術水準などの発展につれ
て、自ら移動する自走式ロボットが設計されるようにな
り、径路および作業領域を学習走行させてこれを記憶す
るようにした状態での繰返しを行い、自律的に径路に沿
って作業領域に移動し、作業領域内では往復運転をしつ
つ与えられた作業を行うなどのロボットシステムへ発展
するに至った。
て、自ら移動する自走式ロボットが設計されるようにな
り、径路および作業領域を学習走行させてこれを記憶す
るようにした状態での繰返しを行い、自律的に径路に沿
って作業領域に移動し、作業領域内では往復運転をしつ
つ与えられた作業を行うなどのロボットシステムへ発展
するに至った。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
自律移動ロボットが所定の径路を走行する際は、走行径
路上に障害物が存在しても、これを回避しつつ与えられ
た作業を行い、元の目標地点に正確に到達しなければな
らない。
自律移動ロボットが所定の径路を走行する際は、走行径
路上に障害物が存在しても、これを回避しつつ与えられ
た作業を行い、元の目標地点に正確に到達しなければな
らない。
【０００５】しかしながら、従来は、上記のような状況
下においては、ロボットが障害物の存在しない他の径路
を設定して走行するようにするので、元の径路は放棄さ
れ、目標地点には正確に到達可能であるが、作業を行う
速度が遅くなったり、元の走行径路上で行うべき作業が
行われないなどの問題点があった。
下においては、ロボットが障害物の存在しない他の径路
を設定して走行するようにするので、元の径路は放棄さ
れ、目標地点には正確に到達可能であるが、作業を行う
速度が遅くなったり、元の走行径路上で行うべき作業が
行われないなどの問題点があった。
【０００６】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであって、本発明の目的は、自動ロ
ボットが直線距離を走行する際、車両の走行距離、方
向、および、障害物の有無を感知し、そのデータにした
がってファジールールによる推論を行い正常軌道から逸
脱せずに規定された走行速度を保持して目標地点までの
正確な走行を可能にするロボットの自動走行制御装置、
および、その方法を提供することにある。
ためになされたものであって、本発明の目的は、自動ロ
ボットが直線距離を走行する際、車両の走行距離、方
向、および、障害物の有無を感知し、そのデータにした
がってファジールールによる推論を行い正常軌道から逸
脱せずに規定された走行速度を保持して目標地点までの
正確な走行を可能にするロボットの自動走行制御装置、
および、その方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるロボットの自動走行制御装置は、ロボ
ットの走行距離を検出する走行距離検出手段と、走行方
向の変化を検出する方向角検出手段と、走行距離検出手
段及び方向角検出手段により検出された情報に基づいて
ロボットの現在の絶対位置を演算する位置識別手段と、
ロボットの周囲の障害物の有無と障害物までの距離を感
知する障害物検出手段と、方向角検出手段、および、障
害物検出手段から得られた情報を利用してロボットの相
対位置を算出する障害物位置演算手段と、障害物位置演
算手段から得られた情報を利用してロボットの走行方向
を決定するためのファジー推論を行う障害物回避ファジ
ー推論手段と、位置識別手段から得られた情報を利用し
てロボットの直進走行に関するファジー推論を行う直進
走行ファジー推論手段と、位置識別手段と方向角検出手
段からのデータを位置補正に要する加重値を別にして直
進走行ファジー推論手段に提供する加重値演算手段と、
走行距離検出手段から得られた走行速度データと、障害
物検出手段から得られた障害物までの距離データを利用
してロボットの速度制御に関するファジー推論を行う定
速走行ファジー推論手段と、前記それぞれの演算とファ
ジー推論を行い得られた結果によりロボットの移動を制
御する駆動制御手段とからなることを特徴とする。
に、本発明によるロボットの自動走行制御装置は、ロボ
ットの走行距離を検出する走行距離検出手段と、走行方
向の変化を検出する方向角検出手段と、走行距離検出手
段及び方向角検出手段により検出された情報に基づいて
ロボットの現在の絶対位置を演算する位置識別手段と、
ロボットの周囲の障害物の有無と障害物までの距離を感
知する障害物検出手段と、方向角検出手段、および、障
害物検出手段から得られた情報を利用してロボットの相
対位置を算出する障害物位置演算手段と、障害物位置演
算手段から得られた情報を利用してロボットの走行方向
を決定するためのファジー推論を行う障害物回避ファジ
ー推論手段と、位置識別手段から得られた情報を利用し
てロボットの直進走行に関するファジー推論を行う直進
走行ファジー推論手段と、位置識別手段と方向角検出手
段からのデータを位置補正に要する加重値を別にして直
進走行ファジー推論手段に提供する加重値演算手段と、
走行距離検出手段から得られた走行速度データと、障害
物検出手段から得られた障害物までの距離データを利用
してロボットの速度制御に関するファジー推論を行う定
速走行ファジー推論手段と、前記それぞれの演算とファ
ジー推論を行い得られた結果によりロボットの移動を制
御する駆動制御手段とからなることを特徴とする。
【０００８】本発明によるロボットの自動走行制御方法
は、ロボットが初期化されて動作を開始すると、左及び
右側駆動輪の走行距離、ロボットの出発点からみた目標
地点の方向を基準角度として前記基準角度からのロボッ
トの走行方向角度の変化を表す変位角、及び障害物の有
無を検出して、ロボットの位置座標、ロボットの走行方
向角、及び障害物までの距離を算出した後に、障害物の
回避領域内での存在の有無を判別する障害物位置判別ス
テップと、障害物位置判別ステップで障害物が回避領域
内に存在すると判別される場合には、ロボットの最終走
行方向、および、障害物回避走行に関する加重値ｎを演
算して、方向制御出力値を決定してから、走行速度が速
いのか、あるいは、遅いのか、あるいは正常速度である
かを判別する走行速度判別ステップと、走行速度判別ス
テップでロボットの走行速度が正常であると判別される
場合には、ロボットの現在の走行速度と予め設定された
基準速度との差、及び障害物までの距離を入力情報とす
る予め定められたファジー推論法によって定速制御出力
値を算出し、該算出された値によって最終モータ駆動制
御出力値を出力してから、ロボットがつづけて走行すべ
きかを判別し、つづけて走行しないと判別される場合に
は、ロボットの自動走行を停止する継続走行判別ステッ
プとからなることを特徴とする。前記方法においては、
走行速度判別ステップでロボットの走行速度が遅いと判
別される場合には、左及び右側モータの出力値を増加さ
れてから、定速制御出力値を決定する左及び右側モータ
出力値増加ステップを更に有することが望ましい。前記
方法においては、走行速度判別ステップでロボットの走
行速度が速いと判別される場合には、左及び右側モータ
の出力値を減少させてから、定速制御出力値を決定する
左及び右側モータ出力値減少ステップを更に有すること
が望ましい。前記方法においては、障害物位置判別ステ
ップで障害物が回避領域内に存在しないと判別される場
合には、位置と方向角、および、速度に関する誤差演算
を行ってから、ロボットの走行方向がいずれの方へ片寄
っているかを判別する走行方向判別ステップと、該走行
方向判別ステップでロボットの走行方向が正常であると
判別される場合には、直進走行に関する加重値ｍを演算
し、直進制御出力値を決定してから、走行速度が速いの
か、あるいは、遅いのか、あるいは、正常であるのかを
判別する走行速度判別ステップ以下の動作を行うことが
望ましい。前記方法においては、走行方向判別ステップ
は、ロボットの走行方向が左側へ片寄っていると判別さ
れる場合には、左側駆動モータの出力値を増加させると
ともに、右側駆動モータの出力値を減少させてから、直
進走行に関する加重値ｍを演算する左側モータ出力値増
加ステップと、前記走行方向判別ステップでロボットの
走行方向が右側へ片寄っていると判別される場合には、
右側駆動モータの出力値を増加させるとともに、左側駆
動モータの出力値を減少させてから、直進走行に関する
加重値ｍを演算する右側モータ出力値増加ステップとか
らなることが望ましい。
は、ロボットが初期化されて動作を開始すると、左及び
右側駆動輪の走行距離、ロボットの出発点からみた目標
地点の方向を基準角度として前記基準角度からのロボッ
トの走行方向角度の変化を表す変位角、及び障害物の有
無を検出して、ロボットの位置座標、ロボットの走行方
向角、及び障害物までの距離を算出した後に、障害物の
回避領域内での存在の有無を判別する障害物位置判別ス
テップと、障害物位置判別ステップで障害物が回避領域
内に存在すると判別される場合には、ロボットの最終走
行方向、および、障害物回避走行に関する加重値ｎを演
算して、方向制御出力値を決定してから、走行速度が速
いのか、あるいは、遅いのか、あるいは正常速度である
かを判別する走行速度判別ステップと、走行速度判別ス
テップでロボットの走行速度が正常であると判別される
場合には、ロボットの現在の走行速度と予め設定された
基準速度との差、及び障害物までの距離を入力情報とす
る予め定められたファジー推論法によって定速制御出力
値を算出し、該算出された値によって最終モータ駆動制
御出力値を出力してから、ロボットがつづけて走行すべ
きかを判別し、つづけて走行しないと判別される場合に
は、ロボットの自動走行を停止する継続走行判別ステッ
プとからなることを特徴とする。前記方法においては、
走行速度判別ステップでロボットの走行速度が遅いと判
別される場合には、左及び右側モータの出力値を増加さ
れてから、定速制御出力値を決定する左及び右側モータ
出力値増加ステップを更に有することが望ましい。前記
方法においては、走行速度判別ステップでロボットの走
行速度が速いと判別される場合には、左及び右側モータ
の出力値を減少させてから、定速制御出力値を決定する
左及び右側モータ出力値減少ステップを更に有すること
が望ましい。前記方法においては、障害物位置判別ステ
ップで障害物が回避領域内に存在しないと判別される場
合には、位置と方向角、および、速度に関する誤差演算
を行ってから、ロボットの走行方向がいずれの方へ片寄
っているかを判別する走行方向判別ステップと、該走行
方向判別ステップでロボットの走行方向が正常であると
判別される場合には、直進走行に関する加重値ｍを演算
し、直進制御出力値を決定してから、走行速度が速いの
か、あるいは、遅いのか、あるいは、正常であるのかを
判別する走行速度判別ステップ以下の動作を行うことが
望ましい。前記方法においては、走行方向判別ステップ
は、ロボットの走行方向が左側へ片寄っていると判別さ
れる場合には、左側駆動モータの出力値を増加させると
ともに、右側駆動モータの出力値を減少させてから、直
進走行に関する加重値ｍを演算する左側モータ出力値増
加ステップと、前記走行方向判別ステップでロボットの
走行方向が右側へ片寄っていると判別される場合には、
右側駆動モータの出力値を増加させるとともに、左側駆
動モータの出力値を減少させてから、直進走行に関する
加重値ｍを演算する右側モータ出力値増加ステップとか
らなることが望ましい。
【０００９】
【実施例】以下、本発明による一実施例について、添付
図面に沿って詳述する。
図面に沿って詳述する。
【００１０】図１は、本発明の一実施例におけるロボッ
トの自動走行制御装置のブロック図、図２は、本発明の
一実施例におけるロボットの直進走行に関するファジー
推論装置の構成図、図３は、本発明の一実施例における
ロボットの障害物回避走行に関するファジー推論装置の
構成図である。
トの自動走行制御装置のブロック図、図２は、本発明の
一実施例におけるロボットの直進走行に関するファジー
推論装置の構成図、図３は、本発明の一実施例における
ロボットの障害物回避走行に関するファジー推論装置の
構成図である。
【００１１】図１乃至図３において、１はロボットの走
行を制御する駆動制御手段であって、不図示の駆動輪が
それぞれ取付けられた左側走行モータ２および右側走行
モータ３と、該左及び右側走行モータ２，３の駆動を制
御する左側走行モータ駆動制御手段４および右側走行モ
ータ駆動制御手段５とから構成されている。
行を制御する駆動制御手段であって、不図示の駆動輪が
それぞれ取付けられた左側走行モータ２および右側走行
モータ３と、該左及び右側走行モータ２，３の駆動を制
御する左側走行モータ駆動制御手段４および右側走行モ
ータ駆動制御手段５とから構成されている。
【００１２】６は、ロボットの走行距離により前記左及
び右側駆動輪の回転数に比例するパルス信号を後述する
中央処理装置に出力するよう左側距離感知センサ７およ
び右側距離感知センサ８とから構成される走行距離検出
手段である。９は走行方向の変化を感知する方向角検出
手段、１０はロボットの前面に設置された超音波センサ
によりロボットの移動前方に超音波を送信し、該送信さ
れた超音波が壁面あるいは障害物にぶつかって反射され
た信号、すなわち、エコー信号を受信してロボットの前
面に位置する障害物、および、その障害物までの距離を
検出する障害物検出手段である。
び右側駆動輪の回転数に比例するパルス信号を後述する
中央処理装置に出力するよう左側距離感知センサ７およ
び右側距離感知センサ８とから構成される走行距離検出
手段である。９は走行方向の変化を感知する方向角検出
手段、１０はロボットの前面に設置された超音波センサ
によりロボットの移動前方に超音波を送信し、該送信さ
れた超音波が壁面あるいは障害物にぶつかって反射され
た信号、すなわち、エコー信号を受信してロボットの前
面に位置する障害物、および、その障害物までの距離を
検出する障害物検出手段である。
【００１３】１１は、前記走行距離検出手段６から入力
された走行距離データ、および、方向角検出手段９から
入力された走行方向データにしたがってロボットの現在
位置を算出し、また前記障害物検出手段１０から入力さ
れる障害物感知データに従って障害物までの距離を算出
し、その結果により直進走行、定速走行、および、障害
物回転走行を適宜実現できるように直進、定速、および
障害物回避ファジー推論手段を介してファジー推論を行
ってから、その行われた結果に基づいてロボットの走行
を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）である。
された走行距離データ、および、方向角検出手段９から
入力された走行方向データにしたがってロボットの現在
位置を算出し、また前記障害物検出手段１０から入力さ
れる障害物感知データに従って障害物までの距離を算出
し、その結果により直進走行、定速走行、および、障害
物回転走行を適宜実現できるように直進、定速、および
障害物回避ファジー推論手段を介してファジー推論を行
ってから、その行われた結果に基づいてロボットの走行
を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）である。
【００１４】つぎに、図２を参照して、本発明による直
進、および、定速走行に関するファジー推論手段のファ
ジー推論について述べる。
進、および、定速走行に関するファジー推論手段のファ
ジー推論について述べる。
【００１５】本発明による自走式移動ロボットが走行す
ると、中央処理装置１１には所定時間間隔で前記走行距
離検出手段６と方向角検出手段９とから走行距離データ
と方向角データとが入力され、位置座標演算手段１２と
方向角演算手段１３とから構成される位置識別手段１８
により、位置座標演算と絶対位置に関する方向角演算と
が行われる。その演算結果は直進走行ファジー推論手段
１４に入力されて、該直進走行ファジー推論手段１４に
よりロボットの直進走行を制御する左及び右側走行モー
タ２、３の直進制御出力変化量ΔＵd が算出される。
ると、中央処理装置１１には所定時間間隔で前記走行距
離検出手段６と方向角検出手段９とから走行距離データ
と方向角データとが入力され、位置座標演算手段１２と
方向角演算手段１３とから構成される位置識別手段１８
により、位置座標演算と絶対位置に関する方向角演算と
が行われる。その演算結果は直進走行ファジー推論手段
１４に入力されて、該直進走行ファジー推論手段１４に
よりロボットの直進走行を制御する左及び右側走行モー
タ２、３の直進制御出力変化量ΔＵd が算出される。
【００１６】また、前記方向角検出手段９で検出された
方向角データは、前記位置座標演算手段１２および方向
角演算手段１３から出力された位置座標および絶対位置
に関する方向角データとともに、第１の加重値演算手段
１６に入力され、該演算手段１６の演算結果が前記直進
制御出力変化量ΔＵd の加重値ｍとして算出される。
方向角データは、前記位置座標演算手段１２および方向
角演算手段１３から出力された位置座標および絶対位置
に関する方向角データとともに、第１の加重値演算手段
１６に入力され、該演算手段１６の演算結果が前記直進
制御出力変化量ΔＵd の加重値ｍとして算出される。
【００１７】前記第１の加重値演算手段１６から出力さ
れた加重値ｍは、前記直進制御出力変化量ΔＵd に掛算
演算されて最終的に直進制御加重出力変化量ｍ・ΔＵd
が出力される。
れた加重値ｍは、前記直進制御出力変化量ΔＵd に掛算
演算されて最終的に直進制御加重出力変化量ｍ・ΔＵd
が出力される。
【００１８】ここで、前記加重値ｍは、左及び右側走行
モータ２，３の制御用出力値が変化すると、前記左及び
右側走行モータ２，３がそれ自体の慣性により前記変化
に素早く対応できないため、正常軌道から逸脱して振動
現象が生じることになるが、それを補償するためのもの
である。
モータ２，３の制御用出力値が変化すると、前記左及び
右側走行モータ２，３がそれ自体の慣性により前記変化
に素早く対応できないため、正常軌道から逸脱して振動
現象が生じることになるが、それを補償するためのもの
である。
【００１９】一方、前記走行距離検出手段６で検出され
た左及び右側駆動輪の走行距離データは、中央処理装置
１１にあらかじめ設定された基準速度と比較され、その
比較された結果は、前記障害物検出手段１０で検出され
た障害物の距離データとともに、定速走行ファジー推論
手段１７に入力される。該定速走行ファジー推論手段１
７においてロボットの定速走行を可能にする走行モータ
の定速制御出力変化量ΔＵf が算出される。
た左及び右側駆動輪の走行距離データは、中央処理装置
１１にあらかじめ設定された基準速度と比較され、その
比較された結果は、前記障害物検出手段１０で検出され
た障害物の距離データとともに、定速走行ファジー推論
手段１７に入力される。該定速走行ファジー推論手段１
７においてロボットの定速走行を可能にする走行モータ
の定速制御出力変化量ΔＵf が算出される。
【００２０】上記のようにして、それぞれ算出された直
進制御加重出力変化量ｍ・ΔＵd 、および、走行モータ
の定速制御出力変化量ΔＵf は、以前の左及び右側走行
モータの出力量Ｕl(Ｋ−１），Ｕr(Ｋ−１）と演算され
て、下記のような最終出力量を算出する。
進制御加重出力変化量ｍ・ΔＵd 、および、走行モータ
の定速制御出力変化量ΔＵf は、以前の左及び右側走行
モータの出力量Ｕl(Ｋ−１），Ｕr(Ｋ−１）と演算され
て、下記のような最終出力量を算出する。
【００２１】上記で算出された最終出力量において、左
側走行モータ２の出力量Ｕl(Ｋ）は、 Ｕl(Ｋ）＝Ｕl(Ｋ−１）＋ｍ・ΔＵd ＋ΔＵf であり
（ただし、Ｋは整数）、右側走行モータ３の出力量Ｕr
(Ｋ）は、 Ｕr(Ｋ）＝Ｕr(Ｋ−１）−ｍ・ΔＵd ＋ΔＵf である
（ただし、Ｋは整数）。
側走行モータ２の出力量Ｕl(Ｋ）は、 Ｕl(Ｋ）＝Ｕl(Ｋ−１）＋ｍ・ΔＵd ＋ΔＵf であり
（ただし、Ｋは整数）、右側走行モータ３の出力量Ｕr
(Ｋ）は、 Ｕr(Ｋ）＝Ｕr(Ｋ−１）−ｍ・ΔＵd ＋ΔＵf である
（ただし、Ｋは整数）。
【００２２】そして、前記決定された左及び右側走行モ
ータ２，３の出力量に基づいて、左及び右側走行モータ
駆動制御手段４，５がそれぞれパルス幅変調（ＰＷＭ）
信号を発生させて左及び右側走行モータ２，３を駆動す
る。
ータ２，３の出力量に基づいて、左及び右側走行モータ
駆動制御手段４，５がそれぞれパルス幅変調（ＰＷＭ）
信号を発生させて左及び右側走行モータ２，３を駆動す
る。
【００２３】つぎに、図３，図４及び図５を参照して、
本発明による障害物回避走行に関するファジー推論手段
のファジー推論について述べる。
本発明による障害物回避走行に関するファジー推論手段
のファジー推論について述べる。
【００２４】図４は、本発明の一実施例における障害物
に対する重要度、および、出力加重値表を求める図表で
あり、図５は本発明の一実施例における障害物の方向に
よる目標走行方向を求める図表である。
に対する重要度、および、出力加重値表を求める図表で
あり、図５は本発明の一実施例における障害物の方向に
よる目標走行方向を求める図表である。
【００２５】自律移動ロボットが、前記直進走行ファジ
ー推論手段１４のファジー推論結果にしたがって指定さ
れた径路を定速走行中、移動径路上にロボットの定速走
行を妨げる障害物が出現すると、障害物回避ファジー推
論手段２０によりファジー推論を行う。
ー推論手段１４のファジー推論結果にしたがって指定さ
れた径路を定速走行中、移動径路上にロボットの定速走
行を妨げる障害物が出現すると、障害物回避ファジー推
論手段２０によりファジー推論を行う。
【００２６】ロボットの走行中、障害物検出手段１０で
得られた障害物までの距離と障害物の角度に関する情報
は障害物位置演算手段２２で、走行前にあらかじめ作成
されたデータ、すなわち、図４に示す障害物に対する重
要度、および、出力加重値表に示されたデータと比較演
算される。
得られた障害物までの距離と障害物の角度に関する情報
は障害物位置演算手段２２で、走行前にあらかじめ作成
されたデータ、すなわち、図４に示す障害物に対する重
要度、および、出力加重値表に示されたデータと比較演
算される。
【００２７】そして、障害物の相対的位置が図４に示す
障害物回避領域に該当する場合は、障害物の相対的位置
を中央処理装置１１の不図示の記憶手段に記憶させ、こ
れを障害物回避ファジー推論手段２０に入力してファジ
ー推論を行う。
障害物回避領域に該当する場合は、障害物の相対的位置
を中央処理装置１１の不図示の記憶手段に記憶させ、こ
れを障害物回避ファジー推論手段２０に入力してファジ
ー推論を行う。
【００２８】また、感知された障害物の位置が障害物回
避領域に該当しない場合は元の直進走行ファジー推論を
つづけるようになる。
避領域に該当しない場合は元の直進走行ファジー推論を
つづけるようになる。
【００２９】まず、感知された多数の障害物の中から障
害物回避領域に該当する障害物の位置データが障害物位
置演算手段２２に入力されると、中央処理装置１１はこ
れらの障害物データ中から最優先して回避すべき障害物
を選定する。
害物回避領域に該当する障害物の位置データが障害物位
置演算手段２２に入力されると、中央処理装置１１はこ
れらの障害物データ中から最優先して回避すべき障害物
を選定する。
【００３０】ここで、もし、図４に示すように、３つの
障害物(1) ，(2) ，(3) に対する位置データが障害物位
置演算手段２２に入力されたとすれば、障害物の重要度
表により(3) の位置に存在する障害物が最優先して回避
されるべき障害物として選定される。
障害物(1) ，(2) ，(3) に対する位置データが障害物位
置演算手段２２に入力されたとすれば、障害物の重要度
表により(3) の位置に存在する障害物が最優先して回避
されるべき障害物として選定される。
【００３１】上記のようにして、回避すべき障害物が選
定されると、走行前にあらかじめ設定された表、すなわ
ち、図５の目標走行方向表を参照して、該当障害物にた
いする走行方向が１３５゜に選定されてから、元の走行
経路上の目標走行方向に合算されることにより、障害物
が存在する方向が算出されるが、元の目標走行方向が１
８０゜とすれば、障害物が存在する方向は１３５゜とな
る。
定されると、走行前にあらかじめ設定された表、すなわ
ち、図５の目標走行方向表を参照して、該当障害物にた
いする走行方向が１３５゜に選定されてから、元の走行
経路上の目標走行方向に合算されることにより、障害物
が存在する方向が算出されるが、元の目標走行方向が１
８０゜とすれば、障害物が存在する方向は１３５゜とな
る。
【００３２】算出された目標走行方向は、図３に示すよ
うに、障害物回避ファジー推論手段２０に入力され、該
障害物回避ファジー推論手段２０により走行方向を制御
する方向制御出力変化量ΔＵa が算出される。
うに、障害物回避ファジー推論手段２０に入力され、該
障害物回避ファジー推論手段２０により走行方向を制御
する方向制御出力変化量ΔＵa が算出される。
【００３３】また、障害物位置演算手段２２で算出され
た情報が第２の加重値演算手段２１に入力されて障害物
回避に関する加重値ｎが算出される。前記算出された出
力変化量ΔＵa は、図３に示すように、障害物の距離に
よる出力加重値ｎに掛算されて最終的に方向制御加重変
化量ｎ・ΔＵa が算出される。ここで加重値ｎは、下記
の式：数２からも理解されるように、ロボットの障害物
回避走行における方向制御の際、左右の駆動輪に符号を
違えて等しい大きさで加えられる加重値である。加重値
ｎは、出力変化量ΔＵa に乗算された形で左右各々のモ
ータ出力量Ｕl（Ｋ）、Ｕr（Ｋ）の算出の際に用いら
れ、障害物回避の緊急度をロボットの回避走行運動に適
切に反映させるために導入する量である。障害物回避の
緊急度が高いほど図４に基づいて加重値ｎには大きな値
が設定される。回避の緊急度は下記の式：数２中に現れ
る加重値ｎを介して、左右各々のモータ出力量の出力差
に反映され、緊急度に応じた迅速な回避走行が行われ
る。
た情報が第２の加重値演算手段２１に入力されて障害物
回避に関する加重値ｎが算出される。前記算出された出
力変化量ΔＵa は、図３に示すように、障害物の距離に
よる出力加重値ｎに掛算されて最終的に方向制御加重変
化量ｎ・ΔＵa が算出される。ここで加重値ｎは、下記
の式：数２からも理解されるように、ロボットの障害物
回避走行における方向制御の際、左右の駆動輪に符号を
違えて等しい大きさで加えられる加重値である。加重値
ｎは、出力変化量ΔＵa に乗算された形で左右各々のモ
ータ出力量Ｕl（Ｋ）、Ｕr（Ｋ）の算出の際に用いら
れ、障害物回避の緊急度をロボットの回避走行運動に適
切に反映させるために導入する量である。障害物回避の
緊急度が高いほど図４に基づいて加重値ｎには大きな値
が設定される。回避の緊急度は下記の式：数２中に現れ
る加重値ｎを介して、左右各々のモータ出力量の出力差
に反映され、緊急度に応じた迅速な回避走行が行われ
る。
【００３４】上記のようにして、それぞれ算出された方
向制御加重出力変化量ｎ・ΔＵa 、および、走行モータ
の定速制御出力変化量ΔＵf は、以前の左及び右側走行
モータ２，３の出力量Ｕl(Ｋ−１），Ｕr(Ｋ−１）と演
算されて、下記のようにして最終出力量が算出される。
向制御加重出力変化量ｎ・ΔＵa 、および、走行モータ
の定速制御出力変化量ΔＵf は、以前の左及び右側走行
モータ２，３の出力量Ｕl(Ｋ−１），Ｕr(Ｋ−１）と演
算されて、下記のようにして最終出力量が算出される。
【００３５】上記で算出された最終出力量において、左
側走行モータ２の出力量Ｕl(Ｋ）は、
側走行モータ２の出力量Ｕl(Ｋ）は、
【数２】Ｕl(Ｋ）＝Ｕl(Ｋ−１）＋ｎ・ΔＵa ＋ΔＵf
であり（ただし、Ｋは整数）、右側走行モータ３の出力
量Ｕr(Ｋ）は、Ｕr(Ｋ）＝Ｕr(Ｋ−１）−ｎ・ΔＵa ＋
ΔＵf である（ただし、Ｋは整数）。
であり（ただし、Ｋは整数）、右側走行モータ３の出力
量Ｕr(Ｋ）は、Ｕr(Ｋ）＝Ｕr(Ｋ−１）−ｎ・ΔＵa ＋
ΔＵf である（ただし、Ｋは整数）。
【００３６】このように決定された左及び右側走行モー
タ２，３の出力量に基づき、左及び右側走行モータ駆動
制御手段４，５がそれぞれパルス幅変調（ＰＷＭ）信号
を発生させて走行径路に障害物が出現したとき、左及び
右側走行モータ２，３を駆動する。
タ２，３の出力量に基づき、左及び右側走行モータ駆動
制御手段４，５がそれぞれパルス幅変調（ＰＷＭ）信号
を発生させて走行径路に障害物が出現したとき、左及び
右側走行モータ２，３を駆動する。
【００３７】以下、図６乃至図１４を参照して、直進走
行、および、定速走行ファジー推論手段について説明す
る。
行、および、定速走行ファジー推論手段について説明す
る。
【００３８】図６は、直進走行ファジー推論手段の位置
座標に対する帰属度を示す図であって、Ｚは、ロボット
の走行位置が「正常軌道」であるのを示し、Ｒは、ロボ
ットの走行位置が正常軌道Ｚから「右方に存在する」の
を示し、Ｌは、ロボットの走行位置が正常軌道Ｚから
「左方に存在する」のを示す。
座標に対する帰属度を示す図であって、Ｚは、ロボット
の走行位置が「正常軌道」であるのを示し、Ｒは、ロボ
ットの走行位置が正常軌道Ｚから「右方に存在する」の
を示し、Ｌは、ロボットの走行位置が正常軌道Ｚから
「左方に存在する」のを示す。
【００３９】図７は、直進走行ファジー推論手段の方向
角に対する帰属度を示す図であって、Ｚは、走行方向が
「正常」であるメンバーシップ関数を示し、Ｒｓは、走
行方向が「右方へ少し片寄っている」のを示し、Ｒｂ
は，「右方へ大きく片寄っている」のを示し、Ｌｓは，
走行方向が「左側へ少し片寄っている」のを示し、Ｌｂ
は，走行方向が「左側へ大きく片寄っている」のを示
す。
角に対する帰属度を示す図であって、Ｚは、走行方向が
「正常」であるメンバーシップ関数を示し、Ｒｓは、走
行方向が「右方へ少し片寄っている」のを示し、Ｒｂ
は，「右方へ大きく片寄っている」のを示し、Ｌｓは，
走行方向が「左側へ少し片寄っている」のを示し、Ｌｂ
は，走行方向が「左側へ大きく片寄っている」のを示
す。
【００４０】図８は、方向角入力と位置座標に対する出
力ファジー関数を離散形図表で示すものであって、Ｚ
は、「出力不変」を示し、Ｒｓは，「右方出力をやや増
加」、すなわち、右側走行モータ３の出力を高めるべき
であることを意味し、Ｒｂは、「右方出力を大きく増
加」を示し、Ｌｓは、「左側出力をやや増加」を示し、
Ｌｂは、「左側出力を大きく増加」を示す。
力ファジー関数を離散形図表で示すものであって、Ｚ
は、「出力不変」を示し、Ｒｓは，「右方出力をやや増
加」、すなわち、右側走行モータ３の出力を高めるべき
であることを意味し、Ｒｂは、「右方出力を大きく増
加」を示し、Ｌｓは、「左側出力をやや増加」を示し、
Ｌｂは、「左側出力を大きく増加」を示す。
【００４１】たとえば、図８においてロボットの方向角
入力がＲｂであり、位置座標入力がＺであれば、出力関
数はＲｂとなるため、中央処理装置ＣＰＵは、駆動制御
手段１に制御信号を出力して右側走行モータ３の回転速
度を早くし、また、方向角入力がＺであり位置座標入力
がＲであれば、出力関数はＲｓとなるため、中央処理装
置１１は駆動制御手段１に制御信号を出力して右側走行
モータ３の回転速度を早くする。
入力がＲｂであり、位置座標入力がＺであれば、出力関
数はＲｂとなるため、中央処理装置ＣＰＵは、駆動制御
手段１に制御信号を出力して右側走行モータ３の回転速
度を早くし、また、方向角入力がＺであり位置座標入力
がＲであれば、出力関数はＲｓとなるため、中央処理装
置１１は駆動制御手段１に制御信号を出力して右側走行
モータ３の回転速度を早くする。
【００４２】上記において、Ｒｓ，Ｒｂ，Ｚ，Ｌｓ，Ｌ
ｂの値は、中央処理装置１１にあらかじめその値が設定
されている。
ｂの値は、中央処理装置１１にあらかじめその値が設定
されている。
【００４３】図９は、直進走行ファジー推論による直進
制御出力変化量に対応する関数を求める図であって、上
記図６乃至図８から求めたそれぞれの出力帰属度からそ
れぞれの帰属度の構成する面積を算出し、これらの面積
の重量中心を算出して、上記から算出された重量中心値
を直進制御出力変化量ΔＵd としてとる。
制御出力変化量に対応する関数を求める図であって、上
記図６乃至図８から求めたそれぞれの出力帰属度からそ
れぞれの帰属度の構成する面積を算出し、これらの面積
の重量中心を算出して、上記から算出された重量中心値
を直進制御出力変化量ΔＵd としてとる。
【００４４】ここで、図６乃至図９を参照して前記直進
制御出力変化量ΔＵd を求める過程を数値をあげて詳述
する。
制御出力変化量ΔＵd を求める過程を数値をあげて詳述
する。
【００４５】まず、図６において、ロボットの現在位置
座標がａ点に位置していると判別されると、中央処理装
置１１ではファジー変数Ｚに対する帰属度を０．７、フ
ァジー変数Ｌに対する帰属度を０．３としてとる。
座標がａ点に位置していると判別されると、中央処理装
置１１ではファジー変数Ｚに対する帰属度を０．７、フ
ァジー変数Ｌに対する帰属度を０．３としてとる。
【００４６】上記のようにファジー変数ＺとＬの帰属度
がそれぞれ求められた後、図７においてロボットの走行
方向を検出した方向角がｂ点であると判別されると、フ
ァジー変数Ｚの帰属度を０．４、ファジー変数Ｒｓの帰
属度を０．８としてとり、図８の離散形分布度に前記各
ファジー変数の帰属度を代入する。
がそれぞれ求められた後、図７においてロボットの走行
方向を検出した方向角がｂ点であると判別されると、フ
ァジー変数Ｚの帰属度を０．４、ファジー変数Ｒｓの帰
属度を０．８としてとり、図８の離散形分布度に前記各
ファジー変数の帰属度を代入する。
【００４７】上記での結果にしたがって、ファジー変数
Ｌｓは０．２５であり、Ｚは０．５、Ｒｓは０．３の値
が算出されると、上記算出された各ファジー変数値を図
８に示したテーブルに基づいてＲｓ，Ｚ，Ｌｓの面積を
求めて、その面積から重量中心が得られると、これを直
進制御出力変化量ΔＵd としてとる。
Ｌｓは０．２５であり、Ｚは０．５、Ｒｓは０．３の値
が算出されると、上記算出された各ファジー変数値を図
８に示したテーブルに基づいてＲｓ，Ｚ，Ｌｓの面積を
求めて、その面積から重量中心が得られると、これを直
進制御出力変化量ΔＵd としてとる。
【００４８】図１０は、定速走行ファジー推論手段の速
度に対する帰属度を示す図である。走行距離検出手段６
で検出された走行距離データに基づいて算出されたロボ
ットの走行速度とあらかじめ記憶された基準速度との比
較により求められた速度に対する帰属度Ｆは、「速い」
を示し、Ｚは「正常」を示し、Ｓは「遅い」を示す。
度に対する帰属度を示す図である。走行距離検出手段６
で検出された走行距離データに基づいて算出されたロボ
ットの走行速度とあらかじめ記憶された基準速度との比
較により求められた速度に対する帰属度Ｆは、「速い」
を示し、Ｚは「正常」を示し、Ｓは「遅い」を示す。
【００４９】さらに、図１１は障害物までの距離に対す
る帰属度を示す図で、障害物までの距離の帰属度Ｓは
「近い」を示し、Ｚは「普通」、Ｌは「遠い」ことを示
す。
る帰属度を示す図で、障害物までの距離の帰属度Ｓは
「近い」を示し、Ｚは「普通」、Ｌは「遠い」ことを示
す。
【００５０】また、図１２は、定速走行ファジー推論手
段の速度と障害物までの距離に対する出力ファジー関数
を離散形図表で示した図であって、出力関数、すなわ
ち、帰属度Ｓは「出力減少」、Ｚは「出力不変」、Ｂは
「出力増加」を示す。
段の速度と障害物までの距離に対する出力ファジー関数
を離散形図表で示した図であって、出力関数、すなわ
ち、帰属度Ｓは「出力減少」、Ｚは「出力不変」、Ｂは
「出力増加」を示す。
【００５１】上記において、帰属度Ｓ，Ｚ，Ｂは、中央
処理装置１１にその値があらかじめ設定されている。
処理装置１１にその値があらかじめ設定されている。
【００５２】図１３は、定速走行ファジー推論による定
速制御出力変化量に対応する関数を示す図であって、上
記図１０乃至図１２で求めた各出力帰属度からそれぞれ
の帰属度の構成する面積を算出し、これら面積の重量中
心を求めて、その求めた重量中心値を定速制御出力変化
量ΔＵf としてとる。
速制御出力変化量に対応する関数を示す図であって、上
記図１０乃至図１２で求めた各出力帰属度からそれぞれ
の帰属度の構成する面積を算出し、これら面積の重量中
心を求めて、その求めた重量中心値を定速制御出力変化
量ΔＵf としてとる。
【００５３】ここで、上記図１０乃至図１３による結果
は、前記図６乃至図９で説明したような段階の推論方法
で定速制御出力変化量ΔＵf を算出するようになる。
は、前記図６乃至図９で説明したような段階の推論方法
で定速制御出力変化量ΔＵf を算出するようになる。
【００５４】図１４は、方向角、瞬時方向角値により直
進制御出力変化量の加重値ｍを求める表である。
進制御出力変化量の加重値ｍを求める表である。
【００５５】これらの加重値は、ロボットの現在の走行
状態にしたがってそれぞれ異なるように付与されること
により、直進制御出力の効果が極大化される。
状態にしたがってそれぞれ異なるように付与されること
により、直進制御出力の効果が極大化される。
【００５６】次に、図１５及び図１６を参照して障害物
回避ファジー推論手段について述べる。
回避ファジー推論手段について述べる。
【００５７】図１５は、障害物回避ファジー推論手段の
目標走行角に対する帰属度を示す図であり、図１６は、
障害物回避ファジー推論手段の方向制御出力変化量関数
を示す図である。
目標走行角に対する帰属度を示す図であり、図１６は、
障害物回避ファジー推論手段の方向制御出力変化量関数
を示す図である。
【００５８】図１５において、Ｒｂは「右側へ大きく片
寄る」、Ｒｓは「右側へ少し片寄る」、Ｚは「片寄らな
い」、Ｌｓは「左側へ少し片寄る」、Ｌｂは「左側へ大
きく片寄る」のを示す。
寄る」、Ｒｓは「右側へ少し片寄る」、Ｚは「片寄らな
い」、Ｌｓは「左側へ少し片寄る」、Ｌｂは「左側へ大
きく片寄る」のを示す。
【００５９】ここで、現在のロボットの走行方向とはか
かわりなしに、障害物により目標走行方向が１３５°と
すれば、障害物回避ファジー推論手段２０の入力値は１
３５°となり、結果としては、Ｒｓ＝０．６６，Ｒｂ＝
０．３３を指すようになり、その他の帰属度関数などは
０となる。
かわりなしに、障害物により目標走行方向が１３５°と
すれば、障害物回避ファジー推論手段２０の入力値は１
３５°となり、結果としては、Ｒｓ＝０．６６，Ｒｂ＝
０．３３を指すようになり、その他の帰属度関数などは
０となる。
【００６０】図１６において、Ｒｂは「右側への出力を
大きく増加」、Ｒｓは「右側への出力をやや増加」、Ｚ
は「出力不変」、Ｌｓは「左側への出力をやや増加」、
Ｌｂは「左側への出力を大きく増加」させるのを示す。
大きく増加」、Ｒｓは「右側への出力をやや増加」、Ｚ
は「出力不変」、Ｌｓは「左側への出力をやや増加」、
Ｌｂは「左側への出力を大きく増加」させるのを示す。
【００６１】ここで、前記図から得られた帰属度は、そ
のまま図１６の出力帰属度関数値として適用されてＲｓ
＝０．６６，Ｒｂ＝０．３３となり、それぞれの帰属度
関数の構成する面積を算出してそれらの重量中心を求め
て、その値を方向制御出力変化量ΔＵa としてとると、
ΔＵa ＝−１．６ａとなる。また、図４の出力加重値表
によりｎ＝２を選定して方向制御出力変化量ΔＵa に掛
算すると、結果的には方向制御加重出力変化量はｎ・Δ
Ｕa ＝−３．２ａとなり、右側走行モータ３の出力を増
加させ、左側走行モータ２の出力は減少させるようにな
り、左側方向へ走行方向をかえるようになる。
のまま図１６の出力帰属度関数値として適用されてＲｓ
＝０．６６，Ｒｂ＝０．３３となり、それぞれの帰属度
関数の構成する面積を算出してそれらの重量中心を求め
て、その値を方向制御出力変化量ΔＵa としてとると、
ΔＵa ＝−１．６ａとなる。また、図４の出力加重値表
によりｎ＝２を選定して方向制御出力変化量ΔＵa に掛
算すると、結果的には方向制御加重出力変化量はｎ・Δ
Ｕa ＝−３．２ａとなり、右側走行モータ３の出力を増
加させ、左側走行モータ２の出力は減少させるようにな
り、左側方向へ走行方向をかえるようになる。
【００６２】以下、図１７及び図１８を参照して本発明
の一実施例によるロボットの自動走行方法について述べ
る。図１７及び図１８は、本発明の一実施例におけるロ
ボットの自動走行方法について説明するためのフローチ
ャートである。
の一実施例によるロボットの自動走行方法について述べ
る。図１７及び図１８は、本発明の一実施例におけるロ
ボットの自動走行方法について説明するためのフローチ
ャートである。
【００６３】ここで、Ｓはステップを示す。まず、使用
者が本発明による自走式ロボットの動作スイッチをオン
すると、ステップＳ１でロボットは初期化されて使用者
が入力した作動命令にしたがって動作を開始できる状態
になる。
者が本発明による自走式ロボットの動作スイッチをオン
すると、ステップＳ１でロボットは初期化されて使用者
が入力した作動命令にしたがって動作を開始できる状態
になる。
【００６４】つぎに、ステップＳ２で方向角検出手段９
と走行距離検出手段６によりロボットの変位、すなわ
ち、方向角、および、左及び右側移動距離に関する走行
距離を検出するとともに、障害物検出手段１０によって
は走行径路上の障害物の有無、および、障害物までの距
離を算出し、ステップＳ３で中央処理装置１１は、前記
ステップＳ２で検出された走行距離、および、方向角デ
ータに基づいて位置座標演算手段１２と方向角演算手段
１３で演算することにより、ロボットの位置座標、およ
び、絶対位置に関する方向角を算出し、障害物位置演算
手段２２では、前記障害物検出手段１０で検出された情
報を利用して障害物までの距離、および、その位置を算
出する。
と走行距離検出手段６によりロボットの変位、すなわ
ち、方向角、および、左及び右側移動距離に関する走行
距離を検出するとともに、障害物検出手段１０によって
は走行径路上の障害物の有無、および、障害物までの距
離を算出し、ステップＳ３で中央処理装置１１は、前記
ステップＳ２で検出された走行距離、および、方向角デ
ータに基づいて位置座標演算手段１２と方向角演算手段
１３で演算することにより、ロボットの位置座標、およ
び、絶対位置に関する方向角を算出し、障害物位置演算
手段２２では、前記障害物検出手段１０で検出された情
報を利用して障害物までの距離、および、その位置を算
出する。
【００６５】また、定速走行ファジー推論手段１７は、
前記走行距離検出手段６で検出されたデータと基準速度
とを比較した値に基づいて定速走行に関するファジー推
論を行いロボットの現在速度を算出する。
前記走行距離検出手段６で検出されたデータと基準速度
とを比較した値に基づいて定速走行に関するファジー推
論を行いロボットの現在速度を算出する。
【００６６】前記ステップＳ３でロボットの位置座標と
絶対位置に関する方向角データと障害物の位置、およ
び、障害物までの距離データと、ロボットの速度が算出
されると、ステップＳ４ではその検出された障害物が中
央処理装置１１にあらかじめ設定された領域、すなわ
ち、図４に示す回避領域内に存在するか否かを判別す
る。前記ステップＳ４で検出された障害物が回避領域内
に存在すると判別される場合（Ｓ４、ＹＥＳのとき）に
は、ステップＳ５に進んで前記障害物位置演算手段２２
で算出された障害物までの距離、および、その位置デー
タが障害物回避ファジー推論手段２０に入力され、該障
害物回避ファジー推論手段２０ではファジー推論により
方向制御出力変化量ΔＵa が算出される。
絶対位置に関する方向角データと障害物の位置、およ
び、障害物までの距離データと、ロボットの速度が算出
されると、ステップＳ４ではその検出された障害物が中
央処理装置１１にあらかじめ設定された領域、すなわ
ち、図４に示す回避領域内に存在するか否かを判別す
る。前記ステップＳ４で検出された障害物が回避領域内
に存在すると判別される場合（Ｓ４、ＹＥＳのとき）に
は、ステップＳ５に進んで前記障害物位置演算手段２２
で算出された障害物までの距離、および、その位置デー
タが障害物回避ファジー推論手段２０に入力され、該障
害物回避ファジー推論手段２０ではファジー推論により
方向制御出力変化量ΔＵa が算出される。
【００６７】前記ステップＳ５で、障害物回避ファジー
推論手段２０により方向制御出力変化量ΔＵa が算出さ
れると、ステップＳ６で中央処理装置１１は、第２の加
重値演算手段２１に前記ステップＳ３から算出された障
害物までの距離、および、その位置に関するデータを入
力して加重値ｎを算出させる。
推論手段２０により方向制御出力変化量ΔＵa が算出さ
れると、ステップＳ６で中央処理装置１１は、第２の加
重値演算手段２１に前記ステップＳ３から算出された障
害物までの距離、および、その位置に関するデータを入
力して加重値ｎを算出させる。
【００６８】前記ステップＳ６で第２の加重値演算手段
２１により加重値ｎデータが算出されると、ステップＳ
７で中央処理装置１１は前記算出された結果にしたがっ
て方向制御出力値を決定、すなわち、方向制御加重出力
変化量ｎ・ΔＵa を算出させる。
２１により加重値ｎデータが算出されると、ステップＳ
７で中央処理装置１１は前記算出された結果にしたがっ
て方向制御出力値を決定、すなわち、方向制御加重出力
変化量ｎ・ΔＵa を算出させる。
【００６９】前記ステップＳ７で方向制御出力値が算出
されると、ステップＳ８で中央処理装置１１は、前記ス
テップＳ３で算出された定速走行に関する演算結果に基
づいてロボットの走行速度が遅いのか、あるいは、速い
のか、あるいは、正常速度であるかを判別する。該ステ
ップＳ８でロボットの走行速度が正常速度であると判別
される場合（Ｓ８、正常のとき）には、ステップＳ９に
進む。該ステップＳ９において、中央処理装置１１は、
上記算出された結果に基づいて定速制御出力値を決定、
すなわち、定速制御出力変化量ΔＵf を算出する。
されると、ステップＳ８で中央処理装置１１は、前記ス
テップＳ３で算出された定速走行に関する演算結果に基
づいてロボットの走行速度が遅いのか、あるいは、速い
のか、あるいは、正常速度であるかを判別する。該ステ
ップＳ８でロボットの走行速度が正常速度であると判別
される場合（Ｓ８、正常のとき）には、ステップＳ９に
進む。該ステップＳ９において、中央処理装置１１は、
上記算出された結果に基づいて定速制御出力値を決定、
すなわち、定速制御出力変化量ΔＵf を算出する。
【００７０】前記ステップＳ９で定速制御出力変化量Δ
Ｕf が算出されると、ステップＳ１０で中央処理装置１
１は、上記で算出された結果に基づいて左及び右側走行
モータ２，３の制御値を決定して最終出力制御値を出力
する。
Ｕf が算出されると、ステップＳ１０で中央処理装置１
１は、上記で算出された結果に基づいて左及び右側走行
モータ２，３の制御値を決定して最終出力制御値を出力
する。
【００７１】すなわち、上記のように、それぞれ算出さ
れた方向制御加重出力変化量ｎ・ΔＵa 、および、走行
モータの定速制御出力変化量ΔＵf は、以前の左及び右
側走行モータの出力量Ｕl(Ｋ−１），Ｕr(Ｋ−１）と演
算されて、下記のように最終出力制御値、すなわち、最
終出力量が算出される。
れた方向制御加重出力変化量ｎ・ΔＵa 、および、走行
モータの定速制御出力変化量ΔＵf は、以前の左及び右
側走行モータの出力量Ｕl(Ｋ−１），Ｕr(Ｋ−１）と演
算されて、下記のように最終出力制御値、すなわち、最
終出力量が算出される。
【００７２】上記の最終出力量において、左側走行モー
タ２の出力量Ｕl(Ｋ）は、
タ２の出力量Ｕl(Ｋ）は、
【数３】Ｕl(Ｋ）＝Ｕl(Ｋ−１）＋ｎ・ΔＵa ＋ΔＵf
であり（ただし、Ｋは整数）、右側走行モータ２の出力
量Ｕr(Ｋ）は、Ｕr(Ｋ）＝Ｕr(Ｋ−１）−ｎ・ΔＵa ＋
ΔＵf である（ただし、Ｋは整数）。
であり（ただし、Ｋは整数）、右側走行モータ２の出力
量Ｕr(Ｋ）は、Ｕr(Ｋ）＝Ｕr(Ｋ−１）−ｎ・ΔＵa ＋
ΔＵf である（ただし、Ｋは整数）。
【００７３】ここで、該決定された左及び右側走行モー
タ２，３の出力量は、左及び右側走行モータ駆動制御手
段４，５でそれぞれパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生
させて左及び右側走行モータ２，３を駆動するためのデ
ータである。
タ２，３の出力量は、左及び右側走行モータ駆動制御手
段４，５でそれぞれパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生
させて左及び右側走行モータ２，３を駆動するためのデ
ータである。
【００７４】前記ステップＳ１０で最終制御値が出力さ
れると、ステップＳ１１で中央処理装置１１はロボット
を継続走行させるか否かを判別して継続走行させるべき
と判別される場合（Ｓ１１、ＹＥＳのとき）には、前記
ステップＳ２以下の動作を行い、継続走行させないと判
別される場合（Ｓ１１、ＮＯのとき）には、自走式移動
ロボットの自動走行を終了する。
れると、ステップＳ１１で中央処理装置１１はロボット
を継続走行させるか否かを判別して継続走行させるべき
と判別される場合（Ｓ１１、ＹＥＳのとき）には、前記
ステップＳ２以下の動作を行い、継続走行させないと判
別される場合（Ｓ１１、ＮＯのとき）には、自走式移動
ロボットの自動走行を終了する。
【００７５】一方、前記ステップＳ８でロボットの走行
速度が遅いと判別される場合（Ｓ８、遅い）には、ステ
ップＳ１２に進む。該ステップＳ１２において、中央処
理装置１１は、左側走行モータ駆動手段４、および、右
側走行モータ駆動手段５を制御して駆動手段１を制御
し、左及び右側走行モータ２，３の出力値を増加させて
左及び右側駆動輪の回転速度を増加させてから、前記ス
テップＳ９以下の動作を行う。
速度が遅いと判別される場合（Ｓ８、遅い）には、ステ
ップＳ１２に進む。該ステップＳ１２において、中央処
理装置１１は、左側走行モータ駆動手段４、および、右
側走行モータ駆動手段５を制御して駆動手段１を制御
し、左及び右側走行モータ２，３の出力値を増加させて
左及び右側駆動輪の回転速度を増加させてから、前記ス
テップＳ９以下の動作を行う。
【００７６】一方、前記ステップＳ８でロボットの走行
速度が速いと判別される場合（Ｓ８、速い）には、ステ
ップＳ１３に進む。該ステップＳ１３において中央処理
装置１１は、左及び右側走行モータ２，３の出力値を減
少させて左及び右側駆動輪の回転速度を減少させてか
ら、前記ステップＳ９以下の動作を行う。
速度が速いと判別される場合（Ｓ８、速い）には、ステ
ップＳ１３に進む。該ステップＳ１３において中央処理
装置１１は、左及び右側走行モータ２，３の出力値を減
少させて左及び右側駆動輪の回転速度を減少させてか
ら、前記ステップＳ９以下の動作を行う。
【００７７】一方、前記ステップＳ４で障害物が回避領
域内に存在しないと判別される場合（Ｓ４、ＮＯのと
き）には、ステップＳ１４に進む。該ステップＳ１４に
おいて、中央処理装置１１は、前記ステップＳ２及びス
テップＳ３で算出されたデータを利用して直進走行に関
する誤差演算を行うことにより、上記で検出された位置
座標、および、絶対位置に関する方向角データは、ファ
ジールールにしたがって直進走行に関するファジー推論
を行う直進走行ファジー推論手段１４に入力され、該直
進走行ファジー推論手段１４ではファジー推論により直
進制御出力変化量ΔＵd が算出される。
域内に存在しないと判別される場合（Ｓ４、ＮＯのと
き）には、ステップＳ１４に進む。該ステップＳ１４に
おいて、中央処理装置１１は、前記ステップＳ２及びス
テップＳ３で算出されたデータを利用して直進走行に関
する誤差演算を行うことにより、上記で検出された位置
座標、および、絶対位置に関する方向角データは、ファ
ジールールにしたがって直進走行に関するファジー推論
を行う直進走行ファジー推論手段１４に入力され、該直
進走行ファジー推論手段１４ではファジー推論により直
進制御出力変化量ΔＵd が算出される。
【００７８】すなわち、図６及び図７に示されたグラフ
に基づいて位置座標と方向角に対する帰属度関数を求め
て、図８に示す離散形分布度に基づいてその結果が算出
される。
に基づいて位置座標と方向角に対する帰属度関数を求め
て、図８に示す離散形分布度に基づいてその結果が算出
される。
【００７９】上記算出された結果にしたがって図９に示
すように、それぞれの帰属度の構成する面積を求めてこ
れら面積の重量中心が求められると、その結果として直
進制御出力変化量ΔＵd が算出される。
すように、それぞれの帰属度の構成する面積を求めてこ
れら面積の重量中心が求められると、その結果として直
進制御出力変化量ΔＵd が算出される。
【００８０】また、中央処理装置１１は、左側距離感知
センサ７、および、右側距離感知センサ８とからなる走
行距離検出手段６を介して走行距離を検出し、定速走行
ファジー推論手段１７では障害物検出手段１０から検出
されたデータ、および、前記走行距離検出手段６から検
出された左及び右側走行モータ２，３の走行距離のデー
タと基準速度とを比較演算した値が入力されて定速走行
に関するファジー推論を行い走行モータの定速制御出力
変化量ΔＵf を算出させる。
センサ７、および、右側距離感知センサ８とからなる走
行距離検出手段６を介して走行距離を検出し、定速走行
ファジー推論手段１７では障害物検出手段１０から検出
されたデータ、および、前記走行距離検出手段６から検
出された左及び右側走行モータ２，３の走行距離のデー
タと基準速度とを比較演算した値が入力されて定速走行
に関するファジー推論を行い走行モータの定速制御出力
変化量ΔＵf を算出させる。
【００８１】すなわち、図１０及び図１１に示されたグ
ラフに基づいて速度、および、走行距離に対する帰属度
を求めて、図１２に示す離散形分布図に基づいてその結
果が算出される。
ラフに基づいて速度、および、走行距離に対する帰属度
を求めて、図１２に示す離散形分布図に基づいてその結
果が算出される。
【００８２】上記算出された結果にしたがって図１３に
示すように、それぞれの帰属度の構成する面積を求めて
これら面積の重量中心を求めて、その結果として走行モ
ータの定速制御出力値変化量ΔＵf が算出される。
示すように、それぞれの帰属度の構成する面積を求めて
これら面積の重量中心を求めて、その結果として走行モ
ータの定速制御出力値変化量ΔＵf が算出される。
【００８３】上記ステップＳ１４で直進走行、および、
定速走行に関する誤差演算を行い、その結果が算出され
ると、ステップＳ１５に進む。該ステップＳ１５におい
て中央処理装置１１は、上記で算出された直進走行に関
する誤差演算結果にしたがってロボットの走行方向がい
ずれかの方へ片寄っているか、すなわち、走行方向が左
側、あるいは、右側へ片寄っているか、あるいは、正常
軌道なるかを判別する。
定速走行に関する誤差演算を行い、その結果が算出され
ると、ステップＳ１５に進む。該ステップＳ１５におい
て中央処理装置１１は、上記で算出された直進走行に関
する誤差演算結果にしたがってロボットの走行方向がい
ずれかの方へ片寄っているか、すなわち、走行方向が左
側、あるいは、右側へ片寄っているか、あるいは、正常
軌道なるかを判別する。
【００８４】該ステップＳ１５でロボットが正常軌道を
走行していると判別される場合（Ｓ１５、正常のとき）
には、ステップＳ１６に進む。該ステップＳ１６におい
て、中央処理装置１１は第１の加重値演算手段１６を介
して前記ステップＳ３で算出された位置座標、および、
絶対位置に関する方向角データと前記方向角検出手段９
から検出されたデータに基づいて加重値ｍを算出する。
走行していると判別される場合（Ｓ１５、正常のとき）
には、ステップＳ１６に進む。該ステップＳ１６におい
て、中央処理装置１１は第１の加重値演算手段１６を介
して前記ステップＳ３で算出された位置座標、および、
絶対位置に関する方向角データと前記方向角検出手段９
から検出されたデータに基づいて加重値ｍを算出する。
【００８５】前記ステップＳ１６において第１の加重値
演算手段１６で加重値ｍデータが算出されると、ステッ
プＳ１７で中央処理装置１１は前記算出された結果にし
たがって直進制御出力値を決定、すなわち、直進制御加
重出力変化量ｍ・ΔＵd を算出してから、前記ステップ
Ｓ８以下の動作を行う。
演算手段１６で加重値ｍデータが算出されると、ステッ
プＳ１７で中央処理装置１１は前記算出された結果にし
たがって直進制御出力値を決定、すなわち、直進制御加
重出力変化量ｍ・ΔＵd を算出してから、前記ステップ
Ｓ８以下の動作を行う。
【００８６】ここで、障害物が回避領域内に存在してな
い場合の直進走行に関する最終出力量を説明すると、左
側走行モータ２の出力量Ｕl(Ｋ）は、
い場合の直進走行に関する最終出力量を説明すると、左
側走行モータ２の出力量Ｕl(Ｋ）は、
【数４】Ｕl(Ｋ）＝Ｕl(Ｋ−１）＋ｍ・ΔＵd ＋ΔＵf
であり（ただし、Ｋは整数）、右側走行モータ２の出力
量Ｕr(Ｋ）は、Ｕr(Ｋ）＝Ｕr(Ｋ−１）−ｍ・ΔＵd ＋
ΔＵf である（ただし、Ｋは整数）。
であり（ただし、Ｋは整数）、右側走行モータ２の出力
量Ｕr(Ｋ）は、Ｕr(Ｋ）＝Ｕr(Ｋ−１）−ｍ・ΔＵd ＋
ΔＵf である（ただし、Ｋは整数）。
【００８７】ここで、前記決定された左及び右側走行モ
ータ２，３の出力量は、左及び右側走行モータ駆動制御
手段４，５にそれぞれパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発
生させて左及び右側走行モータ２，３を駆動する。
ータ２，３の出力量は、左及び右側走行モータ駆動制御
手段４，５にそれぞれパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発
生させて左及び右側走行モータ２，３を駆動する。
【００８８】一方、前記ステップＳ１５で中央処理装置
１１の演算結果にしたがってロボットの走行方向が左側
へ片寄っていると判別される場合（Ｓ１５、左側のと
き）には、ステップＳ１８に進む。該ステップＳ１８に
おいて中央処理装置１１は、前記算出された直進走行に
関するデータにしたがって左側走行モータ駆動制御手段
４を制御して左側走行モータ２の出力を増加させ、左側
駆動輪の回転速度を増加させるとともに、右側走行モー
タ駆動制御手段５を制御して右側走行モータ３の出力を
減少させる。そして、前記ステップＳ１６以下の動作に
進む。
１１の演算結果にしたがってロボットの走行方向が左側
へ片寄っていると判別される場合（Ｓ１５、左側のと
き）には、ステップＳ１８に進む。該ステップＳ１８に
おいて中央処理装置１１は、前記算出された直進走行に
関するデータにしたがって左側走行モータ駆動制御手段
４を制御して左側走行モータ２の出力を増加させ、左側
駆動輪の回転速度を増加させるとともに、右側走行モー
タ駆動制御手段５を制御して右側走行モータ３の出力を
減少させる。そして、前記ステップＳ１６以下の動作に
進む。
【００８９】一方、前記ステップＳ１５で中央処理装置
１１の演算結果にしたがってロボットの走行方向が右側
へ片寄っていると判別される場合（Ｓ１５、右側のと
き）には、ステップＳ１９に進む。該ステップＳ１９に
おいて中央処理装置１１は、前記算出された直進走行に
関するデータにしたがって右側走行モータ駆動制御手段
５を制御して右側走行モータ３の出力を増加させ、右側
駆動輪の回転速度を増加させるとともに、左側走行モー
タ駆動制御手段４を制御して左側走行モータ２の出力を
減少させる。そして、前記ステップＳ１６以下の動作に
進む。
１１の演算結果にしたがってロボットの走行方向が右側
へ片寄っていると判別される場合（Ｓ１５、右側のと
き）には、ステップＳ１９に進む。該ステップＳ１９に
おいて中央処理装置１１は、前記算出された直進走行に
関するデータにしたがって右側走行モータ駆動制御手段
５を制御して右側走行モータ３の出力を増加させ、右側
駆動輪の回転速度を増加させるとともに、左側走行モー
タ駆動制御手段４を制御して左側走行モータ２の出力を
減少させる。そして、前記ステップＳ１６以下の動作に
進む。
【００９０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
るロボットの自動走行制御装置、および、その方法によ
れば、直進距離を移動する際、走行車輪の移動距離、お
よび、ロボットの方向と障害物に関する情報を利用して
ファジー推論を行うことにより、直進走行時に正常軌道
から逸脱せずに走行速度を保持して目標地点まで正確に
走行できるという優れた効果を有する。
るロボットの自動走行制御装置、および、その方法によ
れば、直進距離を移動する際、走行車輪の移動距離、お
よび、ロボットの方向と障害物に関する情報を利用して
ファジー推論を行うことにより、直進走行時に正常軌道
から逸脱せずに走行速度を保持して目標地点まで正確に
走行できるという優れた効果を有する。
【図１】本発明の一実施例におけるロボットの自動走行
制御装置のブロック図である。
制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施例におけるロボットの直進走行
に関するファジー推論装置の構成図である。
に関するファジー推論装置の構成図である。
【図３】本発明の一実施例におけるロボットの障害物回
避走行に関するファジー推論装置の構成図である。
避走行に関するファジー推論装置の構成図である。
【図４】本発明の一実施例における障害物に対する重要
度、および、出力加重値を求める図である。
度、および、出力加重値を求める図である。
【図５】本発明の一実施例における障害物の方向による
目標走行方向を求める図である。
目標走行方向を求める図である。
【図６】直進走行ファジー推論手段の位置座標に対する
帰属度を示す図である。
帰属度を示す図である。
【図７】直進走行ファジー推論手段の方向角に対する帰
属度を示す図である。
属度を示す図である。
【図８】直進走行ファジー推論手段の方向角と位置座標
に対する出力ファジー関数を離散形で表す図表である。
に対する出力ファジー関数を離散形で表す図表である。
【図９】直進走行ファジー推論による直進制御出力変化
量に対応する関数を示す図である。
量に対応する関数を示す図である。
【図１０】定速走行ファジー推論手段の速度に対する帰
属度を示す図である。
属度を示す図である。
【図１１】定速走行ファジー推論手段の障害物距離に対
する帰属度を示す図である。
する帰属度を示す図である。
【図１２】定速走行ファジー推論手段の速度と障害物ま
での距離に対する出力ファジー関数を離散形で示す図表
である。
での距離に対する出力ファジー関数を離散形で示す図表
である。
【図１３】定速走行ファジー推論による定速制御出力変
化量に対応する関数を示す図である。
化量に対応する関数を示す図である。
【図１４】ファジー推論による直進制御出力変化量の加
重値を求める図である。
重値を求める図である。
【図１５】障害物回避ファジー推論手段の目標走行角に
対する帰属度を示す図である。
対する帰属度を示す図である。
【図１６】障害物回避ファジー推論手段の方向制御出力
変化量に対応する関数を示す図である。
変化量に対応する関数を示す図である。
【図１７】本発明の一実施例におけるロボットの自動走
行制御方法の説明のためのフローチャートである。
行制御方法の説明のためのフローチャートである。
【図１８】本発明の一実施例におけるロボットの自動走
行制御方法の説明のためのフローチャートである。
行制御方法の説明のためのフローチャートである。
１ 駆動制御手段 ２ 左側走行モータ ３ 右側走行モータ ６ 走行距離検出手段 ７，８ 距離感知センサ ９ 方向角検出手段 １０ 障害物検出手段 １１ 中央処理装置（ＣＰＵ） １４ 直進走行ファジー推論手段 １７ 定速走行ファジー推論手段 ２０ 障害物回避ファジー推論手段 ２２ 障害物位置演算手段
Claims (6)
- 【請求項１】 ロボットの走行距離を検出する走行距離
検出手段と、走行方向の変化を検出する方向角検出手段
と、前記走行距離検出手段及び方向角検出手段により検
出された情報に基づいてロボットの現在の絶対位置を演
算する位置識別手段と、ロボットの周囲の障害物の有無
と障害物までの距離を感知する障害物検出手段と、前記
方向角検出手段、および、障害物検出手段から得られた
情報を利用してロボットの相対位置を算出する障害物位
置演算手段と、該障害物位置演算手段から得られた情報
を利用してロボットの走行方向を決定するためのファジ
ー推論を行う障害物回避ファジー推論手段と、前記位置
識別手段から得られた情報を利用してロボットの直進走
行に関するファジー推論を行う直進走行ファジー推論手
段と、前記位置識別手段と方向角検出手段とから得られ
た情報を利用してロボットの直進走行制御を補償する加
重値を算出して出力する加重値演算手段と、前記走行距
離検出手段から得られた走行速度データと、前記障害物
検出手段から得られた障害物までの距離データを利用し
てロボットの速度制御に関するファジー推論を行う定速
走行ファジー推論手段と、前記それぞれの演算とファジ
ー推論を行い得られた結果によりロボットの移動を制御
する駆動制御手段とからなるロボットの自動走行制御装
置。 - 【請求項２】 ロボットが初期化されて動作を開始する
と、左及び右側駆動輪の走行距離、ロボットの出発点か
らみた目標地点の方向を基準角度として前記基準角度か
らのロボットの走行方向角度の変化を表す変位角、及び
障害物の有無を検出して、ロボットの位置座標、ロボッ
トの走行方向角、及び障害物までの距離を算出した後
に、障害物の回避領域内での存在の有無を判別する障害
物位置判別ステップと、該障害物位置判別ステップで障
害物が回避領域内に存在すると判別される場合には、ロ
ボットの最終走行方向、および、障害物回避走行に関す
る加重値ｎを演算して、方向制御出力値を決定してか
ら、走行速度が速いのか、あるいは、遅いのか、あるい
は正常速度であるかを判別する走行速度判別ステップ
と、該走行速度判別ステップでロボットの走行速度が正
常であると判別される場合には、ロボットの現在の走行
速度と予め設定された基準速度との差、及び障害物まで
の距離を入力情報とする予め定められたファジー推論法
によって定速制御出力値を算出し、該算出された値によ
って最終モータ駆動制御出力値を出力してから、ロボッ
トがつづけて走行すべきかを判別し、つづけて走行しな
いと判別される場合には、ロボットの自動走行を停止す
る継続走行判別ステップとからなることを特徴とするロ
ボットの自動走行制御方法。 - 【請求項３】 前記走行速度判別ステップでロボットの
走行速度が遅いと判別される場合には、左及び右側モー
タの出力値を増加させてから、定速制御出力値を決定す
る左及び右側モータ出力値増加ステップを更に有するこ
とを特徴とする請求項２記載のロボットの自動走行制御
方法。 - 【請求項４】 前記走行速度判別ステップでロボットの
走行速度が速いと判別される場合には、左及び右側モー
タの出力値を減少させてから、定速制御出力値を決定す
る左及び右側モータ出力値減少ステップを更に有するこ
とを特徴とする請求項２記載のロボットの自動走行制御
方法。 - 【請求項５】 前記障害物位置判別ステップで障害物が
回避領域内に存在しないと判別される場合には、位置と
方向角、および、速度に関する誤差演算を行ってから、
ロボットの走行方向がいずれの方へ片寄っているかを判
別する走行方向判別ステップと、該走行方向判別ステッ
プでロボットの走行方向が正常であると判別される場合
には、直進走行に関する加重値ｍを演算し、直進制御出
力値を決定してから、走行速度が速いのか、あるいは、
遅いのか、あるいは、正常であるのかを判別する走行速
度判別ステップ以下の動作を行うことを特徴とする請求
項２記載のロボットの自動走行制御方法。 - 【請求項６】 前記走行方向判別ステップは、ロボット
の走行方向が左側へ片寄っていると判別される場合に
は、左側駆動モータの出力値を増加させるとともに、右
側駆動モータの出力値を減少させてから、直進走行に関
する加重値ｍを演算する左側モータ出力値増加ステップ
と、前記走行方向判別ステップでロボットの走行方向が
右側へ片寄っていると判別される場合には、右側駆動モ
ータの出力値を増加させるとともに、左側駆動モータの
出力値を減少させてから、直進走行に関する加重値ｍを
演算する右側モータ出力値増加ステップとからなること
を特徴とする請求項２記載のロボットの自動走行制御方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/458,807 US5781697A (en) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | Method and apparatus for automatic running control of a robot |
| JP7155843A JP2878622B2 (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-22 | ロボットの自動走行制御装置およびその方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/458,807 US5781697A (en) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | Method and apparatus for automatic running control of a robot |
| JP7155843A JP2878622B2 (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-22 | ロボットの自動走行制御装置およびその方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH096434A JPH096434A (ja) | 1997-01-10 |
| JP2878622B2 true JP2878622B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=26483748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7155843A Expired - Fee Related JP2878622B2 (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-22 | ロボットの自動走行制御装置およびその方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5781697A (ja) |
| JP (1) | JP2878622B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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