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
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0255—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals
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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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---|---|---|---|---|
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