JP7045829B2

JP7045829B2 - 移動ロボットの制御システム、移動ロボットの制御方法

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Publication number: JP7045829B2
Application number: JP2017205748A
Authority: JP
Inventors: 斉北野; 隆内藤
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2037-10-25
Also published as: JP2019079276A; TW201923500A; WO2019082502A1

Description

本発明は、移動ロボットの制御システムと、移動ロボットの制御方法に関するものである。

従来から、自律移動する移動ロボットを誘導するために、ビーコンなどの発信器が用いられている。例えば、移動ロボットとしての掃除ロボットは、充電器に設けられたビーコンから発せられる信号に基づいて、充電器に向けて移動して充電器から電力の供給を受ける動作を行っている。また、下記特許文献１に記載の移動作業ロボットは、ビーコンから発せられる信号に基づいて、基準となる位置を検出し、移動を制御している。

このような移動ロボットは、近年その活用範囲を拡大している。例えば、工場内や物流倉庫などで使用される無人搬送車や、施設、ホール、空港などの公共施設内でのサービスロボットは、移動ロボット活用の一例である。

特開２００２－０７３１７０号公報

ところで、ビーコンなどの発信器を用いた移動ロボットの制御システムは、移動ロボットの活用範囲が拡大するとビーコンの設置数が増大し、複雑な運用制御が求められることから、非常に高額なシステムとなってしまう。この対策としては、ビーコンの数を減らしてコスト削減を図ることが考えられるが、ビーコン間の距離が長くなるとビーコン検出センサの分解能が低下するので、移動ロボットの停止位置精度が低下するという課題が存在していた。

本発明は、上述した従来技術に存在する課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、ビーコン誘導とライン誘導とを組み合わせた制御システムおよび制御方法を提案することで、システム構成を簡易化してコスト削減を図ることができるとともに、位置決め精度を向上させることが可能な移動ロボットの制御システムと、移動ロボットの制御方法を提供することにある。

本発明に係る移動ロボットの制御システムは、移動ロボットの移動速度と進行方向とを変更する駆動部と、目標地点までの移動経路に沿って複数配置された第一被検出体を検出する第一検出部と、目標地点での移動ロボットの停止位置を示す少なくとも１つの第二被検出体を検出する第二検出部と、前記第一検出部により検出された前記第一被検出体までの距離と方向とを取得し、前記第一被検出体までの距離と方向とが予め定められた関係を満たす進行方向を算出し、算出した進行方向に基づいて前記駆動部を駆動制御するとともに、前記第二検出部により検出された第二被検出体の形状情報を取得し、前記第二被検出体が示す停止位置を検出したときに前記駆動部を停止制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記移動ロボットが目標地点への移動を開始するときには前記第一被検出体を検出する前記第一検出部を用いた前記駆動部による駆動制御を実行し、前記移動ロボットが目標地点に対して予め設定された所定の距離に到達したときには前記第二被検出体を検出する前記第二検出部を用いた前記駆動部による停止制御に切り替える制御を実行し、前記第二被検出体と前記第二検出部がラインテープとライン検出部として構成され、ラインテープとして構成される前記第二被検出体は、前記移動ロボットの移動方向に沿って延びる直線案内形状部と、当該直線案内形状部に直交する方向の直交停止形状部で構成されることを特徴とするものである。

また、本発明に係る移動ロボットの制御方法は、移動ロボットの移動速度と進行方向とを変更する駆動部と、目標地点までの移動経路に沿って複数配置された第一被検出体を検出する第一検出部と、目標地点での移動ロボットの停止位置を示す少なくとも１つの第二被検出体を検出する第二検出部と、を備え、前記第二被検出体と前記第二検出部がラインテープとライン検出部として構成され、ラインテープとして構成される前記第二被検出体は、前記移動ロボットの移動方向に沿って延びる直線案内形状部と、当該直線案内形状部に直交する方向の直交停止形状部で構成される移動ロボットの制御方法であって、前記第一検出部により検出された前記第一被検出体までの距離と方向とを取得する第１のステップと、前記第一被検出体までの距離と方向とが予め定められた関係を満たす進行方向を算出する第２のステップと、算出した進行方向に基づいて前記駆動部を駆動制御する第３のステップと、前記第二検出部により検出された第二被検出体の形状情報を取得する第４のステップと、前記第二被検出体が示す停止位置を検出したときに前記駆動部を停止制御する第５のステップと、を含む処理を実行し、さらに、前記移動ロボットが目標地点への移動を開始するときには前記第一被検出体を検出する前記第一検出部を用いた前記駆動部による駆動制御を実行し、前記移動ロボットが目標地点に対して予め設定された所定の距離に到達したときには前記第二被検出体を検出する前記第二検出部を用いた前記駆動部による停止制御に切り替える制御を実行することを特徴とするものである。

本発明によれば、ビーコン誘導とライン誘導とを組み合わせた制御システムおよび制御方法を提案することで、システム構成を簡易化してコスト削減を図ることができるとともに、位置決め精度を向上させることが可能な移動ロボットの制御システムと、移動ロボットの制御方法を提供することができる。

本実施形態に係る移動ロボットの移動例を示す図である。本実施形態に係る移動ロボットの構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る制御部の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る移動経路記憶部に記憶されているテーブルの一例を示す図である。本実施形態に係る駆動制御部におけるビーコン情報に基づいた制御に係る構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る駆動制御部において算出される補正角Δθを示す図である。本実施形態に係る移動ロボットの停止制御を説明する図である。本実施形態に係る制御部による制御処理内容を示すフローチャートである。移動ロボットが移動する通路に交差点が存在する場合のビーコンとラインテープの配置例を示す図である。移動ロボットが移動する通路に交差点が存在する場合のビーコンとラインテープの配置例を示す図である。ラインテープの多様な形態例を示す図である。ラインテープの多様な形態例を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る移動ロボット１の移動例を示す図である。移動ロボット１は、通路を定める境界３（３－１，３－２）に沿って配置される第一被検出体としてのビーコン２（２－１，２－２）を検出し、検出したビーコン２の位置に基づいて、境界３から一定の距離を保ちながら目的地点に向かって移動する。発信器としてのビーコン２には、それぞれを一意に識別するビーコンＩＤが割り当てられている。ビーコン２は、例えば、ビーコンＩＤを示す信号を含む赤外線の信号を発信するものであり、その赤外線の信号における周期的な変化により表される。通路を定める境界３は、例えば壁や間仕切りや白線ラインなどといったものである。

また、移動ロボット１は、予め設定された停止位置の近傍になると、ビーコン２から発信される信号に基づいて移動するビーコン誘導制御から、通路上に配置された第二被検出体としてのラインテープ４を検出し、検出したラインテープ４の形状情報に基づいて目標地点で停止を行うライン誘導制御へと切り替えを行う。ラインテープ４は、例えば磁気テープなどといったものであり、その形状は、略Ｔ字形をして構成されている。

図１に示す移動例では、移動ロボット１の進行方向に対して左側の境界３－１から一定の距離保って移動ロボット１が移動する。移動ロボット１は、境界３－１から一定の距離Ｘｒｅｆを保つために、検出したビーコン２－１までの距離Ｚと方向θとを取得し、距離Ｚと方向θとが予め定められた条件を満たす進行方向を算出する。移動ロボット１は、算出した進行方向に移動する。方向θは、移動ロボット１の進行方向と、検出されたビーコン２－１の方向とが成す角である。予め定められた条件を満たす進行方向は、方向θがａｒｃｓｉｎ（Ｘｒｅｆ／Ｚ）となる進行方向である。移動ロボット１は、ビーコン２－１までの距離Ｚが予め定められた切替閾値より近くなると、目標をビーコン２－２に切り替えて移動する。移動ロボット１からの距離が切替閾値より近い範囲を切替範囲という。

また、図１に示す移動例では、移動ロボット１がビーコン２－２の近傍位置で停止するように設定されており、ビーコン２－２の近傍に配置されたラインテープ４を利用して、移動ロボット１の停止が実行される。移動ロボット１は、ビーコン２－２までの距離Ｚを認識できるので、この距離Ｚに基づいて、ビーコン誘導制御からライン誘導制御への切り替えが実行可能である。ラインテープ４は、移動ロボットの移動方向に沿って延びる直線案内形状部４１と、当該直線案内形状部４１に直交する方向の直交停止形状部４２で構成されることで略Ｔ字形を成しており、移動ロボット１が直線案内形状部４１を検出することでライン誘導制御による移動が行われ、直交停止形状部４２を検出することで移動ロボット１の停止が行われる。

次に、図２を参照して本実施形態に係る移動ロボット１の具体的な構成例を説明する。ここで、図２は、本実施形態に係る移動ロボット１の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る移動ロボット１は、駆動部１１と、ビーコン・ライン検出部１２と、制御部１３とを備える。

駆動部１１は、駆動輪１１１，１１２と、モータ１１３，１１４と、モータ制御部１１５とを備える。駆動輪１１１は、移動ロボット１の進行方向に対して左側に備えられる。駆動輪１１２は、移動ロボット１の進行方向に対して右側に備えられる。モータ１１３は、モータ制御部１１５の制御に応じて、駆動輪１１１を回転させる。モータ１１４は、モータ制御部１１５の制御に応じて、駆動輪１１２を回転させる。モータ制御部１１５は、制御部１３から入力されるモータ１１３，１１４それぞれに対する角速度指令値に基づいて、モータ１１３，１１４に対して電力を供給する。

モータ１１３，１１４がモータ制御部１１５から供給される電力に応じた角速度で回転することにより、移動ロボット１が前進又は後進する。また、モータ１１３，１１４の角速度に差を生じさせることにより、移動ロボット１の進行方向が変更される。例えば、前進の際に左側の駆動輪１１１の角速度を右側の駆動輪１１２の角速度より大きくすることにより、移動ロボット１は右旋回しながら移動する。また、駆動輪１１１，１１２それぞれを逆向きに回転させることにより、移動ロボット１は位置を変えずに旋回する。なお、移動ロボット１は、移動ロボット１の姿勢を安定させるために、駆動輪１１１，１１２以外の車輪を有していてもよい。

ビーコン・ライン検出部１２は、第一検出部であるビーコン検出部としての赤外線センサ１２１，１２２と、算出部１２３と、第二検出部であるライン検出部としてのライン検出センサ１２４とを備える。赤外線センサ１２１は、移動ロボット１の前面の左側に取り付けられ、移動ロボット１の前面側に位置するビーコン２から発信される赤外線の信号を検出する。赤外線センサ１２２は、移動ロボット１の前面の右側に取り付けられ、移動ロボット１の前面側に位置するビーコン２から発信される赤外線の信号を検出する。赤外線センサ１２１，１２２は、移動ロボット１の中心を通る正面方向の直線に対して対称に、移動ロボット１の筐体に取り付けられる。赤外線センサ１２１，１２２には、例えば赤外線フィルタを組み合わせた撮像素子が用いられる。赤外線センサ１２１，１２２により撮像される画像における輝度の変化を検出することにより、ビーコン２が検出される。

ライン検出センサ１２４は、例えば、移動ロボット１の前面の中央位置に取り付けられ、移動ロボット１の移動方向前方側に位置するとともに移動ロボット１の移動に従って移動ロボット１の下方に位置することとなるラインテープ４を検出する。ライン検出センサ１２４には、例えば磁気センサを採用し、また、ラインテープ４を磁気テープとすることで、ライン検出センサ１２４によるラインテープ４の検出が可能となる。また例えば、ライン検出センサ１２４を２個の磁気センサによって構成し、これら２個の磁気センサを移動ロボット１の前面の中央位置において左右横並びで所定間隔を隔てて配置することで、略Ｔ字形状で形成されたラインテープ４の形状情報を把握することが可能となる。つまり、ラインテープ４の直線案内形状部４１については２個の磁気センサのうちのいずれか一方で検出するとともに、ラインテープ４の直交停止形状部４２については２個の磁気センサの両方で検出することで、移動ロボット１の停止位置として設定されるラインテープ４の直交停止形状部４２が検出可能となる。

算出部１２３は、一方の赤外線センサ１２１により撮像された画像における目標のビーコン２の位置と、他方の赤外線センサ１２２により撮像された画像における目標のビーコン２の位置との差に基づいて、移動ロボット１からビーコン２までの距離Ｚと角度θとを算出する。算出部１２３は、赤外線センサ１２１，１２２により撮像される画像に複数のビーコン２から発信される信号が含まれる場合、目標とするビーコン２のビーコンＩＤを検出し、目標とするビーコン２までの距離Ｚと角度θとを算出する。ビーコンＩＤの検出は、例えば、時系列に連続する画像においてビーコンＩＤに対応する信号の周期的な変化を検出することにより行われる。算出部１２３は、算出した距離Ｚおよび方向θとビーコンＩＤとを含むビーコン情報を制御部１３へ出力する。算出される距離Ｚは、赤外線センサ１２１と赤外線センサ１２２とを結ぶ線分上の中心からの距離である。赤外線センサ１２１と赤外線センサ１２２とを結ぶ線分が移動ロボット１の進行方向に対して直交するように、赤外線センサ１２１，１２２が取り付けられていると、算出部１２３における演算負荷を軽減できる。

また、算出部１２３は、ライン検出センサ１２４によって検出されるラインテープ４の検出結果に基づき判断できるラインテープ４の形状情報を算出し、このラインテープ４の形状情報を制御部１３へ出力する。

制御部１３は、ビーコン・ライン検出部１２から取得するビーコン情報およびラインテープ４の形状情報に基づいて、駆動部１１を制御する。図３は、本実施形態に係る制御部１３の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る制御部１３は、移動経路記憶部１３１と、ビーコン・ライン選択部１３２と、駆動制御部１３３とを備える。移動経路記憶部１３１には、移動ロボット１の移動経路に沿って配置された複数のビーコン２に関する属性情報を含むテーブルが予め記憶されている。ビーコン・ライン選択部１３２は、移動経路記憶部１３１に記憶されているテーブルに基づいて、目標とするビーコン２のビーコンＩＤをビーコン・ライン検出部１２へ出力する。ビーコン・ライン選択部１３２は、ビーコン・ライン検出部１２から入力されるビーコン情報に基づいて、目標とするビーコン２を切り替えるか否かを判定する。ビーコン・ライン選択部１３２は、目標とするビーコン２を切り替える場合、現在の目標とするビーコン２の次のビーコン２をテーブルから選択する。

また、ビーコン・ライン選択部１３２は、ビーコン・ライン検出部１２から取得するビーコン情報に基づいて、ビーコン誘導制御からライン誘導制御への切り替えを実行するか否かを判定し、ビーコン誘導制御からライン誘導制御への切り替えを実行すると判定した場合には、ビーコン・ライン検出部１２に対して切り替え指令を送信する。

駆動制御部１３３は、ビーコン・ライン検出部１２から出力されるビーコン情報およびラインテープ４の形状情報に基づいて、移動経路記憶部１３１に記憶されているテーブルから属性情報および制御情報を読み出す。属性情報は、目標とするビーコン２に関する情報である。制御情報は、目標とするビーコン２に紐付けられた制御を示す情報である。ビーコン２に紐付けられた制御は、例えば進行方向の変更を示すビーコン２の近傍において旋回する制御などである。

駆動制御部１３３は、ビーコン情報、属性情報および制御情報に基づいて、駆動部１１を駆動制御する。また、駆動制御部１３３は、ビーコン・ライン検出部１２から取得するラインテープ４の形状情報に基づいて、移動ロボット１の停止位置であるラインテープ４の直交停止形状部４２を検出したときには、駆動部１１を停止制御する。

図４は、本実施形態に係る移動経路記憶部１３１に記憶されているテーブルの一例を示す図である。テーブルは、「ビーコンＩＤ」と、「通路距離」と、「設置側」と、「方向転換」と、「最終ビーコン」との項目の列を備える。各行は、ビーコン２ごとに存在する属性情報である。テーブルにおける各行は、移動ロボット１が移動経路に沿って移動する際に通過するビーコン２の順序で並んでいる。「ビーコンＩＤ」の列には、行に対応するビーコン２のビーコンＩＤが含まれる。「通路距離」の列には、行に対応するビーコン２と、移動ロボット１の移動経路がどれだけ離れた距離であるかを示す距離情報が含まれる。通路距離は、正の値として設定される値であり、対象となるビーコン２から移動ロボット１の移動経路までの距離を示す値である。また、この実施形態において通路距離は、ビーコン２から移動ロボット１の移動経路における移動方向に対して略直交する方向に位置する目標地点までの距離を示している。

「設置側」の列は、移動ロボット１が移動経路に沿って移動する場合において、行に対応するビーコン２が移動ロボット１の右側又は左側のいずれに配置されているかを示す情報が含まれる。「方向転換」の列は、行に対応するビーコン２に対して移動ロボット１が予め定められた距離又は切替閾値まで近づいたときに、移動ロボット１の進行方向の変更を示す回転情報が含まれる。回転情報が０度である場合、移動ロボット１の進行方向の変更がないことを示す。回転情報が０度以外である場合、回転情報が示す角度分、移動ロボット１の進行方向を時計回り又は反時計回りに変更する。「最終ビーコン」の列は、行に対応するビーコン２が、移動経路における目標地点の近傍にあるビーコン２であるか否かを示す情報が含まれる。図４に示すテーブルでは、例えばビーコンＩＤ「Ｍ」を有するビーコン２が目標地点近傍のビーコンであることを示す。この例の場合、目標地点近傍を示すビーコン２は１つであり、このビーコンＩＤ「Ｍ」を有するビーコン２の近傍に、もしくは、ビーコンＩＤ「Ｍ」を有するビーコン２から予め定められた所定距離離れた場所に、停止位置を示すラインテープ４が配置されている。

図５は、本実施形態に係る駆動制御部１３３におけるビーコン情報に基づいた制御に係る構成例を示すブロック図である。駆動制御部１３３は、通過位置算出部１３６と、補正角算出部１３７と、指令値算出部１３８とを備える。通過位置算出部１３６は、ビーコン情報に含まれるビーコン２までの距離Ｚおよび方向θを入力する。通過位置算出部１３６は、距離Ｚおよび方向θに基づいて、現在の移動ロボット１の進行方向で移動してビーコン２に最接近したときのビーコン２までの距離ｘと、ビーコン２に最接近するまでの移動距離ｙとを算出する。移動ロボット１がビーコン２に最接近したときの位置は、移動ロボット１の位置から進行方向に伸ばした移動直線に対して直交する直線であってビーコン２の位置を通過する直線と、移動直線との交点である。距離ｘは、（Ｚ・ｓｉｎθ）として得られる。移動距離ｙは、（Ｚ・ｃｏｓθ）として得られる。距離ｘは、ビーコン通過距離ともいう。また、移動距離ｙは、ビーコン横までの距離ともいう。

補正角算出部１３７は、通路の境界から移動経路までの距離Ｘｒｅｆから距離ｘを減算して得られる差分ΔＸと、移動距離ｙとを入力する。補正角算出部１３７は、差分ΔＸと移動距離ｙとに基づいて、移動ロボット１の進行方向に対する補正角Δθを算出する。具体的には、補正角算出部１３７は、ａｒｃｔａｎ（ΔＸ／ｙ）で得られる値を補正角Δθとする。

指令値算出部１３８は、並進速度指令値Ｖｒｅｆと、角速度指令値ωｒｅｆと、角速度の測定値ωｌ’，ωｒ’と、補正角Δθとを入力する。並進速度指令値Ｖｒｅｆは、移動ロボット１の並進速度に対する指令値（目標値）である。角速度指令値ωｒｅｆは、進行方向を基準として時計回り方向又は反時計回り方向へ進行方向を変更する際の角速度である。角速度指令値ωｒｅｆは、時計回り方向の変化量を正の値として定めてもよいし、反時計回り方向の変化量を正の値として定めてもよい。角速度の測定値ωｌ’，ωｒ’は、モータ１１３，１１４それぞれに設けられているエンコーダにより測定された角速度である。指令値算出部１３８は、並進速度指令値Ｖｒｅｆと角速度指令値ωｒｅｆと角速度の測定値ωｌ’，ωｒ’と補正角Δθとに基づいて、移動ロボット１を並進速度指令値Ｖｒｅｆおよび角速度指令値ωｒｅｆで移動させつつ、進行方向を補正角Δθ変更させる角速度指令値ωｌ，ωｒを算出する。指令値算出部１３８は、算出した角速度指令値ωｌ，ωｒを駆動部１１へ出力する。

図６は、本実施形態に係る駆動制御部１３３において算出される補正角Δθを示す図である。ビーコン・ライン検出部１２が境界３－１上に配置されたビーコン２を検出することにより、移動ロボット１からビーコン２までの距離Ｚと、移動ロボット１の進行方向を基準としてビーコン２が位置する方向θとが得られる。通過位置算出部１３６が距離Ｚおよび方向θから距離ｘおよび移動距離ｙを算出する。移動ロボット１は、移動経路に沿って配置されたビーコン２から一定の距離Ｘｒｅｆ離れた位置Ｐｐａｓｓを通過するために、進行方向を変更する必要がある。位置Ｐｐａｓｓは、ビーコン２の属性情報のうち「設置側」を示す情報に基づいて定まる。図６は、ビーコン２が移動経路の左側に設定されている場合を示している。

図６に示す例において、現在の進行方向を維持したまま移動ロボット１が移動すると、移動ロボット１は、位置Ｐｐａｓｓより差分ΔＸ離れた位置を通過する。そこで、補正角算出部１３７が、差分ΔＸと移動距離ｙとに基づいて、進行方向に対する補正角Δθを算出する。指令値算出部１３８は、移動ロボット１を並進速度指令値Ｖｒｅｆおよび角速度指令値ωｒｅｆで移動させつつ、進行方向を反時計回りに補正角Δθ分変更させるための角速度指令値ωｌ，ωｒを算出して駆動部１１を制御する。このように、駆動制御部１３３が駆動部１１を制御することにより、通路の境界３－１から一定の距離Ｘｒｅｆを隔てた位置に定められた移動経路上を移動ロボット１が移動することができる。

なお、図６に示した例では、ビーコン２が境界３－１上に配置される場合を説明した。しかし、境界３上にビーコン２を配置できない場合には、ビーコン２が配置された位置と境界３との差分が通路距離（Ｄ_１，Ｄ_２，・・・，Ｄ_Ｍ）としてテーブルに記憶される。この場合、補正角算出部１３７は、補正角Δθを算出する際に、通路距離を用いて距離Ｘｒｅｆ又は差分ΔＸのいずれかを補正する。

以上説明した駆動制御方法によって移動ロボット１が移動経路に沿って移動していくと、最終的には、目標位置に近いビーコンＩＤ「Ｍ」を有するビーコン２の近傍に移動ロボット１が近づいていき、停止制御が実行されることとなる。図７は、本実施形態に係る移動ロボット１の停止制御を説明する図である。図７に示す例において、目標位置に近いビーコンＩＤ「Ｍ」を有するビーコン２の近傍に移動ロボット１が近づき、予め定められた所定距離分離れた位置に移動ロボット１が位置したとき、制御部１３からビーコン・ライン検出部１２に対して切り替え指令が送信される。この切り替え指令を受けたビーコン・ライン検出部１２では、ライン検出センサ１２４が稼働され、ライン検出センサ１２４によるラインテープ４の検出が開始される。

図７に示した例では、ライン検出センサ１２４は左右２個設けられており、この２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂによって、まずは移動ロボットの移動方向に沿って延びる直線案内形状部４１の検出が実行される。所定時間内、もしくは所定移動距離内に２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂのうちのいずれか１つが直線案内形状部４１を検出すると、ライン誘導制御への切り替えが有効に実行されていると判定し、本実施形態に係るシステムはライン誘導制御での稼働を続ける。一方、所定時間内、もしくは所定移動距離内に２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂのうちのいずれもが直線案内形状部４１を検出できなかった場合には、異常状態となっていることが予想されるため、本実施形態に係るシステムの稼働停止を実行する。この際、システムの稼働停止を管理者に知らせるために、アラーム等の警報を発報することも可能である。

また、図７に示した例において、２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂのうちのいずれか１つが直線案内形状部４１を検出すると、制御部１３が駆動部１１のモータ制御部１１５に対して指令を発信することで、２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂの間に直線案内形状部４１が位置するように移動ロボット１が移動を続ける。その後、２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂの両方がラインテープ４の直交停止形状部４２を検知すると、制御部１３は、移動ロボット１が停止位置に到達したと判断して駆動部１１のモータ制御部１１５に対して停止指令を発信し、移動ロボット１は停止目標とする位置で停止することとなる。

上述のように、本実施形態では、ビーコン誘導制御からライン誘導制御への切り替えが実行されるので、例えばコスト削減を図るためにビーコンの数を減らしたとしても、停止位置精度を要求されるライン誘導制御には影響を及ぼすことがないので、システム構成を簡易化してコスト削減を図ることができるとともに、位置決め精度を向上させることが可能な移動ロボットの制御システムを実現することが可能となっている。また、例えば、移動ロボット１の移動速度について、ビーコン誘導制御では高速移動を実施し、ライン誘導制御では低速移動を実施することで、より効率的な制御システムとすることができる。

次に、図８を用いて、本実施形態に係る移動ロボット１の制御システムにおける具体的な処理内容を説明する。図８は、本実施形態に係る制御部１３による制御処理内容を示すフローチャートである。

移動ロボット１の移動が開始されると、ビーコン・ライン選択部１３２は、目標とするビーコン２のビーコンＩＤをビーコン・ライン検出部１２へ出力する。初期状態において、ビーコン・ライン選択部１３２は、テーブルの最初の行に記憶されているビーコンＩＤを、目標とするビーコン２のビーコンＩＤに選択する。ビーコン・ライン検出部１２は、目標とするビーコン２を検出できるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

ビーコン２を検出できない場合（ステップＳ１０１のＮＯ）、ビーコン・ライン検出部１２は、ビーコン２を検出できなかったことを示すエラー信号を出力する。駆動制御部１３３は、エラー信号に応じて、駆動部１１に駆動輪を停止させる（ステップＳ１２１）。ビーコン・ライン選択部１３２は、エラー信号に応じて、ビーコン２が検出できないことを示すエラー情報を外部へ出力し（ステップＳ１２２）、移動制御処理を終了させる。なお、エラー情報の出力は、移動ロボット１に備えられる出力装置、例えばスピーカやディスプレイを用いて行われる。

ステップＳ１０１において、ビーコン２を検出できた場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、ビーコン・ライン選択部１３２および駆動制御部１３３は、ビーコン・ライン検出部１２からビーコン情報を取得する（ステップＳ１０２）。ビーコン・ライン選択部１３２は、ビーコン情報により示されるビーコン２が最終ビーコンであるか否かをテーブルに基づいて判定する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３において、ビーコン２が最終ビーコンでない場合（ステップＳ１０３のＮＯ）、駆動制御部１３３は、ビーコン情報により示されるビーコン２までの距離Ｚが切替範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ビーコン２までの距離Ｚが切替範囲内でない場合（ステップＳ１０４のＮＯ）、駆動制御部１３３は、処理をステップＳ１０８へ進める。

ステップＳ１０４において、ビーコン２までの距離Ｚが切替範囲内である場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、駆動制御部１３３は、ビーコン２の属性情報に方向転換の指示があるか否かをテーブルに基づいて判定する（ステップＳ１０５）。方向転換の指示がない場合（ステップＳ１０５のＮＯ）、駆動制御部１３３は、処理をステップＳ１０７へ進める。

方向転換の指示がある場合（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、駆動制御部１３３は、ビーコン２の回転情報をテーブルから取得し、移動ロボット１の進行方向を回転情報の示す角度変更をする制御を、駆動部１１に対して行う（ステップＳ１０６）。ビーコン・ライン選択部１３２は、現在目標としているビーコン２の次に目標とするビーコン２のビーコンＩＤをテーブルから取得する。ビーコン・ライン選択部１３２は、取得したビーコンＩＤのビーコン２をビーコン・ライン検出部１２へ出力することにより、取得したビーコンＩＤのビーコン２を新たな目標に選択し（ステップＳ１０７）、処理をステップＳ１０１へ戻す。

ステップＳ１０８において、補正角算出部１３７は、ビーコン・ライン検出部１２から取得したビーコン情報に基づいて算出された差分ΔＸが許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。差分ΔＸに対する許容範囲は、移動ロボット１に対して要求される移動の精度、ビーコン・ライン検出部１２におけるビーコン２の検出の精度、モータ１１３，１１４の制御における精度などに基づいて予め定められる。差分ΔＸが許容範囲内でない場合（ステップＳ１０８のＮＯ）、補正角算出部１３７は、差分ΔＸに基づいて補正角Δθを算出する（ステップＳ１０９）。差分ΔＸが許容範囲内である場合（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、補正角算出部１３７は、補正角Δθを０とする（ステップＳ１１０）。

指令値算出部１３８は、駆動輪１１１，１１２を駆動するモータ１１３，１１４それぞれの角速度の測定値ωｌ’，ωｒ’を取得する（ステップＳ１１１）。指令値算出部１３８は、並進速度指令値Ｖｒｅｆと、角速度指令値ωｒｅｆと、角速度の測定値ωｌ’，ωｒ’と、補正角Δθとに基づいて、モータ１１３，１１４に対する角速度指令値ωｌ，ωｒを算出する（ステップＳ１１２）。指令値算出部１３８は、角速度指令値ωｌ，ωｒを駆動部１１へ出力し（ステップＳ１１３）、処理をステップＳ１０１へ戻す。

ステップＳ１０３において、ビーコン２が最終ビーコンである場合（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、駆動制御部１３３は、ビーコン情報により示されるビーコン２までの距離Ｚが切替範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１３１）。ビーコン２までの距離Ｚが切替範囲内でない場合（ステップＳ１３１のＮＯ）、駆動制御部１３３は、処理をステップＳ１０８へ進めて、ステップＳ１０８からステップＳ１１３、さらにはステップＳ１０１からステップＳ１０２までの処理を再び実行させる。

ステップＳ１３１において、ビーコン２までの距離Ｚが切替範囲内である場合（ステップＳ１３１のＹＥＳ）、制御部１３は、ビーコン・ライン検出部１２に対して切り替え指令を送信し、この切り替え指令を受けたビーコン・ライン検出部１２では、ライン検出センサ１２４が稼働され、ライン検出センサ１２４によるラインテープ４の検出が開始される（ステップＳ１３２）。

ステップＳ１３２によってライン検出センサ１２４を構成する２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂが稼働し、所定時間内、もしくは所定移動距離内に２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂのうちのいずれか１つが直線案内形状部４１を検出できなかった場合は（ステップＳ１３３のＮＯ）、２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂによるラインテープ４の検出ができるまで、ステップＳ１３３のＮＯからステップＳ１３２に戻す処理を繰り返す。なお、例えば所定時間を超えてステップＳ１３３のＮＯからステップＳ１３２に戻す処理が繰返し実行され続けた場合には、ライン誘導制御への切り替えが有効に実行できないものと判定して、本実施形態に係るシステムの稼働停止を実行することとしてもよい。

所定時間内、もしくは所定移動距離内に２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂのうちのいずれか１つが直線案内形状部４１を検出できた場合は（ステップＳ１３３のＹＥＳ）、ライン誘導制御への切り替えが有効に実行できると判定し、ライン誘導制御が開始される（ステップＳ１３４）。制御部１３は、ステップＳ１３４によって２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂの両方がラインテープ４の直交停止形状部４２を検知するまで駆動部１１の移動を継続させ、所定時間内、もしくは所定移動距離内に２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂの両方がラインテープ４の直交停止形状部４２を検出できなかった場合は（ステップＳ１３５のＮＯ）、２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂによってラインテープ４の直交停止形状部４２が検出できるまで、ステップＳ１３５のＮＯからステップＳ１３４に戻す処理を繰り返す。

そして、２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂの両方がラインテープ４の直交停止形状部４２を検知すると（ステップＳ１３５のＹＥＳ）、制御部１３は、移動ロボット１が停止位置に到達したと判断して駆動部１１のモータ制御部１１５に対して停止指令を発信し、移動ロボット１は停止目標とする位置で停止して（ステップＳ１３６）、処理が終了することとなる。

以上説明したステップＳ１０１からステップＳ１３６までの各処理を含む制御処理が制御部１３によって行われることにより、ビーコン２までの距離Ｚおよび方向θを逐次取得し、進行方向を補正できる。このような制御処理で進行方向が補正されることにより、移動ロボット１は、境界３から一定の距離Ｘｒｅｆを隔てた移動経路を移動することができ、複数のビーコン２に基づいて移動する際の移動距離を削減できる。また、この制御処理では、ビーコン誘導制御からライン誘導制御への切り替えが実行されるので、例えばコスト削減を図るためにビーコンの数を減らしたとしても、停止位置精度を要求されるライン誘導制御には影響を及ぼすことがないので、システム構成を簡易化してコスト削減を図ることができるとともに、位置決め精度を向上させることが可能な移動ロボットの制御システムを実現することが可能である。さらに、例えば、移動ロボット１の移動速度について、ビーコン誘導制御では高速移動を実施し、ライン誘導制御では低速移動を実施することで、より効率的な制御システムとすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、図９および図１０は、移動ロボット１が移動する通路に交差点が存在する場合のビーコン２とラインテープ４の配置例を示す図である。ここで、図９は、移動ロボット１から見て交差点の遠方側の２つの角にビーコン２－ｍ，２－（ｍ＋１）を設置する例を示す。図９に示すように、２つのビーコン２－ｍ，２－（ｍ＋１）が配置されている場合、移動ロボット１は、２つのビーコンまでの距離Ｚ，Ｚ’それぞれが切替範囲内になる位置まで移動し、回転情報で示される角度の旋回により進行方向の変更を行ってもよい。また、図１０は、移動ロボット１から見て交差点の遠方側の２つの角のうち進行方向の変更先側の１つの角にビーコン２－ｍを設置する例を示す。図１０に示すように、ビーコン２－ｍが設置されている場合、移動ロボット１は、２つのビーコンまでの距離Ｚが切替範囲内になる位置まで移動し、回転情報で示される角度の旋回により進行方向の変更を行ってもよい。

また例えば、図１１および図１２は、ラインテープの多様な形態例を示す図である。上述した実施形態に係るラインテープ４は、移動ロボット１の移動方向に沿って延びる直線案内形状部４１と、当該直線案内形状部４１に直交する方向の直交停止形状部４２で構成されることで略Ｔ字形を成したものであった。しかし、本発明の適用範囲は上述したものには限られず、図１１で示すように、直線案内形状部４１の移動ロボット１が移動してくる側の端部近傍に斜線部４３を加えることで、略Ｔ字形に加えて漏斗形状を含む形状で構成したものである。かかる漏斗形状の採用によって、２つのライン検出センサ１２４ａ，１２４ｂによる検知漏れが防止できるので、ビーコン誘導制御からライン誘導制御への切り替えが確実に実行できることとなる。また、図１２で示すように、移動ロボット１の移動方向に沿って延びる直線案内形状部４１の中央位置に直交停止形状部４２を配置した略十字形のラインテープ４を採用することで、通路に対して一方向ではなく、両方向いずれに移動する移動ロボット１に対しても適用可能なラインテープ４とすることができる。

また例えば、上述した実施形態では、ビーコン２に赤外線の信号を用いたが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、信号を発しないマーカーを用いる形式のものを本発明に係る第一被検出体として採用しても、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また例えば、信号を発信する複数のビーコン２などの発信器に代えて、信号を発信しない複数のマーカーを用いてもよい。マーカーを用いる場合、ビーコン・ライン検出部１２に代えてマーカー検出部が用いられる。マーカー検出部は、各マーカーに設けられた幾何学的な図形又は色の組み合わせを検出することにより、ビーコン・ライン検出部１２と同様に動作してもよい。幾何学的な図形又は色の組み合わせにマーカーを識別するＩＤを含めてもよい。幾何学的な図形として、例えばＱＲコード（登録商標）を用いてもよい。

また例えば、能動的に信号を発信するビーコン２に代えて、移動ロボット１から発信される信号に応じて応答信号を発信するＲＦＩＤ素子を用いたマーカーや、移動ロボット１から発信される信号を反射する素子を用いたマーカーが配置されてもよい。受動的な動作を行うマーカーを用いる場合には、所定の信号を発信する発信器が移動ロボット１に設けられる。このように、ビーコン２やマーカーなどの被検出体は、移動ロボット１の相対的な位置を検出できるものであればよい。

また例えば、本実施形態では、ビーコン・ライン検出部１２は、ビーコンの選択部から入力されるビーコンＩＤのビーコン２を検出する動作を説明した。しかし、ビーコン・ライン検出部１２は、検出した全てのビーコン２のビーコン情報をそれぞれ算出し、算出した各ビーコン情報を制御部１３へ出力してもよい。この場合、ビーコンの選択部は、ビーコン・ライン選択部１３２から出力される指示に基づいて、複数のビーコン情報から目標とするビーコン２のビーコン情報を選択する。

また例えば、上述の移動ロボット１は、内部にコンピュータシステムを有していてもよい。その場合、移動ロボット１に備えられる制御部１３が行う処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、各機能部の処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１移動ロボット、１１駆動部、１１１，１１２駆動輪、１１３，１１４モータ、１１５モータ制御部、１２ビーコン・ライン検出部、１２１，１２２赤外線センサ、１２３算出部、１２４，１２４ａ，１２４ｂライン検出センサ、１３制御部、１３１移動経路記憶部、１３２ビーコン・ライン選択部、１３３駆動制御部、１３６通過位置算出部、１３７補正角算出部、１３８指令値算出部、２ビーコン（第一被検出体）、３境界、４ラインテープ（第二被検出体）、４１直線案内形状部、４２直交停止形状部、４３斜線部。

Claims

移動ロボットの移動速度と進行方向とを変更する駆動部と、
目標地点までの移動経路に沿って複数配置された第一被検出体を検出する第一検出部と、
目標地点での移動ロボットの停止位置を示す少なくとも１つの第二被検出体を検出する第二検出部と、
前記第一検出部により検出された前記第一被検出体までの距離と方向とを取得し、前記第一被検出体までの距離と方向とが予め定められた関係を満たす進行方向を算出し、算出した進行方向に基づいて前記駆動部を駆動制御するとともに、前記第二検出部により検出された第二被検出体の形状情報を取得し、前記第二被検出体が示す停止位置を検出したときに前記駆動部を停止制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記移動ロボットが目標地点への移動を開始するときには前記第一被検出体を検出する前記第一検出部を用いた前記駆動部による駆動制御を実行し、前記移動ロボットが目標地点に対して予め設定された所定の距離に到達したときには前記第二被検出体を検出する前記第二検出部を用いた前記駆動部による停止制御に切り替える制御を実行し、
前記第二被検出体と前記第二検出部がラインテープとライン検出部として構成され、
ラインテープとして構成される前記第二被検出体は、前記移動ロボットの移動方向に沿って延びる直線案内形状部と、当該直線案内形状部に直交する方向の直交停止形状部で構成されることを特徴とする移動ロボットの制御システム。
請求項１に記載の移動ロボットの制御システムにおいて、
前記第一被検出体と前記第一検出部を用いて前記制御部が行う前記駆動部の駆動制御時と、前記第二被検出体と前記第二検出部を用いて前記制御部が行う前記駆動部の停止制御時とで、前記移動ロボットを異なる移動速度で制御するようにしたことを特徴とする移動ロボットの制御システム。
請求項１に記載の移動ロボットの制御システムにおいて、
前記第二被検出体は、さらに漏斗形状を含む形状で構成されることを特徴とする移動ロボットの制御システム。
移動ロボットの移動速度と進行方向とを変更する駆動部と、
目標地点までの移動経路に沿って複数配置された第一被検出体を検出する第一検出部と、
目標地点での移動ロボットの停止位置を示す少なくとも１つの第二被検出体を検出する第二検出部と、
を備え、
前記第二被検出体と前記第二検出部がラインテープとライン検出部として構成され、
ラインテープとして構成される前記第二被検出体は、前記移動ロボットの移動方向に沿って延びる直線案内形状部と、当該直線案内形状部に直交する方向の直交停止形状部で構成される移動ロボットの制御方法であって、
前記第一検出部により検出された前記第一被検出体までの距離と方向とを取得する第１のステップと、
前記第一被検出体までの距離と方向とが予め定められた関係を満たす進行方向を算出する第２のステップと、
算出した進行方向に基づいて前記駆動部を駆動制御する第３のステップと、
前記第二検出部により検出された第二被検出体の形状情報を取得する第４のステップと、
前記第二被検出体が示す停止位置を検出したときに前記駆動部を停止制御する第５のステップと、
を含む処理を実行し、さらに、
前記移動ロボットが目標地点への移動を開始するときには前記第一被検出体を検出する前記第一検出部を用いた前記駆動部による駆動制御を実行し、前記移動ロボットが目標地点に対して予め設定された所定の距離に到達したときには前記第二被検出体を検出する前記第二検出部を用いた前記駆動部による停止制御に切り替える制御を実行することを特徴とする移動ロボットの制御方法。