JPH0546565B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、無人車等の移動ロボツトに係り、
特に、走行部に車輪、クローラ、歩足等を使用し
た各種ロボツトを、指令部からの同一のコマンド
によつて制御できるようにした移動ロボツトに関
する。

［従来の技術］ 現在自立走行ロボツトの研究が盛んに行なわれ
ている。この種の移動ロボツトは、走行部に車
輪、クローラ、歩足等を持つており、指令部から
の命令によつて、走行するようになつている。

第５図は、走行部に車輪を有する従来の移動ロ
ボツト１の構成を示すブロツク図である。図にお
いて、２は指令部、３は車輪駆動部、４ａ，４ｂ
は左右の車輪５ａ，５ｂを駆動するモータであ
り、車輪駆動部３とモータ４ａ，４ｂと車輪５
ａ，５ｂが走行部６を構成している。

このような構成において、目的地が与えられる
と、指令部２は、目的地までの走行経路を探索
し、その結果から走行指令（以下、コマンドとい
う）を作成して車輪駆動部３へ供給する。車輪駆
動部３はこのコマンドを解釈し、車輪５ａ，５ｂ
を駆動する。

第６図は、従来のコマンドの一例（GOコマン
ド）を示すものである。例えば、指定部２から車
輪駆動部３へGO（60、100、10、30）なるコマン
ドが与えられると（同図ａ）、車輪駆動部３はこ
のコマンドを解釈して、図示するように移動ロボ
ツト１を走行させる。すなわち、移動ロボツト１
は、ｘ軸上を直進し、ｘ＝60cmの地点でカーブを
切り始め、ｘ＝100cm、ｙ＝10cmの地点を、ｘ軸
と30゜の角をなす方向に通過し、以後再び直進す
る。従つて新たな直進方向を新座標軸x₁とする
と、新座標軸x₁と旧座標軸ｘとがなす角は30゜と
なる。

また、GO（100、50、80、135）なるコマンド
が与えられると（同図ｂ）、移動ロボツト１はｘ
軸上を直進し、ｘ＝100cmの地点まで進んで急カ
ーブを切り始め、ｘ＝50cm、ｙ＝80cmの地点をｘ
軸と135゜の角をなして通過する。

このように、車輪駆動部３は、指令部２からの
指令を解釈して、車輪５ａ，５ｂを駆動する。こ
の場合、車輪駆動部３は局所座標のみを考えて車
輪５ａ，５ｂを制御すればよい。また、指令部２
は、世界座標を管理し、移動ロボツト１が目的地
て到達できるように、経路探索、コマンド作成を
行う。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来の移動ロボツトにあつ
ては、次のような欠点があつた。

(1) 指令部は走行部のカーブの開始地点や、終了
地点などの細かな点まで指示しなければならな
い。ところで、このような地点は、走行部が車
輪、クローラ、歩足のいずれの走行装置を採用
しているかによつて異なるため、コマンドが走
行部の方式によつて異なるものとならざるをえ
ず、指令部のプログラムが走行部な強く依存し
てしまう。

(2) また、走行部が歩足の場合は、複雑な重心制
御も指令部が行わなければならないため、指令
部の走行部への依存性は更に強まり、指令部の
負担も増加する。

(3) 従来のコマンドは進行方向がｘ軸方向（可
変）に限定されている。従つて、横行、斜行等
の全方向への移動を記述することができない。

この発明は、このような背景の下になされたも
ので、走行部の種類に依存せず、かつ全方向への
移動が可能な移動ロボツトを提供することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、指令
部と、該指令部と別途に設けられ、所定の走行手
段を備える走行部とを有し、前記指令部が決定し
た走行経路に従つて前記走行部が前記走行手段に
よつて走行する移動ロボツトにおいて、 前記指令部は、現ノードから次ノードまでの距
離情報、走行方向情報および前記次ノードの位置
方向を示す角度情報を、現在位置から到達点に至
る間の各ノード毎に対応させて順次与える折れ線
軌跡の形で、前記走行手段の走行特性に依存しな
い、全方向を含む前記走行経路として前記走行部
に供給し、 前記走行部は、前記折れ線軌跡から、前記走行
手段の走行特性に応じて、前記各ノード間毎の速
度パターンおよび回転パターンを順次生成し、該
速度パターン、回転パターンおよび前記走行手段
からの現在の走行状況を示すフイードバツク情報
に従つて前記走行手段を駆動することを特徴とす
る。

［作用］ 上記構成によれば、指令部から走行部に供給さ
れた折れ線軌跡を、走行部がその種類に最適の走
行パターンに変換して走行制御するので、走行部
の種類、すなわち、走行部が車輪か、クローラか
あるいは歩足か等にかかわらず、指令部から走行
部へのコマンドは同一の折れ線軌跡の形で与える
ことができる。この結果、指令部は、走行装置の
種類によつてコマンドやプログラムを変更しなく
て済み、指令部のソフトウエア資源の汎用性が増
す。

また、上記折れ線軌跡を用いれば、全方向移動
可能な走行装置の制御を行うことができるので、
前・後進ばかりでなく、横行、斜行などの走行も
同一のコマンドで制御でき、従来移動ロボツトが
使えなかつた狭い場所などにも、移動ロボツトを
適用することが可能となる。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明
する。

第１図において、１１は、指令部１０から無線
または有線で送られてきたコマンドを受信するコ
マンド受信部である。コマンド受信部１１は、直
列信号の形で送られてきたコマンドを並列データ
の形に変換して、コマンド解釈部１２に供給す
る。

ここで、上記コマンドは GO（ｘ、ｙ、ｖ、θ、ptr、Ｎ）……(1) の形のものである。ただし、 ｘはｘ軸方向の走行距離（正：前進、負：後退） ｙはｙ軸方向の走行距離（正：左進、負：右進） ｖはｘ，ｙ方向の合成速度 θは回転角度（正：反転時計回り） ptrは情景ポインタ Ｎはコマンド実行後に到達するノード番号 である。すなわち、コマンドは、実行後に到達す
るノードＮまでの走行距離をｘ，ｙ各成分毎に与
えるとともに、走行速度ｖ、次のノードに到達す
るまでの回転角度θを情景ポインタptrやノード
番号Ｎとともに与える。そして、一連のコマンド
によつて与えられる軌跡は、複数のノードを連結
する折れ線軌跡の形を取ることとなる。ここで、
ノードとは、停止点、分岐点、作業地点などの走
行状態変換点のことである。また情景ポインタ
ptrとは、左右の壁までの距離や壁の変化点（エ
ツジ）等の情報群を指定するものであり、これら
の情報が後述する超音波センサ等から得られた情
報と比較対比され、移動ロボツトの実際の位置を
修正するのに利用される。

コマンド解釈部１２は、上述のように折れ線軌
跡の形で与えられたコマンドを解釈して、移動ロ
ボツトの走行パターンを作成するものである。す
なわち、コマンド解釈部１２は、一連のコマンド
によつて与えられた、ｘ，ｙ各成分毎の走行距
離、走行速度ｖ、回転角度θを実現するのに最適
な速度パターンや回転パターン（第４図参照）を
走行パターンとして決定し、ｘ軸成分の速度パタ
ーン信号vx、ｙ軸成分の速度パターン信号vy、
回転パターン信号θを出力し、これらのパターン
信号をサーボ指令作成部１３に供給する。ここ
で、上記走行パターンは走行装置（本実施例の場
合は車輪）に最も適したパターンとなるように、
走行装置の種類によつて変化する。

サーボ指令作成部１３は、コマンド解釈部１２
から供給されたパターン信号vx，vy，θを所定
のサンプリング周期毎に読み込み、これらを後述
するフイードバツク信号vxf，vyf，θfと突き合わ
せて偏差信号Δvx，Δvy，ΔΕθを演算し、これら
の信号をアナログ信号に変換した後サーボ制御部
１４へ供給する。これによつて、サーボ制御部１
４は上記偏差信号が零になるように、モータ４
ａ，４ｂを駆動制御する。

モータ４ａ，４ｂの回転量は、モータ４ａ，４
ｂの回転軸に連結されたエンコーダ１５ａ，１５
ｂによつて電気パルスに変換され、軌道修正部１
６に供給される。

軌道修正部１６は、エンコーダ１５ａ，１５ｂ
から送られてきたパルス信号をカウントして走行
距離を求めるとともに、このパルス信号からの速
度のフイードバツク信号vxf，vyfを求める。た
だし、本実施例は走行装置として車輪を使用して
いるので、ｘ軸方向のフイードバツク信号vxfの
みが得られる。

軌道修正部１６は、また、左右のパルス信号の
差から回転角を求め、これに修正を施して回転角
のフイードバツク信号θfを作成する。この修正
は、環境認識部１７から送られてきたデータと、
地図部１８に記憶され、情景ポインタptrをキー
として読み出された地図データとを比較して行う
ものである。

以下、上記修正につき説明する。

まず、上記地図部１８は、走行経路の左右両側
の壁までの距離を、ノードからの距離と対応づけ
て記憶するメモリを有し、壁の変化点（エツジ）
毎に、ノードからの距離と、左右両側の壁までの
距離とが記憶されている。そして、１つのノード
から次のノードに至るまでの一連のデータが１つ
の情景ポインタptrと対応づけられており、コマ
ンドによつて指定された情景ポインタptrに対応
する地図データが読み出されるようになつてい
る。

一方、移動ロボツトから左右両側の壁までの実
際の距離は、超音波測距部１９によつて測定され
る。すなわち、超音波側距部１９は、超音波送信
器２０ａを駆動して壁に向けて超音波を発射し、
その反射波を受信器２０ｂによつて受信して、こ
の間の経過時間によつて壁までの距離を測定す
る。この測定結果は環境認識部１７に供給され、
環境認識部１７は、壁までの距離が変化する点、
すなわち、エツジを検出する。

軌道修正部１６は、情景ポインタptrによつて
指定された地図データを地図部１８から読み出す
とともに、環境認識部１７から供給される左右両
側の壁までの実際を距離、およびノードからエツ
ジまで距離を、地図データと比較して次の２種類
の修正を行う。

(1) 左右両側の壁までの距離がほぼ等しくなるよ
うに、すなわち、移動ロボツトが経路のほぼ中
央を通るように回転角を修正して、回転角のフ
イードバツク信号θf作成する。

(2) エンコーダ１５ａ，１５ｂからのパルス信号
をカウントして得たノードからエツジまでの実
際の走行距離が、地図データから得たものと違
う場合は、この差分だけ加減して修正する。言
い替えると、上記パルス信号のカウント値に差
分を足したり引いたりして、ソフト的に修正す
る。

要約すると、上記修正は、移動ロボツトの両
側の壁までの距離によつて、左右方向の位置を
回転角によつて修正するものと、壁のエツジ
（変化点）を検出して、エンコーダのカウント
値をソフト的に修正するものとに大別される。

以上が本実施例の構成であり、上述した構成要
素４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂおよび１１〜２０が走
行部２１を構成し、指令部１０と走行部２１とが
移動ロボツト２２（第２図）を構成している。ま
た、本実施例は、走行装置として車輪を用いてい
るので、一方向、例えば、ｘ軸方向にのみ走行可
能であり、ｙ軸方向の速度成分は持たない。

次に、第２図〜第４図を参照して本実施例の動
作を説明する。なお、以下の説明では、第２図の
ノードN0からノードN7に行く場合を例にとり、
移動ロボツト２２は、ノードN0で、次のノード
N1の方向を向いているものとする。また、説明
の便宜上、各ノード間の距離は10ｍとする。

まず、ノードN7に行くべき命令を受けると、
指令部１０は、ノードN0からN7に至る最短経路
を探索し、N0→N1→N4→N5→N7の経路を決定
する。なお、この探索方法としては、縦型探索、
横型探索などの公知の方法を用いることができ
る。こうして、経路が決定されると、指令部１０
は走行部に転送するコマンドとして、以下の一連
のコマンドを作成する。

(1)GO（10000、０、2000、０、P0、N1） (2)GO（10000、０、2000、−15708、P1、N4） (3)GO（10000、０、2000、＋15708、P2、N5） (4)GO（10000、０、2000、−15708、P3、N7） (5)WAIT（０、１、０） ここで、括弧内の最初の成分10000は、ノード
間の距離が10ｍ（＝10000mm）であることを示し、
２番目の成分０は、ｙ軸方向の距離成分がゼロで
あることを示している。また、３番目の成分2000
は、時速２Km（＝2000mm）で走行すべきことを示
している。更に、４番目の成分である−15708は、
π／２＝3.1416／２＝1.5708に対応し、回転角が
−90゜、すなわち、時計方向に90゜回転すべきこと
を示している。最後に、５番目、６番目の成分が
情景ポインタptrと次に到達すべきノードＮを示
すことは、既に述べた通りである。なお、
WAITコマンドについては後述する。

このような、コマンドがコマンド受信部１１に
受信されると、コマンド解釈部１２は、まず、上
記(1)、(2)のコマンドから第３図に示すような走行
経路をイメージし、第４図に示すような速度パタ
ーンvxと回転パターンθとを作成する。

この場合、速度パターンvxは、ノードN0から
地点S0まで徐々に加速し、速度が2000ｍ／ｈに
なつた地点S0から一定の速度で走行し、コーナ
ー部のやや手前の地点S1から徐々に減速する。

一方、回転パターンθは、この地点S2で右方
向にカーブを切り始めて、移動ロボツト２２を右
方にコーナリングさせるとともに、ノードN1に
対応する地点S3でカーブを逆方向に戻し始め、
地点S4で、移動ロボツト２２が90゜のコーナリン
グを完了して、直線走行に戻るようにする。

速度パターンvxは、上記地点S4で再び加速を
開始して、地点S5で速度が2000ｍ／ｈに戻るよ
うにする。

そして、この速度パターンvxと回転パターン
θとがサーボ指令作成部１３に送られ、軌道修正
部１６からのフイードバツク信号vxf，θfと突き
合わされ、偏差信号Δvx，Δθが作成されてサー
ボ制御部１４に供給され、上記走行パターンに沿
つた走行が行なわれる。

この場合、情景ポインタP0，P1によつて地図
部１８から地図情報が読み出され、上述した修
正、すなわち、移動ロボツト２２が経路の中央に
くるような修正と、エンコーダ１５ａ，１５ｂか
らのパルスカウントの修正が行なわれる。

以下、同様に(2)、(3)のコマンドにより、ノード
N4〜N5の方向に走行制御され、(3)、(4)のコマン
ドよつて、ノードN5〜N7まで走行制御される。
そして、(5)のWAITコマンドによつて、ノード
N7の手前で減速され、ノードN7に到達した時点
でブレーキがかかつて、移動ロボツト２２が停止
する。

以上は、前進（ｘ軸方向の走行）のみによつて
目的地まで行つたが、交差点が狭いためにカーブ
が切れないような場合は、横行（ｙ軸方向の走
行）を併用する方法が考えられる。この場合、走
行装置には、例えば、特開昭59−184062号公報に
記載されたような全方向移動可能な機構を用い、
次のようなコマンドで制御すればよい。

(1)GO（10000、０、2000、０、P0、N1） (2)GO（０、−10000、20000、０、P1、N4） (3)GO（10000、０、2000、０、P2、N5） (4)GO（０、−10000、2000、０、P3、N7） (5)WAIT（０、１、０） このような一連のコマンドによれば、第２図の
ノードN0からN1まで前進した後、ノードN1か
らN4まで横行し、ノードN4からN5までは再び
前進し、ノードN5からN7まで横行して目的ノー
ドN7に到達する。

第２図の場合は、通路が直行しているので、横
行のみで対処できるが、斜めに交差している通路
がある場合は、ｘ，ｙ両成分にゼロでない値を与
えることによつて、斜行させればよい。

このように、本発明によれば、指令部１０から
与えられた折れ線軌跡によつて、走行部２１が自
らの走行装置（車輪、クローラ、歩足等）に最適
な、滑らかな走行軌跡を作成して移動するので、
指令部１０は走行装置に依存せず、走行装置が変
わつても指令部１０のプログラム等を変えなくて
も済む。また、全方向の走行装置に容易に適用す
ることができる。

次に、GOコマンド以外のコマンドについて簡
単に説明する。

コマンドWAITは、WAIT（０、１、０）のよ
うな形で与えられ、動作の一時停止を指示する。
ここで、括弧の中の成分は、緩減速停止／急停
止、停止後ブレーキをかける／かけない、サーボ
オフ／オンと各指定を０／１で指示するものであ
る。

コマンドRESTARTは、RESTART（ ）の
形で与えられ、括弧の中の指定はない。これは、
WAITコマンドと反対に、一時停止状態の解除
を指令するものである。

コマンドSTOPは、非常停止を指令するもの
で、STOP（ ）の形で与えられる。このコマン
ドが発せられると、それ以前に出されたすべての
コマンドがキヤンセルされる。

このほか、円弧状走行を指示するコマンド
ARC、位置決めのコマンドFIXなどのコマンド
がある。

なお、上記実施例において、指令部１０と走行
部２１は別々のプロセツサで構成してもよいし、
共通のプロセツサを時分割的に使用してもよい。
また、複数のプロセツサを結合して、データをや
り取りしながら処理するようにしてもよい。

また、走行部２１のプログラムは、各種走行装
置専用のものであつてもよいし、装置装置の種類
を判別することによつて、その種類に対応するプ
ログラムを起動するようにしてもよい。

更に、環境認識部は超音波行センサに限定され
ず、その他の認識装置を使用してもかまわない。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、指令部から
走行部に、２次元折れ線軌跡の形で走行軌跡を供
給し、走行部がこの軌跡に基づいて実際の走行軌
跡を作成するようにしたので、次のような効果を
奏することができる。

(1) 車輪、クローラ、歩足等、走行装置の種類が
変わてても、指令部から走行部へのコマンドは
不変で、走行部の制御プログラムを変更するだ
けでよい。従つて、指令部のソフトウエア資源
の汎用性が増す。

(2) コマンドが簡単な折れ線軌跡の形で記述でき
るので、走行経路のシミユレーシヨンが容易に
なる。また、走行装置の特性や種類を考慮する
必要がないので、コマンドの作成が容易にな
る。

(3) 上記コマンドは、全方向移動可能な走行装置
にもそのまま適用できる。この結果、横行、斜
行などを用いることができ、狭い通路や作業場
所など、従来は不可能であつた場所にも移動ロ
ボツトを適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による移動ロボツ
トの電気的構成を示すブロツク図、第２図は同移
動ロボツトの走行経路の一例を示す平面図、第３
図はノードN0からノードN1を経てノードN4に
至る実際の走行軌跡を示す平面図、第４図は第３
図の場合の速度パターンと回転パターンとを示す
波形図、第５図は従来の移動ロボツトの電気的構
成を示すブロツク図、第６図は同移動ロボツトの
コマンド例を説明するための平面図である。 １０……指令部、２１……走行部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 指令部と、該指令部と別途に設けられ、所定
   の走行手段を備える走行部とを有し、前記指令部
   が決定した走行経路に従つて前記走行部が前記走
   行手段によつて走行する移動ロボツトにおいて、 前記指令部は、現ノードから次ノードまでの距
   離情報、走行方向情報および前記次ノードの位置
   方向を示す角度情報を、現在位置から到達点に至
   る間の各ノード毎に対応させて順次与える折れ線
   軌跡の形で、前記走行手段の走行特性に依存しな
   い、全方向を含む前記走行経路として前記走行部
   に供給し、 前記走行部は、前記折れ線軌跡から、前記走行
   手段の走行特性に応じて、前記各ノード間毎の速
   度パターンおよび回転パターンを順次生成し、該
   速度パターン、回転パターンおよび前記走行手段
   からの現在の走行状況を示すフイードバツク情報
   に従つて前記走行手段を駆動することを特徴とす
   る移動ロボツト。