JPH07281753A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 プラントに悪影響を及ぼさず、視覚情報に代
わる外界センサの採用を行い、複雑な教示やプラントに
対する加工処理の不要な自己位置同定処理を構築し、複
雑環境下で自己位置同定処理の正確さを向上させ、しか
も高速に処理可能な移動ロボットを提供する。 【構成】 プラント建屋内を移動し、前後進および旋回
を行う移動機構を備えた移動台車に点検センサを搭載し
てプラント機器の状態を点検・監視する移動ロボットに
おいて、移動ロボット１の水平、上下、旋回の移動量を
検出する移動量検出手段１４，１５と、この移動量検出
手段１４，１５から得られる移動量データをプラント建
屋内の機器配置を示すＣＡＤデータに対応付けて現在位
置の同定を行う自己位置同定手段２３とから構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自律制御する移動ロボッ
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子力プラントやその他悪環境
下の各種プラントでは、プラント内に設置されている機
器や配管に加熱や漏洩等の異常が発生した場合に、早期
に発見できるように作業員が移動して点検を行ってい
る。また、固定の点検センサによるモニタリングではわ
かりづらい場所等の監視や必要に応じて詳細な点検を行
うため、作業員が移動して巡視点検を行っている。この
巡視点検作業は、人体への危害やコスト、さらに最近で
は作業員の確保の面などで問題があり、作業員に代替す
る移動式の点検装置への要求が強い。

【０００３】特に、巡回点検用のロボットには、異常と
思われる現象が発生した場合の詳細な点検作業や、異常
となる原因の究明のための関連する系統の部品や箇所の
詳細な点検作業などが容易にできるものが期待されてい
る。従って、決まった移動経路以外の任意な場所へ移動
できる移動ロボットへの要求が強い。また、操作が一人
ででき容易なものが望まれている。

【０００４】このため、これらの要求に答えるべき、現
在各方面において、雲台にテレビカメラやマイクロフォ
ン等の点検用センサを取り付けた種々の移動ロボットが
開発されている。これまでに、オペレータが直接駆動機
構を遠隔操作する操縦方式のものや、予めロボットの移
動するコースを取り決めておき、そのコースに誘導線を
取り付けたり、目印となるものを備え付けたりしてお
き、教示して移動させるテーチングプレイバック方式の
ものが開発されている。しかし、操縦方式は遠隔操縦の
困難でオペレータへの負担が大きい。また、テーチング
プレイバック方式は教示が複雑かつ困難で、任意の場所
への移動ができない。これらの移動ロボットでは、巡視
点検用ロボットの要求機能を満足するものではない。そ
こで最近では要求に答える移動ロボットとして、移動範
囲の拡大と操作性の向上を目指した自律的に制御するワ
イヤレスの移動ロボットの開発が進められている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の移動ロボ
ットにおいては、原子力プラントやその他悪環境下の各
種プラントの非常に複雑でかつ広いエリア等の使用条件
において機能を満足させことが困難であった。移動ロボ
ットを自律的に移動制御を行って、目的位置まで確実に
移動させるには、移動する環境を把握し、常にロボット
自身の位置や向きを求める機能（以下自己位置同定処理
という）が必要となる。しかも、移動ロボットをスムー
ズに移動させるには、高速に自己位置同定処理を行う必
要がある。人間の場合、目にとらえた映像すなわちパッ
シブな視覚情報から、短時間で容易に自己位置同定処理
を行っている。一方、ロボットにパッシブな視覚情報で
自己位置同定処理を行う場合は、人間の目に相当するテ
レビカメラを取り付けて、画像認識を行う必要がある
が、視覚認識機能が人に比べて非常に劣る。そのため、
短時間で正確な自己位置同定することが困難である。現
状の認識技術は単純背景での単純物体に対しては、ある
程度まで短時間で正確な認識が可能となってきている
が、複雑環境では認識率が極端に低くなり、かつ１０秒
以上と長時間を必要とするなど、実用レベルには程遠
い。複雑環境での認識技術が実用レベルに到達するまで
には、今後かなりの年月がかかると思われる。このた
め、現状では複雑環境を移動させるロボットにはパッシ
ブな視覚情報による自己位置同定処理は実現性に乏し
い。

【０００６】本発明は係る従来の事情に対処してなされ
たものであり、その目的は、プラントに悪影響を及ぼさ
ず、視覚情報に代わる外界センサの採用を行い、複雑な
教示やプラントに対する加工処理の不要な自己位置同定
処理を構築し、複雑環境下で自己位置同定処理の正確さ
を向上させ、しかも高速に処理可能な移動ロボットを提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の移動ロボットは、請求項１記載の発明では
プラント建屋内を移動し、前後進および旋回を行う移動
機構を備えた移動台車に点検センサを搭載してプラント
機器の状態を点検・監視する移動ロボットにおいて、移
動ロボットの水平、上下、旋回の移動量を検出する移動
量検出手段と、この移動量検出手段から得られる移動量
データをプラント建屋内の機器配置を示すＣＡＤデータ
に対応付けて現在位置の同定を行う自己位置同定手段と
を有する移動ロボットを提供するものである。

【０００８】また、請求項２記載の発明では、プラント
建屋内を移動し、前後進および旋回を行う移動機構を備
えた移動台車に点検センサを搭載してプラント機器の状
態を点検・監視する移動ロボットにおいて、移動ロボッ
トの水平、上下、旋回の移動量を検出する移動量検出手
段と、周囲構造物との距離を計測する距離計測手段と、
この距離測定手段から得られる測距データと前記移動量
検出手段から得られる移動量データの相関演算を行う相
関演算手段と、この相関演算結果を用いて移動ロボット
の現在位置の同定を行う自己位置同定手段とを有する移
動ロボットを提供するものである。

【０００９】さらに、請求項３記載の発明では、距離計
測手段は、所定の移動時間毎に測距データを複数回採取
するスキャンニング手段を有し、スキャンニング毎に随
時切り換えて複数の記憶手段に記憶させ、これらの記憶
手段に記憶された測距データを任意の累積回数で平均化
する平均化処理手段を有して距離を計測する請求項２記
載の移動ロボットを提供するものである。

【００１０】

【作用】上記構成の移動ロボットにおいては、請求項１
記載の発明では移動量検出手段により水平、上下、旋回
の移動量を検出しプラントの機器配置を表示するのに用
いるプラントＣＡＤデータに対応させて移動ロボットの
自己位置を同定する。また、請求項２記載の発明では、
移動量検出手段により水平、上下、旋回の移動量を検出
し、さらに距離計測手段によって周囲構造物との距離を
計測し測距データを求める。一方、移動量検出手段によ
って移動ロボットの移動量を検出する。この移動量と測
距データについて相関演算手段によって相関演算を行い
移動ロボットの自己位置同定を行う。

【００１１】さらに、請求項３記載の発明では、測距デ
ータをスキャンニング手段によって移動時間毎に複数回
採取し、それぞれを記憶手段に記憶させて、平均化処理
手段によって任意の累積回数で平均化して測距データを
求める。一方、移動量検出手段によって移動ロボットの
移動量を検出する。この移動量と測距データについて相
関演算手段によって相関演算を行い移動ロボットの自己
位置同定を行う。

【００１２】

【実施例】以下に本発明に係る移動ロボットの第１の実
施例を図１乃至図３に基づき説明する。図１は本発明に
係る移動ロボットの第１の実施例における移動ロボット
の外形図を示しており、移動ロボット１は移動量検出用
の回転角度センサ１５を有する車輪５０で駆動する移動
台車７に、点検用センサ９を設けた雲台８，点検用セン
サ信号処理装置２１を備えている。また、無線伝送装置
１０，通信制御装置２０，ロボット用の前述の視覚情報
に代わる外界センサであるスキャン式レーザ距離計１
２，超音波センサ１３ａ，１３ｂ，ジャイロ１４，ロボ
ットコントローラ１９を搭載している。この移動ロボッ
ト１は、操作室２にある操作盤３からの指令に基づい
て、プラント内に設置された点検対象物まで移動し、点
検用センサ９を用いて点検を行うものである。

【００１３】本実施例で用いた雲台８は、下部にはスキ
ャン式レーザ距離計１２を搭載し、ロボットコントロー
ラ１９の姿勢制御指令に基づいて旋回駆動、ふ仰駆動を
行うものである。無線伝送装置１０は通信制御装置２０
からの要求および制御で、地上局とロボット制御に必要
となる制御信号、状態信号の送受と、点検用センサ９の
送信を無線で行うものである。ジャイロ１４は、ロボッ
トの旋回角度と傾き角度と検出するものである。

【００１４】スキャン式レーザ距離計１２はレーザ光を
発光してから被測定物から反射してくるまでの時間を計
測することで、被測定物までの距離を求めるものであ
る。スキャンニングは水平方向に２７０度で１秒間に１
０回程度行うものである。

【００１５】超音波センサ１３ａ，１３ｂは超音波を発
信するトランスデゥーサ１３ｂと被測定物から反射して
くる超音波を受信するレシーバ１３ａとが独立に設けら
れたもので、発信から受信までの時間を計測することで
被測定物までの距離を求める。

【００１６】図２（ａ）は移動ロボット１の操作室２内
の模式図であり、図２（ｂ）は移動ロボット１の模式図
を示している。図２（ａ）において、操作室２は操作盤
３の他に診断装置６、ロボット統括制御装置５及び通信
制御装置４を備えている。

【００１７】また、通信制御装置４からの通信制御信号
を無線で移動ロボット１に伝送あるいは受信するための
追尾装置付き無線伝送装置１１が設けられている。操作
盤３は移動台車７や点検用センサ９の遠隔操作を行う操
作器１７、点検結果や移動ロボット１の状態を表示する
状態表示モニタ１６、これらを制御するマンマシンイン
ターフェイス用制御装置１８から構成されている。

【００１８】オペレータは操作器１７を用いて目的位置
と方向に関する移動要求を入力する。ロボット統括制御
装置５はオペレータからの移動要求を受けて、プラント
ＣＡＤ（コンピュータ支援による設計）データを用いて
現在位置から目的地までの経路生成を行う機能を有し、
さらに操作盤３と移動ロボット１間の通信管理を行う。
このプラントＣＡＤデータは、機器の配置設計を行うた
めのものであり、データの内容としてはポンプ、弁、熱
交換器等の機器の配置、配管の設置位置等を示す座標
が、機器、配管等の占める容積全体の部分で３次元的に
与えられる。

【００１９】通信制御装置４は移動ロボット１の走行コ
ントローラ２４，雲台コントローラ２５，点検用センサ
信号処理装置２１からの状態信号および点検用センサ９
からのセンサ信号を入力し、ロボット統括制御装置５，
診断装置６へ送信する機能を有する。また、逆にロボッ
ト統括制御装置５，診断装置６からの要求信号を入力
し、移動ロボット１の走行コントローラ２４，雲台コン
トローラ２５，点検用センサ信号処理装置２１へ送信す
る機能および追尾装置付き無線伝送装置１１の制御を行
う機能も有している。

【００２０】診断装置６は、点検箇所において検出され
るセンサ信号を入力し、内蔵されたデータベースに追記
するとともに、予め記憶された正常時でのセンサ信号と
の比較、時間的な変動状態の検出を行い、基準値に対し
て大きいか否かを判定し、大きい場合には異常が発生し
た可能性があると診て、詳細な点検方法（新たな点検箇
所と点検手段）を立案し、ロボット統括制御装置５に点
検要求を出力する。また、詳細な点検結果が得られる
と、異常の判定と異常箇所および異常原因の推定を行
う。これらの処理結果は、逐次状態表示モニタ１６を介
してオペレータに伝えるものである。

【００２１】追尾装置付き無線伝送装置１１は、大容量
で高速性が要求されるテレビカメラの映像信号などのセ
ンサ信号を正確に伝送する指向性を持った無線信号を伝
送させるため追尾装置を備えた無線伝送装置としてい
る。また、移動ロボット１に設けられた無線伝送装置１
０は追尾装置を備えると大型化するため、複数の発信
器、受信機で構成されている。

【００２２】図２（ｂ）において、移動ロボット１は、
点検用センサ９としてテレビカメラ２７、マイクロフォ
ン２８、レーザ振動計２９、赤外線カメラ３０、臭いセ
ンサ３１を備えている。これらの点検用センサ９は上述
のとおり、操作器１７を用いて雲台８を遠隔操作するこ
とによって、任意の点検する向きへ向けることが可能と
なっている。

【００２３】操作室２と移動ロボット１との制御信号、
点検用センサ９の信号伝送はワイヤレス化を図るため、
ケーブル類を有さず、従って電源ケーブルも備えていな
いため、移動ロボット１にはバッテリ２６が搭載されて
いる。

【００２４】ロボットコントローラ１９は、図２（ｂ）
に示すようにロボット用センサ信号処理回路２２、位置
同定コントローラ２３、走行コントローラ２４、雲台コ
ントローラ２５から構成されている。

【００２５】ロボット用センサ信号処理回路２２は、ス
キャン式レーザ距離計１２，超音波センサ１３，ジャイ
ロ１４および回転角度センサ１５からの検出信号を同時
に入力し、デジタル信号に変換する入力回路（図示せ
ず）と、入力したデータを記憶するバッファメモリ（図
示せず）と、位置同定コントローラ２３の指令に基づい
て出力する出力回路（図示せず）から構成される。

【００２６】位置同定コントローラ２３の構成について
は図３に示す。ジャイロ１４と移動量検出用の回転角度
センサ１５のデータはロボット用センサ信号処理回路２
２を介して、ロボットの概略位置を検出するための概略
位置検出回路３４に入力される。この回路で得られた概
略位置はセンサシミュレーション回路３７に入力され、
センサシミュレーション回路３７内に格納されたプラン
トＣＡＤデータを用いてセンサシミュレーションされ
て、そのプラントＣＡＤデータ上の位置データとして画
像メモリ３６ａに記憶される。

【００２７】ここで、センサシミュレーションとは、移
動ロボット１が点検走行する建屋内部の位置データから
構成されるプラントＣＡＤデータを用いて、移動ロボッ
ト１の移動に基づくジャイロ１４および回転角度センサ
１５の変化量を追跡し、プラントＣＡＤデータ上での現
在位置を求める操作をいう。

【００２８】一方、スキャン式レーザ距離計１２，超音
波センサ１３ａ，１３ｂによって測定される距離データ
は、実測された距離を示している。この距離データは座
標変換回路３５を用いてセンサ座標系からロボット座標
系に座標変換される。ここで、センサ座標系とは、スキ
ャン式レーザ距離計１２あるいは超音波センサ１３ａ，
１３ｂを中心とした相対的な極座標系をいい、ロボット
座標系とは移動ロボット１を中心とした相対的な直交座
標系をいう。このロボット座標系に変換されたデータは
画像メモリ３６ｂ，３６ｃに記憶される。

【００２９】さらに、上記センサシミュレーション結果
のデータと実測したセンサデータの分布の対応づけを画
素相関回路３８を用いて行い、差分を求める。また、位
置同定回路３９でその差分を上記概略位置検出回路３４
で得られた概略位置に加えることによってロボットの自
己位置を決定する。

【００３０】また、センサシミュレーション回路３７で
は、プラントＣＡＤデータに属性データとして、スキャ
ン式レーザ距離計１２、超音波センサ１３の距離に対す
る反射係数、反射可能角度データおよび検出可能レベル
を持たせている。これらの属性データは、概略位置検出
回路３４で得たロボットの位置において、スキャン式レ
ーザ距離計１２、超音波センサ１３ａ，１３ｂを用いて
距離を実測する場合に、その実測された距離に与える影
響を示すものである。

【００３１】例えば、反射係数とはレーザ光を直交する
対象物へ投光し、反射してくるレーザ光の量の割合をい
う。また、反射可能角度とは、この対象物とレーザ光と
の投光角度が鋭くなると反射してくるレーザ光の量が減
少し、ある角度を越えると反射が全くなくなるが、この
角度のことをいう。検出可能レベルとは、距離検出は、
あるスレッショルドレベル（しきいレベル）を越した反
射量になると処理をおこなうが、このスレッショルドレ
ベルを検出可能レベルという。

【００３２】これらの属性データは、プラント建屋内に
おける被測定物の構造、材質などによって変化するもの
であり、従ってプラントＣＡＤデータ上の各々の位置に
対応して格納されるものである。

【００３３】画素相関回路３８におけるセンサシミュレ
ーション結果とセンサデータの分布の対応づけでは、画
像メモリ３６ｂ，３６ｃからのセンサデータをまず、こ
の属性データで判断した上で、差分を求める。

【００３４】一方、正確なプラントＣＡＤデータが用意
されていない箇所で用いるには、予め移動する箇所でス
キャン式レーザ距離計１２と超音波センサ１３を用いて
形状データと属性データ（反射係数と反射可能角度）を
持つプラントＣＡＤデータを作成してもよい。

【００３５】図２に戻って、走行コントローラ２４は、
目標位置までの軌道データと上記自己位置同定結果か
ら、走行モードと移動ロボット１の車輪５０に対するス
テアリング角度、走行速度を算出する演算回路（図示せ
ず）と、算出した結果を走行用ドライバ３３への出力と
制御状態や自己位置情報を通信制御装置２０へ出力する
出力回路（図示せず）からなる。ここで、走行モードに
は、移動ロボット１の直進・後進や、その場旋回、平行
移動などがある。

【００３６】モータ３２は、車輪５０の旋回駆動および
ステアリング軸の旋回駆動の動力供給源である。また、
走行用ドライバ３３はこのモータ３２を駆動制御するも
ので、走行コントローラ２４から送信される速度指令デ
ータ，旋回角度指令データ，起動・停止指令データを入
力し、モータ３２の回転速度および旋回角度が指定どお
りになるような駆動電流をモータ３２に供給するもので
ある。

【００３７】雲台コントローラ２５は、移動ロボットの
上記自己位置同定結果とプラントＣＡＤデータから、点
検対象物への点検用センサの向きを算出する演算回路
（図示せず）と、算出した向きデータか、もしくは、操
作盤３の操作器１７からの指令に基づいて、駆動指令を
雲台８に設けられた雲台ドライバへ出力する出力回路
（図示せず）から成る。

【００３８】次に、本実施例の作用について説明する。
移動ロボット１は図４に示す手順で点検箇所まで移動
し、所定の点検を行う。この点検の手順について以下に
説明する。

【００３９】移動ロボット１を点検箇所まで移動させ、
所定の点検を行わせるには、まず、移動ロボット１に対
して目標位置、作業要求を入力する処理、すなわち点検
ルートの決定（Ｓ１）が必要である。この処理は操作盤
３の操作器１７を用いてオペレータが入力する。入力さ
れた目標位置、作業要求はマンマシンインターフェイス
用制御装置１８を介してロボット統括制御装置５に入力
される。ロボット統括制御装置５は、入力された目標位
置、作業要求データからプラント機器配置用のプラント
ＣＡＤデータを用いて、目標位置までの経路および点検
する時の雲台８の姿勢を求める。また、この処理はオペ
レータが操作器１７から直接、目標位置までの経路およ
び点検するときの雲台８の姿勢を指示することとしても
よい。

【００４０】目標位置までの経路および点検するときの
雲台８の姿勢が得られたら、目標位置までの経路生成結
果を通信制御装置４，追尾装置付き無線伝送装置１１，
無線伝送装置１０，通信制御装置２０を介して移動ロボ
ット１上の走行コントローラ２４へ送信する。上記走行
コントローラ２４は、目標位置までの経路生成結果を受
信すると移動ロボット１を駆動させて、経路に沿うよう
に走行制御（移動速度制御およびステアリング角度制
御）を行って、目標位置まで移動させる処理を行う。

【００４１】この処理は、移動ロボット１上に搭載した
走行コントローラ２４，走行用ドライバ３３，回転角度
センサ１５，モータ３２，スキャン式レーザ距離計１２
を用いて目標位置まで図４に示されるＡ（Ｓ２〜Ｓ５）
の処理ルーチンを繰り返して行う。

【００４２】以下に、Ａの処理ルーチンの各々について
説明する。自己位置同定処理（Ｓ２）は、前述のとお
り、位置同定コントローラ２３を用いて行われる。

【００４３】目標軌道とのずれ算出（Ｓ３）は、走行コ
ントローラ２４で行う。走行コントローラ２４は地上局
にあるロボット統括制御装置５で算出した目標軌道デー
タを通信制御装置４，追尾装置付き無線伝送装置１１を
介して入力するとともに、前記位置同定コントローラ２
３で算出する現在の移動ロボット１の位置および向きデ
ータとからずれを算出する。

【００４４】走行コントローラ２４はずれの算出を行う
と次に走行モードを決定、各車輪５０のステアリング角
度および走行速度算出処理（Ｓ４）を行う。地上局にあ
るロボット統括制御装置５から新たな指令や大幅なずれ
が発生しない限り現状の走行モードを維持する。ロボッ
ト統括制御装置５から新たな指令があると、その指令に
基づいた走行モードに切り替える。また、大幅なずれが
発生し、現状の走行モードでは対応できない、あるいは
ずれが増加していくような場合には、例えば一度移動ロ
ボット１を停止させて、その場旋回、平行移動などのモ
ードで目標軌道に戻し、再び元の走行モードに切り替え
て走行を再開させるなどの操作も可能である。

【００４５】走行モードが決定すると、各車輪５０のス
テアリング角度および走行速度を決定する。ずれがない
場合は、ずれ量と速度からどの地点で目標軌道に一致さ
せるか経路を決め、一致させる地点までの各車輪５０の
ステアリング角度および走行速度を算出し、そのデータ
を走行用ドライバ３３に出力する。

【００４６】ステアリング駆動制御、速度制御処理（Ｓ
５）は、各車輪５０にそれぞれ備えている走行用ドライ
バ３３で行う。走行用ドライバ３３は走行コントローラ
２４から送られてくる各車輪５０のステアリング角度お
よび走行速度データを入力し、各車輪５０のモータ３２
がそのデータになるようサーボ制御する。

【００４７】以上の処理ルーチンＡを繰り返し行うこと
で移動ロボット１を目標軌道に沿って移動させ、目標位
置に到達させる。この処理の状態は、常に走行コントロ
ーラ２４で送信用データに変換し、通信制御装置２０，
無線伝送装置１０，通信制御装置４を介してロボット統
括制御装置５へ送信される。ロボット統括制御装置５
は、移動ロボット１の処理状態データを受信し、移動ロ
ボット１の制御状態を記録するとともに、オペレータに
わかりやすい表示データに変換してマンマシンインター
フェイス用制御装置１８を介して状態表示モニタ１６に
表示する。

【００４８】移動ロボット１が目標位置に到達すると、
ロボット統括制御装置５は雲台８の姿勢を算出する（Ｓ
６）。雲台コントローラ２５は、この算出結果を受信
し、雲台８を制御する（Ｓ７）。

【００４９】ロボット統括制御装置５は雲台８の制御が
終了したことを、状態データによって受信すると、点検
制御を行う。点検制御は、点検用センサ信号処理装置２
１を介して行う。点検用センサ９で検出したデータは無
線伝送装置１０を介して操作室２側に伝送され、診断装
置６へ入力される。診断装置６はセンサデータから機器
の異常を診断し、異常がないことをロボット統括制御装
置５へ伝える。異常の疑いがあると判断すると、詳細な
点検計画を生成し、その結果をロボット統括制御装置５
に伝送する。ロボット統括制御装置５は診断装置６から
の診断処理結果に基づいて、次の点検箇所への移動計画
を作成する（Ｓ８）。

【００５０】移動ロボット１が複雑環境下でスムーズな
移動を可能にするには、図４の自己位置同定処理（Ｓ
２）からステアリング駆動制御、速度制御（Ｓ５）まで
の処理を高速にかつ確実に実行できるものでなければな
らない。本実施例は、従来のテレビカメラ等のポジティ
ブな外界センサを用いた方式のように自己位置同定処理
する時に停止することなく、高速にかつ確実に実行でき
る。

【００５１】次に、高速にかつ確実に実行する自己位置
同定処理方法を詳しく述べる。本実施例では、前述のと
おり、ジャイロ１４および回転角度センサ１５の変化量
をプラントＣＡＤデータで追跡して得られるセンサシミ
ュレーション結果（測距データ）と実測した距離とのず
れを求めることで自己位置同定を行う。

【００５２】複雑背景下では、レーザ距離計で検出でき
ない箇所が多々存在する。例えば、被測定面が黒い面や
表面状態が鏡面に近いもの、スキャン式レーザ距離計１
２，超音波センサ１３ａ，１３ｂと被測定面との交差す
る角度が平行に近い場合等がある。このため、本実施例
ではスキャン式レーザ距離計と超音波センサを併用す
る。

【００５３】また、スキャンニング範囲の広いスキャン
式レーザ距離計１２を採用する。超音波センサ１３をロ
ボット周囲に複数個取り付ける。図５（ａ），（ｂ）に
スキャン式レーザ距離計１２および超音波センサ１３
ａ，１３ｂの配置例と計測範囲を示す。

【００５４】スキャン式レーザ距離計１２の計測範囲
は、図中Ｂで示されるように±１３５°，０．５ｍ〜５
０ｍである。計測範囲は、広いほうが多くの距離データ
が得られ、対応付けが多くできるので信頼性を高めるこ
とができる。一定の高さでは、均一な壁が存在するな
ど、対象物が変化しないために対応付けが困難となるた
め、任意に上下移動や傾斜移動の可能な機構を有してい
る。

【００５５】一方、超音波センサ１３ａ，１３ｂの計測
範囲は図中Ｃで示されるように、±１５゜，０．１ｍ〜
１０ｍである。取付数は多いほうが、対応付けが多くで
きるが、互いの干渉（別のセンサから超音波が入力され
誤検出すること）や、制御の複雑化、高価格化などの制
限もあるので、それらを考慮して適当な配置とする。

【００５６】配置によっては、外界センサであるスキャ
ン式レーザ距離計１２と超音波センサ１３ａ，１３ｂに
よっても距離計測できない箇所が存在する場合が考えら
れるが、この場合には図６に示される処理手順によっ
て、内界センサであるジャイロ１４および回転角度セン
サ１５から得られる概略位置をそのまま位置情報として
採用する。

【００５７】スキャン式レーザ距離計と超音波センサの
ための属性データは前述のとおり、プラントに機器配置
を表示するプラントＣＡＤデータに格納されている。実
際のセンサで実測できるか否かは、この属性データを用
いた上で判断する。この属性データによる判断は、スキ
ャン式レーザ距離計１２のビーム幅と測定範囲を決め
て、予め被測定面を抽出しておくことが可能なため、デ
ータ数が削減でき、高速な処理が実現できる。

【００５８】ロボット移動時にセンサシミュレーション
する場合、ロボットがプラントＣＡＤ上のどの位置にい
るかは、ロボットの向きとふ仰角度を検出するジャイロ
１４のデータとロボットの移動量を検出する回転角度セ
ンサ１５のデータから算出する概略位置を用いる。

【００５９】ジャイロセンサで検出するふ仰角度は、移
動ロボットが段差のある通路の移動時などの通常水平に
スキャンニングが変動した場合の補正用として用いる。
本実施例での補正方法は、被測定物が垂直に立っている
と仮定して、測定距離データをふ仰角で余弦演算し、水
平面の距離に変換する。時間が多少かかるが、ふ仰角を
考慮したセンサシミュレーションを行う方法もある。シ
ミュレーションで求めた測距データは移動ロボット１を
中心を原点とする直交座標に変換し、画像メモリ３６ａ
へ記録する。

【００６０】実測で得るスキャン式レーザ距離計１２と
超音波センサ１３の測距データは、上記センサシミュレ
ーションの座標系と合わせた座標変換及び画像メモリ３
６ｂ，３６ｃへ記憶される。

【００６１】メモリ上に記憶されたセンサシミュレーシ
ョンと実測の分布データは、同スケール（パターンの大
きさが同じ）で、相互の位置がずれたものである。両者
の対応付けは、画像メモリ画像メモリ３６ａ，３６ｂ，
３６ｃ間の画素相関演算を行うことで容易に求まる。こ
の処理は特殊なハードウェアを用いることなくソフトウ
ェアによる相関演算で、数ミリ秒で実行できる。

【００６２】本実施例の移動ロボットによれば、複数の
センサで広範囲に測定し、移動量と測距データの対応つ
けを行うため、複雑背景下においても確実に自己位置同
定処理が可能である。万一、スキャン式レーザ距離計１
２、超音波センサ１３ａ，１３ｂという外界センサで計
測不可能な箇所が存在しても、内界センサであるジャイ
ロ１４、回転角度センサ１５で自己位置同定を行う構成
としており、移動ロボットの信頼性が高い。

【００６３】また、プラントの機器配置を表示するため
のプラントＣＡＤデータを用いるため、オペレータは、
目的位置を地図上にプロットする操作のみで、移動ロボ
ットは自動的に構造物と干渉しないで目的位置へ移動で
きる軌道を生成し、移動するため、操作が非常に容易で
ある。

【００６４】尚、本実施例においては、スキャン式レー
ザ距離計１２、超音波センサ１３ａ，１３ｂなどの距離
計測手段によって求められる測距データと、ジャイロ１
４や回転角度センサ１５によって得られる移動ロボット
の移動量との相関演算を行ったが、移動量のみで位置同
定を行ってもよい。その場合には、図３においてスキャ
ン式レーザ距離計１２，超音波センサ１３ａ，１３ｂ，
座標変換回路３５，画像メモリ３６ｂ，３６ｃ，画素相
関回路３８のない構成となる。よって、画像メモリ３６
ａからの出力は直接、位置同定回路３９に入力される。

【００６５】次に、本発明に係る移動ロボットの第２の
実施例を図７を参照して説明する。第１の実施例におい
ては、スキャン式レーザ距離計１２を用いていることか
ら、移動しながら自己位置同定を行うと、測定する距離
データに時間ずれによる誤差が発生する。また、レーザ
距離計は、測定データにばらつきがあり、平均化しない
とばらつき誤差が約２０〜１００ｍｍを持つ。但し、平
均化すれば、この誤差は１０ｍｍ以下に抑えることがで
きる。これらの誤差が大きいと対応つけが困難となった
り、大きい同定誤差となり、走行制御に支障をきたす。

【００６６】そこで、本実施例では移動時に図７に示す
平均化処理を行ってばらつき誤差を減少させる。平均化
する手段として、座標変換した検出距離データを記憶す
る画像メモリ３６を例えば８個設ける。スキャン式レー
ザ距離計１２からの検出距離データを画像メモリ３６へ
記憶させる場合に、移動ロボット１の移動量を加えた座
標変換を座標変換回路３５を介して行い、マルチプレク
サ４０を用いて、スキャンニング毎に随時切り換えて、
１〜８の画像メモリ３６に記憶する。従って、画像メモ
リ３６には、常に現時点の検出距離データと、それ以前
の７回分の検出距離データが記憶されている。平均化は
総和平均処理回路４５を用い、これら８回分の検出距離
データの総和をとり、空間フィルタ処理で分布のピーク
を求めることで行う。

【００６７】これによって、１回のスキャンニングで、
時間遅れなく、８回分のデータの平均がとれ、この平均
回数は８回に限定されない。スキャンニング速度が速い
レーザ距離計で、画像メモリ数を増加すれば、同じ期間
で平均回数が増すため、さらにばらつきを減少させるこ
とが可能となる。

【００６８】以上、位置同定コントローラ２３で得られ
た移動ロボット１の位置データは走行制御用データとし
て図２（ａ）に示される走行コントローラ２４に取り込
まれる。

【００６９】走行コントローラ２４では、目的位置まで
も経路と上記位置データから、走行モードと、各ステア
リングの駆動角度と、速度を算出し、走行用ドライバ３
３を制御する。

【００７０】本実施例の移動ロボット１は、第１の実施
例の効果に加えて、実施例上記で述べた自己位置同定処
理を走行中に行うことで、スムーズな自律移動を実現す
る。以上の本実施例においては自己位置同定用コントロ
ーラに画像メモリを用いているが、座標変換した距離デ
ータを２次元配列でメモリに記憶させる方式でもよい。
また、対応つけを画素間の相関演算でなく、特徴点の対
応でも可能である。例えば、レーザ距離計からのデータ
が連続的につながる長さや、プラント建屋のコーナ部と
の距離、コーナ部の角度値、曲率などを対応つけても成
り立つ。

【００７１】さらに、上記実施例では、ロボットコント
ローラ部を移動ロボットに搭載した構成であるが、上記
ロボットコントローラ部を操作室へ備えて、通信制御装
置、無線伝送装置を介して通信すれば、上記実施例の機
能を持つことは言うまでもない。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の移動ロボッ
トにおいては、テレビカメラを用いる方式のような、照
明などの影響を受けることがなく、複雑な教示を必要と
せず、しかもプラントＣＡＤデータを用いるため、操作
が容易となり、高速に自己位置同定処理が可能である。
また、距離計測手段と相関演算手段を有する移動ロボッ
トにおいては、プラント内の複雑な環境、背景下におい
ても精度よく自己位置同定ができる。さらに、スキャン
ニング手段、記憶手段、平均化処理手段を備える距離計
測手段を有する移動ロボットにおいては、移動中におい
ても精度よく自己位置同定処理が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る移動ロボットの第１の実施例の構
成を示す模式図。

【図２】（ａ）は本発明に係る移動ロボットの操作室内
の模式図、（ｂ）は本発明の第１の実施例の構成を詳細
に示す模式図。

【図３】第１の実施例の移動ロボットの位置同定コント
ローラの構成を示す模式図。

【図４】点検処理の手順を示す流れ図。

【図５】第１の実施例における移動ロボットのスキャン
式レーザ距離計と超音波センサの配置を示し、（ａ）は
平面図、（ｂ）は側面図。

【図６】第１の実施例における移動ロボットの位置情報
採用の処理手順を示す流れ図。

【図７】本発明に係る移動ロボットの第２の実施例の位
置同定コントローラの一部の構成を示す模式図。

【符号の説明】

１…移動ロボット ７…移動台車 ８…雲台 ９…点検用センサ １２…スキャン式レーザ距離計 １３…超音波センサ １４…ジャイロ １５…回転角度セン
サ ２３…位置同定コントローラ ２７…テレビカメラ ２８…マイクロフォン ２９…レーザ振動計 ３０…赤外線カメラ ３１…臭いセンサ ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ…画像メモリ ３８…画素相関回路 ３９…位置同定回路 ４５…総和平均処理回路 ５０…車輪

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラント建屋内を移動し、前後進および
   旋回を行う移動機構を備えた移動台車に点検センサを搭
   載してプラント機器の状態を点検・監視する移動ロボッ
   トにおいて、移動ロボットの水平、上下、旋回の移動量
   を検出する移動量検出手段と、この移動量検出手段から
   得られる移動量データをプラント建屋内の機器配置を示
   すＣＡＤデータに対応付けて現在位置の同定を行う自己
   位置同定手段とを有することを特徴とする移動ロボッ
   ト。
2. 【請求項２】 プラント建屋内を移動し、前後進および
   旋回を行う移動機構を備えた移動台車に点検センサを搭
   載してプラント機器の状態を点検・監視する移動ロボッ
   トにおいて、移動ロボットの水平、上下、旋回の移動量
   を検出する移動量検出手段と、周囲構造物との距離を計
   測する距離計測手段と、この距離測定手段から得られる
   測距データと前記移動量検出手段から得られる移動量デ
   ータの相関演算を行う相関演算手段と、この相関演算結
   果を用いて移動ロボットの現在位置の同定を行う自己位
   置同定手段とを有することを特徴とする移動ロボット。
3. 【請求項３】 前記距離計測手段は、所定の移動時間毎
   に測距データを複数回採取するスキャンニング手段を有
   し、スキャンニング毎に随時切り換えて複数の記憶手段
   に記憶させ、これらの記憶手段に記憶された測距データ
   を任意の累積回数で平均化する平均化処理手段を有して
   距離を計測することを特徴とする請求項２記載の移動ロ
   ボット。