JPH11102220A - 移動体の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットの使用される環境を考慮してロボッ
トの回転角度の補正を行なう。 【解決手段】 床面が滑りやすいかなどの環境に関する
環境パラメータが設定される（Ｓ３０１）。環境パラメ
ータに基づいて、ロボットの回転速度が求められる（Ｓ
３０２）。車輪に接続されたエンコーダに基づき目標角
度θの回転が行なわれ（Ｓ３０４）、回転終了時にジャ
イロにより実際の回転角度が検出され（Ｓ３０５）、誤
差が所定値以上であれば補正のための回転を行なう（Ｓ
３０６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は移動体の制御装置
に関し、特に移動体を正確に回転させるための補正制御
を行なう移動体の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より定められた領域を移動しながら
作業するロボット（移動体の一種）が知られている。ロ
ボットが領域内を隈なく作業することができるように、
図１５に示されるようなジグザグ走行が採用されてい
る。ジグザグ走行において、ロボットはスタート地点か
らゴールまで、距離Ｌの直進走行と、９０°の回転と、
ピッチｐの直進走行と、９０°の回転とを繰返す。

【０００３】ジグザグ走行を正確に行なうためには、ロ
ボットを正確に９０°回転させる必要がある。しかしな
がら、床面とロボットの車輪との間でスリップが生じる
場合などがあり、車輪の回転数をエンコーダで計測する
だけでは正確な回転を行なうことができない。そこで、
ジャイロセンサをロボットに搭載させ、ロボットの床面
に対する実際の回転角度を計測し、車輪の滑りによる回
転角度のずれ（誤差）を補正するための回転を行なうと
いう制御方法が考案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御方法においては、以下の（１）および（２）に述べ
る問題点があった。

【０００５】（１） 第１の問題点 従来の制御方法においては、角度の補正に時間がかかっ
てしまうという問題がある。たとえば、目標とする回転
角度が９０°であるときに、補正が繰返されることによ
りロボットが８９°と９１°との間を往復し続ける（一
種の発振状態となる）ことがある。

【０００６】（２） 第２の問題点 たとえば床面が乾いている場合には、車輪と床面との間
でスリップが生じにくいが、床面にワックスが塗布され
ている場合にはスリップが生じやすい。しかしながら、
従来の技術においては補正方法が画一的であったため、
状況に応じた適切な補正が行なわれず精度および作業時
間の点で補正が不十分であった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明は、移動
体の回転角度を迅速にかつ的確に補正することができる
移動体の制御装置を提供することを目的としている。

【０００８】上記目的を達成するためこの発明のある局
面に従うと、移動体の制御装置は、移動体を回転させる
回転部と、移動体の回転速度を移動体が移動する環境に
応じて設定する設定部とを備える。

【０００９】この発明の他の局面に従うと、移動体の制
御装置は、移動体の回転が行なわれた後に、移動体の回
転角度の誤差を判定する判定部と、誤差が第１の所定値
を超えたときに移動体を補正のために回転させる回転部
と、回転部による移動体の回転速度を移動体が移動する
環境に応じて設定する第１の設定部とを備える。

【００１０】さらに好ましくは、移動体の制御装置の判
定部は、ジャイロにより誤差を判定する。

【００１１】さらに好ましくは、移動体の制御装置は第
１の所定値を移動体が移動する環境に応じて設定する第
２の設定部をさらに備える。

【００１２】さらに好ましくは、移動体の制御装置は、
回転部による補正のための回転を行なった回数が第２の
所定値を超えたときに、回転部による移動体の回転速度
を変更する変更部をさらに備える。

【００１３】この発明のさらに他の局面に従うと、移動
体の制御装置は、移動体の回転が行なわれた後に移動体
の回転角度の誤差を判定する判定部と、誤差が所定値を
超えたときに移動体を補正のために回転させる回転部
と、所定値を移動体が移動する環境に応じて設定する設
定部とを備える。

【００１４】これらの発明に従うと移動体の回転速度な
どが移動体が移動する環境に応じて設定されるために、
移動体を迅速にかつ的確に回転させることができる移動
体の制御装置を提供することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】

［第１の実施の形態］図１は本発明の第１の実施の形態
におけるロボットの構成を示す平面図であり、図２は側
面図である。

【００１６】図を参照して、ロボットは、ロボットの実
際の回転角度を測定するためのジャイロ１０１と、左右
の車輪を駆動するためのモータ１０３Ｒ，１０３Ｌと、
モータの回転数を検出するエンコーダ１０５Ｒ，１０５
Ｌと、モータの駆動力を伝達するためのプーリ１０７
Ｒ，１０７Ｌと、プーリ間にかけ渡されるベルト１０９
Ｒ，１０９Ｌと、床面と接し回転することでロボットを
移動させるための車輪１１１Ｒ，１１１Ｌと、自由に回
転することができロボットの重量の一部を支える遊輪１
１３と、床面に対しワックスの塗布や消毒液の塗布や乾
拭きなどを行なうための作業部１１５とを備える。

【００１７】車輪１１１Ｒ，１１１Ｌがともに同じ方向
に回転することによりロボットは前進／後退し、車輪１
１１Ｒ，１１１Ｌのそれぞれが逆方向に回転することに
よりロボットはジャイロ１０１を中心として回転する。

【００１８】図３は、図１のロボットの制御回路の構成
を示すブロック図である。制御回路はＣＰＵなどにより
構成される制御部２０１と、前述のモータ１０３Ｒ，１
０３Ｌなどにより構成される駆動部２０３と、プログラ
ムや定数などを記憶するメモリ２０５と、前述のジャイ
ロ１０１およびエンコーダ１０５Ｒ，１０５Ｌとから構
成される。

【００１９】ロボットをジャイロ１０１を中心として目
標角度回転させる場合には、制御部２０１および駆動部
２０３によりモータ１０３Ｒ，１０３Ｌが逆方向に回転
する。そして、エンコーダ１０５Ｒ，１０５Ｌによって
モータ１０３Ｒ，１０３Ｌの回転数を計測することによ
り、目標角度の回転を試みる。目標角度の回転が終了し
たのであれば、その後ジャイロ１０１により実際にロボ
ットが回転した角度が計測される。目標角度と計測され
た角度との間に差がある場合には、補正回転（補正のた
めの回転）により、目標角度と計測された角度との間の
誤差を補正する。これは、エンコーダ１０５Ｒ，１０５
Ｌを用いて誤差分の角度だけロボットを回転させること
により行なわれる。

【００２０】補正回転後に、さらにジャイロ１０１によ
りロボットの角度が測定され、目標角度との間に誤差が
あれば、さらに補正のためにロボットを回転させる。

【００２１】このように、ロボットの回転にはエンコー
ダ１０５Ｒ，１０５Ｌとジャイロ１０１とが用いられ
る。エンコーダ１０５Ｒ，１０５Ｌとジャイロ１０１と
を併用する理由は以下の２つである。

【００２２】（１） エンコーダはリアルタイムに角度
データを検出することができる。しかしながら、車輪と
床面との間の摩擦係数が小さい場合や障害物が存在する
などの理由でロボットの回転途中で車輪がスリップした
場合には、正しい回転角度を検出することができない。

【００２３】（２） ジャイロを用いると、たとえ回転
途中で車輪がスリップしたときにも、正しい回転角度を
検出することができる。しかしながら、データサンプリ
ングの周波数や応答速度が遅いためロボットの駆動制御
などにおいてリアルタイムな制御にジャイロを用いるこ
とができない。

【００２４】図４は、本実施の形態におけるロボットの
回転動作の概要を示すフローチャートである。

【００２５】図を参照して、ステップＳ１で環境パラメ
ータが設定される。この環境パラメータとは、ロボット
が作業する環境を示すパラメータである。環境パラメー
タとして、第１の実施の形態ではロボットが床面に塗布
する液剤の種類を示す液剤パラメータが用いられる。

【００２６】ステップＳ２で、環境パラメータに基づい
てロボットの回転速度が求められる。ステップＳ３で、
求められた回転速度に従ってロボットの回転動作が行な
われる。このとき、回転角度の計測には、ジャイロ１０
１とエンコーダ１０５Ｒ，１０５Ｌとが用いられる。

【００２７】図５は、第１の実施の形態におけるロボッ
トの回転動作の詳細を示すフローチャートである。

【００２８】図を参照して、ステップＳ１０１で、環境
パラメータとして作業部１１５において使用される液剤
が何であるかを示す液剤パラメータが設定される。ここ
では「乾拭き」、「消毒剤」または「ワックス剤」のい
ずれかが設定されるものとする。

【００２９】ステップＳ１０２で、液剤パラメータに基
づいてロボットの最適な回転速度ｖ１が求められる。こ
こに、図６を参照して時刻を横軸に、回転速度を縦軸に
とると、時刻０〜ｔ１においてロボットの回転速度は比
例的に増加し、時刻ｔ１〜ｔ２において一定速度を保
ち、時刻ｔ２〜ｔ３において減少する。ロボットの最適
な回転速度ｖ１とは、時刻ｔ１〜ｔ２におけるロボット
の回転速度を示す。

【００３０】また、最適な回転速度ｖ１は、次の式によ
り求められる。 ｖ１＝ｖ０／ｋ ここで、ｖ０は、乾拭きを行なうときの回転速度であ
り、ｋは速度決定のためのパラメータである。

【００３１】ｋの値は、液剤パラメータから図７のテー
ブルにより求められる。このテーブルは、メモリ２０５
に記憶されている。すなわち、図７を参照して、液剤パ
ラメータが乾拭きのときはｋの値には１が、液剤パラメ
ータが消毒剤のときはｋの値には２が、液剤パラメータ
がワックス剤のときはｋの値には３が代入される。

【００３２】これは、乾拭き→消毒剤→ワックス剤の順
で車輪と床面との間に滑りが生じやすくなるため、ロボ
ットの回転速度を遅くするものである。

【００３３】すなわち、ロボットの回転速度を遅くする
ことで、車輪と床面との間の滑りを防ぎ、ロボットの回
転角度の誤差を少なくするものである。また、ワックス
剤の塗布作業では塗り残しが許されないためロボットの
回転角度の誤差を少なくするものである。

【００３４】これに対し乾拭きなどの車輪と床面との間
に滑りが生じない作業の場合にはロボットの回転速度を
速くすることで迅速な作業を行なうものである。

【００３５】ステップＳ１０３で、滑り検知のしきい値
θｍｉｎとしてたとえば±３°が設定される。この値
は、ロボットの回転角において許容される誤差を示す。

【００３６】ステップＳ１０４で、モータ１０３Ｒ，１
０３Ｌにより、図８（Ａ）から（Ｂ）に示されるように
目標角度θの回転が行なわれる。このとき回転角度の計
測にはエンコーダ１０５Ｒ，１０５Ｌが用いられる。回
転が終了したのであれば、ステップＳ１０５でジャイロ
１０１によりロボットが実際に回転した角度θｇが測定
される。そして、｜θ−θｇ｜の値がθｍｉｎより小さ
ければ（Ｓ１０５でＹＥＳ）、回転処理を終了する。

【００３７】一方、ステップＳ１０５でＮＯであれば、
ステップＳ１０６でθにθ−θｇの値を代入し、ステッ
プＳ１０４からの処理を繰返す。

【００３８】この実施の形態によると、液剤に応じてロ
ボットの回転速度が設定されるため、ロボットを状況に
応じて適切に回転させることができる。

【００３９】また、たとえばロボットの回転する目標角
度を９０°、θｍｉｎを±３°としたとき、ワックス塗
布においてロボットの回転速度が速すぎると、ロボット
が８６°と９４°との間を補正のために往復し続けるこ
とがあるが、このようなときにロボットの回転速度を適
当な速度に下げることで、ロボットの回転を適切な位置
で止めることができる。

【００４０】なおここでは、ロボットの回転動作につい
てのみ説明したが、直進動作などは従来技術と同様であ
る。

【００４１】［第２の実施の形態］第２の実施の形態以
降のロボットのハードウェア構成は、第１の実施の形態
と同じであるので、ここでの説明は繰返さない。

【００４２】図９は、本実施の形態におけるロボットの
回転動作を示すフローチャートである。

【００４３】図を参照して、ステップＳ２０１で床面状
態のパラメータが環境パラメータとして設定される。

【００４４】ここで図１０を参照して、床面状態のパラ
メータは、床材と傾斜とから構成されている。床面状態
のパラメータのそれぞれに、速度決定のためのパラメー
タｋがテーブルとして記憶される。すなわち、床材が木
であり、床面に傾斜がないときにはｋは２となる。床材
が木であり、床面に傾斜があるときは、ｋは３となる。
床材が塩化ビニルであり、床面に傾斜がないときには、
ｋは４となる。床材が塩化ビニルであり、床面に傾斜が
あるときには、ｋは５となる。床材がガラス系であり床
面に傾斜がないときにはｋは６となる。床材がガラス系
であり床面に傾斜があるときには、ｋは７となる。

【００４５】これは、滑りやすい床面または傾斜のある
床面の作業で、速い速度でロボットを回転させると車輪
と床面との間でスリップが生じる可能性が高く、正確な
回転ができないことが多いためロボットの回転速度を遅
くするものである。

【００４６】なお、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６での処
理は、図５のステップＳ１０２〜Ｓ１０６と同じである
のでここでの説明を繰返さない。

【００４７】［第３の実施の形態］図１１は、第３の実
施の形態におけるロボットの回転動作を示すフローチャ
ートである。

【００４８】この実施の形態においては、ステップＳ３
０１で複数のパラメータから構成される環境パラメータ
が設定され、ステップＳ３０２で環境パラメータに基づ
いて速度決定のためのパラメータｋが求められる。他の
ステップでの処理は、図５と同様である。環境パラメー
タとして、上述の第１および第２の実施の形態で用いら
れた液剤パラメータと床面状態パラメータとが組合わさ
れて使用される。たとえば、液剤パラメータと床面状態
パラメータとを併用した場合、各々の速度決定のための
パラメータｋを加算したものが、この実施の形態におけ
る速度決定のためのパラメータｋとされる。もちろん、
単なる加算によることなく、重み付けをして加減算した
り、各々の速度決定のためのパラメータｋのうち最も大
きいものを採用してもよい。

【００４９】さらに、速度決定のためのパラメータｋを
これらのパラメータに限定されない、作業時間、作業精
度などの兼ね合いからユーザが適宜増減するようにして
もよい。

【００５０】［第４の実施の形態］図１２は、本発明の
第４の実施の形態におけるロボットの回転動作を示すフ
ローチャートである。

【００５１】ステップＳ４０１〜Ｓ４０３で、図５のＳ
１０１〜Ｓ１０３と同様に、液剤パラメータが設定さ
れ、液剤パラメータから最適の回転速度ｖが求められ、
滑り検出のしきい値θｍｉｎが設定される。

【００５２】ステップＳ４０４で、補正回転を行なった
回数Ｎに０が代入され、Ｎの値が初期化される。ステッ
プＳ４０５で、速度決定のためのパラメータを変更する
補正回数のしきい値Ｎｍａｘが設定される。この実施の
形態ではたとえばＮｍａｘの値として５回が設定される
ものとする。

【００５３】次に、ステップＳ４０６で、ロボットの回
転における目標角度θだけの回転が行なわれる。このと
き回転角度の計測にはエンコーダ１０５Ｒ，１０５Ｌが
用いられる。回転が終了したのであれば、ステップＳ４
０７でジャイロ１０１によりロボットが実際に回転した
角度θｇが測定される。そして、｜θ−θｇ｜の値がθ
ｍｉｎより小さければ（Ｓ４０７でＹＥＳ）、回転処理
を終了する。

【００５４】一方、ステップＳ４０７でＮＯであれば、
ステップＳ４０８で補正回転の回数Ｎを１インクリメン
トする。ステップＳ４０９で、補正回転の回数Ｎがしき
い値Ｎｍａｘを超えていないかが判定される。ＹＥＳで
あれば、ステップＳ４１０で目標角度θにθ−θｇの値
が代入され、再びステップＳ４０６から目標角度θの回
転が行なわれる。

【００５５】ステップＳ４０９でＮＯであれば、ステッ
プＳ４１１でロボットの回転速度ｖが遅くなるように回
転速度ｖが変更される。これは、しきい値Ｎｍａｘだけ
の補正のための回転動作を行なっても、ロボットの回転
角度の誤差がしきい値θｍｉｎを超えているため、ロボ
ットの回転速度ｖを遅くすることで、誤差をより少なく
するものである。これにより、補正のための回転により
ロボットが同じ角度の範囲を往復することがなくなる。

【００５６】［第５の実施の形態］図１３は、本発明の
第５の実施の形態におけるロボットの回転動作を示すフ
ローチャートである。

【００５７】ステップＳ５０１〜Ｓ５０３で、図９のＳ
２０１〜Ｓ２０３と同様に、床面状態のパラメータが設
定され、床面状態のパラメータから最適の回転速度ｖが
求められ、滑り検知のしきい値θｍｉｎが設定される。

【００５８】ステップＳ５０４〜Ｓ５１１での処理は、
図１２のＳ４０４〜Ｓ４１１と同様である。

【００５９】この実施の形態においては、床面状態のパ
ラメータに基づいて最適の回転速度ｖがまず設定され
（Ｓ５０１，Ｓ５０２）、しきい値Ｎｍａｘだけの補正
回転を行なっても誤差がしきい値θｍｉｎ以上であれば
ロボットの回転速度ｖを遅くする（Ｓ５１１）。

【００６０】これにより床面が滑りやすく補正回転がう
まくいかない場合には回転速度ｖが遅くなるため、ロボ
ットの回転を正確に行なうことができるようになる。

【００６１】［第６の実施の形態］図１４は、本発明の
第６の実施の形態におけるロボットの回転動作を示すフ
ローチャートである。

【００６２】ステップＳ６０１〜Ｓ６０３で、図１１の
Ｓ３０１〜Ｓ３０３と同様に、環境パラメータが設定さ
れ、環境パラメータから最適の回転速度ｖが求められ、
滑り検出のしきい値θｍｉｎが設定される。

【００６３】ステップＳ６０４〜Ｓ６１１での処理は、
図１２のＳ４０４〜Ｓ４１１と同様である。

【００６４】この実施の形態においては複数のパラメー
タから構成される環境パラメータに基づき最適の回転速
度ｖが求められ、ロボットの回転が行なわれる。そし
て、Ｎｍａｘ回の補正回転を行なっても、ロボットの回
転の誤差がθｍｉｎ以上であれば回転速度ｖが遅くされ
る。これにより、ロボットを正確に回転させることがで
きる。

【００６５】なお、上述の実施の形態においては環境パ
ラメータ（液剤パラメータ、床面状態パラメータ）に基
づいて、ロボットの回転速度ｖを求めることとしたが、
環境パラメータに基づいて、滑り検出のしきい値θｍｉ
ｎを変更するようにしてもよい。すなわち、たとえばワ
ックスの塗布作業を行なう場合は回転角度に高い精度が
要求されるためθｍｉｎの値を小さくし、逆に消毒剤塗
布などの作業の場合には高い精度が必要とされないた
め、θｍｉｎの値を大きくするようにしてもよい。この
場合、補正回転が少なくなるため、作業時間を短縮させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態におけるロボット
の平面図である。

【図２】図１のロボットの側面図である。

【図３】図１のロボットの制御回路のブロック図であ
る。

【図４】ロボットの回転制御の概要を示すフローチャー
トである。

【図５】第１の実施の形態におけるロボットの回転制御
を示すフローチャートである。

【図６】ロボットの回転動作における回転速度の変化を
示す図である。

【図７】液剤パラメータと速度決定のためのパラメータ
ｋとのテーブルを示す図である。

【図８】ロボットの進行方向と回転角度θとの関係を示
す図である。

【図９】第２の実施の形態におけるロボットの回転制御
を示すフローチャートである。

【図１０】床面状態パラメータと速度決定のためのパラ
メータｋとのテーブルを示す図である。

【図１１】第３の実施の形態におけるロボットの回転制
御を示すフローチャートである。

【図１２】第４の実施の形態におけるロボットの回転制
御を示すフローチャートである。

【図１３】第５の実施の形態におけるロボットの回転制
御を示すフローチャートである。

【図１４】第６の実施の形態におけるロボットの回転制
御を示すフローチャートである。

【図１５】ロボットの動作パターンの具体例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０１ ジャイロ １０５Ｒ，１０５Ｌ エンコーダ ２０１ 制御部 ２０３ 駆動部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体を回転させる回転手段と、 前記移動体の回転速度を、前記移動体が移動する環境に
   応じて設定する設定手段とを備えた、移動体の制御装
   置。
2. 【請求項２】 移動体の回転が行なわれた後に、前記移
   動体の回転角度の誤差を判定する判定手段と、 前記誤差が第１の所定値を超えたときに、前記移動体を
   補正のために回転させる回転手段と、 前記回転手段による移動体の回転速度を前記移動体が移
   動する環境に応じて設定する第１の設定手段とを備え
   た、移動体の制御装置。
3. 【請求項３】 前記判定手段は、ジャイロにより誤差を
   判定する、請求項２に記載の移動体の制御装置。
4. 【請求項４】 前記第１の所定値を前記移動体が移動す
   る環境に応じて設定する第２の設定手段をさらに備え
   た、請求項２または３に記載の移動体の制御装置。
5. 【請求項５】 前記回転手段による補正のための回転を
   行なった回数が第２の所定値を超えたときに、前記回転
   手段による移動体の回転速度を変更する変更手段をさら
   に備えた、請求項２から４のいずれかに記載の移動体の
   制御装置。
6. 【請求項６】 移動体の回転が行なわれた後に、前記移
   動体の回転角度の誤差を判定する判定手段と、 前記誤差が所定値を超えたときに前記移動体を補正のた
   めに回転させる回転手段と、 前記所定値を前記移動体が移動する環境に応じて設定す
   る設定手段とを備えた、移動体の制御装置。