TW202105109A - 移動機器人、移動機器人之控制系統及移動機器人之控制方法 - Google Patents

移動機器人、移動機器人之控制系統及移動機器人之控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明之課題，在於在通道內盡快地將移動機器人誘導至所期望之路徑上。 本發明之移動機器人30具備有：驅動部31，其變更移動速度與行進方向；檢測部24、25，其對沿著到目標地點為止之移動路徑所配置之複數個被檢測體11進行檢測；及控制部27，其取得到由檢測部所檢測出之被檢測體為止之距離Z與方向θ，計算到被檢測體為止之距離與方向可滿足所預先決定之關係的行進方向，並根據所計算出之行進方向對驅動部進行驅動控制。控制部27根據到由檢測部所檢測出之被檢測體為止之距離與方向，來計算沿著邊界40所配置之被檢測體與移動機器人之目前位置之相對於移動路徑正交之方向上的距離x，計算該距離x與一定距離Xref的差量δx，並以使該差量δx成為0(零)之方式來執行對驅動部之驅動控制。

Description

移動機器人、移動機器人之控制系統及移動機器人之控制方法
本發明係關於移動機器人、移動機器人之控制系統及移動機器人之控制方法者。
自過去以來，為了誘導進行自主移動之移動機器人，而使用信標(beacon)等之發信器。例如，作為移動機器人之掃地機器人係根據從被設在充電器的信標所發出之信號來進行朝向充電器移動而自充電器接受電力之供給的動作。
如此之移動機器人於近年來其活用範圍擴大。例如，在工廠內或物流倉庫等所使用之無人搬送車、或在設施、大廳、機場等公共設施內之服務機器人皆為移動機器人活用之一例。例如，於下述之專利文獻1所記載之技術中，揭示有無人搬送車對與被設置在行走環境之複數個定位裝置之相對位置進行檢測而自主行走的系統。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利特開2005-018248號公報
(發明所欲解決之問題)
然而，該技術係求取與定位裝置之相對位置來決定行走路線者，在無人搬送車之位置因某些影響而產生偏移之情形時等，存在有會在與所期望之行走路線不同之路線上行走的可能性。為了即便在如此之情形時仍可在所期望之行走路線上行走，必須將所期望之行走路線上相對於定位裝置之相對位置全部事先加以記憶，故記憶體容量之增加與期望之行走路線的設定所需要之工時的增加便會成為問題。
本發明係鑑於上述之習知技術所存在之各種課題而完成者，其目的在於提供在使移動機器人自主行走之情形時，不需要記憶行走路線之大容量的記憶體與設定行走路線之工時的移動機器人之控制系統及控制方法、以及該等所使用之移動機器人。 (解決問題之技術手段)
本發明之移動機器人具備有：驅動部，其變更移動速度與行進方向；檢測部，其對沿著到目標地點為止之移動路徑所配置之複數個被檢測體進行檢測；及控制部，其取得到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，計算到上述被檢測體為止之距離與方向可滿足所預先決定之關係的行進方向，並根據所計算出之行進方向對上述驅動部進行驅動控制；於上述移動路徑，相對於上述移動機器人之行進方向至少在左右之任一方設定有邊界，而且上述複數個被檢測體沿著形成上述移動路徑之上述邊界被配置，並且上述移動機器人係以上述移動機器人與上述邊界保持一定距離(Xref)而進行移動之方式，在目標路徑被設定於與該邊界僅離一定距離(Xref)之位置的設定環境下被使用；如此之移動機器人之特徵在於，上述控制部至少於上述移動機器人朝向目標地點而欲開始進行沿著上述目標路徑之移動時，可根據到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，來計算沿著上述邊界所配置之上述被檢測體與上述移動機器人之目前位置之相對於上述移動路徑正交之方向上的距離(x)，並且可計算該距離(x)與上述一定距離(Xref)的差量(δx)，而且可以使該差量(δx)成為0(零)之方式來執行對上述驅動部之驅動控制。
本發明之移動機器人之控制系統具備有：驅動部，其變更移動機器人之移動速度與行進方向；檢測部，其對沿著到目標地點為止之移動路徑所配置之複數個被檢測體進行檢測；及控制部，其取得到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，計算到上述被檢測體為止之距離與方向可滿足所預先決定之關係的行進方向，並根據所計算出之行進方向對上述驅動部進行驅動控制；於上述移動路徑，相對於上述移動機器人之行進方向至少在左右之任一方設定有邊界，上述複數個被檢測體沿著形成上述移動路徑之上述邊界被配置，以上述移動機器人與上述邊界保持一定距離(Xref)而進行移動之方式，將目標路徑設定於與該邊界僅離一定距離(Xref)之位置；如此之移動機器人之控制系統之特徵在於，上述控制部至少於上述移動機器人朝向目標地點而欲開始進行沿著上述目標路徑之移動時，可根據到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，來計算沿著上述邊界所配置之上述被檢測體與上述移動機器人之目前位置之相對於上述移動路徑正交之方向上的距離(x)，並且可計算該距離(x)與上述一定距離(Xref)的差量(δx)，而且可以使該差量(δx)成為0(零)之方式來執行對上述驅動部之驅動控制。
本發明之移動機器人之控制方法，該移動機器人具備有：驅動部，其變更移動機器人之移動速度與行進方向；檢測部，其對沿著到目標地點為止之移動路徑所配置之複數個被檢測體進行檢測；及控制部，其取得到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，計算到上述被檢測體為止之距離與方向可滿足所預先決定之關係的行進方向，並根據所計算出之行進方向對上述驅動部進行驅動控制；於上述移動路徑，相對於上述移動機器人之行進方向至少在左右之任一方設定有邊界，上述複數個被檢測體沿著形成上述移動路徑之上述邊界被配置，以上述移動機器人與上述邊界保持一定距離(Xref)而進行移動之方式，將目標路徑設定於與該邊界僅離一定距離(Xref)之位置，上述移動機器人之控制方法執行包含如下之處理：取得到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向的處理；計算到上述被檢測體為止之距離與方向可滿足所預先決定之關係之行進方向的處理；及根據所計算出之行進方向對上述驅動部進行驅動控制的處理；如此之移動機器人之控制方法之特徵在於，上述控制部至少於上述移動機器人朝向目標地點而欲開始進行沿著上述目標路徑之移動時進行如下之處理：根據到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，來計算沿著上述邊界所配置之上述被檢測體與上述移動機器人之目前位置之相對於上述移動路徑正交之方向上之距離(x)的處理；計算該距離(x)與上述一定距離(Xref)之差量(δx)的處理；以及以使該差量(δx)成為0(零)之方式來執行對上述驅動部之驅動控制的處理。 (對照先前技術之功效)
根據本發明，可提供一種移動機器人之控制系統及控制方法、以及該等所使用之移動機器人，其在使移動機器人自主行走之情形時，不需要記憶行走路線之大容量的記憶體與設定行走路線之工時，而且可在通道內盡快地將移動機器人誘導至所期望之路徑上。
以下，使用圖式對用以實施本發明之較佳實施形態進行說明。再者，以下之實施形態並非限定各請求項之發明者，而且實施形態中所說明之特徵的全部組合並不一定是本發明之解決手段所必須者。
[第一實施形態] 首先，使用圖1至圖7，對本發明之移動機器人之控制系統之基本形態即第一實施形態進行說明。第一實施形態係移動機器人30根據到移動機器人30所檢測出之信標11-1為止之距離Z、及根據該距離Z所計算出之信標通過距離x，來動作的實施形態。
圖1係表示第一實施形態之移動機器人30之作為基本之移動例的圖。移動機器人30對沿著界定通道之邊界40(40-1、40-2)所配置之作為被檢測體之信標11(11-1、11-2)進行檢測，並根據所檢測出之信標11的位置，一邊與邊界40保持一定距離Xref一邊朝向目的地點移動。於作為發信器之信標11，被分配有可分別將該等識別為唯一者之信標ID。信標11例如為將包含表示信標ID之信號之紅外線信號加以發送者，且藉由該紅外線信號之周期性變化所表現。界定通道之邊界40，例如為牆壁、間隔板、或白色標線等。
於圖1所示之移動例中，相對於移動機器人30之行進方向，移動機器人30與左側之邊界40-1保持一定距離Xref而進行移動。移動機器人30為了與邊界40-1保持一定距離Xref，取得到所檢測出之信標11-1為止之距離Z，而且根據該距離Z來計算信標通過距離x。根據該計算結果，移動機器人30計算一定距離Xref與信標通過距離x之差量即δx，並以使該差量δx成為0(零)之方式移動。為了使差量δx成為0(零)之行進動作，係根據回饋控制、例如根據PID控制(比例性微積分控制)所決定。移動機器人30若到信標11-1為止之距離Z變得較所預先決定之切換臨限值更接近，便會將目標切換為信標11-2並進行移動。將與移動機器人30之距離較切換臨限值更接近之範圍，稱為切換範圍。
其次，參照圖2對第一實施形態之移動機器人30之具體構成例進行說明。此處，圖2係表示第一實施形態之移動機器人30之構成例的方塊圖。第一實施形態之移動機器人30具備有驅動部31、信標檢測部22、及控制部27。
驅動部31具備有驅動輪32、33、馬達34、35、及馬達控制部36。驅動輪32相對於移動機器人30之行進方向被配備於左側。驅動輪33相對於移動機器人30之行進方向被配備於右側。馬達34根據馬達控制部36之控制而使驅動輪32旋轉。馬達35根據馬達控制部36之控制而使驅動輪33旋轉。馬達控制部36根據自控制部27所輸入之分別相對於馬達34、35之角速度指令值，而對馬達34、35供給電力。
移動機器人30藉由馬達34、35以與自馬達控制部36所供給之電力對應的角速度進行旋轉，而前進或後退。又，移動機器人30之行進方向係藉由使馬達34、35之角速度產生差異而被變更。例如，藉由於前進時使左側之驅動輪32的角速度大於右側之驅動輪33的角速度，移動機器人30一邊向右迴旋一邊進行移動。又，藉由使驅動輪32、33分別朝相反方向相反旋轉，移動機器人30可不改變位置地進行迴旋。再者，移動機器人30為了使移動機器人30之姿勢穩定，亦可具有驅動輪32、33以外之車輪。
信標檢測部22具備有作為檢測部之紅外線感測器24、25、及計算部26。紅外線感測器24被安裝於移動機器人30前面之左側，對自位於移動機器人30前面側之信標11所發送的紅外線信號進行檢測。紅外線感測器25被安裝於移動機器人30前面之右側，對自位於移動機器人30前面側之信標11所發送之紅外線信號進行檢測。左右兩個紅外線感測器24、25相對於通過移動機器人30之中心之正面方向的直線，呈對稱地被安裝於移動機器人30之框體。紅外線感測器24、25例如使用將紅外線過濾器加以組合而成之攝影元件。信標11係藉由對利用紅外線感測器24、25所拍攝之圖像之輝度的變化進行檢測所檢測。
計算部26根據由一紅外線感測器24所拍攝之圖像中目標之信標11之位置與由另一紅外線感測器25所拍攝之圖像中目標之信標11之位置的差異，來計算自移動機器人30到信標11為止之距離Z。計算部26在由紅外線感測器24、25所拍攝之圖像中含有自複數個信標11所發送之信號的情形時，對作為目標之信標11的信標ID進行檢測，來計算到作為目標之信標11為止的距離Z。信標ID之檢測例如係藉由對在時間序列上連續之圖像中與信標ID對應之信號的周期性變化進行檢測來進行。計算部26將包含所計算出之距離Z與信標ID的信標資訊，朝向控制部27輸出。所計算出之距離Z，係與連結紅外線感測器24及紅外線感測器25之線段上之中心的距離。若紅外線感測器24、25以連結紅外線感測器24及紅外線感測器25之線段相對於移動機器人30之行進方向正交之方式被安裝，便可減輕計算部26之運算負擔。
控制部27根據自信標檢測部22取得之信標資訊來控制驅動部31。圖3係表示第一實施形態之控制部27之構成例的方塊圖。第一實施形態之控制部27具備有移動路徑記憶部27a、信標選擇部27b、及驅動控制部27c。於移動路徑記憶部27a，預先記憶有包含與沿著移動機器人30之移動路徑被配置之複數個信標11相關之屬性資訊的表格。信標選擇部27b根據被記憶於移動路徑記憶部27a之表格，將作為目標之信標11的信標ID朝向信標檢測部22輸出。信標選擇部27b根據自信標檢測部22所輸入之信標資訊，來判定是否對作為目標的信標11進行切換。信標選擇部27b於要對作為目標的信標11進行切換之情形時，自表格選擇作為目前之目標之信標11的下一個信標11。
驅動控制部27c根據自信標檢測部22所輸出之信標資訊，而自被記憶於移動路徑記憶部27a之表格中讀出屬性資訊及控制資訊。屬性資訊係與作為目標之信標11相關的資訊。控制資訊係表示與作為目標之信標11建立關聯之控制的資訊。與信標11建立關聯之控制，例如為在表示行進方向之變更之信標11附近進行迴旋的控制、或在表示停止位置之信標11附近停止的控制等。亦即，驅動控制部27c根據信標資訊、屬性資訊及控制資訊，來對驅動部31進行驅動控制。
圖4係表示第一實施形態之被儲存於移動路徑記憶部27a之表格之一例的圖。表格具備有「信標ID」、「通道距離」、「設置側」、「方向轉換」、「最終信標」之項目的行。各列係分別存在於每個信標11之屬性資訊。表格中之各列係以移動機器人30沿著移動路徑移動時所通過之信標11的順序來排列。於「信標ID」之行中包含有與列對應之信標11的信標ID。於「通道距離」之行中包含有表示移動機器人30之移動路徑和與列對應之信標11之間離多少距離的距離資訊。通道距離係被設定為正值之值，且為表示自作為對象之信標11到移動機器人30之移動路徑為止之距離的值。又，於該實施形態中，通道距離係表示自信標11到位於相對於移動機器人30之移動路徑之移動方向大致正交之方向上之目標地點為止的距離。
「設置側」之行包含有表示在移動機器人30沿著移動路徑進行移動之情形時，與列對應之信標11被配置於移動機器人30之右側或左側之何者的資訊。「方向轉換」之行包含有表示在移動機器人30相對於與列對應之信標11接近至所預先決定之距離或切換臨限值時，移動機器人30之行進方向之變更的旋轉資訊。於旋轉資訊為0度之情形時，表示移動機器人30無行進方向之變更的情形。於旋轉資訊為0度以外之情形時，將移動機器人30之行進方向朝順時針或逆時針變更旋轉資訊所表示之角度的量。「最終信標」之行包含有表示與列對應之信標11是否為位在移動路徑上之目標地點附近之信標11的資訊。例如，在圖4所示之表格中，表示具有信標ID「M」之信標11係目標地點附近之信標的情形。
圖5係表示第一實施形態之驅動控制部27c之基於信標資訊之控制之構成例的方塊圖。驅動控制部27c具備有通過位置計算部27c1 、及指令值計算部27c3 。信標資訊所包含之到信標11為止之距離Z，被輸入至通過位置計算部27c1 。通過位置計算部27c1 根據距離Z，來計算在目前之移動機器人30之行進方向上進行移動而最接近信標11時到信標11為止的距離x。移動機器人30最接近信標11時之位置，係相對於自移動機器人30之位置朝行進方向延伸之移動直線正交且通過信標11之位置之直線、與移動直線的交點。距離x可作為(Z·sinθ)而求得。距離x亦稱為信標通過距離。
並進速度指令值Vref、角速度指令值ωref、角速度之測定值ωl'、ωr'、及差量δx被輸入至指令值計算部27c3 。並進速度指令值Vref係對於移動機器人30之並進速度的指令值(目標值)。角速度指令值ωref係以行進方向為基準而將行進方向朝向順時針方向或逆時針方向變更時之角速度。角速度指令值ωref既可將順時針方向之變化量定為正值，亦可將逆時針方向之變化量定為正值。角速度之測定值ωl'、ωr'係藉由分別被設置於馬達34、35之編碼器所測定出之角速度。指令值計算部27c3 藉由控制部27執行基於差量δx之PID控制，來計算用以朝向驅動部31輸出之角速度指令值ωl、ωr，而可對驅動部31進行動作控制。
其次，使用圖6，對第一實施形態之移動機器人30之驅動控制方法進行說明。此處，圖6係用以進行第一實施形態之移動機器人30之動作說明的圖。
在第一實施形態中，藉由移動機器人30之信標檢測部22檢測被配置在邊界40-1上之信標11-1，可得到移動機器人30到信標11為止之距離Z。如上所述，該距離Z係由計算部26所計算出之值。在被發送距離Z之計算值的控制部27中，通過位置計算部27c1 自距離Z來計算信標通過距離x。再者，信標通過距離x係相對於沿著邊界40-1被配置之信標11-1與移動機器人30之目前位置之移動路徑正交之方向上的距離。移動機器人30藉由掌握與沿著移動路徑被配置之信標11-1離一定距離Xref的通過點Ppass，而可掌握以虛線所表示之目標路徑L。通過點Ppass係根據信標11之屬性資訊中表示「設置側」之資訊來決定。再者，圖6表示信標11(11-1、11-2)被設定在移動路徑之左側的情形。
又，於圖6所示之例子中，在移動機器人30朝向目標地點而欲開始進行沿著目標路徑L之移動時，控制部27根據通過位置計算部27c1 自距離Z所計算出之信標通過距離x、及作為與為了規定目標路徑L所預先設定之信標11之距離的一定距離Xref，來計算作為該信標通過距離x與一定距離Xref之差的差量δx。所計算出之差量δx的資訊，被傳遞至指令值計算部27c3 。指令值計算部27c3 以使所接收之差量δx成為0(零)之方式來執行對驅動部31之驅動控制。而且此時，指令值計算部27c3 根據PID控制以使差量δx成為0(零)之方式來計算角速度指令值ωl、ωr，藉此執行對驅動部31之驅動控制。
再者，指令值計算部27c3 計算之動作指令資訊，例如係基於回饋控制所包含之控制方法之一之PID控制而得者。此處，所謂PID控制係指將比例動作(P(Proportional)動作)、積分動作(I(Integral)動作)、及微分動作(D(Differential)動作)加以組合的控制方法，且係藉由輸出值與目標值之偏差、其積分、及微分等三個要素來進行輸入值之控制的控制方法。由於控制部27(指令值計算部27c3 )藉由如此之PID控制以使差量δx成為0(零)之方式來執行對驅動部31之驅動控制，因此移動機器人30於進行移動動作時會始終以朝向目標路徑L更加快速地接近之方式動作。又，藉由PID控制之微分動作(D(Differential)動作)的作用，由於可較佳地防止移動機器人30相對於作為移動目標之目標路徑L走過頭(過衝(overshoot))、或振動(hunting)之現象的產生，因此可使移動機器人30盡早地沿著由圓滑之曲率所描繪之路徑移動至目標路徑L。
若移動機器人30藉由以上所說明之驅動控制方法而沿著移動路徑進行移動時，最終，移動機器人30會靠近目標位置附近之具有信標ID「M」之信標11的附近，而執行停止控制。
其次，將圖7加入參照圖式中，對第一實施形態之移動機器人30之控制系統之具體的處理內容進行說明。此處，圖7係用以進行第一實施形態之移動機器人30之動作說明的圖，且為表示控制部所進行之控制處理內容的流程圖。
若移動機器人30之移動開始，首先，計算部26便取得被設定於信標11之ID資訊，並發送至控制部27。第一實施形態之ID資訊係用以將各信標11識別為唯一者之信標ID。在接收到信標ID之控制部27中，對以初始狀態所設定之信標ID是否有被檢測出進行判定(步驟S101)。於初始狀態下，信標選擇部27b將被儲存於表格第一列之信標ID，選為作為目標之信標11的信標ID。
於無法檢測出信標11之情形時(步驟S101之NO)，控制部27輸出表示無法檢測出信標11之錯誤信號。驅動控制部27c根據錯誤信號使驅動部31將驅動輪32、33停止(步驟S121)。信標選擇部27b根據錯誤信號將表示無法檢測出信標11之錯誤資訊朝向外部輸出(步驟S122)，並使移動控制處理結束。再者，錯誤資訊之輸出係使用移動機器人30所具備之輸出裝置，例如使用揚聲器或顯示器來進行。
於步驟S101中，在有檢測出信標11之情形時(步驟S101之YES)，信標選擇部27b及驅動控制部27c會自信標檢測部22之計算部26取得信標資訊(步驟S102)。信標選擇部27b根據表格來判定由信標資訊所表示之信標11是否為最終信標(步驟S103)。
於步驟S103中，在信標11為最終信標之情形時(步驟S103之YES)，驅動控制部27c對由信標資訊表示之到信標11為止之距離Z是否在切換範圍內進行判定(步驟S131)。於到信標11為止之距離Z在切換範圍內之情形時(步驟S131之YES)，驅動控制部27c使驅動部31將驅動輪32、33停止(步驟S132)，並結束移動控制處理。
於步驟S131中，在到信標11為止之距離Z不在切換範圍內之情形時(步驟S131之NO)，驅動控制部27c使處理前進至步驟S108。
於步驟S103中，於信標11並非最終信標之情形時(步驟S103之NO)，驅動控制部27c對由信標資訊所表示之到信標11為止之距離Z是否在切換範圍內進行判定(步驟S104)。在到信標11為止之距離Z不在切換範圍內之情形時(步驟S104之NO)，驅動控制部27c使處理前進至步驟S108。
於步驟S104中，在到信標11為止之距離Z在切換範圍內之情形時(步驟S104之YES)，驅動控制部27c根據表格來判定在信標11之屬性資訊中是否有方向轉換之指示存在(步驟S105)。於無方向轉換之指示存在之情形時(步驟S105之NO)，驅動控制部27c使處理前進步驟S107。
於有方向轉換之指示存在之情形時(步驟S105之YES)，驅動控制部27c自表格取得信標11之旋轉資訊，並對驅動部31進行對移動機器人30之行進方向變更旋轉資訊所表示之角度的控制(步驟S106)。信標選擇部27b自表格取得目前作為目標之信標11的下一個作為目標之信標11的信標ID。信標選擇部27b藉由將所取得之信標ID的信標11朝向信標檢測部22輸出，而將所取得之信標ID的信標11選為新的目標(步驟S107)，並使處理返回至步驟S101。
於步驟S108，取得由距離Z所構成之信標資訊的控制部27，通過位置計算部27c1 自距離Z來計算信標通過距離x(步驟S108)。再者，距離x係相對於沿著邊界40-1所配置之信標11-1與移動機器人30之目前位置之移動路徑正交之方向上的距離。又，在控制部27中，根據所計算出之信標通過距離x、及與作為為了規定目標路徑L所預先設定之信標11-1之距離的一定距離Xref，來計算作為該距離x與一定距離Xref之差的差量δx(步驟S109)。
接著，在步驟S109所計算出之差量δx之資訊，自控制部27之通過位置計算部27c1 被傳遞至指令值計算部27c3 。指令值計算部27c3 以使所接收到之差量δx成為0(零)之方式來執行對驅動部31之驅動控制(步驟S110)。又，此時，指令值計算部27c3 根據PID控制以使差量δx成為0(零)之方式來計算角速度指令值ωl、ωr，藉此執行對驅動部31之驅動控制。
於控制部27之指令值計算部27c3 以使差量δx成為0(零)之方式執行對驅動部31之驅動控制後，控制部27持續確認差量δx是否已成為0(零)(步驟S111)。然後，於差量δx未成為0(零)之情形時(步驟S111之NO)，控制部27持續地進行基於PID控制之對驅動部31之驅動控制的執行(步驟S112)。
於利用控制部27所進行之基於PID控制之對驅動部31之驅動控制的執行持續地被進行後，在差量δx成為0(零)之情形時(步驟S111之YES)，控制部27使處理返回至步驟S101。然後，至執行使移動機器人30到達最終目標地點並使驅動部31將驅動輪32、33停止之步驟S132之處理為止，執行基於圖7所示之流程圖的移動控制處理。
以上，根據使用圖7所說明之移動控制處理，第一實施形態之移動機器人30會藉由PID控制之作用而在通道內被盡快地誘導至所期望之目標路徑L上(參照圖6)。該動作控制方法存在有如下之功效：例如在工廠內等移動機器人30與人共用通道之情形時，由於移動機器人30可盡早地空出通道，因此移動機器人30不會阻礙人的通行，而可較佳地防止在通道內人必須等待移動機器人30通過之狀況的發生。
又，根據上述之第一實施形態之移動機器人30之控制系統，即便在採用不需要較寬廣的設置場所之較為小型之信標11的情形時，仍可精度良好地進行對其之識別及距離計測。此外，根據上述之第一實施形態之移動機器人30之控制系統，由於可設為價廉之系統構成，因此可提供通用性較高之移動機器人之控制系統。
以上，使用圖1至圖7，對作為本發明之移動機器人之控制系統之基本形態的第一實施形態進行說明。上述之第一實施形態係移動機器人30根據到由移動機器人30所檢測出之信標11-1為止之距離Z、及根據該距離Z所計算出之信標通過距離x來動作的實施形態。其次，使用圖8至圖17對第二實施形態進行說明，而該第二實施形態係一邊將上述之第一實施形態之動作控制方法利用在移動機器人30之初始動作，一邊與其他動作控制方法組合之動作控制方法。再者，在第二實施形態之說明中，存在有與上述之第一實施形態相同或類似之構件等，標示相同符號而省略說明之情形。
[第二實施形態] 圖8係表示第二實施形態之移動機器人30之作為基本之移動例的圖。移動機器人30對沿著界定通道之邊界40(40-1、40-2)所配置之作為被檢測體之信標11(11-1、11-2)進行檢測，並根據所檢測出之信標11的位置，一邊與邊界40保持一定距離Xref一邊朝向目的地點移動。於作為發信器之信標11，被分配有可分別將該等識別為唯一者之信標ID。信標11例如為將包含表示信標ID之信號之紅外線信號加以發送者，且藉由該紅外線信號之周期性變化所表現。界定通道之邊界40，例如為牆壁、間隔板、或白色標線等。
於圖8所示之移動例中，相對於移動機器人30之行進方向，移動機器人30與左側之邊界40-1保持一定距離Xref而移動。移動機器人30為了與邊界40-1保持一定距離Xref，取得到所檢測出之信標11-1為止之距離Z與方向θ，來計算距離Z與方向θ可滿足所預先決定之條件的行進方向。移動機器人30朝所計算出之行進方向移動。方向θ係移動機器人30之行進方向與所檢測出之信標11-1之方向所成的角。可滿足所預先決定之條件的行進方向，係於初始動作中根據回饋控制、例如根據PID控制所決定之行進方向，且在結束初始動作而轉移至一般動作之狀態下，方向θ會成為arcsin(Xref/Z)的行進方向。移動機器人30若到信標11-1為止之距離Z變得較所預先決定之切換臨限值更接近，便會將目標切換為信標11-2並進行而移動。將與移動機器人30之距離較切換臨限值更接近之範圍，稱為切換範圍。
其次，參照圖9對第二實施形態之移動機器人30之具體構成例進行說明。此處，圖9係表示第二實施形態之移動機器人30之構成例的方塊圖。第二實施形態之移動機器人30具備有驅動部31、信標檢測部22、及控制部27。
驅動部31具備有驅動輪32、33、馬達34、35、及馬達控制部36。驅動輪32相對於移動機器人30之行進方向被配備於左側。驅動輪33相對於移動機器人30之行進方向而配置於右側。馬達34根據馬達控制部36之控制來使驅動輪32旋轉。馬達35根據馬達控制部36之控制來使驅動輪33旋轉。馬達控制部36根據自控制部27所輸入之分別對於馬達34、35的角速度指令值，來對馬達34、35供給電力。
藉由馬達34、35以與自馬達控制部36所供給之電力對應的角速度進行旋轉，而使移動機器人30前進或後退。又，藉由使馬達34、35之角速度產生差異，可變更移動機器人30之行進方向。例如，藉由於前進時使左側之驅動輪32的角速度大於右側之驅動輪33的角速度，移動機器人30一邊進行右迴旋一邊移動。又，藉由分別使驅動輪32、33朝反方向旋轉，而使移動機器人30在原地進行迴旋。再者，為了使移動機器人30之姿勢穩定，移動機器人30亦可具有驅動輪32、33以外之車輪。
信標檢測部22具備有作為檢測部之紅外線感測器24、25、及計算部26。紅外線感測器24被安裝於移動機器人30之前面的左側，而對自位於移動機器人30之前面側之信標11所發送的紅外線信號進行檢測。紅外線感測器25被安裝於移動機器人30之前面的右側，而對自位於移動機器人30之前面側之信標11所發送之紅外線信號進行檢測。左右兩個紅外線感測器24、25相對於通過移動機器人30中心之正面方向的直線，呈對稱地被安裝於移動機器人30之框體。紅外線感測器24、25，例如可使用將紅外線過濾器加以組合而得之攝影元件。藉由對利用紅外線感測器24、25所拍攝之圖像之輝度的變化進行檢測，而可檢測出信標11。
計算部26根據由一紅外線感測器24所拍攝之圖像之目標之信標11的位置與由另一紅外線感測器25所拍攝之圖像之目標之信標11之位置的差異，來計算自移動機器人30至信標11為止之距離Z與方向θ。計算部26於由紅外線感測器24、25所拍攝之圖像含有自複數個信標11所發送之信號的情形時，對作為目標的信標11的信標ID進行檢測，來計算到作為目標之信標11為止的距離Z與方向θ。信標ID之檢測例如藉由在時間序列上連續之圖像中對與信標ID對應之信號之周期性的變化進行檢測來進行。計算部26將包含所計算出之距離Z及方向θ與信標ID的信標資訊朝向控制部27輸出。所計算出之距離Z係與連結紅外線感測器24與紅外線感測器25之線段上之中心的距離。紅外線感測器24、25以連結紅外線感測器24與紅外線感測器25之線段相對於移動機器人30之行進方向正交之方式被安裝，便可減輕計算部26之運算負擔。
控制部27根據自信標檢測部22取得之信標資訊，來控制驅動部31。圖10係表示第二實施形態之控制部27之構成例的方塊圖。第二實施形態之控制部27具備有移動路徑記憶部27a、信標選擇部27b、及驅動控制部27c。於移動路徑記憶部27a，預先記憶有包含與沿著移動機器人30之移動路徑所配置之複數個信標11相關之屬性資訊的表格。信標選擇部27b根據被記憶在移動路徑記憶部27a之表格，將作為目標之信標11的信標ID朝向信標檢測部22輸出。信標選擇部27b根據自信標檢測部22所輸入之信標資訊，來判定是否對作為目標的信標11進行切換。於對作為目標的信標11進行切換的情形時，信標選擇部27b自表格選擇作為目前之目標之信標11的下一個信標11。
驅動控制部27c根據自信標檢測部22所輸出之信標資訊，而自被記憶於移動路徑記憶部27a之表格讀出屬性資訊及控制資訊。屬性資訊係與作為目標之信標11相關的資訊。控制資訊係表示與作為目標之信標11建立關聯之控制的資訊。與信標11建立關聯之控制，例如為在表示行進方向之變更之信標11附近進行迴旋的控制、或在表示停止位置之信標11附近停止的控制等。亦即，驅動控制部27c根據信標資訊、屬性資訊及控制資訊，來對驅動部31進行驅動控制。
圖11係表示被儲存於第二實施形態之移動路徑記憶部27a之表格之一例的圖。表格具備有「信標ID」、「通道距離」、「設置側」、「方向轉換」、「最終信標」之項目的行。各列係分別存在於每個信標11之屬性資訊。表格中之各列係以移動機器人30沿著移動路徑移動時所通過之信標11的順序來排列。於「信標ID」之行中包含有與列對應之信標11的信標ID。於「通道距離」之行中包含有表示移動機器人30之移動路徑和與列對應之信標11之間離多少距離的距離資訊。通道距離係被設定為正值之值，且為表示自作為對象之信標11到移動機器人30之移動路徑為止之距離的值。又，於該實施形態中，通道距離係表示自信標11到位於移動機器人30之移動路徑之移動方向大致正交之方向上之目標地點為止的距離。
「設置側」之行包含有表示在移動機器人30沿著移動路徑進行移動之情形時，與列對應之信標11被配置於移動機器人30之右側或左側之何者的資訊。「方向轉換」之行包含有表示在移動機器人30相對於與列對應之信標11接近至所預先決定之距離或切換臨限值時，移動機器人30之行進方向之變更的旋轉資訊。於旋轉資訊為0度之情形時，表示移動機器人30無行進方向之變更的情形。於旋轉資訊為0度以外之情形時，將移動機器人30之行進方向朝順時針或逆時針變更旋轉資訊所表示之角度的量。「最終信標」之行包含有表示與列對應之信標11是否為位在移動路徑上之目標地點附近之信標11的資訊。例如，在圖11所示之表格中，表示具有信標ID「M」之信標11係目標地點附近之信標。
圖12係表示第二實施形態之驅動控制部27c之基於信標資訊之控制之構成例的方塊圖。驅動控制部27c具備有通過位置計算部27c1 、補正角計算部27c2 、及指令值計算部27c3 。信標資訊所包含之到信標11為止之距離Z及方向θ，被輸入至通過位置計算部27c1 。通過位置計算部27c1 根據距離Z及方向θ，來計算在目前之移動機器人30之行進方向上進行移動而最接近信標11時到信標11為止的距離x、與到最接近信標11為止之移動距離y。移動機器人30最接近信標11時之位置，係相對於自移動機器人30之位置朝行進方向延伸之移動直線正交且通過信標11之位置之直線、與移動直線的交點。距離x可作為(Z·sinθ)而求得。移動距離y可作為(Z·cosθ)而求得。距離x亦稱為信標通過距離。又，移動距離y亦稱為到信標旁側為止的距離。
自通道之邊界40到移動路徑為止之一定距離Xref減去距離x可得到之差量ΔX、與移動距離y，被輸入至補正角計算部27c2 。補正角計算部27c2 根據差量ΔX與移動距離y，來計算相對於移動機器人30之行進方向的補正角Δθ。具體而言，補正角計算部27c2 將藉由arctan(ΔX/y)可得到的值，設為補正角Δθ。
並進速度指令值Vref、角速度指令值ωref、角速度之測定值ωl'、ωr'、補正角Δθ、及差量δx，被輸入至指令值計算部27c3 。並進速度指令值Vref係對於移動機器人30之並進速度的指令值(目標值)。角速度指令值ωref係以行進方向為基準將行進方向朝向順時針方向或逆時針方向變更時之角速度。角速度指令值ωref既可將順時針方向之變化量定為正值，亦可將逆時針方向之變化量定為正值。角速度之測定值ωl'、ωr'係藉由分別被設置於馬達34、35之編碼器所測定出之角速度。指令值計算部27c3 根據並進速度指令值Vref、角速度指令值ωref、角速度之測定值ωl'、ωr'、及補正角Δθ，來計算一邊使移動機器人30以並進速度指令值Vref及角速度指令值ωref移動一邊使行進方向變更補正角Δθ的角速度指令值ωl、ωr。指令值計算部27c3 將所計算出之角速度指令值ωl、ωr朝向驅動部31輸出。
又，指令值計算部27c3 藉由控制部27執行基於差量δx之PID控制，來計算用以朝向驅動部31輸出之角速度指令值ωl、ωr，而可對驅動部31進行動作控制。
另外，於第二實施形態中，在移動機器人30朝向目標地點而欲開始進行沿著目標路徑L之移動的初始動作時與結束初始動作而持續沿著目標路徑L之移動的一般動作時，執行不同之驅動控制方法。此處，使用圖13與圖15，對第二實施形態之移動機器人30的驅動控制方法進行說明。
首先，圖13係用以進行第二實施形態之移動機器人30在執行初始動作時之動作說明的圖。藉由信標檢測部22檢測配置在邊界40-1上之信標11-1，可得到移動機器人30到信標11為止之距離Z、及以移動機器人30之行進方向為基準之信標11-1所在之方向θ。如上所述，該等距離Z與方向θ係由計算部26所計算出之值。在被發送包含該等距離Z與方向θ之計算值的控制部27中，通過位置計算部27c1 自距離Z及方向θ來計算距離x及移動距離y。再者，距離x係相對於沿著邊界40-1被配置之信標11-1與移動機器人30之目前位置(開始位置)之移動路徑正交之方向上的距離。移動機器人30藉由掌握與沿著移動路徑被配置之信標11-1離一定距離Xref的通過點Ppass，可掌握以虛線所表示之目標路徑L。通過點Ppass係根據信標11之屬性資訊中表示「設置側」之資訊來決定。再者，圖13表示信標11(11-1、11-2)被設定在移動路徑之左側的情形。
於圖13所示之例子中，在移動機器人30朝向目標地點而欲開始進行沿著目標路徑L之移動時，控制部27根據通過位置計算部27c1 自距離Z及方向θ所計算出之距離x、及作為與為了規定目標路徑L所預先設定之信標11之距離的一定距離Xref，來計算作為該距離x與一定距離Xref之差的差量δx。所計算出之差量δx的資訊經由補正角計算部27c2 ，被傳遞至指令值計算部27c3 。此時，補正角計算部27c2 不動作，而僅進行差量δx之資訊的交接。指令值計算部27c3 以使所接收到之差量δx成為0(零)之方式，來執行對驅動部31之驅動控制。而且此時，指令值計算部27c3 基於PID控制而以使差量δx成為0(零)之方式來計算角速度指令值ωl、ωr，藉此執行對驅動部31之驅動控制。
再者，指令值計算部27c3 要計算之動作指令資訊，例如為回饋控制所包含的控制方法之一即PID控制來進行者。此處，所謂PID控制係指將比例動作(P(Proportional)動作)、積分動作(I(Integral)動作)、及微分動作(D(Differential)動作)加以組合的控制方法，且係藉由輸出值與目標值之偏差、其積分、及微分等三個要素來進行輸入值之控制的控制方法。由於控制部27(指令值計算部27c3 )藉由如此之PID控制以使差量δx成為0(零)之方式來執行對驅動部31之驅動控制，因此移動機器人30於初始動作時會以朝向目標路徑L更加快速地接近之方式動作。又，藉由PID控制之微分動作(D(Differential)動作)的作用，由於可較佳地防止移動機器人30相對於作為移動目標之目標路徑L走過頭(過衝)、或振動(hunting)之現象的產生，因此可使移動機器人30盡早地沿著由圓滑之曲率所描繪之路徑移動至目標路徑L。
另一方面，圖15係用以進行第二實施形態之移動機器人30在執行一般動作時之動作說明的圖。再者，於圖15中，表示在第二實施形態之驅動控制部27c所計算出之補正角Δθ。藉由信標檢測部22檢測被配置於邊界40-1上之信標11，可得到移動機器人30到信標11為止的距離Z、及以移動機器人30之行進方向為基準之信標11所位在的方向θ。通過位置計算部27c1 自距離Z及方向θ，來計算距離x及移動距離y。移動機器人30為了通過與沿著移動路徑被配置之信標11離一定距離Xref的通過點Ppass，而存在變更行進方向的必要。通過點Ppass係根據信標11之屬性資訊中表示「設置側」之資訊來決定。再者，圖15表示信標11被設定在移動路徑之左側的情形。
於圖15所示之例子中，若移動機器人30在維持目前之行進方向的狀態下移動，移動機器人30便會通過通過點Ppass離差量ΔX的位置。此處，補正角計算部27c2 根據差量ΔX與移動距離y，來計算對於行進方向之補正角Δθ。指令值計算部27c3 計算用以一邊使移動機器人30以並進速度指令值Vref及角速度指令值ωref移動一邊使行進方向朝逆時針方向變更補正角Δθ的角速度指令值ωl、ωr，來控制驅動部31。如此，藉由驅動控制部27c控制驅動部31，移動機器人30可在被設定於與通道之邊界40-1隔開一定距離Xref之位置的目標路徑L上進行移動。
再者，在圖15所示之例子中，已對信標11被配置於邊界40-1上之情形進行說明。然而，在無法於邊界40上配置信標11之情形時，信標11所配置之位置與邊界40的差量會作為通道距離(D1 、D2 、…、Dm 、…、DM )而被記憶於表格中。將如此狀態之一例顯示於圖16。此處，圖16係表示在無法在邊界40(40-1)上配置信標11(11-m)之情形時，第二實施形態之移動機器人30在執行一般動作時之動作例的圖。於該情形時，補正角計算部27c2 在計算補正角Δθ時，會使用通道距離Dm 來對一定距離Xref或差量ΔX之任一者進行補正。
若移動機器人30藉由以上所說明之驅動控制方法而沿著移動路徑移動，最終移動機器人30會朝具有靠近目標位置之信標ID「M」之信標11的附近接近，並執行停止控制。
其次，將圖14及圖17加入參照圖式中，對第二實施形態之移動機器人30之控制系統之具體的處理內容進行說明。此處，圖14係用以進行第二實施形態之移動機器人30在執行初始動作時之動作說明的圖，且為表示由控制部所進行之控制處理內容的流程圖。又，圖17係用以進行第二實施形態之移動機器人30在執行一般動作時之動作說明的圖，且為表示由控制部所進行之控制處理內容的流程圖。
首先，在圖14所示之第二實施形態之移動機器人30之初始動作所執行之初始動作步驟(Process α)中，計算部26取得被設定於信標11-1之ID資訊，來計算移動機器人30到信標11-1為止的距離Z、及以移動機器人30之行進方向為基準之信標11-1所位在的方向θ，並將表示該等距離Z與方向θ之資訊發送至控制部27。第二實施形態之ID資訊，係用以將各信標11識別為唯一者之信標ID。接收到信標ID之控制部27，會判定是否有檢測出以初始狀態所設定之信標ID(步驟S201)。於初始狀態下，信標選擇部27b將被儲存於表格第一列之信標ID，選擇為作為目標之信標11-1的信標ID。
於無法檢測出信標11-1之情形時(步驟S201之NO)，控制部27輸出表示沒能檢測出信標11-1之錯誤信號。驅動控制部27c根據錯誤信號使驅動部31將驅動輪32、33停止(步驟S211)。信標選擇部27b根據錯誤信號將表示無法檢測出信標11-1之錯誤資訊朝向外部輸出(步驟S212)，並使移動控制處理結束。再者，錯誤資訊之輸出係使用移動機器人30所配備之輸出裝置，例如使用揚聲器或顯示器來進行。
於步驟S201中，在有檢測出信標11-1之情形時(步驟S201之YES)，信標選擇部27b及驅動控制部27c會自信標檢測部22之計算部26取得信標資訊(步驟S202)。該信標資訊係表示移動機器人30到信標11-1為止的距離Z、及以移動機器人30之行進方向為基準之信標11-1所位在之方向θ的資訊。
取得由距離Z與方向θ所構成之信標資訊的控制部27，通過位置計算部27c1 自距離Z及方向θ來計算距離x(步驟S203)。再者，距離x係相對於沿著邊界40-1所配置之信標11-1與移動機器人30之目前位置(開始位置)之移動路徑正交之方向上的距離。又，在控制部27中，根據所計算出之距離x、及與作為為了規定目標路徑L所預先設定之信標11-1之距離的一定距離Xref，來計算作為該距離x與一定距離Xref之差的差量δx(步驟S204)。
接著，在步驟S204所計算出之差量δx的資訊，自控制部27之通過位置計算部27c1 經由補正角計算部27c2 被傳遞至指令值計算部27c3 。此時，補正角計算部27c2 不動作，而僅進行差量δx之資訊的交接。指令值計算部27c3 以使所接收到之差量δx成為0(零)之方式，來執行對驅動部31之驅動控制(步驟S205)。而且此時，指令值計算部27c3 基於PID控制而以使差量δx成為0(零)之方式來計算角速度指令值ωl、ωr，藉此執行對驅動部31之驅動控制。
於控制部27之指令值計算部27c3 以使差量δx成為0(零)之方式執行對驅動部31之驅動控制後，控制部27持續確認差量δx是否已成為0(零)(步驟S206)。然後，於差量δx未成為0(零)之情形時(步驟S206之NO)，控制部27持續地進行基於PID控制之對驅動部31之驅動控制的執行(步驟S207)。
於利用控制部27所進行之基於PID控制之對驅動部31之驅動控制的執行持續地被執行後，在差量δx成為0(零)之情形時(步驟S206之YES)，控制部27會使基於PID控制之初始動作步驟(Process α)結束，接著執行圖17所示之一般動作。
以上，根據使用圖14所說明之初始動作步驟(Process α)，第二實施形態之移動機器人30會藉由PID控制之作用而在通道內被盡快地誘導至所期望之目標路徑L上(參照圖13)。該動作控制方法存在有如下之功效：例如在工廠內等移動機器人30與人共用通道之情形時，由於移動機器人30可盡早地空出通道，因此移動機器人30不會阻礙人的通行，而可較佳地防止在通道內人必須等待移動機器人30通過之狀況的發生。
如上所述，若移動機器人30之移動開始，首先執行使用圖14所說明之初始動作步驟(Process α)。藉由該初始動作步驟(Process α)之執行，移動機器人30於目標路徑L上移動，並轉移至一般動作。亦即，如圖17所示般，若初始動作步驟(Process α)結束，計算部26便取得被設定於信標11之ID資訊，並發送至控制部27。第二實施形態之ID資訊，係用以將各信標11識別為唯一者之信標ID。接收到信標ID之控制部27，判定是否有檢測出以初始狀態所設定之信標ID(步驟S301)。於初始狀態下，信標選擇部27b將被儲存於表格中第一列之信標ID，選為作為目標之信標11的信標ID。
於無法檢測出信標11之情形時(步驟S301之NO)，控制部27輸出表示未能檢測出信標11之錯誤信號。驅動控制部27c根據錯誤信號，使驅動部31將驅動輪32、33停止(步驟S321)。信標選擇部27b根據錯誤信號而將表示無法檢測出信標11之錯誤資訊朝向外部輸出(步驟S322)，並使移動控制處理結束。再者，錯誤資訊之輸出係使用移動機器人30所配備之輸出裝置，例如使用揚聲器或顯示器來進行。
於步驟S301中，在有檢測出信標11之情形時(步驟S301之YES)，信標選擇部27b及驅動控制部27c自信標檢測部22之計算部26取得信標資訊(步驟S302)。信標選擇部27b根據表格來判定由信標資訊所表示之信標11是否為最終信標(步驟S303)。
於步驟S303中，在信標11為最終信標之情形時(步驟S303之YES)，驅動控制部27c判定由信標資訊所表示之到信標11為止之距離Z是否在切換範圍內(步驟S331)。於到信標11為止之距離Z在切換範圍內之情形時(步驟S331之YES)，驅動控制部27c使驅動部31停止驅動輪32、33(步驟S332)，並使移動控制處理結束。
於步驟S331中，在到信標11為止之距離Z不在切換範圍內之情形時(步驟S331之NO)，驅動控制部27c使處理前進至步驟S308。
於步驟S303中，於信標11並非最終信標之情形時(步驟S303之NO)，驅動控制部27c判定由信標資訊所表示之到信標11為止之距離Z是否在切換範圍內(步驟S304)。在到信標11為止之距離Z不在切換範圍內之情形時(步驟S304之NO)，驅動控制部27c使處理前進至步驟S308。
於步驟S304中，在到信標11為止之距離Z在切換範圍內之情形時(步驟S304之YES)，驅動控制部27c根據表格來判定在信標11之屬性資訊中是否有方向轉換之指示(步驟S305)。於不存在方向轉換之指示之情形時(步驟S305之NO)，驅動控制部27c使處理前進至步驟S307。
於有方向轉換之指示存在情形時(步驟S305之YES)，驅動控制部27c自表格取得信標11之旋轉資訊，並對驅動部31進行將移動機器人30之行進方向變更旋轉資訊所表示之角度的控制(步驟S306)。信標選擇部27b自表格取得作為目前目標之信標11之下一個作為目標之信標11的信標ID。信標選擇部27b藉由將所取得之信標ID的信標11朝向信標檢測部22輸出，而將取得之信標ID的信標11選為新的目標(步驟S307)，並使處理返回至步驟S301。
於步驟S308中，補正角計算部27c2 對根據自信標檢測部22所取得之信標資訊而計算出之差量ΔX是否在容許範圍內進行判定(步驟S308)。對於差量ΔX之容許範圍，係根據對移動機器人30所要求之移動的精度、信標檢測部22之信標11之檢測的精度、馬達34、35之控制的精度等所預先決定。於差量ΔX不在容許範圍內之情形時(步驟S308之NO)，補正角計算部27c2 根據差量ΔX來計算補正角Δθ(步驟S309)。於差量ΔX在容許範圍內之情形時(步驟S308之YES)，補正角計算部27c2 將補正角Δθ設為0(步驟S310)。
其後，指令值計算部27c3 取得驅動驅動輪32、33之馬達34、35各者之角速度的測定值ωl'、ωr'(步驟S311)。指令值計算部27c3 根據並進速度指令值Vref、角速度指令值ωref、角速度之測定值ωl'、ωr'、及補正角Δθ，來計算對於馬達34、35之角速度指令值ωl、ωr(步驟S312)。指令值計算部27c3 將角速度指令值ωl、ωr朝向驅動部31輸出(步驟S313)，並使處理返回至步驟S301。
利用控制部27來進行以上所說明之包含初始動作步驟(Process α)至步驟S332之各處理的控制處理，藉此依序取得到信標11為止之距離Z及方向θ，而可補正行進方向。藉由行進方向以如此之控制處理所補正，移動機器人30可在與邊界40隔開一定距離Xref之移動路徑上進行移動，而可刪減在根據複數個信標11而進行移動時之移動距離。
又，根據上述之第二實施形態之移動機器人30之控制系統，則即便在採用不需要較寬廣的設置場所之相對較小型之信標11的情形時，仍可精度良好地進行該等之識別及距離計測。此外，根據上述之第二實施形態之移動機器人30之控制系統，由於可設為價廉之系統構成，因此可提供通用性較高之移動機器人之控制系統。
以上，雖已對本發明較佳的實施形態進行說明，但本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態所記載之範圍。可在上述實施形態中實施各種的變更或改良。
例如，在上述之第二實施形態中，已例示有作為初始動作步驟(Process α)而進行根據控制部27所進行之PID控制來執行對於驅動部31之驅動控制。然而，在以使差量δx成為0(零)之方式對移動機器人30進行PID控制的情形時，不僅可應用於進行初始動作時，亦可應用於進行其他動作時。具體而言，圖18係表示在移動機器人30進行移動之通道有交叉點存在之情形時，信標11之配置例與目標路徑L之狀況的圖，但如圖18所示，自移動機器人30觀察時在離交叉點較遠側的兩個角中之行進方向之變更目的地側之一個角上設置有信標11-m的情形時，移動機器人30於不進行PID控制之一般動作的情形時，會進行移動，直至到信標11-m為止之距離Z成為切換範圍內之位置，並藉由進行旋轉資訊所示之角度的迴旋來進行行進方向的變更，因此會沿著圖中以虛線所示之目標路徑L進行移動。然而，若從即將進入交叉點的位置開始進行PID控制，移動機器人30便會沿著圖中以實線所示之路徑進行右轉移動，因此可以有效率之移動路徑來進行移動機器人30之動作控制。
而且例如，在上述之第二實施形態中，已例示有作為初始動作步驟(Process α)而進行根據控制部27所進行之PID控制來執行對於驅動部31之驅動控制，且例示有在該初始動作步驟(Process α)中，以差量δx成為0(零)之方式對於移動機器人30進行PID控制之情形。然而，關於本發明之PID控制，除了以使差量δx成為0(零)之方式之情形以外，亦可設定為以使差量δx成為既定之臨限值之方式來進行PID控制。如此之變形例亦可應用於上述之第一實施形態。亦即，在本發明中，對於包含自初始動作朝向一般動作之轉移控制之移動機器人的所有動作控制，可利用各種條件來執行。
而且例如，在上述之第一及第二實施形態中，信標11雖使用紅外線信號，但本發明之範圍並非限定於此者，即便將使用不會發送信號之記號的形式者作為本發明之被檢測體而加以採用，仍可得到與上述之第一及第二實施形態相同之功效。
而且例如，亦可取代發送信號之複數個信標11等之發信器，而使用不會發送信號之複數個記號。於使用記號之情形時，可取代信標檢測部22而使用記號檢測部。記號檢測部藉由對各記號所設置之幾何學的圖形或顏色的組合進行檢測，亦可與信標檢測部22同樣地動作。幾何學的圖形或顏色之組合亦可包含識別記號之ID。作為幾何學的圖形，亦可使用例如QR碼(QR-Code；Quick Response Code；快速響應矩陣圖碼)(註冊商標)。
而且例如，亦可取代主動地發送信號之信標11，而配置使用根據自移動機器人30所發送之信號來發送回應信號的RFID(Radio Frequency Identification；無線射頻認知)元件之記號、或配置使用將自移動機器人30發送之信號加以反射之元件的記號。於使用進行被動之動作的記號之情形時，發送既定信號之發信器被設於移動機器人30。如此，信標11或記號等之被檢測體，只要為可檢測移動機器人30之相對位置者即可。
此處，使用圖19及圖20對本發明之被檢測體使用記號之情形時的具體例進行說明。圖19係表示可應用於本發明之移動機器人之圖像處理裝置之系統構成例的方塊圖。又，圖20係表示對可應用於本發明之移動機器人之圖像處理裝置所拍攝之記號的攝影資料進行二值化處理可得到之二值化圖像，並且用以說明，為了掃描對該二值化圖像進行掃描而得到被設定於記號之ID資訊之掃描方法的圖。
圖19所示之圖像處理裝置110被構成為具有作為被檢測體之記號111、及藉由讀取該記號111來取得所期望之資訊並執行處理之圖像處理裝置本體121。
記號111係將由正方形所構成之複數個方格112配置在二維平面上所構成者。複數個方格112例如由作為可反射紅外線LED(Light-emitting diode；發光二極體)光之第一方格的白色方格112a、及作為無法反射紅外線LED光之第二方格的黑色方格112b所構成。在圖19所示之實施形態之情形時，14個白色方格112a與26個黑色方格112b係以五行八列之行列配置被配置於二維平面上。又，在該記號111中，以包圍記號111外周部之方式被配置之22個黑色方格112b並非包含資訊者，而是作為用以區分記號111與空間來防止讀取時之錯誤認知之單純之邊界而發揮功能的部分。亦即，於圖19所示之記號111中作為被檢測體而發揮功能的部位，係藉由由利用符號A所示之三行及利用符號B所示之六列所構成的三行六列之18個方格112之行列配置所構成的部分。
於記號111中作為被檢測體而發揮功能之被構成為三行六列之行列配置的部位，例如位於最上段第一列之符號B1 所示的部位被構成為「檢測開始位置」，位於最下段第六列之符號B3 所示的部位被構成為「檢測結束位置」，而在該等檢測開始位置B1 與檢測結束位置B3 之間由自第二列至第五列為止的四列所構成之利用符號B2 所表示的部位，被構成為「ID資訊賦予位置」。
關於檢測開始位置B1 與檢測結束位置B3 ，例如，自圖19之紙面左側朝向右側，方格112以「白、黑、白」的順序被配置，若以將白設為「1」、而黑設為「0(零)」的二元碼來表現，則可表示為「1、0、1」。藉由使圖像處理裝置本體121側認知該「1、0、1」之資訊，便可認知到已成功讀取到記號111的第一列與最後列。亦即，藉由認知到以「1、0、1」所表示之檢測開始位置B1 與檢測結束位置B3 ，可正確地認知應存在於該等之間之四列的ID資訊賦予位置B2 。
又，關於四列的ID資訊賦予位置B2 ，方格112自上行向下行以「白、黑、白」、「白、白、白」、「白、黑、白」、「白、白、白」之順序被配置，若將該等以二元碼來表現，便可表示為「1、0、1」、「1、1、1」、「1、0、1」、「1、1、1」。藉由使記號111具有如此之由三位元×四列所構成之構成的資訊，可對ID資訊賦予位置B2 賦予合計12位元的ID資訊。然後，藉由使圖像處理裝置本體121側認知該12位元之資訊，而可執行各種之處理。
如以上所述，藉由成功讀取檢測開始位置B1 與檢測結束位置B3 ，且讀取存在於該等之間的ID資訊賦予位置B2 ，可無錯誤認知地取得ID資訊。
再者，複數個方格112中，白色方格112a係由將自後述之照射部123所照射的紅外線LED光加以反射而使後述之攝影部124、125可拍攝該反射光的材料所構成。作為將紅外線LED光加以反射之材料，可使用鋁箔或氧化鈦之薄膜等。另一方面，黑色方格112b係由不會將自後述之照射部123所照射之紅外線LED光加以反射而可使由後述之攝影部124、125所拍攝之圖像中黑色方格112b的部位成為黑暗部的材料所構成。作為不會將紅外線LED光加以反射的材料，可使用紅外線截止膜或偏光膜、紅外線吸收材料、黑色毛氈(felt)等。亦即，在圖19及圖20所示之實施形態中，將自作為投光部之照射部123所發出之紅外線LED光由記號111之白色方格112a加以反射，並由作為受光部之攝影部124、125接收光線來拍攝圖像。此時，由於作為被檢測體之記號111之黑色方格112b會使相對於作為受光部之攝影部124、125之反射光減少，因此可採用能捕捉到該反射量之減少而加以檢測出之所謂回歸反射型的圖像取得構成。
圖19所示之實施形態之圖像處理裝置本體121可構成為具備有記號檢測部122、及控制部127。此外，記號檢測部122可具備有照射部123、兩個攝影部124、125、及計算部126。
照射部123可對記號111照射紅外線LED光，而可使用於用以使兩個攝影部124、125讀取到自記號111側所反射之反射光。即便在工廠內等之黑暗處或可視光較強之場所等，自照射部123所照射之紅外線LED光仍可進行記號111之攝影。
兩個攝影部124、125係由被配置在記號檢測部122之左右的兩個攝影機所構成。該等兩個攝影部124、125於自照射部123所照射之紅外線LED光被照射至構成記號111之白色方格112a與黑色方格112b之後，藉由兩個攝影機對自白色方格112a所反射之光進行拍攝。再者，在兩個攝影部124、125中，拍攝各自獨立之圖像且使用兩個攝影部124、125所取得的攝影資料，會被發送至計算部126。
計算部126根據自兩個攝影部124、125所發送之攝影資料來進行利用三角測量所進行之運算，可藉此計算記號111相對於圖像處理裝置本體121所位在之距離(相對距離)與方向(相對角度)。
最後，對計算部126之掃描、運算方法，使用圖20來進行說明。計算部126在自兩個攝影部124、125取得利用兩個攝影部124、125所拍攝之攝影資料後，對所取得之攝影資料進行二值化處理，藉此得到圖20所示之二值化圖像。再者，在該二值化處理之階段，自白色方格112a所反射之紅外線LED光之反射光與未自黑色方格112b被反射之部位會藉由白黑之二值化處理而被明確化。
藉由將上述之圖像處理裝置110應用於本發明之移動機器人，可實現被檢測體有使用記號之移動機器人。如此，本發明之移動機器人可採取多種的變形形態。
而且例如，在上述之第一及第二實施形態中，雖已說明信標檢測部22對自信標選擇部所輸入之信標ID之信標11進行檢測的動作。然而，亦可為信標檢測部22分別對所檢測出之所有信標11之信標資訊進行計算，並將所計算出之各信標資訊朝向控制部27輸出。於該情形時，信標之選擇部根據自信標選擇部27b所輸出之指示，而自複數個信標資訊中選擇作為目標之信標11的信標資訊。
而且例如，亦可為上述之移動機器人30於內部具有電腦系統。於該情形時，移動機器人30所配備之控制部27要進行之處理的過程，以程式之形式被記憶在電腦可讀取之記錄媒體，且藉由電腦將該程式讀出並加以執行，可進行各功能部的處理。此處，所謂電腦可讀取之記錄媒體係指磁碟、光磁碟、CD-ROM、DVD-ROM、半導體記憶體等。又，亦可為將該電腦程式藉由通信線路傳送至電腦，並由接收到該傳送資訊之電腦來執行該程式。
再者，上述之各實施形態係作為範例而提示者，並未意圖限定本發明之範圍。該等新穎之實施形態可以其他各種形態來實施，而可在不脫離本發明主旨之範圍內，進行各種省略、置換、及變更。該等實施形態與其變形包含在本發明之範圍或主旨中，並且包含在本發明之申請專利範圍所記載之發明及與其均等之範圍內。
根據本發明之申請專利範圍的記載，可明確得知施加如此變更或改良之形態亦可包含在本發明之技術範圍中。
11(11-1、11-2、11-m):信標(被檢測體) 22:信標檢測部 24、25:紅外線感測器(檢測部) 26:計算部 27:控制部 27a:移動路徑記憶部 27b:信標選擇部 27c:驅動控制部 27c1 :通過位置計算部 27c2 :補正角計算部 27c3 :指令值計算部 30:移動機器人 31:驅動部 32、33:驅動輪 34、35:馬達 36:馬達控制部 40(40-1、40-2):邊界 110:圖像處理裝置 111:記號 112:方格 112a:白色方格 112b:黑色方格 121:圖像處理裝置本體 122:記號檢測部 123:照射部 124、125:攝影部 126:計算部 127:控制部 B1 :檢測開始位置 B2 :ID資訊賦予位置 B3 :檢測結束位置 D1 、D2 、…、Dm 、…、DM :通道距離 L: 目標路徑 Ppass:通過點 Vref:並進速度指令值 ωref:角速度指令值 ωl、ωr:角速度指令值 ωl'、ωr':角速度之測定值 Xref:一定距離 x:距離(信標通過距離) y:移動距離(至信標旁為止之距離) Z:(至信標為止之)距離 θ:方向 Δθ:補正角 δx、ΔX:差量
圖1係表示第一實施形態之移動機器人之作為基本之移動例的圖。 圖2係表示第一實施形態之移動機器人之構成例的方塊圖。 圖3係表示第一實施形態之控制部之構成例的方塊圖。 圖4係表示第一實施形態之被儲存於移動路徑記憶部之表格之一例的圖。 圖5係表示第一實施形態之驅動控制部之基於信標資訊之控制之構成例的方塊圖。 圖6係用以進行第一實施形態之移動機器人之動作說明的圖。 圖7係用於進行第一實施形態之移動機器人之動作說明的圖，且為表示控制部所進行之控制處理內容的流程圖。 圖8係表示第二實施形態之移動機器人之作為基本之移動例的圖。 圖9係表示第二實施形態之移動機器人之構成例的方塊圖。 圖10係表示第二實施形態之控制部之構成例的方塊圖。 圖11係表示第二實施形態之被儲存於移動路徑記憶部之表格之一例的圖。 圖12係表示第二實施形態之驅動控制部之基於信標資訊之控制之構成例的方塊圖。 圖13係用以進行第二實施形態之移動機器人在執行初始動作時之動作說明的圖。 圖14係用以進行第二實施形態之移動機器人在執行初始動作時之動作說明的圖，且為表示控制部所進行之控制處理內容的流程圖。 圖15係用以進行第二實施形態之移動機器人在執行一般動作時之動作說明的圖。 圖16係表示在無法於邊界上配置信標之情形時，第二實施形態之移動機器人在執行一般動作時之動作例的圖。 圖17係用以進行第二實施形態之移動機器人在執行一般動作時之動作說明的圖，且為表示控制部所進行之控制處理內容的流程圖。 圖18係表示在移動機器人進行移動之通道存在有交叉點之情形時，信標之配置例與目標路徑之狀況的圖。 圖19係表示可應用於本發明之移動機器人之圖像處理裝置之系統構成例的方塊圖。 圖20係表示對可應用於本發明之移動機器人之圖像處理裝置所拍攝之記號的攝影資料進行二值化處理可得到之二值化圖像，並且用以說明為了掃描該二值化圖像進行掃描而得到被設定於記號之ID資訊之掃描方法的圖。
11-1、11-2:信標(被檢測體)
30:移動機器人
40-1、40-2:邊界
L:目標路徑
Ppass:通過點
Xref:信標旁通過點(設定值)
x:計算部所計算出之信標通過距離
Z:檢測部所檢測出之距離
δx:Xref與x的差量

Claims (6)

  1. 一種移動機器人，其具備有： 驅動部，其變更移動速度與行進方向； 檢測部，其對沿著到目標地點為止之移動路徑所配置之複數個被檢測體進行檢測；及 控制部，其取得到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，計算到上述被檢測體為止之距離與方向可滿足所預先決定之關係的行進方向，並根據所計算出之行進方向對上述驅動部進行驅動控制； 於上述移動路徑，相對於上述移動機器人之行進方向至少在左右之任一方設定有邊界，而且上述複數個被檢測體沿著形成上述移動路徑之上述邊界被配置，並且，上述移動機器人係以上述移動機器人與上述邊界保持一定距離(Xref)而進行移動之方式，在目標路徑被設定於與該邊界僅離開一定距離(Xref)之位置的設定環境下被使用； 如此之移動機器人，其特徵在於， 上述控制部至少於上述移動機器人朝向目標地點而欲開始進行沿著上述目標路徑之移動時，可根據到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，來計算沿著上述邊界所配置之上述被檢測體與上述移動機器人之目前位置之相對於上述移動路徑正交之方向上的距離(x)，並且可計算該距離(x)與上述一定距離(Xref)的差量(δx)，而且可以使該差量(δx)成為0(零)之方式來執行對上述驅動部之驅動控制。
  2. 如請求項1之移動機器人，其中， 上述控制部可根據回饋控制來執行，以使該差量(δx)成為0(零)之方式對上述驅動部所要執行之驅動控制。
  3. 一種移動機器人之控制系統，其具備有： 驅動部，其變更移動機器人之移動速度與行進方向； 檢測部，其對沿著到目標地點為止之移動路徑所配置之複數個被檢測體進行檢測；及 控制部，其取得到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，計算到上述被檢測體為止之距離與方向可滿足所預先決定之關係的行進方向，並根據所計算出之行進方向對上述驅動部進行驅動控制； 於上述移動路徑，相對於上述移動機器人之行進方向至少在左右之任一方設定有邊界， 上述複數個被檢測體沿著形成上述移動路徑之上述邊界被配置， 以上述移動機器人與上述邊界保持一定距離(Xref)而進行移動之方式，將目標路徑設定於與該邊界僅離一定距離(Xref)之位置； 如此之移動機器人之控制系統，其特徵在於， 上述控制部至少於上述移動機器人朝向目標地點而欲開始進行沿著上述目標路徑之移動時，可根據到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，來計算沿著上述邊界所配置之上述被檢測體與上述移動機器人之目前位置之相對於上述移動路徑正交之方向上的距離(x)，並且可計算該距離(x)與上述一定距離(Xref)的差量(δx)，而且可以使該差量(δx)成為0(零)之方式來執行對上述驅動部之驅動控制。
  4. 如請求項3之移動機器人之控制系統，其中， 上述控制部可根據回饋控制來執行，以使該差量(δx)成為0(零)之方式對上述驅動部所要執行之驅動控制。
  5. 一種移動機器人之控制方法，該移動機器人具備有： 驅動部，其變更移動機器人之移動速度與行進方向； 檢測部，其對沿著到目標地點為止之移動路徑所配置之複數個被檢測體進行檢測；及 控制部，其取得到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，計算到上述被檢測體為止之距離與方向可滿足所預先決定之關係的行進方向，並根據所計算出之行進方向對上述驅動部進行驅動控制； 於上述移動路徑，相對於上述移動機器人之行進方向至少在左右之任一方設定有邊界， 上述複數個被檢測體沿著形成上述移動路徑之上述邊界被配置， 以上述移動機器人與上述邊界保持一定距離(Xref)而進行移動之方式，將目標路徑設定於與該邊界僅離一定距離(Xref)之位置， 上述移動機器人之控制方法執行包含如下之處理： 取得到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向的處理； 計算到上述被檢測體為止之距離與方向可滿足所預先決定之關係之行進方向的處理；及 根據所計算出之行進方向對上述驅動部進行驅動控制的處理； 如此之移動機器人之控制方法，其特徵在於， 上述控制部至少於上述移動機器人朝向目標地點而欲開始進行沿著上述目標路徑之移動時進行如下之處理： 根據到由上述檢測部所檢測出之上述被檢測體為止之距離與方向，來計算沿著上述邊界所配置之上述被檢測體與上述移動機器人之目前位置之相對於上述移動路徑正交之方向上之距離(x)的處理； 計算該距離(x)與上述一定距離(Xref)之差量(δx)的處理；以及 以使該差量(δx)成為0(零)之方式來執行對上述驅動部之驅動控制的處理。
  6. 如請求項5之移動機器人之控制方法，其中， 上述控制部根據回饋控制來執行，以使該差量(δx)成為0(零)之方式對上述驅動部所要執行之驅動控制。
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