WO2018016584A1 - 移動ロボット及び制御方法 - Google Patents

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WO2018016584A1
WO2018016584A1 PCT/JP2017/026274 JP2017026274W WO2018016584A1 WO 2018016584 A1 WO2018016584 A1 WO 2018016584A1 JP 2017026274 W JP2017026274 W JP 2017026274W WO 2018016584 A1 WO2018016584 A1 WO 2018016584A1
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beacon
distance
detected
mobile robot
traveling direction
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PCT/JP2017/026274
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English (en)
French (fr)
Inventor
北野　斉
隆 内藤
Original Assignee
Thk株式会社
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L2201/00—Robotic cleaning machines, i.e. with automatic control of the travelling movement or the cleaning operation
    • A47L2201/04—Automatic control of the travelling movement; Automatic obstacle detection

Definitions

  • the present invention relates to a mobile robot and a control method.
  • This application claims priority in Japanese Patent Application No. 2016-143228 for which it applied to Japan on July 21, 2016, and uses the content here.
  • a transmitter such as a beacon is used to guide a mobile robot that moves autonomously.
  • a cleaning robot as a mobile robot performs an operation of moving toward the charger and receiving power supply from the charger based on a signal emitted from a beacon provided in the charger.
  • the mobile work robot described in the cited document 1 detects a reference position based on a signal emitted from a beacon and controls movement.
  • the main control is to move toward the target beacon and stop the movement when approaching or touching the beacon.
  • a mobile robot that performs such control is guided to a destination using a plurality of beacons, when the mobile robot moves toward a target beacon and approaches a predetermined distance, the next target beacon The control of moving toward is repeated. In this case, the movement of the mobile robot until it reaches the destination due to being too close to the target beacon may be wasted.
  • the present invention provides a mobile robot and a control method capable of reducing the moving distance when moving based on a plurality of transmitters.
  • a driving unit that changes a moving speed and a traveling direction
  • a detecting unit that detects a plurality of detected objects arranged along a moving path to a target point, and the detecting unit detect The distance and direction to the detected object are acquired, the traveling direction satisfying a predetermined relationship between the distance to the detected object and the direction of the detected object is calculated, and based on the calculated traveling direction
  • a control unit that controls the drive unit.
  • One embodiment of the present invention is a mobile robot including a drive unit that changes a moving speed and a traveling direction, and a detection unit that detects a plurality of detection objects arranged along a movement path to a target point.
  • a first step of obtaining a distance and direction to the detected object detected by the detection unit, and a distance to the detected object and a direction of the detected object in advance It is a control method including a second step of calculating a traveling direction that satisfies a defined relationship, and a third step of controlling the drive unit based on the calculated traveling direction.
  • the moving distance when moving based on a plurality of beacons can be reduced.
  • the figure which shows the example of a movement of the mobile robot in this embodiment The block diagram which shows the structural example of the mobile robot in 1st Embodiment.
  • the block diagram which shows the structural example of the mobile robot in 2nd Embodiment.
  • the block diagram which shows the structural example of the control part in 2nd Embodiment.
  • the block diagram which shows the structural example which concerns on the control based on the beacon information in the drive control part in 2nd Embodiment.
  • the flowchart which shows a part of movement control process in 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of movement of the mobile robot 1 in the present embodiment.
  • the mobile robot 1 detects the beacon 2 (2-1, 2-2) arranged along the boundary 3 (3-1, 3-2) that defines the passage, and based on the detected position of the beacon 2, It moves toward the destination point while maintaining a certain distance from the boundary 3.
  • a beacon ID that uniquely identifies each beacon 2 is assigned to the beacon 2 as a transmitter.
  • the beacon 2 transmits an infrared signal including a signal indicating the beacon ID.
  • the beacon ID is represented by a periodic change in an infrared signal, for example.
  • the boundary 3 that defines the passage is, for example, a wall or a partition.
  • the mobile robot 1 moves with a certain distance from the left boundary 3-1 with respect to the traveling direction of the mobile robot 1.
  • the mobile robot 1 acquires the detected distance Z to the beacon 2-1 and the direction ⁇ in order to maintain a certain distance Xref from the boundary 3-1, and the distance Z and the direction ⁇ are set in a predetermined condition. Calculate the direction of travel to be satisfied.
  • the mobile robot 1 moves in the calculated traveling direction.
  • the direction ⁇ is an angle formed by the traveling direction of the mobile robot 1 and the detected direction of the beacon 2-1.
  • the traveling direction satisfying the predetermined condition is a traveling direction in which the direction ⁇ is arcsin (Xref / Z).
  • the mobile robot 1 switches the target to the beacon 2-2 and moves.
  • a range in which the distance from the mobile robot 1 is closer than the switching threshold is referred to as a switching range.
  • the movement route by the conventional method is represented by a broken line.
  • the movement route according to the conventional method is a route when the mobile robot moves toward the target beacon and moves toward the next beacon when the mobile robot approaches the beacon to a certain distance.
  • the target beacon 2 is temporarily separated and the target beacon 2 is switched, so the movement route becomes zigzag in the vicinity of the beacon 2.
  • the moving distance is long.
  • the movement path of the mobile robot 1 of the present embodiment moves at a constant distance Xref from the boundary 3-1, so that the movement distance is reduced without redundant movement.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the mobile robot 1 according to the first embodiment.
  • the mobile robot 1 includes a drive unit 11, a beacon detection unit 12, and a control unit 13.
  • the drive unit 11 includes drive wheels 111 and 112, motors 113 and 114, and a motor control unit 115.
  • the drive wheel 111 is provided on the left side with respect to the traveling direction of the mobile robot 1.
  • the drive wheel 112 is provided on the right side with respect to the traveling direction of the mobile robot 1.
  • the motor 113 rotates the driving wheel 111 according to the control of the motor control unit 115.
  • the motor 114 rotates the drive wheels 112 according to the control of the motor control unit 115.
  • the motor control unit 115 supplies power to the motors 113 and 114 based on the angular velocity command values for the motors 113 and 114 input from the control unit 13.
  • the mobile robot 1 moves forward or backward. Further, by causing a difference in the angular velocities of the motors 113 and 114, the traveling direction of the mobile robot 1 is changed. For example, by making the angular velocity of the left driving wheel 111 larger than the angular velocity of the right driving wheel 112 during forward movement, the mobile robot 1 moves while turning right. Further, by rotating the driving wheels 111 and 112 in opposite directions, the mobile robot 1 turns without changing its position.
  • the mobile robot 1 may have wheels other than the drive wheels 111 and 112 in order to stabilize the posture of the mobile robot 1.
  • the beacon detection unit 12 includes infrared sensors 121 and 122 and a calculation unit 123.
  • the infrared sensor 121 is attached to the left side of the front surface of the mobile robot 1 and detects an infrared signal transmitted from the beacon 2 located on the front side of the mobile robot 1.
  • the infrared sensor 122 is attached to the right side of the front surface of the mobile robot 1 and detects an infrared signal transmitted from the beacon 2 located on the front side of the mobile robot 1.
  • the infrared sensors 121 and 122 are attached to the casing of the mobile robot 1 symmetrically with respect to a straight line in the front direction passing through the center of the mobile robot 1.
  • an image sensor combined with an infrared filter is used for the infrared sensors 121 and 122.
  • the beacon 2 is detected by detecting a change in luminance in the images captured by the infrared sensors 121 and 122.
  • the calculation unit 123 Based on the difference between the position of the target beacon 2 in the image captured by the infrared sensor 121 and the position of the target beacon 2 in the image captured by the infrared sensor 122, the calculation unit 123 transmits the beacon 2 from the mobile robot 1. Distance Z and direction ⁇ are calculated. The calculation unit 123 detects the beacon ID of the target beacon 2 and includes the distance to the target beacon 2 when the images captured by the infrared sensors 121 and 122 include signals transmitted from the plurality of beacons 2. Z and direction ⁇ are calculated. The detection of the beacon ID is performed, for example, by detecting a periodic change in a signal corresponding to the beacon ID in an image continuous in time series.
  • the calculation unit 123 outputs beacon information including the calculated distance Z, direction ⁇ , and beacon ID to the control unit 13.
  • the calculated distance Z is a distance from the center on the line segment connecting the infrared sensor 121 and the infrared sensor 122. If the infrared sensors 121 and 122 are attached so that the line segment connecting the infrared sensor 121 and the infrared sensor 122 is orthogonal to the traveling direction of the mobile robot 1, the calculation load in the calculation unit 123 can be reduced.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the control unit 13.
  • the control unit 13 includes a movement path storage unit 131, a beacon selection unit 132, and a drive control unit 133.
  • the movement path storage unit 131 stores in advance a table including attribute information related to a plurality of beacons 2 arranged along the movement path of the mobile robot 1.
  • the beacon selection unit 132 outputs the beacon ID of the target beacon 2 to the beacon detection unit 12 based on the table stored in the movement path storage unit 131.
  • the beacon selection unit 132 determines whether to switch the target beacon 2 based on the beacon information input from the beacon detection unit 12. When switching the target beacon 2, the beacon selecting unit 132 selects the beacon 2 next to the current target beacon 2 from the table.
  • the drive control unit 133 reads the attribute information and the control information from the table stored in the movement path storage unit 131 based on the beacon information output from the beacon detection unit 12.
  • the attribute information is information regarding the target beacon 2.
  • the control information is information indicating control associated with the target beacon 2.
  • the control linked to the beacon 2 includes, for example, control that stops in the vicinity of the beacon 2 that indicates the target point, control that turns in the vicinity of the beacon 2 that indicates a change in the traveling direction, and the like.
  • the drive control unit 133 controls the drive unit 11 based on beacon information, attribute information, and control information.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a table stored in the movement route storage unit 131.
  • the table includes columns of items of “beacon ID”, “passage distance”, “installation side”, “direction change”, and “final beacon”. Each row is attribute information that exists for each beacon. Each row in the table is arranged in the order of the beacons 2 that pass when the mobile robot 1 moves along the movement path.
  • the column “beacon ID” includes the beacon ID of beacon 2 corresponding to the row.
  • the column “path distance” includes a distance indicating how far the beacon 2 corresponding to the row is arranged from the boundary 3 of the path. When the beacon 2 is arranged on the boundary 3, the passage distance is 0 (zero).
  • the distance from the beacon 2 to the boundary 3 is the passage distance.
  • the positive / negative of the passage distance is, for example, a direction approaching the moving route is a negative passage distance, and a direction away from the moving route is a positive passage distance.
  • the column “installation side” includes information indicating whether the beacon 2 corresponding to the row is arranged on the right side or the left side of the mobile robot 1 when the mobile robot 1 moves along the movement path.
  • the “direction change” column includes rotation information indicating a change in the traveling direction of the mobile robot 1 when the mobile robot 1 approaches a predetermined distance or switching threshold with respect to the beacon 2 corresponding to the row. .
  • the rotation information is 0 degree, it indicates that there is no change in the traveling direction of the mobile robot 1.
  • the rotation information is other than 0 degrees, the traveling direction of the mobile robot 1 is changed clockwise or counterclockwise by the angle indicated by the rotation information.
  • the column of “final beacon” includes information indicating whether or not the beacon 2 corresponding to the row is the beacon 2 indicating the target point on the movement route.
  • the beacon 2 having the beacon ID “M” indicates the target point.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example relating to control based on beacon information in the drive control unit 133.
  • the drive control unit 133 includes a passing position calculation unit 136, a correction angle calculation unit 137, and a command value calculation unit 138.
  • the passing position calculation unit 136 inputs the distance Z to the beacon 2 and the direction ⁇ included in the beacon information. Based on the distance Z and the direction ⁇ , the passing position calculation unit 136 moves in the current traveling direction of the mobile robot 1 and is closest to the beacon 2 and the distance x to the beacon 2 when closest to the beacon 2. The movement distance y is calculated.
  • the position when the mobile robot 1 is closest to the beacon 2 is a straight line that is orthogonal to the movement straight line extending from the position of the mobile robot 1 in the traveling direction and passes through the position of the beacon 2, and the movement straight line. Is the intersection of The distance x is obtained as (Z ⁇ sin ⁇ ).
  • the movement distance y is obtained as (Z ⁇ cos ⁇ ).
  • the distance x is also referred to as a beacon passage distance.
  • the moving distance y is also referred to as the distance to the side of the beacon.
  • the correction angle calculation unit 137 inputs the difference ⁇ X obtained by subtracting the distance x from the distance Xref from the boundary of the passage to the moving route, and the moving distance y.
  • the correction angle calculation unit 137 calculates a correction angle ⁇ with respect to the traveling direction of the mobile robot 1 based on the difference ⁇ X and the movement distance y. Specifically, the correction angle calculation unit 137 sets the value obtained by arctan ( ⁇ X / y) as the correction angle ⁇ .
  • the command value calculation unit 138 receives the translation speed command value Vref, the angular speed command value ⁇ ref, the measured angular speed values ⁇ l ′ and ⁇ r ′, and the correction angle ⁇ .
  • the translation speed command value Vref is a command value (target value) for the translation speed of the mobile robot 1.
  • the angular velocity command value ⁇ ref is an angular velocity when the traveling direction is changed in the clockwise direction or the counterclockwise direction on the basis of the traveling direction.
  • the amount of change in the clockwise direction may be set as a positive value, or the amount of change in the counterclockwise direction may be set as a positive value.
  • the angular velocity measured values ⁇ l ′ and ⁇ r ′ are the respective velocities measured by the encoders provided in the motors 113 and 114, respectively.
  • the command value calculation unit 138 sends the mobile robot 1 the translation speed command value Vref and the angular speed command value ⁇ ref based on the translation speed command value Vref, the angular speed command value ⁇ ref, the measured values ⁇ l ′ and ⁇ r ′ of the angular speed, and the correction angle ⁇ .
  • the angular velocity command values ⁇ l and ⁇ r for changing the traveling direction by the correction angle ⁇ are calculated while being moved by.
  • the command value calculation unit 138 outputs the calculated angular velocity command values ⁇ l and ⁇ r to the drive unit 11.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the correction angle ⁇ calculated by the drive control unit 133.
  • the direction in which the beacon 2 is located on the basis of the distance Z from the mobile robot 1 to the beacon 2 and the traveling direction of the mobile robot 1 by detecting the beacon 2 arranged on the boundary 3-1. ⁇ is obtained.
  • the passing position calculation unit 136 calculates the distance x and the movement distance y from the distance Z and the direction ⁇ .
  • the mobile robot 1 needs to change the direction of travel in order to pass a position P pass that is a certain distance Xref away from the beacon 2 arranged along the movement path.
  • the position P pass is determined based on information indicating “installation side” among the attribute information of the beacon 2.
  • FIG. 6 shows a case where the beacon 2 is set on the left side of the movement route.
  • the correction angle calculation unit 137 calculates the correction angle ⁇ with respect to the traveling direction based on the difference ⁇ X and the movement distance y.
  • the command value calculation unit 138 calculates angular velocity command values ⁇ l and ⁇ r for changing the traveling direction counterclockwise by the correction angle ⁇ while moving the mobile robot 1 with the translation velocity command value Vref and the angular velocity command value ⁇ ref.
  • the drive unit 11 is controlled. As described above, when the drive control unit 133 controls the drive unit 11, the mobile robot 1 can move on a moving path determined at a position separated from the passage boundary 3-1 by a certain distance Xref. .
  • the correction angle calculation unit 137 corrects either the distance Xref or the difference ⁇ X using the passage distance when calculating the correction angle ⁇ .
  • FIG. 7 is a flowchart showing the movement control process by the control unit 13.
  • the beacon selection unit 132 When the movement of the mobile robot 1 is started, the beacon selection unit 132 outputs the beacon ID of the target beacon 2 to the beacon detection unit 12. In the initial state, the beacon selecting unit 132 selects the beacon ID stored in the first row of the table as the target beacon ID of the beacon 2. The beacon detector 12 determines whether or not the target beacon 2 can be detected (step S101).
  • the beacon detection unit 12 If the beacon 2 cannot be detected (NO in step S101), the beacon detection unit 12 outputs an error signal indicating that the beacon 2 cannot be detected.
  • the drive control unit 133 causes the drive unit 11 to stop the drive wheels in response to the error signal (step S121).
  • beacon selector 132 In response to the error signal, beacon selector 132 outputs error information indicating that beacon 2 cannot be detected to the outside (step S122), and ends the movement control process.
  • the error information is output using an output device provided in the mobile robot 1, for example, a speaker or a display.
  • step S101 when the beacon 2 can be detected (YES in step S101), the beacon selection unit 132 and the drive control unit 133 acquire beacon information from the beacon detection unit 12 (step S102). The beacon selector 132 determines whether or not the beacon 2 indicated by the beacon information is the final beacon based on the table (step S103).
  • the drive control unit 133 determines whether the distance Z to the beacon 2 indicated by the beacon information is within the switching range (step S131). When the distance Z to the beacon 2 is within the switching range (YES in step S131), the drive control unit 133 causes the drive unit 11 to stop the drive wheels (step S132) and ends the movement control process.
  • step S131 when the distance Z to the beacon 2 is not within the switching range (NO in step S131), the drive control unit 133 advances the process to step S108.
  • step S104 the drive control unit 133 determines whether the distance Z to the beacon 2 indicated by the beacon information is within the switching range. ). If the distance Z to the beacon 2 is not within the switching range (NO in step S104), the drive control unit 133 advances the process to step S108.
  • step S104 when the distance Z to the beacon 2 is within the switching range (YES in step S104), the drive control unit 133 determines whether there is a direction change instruction in the attribute information of the beacon 2 based on the table. Determination is made (step S105). If there is no direction change instruction (NO in step S105), the drive control unit 133 advances the process to step S107.
  • the drive control unit 133 acquires the rotation information of the beacon 2 from the table, and controls the drive unit to change the traveling direction of the mobile robot 1 by the angle indicated by the rotation information. 11 (step S106).
  • the beacon selection unit 132 acquires the beacon ID of the beacon 2 that is the target after the beacon 2 that is the current target from the table.
  • the beacon selection unit 132 outputs the beacon 2 with the acquired beacon ID to the beacon detection unit 12, thereby selecting the beacon 2 with the acquired beacon ID as a new target (step S107), and returns the process to step S101.
  • the correction angle calculation unit 137 determines whether or not the difference ⁇ X calculated based on the beacon information acquired from the beacon detection unit 12 is within an allowable range (step S108).
  • the allowable range for the difference ⁇ X is determined in advance based on the accuracy of movement required for the mobile robot 1, the accuracy of detection of the beacon 2 by the beacon detection unit 12, the accuracy of control of the motors 113 and 114, and the like.
  • the correction angle calculation unit 137 calculates the correction angle ⁇ based on the difference ⁇ X (step S109).
  • the correction angle calculation unit 137 sets the correction angle ⁇ to 0 (step S110).
  • the command value calculation unit 138 acquires the measured values ⁇ l ′ and ⁇ r ′ of the angular velocities of the motors 113 and 114 that drive the drive wheels 111 and 112 (step S111).
  • the command value calculation unit 138 uses the angular velocity command values ⁇ l and ⁇ r for the motors 113 and 114 based on the translation velocity command value Vref, the angular velocity command value ⁇ ref, the measured angular velocity values ⁇ l ′ and ⁇ r ′, and the correction angle ⁇ . Is calculated (step S112).
  • the command value calculation unit 138 outputs the angular velocity command values ⁇ l and ⁇ r to the drive unit 11 (step S113), and returns the process to step S101.
  • the movement control process including each process from step S101 to step S132 is performed, so that the distance Z to the beacon 2 and the direction ⁇ can be sequentially acquired and the traveling direction can be corrected.
  • the traveling direction is corrected by the movement control process, the mobile robot 1 can move along a movement path separated by a certain distance Xref from the boundary 3, and the movement distance when moving based on a plurality of beacons can be set. Can be reduced.
  • FIG. 8 and 9 are diagrams showing an example of the arrangement of the beacons 2 when there is an intersection in the path along which the mobile robot 1 moves.
  • FIG. 8 shows an example in which beacons 2-m and 2- (m + 1) are installed at two corners on the far side of the intersection as viewed from the mobile robot 1.
  • the mobile robot 1 moves to a position where the distances Z and Z ′ to the two beacons are within the switching range.
  • the traveling direction may be changed by turning at an angle indicated by the rotation information.
  • FIG. 9 shows an example in which the beacon 2-m is installed at one corner on the destination side of the traveling direction among the two corners on the far side of the intersection as viewed from the mobile robot 1.
  • the beacon 2-m when the beacon 2-m is installed, the mobile robot 1 moves to a position where the distance Z to the two beacons is within the switching range, and turns by the angle indicated by the rotation information. You may change the advancing direction.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of the mobile robot 5 according to the second embodiment.
  • the mobile robot 5 includes a drive unit 11, a beacon detection unit 12, a control unit 53, and detection sensors 541 and 542.
  • the mobile robot 5 is different from the mobile robot 1 in the first embodiment in that the mobile robot 5 is provided with a control unit 53 instead of the control unit 13 and the detection sensors 541 and 542 are provided.
  • the same components as those of the mobile robot 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the detection sensor 541 is attached to the left side surface of the housing with respect to the traveling direction of the mobile robot 5, and detects the distance to the object located on the left side surface in the traveling direction.
  • the detection sensor 542 is attached to the right side surface of the housing with respect to the traveling direction of the mobile robot 5 and detects the distance to the object located on the right side surface in the traveling direction.
  • an ultrasonic sensor or a laser range finder Laser Finder: LRF
  • the detection sensors 541 and 542 perform detection at a predetermined cycle and output the detected distance to the control unit 53.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of the control unit 53.
  • the control unit 53 includes a movement path storage unit 131, a beacon selection unit 132, and a drive control unit 533.
  • the drive control unit 533 controls the drive unit 11 based on the beacon information output from the beacon detection unit 12, the table stored in the movement path storage unit 131, and the distance output from the detection sensors 541 and 542. Control.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example relating to control based on beacon information in the drive control unit 533.
  • the drive control unit 533 includes a main body correction angle calculation unit 539, a passage position calculation unit 136, a correction angle calculation unit 137, and a command value calculation unit 138.
  • the drive control unit 533 is different from the drive control unit 133 of the first embodiment in that a main body correction angle calculation unit 539 is provided.
  • the main body correction angle calculation unit 539 receives the detection distance change ⁇ L, the sampling interval ⁇ t, and the measured values ⁇ l ′ and ⁇ r ′ of the angular velocities of the motors 113 and 114.
  • the change amount ⁇ L of the detection distance is a change amount in the sampling interval ⁇ t of the distance detected by the detection sensor 541 or the detection sensor 542.
  • the main body correction angle calculation unit 539 may use both distance change amounts ⁇ L detected by the detection sensors 541 and 542, respectively. When both of the change amounts ⁇ L are used, the main body correction angle calculation unit 539 may use an average value of both the change amounts ⁇ L, or may use the larger change amount ⁇ L or the smaller change amount ⁇ L. . Further, when one change amount ⁇ L cannot be obtained due to missing measurement, the main body correction angle calculation unit 539 uses the other change amount ⁇ L.
  • the main body correction angle calculation unit 539 calculates the main body correction angle ⁇ ′ based on the change amount ⁇ L in the sampling interval ⁇ t and the measured values of the angular velocity ⁇ l ′ and ⁇ r ′.
  • the main body correction angle ⁇ ′ is an angle for correcting the traveling direction of the mobile robot 5 so that the mobile robot 5 maintains a constant distance Xref with respect to the boundary 3.
  • a value obtained by subtracting the main body correction angle ⁇ ′ from the direction ⁇ of the beacon 2 is input to the passing position calculation unit 136.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the main body correction angle ⁇ ′ calculated by the main body correction angle calculation unit 539.
  • the distance between the mobile robot 5 and the boundary 3-1 changes as the mobile robot 5 moves.
  • the distance between the mobile robot 5 and the boundary 3-1 at time t n ⁇ 1 is L n ⁇ 1
  • the distance between the mobile robot 5 and the boundary 3-1 at time tn is Is L n .
  • the inclination ⁇ ′ of the traveling direction of the mobile robot 5 with respect to the boundary 3-1 is obtained by arcsin ( ⁇ L / ⁇ y).
  • ⁇ L is the difference between the distance L n ⁇ 1 and the distance L n .
  • ⁇ y is a distance traveled by the mobile robot 5 during a period from time t n ⁇ 1 to time t n .
  • the movement distance ⁇ y is a product of the movement speed of the mobile robot 5 obtained from the measured values ⁇ l ′ and ⁇ r ′ of the angular velocity and the time ⁇ t.
  • the main body correction angle calculation unit 539 calculates the inclination of the moving direction of the mobile robot 5 as the main body correction angle ⁇ ′ based on the change amount ⁇ L of the distance to the boundary 3 obtained by the detection sensors 541 and 542.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a part of the movement control process in the second embodiment.
  • the flowchart shown in FIG. 14 shows the difference between the movement control process in the first embodiment and the movement control process in the second embodiment.
  • the movement control process in the second embodiment is represented by a flowchart including the processes from step S501 to step S503 shown in FIG. 14 between step S104 and step S131 and step S108 in the flowchart shown in FIG. .
  • the main body correction angle calculation unit 539 determines whether or not the variation ⁇ L is within an allowable range (step S501).
  • the allowable range for the change amount ⁇ L is predetermined in the same manner as the allowable range for the difference ⁇ X.
  • the main body correction angle calculation unit 539 determines the main body correction angle ⁇ based on the change amount ⁇ L, the sampling interval ⁇ t, and the measured angular velocity values ⁇ l ′ and ⁇ r ′. 'Is calculated (step S502), and the process proceeds to step S108.
  • the main body correction angle calculation unit 539 sets the main body correction angle ⁇ ′ to 0 and advances the process to step S108.
  • the drive control unit 533 calculates the correction angle ⁇ based on the main body correction angle ⁇ ′ calculated by the main body correction angle calculation unit 539, the distance Z and direction ⁇ of the beacon 2, and the distance Xref.
  • the mobile robot 5 is obtained by the translation speed command value Vref, the angular speed command value ⁇ ref, the measured angular speed values ⁇ l ′ and ⁇ r ′, the distance Xref, the distance Z and direction ⁇ of the beacon 2, and the detection sensors 541 and 542.
  • the traveling direction is controlled so as to suppress the change in distance from the boundary 3. With this control, it is possible to move with high accuracy along the movement route, and it is possible to reduce the movement distance when moving based on a plurality of beacons.
  • the distance Z to the beacon 2 and the direction ⁇ detected by the beacon detection unit 12 are acquired, and the distance Z to the beacon 2 and the direction ⁇ of the beacon 2 are determined in advance.
  • the distance Z to the beacon 2 and the direction ⁇ of the beacon 2 are determined in advance.
  • detection sensors 541 and 542 for detecting an object located on the side surface of the mobile robot are provided, and the distance from the boundary 3 is calculated by the control unit calculating the traveling direction so that the distance from the detected object is constant. Change can be suppressed, and highly accurate movement along the movement path can be performed.
  • the table stored in the movement route storage unit 131 includes information indicating the installation side indicating whether the beacon 2 is arranged on the left or right side with respect to the movement route, thereby increasing the degree of freedom in the arrangement of the beacon 2.
  • the travel route can be easily set.
  • the movement route of the mobile robot can be easily set by including the action associated with the beacon 2 in the table stored in the movement route storage unit 131.
  • the mobile robot By instructing the turning of the mobile robot for each beacon 2, it is possible to easily set a complicated movement route. Further, when the mobile robot reaches the target point on the movement route, the mobile robot can be stopped, and useless movement of the mobile robot can be suppressed.
  • the mobile robot according to the present embodiment can be used, for example, in a transport device that transports luggage. Since the mobile robot according to the present embodiment has a high degree of freedom with respect to the arrangement of the beacon 2, it is possible to easily set and change the movement path of the mobile robot in a warehouse or a factory, and to enable use according to the use environment. .
  • the beacon 2 and the beacon detection unit 12 transmit and receive infrared signals.
  • a transmitter that transmits a visible light signal other than an infrared signal, a wireless signal, or a sound wave signal may be used.
  • the beacon detector 12 includes at least two sensors that detect signals transmitted from the transmitter, and detects the distance to the transmitter and the direction of the transmitter. To do.
  • the plurality of transmitters and the beacon detection unit 12 may be any unit as long as the beacon detection unit 12 can acquire the distance Z and the direction ⁇ to the transmitter with reference to the traveling direction of the mobile robot. Also good.
  • a marker detection unit is used instead of the beacon detection unit 12.
  • the marker detection unit may operate in the same manner as the beacon detection unit 12 by detecting a geometric figure or color combination provided for each marker.
  • An ID for identifying the marker may be included in the geometric figure or color combination.
  • a QR code registered trademark
  • a marker using an RFID element that transmits a response signal in response to a signal transmitted from the mobile robot, or an element that reflects a signal transmitted from the mobile robot is used.
  • the used marker may be arranged.
  • a transmitter that transmits a predetermined signal is provided in the mobile robot.
  • the detected object such as the beacon 2 or the marker may be any object that can detect the relative position of the mobile robot.
  • the beacon detection unit 12 has described the operation of detecting the beacon 2 with the beacon ID input from the beacon selection unit. However, the beacon detection unit 12 may calculate the beacon information of all the detected beacons 2 and output the calculated beacon information to the control unit. In this case, the beacon selection unit selects the beacon information of the target beacon 2 from the plurality of beacon information based on the instruction output from the beacon selection unit 132.
  • the above mobile robot may have a computer system inside.
  • the process performed by the control unit provided in the mobile robot is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the program is read and executed by the computer, whereby the process of each functional unit Will be done.
  • the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
  • the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
  • the present invention can also be applied to applications where it is indispensable to reduce the moving distance when moving based on a plurality of beacons.

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Abstract

移動ロボットは、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配置された複数の被検出体を検出する検出部と、検出部により検出された被検出体までの距離と方向とを取得し、被検出体までの距離と被検出体の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駆動部を制御する制御部と、を備える。

Description

移動ロボット及び制御方法
　本発明は、移動ロボット及び制御方法に関する。
　本願は、２０１６年７月２１日に日本に出願された特願２０１６－１４３２２８号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　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、充電器へ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、引用文献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。
　自律移動する移動ロボットのビーコンを用いた移動制御では、目標とするビーコンに向かって移動し、ビーコンに近づく又は接触すると移動を停止する制御が主である。このような制御を行う移動ロボットを、複数のビーコンを用いて目的地まで誘導する場合、移動ロボットは、目標とするビーコンに向かって移動して所定の距離まで近づくと、次の目標となるビーコンに向かって移動するという制御を繰り返すことになる。この場合、移動ロボットが目標とするビーコンに近づきすぎたりして目的地へ到達するまでの移動に無駄が生じることがあった。
特開２００２－０７３１７０号公報
　本発明は、複数の発信器に基づいて移動する際の移動距離を削減できる移動ロボット及び制御方法を提供する。
　本発明の一態様は、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配置された複数の被検出体を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記被検出体までの距離と方向とを取得し、前記被検出体までの距離と前記被検出体の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制御する制御部と、を備える移動ロボットである。
　また、本発明の一態様は、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配置された複数の被検出体を検出する検出部と、を備える移動ロボットの制御方法であって、前記検出部により検出された前記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、前記被検出体までの距離と前記被検出体の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制御する第３のステップと、を有する制御方法である。
　上述の態様によれば、複数のビーコンに基づいて移動する際の移動距離の削減ができる。
本実施形態における移動ロボットの移動例を示す図。 第１の実施形態における移動ロボットの構成例を示すブロック図。 第１の実施形態における制御部の構成例を示すブロック図。 第１の実施形態におけ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。 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。 駆動制御部において算出される補正角Δθを示す図。 制御部による移動制御処理を示すフローチャート。 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の配置例を示す図。 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の配置例を示す図。 第２の実施形態における移動ロボットの構成例を示すブロック図。 第２の実施形態における制御部の構成例を示すブロック図。 第２の実施形態におけ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。 第２の実施形態における本体補正角算出部において算出される本体補正角Δθ’を示す図。 第２の実施形態における移動制御処理の一部を示すフローチャート。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態における移動ロボット及び制御方法を説明する。図１は、本実施形態における移動ロボット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、ビーコンＩＤを示す信号を含む赤外線の信号を発信する。ビーコンＩＤは、例えば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である。
　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の方向とがなす角である。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。
　図１には、比較例として、従来手法による移動経路が破線にて表されている。従来手法による移動経路は、移動ロボットが目標とするビーコンに向かって移動し、移動ロボットがビーコンに一定距離まで近づくと次のビーコンを目標として移動したときの経路である。従来の移動経路では、一定距離までビーコン２－１、２－２へ近づいたときに目標とするビーコン２から一旦離れ、目標とするビーコン２を切り替えるため、ビーコン２近傍において移動経路がジクザグになり、移動距離が長くなっている。これに対して、本実施形態の移動ロボット１の移動経路は、境界３－１から一定の距離Ｘｒｅｆを保って移動するため、冗長な移動なく、移動距離の削減が図られている。
＜第１の実施形態＞
　図２は、第１の実施形態における移動ロボット１の構成例を示すブロック図である。移動ロボット１は、駆動部１１と、ビーコン検出部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。
　ビーコン検出部１２は、赤外線センサ１２１、１２２と、算出部１２３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。
　算出部１２３は、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、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と方向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と方向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及び方向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。
　制御部１３は、ビーコン検出部１２から取得するビーコン情報に基づいて、駆動部１１を制御する。図３は、制御部１３の構成例を示すブロック図である。制御部１３は、移動経路記憶部１３１と、ビーコン選択部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をビーコン検出部１２へ出力する。ビーコン選択部１３２は、ビーコン検出部１２から入力す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。
　駆動制御部１３３は、ビーコン検出部１２から出力されるビーコン情報に基づいて、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及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、例えば目標地点を示すビーコン２の近傍において停止する制御や、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、属性情報及び制御情報に基づいて、駆動部１１を制御する。
　図４は、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の順序に並んでいる。「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が通路の境界３からどれだけ離れて配置されているかを示す距離が含まれる。ビーコン２が境界３上に配置されている場合、通路距離は０（ゼロ）になる。ビーコン２が、移動経路から離れた位置に配置されている場合、ビーコン２から境界３までの距離が通路距離になる。通路距離の正負は、例えば、移動経路に近づく方向を負の通路距離とし、移動経路から遠ざかる方向を正の通路距離とする。
　「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を示すビーコン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、ビーコンＩＤ「Ｍ」を有するビーコン２が目標地点を示す。目標地点を示すビーコン２は１つである。
　図５は、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及び方向θを入力する。通過位置算出部１３６は、距離Ｚ及び方向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、反時計回りの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各速度である。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及び角速度指令値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、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及び方向θから距離ｘ及び移動距離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及び角速度指令値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（Ｄ１，Ｄ２，…，ＤＭ）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。
　図７は、制御部１３による移動制御処理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をビーコン検出部１２へ出力する。初期状態において、ビーコン選択部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）、ビーコン選択部１３２及び駆動制御部１３３は、ビーコン検出部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）。
　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が切替範囲内である場合（ステップＳ１３１のＹＥＳ）、駆動制御部１３３は、駆動部１１に駆動輪を停止させ（ステップＳ１３２）、移動制御処理を終了させる。
　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へ進める。
　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する制御を、駆動部１１に対して行う（ステップＳ１０６）。ビーコン選択部１３２は、現在目標としているビーコン２の次に目標にするビーコン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。
　補正角算出部１３７は、ビーコン検出部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。
　制御部１３において、ステップＳ１０１からステップＳ１３２までの各処理を含む移動制御処理が行われることにより、ビーコン２までの距離Ｚ及び方向θを逐次取得し、進行方向を補正できる。移動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、複数のビーコンに基づいて移動する際の移動距離を削減できる。
　図８及び図９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の配置例を示す図である。図８は、移動ロボット１からみ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８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。図９は、移動ロボット１からみ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９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。
＜第２の実施形態＞
　図１０は、第２の実施形態における移動ロボット５の構成例を示すブロック図である。
移動ロボット５は、駆動部１１と、ビーコン検出部１２と、制御部５３と、検出センサ５４１、５４２とを備える。移動ロボット５は、制御部１３に代えて制御部５３を備える点と、検出センサ５４１、５４２を備える点とが第１の実施形態における移動ロボット１と異なる。移動ロボット５において、移動ロボット１の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
　検出センサ５４１は、移動ロボット５の進行方向に対して筐体の左側面に取り付けられ、進行方向の左側面に位置する物体までの距離を検出する。検出センサ５４２は、移動ロボット５の進行方向に対して筐体の右側面に取り付けられ、進行方向の右側面に位置する物体までの距離を検出する。検出センサ５４１、５４２として、例えば超音波センサやレーザレンジファインダ（Laser Range Finder: LRF）が用いられてもよい。検出センサ５４１、５４２は、予め定められた周期で検出を行い、検出した距離を制御部５３へ出力する。
　図１１は、制御部５３の構成例を示すブロック図である。制御部５３は、移動経路記憶部１３１と、ビーコン選択部１３２と、駆動制御部５３３とを備える。駆動制御部５３３は、ビーコン検出部１２から出力されるビーコン情報と、移動経路記憶部１３１に記憶されているテーブルと、検出センサ５４１、５４２から出力される距離とに基づいて、駆動部１１を制御する。
　図１２は、駆動制御部５３３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５３３は、本体補正角算出部５３９と、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。駆動制御部５３３は、本体補正角算出部５３９を備える点が、第１の実施形態の駆動制御部１３３と異なる。本体補正角算出部５３９は、検出距離の変化量ΔＬと、サンプリング間隔Δｔと、モータ１１３、１１４の角速度の測定値ωｌ’、ωｒ’とを入力する。検出距離の変化量ΔＬは、検出センサ５４１又は検出センサ５４２により検出される距離のサンプリング間隔Δｔにおける変化量である。
　移動ロボット５が左右いずれの境界３に沿って移動するかに応じて、検出センサ５４１により検出される距離の変化量ΔＬ又は検出センサ５４２により検出される距離の変化量ΔＬの一方が本体補正角算出部５３９へ入力されるようにしてもよい。あるいは、本体補正角算出部５３９は、検出センサ５４１、５４２それぞれで検出される距離の変化量ΔＬの両方を用いてもよい。両方の変化量ΔＬを用いる場合、本体補正角算出部５３９は、両方の変化量ΔＬの平均値を用いてもよいし、大きい方の変化量ΔＬ又は小さい方の変化量ΔＬを用いてもよい。また、本体補正角算出部５３９は、欠測により一方の変化量ΔＬが得られない場合、他方の変化量ΔＬを用いる。
　本体補正角算出部５３９は、サンプリング間隔Δｔにおける変化量ΔＬと、角速度の測定値ωｌ’、ωｒ’とに基づいて、本体補正角Δθ’を算出する。本体補正角Δθ’は、移動ロボット５が境界３に対して一定の距離Ｘｒｅｆを保つように移動ロボット５の進行方向を補正する角度である。通過位置算出部１３６には、ビーコン２の方向θに代えて、ビーコン２の方向θから本体補正角Δθ’を減算した値が入力される。
　図１３は、本体補正角算出部５３９において算出される本体補正角Δθ’を示す図である。移動ロボット５の進行方向が境界３－１と並行でない場合、移動ロボット５の移動に伴い移動ロボット５と境界３－１との距離に変化が生じる。図１３において、時刻ｔｎ－１における移動ロボット５と境界３－１との距離をＬｎ－１とし、時刻ｔｎ（＝ｔｎ－１＋Δｔ）における移動ロボット５と境界３－１との距離をＬｎとしている。境界３－１に対する移動ロボット５の進行方向の傾きΔθ’は、ａｒｃｓｉｎ（ΔＬ／Δｙ）で得られる。ΔＬは、距離Ｌｎ－１と距離Ｌｎとの差である。Δｙは、時刻ｔｎ－１から時刻ｔｎまでの期間において移動ロボット５が移動した距離である。移動距離Δｙは、角速度の測定値ωｌ’、ωｒ’から得られる移動ロボット５の移動速度と時間Δｔとの積である。本体補正角算出部５３９は、検出センサ５４１、５４２により得られる境界３までの距離の変化量ΔＬに基づいて、移動ロボット５の進行方向の傾きを本体補正角Δθ’として算出する。
　図１４は、第２の実施形態における移動制御処理の一部を示すフローチャートである。
図１４に示すフローチャートは、第１の実施形態における移動制御処理と、第２の実施形態における移動制御処理との差分を示している。第２の実施形態における移動制御処理は、図１４に示すステップＳ５０１からステップＳ５０３までの処理を、図７に示すフローチャートにおけるステップＳ１０４及びステップＳ１３１とステップＳ１０８との間に含めたフローチャートで表される。
　ステップＳ１０４又はステップＳ１３１から処理が移ると、本体補正角算出部５３９は、変化量ΔＬが許容範囲であるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。変化量ΔＬに対する許容範囲は、差分ΔＸに対する許容範囲と同様に予め定められる。変化量ΔＬが許容範囲でない場合（ステップＳ５０１のＮＯ）、本体補正角算出部５３９は、変化量ΔＬと、サンプリング間隔Δｔと、角速度の測定値ωｌ’、ωｒ’とに基づいて本体補正角Δθ’を算出し（ステップＳ５０２）、処理をステップＳ１０８へ進める。変化量ΔＬが許容範囲である場合（ステップＳ５０１のＹＥＳ）、本体補正角算出部５３９は、本体補正角Δθ’を０とし、処理をステップＳ１０８へ進める。
　駆動制御部５３３は、本体補正角算出部５３９により算出される本体補正角Δθ’とビーコン２の距離Ｚ及び方向θと、距離Ｘｒｅｆとに基づいて、補正角Δθを算出する。移動ロボット５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、距離Ｘｒｅｆと、ビーコン２の距離Ｚ及び方向θと、検出センサ５４１、５４２により得られる変化量ΔＬとに基づいて、境界３から距離の変化を抑えるように進行方向を制御する。この制御により、移動経路に沿った精度の高い移動を行うことができ、複数のビーコンに基づいて移動する際の移動距離を削減できる。
　以上説明した各実施形態の移動ロボットによれば、ビーコン検出部１２により検出されたビーコン２までの距離Ｚと方向θとを取得し、ビーコン２までの距離Ｚとビーコン２の方向θ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駆動部１１を制御する制御部を備えることにより、複数のビーコンに基づいて移動する際の移動距離を削減できる。
　また、移動ロボットの側面に位置する物体を検出する検出センサ５４１、５４２を備え、制御部が検出された物体との距離を一定にするように進行方向を算出することにより、境界３との距離の変化を抑えることができ、移動経路に沿った精度の高い移動を行うことができる。
　また、移動経路記憶部１３１に記憶されるテーブルに、ビーコン２が移動経路に対して左右のいずれに配置されているかを示す設置側を示す情報を含めることにより、ビーコン２の配置における自由度を高めることができ、移動経路の設定を容易にすることができる。
　また、移動経路記憶部１３１に記憶されるテーブルに、ビーコン２に紐付けられた動作を含めることにより、移動ロボットの移動経路の設定を容易にすることができる。ビーコン２ごとに移動ロボットの旋回を指示することにより、複雑な移動経路の設定を容易にすることができる。また、移動経路における目標地点に移動ロボットが到達したときに、移動ロボットを停止させることができ、移動ロボットの無駄な移動を抑えることができる。
　本実施形態の移動ロボットは、例えば荷物を運搬する搬送装置に用いることができる。
本実施形態の移動ロボットは、ビーコン２の配置に関して自由度が高いため、倉庫や工場などにおいて移動ロボットの移動経路を容易に設定及び変更することができ、利用環境に応じた利用を可能とする。
　なお、本実施形態の移動ロボットでは、ビーコン２及びビーコン検出部１２が赤外線の信号を送受信する構成を説明した。しかし、ビーコン２に代えて、赤外線の信号以外の可視光線の信号、無線の信号又は音波の信号を発信する発信器が用いられてもよい。発信器が赤外線の信号以外の信号を発信する場合、ビーコン検出部１２は、発信器から発信される信号を検出するセンサを少なくとも２つ備え、発信器までの距離と発信器の方向とを検出する。複数の発信器とビーコン検出部１２とは、ビーコン検出部１２が移動ロボットの進行方向を基準にして発信器までの距離Ｚ及び方向θを取得できる手段であれば、どのような手段を用いてもよい。
　また、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を用いてもよい。マーカを用いる場合、ビーコン検出部１２に代えてマーカ検出部が用いられる。マーカ検出部は、各マーカ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、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や、移動ロボットから発信される信号を反射する素子を用いたマーカが配置されてもよい。受動的な動作を行うマーカを用いる場合には、所定の信号を発信する発信器が移動ロボットに設けられる。このように、ビーコン２やマーカなどの被検出体は、移動ロボットの相対的な位置を検出できるものであればよい。
　また、本実施形態では、ビーコン検出部１２は、ビーコン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へ出力してもよい。この場合、ビーコン選択部は、ビーコン選択部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、上述の移動ロボットは内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、移動ロボットに備えられる制御部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。
　本発明は、複数のビーコンに基づいて移動する際の移動距離を削減することが不可欠な用途にも適用できる。
　１，５…移動ロボット
　２…ビーコン（被検出体）
　１１…駆動部
　１２…ビーコン検出部（検出部）
　１３…制御部
　５４１，５４２…検出センサ

Claims (7)

  1. 　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配置された複数の被検出体を検出する検出部と、
    　前記検出部により検出された前記被検出体までの距離と方向とを取得し、前記被検出体までの距離と前記被検出体の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制御する制御部と、
    　を備える移動ロボット。
  2. 　進行方向を正面としたときの側面に存在する物体を検出する検出センサを備え、
    　前記制御部は、前記検出センサにより検出された物体との距離を一定する進行方向を算出する、
    　請求項１に記載の移動ロボット。
  3. 　前記被検出体それぞれの前記移動経路までの距離を予め記憶するテーブルを備え、
    　前記制御部は、前記検出部により検出された前記被検出体と前記移動経路との距離を取得し、取得した距離をＸとし、検出された前記被検出体までの距離をＺとしたときに、ａｒｃｓｉｎ（Ｘ／Ｚ）で得られる角度に基づいて進行方向を算出する、
    　請求項１又は請求項２に記載の移動ロボット。
  4. 　前記テーブルには、目標地点までの前記移動経路において前記被検出体それぞれが右側と左側とのいずれに配置されているかが記憶され、
    　前記制御部は、検出された前記被検出体の前記移動経路に対する位置に基づいて、進行方向を算出する、
    　請求項３に記載の移動ロボット。
  5. 　前記テーブルには、前記被検出体ごとに進行方向の変更の有無を示す回転情報が記憶され、
    　前記制御部は、検出された前記被検出体に対して進行方向の変更が前記テーブルに記憶されている場合、検出された前記被検出体までの距離が所定の距離になると、進行方向を変更する、
    　請求項３又は請求項４に記載の移動ロボット。
  6. 　前記テーブルには、目標地点に最も近い前記被検出体を示す情報が記憶され、
    　前記制御部は、検出された前記被検出体が目標地点に最も近い前記被検出体である場合、検出された前記被検出体までの距離が所定の距離になると、前記駆動部を制御して停止させる、
    　請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の移動ロボット。
  7. 　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配置された複数の被検出体を検出する検出部と、を備える移動ロボットの制御方法であって、
    　前記検出部により検出された前記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、
    　前記被検出体までの距離と前記被検出体の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制御する第３のステップと、
    　を有する制御方法。
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