JP2014220890A - Autonomous movable body moving controller, autonomous movable body, and autonomous movable body control method - Google Patents
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Abstract
【課題】ユーザによる操作性を向上し、かつ、教示された走行経路を忠実に走行できるよう制御する。【解決手段】移動制御装置2は、切替部27と、速度制御指令部と、モータ制御指令部と、モータ駆動部25と、を備える。切替部27は、走行モードを、自律走行モード又は手動走行モードのいずれかに切り替える。速度制御指令部は、走行モードに基づき、速度制御指令を出力する。モータ制御指令部は、走行モードが手動走行モードである場合には、モータ13a、13bが出力可能なトルクを制限する第1モータ制御指令を出力する。一方、走行モードが自律走行モードである場合には、モータ13a、13bの速度を速度制御指令に追随させる第2モータ制御指令を出力する。モータ駆動部25は、速度制御指令と、モータ制御指令とに基づいて、モータ13a、13bを駆動する。【選択図】図3Control is performed to improve operability for a user and to faithfully travel a taught travel route. A movement control device includes a switching unit, a speed control command unit, a motor control command unit, and a motor drive unit. The switching unit 27 switches the travel mode to either the autonomous travel mode or the manual travel mode. The speed control command unit outputs a speed control command based on the travel mode. When the travel mode is the manual travel mode, the motor control command unit outputs a first motor control command that limits the torque that can be output by the motors 13a and 13b. On the other hand, when the traveling mode is the autonomous traveling mode, a second motor control command for causing the speeds of the motors 13a and 13b to follow the speed control command is output. The motor drive unit 25 drives the motors 13a and 13b based on the speed control command and the motor control command. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、教示された走行経路を自律走行する自律移動体、自律移動体の移動制御装置、及び自律移動体の制御方法に関する。 The present invention relates to an autonomous mobile body that autonomously travels along the taught travel route, a movement control device for the autonomous mobile body, and a control method for the autonomous mobile body.
従来、教示された走行経路を自律走行する自律移動体が知られている。例えば、特許文献1には、人間が操作しながら掃除コースに従って掃除機を動かし、そのときの掃除機の進行方向や車輪の回転のデータを記憶装置に記憶させ、次の掃除の際には、記憶装置に記憶させた上記データを読み出して掃除機を動かす、自走式掃除機が開示されている。 Conventionally, an autonomous moving body that autonomously travels along the taught travel route is known. For example, in Patent Document 1, the cleaner is moved according to the cleaning course while being operated by a human, the data on the direction of travel of the cleaner and the rotation of the wheel is stored in a storage device, and at the time of the next cleaning, A self-propelled cleaner that reads the data stored in a storage device and moves the cleaner is disclosed.
特許文献1に開示された自走式掃除機の場合、人間による自走式掃除機の操作をアシストする機能がないため、人間(ユーザ)が自走式掃除機を操作しにくくなる。そのため、ユーザは、自走掃除機に所望の掃除コースを精度良く教示できない場合がある。 In the case of the self-propelled cleaner disclosed in Patent Document 1, since there is no function for assisting the operation of the self-propelled cleaner by a human, it becomes difficult for a human (user) to operate the self-propelled cleaner. Therefore, the user may not be able to teach a desired cleaning course to the self-propelled cleaner with high accuracy.
本発明の課題は、ユーザによる自律移動体の操作性を向上し、かつ、ユーザにより教示された走行経路を忠実に走行できるよう自律走行体を制御することにある。 It is an object of the present invention to improve the operability of an autonomous moving body by a user and to control the autonomous traveling body so that the traveling path taught by the user can be faithfully traveled.
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る自律移動体の移動制御装置は、複数の車輪と、複数の車輪のそれぞれに接続された複数のモータとを備え、自律走行と手動操作による手動走行とが可能な自律移動体の移動制御装置である。移動制御装置は、切替部と、速度制御指令部と、モータ制御指令部と、モータ駆動部と、を備える。切替部は、走行モードを、自律移動体を自律走行させる自律走行モード、又は、自律移動体を手動にて走行させる手動走行モードのいずれかに切り替える。速度制御指令部は、走行モードに基づき、モータの速度を制御するための速度制御指令を出力する。モータ制御指令部は、走行モードが手動走行モードである場合には、モータが出力可能なトルクを制限する第1モータ制御指令を出力する。一方、走行モードが自律走行モードである場合には、モータ制御指令部は、モータの速度を速度制御指令に追随させる第2モータ制御指令を出力する。モータ駆動部は、速度制御指令部から出力される速度制御指令と、モータ制御指令部から出力されるモータ制御指令とに基づいて、モータを駆動する。
Hereinafter, a plurality of modes will be described as means for solving the problems. These aspects can be arbitrarily combined as necessary.
An autonomous mobile body movement control device according to an aspect of the present invention includes a plurality of wheels and a plurality of motors connected to each of the plurality of wheels, and is capable of autonomous traveling and manual traveling by manual operation. It is a movement control apparatus of a moving body. The movement control device includes a switching unit, a speed control command unit, a motor control command unit, and a motor drive unit. The switching unit switches the travel mode to either an autonomous travel mode in which the autonomous mobile body travels autonomously or a manual travel mode in which the autonomous mobile body travels manually. The speed control command unit outputs a speed control command for controlling the speed of the motor based on the travel mode. When the travel mode is the manual travel mode, the motor control command unit outputs a first motor control command for limiting the torque that can be output by the motor. On the other hand, when the travel mode is the autonomous travel mode, the motor control command unit outputs a second motor control command that causes the speed of the motor to follow the speed control command. The motor drive unit drives the motor based on the speed control command output from the speed control command unit and the motor control command output from the motor control command unit.
この移動制御装置では、まず、切替部が、走行モードを自律走行モード、又は、手動走行モードのいずれかに切り替えて設定する。次に、速度制御指令部が、走行モードに基づいて、モータの速度を制御する速度制御指令を出力する。そして、モータ制御指令部が、走行モードに基づき、モータ制御指令を出力する。このとき、モータ制御指令部は、走行モードが手動走行モードの時には、モータ制御指令として第1モータ制御指令を出力する。一方、走行モードが自律走行モードの時には、モータ制御指令部は、モータ制御指令として第2モータ制御指令を出力する。
その後、モータ駆動部が、速度制御指令及びモータ制御指令に基づいて、モータを制御する。
In this movement control device, first, the switching unit switches and sets the travel mode to either the autonomous travel mode or the manual travel mode. Next, the speed control command unit outputs a speed control command for controlling the speed of the motor based on the travel mode. The motor control command unit outputs a motor control command based on the travel mode. At this time, the motor control command unit outputs the first motor control command as the motor control command when the travel mode is the manual travel mode. On the other hand, when the travel mode is the autonomous travel mode, the motor control command unit outputs a second motor control command as the motor control command.
Thereafter, the motor drive unit controls the motor based on the speed control command and the motor control command.
このような移動制御装置により、ユーザが自律移動体を手動にて操作するときには、自律移動体のモータから出力されるトルクが制限される。一方、自律移動体が自律走行するときには、モータから出力可能なトルクが制限されることなく、速度制御指令部において作成された速度制御指令に追随するように、モータが制御される。この結果、ユーザが自律移動体を操作しているときには、ユーザは無理な外力を加えることなく自律移動体を操作できる。一方、自律移動体が自律走行するときには、自律移動体は速度制御指令に従って走行できる。 With such a movement control device, when the user manually operates the autonomous mobile body, the torque output from the motor of the autonomous mobile body is limited. On the other hand, when the autonomous mobile body travels autonomously, the torque that can be output from the motor is not limited, and the motor is controlled so as to follow the speed control command created in the speed control command unit. As a result, when the user is operating the autonomous mobile body, the user can operate the autonomous mobile body without applying an excessive external force. On the other hand, when the autonomous mobile body travels autonomously, the autonomous mobile body can travel according to the speed control command.
従って、ユーザによる自律移動体の操作性を向上できる。そして、自律移動体は、ユーザにより教示された走行経路を忠実に走行できる。 Therefore, the operability of the autonomous mobile body by the user can be improved. The autonomous mobile body can travel faithfully on the travel route taught by the user.
モータ駆動部は、電力制御部と、電力供給部と、を有していてもよい。電力制御部は、速度制御指令及びモータ制御指令に基づいて決定される制御パラメータに基づいて、電力指示値を算出する。電力供給部は、電力指示値に基づいて、モータにモータ駆動電力を供給する。 The motor drive unit may include a power control unit and a power supply unit. The power control unit calculates a power instruction value based on a control parameter determined based on the speed control command and the motor control command. The power supply unit supplies motor driving power to the motor based on the power instruction value.
このようなモータ駆動部を用いることで、モータに供給されるモータ駆動電力により、モータから出力可能なトルクやモータの回転速度を制御できる。その結果、モータ駆動部によるモータの制御が容易になる。 By using such a motor drive unit, the torque that can be output from the motor and the rotation speed of the motor can be controlled by the motor drive power supplied to the motor. As a result, the motor control by the motor drive unit is facilitated.
電力制御部の制御パラメータは制御ゲインを含んでいてもよい。この場合、電力制御部は、制御ゲイン記憶部と、制御ゲイン設定部と、を有している。制御ゲイン記憶部は、所定の数の予め決定された制御ゲインを記憶する。制御ゲイン設定部は、モータ制御指令に基づき、制御ゲイン記憶部に記憶された所定の数の制御ゲインから、1つの制御ゲインを選択する。
ここで、制御ゲインとは、モータの制御値(例えば、モータの回転速度や、モータ駆動電力など)を目標値に到達させるために必要な、モータへの制御量を決定する定数である。
The control parameter of the power control unit may include a control gain. In this case, the power control unit includes a control gain storage unit and a control gain setting unit. The control gain storage unit stores a predetermined number of predetermined control gains. The control gain setting unit selects one control gain from a predetermined number of control gains stored in the control gain storage unit based on the motor control command.
Here, the control gain is a constant that determines a control amount to the motor that is necessary for a motor control value (for example, a motor rotation speed, motor drive power, etc.) to reach a target value.
電力制御部の制御パラメータを制御ゲインとし、制御ゲインをモータ制御指令に基づき決定することにより、1つの電力制御部のみを用いて、特性の異なる複数の制御を行える。その結果、モータ駆動部の構造を単純にできる。 By using the control parameter of the power control unit as the control gain and determining the control gain based on the motor control command, a plurality of controls having different characteristics can be performed using only one power control unit. As a result, the structure of the motor drive unit can be simplified.
制御ゲイン設定部は、モータ制御指令が第2モータ制御指令の場合には、第2制御ゲインを選択し、モータ制御指令が第1モータ制御指令の場合には、第2制御ゲインよりも小さな値を有する第1制御ゲインを選択してもよい。
これにより、電力制御部は、走行モードが手動走行モードのときに、モータへ入力されるモータ駆動電力を抑制できる。従って、走行モードが手動走行モードのときに、モータから出力可能なトルクを制限できる。
The control gain setting unit selects the second control gain when the motor control command is the second motor control command, and is smaller than the second control gain when the motor control command is the first motor control command. May be selected.
Thereby, the power control unit can suppress the motor driving power input to the motor when the traveling mode is the manual traveling mode. Therefore, when the travel mode is the manual travel mode, the torque that can be output from the motor can be limited.
モータ駆動部は、電力値検出部と、電力制限部と、をさらに有していてもよい。電力値検出部は、モータ駆動電力の電力値を検出する。電力制限部は、モータ制御指令が第1モータ制御指令である場合に、モータ駆動電力の上限を所定の第1電力値に制限する。
これにより、走行モードが手動走行モードのときに、モータに入力されるモータ駆動電力の上限値を確実に制限できる。この結果、走行モードが手動走行モードのときに、モータが出力可能なトルクを確実に制限できる。
The motor driving unit may further include a power value detecting unit and a power limiting unit. The power value detection unit detects the power value of the motor driving power. The power limiting unit limits the upper limit of the motor driving power to a predetermined first power value when the motor control command is the first motor control command.
Thereby, when the travel mode is the manual travel mode, the upper limit value of the motor driving power input to the motor can be reliably limited. As a result, when the travel mode is the manual travel mode, it is possible to reliably limit the torque that can be output by the motor.
走行モードが手動走行モードのときに、モータ駆動電力が所定の時間以上所定の閾値を超えた場合、電力制限部は、モータ駆動電力の上限を第2電力値に制限してもよい。
これにより、所定の時間以上、モータへ過剰なモータ駆動電力が入力されることを抑制できる。その結果、自律移動体を手動操作する際に、ユーザが長時間無理な外力を加えて自律移動体を操作する必要がなくなる。その結果、ユーザによる自律移動体の操作性が向上する。
When the driving mode is the manual driving mode and the motor driving power exceeds a predetermined threshold for a predetermined time or longer, the power limiting unit may limit the upper limit of the motor driving power to the second power value.
Thereby, it can suppress that excessive motor drive electric power is input into a motor more than predetermined time. As a result, when the autonomous mobile body is manually operated, the user does not need to apply an excessive external force for a long time to operate the autonomous mobile body. As a result, the operability of the autonomous mobile body by the user is improved.
移動制御装置は、速度制御指令部へ走行指示を出力する主制御部をさらに備えていてもよい。この場合、速度制御指令部は、主制御部からの走行指示に基づいて速度制御指令を演算する。また、主制御部から出力される走行指示は、走行モードが自律走行モード時に自律走行する走行経路に基づいた位置情報と時刻情報とを含んでいてもよい。
これにより、速度制御指令部は、位置情報と時刻情報を含む走行指示に基づいて、容易に走行経路を忠実に走行できる速度制御指令を演算できる。
The movement control device may further include a main control unit that outputs a travel instruction to the speed control command unit. In this case, the speed control command unit calculates a speed control command based on a travel instruction from the main control unit. Further, the travel instruction output from the main control unit may include position information and time information based on a travel route for autonomous travel when the travel mode is the autonomous travel mode.
As a result, the speed control command unit can calculate a speed control command that can easily travel on the travel route faithfully based on the travel instruction including the position information and the time information.
本発明の他の見地に係る自律移動体は、複数の車輪と、複数のモータと、切替部と、速度制御指令部と、モータ制御指令部と、モータ駆動部と、を備える。複数のモータは、複数の車輪に接続される。切替部は、走行モードを、自律走行を行う自律走行モード、又は、手動にて操作される手動走行モードのいずれかに切り替える。速度制御指令部は、走行モードに基づき、モータの速度を制御するための速度制御指令を出力する。モータ制御指令部は、走行モードが手動走行モードである場合には、モータが出力可能なトルクを制限する第1モータ制御指令を出力する。一方、走行モードが自律走行モードである場合には、モータ制御指令部は、モータの速度を速度制御指令に追随させる第2モータ制御指令を、モータ制御指令として出力する。モータ駆動部は、速度制御指令とモータ制御指令とに基づいて、モータを駆動する。 An autonomous mobile body according to another aspect of the present invention includes a plurality of wheels, a plurality of motors, a switching unit, a speed control command unit, a motor control command unit, and a motor drive unit. The plurality of motors are connected to the plurality of wheels. The switching unit switches the traveling mode to either an autonomous traveling mode in which autonomous traveling is performed or a manual traveling mode that is manually operated. The speed control command unit outputs a speed control command for controlling the speed of the motor based on the travel mode. When the travel mode is the manual travel mode, the motor control command unit outputs a first motor control command for limiting the torque that can be output by the motor. On the other hand, when the travel mode is the autonomous travel mode, the motor control command unit outputs a second motor control command that causes the speed of the motor to follow the speed control command as a motor control command. The motor driving unit drives the motor based on the speed control command and the motor control command.
このような自律移動体においては、ユーザが自律移動体を手動にて操作するときには、自律移動体のモータから出力されるトルクが制限される。一方、自律移動体が自律走行するときには、モータから出力可能なトルクが制限されることなく、速度制御指令部において作成された速度制御指令に追随するように、モータが制御される。この結果、ユーザが自律移動体を操作しているときには、ユーザは無理な外力を加えることなく自律移動体を操作できる。一方、自律移動体が自律走行するときには、自律移動体は速度制御指令に従って走行できる。 In such an autonomous mobile body, when the user manually operates the autonomous mobile body, the torque output from the motor of the autonomous mobile body is limited. On the other hand, when the autonomous mobile body travels autonomously, the torque that can be output from the motor is not limited, and the motor is controlled so as to follow the speed control command created in the speed control command unit. As a result, when the user is operating the autonomous mobile body, the user can operate the autonomous mobile body without applying an excessive external force. On the other hand, when the autonomous mobile body travels autonomously, the autonomous mobile body can travel according to the speed control command.
従って、ユーザによる自律移動体の操作性を向上できる。そして、自律移動体は、ユーザにより教示された走行経路を忠実に走行できる。 Therefore, the operability of the autonomous mobile body by the user can be improved. The autonomous mobile body can travel faithfully on the travel route taught by the user.
本発明のさらに他の見地に係る制御方法は、複数の車輪と車輪のそれぞれに車輪を回転可能に接続された複数のモータとを備え、自律走行と手動操作による手動走行とが可能な自律移動体の制御方法である。制御方法は、以下のステップを含む。
◎走行モードを、自律移動体を自律走行させる自律走行モード、又は、自律移動体を手動にて走行させる手動走行モードのいずれかに切り替えるステップ。
◎走行モードに基づき、モータの速度を制御するための速度制御指令を出力するステップ。
◎走行モードが手動走行モードである場合には、モータが出力可能なトルクを制限する第1モータ制御指令を出力し、走行モードが自律走行モードである場合には、モータの速度を速度制御指令に追随させる第2モータ制御指令を、モータ制御指令として出力するステップ。
◎速度制御指令とモータ制御指令とに基づいて、モータを駆動するステップ。
A control method according to still another aspect of the present invention includes a plurality of wheels and a plurality of motors connected to the respective wheels so as to be rotatable, and is capable of autonomous travel and manual travel by manual operation. It is a body control method. The control method includes the following steps.
◎ Switching the travel mode to either an autonomous travel mode in which the autonomous mobile body travels autonomously or a manual travel mode in which the autonomous mobile body travels manually.
A step of outputting a speed control command for controlling the speed of the motor based on the running mode.
◎ When the travel mode is the manual travel mode, the first motor control command for limiting the torque that can be output by the motor is output. When the travel mode is the autonomous travel mode, the motor speed is set to the speed control command. Outputting a second motor control command to be followed as a motor control command.
A step of driving the motor based on the speed control command and the motor control command.
このような制御方法により、ユーザが自律移動体を手動にて操作するときには、自律移動体のモータから出力されるトルクが制限される。一方、自律移動体が自律走行するときには、モータから出力可能なトルクが制限されることなく、速度制御指令部において作成された速度制御指令に追随するように、モータが制御される。この結果、ユーザが自律移動体を操作しているときには、ユーザは無理な外力を加えることなく自律移動体を操作できる。一方、自律移動体が自律走行するときには、自律移動体は速度制御指令に従って走行できる。 With such a control method, when the user manually operates the autonomous mobile body, the torque output from the motor of the autonomous mobile body is limited. On the other hand, when the autonomous mobile body travels autonomously, the torque that can be output from the motor is not limited, and the motor is controlled so as to follow the speed control command created in the speed control command unit. As a result, when the user is operating the autonomous mobile body, the user can operate the autonomous mobile body without applying an excessive external force. On the other hand, when the autonomous mobile body travels autonomously, the autonomous mobile body can travel according to the speed control command.
従って、ユーザによる自律移動体の操作性を向上できる。そして、自律移動体は、ユーザにより教示された走行経路を忠実に走行できる。 Therefore, the operability of the autonomous mobile body by the user can be improved. The autonomous mobile body can travel faithfully on the travel route taught by the user.
本発明では、ユーザによる自律移動体の操作性を向上し、かつ、ユーザにより教示された走行経路を忠実に走行できるよう自律走行体を制御できる。 In the present invention, it is possible to control the autonomous traveling body so that the operability of the autonomous moving body by the user is improved and the traveling route taught by the user can be faithfully traveled.
1.第1実施形態
(1)自律移動体の全体構成
まず、本実施形態に係る自律移動体の全体構成について、図1を用いて説明する。図1は、自律移動体の全体構成を示す図である。本実施形態の自律移動体100は、ユーザにより教示された予定走行経路を再現しながら、自律して走行可能な移動体である。
自律移動体100は、移動部1と、移動制御装置2と、検出部3と、操作部5と、備える。移動部1は、自律移動体100を移動させる。検出部3は、移動制御装置2に接続されている。そして、検出部3は、障害物や走行経路にある壁などを検出し、障害物や壁などの位置情報を移動制御装置2に出力する。操作部5は、自律移動体100の本体7に、取付部材9を介して固定されている。また、操作部5は、移動制御装置2に信号の送受信が可能なように接続されている。操作部5は、ユーザが自律移動体100に予定走行経路を教示するとき、ユーザにより操作される。これにより、自律移動体100の走行モードが手動走行モードのときに、自律移動体100は、ユーザによる操作部5の操作に基づいて制御される。また、操作部5は、自律移動体100の各種設定を行う。
1. First Embodiment (1) Overall Configuration of Autonomous Mobile Body First, the overall configuration of an autonomous mobile body according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an autonomous mobile body. The autonomous
The autonomous
移動制御装置2は、移動部1に電気的に接続されている。また、移動制御装置2には、検出部3が接続されている。移動制御装置2は、自律移動体100の走行モードが手動走行モードのときには、ユーザによる操作部5の操作に基づいて、移動部1を制御する。一方、自律移動体100の走行モードが自律移動するモードのときには、移動制御装置2は、例えば手動走行モードによって教示された予定走行経路を走行するように自律移動体100の移動指令を作成する。そして、移動制御装置2は、作成された移動指令に基づいて移動部1を制御する。
また、移動制御装置2は、障害物や壁などの位置情報を把握する。また、移動制御装置2は、障害物や壁などの位置情報に基づき、移動平面における自律移動体100の位置を把握する。
なお、自律移動体100の移動部1、移動制御装置2、検出部3、及び操作部5の構成の詳細については、後述する。
The
Moreover, the
The details of the configuration of the moving unit 1, the
自律移動体100は、補助輪部8をさらに備える。補助輪部8は、2つの補助車輪8a、8bを有する。2つの補助車輪8aと8bは、それぞれが独立に回転可能なように取り付けられている。補助輪部8を備えることにより、自律移動体100は安定に、かつ、スムーズに移動できる。
なお、移動部1が2以上の車輪を有する場合など、移動部1自体が自律移動体100を安定に走行できる構造を有している場合には、補助輪部8はなくてもよい。
The autonomous
In addition, when the moving part 1 itself has the structure which can drive | work the autonomous
(2)移動部の構成
次に、移動部1の構成について図1を用いて詳細に説明する。移動部1は、2つの主輪11a、11bと、2つのモータ13a、13bと、を有する。本実施形態の移動部1においては、それぞれの主輪11a、11bは独立に回転可能である。このような構成の移動部1においては、主輪11aと11bの回転数に差を生じさせることにより、自律移動体100の方向を転換させる。
主輪11a、11bは、それぞれ、モータ13a、13bの出力回転軸に接続されている。これにより、主輪11aはモータ13aの回転に従って回転し、主輪11bはモータ13bの回転に従って回転する。
(2) Configuration of Moving Unit Next, the configuration of the moving unit 1 will be described in detail with reference to FIG. The moving unit 1 includes two
The
モータ13a、13bは、移動制御装置2に電気的に接続されている。モータ13a、13bはそれぞれ、移動制御装置2のモータドライバ25a、25b(図5)により、独立して制御可能となっている。従って、モータ13a、13bは、それぞれ独立に、任意の回転数及びトルクなどを発生できる。その結果、主輪11a、11bは、それぞれ独立に、回転数及びトルクの制御が可能となっている。
モータ13a、13bとしては、サーボモータやブラシレスモータなどの電動モータを用いることができる。
The
As the
(3)検出部の構成
次に、検出部3の構成について、図1を用いて説明する。検出部3は、自律移動体100の走行経路周辺の障害物や壁などを検出し、障害物や壁などの位置情報を出力する。そのため、検出部3は、前方検出器31と、後方検出器33と、を有する。前方検出器31は、自律移動体100の前方にある障害物や壁などを検出する。後方検出器33は、自律移動体100の後方にある障害物や壁などを検出する。また、前方検出器31と後方検出器33は、自律移動体100と障害物や壁などとの間の距離や、自律移動体100から見た障害物や壁などが存在する方向に関する情報などを含む信号を出力する。これにより、検出部3は、自律移動体100から見た障害物や壁などの相対的な位置情報を、移動制御装置2に出力できる。
検出部3の前方検出器31及び後方検出器33としては、例えば、レーザレンジファインダ(Laser Range Finder、LRF)などを用いることができる。
(3) Configuration of Detection Unit Next, the configuration of the detection unit 3 will be described with reference to FIG. The detection unit 3 detects obstacles and walls around the travel route of the autonomous
As the
(4)操作部の構成
次に、操作部5の構成について、図2を用いて説明する。図2は、操作部5の構成を示す図である。操作部5は、操作ハンドル51a、51bと、設定部53と、表示部55と、インターフェース57と、を備える。
操作ハンドル51a、51bは、それぞれ、操作部5の筐体59の左右に取り付けられている。これにより、自律移動体100の走行モードが手動走行モードであるとき、ユーザは、操作ハンドル51a、51bに適切な外力Fu(後述)を加えて、自律移動体100を操作できる。
なお、操作ハンドル51a、51bは、筐体59に回動可能に取り付けられていてもよい。この場合、操作ハンドル51a、51bは、インターフェース57と接続されている。これにより、操作ハンドル51a、51bの回動量(操作量)は、インターフェース57において電気信号に変換され、移動制御装置2に入力できる。そして、操作モードが手動走行モードのときに、操作ハンドル51a、51bの操作量に応じて、自律移動体100は操作できる。
(4) Configuration of Operation Unit Next, the configuration of the
The operation handles 51a and 51b are attached to the left and right sides of the
The operation handles 51a and 51b may be attached to the
設定部53は、インターフェース57に接続されている。設定部53は、自律移動体100の走行モードを、自律走行モード、又は、手動走行モードのいずれかに切り替える。そして、設定部53において設定された走行モードが、インターフェース57を介して、移動制御装置2の切替部27(図3)に入力される。また、設定部53は、自律移動体100のその他の各種設定を設定可能となっていてもよい。
設定部53は、例えば、自律移動体100の走行モードや各種設定などを行うためのスイッチやキーボードなどにより構成できる。又は、設定部53は、タッチパネルとして構成され、表示部55と一体に形成されていてもよい。
The setting
The setting
表示部55は、インターフェース57に接続されている。表示部55は、インターフェース57を介して、移動制御装置2から自律移動体100の各種設定や位置情報などの情報を、読み出して表示する。表示部55としては、液晶ディスプレイなどのディスプレイを用いることができる。また、上述のように設定部53と表示部55とを一体に形成する場合は、表示部55(と設定部53)として、タッチパネル機能付きディスプレイを用いることができる。
The
インターフェース57は、移動制御装置2に接続されている。インターフェース57は、設定部53のスイッチやキー入力などを電気信号に変換し、移動制御装置2へ出力する。また、必要に応じて、操作ハンドル51a、51bの操作量を電気信号に変換し、移動制御装置2へ出力する。さらに、インターフェース57は、ユーザの指示などに応じて、移動制御装置2から自律移動体100に関する情報を読み出して、表示部55に表示する。
従って、インターフェース57としては、設定部53における設定状態(必要に応じて、操作ハンドル51a、51bの操作量)を電気信号に変換する信号変換器と、表示部55に情報を表示するための表示部駆動回路と、移動制御装置2と信号を送受信するための通信インターフェースと、などを備えたマイコンボードなどを用いることができる。
The
Accordingly, the
(5)移動制御装置の構成
I.移動制御装置の全体構成
次に、移動部1の移動制御装置2の全体構成について図3を用いて説明する。図3は、移動制御装置2の全体構成を示す図である。
なお、移動制御装置2は、CPU(Central Processing Unit)と、ハードディスク装置と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、記憶媒体読み出し装置などの記憶装置と、信号変換を行うインターフェースなどと、を備えたマイコンシステムなどにより、実現できる。また、以下に示す移動制御装置2の各部の機能の一部又は全部は、プログラムとして実現されていてもよい。さらに、当該プログラムは、マイコンボードの記憶装置に記憶されていてもよい。又は、移動制御装置2の各部の機能の一部又は全部は、カスタムICなどにより実現されていてもよい。
移動制御装置2は、教示部21と、自己位置推定部22と、記憶部23と、走行制御部24と、モータ駆動部25と、障害物情報取得部26と、切替部27と、主制御部28と、を有する。
(5) Configuration of movement control device Overall Configuration of Movement Control Device Next, the overall configuration of the
The
The
教示部21は、走行モードが手動走行モードのときに、ユーザが操作部5を用いて自律移動体100を移動させた際の移動経路を所定の時間間隔にて取得する。そして、教示部21は、取得した移動経路を、自律移動体100が移動する移動平面を表現した座標系(以後、移動座標と呼ぶことにする)上の座標値に変換し、当該座標値と移動経路を取得した時間とを関連付ける。さらに、教示部21は、座標変換された移動経路を記憶部23に記憶する。
ここで、上記のようにして教示部21が生成した移動経路の座標値の集合体を、予定走行経路と呼ぶことにする。また、予定走行経路には、移動経路を取得した時間が関連付けられている。
後述するように、モータ13a、13bの回転速度は、ユーザが自律移動体100に外力を加えることにより、制御される。教示部21は、また、ユーザの操作により調整されたモータ13a、13bの回転速度を、所定の時間間隔にて取得する。
The
Here, a set of coordinate values of the movement route generated by the
As will be described later, the rotational speeds of the
また、教示部21は、移動経路上を移動中の自律移動体100の姿勢を、移動経路を取得するときに取得してもよい。ここで、自律移動体100の姿勢とは、自律移動体100の前方が向いた方向のことを言う。これにより、予定走行経路は、自律移動体100の姿勢に関する情報(姿勢情報)をさらに含むことができる。
Further, the
自己位置推定部22は、移動平面上における自律移動体100の位置を推定する。自己位置推定部22は、例えば、SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)法などを用いて、自律移動体100の移動平面上における位置を推定できる。
自己位置推定部22は、検出部3において取得された自律移動体100から見た障害物や壁などの相対的な位置情報を、移動座標上の座標値へと変換する。そして、自己位置推定部22は、検出部3の前方検出器31及び後方検出器33が検出した障害物や壁などの位置情報に基づいて、自律移動体100の周囲の移動平面の地図情報(ローカルマップと呼ぶことにする)を作成する。また、自己位置推定部22は、移動平面の地図情報(環境地図と呼ぶことにする)を記憶部23に記憶している。そして、自己位置推定部22は、環境地図とローカルマップとを比較して、自律移動体100が移動平面のどの位置に存在するかを推定する。
さらに、自己位置推定部22は、モータ13a、13bの回転数に基づいても、自律移動体100の位置を推定できるようになっていてもよい。
The self-
The self-
Furthermore, the self-
記憶部23は、移動制御装置2がマイコンシステムにより実現されている場合は、マイコンシステムの記憶装置(あるいは、記憶装置の記憶領域の一部)に対応するものである。記憶部23は、自律移動体100の各種設定、予定走行経路、障害物や壁などの位置情報、などの情報を記憶する。また、移動制御装置2の各部の機能の一部又は全部がソフトウェアにより実現されているとき、記憶部23は、当該ソフトウェアを記憶してもよい。
When the
走行制御部24は、モータ13a、13bの速度を制御するための速度制御指令vcを、モータ駆動部25(後述)に出力する。また、走行制御部24は、切替部27(後述)において設定されている走行モードに基づいて、モータ制御指令をモータ駆動部25に出力する。
本実施形態においては、走行制御部24は、走行モードが手動走行モードの場合には、第1モータ制御指令を出力する。一方、走行モードが自律走行モードの場合には、第2モータ制御指令を出力する。ここで、第1モータ制御指令とは、モータ13a、13bが出力可能なトルクを制限するモータ制御指令のことである。一方、第2モータ制御指令とは、モータ13a、13bのトルクを制限することなく、モータ13a、13bの速度を速度制御指令vcに追随させるモータ制御指令のことである。
なお、走行制御部24の詳細な構成及び動作については、後述する。
In the present embodiment, the
The detailed configuration and operation of the
モータ駆動部25は、モータ13a、13bに接続されている。これにより、モータ駆動部25は、モータ13a、13bを制御できる。
また、モータ駆動部25は、走行制御部24から速度制御指令vc及びモータ制御指令を入力する。そして、モータ駆動部25は、速度制御指令vc及びモータ制御指令に基づき、モータ13a、13bを制御する。
なお、モータ駆動部25の詳細な構造及び動作については、後述する。
The
Further, the
The detailed structure and operation of the
障害物情報取得部26は、検出部3の前方検出器31と後方検出器33とに接続されている。障害物情報取得部26は、前方検出器31と後方検出器33とから出力される信号に基づき、障害物や壁などの位置情報を取得する。そして、障害物情報取得部26は、必要に応じて、障害物や壁などの位置情報を記憶部23に記憶する。このとき、障害物情報取得部26は、自己位置推定部22に障害物や壁などの位置情報を出力してもよい。そして、自己位置推定部22が、障害物や壁などの位置情報を移動座標上の座標値に変換して、障害物や壁などの位置情報を記憶部23に記憶してもよい。
The obstacle
切替部27は、操作部5の設定部53における走行モードの設定状態に基づいて、走行モードを、自律走行モード、又は、手動走行モードのいずれかに切り替えて設定する。そして、移動制御装置2の各部は、必要に応じて、切替部27において設定された走行モードを参照可能となっている。
The switching
主制御部28は、走行制御部24の速度制御指令部241(後述)へ走行指示を出力する。この場合、速度制御指令部241は、主制御部28からの走行指示に基づいて、速度制御指令vcを演算する。
また、主制御部28から出力される走行指示は、走行モードが自律走行モード時に自律走行する走行経路に基づいた、位置情報と時刻情報を含む。このとき、走行経路は、ユーザにより教示された予定走行経路から生成される。
これにより、速度制御指令部241は、位置情報と時刻情報を含む走行指示に基づいて、走行経路を忠実に走行できる速度制御指令vcを演算できる。その結果、走行モードが自律走行モードのときに、自律移動体100は、走行経路を忠実に走行できる。
The
The travel instruction output from the
Thus, the speed
II.走行制御部の構成
次に、走行制御部24の構成について図4を用いて説明する。図4は、走行制御部24の構成を示す図である。走行制御部24は、速度制御指令部241と、モータ制御指令部243と、を有する。
速度制御指令部241は、走行モードに基づいて、速度制御指令vcを出力する。本実施形態においては、走行モードが自律走行モードの時には、教示されたとおりに予定走行経路を走行する速度制御指令vcを出力する。すなわち、速度制御指令部241は、手動走行モード時に教示部21により取得されたモータ13a、13bの回転速度に基づいて、速度制御指令vcを出力する。
一方、走行モードが手動走行モードの時には、操作部5の設定部53において設定された設定値などに従って、モータ13a、13bが、同一の所定の速度にて回転するような速度制御指令vcを出力する。操作ハンドル51a、51bが回動可能である場合には、操作ハンドル51a、51bの回動量に従って、速度制御指令vcを出力してもよい。
II. Configuration of Travel Control Unit Next, the configuration of the
Speed
On the other hand, when the travel mode is the manual driving mode, in accordance with such setting value set in the
ここで、上記の同一の所定の速度のことを、無負荷時手動速度vnと呼ぶことにする。なぜなら、走行モードが手動走行モードのときの同一の所定の速度は、自律移動体100にユーザから何らの外力も加えられていないときに、モータが出力できる速度だからである。後述するように、走行モードが手動走行モードのとき、ユーザは、自律移動体100の進行方向に対して、主に逆方向の外力Fuを自律移動体100に加えて、自律移動体100の方向を制御する。なお、走行モードが手動走行モードのとき、自律移動体100は、外力が加えられていないときは、無負荷時手動速度vnにて直進する。
Here, the above the same predetermined speed, it will be referred to as no-load manually velocity v n. This is because the same predetermined speed when the travel mode is the manual travel mode is a speed at which the motor can output when no external force is applied to the autonomous
なお、無負荷時手動速度vnは、操作部5の設定部53、又は、操作ハンドル51a、51bにより、調整可能とされていてもよい。これにより、自律移動体100に予定走行経路を教示するユーザの特性などに応じて、無負荷時手動速度vnを適切に調整できる。
Incidentally, no-load manual speed v n is set
モータ制御指令部243は、走行モードに基づいて、モータ制御指令を出力する。モータ制御指令部243は、走行モードが手動走行モードの場合には、第1モータ制御指令を出力する。一方、走行モードが自律走行モードの場合には、モータ制御指令部243は、第2モータ制御指令を出力する。
本実施形態においては、第1モータ制御指令には、モータ駆動部25に対して、モータ13a、13bが速度制御指令vcに対して追随しにくくなるよう、モータ13a、13bを制御するようなモータ制御指令を含んでいる。また、モータ駆動部25が、電力制限部(図6A)を有している場合は、第1モータ制御指令に、走行モードが手動走行モードのときにモータ駆動部25が出力可能な、モータ駆動電流Idの上限値(第1電流値I1、及び/又は、第2電流値I2)(後述)に関する情報を含める。なお、上記のように、第1モータ制御指令に、第1電流値I1、第2電流値I2を含める場合は、モータ駆動部25が、モータ13a、13bに出力する電流(モータ駆動電流Id)により、モータ13a、13bの電力を制御する場合である。
走行モードが手動走行モードのときに、モータ制御指令部243が、上記のような第1モータ制御指令を出力することより、モータ13a、13bへ供給されるモータ駆動電流Idが制限される。その結果、モータ13a、13bから出力可能なトルクを制限できる。
The motor
In the present embodiment, the the first motor control command, to the
When the running mode is the manual driving mode, the motor
一方、走行モードが自律走行モードのとき、モータ制御指令部243から出力される第2モータ制御指令には、モータ13a、13bを速度制御指令vcに追随させるような、第1モータ制御指令とは異なるモータ制御指令を含ませる。また、第1モータ制御指令にモータ駆動電流Idの上限値に関する情報が含まれる場合には、第2モータ制御指令には、モータ駆動電流Idの上限値を解除するモータ制御指令を含める。
走行モードが自律走行モードのときに、モータ制御指令部243が、上記のような第2モータ制御指令を出力することにより、モータ13a、13bは、速度制御指令vcに追随できる。その結果、自律移動体100は、走行経路を忠実に走行できる。
On the other hand, when the traveling mode is the autonomous mode, the second motor control command output from the motor
When the running mode is the autonomous mode, the motor
なお、第1モータ制御指令に、モータ13a、13bが速度制御指令vcに対して追随しにくくなるようなモータ制御指令及びモータ駆動電流Idの上限値を含ませる理由、及び、第1モータ制御指令と第2モータ制御指令とが異なる理由については、後ほど詳しく説明する。
The reason to include in the first motor control command, the
III.モータ駆動部の構成
(i)全体構成
次に、モータ駆動部25の構成について説明する。まず、モータ駆動部25の全体構成について、図5を用いて説明する。図5は、モータ駆動部25の全体構成を示す図である。
モータ駆動部25は、第1モータドライバ25aと、第2モータドライバ25bと、を有する。第1モータドライバ25a、及び、第2モータドライバ25bは、それぞれ、モータ13a、13bに接続されている。従って、第1モータドライバ25aはモータ13aを、第2モータドライバ25bはモータ13bを、それぞれ独立に駆動する。
そのため、第1モータドライバ25a、第2モータドライバ25bには、走行制御部24から、それぞれ独立に、速度制御指令vc及びモータ制御指令が入力される。
III. Configuration of Motor Drive Unit (i) Overall Configuration Next, the configuration of the
The
Therefore, the
(ii)モータドライバの構成
次に、第1モータドライバ25a、第2モータドライバ25bの構成について、図6A及び図6Bを用いて説明する。第1モータドライバ25aと第2モータドライバ25bは同じ構造を有しているので、ここでは、第1モータドライバ25aを例にとって、モータドライバの構造を説明する。図6Aは、第1モータドライバ25aの基本的な構成を示す図である。
なお、本実施形態に係るモータドライバ25a、25bは、モータ13a、13bを駆動するために入力される電流であるモータ駆動電流Id(モータ駆動電力の一例)を制御することにより、モータ13a、13bの電力を制御する。
第1モータドライバ25aは、電力制御部251と、電力供給部253と、を有する。電力制御部251は、速度制御指令vc及びモータ制御指令を、走行制御部24から入力可能となっている。また、モータ13aから、モータ13aの回転速度vを入力可能となっている。モータ13aの回転速度vは、モータ13aに備えられたエンコーダからの信号などに基づいて決定される。
(Ii) Configuration of Motor Driver Next, the configuration of the
The
The
電力制御部251は、速度制御指令vc及びモータ制御指令に基づいて決定される制御パラメータと、モータ13aの回転速度vとに基づいて、電流指示値Ic(電力指示値の一例)を算出し出力する。ここで、制御パラメータとは、電力制御部251の制御特性を決定するためのパラメータである。また、電流指示値Icは、電力供給部253(後述)に対する指令であり、電力供給部253が出力すべきモータ駆動電流Id(後述)を指示する信号である。
なお、電力制御部251としては、制御パラメータにより電力制御部251の制御特性を変化できるような制御を用いた制御装置が用いられる。このような制御装置としては、例えば、PI(Proportional Integral)制御理論を用いた制御装置や、PID(Proprotional Integral Differential(Derivative))制御理論を用いた制御装置などが挙げられる。
なお、本実施形態における電力制御部251の構成については、後述する。
The
In addition, as the
The configuration of the
電力供給部253は、電力制御部251から電流指示値Icを入力可能となっている。また、電力供給部253は、モータ13aに接続されている。そのため、電力供給部253は、電流指示値Icに基づいて、モータ13aにモータ駆動電流Idを供給できる。
なお、電力供給部253は、モータ13aに供給されている実際のモータ駆動電流Idをフィードバックして、電流指示値Icとモータ駆動電流Idとの差分に基づいて、出力すべきモータ駆動電流Idを算出して出力している。
The
(iii)電力制御部の構成
次に、電力制御部251の構成について、図6Aを用いて説明する。図6Aに示すように、電力制御部251は、差分算出部2511と、制御部2513と、制御ゲイン設定部2515と、制御ゲイン記憶部2517と、電流制限部2519と、を有する。
差分算出部2511は、速度制御指令vcを走行制御部24から入力可能となっており、モータ13aの実際の回転速度vをモータ13aから入力可能となっている。差分算出部2511は、速度制御指令vcと、モータ13aの実際の回転速度vとの速度偏差Δv(vc−v)を算出し出力する。
(Iii) Configuration of Power Control Unit Next, the configuration of the
制御部2513は、制御ゲイン設定部2515から信号受信可能に接続されている。これにより、制御ゲイン設定部2515から受信した信号により、制御部2513の制御特性が調整される。また、制御部2513は、差分算出部2511から、速度偏差Δvを入力可能となっている。さらに、制御部2513は、電力供給部253に接続されている。これにより、制御部2513は、速度偏差Δvから電流指示値Icを算出し、電流指示値Icを電力供給部253に出力できる。
なお、制御部2513においては、モータ13aの回転速度vが速度制御指令vcに到達するために追加されるべき制御量(追加制御量と呼ぶことにする)ΔTを、速度偏差Δvから計算し、その後、ΔTを出力すべき電流指示値Icに変換する。
The
In the
本実施形態において、制御部2513は、PI制御理論に基づき動作する。このとき、制御部2513は、追加制御量ΔTを、ΔT=Kp×Δv+Ki×Int(Δv)という式から算出する。ここで、Int(Δv)は、速度偏差Δvの時間積分である。Kpは、速度偏差Δv(比例項)に対するΔTの出力量を決定する定数である。Kiは、速度偏差Δvの時間積分Int(Δv)(積分項)に対するΔTの出力量を決定する定数である。
PI制御理論に基づき動作する制御部2513は、上記定数Kp及びKiの値を調整することにより、制御部2513の制御特性を調整できる。上記定数Kp及びKiは、制御ゲインと呼ばれる。制御ゲインKp及びKiは、制御ゲイン設定部2515からの信号により、調整される。
In the present embodiment, the
The
なお、本実施形態では、制御部2513として、PI制御理論に基づき動作する制御装置を用いているが、これに限られない。例えば、制御部2513は、PID制御理論に基づき動作する制御装置であってもよい。PID制御理論においては、ΔTは、ΔT=Kp×Δv+Ki×Int(Δv)+Kd×(Δv)’という式で表される。ここで、(Δv)’は、速度偏差Δvの時間微分である。Kdは、Δvの時間微分(Δv)’(微分項)に対するΔTの出力量を決定する定数である。
In the present embodiment, a control device that operates based on the PI control theory is used as the
制御部2513がPID制御理論に基づき動作する制御装置である場合、制御部2513は、時間に対してより速く応答するようになる。これにより、モータ13a、13bは、走行モードが自律走行モードであるときに、速度制御指令vcに、さらに忠実に追随できる。
なお、PID制御理論に基づき動作する制御部2513を用いている場合、制御ゲイン設定部2515により上記定数Kdを0に設定することにより、制御部2513は、PI制御理論に基づいて動作するようになる。
When the
When the
制御ゲイン設定部2515は、制御部2513に信号を送信可能に接続されている。また、制御ゲイン設定部2515は、制御ゲイン記憶部2517(後述)から、データを入力可能に接続されている。これにより、制御ゲイン設定部2515は、走行制御部24から出力されるモータ制御指令に基づいて、制御ゲイン記憶部2517から予め決定された1つの制御ゲインを選択して読み出す。そして、制御ゲイン設定部2515は、読み出した制御ゲインを制御部2513へ出力し、制御部2513の制御ゲインを設定する。
制御ゲイン設定部2515は、モータ制御指令が第2モータ制御指令の場合には、第2制御ゲインを制御ゲイン記憶部2517から選択する。一方、モータ制御指令が第1モータ制御指令の場合には、制御ゲイン設定部2515は、第1制御ゲインを制御ゲイン記憶部2517から選択する。
The control
The control
制御ゲイン記憶部2517は、制御ゲイン設定部2515と信号の送信可能に接続されている。制御ゲイン記憶部2517は、所定の数の予め決定された制御ゲインを記憶する。そして、制御ゲイン記憶部2517に記憶された制御ゲインが、制御ゲイン設定部2515から読み出されて、制御部2513に設定される。
制御ゲイン記憶部2517において記憶される制御ゲインは、制御部2513がPI制御理論に基づいて動作するものである場合には、定数Kp及びKiの2つの定数を1つの単位とする。すなわち、制御ゲインは、2次元の定数(Kp,Ki)として表現される。また、制御部2513がPID制御理論に基づいて動作するものである場合には、Kp、Kiに加えて、Kdをさらに追加して3つの定数を単位として、3次元の定数(Kp,Ki,Kd)として表現できる。
The control
When the
制御ゲイン記憶部2517は、少なくとも、第1制御ゲイン(Kp1,Ki1)と、第2制御ゲイン(Kp2,Ki2)との2つの制御ゲインを記憶する。なお、第2制御ゲインは、モータ13aの回転速度vが速度制御指令vcに追随できる最適値に設定されている。このような、第2制御ゲインの最適値は、手動による調整により行われてもよいし、モータ駆動部25により自動的に調整されてもよい。
また、第1制御ゲインは、第2制御ゲインよりも小さい値を有している。すなわち、第1制御ゲインと、第2制御ゲインとの間には、Kp1<Kp2、Ki1<Ki2の関係が成立している。このように、第1制御ゲインが第2制御ゲインよりも小さな値とすることにより、走行モードが手動走行モードの場合において、走行モードが自律走行モードの場合と比べて、モータ13a、13bが速度制御指令vcに追随しにくくなるような電流指示値Icを出力できる。その結果、走行モードが手動走行モードのときに、モータ13a、13bへ入力されるモータ駆動電流Icを抑制できる。従って、走行モードが手動走行モードのときに、モータから出力可能なトルクを制限できる。
さらに、第1制御ゲインの積分項に関する制御ゲインKi1は0とすることが好ましい。これにより、外力Fuを長時間加えて、モータ13a、13bの回転速度を維持する場合にも、外力Fuの大きさを徐々に上昇させるなどの操作が不要となる。その結果、ユーザによる自律移動体100の操作性が向上する。
また、第1制御ゲインの値と第2制御ゲインの値を異ならせることにより、1つの制御部2513のみを用いて、特性の異なる複数の制御を行える。その結果、モータ駆動部25の構造を単純にできる。
The control
The first control gain has a smaller value than the second control gain. That is, a relationship of K p1 <K p2 and K i1 <K i2 is established between the first control gain and the second control gain. In this way, by setting the first control gain to a value smaller than the second control gain, the
Furthermore, the control gain K i1 related to the integral term of the first control gain is preferably zero. Thereby, in addition long external force F u, a
Also, by making the first control gain value different from the second control gain value, a plurality of controls having different characteristics can be performed using only one
また、制御ゲイン記憶部2517は、2つ以上の制御ゲインを記憶していてもよい。これにより、自律移動体100が走行する環境(移動平面の状態など)などに応じて、制御ゲイン設定部2515は、適切な制御ゲインを選択できる。制御ゲインが2つ以上の場合でも、第1制御ゲインの値は、第2制御ゲインの値よりも小さくなる。
The control
さらに、制御ゲイン記憶部2517は、複数の制御ゲインを一群の第1制御ゲインとして記憶し、別の複数の制御ゲインを一群の第2ゲインとして記憶しておいてもよい。
この場合、制御ゲイン設定部2515は、モータ制御指令に基づき、一群の第1制御ゲインの中から1つの制御ゲインを選んで第1制御ゲインとし、一群の第2制御ゲインの中から1つの制御ゲインを選んで第2制御ゲインとして、制御部2513の制御ゲインとして設定してもよい。
これにより、自律移動体100が走行する環境や、自律移動体100を手動操作するユーザの特性などに応じて、制御ゲイン設定部2515は、適切な制御ゲインを選択できる。
制御ゲイン記憶部2517として、移動制御装置2に備わっている記憶装置(記憶部23)の記憶領域の一部を用いることができる。その他、移動制御装置2の記憶装置や記憶部23とは個別に、制御ゲイン記憶用の記憶部が存在していてもよい。
Furthermore, the control
In this case, the control
Thus, the control
As the control
電流制限部2519は、制御部2513の出力と電力供給部253との間に接続される。電流制限部2519は、モータ制御指令が第1モータ制御指令の場合に、モータ駆動電流Idの上限を、所定の第1電流値I1(第1電力値の一例)に制限する。なお、本実施形態においては、モータ駆動電流Idを制御することによりモータ13a、13bの電力を制御しているため、電流制限部2519は、上記のように、モータ駆動電流Idの上限値を制限している。また、モータドライバ25aが電流制限部2519を有する場合、モータドライバ25aの出力とモータ13aの入力の間に、電力値検出部255が備えられる。電力値検出部255は、本実施形態においては、モータ駆動電流Idの電流値(電力値の一例)を検出する。電力値検出部255としては、電流を電圧に変換する装置、例えば、シャント抵抗などを用いることができる。又は、電力値検出部255としては、電流の流れる電線の周囲に生じる磁界を検出することにより電流を測定する装置、例えば、クランプ電流計やトランスカレントなどを用いることができる。
図6Aに示すように、電力値検出部255の電流値の検出結果は、電流制限部2519に入力される。これにより、電流制限部2519は、モータドライバ25aから出力される実際のモータ駆動電流Idの電流値を監視し、モータ駆動電流Idが第1電流値I1よりも大きくなった場合、モータ駆動電流Idを第1電流値I1に設定するような電流指示値Icを出力する。
The current limiting
As shown in FIG. 6A, the current value detection result of the power
また、走行モードが手動走行モードのときに、モータ駆動電流Idが、所定の時間t2(後述)以上、所定の閾値IT(後述)を超えた場合、電流制限部2519は、モータ駆動電流Idの上限を第2電流値I2(第2電力値の一例)に制限する。
これにより、所定の時間以上、モータ13aへ過剰なモータ駆動電流Idが入力されることを抑制できる。その結果、自律移動体100を手動操作する際に、ユーザが長時間無理な外力Fuを加えて自律移動体100を操作する必要がなくなる。その結果、ユーザによる自律移動体100の操作性が向上する。
電流制限部2519における第1電流値I1及び第2電流値I2は、第1モータ制御指令に含まれる第1電流値I1及び第2電流値I2に関する情報により設定される。一方、走行モードが自律走行モードの時には、電流制限部2519におけるモータ駆動電流Idの制限は解除される。これは、例えば、電流制限部2519に、モータ13a、13bの定格電流以上の値を有する第1電流値I1及び第2電流値I2を設定することにより実現できる。なお、第1電流値I1及び第2電流値I2に、モータ13a、13bの定格電流以上の値を設定しても、モータ13a、13bに入力可能なモータ駆動電流Idは最大電流Imaxを超えない。
When the driving mode is the manual driving mode, if the motor driving current I d exceeds a predetermined threshold I T (described later) for a predetermined time t 2 (described later), the current limiting
Thereby, it can suppress that the excessive motor drive current Id is input into the
The first current value I 1 and the second current value I 2 in the current limiting
また、電流制限部2519は、制御部2513から出力される電流指示値Icが、モータ駆動電流Idが第1電流値I1を超えるような指示値であった場合に、電流指示値Icをモータ駆動電流Idが第1電流値I1になるような指示値に補正してもよい。そして、電流制限部2519は、補正した指示値を電流指示値Icとして出力もよい。このような方法によっても、電流制限部2519は、モータ駆動電流Idの上限を、第1電流値I1に制限できる。
なお、電流制限部2519が、制御部2513からの指示値を補正する方法により、モータ駆動電流Idの上限を第1電流値I1に制限する場合には、電力値検出部255は、なくてもよい。
The current limiting
The current limiting
このように、電力制限部2519は、算出された電流指示値Icが大きな値となっても、モータ駆動電流Idの大きさを制限できる。その結果、モータ13a、13bのトルクを制限できる。
なお、特に、走行モードが手動走行モードのときに、制御部2513のみであっても十分にモータ駆動電流Idを制限できる場合には、図6Bに示すように、電力制御部251は、電流制限部2519を有していなくてもよい。また、モータドライバ25aが、電流制限部2519を有していない場合には、電力値検出部255も、特に必要ない。
Thus,
Incidentally, in particular, when the running mode is the manual driving mode, if even only the
(6)自律移動体の動作
I.自律移動体の全体的な動作
次に、自律移動体100の動作について説明する。まず、自律移動体100を始動してから走行が終了するまでの、自律移動体100の全体的な動作について、図7を用いて説明する。図7は、自律移動体100を始動してから走行が終了するまでの、自律移動体100の全体的な動作を示すフローチャートである。
自律移動体100を始動すると、まず、ユーザが操作部5の設定部53を操作して、自律移動体100の走行モードを設定する。そして、設定部53における設定が、切替部27に反映される。つまり、切替部27が、走行モードを、自律走行を行う自律走行モード、又は、手動にて操作される手動走行モードのいずれかに切り替える。その結果、移動制御装置2内において走行モードが設定される。(ステップS1)。
(6) Operation of autonomous mobile body Next, the operation of the autonomous
When the autonomous
次に、走行制御部24の速度制御指令部241が、切替部27が設定した走行モードに基づいて、速度制御指令vcを作成し出力する(ステップS2)。
ステップS2において、速度制御指令部241は、走行モードが手動走行モードの場合には、モータ13a、13bを無負荷時手動速度にて回転させる速度制御指令vcを作成する。
一方、走行モードが自律走行モードの場合には、主制御部28の走行指示に基づいて、速度制御指令vcが作成される。このとき、主制御部28は、自律移動体100に教示された予定走行経路から走行経路を作成する。そして、主制御部28は、走行経路と、検出部3から得られた障害物の位置情報とに基づいて、位置情報と時刻情報とを含んだ走行指示を作成する。走行指示が位置情報と時刻情報を含んでいることにより、速度制御指令部241は、時刻と速度の関係により示される速度制御指令vcを、容易に作成できる。
Next, the speed
In step S2, the speed
On the other hand, the traveling mode is in the case of autonomous mode, based on the running instruction of the
そして、モータ制御指令部243が、走行モードが手動走行モードの場合には、モータ13a、13bから出力可能なトルクを制限するようにモータ13a、13bを制御するための第1モータ制御指令を作成する。一方、走行モードが自律走行モードの場合には、モータ13a、13bの回転速度が速度制御指令vcに追随するようにモータ13a、13bを制御するための第2モータ制御指令を作成し出力する(ステップS3)。
Then, when the travel mode is the manual travel mode, the motor
次に、制御ゲイン設定部2515が、モータ制御指令の設定状態を検出する(ステップS4)。モータ制御指令が、第1モータ制御指令である場合(ステップS4にて「第1モータ制御指令」の場合)、自律移動体100は、手動走行を行う(ステップS6)。この時、制御ゲイン設定部2515が、第1制御ゲインを制御ゲイン記憶部2517から読み出して、制御部2513に第1制御ゲインを設定する(ステップS61)。ここで、電流制限部2519が、第1モータ制御指令に含まれる第1電流値I1及び第2電流値I2に関する情報に基づき、第1電流値I1、及び、第2電流値I2を設定する。
その後、モータ駆動部25が、速度制御指令vcに基づき、モータ13a、13bを制御する。そして、モータ13a、13bのトルク出力が制限された状態で、自律移動体100は手動走行する(ステップS62)。このとき、自律移動体100は、操作部5を介してユーザから与えられる外力Fuにより、操作される。
Next, the control
Thereafter, the
一方、モータ制御指令が、第2モータ制御指令である場合(ステップS4にて「第2モータ制御指令」の場合)、自律移動体100は、自律走行を行う(ステップS5)。この時、制御ゲイン設定部2515が、第2制御ゲインを制御ゲイン記憶部2517から読み出して、制御部2513に第2制御ゲインを設定する(ステップS51)。その後、モータ駆動部25が、速度制御指令vcに基づき、モータ13a、13bを制御する。そして、自律移動体100は速度制御指令vcに追随しながら自律走行する(ステップS52)。
また、このとき、電流制限部2519におけるモータ駆動電流Idの上限値は解除される(ただし、モータ駆動電流Idは、最大電流Imax以上にはならない)。
On the other hand, when the motor control command is the second motor control command (in the case of “second motor control command” in step S4), the autonomous
At this time, the upper limit value of the motor driving current I d in the current limiting
このように、走行モードに基づいて、適切な制御ゲインを制御部2513に設定することにより、自律移動体100は、モータ13a、13bのトルク出力が制限されることなく自律走行モードにおいては速度制御指令vcに追随して走行できる。一方、手動走行モードでは、自律移動体100は、モータ13a、13bのトルク出力が制限された状態で走行する。その結果、手動走行モードにおいては、ユーザによる自律移動体100の操作性が向上する。
As described above, by setting an appropriate control gain in the
II.手動走行モードにおける自律移動体の動作
次に、手動走行モードにおける自律移動体100の動作について図8A〜図8Dを用いて説明する。特に、ユーザが操作ハンドル51a、51bを介して自律移動体100の進行方向とは逆方向の外力Fuを加えて、自律移動体100の主輪11a、11bのいずれかの回転速度を減少させる動作について説明する。このとき、自律移動体100は、回転速度を減少させられた主輪側に回転する。なぜなら、2つの主輪11a、11bの間に速度差が生じるからである。
図8Aに示すように、今、進行方向左側の主輪11aに外力Fuがユーザにより加えられたとする。その結果、主輪11aの回転速度vLが、無負荷時手動速度vn(速度制御指令vcも、vnに設定されている)よりも、速度偏差Δvnだけ小さくなったとする。このとき、主輪11bには外力が加えられていないので、主輪11bは無負荷時手動速度vnで回転する。これにより、自律移動体100は、左旋回する。
II. Operation of Autonomous Mobile Body in Manual Travel Mode Next, the operation of the autonomous
As shown in FIG. 8A, it is assumed that an external force Fu is applied by the user to the
この時、図8Aに示すように、モータ13aを制御するモータドライバ25aは、速度偏差Δvnを無くするような制御を、モータ13aに対して行おうとする。すなわち、モータドライバ25aは、モータ駆動電流IdをIminから、増加させる。このとき、モータ13aから出力されるトルクも増大する。なぜなら、モータ13a、13bから出力されるトルクは、モータ駆動電流Idが大きくなるに従い大きくなるからである。
なお、Iminは、モータ13a、13bが無負荷時手動速度vnにて回転しているときのモータ駆動電流Idである。
この時、制御部2513は、追加制御量ΔTを示す式、ΔT=Kp1×Δv+Ki1×Int(Δv)から、追加制御量ΔTを算出する(追加制御量ΔT:Kp1Δvn+Ki1Δvn)。そして、制御部2513は、現在の電流指示値Icに、追加制御量ΔTに基づいて決定される指示値を加算し、新たな電流指示値Icとして出力する。その結果、電力供給部253から、Iminよりも大きなモータ駆動電流Idが出力される。
At this time, as shown in FIG. 8A, a
Incidentally, I min is the motor driving current I d when the
At this time, the
また、図8Aに示すように、制御ゲインKp及びKiの値により、出力されるモータ駆動電流Idの時間変化が異なる。すなわち、制御ゲインKp及びKiが大きくなるほど、モータ13aの回転速度の変化に対して速く反応する。よって、制御ゲインの値が大きいと、モータ駆動電流Idは急激に上昇し、短時間に最大電流Imaxに到達する。一方、制御ゲインが小さくなるほど、モータ駆動電流Idの上昇速度はゆっくりとなる。すなわち、速度偏差Δvnに対して高速に応答しなくなる。
このように、手動走行モード時に、制御部2513の制御ゲインを第2制御ゲインより小さな第1制御ゲインに設定することより、モータ駆動電流Idは上昇しにくくなる。その結果、モータ13a、13bから出力されるトルクも上昇しにくくなる。すなわち、モータ13a、13bから出力可能なトルクが制限される。
Further, as shown in FIG. 8A, the value of the control gain K p and K i, the time variation of the motor driving current I d is different to be output. That is, the larger the control gain K p and K i are reacted quickly to changes in the rotational speed of the
Thus, in the manual travel mode, the motor drive current Id is unlikely to increase by setting the control gain of the
なお、上述したように、走行モードが手動走行モードのときの、制御部2513の積分項に関する制御ゲインKi1は、0とすることが好ましい。すなわち、PI制御の積分項を無効にすることが好ましい。図8Bに示すように、制御部2513は、積分項が有効である場合、速度変化Δvnを無くするために、積分項が無効である場合よりもより多くのモータ駆動電流Idを流すような電流指令値Icを生成する。
また、図8Bに示すように、積分項の影響は、速度偏差Δvnが保持される時間が長くなるほど顕著となる。なぜなら、積分項は、速度偏差Δvnの累積値に対応する項であるからである。すなわち、速度偏差Δvnが長時間存在する場合、速度偏差Δvnが累積されて、電流指示値Ic(すなわち、モータ駆動電流Id)が急激に上昇するようになる。
モータ制御指令が第1モータ制御指令のときに、積分項に関する制御ゲインKi1を0として、積分項(速度偏差Δvnの累積値)が追加制御量ΔTに影響を与えないようにすることにより、モータ駆動電流Idが急激に上昇することを抑制できる。その結果、モータ13a、13bから出力されるトルクが制限される。
As described above, the control gain K i1 relating to the integral term of the
Further, as shown in FIG. 8B, the influence of the integral term, the time speed deviation Delta] v n is held becomes more pronounced as longer. This is because the integral term is because a term corresponding to the cumulative value of the speed deviation Delta] v n. That is, when the speed deviation Δv n exists for a long time, the speed deviation Δv n is accumulated, and the current instruction value I c (that is, the motor driving current I d ) rapidly increases.
When the motor control command to the first motor control command, the 0 control gain K i1 about the integral term, by such integral term (cumulative value of the speed deviation Delta] v n) does not affect the additional control quantity ΔT It is possible to suppress the motor drive current Id from rapidly increasing. As a result, the torque output from the
また、本実施形態においては、電力制御部251は、電流制限部2519によって、図8Cに示すように、モータ駆動電流Idが第1電流値I1よりも上昇しないようにしている。すなわち、制御部2513からの電流指示値Icが大きくなり、モータ駆動電流Idが第1電流値I1よりも大きくなるような場面でも、モータ駆動電流Idが第1電流値I1に制限される。
このようにして、走行モードが手動走行モードのときに、モータ13a、13bに入力されるモータ駆動電流Idの上限値は確実に制限される。この結果、走行モードが手動走行モードのときに、モータ13a、13bが出力可能なトルクを確実に制限できる。
In the present embodiment, the
In this way, the running mode is at the manual driving mode, the upper limit value of the motor driving current I d inputted
次に、もう一つの自律移動体100の操作について、図8Dを用いて説明する。図8Dは、主輪11a、11bのいずれかの回転をほとんど、あるいは、完全に停止させて、自律移動体100を回転させた場合の、自律移動体100の状態を示した図である。
このように、主輪11a、11bのいずれかを、ほとんど、あるいは、完全に停止させて、自律移動体100を回転させる操作を、ピボット操作と呼ぶこともある。ピボット操作により、自律移動体100は、より小さな回転半径にて回転(ピボット回転)できる。
図8Dにおいては、自律移動体100の左側の主輪11aの回転をほぼ停止させて、自律移動体100を左にピボット回転させる。この場合、左側の主輪11aの回転速度vLはほぼ0となっている。従って、速度偏差Δvnは、図8Aにおいて示した場合よりも大きくなる。その結果、制御部2513から出力される電流指示値Icは大きな値となる。
Next, another operation of the autonomous
In this way, an operation of rotating either of the
In FIG. 8D, the rotation of the left
一方、本実施形態の電力制御部251は、電流制限部2519によって図8Dに示すように、所定の時間t2以上、所定の閾値ITを越えたモータ駆動電流Idが流れた場合には、モータ駆動電流Idを第2電流値I2に制限する。このため、モータ13a、13bをほぼ停止させることにより電流指示値Icが大きな値として算出されても、確実にモータ駆動電流Idを適切な電流値(第2電流値I2)に制限できる。よって、ピボット操作のように、モータ13a、13bの回転を確実に止めるような操作をしたい場合でも、ユーザは自律移動体100に大きな外力Fuを加える必要がなくなる。すなわち、ユーザによる自律移動体100の操作性が向上する。
On the other hand, the
III.手動走行モードと自律走行モードにより制御ゲインを異ならせる理由
ここで、手動走行モード時に第1制御ゲインを用い、自律動向モード時に第2制御ゲインを用いる理由について説明する。手動走行モード時に第1制御ゲインを用いる理由については、上述したとおりである。すなわち、大きな制御ゲインを有する第2制御ゲインを用いると、モータ13a、13bの回転速度を無負荷時手動速度vnより低速にしようとすると、モータ13a、13bに大きなモータ駆動電流Idが流れるからである。その結果、手動操作により自律移動体100を旋回させようとするときに、ユーザは強い外力Fuを加えなくてはならなくなる。その結果、ユーザによる自律移動体100の操作性が低下する。
III. The reason why the control gain is made different between the manual travel mode and the autonomous travel mode Here, the reason why the first control gain is used in the manual travel mode and the second control gain is used in the autonomous trend mode will be described. The reason why the first control gain is used in the manual travel mode is as described above. That is, when using the second control gain having a large control gain, the
一方、自律走行モード時に第1制御ゲインを用いた場合、制御ゲインが小さいために、モータ13a、13bの回転速度vが、速度制御指令vcに追随しなくなる。そのため、速度制御指令部241が、主制御部28にて作成された走行指示に基づいて、走行経路を忠実に走行可能な速度制御指令vcを作成したとしても、自律移動体100は走行経路を忠実に走行できなくなる。
従って、自律走行モード時に制御部2513において用いる第2制御ゲインとしては、モータドライバ25a、25bが、モータ13a、13bの出力可能なトルクを制限することなく、モータ13a、13bを速度制御指令vcに追随可能に制御するような制御ゲインが用いられる。すなわち、走行モードが自律走行モードのとき、制御部2513は、自律移動体100が予定走行経路を忠実に走行することに重点を置いた、モータ13a、13bの制御を行う。従って、第2制御ゲインには、第1制御ゲインよりも大きな値を有するような制御ゲインが設定される。
On the other hand, the case of using the first control gain in autonomous mode, since the control gain is small, the
Therefore, as the second control gain used in the
(7)本実施形態の効果
以下に、本実施形態の効果について述べる。
自律移動体100(自律移動体の一例)は、2つの主輪11a、11b(複数の車輪の一例)と、2つのモータ13a、13b(複数のモータの一例)と、切替部27(切替部の一例)と、速度制御指令部241(速度制御指令部の一例)と、モータ制御指令部243(モータ制御指令部の一例)と、モータ駆動部25(モータ駆動部の一例)と、を備える。主輪11a、11bは、自律移動体100を走行させる。モータ13a、13bのそれぞれは、主輪11a、11bのそれぞれに接続される。モータ13a、13bは、接続された主輪11a、11bを回転させる。切替部27は、例えば図7のステップS1のように、走行モード(走行モードの一例)を、自律走行を行う自律走行モード(自律走行モードの一例)、又は、手動にて操作される手動走行モード(手動走行モードの一例)のいずれかに切り替える。速度制御指令部241は、例えば図7のステップS2のように、走行モードに基づき、モータ13a、13bの速度を制御するための速度制御指令vc(速度制御指令の一例)を出力する。モータ制御指令部243は、例えば、図7のステップS3のように、走行モードが手動走行モードである場合には、モータ13a、13bが出力可能なトルクを制限する第1モータ制御指令(第1モータ制御指令の一例)を出力する。一方、走行モードが自律走行モードである場合には、モータ制御指令部243は、例えば、図7のステップS3のように、モータの速度を速度制御指令vcに追随させる第2モータ制御指令(第2モータ制御指令の一例)を、モータ制御指令(モータ制御指令の一例)として出力する。モータ駆動部25は、速度制御指令vcとモータ制御指令とに基づいて、モータ13a、13bを駆動する。
(7) Effects of this embodiment The effects of this embodiment will be described below.
The autonomous mobile body 100 (an example of an autonomous mobile body) includes two
この自律移動体100では、最初に、切替部27が、走行モードを自律走行モード、又は、手動走行モードのいずれかに切り替えて設定する。次に、速度制御指令部241が、走行モードに基づいて、モータ13a、13bの速度を制御する速度制御指令vcを出力する。そして、モータ制御指令部243が、走行モードに基づき、モータ制御指令を出力する。このとき、モータ制御指令部243は、走行モードが手動走行モードの時には、モータ制御指令として第1モータ制御指令を出力する。一方、走行モードが自律走行モードの時には、モータ制御指令部243は、モータ制御指令として第2モータ制御指令を出力する。
その後、モータ駆動部25が、速度制御指令vc及びモータ制御指令に基づいて、モータを制御する。
In this autonomous
Thereafter, the
このような自律移動体100により、ユーザが自律移動体100を手動にて操作するときには、モータ13a、13bから出力されるトルクが制限される。一方、自律移動体100が自律走行するときには、モータから出力可能なトルクを制限することなく、速度制御指令部241において作成された速度制御指令vcに追随するように、モータ13a、13bが制御される。この結果、ユーザが自律移動体100を操作しているときには、ユーザは無理な外力Fu(外力の一例)を加えることなく自律移動体100を操作できる。一方、自律移動体100が自律走行するときには、自律移動体100は速度制御指令vcに従って走行できる。
With such an autonomous
従って、ユーザによる自律移動体100の操作性を向上できる。そして、自律移動体100は、ユーザにより教示された走行経路(走行経路の一例)を忠実に走行できる。
Therefore, the operability of the autonomous
本実施形態の自律移動体100においては、モータ駆動部25は、電力制御部251(電力制御部の一例)と、電力供給部253(電力供給部の一例)と、を有している。電力制御部251は、速度制御指令vc及びモータ制御指令に基づいて決定される制御パラメータ(制御パラメータの一例)に基づいて、電流指示値Ic(電力指示値の一例)を算出する。電力供給部253は、電流指示値Icに基づいて、モータ13a、13bにモータ駆動電流Id(モータ駆動電力の一例)を供給する。
In the autonomous
このようなモータ駆動部25により、モータ13a、13bから出力されるトルクが、モータ13a、13bに供給されるモータ駆動電流Idにより制御できる。その結果、モータ駆動部25は、より簡単にモータから出力されるトルクを制御できる。
Such a
本実施形態の自律移動体100においては、電力制御部251の制御パラメータは制御ゲインを含んでいる。よって、電力制御部251は、制御ゲイン記憶部2517(制御ゲイン記憶部の一例)と、制御ゲイン設定部2515(制御ゲイン設定部の一例)と、を有している。制御ゲイン記憶部2517は、所定の数の予め決定された制御ゲインを記憶する。制御ゲイン設定部2515は、モータ制御指令に基づき、制御ゲイン記憶部2517に記憶された所定の数の制御ゲインから、1つの制御ゲインを選択する。
In the autonomous
電力制御部251の制御パラメータを制御ゲインとし、制御ゲインをモータ制御指令に基づき決定することにより、1つの電力制御部251のみを用いて、特性の異なる複数の制御を行える。その結果、モータ駆動部25の構造を単純にできる。
By using the control parameter of the
本実施形態の自律移動体100においては、制御ゲイン設定部2515は、モータ制御指令が第2モータ制御指令の場合には、第2制御ゲイン(第2制御ゲインの一例)を選択し、モータ制御指令が第1モータ制御指令の場合には、第2制御ゲインよりも小さな値を有する第1制御ゲイン(第1制御ゲインの一例)を選択している。
これにより、電力制御部251は、走行モードが手動走行モードのときに、モータ13a、13bへ入力されるモータ駆動電流Idを抑制できる。従って、走行モードが手動走行モードのときに、モータから出力可能なトルクを制限できる。
In the autonomous
Thus, the
本実施形態の自律移動体100においては、モータ駆動部25は、電力値検出部255(電力値検出部の一例)と、電流制限部2519(電力制限部の一例)と、をさらに有している。電力値検出部255は、モータ駆動電流Idの電流値(電力値の一例)を検出する。電流制限部2519は、モータ制御指令が第1モータ制御指令である場合に、モータ駆動電流Idの上限を所定の第1電流値I1(第1電力値の一例)に制限する。
これにより、走行モードが手動走行モードのときに、モータ13a、13bに入力されるモータ駆動電流Idの上限値を確実に制限できる。この結果、走行モードが手動走行モードのときに、モータ13a、13bが出力可能なトルクを確実に制限できる。
In the autonomous
Thus, when the travel mode is the manual driving mode can be reliably limit the upper limit value of the motor driving current I d inputted
本実施形態の自律移動体100においては、走行モードが手動走行モードのときに、モータ駆動電流Idが時間t2(所定の時間の一例)以上、閾値IT(所定の閾値の一例)を超えた場合、電流制限部2519は、モータ駆動電流Idの上限を第2電流値I2(第2電力値の一例)に制限している。
これにより、時間t2以上、モータ13a、13bへ過剰なモータ駆動電流Idが入力されることを抑制できる。その結果、自律移動体100を手動操作する際に、ユーザが長時間無理な外力Fuを加えて自律移動体100を操作する必要がなくなる。その結果、ユーザによる自律移動体100の操作性が向上する。
In the autonomous moving
Thus, it is possible to suppress the time t 2 or more, the
本実施形態の自律移動体100においては、移動制御装置2(移動制御装置の一例)は、速度制御指令部241へ走行指示(走行指示の一例)を出力する主制御部28(主制御部の一例)をさらに備えている。この場合、速度制御指令部241は、主制御部28からの走行指示に基づいて、速度制御指令vcを演算する。また、主制御部28から出力される走行指示は、走行モードが自律走行モード時に自律走行する走行経路(予定走行経路の一例)に基づいた位置情報(位置情報の一例)と時刻情報(時刻情報の一例)とを含んでいる。
これにより、速度制御指令部241は、位置情報と時刻情報とを含む走行指示に基づいて、容易に走行経路を忠実に走行できる速度制御指令vcを演算できる。
In the autonomous
Thus, the speed
2.他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
(A)自律移動体の構成についての他の実施形態
第1実施形態における自律移動体100の移動部1は、2つの主輪11aと11bを有していた。そして、主輪11a、11bのそれぞれが、モータ13a、13bの出力回転軸に回転可能に接続されていた。しかし、主輪及びモータの数は2に限られない。移動部は、2以上の主輪と、主輪のそれぞれに接続される複数のモータとにより構成されていてもよい。自律移動体の用途や、移動の自由度などに応じて、移動部は任意の数の主輪やモータにより構成できる。
2. Other Embodiments Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. In particular, a plurality of embodiments and modifications described in this specification can be arbitrarily combined as necessary.
(A) Other embodiment about structure of autonomous mobile body The moving part 1 of the autonomous
(B)モータの電力制御について
第1実施形態に係る自律移動体100のモータドライバ25a、25bは、速度制御指令vcに基づいて、モータ13a、13bに入力するモータ駆動電流Idを制御することにより、モータ13a、13bの電力を制御していた。しかし、モータ13a、13bの電力を制御する方法は、モータ駆動電流Idを制御することに限られない。モータドライバ25a、25bは、モータ13a、13bに入力するモータ駆動電圧Vdを制御することにより、モータ13a、13bへ入力される電力(電流)を制御してもよい。この場合、制御部2513から出力される指示値は、電圧指示値Vcである。
例えば、PWM(Pulse Width Modulation)インバータなどのように、電力供給部253が電流制御の困難な電源装置などであった場合でも、モータ駆動電圧Vdの制御を行うことにより、モータ13a、13bに入力される電流の大きさも調整できる。従って、モータ13a、13bの電力の制御を行える。
(B) the
For example, such as PWM (Pulse Width Modulation) inverter, even when the
また、上記のように、電力供給部253として、PWMインバータなど出力電圧の周波数や波形などを制御可能な電源装置を用いた場合、電力供給部253は、モータ13a、13bに入力するモータ駆動電圧Vdの周波数や波形を制御することにより、モータ13a、13bへ入力される電力(電流)を制御してもよい。例えば、電力供給部253としてPWMインバータを用いた場合、電力供給部253から出力されるモータ駆動電圧Vdのデューティ比を制御することによって、モータ13a、13bへ入力される電力(電流)を制御できる。この場合、制御部2513から出力される指示値は、デューティ比指示値Dcである。
As described above, when the
本発明は、教示された走行経路を自律走行する自律移動体に、広く適用できる。 The present invention can be widely applied to an autonomous mobile body that autonomously travels along the taught travel route.
100 自律移動体
1 移動部
11a、11b 主輪
13a、13b モータ
2 移動制御装置
21 教示部
22 自己位置推定部
23 記憶部
24 走行制御部
241 速度制御指令部
243 モータ制御指令部
25 モータ駆動部
25a 第1モータドライバ
25b 第2モータドライバ
251 電力制御部
2511 差分算出部
2513 制御部
2515 制御ゲイン設定部
2517 制御ゲイン記憶部
2519 電流制限部
253 電力供給部
255 電力値検出部
26 障害物情報取得部
27 切替部
28 主制御部
3 検出部
31 前方検出器
33 後方検出器
5 操作部
51a、51b 操作ハンドル
53 設定部
55 表示部
57 インターフェース
59 筐体
7 本体
8 補助輪部
8a、8b 補助車輪
9 取付部材
t2 所定の時間
v モータの回転速度
vc 速度制御指令
vn 無負荷時手動速度
vL 左側主輪の回転速度
vR 右側主輪の回転速度
Δv、Δvn 速度偏差
I1 第1電流値
I2 第2電流値
Ic 電流指示値
Id モータ駆動電流
Imin 無負荷時手動速度時のモータ駆動電流
Imax 最大電流
IT 閾値
Vd モータ駆動電圧
Vc 電圧指示値
Dc デューティ比指示値
Fu 外力
Kp、Kp1、Kp2 制御ゲイン(比例項)
Ki、Ki1、Ki2 制御ゲイン(積分項)
Kd 制御ゲイン(微分項)
ΔT 追加制御量
DESCRIPTION OF
K i , K i1 , K i2 control gain (integral term)
Kd control gain (derivative term)
ΔT Additional control amount
Claims (9)
走行モードを、前記自律移動体を自律走行させる自律走行モード、又は、前記自律移動体を手動にて走行させる手動走行モードのいずれかに切り替える切替部と、
前記走行モードに基づき、前記モータの速度を制御するための速度制御指令を出力する速度制御指令部と、
前記走行モードが前記手動走行モードである場合には、前記モータが出力可能なトルクを制限する第1モータ制御指令を、前記走行モードが前記自律走行モードである場合には、前記モータの速度を前記速度制御指令に追随させる第2モータ制御指令を、モータ制御指令として出力する、モータ制御指令部と、
前記速度制御指令と前記モータ制御指令とに基づいて、前記モータを駆動するモータ駆動部と、
を備える自律移動体の移動制御装置。 A movement control device for an autonomous mobile body comprising a plurality of wheels and a plurality of motors connected to each of the plurality of wheels, and capable of autonomous traveling and manual traveling by manual operation,
A switching unit that switches the travel mode to either an autonomous travel mode in which the autonomous mobile body travels autonomously or a manual travel mode in which the autonomous mobile body travels manually.
A speed control command unit that outputs a speed control command for controlling the speed of the motor based on the travel mode;
When the travel mode is the manual travel mode, a first motor control command for limiting the torque that can be output by the motor is set. When the travel mode is the autonomous travel mode, the speed of the motor is set. A motor control command unit that outputs, as a motor control command, a second motor control command that follows the speed control command;
A motor drive unit that drives the motor based on the speed control command and the motor control command;
A movement control device for an autonomous mobile body comprising:
前記速度制御指令及び前記モータ制御指令に基づいて決定される制御パラメータに基づいて、電力指示値を算出する電力制御部と、
前記電力指示値に基づいて、前記モータにモータ駆動電力を供給する電力供給部と、
を有する、請求項1に記載の自律移動体の移動制御装置。 The motor drive unit is
A power control unit that calculates a power command value based on a control parameter determined based on the speed control command and the motor control command;
A power supply unit that supplies motor driving power to the motor based on the power instruction value;
The movement control apparatus for an autonomous mobile body according to claim 1, comprising:
前記電力制御部は、
所定の数の予め決定された前記制御ゲインを記憶する、制御ゲイン記憶部と、
前記モータ制御指令に基づき、前記制御ゲイン記憶部に記憶された前記所定の数の制御ゲインから、1つの制御ゲインを選択する制御ゲイン設定部と、
をさらに有する、請求項2に記載の自律移動体の移動制御装置。 The control parameter of the power control unit includes a control gain,
The power control unit
A control gain storage unit for storing a predetermined number of predetermined control gains;
A control gain setting unit that selects one control gain from the predetermined number of control gains stored in the control gain storage unit based on the motor control command;
The movement control device for an autonomous mobile body according to claim 2, further comprising:
前記モータ制御指令が前記第1モータ制御指令の場合には、前記第2制御ゲインよりも小さな値を有する第1制御ゲインを選択する、請求項3に記載の自律移動体の移動制御装置。 The control gain setting unit selects the second control gain when the motor control command is the second motor control command;
The movement control device for an autonomous mobile body according to claim 3, wherein when the motor control command is the first motor control command, a first control gain having a value smaller than the second control gain is selected.
前記モータ制御指令が前記第1モータ制御指令である場合には、前記モータ駆動電力の上限を所定の第1電力値に制限する電力制限部と、
をさらに有する、請求項2〜4のいずれかに記載の自律移動体の移動制御装置。 The motor driving unit is configured to detect a power value of the motor driving power;
When the motor control command is the first motor control command, a power limiting unit that limits the upper limit of the motor driving power to a predetermined first power value;
The autonomous mobile moving control device according to any one of claims 2 to 4, further comprising:
前記速度制御指令部は、前記主制御部からの走行指示に基づいて前記速度制御指令を演算し、
前記主制御部から出力される前記走行指示は、前記走行モードが前記自律走行モードの時に自律走行する走行経路に基づいた位置情報と時刻情報とを含む、請求項1〜6のいずれかに記載の自律移動体の移動制御装置。 A main control unit that outputs a travel instruction to the speed control command unit;
The speed control command unit calculates the speed control command based on a travel instruction from the main control unit,
The travel instruction output from the main control unit includes position information and time information based on a travel route for autonomous travel when the travel mode is the autonomous travel mode. Autonomous mobile body movement control device.
前記複数の車輪のそれぞれに接続された複数のモータと、
走行モードを、自律走行を行う自律走行モード、又は、手動にて操作される手動走行モードのいずれかに切り替える切替部と、
前記走行モードに基づき、前記モータの速度を制御するための速度制御指令を出力する速度制御指令部と、
前記走行モードが前記手動走行モードである場合には、前記モータが出力可能なトルクを制限する第1モータ制御指令を、前記走行モードが前記自律走行モードである場合には、前記モータの速度を前記速度制御指令に追随させる第2モータ制御指令を、モータ制御指令として出力する、モータ制御指令部と、
前記速度制御指令と前記モータ制御指令とに基づいて、前記モータを駆動するモータ駆動部と、
を備える自律移動体。 Multiple wheels,
A plurality of motors connected to each of the plurality of wheels;
A switching unit that switches the driving mode to either an autonomous driving mode for autonomous driving or a manual driving mode that is operated manually;
A speed control command unit that outputs a speed control command for controlling the speed of the motor based on the travel mode;
When the travel mode is the manual travel mode, a first motor control command for limiting the torque that can be output by the motor is set. When the travel mode is the autonomous travel mode, the speed of the motor is set. A motor control command unit that outputs, as a motor control command, a second motor control command that follows the speed control command;
A motor drive unit that drives the motor based on the speed control command and the motor control command;
An autonomous mobile body comprising
走行モードを、前記自律移動体を自律走行させる自律走行モード、又は、前記自律移動体を手動にて走行させる手動走行モードのいずれかに切り替えるステップと、
前記走行モードに基づき、前記モータの速度を制御するための速度制御指令を出力するステップと、
前記走行モードが前記手動走行モードである場合には、前記モータが出力可能なトルクを制限する第1モータ制御指令を出力し、前記走行モードが前記自律走行モードである場合には、前記モータの速度を前記速度制御指令に追随させる第2モータ制御指令を、モータ制御指令として出力するステップと、
前記速度制御指令と前記モータ制御指令とに基づいて、前記モータを駆動するステップと、
を含む自律移動体の制御方法。
A control method for an autonomous mobile body comprising a plurality of wheels and a plurality of motors connected to each of the wheels so as to be rotatable, and capable of autonomous traveling and manual traveling by manual operation,
Switching the travel mode to either an autonomous travel mode for autonomously traveling the autonomous mobile body or a manual travel mode for manually traveling the autonomous mobile body;
Outputting a speed control command for controlling the speed of the motor based on the travel mode;
When the travel mode is the manual travel mode, a first motor control command for limiting the torque that can be output by the motor is output, and when the travel mode is the autonomous travel mode, Outputting a second motor control command that causes the speed to follow the speed control command, as a motor control command;
Driving the motor based on the speed control command and the motor control command;
A method for controlling an autonomous mobile object including:
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