JPH0895638A - 移動作業ロボットの走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】長距離間安定して走行することができ、また走
行安定性と応答性を両立させることができ、さらに作業
領域に有する壁との傾きを精度良く求めることができる
移動作業ロボットの走行制御装置を得る。 【構成】車輪71,72,8 が駆動装置5,6 により駆動され、
壁11を有する作業領域を自動走行しながら所定の作業を
行う移動作業ロボット本体1 と、1 の側壁であって11と
対向する位置に取付けられ、11との距離を検出する距離
センサ2 と、1 と11との角度を検出するジャイロセンサ
3 と、3 により得られる検出角度および2により得られ
る検出距離に基づき1 と11との距離および傾きを演算
し、5,6 に対して速度指令を出力する速度指令演算装置
41と、1 の移動距離を検出するエンコーダ9,10と、この
9,10により検出される走行移動距離が一定値に達する毎
に3 の基準角度を補正し、これを41に入力する基準角度
補正装置42を具備したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自走式掃除機の
ように作業領域に有する壁との距離を検出しながら、何
らかの作業を行う移動作業ロボットの走行制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば電車内を清掃する自走式掃
除機等の移動作業ロボットの一例として、作業領域に有
する壁と移動作業ロボット本体との傾きを検出する角度
検出装置を備えたものがある。この角度検出装置は、移
動作業ロボット本体側壁に取付けられ、前記壁との距離
を検出する２つの距離センサと、この両距離センサによ
り得られる検出値に基づき壁とロボット本体の傾きを演
算する演算装置から構成されている。

【０００３】図８は、これを説明するためのであり、移
動作業ロボット本体１の側壁であって作業領域に有する
壁１１との距離を検出する前方距離センサ１３および後
方距離センサ１４を備え、この両センサ１３，１４で検
出された検出値を入力し、（１）式に基づき壁１１との
傾きすなわち基準角度θ0 を演算する演算装置（図示せ
ず）を備えている。

【０００４】 θ0 ＝ｔａｎ^-1［（Ｌ1 −Ｌ2 ）÷Ｌ21］ …（１） ただし、θ0 ：右回りをプラス（＋） Ｌ1 ：距離センサ１４と壁１１との距離 Ｌ2 ：距離センサ１３と壁１１との距離 Ｌ21：距離センサ１３と距離センサ１４の距離 このような構成のものにおいて、走行開始時に距離セン
サ１３，１４で得られる検出値（距離情報）を演算装置
に入力し、ここで検出角度を演算し、これにより角度検
出装置を初期化している。そして、実際の移動作業ロボ
ットの走行は、角度検出装置の出力でフィードバック制
御を行い走行を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような走行制御の
場合、角度検出装置の基準角度θ0 に誤差が生じないと
き有効である。しかしながら、走行中に発生する角度検
出装置のドリフトや基準角度θ0 に誤差があると、長距
離走行する間に走行ルートにずれが発生するため、途中
で走行を停止し、再度角度検出装置の基準角度を設定し
直す必要があった。 また、補正距離を延ばすために
は、距離センサ１３，１４の取付位置を延ばすか、距離
センサ１３，１４間の特性を揃える必要がある。このよ
うな精度向上や距離の延長は、移動作業ロボットの大型
化、重量増加、調整要素の増大を招くという問題点があ
る。

【０００６】そこで、本発明は長距離間安定して走行す
ることができ、また走行安定性と応答性を両立させるこ
とができ、さらに作業領域に有する壁との傾きを精度良
く求めることができる移動作業ロボットの走行制御装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、少なくとも３個の車輪
が駆動装置により駆動され、壁を有する作業領域を自動
走行しながら所定の作業を行う移動作業ロボット本体
と、この移動作業ロボット本体の側壁であって前記壁と
対向する位置に取付けられ、前記壁との距離を検出する
少なくとも１個の距離検出装置と、前記移動作業ロボッ
ト本体と前記壁との角度を検出する角度検出装置と、こ
の角度検出装置により得られる検出角度および前記距離
検出装置により得られる検出距離に基づき前記移動作業
ロボット本体と前記壁との距離および傾きを演算し、前
記駆動装置に対して速度指令を出力する速度指令演算装
置と、前記移動作業ロボット本体の移動距離を検出する
移動量検出装置と、この移動量検出装置により検出され
る走行移動距離が一定値に達する毎に前記角度検出装置
の基準角度を補正し、これを前記速度指令演算装置に入
力する基準角度補正装置を具備した移動作業ロボットの
走行制御装置である。

【０００８】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、請求項１記載の移動作業ロボットの制御装
置において、前記基準角度補正装置は、前記角度検出装
置により得られる検出角度と、前記距離検出装置により
得られる検出距離に基づき求められる角度とのずれ角度
に応じて、前記角度検出装置の基準角度を補正する走行
距離を、可変することを特徴とする移動作業ロボットの
走行制御装置である。

【０００９】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、請求項１記載の移動作業ロボットの制御装
置において、前記角度検出装置の初期値として、前記移
動作業ロボット本体の走行開始時に前記移動作業ロボッ
ト本体を一定距離直進させることにより、前記壁に対し
前記距離検出装置のうちの特定のもので前記壁に対する
傾きを演算した値を使用することを特徴とする移動作業
ロボットの走行制御装置。である。

【００１０】

【作用】請求項１に対応する発明によれば、角度検出装
置により走行中、距離検出装置が検出可能な範囲では、
検出データから角度検出装置の基準角度のずれを補正す
るようにしたので、長距離間安定して走行することがで
きる。

【００１１】請求項２に対応する発明によれば、角度検
出装置の補正角の大きさにより補正用走行距離を可変す
ることにより、走行安定性と応答性を両立させることが
できる。

【００１２】請求項３に対応する発明によれば、移動作
業ロボットの走行開始時、ロボット本体を一定距離直進
させることにより、単一の距離検出装置にて壁との傾き
を精度よく求めることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明による移動作業ロボットの走
行制御装置の第１実施例の概略構成を示す図であり、３
個の車輪７１，７２，８を有し、このうち車輪７１，７
２がそれぞれ右駆動装置５，左駆動装置６により駆動さ
れ、壁１１を有する作業領域を自動走行しながら所定の
作業を行う移動作業ロボット本体１と、この移動作業ロ
ボット本体１の側壁であって壁１１と対向する位置に取
付けられ、前記壁１１との距離を検出する少なくとも１
個の距離検出装置例えば超音波式距離センサ２と、移動
作業ロボット本体１と壁１１との回転角度を検出する角
度検出装置例えばジャイロセンサ３と、このジャイロセ
ンサ３により得られる検出角度および距離センサ２によ
り得られる検出距離ならびに後述するエンコーダ９，１
０により検出される走行移動距離を入力し、これらの入
力値に基づき移動作業ロボット本体１の動作を制御する
制御装置４を備えている。

【００１４】制御装置４は、速度指令演算装置４１と基
準角度補正装置４２からなり、速度指令演算装置４１は
移動作業ロボット本体１と壁１１との距離および傾きを
演算し、駆動装置５，６に対して速度指令を出力し、ま
た基準角度補正装置４２は移動作業ロボット本体１の移
動距離を検出する移動量検出装置例えば車輪７１，７２
の回転軸にそれぞれ連結された右，左エンコーダ９，１
０と、このエンコーダ９，１０により検出される走行移
動距離が一定値に達する毎にジャイロセンサ３の基準角
度を補正し、これを速度指令演算装置４１に入力するも
のである。

【００１５】ジャイロセンサ３の基準角度は、例えばジ
ャイロセンサ３に電源を入れたとき０となり、ロボット
本体１の走行距離が一定値に達する毎に前記基準角度は
補正される。

【００１６】以上のように構成された第１実施例の動作
について、図２〜図５を参照して説明する。図２はジャ
イロセンサ３にて移動作業ロボット本体１が走行する動
作パターンを示し、また図３は超音波式距離センサ２の
出力データを示し、さらに図４は制御装置４の動作を説
明するためのフローチャートである。

【００１７】まず、ロボット本体１が通路１２のある壁
１１に沿って、図２のＡ地点からＢ地点まで走行する場
合について説明する。Ａ地点からＢ地点までロボット本
体１はジャイロセンサ３で誘導される［図４のステップ
（以下Ｓと称する）Ｓ１］。

【００１８】このＳ１の詳細を図５に示しており、Ｓ２
１において、基準角度とジャイロセンサ３の出力角との
差を求め、誤差があるかどうかが判断される（Ｓ２
２）。Ｓ２２において誤差が有ると判断された場合に
は、その偏差が計算される（Ｓ２３）。次に、車輪速度
差が求められ（Ｓ２４）、速度出力が得られる（Ｓ２
５）。Ｓ２２において誤差が無いと判断された場合に
は、速度指令が出力され、Ｓ２５に進む。

【００１９】このような処理を経後、制御装置４は、微
小単位時間毎のＹ軸方向の移動量ΔＹL とＹL をジャイ
ロセンサ３からの角度データとエンコーダ９，１０から
の距離データを演算する（Ｓ２）。

【００２０】ＹL ＝Σ（ΔＹL ） …（２） 次に、ロボット本体１の走行距離Ｘ1 が設定値Ｃ1 に達
したかを調べ、到達していない場合は、距離センサ２か
らの壁１１までの距離データＬn を入力する。通路１２
の走行時のデータや壁１１までの距離データＬn を入力
する。通路１２の走行時のデータや壁１１の凹凸部のデ
ータは、リミッタ等でフィルタ処理する。 また、ノイ
ズ等により検出データに異常が認められた場合のデータ
も削除する（Ｓ２〜Ｓ６）。

【００２１】この場合、通路部のデータは、リミッタで
はなく、走行マップ等に検出可能／不可能等の情報を付
加し、処理してもよい。その後、フィルタ処理データよ
りＹ方向誤差距離ΔL 、ｅｎを演算する（Ｓ７）。

【００２２】ΔL ＝Ｌn −（Ｌn −１） …（３） ｅn ＝ｅn −１＋ΔＬ …（４） ただし、Ｌn ：今回の壁１１の面までの距離 Ｌn −１：前回の壁１１の面までの距離 ｅn −１：前回のＹ方向誤差距離 ロボット本体１の走行距離Ｘ1 が設定値Ｃ1 に達するま
で、前述の処理を繰り返す。

【００２３】次に、ロボット本体１の走行距離Ｘ1 が設
定値Ｃ1 に達した場合は、まずジャイロセンサ３による
Ｙ軸方向の移動量Ｙ1 と距離センサ２によるＹ軸方向の
移動量ｅn の差分ｅg （ジャイロセンサ３の誤差）を演
算する（Ｓ８）。

【００２４】 ｅg ＝ｅn −Ｙ1 …（５） ジャイロセンサ３の誤差ｅg が設定値ｅ1 以下かどうか
が判断される（Ｓ９）。ジャイロセンサ３の誤差ｅg が
設定値ｅ1 以下の場合、ジャイロセンサ３の基準角度θ
0 は正常として処理を行なう。Ｓ９において、誤差ｅg
が設定値ｅ1 を越える場合、ジャイロセンサ３の基準角
度θ0 にずれが生じていると判断し、ジャイロ補正角θ
gcを（６）式により演算する（Ｓ１０）。

【００２５】 θgc＝−ｔａｎ^-1（ｅg ／Ｃ1 ） …（６） その後、ジャイロセンサ３の基準角度θ0 をジャイロ補
正角θgcで補正し、再度補正動作を繰り返す（Ｓ１１，
Ｓ１２）。

【００２６】θ0 ＝θ0 ＋θgc ｅn ＝０，Ｙ1 ＝０，Ｘ1 ＝０ このようにして本実施例では、単一の距離センサ２によ
り検出される検出距離から、ジャイロセンサ３の基準角
度θ0 を繰り返し補正することにより、ロボット本体１
を停止することなく、長距離間安定して走行させること
ができる。

【００２７】図６は本発明の第２実施例を説明するため
のもので、図１の制御装置４の制御動作を説明するため
のフローチャートである。図中、Ｓ１〜Ｓ１１までのジ
ャイロセンサ３の基準角度θ0 をジャイロ補正角θgcで
補正する動作は、図４と同一である。

【００２８】ジャイロセンサ３の基準角度θ0 の補正
後、次回の走行距離Ｘ１の設定値Ｃ２を演算する（Ｓ１
３）。設定値Ｃ２は、ジャイロ補正角θgcが大きい場合
は短く、ジャイロ補正角θgcが小さい場合は長くする。

【００２９】 Ｃ２＝Ｋ÷θgc …（７） ただし、Ｋ＝比例定数 最後に、各定数を設定し、補助動作を繰り返す（Ｓ１
４）。

【００３０】Ｃ１＝Ｃ２ ｅn ＝０、Ｙ１＝０、Ｘ１＝０ このように、ジャイロ補正角θgcに応じて補正用走行距
離を可変することにより、走行安定性と応答性の両立を
図ることができる。

【００３１】なお、この場合実施している補正用距離の
可変条件をジャイロ補正角θgcに応じて実施している
が、これに限らず例えば走行開始時点を短くし、徐々に
補正用距離を長くしていく方法でもよい。

【００３２】次に、本発明の第３実施例について図７を
参照して説明するが、図７はジャイロセンサ３の初期値
を演算する動作パターンを示している。まず、作業者に
より図７のＣ点にロボット本体１がセットされる。この
とき、距離センサ２は、壁１１までの距離Ｌ1 を測定す
る。その後、走行距離Ｌ21だけ直進走行させ、図７のＤ
点まで走行させる。このとき壁１１までの距離Ｌ2 を測
定する。距離センサ２により検出した距離Ｌ1 ，Ｌ2 に
基づき、ジャイロセンサ３の基準角度θ0 を（８）式に
より求め、ジャイロセンサ３を初期化する。

【００３３】 θ0 ＝ｔａｎ^-1（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ21 …（８） ただし、θ0 ：右回りをプラス（＋）とする。 図７のように、ロボット本体１を走行距離Ｌ21だけ直進
走行させることにより、単一の距離センサ２にて壁１１
との傾きを演算し、ジャイロセンサ３の基準角度θ0 を
初期化することができる。

【００３４】また、走行距離Ｌ21をロボット本体１の体
長よりも長くすることにより、従来のようにロボット本
体１の壁面に距離センサ２が２個設置されている場合に
比べて基準角度θ0 の精度を上げることができる。

【００３５】前述の実施例では、１個の距離センサ２の
出力を制御装置４に入力する場合について説明したが、
これに限らず距離センサ２を複数個配設し、この各検出
出力を制御装置４に入力にして速度指令を求めるように
してもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような作用効果
が得られる移動作業ロボットの走行制御装置を提供する
ことができる。すなわち、請求項１に対応する発明によ
れば、角度検出装置により走行中、距離検出装置が検出
可能な範囲では、検出データからに角度検出装置の基準
角度のずれを補正するようにしたので、長距離間安定し
て走行することができる。

【００３７】請求項２に対応する発明によれば、角度検
出装置の補正角の大きさにより補正用走行距離を可変す
ることにより、走行安定性と応答性を両立させることが
できる。

【００３８】請求項３に対応する発明によれば、移動作
業ロボットの走行開始時、ロボット本体を一定距離直進
させることにより、単一の距離検出装置にて壁との傾き
を精度よく求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による移動作業ロボットの走行制御装置
の第１実施例の概略構成を示す図。

【図２】図１の動作を説明するための動作パターン図。

【図３】図１の距離センサの出力波形を示す図。

【図４】図１の制御装置の動作を説明するためのフロー
チャート。

【図５】図４のＳ１の詳細を示すフローチャート。

【図６】本発明による移動作業ロボットの走行制御装置
の第２実施例の動作を説明するためのフローチャート。

【図７】本発明による移動作業ロボットの走行制御装置
の第２実施例の動作を説明するための動作パターン図。

【図８】従来の移動作業ロボットの走行制御装置の１例
の動作を説明するための動作パターン図。

【符号の説明】

１…移動作業ロボット本体、２…超音波式距離センサ、
３…ジャイロセンサ、４…制御装置、４１…速度指令演
算装置、４２…基準角度補正装置、５，６…駆動装置、
７１，７２，８…車輪。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 秀之 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも３個の車輪が駆動装置により
   駆動され、壁を有する作業領域を自動走行しながら所定
   の作業を行う移動作業ロボット本体と、 この移動作業ロボット本体の側壁であって前記壁と対向
   する位置に取付けられ、前記壁との距離を検出する少な
   くとも１個の距離検出装置と、 前記移動作業ロボット本体と前記壁との角度を検出する
   角度検出装置と、 この角度検出装置により得られる検出角度および前記距
   離検出装置により得られる検出距離に基づき前記移動作
   業ロボット本体と前記壁との距離および傾きを演算し、
   前記駆動装置に対して速度指令を出力する速度指令演算
   装置と、 前記移動作業ロボット本体の移動距離を検出する移動量
   検出装置と、 この移動量検出装置により検出される走行移動距離が一
   定値に達する毎に前記角度検出装置の基準角度を補正
   し、これを前記速度指令演算装置に入力する基準角度補
   正装置と、 を具備した移動作業ロボットの走行制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の移動作業ロボットの制御
   装置において、 前記基準角度補正装置は、前記角度検出装置により得ら
   れる検出角度と、前記距離検出装置により得られる検出
   距離に基づき求められる角度とのずれ角度に応じて、前
   記角度検出装置の基準角度を補正する走行距離を、可変
   することを特徴とする移動作業ロボットの走行制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の移動作業ロボットの制御
   装置において、 前記角度検出装置の初期値として、前記移動作業ロボッ
   ト本体の走行開始時に前記移動作業ロボット本体を一定
   距離直進させことにより、前記壁に対し前記距離検出装
   置のうちの特定のもので前記壁に対する傾きを演算した
   値を使用することを特徴とする移動作業ロボットの走行
   制御装置。