JP2006163558A - Control device of moving truck - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工場や医療福祉施設、家庭等において、ロードポートや作業台、机等に寄り付いて所定の作業を行う移動台車の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a mobile carriage that performs predetermined work by leaning on a load port, a work table, a desk, or the like in a factory, medical welfare facility, home, or the like.
近年、工場や医療福祉施設、家庭等において、車輪等の移動台車により自律走行し、ロボットアームにより所定の作業を行う、移動ロボットを用いたシステムが提供されている。
このようなシステムにおいて、ロボットアームによる作業を可能にするためには、まず移動台車をロードポートや作業台、机といった作業対象物に正確に接近させる必要がある。特に、床面にガイド等を敷設しない無軌道式の移動台車の場合、作業対象物を他の物体から識別すると共に、その位置を正確に計測する機能、すなわち対象物同定機能が求められる。
上記の移動台車の対象物同定方法として、対象物と移動台車の双方に超音波送受信機を設置し、各送受信機間の距離を計測することにより対象物を同定する方法が、例えば、以下に示す特許文献1において提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, systems using a mobile robot that autonomously travels with a moving carriage such as a wheel and performs a predetermined operation with a robot arm have been provided in factories, medical welfare facilities, and homes.
In such a system, in order to enable the work by the robot arm, it is necessary to first bring the movable carriage close to the work object such as the load port, the work table, and the desk. In particular, in the case of a trackless mobile trolley in which a guide or the like is not laid on the floor surface, a function for identifying a work object from other objects and accurately measuring the position thereof, that is, an object identification function is required.
As a method for identifying the object of the mobile carriage, for example, a method of identifying an object by installing ultrasonic transceivers on both the object and the mobile carriage and measuring the distance between the transceivers is as follows: It is proposed in
図5は従来技術を示す特許文献1における移動ロボットシステムを上面から見た全体構成図である。
図において、1は移動台車、2は移動台車1に搭載されて該移動台車を駆動するための駆動部、101および102は前記移動台車1の周辺に存在する物体を検出する超音波送受信器である。また、4は超音波送受信器101および102の検出情報をもとに目標とする対象物を同定する対象物同定部、5は対象物同定部4の同定情報をもとに移動台車1の進行方向を決定し、駆動部2に対し制御指令を送信する指令送信部5である。さらに、103および104は接近すべき対象物6の端点に設置された超音波送受信器である。この超音波送受信器103および104は図示しない電源から動力源の供給を受け、また図示しない信号発生装置に接続されて超音波の送信/受信を制御される。
FIG. 5 is an overall configuration diagram of the mobile robot system in
In the figure, 1 is a mobile carriage, 2 is a drive unit mounted on the
以下、従来技術における対象物を同定する方法について説明する。
移動台車1上の超音波送受信器101が時刻t0に超音波を送信すると、対象物上の超音波送受信器103、104においては距離Rl、Rrに応じて時間差を生じた時刻t1、t2に該超音波が受信される。超音波送受信器103、104が受信後Δt時間後に超音波を返信すると、超音波送受信器101はさらに時間差を生じた時刻t3、t4に該超音波を受信する。ここで、超音波送受信器101が超音波を送信してから受信するまでの時間と、空間中の超音波の伝播速度vを用いると、距離Rl、Rrは
Rl={(t3−t0)−Δt}×v/2
Rr={(t4−t0)−Δt}×v/2
で求められる。また、超音波送受信器102においても同様に距離LlおよびLrが求まり、上記Rl、Rr、Ll、Lrから対象物6に対する移動台車1の位置姿勢を算出することができる。
Hereinafter, a method for identifying an object in the prior art will be described.
When the ultrasonic transmitter / receiver 101 on the
Rr = {(t 4 −t 0 ) −Δt} × v / 2
Is required. In the ultrasonic transceiver 102, the distances Ll and Lr can be similarly obtained, and the position and orientation of the
以上のように、特許文献1に示す従来の移動台車では、対象物の両端に送信機を設置し、移動台車には受信機を設置して送受信機間の距離を計測することで対象物を同定することができる。
しかしながら、従来技術では移動台車および対象物に専用の送受信器を設置する必要があり、多大なコストを要するという問題点がある。特に家庭や施設内で動作する移動ロボットの場合、机や冷蔵庫といった対象物全てに送受信器を設置することは、コストの問題、電源確保の問題、メンテナンスの問題上から事実上不可能である。
一方で近年、電源を外部から非接触で供給できるIDタグが提案されており、これが普及して対象物全てに埋め込まれれば、対象物の識別には有効であると考えられる。しかし、現状では認識可能な距離が短いこと、また対象物の位置を正確に測定できないという問題点がある。
However, in the prior art, it is necessary to install a dedicated transmitter / receiver on the moving carriage and the object, and there is a problem that a great deal of cost is required. In particular, in the case of a mobile robot operating in a home or facility, it is practically impossible to install a transmitter / receiver on all objects such as desks and refrigerators due to cost problems, power supply securing problems, and maintenance problems.
On the other hand, in recent years, ID tags that can supply power from the outside without contact have been proposed. If these tags are spread and embedded in all objects, it is considered effective for identifying the objects. However, there are problems that the recognizable distance is short at present and the position of the object cannot be measured accurately.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、対象物に送受信器等の装置を設置することなく、また移動台車にも専用の送受信器を設置することなく、比較的離れた場所からでも安価かつ簡単な方法で対象物の同定が可能な、移動台車の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and it is relatively far away without installing a device such as a transmitter / receiver on an object and without installing a dedicated transmitter / receiver on a mobile carriage. It is an object of the present invention to provide a control device for a mobile carriage that can identify an object even from a place by an inexpensive and simple method.
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
請求項1の発明は、移動台車と、前記移動台車に搭載されて前記移動台車を駆動する駆動部と、前記移動台車の周辺に存在する物体を検出するセンサ部と、前記センサの検出情報をもとに目標とする対象物を同定する対象物同定部と、前記対象物同定部の同定情報をもとに前記移動台車の進行方向を決定し、前記駆動部に対し制御指令を送信する指令送信部とを備えた移動台車の制御装置において、前記センサ部は、外環境との方向および距離の情報を計測可能な方向距離検出センサで構成されており、前記対象物同定部は、前記センサ部から得られた距離情報が近傍の方向に比べて所定の閾値以上変化する点の間の距離を算出し、前記距離が予め指定された対象物の外形に所定の誤差範囲内で一致する場合に、前記点間を対象物て同定することを特徴とするものである。
The invention of
また、請求項2の発明は、請求項1記載の移動台車の制御装置において、前記指令送信部は、前記対象物同定部から得られた前記対象物の端点を結ぶ線分を前記対象物の近接面とし、前記近接面に対し所定の位置・姿勢になるように前記移動台車の制御指令を送信することを特徴とするものである。
Moreover, the invention of
また、請求項3の発明は、請求項1記載の移動台車の制御装置において、前記センサ部は、その計測方向を連続的に変化させることで、外環境との方向および距離の情報を連続的に取得可能なもので構成されたことを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the mobile trolley control apparatus according to the first aspect, the sensor section continuously changes the measurement direction, thereby continuously providing information on the direction and distance to the outside environment. It is characterized in that it is configured by what can be acquired.
また、請求項4の発明は、請求項1記載の移動台車の制御装置において、その計測方向が固定であって、前記指令送信部の指令により駆動部が移動台車を旋回させることで外環境との方向および距離の情報を連続的に取得することを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the mobile trolley control apparatus according to the first aspect, the measurement direction is fixed, and the drive unit turns the mobile trolley in response to a command from the command transmission unit. The information on the direction and the distance is continuously acquired.
また、請求項5の発明は、請求項1記載の移動台車の制御装置において、前記対象物同定部は、前記センサ部から取得した距離情報が所定の閾値以上負方向に変化した点を凸開始点とし、その次に所定の閾値以上正方向に変化した点の一つ前の点を凸終了点とすることを特徴とするものである。
Further, the invention of
また、請求項6の発明は、請求項1記載の移動台車の制御装置において、前記対象物同定部は、前記センサ部から取得した距離情報が所定の閾値以上正方向に変化した点の一つ前の点を凹開始点とし、その次に所定の閾値以上負方向に変化した点を凹終了点とすることを特徴とするものである。
The invention according to
また、請求項7の発明は、請求項1、3または4に記載の移動台車の制御装置において、前記センサ部は、対象物に設置された記憶媒体に記憶された識別情報を、非接触で読み取り可能な対象物識別装置を含むことを特徴とするものである。
The invention of claim 7 is the mobile trolley control apparatus according to
請求項1に記載の発明によると、対象物に送受信器等の装置は不要であり、また移動台車においても、通常障害物検出に用いているセンサを接近時のみ流用するので、専用の送受信器は不要である。さらにレーザセンサを用いることで、比較的離れた場所からでも高精度に対象物を検出することができる。 According to the first aspect of the present invention, a device such as a transmitter / receiver is not required for an object, and a sensor used for detecting obstacles is also used for a moving carriage only when approaching. Is unnecessary. Furthermore, by using a laser sensor, an object can be detected with high accuracy even from a relatively remote location.
請求項2に記載の発明によると、対象物に対し任意の位置姿勢に寄り付くことができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to approach an object in an arbitrary position and orientation.
請求項3に記載の発明によると、計測時に移動体を旋回させる必要がないため、短時間で対象物を検出することができる。 According to the third aspect of the invention, it is not necessary to turn the moving body at the time of measurement, so that the object can be detected in a short time.
請求項4に記載の発明によると、一方向のみ計測可能な距離センサで構成できるので、コストを低減することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the distance sensor that can measure only in one direction can be used, so that the cost can be reduced.
請求項5に記載の発明によると、机やロードポートなど、凸形状の対象物を検出することができる。
According to the invention described in
請求項6に記載の発明によると、開いたドアやエレベータなど、凹形状の対象物を検出することができる。
According to the invention described in
請求項7に記載の発明によると、対象物の一意の認識と正確な位置検出を両立することができる。 According to the seventh aspect of the invention, it is possible to achieve both unique recognition of an object and accurate position detection.
以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施例を示す移動ロボットを上面から見た全体構成図である。なお、図1は図5に示した従来技術に対して一部を除いて同様の構成を有すると共に、同符号が相当部分を示している。
図において、1は移動台車、2は駆動部、3は前記移動台車1の周辺に存在する物体を検出するセンサ部、4はセンサ部3の検出情報をもとに目標とする対象物6を同定する対象物同定部、5は対象物同定部4の同定情報をもとに前記移動台車1の進行方向を決定し、前記駆動部2に対し制御指令を送信する指令送信部である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、センサ部3に外環境との方向および距離の情報を計測可能な方向距離検出センサを用いた点である。該方向距離検出センサには、例えば代表的なものとして通常障害物検出などに用いられるレーザ式エリアセンサが採用されると共に、該センサは、所定角度範囲のエリアを例えば反時計周りに一定の刻み角毎に方向を変えながらスキャンし、所定の方向と、その方向に存在する最も近い物体までの距離との組からなるデータを連続して出力することができる。なお、方向距離検出センサの出力データを図1上にプロットすると、図中の黒点のようになる。ここで、対象物6がロードポートや机など、他の外環境(例えば壁)から奥行き方向に突出した形状を有している場合、前記距離情報は図1に示す如く、対象物6の端点11および12付近で大きく変化する。従ってこれを検出することで対象物6の端点と認識することができる。
また、別の特徴としては、対象物同定部4が、センサ部3から得られた距離情報が近傍の方向に比べて所定の閾値以上変化する点の間の距離を算出し、該距離が予め指定された対象物6の外形に所定の誤差範囲内で一致する場合に、該点間を対象物として同定する機能を有している点である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a mobile robot showing a first embodiment of the present invention as viewed from above. Note that FIG. 1 has the same configuration with respect to the prior art shown in FIG. 5 except for a part, and the same reference numerals indicate the corresponding parts.
In the figure, 1 is a moving carriage, 2 is a drive unit, 3 is a sensor unit for detecting an object existing around the moving
The features of the present invention are as follows.
That is, the
As another feature, the object identification unit 4 calculates a distance between points where the distance information obtained from the
次に動作を説明する。
図1において、移動台車1に設けられたセンサ部3が、対象物6に対して所定角度範囲のエリアを反時計周りに一定の刻み角毎に方向を変えながらスキャンすると、所定の方向と、その方向に存在する最も近い物体までの距離との組からなるデータを連続して出力する。続いて、対象物同定部4においては、該センサを用いて対象物6に対する方向と距離情報の組を反時計回りの方向順に検査することで得られたセンサ情報から、直前の方向と比べて距離情報が所定の閾値以上負方向に変化した(小さくなった)場合には、該負方向をもって凸開始点と判断し、さらに検査を継続して、距離情報が所定の閾値以上正方向に変化した(大きくなった)方向の一つ前の方向をもって凸終了点と判断する。対象物同定部4が対象物6の凸開始点および凸終了点を検出完了すると、両点間の距離を算出し、予め指定された対象物6の外形に所定の誤差範囲内で一致する場合に、この点間を対象物6として同定する。一方で距離が所定の誤差範囲を超える場合には、対象物6とはみなさず無視する。
Next, the operation will be described.
In FIG. 1, when the
図2は、本実施例における対象物への接近方法を示した上面図である。なお、図1と同一部分に関しては一部記載を省略している。
対象物同定部4が図1に示した方法で対象物6の端点を認識すると、指令送信部5は、対象物6の端点11および端点12を結ぶ線分を、対象物6が移動台車1に対して最も近い面、すなわち近接面とする。続いて該近接面に対して所定の位置・姿勢になるように移動台車1の目標点を決定する。例えば、移動台車1を対象物6に対して並行に所定距離Lを置いて接近したい場合には、端点11および端点12を結ぶ垂直二等分線上、すなわち対象物6の中心線C−C上に対象物6から距離L離れた点を目標点とする。
FIG. 2 is a top view showing a method of approaching an object in the present embodiment. Note that some of the same parts as those in FIG. 1 are omitted.
When the object identification unit 4 recognizes the end point of the
第1実施例は上記構成にしたので、従来、対象物6に設けていた送受信器等の装置を不要にすることができると共に、また移動台車1においても、通常障害物検出に用いているセンサを接近時のみ流用するので、専用の送受信器を不要にすることができる。
さらにセンサ3にレーザセンサを用いることで、比較的離れた場所からでも高精度に対象物を検出することができる。それから、対象物6の端点を近接面として移動台車1を制御することで、移動台車1を、対象物6の近接面に対して任意の位置姿勢でもって寄り付きを行わせることができる。
Since the first embodiment has the above-described configuration, it is possible to eliminate the need for a device such as a transmitter / receiver that has been provided for the
Furthermore, by using a laser sensor as the
図3は、本発明の第2実施例を示す移動ロボットの上面図である。
第2実施例が第1実施例と異なる点は、レーザ式エリアセンサのようなスキャン機能を持たず、一方向に関してのみ距離計測可能なセンサ部3を用いると共に、センサ3をスキャンする代わりに移動台車自体をその場で旋回させる構成にし、旋回角度と計測距離の組を方向距離情報として使用する点である。
第2実施例は上記構成にしたので、高価なレーザ式エリアセンサを使用しなくても方向距離情報が得られるので、さらにコストを低減することができる。
FIG. 3 is a top view of a mobile robot showing a second embodiment of the present invention.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the
Since the second embodiment has the above-described configuration, the direction distance information can be obtained without using an expensive laser area sensor, so that the cost can be further reduced.
図4は、本発明の第3実施例を示す移動ロボットの上面図である。
第3実施例では、対象物6をドアやエレベータ等の間隙とし、これを通過するための方法を提供するものであって、第1実施例における凸部検出とは逆で、凹部検出を可能にした構成の点で異なる。具体的には、方向と距離情報の組を反時計回りの方向順に検査し、直前の方向と比べて距離情報が所定の閾値以上正方向に変化した(大きくなった)方向の一つ前の方向をもって凹開始点と判断する。さらに検査を継続し、距離情報が所定の閾値以負正方向に変化した(小さくなった)方向をもって凹終了点と判断する。
第3実施例は上記構成にしたので、ドアやエレベータ等の間隙を、送受信器等の装置を用いることなく、簡単に同定することができる。
FIG. 4 is a top view of a mobile robot showing a third embodiment of the present invention.
In the third embodiment, the
Since the third embodiment is configured as described above, it is possible to easily identify gaps such as doors and elevators without using a device such as a transceiver.
なお、上記の実施例では、方向距離検出センサのみを用いて対象物を同定していたが、センサ視野内に同じ形状の対象物が複数ある場合には、外形だけでの判別は困難である。このような場合には、既に述べたようなIDタグセンサを対象物に埋め込んで、移動台車側のIDタグ読み込み装置で対象物の種別を直接認識することもできる。
これにより、IDタグセンサによる対象物の一意の認識と、レーザセンサによる正確な位置検出を両立することができる。
In the above embodiment, the object is identified by using only the direction distance detection sensor. However, when there are a plurality of objects having the same shape in the sensor field of view, it is difficult to discriminate only by the outer shape. . In such a case, the ID tag sensor as described above can be embedded in the object, and the type of the object can be directly recognized by the ID tag reading device on the mobile carriage side.
Thereby, the unique recognition of the target object by an ID tag sensor and the exact position detection by a laser sensor can be made compatible.
本発明は、移動台車の接近対象物を同定するための方策を提示するものであるが、移動台車に搭載されたロボットアームの把持対象物を同定する方法としても同様に適用できる。 Although the present invention presents a method for identifying an approaching object of a moving carriage, it can be similarly applied as a method for identifying a grasping object of a robot arm mounted on a moving carriage.
1 移動台車
2 駆動部
3 センサ部
4 対象物同定部
5 指令送信部
6 対象物
11、12 端点
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記移動台車に搭載されて該移動台車を駆動する駆動部と、
前記移動台車の周辺に存在する物体を検出するセンサ部と、
前記センサの検出情報をもとに目標とする対象物を同定する対象物同定部と、
前記対象物同定部の同定情報をもとに前記移動台車の進行方向を決定し、前記駆動部に対し制御指令を送信する指令送信部と、
を備えた移動台車の制御装置において、
前記センサ部は、外環境との方向および距離の情報を計測可能な方向距離検出センサで構成されており、
前記対象物同定部は、前記センサ部から得られた距離情報が近傍の方向に比べて所定の閾値以上変化する点の間の距離を算出し、前記距離が予め指定された対象物の外形に所定の誤差範囲内で一致する場合に、前記点間を対象物として同定することを特徴とする移動台車の制御装置。 A mobile trolley,
A drive unit mounted on the movable carriage for driving the movable carriage;
A sensor unit for detecting an object existing around the movable carriage;
An object identification unit for identifying a target object based on detection information of the sensor;
A command transmission unit for determining a traveling direction of the mobile carriage based on the identification information of the object identification unit, and transmitting a control command to the drive unit;
In the control apparatus of the mobile carriage provided with
The sensor unit is composed of a direction distance detection sensor capable of measuring information on the direction and distance with the outside environment,
The object identification unit calculates a distance between points where the distance information obtained from the sensor unit changes by a predetermined threshold or more compared to a direction in the vicinity, and the distance is set to an outline of the object specified in advance. A control apparatus for a mobile carriage characterized by identifying a point as an object when they coincide within a predetermined error range.
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