JP3002206B2 - 移動ロボットの走行制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自律形無人車の如き移動ロボットの走行制
御方法に関する。

〔従来の技術〕

上記自律形無人車等の自律形移動ロボットは、走行経
路指定部，姿勢制御部，変換部，走行機構および走行平
面内の現在の走行姿勢を求める現在姿勢演算部を備え
る。例えば、自律形の無人搬送車の走行制御方法として
は、従来、特開昭57−62424号公報に示されたものがあ
る。この従来の方法では、移動ロボットが進行すべき走
行経路を複数点の座標位置（x_i、y_i）、但し、ｉ＝１、
２、３、・・・、でデジタル的に指定し、この複数の座
標位置に関連する領域を想定し、この領域と移動ロボッ
トの進行方向前方にある仮想位置に基づいて移動ロボッ
トが次に進むべき領域を特定するとともに、特定された
領域内にある少なくとも２つの位置を結ぶ経路上の点と
移動ロボット進行方向前方仮想位置の情報に基づいて操
舵しつつ走行する。

〔発明が解決しようとする課題〕

この種の従来の走行制御方法では、移動ロボットの現
在の走行状態が、目標位置に対して予め与えられた情報
（位置と姿勢）から作成した速度や角速度の指令値に追
随するようにフイードバック制御しているので、追随の
精度や応答性に限界があり、充分ではないとう問題があ
った。

本発明は上記問題を解消するためになされたもので、
従来に比し、指定された走行経路上の目標姿勢に対して
高精度に、かつ速やかに追随させることができる移動ロ
ボットの走行制御方法を提供すること目的とする。

〔課題を解決するため手段〕

本発明は上記目的を達成するために、請求項１では、
目標速度と速度修正量の和、および目標角速度と角速度
修正量の和をそれぞれ速度指令および角速度指令として
フィードバック、フィードフォワード制御する構成と
し、請求項２では、現在位置を座標原点、かつ現在方向
をＸ軸正方向とした局部座標系で表わした目標姿勢（す
なわち誤差方向と誤差位置）を用いた速度修正量、角速
度修正量の演算を行うようにし、請求項３では、移動ロ
ボットの演算による現在位置が実際姿勢検出部により検
出された実際位置に対してずれている場合に、現在姿勢
演算部内のレジスタに保持されている現在姿勢を上記実
際姿勢で書き換える構成としたものである。

〔作用〕

本発明では、速度指令が目標姿勢に対する現在姿勢の
差から求めた速度修正量と目標速度を成分として含み、
かつ、角速度指令が目標姿勢に対する現在姿勢の差から
求めた角速度修正量と目標角速度を成分として含んでい
ることになる。移動ロボットは修正分を含んだ速度指
令、角速度指令に追随するようにフィードバックおよび
フィードフォワード制御されるから、振動性（蛇行性）
の少ない安定した走行を行い、最適経路を経て目標姿勢
に進むことになる。目標姿勢を表現するのに、現在位置
を座標原点、かつ現在方向をＸ軸正方向とした局部座標
系を用いるので、速度修正量、角速度修正量の演算を高
速で行うことができる。また、車輪の回転で積算するこ
とによる現在姿勢が、測定された実際姿勢と異なる場
合、この現在姿勢の情報を上記実際姿勢の情報で書き換
えるので、検出誤差の累積によるずれを実時間で修正す
ることができ、実走行経路を指定された走行経路に対し
て忠実に従わせることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の１実施例を図面を参照して説明する。

第１図は自律形移動ロボットの制御系をブロック図で
示したもので、１は動輪操舵（速度差）方式の移動ロボ
ットであって、その外観を第２図に示す。

10は走行経路指定部（Path Plannerとステッパ
ー）、20は姿勢制御部、30は変換部、40は走行機構部、
50は現在姿勢演算部を示している。走行機構部40は独立
駆動される駆動モータＭR、ＭLによりそれぞれ駆動され
る動輪41R、41Lと遊輪を有し、駆動モータＭR、ＭLには
エンコーダ42R、42Lが軸結されており、エンコーダ42
R、42Lの出力は現在姿勢演算部50に入力される。60は実
際姿勢検出部であって、センサと地図を用いて現在の移
動ロボットの真の姿勢を求めることができる。

第３図はこの実施例において移動ロボット１の姿勢を
表現するのに使用する座標系を示したもので、P_rは移動
ロボット１の目標姿勢を示し、P_cは移動ロボットの現在
姿勢を示している。Ｘ′−Ｙ′は移動ロボットの現在位
置（x_c、y_c）を座標原点、かつ現在方向θ_ｃをＸ軸正方
向とする局部座標系である。

走行経路指定部10は、走行経路を指定し、所定時間間
隔毎Ｔに移動ロボット１が進むべき目標となる姿勢P
_r（x_r、y_r、θ_ｒ）、目標姿勢における走行速度v_r、目
標姿勢における角速度ω_ｒからなる目標走行情報Data
（ｒ）を姿勢制御部20に出力する。

現在姿勢演算部50はエンコーダ42R、42Lの出力を所定
時間間隔Ｔで取り込んで、移動ロボット１の現在の姿勢
P_c（x_c、y_c、θ_ｃ）を演算して姿勢制御部20に送出す
る。

姿勢制御部20はP_rとP_cから、目標姿勢P_rに対する現在
姿勢_ｃの“差”すなわち姿勢誤差（x_e、y_e、θ_ｅ）を演
算する。

x_e＝（x_r−x_c）cosθ_ｃ＋（y_r−y_c）sinθ_ｃ ……（１） y_e＝−（x_r−x_c）sinθ_ｃ＋（y_r−y_c）cosθ_ｃ ……（２） θ_ｅ＝θ_ｒ−θ_ｃ ……（３） この姿勢誤差情報（x_e、y_e、θ_ｅ）に基づいて、速度
指令ｖ^＊と角速度指令ω^＊を演算し、変換部30に与え
る。

ｖ^＊＝v_r＋k_xx_e−v_r（１−cosθ_ｅ） ……（４） ω^＊＝ω_ｒ＋v_r（k_yy_e＋ｋ_θsinθ_ｅ） ……（５） ここで、k_x、k_y、ｋ_θは正の定数である。

上記（４）式および（５）式の第１項はフィードフォ
ワード項であり、第２項以下はフィードバック項であ
る。変換部30は上記速度指令ｖ^＊と角速度指令ｗ^＊を移
動ロボット１の左右両輪の速度指令、角速度指令に変換
する。

このように、本実施例では、移動ロボット１の速度指
令、角速度指令は修正分を含んでおり、移動ロボット１
は、この修正分を含んだ速度指令、角速度指令に追随す
るようにフィードバックおよびフィードフォワード制御
されるから、振動性（蛇行性）の少ない安定した走行を
行い、最適経路を経て目標姿勢に進むことになる。

また、目標姿勢P_rを表現するのに、現在位置（x_c、
y_c）を座標原点、かつ現在方向θ_ｃをＸ軸正方向とした
局部座標系Ｘ′−Ｙ′を用いたから、速度修正量、角速
度修正量の演算を高速で行うことができる。

次に、本発明の他の実施例（請求項３にかかわる）を
第４図を参照して説明する。

今、移動ロボット１が走行経路Ｌ−Ｌ′に沿って走行
しているものとする。即ち、走行経路指定部10は目標姿
勢P_rを所定時間間隔毎に生成し、それはＬ−Ｌ′上を右
へ所定速度で移動している。定常状態では、移動ロボッ
ト１は指定された目標姿勢P_rに追随し、ほぼP_r≒P_cの関
係を保って走行している。

しかし、現在姿勢Pc（xc、yc、θ_ｃ）が実際の移動ロ
ボット１の姿勢P_a（x_a、y_a、θ_ａ）と相違してくる場合
があり得る。実際姿勢P_aは実際姿勢検出部60において、
センサと地図との照合によって求められる。実際姿勢P_a
と現在姿勢P_cとが大きく異なった場合、現在姿勢P
_c（x_c、y_c、θ_ｃ）を実際姿勢P_a（x_a、y_a、θ_ａ）で更
新する。このようにすると、移動ロボット１の姿勢修正
を容易に、かつ短時間で行わせることができる。この
時、目標姿勢P_rは前と変化なく予定された軌道Ｌ−Ｌ′
を描くので、目標姿勢P_rと現在姿勢P_cとの間に大きな差
が生じ、移動ロボット１は走行経路La−La′を走行して
走行経路Ｌ−Ｌ′上に乗るようになる。

本実施例によれば、車輪のスリップ、走行路の凹凸等
によるずれを、容易に、速やかに修正することができ、
実走行経路を指定された走行経路に一致させることがで
きる。

上記各実施例は、動輪41R、41Lの速度差により操舵を
行う方式の移動ロボットについて説明したが、本発明
は、他の方式、例えば、操舵軸と駆動軸とを別にする方
式の移動ロボットに適用して同様の効果を得ることがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明した通り、現在姿勢から目標姿勢に
到達するのに必要な速度、角速度をフィードフォワー
ド、フィードバックの両者によって行う構成としたの
で、従来に比し、速やかに、かつ安定した走行で、目標
位置に目標姿勢で到達することを可能にすることができ
る。また、演算による現在姿勢がセンサ測定による実際
姿勢に対してずれていることが発明した場合に、現在姿
勢を実姿勢で更新するので、実時間で姿勢修正を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明するための制御系ブロッ
ク図、第２図は上記実施例における移動ロボットの１例
を示す斜視図、第３図は上記実施例における目標姿勢と
座標系との関係を示す図、第４図は本発明の他の実施例
を説明するための走行経路図である。 １……移動ロボット、10……走行経路指定部 20……姿勢制御部、30……変換部、40……走行機構部、
42R、42L……エンコーダ、 50……現在姿勢演算部、60……実際姿勢検出部。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行経路指定部、姿勢制御部、変換部、走
   行機構および現在姿勢演算部を備える自律形移動ロボッ
   トにおいて、上記現在姿勢演算部は現在姿勢を上記姿勢
   制御部へ所定時間毎に与え、上記走行経路指定部は目標
   姿勢、目標速度および目標角速度を上記姿勢制御部へ所
   定時間毎に与え、上記姿勢制御部は目標速度（フィード
   フォワード項）と速度修正量（k_xx_e−v_r（１−cos
   θ_ｅ）：フィードバック項）の和として速度指令を演算
   し、目標角速度（フィードフォワード項）と角速度修正
   量（v_r（k_yy_e＋ｋ_θsinθ_ｅ）：フィードバック項）の
   和として角速度指令を計算し、上記変換部は上記速度指
   令及び上記角速度指令のみを上記走行機構部に適した走
   行指令として変換し、該走行機構部は上記走行指令に従
   って運動することを特徴とする移動ロボットの走行制御
   方法。 （但し、k_x,k_y,k_θは正の定数、v_rは目標姿勢における
   走行速度、θ_ｅは目標方向と現在方向との角度差、x_e,y
   _eは移動ロボットに固定した局部座標系における目標位
   置と現在位置との差）
2. 【請求項２】現在位置を座標原点とし、かつ現在姿勢の
   方向のＸ軸とする局部座標系によって目標姿勢を表し、
   該局部座標系を用いて速度修正量、角速度修正量の演算
   を行うことを特徴とする請求項１記載の移動ロボットの
   走行制御方法。
3. 【請求項３】真の現在姿勢を検出する実際姿勢検出部を
   有し、現在姿勢演算部による現在位置が実際姿勢検出部
   により検出された実際位置とずれている場合に、現在姿
   勢演算部内の現在姿勢情報を上記実際姿勢の情報で書き
   換えることを特徴とする請求項１または２記載の移動ロ
   ボットの走行制御方法。