JP2005125457A - Mobile robot for work - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、２つ以上の自由度を有した移動体が自律的に空間を自在に移動する作業用移動ロボットに関するものであり、特に作業用移動ロボットの遠隔操作のための通信に関するものである。 The present invention relates to a working mobile robot in which a mobile body having two or more degrees of freedom autonomously moves freely in space, and particularly relates to communication for remote operation of the working mobile robot. .
従来の作業用移動ロボットは、作業現場に設置され、遠隔箇所から遠隔操作される作業機械(移動ロボット)と、固定中継点と、前記固定中継点と前記移動ロボット予め少なくとも一つの移動中継点を設置し、前記移動ロボットに追従して移動させることで、前記移動ロボットと前記遠隔箇所との通信を前記移動中継点を経由して行っている（特許文献１）。図８は特許文献１に開示された遠隔操作システムの説明図である。図において、８０１は作業機械(移動ロボット)であり、通信機能と制御コンピュータによって遠隔操作または自動で作業現場にて掘削作業を行う。８０２は作業機械に追従して移動する移動中継点、８０３は作業現場から見通しの良い場所に設置された固定中継点、８０４は作業機械８０１および移動中継点８０２から離れた場所かつ見通しの聞かない場所に設置された遠隔操作点である。作業機械８０１は、遠隔操作点８０４から固定中継点８０３および移動中継点８０２の通信を介して遠隔操作される。
A conventional mobile robot for work includes a work machine (mobile robot) that is installed at a work site and remotely operated from a remote location, a fixed relay point, the fixed relay point, and the mobile robot at least one mobile relay point in advance. By installing and moving following the mobile robot, communication between the mobile robot and the remote location is performed via the mobile relay point (Patent Document 1). FIG. 8 is an explanatory diagram of the remote control system disclosed in Patent Document 1. In the figure,
また、狭い場所における効率的な稼動を目的に、作業を実行する作業用ロボットと、前記作業用ロボットとの通信機能および監視機能を有するサテライトロボットと、前記作業用ロボットおよび前記サテライトロボットを管理する管理監督用ロボットと、前記各ロボットに電力を供給する電力供給ロボットから構成することで、専用の機能を分散した複数の小型ロボットを用いて１つの作業を遂行するものもある（特許文献２）。図９は特許文献２に開示された分散作業ロボットシステムの要部ブロック図である。図において、９０１は作業対象物、９０２は第１の作業ロボット、９０３は第２の作業ロボット、９０４はロボットの動作を監視したり通信の中継を行うサテライトロボット、９０５は部品などを搬送する搬送用ロボット、９０６は各ロボットに電力を供給する電力供給用ロボット、９０７は電力供給用ロボット９０６を管理監督する管理監督用ロボット、９０８はオペレータの要求を各ロボットに指示したり、各ロボットの状態をオペレータに分かるように表示する操作盤である。９０２から９０７の各ロボットは作業機能、搬送機能、通信機能、給電機能、監視機能など機能を各々物理的に隔離したロボットに分散することで各ロボットを小型化し、全ロボットの機能を用いることで狭隘な場所で目的の作業を遂行するシステムとなっている。
In addition, for the purpose of efficient operation in a narrow place, a working robot that performs work, a satellite robot that has a communication function and a monitoring function with the working robot, and manages the working robot and the satellite robot There is also a robot that performs a single task using a plurality of small robots having dedicated functions distributed by configuring the robot for management and supervision and a power supply robot that supplies power to each robot (Patent Document 2). . FIG. 9 is a principal block diagram of the distributed work robot system disclosed in Patent Document 2. In FIG. In the figure,
更に、指令を与える無線装置と、無線データを受信する複数台の移動ロボットが作業空間に配置され、各移動ロボットは、同じ周波数帯の無線データを受信して、そのデータを本体のメモリに保管し、移動ロボットが場所を移動した先でデータ未受信の他のロボットに出会うと、保管しておいた受信データを送信するように構成することで無線装置からは送信不能な場所までデータを異動することができるものもある（特許文献３）。図１０は特許文献３に開示された脚式移動ロボットの作業空間の模式図である。図において、１００１は無線送受信装置、１００２、１００３、１００４はそれぞれ無線データ送受信機能を備えた複数台の脚式移動ロボット１Ａ、１Ｂ、１Ｃである。図において、無線送受信装置１００１とデータ送受信可能な範囲には脚式移動ロボット１Ａ(１００２)が存在する。また、脚式移動ロボット１Ａ(１００２)とデータ送受信可能な範囲内には、他の脚式移動ロボット１Ｂ(１００３)が存在する。
脚式移動ロボット１Ａ、１Ｂ、・・・は、無線受信装置１００１あるいは他の脚式移動ロボットなど無線データ送信元からデータ受信可能な範囲に突入すると、まず通信データをリアルタイムで受信し、さらにこの受信データを機体内のメモリに保管しておく。
さらに、脚式移動ロボット１Ａ、１Ｂはメモリに受信データを保管した後は、無線データ送信元として機能する。このような脚式移動ロボット間の無線データ送受信を繰返し実行することで、無線送受信装置１００１からはデータ送受信不能な場所にまで通信データが順次移動していき、最終的には脚式移動ロボット全てにデータが届くこととなる。
このように、従来の作業用移動ロボットは、通信データを記憶したロボットがデータ未受信のロボットに出会った場合にデータをデータ未受信ロボットに送信して通信の届かない領域までデータを届けることができるものである。
When the legged mobile robots 1A, 1B,... Enter a range where data can be received from a wireless data transmission source such as the
Further, the legged mobile robots 1A and 1B function as wireless data transmission sources after storing the received data in the memory. By repeatedly executing such wireless data transmission / reception between legged mobile robots, communication data sequentially moves from the wireless transmission /
As described above, when a robot that stores communication data encounters a robot that has not received data, the conventional mobile robot for work can transmit the data to the robot that has not received data and deliver the data to an area where communication cannot reach. It can be done.
しかしながら、特許文献１のような従来の作業用移動ロボットは、移動中継点が現場で作業を行う移動ロボットに追従して移動するため、移動距離が遠隔箇所から通信可能な距離よりも長くなると通信不能になるというも問題があった。また、特許文献２のように複数のロボットにそれぞれ必要な機能を分担さ、全ロボットが全て機能することで目的の作業を行えるように構成しているので、１台のロボットに不具合を生じた場合すなわち機能しなくなった場合、一つのシステムが成り立たなくなるため目的の作業を遂行できなくなるという問題があった。また、特許文献３は、作業空間に通信の中継局を設けずにデータ受信可能のエリアを拡大させる発明であるが、通信によって受信したデータを有した移動ロボットがデータ未受信の他のロボットに出会うことができるのは、非常に狭い空間においてのみであり、作業空間が拡大すると移動ロボット同士が出会う確率は著しく低下するため、データを送受信する確実性は期待できないというような問題もあった。
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、ロボットの作業場所がデータ
の通信囲外であっても同等の機能を有した複数のロボットと協調することで、作業を遂行
できる作業用移動ロボットを提供することを目的とするものである。
However, since the conventional mobile robot for work such as Patent Document 1 moves following the mobile robot that performs work at the site, communication is performed when the moving distance becomes longer than the distance that can be communicated from a remote location. There was also a problem of becoming impossible. Also, as disclosed in Patent Document 2, a plurality of robots are each assigned a necessary function, and all the robots all function so that the target work can be performed, so one robot has a problem. In some cases, that is, when it fails, there is a problem that one system cannot be established and the intended work cannot be performed. Further, Patent Document 3 is an invention that expands an area where data can be received without providing a communication relay station in the work space, but a mobile robot having data received by communication is transferred to another robot that has not received data. It is possible to meet only in a very narrow space, and when the work space is enlarged, the probability that mobile robots meet each other is remarkably lowered, so there is a problem that the certainty of transmitting and receiving data cannot be expected.
The present invention has been made in view of such problems, and can perform work by cooperating with a plurality of robots having equivalent functions even if the work place of the robot is outside the data communication range. The object is to provide a working mobile robot.
上記問題を解決するために、本発明は人間からの命令を入力する命令入力部と、データを送受信する通信部と、前記命令入力部からの命令または前記通信部が受信したデータのうち少なくとも一つの情報に基づき作業指令を生成する作業指令生成部と、前記作業指令生成部によって生成した作業指令に基づき人間が理解できる情報を呈示する情報呈示部と、各自由度を動作させるアクチュエータと、前記作業指令生成部によって生成した作業指令に基づき前記アクチュエータを駆動する駆動制御部と、自己の現在位置を取得する自己位置取得部と、移動可能な領域を判断する移動領域判断部を備え、前記作業指令生成部が生成した作業指令に対して前記移動領域判断部が移動不可能であると判断した場合、移動開始位置と移動目標位置との間に他の移動ロボットを少なくとも一つ配置する命令を前記通信部から送信するものである。 In order to solve the above problem, the present invention provides at least one of a command input unit for inputting a command from a human, a communication unit for transmitting and receiving data, and a command from the command input unit or data received by the communication unit. A work command generation unit that generates a work command based on two pieces of information, an information presentation unit that presents information that can be understood by humans based on the work command generated by the work command generation unit, an actuator that operates each degree of freedom, A drive control unit that drives the actuator based on a work command generated by a work command generation unit; a self-position acquisition unit that acquires a current position of the self; and a movement region determination unit that determines a movable region. When the movement area determination unit determines that the movement is not possible with respect to the work command generated by the command generation unit, the movement between the movement start position and the movement target position Instructions for at least one position the other mobile robots are those transmitted from the communication unit.
また本発明は、前記命令入力部を人間が発声した音声を入力するマイクとするものである。また、前記命令入力部を予め命令と関連付けられたボタンとするものである。また、前記命令入力部をデータ読取装置とするものである。前記データ読取装置をバーコード読取装置とするものである。また、前記データ読取装置をＩＣタグ読取装置とするものである。前記命令入力部を力センサとするものである。また、前記命令入力部をトルクセンサとするものである。 According to the present invention, the command input unit is a microphone for inputting a voice uttered by a human. The command input unit is a button associated with a command in advance. The command input unit is a data reader. The data reader is a barcode reader. The data reader is an IC tag reader. The command input unit is a force sensor. The command input unit is a torque sensor.
また本発明は、前記通信部に、通信データを中継する中継部を備えるものである。また、前記作業指令生成部は、前記命令入力部に入力された命令または前記通信部が受信したデータのうち少なくとも一つの情報に基づき移動目標位置を設定する目標位置設定部を備えるものである。また、前記作業指令生成部は、現在位置から前記移動目標位置までの経路を生成する経路生成部を備えるものである。また、前記作業指令生成部は、周囲の物体を認識するための外界センサと、前記外界センサ情報をもとに前記作業指令を補正する指令補正部を有するものである。前記外界センサをレーザセンサとするものである。また、前記外界センサを超音波センサとするものである。また、前記外界センサをレーダとするものである。また、前記外界センサを接触センサとするものである。また、前記外界センサを画像センサとするものである。 In the present invention, the communication unit includes a relay unit that relays communication data. In addition, the work command generation unit includes a target position setting unit that sets a movement target position based on at least one information of a command input to the command input unit or data received by the communication unit. The work command generation unit includes a route generation unit that generates a route from a current position to the movement target position. The work command generation unit includes an external sensor for recognizing surrounding objects, and a command correction unit that corrects the work command based on the external sensor information. The external sensor is a laser sensor. The external sensor is an ultrasonic sensor. The external sensor is a radar. The external sensor is a contact sensor. The external sensor is an image sensor.
また本発明は、前記情報呈示部で提示する情報を、音声合成による音声とするものである。また、前記情報呈示部で提示する情報を、電子音とするものである。また、前記情報呈示部で提示する情報を、静止画像とするものである。前記情報呈示部で提示する情報を、動画像とするものである。また、前記情報呈示部で提示する情報を、光の点灯または点滅とするものである。また、前記情報呈示部で提示する情報を、文字とするものである。 Further, according to the present invention, the information presented by the information presenting unit is a speech by speech synthesis. The information presented by the information presentation unit is an electronic sound. The information presented by the information presentation unit is a still image. The information presented by the information presentation unit is a moving image. Further, the information presented by the information presenting unit is lighted or blinked. The information presented by the information presentation unit is text.
また本発明は、前記自己位置取得部に、２つの車輪の回転角度差から移動ロボットの位置姿勢を求める自己位置推定部を備えるものである。また、前記自己位置取得部に、周囲の物体を認識するための外界センサと、前記外界センサ情報をもとに前記自己位置推定部によって求めた位置姿勢を補正する位置姿勢補正部を備えるものである。前記外界センサをレーザセンサとするものである。また、前記外界センサを超音波センサとするものである。また、前記外界センサをレーダとするものである。また、前記外界センサを接触センサとするものである。また、前記外界センサを画像センサとするものである。 In the present invention, the self-position acquiring unit includes a self-position estimating unit that obtains the position and orientation of the mobile robot from a difference in rotation angle between two wheels. The self-position acquisition unit includes an external sensor for recognizing surrounding objects, and a position and orientation correction unit that corrects the position and orientation obtained by the self-position estimation unit based on the external sensor information. is there. The external sensor is a laser sensor. The external sensor is an ultrasonic sensor. The external sensor is a radar. The external sensor is a contact sensor. The external sensor is an image sensor.
また本発明は、前記移動領域判断部は、前記作業指令生成部が生成した作業指令から求められる移動距離が予め設定された距離よりも長い場合に移動不可能と判断するものである。また、前記予め設定された距離とは、通信可能な通信距離に０より大きく１以下の係数を乗じたものとするものである。また、前記移動領域判断部は、前記通信部の通信状態を監視する通信監視部を有し、前記作業指令生成部が生成した作業指令によって移動する途中、前記通信監視部によって通信状態の低下を検出した場合に移動不可能と判断するとともに移動を停止するものである。また、前記移動開始位置と移動目標位置との間に配置するデータを受信した他の移動ロボットは、目的の位置へ移動した後、前記アクチュエータを駆動する駆動制御部への電力供給を停止するものである。 In the present invention, the movement area determination unit determines that the movement is impossible when a movement distance obtained from the work command generated by the work command generation unit is longer than a preset distance. The preset distance is obtained by multiplying a communicable communication distance by a coefficient greater than 0 and 1 or less. The movement area determination unit includes a communication monitoring unit that monitors a communication state of the communication unit, and the communication monitoring unit reduces the communication state while moving according to the work command generated by the work command generation unit. If detected, it is determined that the movement is impossible and the movement is stopped. In addition, the other mobile robot that has received the data arranged between the movement start position and the movement target position stops the power supply to the drive control unit that drives the actuator after moving to the target position. It is.
請求項１に記載の発明によると、人間の命令を入力することができるロボットを作業空間内に複数配置することができ、命令する人間に最も近いロボットが命令を受け付け、作業対象に最も近いロボットがその命令を速やかに実行することができる効果がある。
また、請求項２に記載の発明によると、人間はロボットへの命令に音声を利用することができるので、人間は直感的にロボットへ命令することができる効果がある。
また、請求項３に記載の発明によると、命令入力にボタンを用いるため、頻繁に利用する命令をボタンと関連付けておくことで、簡単かつ確実に作業を実行することができる効果がある。
また、請求項４ないし請求項６に記載の発明によると、命令入力にバーコードやＩＣタグなどを利用することで複数の情報を一度に読み取ることができるため、簡単かつ効率的に作業を実行することができる効果がある。
また、請求項７または請求項８に記載の発明によると、命令入力に大きさと方向といった情報を有した力情報を利用することができるため、ロボットを誘導する場合に移動方向と移動速度に変換し、ロボットを直感的に誘導することができる効果がある。
また、請求項９に記載の発明によると、ロボットの通信部に中継機能を有しているので、作業空間内に配置された複数のロボット間での情報の伝達を速やかに行うことができる効果がある。
また、請求項１０に記載の発明によると、ロボットは人間からの命令だけではなく、ロボット間の情報をもとに判断して作業を実行することができるため、自律性が向上し人間の介在を最少にすることができる効果がある。
また、請求項１１に記載の発明によると、現在位置から目標位置までの経路を生成することができるので、初期に予期できなかった障害物が存在する場合でも、柔軟に経路を再生成することができる効果がある。
また、請求項１２ないし請求項１７に記載の発明によると、周囲の物体を認識する外界センサを有しているため、周囲の障害物あるいは人間を避けて移動することができる効果がある。
また、請求項１８ないし請求項２３に記載の発明によると、ロボットが情報を呈示する場合、音声合成による音声、電子音、静止画像、動画像、光の点灯または点滅、文字などを利用するため、人間はロボットの発する情報を容易に理解することができる効果がある。
また、請求項２４に記載の発明によると、２つの車輪の回転角度差から移動ロボットの位置姿勢を求めることができるため、ロボットの現在位置情報を得ることができる効果がある。
また、請求項２５ないし請求項３０に記載の発明によると、周囲の物体を認識するためのレーザセンサ、超音波センサ、レーダ、接触センサ、画像センサの少なくとも一つの外界センサを利用して位置姿勢誤差を補正することができるので、より正確なロボットの現在位置情報を得ることができる効果がる。
また、請求項３１に記載の発明によると、移動距離が予め設定された距離よりも長い場合に移動不可能と判断することができるため、ロボットが移動を開始する前に、移動開始位置と移動目標位置との間に他の移動ロボットを少なくとも一つ配置するデータを通信部から送信することができる効果がある。
また、請求項３２に記載の発明によると、設定距離に０より大きく１以下の係数を乗ずることでその範囲を調整可能となり、場所によって変化する通信状態に柔軟に対応することができる効果がある。
また、請求項３３に記載の発明によると、通信状態を監視する通信監視部を有し、ロボットが移動する途中に通信監視部によって通信状態の低下を検出した場合に移動不可能と判断し、移動開始位置と移動目標位置との間に他の移動ロボットを少なくとも一つ配置するデータを通信部から送信することができるとともに通信の状態が回復するまで移動を停止するため、通信が完全に途絶えることはないという効果がある。
また、請求項３４に記載の発明によると、移動開始位置と移動目標位置との間に配置するデータを受信した他の移動ロボットは、目的の位置へ移動した後、アクチュエータを駆動する駆動制御部への電力供給を停止することで電力の消費を最低限に抑えることができる効果がある。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of robots capable of inputting human instructions can be arranged in the work space, and the robot closest to the instructing person accepts the instructions and is closest to the work target. However, there is an effect that the command can be executed promptly.
Further, according to the invention described in claim 2, since the human can use the voice to instruct the robot, there is an effect that the human can intuitively instruct the robot.
According to the third aspect of the present invention, since a button is used for command input, there is an effect that the operation can be executed easily and reliably by associating a frequently used command with the button.
In addition, according to the invention described in claims 4 to 6, since a plurality of information can be read at a time by using a bar code or an IC tag for inputting an instruction, the work is easily and efficiently performed. There is an effect that can be done.
In addition, according to the invention described in claim 7 or claim 8, since force information having information such as size and direction can be used for command input, it is converted into a moving direction and a moving speed when guiding the robot. In addition, the robot can be guided intuitively.
Further, according to the ninth aspect of the present invention, since the communication unit of the robot has a relay function, it is possible to quickly transmit information between a plurality of robots arranged in the work space. There is.
In addition, according to the invention of claim 10, since the robot can perform a work by making a judgment based on not only instructions from humans but also information between the robots, autonomy is improved and human intervention is performed. There is an effect that can be minimized.
In addition, according to the invention described in claim 11, since a route from the current position to the target position can be generated, the route can be flexibly regenerated even when there is an obstacle that could not be expected at the beginning. There is an effect that can.
In addition, according to the invention described in claims 12 to 17, since the external sensor for recognizing surrounding objects is provided, there is an effect that it is possible to move while avoiding surrounding obstacles or human beings.
Further, according to the invention described in claims 18 to 23, when the robot presents information, the voice, electronic sound, still image, moving image, lighting or blinking of light, characters, etc. are used when the information is presented. Humans can easily understand the information emitted by robots.
According to the twenty-fourth aspect of the invention, since the position and orientation of the mobile robot can be obtained from the difference in rotation angle between the two wheels, there is an effect that the current position information of the robot can be obtained.
In addition, according to the invention described in claims 25 to 30, the position and orientation are determined using at least one external sensor of a laser sensor, an ultrasonic sensor, a radar, a contact sensor, and an image sensor for recognizing surrounding objects. Since the error can be corrected, it is possible to obtain more accurate current position information of the robot.
According to the invention of claim 31, since it can be determined that the movement is impossible when the movement distance is longer than a preset distance, the movement start position and the movement are determined before the robot starts movement. There is an effect that data for arranging at least one other mobile robot between the target position and the target position can be transmitted from the communication unit.
According to the invention of claim 32, the range can be adjusted by multiplying the set distance by a coefficient greater than 0 and 1 or less, and there is an effect that it is possible to flexibly cope with a communication state that changes depending on the place. .
According to the invention of claim 33, the communication monitoring unit for monitoring the communication state is determined, and when the communication monitoring unit detects a decrease in the communication state during the movement of the robot, it is determined that the movement is impossible. Data can be transmitted from the communication unit to place at least one other mobile robot between the movement start position and the movement target position, and the movement is stopped until the communication state is recovered, so communication is completely interrupted. There is an effect that there is nothing.
According to the thirty-fourth aspect of the present invention, the other mobile robot that has received the data arranged between the movement start position and the movement target position moves to the target position and then drives the actuator. There is an effect that power consumption can be suppressed to a minimum by stopping the power supply to.
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の第１実施例を示す作業用移動ロボットのブロック図である。図において、１１は人間からの命令を入力する命令入力部であり、１２はデータを送受信する通信部であり他のロボットに対するデータ送受信を中継する機能も備えている。１３は命令入力部１１からの命令または通信部１２が受信したデータのうち少なくとも一つの情報に基づき作業指令を生成する作業指令生成部である。また、１４は作業指令生成部１３によって生成した作業指令に基づき人間が理解できる情報を呈示する情報呈示部であり、１５は各自由度を動作させるアクチュエータであり、１６は作業指令生成部１３によって生成した作業指令に基づきアクチュエータ１５を駆動する駆動制御部であり、１７は自己の現在位置を取得する自己位置取得部であり、１８は移動可能な領域を判断する移動領域判断部である。また、命令入力部１１は、人間が発声した音声を入力できるマイクや予め命令と関連付けられたボタン、またはバーコードやＩＣタグなどデータを読取装置などの情報入力装置、外力情報を検地する力センサあるいはトルクセンサで構成されている。
作業指令生成部１３は、命令入力部１１で入力された命令または通信部１２が受信したデータのうち少なくとも一つの情報に基づき移動目標位置を設定する目標位置設定部１３１と、現在位置から前記移動目標位置までの経路を生成する経路生成部１３２と、周囲の物体を認識するためのレーザセンサ、超音波センサ、レーダ、接触センサ、画像センサの少なくとも一つの外界センサ１３３と、前記外界センサ情報をもとに前記作業指令を補正する指令補正部１３４から構成されている。
また、自己位置取得部１７は、少なくとも２つの車輪の回転角度（回転角速度）差から、ロボット本体の位置姿勢を求める自己位置推定部１７０と、周囲の物体を認識するためのレーザセンサ、超音波センサ、レーダ、接触センサ、画像センサの少なくとも一つの外界センサ１７１と、前記外界センサ情報をもとに自己位置推定部１７０によって求めた位置姿勢を補正する位置姿勢補正部１７２から構成されている。なお、自己位置取得部１７で使用する外界センサ１７１は、前記作業指令生成部にて配置した外界センサ１３３と兼用しても良い。
移動領域判定部１８は、作業指令生成部１３が生成した作業指令から求められる移動距離が予め設定された距離よりも長い場合に移動不可能と判断したり、あるいは通信部１２の通信状態を監視する通信監視部１８１を有し、作業指令生成部１３が生成した作業指令によって移動する途中、通信監視部１８１によって通信状態の低下を検出した場合に移動不可能と判断することができるようになっている。
本実施例の特徴は、予め設定された距離や通信状態によって移動時の通信可能性を判断する移動領域判断部を備えたことにある。
FIG. 1 is a block diagram of a working mobile robot showing a first embodiment of the present invention. In the figure, 11 is a command input unit for inputting commands from humans, and 12 is a communication unit for transmitting and receiving data, which also has a function of relaying data transmission and reception to other robots. Reference numeral 13 denotes a work command generation unit that generates a work command based on at least one piece of information from a command from the command input unit 11 or data received by the communication unit 12. Reference numeral 14 denotes an information presentation unit that presents information that can be understood by humans based on a work command generated by the work command generation unit 13, 15 denotes an actuator that operates each degree of freedom, and 16 denotes a work command generation unit 13. A drive control unit that drives the actuator 15 based on the generated work command, 17 is a self-position acquisition unit that acquires its current position, and 18 is a movement region determination unit that determines a movable region. The command input unit 11 includes a microphone that can input a voice uttered by a human, a button associated with a command in advance, an information input device such as a reading device such as a barcode or an IC tag, and a force sensor that detects external force information. Or it comprises a torque sensor.
The work command generation unit 13 includes a target position setting unit 131 that sets a movement target position based on at least one of information input from the command input unit 11 or data received by the communication unit 12, and the movement from a current position. A path generation unit 132 that generates a path to a target position, at least one external sensor 133 of a laser sensor, an ultrasonic sensor, a radar, a contact sensor, and an image sensor for recognizing surrounding objects, and the external sensor information The command correction unit 134 is used to correct the work command.
The self-position acquisition unit 17 includes a self-position estimation unit 170 that obtains the position and orientation of the robot main body from the rotation angle (rotational angular velocity) difference between at least two wheels, a laser sensor for recognizing surrounding objects, and ultrasonic waves. At least one external sensor 171 of a sensor, a radar, a contact sensor, and an image sensor, and a position and orientation correction unit 172 that corrects the position and orientation obtained by the self-position estimation unit 170 based on the external sensor information. The external sensor 171 used in the self-position acquisition unit 17 may also be used as the external sensor 133 disposed in the work command generation unit.
The movement area determination unit 18 determines that the movement is impossible when the movement distance obtained from the work command generated by the work command generation unit 13 is longer than a preset distance, or monitors the communication state of the communication unit 12. It is possible to determine that the movement is impossible when the communication monitoring unit 181 detects a decrease in the communication state during the movement according to the work command generated by the work command generation unit 13. ing.
A feature of the present embodiment is that a moving area determination unit that determines the communication possibility at the time of movement based on a preset distance and communication state is provided.
また、図２は本発明の第１実施例を示す作業用移動ロボットの模式図である。図において、２０は移動ロボット本体であり、２０１は移動ロボット本体２０に装置されて作業を行うマニピュレータであり、ここでは２本のマニピュレータ２０１を有している。２０２は移動ロボット本体２０に取り付けられた車輪であり、回転角度を検出するエンコーダを備えている。また、２１１は人間が発声した音声を取得するマイクであり、２１２は力を検出する力センサである。２２はデータを送受信する通信部であり、２３は人間が理解できる情報を静止画像、動画像、光の点灯、点滅あるいは文字で表示したり、様々な合成音声あるいは電子音によって情報を呈示するディスプレイおよびスピーカである。２４１は周囲の物体との距離を測定するレーザセンサであり、レーザを走査することによって広範囲の物体を検出することができる。２４２は超音波センサであり、ロボットの周囲に配置することで移動時の障害物を検出可能にしている。
FIG. 2 is a schematic diagram of a working mobile robot according to the first embodiment of the present invention. In the figure,
次に作業用移動ロボットの動作を、図３および図４を用いて説明する。図３は、作業用移動ロボットの動作を示すフローチャートであり。図４は、図３のフローチャートによる作業用移動ロボットの動作の説明図である。先ず初めに図４に示すように、ロボットRobot01は移動開始位置に配置しており、同じ場所には更に監視サーバとロボットRobot01と同等の機能を有した中継ロボットRobot02が配置されている。 Next, the operation of the working mobile robot will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the working mobile robot. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the working mobile robot according to the flowchart of FIG. First, as shown in FIG. 4, the robot Robot01 is arranged at the movement start position, and a relay robot Robot02 having functions equivalent to those of the monitoring server and the robot Robot01 is further arranged at the same place.
Robot01は、図３のStep301にて人間から音声で作業指示が与えられると作業場所である目標位置を音声コマンドと位置座標データを記憶した位置データ記憶部から検索する (Step302) 。また、Step303の自己位置を取得する場合、Robot01は現在の位置をロボットの車輪の回転角度から計算によって求める。Step304では、ロボットの現在位置と命令による目標位置からロボットが移動可能かどうかを判断する。ここでは、ロボット間や監視サーバ間とのデータの送受信を無線LANを用いて行うと想定すると、移動可能かどうかの判断基準に無線LANの通信可能距離を設定する。但し、単に無線LANの通信可能領域の最大値を設定するだけでは通信不能となる可能性が高くなるため、ここでは、通信可能距離に0.8を乗じた設定距離Laを判断基準距離に設定する。 Robot01 retrieves the target position, which is the work place, from the position data storage unit that stores the voice command and the position coordinate data when a work instruction is given by voice in Step 301 of FIG. 3 (Step 302). Further, when acquiring the self position of Step 303, Robot01 obtains the current position by calculation from the rotation angle of the wheel of the robot. In Step 304, it is determined whether or not the robot can move from the current position of the robot and the target position based on the command. Here, assuming that data transmission / reception between robots and monitoring servers is performed using a wireless LAN, a communicable distance of the wireless LAN is set as a criterion for determining whether or not movement is possible. However, simply setting the maximum value of the wireless LAN communicable area increases the possibility that communication is impossible. Here, a set distance La obtained by multiplying the communicable distance by 0.8 is set as the determination reference distance.
図４に示すように、移動目標位置が設定距離よりも遠い場合は、Step305に示すようにRobot01は中継ロボットRobot02の配置を通信部を通して依頼する。依頼データを受信した中継ロボットRobot02は直ちに移動開始位置(監視サーバの位置)とロボットRobot01の移動目標位置との中点に移動する。Step306にて中継ロボットRobot02の配置が完了した場合、作業を行うロボットRobot01は移動目標位置へ移動を開始し(Step308)、中継ロボットRobot02の配置が完了しない場合は、Step307にて配置完了を待つ。 As shown in FIG. 4, when the movement target position is farther than the set distance, Robot01 requests the placement of the relay robot Robot02 through the communication unit as shown in Step 305. The relay robot Robot02 that has received the request data immediately moves to the midpoint between the movement start position (the position of the monitoring server) and the movement target position of the robot Robot01. When the placement of the relay robot Robot02 is completed in Step 306, the robot Robot01 that performs the work starts to move to the movement target position (Step 308).
更に、Step309では、ロボットRobot01が移動目標位置へ移動する際に、周囲に障害物がある場合、ロボットRobot01に内蔵した外界センサにて検出し、作業指令生成部が生成した移動経路を補正(Step310)することで障害物を回避する。また、移動の途中で外界センサを利用して周囲の形状情報を収集することができるため、予めランドマークとして登録しておいた特徴点と一致した場合(Step311)、ランドマークの位置情報に自己位置を修正(Step312)することもできる。Step313にて目標位置へ到達した場合は移動を終了し、指示された作業を開始する。 Further, in Step 309, when the robot Robot01 moves to the movement target position, if there is an obstacle around it, it is detected by an external sensor built in the robot Robot01, and the movement path generated by the work command generation unit is corrected (Step310 ) To avoid obstacles. In addition, since the surrounding shape information can be collected using the external sensor in the middle of movement, if it matches the feature point registered in advance as a landmark (Step 311), the position information of the landmark The position can also be corrected (Step 312). If the target position is reached in Step 313, the movement is terminated and the instructed work is started.
ここでは、ロボットRobot01は中継用ロボットRobot02が中継位置へ配置した後に、移動を開始しているが、中継用ロボットRobot02が移動を開始すると同時にロボットRobot01も移動を開始しても良い。また、中継ロボットRobot02は中継位置へ移動後、アクチュエータに供給する電力を遮断し、バッテリの消耗を抑えることもできる。なお、ここでは、２台のロボットを用いて説明したが、３台以上のロボットを用いることで、作業を行うロボットはより遠くで作業することができるようになる。 Here, the robot Robot01 starts moving after the relay robot Robot02 is placed at the relay position. However, the robot Robot01 may start moving at the same time as the relay robot Robot02 starts moving. In addition, after the relay robot Robot02 moves to the relay position, it can cut off the power supplied to the actuator and suppress battery consumption. Note that although two robots have been described here, using three or more robots enables a robot that performs work to work farther.
本発明の第２実施例を図５および図６を用いて説明する。図５は本発明の第２実施例を示す移動ロボットの動作のフローチャートであり、図６は、図５のフローチャートによる移動ロボットの動作の説明図である。先ず初めに、図６に示すようにロボットRobot01は移動開始位置に配置しており、同じ場所には、監視サーバとRobot01と同等の機能を有した中継用ロボットRobot02が配置されている。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart of the operation of the mobile robot according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the mobile robot according to the flowchart of FIG. First, as shown in FIG. 6, the robot Robot01 is arranged at the movement start position, and the relay robot Robot02 having the same function as the monitoring server and Robot01 is arranged at the same place.
ロボットRobot01は、図５のStep501にて人間から音声で作業指示が与えられると作業場所である目標位置を音声コマンドと位置座標データを記憶した位置データ記憶部から検索する (Step502) 。また、Step503の自己位置を取得する場合、ロボットRobot01は現在の位置をロボットの車輪の回転角度から計算によって求める。Step504では、通信が確立されているかどうかを確認する。ここでは、ロボット間や監視サーバ間とのデータの送受信に無線LANを用いることを想定しているので、Step504の通信状態は無線LANの通信速度が最大通信速度の30%以上確保できる場合に通信状態が正常であると判断する。このStep504にて通信状態が低下した場合、Step505にて中継用ロボットRobot02の配置を通信部を通して依頼する。中継用ロボットRobot02は、移動開始位置から移動を開始し、ロボットRobot01の現在位置へと向かって移動する。中継用ロボットRobot02は中継器を有しているため中継用ロボットRobot02がロボットRobot01に近づくにしたがって、ロボットRobot01の通信状態は改善される。ロボットRobot01は通信速度が最大通信速度の50%を越えると中継用ロボットRobot02に停止命令を発行するとともに、目標位置への移動を再開する(Step506)。ロボットRobot01は、目標位置へ移動する際に周囲に障害物がある場合(Step507)、ロボットRobot01に内蔵した外界センサにて検出し、作業指令生成部が生成した移動経路を補正(Step508)することで障害物を回避する。また、移動の途中で外界センサを利用して周囲の形状情報を収集することができるため、予めランドマークとして登録しておいた特徴点と一致した場合(Step509)、ランドマークの位置情報に自己位置を修正(Step510)することもできる。Step511にて目標位置へ到達した場合は移動を終了し、指示された作業を開始する。 The robot Robot01 retrieves the target position, which is the work place, from the position data storage unit storing the voice command and the position coordinate data when a work instruction is given by voice in Step 501 of FIG. 5 (Step 502). When acquiring the self position of Step 503, the robot Robot01 obtains the current position by calculation from the rotation angle of the robot wheel. In Step 504, it is confirmed whether communication is established. Here, since it is assumed that a wireless LAN is used to send and receive data between robots and between monitoring servers, the communication status of Step 504 is communicated when the wireless LAN communication speed can secure 30% or more of the maximum communication speed. Judge that the condition is normal. When the communication state is lowered in Step 504, the placement of the relay robot Robot02 is requested through the communication unit in Step 505. The relay robot Robot02 starts moving from the movement start position and moves toward the current position of the robot Robot01. Since the relay robot Robot02 has a repeater, the communication state of the robot Robot01 is improved as the relay robot Robot02 approaches the robot Robot01. When the communication speed exceeds 50% of the maximum communication speed, the robot Robot01 issues a stop command to the relay robot Robot02 and resumes movement to the target position (Step 506). When the robot Robot01 moves to the target position and there are obstacles around it (Step 507), the robot Robot01 detects it with the external sensor built in the robot Robot01 and corrects the movement path generated by the work command generator (Step508) To avoid obstacles. In addition, since the surrounding shape information can be collected using the external sensor in the middle of movement, if it matches the feature point registered in advance as a landmark (Step 509), the landmark position information The position can be corrected (Step 510). If the target position is reached in Step 511, the movement is terminated and the instructed work is started.
ここでは、ロボットRobot01は中継用ロボットRobot02が中継位置へ配置した後に、移動を開始しているが、中継用ロボットRobot02が移動を開始すると同時にロボットRobot01も移動を開始しても良い。また、中継用ロボットRobot02は中継位置へ移動後、アクチュエータに供給する電力を遮断し、バッテリの消耗を抑えることもできる。なお、ここでは、２台のロボットを用いて説明したが、３台以上のロボットを用いることで、作業を行うロボットはより遠くで作業することができるようになる。 Here, the robot Robot01 starts moving after the relay robot Robot02 is placed at the relay position. However, the robot Robot01 may start moving at the same time as the relay robot Robot02 starts moving. In addition, after the relay robot Robot02 moves to the relay position, the power supplied to the actuator can be cut off to reduce battery consumption. In addition, although demonstrated using two robots here, the robot which performs work can work | work farther by using three or more robots.
図７は本発明の第３実施例を示す作業用移動ロボットの動作説明図である。図７に示すように、本実施例には、人間の命令を受け付けるロボットRobot01と、移動目標位置へ移動し作業を実行する第２のRobot02と、第２のロボットRobot02の通信状態が低下した場合に通信の中継を行う中継用ロボットRobot03が登場する。ロボットRobot01は、人間からの音声、ボタン入力機能を実行し、アクチュエータへの電力供給を停止しておく。ロボットRobot01に人間からの移動命令を入力されると、ロボットRobot01は直ちに入力された移動命令を第２のロボットRobot02へ通信部を介して送信し、第２のロボットRobot02は移動を開始する。第２のロボットRobot02は第２実施例と同様に通信速度が低下した場合、中継用ロボットRobot03の配置を通信部を通じて依頼する。中継用ロボットRobot03は、移動開始位置から第２のロボットRobot02の現在位置へと向かって移動する。中継用ロボットRobot03は中継器を有しているため中継用ロボットRobot03が第２のロボットRobot02に近づくにしたがって第２のロボットRobot02の通信状態は改善される。第２のロボットRobot02の通信が回復すると、中継用ロボットRobot03に停止命令を発行するとともに、目標位置への移動を再開する。なお、ロボットが移動する際には、前述の第１及び第２実施例と同様に障害物回避や自己位置修正を行いながら移動するようになってる。 FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the working mobile robot according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, in this embodiment, the robot Robot01 that accepts a human command, the second Robot02 that moves to the movement target position and executes the work, and the communication state of the second robot Robot02 decreases. Robot03, a relay robot that relays communications, appears. The robot Robot01 executes a voice and button input function from a human and stops supplying power to the actuator. When a movement command from a human is input to the robot Robot01, the robot Robot01 immediately transmits the input movement command to the second robot Robot02 via the communication unit, and the second robot Robot02 starts moving. When the communication speed decreases as in the second embodiment, the second robot Robot02 requests the placement of the relay robot Robot03 through the communication unit. The relay robot Robot03 moves from the movement start position toward the current position of the second robot Robot02. Since the relay robot Robot03 has a repeater, the communication state of the second robot Robot02 is improved as the relay robot Robot03 approaches the second robot Robot02. When the communication of the second robot Robot02 is restored, a stop command is issued to the relay robot Robot03 and the movement to the target position is resumed. When the robot moves, it moves while performing obstacle avoidance and self-position correction, as in the first and second embodiments described above.
以上、説明したように本発明によれば、複数のロボットが同じ作業空間でそれぞれの役割を分担できるような構成をしているので、作業対象が通信可能範囲を越えた場所にあっても複数のロボットが自律的に移動することで通信を中継し、作業命令を受けたロボットは作業を実行することができる。また、複数のロボットはそれぞれ同等の機能を有しているため、１台のロボットがバッテリ切れや故障などの原因で命令を実行できない場合でも、他のロボットを代用することができるため、全体システムの堅固性が向上する。 As described above, according to the present invention, a plurality of robots are configured so as to be able to share their roles in the same work space. When the robot moves autonomously, the communication is relayed, and the robot that receives the work command can execute the work. In addition, since multiple robots have the same functions, even if one robot cannot execute instructions due to battery exhaustion or failure, the other system can be substituted. The firmness of the is improved.
本発明は、２つ以上の自由度を有した移動体が自律的に空間を自在に移動する作業用移動ロボットとして有用である。 The present invention is useful as a mobile robot for work in which a moving body having two or more degrees of freedom autonomously moves freely in space.
２０ 移動ロボット本体、２０１ マニピュレータ、２０２ 車輪、２１１ マイク、
２１２ 力センサ、２２ 通信部、２３ ディスプレイ／スピーカ、２４１ 測距用レーザセンサ、２４２ 超音波センサ、
20 Mobile robot body, 201 Manipulator, 202 Wheel, 211 Microphone,
212 force sensor, 22 communication unit, 23 display / speaker, 241 laser sensor for distance measurement, 242 ultrasonic sensor,
Claims (19)
人間からの命令を入力する命令入力部と、データを送受信する通信部と、前記命令入力部からの命令または前記通信部が受信したデータのうち少なくとも一つの情報に基づき作業指令を生成する作業指令生成部と、前記作業指令生成部によって生成した作業指令に基づき人間が理解できる情報を呈示する情報呈示部と、各自由度を動作させるアクチュエータと、前記作業指令生成部によって生成した作業指令に基づき前記アクチュエータを駆動する駆動制御部と、自己の現在位置を取得する自己位置取得部と、移動可能な領域を判断する移動領域判断部を備え、前記作業指令生成部が生成した作業指令に対して前記移動領域判断部が移動不可能であると判断した場合、移動開始位置と移動目標位置との間に他の移動ロボットを少なくとも一つ配置する命令を前記通信部から送信することを特徴とする作業用移動ロボット。 A working mobile robot that can move freely in space and perform work,
A command input unit that inputs a command from a human, a communication unit that transmits and receives data, and a work command that generates a work command based on at least one information of a command from the command input unit or data received by the communication unit Based on the work command generated by the generation unit, the information presentation unit that presents information understandable by humans based on the work command generated by the work command generation unit, the actuator that operates each degree of freedom, and the work command generated by the work command generation unit A drive control unit that drives the actuator, a self-position acquisition unit that acquires a current position of the self, and a movement region determination unit that determines a movable region, and for a work command generated by the work command generation unit When the movement area determination unit determines that the movement is impossible, at least one other mobile robot is placed between the movement start position and the movement target position. Working mobile robot and transmits an instruction to location from the communication unit.
Another mobile robot that has received the data to be arranged between the movement start position and the movement target position stops the power supply to the drive control unit that drives the actuator after moving to the target position. The working mobile robot according to claim 1 to 18.
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