DE112020001340T5

DE112020001340T5 - Mobiler Roboter, Steuerungssystem für einen mobilen Roboter und Verfahren zur Steuerung eines mobilen Roboters

Info

Publication number: DE112020001340T5
Application number: DE112020001340.5T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Kitano; Takashi Naito
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2021-12-30
Also published as: JP7460328B2; WO2020189102A1; JP2020154733A; US20220171393A1; JP2024038486A; US20230418295A1; US11797012B2; CN113424125A; TW202105109A

Abstract

Ein mobiler Roboter 30 umfasst: eine Antriebseinheit 31, die eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Fahrtrichtung ändert; eine Erfassungseinheit 24, 25, die eine Vielzahl von Erfassungszielobjekten 11 erfasst, die entlang einer Bewegungsroute zu einem Zielpunkt angeordnet sind; und eine Steuereinheit 27, die einen Abstand Z und eine Richtung zu dem von der Erfassungseinheit erfassten Erfassungszielobjekt erfasst, eine Fahrtrichtung berechnet, in der der Abstand und die Richtung zu dem Erfassungszielobjekt eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, und die Antriebseinheit auf der Grundlage der berechneten Fahrtrichtung antreibt und steuert. Die Steuereinheit 27 berechnet einen Abstand x in einer Richtung orthogonal zur Bewegungsroute zwischen dem Erfassungszielobjekt, das entlang einer Begrenzung 40 angeordnet ist, und einer aktuellen Position des mobilen Roboters auf der Basis des Abstands und der Richtung zu dem Erfassungszielobjekt, das von der Erfassungseinheit erfasst wird, berechnet eine Differenz δx zwischen dem Abstand x und einem bestimmten Abstand Xref und führt eine Antriebssteuerung für die Antriebseinheit aus, um zu bewirken, dass die Differenz δx 0 (Null) ist. Auf diese Weise ist es möglich, den mobilen Roboter schnell zu einer gewünschten Route auf einem Weg zu führen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mobilen Roboter, ein Steuerungssystem für einen mobilen Roboter und ein Verfahren zur Steuerung eines mobilen Roboters.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Konventionell wurde ein Sender, wie z.B. eine Bake, verwendet, um einen mobilen Roboter zu führen, der sich autonom bewegt. Zum Beispiel bewegt sich ein Reinigungsroboter als mobiler Roboter in Richtung einer Ladestation und erhält elektrische Energie von der Ladestation auf der Grundlage eines Signals, das von einer in der Ladestation vorgesehenen Bake ausgesendet wird.
Der Einsatzbereich solcher mobilen Roboter hat sich in den letzten Jahren erweitert. So sind beispielsweise fahrerlose Transportfahrzeuge, die in Fabriken und Logistiklagern eingesetzt werden, und Serviceroboter in öffentlichen Einrichtungen wie Anlagen, Hallen und Flughäfen Anwendungsbeispiele für mobile Roboter. In der nachfolgenden Beschreibung der Technologie in der Patentliteratur 1 wird beispielsweise ein System offenbart, bei dem ein fahrerloses Fahrzeug eine relative Position in Bezug auf eine Vielzahl von in einer Fahrumgebung installierten Positionierungsvorrichtungen erkennt und sich autonom fortbewegt.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: offengelegtes Japanisches Patent No. 2005-018248
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
Bei dieser Technologie wird die Fahrspur jedoch durch Berechnung der relativen Positionen in Bezug auf die Positionierungsvorrichtungen bestimmt. Wenn sich die Position des fahrerlosen Fahrzeugs aufgrund von Einflüssen verschiebt, besteht die Möglichkeit, dass das fahrerlose Fahrzeug auf einer anderen Spur als der gewünschten Fahrspur fährt. Damit das fahrerlose Fahrzeug auf der gewünschten Fahrspur fahren kann, müssen auch in diesem Fall alle relativen Positionen der gewünschten Fahrspur in Bezug auf die Positionierungsvorrichtungen gespeichert werden, was die Speicherkapazität erhöhen und den Arbeitsaufwand für die Einstellung der gewünschten Fahrspur steigern kann.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf verschiedene Probleme in der oben erwähnten konventionellen Technologie gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerungssystem für einen mobilen Roboter, ein Steuerungsverfahren für einen mobilen Roboter und einen dafür verwendeten mobilen Roboter bereitzustellen, der keinen Speicher mit großer Kapazität zum Speichern einer Fahrspur und keine Arbeitsstunden zum Einstellen der Fahrspur benötigt, wenn der mobile Roboter veranlasst wird, autonom zu fahren.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Ein mobiler Roboter im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein mobiler Roboter mit einer Antriebseinheit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Fahrtrichtung ändert; einer Erfassungseinheit, die eine Vielzahl von Erfassungszielobjekten erfasst, die entlang einer Bewegungsroute zu einem Zielpunkt angeordnet sind; und einer Steuereinheit, die einen Abstand und eine Richtung zu dem von der Erfassungseinheit erfassten Erfassungszielobjekt erfasst, eine Fahrtrichtung berechnet, in der der Abstand und die Richtung zu dem Erfassungszielobjekt eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, und die Antriebseinheit auf der Grundlage der berechneten Fahrtrichtung antreibt und steuert, wobei der mobile Roboter unter einer Einstellungsumgebung verwendet wird, in der eine Begrenzung in der Bewegungsroute zumindest auf einer linken oder rechten Seite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des mobilen Roboters gesetzt ist, die Mehrzahl von Erfassungszielobjekten entlang der die Bewegungsroute bildenden Begrenzung angeordnet sind und eine Zielroute an einer Position um einen bestimmten Abstand von der Begrenzung entfernt gesetzt ist, um zu bewirken, dass sich der mobile Roboter bewegt, während er den bestimmten Abstand von der Begrenzung beibehält, und die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Abstand in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsroute zwischen dem Erfassungszielobjekt, das entlang der Begrenzung angeordnet ist, und einer aktuellen Position des mobilen Roboters auf der Grundlage des Abstands und der Richtung zu dem Erfassungszielobjekt berechnet, das von der Erfassungseinheit zumindest dann erfasst wird, wenn der mobile Roboter versucht, eine Bewegung entlang der Zielroute in Richtung des Zielpunkts zu beginnen, eine Differenz zwischen dem Abstand und dem bestimmten Abstand berechnet und eine Antriebssteuerung für die Antriebseinheit ausführt, um zu bewirken, dass die Differenz 0 (Null) ist.
Ein Steuerungssystem für einen mobilen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein mobiles Robotersteuerungssystem, das Folgendes umfasst: eine Antriebseinheit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Fahrtrichtung eines mobilen Roboters ändert; eine Erfassungseinheit, die eine Vielzahl von Erfassungszielobjekten erfasst, die entlang einer Bewegungsroute zu einem Zielpunkt angeordnet sind; und eine Steuereinheit, die einen Abstand und eine Richtung zu dem von der Erfassungseinheit erfassten Erfassungszielobjekt erfasst, eine Fahrtrichtung berechnet, in der der Abstand und die Richtung zu dem Erfassungszielobjekt eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, und die Antriebseinheit auf der Grundlage der berechneten Fahrtrichtung antreibt und steuert, eine Begrenzung in der Bewegungsroute zumindest auf einer linken oder rechten Seite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des mobilen Roboters gesetzt ist, die Mehrzahl von Erfassungszielobjekten entlang der die Bewegungsroute bildenden Begrenzung angeordnet ist, und eine Zielroute an eine Position gesetzt ist, die um einen bestimmten Abstand von der Begrenzung entfernt ist, um den mobilen Roboter zu veranlassen, sich zu bewegen, während er den bestimmten Abstand von der Begrenzung beibehält, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Abstand in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsroute zwischen dem Erfassungszielobjekt, das entlang der Begrenzung angeordnet ist, und einer aktuellen Position des mobilen Roboters auf der Grundlage des Abstands und der Richtung zu dem Erfassungszielobjekt berechnet, das von der Erfassungseinheit zumindest dann erfasst wird, wenn der mobile Roboter versucht, eine Bewegung entlang der Zielroute in Richtung des Zielpunkts zu beginnen, eine Differenz zwischen dem Abstand und dem bestimmten Abstand berechnet und eine Antriebssteuerung für die Antriebseinheit ausführt, um zu bewirken, dass die Differenz 0 (Null) ist.
Ein Verfahren zur Steuerung eines mobilen Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines mobilen Roboters in einem mobilen Roboter enthaltend: eine Antriebseinheit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Fahrtrichtung des mobilen Roboters ändert; eine Erfassungseinheit, die eine Vielzahl von Erfassungszielobjekten erfasst, die entlang einer Bewegungsroute zu einem Zielpunkt angeordnet sind; und eine Steuereinheit, die einen Abstand und eine Richtung zu dem von der Erfassungseinheit erfassten Erfassungszielobjekt erfasst, eine Fahrtrichtung berechnet, in der der Abstand und die Richtung zu dem Erfassungszielobjekt eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, und die Antriebseinheit auf der Grundlage der berechneten Fahrtrichtung antreibt und steuert, eine Begrenzung in der Bewegungsroute zumindest auf einer linken oder rechten Seite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des mobilen Roboters gesetzt wird, die Mehrzahl von Erfassungszielobjekten entlang der die Bewegungsroute bildenden Begrenzung angeordnet ist, und eine Zielroute an einer Position gesetzt wird, die um einen bestimmten Abstand von der Begrenzung entfernt ist, um den mobilen Roboter zu veranlassen, sich zu bewegen, während er den bestimmten Abstand von der Begrenzung beibehält, wobei das Verfahren die folgenden Prozesse umfasst: Erfassen des Abstands und der Richtung zu dem von der Erfassungseinheit erfassten Erfassungszielobjekts; Berechnen der Fahrtrichtung, in der der Abstand und die Richtung zu dem Erfassungszielobjekt eine vorbestimmte Beziehung erfüllen; und Antreiben und Steuern der Antriebseinheit auf der Grundlage der berechneten Fahrtrichtung, wobei die Steuereinheit einen Prozess des Berechnens eines Abstands in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsroute zwischen dem Erfassungszielobjekt, das entlang der Begrenzung angeordnet ist, und einer aktuellen Position des mobilen Roboters auf der Grundlage des Abstands und der Richtung zu dem Erfassungszielobjekt, die durch die Erfassungseinheit erfasst werden, zumindest dann, wenn der mobile Roboter versucht, eine Bewegung entlang der Zielroute in Richtung des Zielpunkts zu beginnen, einen Prozess des Berechnens einer Differenz zwischen dem Abstand und dem bestimmten Abstand und einen Prozess des Ausführens einer Antriebssteuerung für die Antriebseinheit ausführt, um zu bewirken, dass die Differenz 0 (Null) ist.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Steuerungssystem für einen mobilen Roboter, ein Steuerungsverfahren für einen mobilen Roboter und einen mobilen Roboter, der dafür verwendet wird, bereitzustellen, das keinen Speicher mit großer Kapazität zum Speichern einer Fahrspur und keine Arbeitsstunden zum Einstellen der Fahrspur benötigt, wenn der mobile Roboter veranlasst wird, sich autonom zu bewegen, und das den mobilen Roboter schnell zu einer gewünschten Route in einem Pfad führen kann.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Diagramm, das ein grundlegendes Bewegungsbeispiel eines mobilen Roboters gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
[2] 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines mobilen Roboters gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
[3] 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
[4] 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine in einer Bewegungsroutenspeichereinheit gespeicherte Tabelle gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
[5] 5 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Konfigurationsbeispiels im Zusammenhang mit der Steuerung auf der Grundlage von Bakeninformationen in einer Antriebssteuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform.
[6] 6 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des mobilen Roboters gemäß der ersten Ausführungsform.
[7] 7 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des mobilen Roboters gemäß der ersten Ausführungsform und ist ein Flussdiagramm, das den Inhalt der Steuerungsverarbeitung durch die Steuereinheit veranschaulicht.
[8] 8 ist ein Diagramm, das ein grundlegendes Bewegungsbeispiel eines mobilen Roboters gemäß einer zweiten Ausführungsform illustriert.
[9] 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des mobilen Roboters gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
[10] 10 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für eine Steuereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
[11] 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer in einer Bewegungsroutenspeichereinheit gespeicherten Tabelle gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert.
[12] 12 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Konfigurationsbeispiels im Zusammenhang mit der Steuerung auf der Grundlage von Bakeninformationen in einer Antriebssteuereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform.
[13] 13 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Vorgangs, wenn der mobile Roboter gemäß der zweiten Ausführungsform einen Anfangsbetrieb ausführt.
[14] 14 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Vorgangs, wenn der mobile Roboter gemäß der zweiten Ausführungsform einen Anfangsbetrieb ausführt, und ist ein Flussdiagramm, das den Inhalt der Steuerungsverarbeitung durch die Steuereinheit illustriert.
[15] 15 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Vorgangs, wenn der mobile Roboter gemäß der zweiten Ausführungsform einen Normalbetrieb ausführt.
[16] ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsbeispiels, wenn der mobile Roboter gemäß der zweiten Ausführungsform einen normalen Betrieb ausführt, wenn die Bake nicht an einer Grenze angeordnet werden konnte.
[17] 17 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs, wenn der mobile Roboter gemäß der zweiten Ausführungsform einen Normalbetrieb ausführt, und ist ein Flussdiagramm, das den Inhalt der Steuerungsverarbeitung durch die Steuereinheit veranschaulicht.
[18] 18 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Anordnungsbeispiels von Baken und des Zustands einer Zielroute, wenn eine Kreuzung in einem Pfad vorhanden ist, in dem sich ein mobiler Roboter bewegt.
[19] 19 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Systemkonfiguration einer Bildverarbeitungsvorrichtung für den mobilen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
[20] 20 zeigt ein binarisiertes Bild, das durch Binarisierung der Bilddaten einer Markierung erhalten wird, die von der Bildverarbeitungsvorrichtung, die für den mobilen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, abgebildet wird, und ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Abtastverfahrens zum Abtasten des binarisierten Bildes, um ID-Informationen zu erhalten, die in der Markierung festgelegt sind.

MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die folgenden Ausführungsformen die Erfindungen gemäß den Ansprüchen nicht einschränken, und alle Kombinationen der in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale sind nicht notwendigerweise wesentlich für die Lösungsmittel der Erfindung.
[Erste Ausführungsform]
Zunächst wird eine erste Ausführungsform, die die Grundausführung eines mobilen Robotersteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform handelt es sich um eine Ausführungsform, bei der ein mobiler Roboter 30 auf der Grundlage des Abstands Z zu einer von dem mobilen Roboter 30 erfassten Bake 11-1 und einer auf der Grundlage dieses Abstands Z berechneten Bakendvorbeifahrtsentfernung x arbeitet.
1 ist ein Diagramm, das ein grundlegendes Bewegungsbeispiel des mobilen Roboters 30 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Der mobile Roboter 30 erkennt eine Bake 11 (11-1, 11-2) als Erfassungszielobjekt, das entlang einer Begrenzung 40 (40-1, 40-2) angeordnet ist, die einen Weg definiert, und bewegt sich in Richtung eines Zielpunktes, während er einen bestimmten Abstand Xref von der Begrenzung 40 auf der Grundlage der Position der erkannten Bake 11 einhält. Der Bake 11 als Sender wird eine Baken-I D zugewiesen, die jede der Baken 11 eindeutig identifiziert. Die Bake 11 sendet z. B. ein Infrarotsignal, das ein Signal mit einer Baken-ID enthält und durch eine periodische Änderung des Infrarotsignals dargestellt wird. Die Begrenzung 40, die den Weg definiert, ist z. B. eine Wand, eine Trennwand, eine weiße Linie oder ähnliches.
In dem in 1 dargestellten Bewegungsbeispiel bewegt sich der mobile Roboter 30 unter Einhaltung eines bestimmten Abstands Xref von der linken Begrenzung 40-1 in Bezug auf die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30. Der mobile Roboter 30 erfasst den Abstand Z zu der erkannten Bake 11-1, um den bestimmten Abstand Xref von der Begrenzung 40-1 einzuhalten, und berechnet die Bakendvorbeifahrtsentfernung x auf der Grundlage dieses Abstands Z. Auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses berechnet der mobile Roboter 30 δx, das die Differenz zwischen dem bestimmten Abstand Xref und der Bakendvorbeifahrtsentfernung x ist, und bewegt sich so, dass die Differenz x 0 (Null) ist. Der Verfahrvorgang zur Einstellung der Differenz x auf 0 (Null) wird auf der Grundlage einer Rückkopplungsregelung, z. B. einer PID-Regelung, festgelegt. Wenn der Abstand Z zur Bake 11-1 kleiner wird als ein vorgegebener Schaltschwellenwert, schaltet der mobile Roboter 30 das Ziel auf die Bake 11-2 um und fährt los. Der Bereich, in dem der Abstand zum mobilen Roboter 30 kleiner als der Schaltschwellenwert ist, wird als Schaltbereich bezeichnet.
Als nächstes wird ein spezifisches Konfigurationsbeispiel des mobilen Roboters 30 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des mobilen Roboters 30 gemäß der ersten Ausführungsform illustriert. Der mobile Roboter 30 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Antriebseinheit 31, eine Bakenerfassungseinheit 22 und eine Steuereinheit 27.
Die Antriebseinheit 31 umfasst Antriebsräder 32 und 33, Motoren 34 und 35 und eine Motorsteuereinheit 36. Das Antriebsrad 32 befindet sich auf der in Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 linken Seite. Das Antriebsrad 33 befindet sich auf der rechten Seite, bezogen auf die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30. Der Motor 34 dreht das Antriebsrad 32 entsprechend der Steuerung durch die Motorsteuereinheit 36. Der Motor 35 dreht das Antriebsrad 33 entsprechend der Steuerung durch die Motorsteuereinheit 36. Die Motorsteuereinheit 36 versorgt die Motoren 34 und 35 mit elektrischer Energie auf der Grundlage von Winkelgeschwindigkeits-Sollwerten für die Motoren 34 und 35, die von der Steuereinheit 27 eingegeben werden.
Der mobile Roboter 30 bewegt sich vorwärts oder rückwärts, wenn sich die Motoren 34 und 35 mit Winkelgeschwindigkeiten drehen, die der von der Motorsteuereinheit 36 gelieferten elektrischen Leistung entsprechen. Darüber hinaus wird die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 geändert, indem eine Differenz in den Winkelgeschwindigkeiten der Motoren 34 und 35 erzeugt wird. Beispielsweise bewegt sich der mobile Roboter 30 nach rechts, wenn die Winkelgeschwindigkeit des linken Antriebsrads 32 größer ist als die Winkelgeschwindigkeit des rechten Antriebsrads 33, wenn sich der mobile Roboter 30 vorwärts bewegt. Außerdem dreht sich der mobile Roboter 30, ohne seine Position zu verändern, wenn sich die Antriebsräder 32 und 33 in entgegengesetzte Richtungen drehen. Der mobile Roboter 30 kann andere Räder als die Antriebsräder 32 und 33 haben, um die Haltung des mobilen Roboters 30 zu stabilisieren.
Die Bakenerfassungseinheit 22 umfasst Infrarotsensoren 24 und 25 als Erfassungseinheiten und eine Berechnungseinheit 26. Der Infrarotsensor 24 ist an der linken Seite der Vorderseite des mobilen Roboters 30 angebracht und erfasst ein Infrarotsignal, das von der Bake 11 gesendet wird, die sich an der Vorderseite des mobilen Roboters 30 befindet. Der Infrarotsensor 25 ist an der rechten Seite der vorderen Oberfläche des mobilen Roboters 30 angebracht und erfasst ein Infrarotsignal, das von der Bake 11 gesendet wird, die sich an der vorderen Oberflächenseite des mobilen Roboters 30 befindet. Die beiden linken und rechten Infrarotsensoren 24 und 25 sind am Gehäuse des mobilen Roboters 30 symmetrisch in Bezug auf eine gerade Linie in Frontrichtung angebracht, die durch die Mitte des mobilen Roboters 30 verläuft. Für die Infrarotsensoren 24 und 25 wird z. B. ein Bildsensor in Kombination mit einem Infrarotfilter verwendet. Die Bake 11 wird durch Erkennung einer Helligkeitsänderung der von den Infrarotsensoren 24 und 25 aufgenommenen Bilder erkannt.
Die Berechnungseinheit 26 berechnet den Abstand Z zwischen dem mobilen Roboter 30 und der Bake 11 auf der Grundlage der Differenz zwischen der Position der Zielbake 11 in dem von einem Infrarotsensor 24 erfassten Bild und der Position der Zielbake 11 in dem von dem anderen Infrarotsensor 25 erfassten Bild. Wenn die von den Infrarotsensoren 24 und 25 aufgenommenen Bilder Signale enthalten, die von mehreren Baken 11 gesendet werden, erfasst die Berechnungseinheit 26 die Baken-ID der Zielbake 11 und berechnet den Abstand Z zur Zielbake 11. Die Erfassung der Baken-ID erfolgt z. B. durch Erfassung einer periodischen Änderung des der Baken-ID entsprechenden Signals in zeitlich kontinuierlichen Bildern. Die Berechnungseinheit 26 gibt Bakeninformationen einschließlich der berechneten Entfernung Z und der Baken-ID an die Steuereinheit 27 aus. Der berechnete Abstand Z ist der Abstand von der Mitte des Liniensegments, das den Infrarotsensor 24 und den Infrarotsensor 25 verbindet. Wenn die Infrarotsensoren 24 und 25 so angebracht sind, dass das Liniensegment, das den Infrarotsensor 24 und den Infrarotsensor 25 verbindet, orthogonal zur Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 verläuft, kann die Berechnungslast der Berechnungseinheit 26 reduziert werden.
Die Steuereinheit 27 steuert die Antriebseinheit 31 auf der Grundlage der von der Bakenerfassungseinheit 22 erfassten Bakeninformationen. 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Steuereinheit 27 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Steuereinheit 27 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Bewegungsroutenspeichereinheit 27a, eine Bakenauswahleinheit 27b und eine Antriebssteuerungeinheit 27c. Die Bewegungsroutenspeichereinheit 27a speichert im Voraus eine Tabelle mit Attributinformationen über die Vielzahl von Baken 11, die entlang der Bewegungsroute des mobilen Roboters 30 angeordnet sind. Die Bakenauswahleinheit 27b gibt die Baken-ID der Zielbake 11 an die Bakendetektionseinheit 22 auf der Grundlage der in der Bewegungsroutenspeichereinheit 27a gespeicherten Tabelle aus. Die Bakenauswahleinheit 27b bestimmt auf der Grundlage der von der Bakenerfassungseinheit 22 eingegebenen Bakeninformationen, ob die Zielbake 11 geschaltet werden soll oder nicht. Beim Umschalten der Zielbake 11 wählt die Bakenauswahleinheit 27b die nächste Bake 11 der aktuellen Zielbake 11 aus der Tabelle aus.
Die Antriebssteuereinheit 27c liest die Attributinformationen und die Steuerinformationen aus der in der Bewegungsroutenspeichereinheit 27a gespeicherten Tabelle auf der Grundlage der von der Bakenerfassungseinheit t 22 ausgegebenen Bakeninformationen. Bei den Attributinformationen handelt es sich um Informationen über die Zielbake 11. Die Steuerungsinformationen sind Informationen, die die mit der Zielbake 11 verbundene Steuerung angeben. Die der Bake 11 zugeordnete Steuerung ist beispielsweise die Steuerung des Abbiegens in der Nähe der Bake 11, die eine Änderung der Fahrtrichtung anzeigt, die Steuerung des Anhaltens in der Nähe der Bake 11, die eine Halteposition anzeigt, und dergleichen. Das heißt, die Antriebssteuereinheit 27c treibt an und steuert die Antriebseinheit 31 auf der Grundlage der Bakeninformationen, der Attributinformationen und der Steuerinformationen.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die in der Bewegungsroutenspeichereinheit 27a gespeicherte Tabelle gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Tabelle enthält Spalten für Elemente wie „Baken-ID“, „Wegstreckenentfernung“, „Instalationsseite“, „Richtungsänderung“ und „letzte Bake“. Jede Zeile ist eine Attributinformation, die für jede Bake 11 gespeichert wird. Die Zeilen in der Tabelle sind in der Reihenfolge der Baken 11 angeordnet, die der mobile Roboter 30 bei seiner Bewegung entlang der Bewegungsroute passiert. Die Spalte „Baken-ID“ enthält die Baken-ID der Bake 11, die der Zeile entspricht. Die Spalte „Wegstreckenentfernung‟ enthält die Entfernungsinformation, die angibt, wie weit die Bake 11, die der Zeile entspricht, und die Bewegungsroute des mobilen Roboters 30 voneinander entfernt sind. Die Wegstreckenentfernung ist ein positiver Wert, der den Abstand zwischen der Zielbake 11 und der Bewegungsroute des mobilen Roboters 30 angibt. In dieser Ausführungsform gibt der Wegstreckenentfernung außerdem den Abstand von der Bake 11 zu dem Zielpunkt an, der sich in einer Richtung befindet, die im Wesentlichen orthogonal zur Bewegungsrichtung auf der Bewegungsroute des mobilen Roboters 30 ist.
Die Spalte „Installationsseite“ enthält Informationen, die angeben, ob die der Reihe entsprechende Bake 11 auf der rechten oder der linken Seite des mobilen Roboters 30 angeordnet ist, wenn sich der mobile Roboter 30 entlang der Bewegungsroute bewegt. Die Spalte „Richtungsänderung“ enthält Rotationsinformationen, die die Änderung der Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 angeben, wenn sich der mobile Roboter 30 der der Reihe entsprechenden Bake 11 um eine vorbestimmte Entfernung oder einen Schaltschwellenwert nähert. Wenn die Rotationsinformation 0 Grad beträgt, zeigt sie an, dass sich die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 nicht geändert hat. Wenn die Rotationsinformation einen anderen Wert als 0 Grad hat, wird die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 im oder gegen den Uhrzeigersinn um den durch die Rotationsinformation angegebenen Winkel geändert. Die Spalte „letzte Bake“ enthält Informationen darüber, ob die Bake 11, die der Zeile entspricht, eine Bake 11 in der Nähe des Zielpunkts auf der Bewegungsroute ist. In der in 4 dargestellten Tabelle ist beispielsweise die Bake 11 mit der Baken-ID „M“ als Bake in der Nähe des Zielpunkts dargestellt.
5 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Konfigurationsbeispiels in Bezug auf die Steuerung auf der Grundlage von Bakeninformationen in der Antriebssteuereinheit 27c gemäß der ersten Ausführungsform. Die Antriebssteuerungseinheit 27c umfasst eine Berechnungseinheit für die Vorbeifahrposition 27c₁ und eine Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ . Der Abstand Z zur Bake 11, der in den Bakeninformationen enthalten ist, wird in die Berechnungseinheit für die Vorbeifahrposition 27c₁ eingegeben. Die Berechnungseinheit für die Vorbeifahrposition 27c₁ berechnet die Entfernung x zur Bake 11 auf der Grundlage der Entfernung Z, wenn sich der mobile Roboter 30 in der aktuellen Fahrtrichtung bewegt und sich der Bake 11 am nächsten nähert. Die Position, an der sich der mobile Roboter 30 der Bake 11 am nächsten nähert, ist der Schnittpunkt einer Geraden, die orthogonal zu der sich bewegenden Geraden verläuft, die sich in Fahrtrichtung von der Position des mobilen Roboters 30 aus erstreckt und durch die Position der Bake 11 verläuft, und der sich bewegenden Geraden. Der Abstand x wird als (Z·sinθ) berechnet. Der Abstand x wird auch als Bakendvorbeifahrtsentfernung bezeichnet.
Ein Translationsgeschwindigkeits-Sollwert Vref, ein Winkelgeschwindigkeits-Sollwert ωref, die gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ωl' und cor' und eine Differenz δx werden in die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ eingegeben. Der Translationsgeschwindigkeits-Sollwert Vref ist ein Sollwert für die Translationsgeschwindigkeit des mobilen Roboters 30. Der Winkelgeschwindigkeits-Sollwert ωref ist die Winkelgeschwindigkeit, wenn die Fahrtrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn in Bezug auf die Fahrtrichtung geändert wird. Für den Winkelgeschwindigkeits-Sollwert ωref kann der Betrag der Änderung im Uhrzeigersinn als positiver Wert oder der Betrag der Änderung im Gegenuhrzeigersinn als positiver Wert eingestellt werden. Die gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ωl' und cor' sind die Winkelgeschwindigkeiten, die von den in den Motoren 34 bzw. 35 vorgesehenen Encodern gemessen werden. Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ kann die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte ωl und ωr zur Ausgabe an die Antriebseinheit 31 durch die Steuereinheit 27 berechnen, die eine PID-Regelung auf der Grundlage der Differenz δx ausführt, und kann den Betrieb der Antriebseinheit 31 steuern.
Als nächstes wird das Antriebssteuerungsverfahren des mobilen Roboters 30 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Hier ist 6 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des mobilen Roboters 30 gemäß der ersten Ausführungsform.
In der ersten Ausführungsform detektiert die Bakenerfassungseinheit 22 des mobilen Roboters 30 die an der Begrenzung 40-1 angeordnete Bake 11-1, wodurch der Abstand Z zwischen dem mobilen Roboter 30 und der Bake 11 ermittelt wird. Wie oben beschrieben, ist dieser Abstand Z ein von der Erfassungseinheit 26 berechneter Wert. In der Erfassungseinheit 27, an die der berechnete Wert des Abstands Z übermittelt wird, berechnet die Berechnungseinheit für die Vorbeifahrtposition 27c₁ aus dem Abstand Z die Bakendvorbeifahrtsentfernung x. Die Bakendvorbeifahrtsentfernung x ist ein Abstand in einer Richtung orthogonal zum Bewegungsweg zwischen der entlang der Begrenzung 40-1 angeordneten Bake 11-1 und der aktuellen Position des mobilen Roboters 30. Der mobile Roboter 30 kann die durch eine gestrichelte Linie angezeigte Zielroute L erfassen, indem er einen Passierpunkt Ppass in einem bestimmten Abstand Xref von der entlang der Bewegungsroute angeordneten Bake 11-1 erfasst. Der Passierpunkt Ppass wird auf der Grundlage der Informationen über die „Installationsseite“ in den Attributinformationen der Bake 11 bestimmt. In 6 ist ein Fall dargestellt, in dem die Bake 11 (11-1, 11-2) auf der linken Seite der Bewegungsroute angeordnet ist.
In dem in 6 dargestellten Beispiel, wenn der mobile Roboter 30 versucht, sich entlang der Zielroute L in Richtung des Zielpunktes zu bewegen, berechnet die Steuereinheit 27 die Differenz δx, die die Differenz zwischen der Bakendvorbeifahrtsentfernung x und der bestimmten Distanz Xref auf der Grundlage der Bakendvorbeifahrtsentfernung x ist, die von der Berechnungseinheit für die Vorbeifahrtposition 27c₁ aus der Distanz Z und der bestimmten Distanz Xref berechnet wird, die eine vorbestimmte Distanz von der Bake 11 ist, um die Zielroute L zu definieren. Die Information über die berechnete Differenz δx wird an die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ übertragen. Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ führt die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 so aus, dass die empfangene Differenz δx 0 (Null) ist. Zu diesem Zeitpunkt führt die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 aus, indem sie die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte ωl und ωr auf der Grundlage der PID-Regelung berechnet, so dass die Differenz δx 0 (Null) ist.
Die von der Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ berechneten Betriebsbefehlsinformationen basieren beispielsweise auf der PID-Regelung, die eine der Regelungsmethoden ist, die zur Rückkopplungsregelung gehören. Dabei ist die PID-Regelung ein Regelverfahren, das Proportionalbetrieb (P-Betrieb), Integralbetrieb (I-Betrieb) und Differenzialbetrieb (D-Betrieb) kombiniert und ein Regelverfahren ist, das einen Eingangswert auf der Basis von drei Elementen der Abweichung zwischen einem Ausgangswert und einem Zielwert, seinem Integral und seiner Differenzierung regelt. Da die Steuereinheit 27 (Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ ) die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 gemäß einer solchen PID-Regelung ausführt, so dass die Differenz δx 0 (Null) ist, arbeitet der mobile Roboter 30 immer so, dass er sich der Zielstrecke L schneller nähert, wenn er den Bewegungsvorgang ausführt. Ferner wird der mobile Roboter 30 durch die Wirkung des Differenzialbetriebs (D-Betrieb) der PID-Regelung in geeigneter Weise daran gehindert, sich zu weit von der Zielroute L, die das Bewegungsziel ist, zu entfernen (Überschwingen) oder zu vibrieren (Jagen). Daher ist es möglich, den mobilen Roboter 30 zu einem frühen Zeitpunkt zur Zielroute L zu bewegen, indem er einer Route folgt, die eine sanfte Krümmung aufweist.
Wenn sich der mobile Roboter 30 entlang der Bewegungsroute gemäß der oben beschriebenen Antriebssteuerungsmethode bewegt, nähert sich der mobile Roboter 30 schließlich der Umgebung der Bake 11 mit der Baken-ID „M“ nahe der Zielposition, und die Stoppsteuerung wird ausgeführt.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf 7 spezifische Verarbeitungsinhalte in einem Steuerungssystem des mobilen Roboters 30 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Hier ist 7 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des mobilen Roboters 30 gemäß der ersten Ausführungsform und ein Flussdiagramm, das den Inhalt der Steuerungsverarbeitung durch die Steuereinheit veranschaulicht.
Wenn die Bewegung des mobilen Roboters 30 gestartet wird, erfasst die Berechnungseinheit 26 zunächst die in der Bake 11 eingestellte ID-Information und überträgt diese an die Steuereinheit 27. Die ID-Information ist in der ersten Ausführungsform eine Baken-ID zur eindeutigen Identifizierung jeder Bake 11. Die Steuereinheit 27, die die Baken-ID empfangen hat, ermittelt, ob die im Ausgangszustand eingestellte Baken-ID erkannt werden kann (Schritt S101). Im Ausgangszustand wählt die Bakenauswahleinheit 27b die in der ersten Zeile der Tabelle gespeicherte Baken-ID als die Baken-I D der Zielbake 11 aus.
Wenn die Bake 11 nicht erkannt werden konnte (NEIN in Schritt S101), gibt die Steuereinheit 27 ein Fehlersignal aus, das anzeigt, dass die Bake 11 nicht erkannt werden konnte. Die Antriebssteuereinheit 27c veranlasst die Antriebseinheit 31, die Antriebsräder 32 und 33 in Reaktion auf das Fehlersignal anzuhalten (Schritt S121). Die Bakenauswahleinheit 27b gibt als Reaktion auf das Fehlersignal eine Fehlerinformation nach außen aus, die anzeigt, dass die Bake 11 nicht erkannt werden konnte (Schritt S122), und beendet den Bewegungssteuerungsprozess. Die Fehlerinformation wird über ein Ausgabegerät, z.B. einen Lautsprecher oder ein Display, ausgegeben, das in dem mobilen Roboter 30 vorgesehen ist.
Wenn die Bake 11 in Schritt S101 erkannt werden kann (JA in Schritt S101), erfassen die Bakenauswahleinheit 27b und die Antriebssteuereinheit 27c die Bakeninformationen von der Berechnungseinheit 26 der Bakenerfassungseinheit 22 (Schritt S102). Die Bakenauswahleinheit 27b bestimmt anhand der Tabelle, ob die durch die Bakeninformation angegebene Bake 11 die letzte Bake ist (Schritt S103).
In Schritt S103, wenn die Bake 11 die letzte Bake ist (JA in Schritt S103), bestimmt die Antriebssteuereinheit 27c, ob der durch die Bakeninformation angegebene Abstand Z zur Bake 11 innerhalb des Schaltbereichs liegt (Schritt S131). Wenn der Abstand Z zur Bake 11 innerhalb des Schaltbereichs liegt (JA im Schritt S131), veranlasst die Antriebssteuereinheit 27c die Antriebseinheit 31, die Antriebsräder 32 und 33 anzuhalten (Schritt S132), und beendet den Bewegungssteuerungsprozess.
Wenn in Schritt S131 der Abstand Z zur Bake 11 nicht innerhalb des Schaltbereichs liegt (NEIN in Schritt S131), veranlasst die Antriebssteuereinheit 27c, dass der Prozess mit Schritt S108 fortgesetzt wird.
In Schritt S103, wenn die Bake 11 nicht die letzte Bake ist (NEIN in Schritt S103), bestimmt die Antriebssteuereinheit 27c, ob der durch die Bakeninformation angegebene Abstand Z zur Bake 11 innerhalb des Schaltbereichs liegt (Schritt S104). Wenn der Abstand Z zur Bake 11 nicht innerhalb des Schaltbereichs liegt (NEIN in Schritt S104), veranlasst die Antriebssteuereinheit 27c, dass das Verfahren mit Schritt S108 fortgesetzt wird.
In Schritt S104, wenn der Abstand Z zur Bake 11 innerhalb des Schaltbereichs liegt (JA in Schritt S104), ermittelt die Antriebssteuereinheit 27c anhand der Tabelle, ob in den Attributinformationen der Bake 11 eine Richtungsänderungsanweisung vorhanden ist (Schritt S105). Liegt keine Richtungsänderungsanweisung vor (NEIN in Schritt S105), veranlasst die Antriebssteuereinheit 27c, dass das Verfahren mit Schritt S107 fortgesetzt wird.
Wenn ein Richtungsänderungsbefehl vorliegt (JA in Schritt S105), erfasst die Antriebssteuereinheit 27c die Rotationsinformation der Bake 11 aus der Tabelle und steuert die Antriebseinheit 31 so, dass die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 um den durch die Rotationsinformation angegebenen Winkel geändert wird (Schritt S106). Die Bakenauswahleinheit 27b entnimmt die Baken-ID der nächsten Zielbake 11 der aktuellen Zielbake 11 aus der Tabelle. Durch Ausgabe der Bake 11 mit der erfassten Baken-ID an die Bakenerfassungseinheit 22 wählt die Bakenauswahleinheit 27b die Bake 11 mit der erfassten Baken-ID als neues Ziel aus (Schritt S107), und der Prozess kehrt zu Schritt S101 zurück.
In Schritt S108 berechnet die Berechnungseinheit für die Vorbeifahrtposition 27c₁ in der Steuereinheit 27, die die Bakeninformationen einschließlich des Abstands Z erfasst hat, die Bakendvorbeifahrtsentfernung x (Schritt S108). Der Abstand x ist ein Abstand in einer Richtung orthogonal zur Bewegungsroute zwischen der Bake 11-1, die entlang der Begrenzung 40-1 angeordnet ist, und der aktuellen Position des mobilen Roboters 30. Ferner berechnet die Steuereinheit 27 die Differenz δx, die die Differenz zwischen der Entfernung x und der bestimmten Entfernung Xref auf der Grundlage der berechneten Bakendvorbeifahrtsentfernung x und der bestimmten Entfernung Xref ist, die die Entfernung von der Bake 11-1 ist, die im Voraus festgelegt wurde, um die Zielroute L zu definieren (Schritt S109).
Anschließend wird die in Schritt S109 berechnete Information über die Differenz δx von der Berechnungseinheit für die Vorbeifahrtposition 27c₁ der Steuereinheit 27 an die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ übertragen. Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ führt die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 so aus, dass die empfangene Differenz δx 0 (Null) ist (Schritt S110). Zu diesem Zeitpunkt berechnet die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte ω| und ωr auf der Grundlage der PID-Regelung, so dass die Differenz δx 0 (Null) ist, wodurch die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 ausgeführt wird.
Nachdem die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ der Steuereinheit 27 die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 ausgeführt hat, so dass die Differenz δ× 0 (Null) ist, fährt die Steuereinheit 27 fort zu bestimmen, ob die Differenz δ× 0 (Null) ist (Schritt S111). Wenn dann die Differenz δ× nicht 0 (Null) ist (NEIN in Schritt S111), fährt die Steuereinheit 27 fort, die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 auf der Grundlage der PID-Regelung auszuführen (Schritt S112).
Wenn die Differenz δx 0 (Null) wird, nachdem die Ausführung der Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 basierend auf der PID-Regelung durch die Steuereinheit 27 fortgesetzt wird (JA in Schritt S111), kehrt die Steuereinheit 27 zum Schritt S101 zurück. Dann wird der Bewegungssteuerungsprozess basierend auf dem in 7 dargestellten Flussdiagramm ausgeführt, bis der mobile Roboter 30 den letzten Zielpunkt erreicht und der Prozess des Schrittes S132 des Anhaltens der Antriebsräder 32 und 33 durch die Antriebseinheit 31 ausgeführt wird.
Wie oben beschrieben, wird der mobile Roboter 30 gemäß der ersten Ausführungsform nach dem unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Bewegungssteuerungsverfahren durch die Wirkung der PID-Regelung (siehe 6) schnell zu der gewünschten Zielstrecke L im Pfad geführt. Bei einem solchen Betriebssteuerungsverfahren kann der mobile Roboter 30 beispielsweise schnell den Weg öffnen, wenn Personen in einer Anlage oder dergleichen einen Weg mit dem mobilen Roboter 30 teilen. Auf diese Weise behindert der mobile Roboter 30 nicht das Passieren von Personen, und das Auftreten einer Situation, in der eine Person auf das Passieren des mobilen Roboters 30 in einem Weg warten muss, kann in geeigneter Weise verhindert werden.
Gemäß dem Steuerungssystem des mobilen Roboters 30 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform kann die Identifizierung und Abstandsmessung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, selbst wenn eine relativ kompakte Bake 11 verwendet wird, die keinen großen Installationsraum benötigt. Ferner ist es gemäß dem Steuerungssystem des mobilen Roboters 30 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform möglich, ein äußerst vielseitiges Steuerungssystem für einen mobilen Roboter bereitzustellen, da eine kostengünstige Systemkonfiguration angenommen werden kann.
Die erste Ausführungsform, die die grundlegende Ausführungsform des Steuerungssystems des mobilen Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wurde unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben. Die oben beschriebene erste Ausführungsform ist eine Ausführungsform, bei der der mobile Roboter 30 auf der Grundlage des Abstands Z zu der von dem mobilen Roboter 30 erfassten Bake 11-1 und der auf der Grundlage dieses Abstands Z berechneten Bakendvorbeifahrtsentfernung x arbeitet. Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform, die ein Betriebssteuerungsverfahren ist, das mit einem anderen Betriebssteuerungsverfahren kombiniert wird, während das Betriebssteuerungsverfahren der oben beschriebenen ersten Ausführungsform im anfänglichen Betrieb des mobilen Roboters 30 verwendet wird, unter Bezugnahme auf die 8 bis 17 beschrieben. In der Beschreibung der zweiten Ausführungsform können Elemente und dergleichen, die mit denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform identisch oder ihnen ähnlich sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet werden, und die Beschreibung derselben kann weggelassen werden.
(Zweite Ausführungsform)
8 ist ein Diagramm, das ein grundlegendes Bewegungsbeispiel des mobilen Roboters 30 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Der mobile Roboter 30 erfasst eine Bake 11 (11-1, 11-2) als Erfassungszielobjekt, das entlang einer Begrenzung 40 (40-1, 40-2) angeordnet ist, die einen Weg definiert, und bewegt sich in Richtung eines Zielpunktes, während er einen bestimmten Abstand Xref von der Begrenzung 40 auf der Grundlage der Position der erkannten Bake 11 einhält. Der Bake 11 als Sender wird eine Baken-ID zugewiesen, die jede der Baken 11 eindeutig identifiziert. Die Bake 11 sendet z. B. ein Infrarotsignal, das ein Signal mit einer Baken-ID enthält und durch eine periodische Änderung des Infrarotsignals dargestellt wird. Die Begrenzung 40, die den Weg definiert, ist zum Beispiel eine Wand, eine Trennwand, eine weiße Linie oder ähnliches.
In dem in 8 dargestellten Bewegungsbeispiel bewegt sich der mobile Roboter 30, während er einen bestimmten Abstand Xref von der linken Begrenzung 40-1 in Bezug auf die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 einhält. Der mobile Roboter 30 erfasst den Abstand Z und die Richtung θ zu der erfassten Bake 11-1, um den bestimmten Abstand Xref von der Begrenzung 40-1 einzuhalten, und berechnet eine Fahrtrichtung, in der der Abstand Z und die Richtung θ vorbestimmte Bedingungen erfüllen. Der mobile Roboter 30 bewegt sich in der berechneten Fahrtrichtung. Die Richtung θ ist ein Winkel, der zwischen der Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 und der Richtung der erkannten Bake 11-1 gebildet wird. Die Fahrtrichtung, die die vorbestimmten Bedingungen erfüllt, ist die Fahrtrichtung, die auf der Grundlage einer Rückkopplungssteuerung, z. B. einer PID-Steuerung, im anfänglichen Betrieb bestimmt wird, und ist die Fahrtrichtung, in der die Richtung θ arcsin(Xref/Z) in einem Zustand ist, in dem der mobile Roboter den anfänglichen Betrieb beendet hat und zu einem normalen Betrieb übergegangen ist. Wenn der Abstand Z zur Bake 11-1 kleiner wird als der vorgegebene Schaltschwellenwert, schaltet der mobile Roboter 30 das Ziel auf die Bake 11-2 um und bewegt sich. Der Bereich, in dem der Abstand zum mobilen Roboter 30 kleiner als der Schaltschwellenwert ist, wird als Schaltbereich bezeichnet.
Als nächstes wird ein spezifisches Konfigurationsbeispiel des mobilen Roboters 30 gemäß der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Hier ist 9 ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des mobilen Roboters 30 gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert. Der mobile Roboter 30 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine Antriebseinheit 31, eine Bakenerfassungseinheit 22 und eine Steuereinheit 27.
Die Antriebseinheit 31 umfasst Antriebsräder 32 und 33, Motoren 34 und 35 und eine Motorsteuereinheit 36. Das Antriebsrad 32 befindet sich auf der in Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 linken Seite. Das Antriebsrad 33 befindet sich auf der rechten Seite, bezogen auf die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30. Der Motor 34 dreht das Antriebsrad 32 entsprechend der Steuerung durch die Motorsteuereinheit 36. Der Motor 35 dreht das Antriebsrad 33 entsprechend der Steuerung durch die Motorsteuereinheit 36. Die Motorsteuereinheit 36 versorgt die Motoren 34 und 35 mit elektrischer Energie auf der Grundlage von Winkelgeschwindigkeits-Sollwerten für die Motoren 34 und 35, die von der Steuereinheit 27 eingegeben werden.
Der mobile Roboter 30 bewegt sich vorwärts oder rückwärts, wenn sich die Motoren 34 und 35 mit Winkelgeschwindigkeiten drehen, die der von der Motorsteuereinheit 36 gelieferten elektrischen Leistung entsprechen. Darüber hinaus wird die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 geändert, indem eine Differenz in den Winkelgeschwindigkeiten der Motoren 34 und 35 erzeugt wird. Beispielsweise bewegt sich der mobile Roboter 30 nach rechts, wenn die Winkelgeschwindigkeit des linken Antriebsrads 32 größer ist als die Winkelgeschwindigkeit des rechten Antriebsrads 33, wenn sich der mobile Roboter 30 vorwärts bewegt. Außerdem dreht sich der mobile Roboter 30, ohne seine Position zu verändern, wenn sich die Antriebsräder 32 und 33 in entgegengesetzte Richtungen drehen. Der mobile Roboter 30 kann andere Räder als die Antriebsräder 32 und 33 haben, um die Haltung des mobilen Roboters 30 zu stabilisieren.
Die Bakenerfassungseinheit 22 umfasst Infrarotsensoren 24 und 25 als Erfassungseinheiten und eine Berechnungseinheit 26. Der Infrarotsensor 24 ist an der linken Seite der Vorderseite des mobilen Roboters 30 angebracht und erfasst ein Infrarotsignal, das von der Bake 11 gesendet wird, die sich an der Vorderseite des mobilen Roboters 30 befindet. Der Infrarotsensor 25 ist an der rechten Seite der vorderen Oberfläche des mobilen Roboters 30 angebracht und erfasst ein Infrarotsignal, das von der Bake 11 gesendet wird, die sich an der vorderen Oberflächenseite des mobilen Roboters 30 befindet. Die beiden linken und rechten Infrarotsensoren 24 und 25 sind am Gehäuse des mobilen Roboters 30 symmetrisch in Bezug auf eine gerade Linie in Frontrichtung angebracht, die durch die Mitte des mobilen Roboters 30 verläuft. Für die Infrarotsensoren 24 und 25 wird z. B. ein Bildsensor in Kombination mit einem Infrarotfilter verwendet. Die Bake 11 wird durch Erkennung einer Helligkeitsänderung der von den Infrarotsensoren 24 und 25 aufgenommenen Bilder erkannt.
Die Berechnungseinheit 26 berechnet den Abstand Z und die Richtung θ zwischen dem mobilen Roboter 30 und der Bake 11 auf der Grundlage der Differenz zwischen der Position der Zielbake 11 in dem von einem Infrarotsensor 24 erfassten Bild und der Position der Zielbake 11 in dem von dem anderen Infrarotsensor 25 erfassten Bild. Wenn die von den Infrarotsensoren 24 und 25 aufgenommenen Bilder Signale enthalten, die von mehreren Baken 11 gesendet werden, erfasst die Berechnungseinheit 26 die Baken-ID der Zielbake 11 und berechnet den Abstand Z und die Richtung θ zur Zielbake 11. Die Erfassung der Baken-ID erfolgt z. B. durch Erfassung einer periodischen Änderung des der Baken-ID entsprechenden Signals in zeitlich kontinuierlichen Bildern. Die Berechnungseinheit 26 gibt Bakeninformationen einschließlich der berechneten Entfernung Z und die Richtung θ und der Baken-ID an die Steuereinheit 27 aus. Der berechnete Abstand Z ist der Abstand von der Mitte des Liniensegments, das den Infrarotsensor 24 und den Infrarotsensor 25 verbindet. Wenn die Infrarotsensoren 24 und 25 so angebracht sind, dass das Liniensegment, das den Infrarotsensor 24 und den Infrarotsensor 25 verbindet, orthogonal zur Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 verläuft, kann die Berechnungslast der Berechnungseinheit 26 reduziert werden.
Die Steuereinheit 27 steuert die Antriebseinheit 31 auf der Grundlage der von der Bakenerfassungseinheit 22 erfassten Bakeninformationen. 10 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Steuereinheit 27 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Die Steuereinheit 27 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine Bewegungsroutenspeichereinheit 27a, eine Bakenauswahleinheit 27b und eine Antriebssteuerungeinheit 27c. Die Bewegungsroutenspeichereinheit 27a speichert im Voraus eine Tabelle mit Attributinformationen über die Vielzahl von Baken 11, die entlang der Bewegungsroute des mobilen Roboters 30 angeordnet sind. Die Bakenauswahleinheit 27b gibt die Baken-ID der Zielbake 11 an die Bakendetektionseinheit 22 auf der Grundlage der in der Bewegungsroutenspeichereinheit 27a gespeicherten Tabelle aus. Die Bakenauswahleinheit 27b bestimmt auf der Grundlage der von der Bakenerfassungseinheit 22 eingegebenen Bakeninformationen, ob die Zielbake 11 geschaltet werden soll oder nicht. Beim Umschalten der Zielbake 11 wählt die Bakenauswahleinheit 27b die nächste Bake 11 der aktuellen Zielbake 11 aus der Tabelle aus.
Die Antriebssteuereinheit 27c liest die Attributinformationen und die Steuerinformationen aus der in der Bewegungsroutenspeichereinheit 27a gespeicherten Tabelle auf der Grundlage der von der Bakenerfassungseinheit t 22 ausgegebenen Bakeninformationen. Bei den Attributinformationen handelt es sich um Informationen über die Zielbake 11. Die Steuerungsinformationen sind Informationen, die die mit der Zielbake 11 verbundene Steuerung angeben. Die der Bake 11 zugeordnete Steuerung ist beispielsweise die Steuerung des Abbiegens in der Nähe der Bake 11, die eine Änderung der Fahrtrichtung anzeigt, die Steuerung des Anhaltens in der Nähe der Bake 11, die eine Halteposition anzeigt, und dergleichen. Das heißt, die Antriebssteuereinheit 27c treibt an und steuert die Antriebseinheit 31 auf der Grundlage der Bakeninformationen, der Attributinformationen und der Steuerinformationen.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die in der Bewegungsroutenspeichereinheit 27a gespeicherte Tabelle gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Die Tabelle enthält Spalten für Elemente wie „Baken-ID“, „Wegstreckenentfernung“, „Instalationsseite“, „Richtungsänderung“ und „letzte Bake“. Jede Zeile ist eine Attributinformation, die für jede Bake 11 gespeichert wird. Die Zeilen in der Tabelle sind in der Reihenfolge der Baken 11 angeordnet, die der mobile Roboter 30 bei seiner Bewegung entlang der Bewegungsroute passiert. Die Spalte „Baken-ID“ enthält die Baken-ID der Bake 11, die der Zeile entspricht. Die Spalte „Wegstreckenentfernung‟ enthält die Entfernungsinformation, die angibt, wie weit die Bake 11, die der Zeile entspricht, und die Bewegungsroute des mobilen Roboters 30 voneinander entfernt sind. Die Wegstreckenentfernung ist ein positiver Wert, der den Abstand zwischen der Zielbake 11 und der Bewegungsroute des mobilen Roboters 30 angibt. In dieser Ausführungsform gibt der Wegstreckenentfernung außerdem den Abstand von der Bake 11 zu dem Zielpunkt an, der sich in einer Richtung befindet, die im Wesentlichen orthogonal zur Bewegungsrichtung auf der Bewegungsroute des mobilen Roboters 30 ist.
Die Spalte „Installationsseite“ enthält Informationen, die angeben, ob die der Reihe entsprechende Bake 11 auf der rechten oder der linken Seite des mobilen Roboters 30 angeordnet ist, wenn sich der mobile Roboter 30 entlang der Bewegungsroute bewegt. Die Spalte „Richtungsänderung“ enthält Rotationsinformationen, die die Änderung der Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 angeben, wenn sich der mobile Roboter 30 der der Reihe entsprechenden Bake 11 um eine vorbestimmte Entfernung oder einen Schaltschwellenwert nähert. Wenn die Rotationsinformation 0 Grad beträgt, zeigt sie an, dass sich die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 nicht geändert hat. Wenn die Rotationsinformation einen anderen Wert als 0 Grad hat, wird die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 im oder gegen den Uhrzeigersinn um den durch die Rotationsinformation angegebenen Winkel geändert. Die Spalte „letzte Bake“ enthält Informationen darüber, ob die Bake 11, die der Zeile entspricht, eine Bake 11 in der Nähe des Zielpunkts auf der Bewegungsroute ist. In der in 11 dargestellten Tabelle ist beispielsweise die Bake 11 mit der Baken-ID „M“ als Bake in der Nähe des Zielpunkts dargestellt.
12 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Konfigurationsbeispiels in Bezug auf die Steuerung auf der Grundlage von Bakeninformationen in der Antriebssteuereinheit 27c gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Antriebssteuerungseinheit 27c umfasst eine Berechnungseinheit für die Vorbeifahrposition 27c₁ , eine Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ , und eine Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ . Der Abstand Z und die Richtung θ zur Bake 11, die in den Bakeninformationen enthalten sind, werden in die Berechnungseinheit für die Vorbeifahrposition 27c₁ eingegeben. Die Berechnungseinheit für die Vorbeifahrposition 27c₁ berechnet die Entfernung x zur Bake 11, wenn sich der mobile Roboter 30 in der aktuellen Fahrtrichtung bewegt und sich der Bake 11 am nächsten nähert, und eine Bewegungsdistanz y, bis sich der mobile Roboter 30 auf der Grundlage der Distanz Z und der Richtung Oder Bake 11 am nächsten nähert. Die Position, an der sich der mobile Roboter 30 der Bake 11 am nächsten nähert, ist der Schnittpunkt einer Geraden, die orthogonal zu der sich bewegenden Geraden verläuft, die sich in Fahrtrichtung von der Position des mobilen Roboters 30 aus erstreckt und durch die Position der Bake 11 verläuft, und der sich bewegenden Geraden. Der Abstand x wird als (Z·sinθ) berechnet. Die Bewegungsdistanz y wird als (Z·cosθ) berechnet. Der Abstand x wird auch als Bakendvorbeifahrtsentfernung bezeichnet. Außerdem wird die Bewegungsdistanz y auch als horizontale Entfernung zur Bake bezeichnet.
Die Differenz ΔX, die durch Subtraktion der Entfernung x von der bestimmten Entfernung Xref von der Begrenzung 40 des Weges zur Bewegungsroute erhalten wird, und die Bewegungsdistanz y werden in die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ eingegeben. Die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ berechnet einen Korrekturwinkel Δθ in Bezug auf die Bewegungsrichtung des mobilen Roboters 30 auf der Grundlage der Differenz ΔX und der Bewegungsdistanz y. Insbesondere legt die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ den durch arctan(ΔX /y) erhaltenen Wert als den Korrekturwinkel Δθ fest.
Ein Translationsgeschwindigkeits-Sollwert Vref, ein Winkelgeschwindigkeits-Sollwert ωref, die gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ωl' und cor', der Korrekturwinkel Δθ, und die Differenz δx werden in die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ eingegeben. Der Translationsgeschwindigkeits-Sollwert Vref ist ein Sollwert für die Translationsgeschwindigkeit des mobilen Roboters 30. Der Winkelgeschwindigkeits-Sollwert ωref ist die Winkelgeschwindigkeit, wenn die Fahrtrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn in Bezug auf die Fahrtrichtung geändert wird. Für den Winkelgeschwindigkeits-Sollwert ωref kann der Betrag der Änderung im Uhrzeigersinn als positiver Wert oder der Betrag der Änderung im Gegenuhrzeigersinn als positiver Wert eingestellt werden. Die gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ωl' und cor' sind die Winkelgeschwindigkeiten, die von den in den Motoren 34 bzw. 35 vorgesehenen Encodern gemessen werden. Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ berechnet die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte ωl und ωr zur Änderung der Fahrtrichtung um den Korrekturwinkel Δθ, während der mobile Roboter 30 sich gemäß dem Translationsgeschwindigkeits-Sollwert Vref und dem Winkelgeschwindigkeits-Sollwert ωref auf der Grundlage des Translationsgeschwindigkeits-Sollwertes Vref, des Winkelgeschwindigkeits-Sollwertes ωref, der gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ωl' und ωr'' und des Korrekturwinkels Δθ bewegen kann. Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ gibt die berechneten Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte col und ωr an die Antriebseinheit 31 aus.
Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ kann die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte col und ωr zur Ausgabe an die Antriebseinheit 31 durch die Steuereinheit 27 berechnen, die eine PID-Regelung auf der Grundlage der Differenz δx ausführt, und kann den Betrieb der Antriebseinheit 31 steuern.
In der zweiten Ausführungsform werden verschiedene Antriebssteuerungsmethoden zwischen einem anfänglichen Betrieb, bei dem der mobile Roboter 30 versucht, sich entlang der Zielroute L in Richtung des Zielpunkts zu bewegen, und einem normalen Betrieb, bei dem der mobile Roboter 30 den anfänglichen Betrieb beendet und sich entlang der Zielroute L weiterbewegt, ausgeführt. Daher wird die Antriebssteuerungsmethode des mobilen Roboters 30 gemäß der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 13 und 15 beschrieben.
Zunächst ist 13 ein Diagramm zur Erläuterung eines Vorgangs, wenn der mobile Roboter 30 gemäß der zweiten Ausführungsform einen anfänglichen Betrieb ausführt. Wenn die Bakenerfassungseinheit 22 die an der Begrenzung 40-1 angeordnete Bake 11-1 erkennt, werden der Abstand Z vom mobilen Roboter 30 zur Bake 11 und die Richtung θ, in der sich die Bake 11-1 in Bezug auf die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 befindet, ermittelt. Wie oben beschrieben, sind dieser Abstand Z und die Richtung θ Werte, die von der Berechnungseinheit 26 berechnet werden. In der Steuereinheit 27, an die die berechneten Werte mit dem Abstands Z und der Richtung θ übermittelt werden, berechnet die Berechnungseinheit für die Vorbeifahrtposition 27c₁ aus dem Abstand Z und der Richtung θ den Abstand x und die Bewegungsdistanz y. Der Abstand x ist ein Abstand in einer Richtung orthogonal zum Bewegungsweg zwischen der entlang der Begrenzung 40-1 angeordneten Bake 11-1 und der aktuellen Position (Startposition) des mobilen Roboters 30. Der mobile Roboter 30 kann die durch eine gestrichelte Linie angezeigte Zielroute L erfassen, indem er den Passierpunkt Ppass in einem bestimmten Abstand Xref von der entlang der Bewegungsroute angeordneten Bake 11-1 erfasst. Der Passierpunkt Ppass wird auf der Grundlage der Informationen über die „Installationsseite“ in den Attributinformationen der Bake 11 bestimmt. In 13 ist ein Fall dargestellt, in dem die Bake 11 (11-1, 11-2) auf der linken Seite der Bewegungsroute angeordnet ist.
In dem in 13 dargestellten Beispiel, wenn der mobile Roboter 30 versucht, sich entlang der Zielroute L in Richtung des Zielpunktes zu bewegen, berechnet die Steuereinheit 27 die Differenz δx, die die Differenz zwischen dem Abstand x und dem bestimmten Abstand Xref auf der Grundlage des von der Berechnungseinheit für die Vorbeifahrtposition 27c₁ aus dem Abstand Z und der Richtung θ berechneten Abstandes x und dem bestimmten Abstand Xref ist, der ein vorbestimmter Abstand von der Bake 11 ist, um die Zielroute L zu definieren. Die Information über die berechnete Differenz δx wird über die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ an die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ übermittelt. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ nicht und gibt nur die Information über die Differenz δx weiter. Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ führt die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 so aus, dass die empfangene Differenz δx 0 (Null) ist. Zu diesem Zeitpunkt führt die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 aus, indem sie die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte ωl und ωr auf der Grundlage der PID-Regelung berechnet, so dass die Differenz δx 0 (Null) ist.
Die von der Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ berechneten Betriebsbefehlsinformationen basieren beispielsweise auf der PID-Regelung, die eine der Regelungsmethoden ist, die zur Rückkopplungsregelung gehören. Dabei ist die PID-Regelung ein Regelverfahren, das Proportionalbetrieb (P-Betrieb), Integralbetrieb (I-Betrieb) und Differenzialbetrieb (D-Betrieb) kombiniert und ein Regelverfahren ist, dass einen Eingangswert auf der Basis von drei Elementen der Abweichung zwischen einem Ausgangswert und einem Zielwert, seinem Integral und seiner Differenzierung regelt. Da die Steuereinheit 27 (Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ ) die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 gemäß einer solchen PID-Regelung ausführt, so dass die Differenz δx 0 (Null) ist, arbeitet der mobile Roboter 30 so, dass er sich der Zielroute L im Anfangsbetrieb schneller nähert. Ferner wird der mobile Roboter 30 durch die Wirkung des Differenzialbetriebs (D-Betrieb) der PID-Regelung in geeigneter Weise daran gehindert, sich zu weit von der Zielroute L, die das Bewegungsziel ist, zu entfernen (Überschreitung) oder zu vibrieren (Jagd). Daher ist es möglich, den mobilen Roboter 30 zu einem frühen Zeitpunkt zur Zielroute L zu bewegen, indem er einer Route folgt, die eine sanfte Krümmung aufweist.
Andererseits ist 15 ein Diagramm zur Erläuterung eines Vorgangs, wenn der mobile Roboter 30 gemäß der zweiten Ausführungsform einen Normalbetrieb ausführt. Man beachte, dass 15 den von der Antriebssteuereinheit 27c gemäß der zweiten Ausführungsform berechneten Korrekturwinkel Δθ veranschaulicht. Wenn die Bakenerfassungseinheit 22 die an der Begrenzung 40-1 angeordnete Bake 11 erkennt, werden der Abstand Z vom mobilen Roboter 30 zur Bake 11 und die Richtung θ, in der sich die Bake 11 in Bezug auf die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 befindet, ermittelt. Die Berechnungseinheit für die Vorbeifahrtposition 27c₁ berechnet aus dem Abstand Z und der Richtung θ den Abstand x und die Bewegungsdistanz y. Der mobile Roboter 30 muss die Fahrtrichtung ändern, um den Passierpunkt Ppass zu passieren, der von der entlang der Bewegungsroute angeordneten Bake 11 um den bestimmten Abstand Xref entfernt ist. Der Passierpunkt Ppass wird auf der Grundlage der Informationen über die „Installationsseite“ in den Attributinformationen der Bake 11 bestimmt. Man beachte, dass 15 einen Fall zeigt, in dem die Bake 11 auf der linken Seite der Bewegungsroute angeordnet ist.
In dem in 15 dargestellten Beispiel passiert der mobile Roboter 30, wenn er sich unter Beibehaltung der aktuellen Fahrtrichtung bewegt, eine Position, die um die Differenz ΔX vom Passierpunkt Ppass entfernt ist. Daher berechnet die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ den Korrekturwinkel Δθ in Bezug auf die Fahrtrichtung auf der Grundlage der Differenz ΔX und der Bewegungsdistanz y. Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ berechnet die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte ωl und ωr zur Änderung der Fahrtrichtung gegen den Uhrzeigersinn um den Korrekturwinkel Δθ, während der mobile Roboter 30 gemäß dem Translationsgeschwindigkeits-Sollwert Vref und dem Winkelgeschwindigkeits-Sollwert ωref bewegt wird, und steuert die Antriebseinheit 31. Durch die Antriebssteuereinheit 27c, die die Antriebseinheit 31 auf diese Weise steuert, kann sich der mobile Roboter 30 auf der Zielroute L bewegen, die an einer Position definiert ist, die von der Begrenzung 40-1 der Bahn um den bestimmten Abstand Xref entfernt ist.
In dem in 15 dargestellten Beispiel wurde der Fall beschrieben, dass die Bake 11 auf der Begrenzung 40-1 angeordnet ist. Wenn die Bake 11 jedoch nicht an der Begrenzung 40 angeordnet werden konnte, wird die Differenz zwischen der Position, an der die Bake 11 angeordnet ist, und der Begrenzung 40 in einer Tabelle als Wegstreckendistanz (D₁, D₂, D_m, ....,D_M) gespeichert. Ein Beispiel für einen solchen Zustand ist in 16 dargestellt. 16 ist ein Diagramm, das ein Betriebsbeispiel zeigt, bei dem der mobile Roboter 30 gemäß der zweiten Ausführungsform einen normalen Betrieb ausführt, wenn die Bake 11 (11-m) nicht an der Begrenzung 40 (40-1) angeordnet werden konnte. In diesem Fall korrigiert die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ bei der Berechnung des Korrekturwinkels Δθ entweder den bestimmten Abstand Xref oder die Differenz ΔX unter Verwendung der Wegstrecke D_m.
Wenn sich der mobile Roboter 30 entlang der Bewegungsroute gemäß der oben beschriebenen Antriebssteuerungsmethode bewegt, nähert sich der mobile Roboter 30 schließlich der Nähe der Bake 11 mit der Baken-ID „M“ nahe der Zielposition, und die Stoppsteuerung wird ausgeführt.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die 14 und 17 spezifische Verarbeitungsinhalte im Steuerungssystem des mobilen Roboters 30 gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Hier ist 14 ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs, wenn der mobile Roboter 30 gemäß der zweiten Ausführungsform einen Startbetrieb ausführt, und ist ein Flussdiagramm, das den Inhalt der Steuerungsverarbeitung durch die Steuereinheit veranschaulicht. Ferner ist 17 ein Diagramm zur Erläuterung eines Vorgangs, wenn der mobile Roboter 30 gemäß der zweiten Ausführungsform einen Normalbetrieb ausführt, und ist ein Flussdiagramm, das den Inhalt der Steuerungsverarbeitung durch die Steuereinheit veranschaulicht.
Erstens, in einem anfänglichen Betriebsschritt (Prozess α), der im anfänglichen Betrieb des mobilen Roboters 30 gemäß der zweiten Ausführungsform, die in 14 dargestellt ist, ausgeführt wird, erfasst die Berechnungseinheit 26 die ID-Informationen, die für die Bake 11-1 eingestellt sind, berechnet den Abstand Z von dem mobilen Roboter 30 zu der Bake 11-1 und die Richtung θ, in der sich die Bake 11-1 in Bezug auf die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 befindet, und überträgt die Informationen, die den Abstand Z und die Richtung θ angeben, an die Steuereinheit 27. Die ID-Information ist in der zweiten Ausführungsform eine Baken-ID zur eindeutigen Identifizierung jeder Bake 11. Die Steuereinheit 27, die die Baken-ID empfangen hat, bestimmt, ob die im Ausgangszustand eingestellte Baken-ID erkannt werden kann (Schritt S201). Im Anfangszustand wählt die Bakenauswahleinheit 27b die in der ersten Zeile der Tabelle gespeicherte Baken-ID als die Baken-ID der Zielbake 11-1 aus.
Wenn die Bake 11-1 nicht erkannt werden konnte (NEIN in Schritt S201), gibt die Steuereinheit 27 ein Fehlersignal aus, das anzeigt, dass die Bake 11-1 nicht erkannt werden konnte. Die Antriebssteuereinheit 27c veranlasst die Antriebseinheit 31, die Antriebsräder 32 und 33 in Reaktion auf das Fehlersignal anzuhalten (Schritt S211). Die Bakenauswahleinheit 27b gibt als Reaktion auf das Fehlersignal eine Fehlerinformation nach außen aus, die anzeigt, dass die Bake 11 nicht erkannt werden konnte (Schritt S212), und beendet den Bewegungssteuerungsprozess. Die Fehlerinformation wird über ein Ausgabegerät, z.B. einen Lautsprecher oder ein Display, ausgegeben, das im mobilen Roboter 30 vorgesehen ist.
Wenn die Bake 11 in Schritt S201 erkannt werden kann (JA in Schritt S201), erfassen die Bakenauswahleinheit 27b und die Antriebssteuereinheit 27c die Bakeninformationen von der Berechnungseinheit 26 der Bakenerfassungseinheit 22 (Schritt S202). Diese Bakeninformation ist eine Information, die den Abstand Z des mobilen Roboters 30 zur Bake 11-1 und die Richtung angibt, in der sich die Bake 11-1 in Bezug auf die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 befindet.
In der Steuereinheit 27, die die Bakeninformationen einschließlich des Abstands Z und der Richtung θ erfasst hat, berechnet die Berechnungseinheit für die Vorbeifahrtposition 27c₁ den Abstand x aus dem Abstand Z und der Richtung θ (Schritt S203). Der Abstand x ist ein Abstand in einer Richtung orthogonal zur Bewegungsroute zwischen der entlang der Begrenzung 40-1 angeordneten Bake 11-1 und der aktuellen Position (Startposition) des mobilen Roboters 30. Ferner berechnet die Steuereinheit 27 die Differenz δx, die die Differenz zwischen der Entfernung x und der bestimmten Entfernung Xref ist, auf der Grundlage der berechneten Entfernung x und der bestimmten Entfernung Xref, die die Entfernung von der Bake 11-1 ist, die im Voraus festgelegt wurde, um die Zielroute L zu definieren (Schritt S204).
Anschließend wird die in Schritt S204 berechnete Information über die Differenz δx von der Berechnungseinheit für die Vorbeifahrtposition 27c₁ der Steuereinheit 27 über die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ an die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ übertragen. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ nicht und leitet nur die Information über die Differenz δx weiter. Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ führt eine Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 aus, so dass die empfangene Differenz δx 0 (Null) ist (Schritt S205). Zu diesem Zeitpunkt berechnet die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte ω| und ωr auf der Grundlage der PID-Regelung, so dass die Differenz δx 0 (Null) ist, wodurch die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 ausgeführt wird.
Nachdem die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ der Steuereinheit 27 die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 ausgeführt hat, so dass die Differenz δx 0 (Null) ist, fährt die Steuereinheit 27 fort zu bestimmen, ob die Differenz δx 0 (Null) ist (Schritt S206). Dann, wenn die Differenz δx nicht 0 (Null) ist (NEIN in Schritt S206), fährt die Steuereinheit 27 fort, die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 basierend auf der PID-Regelung auszuführen (Schritt S207).
Wenn die Differenz δx 0 (Null) wird, nachdem die Ausführung der Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 auf der Grundlage der PID-Regelung durch die Steuereinheit 27 fortgesetzt wird (JA in Schritt S206), beendet die Steuereinheit 27 den anfänglichen Betriebsschritt (Schritt α) auf der Grundlage der PID-Regelung, und anschließend wird der in 17 dargestellte Normalbetrieb ausgeführt.
Wie oben beschrieben, wird der mobile Roboter 30 gemäß der zweiten Ausführungsform nach dem unter Bezugnahme auf 14 beschriebenen Startbetriebsschritt (Schritt α) durch die Wirkung der PID-Regelung (siehe 13) schnell zur gewünschten Zielroute L im Pfad geführt. Bei einem solchen Betriebssteuerungsverfahren kann der mobile Roboter 30 beispielsweise schnell den Weg öffnen, wenn Personen in einer Anlage oder dergleichen einen Weg mit dem mobilen Roboter 30 teilen. Auf diese Weise behindert der mobile Roboter 30 nicht das Passieren von Personen, und das Auftreten einer Situation, in der eine Person auf das Passieren des mobilen Roboters 30 in einem Weg warten muss, kann in geeigneter Weise verhindert werden.
Wie oben beschrieben, wird beim Starten der Bewegung des mobilen Roboters 30 zunächst der mit Bezug auf 14 beschriebene anfänglichen Betriebsschritts (Schritt α) ausgeführt. Durch die Ausführung dieses anfänglichen Betriebsschritts (Schritt α) bewegt sich der mobile Roboter 30 auf der Zielroute L und geht in den Normalbetrieb über. Das heißt, wie in 17 dargestellt, wenn der anfängliche Betriebsschritt (Schritt α) endet, erfasst die Berechnungseinheit 26 die ID-Informationen, die auf die Bake 11 eingestellt sind, und überträgt sie an die Steuereinheit 27. Die ID-Information ist in der zweiten Ausführungsform eine Baken-ID zur eindeutigen Identifizierung jeder Bake 11. Die Steuereinheit 27, die die Baken-ID empfangen hat, ermittelt, ob die im Anfangszustand eingestellte Baken-ID erkannt werden kann (Schritt S301). Im Anfangszustand wählt die Bakenauswahleinheit 27b die in der ersten Zeile der Tabelle gespeicherte Baken-I D als die Baken-I D der Zielbake 11 aus.
Wenn die Bake 11 nicht erkannt werden konnte (NEIN in Schritt S301), gibt die Steuereinheit 27 ein Fehlersignal aus, das anzeigt, dass die Bake 11 nicht erkannt werden konnte. Die Antriebssteuereinheit 27c veranlasst die Antriebseinheit 31, die Antriebsräder 32 und 33 in Reaktion auf das Fehlersignal anzuhalten (Schritt S321). Die Bakenauswahleinheit 27b gibt als Reaktion auf das Fehlersignal eine Fehlerinformation nach außen aus, die anzeigt, dass die Bake 11 nicht erkannt werden konnte (Schritt S322), und beendet den Bewegungssteuerungsprozess. Die Fehlerinformation wird über ein Ausgabegerät, z. B. einen Lautsprecher oder ein Display, ausgegeben, das im mobilen Roboter 30 vorgesehen ist.
Wenn die Bake 11 in Schritt S301 detektiert werden kann (JA in Schritt S301), übernehmen die Bakenauswahleinheit 27b und die Antriebssteuereinheit 27c die Bakeninformationen von der Berechnungseinheit 26 der Bakenerfassungseinheit 22 (Schritt S302). Die Bakenauswahleinheit 27b bestimmt anhand der Tabelle, ob die durch die Bakeninformation angegebene Bake 11 die letzte Bake ist (Schritt S303).
Wenn die Bake 11 die letzte Bake ist (JA in Schritt S303), bestimmt die Antriebssteuerungseinheit 27c in Schritt S303, ob der Abstand Z zu der durch die Bakeninformation angegebenen Bake 11 innerhalb des Schaltbereichs liegt (Schritt S331). Wenn der Abstand Z zur Bake 11 innerhalb des Schaltbereichs liegt (JA in Schritt S331), veranlasst die Antriebssteuereinheit 27c die Antriebseinheit 31, die Antriebsräder 32 und 33 anzuhalten (Schritt S332), und beendet den Bewegungssteuerungsprozess.
Wenn der Abstand Z zur Bake 11 in Schritt S331 nicht im Schaltbereich liegt (NEIN in Schritt S331), veranlasst die Antriebssteuereinheit 27c, dass das Verfahren mit Schritt S308 fortgesetzt wird.
In Schritt S303, wenn die Bake 11 nicht die letzte Bake ist (NEIN in Schritt S303), bestimmt die Antriebssteuereinheit 27c, ob der durch die Bakeninformation angegebene Abstand Z zur Bake 11 innerhalb des Schaltbereichs liegt (Schritt S304). Wenn der Abstand Z zur Bake 11 nicht innerhalb des Schaltbereichs liegt (NEIN in Schritt S304), veranlasst die Antriebssteuereinheit 27c, dass das Verfahren mit Schritt S308 fortgesetzt wird.
In Schritt S304, wenn der Abstand Z zur Bake 11 innerhalb des Schaltbereichs liegt (JA in Schritt S304), bestimmt die Antriebssteuereinheit 27c anhand der Tabelle, ob es eine Richtungsänderungsanweisung in den Attributinformationen der Bake 11 gibt (Schritt S305). Liegt kein Richtungsänderungsbefehl vor (NEIN in Schritt S305), veranlasst die Antriebssteuereinheit 27c, dass das Verfahren mit Schritt S307 fortgesetzt wird.
Wenn ein Richtungsänderungsbefehl (JA in Schritt S305) vorliegt, erfasst die Antriebssteuereinheit 27c die Rotationsinformation der Bake 11 aus der Tabelle und steuert die Antriebseinheit 31 so, dass die Fahrtrichtung des mobilen Roboters 30 um den durch die Rotationsinformation angegebenen Winkel geändert wird (Schritt S306). Die Bakenauswahleinheit 27b entnimmt die Baken-ID der nächsten Zielbake 11 der aktuellen Zielbake 11 aus der Tabelle. Durch Ausgeben der Bake 11 mit der erfassten Baken-ID an die Bakenerkennungseinheit 22 wählt die Bakenauswahleinheit 27b die Bake 11 mit der erfassten Baken-ID als neues Ziel aus (Schritt S307), und der Prozess kehrt zu Schritt S301 zurück.
In Schritt S308 bestimmt die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ , ob die auf der Grundlage der von der Bakenerfassungseinheit 22 erfassten Bakeninformationen berechnete Differenz ΔX innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt (Schritt S308). Der zulässige Bereich für die Differenz ΔX wird im Voraus auf der Grundlage der für den mobilen Roboter 30 erforderlichen Bewegungsgenauigkeit, der Genauigkeit der Erfassung der Bake 11 in der Bakenerfassungseinheit 22, der Genauigkeit der Steuerung der Motoren 34 und 35 und dergleichen bestimmt. Wenn die Differenz ΔX nicht innerhalb des zulässigen Bereichs liegt (NEIN in Schritt S308), berechnet die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ den Korrekturwinkel Δθ auf der Grundlage der Differenz ΔX (Schritt S309). Wenn die Differenz ΔX innerhalb des zulässigen Bereichs liegt (JA in Schritt S308), setzt die Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel 27c₂ den Korrekturwinkel Δθ auf 0 (Schritt S310).
Danach erfasst die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ die gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ωl' und cor' der Motoren 34 und 35, die die Antriebsräder 32 und 33 antreiben (Schritt S311). Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ berechnet die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte ωl und ωr für die Motoren 34 und 35 auf der Grundlage des Translationsgeschwindigkeits-Sollwertes Vref, des Winkelgeschwindigkeits-Sollwertes ωref, der gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ωl' und ωr'und des Korrekturwinkels (Schritt S312). Die Berechnungseinheit für den Sollwert 27c₃ gibt die Winkelgeschwindigkeits-Sollwerte ωl und ωr an die Antriebseinheit 31 aus (Schritt S313), und das Verfahren kehrt zu Schritt 301 zurück.
Indem die Steuereinheit 27 den Steuerprozess einschließlich jedes Prozesses vom anfänglichen Betriebsschritt (Schritt α) bis zum oben beschriebenen Schritt S332 durchführt, ist es möglich, den Abstand Z und die Richtung θ zur Bake 11 sequentiell zu erfassen und die Fahrtrichtung zu korrigieren. Da die Fahrtrichtung durch einen solchen Steuerprozess korrigiert wird, kann sich der mobile Roboter 30 auf der Bewegungsroute um den bestimmten Abstand Xref von der Begrenzung 40 wegbewegen und die Bewegungsdistanz reduzieren, wenn sich der mobile Roboter 30 auf der Grundlage einer Vielzahl von Baken 11 bewegt.
Gemäß dem Steuerungssystem des mobilen Roboters 30 gemäß der zweiten Ausführungsform kann die Identifizierung und Abstandsmessung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, selbst wenn eine relativ kompakte Bake 11 verwendet wird, die keinen großen Installationsraum benötigt. Ferner ist es gemäß dem Steuerungssystem des mobilen Roboters 30 gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, ein sehr vielseitiges Steuerungssystem für einen mobilen Roboter bereitzustellen, da eine kostengünstige Systemkonfiguration angenommen werden kann.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, ist der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf den in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Umfang beschränkt. Verschiedene Änderungen oder Verbesserungen können an den obigen Ausführungsformen vorgenommen werden.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist beispielsweise ein Beispiel dargestellt, in dem die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 auf der Grundlage der PID-Regelung durch die Steuereinheit 27 als anfänglicher Betriebsschritt (Schritt α) ausgeführt wird. Eine Szene, in der die PID-Regelung auf dem mobilen Roboter 30 durchgeführt wird, so dass die Differenz δx 0 (Null) wird, kann jedoch nicht nur auf den anfänglichen Vorgang, sondern auch auf andere Vorgänge angewendet werden. Insbesondere 18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Anordnung der Baken 11 und den Zustand der Zielroute L zeigt, wenn eine Kreuzung auf dem Weg vorhanden ist, auf dem sich der mobile Roboter 30 bewegt. Wie in 18 dargestellt, bewegt sich der mobile Roboter 30, wenn die Bake 11-m vom mobilen Roboter 30 aus gesehen an einer der beiden Ecken auf der anderen Seite der Kreuzung in der Nähe des Ziels für die Änderung der Fahrtrichtung installiert ist, in eine Position, in der der Abstand Z zur Bake 11-m innerhalb des Schaltbereichs liegt, und ändert die Fahrtrichtung durch Drehen des Winkels, der durch die Rotationsinformationen im normalen Betrieb angegeben wird, in dem die PID-Regelung nicht durchgeführt wird. Daher bewegt sich der mobile Roboter 30 entlang der Zielroute L, die in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist. Wird die PID-Regelung jedoch an der Position unmittelbar vor dem Einfahren in die Kreuzung durchgeführt, führt der mobile Roboter 30 eine Rechtskurvenbewegung entlang der in der Zeichnung durch eine durchgezogene Linie dargestellten Route aus. Daher kann die Bewegungssteuerung des mobilen Roboters 30 entlang einer effizienten Bewegungsroute durchgeführt werden.
Ferner ist beispielsweise in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ein Beispiel dargestellt, in dem die Antriebssteuerung für die Antriebseinheit 31 auf der Grundlage der PID-Regelung durch die Steuereinheit 27 als anfänglicher Betriebsschritt (Schritt α) ausgeführt wird, und es ist ein Fall dargestellt, in dem in diesem anfänglichen Betriebsschritt (Schritt α) die PID-Regelung für den mobilen Roboter 30 so durchgeführt wird, dass die Differenz δx 0 (Null) ist. In Bezug auf die PID-Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die PID-Regelung jedoch so durchgeführt werden, dass die Differenz δx einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, zusätzlich zu dem Fall, in dem die Differenz δx auf 0 (Null) gesetzt wird. Eine solche Änderung ist auch auf die oben beschriebene erste Ausführungsform anwendbar. Das heißt, in der vorliegenden Erfindung kann die Gesamtbewegungssteuerung des mobilen Roboters, einschließlich der Übergangssteuerung vom anfänglichen Betrieb zum normalen Betrieb, unter verschiedenen Bedingungen ausgeführt werden.
Ferner wird zum Beispiel in der ersten und zweiten oben beschriebenen Ausführungsform ein Infrarotsignal für die Bake 11 verwendet, aber der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Wenn ein Element, das eine Markern, die kein Signal emittiert als die Erkennungszielobjekt gemäß der vorliegenden Erfindung angenommen wird, können die gleichen Effekte wie die der ersten und zweiten Ausführungsformen oben beschrieben erhalten werden.
Darüber hinaus kann beispielsweise eine Vielzahl von Markern, die keine Signale senden, anstelle von Sendern wie der Vielzahl von Baken 11, die Signale senden, verwendet werden. Wenn ein Marker verwendet wird, wird eine Marker-Erfassungseinheit anstelle der Bakenerfassungseinheit 22 verwendet. Die Marker-Erfassungseinheit kann auf die gleiche Weise wie die Bakenerfassungseinheit 22 arbeiten, indem sie eine geometrische Figur oder eine Kombination von Farben erkennt, die auf jedem Marker vorhanden sind. In der geometrischen Figur oder der Farbkombination kann eine ID enthalten sein, die den Marker identifiziert. Als geometrische Figur kann zum Beispiel ein QR-Code (eingetragenes Warenzeichen) verwendet werden.
Ferner kann beispielsweise anstelle der Bake 11, die aktiv ein Signal sendet, ein Marker mit einem RFID-Element, das ein Antwortsignal als Reaktion auf ein vom mobilen Roboter 30 gesendetes Signal sendet, oder ein Marker mit einem Element, das ein vom mobilen Roboter 30 gesendetes Signal reflektiert, angeordnet werden. Wenn ein Marker verwendet wird, der einen passiven Betrieb durchführt, ist der mobile Roboter 30 mit einem Sender ausgestattet, der ein vorbestimmtes Signal sendet. Wie oben beschrieben, kann das Erfassungszielobjekt, wie die Bake 11 oder der Marker, jedes Element sein, solange es die relative Position des mobilen Roboters 30 erfassen kann.
Ein spezielles Beispiel für die Verwendung eines Markers als Erfassungszielobjekt gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 19 und 20 beschrieben. 19 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Systemkonfiguration einer Bildverarbeitungsvorrichtung für den mobilen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 20 zeigt ein binarisiertes Bild, das durch Binarisierung der Bilddaten einer Markierung erhalten wurde, die von der Bildverarbeitungsvorrichtung für den mobilen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung aufgenommen wurde, und ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Scanverfahrens zum Scannen des binarisierten Bildes, um ID-Informationen zu erhalten, die in der Markierung festgelegt sind.
Eine in 19 dargestellte Bildverarbeitungsvorrichtung 110 umfasst einen Marker111 als Erfassungszielobjekt und einen Körper der Bildverarbeitungsvorrichtung 121, der die gewünschten Informationen durch Lesen des Markers 111 erfasst und eine Verarbeitung durchführt.
Der Marker 111 ist so konfiguriert, dass er eine Vielzahl von quadratischen Zellen 112 auf einer zweidimensionalen Ebene anordnet. Die Vielzahl der Zellen 112 besteht beispielsweise aus weißen Zellen 112a als erste Zelle, die infrarotes LED-Licht reflektieren kann, und schwarzen Zellen 112b als zweite Zelle, die infrarotes LED-Licht nicht reflektieren kann. Bei der in 19 dargestellten Ausführungsform sind vierzehn weiße Zellen 112a und sechsundzwanzig schwarze Zellen 112b auf einer zweidimensionalen Ebene in einer Matrixanordnung von fünf Spalten und acht Zeilen angeordnet. Darüber hinaus enthalten die zweiundzwanzig schwarzen Zellen 112b, die so angeordnet sind, dass sie den äußeren Umfang des Markers 111 umgeben, keine Informationen und sind Teile, die als einfache Grenze zur Unterscheidung zwischen dem Marker 111 und dem Raum dienen und ein falsches Lesen verhindern. Das heißt, der in 19 dargestellte Teil des Markers 111, der als Erfassungszielobjekt fungiert, besteht aus einer Matrixanordnung von achtzehn Zellen 112 mit drei Spalten und sechs Zeilen, von denen drei Spalten mit der Bezugsziffer A und sechs Zeilen mit der Bezugsziffer B bezeichnet sind.
In dem Abschnitt, der als Matrixanordnung aus drei Spalten und sechs Zeilen konfiguriert ist und als Erfassungszielobjekt in dem Marker 111 fungiert, ist beispielsweise der mit der Bezugsziffer B₁ bezeichnete Abschnitt, der sich in der ersten Zeile der obersten Zeile befindet, als „Erfassungsstartposition“ konfiguriert, der mit der Bezugszahl B₃ bezeichnete Abschnitt, der sich in der sechsten Reihe der untersten Reihe befindet, als „Erfassungsendposition“ konfiguriert ist, und der mit der Bezugszahl B₂ bezeichnete Abschnitt, der aus vier Reihen der zweiten Reihe bis zur fünften Reihe besteht und zwischen der Erfassungsstartposition B₁ und der Erfassungsendposition B₃ liegt, als „ID-Informationszuweisungsposition“ konfiguriert ist.
Hinsichtlich der Erfassungsstartposition B₁ und der Erfassungsendposition B₃ sind die Zellen 112 beispielsweise in der Reihenfolge „weiß, schwarz, weiß“ von der linken Seite zur rechten Seite des Blattes von 19 angeordnet, was als „1, 0, 1“ in Binärcodes dargestellt werden kann, wobei weiß „1“ und schwarz „0 (Null)“ ist. Indem der Körper der Bildverarbeitungsvorrichtung 121 veranlasst wird, die Information „1, 0, 1“ zu erkennen, kann erkannt werden, dass die erste Zeile und die letzte Zeile der Markierung 111 erfolgreich gelesen worden sind. Das heißt, durch die Erkennung der Erfassungsstartposition B₁ und der Erfassungsendposition B₃, die durch „1, 0, 1“ dargestellt werden, kann die ID-Information, die die Position B₂ der vier Reihen zuweist, die zwischen ihnen existieren können, genau erkannt werden.
Was die ID-Informationen betrifft, die der Position B₂ der vier Reihen zugeordnet sind, so sind die Zellen 112 in der Reihenfolge „weiß, schwarz, weiß“, „weiß, weiß, weiß“, „weiß, schwarz, weiß“, „weiß, weiß, weiß“ von der obersten Reihe zur untersten Reihe angeordnet, was als „1, 0, 1“, „1, 1, 1“, „1, 0, 1“, „1, 1, 1“ in Binärcodes dargestellt werden kann. Indem man dem Marker 111 die Informationen mit einer solchen Konfiguration von 3 Bits und 4 Zeilen gibt, ist es möglich, der ID-Informationszuweisungsposition B₂ insgesamt 12 Bits an ID-Informationen zuzuweisen. Indem der Körper der Bildverarbeitungsvorrichtung 121 veranlasst wird, die 12-Bit-lnformationen zu erkennen, können dann verschiedene Prozesse ausgeführt werden.
Wie oben beschrieben, können die ID-Informationen ohne fehlerhafte Erkennung erfasst werden, wenn die Erfassungsstartposition B₁ und die Erfassungsendposition B₃ erfolgreich gelesen werden und die ID-Informationen, die der dazwischen liegenden Position B₂ zugeordnet sind, gelesen werden.
Von der Vielzahl der Zellen 112 sind die weißen Zellen 112a aus einem Material hergestellt, das in der Lage ist, das von einer später beschriebenen Bestrahlungseinheit 123 emittierte Infrarot-LED-Licht zu reflektieren und die später beschriebenen Bildgebungseinheiten 124 und 125 zu veranlassen, das reflektierte Licht abzubilden. Als Material, das infrarotes LED-Licht reflektiert, wird eine Aluminiumfolie, ein dünner Film aus Titanoxid oder Ähnliches verwendet. Andererseits sind die schwarzen Zellen 112b aus einem Material hergestellt, das das von der später beschriebenen Bestrahlungseinheit 123 emittierte Infrarot-LED-Licht nicht reflektiert, so dass der Teil der schwarzen Zellen 112b als dunkler Bereich in dem von den später beschriebenen Bildgebungseinheiten 124 und 125 aufgenommenen Bild erscheint. Als Material, das infrarotes LED-Licht nicht reflektiert, wird ein Infrarot-Sperrfilm, ein Polarisationsfilm, ein Infrarot-Absorber, schwarzer Filz oder Ähnliches verwendet. Das heißt, in der in den 19 und 20 dargestellten Ausführungsform wird das von der Bestrahlungseinheit 123 als lichtemittierende Einheit emittierte Infrarot-LED-Licht von den weißen Zellen 112a des Markers 111 reflektiert und von den Bildgebungseinheiten 124 und 125 als lichtempfangende Einheit empfangen, um ein Bild aufzunehmen. Da zu diesem Zeitpunkt die schwarzen Zellen 112b des Markers 111, der ein Erfassungszielobjekt ist, das reflektierte Licht, das von den Bildgebungseinheiten 124 und 125, die als Lichtempfangseinheit dienen, empfangen wird, reduziert, wird eine sogenannte Regressionsreflexions-Bilderfassungskonfiguration angenommen, die eine Abnahme der Reflexionsmenge erfasst.
Der Körper der Bildverarbeitungsvorrichtung 121 gemäß der in 19 dargestellten Ausführungsform kann so konfiguriert sein, dass er eine Marker-Erfassungseinheit 122 und eine Steuereinheit 127 enthält. Ferner kann die Marker-Erfassungseinheit 122 eine Bestrahlungseinheit 123, zwei Bildgebungseinheiten 124 und 125 und eine Berechnungseinheit 126 umfassen.
Die Bestrahlungseinheit 123 kann den Marker 111 mit infrarotem LED-Licht bestrahlen und dient dazu, dass die beiden Bildgebungseinheiten 124 und 125 das von dem Marker 111 reflektierte Licht lesen können. Das von der Bestrahlungseinheit 123 ausgestrahlte Infrarot-LED-Licht kann den Marker 111 auch an einem dunklen Ort wie einer Pflanze oder einem Ort mit starkem sichtbaren Licht abbilden.
Die beiden Bildgebungseinheiten 124 und 125 sind als zwei Kameras konfiguriert, die auf der linken und rechten Seite der Marker-Erfassungseinheit 122 angeordnet sind. In diesen beiden Bildgebungseinheiten 124 und 125 nehmen die beiden Kameras das von den weißen Zellen 112a reflektierte Licht auf, nachdem das von der Bestrahlungseinheit 123 emittierte Infrarot-LED-Licht auf die weißen Zellen 112a und die schwarzen Zellen 112b, die den Marker 111 bilden, gestrahlt wurde. Darüber hinaus nehmen die beiden Bildgebungseinheiten 124 und 125 unabhängige Bilder auf, und die mit den beiden Bildgebungseinheiten 124 und 125 erfassten Bilddaten werden an die Berechnungseinheit 126 übertragen.
Die Berechnungseinheit 126 führt auf der Grundlage der von den beiden Bildgebungseinheiten 124 und 125 übertragenen Bilddaten eine Triangulationsberechnung durch. Auf diese Weise ist es möglich, den Abstand (relativer Abstand) und die Richtung (relativer Winkel) des Markers 111 in Bezug auf den Körper der Bildverarbeitungsvorrichtung 121 zu berechnen.
Schließlich wird das Abtast- und Berechnungsverfahren der Berechnungseinheit 126 unter Bezugnahme auf 20 beschrieben. Die Berechnungseinheit 126 erfasst die von den beiden Bildgebungseinheiten 124, 125 aufgenommenen Bilddaten und binarisiert dann die erhaltenen Bilddaten, um das in 20 dargestellte binarisierte Bild zu erhalten. In der Phase dieses Binarisierungsprozesses wird das von den weißen Zellen 112a reflektierte Licht der Infrarot-LED und der von den schwarzen Zellen 112b nicht reflektierte Teil durch einen Schwarz-Weiß-Binarisierungsprozess geklärt.
Durch die Anwendung der oben erwähnten Bildverarbeitungsvorrichtung 110 auf den mobilen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen mobilen Roboter zu realisieren, bei dem ein Marker als Erfassungszielobjekt verwendet wird. Wie oben beschrieben, kann der mobile Roboter nach der vorliegenden Erfindung verschiedene modifizierte Formen annehmen.
In den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen wurde beispielsweise beschrieben, dass die Bakenerfassungseinheit 22 die Bake 11 mit der von der Bakenauswahleinheit eingegebenen Baken-ID erkennt. Die Bakenerfassungseinheit 22 kann jedoch die Bakeninformationen aller erkannten Baken 11 berechnen und die berechneten jeweiligen Bakeninformationen an die Steuereinheit 27 ausgeben. In diesem Fall wählt die Bakenauswahleinheit die Bakeninformationen der Zielbake 11 aus der Vielzahl der Bakeninformationen auf der Grundlage der von der Bakenauswahleinheit 27b ausgegebenen Anweisung aus.
Zum Beispiel kann der oben beschriebene mobile Roboter 30 ein Computersystem enthalten. In diesem Fall wird der von der im mobilen Roboter 30 vorgesehenen Steuereinheit 27 durchgeführte Verarbeitungsprozess in einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium in Form eines Programms gespeichert, und ein Computer liest das Programm und führt es aus, wodurch die Prozesse der einzelnen Funktionseinheiten realisiert werden. Hier bezieht sich das computerlesbare Aufzeichnungsmedium auf eine Magnetplatte, eine magneto-optische Platte, eine CD-ROM, eine DVD-ROM, einen Halbleiterspeicher oder ähnliches. Ferner kann dieses Computerprogramm über eine Kommunikationsleitung an einen Computer verteilt werden, und der Computer, der das verteilte Programm empfangen hat, kann das Programm ausführen.
Es sollte beachtet werden, dass jede der obigen Ausführungsformen als Beispiel dargestellt wird und nicht dazu gedacht ist, den Umfang der Erfindung zu begrenzen. Diese neuen Ausführungsformen können in verschiedenen anderen Ausführungsformen implementiert werden, und verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Diese Ausführungsformen und Modifikationen davon sind in den Umfang und Kern der Erfindung enthalten, und sind auch in den Umfang der Erfindung in den Ansprüchen und den entsprechenden Umfang davon beschrieben enthalten.
Aus den Ansprüchen geht klar hervor, dass die Ausführungsformen mit solchen Modifikationen oder Verbesserungen auch in den technischen Umfang der Erfindung einbezogen werden können.
Bezugszeichenliste

11 (11-1, 11-2, 11-m): Bake (Erfassungszielobjekt),
22: Bakenerfassungseinheit,
24, 25: Infrarotsensor (Erfassungseinheit),
26: Berechnungseinheit,
27: Steuereinheit,
27a: Bewegungsrou-tenspeichereinheit,
27b: Bakenauswahleinheit,
27c: Antriebssteuerungseinheit,
27c1: Berech-nungseinheit für die Vorbeifahrtposition,
27c2: Berechnungseinheit für den Korrekturwinkel,
27c3: Berechnungseinheit für den Sollwert,
30: Mobiler Roboter,
31: Antriebseinheit,
32, 33: Antriebsrad,
34, 35: Motor,
36: Motorsteuerungseinheit,
40 (40-1, 40-2): Begrenzungen,
Z: Entfernung (zurBake),
θ: Richtung,
x: Entfernung (Bakendvorbeifahrtsentfernung),
y: Fahrstrecke (Horizontale Ent-fernung zur Bake),
Xref: Bestimmte Entfernung,
Ppass: Passierpunkt,
δx, ΔX: Differenz,
Δθ: Korrek-turwinkel,
L: Zielroute,
110: Bildverarbeitungsvorrichtung,
111: Marker,
112: Zelle,
112a: WeißeZelle,
112b: Schwarze Zelle,
121: Körper der Bildverarbeitungsvorrichtung,
122: Marker-Erfas-sungseinheit,
123: Bestrahlungseinheit,
124, 125: Bildgebungseinheit,
126: Berechnungseinheit,
127: Steuereinheit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005018248 [0004]

Claims

Mobiler Roboter mit: eine Antriebseinheit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Fahrtrichtung ändert; eine Erfassungseinheit, die eine Vielzahl von Erfassungszielobjekten erfasst, die entlang einer Bewegungsroute zu einem Zielpunkt angeordnet sind; und eine Steuereinheit, die einen Abstand und eine Richtung zu dem von der Erfassungseinheit erfassten Erfassungszielobjekt erfasst, eine Fahrtrichtung berechnet, in der der Abstand und die Richtung zu dem Erfassungszielobjekt eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, und die Antriebseinheit auf der Grundlage der berechneten Fahrtrichtung antreibt und steuert, wobei der mobile Roboter unter einer Einstellungsumgebung verwendet wird, in der eine Begrenzung in der Bewegungsroute zumindest auf einer linken oder rechten Seite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des mobilen Roboters gesetzt ist, die Mehrzahl von Erfassungszielobjekten entlang der die Bewegungsroute bildenden Begrenzung angeordnet sind und eine Zielroute an einer Position um einen bestimmten Abstand von der Begrenzung entfernt gesetzt ist, um zu bewirken, dass sich der mobile Roboter bewegt, während er den bestimmten Abstand von der Begrenzung beibehält, und die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Abstand in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsroute zwischen dem Erfassungszielobjekt, das entlang der Begrenzung angeordnet ist, und einer aktuellen Position des mobilen Roboters auf der Grundlage des Abstands und der Richtung zu dem Erfassungszielobjekt berechnet, das von der Erfassungseinheit zumindest dann erfasst wird, wenn der mobile Roboter versucht, eine Bewegung entlang der Zielroute in Richtung des Zielpunkts zu beginnen, eine Differenz zwischen dem Abstand und dem bestimmten Abstand berechnet und eine Antriebssteuerung für die Antriebseinheit ausführt, um zu bewirken, dass die Differenz 0 (Null) ist.
Mobiler Roboter nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die auf der Antriebseinheit auszuführende Antriebssteuerung ausführt, um zu bewirken, dass die Differenz auf der Grundlage der Rückkopplungssteuerung 0 (Null) ist.
Steuerungssystem für einen mobilen Roboter, umfassend: eine Antriebseinheit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Fahrtrichtung eines mobilen Roboters ändert; eine Erfassungseinheit, die eine Vielzahl von Erfassungszielobjekten erfasst, die entlang einer Bewegungsroute zu einem Zielpunkt angeordnet sind; und eine Steuereinheit, die einen Abstand und eine Richtung zu dem von der Erfassungseinheit erfassten Erfassungszielobjekt erfasst, eine Fahrtrichtung berechnet, in der der Abstand und die Richtung zu dem Erfassungszielobjekt eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, und die Antriebseinheit auf der Grundlage der berechneten Fahrtrichtung antreibt und steuert, eine Begrenzung in der Bewegungsroute zumindest auf einer linken oder rechten Seite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des mobilen Roboters gesetzt ist, die Mehrzahl von Erfassungszielobjekten entlang der die Bewegungsroute bildenden Begrenzung angeordnet ist, und eine Zielroute an eine Position gesetzt ist, die um einen bestimmten Abstand von der Begrenzung entfernt ist, um den mobilen Roboter zu veranlassen, sich zu bewegen, während er den bestimmten Abstand von der Begrenzung beibehält, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Abstand in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsroute zwischen dem Erfassungszielobjekt, das entlang der Begrenzung angeordnet ist, und einer aktuellen Position des mobilen Roboters auf der Grundlage des Abstands und der Richtung zu dem Erfassungszielobjekt berechnet, das von der Erfassungseinheit zumindest dann erfasst wird, wenn der mobile Roboter versucht, eine Bewegung entlang der Zielroute in Richtung des Zielpunkts zu beginnen, eine Differenz zwischen dem Abstand und dem bestimmten Abstand berechnet und eine Antriebssteuerung für die Antriebseinheit ausführt, um zu bewirken, dass die Differenz 0 (Null) ist.
Steuerungssystem für einen mobilen Roboter nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die auf der Antriebseinheit auszuführende Antriebssteuerung ausführt, um zu bewirken, dass die Differenz auf der Grundlage der Rückkopplungssteuerung 0 (Null) ist.
Verfahren zur Steuerung eines mobilen Roboters in einem mobilen Roboter, der umfasst: eine Antriebseinheit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Fahrtrichtung des mobilen Roboters ändert; eine Erfassungseinheit, die eine Vielzahl von Erfassungszielobjekten erfasst, die entlang einer Bewegungsroute zu einem Zielpunkt angeordnet sind; und eine Steuereinheit, die einen Abstand und eine Richtung zu dem von der Erfassungseinheit erfassten Erfassungszielobjekt erfasst, eine Fahrtrichtung berechnet, in der der Abstand und die Richtung zu dem Erfassungszielobjekt eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, und die Antriebseinheit auf der Grundlage der berechneten Fahrtrichtung antreibt und steuert, eine Begrenzung in der Bewegungsroute zumindest auf einer linken oder rechten Seite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des mobilen Roboters gesetzt wird, die Mehrzahl von Erfassungszielobjekten entlang der die Bewegungsroute bildenden Begrenzung angeordnet ist, und eine Zielroute an einer Position gesetzt wird, die um einen bestimmten Abstand von der Begrenzung entfernt ist, um den mobilen Roboter zu veranlassen, sich zu bewegen, während er den bestimmten Abstand von der Begrenzung beibehält, wobei das Verfahren die folgenden Prozesse umfasst: Erfassen des Abstands und der Richtung zu dem von der Erfassungseinheit erfassten Erfassungszielobjekts; Berechnen der Fahrtrichtung, in der der Abstand und die Richtung zu dem Erfassungszielobjekt eine vorbestimmte Beziehung erfüllen; und Antreiben und Steuern der Antriebseinheit auf der Grundlage der berechneten Fahrtrichtung, wobei die Steuereinheit einen Prozess des Berechnens eines Abstands in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsroute zwischen dem Erfassungszielobjekt, das entlang der Begrenzung angeordnet ist, und einer aktuellen Position des mobilen Roboters auf der Grundlage des Abstands und der Richtung zu dem Erfassungszielobjekt, die durch die Erfassungseinheit erfasst werden, zumindest dann, wenn der mobile Roboter versucht, eine Bewegung entlang der Zielroute in Richtung des Zielpunkts zu beginnen, einen Prozess des Berechnens einer Differenz zwischen dem Abstand und dem bestimmten Abstand und einen Prozess des Ausführens einer Antriebssteuerung für die Antriebseinheit ausführt, um zu bewirken, dass die Differenz 0 (Null) ist.
Verfahren zur Steuerung eines mobilen Roboters nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit die auf der Antriebseinheit auszuführende Antriebssteuerung ausführt, um zu bewirken, dass die Differenz auf der Grundlage der Rückkopplungssteuerung 0 (Null) ist.