JP2000039918A

JP2000039918A - 移動ロボット

Info

Publication number: JP2000039918A
Application number: JP10207757A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Takimoto; 和利滝本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】限られたスペース内で使う移動ロボットをスタ
ート位置に関わりなく、効率よく駆動できるようにす
る。【解決手段】移動ロボット本体１が置かれた任意のスタ
ート位置で自走始動時に所定角度回転して移動ロボット
本体１に設けた距離センサ２１、２２、２３、２４で全
周囲の壁１０等の障害物を検知し、最も近い障害物に向
かって操舵兼駆動装置により移動ロボット本体１を走行
させ、上記の最も近い障害物の近くで方向転換させて、
上記障害物に沿って自走させるようにする。また、上記
所定角度回転させる動作を複数に分割し、分割した複数
の回転動作間に停止期間を設け、この停止期間中に距離
センサ２１、２２、２３、２４で全周囲の障害物を検知
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、病院、ホ
テル、一般家庭の部屋内等を自走する移動ロボットに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動ロボットには、例えば、自走
しながら掃除を行う掃除ロボットや、自走し荷物を運ぶ
自動搬送ロボットや、自走を行いながらデパート等の施
設のガイドを行うガイドロボット等様々な形態のものが
ある。これらの移動ロボットの多くは、特開平５−３５
３３２号の「作業移動車の走行制御装置」に開示されて
いるように、距離センサをもとに、壁面に沿って移動し
ながら掃除等の作業を行うものであった。

【０００３】図１１は従来の移動ロボットのブロック図
であり、この図面を用いて移動ロボットの制御を説明す
る。移動ロボット本体１を、壁等の障害物に沿って走行
させるために、ジャイロセンサ８及び距離センサ２を用
いており、これらからの情報を制御部３に取込み、操舵
兼駆動手段５で左右の駆動車輪５１、５２を制御して本
体１を所望する方向に駆動するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような、従来の移
動ロボットは壁等の障害物に沿って走行することを前提
としているため、予め決められた自走スタート位置、例
えば障害物である壁面に沿った位置に配置する等の制約
があった。また、自ら壁面を検知して壁面まで直進して
後、壁面に沿って走行するものもあったが、限られた方
向の距離センサからの情報でしか、壁面を検知できない
ため、近くに壁面があるにもかかわらず、遠い壁面に移
動してからでないと、壁面に沿って走行できない。さら
に、壁面までの自走方向が動き出すまで使用者にはわか
らないため、不安を与えるという問題があった。

【０００５】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
て創案されたもので、請求項１、４記載の発明の目的
は、動作開始時に１回転（３６０°回転）して、移動ロ
ボットの全周囲の壁面等の障害物情報を検知し、最も近
い壁面に迅速に移動し、壁面に沿って走行できるように
するとともに、走行制御のためのセンサ類を安価なもの
で済むようにした移動ロボットを提供するものである。

【０００６】また、請求項２記載の発明の目的は、動作
開始時に３６０°／ｎ回転することで、移動ロボットの
全周囲の壁面等の障害物情報を検知できる移動ロボット
を提供するものである。

【０００７】また、請求項３記載の発明の目的は、障害
物の検出を回転動作の停止時に行わせるようにして、移
動ロボットの全周囲の壁面等の障害物情報をより正確に
検知できる移動ロボットを提供するものである。

【０００８】また、請求項５記載の発明の目的は、動作
開始時に移動ロボットの全周囲の壁面等の障害物情報を
検知し、その情報を表示することのできる移動ロボット
を提供するものである。

【０００９】また、請求項６記載の発明の目的は、動作
開始時に移動ロボットの全周囲の障害物情報が検知でき
ない場合、その検知できない区域と検知できた区域を識
別表示することのできる移動ロボットを提供するもので
ある。

【００１０】また、請求項７記載の発明の目的は、自走
動作（壁面に沿って走行）を行い、始動時の未検知区域
の障害物情報が検知できた場合は、障害物情報を変更表
示することのできる移動ロボットを提供するものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、請求項１の発明は、本体を移動させる操
舵兼駆動手段と、本体に設けられた障害物との距離を検
知する障害物検知手段と、本体全体に電力を供給する電
源手段と、前記障害物検知手段からの信号に基づき前記
操舵兼駆動手段に出力信号を送り、本体の移動及び動作
を制御する制御部を備えた移動ロボットにおいて、自走
始動時に本体を１回転（３６０°回転）させて、前記障
害物検知手段により全周囲の障害物情報を検知するよう
にしたものである。

【００１２】また、請求項２の発明は、本体を移動させ
る操舵兼駆動手段と、本体上に設けられ、周囲をｎ（２
以上の自然数）等分した方向に設けられた障害物との距
離を検知するｎ個のセンサより成る障害物検知手段と、
本体全体に電力を供給する電源手段と、前記障害物検知
手段からの信号に基づき前記操舵兼駆動手段に出力信号
を送り、本体の移動及び動作を制御する制御部を備えた
移動ロボットにおいて、自走始動時に本体を３６０°／
ｎ回転させて、前記障害物検知手段により全周囲の障害
物情報を検知するようにしたものである。

【００１３】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
記載の移動ロボットにおいて、自走始動時に所定角度回
転した後、停止期間を設け、この停止期間中に、障害物
検知手段により障害物の検知を行い、この一連の動作を
繰り返しながら一定角度回転して前記障害物検知手段に
より、全周囲の障害物情報を検知するようにしたもので
ある。

【００１４】また、請求項４の発明は、本体を移動させ
る操舵兼駆動手段と、本体に設けられた障害物との距離
を検知する障害物検知手段と、本体全体に電力を供給す
る電源手段と、前記障害物検知手段からの信号に基づき
前記操舵兼駆動手段に出力信号を送り、本体の移動及び
動作を制御する制御部を備えた移動ロボットにおいて、
自走始動時に全周囲の障害物情報を検知し、この検知し
た情報に基づき前記操舵兼駆動手段により、本体を最も
近い壁面等の障害物の方向に移動してから、壁面に沿っ
て移動するようにしたものである。

【００１５】また、請求項５の発明は、本体を移動させ
る操舵兼駆動手段と、本体に設けられた障害物との距離
を検知する障害物検知手段と、本体全体に電力を供給す
る電源手段と、前記障害物検知手段からの信号に基づき
前記操舵兼駆動手段に出力信号を送り、本体の移動及び
動作を制御する制御部と、移動軌跡等を表示する表示手
段とを備えた移動ロボットにおいて、自走始動時に前記
障害物検知手段により全周囲の障害物情報を検知し、前
記表示手段に前記全周囲の障害物情報を表示するように
したものである。

【００１６】また、請求項６の発明は、請求項５記載の
移動ロボットにおいて、未検知区域の障害物情報と検知
区域の障害物情報を前記表示手段に識別表示するように
したものである。

【００１７】また、請求項７の発明は、請求項６記載の
移動ロボットにおいて、前記操舵兼駆動手段により壁面
に沿って走行する自走動作を行い、該自走動作中に自走
指導時の未検知区域の障害物情報を検知したときには、
障害物情報を前記表示手段に変更表示するようにしたも
のである。

【００１８】

【作用】請求項１の発明によると、移動ロボット本体
は、自走開始時に障害物検知手段で障害物を検知しなが
ら３６０°回転するので、１つの障害物検知手段により
全周囲の障害物を検知することができる。

【００１９】また、請求項２の発明によると、移動ロボ
ット本体は、自走始動時に３６０°／ｎの方向に向けて
設けたｎ個の距離センサより成る障害物検知手段により
周囲の障害物を検知するので、３６０°／ｎ回転するだ
けで全周囲の障害物情報を検知することができる。

【００２０】また、請求項３の発明によると、請求項
１、２の移動ロボットにおいて、自走始動時における周
囲の障害物検知時に移動ロボットの回転を所定期間停止
させて、この停止期間中に障害物検知手段により障害物
の検知を行わせ、上記回転動作と障害物の検知の一連の
動作を繰り返し行わせて全周囲の障害物の検知を行うの
で、距離センサの測定精度が上がり、移動ロボット全周
囲の障害物情報をより正確に検知することができる。

【００２１】また、請求項４の発明によると、どの位置
に移動ロボットが置かれても、最も近い壁面（障害物）
方向に移動するので、迅速に、本来の壁面に沿って自走
する走行動作を行わせることができる。

【００２２】また、請求項５、６の発明によると、移動
ロボットは自走開始時に移動ロボットの全周囲の障害物
を検知し、これを表示手段に表示する。また、未検知区
域の障害物を検知したときは、検知区域のものと区別し
て表示手段に表示する。従って、使用者は移動ロボット
の動作を予め知ることができる。

【００２３】また、請求項７の発明によると、始動時に
実際に自走した移動ロボットが障害物検知手段により新
たな障害物を検知すると、その障害物情報が表示手段に
変更表示される。従って、使用者は移動ロボットの実動
作を知ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００２５】図１は、本発明の実施形態の構成を示すブ
ロック図である。移動ロボット本体１には、該移動ロボ
ットを自走させるための左右の駆動車輪５１、５２を含
む操舵兼駆動装置５と補助輪６が設けられている。ま
た、前記移動ロボット本体１内には各部に電力を供給す
る電池４と、障害物との距離を測定する距離センサ２
１、２２、２３、２４と、駆動車輪５１、５２にそれぞ
れ設けられた走行距離センサ（図示せず）と、これらの
距離センサの信号により移動ロボット本体１の動作を制
御する制御部３が設けられている。

【００２６】上記構成において、通常の移動ロボット本
体１の動作を説明する。移動ロボット１は、壁１０まで
の距離を側面の距離センサ２１、２２、２３、２４（図
示する場合は２３）で検知して、一定の距離を保ちなが
ら走行を行う。この場合は、制御部３は左右の駆動車輪
５１、５２を一定の同一速度で回転させ、移動ロボット
本体１を直進させる。移動ロボット本体１が壁１０に近
づきすぎたことを側面の距離センサ２３が検知すると、
左側駆動車輪５１を右側駆動車輪５２より速く回転させ
ることで壁１０より遠ざける。また、壁１０より遠ざか
ったことを側面の距離センサ２３が検知すると、右側駆
動車輪５２を左側駆動車輪５１より速く回転させ、移動
ロボット本体１を壁１０に近づけるように制御する。こ
のように、距離センサ２１、２２、２３、２４により壁
１０までの距離を検知しつつ、この検知信号に基づき、
制御部３は左右の駆動車輪５１、５２に速度差を生じさ
せ、移動方向の制御、つまり操舵制御を行う。

【００２７】図２は、本発明の移動ロボットの走行機能
の説明図である。前方の障害物を検知して方向を変える
場合は、図１に示す前方の距離センサ２２で障害物が一
定距離（移動ロボット本体１の回転スペースが確保でき
る距離）に近づいたことを検知すると、左右の駆動車輪
５１、５２を逆方向に回転させる。例えば、左側駆動車
輪５１を前進方向に回転させ、右側駆動車輪５２を後進
方向に回転させる。これにより、移動ロボット本体１
は、図示するように左右の駆動車輪５１、５２の間隔の
中点を中心として右方向に回転する。この回転量を制御
することで、本体１を９０°、１８０°、３６０°等任
意の方向に方向転換させることができる。

【００２８】＜実施形態１＞図３は本発明の第１の実施
形態の動作を示すフローチャート図である。以下に本実
施形態を図３に示すフローチャートとともに説明する。

【００２９】部屋の任意の位置に置かれた移動ロボット
は、まず最初にステップＳ１において、前方の距離セン
サ２２により、障害物までの距離を測定し、部屋の障害
物マップを作成する。次にステップＳ２で制御部３より
操舵兼駆動装置５に指示して移動ロボット本体１を回転
させる。回転中も上記前方の距離センサ２２により、障
害物までの距離を測定する。上記の回転をステップＳ３
で監視し、３６０°回転すると回転動作及び障害物との
距離計測を終了する。このときの、障害物検知状態の一
例を図４に示す。このように、移動ロボット本体１を３
６０°回転することにより、前方等１カ所の距離センサ
２２のみによって、移動ロボット全周囲の壁面等の障害
物情報を得ることができる。

【００３０】次に、全周囲の壁面等の障害物情報をもと
に、ステップＳ４で最も近い障害物方向へ方向転換す
る。その後ステップＳ５で直進し、ステップＳ６で障害
物に近づいたか否かを判断し、障害物に近づいたと判断
するとステップＳ７に進み、障害物に沿う方向に方向転
換して、障害物に沿っての走行を開始する。このような
動作を行わせることにより、移動ロボットが部屋のどの
位置に置かれていても、迅速に壁等の障害物に沿って移
動する動作を行わせることができる。

【００３１】＜実施形態２＞図５及び図６は本発明の第
２の実施形態を説明するための図であり、図５は移動ロ
ボットの走行機能の説明図で、移動ロボット本体１の前
方、後方、左側面、右側面にそれぞれ距離センサ２２、
２４、２３、２１が設けられている。図６は移動ロボッ
トの制御装置の動作を示すフローチャートである。以下
両図を用いて本実施形態２を説明する。

【００３２】部屋の任意の位置に置かれた移動ロボット
は、図６に示すフローチャートのステップＳ１１で自走
始動時に前後左右の４カ所に設置された距離センサ２
１、２２、２３、２４により障害物までの距離を測定
し、ステップＳ１２で操舵兼駆動装置５に指示し、移動
ロボット本体１を回転させる。回転中も距離センサ２
１、２２、２３、２４により、障害物までの距離を測定
する。次にステップＳ１３で９０°回転したことを検出
すると、回転動作及び障害物までの距離計測を終了す
る。

【００３３】直行する４カ所に設置された距離センサ２
１、２２、２３、２４により、移動ロボット本体１が９
０°回転する間に各々の距離センサが視界９０°の範囲
にある障害物までの距離を測定することになり、４つの
距離センサ２１、２２、２３、２４の障害物情報をつな
ぎ合わせると、移動ロボットの全周囲にある壁面等の障
害物情報を得ることができる。従って、９０°回転する
という短期間に全周囲の壁面等の障害物情報を得ること
ができる。また、前後左右とその中間コーナ部の８カ所
に距離センサを設けるものであれば、４５°の回転で全
周囲の壁面等の障害物情報を得ることができる。更には
３６０°／ｎの方向に向けてｎ個の距離センサを設ける
ようにしてもよい。この場合のｎは自然数である。

【００３４】＜実施形態３＞図７は本発明の第３の実施
形態を説明するフローチャートである。以下に本実施形
態３を図７とともに説明する。

【００３５】部屋の任意の位置に置かれた移動ロボット
は、まずステップＳ２１において、前方の距離センサ２
２により障害物までの距離を測定する。測定終了後、ス
テップ２２で制御部３より操舵兼駆動装置５に指示して
移動ロボット本体１を所定角度回転させた後停止させ
る。所定角度回転終了後、停止状態において距離センサ
２２により、障害物までの距離を測定する。この動作を
繰り返し行い、トータルで３６０°回転したことをステ
ップＳ２３で検出すると、回転動作及び障害物との距離
計測を終了する。このように制御することで、回転停止
期間にのみ距離センサ２２により障害物までの距離を測
定することができ、超音波センサのように測定時間が必
要な距離センサを用いる場合であっても正確に障害物ま
での距離を測定することが可能になる。なお、超音波セ
ンサは超音波を発射して障害物からの反射波が帰ってく
るまでの時間を測定するため、測定のために時間が必要
になる。超音波の伝播速度をＶとして、障害物までの距
離をＬとすると、測定に必要な時間ｔはｔ＝２Ｌ／Ｖと
なり、スピードが速い物体の位置検出には誤差が生じ易
い。

【００３６】＜実施形態４＞図８は本発明の第４の実施
形態の構成を示すブロック図である。同図において、図
１に対応する部分には同一符号を付し説明を省略する。
この実施形態では移動軌跡等を表示する表示部７が設け
られている。この構成において、自走始動時に移動ロボ
ットが検知した全周囲障害物情報、移動する壁面情報、
最も近いと判断した壁面情報などを表示部７に表示す
る。従って、移動ロボットがどの方向に移動するのか
を、使用者に予め報知することができる。

【００３７】図９は本発明の第５の実施形態の説明図で
ある。移動ロボット本体１は、自走始動時に、距離セン
サ２１、２２、２３、２４により移動ロボットの全周囲
の障害物までの距離を測定するが、距離センサ２１、２
２、２３、２４の測定可能距離を超える遠方の障害物が
ある場合、一部の区域の障害物情報を検知できない状態
が発生する。実際の壁面１０が、距離センサ２１、２
２、２３、２４の測定可能距離内にあるエリア１１の障
害物情報は検知できるが、エリア１２は距離が長すぎる
ため、これ以上先にある障害物情報は検知することがで
きない。このとき、検知できた範囲の障害物情報を表示
部７に表示するとともに、検知できていないエリア１２
を色を変える等識別して表示する。このようにすること
により、移動ロボットの識別している障害物情報を使用
者に正確に伝えることができる。

【００３８】＜実施形態６＞図１０は本発明の第６の実
施形態の説明図である。移動ロボット本体１は自走始動
時に、距離センサ２１、２２、２３、２４により移動ロ
ボットの全周囲の障害物までの距離を測定し、障害物情
報が検知できたエリア１１と、障害物情報が検知できて
いないエリア１２を色を変える等識別して図８に示す移
動ロボット本体１の表示部７に表示する。その後、移動
ロボット本体１は壁面１０に沿って走行を開始し、走行
を行った奇跡１３（掃除ロボット等の場合は掃除済エリ
ア）を図８に示す表示部７に例えば図１０に示すような
パターンとして表示する。移動ロボットの自走動作が進
み、始動時に障害物情報が検知できなかった未検知エリ
ア１２の情報が新たに検知できると、上記表示部７の画
面上において、未検知エリア１２を検知エリア１１に表
示変更する。従って、使用者には常に正確な移動ロボッ
トの識別している障害物情報を知らせることができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は以上のような構成であるので、
請求項１、４によれば、前方等１カ所の距離センサによ
って、移動ロボット全周囲の壁面等の障害物情報を得る
ことができ、安価なシステムを構築することができる。
また、全周囲の壁面等の障害物情報をもとに、最も近い
障害物方向へ方向転換して、直進し、障害物に近づくと
い障害物に沿う方向に方向転換して、障害物に沿っての
走向を開始することができるので、移動ロボットが部屋
のどの位置に置かれても、最短経路で迅速に壁等の障害
物に沿って移動する動作を行わせることができる。

【００４０】また、請求項２によれば、３６０°／ｎ方
向に設けられたｎ個の距離センサにより、移動ロボット
本体が３６０°／ｎ回転する間に全周囲の壁面などの障
害物情報を得ることができ、障害物検知時間を短縮して
移動ロボットの動作スピードを向上させることができ
る。

【００４１】また、請求項３によれば、自走始動時に本
体を回転させて、全周囲の障害物を検知する場合に、所
定角度回転する毎に一旦停止させ、この停止期間中に距
離センサが超音波センサのように測定に時間がかかるも
のを用いた場合にも、障害物までの距離を正確に測定す
ることができる。

【００４２】また、請求項５によれば、移動ロボットの
自走始動時に移動ロボットが検知した全周囲障害物情報
等を表示することができるので、移動ロボットの移動方
向などを使用者に予め報知する移動ロボットを提供する
ことができる。

【００４３】また、請求項６によれば、移動ロボットの
自走始動時に検知した全周囲の障害物がどのエリアのも
ので、検知できていないエリアはどの範囲かを色を変え
る等の手段を用いて識別表示するので、使用者に正確に
移動ロボットの識別している障害物情報を知らせること
ができる。

【００４４】また、請求項７によれば、移動ロボットの
始動時に障害物情報が検知できなかった未検知エリアの
情報が移動ロボットの走行に応じて新たに検知できる
と、随時未検知エリアを検知エリアに表示を変更するこ
とができ、使用者に常に正確な移動ロボットが識別して
いる障害物情報を知らせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動ロボットの一実施形態の構成を
示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の説明図である。

【図３】本発明の第１の実施形態の動作を示すフロー
チャートである。

【図４】本発明の第１の実施形態の説明図である。

【図５】本発明の第２の実施形態の説明図である。

【図６】本発明の第２の実施形態の動作を示すフロー
チャートである。

【図７】本発明の第３の実施形態の動作を示すフロー
チャートである。

【図８】本発明の第４の実施形態の構成を示すブロッ
ク図である。

【図９】本発明の第５の実施形態の説明図である。

【図１０】本発明の第６の実施形態の説明図である。

【図１１】従来の移動ロボットの構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１移動ロボット本体３制御部４電池５操舵・駆動装置６補助輪７表示部１０壁２１、２２、２３、２４距離センサ５１右側駆動車輪５２左側駆動車輪

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体を移動させる操舵兼駆動手段と、本
体に設けられた障害物との距離を検知する障害物検知手
段と、本体全体に電力を供給する電源手段と、前記障害
物検知手段からの信号に基づき前記操舵兼駆動手段に出
力信号を送り、本体の移動及び動作を制御する制御部を
備えた移動ロボットにおいて、自走始動時に本体を１回
転（３６０°回転）させて、前記障害物検知手段により
全周囲の障害物情報を検知することを特徴とする移動ロ
ボット。
【請求項２】本体を移動させる操舵兼駆動手段と、本
体上に設けられ、周囲をｎ（２以上の自然数）等分した
方向に設けられた障害物との距離を検知するｎ個の距離
センサより成る障害物検知手段と、本体全体に電力を供
給する電源手段と、前記障害物検知手段からの信号に基
づき前記操舵兼駆動手段に出力信号を送り、本体の移動
及び動作を制御する制御部を備えた移動ロボットにおい
て、自走始動時に本体を３６０°／ｎ回転させて、前記
障害物検知手段により全周囲の障害物情報を検知するこ
とを特徴とする移動ロボット。
【請求項３】請求項１又は２記載の移動ロボットにお
いて、自走始動時に所定角度回転した後、停止期間を設
け、この停止期間中に、障害物検知手段により障害物の
検知を行い、この一連の動作を繰り返しながら一定角度
回転して前記障害物検知手段により、全周囲の障害物情
報を検知することを特徴とする移動ロボット。
【請求項４】本体を移動させる操舵兼駆動手段と、本
体に設けられた障害物との距離を検知する障害物検知手
段と、本体全体に電力を供給する電源手段と、前記障害
物検知手段からの信号に基づき前記操舵兼駆動手段に出
力信号を送り、本体の移動及び動作を制御する制御部を
備えた移動ロボットにおいて、自走始動時に全周囲の障
害物情報を検知し、この検知した情報に基づき前記操舵
兼駆動手段により、本体を最も近い壁面等の障害物の方
向に移動してから、壁面に沿って移動するように走行制
御することを特徴とする移動ロボット。
【請求項５】本体を移動させる操舵兼駆動手段と、本
体に設けられた障害物との距離を検知する障害物検知手
段と、本体全体に電力を供給する電源手段と、前記障害
物検知手段からの信号に基づき前記操舵兼駆動手段に出
力信号を送り、本体の移動及び動作を制御する制御部
と、移動軌跡等を表示する表示手段とを備えた移動ロボ
ットにおいて、自走始動時に前記障害物検知手段により
全周囲の障害物情報を検知し、前記表示手段に前記全周
囲の障害物情報を表示するようにしたことを特徴とする
移動ロボット。
【請求項６】請求項５記載の移動ロボットにおいて、
未検知区域の障害物情報と検知区域の障害物情報を前記
表示手段に識別表示するようにしたことを特徴とする移
動ロボット。
【請求項７】請求項６記載の移動ロボットにおいて、
前記操舵兼駆動手段により壁面に沿って走行する自走動
作を行い、該自走動作中に自走指導時の未検知区域の障
害物情報を検知したときには、障害物情報を前記表示手
段に変更表示するようにしたことを特徴とする移動ロボ
ット。