JP2007257195A - Mobile body and control method for it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体及びその制御方法に関し、特に詳しくは目標経路に対して追従する移動体、及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a moving body and a control method thereof, and more particularly to a moving body that follows a target route and a control method thereof.
従来より、ロボットや車両等の移動体を目標経路に対して自動追従させる技術が提案されている。例えば、目標経路に対する、移動体の位置の横ずれ量や方位角のずれ量をフィードバック制御することによって自動追従する技術がある。このような、自律型の移動体では、移動開始位置から目標位置までの目標経路を計画している。そして、移動体は、フィードバック制御されながら、目標経路に追従して移動する。また、このような移動体に対して、停止位置で所定の動作、作業を行なうロボットもある。 2. Description of the Related Art Conventionally, techniques for automatically moving a moving body such as a robot or a vehicle to a target route have been proposed. For example, there is a technique of automatically following a feedback control of a lateral deviation amount or an azimuth angle deviation amount of a moving body with respect to a target route. In such an autonomous moving body, a target route from the movement start position to the target position is planned. The moving body moves following the target route while being feedback controlled. There is also a robot that performs a predetermined operation and work on such a moving body at a stop position.
このような、自律型の移動体では、正確に目標経路に追従して移動させることが困難である。この問題点を解決するために、目標経路からの相対的な横ずれ及び方位角のずれ量に応じたフィードバック制御による操作量に加えて、目標経路の曲率や横ずれ量に応じたフィードフォワード制御による操作量により操舵角を決定する技術が提案されている(特許文献1参照)。この技術では、曲率が変化する任意の目標経路、目標経路に沿った座標軸を有する座標系に変換して、横ずれ量等を計算している。 In such an autonomous moving body, it is difficult to move following the target route accurately. In order to solve this problem, in addition to the operation amount by feedback control according to the amount of relative lateral deviation and azimuth angle deviation from the target route, the operation by feedforward control according to the curvature and lateral deviation amount of the target route A technique for determining the steering angle based on the amount has been proposed (see Patent Document 1). In this technique, an arbitrary target path whose curvature changes and a coordinate system having coordinate axes along the target path are converted to calculate a lateral deviation amount and the like.
しかしながら、上記の技術を用いても、移動体を正確に制御することは困難である。したがって、移動体の停止位置が目標位置からずれてしまうという問題点が生じてしまう。上記の文献では、目標経路に沿った座標軸において所定の座標まで移動すると、移動体が停止してしまう。したがって、目標位置近傍で横ずれ量が大きくなった場合、停止位置が目標位置から大きくずれてしまう。停止位置で所定の動作、作業を行なう場合、停止位置のずれが生じると、所定の動作、作業を行なうことができなくなってしまう。例えば、物体を把持するハンドなどを有する移動体の場合、停止位置が目標位置からずれてしまうと、物体を把持することができないという問題点が生じる。このように、従来の移動体では、停止位置を正確に制御することが困難であるという問題点が生じる。 However, it is difficult to accurately control the moving body even using the above technique. Therefore, there arises a problem that the stop position of the moving body deviates from the target position. In the above-mentioned document, the moving body stops when it moves to a predetermined coordinate on the coordinate axis along the target route. Therefore, when the lateral deviation amount increases in the vicinity of the target position, the stop position deviates greatly from the target position. When a predetermined operation or work is performed at the stop position, if the shift of the stop position occurs, the predetermined operation or work cannot be performed. For example, in the case of a moving body having a hand or the like that grips an object, there arises a problem that the object cannot be gripped if the stop position deviates from the target position. Thus, the conventional mobile body has a problem that it is difficult to accurately control the stop position.
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、停止位置の制御を容易に行うことができる移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a moving body capable of easily controlling a stop position and a control method therefor.
本発明の第1の態様にかかる移動体は、目標位置までの目標経路に対して追従するよう移動制御を行う制御部を有する移動体であって、前記制御部が、前記目標経路に追従して移動する移動体の位置を推定する位置推定部と、前記目標位置を含む目標領域であって、前記目標位置を通る分割線によって第1の分割領域と第2の分割領域に分割されている目標領域を設定する領域設定部とを備え、前記位置推定部で推定された推定位置が第1の分割領域から第2の分割領域に遷移した時点で、前記移動体が目標位置に到達したと判断して、前記移動体の移動を停止するものである。これにより、停止位置の制御を容易に行うことができる。 A moving body according to a first aspect of the present invention is a moving body having a control unit that performs movement control so as to follow a target path to a target position, and the control unit follows the target path. A position estimation unit that estimates the position of a moving body that moves and a target area that includes the target position, and is divided into a first divided area and a second divided area by a dividing line that passes through the target position. An area setting unit for setting a target area, and when the estimated position estimated by the position estimation unit transitions from the first divided area to the second divided area, the moving body has reached the target position. Judgment is made to stop the movement of the moving body. Thereby, control of a stop position can be performed easily.
本発明の第2の態様にかかる移動体は、上記の移動体において、前記分割線を前記目標位置における前記目標経路の方向と直交する方向の線分として、前記第1の分割領域と前記第2の分割領域とを分割するものである。これにより、停止位置をより正確に制御することができる。 The moving body according to a second aspect of the present invention is the moving body according to the first aspect, wherein the dividing line is a line segment in a direction orthogonal to the direction of the target path at the target position. The two divided areas are divided. As a result, the stop position can be controlled more accurately.
本発明の第3の態様にかかる移動体は、上記の移動体において、前記目標領域が、半径kの円形として設定されているものである。 The moving body according to the third aspect of the present invention is such that the target area is set as a circle having a radius k in the above moving body.
本発明の第4の態様にかかる移動体は、上記の移動体において、前記移動体が、前記目標位置までの目標経路を計画する経路計画部と、前記位置推定部で推定された推定位置が、前記経路計画部で計画された目標経路上の位置から所定距離だけ離れたことを判定する判定部とを、さらに備え、前記経路計画部が、前記目標経路から前記移動体が前記目標領域の半径k以上の距離を離れたと判定された場合に、前記目標位置までの目標経路を再計画することを特徴とするものである。これにより、目標経路に対して追従させることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a movable body, wherein the movable body has a route planning unit that plans a target route to the target position, and an estimated position estimated by the position estimating unit. And a determination unit that determines that a predetermined distance from the position on the target route planned by the route planning unit is provided, wherein the route planning unit is configured such that the moving body moves from the target route to the target area. When it is determined that a distance greater than the radius k is left, the target route to the target position is re-planned. Thereby, it is possible to follow the target route.
本発明の第5の態様にかかる移動体は、上記の移動体において、前記領域設定部が、前記目標経路及び前記半径kの値に基づいて、移動可能領域を設定し、前記判定部が、前記推定位置が前記移動可能領域から外れたと判定した場合に、前記目標経路を再計画させるものである。これにより、複雑な処理を行うことなく、容易に判定することができる。 In the mobile body according to the fifth aspect of the present invention, in the mobile body described above, the region setting unit sets a movable region based on the target route and the value of the radius k, and the determination unit includes: When it is determined that the estimated position is out of the movable area, the target route is re-planned. This makes it possible to easily determine without performing complicated processing.
本発明の第6の態様にかかる移動体は、上記の移動体において、所定のタスクを実行するタスク処理機構をさらに備え、前記タスク処理機構が前記移動体の停止位置からタスクを実行するために必要となる距離で設定されるタスク可能範囲に基づいて前記半径kの値が設定されているものである。これにより、停止位置でのタスクを確実に実行することができる。 A moving body according to a sixth aspect of the present invention further includes a task processing mechanism that executes a predetermined task in the above moving body, so that the task processing mechanism executes a task from a stop position of the moving body. The value of the radius k is set based on the task possible range set by the required distance. Thereby, the task at the stop position can be reliably executed.
本発明の第7の態様にかかる移動体の制御方法は、目標経路に対して追従する移動体の移動を制御する制御方法であって、前記目標位置を含む目標領域であって、前記目標位置を通る分割線によって第1の分割領域と第2の分割領域に分割されている目標領域を設定するステップと、前記移動体の位置を推定するステップと、前記推定位置が前記分割領域のうちの第1の分割領域から第2の分割領域に遷移した時点で、目標位置に到達したと判断して、前記移動体の移動を停止するステップと、を有するものである。これにより、停止位置の制御を容易に行うことができる。 A control method for a moving body according to a seventh aspect of the present invention is a control method for controlling movement of a moving body that follows a target path, the target area including the target position, and the target position. Setting a target region that is divided into a first divided region and a second divided region by a dividing line passing through the step, estimating a position of the moving body, and the estimated position of the divided regions And a step of determining that the target position has been reached at the time of transition from the first divided region to the second divided region, and stopping the movement of the moving body. Thereby, control of a stop position can be performed easily.
本発明の第8の態様にかかる移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記分割線を前記目標位置における前記目標経路の方向と直交する方向の線分として、前記第1の分割領域と前記第2の分割領域とを分割するものである。これにより、停止位置をより正確に制御することができる。 A control method for a moving body according to an eighth aspect of the present invention is the control method described above, wherein the dividing line is defined as a line segment in a direction orthogonal to the direction of the target path at the target position. The divided area and the second divided area are divided. As a result, the stop position can be controlled more accurately.
本発明の第9の態様にかかる移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記目標領域が、半径kの円形として設定されているものである。 A control method for a moving body according to a ninth aspect of the present invention is the control method described above, wherein the target region is set as a circle having a radius k.
本発明の第10の態様にかかる移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記移動体が、前記目標位置までの目標経路を計画するステップと、前記位置推定部で推定された推定位置が、前記経路計画部で計画された目標経路上の位置から所定距離だけ離れたことを判定するステップとを、さらに備え、前記目標経路から前記移動体が前記目標領域の半径k以上の距離を離れたと判定された場合に、前記目標位置までの目標経路を再計画することを特徴とするものである。これにより、目標経路に対して追従させることができる。 A control method for a mobile unit according to a tenth aspect of the present invention is the control method described above, wherein the mobile unit plans a target route to the target position, and is estimated by the position estimation unit. Determining that the estimated position is a predetermined distance away from the position on the target route planned by the route planning unit, wherein the moving body is not less than a radius k of the target region from the target route. When it is determined that the distance has been increased, the target route to the target position is re-planned. Thereby, it is possible to follow the target route.
本発明の第11の態様にかかる移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記目標経路及び前記しきい値に基づいて、移動可能領域を設定するステップをさらに備え、前記判定するステップでは、前記推定位置が前記移動可能領域から外れたと判定した場合に、前記目標経路を再計画させるものである。これにより、複雑な処理を行うことなく、容易に判定することができる。 A control method for a moving body according to an eleventh aspect of the present invention is the control method described above, further comprising a step of setting a movable area based on the target route and the threshold value, and performing the determination. In the step, the target route is re-planned when it is determined that the estimated position is out of the movable region. This makes it possible to easily determine without performing complicated processing.
本発明の第12の態様にかかる移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記位置移動を停止した後、前記移動体を目標姿勢までその場旋回させるステップをさらに備えるものである。これにより、停止位置姿勢を容易に制御することができる。 A control method for a mobile body according to a twelfth aspect of the present invention is the control method described above, further comprising a step of turning the mobile body on the spot to a target posture after stopping the position movement. . Thereby, the stop position and posture can be easily controlled.
本発明によれば、停止位置を容易に制御することができる移動体、及びその制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the moving body which can control a stop position easily, and its control method can be provided.
発明の実施の形態1.
本実施の形態にかかる移動体について図1を用いて説明する。図1(a)は、本実施の形態にかかる移動体の構成を模式的に示す上面図であり、図1(b)は本実施の形態にかかる移動体の構成を模式的に示す側面図である。10は移動体、11は車体、12は駆動輪、13は従動輪、14は駆動機構、15は制御部である。本実施の形態では、移動体10を対向2輪型の車輪移動ロボットとして説明する。
A moving body according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a top view schematically showing the configuration of the moving body according to the present embodiment, and FIG. 1B is a side view schematically showing the configuration of the moving body according to the present embodiment. It is.
移動体10は、自律型の移動ロボットである。車体11の側面下方には、駆動輪12が設けられている。駆動輪12は、車体11の対向する側面にそれぞれ設けられている。車体11の角近傍には、キャスタ等の従動輪13が設けられている。2つの駆動輪12は、モータ等を有する駆動機構14によって、独立して回転する。すなわち、駆動機構14が左右の駆動輪12を回転させることによって、移動体10が移動する。2つの駆動輪12は、それぞれ異なる駆動機構14に接続されている。したがって、駆動輪12を異なる回転方向、回転速度で回転させることにより、移動体10の移動方向、移動速度を制御することができる。具体的には、駆動輪12を同じ方向、異なる速度で回転させることにより、移動体10の移動方向が変化しながら、移動する。すなわち、2つの駆動輪12の距離、及び回転速度の差に応じて、移動体10がカーブしながら移動する。また、駆動輪12を反対方向に回転させることによって、移動体10がその場で旋回する。さらに、駆動輪12を同じ方向、同じ速度で回転させることにより、移動体10が直進移動する。
The moving
制御部15は、移動体10が目標経路に追従するよう、駆動機構14を制御する。例えば、制御部15は、移動体10の現在位置、及び目標位置に基づいて目標経路を計画する。そして、制御部15は、移動体10が目標経路に追従して移動するよう、駆動機構14をフィードバック制御、あるいはフィードフォワード制御を行う。制御部15は、例えば、駆動機構14のモータ又は駆動輪12に取り付けたロータリーエンコーダや、車体11に取り付けたジャイロセンサ等からの測定値に基づいて現在の位置を推定する。そして、制御部15は、推定位置に基づいてフィードバック制御を行う。これにより、駆動機構14のモータが適切な回転角度で回転する。そして、駆動輪12が回転して、移動体10が目標経路に追従して移動する。
The
本発明の実施の形態にかかる移動体の制御部15は、例えば、車体11に搭載された演算処理装置により実現される。この演算処理装置は、例えば、中央処理装置(CPU)、ROM、RAM、ハードディスク等の記憶装置、入出力インターフェース等を備えている。ROM、等の記憶装置には、オペレーティングシステムと協働してCPU等に命令を与え、アプリケーションプログラムを記録することができ、RAMにロードされることによって実行される。このアプリケーションプログラムは、本発明にかかる制御方法を実現する特有のプログラムを含む。例えば、目標経路を計画するプログラム、センサからの測定値に基づいて位置を推定するプログラムなどを有している。制御部15による追従制御は、中央処理装置がアプリケーションプログラムをRAM上に展開した上で当該アプリケーションプログラムに従った処理を記憶装置に格納されたデータを読み出し、また格納を行なうことにより、実行される。
The
制御部15による移動制御について説明する。図2は、目標位置姿勢までの目標経路を模式的に示す図である。ここで、移動体10の位置姿勢をR(rx,ry,rt)とする。すなわち、2次元直交座標系における移動体10の位置がrx,ryで示され、移動体10の姿勢(方向)がrtで示される。なお、ここでは、駆動輪12の中心を移動体10の位置とする。また、制御部15には、目標位置姿勢T(tx,ty,tt)が設定されている。制御部15は目標位置までの目標経路Pを計画する。制御部15は、目標位置姿勢T(tx,ty,tt)と移動体の初期の位置姿勢R(rx,ry,rt)から目標経路Pを計画する。制御部15は、推定された推定位置と目標経路Pとに基づいて、フィードバック制御等を行う。これにより、移動体10が目標経路Pに沿って移動するよう制御される。また、目標位置姿勢Tを原点、tの向きをx軸としたローカル座標系をL(lx,ly)とする。このとき、移動体10のローカル座標はRl(lrx,lry)で示される。
The movement control by the
ここで、制御部15は計画された目標経路Pに基づいて移動許容領域を設定する。移動体10が移動許容領域の外側になると、制御部15は、目標経路を再計画する。すなわち、推定された位置が移動許容領域の外側になった時点で、制御部15は、目標経路の再計画を開始する。このとき、制御部15は推定された現在の位置姿勢と、目標位置姿勢Tとに基づいて目標経路を再計画する。そして、制御部15は、移動体10が再計画された目標経路に追従するよう駆動機構14を制御する。
Here, the
ここで、移動体10が目標経路Pからk以上離れないよう、移動許容領域が設定されている。この移動許容領域から移動体10が外れたとき、目標経路Pが再計画される。移動体10の目標経路Pまでの距離がしきい値kを超えた場合に、制御部15は、再計画を実行する。従って、目標経路Pからkの距離にある許容ラインQ1、Q2で挟まれた領域が移動許容領域となる。換言すると、半径kの円の中心を目標経路P上に沿って移動させたときの円の軌跡が移動許容領域となる。移動体10が、目標経路Pと垂直な方向(左右方向)にk以上離れた場合に、目標経路が再計画される。すなわち、目標経路Pの最寄点までの距離がk以上となった場合、現在の位置姿勢Rを始点として目標経路を再計画する。しきい値kは例えば、約10cmである。
Here, the movement allowable region is set so that the moving
さらに、制御部15は、目標位置(tx,ty)を中心とする半径kの円を設定する。この中心(tx,ty)、半径kの円を設定領域Cとする。この設定領域Cは目標位置を含むも目標領域となる。そして、制御部15は、目標位置(tx,ty)を通る分割線Dで設定領域Cを2つに分割する。これにより、半円状の分割領域A、及び分割領域Bが生成される。分割線Dは、目標姿勢ttに直交し、しきい値kに基づく長さを有する線分である。すなわち、分割領域A、及び分割領域Bは、目標姿勢ttに直交する方向の線分を介して隣接する。設定領域Cを分割領域A、及び分割領域Bに分割する分割線Dは、目標位置を通り、2kの長さを有する線分である。
Furthermore, the
ここで、制御部15は以下の3つの停止条件のうち、いずれか一つの条件を満たしたとき、移動体10の位置移動を停止させる。
(1)分割領域Aを通過して、分割領域Bに入ったとき
(2)分割領域Bを通過して、分割領域Aに入ったとき
(3)lx=0、ly=0のとき
Here, the
(1) When passing through the divided area A and entering the divided area B (2) When passing through the divided area B and entering the divided area A (3) When lx = 0, ly = 0
そして、その後、その場で旋回して、rx=ttとなった時点で停止する。これにより、一つの変数kを適切に決めるだけで、停止時の移動体10の位置姿勢Rは以下を満たすことが保証される。
(a)rt=tt、すなわち、姿勢は、目標姿勢と一致する。
(b)lrx=0、−k<lry<k、すなわち、移動体10はttの向きと直交する方向の線上で停止する。そして、lryが±kの範囲内となる。このように、本実施の形態にかかる移動体10では、停止位置を容易に制御することができる。
Thereafter, the vehicle turns on the spot and stops when rx = tt. Thereby, it is ensured that the position and orientation R of the moving
(A) rt = tt, that is, the posture matches the target posture.
(B) lrx = 0, −k <lry <k, that is, the moving
制御部15は、推定位置に基づいて、(1)、及び(2)の停止条件を満たすか否かを判定する。上記のように、(1)、及び(2)の停止条件を設定することにより、移動体10の停止位置は(b)を満たす。さらに、(3)の停止条件を設定することにより、移動体10が、分割線Dに沿って移動する場合であっても、目標位置で移動体10が停止する。このように、(1)〜(3)のタイミングに基づいて移動体10の位置移動を停止することで、停止位置のずれを防ぐことができる。
The
このように制御することによって、停止位置を容易に制御することができる。従来、高い停止位置精度で目標位置まで移動させようとした場合、移動体がその場で回転してしまうことがあった。しかしながら、本発明を利用することにより、容易に停止位置の誤差を低減することができる。このように、推定位置が、分割領域Aから分割領域Bに遷移した時点、又は分割領域Bから分割領域Aに遷移した時点で、移動を停止する。すなわち、移動体10が分割線を横切った時点で、移動体10が目標領域に到達したと判断して、移動を停止する。
By controlling in this way, the stop position can be easily controlled. Conventionally, when an attempt is made to move to a target position with high stop position accuracy, the moving body may rotate on the spot. However, the stop position error can be easily reduced by utilizing the present invention. Thus, the movement is stopped when the estimated position changes from the divided area A to the divided area B, or when the estimated position changes from the divided area B to the divided area A. That is, when the moving
次に、制御部15の構成について図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態かかる移動体10に用いられる制御部15の構成を示すブロック図である。制御部15には、駆動制御部21と、経路計画部22と、領域設定部23と、位置推定部24と、判定部25と、停止位置制御部26とが設けられている。
Next, the configuration of the
駆動制御部21は、駆動輪12を駆動するための駆動機構14を制御する。具体的には、駆動機構14に設けられたモータの回転数、回転方向の制御を行う。すなわち、駆動制御部21は、左右の駆動機構14にそれぞれ駆動信号を出力する。さらに、駆動制御部21には、駆動機構14に設けられたセンサからの測定信号が入力される。センサからの測定信号は、駆動制御部21を介して、位置推定部24に入力される。位置推定部24は、センサからの測定信号に基づいて、移動体10の現在位置を推定する。さらに、駆動制御部21は、経路計画部22で計画された目標経路と、位置推定部24で推定された現在位置に基づいてフィードバック制御を行う。なお、経路計画部22による目標経路の計画、及び位置推定部24による位置の推定については後述する。さらには、駆動制御部21は、フィードフォワード制御、に加えてフィードフォワード制御を実行する。
The
目標位置姿勢Tが設定されると、経路計画部22は、移動体10の初期位置姿勢と目標位置姿勢Tとに基づいて、目標経路Pを設定する。例えば、移動体10の目標軌道となる目標経路は、しばしば座標の集合として与えられる。座標は、例えば、グリッド状に離散化されたグリッド座標で表現される。グリッド座標を利用するメリットは、最短経路探索を容易に実行できる点や、確実に目的地に到達できる経路を得ることができる点にある。しかしながら、グリッド座標において表現される目標経路は直線と直線が接続された不連続な経路であるため、移動体10がこのような経路を追従することは難しい。そのため、与えられた離散的な経路座標から、移動体10の追従制御に利用可能な滑らかな目標経路を、例えば、重み付き移動平均を利用して補間曲線を求めることにより作成することができる。このように、与えられたマップに対してグリッドを形成することによって、容易に目標経路Pを計画することができる。もちろん、上記以外の方法によって目標経路Pを計画してもよい。
When the target position / posture T is set, the
位置推定部24は、移動体10の現在の位置、及び姿勢を推定する。例えば、位置推定部26は、駆動機構14に設けられたロータリーエンコーダや、ジャイロセンサなどのセンサからの出力に基づいて現在の位置を推定する。例えば、現在位置の推定には、内界センサであるロータリーエンコーダを用いることができる。ロータリーエンコーダにより左右のモータ、あるいは駆動輪12の回転数を測定する。そして、制御部15は、測定された回転数に基づいて駆動輪12の移動量を算出する。初期の位置姿勢からの移動軌跡を求めることによって、現在の推定位置を算出することができる。また、姿勢の推定については、ジャイロセンサなどを利用することが可能である。なお、位置推定については、上記の方法に限られるものではない。例えば、加速度センサ、レーザレンジファインダ、カメラなどのセンサを用いたものを使用する。もちろん、複数の種類のセンサを用いて、位置を推定してもよい。
The
領域設定部23は、経路計画部22で計画された目標経路Pに基づいて移動許容領域、及び設定領域Cを設定する。さらに領域設定部23は、設定領域Cを分割して分割領域A、及び分割領域Bを設定する。すなわち、半径kの設定領域Cを分割線Dで仕切って、分割領域A、及ぶ分割領域Bを生成する。したがって、分割領域A、及び分割領域Bは、分割線Dで仕切られている。すなわち、分割線Dは、分割領域Aと分割領域Bとの境界線となる。領域設定部23は、与えられたマップに対して、移動許容領域、設定領域C、及び分割領域A,Bを設定する。領域設定部23は、目標位置を含む半径kの円形の領域を設定領域Cとして設定する。ここで、設定領域Cの中心は目標位置となる。ここで、設定領域Cは移動許容領域に含まれ、分割領域A、Bは設定領域Cに含まれる。領域設定部23は、これらの領域をRAMなどの記憶装置に記憶させる。このように、目標経路、及び目標位置姿勢を参照して、それぞれの領域が設定される。
The
判定部25は、移動体10が移動許容領域から外れているか否かを判定する。これにより、再計画を行なうか否かが判断される。具体的には、位置推定部24で推定された位置が、領域設定部23で設定された移動許容領域に含まれているか否かを判断する。そして、推定位置が移動許容領域に含まれていないと判断されたとき、判定部25は、経路計画部22に再計画を実行させる。一方、推定位置が移動許容領域に含まれていると判断した場合、移動体10の移動をそのまま続行する。なお、判定部25は、移動許容領域に基づいて再計画の判定を行なうものに限られるものではない。例えば、判定部25が現在の推定位置と、目標経路の最寄点との距離を算出して、その距離としきい値kとを比較してもよい。なお、移動許容領域は、目標経路からしきい値kだけ離れた許容ラインQ1、Q2に基づいて設定されれている。この移動許容領域に基づいて判定することにより、目標経路の最寄点までの距離を算出する必要がなくなるため、演算処理を簡素化することができる。
The
このように、判定部25が、移動許容領域の外側にあると判定した場合、経路計画部22が目標経路を再計画する。さらに、経路計画部22は、領域設定部23に再計画された目標経路に対する領域を再設定させる。領域設定部23は、再計画された目標経路に対して移動許容領域を設定する。すなわち、目標経路Pが変化したため、領域設定部23は移動許容経路を再設定する。ここで、目標位置姿勢Tについては変化がないため、分割領域A、分割領域B、及び設定領域Cは変わらない。すなわち、再計画前後で、分割領域A、分割領域B、及び設定領域Cは変化しない。そして、判定部25は再設定された移動許容領域に基づいて、再計画を行なうか否かの判定を行なう。そして、再設定された移動許容領域から移動体10がはみ出した場合は、再度、同様の処理を行う。
As described above, when the
停止位置制御部26は、移動体10の停止位置を制御する。具体的には、停止位置制御部26は、上記の(1)〜(3)の条件を満たすか否かを判定する。そして、停止位置制御部26が(1)〜(3)のいずれかの条件を満たしたと判定した場合、位置移動を停止する。これにより、移動体10の停止位置が決定される。すなわち、位置推定部24で推定された位置が、分割領域A、又は分割領域Bに含まれている否かを判定する。そして、次の推定位置が他方の分割領域に含まれている否かを判定する。さらに、推定位置が停止位置と一致していないかを判定する。そして、上記の(1)〜(3)の条件のいずれかを満たした場合、位置移動を停止する。このように停止位置制御部26は、一方の分割領域から他方の分割領域に遷移した時点で、目標位置に到達したと判断する。そして、移動を停止する。
The stop
例えば、推定位置が分割領域Aに入っていた場合、停止位置制御部26は、次の推定位置が分割領域Bに含まれている否かを判定する。そして、次の推定位置が、分割領域Bに入っていない場合、駆動制御部21に移動体10の移動を続行させる。一方、次の推定位置が分割領域Bに入った場合、移動体10が分割領域Aから分割領域Bに入ったと判断する。すなわち、移動体10が分割線Dを横切ったと判断する。そして、停止位置制御部26は位置移動を停止させる。具体的には、停止位置制御部26は、駆動制御部21に位置移動を停止するよう命令する。これにより、駆動制御部21は駆動機構14を制御して、駆動輪12の回転を停止する。その後、駆動制御部21は、左右の駆動輪12を反対方向に回転させて、その場で旋回させる。これにより、移動体10が目標姿勢ttとなる。もちろん、移動体10が分割領域Bから分割領域Aに入った場合も、同様に位置移動を停止する。
For example, when the estimated position is in the divided area A, the stop
このように、時間的に連続して推定された推定位置のうち、一方が分割領域Aに含まれ、他方が分割領域Bに含まれたタイミングに基づいて、移動体10の位置移動を停止する。これにより、分割線Dを横切り、第1の分割領域(例えば、分割領域A)から第2の分割領域(例えば、分割領域B)に入ったタイミングに基づいて位置移動が停止する。そして、位置移動が停止したら、移動体10をその場で目標姿勢まで旋回させる。このようにして、移動体10の目標位置姿勢Tまでの移動を制御することができる。これにより、停止位置の誤差を低減することができる。具体的には、目標姿勢と直交する方向における停止位置の誤差を±kに抑えることができる。
As described above, based on the timing when one of the estimated positions estimated continuously in time is included in the divided area A and the other is included in the divided area B, the position movement of the moving
制御部15には、例えば、位置推定プログラム、経路計画プログラム、領域設定プログラム、再計画判定プログラム、及び停止位置制御プログラム等が記憶されている。そして、これらのプログラムを実行することにより、上記の処理が行われる。
The
次に、図4を用いて本実施の形態にかかる制御方法について説明する。図4は、本実施の形態にかかる移動体10の制御方法を示すフローチャートである。
Next, the control method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing a method for controlling the moving
まず、経路計画部22が設定された目標位置姿勢Tと、移動体10の初期位置姿勢に基づいて経路を計画する(ステップS1)。これにより、目標経路が設定される。そして、領域設定部23がこの目標経路Pに基づいて、領域を設定する(ステップS2)。ここでは、移動許容領域、分割領域A,B、及び設定領域Cが設定される。次に、駆動制御部21が駆動機構14を駆動して、移動体10の移動を開始する(ステップS3)。これにより、移動体10が目標経路に追従して移動する。
First, the
移動が開始したら、位置推定部24は、移動体10の現在の位置を推定する(ステップS4)。判定部25は、最新の推定位置に基づいて再計画を行なうか否かの判定を行なう(ステップS5)。すなわち、判定部25は、推定位置がステップS2で設定された移動許容領域から外れているか否かを確認する。そして、移動許容領域から外れていた場合、経路を再計画する(ステップS6)。これにより、現在の推定位置姿勢と目標位置姿勢とに基づいて目標経路Pが再計画される。ここでは、例えば、移動体10の移動を停止して、経路が再計画される。再計画が終了したら、移動体10の移動開始ステップS3に戻り、処理を繰り返す。もちろん、移動体10を移動したまま、経路を再計画してもよい。
When the movement starts, the
推定位置が移動許容領域から外れてない場合、停止位置制御部26が位置停止判定を行なう(ステップS7)。具体的には、上記の通り、(1)〜(3)の条件を満たすか否かを判定する。(1)〜(3)の条件を満たさない場合は、現在の位置を推定するステップ(S4)に戻り、処理を繰り返す。すなわち、現在位置の推定を再度行なう。したがって、位置推定部24は、所定の時間間隔で、移動体10の現在の位置を更新していく。ここで、位置推定部24によって推定された位置を、メモリ等に蓄積していってもよい。
If the estimated position does not deviate from the movement allowable region, the stop
(1)〜(3)のいずれかの条件を満たした場合、位置移動を停止する(ステップS8)。すなわち、左右の駆動輪12の同方向の回転が停止し、停止位置が決定する。これにより、移動体10が目標位置、あるいはその近傍で停止する。そして、左右の駆動輪12を反対方向に回転させ、回転動作を行なう(ステップS9)。これにより、移動体10が目標姿勢となる。そして、駆動機構14の駆動を停止して、目標位置姿勢までの移動を終了する。これにより、停止位置の誤差を小さくすることができる。停止姿勢を目標姿勢と一致させることができる。
If any one of the conditions (1) to (3) is satisfied, the position movement is stopped (step S8). That is, the rotation of the left and
なお、上記の例では、分割線Dを円形の設定領域Cを2等分する線分として説明したが、これに限るものではない。分割線Dは、目標位置を通る線であればよい。したがって、分割線Dは、直線に限らず、曲線であってもよい。また、分割線Dの長さは、2kに限らず、kに応じた長さであればよい。また、設定領域Cも半径kの円形に限るものではない。すなわち、設定領域Cは、目標位置を含み、しきい値kに応じた大きさを有する領域であればよい。また、分割領域の数は2に限るものではない。 In the above example, the dividing line D is described as a line segment that bisects the circular setting region C, but the present invention is not limited to this. The dividing line D may be a line passing through the target position. Therefore, the dividing line D is not limited to a straight line but may be a curved line. Further, the length of the dividing line D is not limited to 2k, and may be any length according to k. Further, the setting area C is not limited to a circle having a radius k. That is, the setting area C may be an area that includes the target position and has a size corresponding to the threshold value k. Further, the number of divided areas is not limited to two.
発明の実施の形態2.
本実施の形態にかかる移動体10について図5を用いて説明する。図5は、本実施の形態にかかる移動体10の構成を模式的に示す上面図である。本実施の形態にかかる移動体10の移動制御は、実施の形態1と基本的に同様である。したがって、実施の形態1と同様の内容については、説明を省略する。本実施の形態にかかる移動体10は、物体を把持するタスクを行なうロボットである。
Embodiment 2 of the Invention
The moving
移動体10の車体11には、物体40を把持するためのハンド33が取り付けられている。このハンド33を閉じることにより、対象となる物体40が把持される。また、車体11には回転機構31を介してアーム32が取り付けられている。また、アーム32は直動アクチュエータを有しており、伸縮可能に設けられている。本実施の形態では、アーム32の伸縮範囲を0〜100mmとする。そして、アーム32の先端にハンド33が設けられている。
A hand 33 for holding the
回転機構31は、アーム32を所定の角度だけ回転させることができる。ここで、回転機構31の回転範囲を±30°とする。移動体10は、目標位置姿勢まで移動したら、ハンド33で物体40を把持する。このとき、回転機構31、及びアーム32を駆動する。これにより、物体40を把持可能な位置にハンド33が移動する。例えば、CCDカメラなどのカメラで物体40の位置を認識して、把持可能な位置にハンド33を移動させることができる。このように、アーム32、及び回転機構31を設けることによって、移動体10の停止位置に生じた誤差を吸収することができる。したがって、停止位置にずれが生じた場合でも、物体40を把持することができる。ここで、ハンド33が把持することができる範囲は把持可能範囲Gとなる。
The
移動体10の停止位置は上述の通り、目標姿勢と垂直な方向に±kの誤差がある。ここで、移動体10の停止位置の範囲を停止位置範囲Eで示す。さらに、アーム32を0mm、回転機構31を0°にした時に、停止位置誤差に起因して生じるハンドの位置誤差をハンド位置範囲Fで示す。停止位置範囲Eとハンド位置範囲Fは、同じ大きさとなる。
As described above, the stop position of the moving
ここで、回転機構31と、直動のアーム32とを組み合わせた場合、アーム32の可動範囲は限られている。したがって、ハンド33の把持可能範囲Gも限られる。移動体10の停止位置がずれてしまうと、物体40を把持することができる。換言すると、移動体10の停止位置のずれをある許容範囲以下にしないと、物体40を把持することができない。さらに、アーム32の可動範囲は、方向性を持っている。そのため、移動体10に許容される停止位置のばらつきも、進行方向に短く、進行方向と直交方向に長くなる。すなわち、目標姿勢と同じ方向については、停止位置の許容誤差が厳しくなる。一方、目標姿勢と直交する方向については、停止位置の許容誤差がある程度認められる。
Here, when the
ここで、しきい値kを把持可能範囲Gに基づいて設定する。そして、実施の形態1で示した方法を用いて、移動体10を移動させる。これにより、進行方向の位置誤差、及び向きの誤差が無くなり、進行方向と直交方向の誤差を±kに抑えることができる。これにより、ハンド33の把持可能範囲Gに把持の対象となる物体40を治めることができる。したがって、物体40を確実に把持することができる。さらに、把持可能範囲Gに応じて分割線Dを設定することにより、物体40を確実に把持することができる。例えば、分割線Dを円弧状とすることも可能である。
Here, the threshold value k is set based on the grippable range G. Then, the moving
また、本実施の形態では、移動体10を把持可能なハンドを有するロボットとして説明したが、これに限るものではない。本発明は、停止位置で所定のタスクを行うタスク実行機構が設けられた移動体10に対して適用可能である。この場合、タスク実行機構のタスク可能範囲に応じてしきい値k、及び分割線Dを設定すればよい。ここでタスク可能範囲は、移動体の停止位置からタスクを実行するために必要となる距離で設定することができる。例えば、移動体が物体を把持するハンド部を有するロボット型移動体の場合、ロボットの把持対象の物体から、ハンドが届く最大の距離によって特定される領域をタスク可能領域として設定する。これによって、移動体10の位置が、移動体10によって実行されるタスクに影響がない範囲に含まれている場合であれば、移動体10が目標位置に到達したとみなして停止する。そして、この停止位置でその場旋回することにより、所定のタスクを確実に実行させることができる。
In the present embodiment, a robot having a hand capable of gripping the moving
その他の実施の形態.
実施の形態1、2では移動体10を2輪走行の移動体に適用したが、これに限らず、2輪よりも多い、例えば4輪走行のロボットにも適用でき、さらには、1輪走行のロボットや2足歩行・4足歩行のロボットにも適用できる。歩行ロボットの場合には歩幅を制御することにより移動方向を変えて目標経路を追従することができる。さらには、ロボットに限らず、2輪走行や4輪走行の車両であっても適用できる。
Other embodiments.
In the first and second embodiments, the moving
10 移動体、11 車両、12 駆動輪、13 従動輪、14 駆動機構、
15 制御部、21 駆動制御部、22 経路計画部、23 領域設定部、
24 位置推定部、25 判定部、26 停止位置制御部、
10 moving bodies, 11 vehicles, 12 driving wheels, 13 driven wheels, 14 driving mechanisms,
15 control unit, 21 drive control unit, 22 route planning unit, 23 area setting unit,
24 position estimation unit, 25 determination unit, 26 stop position control unit,
Claims (12)
前記制御部が、
前記目標経路に追従して移動する移動体の位置を推定する位置推定部と、
前記目標位置を含む目標領域であって、前記目標位置を通る分割線によって第1の分割領域と第2の分割領域とに分割されている目標領域を設定する領域設定部とを備え、
前記位置推定部で推定された推定位置が第1の分割領域から第2の分割領域に遷移した時点で、前記移動体が目標位置に到達したと判断して、前記移動体の移動を停止する移動体。 A moving body having a control unit that performs movement control so as to follow a target route to a target position,
The control unit is
A position estimator that estimates the position of a moving body that moves following the target path;
An area setting unit that sets a target area that includes the target position and is divided into a first divided area and a second divided area by a dividing line that passes through the target position;
When the estimated position estimated by the position estimation unit transitions from the first divided area to the second divided area, it is determined that the moving body has reached the target position, and the movement of the moving body is stopped. Moving body.
前記位置推定部で推定された推定位置が、前記経路計画部で計画された目標経路上の位置から所定距離だけ離れたことを判定する判定部とを、さらに備え、
前記経路計画部が、前記目標経路から前記移動体が前記目標領域の半径k以上の距離を離れたと判定された場合に、前記目標位置までの目標経路を再計画することを特徴とする請求項3に記載の移動体。 A path planning unit that plans a target path to the target position by the moving body;
A determination unit that determines that the estimated position estimated by the position estimation unit is a predetermined distance away from a position on the target route planned by the route planning unit;
The route planning unit re-plans a target route to the target position when it is determined that the moving body has moved away from the target route by a distance equal to or larger than a radius k of the target region. 3. The moving body according to 3.
前記判定部が、前記推定位置が前記移動可能領域から外れたと判定した場合に、前記目標経路を再計画させる請求項4に記載の移動体。 The area setting unit sets a movable area based on the target route and the value of the radius k,
The moving body according to claim 4, wherein when the determination unit determines that the estimated position is out of the movable region, the target path is re-planned.
前記タスク処理機構が前記移動体の停止位置からタスクを実行するために必要となる距離で設定されるタスク可能範囲に基づいて前記半径kの値が設定されている請求項3乃至5のいずれかに記載の移動体。 A task processing mechanism for executing a predetermined task;
The value of the radius k is set based on a task possible range set by a distance required for the task processing mechanism to execute a task from the stop position of the moving body. The moving body described in 1.
前記目標位置を含む目標領域であって、前記目標位置を通る分割線によって第1の分割領域と第2の分割領域に分割されている目標領域を設定するステップと、
前記移動体の位置を推定するステップと、
前記推定位置が前記分割領域のうちの第1の分割領域から第2の分割領域に遷移した時点で、目標位置に到達したと判断して、前記移動体の移動を停止するステップと、を有する制御方法。 A control method for controlling the movement of a moving body that follows a target route,
Setting a target area that includes the target position and is divided into a first divided area and a second divided area by a dividing line that passes through the target position;
Estimating the position of the moving body;
Determining that the estimated position has reached a target position when the estimated position has changed from the first divided area to the second divided area of the divided areas, and stopping the movement of the moving body. Control method.
前記位置推定部で推定された推定位置が、前記経路計画部で計画された目標経路上の位置から所定距離だけ離れたことを判定するステップとを、さらに備え、
前記目標経路から前記移動体が前記目標領域の半径k以上の距離を離れたと判定された場合に、前記目標位置までの目標経路を再計画することを特徴とする請求項9に記載の移動体。 The mobile planning a target route to the target position;
Determining that the estimated position estimated by the position estimating unit is separated from the position on the target route planned by the route planning unit by a predetermined distance; and
10. The mobile object according to claim 9, wherein when it is determined that the mobile object is separated from the target route by a distance equal to or larger than the radius k of the target region, the target route to the target position is re-planned. .
前記判定するステップで、前記推定位置が前記移動可能領域から外れたと判定した場合に、前記目標経路を再計画させる請求項10に記載の移動体の制御方法。 Further comprising setting a movable region based on the target route and the value of the radius k;
The method for controlling a moving body according to claim 10, wherein the target route is re-planned when it is determined in the determining step that the estimated position is out of the movable region.
The method for controlling a moving body according to any one of claims 7 to 11, further comprising a step of turning the moving body to a target posture on the spot after stopping the position movement.
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