JP2009154786A - 移動ロボットの旋回制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量小型の移動ロボットを旋回させるに際して、旋回し得ない状況に陥ったとしても、駆動用モータの焼き付きを阻止可能な移動ロボットの旋回制御方法を提供する。
【解決手段】車体２の前後左右に配置した四個の車輪３と、車輪３を個々に駆動する駆動用モータ４と、駆動用モータ４を個々に制御するモータコントローラ５と、遠隔操縦装置Ａ又は自律制御装置Ｂからの動作指令に基づいて車輪３の各旋回速度を算出してモータコントローラ５に速度指令を与える制御回路１０を備えた移動ロボット１を旋回させるに際して、遠隔操縦装置Ａ又は自律制御装置Ｂから出された超信地旋回指令が終了した時点において、制御回路１０では、モータコントローラ５に対してサーボオフ指令を出力して駆動用モータ４の過電流状態を解除した後、次の指令信号周期においてモータコントローラ５に対してサーボオン指令を出力して駆動用モータ４に電流を印加する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車体の前後左右に配置されてそれぞれ個別に動作可能とした少なくとも四個の車輪により走行するスキッドステアタイプの移動ロボットを旋回させる際に用いられる移動ロボットの旋回制御方法に関するものである。

従来、上記したスキッドステアタイプの移動ロボットとしては、例えば、車体の前後左右に配置された四個の車輪と、これらの車輪を個々に回転駆動する四個の駆動用モータと、四個の駆動用モータを個々に制御する四個のモータコントローラと、四個の車輪のそれぞれの旋回速度を算出して各モータコントローラに速度指令を与える制御回路を備えたものが知られている（特許文献１）。

この移動ロボットは、左右の車輪を適切な回転差で互いに逆回転させてその場で旋回する超信地旋回や、片側の車輪のみを回転させてその場で旋回する信地旋回や、左右の車輪を適切な回転差で互いに同一方向に回転させる急旋回を行うことができ、このように、方向転換を行うに際して、車輪の操舵を必要とすることなく旋回を行うことで、すなわち、操舵装置を不要にすることで、構造の簡略化を図って軽量小型化を実現している。

この軽量小型化を実現した移動ロボットは、機材搭載量の制約を受ける都合上、モータコントローラ毎に制御回路を必要とする電流制御を採用することが困難であるため、速度制御が多く採用されている。
特開２００７−１４５１０８号公報

ところが、上記したような移動ロボットでは、超信地旋回や、信地旋回や、急旋回を行う場合、車輪を横滑りさせる必要があるため、路面の摩擦状況や微小な凹凸の有無によっては、大電流を駆動用モータに供給しなければならないことがあり、特に、路面状況の悪い舗装路ではこれが顕著であって、場合によっては、最大駆動電流を印加しても旋回できない場合がある。

このような場合、速度制御で運用される各モータコントローラに対しては、その上位に位置する制御回路から一定速度で旋回させる旨の指令値が出されているので、駆動用モータ自体が指令値で回転することができない状況であるにもかかわらず、各モータコントローラは、いずれも設定した最大駆動電流を流し続ける。
このとき、遠隔操縦を行うオペレータが旋回不能であることを認識すると、或いは、自律するロボット自らの旋回角速度計測等により旋回不能であることを認識すると、次の動作に移行するために、速度指令を通常０とする。

各モータコントローラは、ＰＩＤ制御（出力信号の比例成分、積分成分、微分成分を入力にフィードバックさせる制御）されている関係上、速度差が０となることから、速度フィードバック制御は終了するものの、駆動用モータに対する電流制御は継続されていて最大駆動電流が流れ続けるため、この状態で放置された場合には、駆動用モータの温度が上昇してしまい、最終的には焼き付いてしまうことがないとはいえないという問題があり、このような問題を解決することが課題であった。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、軽量小型化を実現した移動ロボットを速度制御或いは位置制御を用いて旋回させるに際して、旋回し得ない状況に陥ったとしても、駆動用モータが焼き付いてしまうのを阻止することが可能である移動ロボットの旋回制御方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る移動ロボットの旋回制御方法は、車体の前後左右に配置した少なくとも四個の車輪と、これらの車輪を個々に回転駆動する複数の駆動用モータと、これらの駆動用モータを個々に制御する複数のモータコントローラと、遠隔操縦装置又は自律制御装置からの動作指令に基づいて前記車輪の各旋回速度を算出して前記複数のモータコントローラに速度指令を与える制御回路を備えた移動ロボットを旋回させるに際して、前記遠隔操縦装置又は自律制御装置から出された超信地旋回，信地旋回及び急旋回のうちのいずれかの旋回指令が終了した時点において、前記制御回路では、前記複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令を出力して前記複数の駆動用モータの過電流状態を解除した後、次の指令信号周期において前記複数のモータコントローラに対してサーボオン指令を出力して複数の駆動用モータに電流を印加する構成としたことを特徴としており、この構成の移動ロボットの旋回制御方法を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項２に係る移動ロボットの旋回制御方法は、前記複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令を出力した後、指令信号の周期時間以上の間隔をおいて次の指令信号周期で前記複数のモータコントローラに対してサーボオン指令を出力する構成としている。
本発明に係る移動ロボットの旋回制御方法において、遠隔操縦装置又は自律制御装置からの動作指令に従って、制御回路が車体の前後左右に配置した少なくとも四個の車輪の旋回速度を算出して、各モータコントローラに対してそれぞれ所定の速度指令を送信する。

一般的に、制御回路からモータコントローラへ対する速度指令は、数〜数百ｍｓｅｃで行われ、モータコントローラでは、数ｍｓｅｃ以下で駆動用モータの制御を行う。
遠隔操縦装置又は自律制御装置から、超信地旋回や、信地旋回や、急旋回指令が出された場合、その指令が終了したタイミングは制御回路が認識できる。この指令が終了したのを認識した時点において、各モータコントローラに対してサーボオフ指令を出し、この後、次の指令送信周期でサーボオン指令を送信することにより、例え、モータコントローラが、最大駆動電流を流し続けている場合であったとしても、その状態がリセットされるため、駆動用モータの焼き付けを回避し得ることとなる。

ここで、制御回路が、例えば、複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令としてのディセーブル指令を出力した場合において、サーボオフとなっている間は駆動用モータがフリーの状況であり、急坂等では瞬間的に後退する可能性があるが、複数のモータコントローラに対してサーボオン指令としてのイネーブル指令を出力した段階で、車輪を固定維持するのに必要な電流が複数の駆動用モータに印加されるため、サーボオフタイムの影響は無視できる。

この際、サーボオフ指令から次の指令送信周期でのサーボオン指令までの間隔は、数十〜数百ｍｓｅｃとすることが好ましく、数〜数百ｍｓｅｃとすることがより好ましい。
本発明の請求項３に係る移動ロボットの旋回制御方法において、前記制御回路では、前記複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令としてのディセーブル指令を出力して前記複数の駆動用モータを一旦フリーな状態にした後、次の指令信号周期において前記複数のモータコントローラに対してサーボオン指令としてのイネーブル指令を出力して複数の駆動用モータに電流を印加する構成としている。

本発明の請求項４に係る移動ロボットの旋回制御方法において、前記制御回路では、前記複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令としての前記旋回時の指令とは反対方向の旋回速度指令を出力して前記複数の駆動用モータを一旦逆回転させた後、次の指令信号周期において前記複数のモータコントローラに対してサーボオン指令としての前記旋回時の旋回速度指令を出力して複数の駆動用モータに電流を印加する構成としている。

本発明の請求項１，３，４に係る移動ロボットの旋回制御方法では、上記した構成としているので、軽量小型化を実現した移動ロボットを速度制御或いは位置制御を用いて旋回させる場合において、旋回し得ない状況に陥ったとしても、駆動用モータの焼き付きを回避することが可能であるという効果がもたらされる。
本発明の請求項２に係る移動ロボットの旋回制御方法では、上記した構成としているので、例えば、複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令としてのディセーブル指令を出力した場合において、このサーボオフタイムの影響を無視することができるという効果がもたらされる。

以下、本発明に係る移動ロボットの旋回制御方法を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明に係る移動ロボットの旋回制御方法の一実施形態を示している。
図１及び図２に示すように、移動ロボット１は、車体２と、この車体２の前後左右に配置した四個の車輪３と、これらの車輪３を個々に回転駆動する四個の駆動用モータ４と、これらの駆動用モータ４を個々に制御する四個のモータコントローラ５と、駆動用モータ４の情報を個々に符号化する四個のエンコーダ６と、遠隔操縦装置Ａ又は自律制御装置Ｂからの動作指令に基づいて車輪３の各旋回速度を算出してモータコントローラ５に速度指令を与える制御回路１０を備えており、車体２には、上記構成要素のほかに、図示はしない前方監視カメラや送受信機や各機器の電源や各種センサ類を搭載している。

この移動ロボット１は、左右の車輪３を適切な回転差で互いに逆回転させてその場で旋回する超信地旋回や、片側の車輪３のみを回転させてその場で旋回する信地旋回や、左右の車輪３を適切な回転差で互いに同一方向に回転させる急旋回を行うことができる。
この移動ロボット１を旋回させるに際しては、図３のフローチャートに示すように、まず、ステップＳ１において遠隔操縦装置Ａ又は自律制御装置Ｂから旋回指令が出されると、ステップＳ２を経てステップＳ３において超信地旋回，信地旋回及び急旋回のうちのいずれかの旋回、例えば、超信地旋回の指令が開始したか否かを判断する。

このステップＳ３において超信地旋回の指令が開始したと判断した場合は、ステップＳ４に進み、このステップＳ４において超信地旋回の指令が終了したか否かを判断し、ステップＳ３において超信地旋回の指令が開始していないと判断した場合には、ステップＳ５において四個の車輪３の旋回速度を算出して、すなわち、車輪３毎のモータ回転数を算出して、ステップＳ６において各モータコントローラ５に対してそれぞれ所定の速度指令を送信する。

一方、ステップＳ４において超信地旋回の指令が終了したと判断した場合には、ステップＳ７において各モータコントローラ５に対してサーボオフ指令としてのディセーブル指令を出力する。
このとき、例え、モータコントローラ５が、最大駆動電流を流し続けている場合であったとしても、その状態がリセットされて駆動用モータ４が一旦フリーな状態になるため、駆動用モータ４の焼き付けが回避されることとなる。

次いで、指令信号の周期時間以上の間隔をおいて、具体的には数ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃの間隔をおいて、次の指令信号周期のステップＳ２で各モータコントローラ５に対してサーボオン指令としてのイネーブル指令を出力して四個の駆動用モータ４に電流を印加する。
ここで、上記サーボオフとなっている間は駆動用モータ４がフリーの状況なので、急坂等では瞬間的に移動ロボット１が後退する可能性があるが、各モータコントローラ５に対してサーボオン指令としてのイネーブル指令を出力した段階で、四個の駆動用モータ４に電流が印加されるため、車輪３は固定維持されることとなり、したがって、上記サーボオフタイムの影響は無視できる。

また、ステップＳ４において超信地旋回の指令が終了していないと判断した場合には、ステップＳ５において四個の車輪３の旋回速度を算出して、すなわち、車輪３毎のモータ回転数を算出して、ステップＳ６において各モータコントローラ５に対してそれぞれ所定の速度指令を送信する。
このように、上記した移動ロボット１の旋回制御方法によれば、例えば、移動ロボット１の全重量が３５〜４０ｋｇ程度である場合に、出力が２５０Ｗで最大電流が２０Ａの駆動用モータ４を用いて円滑な超信地旋回を行うことができると同時に、駆動用モータ４やその制御機器が過電流によって損傷するような事態を防止することができる。

上記した実施形態に係る移動ロボットの旋回制御方法では、制御回路１０において、四個のモータコントローラ５に対してサーボオフ指令としてのディセーブル指令を出力した後、次の指令信号周期において四個のモータコントローラ５に対してサーボオン指令としてのイネーブル指令を出力する構成としているが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、制御回路１０において、四個のモータコントローラ５に対してサーボオフ指令としての旋回時の指令とは反対方向の旋回速度指令を出力して四個の駆動用モータ４を一旦逆回転させた後、次の指令信号周期において四個のモータコントローラ５に対してサーボオン指令としての旋回時の旋回速度指令を出力して四個の駆動用モータ４に電流を印加する構成としてもよい。

また、本発明の旋回制御方法が適用可能な移動ロボットは、その構成が上記実施例に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、前後の車輪４，４の間に中間車輪を配置したものであってもよい。

本発明の旋回制御方法が適用される移動ロボットの一例を示す側面説明図である。 図１の移動ロボットの構成説明図である。 本発明の一実施形態による旋回制御方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 移動ロボット
２ 車体
３ 車輪
４ 駆動用モータ
５ モータコントローラ
１０ 制御回路
Ａ 遠隔操縦装置
Ｂ 自律制御装置

Claims (4)

1. 車体の前後左右に配置した少なくとも四個の車輪と、これらの車輪を個々に回転駆動する複数の駆動用モータと、これらの駆動用モータを個々に制御する複数のモータコントローラと、遠隔操縦装置又は自律制御装置からの動作指令に基づいて前記車輪の各旋回速度を算出して前記複数のモータコントローラに速度指令を与える制御回路を備えた移動ロボットを旋回させるに際して、
   前記遠隔操縦装置又は自律制御装置から出された超信地旋回，信地旋回及び急旋回のうちのいずれかの旋回指令が終了した時点において、
   前記制御回路では、前記複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令を出力して前記複数の駆動用モータの過電流状態を解除した後、次の指令信号周期において前記複数のモータコントローラに対してサーボオン指令を出力して複数の駆動用モータに電流を印加する
   ことを特徴とする移動ロボットの旋回制御方法。
2. 前記複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令を出力した後、指令信号の周期時間以上の間隔をおいて次の指令信号周期で前記複数のモータコントローラに対してサーボオン指令を出力する請求項１に記載の移動ロボットの旋回制御方法。
3. 前記制御回路では、前記複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令としてのディセーブル指令を出力して前記複数の駆動用モータを一旦フリーな状態にした後、次の指令信号周期において前記複数のモータコントローラに対してサーボオン指令としてのイネーブル指令を出力して複数の駆動用モータに電流を印加する請求項１又は２に記載の移動ロボットの旋回制御方法。
4. 前記制御回路では、前記複数のモータコントローラに対してサーボオフ指令としての前記旋回時の指令とは反対方向の旋回速度指令を出力して前記複数の駆動用モータを一旦逆回転させた後、次の指令信号周期において前記複数のモータコントローラに対してサーボオン指令としての前記旋回時の旋回速度指令を出力して複数の駆動用モータに電流を印加する請求項１又は２に記載の移動ロボットの旋回制御方法。

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