JP2010055422A - Autonomous mobile device - Google Patents

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JP2010055422A JP2008220489A JP2008220489A JP2010055422A JP 2010055422 A JP2010055422 A JP 2010055422A JP 2008220489 A JP2008220489 A JP 2008220489A JP 2008220489 A JP2008220489 A JP 2008220489A JP 2010055422 A JP2010055422 A JP 2010055422A
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Takeshi Nakano
剛 中野
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Murata Machinery Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an autonomous mobile device capable of suppressing a deterioration in responsiveness to an ambient object, without increasing the resources, even when the number of sensors exceeds the number of resources that can be used in input processing. <P>SOLUTION: The autonomous mobile device 1 includes: its body 10, provided with omniwheels 13 driven by electric motors 12; eight ultrasonic sensors 20 to 27 for detecting the presence/absence of an ambient object and a distance to the ambient object; and an electronic control device 30 for controlling the electric motors 12 so as to take an avoiding operation, or the like, according to the detection results of the ultrasonic sensors 20 to 27. The electronic control device 30 is provided with a CPU 31, prepared with four interruption channels for receiving the interrupt requests from the ultrasonic sensors 20 to 27, and an input-output interface 32 for preferentially selecting an ultrasonic sensor that can detect the ambient object in the traveling direction, when the ultrasonic sensors to be allocated to four interruption channels is to be selected. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、自律移動装置に関し、特に、自機周囲の物体を検知しつつ移動する自律移動装置に関する。   The present invention relates to an autonomous mobile device, and more particularly to an autonomous mobile device that moves while detecting an object around its own device.

近年、自機周囲の障害物等を検知しつつ、自律して移動する自律移動装置の研究・開発が進められており、例えば倉庫又は工場の搬送用ロボット等として実用化されている。このような自律移動装置として、特許文献1には、複数の超音波センサを設けることにより、上部構造物を有する障害物に対してどのような角度で接近したとしても当該障害物を検出することができるように構成された自律移動装置が開示されている。
特開2002−202815号公報
In recent years, research and development of an autonomous mobile device that moves autonomously while detecting obstacles and the like around its own device have been promoted, and has been put into practical use, for example, as a transport robot in a warehouse or factory. As such an autonomous mobile device, Patent Document 1 provides a plurality of ultrasonic sensors to detect the obstacle regardless of the angle at which the obstacle having the superstructure is approached. An autonomous mobile device configured to be able to perform is disclosed.
JP 2002-202815 A

ここで、例えば自律移動装置の全周にわたって周囲に存在している物体を検知できるようにしようとすると、物体を検出する超音波センサ等のセンサの数を増やす必要がでてくる。一方、自律移動装置を制御する電子制御装置の入力処理用のリソースは有限であり、超音波センサ等のセンサの入力処理で使用できるリソース(以下「計測リソース」ともいう)もその制限を受ける。超音波センサ等のセンサの数が増加して計測リソースの数よりも多くなった場合には、すべてのセンサからの入力を同時に受け付けることができないため、複数のセンサの中から入力を受け付けるセンサを選択し、計測リソースに割り当てて入力処理を行う必要がある。そのため、すべてのセンサの入力を受け付けるために要する時間、すなわちセンシング周期が長くなる。その結果、障害物等の物体を検知するまでに要する時間が長くなり、例えば、当該物体に対する、回避や停止といった動作の応答性が低下するおそれがある。   Here, for example, in order to be able to detect an object existing around the entire circumference of the autonomous mobile device, it is necessary to increase the number of sensors such as an ultrasonic sensor for detecting the object. On the other hand, resources for input processing of the electronic control device that controls the autonomous mobile device are limited, and resources that can be used in input processing of sensors such as ultrasonic sensors (hereinafter also referred to as “measurement resources”) are also limited. If the number of sensors such as ultrasonic sensors increases and exceeds the number of measurement resources, inputs from all sensors cannot be received at the same time. It is necessary to select and assign to measurement resources to perform input processing. For this reason, the time required to accept inputs from all the sensors, that is, the sensing cycle becomes longer. As a result, it takes a long time to detect an object such as an obstacle, and for example, there is a possibility that the responsiveness of an operation such as avoidance or stop for the object is lowered.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、センサの数が入力処理で使用できるリソースの数を超えた場合においても、リソースを増やすことなく、周囲の物体に対する応答性の低下を抑制することが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the number of sensors exceeds the number of resources that can be used in input processing, the response to surrounding objects can be improved without increasing the resources. It aims at providing the autonomous mobile device which can suppress a fall.

本発明に係る自律移動装置は、自機を移動させる移動手段と、自機周囲の物体を検出する複数の検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて移動手段を制御する制御手段とを備え、制御手段が、検出手段の検出結果の入力処理で使用されるリソースと、リソースの割り当てを管理する管理手段とを有し、管理手段が、自機の進行方向に応じて、複数の検出手段の中からリソースに割り当てる検出手段を選択することを特徴とする。   The autonomous mobile device according to the present invention includes a moving means for moving the own apparatus, a plurality of detecting means for detecting an object around the own apparatus, and a control means for controlling the moving means based on a detection result of the detecting means. The control means has a resource used in the detection result input process of the detection means and a management means for managing the resource allocation, and the management means has a plurality of detection means according to the traveling direction of the own device. The detection means to be allocated to the resource is selected from the above.

本発明に係る自律移動装置によれば、リソースに割り当てられる検出手段が選択される際に、当該検出手段が、すべての検出手段の中から均等に選択されるのではなく、進行方向に応じて選択される。そのため、例えば、進行方向に対して検出する必要性が高い方向の物体を検出可能な検出手段に対して重点的にリソースを割り当てることができる。また、選択されてリソースに割り当てられた検出手段の検出結果に基づいて、移動手段が制御される。そのため、センサの数が入力処理で使用できるリソースの数を超えた場合においても、リソースを増やすことなく、周囲の物体に対する応答性の低下を抑制することが可能となる。   According to the autonomous mobile device of the present invention, when the detection means to be allocated to the resource is selected, the detection means is not selected from all the detection means equally, but according to the traveling direction. Selected. Therefore, for example, it is possible to concentrate resources on detection means that can detect an object in a direction that is highly necessary to be detected with respect to the traveling direction. Further, the moving means is controlled based on the detection result of the detecting means selected and assigned to the resource. Therefore, even when the number of sensors exceeds the number of resources that can be used in input processing, it is possible to suppress a decrease in responsiveness to surrounding objects without increasing the resources.

本発明に係る自律移動装置では、管理手段が、自機の進行方向周辺の物体を検出可能な検出手段を優先して選択することが好ましい。   In the autonomous mobile device according to the present invention, it is preferable that the management unit preferentially selects the detection unit that can detect an object around the traveling direction of the own aircraft.

この場合、自機の進行方向周辺の物体を検出可能な検出手段が優先して選択されるため、移動時に応答する必要のある物体が存在する可能性が高い進行方向に対するセンシング周期を短くすることができる。その結果、障害物等の物体に対する応答性の低下を効果的に抑制することが可能となる。   In this case, since detection means that can detect objects around the direction of travel of the aircraft is preferentially selected, the sensing cycle for the direction of travel where there is a high possibility that there is an object that needs to respond during movement is shortened. Can do. As a result, it is possible to effectively suppress a decrease in responsiveness to an object such as an obstacle.

本発明に係る自律移動装置では、移動手段が、電動モータと、該電動モータにより駆動され、前後左右の全方向に移動可能な車輪とを有することが好ましい。   In the autonomous mobile device according to the present invention, it is preferable that the moving means includes an electric motor and wheels driven by the electric motor and movable in all directions, front, rear, left and right.

このようにすれば、電動モータを駆動することにより、自律移動装置を前後左右の全方向に移動させることができる。   In this way, by driving the electric motor, the autonomous mobile device can be moved in all directions, front, rear, left, and right.

なお、本発明に係る自律移動装置では、上記検出手段として、超音波センサを用いることが好適である。   In the autonomous mobile device according to the present invention, it is preferable to use an ultrasonic sensor as the detection means.

本発明によれば、自機の進行方向に応じて、複数の検出手段の中から、入力処理で使用されるリソースに割り当てる検出手段を選択する構成としたので、センサの数が入力処理で使用できるリソースの数を超えた場合においても、リソースを増やすことなく、周囲の物体に対する応答性の低下を抑制することが可能となる。   According to the present invention, since the detection means to be allocated to the resource used in the input process is selected from a plurality of detection means according to the traveling direction of the own machine, the number of sensors is used in the input process. Even when the number of possible resources is exceeded, it is possible to suppress a decrease in responsiveness to surrounding objects without increasing the resources.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.

まず、図1及び図2を併せて用いて、実施形態に係る自律移動装置1の構成について説明する。図1は、自律移動装置1の構成を示すブロック図である。また、図2は、自律移動装置1における超音波センサ20〜27の配置を示す平面図である。   First, the configuration of the autonomous mobile device 1 according to the embodiment will be described using FIG. 1 and FIG. 2 together. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the autonomous mobile device 1. FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of the ultrasonic sensors 20 to 27 in the autonomous mobile device 1.

自律移動装置1は、自機周囲に存在する障害物等の物体を検知するとともに、障害物等が検知された場合に、例えば回避、一時停止等の動作をとりつつ、自律して移動する機能を有するものである。そのため、自律移動装置1は、その下部に電動モータ12及び該電動モータ12により駆動されるオムニホイール13が設けられた本体10と、周囲に存在する物体(例えば壁や障害物等)の有無及び該物体までの距離を検出する8個の超音波センサ20〜27とを備えている。また、自律移動装置1は、所定のタイミングで超音波センサ20〜27の検出結果を読み込み、その検出結果に応じて、例えば回避、一時停止等の動作をとるように電動モータ12を制御する電子制御装置30を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。   The autonomous mobile device 1 detects an object such as an obstacle existing around the aircraft and functions to move autonomously while taking an action such as avoidance or suspension when the obstacle is detected. It is what has. Therefore, the autonomous mobile device 1 includes the main body 10 provided with the electric motor 12 and the omni wheel 13 driven by the electric motor 12, and the presence or absence of an object (such as a wall or an obstacle) present in the surroundings. Eight ultrasonic sensors 20 to 27 for detecting the distance to the object are provided. In addition, the autonomous mobile device 1 reads the detection results of the ultrasonic sensors 20 to 27 at a predetermined timing, and controls the electric motor 12 so as to take, for example, avoidance and temporary stop according to the detection results. A control device 30 is provided. Hereinafter, each component will be described in detail.

本体10は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体10に、上述した8個の超音波センサ20〜27及び電子制御装置30等が取り付けられている。なお、本体10の形状は略有底円筒状に限られない。本体10の下部には、4つの電動モータ12が十字状に配置されて取り付けられている。4つの電動モータ12それぞれの駆動軸12Aにはオムニホイール13が装着されている。すなわち、4つのオムニホイール13は、同一円周上に周方向に沿って90°ずつ間隔を空けて取り付けられている。   The main body 10 is, for example, a metal frame formed in a substantially bottomed cylindrical shape, and the eight ultrasonic sensors 20 to 27 and the electronic control device 30 described above are attached to the main body 10. The shape of the main body 10 is not limited to a substantially bottomed cylindrical shape. Four electric motors 12 are arranged in a cross shape and attached to the lower portion of the main body 10. Omni wheels 13 are attached to the drive shafts 12A of the four electric motors 12, respectively. That is, the four omni wheels 13 are mounted on the same circumference at intervals of 90 ° along the circumferential direction.

オムニホイール13は、電動モータ12の駆動軸12Aを中心にして回転する2枚のホイール14と、各ホイール14の外周に電動モータ12の駆動軸12Aと直交する軸を中心として回転可能に設けられた6個のフリーローラ15とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、2枚のホイール14は位相を30°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ12が駆動されてホイール14が回転すると、6個のフリーローラ15はホイール14と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ15が回転することにより、オムニホイール13は、そのホイール14の回転軸に並行な方向にも移動することができる。そのため、4つの電動モータ12を独立して制御し、4つのオムニホイール13それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置1を任意の方向(全方向)に移動させることができる。   The omni wheel 13 is provided so as to be rotatable around two wheels 14 that rotate about the drive shaft 12A of the electric motor 12 and an axis that is orthogonal to the drive shaft 12A of the electric motor 12 on the outer periphery of each wheel 14. Further, the wheel has six free rollers 15 and is movable in all directions. The two wheels 14 are attached with a phase shifted by 30 °. Due to such a configuration, when the electric motor 12 is driven and the wheel 14 rotates, the six free rollers 15 rotate together with the wheel 14. On the other hand, when the grounded free roller 15 rotates, the omni wheel 13 can also move in a direction parallel to the rotation axis of the wheel 14. Therefore, the autonomous mobile device 1 is moved in any direction (all directions) by independently controlling the four electric motors 12 and individually adjusting the rotation direction and the rotation speed of the four omni wheels 13. Can do.

4つの電動モータ12それぞれには、電動モータ12の駆動軸12Aの回転角度を検出するエンコーダ16が取り付けられている。各エンコーダ16は、電子制御装置30と接続されており、検出した各電動モータ12の回転角度を電子制御装置30に出力する。電子制御装置30は、入力された各電動モータ12の回転角度から、自律移動装置1の移動方向(進行方向)及び移動量を演算する。   Each of the four electric motors 12 is provided with an encoder 16 that detects the rotation angle of the drive shaft 12A of the electric motor 12. Each encoder 16 is connected to the electronic control unit 30, and outputs the detected rotation angle of each electric motor 12 to the electronic control unit 30. The electronic control unit 30 calculates the movement direction (traveling direction) and movement amount of the autonomous mobile device 1 from the input rotation angle of each electric motor 12.

本体10の側面には、その全周にわたって等間隔に8個の超音波センサ20〜27が取り付けられている。すなわち、8個の超音波センサ20〜27は、同一円周上に周方向に沿って45°ずつ間隔を空けて取り付けられている。超音波センサ20〜27それぞれは、物体の検出方向に指向性を有しており、8個の超音波センサ20〜27を組み合わせることにより全方位(360°)の物体を検出することができるように構成されている。   On the side surface of the main body 10, eight ultrasonic sensors 20 to 27 are attached at equal intervals over the entire circumference. That is, the eight ultrasonic sensors 20 to 27 are attached on the same circumference at intervals of 45 ° along the circumferential direction. Each of the ultrasonic sensors 20 to 27 has directivity in the detection direction of the object, and an object in all directions (360 °) can be detected by combining the eight ultrasonic sensors 20 to 27. It is configured.

超音波センサ20〜27には、反射形の超音波センサが好適に用いられる。超音波センサ20〜27は、超音波を発信するとともに、物体で反射されて戻ってくる超音波(反射波)を検出し、この反射波の有無及び反射波の到達時間(伝播時間)から、物体の有無及び物体までの距離を検出する。すなわち、超音波センサ20〜27は、特許請求の範囲に記載の検出手段として機能する。なお、超音波センサ20〜27は、電子制御装置30に接続されており、超音波センサ20〜27による検出結果は電子制御装置30に出力される。   As the ultrasonic sensors 20 to 27, reflective ultrasonic sensors are preferably used. The ultrasonic sensors 20 to 27 transmit ultrasonic waves and detect ultrasonic waves (reflected waves) that are reflected by an object and return. From the presence / absence of the reflected waves and the arrival time (propagation time) of the reflected waves, The presence / absence of an object and the distance to the object are detected. That is, the ultrasonic sensors 20 to 27 function as detection means described in the claims. The ultrasonic sensors 20 to 27 are connected to the electronic control device 30, and the detection results by the ultrasonic sensors 20 to 27 are output to the electronic control device 30.

電子制御装置30は、自律移動装置1の運動を総合的に司るものである。電子制御装置30は、演算を行うCPU31、該CPU31に各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するROM、演算結果などの各種データを一時的に記憶するRAM、及びその記憶内容が保持されるバックアップRAM等から構成されている。また、電子制御装置30は、超音波センサ20〜27とCPU31とを電気的に接続する入出力インターフェース32、及び電動モータ12を駆動するドライバ回路等を備えている。   The electronic control unit 30 comprehensively governs the movement of the autonomous mobile device 1. The electronic control unit 30 includes a CPU 31 that performs calculations, a ROM that stores programs for causing the CPU 31 to execute each process, a RAM that temporarily stores various data such as calculation results, and the storage contents thereof. It consists of a backup RAM and the like. Further, the electronic control device 30 includes an input / output interface 32 that electrically connects the ultrasonic sensors 20 to 27 and the CPU 31, a driver circuit that drives the electric motor 12, and the like.

電子制御装置30は、障害物等の物体を検知しつつ、例えば、計画された経路に沿って目標位置まで自律移動装置1が自律して移動するように各電動モータ12を制御する。また、電子制御装置30は、自律移動を行う際に、所定のタイミングで超音波センサ20〜27の検出結果を読み込み、その検出結果に応じて、例えば回避又は停止等の動作をとるように各電動モータ12を制御する。すなわち、電子制御装置30は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。   For example, the electronic control device 30 controls each electric motor 12 so that the autonomous mobile device 1 autonomously moves to a target position along a planned route while detecting an object such as an obstacle. Moreover, when performing the autonomous movement, the electronic control unit 30 reads the detection results of the ultrasonic sensors 20 to 27 at a predetermined timing, and performs operations such as avoiding or stopping according to the detection results. The electric motor 12 is controlled. That is, the electronic control unit 30 functions as a control unit described in the claims.

本実施形態では、超音波センサ20〜27が反射波を検出すると、反射波を検出した超音波センサ20〜27に対応した入出力インターフェース32の端子がアクティブになり、CPU31に対して割り込みがかかるように構成されている。そのため、超音波センサ20〜27からCPU31へ割り込みを要求するIRQ(Interrupt ReQuest)信号を受け付けるために、CPU31には、4つの割り込みチャンネルが用意されている。すなわち、本実施形態においては、超音波センサ20〜27からの割り込み要求を受け付けるCPU31の割り込みチャンネルが特許請求の範囲に記載のリソースに相当する。   In this embodiment, when the ultrasonic sensors 20 to 27 detect the reflected waves, the terminals of the input / output interface 32 corresponding to the ultrasonic sensors 20 to 27 that have detected the reflected waves become active, and an interrupt is applied to the CPU 31. It is configured as follows. Therefore, in order to receive an IRQ (Interrupt ReQuest) signal for requesting an interrupt from the ultrasonic sensors 20 to 27 to the CPU 31, four interrupt channels are prepared in the CPU 31. That is, in the present embodiment, the interrupt channel of the CPU 31 that accepts interrupt requests from the ultrasonic sensors 20 to 27 corresponds to the resources described in the claims.

上述したように、本実施形態では、4つの割り込みチャンネルに対して、超音波センサ20〜27を8個有しているため、一度にすべての超音波センサ20〜27をCPU31の割り込みチャンネルに割り当てることができない。そのため、入出力インターフェース32は、CPU31の割り込みチャンネルの割り当てを管理する機能を有しており、例えばCPU31からの制御信号によってその出力チャンネルが切り替えられるマルチプレクサを用いて、8個の超音波センサ20〜27の中から4つの割り込みチャンネルに割り当てる超音波センサを選択する。すなわち、本実施形態においては、CPU31及び入出力インターフェース32が特許請求の範囲に記載の管理手段として機能する。   As described above, in the present embodiment, since eight ultrasonic sensors 20 to 27 are provided for four interrupt channels, all the ultrasonic sensors 20 to 27 are assigned to the interrupt channels of the CPU 31 at one time. I can't. For this reason, the input / output interface 32 has a function of managing the allocation of interrupt channels of the CPU 31. For example, by using a multiplexer whose output channel is switched by a control signal from the CPU 31, the eight ultrasonic sensors 20˜ The ultrasonic sensors to be assigned to the four interrupt channels are selected from 27. That is, in the present embodiment, the CPU 31 and the input / output interface 32 function as management means described in the claims.

ここで、入出力インターフェース32は、8個の超音波センサ20〜27の中からCPU31の割り込みチャンネルに割り当てる超音波センサを選択する際に、進行方向周辺の物体を検出可能な超音波センサを優先して選択する。より具体的には、例えば、自律移動装置1が、図2に示される矢印A1の方向に進行するときには、矢印A1方向周辺の物体を検出可能な3つの超音波センサ20,21,27が選択される。すなわち、4つの割り込みチャンネルの内、3つの割り込みチャンネルに対して、超音波の発信方向が進行方向と同じか又は進行方向に近い3つの超音波センサ20,21,27が優先的に割り当てられる。また、残る1つの割り込みチャンネルには、上記以外の5つの超音波センサ22〜26の中の1つが(切替周期毎に)順番に割り当てられる。   Here, when the input / output interface 32 selects an ultrasonic sensor to be assigned to the interrupt channel of the CPU 31 from among the eight ultrasonic sensors 20 to 27, the ultrasonic sensor that can detect an object around the traveling direction is prioritized. To select. More specifically, for example, when the autonomous mobile device 1 travels in the direction of the arrow A1 shown in FIG. 2, the three ultrasonic sensors 20, 21, and 27 that can detect objects around the arrow A1 direction are selected. Is done. That is, among the four interrupt channels, three ultrasonic sensors 20, 21, and 27 are preferentially assigned to three interrupt channels with the ultrasonic wave transmission direction being the same as or close to the travel direction. Further, one of the other five ultrasonic sensors 22 to 26 other than those described above is assigned to the remaining interrupt channel in order (for each switching period).

ここで、割り込みチャンネルに割り当てられる超音波センサ20〜27を選択するための基準となる自機の進行方向は次のようにして取得される。電子制御装置30は、自機の位置と環境地図とに基づいて、目標位置へ向かうための経路を計算する。ここで、自機の位置は、例えばレーザレンジファインダ(図示省略)から得られた周囲の物体の情報と環境地図とを照合した結果と、オムニホイール13を駆動する各電動モータ12の出力軸12Aの回転角度の情報とを総合的に考慮して決定される。また、電子制御装置30は、障害物が検知され、当該障害物の回避が必要と判断された場合に、当該障害物を回避するために自機を移動させる向き(回避方向)及び速度等を計算する。なお、これらの計算は、公知の仮想ポテンシャル法に基づいて行うことができる。そして、電子制御装置30は、算出された経路と回避方向とに基づいて進行方向を決定し、決定された進行方向へ移動するように4個の電動モータ12の回転を制御する。よって、設定された移動経路と障害物の回避方向とに基づいて決定される進行方向から、割り込みチャンネルに割り当てられる超音波センサが選択される。   Here, the traveling direction of the own device, which is a reference for selecting the ultrasonic sensors 20 to 27 assigned to the interrupt channel, is acquired as follows. The electronic control unit 30 calculates a route to go to the target position based on the position of the own device and the environment map. Here, the position of the own machine is determined by comparing the information of surrounding objects obtained from, for example, a laser range finder (not shown) with the environment map, and the output shaft 12A of each electric motor 12 that drives the omni wheel 13. It is determined by comprehensively considering the information of the rotation angle. In addition, when an obstacle is detected and it is determined that it is necessary to avoid the obstacle, the electronic control device 30 determines the direction (avoidance direction) and speed for moving the own device to avoid the obstacle. calculate. These calculations can be performed based on a known virtual potential method. Then, the electronic control unit 30 determines the traveling direction based on the calculated route and the avoidance direction, and controls the rotation of the four electric motors 12 so as to move in the determined traveling direction. Therefore, the ultrasonic sensor assigned to the interrupt channel is selected from the traveling direction determined based on the set moving route and the obstacle avoidance direction.

一方、例えば、目標位置(移動経路)を設定することなくランダムに移動するような場合、すなわち目標となる進行方向を有していないような場合には、上述したように、各電動モータ12に取り付けられたエンコーダ16により検出される回転角度、すなわち各オムニホイール13の実際の車輪回転量から進行方向を求めることができる。   On the other hand, for example, when moving randomly without setting a target position (movement route), that is, when it does not have a target traveling direction, as described above, The traveling direction can be obtained from the rotation angle detected by the attached encoder 16, that is, the actual wheel rotation amount of each omni wheel 13.

次に、図1〜図3を併せて参照しつつ自律移動装置1の動作について説明する。ここで、図3は、自律移動装置1の進行方向と各超音波センサ20〜27に対するリソース割り当てとの関係を示すタイミングチャートである。   Next, the operation of the autonomous mobile device 1 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 3 is a timing chart showing the relationship between the traveling direction of the autonomous mobile device 1 and resource allocation to the ultrasonic sensors 20 to 27.

まず、自律移動装置1が自律して移動する際には、電子制御装置30により、移動経路と回避方向とに基づいて進行方向が決定される。そして、決定された進行方向へ移動するように4個の電動モータ12の回転が制御される。また、決定された進行方向に応じて、電子制御装置30の入出力インターフェース32において、8個の超音波センサ20〜27の中からCPU31の4つの割り込みチャンネルに割り当てられる超音波センサが選択される。   First, when the autonomous mobile device 1 moves autonomously, the traveling direction is determined by the electronic control device 30 based on the movement route and the avoidance direction. Then, the rotation of the four electric motors 12 is controlled so as to move in the determined traveling direction. Further, in accordance with the determined traveling direction, an ultrasonic sensor assigned to the four interrupt channels of the CPU 31 is selected from the eight ultrasonic sensors 20 to 27 in the input / output interface 32 of the electronic control unit 30. .

ここで、入出力インターフェース32では、8個の超音波センサ20〜27の中からCPU31の割り込みチャンネルに割り当てられる超音波センサが選択される際に、進行方向周辺の物体を検出可能な超音波センサが優先して選択される。より具体的には、図3に示されるように、例えば自律移動装置1が図2に示される矢印A1の方向に進行するとき(図3において時刻t0〜t5の間)には、矢印A1方向周辺の物体を検出可能な3つの超音波センサ20,21,27が選択される。すなわち、4つの割り込みチャンネルの内、3つの割り込みチャンネルに対して、超音波の発信方向が進行方向と同じか又は進行方向に近い3つの超音波センサ20,21,27が優先的に割り当てられる。また、残る1つの割り込みチャンネルには、上記以外の5つの超音波センサ22〜26の中の1つが(切替周期毎に)順番に割り当てられる。   Here, in the input / output interface 32, when an ultrasonic sensor assigned to the interrupt channel of the CPU 31 is selected from the eight ultrasonic sensors 20 to 27, an ultrasonic sensor capable of detecting an object around the traveling direction. Is preferentially selected. More specifically, as shown in FIG. 3, for example, when autonomous mobile device 1 travels in the direction of arrow A1 shown in FIG. 2 (between times t0 and t5 in FIG. 3), the direction of arrow A1 Three ultrasonic sensors 20, 21, and 27 that can detect peripheral objects are selected. That is, among the four interrupt channels, three ultrasonic sensors 20, 21, and 27 are preferentially assigned to three interrupt channels with the ultrasonic wave transmission direction being the same as or close to the travel direction. Further, one of the other five ultrasonic sensors 22 to 26 other than those described above is assigned to the remaining interrupt channel in order (for each switching period).

一方、例えば自律移動装置1が図2に示される矢印A2の方向に進行するとき(図3において時刻t5〜t10の間)には、矢印A2方向周辺の物体を検出可能な3つの超音波センサ21,22,23が選択される。すなわち、4つの割り込みチャンネルの内、3つの割り込みチャンネルに対して、超音波の発信方向が進行方向と同じか又は進行方向に近い3つの超音波センサ21,22,23が優先的に割り当てられる。また、残る1つの割り込みチャンネルには、上記以外の5つの超音波センサ20,24〜27の中の1つが(切替周期毎に)順番に割り当てられる。   On the other hand, for example, when the autonomous mobile device 1 travels in the direction of arrow A2 shown in FIG. 2 (between times t5 and t10 in FIG. 3), three ultrasonic sensors that can detect objects around the arrow A2 direction. 21, 22, 23 are selected. That is, among the four interrupt channels, three ultrasonic sensors 21, 22, and 23 are preferentially assigned to three interrupt channels, with the ultrasonic transmission direction being the same as the traveling direction or close to the traveling direction. Further, one of the five ultrasonic sensors 20 and 24 to 27 other than the above is assigned to the remaining one interrupt channel in order (for each switching period).

本実施形態では、超音波センサ20〜27の切替周期(図3に示された時刻tn〜tn+1の時間)を25msecとした。すなわち、25msec毎に超音波センサ20〜27の選択、及び障害物等の物体の検出が繰り返して行われる。超音波を発信してから25msec以内に、超音波センサ20〜27が反射波を検出すると、反射波を検出した超音波センサ20〜27に対応した入出力インターフェース32の端子がアクティブになり、CPU31に対して割り込みがかかる。   In the present embodiment, the switching cycle of the ultrasonic sensors 20 to 27 (time tn to tn + 1 shown in FIG. 3) is set to 25 msec. That is, selection of the ultrasonic sensors 20 to 27 and detection of an object such as an obstacle are repeatedly performed every 25 msec. When the ultrasonic sensors 20 to 27 detect the reflected wave within 25 msec after transmitting the ultrasonic wave, the terminals of the input / output interface 32 corresponding to the ultrasonic sensors 20 to 27 detecting the reflected wave become active, and the CPU 31 Is interrupted.

割り込み要求を受けたCPU31は、該割り込み要求に対応する割り込み処理を実行し、超音波が発信されてから反射波を検出するまでの時間から物体までの距離を検出する。一方、切替周期(25msec)の間、反射波を検出できないとき、すなわち割り込みが入らないときに、CPU31は、物体が存在しないか又は物体との距離が音波の速度で25msec以上離れていると判断し、次の超音波センサ20〜27を選択して新たな検出処理を実行する。   Upon receiving the interrupt request, the CPU 31 executes an interrupt process corresponding to the interrupt request, and detects the distance to the object from the time from when the ultrasonic wave is transmitted until the reflected wave is detected. On the other hand, when the reflected wave cannot be detected during the switching period (25 msec), that is, when no interruption occurs, the CPU 31 determines that the object does not exist or the distance from the object is 25 msec or more away at the speed of the sound wave. Then, the next ultrasonic sensors 20 to 27 are selected and a new detection process is executed.

障害物等の物体が検出された場合、電子制御装置30は、検出された物体を回避するために自機を移動させる向き(回避方向)及び速度等を計算する。そして、電子制御装置30は、算出された回避方向と移動経路とに基づいて進行方向を決定し、決定された進行方向へ移動するように4個の電動モータ12の回転を制御する。そして、電子制御装置30は、以上の処理を繰り返して実行することにより、設定された目標位置まで自律して移動する。   When an object such as an obstacle is detected, the electronic control unit 30 calculates a direction (avoidance direction), a speed, and the like for moving the own device in order to avoid the detected object. Then, the electronic control unit 30 determines the traveling direction based on the calculated avoidance direction and the movement route, and controls the rotation of the four electric motors 12 so as to move in the determined traveling direction. And the electronic control apparatus 30 moves autonomously to the set target position by repeatedly performing the above process.

上述したように、本実施形態では、進行方向周辺の物体を検出可能な3つの超音波センサが切替周期毎に毎回選択されるため、進行方向前方のセンシング周期は25msec(1切替周期)となる(図3参照)。一方、進行方向以外の方向については、上記以外の5つの超音波センサの中から1つが切替周期毎に順番に割り当てられるため、進行方向以外の方向のセンシング周期は125msec(5切替周期)となる(図3参照)。なお、ここで、進行方向に関係なく、8個の超音波センサ20〜27を均等に4つの割り込みチャンネルに割り当てるとすると、図4に示されるように、進行方向も、進行方向以外の方向も同様にセンシング周期は50msec(2切替周期)となる。したがって、本実施形態によれば、均等に割り当てた場合に比べ、進行方向前方の物体をより短いセンシング周期でセンシングすることができるため、例えば障害物の回避や停止をより確実に行うことができる。   As described above, in this embodiment, since three ultrasonic sensors that can detect objects around the traveling direction are selected every switching cycle, the sensing cycle ahead in the traveling direction is 25 msec (one switching cycle). (See FIG. 3). On the other hand, for directions other than the traveling direction, one of the five ultrasonic sensors other than the above is assigned in turn for each switching period, so the sensing period in the direction other than the traveling direction is 125 msec (5 switching periods). (See FIG. 3). Here, if the eight ultrasonic sensors 20 to 27 are evenly assigned to the four interrupt channels regardless of the traveling direction, as shown in FIG. 4, both the traveling direction and the direction other than the traveling direction are obtained. Similarly, the sensing cycle is 50 msec (2 switching cycles). Therefore, according to the present embodiment, it is possible to sense an object ahead in the traveling direction with a shorter sensing cycle as compared with the case of evenly allocating, and for example, it is possible to more reliably avoid or stop an obstacle. .

本実施形態によれば、CPU31の割り込みチャンネル(リソース)に割り当てられる超音波センサ20〜27が選択される際に、進行方向前方周辺の物体を検出可能な超音波センサが優先して選択される。そのため、応答する必要のある物体が存在する可能性が高い進行方向に対してリソースを多く割り当てることができ、進行方向に対するセンシング周期を短くすることができる。その結果、超音波センサ20〜27の数が使用できるCPU31の割り込みチャンネルの数を超えた場合においても、CPU31の割り込みチャンネルを増やすことなく、物体に対する応答性を向上することが可能となる。   According to the present embodiment, when the ultrasonic sensors 20 to 27 allocated to the interrupt channel (resource) of the CPU 31 are selected, the ultrasonic sensor capable of detecting an object around the front in the traveling direction is preferentially selected. . Therefore, many resources can be allocated to the traveling direction in which there is a high possibility that an object that needs to respond is present, and the sensing cycle for the traveling direction can be shortened. As a result, even when the number of the ultrasonic sensors 20 to 27 exceeds the number of interrupt channels of the CPU 31 that can be used, the responsiveness to an object can be improved without increasing the interrupt channels of the CPU 31.

本実施形態によれば、移動手段として、4つの電動モータ12及び該電動モータ12により駆動される4つのオムニホイール13を有する。そのため、4つの電動モータ12を独立して制御し、4つのオムニホイール13それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置1を任意の方向(全方向)に移動させることができる   According to this embodiment, it has four electric motors 12 and four omni wheels 13 driven by the electric motors 12 as moving means. Therefore, the autonomous mobile device 1 is moved in any direction (all directions) by independently controlling the four electric motors 12 and individually adjusting the rotation direction and the rotation speed of the four omni wheels 13. Can

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、超音波センサ20〜27の数を8個、超音波センサ20〜27の入力処理に用いられるCPU31の割り込みチャンネルを4つに設定したが、超音波センサの数及び割り込みチャンネルの数は8個と4個に限られない。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the number of the ultrasonic sensors 20 to 27 is set to eight and the interrupt channel of the CPU 31 used for the input processing of the ultrasonic sensors 20 to 27 is set to four. The number of channels is not limited to 8 and 4.

また、上記実施形態では、周囲の物体を検出する検出手段として超音波センサを用いたが、超音波センサに代えて又は加えて、例えば、赤外線レーダ、レーザレーダ等を用いてもよい。さらに、上記実施形態では、リソースの例としてCPU31の割り込みチャンネルを挙げたが、リソースはCPUの割り込みチャンネルに限られることなく、例えば、CPU時間、及びマルチCPU構成としたときのCPUの割り当て等であってもよい。また、リソースはハードウェアリソースに限られず、ソフトウェアリソースであってもよい。   In the above embodiment, an ultrasonic sensor is used as a detection unit for detecting surrounding objects. However, for example, an infrared radar, a laser radar, or the like may be used instead of or in addition to the ultrasonic sensor. Furthermore, in the above embodiment, the interrupt channel of the CPU 31 is given as an example of the resource. However, the resource is not limited to the interrupt channel of the CPU. For example, the CPU time and the CPU allocation when the multi-CPU configuration is adopted. There may be. Further, the resource is not limited to a hardware resource, and may be a software resource.

上記実施形態では、車輪として全方位に移動可能なオムニホイールを採用したが、通常の車輪(操舵輪及び駆動輪)を用いてもよい。   In the above embodiment, an omni wheel that can move in all directions is adopted as a wheel, but normal wheels (steering wheels and driving wheels) may be used.

上記実施形態では、進行方向を優先して超音波センサを選択したが、優先する方向は、進行方向に限られない。移動状況及び周囲環境によっては、例えば、進行方向に対して垂直な方向、又は進行方向に対して反対の方向を優先するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the ultrasonic sensor is selected with priority on the traveling direction, but the priority direction is not limited to the traveling direction. Depending on the movement situation and the surrounding environment, for example, a direction perpendicular to the traveling direction or a direction opposite to the traveling direction may be prioritized.

実施形態に係る自律移動装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the autonomous mobile apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動装置における超音波センサの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the ultrasonic sensor in the autonomous mobile apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動装置の進行方向と各超音波センサに対するリソース割り当てとの関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the advancing direction of the autonomous mobile device which concerns on embodiment, and the resource allocation with respect to each ultrasonic sensor. 複数の超音波センサが均等に割り当てられた場合の各超音波センサに対するリソース割り当てを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the resource allocation with respect to each ultrasonic sensor in case the some ultrasonic sensor is allocated equally.

符号の説明Explanation of symbols

1 自律移動装置
10 本体
12 電動モータ
13 オムニホイール
14 ホイール
15 フリーローラ
16 エンコーダ
20,21,22,23,24,25,26,27 超音波センサ
30 電子制御装置
31 CPU
32 入出力インターフェース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Autonomous mobile device 10 Main body 12 Electric motor 13 Omni wheel 14 Wheel 15 Free roller 16 Encoder 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 Ultrasonic sensor 30 Electronic control device 31 CPU
32 I / O interface

Claims (4)

自機を移動させる移動手段と、
自機周囲の物体を検出する複数の検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記移動手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記検出手段の検出結果の入力処理で使用されるリソースと、
前記リソースの割り当てを管理する管理手段と、を有し、
前記管理手段は、自機の進行方向に応じて、前記複数の検出手段の中から前記リソースに割り当てる検出手段を選択する、ことを特徴とする自律移動装置。
Moving means for moving the aircraft;
A plurality of detection means for detecting objects around the aircraft;
Control means for controlling the moving means based on the detection result of the detecting means,
The control means includes
Resources used in input processing of detection results of the detection means;
Management means for managing allocation of the resource,
The autonomous mobile device, wherein the management unit selects a detection unit to be allocated to the resource from the plurality of detection units according to a traveling direction of the own device.
前記管理手段は、自機の進行方向周辺の物体を検出可能な検出手段を優先して選択することを特徴とする請求項1に記載の自律移動装置。   The autonomous mobile device according to claim 1, wherein the management unit preferentially selects a detection unit capable of detecting an object around the traveling direction of the own aircraft. 前記移動手段は、電動モータと、該電動モータにより駆動され、前後左右の全方向に移動可能な車輪とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の自律移動装置。   The autonomous moving apparatus according to claim 1, wherein the moving unit includes an electric motor and wheels that are driven by the electric motor and are movable in all directions of front, rear, left, and right. 前記検出手段は、超音波センサであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の自律移動装置。

The autonomous mobile device according to claim 1, wherein the detection unit is an ultrasonic sensor.

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