JP2011173453A - Vehicle travel control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の走行制御システムに関する。特に、二輪駆動の車両を所望の軌道に追従させる走行制御システムに関する。 The present invention relates to a vehicle travel control system. In particular, the present invention relates to a travel control system for causing a two-wheel drive vehicle to follow a desired track.
近年、介護に用いられる自律移動型ロボットが開発されており、例えば、車椅子型の移動ロボットが知られている。そして、被介護者を自律移動ロボットに乗せた状態で移動ロボットごと福祉車両等に移動させる場合がある。このような場合、一般には、介護者が移動ロボットを操作または誘導したり、実際に押したりすることで移動ロボットを福祉車両に移動させている。
しかしながら、介護者の負担を軽減したり、さらには安全性の向上を図るため、介護者によらず、自律移動ロボットを自動的に福祉車両に搭乗させることが望まれている。
In recent years, autonomous mobile robots used for nursing care have been developed. For example, wheelchair mobile robots are known. Then, the cared person may be moved to the welfare vehicle or the like with the mobile robot in a state of being placed on the autonomous mobile robot. In such a case, in general, the caregiver moves or moves the mobile robot to the welfare vehicle by operating or guiding the mobile robot or actually pressing the mobile robot.
However, in order to reduce the burden on the caregiver and further improve safety, it is desired that the autonomous mobile robot is automatically mounted on the welfare vehicle regardless of the caregiver.
ここで、従来、移動ロボットを自律的に所定の軌道に沿って走行させる技術が知られている。
例えば、作業空間内に複数個のランドマークを設置するとともに移動ロボットにはカメラ等のセンサを設けておく。また、作業空間内に存在するランドマークの位置を地図情報として予め移動ロボットに記憶させておく。そして、移動ロボットは、ランドマークを観測し、ランドマークとの相対的な位置関係から自己推定を行う。移動ロボットは、自己位置の推定値と所定軌道とのずれを算出し、目標位置に向けて走行する。
このようにカメラ等のセンサによって外部環境を検知しながら自己位置認識および移動方向制御を行う走行制御方法を開示した文献として例えば次の特許文献１から特許文献３がある。
Here, conventionally, a technique for causing a mobile robot to autonomously travel along a predetermined trajectory is known.
For example, a plurality of landmarks are installed in the work space, and a sensor such as a camera is provided in the mobile robot. Further, the position of the landmark existing in the work space is stored in advance in the mobile robot as map information. Then, the mobile robot observes the landmark and performs self-estimation from the relative positional relationship with the landmark. The mobile robot calculates a deviation between the estimated value of the self position and the predetermined trajectory, and travels toward the target position.
For example, the following Patent Document 1 to Patent Document 3 disclose documents that disclose a traveling control method for performing self-position recognition and movement direction control while detecting an external environment by a sensor such as a camera.
また、所定軌道への追従を単純に実現する方法としては、床面にラインを引いておき、このラインに沿ってロボットを走行させるという考え方もある。 Further, as a method of simply realizing following a predetermined trajectory, there is an idea that a line is drawn on the floor surface and the robot is driven along this line.
しかしながら、外部環境を検知しながら自己位置認識および移動方向制御を行う走行制御方法を実行するためには、カメラやレーザー測距装置等のセンサをロボットに搭載しておく必要がある。自己位置を正確に推定するためには例えば複数の高精度センサが必要になってくるが、このようなセンサを搭載するとなるとコスト高に繋がる。また、自己位置推定には、あらかじめロボット自身が環境マップを保持している必要がある。そのため、環境の変化があるたびにロボットの環境マップを更新設定し直さなければならないなど、環境変化に対してロバスト性が低くなってしまう。さらに、自己位置の推定値を算出した上に、自己位置の推定値と所定軌道とのずれを算出しなければならないなど、計算量がどうしても多くなってしまうので、非常に複雑な演算処理が必要になってくる。 However, in order to execute a traveling control method that performs self-position recognition and movement direction control while detecting the external environment, it is necessary to mount sensors such as a camera and a laser distance measuring device on the robot. In order to accurately estimate the self-position, for example, a plurality of high-precision sensors are required. However, mounting such sensors leads to high costs. For self-position estimation, the robot itself needs to hold an environment map in advance. For this reason, the robustness against the environmental change becomes low, for example, the environment map of the robot must be updated and set every time the environmental change occurs. In addition, the calculation amount is inevitably increased, such as calculating the estimated value of the self-location and then calculating the deviation between the estimated value of the self-location and the predetermined trajectory. It becomes.
床面に引いたラインにロボットを追従させる場合でも、やはり、ロボットにカメラや磁気センサ等のセンサを搭載しなければならない。また、床面にラインを引かなければならないので、見栄えが良くないという問題もある。 Even when the robot is made to follow the line drawn on the floor, it is still necessary to mount a sensor such as a camera or a magnetic sensor on the robot. Moreover, since a line must be drawn on the floor, there is also a problem that it does not look good.
本発明の走行制御システムは、
走行車両を軌道に沿って走行させる走行制御システムであって、
走行方向と直交する方向の両側において同軸上に配置された左右一対の車輪を有し、これら車輪にトルク指令を与えることで走行する走行車両と、
前記軌道から離れるに従って摩擦が小さくなるように摩擦係数の分布が設定された摩擦路面と、を備え、
前記走行車両は、前記左右の車輪に対し同じトルク指令値を与えながら走行する
ことを特徴とする。
The travel control system of the present invention is
A travel control system for traveling a vehicle along a track,
A traveling vehicle having a pair of left and right wheels arranged coaxially on both sides in a direction orthogonal to the traveling direction, and traveling by giving a torque command to these wheels;
A friction road surface in which a friction coefficient distribution is set so that friction decreases as the distance from the track increases,
The traveling vehicle travels while giving the same torque command value to the left and right wheels.
本発明では、
前記走行車両は、自律的に倒立制御を行う移動ロボットである
ことが好ましい。
In the present invention,
It is preferable that the traveling vehicle is a mobile robot that performs an inverted control autonomously.
本発明では、
前記移動ロボットの車体は、搭乗者が座れる椅子型である
ことが好ましい。
In the present invention,
The vehicle body of the mobile robot is preferably a chair type on which a passenger can sit.
本発明では、
前記走行車両は、被介護者を乗せて走行する移動支援車両であり、
前記移動支援車両はさらに大きな福祉車両に乗り込むものであって、
前記福祉車両は、乗降口から外部に展開可能なスロープ装置を有し、
前記摩擦路面は前記スロープ装置および前記福祉車両のフロア面に設けられている
ことが好ましい。
In the present invention,
The traveling vehicle is a movement support vehicle that travels with a cared person,
The movement support vehicle is to get into a larger welfare vehicle,
The welfare vehicle has a slope device that can be deployed to the outside from the entrance,
The friction road surface is preferably provided on a floor surface of the slope device and the welfare vehicle.
本発明の摩擦路面は、
走行車両が軌道に沿って走行するための路面であって、
前記軌道から離れるに従って摩擦が小さくなるように摩擦係数の分布が設定されている
ことを特徴とする。
The friction road surface of the present invention is
A road surface for a traveling vehicle to travel along a track,
The friction coefficient distribution is set so that the friction decreases as the distance from the track increases.
本発明の車両の走行制御方法は、走行方向と直交する方向の両側において同軸上に配置された左右一対の車輪を有し、これら車輪にトルク指令を与えることで走行する走行車両を軌道に沿って走行させる走行制御方法であって、
前記走行車両は、前記軌道から離れるに従って摩擦が小さくなるように摩擦係数の分布が設定された摩擦路面上を走行するに際し、
前記左右の車輪に対し同じトルク指令値を与えながら走行する
ことを特徴とする。
The vehicle travel control method of the present invention has a pair of left and right wheels coaxially arranged on both sides in a direction orthogonal to the travel direction, and provides a torque command to these wheels to travel the travel vehicle along the track. A travel control method for traveling
When the traveling vehicle travels on a friction road surface in which a friction coefficient distribution is set so that friction decreases as the distance from the track increases,
The vehicle travels while giving the same torque command value to the left and right wheels.
本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第1実施形態）
本発明に係る第1実施形態について説明する。
図1は、移動ロボットが福祉車両に乗り込む様子を示す図である。
図2は、福祉車両を斜め後方から示す図である。
Embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings.
(First embodiment)
A first embodiment according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a mobile robot getting into a welfare vehicle.
FIG. 2 is a diagram showing the welfare vehicle obliquely from the rear.
福祉車両100は、身体が不自由な人でも乗り込みやすく、かつ、車内でも安定して固定できる機構を備えた車である。そのため、福祉車両100は、いわゆるハッチバック式であって、車両後方部にリアウインドーと一体に上へ開く大型の開閉ドア110を備えている。
さらに、福祉車両100は、移動ロボット200が走行するためのスロープ装置120を有する。
The
Furthermore, the
このスロープ装置120は、例えば折り畳み式であり、開閉ドア110が開いたときに乗降口111から外部に向けて展開できるようになっている。そして、移動ロボット200は、このスロープ装置120の路面を所定軌道Lに沿って走行することでスムースに福祉車両100に乗り降りできる。
図3は、移動ロボット200が福祉車両100に乗り込み、さらに、所定の固定位置に達するための軌道Lを示した図である。
福祉車両100のフロア130には、図示しない連結手段が設けられており、移動ロボット200が所定位置に達したところで、前記連結手段（不図示）によって移動ロボット200はフロア130に連結されて固定される。
なお、移動ロボット200と福祉車両100とをしっかり連結するためには、移動ロボット200と連結手段との相対位置が正しく合っていなければならない。
The
FIG. 3 is a diagram showing a trajectory L for the
The
Note that, in order to firmly connect the
このような福祉車両としては、たとえばウェルキャブ（登録商標）が知られている。 As such a welfare vehicle, for example, Wellcab (registered trademark) is known.
本実施形態では、スロープ装置120および福祉車両100のフロア130には、移動ロボット200が所定軌道Lに沿って走行するように案内する案内手段が設けられている。
案内手段は、路面上の摩擦係数の設定によって構成される。すなわち、予め決められた軌道Lに対し、軌道Lから離間するに従って摩擦係数μが小さくなるように設定されている。言い換えると、軌道Lに対して垂直方向に離間する距離が大きくなるにつれて摩擦係数μが小さくなるように設定されている。
In the present embodiment, the
The guide means is configured by setting a friction coefficient on the road surface. That is, the friction coefficient μ is set to be smaller with respect to the predetermined track L as the distance from the track L increases. In other words, the friction coefficient μ is set to decrease as the distance away from the track L in the vertical direction increases.
図4、図5、図6は、スロープ装置120の路面上における摩擦係数μの分布を示した図である。
図4は、領域ごとに段階的に摩擦係数が変化するようにした例である。
図5は、摩擦係数が非線形に徐々に変化するようにした例である。
図6は、摩擦係数が線形に変化するようにした例である。
本実施形態では、移動ロボット200がスロープ装置120の中央をほぼ直進するように軌道Lを設定している。
したがって、スロープ装置120の中心線に対応する領域が最も高い摩擦係数μに設定され、左右の両端に向かうにしたがって摩擦係数μが小さくなるようになっている。
4, FIG. 5, and FIG. 6 are diagrams showing the distribution of the friction coefficient μ on the road surface of the
FIG. 4 is an example in which the friction coefficient changes stepwise for each region.
FIG. 5 shows an example in which the friction coefficient is gradually changed nonlinearly.
FIG. 6 shows an example in which the friction coefficient changes linearly.
In the present embodiment, the trajectory L is set so that the
Accordingly, the region corresponding to the center line of the
ここで、移動ロボット200は、スロープ装置120を上って福祉車両100のフロア130に入ると、図7に示すように、所定の連結位置に向かうための軌道Lはカーブする。このカーブ領域Cでも、軌道Lから離間するに従って摩擦係数μが小さくなるようにフロア面上に摩擦係数μの分布が設けられている。
Here, when the
路面上の摩擦係数μを変化させるにあたっては、路面上に微小な凹凸を形成し、摩擦係数が高い領域には多くの凹凸を配し、摩擦係数が小さい領域には少ない凹凸を配するようにしてもよい。
または、摩擦係数に上記分布ができるように路面上を複数の塗料（例えば防滑塗料）でコーティングしてもよい。
When changing the friction coefficient μ on the road surface, minute unevenness is formed on the road surface, and many unevennesses are arranged in a region having a high friction coefficient, and few unevennesses are arranged in a region having a low friction coefficient. May be.
Alternatively, the road surface may be coated with a plurality of paints (for example, anti-slip paint) so that the above-mentioned distribution of friction coefficients can be achieved.
次に、移動ロボット200について説明する。
移動ロボット200は、車体210と、左右一対の同軸車輪220R、220Lと、を有し、いわゆる倒立振り子制御によって自律的に安定性を保ちながら進行する。
車体210は、被介護者が座れるように椅子型形状である。
一対の車輪220R、220Lは、車体210の走行方向と直交する方向の両側において同軸上に配置されるとともに回転自在に車体210に支持されている。
また、車体210には、操作レバー211（図8参照）が取り付けられており、この操作レバー211を操作することで任意の方向に移動ロボットを走行させることができる。
例えば、操作レバー211を前後方向へ傾斜させると移動ロボット200の前進又は後退移動が実行され、操作レバー211を左右方向へ傾斜させると、移動ロボット200の旋回移動が実行される。
Next, the
The
The
The pair of
In addition, an operation lever 211 (see FIG. 8) is attached to the
For example, when the
図8は、移動ロボットのシステム構成を示すブロック図である。
移動ロボット200は、角度検出センサ231と、姿勢センサユニット232と、一対の駆動回路233R、233Lと、一対の駆動ユニット234R、234Lと、一対の車輪速度センサ235R、235Lと、制御装置236と、を備えている。
FIG. 8 is a block diagram showing a system configuration of the mobile robot.
The
角度検出センサ231は、操作レバー211の回動軸に取り付けられている。角度検出センサ231としては、例えば、ポテンショメータやバリコン構造のセンサ等を適用することができる。角度検出センサ231は、搭乗者または介護者によって旋回したいと思う所望の方向へ操作レバー211が回動されたとき、その操作量及び操作方向を検出する。操作レバー211が操作されると、角度検出センサ231は、その操作量及び操作方向に応じた操作信号を制御装置236に出力する。
The
姿勢センサユニット232は、車体210に配設されており、移動ロボット200の走行時における車体210のピッチ角度、ピッチ角速度、加速度等を検出する。姿勢センサユニット232は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ等から構成されている。
The
左右の車輪速度センサ235R、235Lは、左右の車輪220R、220Lにそれぞれ配設されており、各車輪220R、220Lの車輪速度をそれぞれ検出する。車輪速度センサ235R、235Lは、検出した各車輪220R、220Lの車輪速度を、制御装置236に出力する。
The left and right
一対の駆動回路233R、233Lは、車体210に内蔵されており、左右の車輪駆動ユニット234R、234Lを夫々駆動する。
The pair of
制御装置236は、駆動回路233R、233Lを介して車輪駆動ユニット234R、234Lを駆動制御する。
制御装置236は、制御処理、演算処理等を行うCPU（Central Processing Unit）、CPUによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたROM（Read Only Memory）、処理データ等を一時的に記憶するRAM（Random Access Memory）等を有し、走行制御部237を構成している。
The
The
走行制御部237は、姿勢センサユニット232によって検出された車体210のピッチ角度およびピッチ角速度等に基づいて、同軸二輪車である移動ロボット200がバランスを保ちながら移動するように各車輪駆動ユニット234R、234Lを駆動制御する。
このとき、走行制御部237は、操作レバー211で指示された速度で移動するように車輪駆動ユニット234R、234Lに回転トルク指令を与える。これにより、所望の速度で移動ロボット200が走行する。
また、移動ロボット200を旋回させるときには、左右の車輪駆動ユニット234R、234Lに異なる大きさの回転トルク指令を与える。これにより、左右の車輪220R、220Lに回転差を生じ、移動ロボット200が旋回する。
Based on the pitch angle and pitch angular velocity of the
At this time, the traveling
Further, when the
次に、移動ロボット200の動作について説明する。
特に、左右の車輪220R、220Lに与えるトルク指令と路面摩擦とによって旋回加速度が決定される運動制御メカニズムについて説明する。
車輪の運動方程式は、次のように表わされる。
右の車輪220Rの運動方程式は、式(1)のように表わされる
Next, the operation of the
In particular, a description will be given of a motion control mechanism in which turning acceleration is determined by torque commands and road surface friction applied to the left and
The equation of motion of the wheel is expressed as follows.
The equation of motion of the
同様に、左の車輪220Lの運動方程式は、式(2)のように表わされる。
Similarly, the equation of motion of the
Jr、Jlは、車輪220R、220Lの慣性である。
ここでは、左右の車輪220R、220Lの慣性は、等しいものとする。
すなわち、J＝Jr＝Jlである。
J r and J l are inertias of the
Here, it is assumed that the inertias of the left and
That is, J = Jr = Jl .
また、θ＾（・・）は、車輪220R、220Lの角加速度を表す。
θr＾（・・）は、右車輪220Rの角加速度であり、θl＾（・・）は左車輪220Lの角加速度である。
τcmdは、トルク指令値である。
τdisは、外乱トルクである。
Θ ^ (··) represents the angular acceleration of the
θ r （(··) is the angular acceleration of the
τ cmd is a torque command value.
τ dis is the disturbance torque.
また、右車輪220Rの角速度をθr＾（・）で表わし、左車輪220Lの角速度をθｌ＾（・）で表わすと、移動ロボット200の並進速度vおよび旋回速度ωはそれぞれ次のように表わされる。
Also, when the angular velocity of the
Rは車輪半径であり、dは車軸の中心点から左右の車輪220R、220Lまでの距離である。
なお、右車輪220Rが左車輪220Lよりも速く回転して、上方から見たときに移動ロボット200が反時計回りに旋回する場合を正の旋回方向としている。
R is a wheel radius, and d is a distance from the center point of the axle to the left and
The case where the
ここで、以後の説明をわかりやすく簡単化するために、外乱トルクτdisは路面からの摩擦のみであるとする。
すなわち、
Here, in order to simplify and simplify the following description, it is assumed that the disturbance torque τ dis is only friction from the road surface.
That is,
とする。
μは、路面からの摩擦である。
μｒは、右車輪220Rに作用する摩擦係数であり、μｌは、左車輪220Rに作用する摩擦係数である。
また、Mrは右車輪220Rにかかる荷重であり、Mlは左車輪220Lにかかる荷重であり、左右の車輪の荷重分布は、Mr＝Mlであるとする。
And
μ is the friction from the road surface.
The μ r, is the coefficient of friction acting on the
Further, M r is a load applied to the
ここで、旋回加速度ω＾（・）を考えると次のようになる。 Here, the turning acceleration ω ^ (•) is considered as follows.
式(7)に、式(1)および式(2)を代入すると、 Substituting Equation (1) and Equation (2) into Equation (7),
である。
ここで、Jr＝Jlより、
It is.
Where J r = J l
となる。
したがって、旋回加速度ω＾（・）は、次のようになる。
It becomes.
Therefore, the turning acceleration ω ^ (•) is as follows.
また、式(5)、式(6)およびMr＝Mlより、旋回加速度ω＾（・）は、次のよう表わされる。 Further, from Equation (5), Equation (6), and M r = M l , the turning acceleration ω ^ (•) is expressed as follows.
次に、上記の路面構成によって移動ロボット200が軌道Lを通って所定の連結位置に移動する動作について説明する。
図9は、移動ロボット200が路面上の軌道に自動的に追従する様子を示した図である。
本実施形態のポイントは、移動ロボット自身が軌道に追従するための特別な制御を実行しなくても、路面上の摩擦係数の設定によって自動的に移動ロボット200が軌道に追従する点にある。
具体的には、移動ロボット200は、左右の両車輪220R、220Lに対して同じ大きさのトルクの指令値（τcmd r＝τcmd l）を与えるだけである。
Next, an operation in which the
FIG. 9 is a diagram showing how the
The point of the present embodiment is that the
Specifically, the
左右の両車輪220R、220Lに対して同じ大きさのトルクの指令値（τcmd r＝τcmd l）を与える場合、搭乗者または介護者が操作レバー211をただ前に倒してまっすぐに直進する指令だけを与えればよい。
または、直進指示用のボタン等を別途設けておき、この直進指示のボタンを押すようにしてもよい。
If the same torque command value (τ cmd r = τ cmd l ) is given to the left and
Alternatively, it is also possible to separately provide a straight travel instruction button or the like and press the straight travel instruction button.
式（11）において、左右の両車輪に対して同じ大きさのトルクの指令値（τcmd r＝τcmd l）を与えると、旋回加速度ω＾（・）は、次のようになる。 In equation (11), if the torque command value (τ cmd r = τ cmd l ) of the same magnitude is given to the left and right wheels, the turning acceleration ω ^ (•) is as follows.
このように、左右の車輪220R、220Lがそれぞれ接する路面の摩擦係数の差（μｌ−μｒ）によって旋回加速度が生じ、これによって移動ロボット200は自動的に軌道Lに追従する。
左右の両車輪220R、220Lに対して同じ大きさのトルクの指令値（τcmd r=τcmd l）を与えることによって軌道Lに追従できる動作メカニズムを図9を参照して説明する。
As described above, the turning acceleration is generated by the difference (μ 1 −μ r ) in the friction coefficient between the road surfaces where the left and
An operation mechanism that can follow the track L by giving torque command values (τ cmd r = τ cmd l ) of the same magnitude to the left and
図9に示すように移動ロボット200がスロープ装置120を走行するとする。
このとき、左右の両車輪220R、220Lに対して同じ大きさのトルクの指令値（τcmd r=τcmd l）を与え、常に、並進速度vはゼロより大きいものとする。
図9において、最初（P1）、移動ロボット200はスロープ装置120に対し、軌道Lから逸れて、やや右寄りから進入するとする。
このP1では、まだスロープ装置120の路面に乗っていないので、左右の車輪220R、220Lが接する路面摩擦係数は同じである（μｌ＝μｒ）。
この場合、
Assume that the
At this time, a torque command value (τ cmd r = τ cmd l ) of the same magnitude is given to the left and
In FIG. 9, first (P1), it is assumed that the
In this P1, since it is not yet on the road surface of the
in this case,
となる。
旋回加速度がゼロであるので、移動ロボット200は直進する。
そして、このように直進すると、ポイントP1から進んだポイントP2では、左車輪220Lがスロープ装置120の中央側に位置し、右車輪220Rはスロープ装置120の右端側に位置することになる。
すると、左車輪220Lが接する路面の摩擦係数μlと右車輪220Rが接する路面の摩擦係数μrとの関係は、μｌ＞μｒとなる。
この場合、
It becomes.
Since the turning acceleration is zero, the
When the vehicle travels straight in this way, the
Then, the relationship between the friction coefficient μ r of the road surface in contact with the friction coefficient μ l and
in this case,
となる。
したがって、移動ロボット200は、反時計回りに旋回することになる。
すると、移動ロボット200は、右寄りによっていたのが中央に向かうようになる（ポイントP2からポイントP3）。
It becomes.
Therefore, the
Then, the
この状態で反時計回りの旋回が進むと、右車輪220Rはスロープ装置120の中央に寄ってくる一方、左車輪220Lは次第にスロープ装置120の左端側に寄ってしまう。
そして、ポイントP3においては、左車輪220Lが接する路面の摩擦係数μｌと右車輪220Rが接する路面の摩擦係数μｒとの関係は、μｌ＜μｒとなる。
この場合、
When the counterclockwise turn proceeds in this state, the
At the point P3, the relationship between the friction coefficient mu r of the road surface in contact friction coefficient mu l and the
in this case,
となる。
したがって、移動ロボット200は、反時計回りの旋回から時計回りの旋回に移行していく（ポイントP3からポイントP4）。
It becomes.
Accordingly, the
すると、左に寄りすぎていた左車輪220Lは中央に向かい、中央に寄りすぎていた右車輪220Rは右に寄っていく。
そして、このようにして、左右の車輪220R、220Rに作用する摩擦係数の大小関係が交互に入れ替わり、旋回加速度が徐々にゼロに近づき、旋回速度ωも徐々にゼロへと収束していく。
このように旋回速度ωがゼロに収束していく途中の点をポイントP4と表わすと、旋回速度の変化は次のようになる。
Then, the
In this way, the magnitude relationship between the friction coefficients acting on the left and
When the point on the way that the turning speed ω converges to zero is expressed as a point P4, the change in the turning speed is as follows.
そして、ポイントP5において、移動ロボット200がスロープ装置の左右中央に位置し、左右の車輪に作用する摩擦係数が等しくなる（μｌ＝μｒ）。
このとき、旋回加速度は、
At the point P5, the
At this time, the turning acceleration is
となる。
旋回加速度がゼロになるので、旋回速度ωもゼロになり、移動ロボット200は並進のみを行う。
その後、移動ロボット200は、スロープ装置120の中央を所定軌道Lに沿って走行する。
It becomes.
Since the turning acceleration becomes zero, the turning speed ω also becomes zero, and the
Thereafter, the
スロープ装置120の後、福祉車両100のフロア130に出るところ、福祉車両100のフロア130にも軌道Lに沿って摩擦係数の分布が形成されているので、移動ロボット200は軌道Lに沿って進む。
途中、軌道Lにはカーブ（C）があるが、上記の説明でわかるように、移動ロボット200は左右の車輪220R、220Lに作用する摩擦係数が同じになるように旋回動作を行う結果、カーブ領域Cでも軌道に沿って進行する。
そして、軌道Lに沿って進み、移動ロボット200は、最終的に所定の連結位置に達する。
連結位置に達すると、自動的に、もしくは手動により、移動ロボット200は連結手段にてフロア130に固定される。
After the
On the way, there is a curve (C) on the trajectory L. As can be seen from the above explanation, the
Then, moving along the trajectory L, the
When the connection position is reached, the
（１）本実施形態によれば、移動ロボット自体に自己位置認識用のカメラやセンサ等を設けなくてもよく、また、これらセンサに基づいて複雑な制御をしなくても、移動ロボットを所定の軌道Lに沿って走行させることができる。
さらには、移動ロボット自体は両車輪220R、220Lに対して同じ大きさのトルク指令を与えればよいだけである。
したがって、移動ロボット自体の構造を特別に改良する必要はない。
このように、移動ロボット自体の構造を特別に改良する必要はないので、同軸二輪駆動の走行車であれば市販されているいかなるものであっても利用可能である。
また、操縦者（搭乗者または介護者）は、移動ロボットに対して直進指示だけを与えればよいので、操縦に特別な技量は必要なく、簡単な操作なので安全性も高い。
(1) According to the present embodiment, the mobile robot itself does not have to be provided with a camera or sensor for self-position recognition, and the mobile robot can be predetermined without complicated control based on these sensors. It is possible to travel along the track L.
Furthermore, the mobile robot itself only needs to give torque commands of the same magnitude to both
Therefore, there is no need to particularly improve the structure of the mobile robot itself.
As described above, since there is no need to improve the structure of the mobile robot itself, any commercially available vehicle can be used as long as it is a coaxial two-wheel drive vehicle.
In addition, since the operator (passenger or caregiver) only needs to give a straight advance instruction to the mobile robot, no special skill is required for the operation, and the operation is simple and the safety is high.
（２）本実施形態では、スロープ装置やフロアの路面に摩擦係数の分布を設けておくだけであるので、例えば路面にラインを引くといった方法に比べて見た目が良い。 (2) In this embodiment, since only the distribution of the friction coefficient is provided on the slope device or the road surface of the floor, it looks better than a method of drawing a line on the road surface, for example.
（３）また、本実施形態ではスロープ装置やフロアの路面に摩擦係数の分布を設けておくだけであるので、環境変化に対するロバスト性が高い。
例えば、移動ロボット自体がカメラで撮像した情報をもとに自己位置推定を行うような場合、車両の内部を改造した場合には移動ロボットの内部地図も更新しなければならず、手間が多くて複雑である。
この点、本実施形態では、周囲の環境が変わっても移動ロボットの走行制御には何ら影響しない。
また、仮に軌道Lを変更する場合でも、軌道Lを変更するように路面の摩擦係数分布だけを変えればよく、移動ロボットの制御システム自体を変更する必要は全くない。
(3) Moreover, in this embodiment, since only the distribution of the friction coefficient is provided on the slope surface or the road surface of the floor, the robustness against environmental changes is high.
For example, when the mobile robot itself performs self-position estimation based on information captured by the camera, the internal map of the mobile robot must be updated when the interior of the vehicle is modified, which is troublesome. It is complicated.
In this respect, in this embodiment, even if the surrounding environment changes, there is no influence on the traveling control of the mobile robot.
Even if the track L is changed, it is only necessary to change the friction coefficient distribution on the road surface so as to change the track L, and there is no need to change the mobile robot control system itself.
（４）軌道Lに沿って自動的に移動ロボットが所定の連結位置に確実に移動するので、搭乗者や介護者が移動ロボットの位置を微調整する必要がなく、楽であり、非常に使いやすい。 (4) Since the mobile robot automatically moves to the predetermined connection position along the trajectory L, there is no need for passengers or caregivers to make fine adjustments to the position of the mobile robot, which is easy and very easy to use. Cheap.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態では、倒立制御を行う同軸二輪の移動ロボットの場合を例示したが、二輪駆動の車両であれば本発明は適用できるので、例えば図10に示すように、補助輪を有する電動車椅子300のようなものであってもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
In the above embodiment, the case of a coaxial two-wheeled mobile robot that performs an inversion control is illustrated, but the present invention can be applied to any two-wheel drive vehicle. Therefore, for example, as shown in FIG. It may be something like this.
100…福祉車両、110…開閉ドア、111…乗降口、120…スロープ装置、130…フロア、200…移動ロボット、210…車体、211…操作レバー、220L…左車輪、220R…同軸車輪、231…角度検出センサ、232…姿勢センサユニット、233R、233L…駆動回路、234R、234L…駆動ユニット、235R、235L…車輪速度センサ、236…制御装置、237…走行制御部、300…電動車椅子、C…カーブ領域、L…軌道。 100 ... welfare vehicle, 110 ... door, 111 ... entrance / exit, 120 ... slope device, 130 ... floor, 200 ... mobile robot, 210 ... vehicle body, 211 ... control lever, 220L ... left wheel, 220R ... coaxial wheel, 231 ... Angle detection sensor, 232 ... Attitude sensor unit, 233R, 233L ... Drive circuit, 234R, 234L ... Drive unit, 235R, 235L ... Wheel speed sensor, 236 ... Control device, 237 ... Run control unit, 300 ... Electric wheelchair, C ... Curve area, L ... orbit.
Claims (6)
走行方向と直交する方向の両側において同軸上に配置された左右一対の車輪を有し、これら車輪にトルク指令を与えることで走行する走行車両と、
前記軌道から離れるに従って摩擦が小さくなるように摩擦係数の分布が設定された摩擦路面と、を備え、
前記走行車両は、前記左右の車輪に対し同じトルク指令値を与えながら走行する
ことを特徴とする車両の走行制御システム。 A travel control system for traveling a vehicle along a track,
A traveling vehicle having a pair of left and right wheels arranged coaxially on both sides in a direction orthogonal to the traveling direction, and traveling by giving a torque command to these wheels;
A friction road surface in which a friction coefficient distribution is set so that friction decreases as the distance from the track increases,
The vehicle traveling control system, wherein the traveling vehicle travels while giving the same torque command value to the left and right wheels.
前記走行車両は、自律的に倒立制御を行う移動ロボットである
ことを特徴とする車両の走行制御システム。 In the vehicle travel control system according to claim 1,
The vehicle traveling control system, wherein the traveling vehicle is a mobile robot that autonomously performs an inverted control.
前記移動ロボットの車体は、搭乗者が座れる椅子型である
ことを特徴とする車両の走行制御システム。 In the vehicle travel control system according to claim 2,
A vehicle travel control system, wherein the vehicle body of the mobile robot is a chair type on which a passenger can sit.
前記走行車両は、被介護者を乗せて走行する移動支援車両であり、
前記移動支援車両はさらに大きな福祉車両に乗り込むものであって、
前記福祉車両は、乗降口から外部に展開可能なスロープ装置を有し、
前記摩擦路面は前記スロープ装置および前記福祉車両のフロア面に設けられている
ことを特徴とする車両の走行制御システム。 In the vehicle travel control system according to any one of claims 1 to 3,
The traveling vehicle is a movement support vehicle that travels with a cared person,
The movement support vehicle is to get into a larger welfare vehicle,
The welfare vehicle has a slope device that can be deployed to the outside from the entrance,
The vehicle friction control surface is provided on a floor surface of the slope device and the welfare vehicle.
前記軌道から離れるに従って摩擦が小さくなるように摩擦係数の分布が設定されている
ことを特徴とする摩擦路面。 A road surface for a traveling vehicle to travel along a track,
The friction road surface is characterized in that the friction coefficient distribution is set so that the friction decreases as the distance from the track increases.
前記走行車両は、前記軌道から離れるに従って摩擦が小さくなるように摩擦係数の分布が設定された摩擦路面上を走行するに際し、
前記左右の車輪に対し同じトルク指令値を与えながら走行する
ことを特徴とする車両の走行制御方法。 A traveling control method having a pair of left and right wheels arranged coaxially on both sides in a direction orthogonal to the traveling direction, and traveling a traveling vehicle traveling along a track by giving a torque command to these wheels,
When the traveling vehicle travels on a friction road surface in which a friction coefficient distribution is set so that friction decreases as the distance from the track increases,
A vehicle running control method, wherein the vehicle runs while giving the same torque command value to the left and right wheels.
Priority Applications (1)
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| JP2010037329A JP2011173453A (en) | 2010-02-23 | 2010-02-23 | Vehicle travel control system |
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|---|---|---|---|---|
| CN107515603A (en) * | 2016-06-16 | 2017-12-26 | 苏州宝时得电动工具有限公司 | Automatic running device and its in domatic traveling method |
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2010
- 2010-02-23 JP JP2010037329A patent/JP2011173453A/en active Pending
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