JP2013237125A - Method for controlling movement of movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体の移動制御方法に関する。 The present invention relates to a movement control method for a moving object.
近年、自動制御によって目標走行経路を走行させ、目標とする位置に到達した後に、対象物体の把持等の作業を行う移動体の開発が進められている。 2. Description of the Related Art In recent years, development of a moving body that travels a target travel route by automatic control and performs operations such as gripping of a target object after reaching a target position has been advanced.
特許文献1には、目標位置を通る分割線をあらかじめ設定しておき、移動体は、自己位置推定により第1の分割領域から第2の分割領域に遷移した場合に、目標位置に到達したと判断して移動を停止する、移動体の制御方法が開示されている。
In
特許文献2には、無人搬送車の現在位置と操舵角により定まる目標停止線が、終点上にのるか、終点を超えたときに無人搬送車を停止させるよう制御する、移動体の制御方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses a control method for a moving body that controls to stop an automatic guided vehicle when a target stop line determined by a current position and a steering angle of the automatic guided vehicle is on the end point or exceeds the end point. Is disclosed.
特許文献3には、ロボットアームの稼働作業空間内の領域を作業判定領域とするとともに、各作業判定領域内に格子点を配置するステップと、格子点において移動ロボットによる作業が遂行可能であるか否かを判断して、複数の作業に対応する作業可能領域を設定するステップとを有する移動体の制御方法が開示されている。
In
しかしながら、目的地を通る分割線をあらかじめ設定しておき、移動体が分割線に到達した場合に移動を停止させる場合であって、分割線と経路とが略並行となる経路が生成された場合には、移動体が分割線に到達せず移動体が停止しない可能性がある。また、自走する移動体がロボットアームを用いて作業することを仮定する場合に、自己位置推定結果がばらつく場合があり、経路追従の誤差と組み合わせると、目的地とのずれが大きくなる場合がある。すなわち、移動体が作業を行うことが可能な領域に、到達できない場合があった。 However, when a dividing line that passes through the destination is set in advance and the movement is stopped when the moving body reaches the dividing line, a route in which the dividing line and the route are substantially parallel is generated. There is a possibility that the moving body does not reach the dividing line and the moving body does not stop. Also, when it is assumed that the mobile body that runs on its own uses a robot arm, the self-position estimation results may vary, and when combined with the path tracking error, the deviation from the destination may become large. is there. That is, there is a case where it is not possible to reach an area where the moving body can perform work.
本発明にかかる移動体の移動制御方法は、移動体に設置された把持物体検出部が把持対象物体を検出することが可能な領域である物体検出可能領域と、前記移動体に設置されたロボットアームが前記把持対象物体に到達することが可能な領域である物体到達可能領域と、に基づいて、前記ロボットアームにより把持対象物体を把持可能な領域である物体把持可能領域を設定するステップと、前記移動体の自己位置ばらつきと、追従ずれと、に基づいて前記物体把持可能領域への到達可能性を判定するステップと、前記移動体を前記物体把持可能領域内に到達させる経路計画を生成するステップと、を備える。
これにより、自己位置ばらつきや追従ずれがある場合にも、移動体は物体把持可能領域に入ることが保証される。
The movement control method for a moving body according to the present invention includes an object detectable area in which a gripping object detection unit installed on the moving body can detect a gripping target object, and a robot installed on the moving body. Setting an object grippable area that is an area in which the robot arm can grip a gripping target object based on an object reachable area that is an area where the arm can reach the gripping target object; Determining the reachability to the object grippable area based on the self-position variation of the mobile body and the tracking error, and generating a path plan for causing the mobile body to reach the object grippable area Steps.
Thereby, even when there is a self-position variation or a follow-up deviation, it is guaranteed that the moving body enters the object grippable region.
移動体が、確実に物体を把持することができる。 The moving body can reliably hold the object.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明に係る移動体の構成を示した図である。図2は、本発明に係る移動体の外観を示した図である。図2における破線の矢印は、移動体1の移動経路を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a moving body according to the present invention. FIG. 2 is a view showing the appearance of the moving body according to the present invention. A broken arrow in FIG. 2 indicates a moving path of the moving
移動体1は、ロボットアーム11と、距離センサ12と、環境地図データ記憶部13と、自己位置推定部14と、把持物体検出部15、経路計画部16と、駆動制御部17と、演算部18と、を備える。
The
ロボットアーム11は、移動体1に設けられているアームである。典型的にはロボットアーム11は、関節を有する腕部と、対象物体を把持する把持部を有する。ここでロボットアーム11は、稼働範囲が狭く、指向性が高いものとする。すなわちロボットアーム11は、自由度が低く、特定方向(前後・左右・斜め)にしか動かせないようなものとする。ロボットアーム11の稼働範囲に関する情報は、経路計画部16に出力される。
The
距離センサ12は、移動体1から周囲の物体までの距離を測定するセンサである。例えば距離センサ12は、超音波を発生させ、周囲の物体からの反射波に基づいて距離測定を行う超音波距離計である。距離センサ12は、取得したデータを自己位置推定部14に出力する。
The
環境地図データ記憶部13は、環境地図データを記憶する。ここで環境地図データとは、移動体1が走行する環境内に設置された、種々の物体の位置情報が記憶されている。環境地図データ記憶部13は、記憶された環境データを、自己位置推定部14に出力する。
The environmental map
自己位置推定部14は、距離センサ12で取得した移動体1から周囲の物体までの距離のデータと、環境地図データ記憶部13が記憶している環境地図データに基づいて、移動体1の自己位置を推定する。自己位置推定部14は、推定した自己位置を経路計画部16に出力する。
The self-
把持物体検出部15は、カメラ等の撮像手段である。把持物体検出部15は、検出範囲に関する情報を経路計画部16に出力する。
The gripping
経路計画部16は、移動体1の移動経路を計画する。より具体的には、経路計画部16は、自己位置推定部14で推定した移動体1の自己位置と、ロボットアーム11の稼働範囲等の情報に基づいて、移動体1がロボットアーム11を用いて把持対象物体を把持可能な位置に移動するための経路を計画する。このとき経路計画部16は、移動体1が把持対象物体に対して、正面に位置して物体を把持するタスクを仮定する。経路計画部16は、計画した経路を、駆動制御部17に出力する。
The
駆動制御部17は、移動体1が経路計画部16により計画された経路上を走行するよう、駆動部の動作を制御する。駆動部とは、例えば移動体1の下部に複数設けられている車輪を動作させるモータである。
The
演算部18は、種々の演算を行う。例えば演算部18は、把持物体検出部15が把持対象物体を検出するために必要な、移動体1の移動先となる検出可能領域を演算により求める。また演算部18は、ロボットアーム11の稼働範囲等の情報に基づいて、ロボットアーム11が把持対象物体に届くために必要な、移動体1の移動先となる到達可能点を算出する。さらに演算部18は、検出可能領域及び到達可能点の情報に基づいて、把持対象物体を把持するために、移動体1の移動先となる把持可能領域の算出を行う。
The
次に、移動体1が自律移動を行い、把持対象物体を行う動作について説明する。図3は、移動体1の動作のフローチャートである。
Next, an operation in which the moving
把持物体検出部15に、把持対象物体を設定する(ステップS11)。例えば、把持物体検出部15に把持対象物体が何であるかを登録する。
A gripping target object is set in the gripping object detection unit 15 (step S11). For example, what the gripping target object is is registered in the gripping
移動体1は、物体把持可能領域の計算を行う(ステップS12)。図4は、物体把持可能領域の計算の詳細なフローチャートである。
The moving
演算部18は、把持対象物体の検出可能領域を計算する(ステップS121)。図5A及び図5Bは、把持物体検出部15が有する検出範囲に基づいて、把持対象物体を検出可能な領域を幾何的に逆算して求めた図である。図5Aの破線部は、把持物体検出部15の検出範囲を示している。図5Bの破線部は、演算部18の演算により求められた、把持物体検出部15が把持対象物体を検出するために移動体1が到達すべき領域である検出可能領域を示している。
The
演算部18は、物体到達可能領域の計算を行う(ステップS122)。具体的には演算部18は、ロボットアーム11の各関節の稼働範囲を離散点の集合として表し、全ての関節角の組み合わせにおいて手先座標r=f(θ)を計算する。図6Aは、演算部18によるロボットアーム11の手先座標の算出例であり、算出された手先座標を黒丸で示している。
さらに演算部18は、把持対象物体の座標に基づいて手先座標の逆算を行うことにより、幾何的に移動体1の到達可能領域を算出する。すなわち演算部18は、ロボットアーム11の手先が把持対象物体に到達するための、移動体1の位置を演算する。図6Bの黒丸は、ロボットアーム11の手先が把持対象物体に到達するために移動体1が到達すべき位置座標である到達可能点を示している。なお、到達可能点の集合した領域を到達可能領域とする。
The
Further, the
演算部18は、物体把持可能領域を計算する(ステップS123)。具体的には、ステップS121において演算部18が算出した検出可能領域と、ステップS122において演算部18が算出した到達可能点とを組み合わせ、検出可能領域にある到達可能点のみを残し、把持可能領域とする。図7Aは、検出可能領域と到達可能点を組み合わせた状態を示している。図7Bは、検出可能領域と到達可能点との共通部である、把持可能領域を示している。
The
演算部18は、把持可能領域を表す点の集合のn%信頼楕円を計算する(ステップS124)。n=100とすると信頼楕円が無限大となるので、nは100以外の値とし、例えばn=99とする。図8は、把持可能領域に対して99%信頼楕円を生成した図である。この信頼楕円の内部を、把持可能領域とする。
The
移動体1は、目的地を信頼楕円の中心点に設定する(ステップS13)。
The moving
経路計画部16は、目的地に向かう経路を生成する(ステップS14)。なお、経路計画部16による経路の生成において、距離センサ12を用いて測定した距離データと、環境地図データ記憶部13に記憶された環境データに基づいて、自己位置推定部14が自己位置推定を行う。
The
演算部18は、自己位置ばらつき、追従ずれを考慮した到達判定を行う(ステップS15)。図9は、詳細な判定処理のフローである。図10は、移動体1と信頼楕円との関係を示した図である。
The
演算部18は、生成された経路が目的地に入射する方向に対して垂直であり、目的地を通る直性mを設定する(ステップS151)。
The
演算部18は、直線mと把持可能領域の信頼楕円の間の交点を求め、交点間の距離Lを算出する(ステップS152)。ここで、信頼楕円の長軸方向をx軸、単軸方向をy軸とする座標系を考え、mをx軸、y軸の座標系に変換した場合、Lは(1)式のように求めることができる。
演算部18は、移動体1の自己位置のばらつきの範囲の半径をΔpと追従ずれの範囲Δlは既知であるものとし、判定を行う(ステップS153)。
演算部18は、移動体1の自己位置のばらつきの範囲の半径をΔpと追従ずれの範囲Δlの合計値と、信頼楕円の長辺方向の長さとの比較を行う(ステップS154)。
演算部18は、
演算部18は、角θがあらかじめ定めた閾値θTHより小さいか否かを求める(ステップS156)。
ステップS15において、移動体1が把持可能領域に到達可能であると判定されると、経路計画部16は、把持可能範囲に収まりやすい経路生成を行う(ステップS16)。経路計画部16は以下の手順により経路を生成し、移動体1は経路に沿って移動する。図12は、経路計画部16が把持可能範囲に収まりやすい経路生成を行う詳細なフローチャートである。
If it is determined in step S15 that the moving
経路計画部16は、到達判定結果に応じた経路を作成する(ステップS161)。具体的には、経路計画部16は、直線mに対して垂直な方向に経路点を数点配置し、これらの点と移動体1とを結ぶ経路を作成する。図13Aは、目的地から、直線mに対して垂直な方向に複数の経路点を配置した例であり、図13Bは、複数の経路点を通り、移動体1と目的地を結ぶ経路計画を行った例である。
The
駆動制御部17は、移動体1が目的地に到着するまで経路追従制御を行う(ステップS162)。
The
駆動制御部17は、移動体1が把持対象物体に対して正面を向くように、目的地において旋回する(ステップS163)。その後、ステップS18に進む。
The
移動体1は、自律移動を終了する(ステップS18)。
The moving
ステップS15において、移動体1が把持可能領域に到達可能でないと判定されると、経路計画部16は、検出範囲に確実に入る経路生成を行う(ステップS17)。経路計画部16は以下の手順により経路を生成し、移動体1は経路に沿って移動する。図14は、経路計画部16が、検出範囲に確実に入る経路生成を行う、詳細なフローチャートである。
If it is determined in step S15 that the moving
経路計画部16は、目的地を検出可能領域の端に設定する(ステップS171)。具体的には、演算部18は、把持可能領域の重心点を算出する。次に、経路計画部16は、把持対象物体と重心点を結んだ直線と、検出可能領域の端線との交点のうち、把持対象物体から最も遠い点を目的地として設定する。図15は、目的地の設定例である。
The
経路計画部16は、移動体1の現在地から目的地に向かう経路を生成する(ステップS172)。具体的には、経路計画部16は、把持対象物体と目的地とをつなぐ直線と平行方向に、目的地から数点の経路点を配置した後に、移動体1からの経路を生成する。図16Aは、目的地から数点の経路点を配置した状態であり、図16Bは、目的地から数点の経路点を配置した後に、移動体1からの経路を生成した状態である。
The
駆動制御部17は、目的地に移動するよう移動体1の移動を制御する(ステップS173)。
The
演算部18は、目的地付近に移動体1が到着したときに、把持物体検出部15により把持対象物体が検出できるか否かの判定を行う(ステップS174)。把持物体検出部15により、把持対象物体が検出できない場合には(ステップS174でNo)、駆動制御部17は、把持物体検出部15が把持対象物体を検出するまで、移動体1を前進させる(ステップS175)。なお、移動体1が目的地に到着したときに物体が検出できない場合とは、自己位置ばらつきや追従ずれの影響により、検出可能領域に自律移動体が入らない場合である。図17Aは、検出可能領域に移動体1が入らない場合の例であり、図17Bは、移動体1が完全に検出可能領域に入るまで前進させた状態を示している。
把持物体検出部15が、把持対象物体を検出した場合には(ステップS174でYes)、ステップS176に進む。
The
When the gripping
駆動制御部17は、把持対象物体と移動体1の相対位置関係に基づいて、移動体1の位置合わせを行う(ステップS176)。このとき移動体1の位置は、把持対象物体に対して、把持可能領域の重心よりも遠方となる。したがって駆動制御部17は、移動体1を把持可能領域の重心に移動させる場合であっても、移動体1を把持対象物体と略反対方向に向けることは無い。図18は、移動体1と把持可能領域重心と把持対象物体の位置関係、及び移動体1の移動方向を示した図である。その後、移動体1は移動を停止する(ステップS18)。
The
したがって、把持可能範囲に収まりやすいと判定した場合には、移動体1の到達ラインとなる直線mを設けることにより、自己位置推定の精度が悪く移動体1の自己位置がばらつくことや、駆動制御部17による経路追従の精度が悪く経路が外れることがあっても、移動体1が把持可能範囲の中に入ることを、ある程度保障することができる。
また、把持可能領域に収まりにくいと判定して経路生成を行う場合には、把持対象物体と把持可能領域重心を結んだ直線と、検出可能領域の端線との交点のうち、把持対象物体から遠い点を目的地とし、さらに把持対象物体と目的地を繋ぐ直線と平行方向に数点の経路点を配置することで、移動体1を確実に検出可能領域の中に入れることができる。
Therefore, when it is determined that the
Also, when path generation is performed by determining that it is difficult to fit in the grippable area, from the intersection of the straight line connecting the gripping target object and the grippable area centroid and the end line of the detectable area, from the gripping target object By disposing several path points in the direction parallel to the straight line connecting the object to be grasped and the destination, the moving
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。例えば、距離センサ12として超音波距離計を用いることとしたが、レーザーを用いた距離センサなどの他の距離計測手法であっても良い。
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. For example, although an ultrasonic distance meter is used as the
1 移動体
11 ロボットアーム
12 距離センサ
13 環境地図データ記憶部
14 自己位置推定部
15 把持物体検出部
16 経路計画部
17 駆動制御部
18 演算部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記移動体の自己位置ばらつきと、追従ずれと、に基づいて前記物体把持可能領域への到達可能性を判定するステップと、
前記移動体を前記物体把持可能領域内に到達させる経路計画を生成するステップと、を備える、移動体の移動制御方法。 An object detectable area, which is an area in which a gripping object detection unit installed on a moving body can detect a gripping target object, and a robot arm installed on the moving body can reach the gripping target object Setting an object grippable area, which is an area where the robot arm can grip a gripping target object, based on the object reachable area that is
Determining reachability to the object grippable area based on self-position variation of the moving body and tracking deviation;
Generating a route plan for causing the moving body to reach the object grippable region, and a moving control method for the moving body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012111817A JP2013237125A (en) | 2012-05-15 | 2012-05-15 | Method for controlling movement of movable body |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2012111817A JP2013237125A (en) | 2012-05-15 | 2012-05-15 | Method for controlling movement of movable body |
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JP2013237125A true JP2013237125A (en) | 2013-11-28 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015172878A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 株式会社豊田自動織機 | Linkage system for unmanned carrier and inventory management system |
JP2016049616A (en) * | 2014-09-02 | 2016-04-11 | トヨタ自動車株式会社 | Travel robot, operation plan method therefor and program |
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2012
- 2012-05-15 JP JP2012111817A patent/JP2013237125A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015172878A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 株式会社豊田自動織機 | Linkage system for unmanned carrier and inventory management system |
JP2016049616A (en) * | 2014-09-02 | 2016-04-11 | トヨタ自動車株式会社 | Travel robot, operation plan method therefor and program |
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