JP2019079251A - Autonomous moving body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律移動体に関する。 The present invention relates to an autonomous mobile body.
近年、外界の情報をセンシングして自動的に移動経路を決定し、移動系路上を動作する自律移動体が知られている。 In recent years, an autonomous mobile unit operating on a mobile route is known, which automatically determines a moving route by sensing information of the outside world.
従来、このような分野の技術として、特開2016−074053号公報がある。この公報に記載された自律移動体は、全方位台車を有する本体と、本体の前方に連結され本体の高さ方向にのみ自由度を有するアームを介して、本体に連結された把持部と、本体に対して回動可能に設けられた頭部と、前記各要素の動きを制御する制御部と、を備える。 Conventionally, there exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2016-074053 as a technique of such a field. The autonomous mobile body described in this publication includes: a main body having an omnidirectional carriage; a grip connected to the front of the main body via an arm having a degree of freedom only in the height direction of the main body; And a control unit configured to control movement of each of the elements.
しかしながら、前述した従来の自律移動体は、コスト低減のためにアームの自由度を削減することがあり、この場合には、アームを台車の左右方向に移動させることができない。自律移動体は、頭部の前方に外界センサを設け、外界センサのセンシング結果を利用するものである場合、アームが外界センサに映りこんでセンシングの妨げにならないように、アームの高さを下げることが考えられるが、アームを十分に下げることが出来ず、センシングの妨げを解消できない場合がある。
本発明は、高さ方向にのみ自由度を有するアームが本体前方に設定されている場合であっても、外界センサに映りこまず、センシングの妨げとならない自律移動体を提供するものである。
However, the conventional autonomous mobile body described above may reduce the degree of freedom of the arm for cost reduction, and in this case, the arm can not be moved in the left-right direction of the carriage. When an autonomous mobile body is provided with an external sensor in front of the head and uses the sensing results of the external sensor, the height of the arm is lowered so that the arm is not reflected in the external sensor and interferes with sensing. Although it is conceivable that the arm can not be lowered sufficiently, the interference with sensing may not be eliminated.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an autonomous mobile unit which does not interfere with sensing even if an arm having a degree of freedom only in the height direction is set in front of the main body, and does not interfere with sensing.
本発明にかかる自律移動体は、全方位台車を有する本体と、前記本体の前方に連結され、前記本体の高さ方向のみに自由度を有するアームを介して、前記本体に連結された把持部と、前記本体に対して回動可能に設けられた頭部と、前記頭部前方をセンシング可能であるように設けられた外界センサと、各部の動作を制御する制御部と、を備え、前記外界センサからのセンシング結果に基づき自律移動制御される自律移動体であって、前記制御部は、前記自律移動制御において、前記外界センサのセンシング範囲から前記アームが外れるように、前記外界センサがセンシングする向きに対して前記本体の向きを所定角度オフセットさせる。
これにより、進行方向に対してアームの方向が角度オフセットを持った状態にすることができる。
An autonomous mobile body according to the present invention comprises: a main body having an omnidirectional cart; and a grip portion connected to the front of the main body via an arm having a degree of freedom only in the height direction of the main body. And a head provided rotatably relative to the main body, an external sensor provided to be able to sense the front of the head, and a control unit for controlling the operation of each part, It is an autonomous mobile controlled by autonomous movement control based on a sensing result from an external sensor, and in the autonomous movement control, the controller senses the external sensor so that the arm is out of the sensing range of the external sensor. The orientation of the body is offset by a predetermined angle with respect to the
Thereby, the direction of the arm can be made to have an angular offset with respect to the traveling direction.
これにより、把持部及びアームが外界センサに映りこまず、センシングの妨げとならない自律移動体を提供することができる。 As a result, it is possible to provide an autonomously moving body that does not interfere with sensing because the grip portion and the arm do not get reflected by the external sensor.
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に示すように、自律移動体1は、全方位台車11aを有する本体11と、本体11に対してアーム12aを介して接続された把持部12と、本体11に対して回動可能に設けられた頭部13と、頭部13の前方に設けられた外界センサ14と、本体11に設けられた台車、把持部12、頭部13、外界センサ14の各構成物品の動作を制御する制御部15と、オフセット演算部16と、経路演算部17と、経路追従演算部18と、を備える。自律移動体1は、外界センサ14によるセンシング結果に応じて自律移動制御を行うことで自律移動する。なお、制御部15、オフセット演算部16、経路演算部17、経路追従演算部18は、本体11内に設けられているため図1では図示していない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the autonomous
本体11は、例えば、上下方向を底とする柱状である。本体11の下部には、全方位台車11aが設けられている。また、本体11の上部には、頭部13が連結されている。また例えば本体11の内部には、制御部15と、オフセット演算部16と、経路演算部17と、経路追従演算部18が設けられている。また本体11には、全方位台車11aや、アーム12a、把持部12を駆動させるための、モーター等の動力源を備えており、制御部15の制御に応じて動力が与えられる。本体11の前方側、すなわち正面方向(本体正面方向)には、アーム12aの一端部が接続されている。
The
全方位台車11aは、本体11が載置された台車であり、下面には複数の車輪が設けられている。全方位台車11aは、制御部15の制御に応じて動作することで、自律移動体1をいずれの方向にも動作させることができる。例えば全方位台車11aは、図2に示すように、本体11と頭部13が同じ方向を向いている場合に夫々の正面方向に走行するだけでなく、図3に示すように、本体11と、頭部13が異なる方向を向いている場合であっても、本体11の正面方向ではなく、頭部13の正面方向に向かって自律移動体1を移動させることができる。
The
把持部12は、アーム12aの先端に設けられ、物体を把持するグリッパである。把持部12は、制御部15の制御に応じて物品を把持状態にすることや、把持状態を解除する。
The
アーム12aの一端部は、本体11に前方側に接続され、他端部には把持部12が連結されている。例えばアーム12aは、高さ方向にのみ自由度を有する。なお、アーム12aは複数の関節を有し、制御部15による制御信号に応じて、5自由度等の多自由度で動作可能であってもよい。
One end of the
頭部13の前方側正面には、頭部13の前方方向をセンシングする外界センサ14が配置されている。頭部13は、本体11と独立して動作可能である。すなわち、頭部13に設けられている外界センサ14によってセンシングされる正面方向(頭部正面方向)と、本体正面方向とが、一致していない状態とすることができる。
An
外界センサ14は、頭部正面方向の障害物を検知するためのセンサであり、例えば、映像を撮影するためのカメラや、3Dセンサを用いることができる。図4は、外界センサ14としてカメラを用いて撮影した場合の一例である。なお図4は、外界センサ14の視界内に把持対象物や把持部12が映りこんだ状態を示している。外界センサ14に用いることができるセンサは、カメラや3Dセンサに限られない。
The
制御部15は、外界センサ14によりセンシングされた外界の情報に応じて、全方位台車11a、把持部12、頭部13の動作を制御する。制御部15、オフセット演算部16、経路演算部17、経路追従演算部18は、例えば、本体11内に内蔵されるメモリ、CPU(central processing unit)、経路地図が記憶された記憶装置等のコンピュータにより実現しても良い。
The control unit 15 controls the operations of the
オフセット演算部16は、アーム12aと外界センサ14の角度オフセットを演算する。言い換えると、オフセット演算部16は、頭部13に設けられた外界センサ14によるセンシング中に、センシング領域内に把持部12が映らない状態になる、頭部13の本体11に対するオフセット角を計算する。なお例えば、頭部13の向きと外界センサ14の向きは同期し、本体11と全方位台車11aとアーム12aの向きは同期して動作するため、頭部13の本体11に対するオフセット角が求められると、外界センサ14とアーム12aのオフセット角も一意に定められる。
The offset calculation unit 16 calculates an angular offset of the
経路演算部17は、記憶装置に記憶された地図、外界センサ14で取得したセンサ情報に基づいて、ゴールに進むための経路を演算する。なお、演算方法は問わない。
The route calculation unit 17 calculates a route for going to the goal based on the map stored in the storage device and the sensor information acquired by the
経路追従演算部18は、オフセット演算部16により求めたオフセット角と、経路演算部17で求めた経路と、自律移動体1の現在位置からロボットが出すべき速度を演算し、自律移動体1が経路追従制御を行う。
The path following calculation unit 18 calculates the speed that the robot should output from the offset angle obtained by the offset calculation unit 16, the route obtained by the path calculation unit 17, and the current position of the autonomous
ここで、オフセット演算部16による計算例を示す。最初に、把持対象物の位置やサイズが既知である場合の、オフセット演算部16の動作例について示す。ここで、図5は、自律移動体を上方から見た場合であって、外界センサ14として用いたカメラの視界を示している。
Here, a calculation example by the offset calculation unit 16 is shown. First, an operation example of the offset calculation unit 16 in the case where the position and size of the object to be grasped are known will be described. Here, FIG. 5 shows the field of view of the camera used as the
まず、把持対象物の位置やサイズが既知であるため、図6に示すように、カメラの光軸に対する把持対象物の右端、左端に対する角度を算出することができる。 First, since the position and size of the object to be grasped are known, as shown in FIG. 6, it is possible to calculate angles with respect to the optical axis of the camera with respect to the right end and left end of the object to be grasped.
次に、オフセット演算部16は、
オフセット角=画角/2−端角度
を算出し、右端、左端で絶対値が小さいほうを、オフセット角として採用する。
Next, the offset calculation unit 16
Offset angle = field angle / 2−end angle is calculated, and the one with the smaller absolute value at the right end and the left end is adopted as the offset angle.
これにより、図7に示すようにオフセット角を用いて本体11を回転させることで、外界センサ14の視界に把持対象物が映らないように調整することができる。言い換えると、外界センサ14のセンシング範囲から把持部12及びアーム12aが外れるように、外界センサ14がセンシングする向きに対して本体11の向きを所定角度オフセットさせることができる。
Thus, as shown in FIG. 7, by rotating the
次に、把持対象物の位置、サイズが未知であり、外界センサ14にカメラを用いる場合のオフセット演算部16の動作例について示す。
Next, an operation example of the offset calculation unit 16 in the case where the position and the size of the object to be grasped are unknown and a camera is used as the
まず、頭部13と本体11を、それぞれ相対的に逆方向となるように動作させる。例えば上方向から見て、頭部13を時計回りに動作させるとともに、全方位台車11aを含めた本体11を反時計回りに動作させる。
First, the
このとき、把持部12や把持対象物は全方位台車11aの回転に合わせて動くため、図8に示すように、オフセット演算部16は、外界センサ14であるカメラで取得した映像のオプティカルフローの演算を行うことで、把持対象物の領域を検出する。
At this time, since the holding
その後、制御部15は、オフセット演算部16により算出した把持対象物の領域が、カメラの画角外となるまで全方位台車11aを動かすことで、外界センサの画角外に把持対象物を移動させる。また、そのときの外界センサ14と全方位台車11aの角度、すなわち本体正面方向と頭部正面方向の角度の差を、オフセット角として採用することができる。
After that, the control unit 15 moves the object to be grasped outside the angle of view of the external sensor by moving the
したがって、外界センサ14のセンシング範囲から把持部12及びアーム12aが外れるように、外界センサ14がセンシングする向きに対して本体11の向きを所定角度オフセットさせることができる。
Therefore, the orientation of the
次に、把持対象物の位置、サイズが未知であり、外界センサ14に3Dセンサを用いる場合のオフセット演算部16の動作例について示す。
Next, an operation example of the offset calculation unit 16 in the case where the position and size of the object to be grasped are unknown and the 3D sensor is used as the
まず、3Dセンサである外界センサ14によりセンシングを行う。そして図9に示すように、所定の距離より近くにあるものは全て把持対象物であるとみなし、着目すべき領域を決定する。
First, sensing is performed by the
その後、この領域の右端、左端を把持対象物の右端、左端とみなし、外界センサ14の正面方向に対する把持対象物の右端、左端に対する角度を算出する。すなわち、オフセット演算部16は、
オフセット角=画角/2−端角度
を算出し、右端、左端で絶対値が小さいほうを、オフセット角として採用する。
Thereafter, the right end and the left end of this area are regarded as the right end and the left end of the object to be grasped, and the angles with respect to the front direction of the
Offset angle = field angle / 2−end angle is calculated, and the one with the smaller absolute value at the right end and the left end is adopted as the offset angle.
これにより、把持対象物の位置やサイズが既知である場合と同様に、外界センサ14のセンシング範囲から把持部12及びアーム12aが外れるように、外界センサ14がセンシングする向きに対して本体11の向きを所定角度オフセットさせることができる。
As a result, as in the case where the position and size of the object to be grasped are known, the direction in which the
次に、経路追従演算部18による演算を利用して、経路追従をしながら、アーム12aと外界センサ14のオフセット角を保つ制御の動作について、図10を用いて説明する。
Next, an operation of control for maintaining the offset angle of the
経路追従演算部18は、与えられた経路上で、自律移動体1の現在位置にもっとも近い経路点を探す(ステップS1)。
The route following calculation unit 18 searches for a route point closest to the current position of the autonomous
経路追従演算部18は、探索された経路点の経路上を沿う方向(ψ)に、自律移動体1に求められる速度Vから、速度(Vx,Vy)を演算する(ステップS2)。例えば速度は、Vx=Vcosψ、Vy=Vsinψとする。
The route following calculation unit 18 calculates the velocity (Vx, Vy) from the velocity V required of the autonomous
経路追従演算部18は、経路点と自律移動体1の距離(d)から、経路点に対して戻るような速度を加算する(ステップS3)。例えば、Vx=Vcosψ+Pt*d*sinψ、Vx=Vsinψ−Pt*d*sinψとする。なお、Ptは任意に定めたゲインである。 The path following calculation unit 18 adds the speed to return to the path point from the distance (d) between the path point and the autonomous mobile body 1 (step S3). For example, Vx = Vcosx + Pt * d * sinψ, and Vx = Vsinψ-Pt * d * sinψ. Pt is a gain arbitrarily determined.
経路追従演算部18は、外界センサ14の方向αと、アーム12aの方向β、及びオフセット角θから、Vω=Pω*(α+θ−β)とし、オフセット角θを満たしながらフィードバック制御となるように、ロボットの回転速度Vωを算出する(ステップS4)。なおPωは任意に定めたゲインである。
The path following calculation unit 18 sets Vω = Pω * (α + θ−β) from the direction α of the
経路追従演算部18は、速度(Vx,Vy,Vω)を、台車座標系、すなわちアーム12aがついている本体正面方向を基準とした速度(vx,vy,vω)に変換する演算を行う(ステップS5)。
The path following calculation unit 18 performs calculation to convert the velocity (Vx, Vy, Vω) into the carriage coordinate system, that is, the velocity (vx, vy, vω) based on the front direction of the main body with the
また、経路追従演算部18は、算出した速度(vx,vy,vω)について、速度及び加速度があらかじめ定めた制限値を超えないように変換する演算を行い、(vx’,vy’,vω’)を算出する(ステップS6)。 In addition, the path following calculation unit 18 performs calculation to convert the calculated velocity (vx, vy, vω) so that the velocity and acceleration do not exceed predetermined limit values, and (vx ', vy', vω ' ) Is calculated (step S6).
制御部15は、算出された速度(vx’,vy’,vω’)を目標速度として、全方位台車11aの動作を制御し、自律移動体1を走行させる(ステップS7)。
The control unit 15 controls the operation of the
これにより、進行方向に対してアーム12aの方向が角度オフセットを持った状態にすることができるため、自律移動体は、把持部12及びアーム12aが外界センサ14に映りこまず、センシングの妨げとならない状態にして移動を行うことができる。
As a result, the direction of the
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。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the scope of the present invention.
1 自律移動体
11 本体
11a 全方位台車
12 把持部
12a アーム
13 頭部
14 外界センサ
15 制御部
16 オフセット演算部
17 経路演算部
18 経路追従演算部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記本体の前方に連結され、前記本体の高さ方向のみに自由度を有するアームを介して、前記本体に連結された把持部と、
前記本体に対して回動可能に設けられた頭部と、
前記頭部前方をセンシング可能であるように設けられた外界センサと、
各部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記外界センサからのセンシング結果に基づき自律移動制御される自律移動体であって、
前記制御部は、前記自律移動制御において、前記外界センサのセンシング範囲から前記把持部及び前記アームが外れるように、前記外界センサがセンシングする向きに対して前記本体の向きを所定角度オフセットさせる
自律移動体。 A body having an omnidirectional carriage,
A grip connected to the main body via an arm connected to the front of the main body and having a degree of freedom only in the height direction of the main body;
A head rotatably provided relative to the body;
An external sensor provided to be able to sense the front of the head;
A control unit that controls the operation of each unit;
An autonomous mobile body controlled autonomously based on the sensing result from the external sensor,
The control unit, in the autonomous movement control, offsets the direction of the main body by a predetermined angle with respect to the sensing direction of the external sensor so that the grip unit and the arm are separated from the sensing range of the external sensor. body.
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