JP2020166422A - Autonomous mobile robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律移動ロボットに関する。 The present invention relates to an autonomous mobile robot.
医療施設や介護施設などに代表される施設においては、昼間は多くの職員が施設内を行き来しており、施設内で不具合が発生した対象者を職員が迅速に発見することが可能である。一方、夜間は宿直担当職員が一定時間間隔で施設内を定期巡回することにより不具合の発見に努めている。 In facilities such as medical facilities and long-term care facilities, many staff members come and go in the facility during the daytime, and it is possible for the staff members to quickly find the target person who has a problem in the facility. On the other hand, at night, the staff in charge of night duty patrols the facility at regular intervals to try to find problems.
このような状況を補うために、施設内の所定の位置にカメラを設置し、該カメラが撮像した画像(静止画像又は動画像)を職員が待機している居室に転送するシステムが採用されている。 In order to make up for this situation, a system has been adopted in which a camera is installed at a predetermined position in the facility and the image (still image or moving image) captured by the camera is transferred to the living room where the staff is waiting. There is.
しかしながら、上述したシステムにおいて、カメラの死角に存在する対象者を画像で発見することは困難である。例えば、宿直担当職員の巡回時間間隔が1時間の場合、巡回直後にカメラの死角で転倒したり徘徊している対象者を発見するのは、次の1時間後になってしまう場合がある。 However, in the above-mentioned system, it is difficult to detect the target person in the blind spot of the camera by an image. For example, if the patrol time interval of the staff in charge of night duty is one hour, it may be one hour later to find the subject who has fallen or wandered in the blind spot of the camera immediately after the patrol.
かかる状況を改善すべく、施設内を自動巡回する自律移動ロボットを利用することができる。自動巡回する自律移動ロボットが、巡回経路に障害物を検知した場合、当該障害物に衝突することなく安全に回避する動作が望まれる。また、職員が当該自律移動ロボットに対して手動で進行方向や速度を指定した場合にも、障害物に衝突することなく安全に回避する動作が求められる。 In order to improve this situation, an autonomous mobile robot that automatically patrols the facility can be used. When an autonomous mobile robot that automatically patrols detects an obstacle in the patrol route, it is desired that the robot safely avoids the obstacle without colliding with the obstacle. In addition, even when the staff manually specifies the traveling direction and speed for the autonomous mobile robot, it is required to safely avoid the robot without colliding with an obstacle.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、手動で動作を指定された場合であっても、障害物に衝突することのない移動速度で移動することが可能な自律移動ロボットを実現することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to be able to move at a moving speed that does not collide with an obstacle even when the operation is manually specified. It is to realize an autonomous mobile robot.
上記の課題を解決するために、本発明の態様1に係る自律移動ロボットは、フロア上を自動巡回する自律移動ロボットであって、当該自律移動ロボットの進行方向に存在する障害物までの距離を検知するセンサと、前記センサの出力信号を参照して、当該自律移動ロボットを制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記センサの出力信号を参照して、前記障害物までの距離に応じた上限速度を決定する処理と、ユーザ操作に従って走行する手動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行する構成である。 In order to solve the above problems, the autonomous mobile robot according to the first aspect of the present invention is an autonomous mobile robot that automatically patrols on the floor, and the distance to an obstacle existing in the traveling direction of the autonomous mobile robot is determined. A sensor for detecting and a controller for controlling the autonomous mobile robot by referring to the output signal of the sensor are provided, and the controller refers to the output signal of the sensor and responds to the distance to the obstacle. It is configured to execute a process of determining the upper limit speed and a process of controlling the running speed of the autonomous mobile robot to be equal to or lower than the upper limit speed in the manual mode of traveling according to the user operation.
上記の構成によれば、ユーザの要求に応じた走行(手動モードによる走行)中であっても、障害物までの距離に応じた速度に制限した走行が可能な自律移動ロボットを実現することができる。 According to the above configuration, it is possible to realize an autonomous mobile robot capable of traveling at a speed limited to a distance to an obstacle even while traveling according to a user's request (traveling in a manual mode). it can.
本発明の態様2に係る自律移動ロボットは、上記の態様1において、前記コントローラは、前記手動モードにおいて、前記ユーザが前記自律移動ロボットを前進させる力、及び、前記ユーザが前記自律移動ロボットを回転させる力のうちの少なくとも一つに応じて、前記自律移動ロボットの移動方向および速度のうちの少なくとも一つを決定する、構成としてもよい。 According to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the controller has a force for the user to advance the autonomous mobile robot in the manual mode, and the user rotates the autonomous mobile robot. It may be configured to determine at least one of the moving directions and speeds of the autonomous mobile robot according to at least one of the forces to be made.
上記の構成によれば、ユーザにより加えられた力に応じて手動モードの態様を決定することができる。 According to the above configuration, the mode of the manual mode can be determined according to the force applied by the user.
本発明の態様3に係る自律移動ロボットは、上記の態様1または2において、前記上限速度は、前記フロア上を走行する当該自律移動ロボットの走行速度に応じた制動距離に所定の距離を加えた安全停止距離で停止する速度であり、前記コントローラは、走行中の当該自律移動ロボットから前記障害物までの距離が前記安全停止距離以下になった場合、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行する構成としてもよい。 In the autonomous mobile robot according to the third aspect of the present invention, in the above aspect 1 or 2, the upper limit speed is obtained by adding a predetermined distance to the braking distance according to the traveling speed of the autonomous mobile robot traveling on the floor. It is a speed at which the robot stops at a safe stop distance, and when the distance from the autonomous mobile robot running to the obstacle is equal to or less than the safe stop distance, the controller sets the traveling speed of the autonomous mobile robot to the upper limit speed. It may be configured to execute the process to be controlled below.
上記の構成によれば、障害物までの距離が安全停止距離より長くなる速度で走行することにより、障害物を回避する走行を安全に実行する自律移動ロボットを実現することができる。 According to the above configuration, it is possible to realize an autonomous mobile robot that safely executes traveling to avoid obstacles by traveling at a speed in which the distance to an obstacle is longer than the safe stop distance.
本発明の態様4に係る自律移動ロボットは、上記の態様3において、前記センサが前記障害物を検知してから、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する指令を実行するまでの間に当該自律移動ロボットが走行する空走距離と、前記制動距離との和が、前記安全停止距離よりも短い構成としてもよい。 In the above aspect 3, the autonomous mobile robot according to the fourth aspect of the present invention executes a command for controlling the traveling speed of the autonomous mobile robot to be equal to or lower than the upper limit speed after the sensor detects the obstacle. The sum of the idling distance traveled by the autonomous mobile robot and the braking distance may be shorter than the safe stop distance.
上記の構成によれば、所定の距離を空走距離よりも長く設定することにより、安全マージンが確保され、障害物を回避する走行を安全に実行する自律移動ロボットを実現することができる。 According to the above configuration, by setting a predetermined distance longer than the free running distance, a safety margin is secured, and it is possible to realize an autonomous mobile robot that safely executes running avoiding obstacles.
本発明の態様5に係る自律移動ロボットは、上記の態様1から4の何れか1項において、前記コントローラは、ユーザ操作とは独立に設定された巡回経路に従って走行する自動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行する構成としてもよい。 The autonomous mobile robot according to the fifth aspect of the present invention has the autonomous movement in any one of the above aspects 1 to 4 in the automatic mode in which the controller travels according to a patrol route set independently of the user operation. The robot may be configured to execute a process of controlling the traveling speed of the robot to be equal to or lower than the upper limit speed.
上記の構成によれば、自動巡回モード中であっても、障害物までの距離に応じた速度に制限した走行が可能な自律移動ロボットを実現することができる。 According to the above configuration, it is possible to realize an autonomous mobile robot capable of traveling at a speed limited to a speed according to the distance to an obstacle even in the automatic patrol mode.
本発明の態様6に係る自律移動ロボットは、上記の態様1から5の何れか1項において、前記コントローラは、前記センサの出力信号を取得する少なくとも1つの入力インタフェースと、予め定められたプログラムに従って前記各処理を実行する少なくとも1つのプロセッサと、前記プログラムを格納した少なくとも1つのメモリと、を備えている、構成としてもよい。 In any one of the above aspects 1 to 5, the autonomous mobile robot according to the sixth aspect of the present invention has the controller according to at least one input interface for acquiring the output signal of the sensor and a predetermined program. It may be configured to include at least one processor that executes each of the above processes and at least one memory that stores the program.
上記の構成によれば、メモリに格納された情報を参照してプロセッサが処理を実行することにより、手動モードによる走行中であっても、障害物までの距離に応じた速度に制限した走行が可能な自律移動ロボットを実現することができる。 According to the above configuration, the processor executes the process by referring to the information stored in the memory, so that the vehicle can travel at a speed limited to the distance to the obstacle even while traveling in the manual mode. It is possible to realize a possible autonomous mobile robot.
本発明の態様7に係る制御方法は、フロア上を自動巡回する自律移動ロボットを制御する制御方法であって、当該自律移動ロボットの進行方向に存在する障害物までの距離を検知するセンサを用いて、当該障害物までの距離を検知する工程と、前記センサの出力信号を参照して、当該自律移動ロボットを制御する工程と、を備え、前記制御する工程は、前記センサの出力信号を参照して、前記障害物までの距離に応じた上限速度を決定する処理と、ユーザ操作に従って走行する手動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理とを含む、方法である。 The control method according to the seventh aspect of the present invention is a control method for controlling an autonomous mobile robot that automatically patrols on the floor, and uses a sensor that detects a distance to an obstacle existing in the traveling direction of the autonomous mobile robot. The step of detecting the distance to the obstacle and the step of controlling the autonomous mobile robot by referring to the output signal of the sensor are included, and the step of controlling the robot refers to the output signal of the sensor. A method including a process of determining an upper limit speed according to the distance to the obstacle and a process of controlling the traveling speed of the autonomous mobile robot to be equal to or lower than the upper limit speed in a manual mode in which the robot travels according to a user operation. Is.
上記の方法によれば、前記自律移動ロボットと同様の効果を奏する。 According to the above method, the same effect as that of the autonomous mobile robot is obtained.
本発明の態様8に係る自律移動ロボットを制御する制御プログラムは、上記の態様1〜6の何れか1項に記載の自律移動ロボットを制御する制御プログラムであって、前記コントローラに前記各処理を実行させる構成としてもよい。 The control program for controlling the autonomous mobile robot according to the eighth aspect of the present invention is the control program for controlling the autonomous mobile robot according to any one of the above aspects 1 to 6, and the controller is subjected to each of the above processes. It may be configured to be executed.
上記の構成によれば、前記制御方法と同様の効果を奏する。 According to the above configuration, the same effect as that of the control method is obtained.
本発明によれば、上記の構成によれば、ユーザの要求に応じた走行(手動モードによる走行)中であっても、障害物までの距離に応じた速度に制限した走行が可能な自律移動ロボットを実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, according to the above configuration, autonomous movement capable of traveling limited to a speed according to the distance to an obstacle even during traveling according to a user's request (traveling in a manual mode). It has the effect of being able to realize a robot.
本発明の一実施形態に係る自律移動ロボット10について、図1〜図3を参照して説明する。自律移動ロボット10は、医療施設や介護施設などの職員に代わって施設内の見回りを実施する介護医療用の自律移動ロボットであって、進路上の障害物を検出可能な自走式の自律移動ロボットである。
The autonomous
(自律移動ロボット10の主要構成)
図1は、自律移動ロボット10の主なハードウェア構成1を示したブロック図である。図1に示すように、自律移動ロボット10は、少なくともコントローラ11と、力覚センサ12と、測域センサ13と、駆動装置14とを備えている。別の好ましい実施形態では、自律移動ロボット10は更に、接触センサと、停止信号入力インタフェースと、エンコーダとを備えることができる(図示せず)。
(Main configuration of autonomous mobile robot 10)
FIG. 1 is a block diagram showing a main hardware configuration 1 of the autonomous
コントローラ11は、主要な構成として経路情報生成部15と、判定部16と、出力制御部17と、マップ情報入力部18とを有する。図1では、コントローラ11を機能ブロック図を用いて機能的に示しているが、図2では、コントローラ11のハードウェア構成を示す。
The
(コントローラのハードウェア構成)
図2は、本発明の一実施形態に係る自律移動ロボット10が備えている主要なハードウェア構成を模式的に示す概略図である。図2に示すように、自律移動ロボット10は、少なくとも1つのコントローラ110を有する。情報処理の対象によって複数のコントローラ110を備えていてもよい。
(Hardware configuration of controller)
FIG. 2 is a schematic view schematically showing a main hardware configuration included in the autonomous
例えば、力覚センサ12に関する情報を処理する第1のコントローラ110aと、測域センサ13に関する情報を処理する第2のコントローラ110bと、駆動装置14に関する情報を処理する第3のコントローラ110cのように複数のコントローラに制御を分担させる構成としてもよい。
For example, a first controller 110a that processes information about the
入力インタフェース113から入力された情報の処理を実施するアルゴリズムを実行するプログラムは、メモリ112に格納される。当該メモリ112に格納されたプログラムをプロセッサ111にて実行することにより、入力された情報を処理することができる。当該処理された情報は出力情報として出力インタフェース114から出力される。出力インタフェース114から出力された情報により、駆動装置14を制御することができる。
The program that executes the algorithm that executes the processing of the information input from the
マップ情報入力部18へのマップ情報の入力は、入力インタフェース113を介して入力することが好ましいが、プロセッサ111にて生成されたマップ情報を入力することも可能である。経路情報生成部15、判定部16、およびマップ情報入力部18は、機能としてプロセッサ111にて実行されることが好ましい。
The map information is preferably input to the map
(自律移動ロボット10の実装態様)
図3は、本発明の一実施形態に係る自律移動ロボット10が施設内を見回っている様子を模式的に示す斜視図である。図3では、自律移動ロボット10が、フロア上に倒れている施設利用者Pを検知した様子を模式的に示している。
(Implementation mode of autonomous mobile robot 10)
FIG. 3 is a perspective view schematically showing how the autonomous
図3に示すように、自律移動ロボット10は、施設のフロアの上に載置されている。自律移動ロボット10は、駆動装置14を用いて施設内を自走することができる。
As shown in FIG. 3, the autonomous
図3において、フロアの表面に沿った平面をxy平面と定め、フロアの表面の法線方向のうち当該表面から天頂へ向かう方向をz軸正方向と定める。また、図3に示すように、自律移動ロボット10の前進方向をx軸正方向と定める。また、xy平面に含まれる方向のうち、上述したx軸正方向及びz軸正方向とともに右手系の直交座標系を構成する方向をy軸正方向と定める。
In FIG. 3, the plane along the surface of the floor is defined as the xy plane, and the direction from the surface to the zenith among the normal directions of the surface of the floor is defined as the z-axis positive direction. Further, as shown in FIG. 3, the forward direction of the autonomous
自律移動ロボット10の筐体は、測域センサ13を備え、筐体の外装を接触センサとすることができる。図3に例示した自律移動ロボット10では、筐体上端部に力覚センサ12を備えることが好ましいが具体的な場所は図示せず、それ以外のハードウェアの図示も省略している。また、自律移動ロボット10の筐体の内部構造についても、その図示を省略している。
The housing of the autonomous
測域センサ13は、自律移動ロボット10の筐体の任意の場所に配置可能であるが、自律移動ロボット10の前進方向正面に配置されていることが好ましい。接触センサは、自律移動ロボット10の筐体表面の複数の箇所に配置されることが好ましい。
The
上述のような構成を備えた自律移動ロボット10が障害物に衝突することなく安全な速度で走行することができる態様を以下に説明する。まず自動巡回モードにおける速度制限について説明し、次いで、手動モードにおける速度制限について説明する。自動巡回モードと手動モードとの切り替え、ならびに制限速度を適用するタイミングについて、適宜図5を参照して説明する。なお、手動モードにおける速度制限に関し、自動巡回モードにおける速度制限と同じ事象については説明を省略する。
An embodiment in which the autonomous
(自動巡回モード)
図1に示すように、コントローラ11は、少なくともマップ情報入力部18と、経路情報生成部15と、出力制御部17とを有する。
(Automatic patrol mode)
As shown in FIG. 1, the
マップ情報入力部18を介して、後述する施設内の地図情報を取得する。経路情報生成部15は、自律移動ロボット10の施設内における現在位置情報と、地図情報とに基づいて自律移動ロボット10が施設内を巡回移動する大まかな経路情報を生成する。経路情報生成部15は更に、測域センサ13によって検知された障害物情報に基づいて、より詳細な経路情報を生成する。
The map information in the facility, which will be described later, is acquired via the map
種々の処理はプロセッサ111により実行され、各種の情報、処理を実行するためのアルゴリズムを規定したプログラムはメモリ112に格納されることが好ましい。
It is preferable that various processes are executed by the
上記のように経路情報生成部15によって生成された経路情報に基づいて、出力制御部17は、自動巡回モードの移動速度を算出する(図5のS21)。
Based on the route information generated by the route
出力インタフェース114は、当該生成された経路情報に応じた出力情報を駆動装置14に出力する。当該出力情報に基づいて駆動装置14が駆動することにより自律移動ロボット10が巡回移動する。自律移動ロボット10が施設内を巡回移動するための駆動装置14の移動量に基づいて、後述するように、エンコーダ(図示せず)は、自律移動ロボット10の走行距離情報と移動方向情報を生成する。エンコーダにより生成された当該走行距離と移動方向の情報に基づいて、コントローラ11は自律移動ロボット10の位置情報を生成する。
The
(地図情報)
上述のとおり、施設内の地図情報は、マップ情報入力部18を介して取得される。本発明において地図情報とは、施設内のフロア情報を簡略化した地図のことをいう。
(Map information)
As described above, the map information in the facility is acquired via the map
好ましい実施形態では、移動方向情報を組み合わせた移動経路の生成を人為的に設定することができるが、目標地点を設定することにより最短経路を生成するアルゴリズムによって自動的に移動ブロック経路を設定することもできる。このように生成した地図の情報をマップ情報入力部18を介して入力する。
In a preferred embodiment, the generation of a movement route combining the movement direction information can be artificially set, but the movement block route is automatically set by an algorithm that generates the shortest route by setting a target point. You can also. The map information generated in this way is input via the map
(測域センサによる障害物検知)
自律移動ロボット10は、巡回走行しながら、測域センサ13によって施設内の障害物を検知する。測域センサ13は、上述のとおり自律移動ロボット10の筐体の任意の場所に配置されることができるが、フロアから高さ35cm程度の水平面を測定できるように配置されることが好ましい。測域センサ13は、例えば、北陽電機株式会社製のUST−10LXのようなレーザ方式の測域センサを採用することができる。なお、自律移動ロボット10が巡回走行していない場合であっても、測域センサ13によって施設内の障害物を検知することができる。
(Obstacle detection by range sensor)
The autonomous
測域センサ13により施設内の障害物を検知した様子を図4に模式的に示す。図4は、z軸正方向からフロア面を臨む平面図である。フロア表面からz軸方向+35cmの高さであって、自律移動ロボット10の筐体に搭載された測域センサ13の位置を原点とし、自律移動ロボット10の前進方向をx軸とし、平面方向にてx軸に直交する方向をy軸とした。図4において、障害物は小さな丸印によって表示されている。図4に示すように、測域センサ13の走査角度を±θ°で示す。好ましい実施形態では、測域センサ13は、±θ=±115度の範囲で障害物を検知する。また、測域センサ13は、0.06m〜10m程度の検出距離であることが好ましい。測域センサ13の走査時間は25msであることが好ましい。測域センサ13の角度分解能は0.25度であることが好ましい。これらの値に限定されることなく、測域センサ13は、任意の検出距離、走査角度、走査時間、角度分解能を有することができる。
FIG. 4 schematically shows how an obstacle in the facility is detected by the
(速度制限)
上述のように、経路情報生成部15によって生成された経路情報に基づいて、出力制御部17は、自動巡回モードの移動速度を算出する(図5のS21)。図5は、制限速度を適用するタイミングを示すフローチャートである。力覚センサ12が有効でない場合(S23でNo)、出力制御部17は、上述の算出された移動速度を自動巡回モードの指令速度として出力インタフェース114を介して駆動装置14を制御する。
(Speed limit)
As described above, the output control unit 17 calculates the moving speed of the automatic patrol mode based on the route information generated by the route information generation unit 15 (S21 in FIG. 5). FIG. 5 is a flowchart showing the timing of applying the speed limit. When the
このように算出された移動速度で自律移動ロボット10が巡回走行しながら測域センサ13によって施設内の障害物を検知し、検知した障害物と自律移動ロボット10との間の距離が所定の距離よりも短くなった場合、出力制御部17は走行速度の制限を実行する。
While the autonomous
(走行速度と制動距離との関係)
走行速度の制限を実行するために、事前に制限速度パラメータを生成する。本発明において、制限速度パラメータとは、障害物までの距離に応じた上限速度を決定するパラメータのことである。後述するように、コントローラ11は、測域センサ13の出力信号を参照し、測域センサ13の出力信号から得られた障害物までの距離に応じて、当該制限速度パラメータを適用して上限速度を決定する。
(Relationship between running speed and braking distance)
Generate speed limit parameters in advance to implement speed limit. In the present invention, the speed limit parameter is a parameter that determines the upper speed limit according to the distance to the obstacle. As will be described later, the
種々の処理はプロセッサ111により実行され、各種の情報、処理を実行するためのアルゴリズムを規定したプログラムはメモリ112に格納されることが好ましい。
It is preferable that various processes are executed by the
図6は、あるフロア上にて自律移動ロボット10を走行させた場合における、移動速度と制動距離との関係を示すグラフの一例である。任意のフロア上にて、移動速度と制動距離との関係を測定することができるが、摩擦係数が小さい堅いフロア上で測定することが好ましい。障害物と衝突しない安全マージンの確保の観点に鑑みれば、摩擦係数が小さいフロアにて得られた制限速度パラメータを他のフロアにおいても援用することが好ましい。
FIG. 6 is an example of a graph showing the relationship between the moving speed and the braking distance when the autonomous moving
図6のグラフの横軸は、フロア上を走行する自律移動ロボット10の走行速度であり、縦軸は制動距離を示す。図6は、フロア上を走行する自律移動ロボット10において停止指令を実行し、停止指令時の位置から自律移動ロボット10が実際に停止した位置までの距離(制動距離)を走行速度毎に測定した実測値を○印にて示したものである。図6の実測値から、走行速度が速くなるにつれて、制動距離が長くなることが確認できる。
The horizontal axis of the graph of FIG. 6 is the traveling speed of the autonomous
図7は、図6の測定結果に関して、横軸を制動距離とし、縦軸を走行速度としたグラフである。図7の関係に対して、重回帰分析を実施する。好ましい実施形態では、最小二乗法により多項式の重回帰分析を実施する。本実施形態では、2次関数を用いた最小二乗法による重回帰分析を実施した結果を破線で示す(図7参照)。 FIG. 7 is a graph in which the horizontal axis is the braking distance and the vertical axis is the traveling speed with respect to the measurement result of FIG. Multiple regression analysis is performed on the relationship shown in FIG. In a preferred embodiment, multiple regression analysis of the polynomial is performed by the least squares method. In this embodiment, the result of performing multiple regression analysis by the least squares method using a quadratic function is shown by a broken line (see FIG. 7).
当該2次関数にて示された破線の速度で当該フロア上を走行する自律移動ロボット10は、停止指令が実行されると、その後制動距離を走行して停止時に障害物に接触する。本実施形態では、2次関数を用いた最小二乗法による重回帰分析を実施した結果を示した破線を衝突速度曲線と称する。本発明では、当該衝突速度曲線に対して所定の安全マージンを確保した変数を制限速度パラメータと称する。当該安全マージンは、空走距離などに応じて任意に設定することができるが、図7に示した例では、安全マージンを速度に関係なく一律に200mmと設定した。図7では、衝突速度曲線を示す破線よりも200mmだけx軸正方向にシフトした実線にて制限速度パラメータを示す。このように制限速度パラメータを決定することにより、障害物までの距離に応じた上限速度を決定する関数として適用可能となる。
When the stop command is executed, the autonomous
(走行速度と空走距離と安全マージンとの関係)
上述のように、フロア上を所定の走行速度で走行している自律移動ロボット10が搭載している測域センサ13によって施設内の障害物を検知し、出力制御部17において制限速度パラメータを適用して上限速度を決定する。測域センサ13の走査時間(例えば、25ms)、測域センサ13を制御する第2のコントローラ110bのプロセッサ111のクロック周波数、出力制御部17において生成された制限速度パラメータを駆動装置14に適用する第3のコントローラ110cのプロセッサ111のクロック周波数などの重畳関係により、測域センサ13が障害物を検知してから、実際に駆動装置14に速度制限の指令を実行させるまでの間にタイムラグがある。本実施形態では、このタイムラグの間に自律移動ロボット10が走行する距離を空走距離と称する。また、空走距離と制動距離との和を本実施形態では停止距離と称する。制動距離と安全マージンとの和を、本実施形態では安全停止距離と称する。
(Relationship between running speed, free running distance and safety margin)
As described above, the
安全マージンの設定は、自律移動ロボット10の最高速度における空走距離よりも長く設定することが好ましい。これにより、制動距離と安全マージンとの和からなる安全停止距離は、空走距離と制動距離との和からなる停止距離より長い距離となる。したがって、上限速度は、フロア上を走行する自律移動ロボット10の走行速度に応じた安全停止距離より短い距離で停止する速度である。
The safety margin is preferably set longer than the free running distance at the maximum speed of the autonomous
好ましい実施形態では、自律移動ロボット10が使用される施設のフロア毎に衝突速度曲線を生成し、自律移動ロボット10に搭載される測域センサ13やコントローラ11などのタイムラグによる空走距離から安全マージンを決定し、衝突速度曲線に安全マージンを加えた制限速度パラメータをフロア毎に生成することができる。事前に図6に示した例のような制動距離を求める実験をフロア毎に実施し、入力インタフェース113を介して事前にメモリ112に制限速度パラメータを格納することが好ましい。
In a preferred embodiment, a collision speed curve is generated for each floor of the facility in which the autonomous
これにより、自律移動ロボット10がフロア上を走行する際に、測域センサ13が障害物を検知した場合、コントローラ11は制限速度パラメータを参照する。当該障害物までの距離が安全停止距離より短い場合、出力制御部17は、参照した制限速度パラメータに応じた制限速度以下に速度を低下させるように駆動装置14を制御する。
As a result, when the autonomous
(自動巡回モードにおける速度制限)
このように自律移動ロボット10が巡回走行しながら測域センサ13によって施設内の障害物を検知し、検知した障害物と自律移動ロボット10との間の距離が所定の距離よりも短くなった場合、出力制御部17は走行速度の制限を実行する(S26)。
(Speed limit in automatic patrol mode)
In this way, when the autonomous
(手動モード)
自律移動ロボット10は、図3に示すように、その上端部が半球状に丸められた略円柱状の形状を有する。半球状に丸められた上端部に力覚センサ12を配置することができる。力覚センサ12に力をより正確に伝えるために、力覚センサ12に接続されたレバー(図示せず)を自律移動ロボット10の上端部に配置することも好ましい。当該上端部に付勢された力を力覚センサ12が感知し、外部から付勢された力を入力信号として判定部16にて判断する。
(Manual mode)
As shown in FIG. 3, the autonomous
本実施形態では、力覚センサ12は自律移動ロボット10の上端部に配置されているが、配置場所は上端部に限定されず、外部からの力を検知できる場所であれば、自律移動ロボット10の任意の場所に配置することができる。
In the present embodiment, the
施設の職員は、自律移動ロボット10の上端部に付勢することにより、自律移動ロボット10の移動速度・移動方向を変更することができる。好ましい実施形態では、職員は自律移動ロボット10の脇に立ち、自律移動ロボット10の上端部に配置されている力覚センサ12に対して付勢することができる。この場合、力覚センサ12に対する、自律移動ロボット10の進行方向に職員など人間の手により付勢される力と、自律移動ロボット10のz軸方向の中心軸周りから職員など人間の手により付勢される回転モーメントとの大きさを入力信号としてコントローラ11の判定部16にて判定する。
The staff of the facility can change the moving speed and moving direction of the autonomous moving
コントローラ11の経路情報生成部15は、判定部16にて判定された入力信号の大きさに基づいて手動モードにおける移動速度及び/又は移動方向を計算し、出力インタフェース114に移動方向情報と移動速度情報を出力する。
The route
上記のように経路情報生成部15によって生成された経路情報に基づいて、出力制御部17は、手動モードの移動速度を算出する(図5のS22)。
Based on the route information generated by the route
自動巡回モードの場合と同様に、出力制御部17は出力インタフェース114を介して、当該生成された経路情報に応じた出力情報を駆動装置14に出力する。自律移動ロボット10の手動モードにおける駆動装置14の移動量に基づいて、エンコーダは、自律移動ロボット10の走行距離情報と移動方向情報を生成する。エンコーダにより生成された当該走行距離と移動方向の情報に基づいて、コントローラ11は自律移動ロボット10の位置情報を生成する。
As in the case of the automatic patrol mode, the output control unit 17 outputs the output information corresponding to the generated route information to the
(自動巡回モードと手動モードとの切り替え)
自律移動ロボット10が、上述した自動巡回モードで所定の目標に向かって自律移動しているときに、手動モードに切り替える態様について以下に説明する。
(Switching between automatic patrol mode and manual mode)
The mode of switching to the manual mode when the autonomous
図5は、自動巡回モードと手動モードとを切り替えて駆動制御する方法を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing a method of switching between the automatic patrol mode and the manual mode for drive control.
経路情報生成部15は、マップ情報入力部18を介して入力されたマップ情報と、測域センサ13によって検知された障害物情報と、現在位置情報に基づいて自動巡回モードの巡回経路情報を生成する。当該生成された自動巡回モードの巡回経路に基づいて、経路情報生成部15は、自動巡回モードにおける移動速度を算出する(S21)。
The route
上述のように自律移動ロボット10が、自動巡回モードで所定の目標に向かって自律移動しているときに、一定の周期で、力覚センサ12に付勢される力の大きさに基づいて、経路情報生成部15は、手動モードにおける移動速度を算出する(S22)。
As described above, when the autonomous
力覚センサ12に対して、自律移動ロボット10の進行方向に職員の手により付勢される力と、自律移動ロボット10のz軸方向の中心軸周りから職員の手により付勢される回転モーメントとの大きさを入力信号として、判定部16は閾値判断する。当該閾値は事前に任意に設定することができる。当該閾値より大きな入力信号の場合、力覚センサ12は有効であると判断される(S23でYES)。入力信号が閾値より小さい場合、力覚センサ12は有効とは判断されない(S23でNO)。
The force urged by the staff in the direction of travel of the autonomous
力覚センサ12が有効と判断されない場合(S23でNO)、出力インタフェース114は自動巡回モードにおける移動速度をモータ指令速度と算出する(S24)。力覚センサ12が有効と判断された場合(S23でYES)、出力インタフェース114は手動モードにおける移動速度をモータ指令速度と算出する(S25)。
When the
(手動モードにおける速度制限)
手動モードにおいても、上述した自動巡回モードと同様に、自律移動ロボット10が手動モードで走行しながら測域センサ13によって施設内の障害物を検知し、検知した障害物と自律移動ロボット10との間の距離が所定の距離よりも短くなった場合、出力制御部17は走行速度の制限を実行する(S26)。
(Speed limit in manual mode)
In the manual mode as well, as in the automatic patrol mode described above, the autonomous
検知した障害物と自律移動ロボット10との間の距離が所定の距離よりも短くなった場合であっても、コントローラ11が制限速度パラメータを参照して出力制御部17が決定した制限速度よりも、手動モードでの走行速度の方が遅い場合は、出力制御部17が決定した制限速度まで速度を上げることなく、手動モードでの走行速度を優先する。
Even when the distance between the detected obstacle and the autonomous
また、自動巡回モード中に測域センサ13により障害物が検知され、出力制御部17により自動巡回モードにおける速度制限が実行されて制限速度走行中に、力覚センサ12を介して手動モードが適用された場合、出力制御部17は、手動モードにおいて付勢された指示速度での走行速度を優先する判断をする。
Further, an obstacle is detected by the
ただし、手動モードでの走行に切り替わるため、出力制御部17は、手動モードにおいて付勢された指示速度と、制限速度の速度とを比較する。制限速度パラメータを参照して決定された制限速度より、手動モードにおいて付勢された指示速度の方が遅い場合は、出力制御部17は、手動モードにおいて付勢された指示速度での走行速度を優先する判断をする。一方、手動モードにおいて付勢された指示速度より、制限速度の方が遅い場合は、出力制御部17は、手動モードにおいて付勢された指示速度よりも、制限速度パラメータを参照して決定された制限速度での走行速度を優先する判断をする。 However, since the traveling is switched to the manual mode, the output control unit 17 compares the indicated speed urged in the manual mode with the speed limit speed. If the indicated speed urged in the manual mode is slower than the speed limit determined with reference to the speed limit parameter, the output control unit 17 determines the traveling speed at the urged indicated speed in the manual mode. Make a priority decision. On the other hand, when the speed limit is slower than the indicated speed urged in the manual mode, the output control unit 17 is determined by referring to the speed limit parameter than the indicated speed urged in the manual mode. Make a decision to prioritize the running speed at the speed limit.
(加速度制限)
上記のとおり自動巡回モードならびに手動モードにおける速度制限について説明したが、これらの速度制限を指示する信号は、個々のセンサから離散的に入力される。また、自動巡回モードと手動モードとを急峻に切り替える場合など、力覚センサ12のノイズが含まれていることが多い。更に、速度制限した後も、時間変化に対する速度の変化を検討すると、時間軸に対して矩形状の速度波形になっている場合がある。
(Acceleration limit)
As described above, the speed limits in the automatic patrol mode and the manual mode have been described, but the signals instructing these speed limits are input discretely from the individual sensors. In addition, noise from the
このような離散的な指示信号に基づく速度切り替えにより駆動装置14のモータを動作させた場合、自律移動ロボット10の走行態様はぎこちない動きになる。
When the motor of the
スムーズな速度変化を実現するために、適切な加速度で制限し、時間軸に対して矩形状の速度波形ではなく、連続波の速度波形に変換することが好ましい(S27)。 In order to realize a smooth velocity change, it is preferable to limit the velocity with an appropriate acceleration and convert the velocity waveform into a continuous wave velocity waveform instead of a rectangular velocity waveform with respect to the time axis (S27).
(モータ駆動)
出力制御部17では、上述したような加速度制限(S27)の処理を実施した制限速度情報(デジタル信号)をアナログ信号に変換(D/A変換)する(S28)。D/A変換されたアナログ信号の速度制限情報によりモータドライバを制御して駆動装置14に出力し、モータ(図示せず)を回転させる(S29)。
(Motor drive)
The output control unit 17 converts (D / A conversion) the speed limit information (digital signal) that has been subjected to the acceleration limitation (S27) processing as described above into an analog signal (S28). The motor driver is controlled by the speed limit information of the D / A converted analog signal and output to the
(現在位置情報)
好ましい駆動装置14では、左右独立のホイールを各々駆動させるモータをそれぞれのホイールに配置することができる。それぞれのモータには、モータの回転軸の回転数を検知するエンコーダ(図示せず)を装着することができる。左右のモータの回転軸の回転数に基づいて、エンコーダは、自律移動ロボット10の走行距離情報と移動方向情報を生成する。エンコーダにより生成された当該走行距離と移動方向の情報に基づいて、位置情報生成部は自律移動ロボット10の位置情報を生成する。一定の周期で当該位置情報生成処理を繰り返し、自律移動ロボット10の現在位置を更新する。
(Current location information)
In the
(接触センサによる停止行動)
上述したように自律移動ロボット10の筐体の表面には1つ以上の接触センサを搭載することができる。自律移動ロボット10の筐体の表面の接触センサが反応を検知した場合、コントローラ11では、出力制御部17にて停止信号を出力し、駆動装置14を停止させる。
(Stopping action by contact sensor)
As described above, one or more contact sensors can be mounted on the surface of the housing of the autonomous
この接触センサによる駆動装置14を停止させる制御は、上述した速度制限の制御に優先して実行されることが好ましい。
The control for stopping the
〔ソフトウェアによる実現例〕
自律移動ロボット10のコントローラ11は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
[Example of realization by software]
The
後者の場合、自律移動ロボット10は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば1つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
In the latter case, the autonomous
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
10 自律移動ロボット
11 コントローラ
12 力覚センサ
13 測域センサ
14 駆動装置
15 経路情報生成部
16 判定部
17 出力制御部
18 マップ情報入力部
110a 第1のコントローラ
110b 第2のコントローラ
110c 第3のコントローラ
111 プロセッサ
112 メモリ
113 入力インタフェース
114 出力インタフェース
10 Autonomous
Claims (8)
当該自律移動ロボットの進行方向に存在する障害物までの距離を検知するセンサと、
前記センサの出力信号を参照して、当該自律移動ロボットを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記センサの出力信号を参照して、前記障害物までの距離に応じた上限速度を決定する処理と、
ユーザ操作に従って走行する手動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行する
ことを特徴とする自律移動ロボット。 An autonomous mobile robot that automatically patrols the floor
A sensor that detects the distance to an obstacle in the direction of travel of the autonomous mobile robot,
A controller that controls the autonomous mobile robot with reference to the output signal of the sensor is provided.
The controller
The process of determining the upper limit speed according to the distance to the obstacle with reference to the output signal of the sensor, and
An autonomous mobile robot characterized by executing a process of controlling the traveling speed of the autonomous mobile robot to be equal to or lower than the upper limit speed in a manual mode in which the robot travels according to a user operation.
ことを特徴とする請求項1に記載の自律移動ロボット。 In the manual mode, the controller moves the autonomous mobile robot according to at least one of a force by which the user advances the autonomous mobile robot and a force by which the user rotates the autonomous mobile robot. Determine at least one of direction and speed,
The autonomous mobile robot according to claim 1, wherein the robot is characterized by the above.
前記コントローラは、
走行中の当該自律移動ロボットから前記障害物までの距離が前記安全停止距離以下になった場合、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理を実行することを特徴とする請求項1または2に記載の自律移動ロボット。 The upper limit speed is a speed at which the robot stops at a safe stop distance obtained by adding a predetermined distance to the braking distance corresponding to the traveling speed of the autonomous mobile robot traveling on the floor.
The controller
When the distance from the autonomous mobile robot while traveling to the obstacle is equal to or less than the safe stop distance, a process for controlling the traveling speed of the autonomous mobile robot to the upper limit speed or less is executed. Item 2. The autonomous mobile robot according to Item 1 or 2.
ことを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の自律移動ロボット。 The controller executes a process of controlling the traveling speed of the autonomous mobile robot to be equal to or lower than the upper limit speed in an automatic mode in which the robot travels according to a patrol route set independently of the user operation.
The autonomous mobile robot according to any one of claims 1 to 4, wherein the robot is characterized by the above.
前記センサの出力信号を取得する少なくとも1つの入力インタフェースと、
予め定められたプログラムに従って前記各処理を実行する少なくとも1つのプロセッサと、
前記プログラムを格納した少なくとも1つのメモリと、を備えている、
ことを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の自律移動ロボット。 The controller
With at least one input interface that acquires the output signal of the sensor,
At least one processor that executes each of the above processes according to a predetermined program, and
It comprises at least one memory that stores the program.
The autonomous mobile robot according to any one of claims 1 to 5, wherein the robot is characterized by the above.
当該自律移動ロボットの進行方向に存在する障害物までの距離を検知するセンサを用いて、当該障害物までの距離を検知する工程と、
前記センサの出力信号を参照して、当該自律移動ロボットを制御する工程と、を備え、
前記制御する工程は、
前記センサの出力信号を参照して、前記障害物までの距離に応じた上限速度を決定する処理と、
ユーザ操作に従って走行する手動モードにおいて、当該自律移動ロボットの走行速度を前記上限速度以下に制御する処理と
を含む、ことを特徴とする制御方法。 It is a control method that controls an autonomous mobile robot that automatically patrols on the floor.
A process of detecting the distance to the obstacle by using a sensor that detects the distance to the obstacle existing in the traveling direction of the autonomous mobile robot, and
A step of controlling the autonomous mobile robot with reference to the output signal of the sensor is provided.
The control step is
The process of determining the upper limit speed according to the distance to the obstacle with reference to the output signal of the sensor, and
A control method comprising a process of controlling the traveling speed of the autonomous mobile robot to or less than the upper limit speed in a manual mode of traveling according to a user operation.
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