JP2510519B2

JP2510519B2 - 移動体の走行制御装置

Info

Publication number: JP2510519B2
Application number: JP61127943A
Authority: JP
Inventors: 義宏榊原; 太郎岩本; 祐司細田; 正克藤江; 鉱二亀島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-06-04
Filing date: 1986-06-04
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPS62285112A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、左右独立に外界に対して作用して移動する
駆動機構を持つ移動体の走行制御装置に係り、特に自律
移動を行うロボツトの計画走行を実現するのに好適な移
動体の直進進路を補正する走行制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、左右に独立に駆動輪を持つ移動体の走行制御に
おいて、左右個別の駆動輪の移動距離の検出情報は、例
えば特開昭52-2751号公報，特開昭51-46971号公報，特
開昭51-53870号公報に記載のように、移動体の径路記録
に用いられている。また同様な機構を持つ移動体の走行
制御としては、特開昭57-48110号公報に記載のように、
新たにジヤイロ等の方位角検出手段を必要とした制御が
行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術では、移動体の進行方向の制御には、
左右の駆動輪を回転させるアクチユエータのサーボアン
プに与える速度指令値を変化させることで行われていた
が、実際には、移動体の進行方向を検出してフイードバ
ツクする系が組まれていないため、速度制御装置や駆動
機構等の特性，応答の違いにより移動体は走行前にあら
かじめ計画した走行径路からずれを生じてしまい、数メ
ートル以上離れた地点へ正確に自律的に移動することは
難しく、どうしても外部環境に対して補助誘導設備を設
置するか、移動体の向きを検出するために新たに他のセ
ンサを搭載しなければならず、補助誘導設備設置の手数
と移動域の限定又は他センサ搭載による重量増，消費電
力増，処理の複雑化高価格化という問題点があつた。

本発明の目的は、外部環境に特別な設備を用意するこ
となく、かつ移動体には、ジヤイロ，磁気コンパス等の
特別な方位検出用のセンサ類を搭載することなく、従来
通りの速度，位置のサーボ系に必要な構成要素の利用だ
けによつて、あらかじめ計画した径路上をより正確に、
外部の光，電気磁気的な外乱に対しても信頼性の高い移
動を行う軽量，簡易処理，安価な条件を満足する制御装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明の移動体の走行
制御装置は、モータによって駆動される駆動輪とこの駆
動輪の回転速度が目標値になるように制御する速度サー
ボ系とを備えた第一及び第二の移動手段をそれぞれ車体
の両側部に設けた移動体の走行制御装置において、移動
体の速度指令を出力する制御信号発生装置と、第一及び
第二の移動手段に設けられた駆動輪の回転量をそれぞれ
検出する第一及び第二の車輪回転量積算センサと、第一
の車輪回転量積算センサの出力から第二の車輪回転量積
算センサの出力を減算して、各駆動輪の回転量の偏差を
求める減算器と、この減算器の出力を増幅する方向フィ
ードバック増幅器と、前記制御信号発生装置からの速度
指令からこの方向フィードバック増幅器の出力を減算
し、その結果を第一の移動手段に設けられた速度サーボ
系への速度指令として出力する減算器と、前記制御信号
発生装置からの速度指令に前記方向フィードバック増幅
器の出力を加算し、その結果を第二の移動手段に設けら
れた速度サーボ系への速度指令として出力する加算器
と、移動体の移動速度が所定の速度以上で、前記フィー
ドバック増幅器の出力が０以上の場合には前記出力を前
記減算器に接続し、前記出力が０よりも小さい場合には
前記出力を前記加算器に接続し、移動体の移動速度が所
定の速度より小さい場合で、前記出力が０以上の場合に
は前記出力を前記加算器に接続し、前記出力が０よりも
小さい場合には前記出力を前記減算器に接続する切換器
とを備え、前記減算器及び前記加算器からの速度指令に
基づいて第一及び第二の移動手段に設けられた駆動輪の
回転速度を制御するようにしたものである。

〔作用〕

本発明の移動体の走行制御装置は、第一及び第二の車
輪回転量積算センサにより第一及び第二の移動手段に備
えられた各駆動輪の回転量をそれぞれ検出し、減算器に
よってこれらの偏差を求める。このとき、減算器では第
一の車輪回転量積算センサの出力（第一の車輪回転量積
算値）から第二の車輪回転量積算センサの出力（第二の
車輪回転量積算値）を減算するものとする。

方向フィードバック増幅器は前記偏差を増幅し、この
増幅された偏差は第一の移動手段に設けられた減算器ま
たは第二の移動手段に設けられた加算器に選択的に入力
される。減算器に入力された偏差は制御信号発生装置か
ら出力される移動体の速度指令値から減算され、加算器
に入力された偏差は移動体の速度指令値に加算される。
第一の車輪回転量積算値から第二の車輪回転量積算値を
減算した偏差が第一の移動手段の減算器または第二の移
動手段の加算器に入力されることにより、両移動手段の
駆動輪の回転量が等しくなるように、両移動手段の速度
サーボ系に与えられる速度指令値が補正される。

このとき、上記選択は次のように行われる。

移動体の移動速度が所定の速度以上で、前記フィード
バック増幅器の出力が０以上の場合には前記出力を前記
減算器に接続し、前記出力が０よりも小さい場合には前
記出力を前記加算器に接続する。これにより、走行制御
は常に減速側で行われるため、強い外乱の負荷によるモ
ータの焼付きやその負荷が無くなったときの暴走を防止
しつつ走行制御を行うことができる。

また、移動体の移動速度が所定の速度より小さい場合
で、前記出力が０以上の場合には前記出力を前記加算器
に接続し、前記出力が０よりも小さい場合には前記出力
を前記減算器に接続する。これにより、遅れた側のモー
タを加速するように走行制御がなされるため、目標速度
を保ち、時刻と位置の関係を計画に近い形で移動体を走
行制御することができる。

〔実施例〕

本発明の実施例は以下の考え方に基づいている。つま
り、移動体が、計画した直線経路上を正確に走行してい
る場合には、左右の駆動輪に取り付けられた車輪回転量
積算センサの出力値である右車輪回転量積算値E_Rと左車
輪回転量積算値E_Lの間には、E_R＝E_Lの関係がある。しか
し、実際の走行においては、外乱，サーボ系の特性のち
がい等により、常にE_R−E_L＝０とはならずE_R−E_L＝εの
εのずれが生じる。このεに対して適当な方向フイード
バツクを行い、左右の駆動輪の速度を制御することで、
移動体の方向を目標の計画した径路上に保つことができ
る。

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図および第３図は、本発明を適用した自律移動体
の概略図を示すものである。これらの図において、移動
体は、左右主動輪10L,10Rと左右従動輪21L,21Rにかけら
れた左右履体20L,20Rと、モータ，減速器，各種センサ
等を含む駆動機構と、第２図に示される電池,DC-DCコン
バータ等からなる電源装置17とエンコーダ，タコジエネ
レータ等のセンサ信号処理回路18とサーボモータ用のア
ンプとコントローラ16と制御信号発生装置１（例えばマ
イクロコンピユータ）から構成される。電源装置17から
は、電池の電圧をDC-DCコンバータを通して、制御信号
発生装置１、アンプとサーボコントローラ16、センサ信
号処理回路18、左右主動輪駆動モータ6L,6R、左右エン
コーダ11L,11R、左右タコジエネレータ7L,7Rへとそれぞ
れの機器に合つた電圧に変換されて送られる。

制御信号発生装置１をマイクロコンピユータで構成し
た場合には、エンコーダ11L,11R、タコジエネレータ7L,
7Rの情報が入力され、制御信号発生装置１内のメモリ内
のデータとプログラムにより処理が行われて、左右の主
動輪駆動モータ6L,6Rを動かすためのサーボモータ用の
アンプとコントローラ16に速度指令値を出力する。

この速度指令値に従つて、左右のサーボアンプ5L,5R
により左右の主動輪駆動モータ6L,6Rが駆動されて、最
終的に左右の履帯20L,20Rが回転することで移動が実行
される。

前述した左右の履帯20L,20Rは、第３図に示すように
それぞれ独立に駆動する左右主動輪駆動モータ6L,6Rに
よつて駆動される。右履帯20Rの駆動に関しては、右主
動輪駆動モータ6Rの出力が右減速機9Rに入力され減速し
た後、右主動輪10Rおよび右チエーン歯車24RFによつて
右後輪の右従動輪21Rに付けられたチエーン歯車24RRに
伝わり右従動輪21Rを回転させる。

同径、同回転数で回転する右主動輪10Rと右従動輪21R
の回転は各車輪の円周に付けられたスプロケツト形状と
履帯20R,20Lの内側に付けられた周期的凹凸によつて、
スプロケツトとタイミングベルトの関係として伝達され
る。このようにして伝達された右履帯20Rの回転力は、
移動体の重心を中心として、履帯の移動力の作用点と重
心との距離を半径として、移動体を左方向に回転前進ま
たは、右方向に回転後退させる力を発生させる。

一方、左履帯20Lの駆動系に関しては、左主動輪駆動
モータ6Lの駆動力が、ほぼ右駆動系と同様の系で伝達さ
れるが、モータ配置の関係上、後輪を左主動輪10Lと
し、前輪を左従動輪21Lとしている。左履帯20Lに伝わつ
た駆動力は、左履帯20Lの床に対する作用点と移動体の
重心を結ぶ線を半径としてその円周の接線方向に移動力
を発生して、移動体を右方向に回転前進または、左方向
に回転後退させる力を発生させる。

各主動輪駆動モータ6L,6Rの回転速度はモータ軸に付
けられた左右タコジエネレータ7L,7Rにより電圧に変換
された後サーボモータ用のアンプとコントローラ16に入
力され速度サーボがかけられる。また各従動輪21L,21R
の軸に付けられたエンコーダ11L,11Rは、各従動輪21L,2
1Rの回転数をパルス出力する。このパルスは第２図のセ
ンサ信号処理回路18に入力され第１図12L,12Rのカウン
タにより積算された後、左右系別に制御信号発生装置１
に入力される。

第１図は本発明の制御装置の制御ブロツク回路の一例
を示す。この制御系の動作は、まず、ごく単機能な計算
機の代用としての制御信号発生装置１から移動体の速度
指令に対応した指令電圧V_refが出力される。最も単機能
な制御信号発生装置としては、０ボルトとV_ref＝一定の
切換のできるスイツチが考えられる。この場合、目的が
移動体を直進させることであるため、指令電圧V_refは左
右モータ系へ同じ値が出力される。

右モータ系へ入力された指令電圧V_refは減算器２に入
り、方向フイードバツク増幅器15の出力V_FBを減算、つ
まりV_ref−V_FB＝V_ord・_Rとして出力する。この信号は、
再び減算器4Rに入り、速度フイードバツク増幅器8Rの出
力V_el・_Rを減算、つまりV_ord・_R−V_el・_Rを出力する。
この信号は、速度前向き増幅器5Rにより増幅されて出力
されて主動輪駆動モータ6Rが回転する。この主動輪駆動
モータ6Rの回転速度は、タコジエネレータ7Rにより検出
させ速度フイードバツク増幅器8Rで適当な大きさに増幅
されて、減算器4Rを通して主動輪駆動モータ6Rの回転数
を制御する。

一方、モータ軸の回転力は減速器9Rを通して減速さ
れ、右主動輪10Rを回転させる。この右主動輪10Rの回転
は前述のように、チエーン23により右従動輪21Rに伝達
され、右駆動輪10Rと右従動輪21Rから右履帯20Rへ伝わ
り移動体を移動させる。この右履帯20Rの移動量を右エ
ンコーダ11Rによつて検出する。右エンコーダからは、
モータ軸の前後方向回転角度に対応したパルス列が出力
され、これを移動体が始動する前にリセツトした積算形
カウンタ12Rに入力しパルス列からモータの回転方向を
判断してカウントアツプあるいはカウントダウンするよ
うにする。このようにして、カウンタ12Rからはその時
刻までに右駆動系が回転した量が検出される。

左モータ系には、右モータ系と同様に制御信号発生装
置から出力された指令電圧V_refは、右モータ系とは異な
り、加算器３に入力され、方向フイードバツク増幅器15
の出力V_FBを加算、つまりV_ref＋V_FB＝V_ord・_Lとして出
力する。この違いは次に説明する方向フイードバツク系
の入力と関連する。この加算器３から出力されたV_ord・
_Lは右モータ系と同様の速度フイードバツク系7L,8L,4L,
5Lを通つて左主動駆動モータへと伝わり、移動体の左履
帯20Lを作用点として移動体重心を中心として、両点を
結ぶ線分を半径とする円の円周の接線方向に移動体を移
動させる力を発生する。

このとき左履帯20Lの移動量と対応する左主動輪10Lの
回転量は左エンコーダ11Lによつて検出する。左エンコ
ーダ11L、左積算カウンタ12Lも右側の系と同様の動作を
行い左主動輪10Lの回転した量が検出される。

次に本発明の主要動作を行う方向フイードバツク系の
動作を説明する。

右積算カウンタ12Rの出力E_Rと左積算カウンタ12Lの出
力E_Lの両出力は、減算器13に入力され、この減算器13内
では、E_R−E_L＝ε_Digの計算をデジタル信号のまま処理
する。出力のε_Digは、左右の履帯20L,20Rの移動量の差
でありエンコーダ11R,11Lの出力パルス数の差で表わさ
れる。このようにして得られたε_Digの信号値をデジタ
ル／アナログ変換器14により符号をも考慮に入れて電圧
値εに変換する。この方向偏差を示す電圧値εに対して
適当なフイードバツクゲインK_fを方向フイードバツク増
幅器15によつて掛けて出力V_FBとして出力する。この出
力V_FBを右モータ系では、減算器２に、左モータ系では
加算器３に入力して、移動体の進行方向を直進方向に保
つようにフイードバツクする。

ここで、左右のエンコーダ出力の積算値の差が移動体
の向きの情報と一対一に対応していることを以下説明す
る。

第４図において、時刻T₀において移動体の重心位置が
Ａ点にあり、ΔＴ秒後の時刻T₁にＢ点に移動したとす
る。このとき、移動体中心から左右の履帯の中心までの
距離をそれぞれωとすると、左右それぞれの履帯の回転
量は、左履帯の回転量をl_L、右履帯の回転量をl_Rとして l_R＝（ｒ−ω）θ ……（１） l_L＝（ｒ＋ω）θ ……（２）で表わされる。ただしここでθは旋回中心をＯとした時
の∠AOBのなす角を示す。微小時間の方向ずれは、その
間の左右の履帯の進行距離が異なることにより生ずる
が、この微小時間を、左右それぞれの履帯の速度の時間
変化が無視できるように設定すれば、その軌跡は、左右
の履帯の速度比によつて決まり、この速度比により回転
半径ｒが決まる。ここで微小時間ΔＴ秒間の左右の履帯
の回転速度がそれぞれV₁（右），V₂（左）とする。この
とき第１図の減算器13で作つたE_R−E_Lに相当する値は、
第４図でl_R−l_Lである。この値は式（１），（２）から l_R−l_L＝θ（ｒ−ω）−θ（ｒ＋ω） ……（３） θについて整理するととなり移動体の向きの変化θは、式（４）右辺の分母２
ωが一定値なので−（l_R−l_L）に比例する。もし移動体
が長距離を移動した場合各ΔＴ秒間のθが累積した結果
が最終的な移動体の向きとなる。ここで、始動からｎ番
目の微小時間ΔT_nの間の向き変化をθ_nであらわし、移
動開始時T₀にθ₀の向きで移動体が始動したとすれば、
ある時間たつた後時刻T_Eにおける移動体の向きθ_Eは、（ただしT_E＝T₀＋ｎΔＴ） ……（５）で表わされる。これを（４）式に代入するとここで l_L1は、時刻T_Eまでの左右それぞれの履帯の回転量をエ
ンコーダによつて計測し、積算した値に対応する。

つまりは、E_R−E_Lに対応する。よつてE_R−E_Lが０に保たれてい
れば式（７）において、右辺第２項が０となりθ_E＝θ₀
の初期の移動体の向きが保たれることになる。

このことを利用して、第１図に示す方向フイードバツ
ク増幅器15によつて偏差εに応じたフイードバツク量V
_FBをフイードバツクする。例えば、E_R−E_L＝ε_Dig≧０
の値が生じた場合には、V_FB＝εK_f≧０となる。この場
合E_R≧E_Lであり、右の履帯が左の履帯より先に進んでい
るので、右側の系の速度指令値は出力V_refよりV_FBを減
算し、左側の系の速度指令値は出力V_refにV_FBを加算す
るようにフイードバツクを行う。逆に左側の系が先行し
た場合にはV_FB＜０となるため減算器２ではV_ref＋V_FBが
行われ、加算器３ではV_ref−V_FBが行われて進路補正が
実行される。

しかし、この手法では、進行方向に対して、横方向の
ずれに対しては補正が行えず、第10図および第11図に示
すように横にずれた軌跡を描くことになる。この場合、
いかに横ずれを小さくするかが問題となる。この解決策
として、第１図に示す方向フイードバツク増幅器15の増
幅率を適当に選ぶことにより、オーバーシユートによる
特性を利用してもつとも直進性のよい増幅率に調整する
ことが可能である。つまりサーボ系の速応性を重視し
て、オーバーシユートによる大きな方向修正により、も
との直線にもどるようにすることで横方向にずれを極力
小さくすることが可能となる。第９図で、方向フイール
ドバツクの増幅率が大きな場合をａ、小さな場合をｂと
した時の偏差εの時間的な変化を示す。増幅率の大きな
ａの場合の移動体の軌跡を第10図に示し、増幅率の小さ
なｂの場合の移動体の軌跡を第11図に示す。この第10図
ではS_pからP_1aまで進行した後、方向ずれが生じてP_2aま
でずれ、そのずれに対して方向フイードバツクがかかり
P_2a〜P_3aまでで補正が終了した時の軌跡を示し、この場
合P_2a〜P_3aまで多少のふらつきが生じるものの最終的な
横ずれ量d_aは小さくおさえられている。しかし第11図で
は、同様にP_2bから補正動作が始まつてもその補正の終
了がP_3bまで致つてしまい、横ずれ量d_bも大きくなつて
しまう。

上に述べたように横ずれを少くするためには、偏差ε
に対して速い対応が必要であり、それには主動輪駆動用
モータの加減速特性も影響する。第１図に示すように、
両方のモータ系に符号を変えた方向フイードバツク量V
_FBを同時に加えることの効果を以下第５図〜第７図を使
つて説明する。

第５図に示すような、ある大きさの方向偏差εがステ
ツプ状にこの系に入力したとする。これに対して、第１
図に示す制御系は、第６図に示すように、右側の系には
減速指令値V_orRが、左側の系には増速指令値V_orLが出力
されその指令値に対して少しの遅れを共なつて、実際に
は、V_EWR,V_EWLのようなモータの回転速度の変化が得ら
れる。これに対して、もし片側だけのモータに方向フイ
ードバツクを加えるとすると、第６図のV_osL,V_osRのよ
うな速度指令値を発生させる必要がある。つまり方向を
同程度に修正するためにはV_L／V_Rの値が同じになること
が修正の旋回半径を同じにすることになるため、右側の
系では、指令値を変化させずV_osRとし左側は第６図に示
すようにV_osLとすることになる。この時各値の関係を式
で表すと、となる。この場合、駆動系の加速性能の限界からV_ESLが
V_OSLに達するまでの応答おくれt₃−t₁はV_EWLがV_orL、V
_EWRがV_orRに達するまでの応答おくれt₂−t₁よりも長く
なつてしまい、すなわち修正が遅れて横方向のずれが大
きくなる。

第７図には、第６図に示した実速度V_ESL,V_ESR,V_EWL,V
_EWRの変化が起きた時の左右の履帯の速度比V_L／V_Rを示
している。両方のモータ系にフイードバツクをかけた第
１図のような系ではV_EWL／V_EWRが実線のように変化し、
時間おくれがt₂−t₁と比較的小さい。しかし片側だけに
フイードバツクした場合は第６図のV_ESLの時間おくれt₃
−t₁の部分がそのまま第７図にあらわれてV_L／V_Rの値が
定常になるまで時間がかかり、その分、方向修正の動作
が遅れ横方向への進路ずれが大きくなつてしまう。第１
図のように両方のモータ系にフイードバツクすること
で、第８図に示すSWのように片側だけのフイードバツク
の時の偏差の時間径過S_Sよりも補正動作の応答を早めて
横方向へのずれを防止する効果がある。

第１図に示す制御ブロツク図の各構成要素は、従来移
動体を制御するために用いられていた速度フイードバツ
ク系と位置エンコーダによる速度、位置制御系にそなえ
られている要素に、減算器13、D/A変換器14、方向フイ
ードバツク増幅器15と減算器２、加算器３を加えて結線
するだけで構成することができ、それにより移動体の方
向を制御することが可能となる。方向を制御するため
に、新たにジヤイロや磁気方位センサ等を搭載して、複
雑な処理系を必要とする制御系とは異なり、単純な構成
で、安価，設置が簡単で小型軽量で安定性の良い方向制
御系を提供することができる。

また本発明の方向制御装置の精度は、左右の履帯間の
距離を広くとればとるほど方向の分解能は上昇する。つ
まり検出角θはでありθの精度がωに反比例することから分る。又もう
一つの手段として、エンコーダの分解能を大きくするこ
とで方向の分解能を上げることもでき、他の方向センサ
と比べても分解能を上げることが比較的楽である特徴を
持つ。つまり走行距離計測のエンコーダと方向検出のエ
ンコーダを２つ使つたり高分解能の信号を分周して両方
の情報に分けて利用することが可能である。左右履帯間
の幅ωに関しても、主動輪で進行距離を検出するのでは
なく、車体の最も外側に補助輪等を取り付けてE_R,E_Lを
検出する手段をもうければ、（９）式のωの値を大きく
取れ、検出角の分解能を上げることができる。

第12図に第１図で示した制御系をマイクロコンピユー
タ41とソフトウエアと使つて構成した場合の実施例を示
す。第１図に示す例との異いは、速度指令値の出力がマ
イクロコンピユータ41のメモリ32内のプログラムにより
演算装置31内で計算され、デジタル／アナログ変換器33
L,33Rを通つて各モータの速度制御系に速度指令値が電
圧値として伝達される点と、左右の履帯の回転量を積算
したカウンタの値が左右の積算カウンタ12L,12Rからコ
ンピユータのパラレル入力ポートに入り、コンピユータ
内でデジタル値のまま取扱われ、演算装置31内で方向フ
イードバツク増幅のための計算が行われる点である。第
12図の制御ブロツク図の構成において、マイクロコンピ
ユータ41内で処理されるソフトウエアの流れ図の一例を
第13図に示す。

この第13図に沿つてソフトウエア制御の流れを説明す
る。まず始動の前に各積算カウンタ12L,12Rの値を器に
クリア（51）して、始動のための速度指令値を各モータ
に出力（52）する。この速度指令値は、移動体の位置や
始動後の時間経過等に対して、パターンを持つようにプ
ログラムされている。例えば、移動体の位置に対して第
14図に示すような速度パターンをプログラムとして持
ち、現在位置をもとに対応する速度指令値を出力する。
移動が始まつた後は左右各エンコーダのカウント値を入
力し（53）方向偏差を計算（54）する。この偏差に方向
フイードバツク増幅率K_fを掛けて（55）フイードバツク
量V_FBを計算しその符号の判別（56）結果によりフイー
ドバツク量の符号を変換（56）して左右の基本速度指令
値V_refにフイードバツク量を加え（58）（59）、D/Aポ
ートを通してその値を出力（60）する。各サンプル時刻
における移動積算値を計算し（61）現在地と目標地を比
較して（62）目標地に達するまで速度指令値を出力する
（52）から現在地計算（61）までの処理をくりかえす。
目標地に達したら、速度指令値出力を０にして停止（6
3）する。

このようにソフトウエアにより制御を行うことによ
り、方向フイードバツク量と方向偏差の関係を線型以外
にすることも可能となり、モータの特性に合せた方向フ
イードバツクを可能にできる。

第16図に第１図の変形例として、片側のモータ系にの
み方向フイードバツクを行う例を示す。この場合には、
右側のモータ系にのみフイードバツクをかけている。こ
の時には右側のモータは、左側のモータの回転数の変化
に追従するような、一種のマスタスレーブ的な動作をす
ることが可能となる。しかし左側のモータがモータ回転
の高速限度近くで動作する場合には、右モータの加速側
の追従が遅れる可能性がある。

第17図には第１図で方向フイードバツク増幅器を出た
フイードバツク量は、左右の系の減算器２、加算器３に
直結されていたが、この変形例では、その間に切換器を
入れて、各情報に従つて、方向フイードバツク量の径路
を変化させる場合を示す。

この切換器の動作の例として、各条件に従つた動作法
の例を第１表に示す。

なおこの切換器はSW1とSW2をどちらも同時にONにもで
きるものとする。

加速修正型は、方向フイードバツク量V_FBの符号によ
り対応するスイツチSW1又はSW2を閉じて遅れた側のモー
タを加速するように修正する方式。この方式では負荷が
加わつても常に計画した速度を守る方向に制御するため
目標速度を保ち時刻と位置の関係を計画に近い形で実行
する効果がある。

減速修正型は、V_FBの符号を判別して、進んでいる方
のモータを減速させるように減速指令値が通るようにス
イツチして制御する方式。この方式では、常に減速側に
働くため強い外乱の負荷と対してもモータの焼付やその
負荷が無くなつた時ぼう走するようなことがなく常に安
全側の制御ができる。

加速・減速切換型は、移動体の移動速度の中間値をV
_midとしてその値より現在の速度が高い場合には、上記
の減速型を選択し、現在の速度が低い場合には、加速修
正型に切り換えて、修正側に指令値と実速度との差であ
る偏差を大きくとれるようにフイードバツク系を切り換
える方式である。この方式は前記二つの形の効果を使い
分けることができる。

片側フイードバツク型は、指令値の大きさ、方向フイ
ードバツク量の符号に関係なく、常に左または右側だけ
に方向フイードバツク量をフイードバツクするマスタス
レーブ型的な方向制御方式。

第１表の最下段は、第17図のSW1,SW2をどちらも閉じ
た型のフイードバツク系で、これが第１図に示す実施例
のフイードバツク系と一致する。

第15図は、移動体が始動する時に、本発明の実施例を
使わずに左右独立の速度フイードバツクだけの場合に、
左右の系のバラツキ、例えば、路面の静摩擦，傾斜，凹
凸やモータの応答，アンプのゲインの調整のずれなどか
ら生じる、左右の履帯始動の時間的なずれから起きた時
に生じる初期の方向ずれに対して、本発明が有効にその
ずれを補正する制御値のタイムチヤートを示す。

速度指令値V_refが、左右のモータ系に出力された時、
従来の左右独立の速度フイードバツク系だけだと、上記
各要因により、第15図における（ｂ），（ｃ）の実線で
示すようなモータの出力になつてしまう。始動直後に起
きる左右履帯の動作ずれは、その後移動体が進行するに
従つて横方向の位置ずれが積算され、特に通路等を進行
する際には、すぐ壁との接触が生じることになり不都合
である。第15図の（ｂ），（ｃ）に示すように、制御な
しの場合に、第15図の（ｂ）に示す右モータ系の始動t₁
にくらべて第15図の（ｃ）に示す左モータ系の始動t₂と
（t₂−t₁）分だけ遅れた場合に対して、本実施例の第３
図に示す制御系を適用すれば、右モータには始動を遅ら
せる働きをし左モータ系には始動を早める働きをするた
め、第15図の（ｂ），（ｃ）の一点鎖線で示すように左
右モータ系の始動の時間ずれ、始動後の速度の差を小さ
くすることで方向の変化、横方向へのずれを小さくする
効果が得られる。

上述した実施例によれば、左右の履帯の移動量を常に
監視、制御して移動体の向きを常に一定方向に保つよう
に補正装置が働くので、計画した直線径路上から大きく
はずれることなく自律的に直線走行させることができ
る。

本発明の装置は、通常、移動体の位置、速度制御に用
いられているエンコーダとタコジエネレータを備え持つ
制御系に、新しく他のセンサを取り付けることなく、簡
単な処理装置または、マイクロコンピユータ内の簡単な
ソフトウエアを付加するだけで構成することが可能であ
り、軽量，小型低価格，処理のやさしい直進進路補正装
置を提供できる。

本発明の装置は、各モータ系の最終的な移動距離を監
視しているため、速度サーボ系のゲイン調整の誤差や径
年変化を方向フイードバツク系が補正する効果があるた
め、調整を簡略化し保守の手数を少くする効果がある。

第18図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、こ
の実施例は、左右の主動輪の径の異なる移動体におい
て、左右の主動輪11L,11Rの回転角を検出して直進走行
を制御するものである。すなわち、左右の主動輪の径
は、製作上の寸法誤差、使用による変形，摩耗などによ
り、設計上は同じ大きさであつても、実際には異なるこ
とがある。また、設計の段階から、左右の主動輪の径が
異なる場合もある。これらの場合、各主動輪に取付けた
エンコーダで、主動輪の回転角度を計測しても、そのま
まの値で左右の駆動系の移動量を比較することはできな
い。そこで、この実施例では、左積算カウンタ12Rの後
に、エンコーダ出力補正装置71を取り付けてエンコーダ
の出力の積算値を補正する。

左右の駆動体により実際に移動する量を、左右それぞ
れxL,xRとし、その時のエンコーダ出力の積算値がEL,ER
とした場合、これらの間には、 xL＝k₁×EL ……（10） xR＝k₂×ER ……（11）の関係がある。このとき、エンコーダ出力補正装置71で
は、k₁／k₂を積算カウンタ12Rの出力に掛けることによ
り積算カウンタ12Lの出力と比較可能な値とする。

第19図は本発明の他の実施例を示すもので、この実施
例はエンコーダ出力補正装置71の変りに、右実走行距離
補正器72Rをもうけ右積算カウンタ12Rの出力ERに対して
式（10）のk₁を掛け、左実走行距離補正器72Lをもう
け、左積算カウンタ12Lの出力ELに対して式（11）のk₂
を掛けることで加算器13で実走行距離を比較して、方向
フイードバツクの偏差を計算している。これらk₁,k₂の
値は、移動体をある距離直進させた時に、左右の積算カ
ウンタ12L,12Rの出力値と、移動体の移動した距離の値
を実験により決定する。

本実施例によれば、左右の主車輪の径が違つたり、車
輪の向きが、多少ずれていても、実際に走行した情況を
もとに係数が決定され、その補正値が組み込まれるた
め、直進指令が出たときに、その指令を正確に実行する
ことができる。また、保守等で車輪を交換しても、その
車輪に合つた係数を設定し直すことで直進性が確保でき
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、移動体の移動速度が所定の速度以
上では、常に進んでいる方のモータを減速するように走
行制御するため、強い外乱の負荷によるモータの焼付き
やその負荷が無くなったときの暴走を防止しつつ走行制
御を行うことができ、移動体の移動速度が所定の速度よ
り小さい場合では、遅れた側のモータを加速するように
走行制御がなされるため、目標速度を保ち、時刻と位置
の関係を計画に近い形で移動体を走行制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御系のブロツク図、第２
図は本発明を適用する自走移動体システムの概略図、第
３図はその駆動系とセンサの配置図、第４図は方向変化
と履帯移動量の説明図、第５図，第６図，第７図はステ
ツプ状偏差入力に対する系の応答を示すタイムチヤー
ト、第８図は偏差の推移を示すタイムチヤート、第９図
はフイードバツクゲインの違いによる効果を示すタイム
チヤート、第10図および第11図は２つの実施例による走
行軌跡の違いを示した図、第12図はマイクロコンピユー
タを使用した場合の実施例のブロツク図、第13図はソフ
トウエア制御を行つた場合の一実施例のフローチヤー
ト、第14図は第13図内で用いる移動体速度指令値出力の
パターンの一例、第15図は始動時の立上り特性改善の一
例を示すタイムチヤート、第16図，第17図，第18図，第
19図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す制御系のブロ
ツク図である。１……制御信号発生装置、２……減算器、３……加算
器、4R,4L……減算器、5R,5L……速度前向き増幅器、6
R,6L……左右主動輪駆動モータ、7R,7L……左右タコジ
エネレータ、10R,10L……左右主動輪、11R,11L……左右
エンコーダ、12R,12L……左右積算カウンタ、13……加
算器、14……デジタル／アナログ変換器、15……方向フ
イードバツク増幅器、20R,20L……左右履帯、21R,21L…
…左右従動輪、41……マイクロコンピユータ。

フロントページの続き (72)発明者藤江正克土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者亀島鉱二土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (56)参考文献特開昭61−13312（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−72308（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モータによって駆動される駆動輪とこの駆
動輪の回転速度が目標値になるように制御する速度サー
ボ系とを備えた第一及び第二の移動手段をそれぞれ車体
の両側部に設けた移動体の走行制御装置において、移動体の速度指令を出力する制御信号発生装置と、第一及び第二の移動手段に設けられた駆動輪の回転量を
それぞれ検出する第一及び第二の車輪回転量積算センサ
と、第一の車輪回転量積算センサの出力から第二の車輪回転
量積算センサの出力を減算して、各駆動輪の回転量の偏
差を求める減算器と、この減算器の出力を増幅する方向フィードバック増幅器
と、前記制御信号発生装置からの速度指令からこの方向フィ
ードバック増幅器の出力を減算し、その結果を第一の移
動手段に設けられた速度サーボ系への速度指令として出
力する減算器と、前記制御信号発生装置からの速度指令に前記方向フィー
ドバック増幅器の出力を加算し、その結果を第二の移動
手段に設けられた速度サーボ系への速度指令として出力
する加算器と、移動体の移動速度が所定の速度以上で、前記フィードバ
ック増幅器の出力が０以上の場合には前記出力を前記減
算器に接続し、前記出力が０よりも小さい場合には前記
出力を前記加算器に接続し、移動体の移動速度が所定の
速度より小さい場合で、前記出力が０以上の場合には前
記出力を前記加算器に接続し、前記出力が０よりも小さ
い場合には前記出力を前記減算器に接続する切換器とを
備え、前記減算器及び前記加算器からの速度指令に基づいて第
一及び第二の移動手段に設けられた駆動輪の回転速度を
制御することを特徴とする移動体の走行制御装置。