JP2609891B2 - 自走式作業車 - Google Patents

自走式作業車

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JP2609891B2 JP63033277A JP3327788A JP2609891B2 JP 2609891 B2 JP2609891 B2 JP 2609891B2 JP 63033277 A JP63033277 A JP 63033277A JP 3327788 A JP3327788 A JP 3327788A JP 2609891 B2 JP2609891 B2 JP 2609891B2
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 イ) 産業上の利用分野 本発明は、作業車本体に設けたセンサが作業する領域
内に想定された走行経路からの該作業車の位置ずれを検
知するとともに、その検知結果に基づいて作業補正をし
ながら該走行経路上を走行し自動的に作業する自走式作
業車に関する。
ロ) 従来の技術 従来、この主の作業車については、種々考えられてい
る。
たとえば、センサ技術(1984−4月号第52〜56頁)に
記されている床面清掃ロボットや特開昭61−304432号の
自立型作業車がある。これらの作業車ではまず壁に沿っ
て内部を一周して部屋の形状と広さを認識した後、前進
・反転をくり返して作業を行っている。これらのロボッ
トでは駆動輪に直結した駆動輪の回転角検出用のエンコ
ーダか、駆動とは別に設置した車輪(計測輪)の回転角
検出用のエンコーダの出力差により位置を検出し、走行
中の位置修正を行う。しかし、これらの駆動輪、計測輪
は走行する床面の状態によってすべりエンコーダの出力
から算出した作業車の走行位置及び方位が実際の位置及
び方位からずれる場合があり、その欠点を除去するため
に、上記床面清掃作業車ではジャイロを搭載し、発生し
た計測誤差の補正を行っている。しかし、このジャイロ
は非常に高価なものでかつ技術的にも立ち上り時間、寿
命等の問題があり、低価格な手段が求められている。
ハ) 発明が解決しようとする課題 このため、側面部に超音波センサを設け、側面からの
距離を計測して、走行経路が所定の経路になるよう補正
しながら走行する作業車も提案されている。然し乍ら、
室内の壁面は必ずフラットとは限らず、場所によっては
凹凸があり、正確に作業車の位置検知が出来なくなると
云う不都合があった。
ニ) 課題を解決するための手段 本発明は、室内を自走しながら種々の作業を行う自走
式作業車において、作業車本体側面に設けられた複数の
距離センサと、作業領域の地図情報および走行経路情報
を保持する情報保持手段と、作業車本体の走行制御を行
う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記情報保持
手段内の作業領域の地図情報および走行経路情報に基づ
いて、作業車両側の壁の内、前記距離センサによる距離
計測の基準となる壁面として作業車が最も近接する平坦
形状の壁面を選択する選択手段と、該選択手段で選択さ
れた側の壁面からの距離を前記距離センサによって計測
して自己の位置を確認補正しながら所定の経路に沿って
走行を行う補正手段とを有していることを特徴とするも
のである。
ホ) 作用 上記選択手段で、作業車の側面側の壁の内フラットな
壁を選び出し、この壁との距離に基いて位置補正をしな
がら走行することにより、位置検知は正確になり、作業
車を走行経路に正確に保つことが出来る。
ヘ) 実施例 第1図は本発明自走式作業車の原理模型図である。こ
の図面において、作業車本体(1)は、その駆動輪
(2)(3)を個別に駆動する一対のモータ(4)
(5)、作業手段(6)、及びこれらを制御する制御手
段(7)等を有している。また、作業手段(16)として
は、例えば清掃装置が用いられ、吸込口、集塵ファン及
びそのモータを具備している。(8)(9)は本体を支
持するキャスタで、特にキャスタ(9)は回転自在に設
けられている。さらに、作業車本体(1)はその前面・
後面・両側面の計4面に各々2個づつの超音波センサ
(10)〜(17)を備え、また各駆動輪(2)(3)には
その回転量を計数するためのエンコーダ(18)(19)を
備えている。
センサ(10)〜(17)、エンコーダ(18)(19)と制
御手段(7)の関係を示すブロック図を第2図に示す。
この図面において、各エンコーダ(18)(19)の出力は
検出部(20)で検出されている。その検出出力は波形整
形回路(21)で波形整形された後、インターフェイス
(22)を介してカウンタ(28)に入力され、このカウン
タにて単位時間当りの出力パルス数が計数される。作業
領域の環境を検知するための超音波センサ(10)〜(1
7)は音波を発して、その音波が反射してもどってきた
時を検知するようになっていて、この音波の発信タイミ
ング、受信タイミングの信号が検出部(24)、波形整形
回路(25)、インターフェイス(22)を介してタイマ
(26)に与えられ、この反射音波が返ってくるまでの時
間がこのタイマ(26)で計られ、壁までの距離が計数さ
れる。そして、計数された値は演算部(27)、メモリ部
(28)に入力される。また、上記メモリ部(28)には作
業車の作業領域形状情報(地図情報)や走行経路情報が
記憶されている。
次に作業車本体の動作を第3図のような障害物(30)
や凹凸のある壁(31)を有した作業領域(29)を作業す
る場合について説明する。作業車(1)には、予め作業
領域の大きさ、障害物(30)の位置、大きさ、各々の壁
が平たんか凹凸があるか、経路データ等が与えられてい
て、この情報に基いて姿勢・位置のずれを動作開始前又
は方向転換後の各直進走行前に補正する。第3図の状況
では、右側方には障害物があり、超音波センサ(12)で
の壁までの距離測定が不可能であり、前方には凹凸のあ
る壁(31)がありこの壁までの距離測定は不正確になる
ので基準面とはなり得ない。このように作業車の走行経
路基準情報に従った現在位置(x,y)とメモリ部(28)
内に記憶された作業領域の地図情報とから基準面となり
得るフラットな壁の中で最も近い壁を演算部(27)で探
索・演算して作業車は自立的に距離測定する方向を決定
する。第3図では、基準面となり得る壁は左側方と後方
であり、この内、距離が近い方の後方の側面までの距離
を夫々超音波センサ(16)(17)により測定する。この
時のセンサ(16)(17)による壁までの距離測定値を各
々l1,l2とすると作業車の姿勢のずれθは、θ=tan
-1(l1−l2/d)である。ここでdは、超音波センサ(1
6)(17)の間隔である。そして姿勢のずれθだけ、
制御手段(7)により左右の車輪(2)(3)を駆動し
て補正する。姿勢の補正後、作業車の前後方向の位置の
補正を行うが、前後方の中で基準となり得る壁で最も近
い壁(第3図では後方)との距離を測定し、経路情報内
の現在位置と実際の位置のずれyoを同様に制御手段によ
り車輪で駆動して補正する。
以上のように姿勢・位置の補正を行い、その後再度姿
勢θを算出しその角度を前進走行の基準姿勢としてメ
モリ部(28)内に保持して直進走行を開始する。
こうした作業車の位置及び姿勢の補正は作業車が停止
して方向転換をするときに必ず行うが、フラットな基準
面が見つからない場合は姿勢あるいは位置の補正が省略
される。このような作業車の動作を第4図の流れ図に示
す。
尚、作業領域の地図情報を使わず、作業車の各側面に
設けた各々2個の超音波センサ(12)〜(17)からの出
力を用いて基準面決定の判断をすることも可能である。
また、地図情報や作業領域情報はメモリ部(28)に位置
したがこれはメモリカード等に記憶させ演算部(27)に
連なった情報読取手段に着脱自在としても良い。
次に上記第4図の直進走行動作に関して第5図のよう
な作業領域を走行する場合についての動作を説明する。
作業車本体(1)が図中の点線で示す経路を走行する前
に、予め与えられた作業領域の地図情報および走行経路
情報から判断して走行の基準面を決定する。第5図のよ
うにまずa区域では、右側方に障害物があることが地図
情報からもわかるため、左側方を基準面としてこれを距
離センサ(超音波センサ)により距離測定してこの距離
が一定になるよう補正走行する。次にb区域では、左側
方に複数の障害物があることが地図情報からもわかるた
め、右側方を基準面としてこれを距離センサ(超音波セ
ンサ)により距離測定して補正走行する。なお、両側面
とも基準面となり得る時は、距離の近い方を基準面とす
る。次にc区域では右側方は凹凸のある壁で左側方は障
害物があり、いづれの面も基準面とはなり得ない。この
場合は駆動輪(2)(3)の回転角を検知するエンコー
ダ(18)(19)の左右の出力差と直進動作直前の基準姿
勢θにより作業車の姿勢θnを随時算出しており、こ
の値を用いて姿勢による補正走行を行う。
なお、各々a,b,c区域の距離測定方向の変化点は、作
業領域の地図情報と回転角検出器(エンコーダ)から算
出した作業車の直進距離を照合して認識する。こうした
直進走行動作の流れ図を第6図に示す。
第7図は直進走行動作の他の実施例を示すための作業
領域の模式図であって、第8図の流れ図とともに走行動
作を説明する。この場合は、作業車本体(1)が第7図
中の点線で示す経路を走行中左右の内近い方の側面、例
えば左側面を超音波センサで測り、センサの出力により
側面からの距離を例えば一定のlaに保って走行するよう
に補正制御される(第7図中a区域)。また、側面の壁
が基準となり得ない時や左側方に障害物等があり超音波
センサの出力がばらつき、基準値となり得ない場合は、
左右の車輪(3)(2)に対応するエンコーダ(19)
(18)の出力差から作業車の姿勢θn以下のように随時
算出しており、この値を用いて姿勢による補正走行を行
う。(第7図中、b区域) dθ=(ΔLk−ΔRk)/T ここでΔLk・ΔRkは左右各々の車輪の単位時間当たり
の進行距離、Tはトレッド(車輪間の距離)、dθ
単位時間当りの姿勢変化量、θは直進走行前の姿勢、
θnは現在の姿勢である。
次に超音波センサの出力が大きく変化した後(図中に
示すla→lbに変化した後)その出力lbが一定間隔以上継
続した時は、当初の側方の壁までの距離の基準laを書き
換え、新たな基準lbをメモリ部(28)に保持して超音波
センサ出力がこの値になるように、補正走行を行う(第
7図中c区域)。
なお、図中のa,b,c区域の各々の走行は、上に述べた
ように主として超音波センサの出力により判断して基準
を変える方法を示したが、これは予め与えられた作業領
域の地図情報と走行経路情報と、作業車の現在位置から
判断して基準を変える方法を採用しても良い。
ト) 発明の効果 以上の如く本発明によれば、作業領域の地図情報およ
び走行経路情報に基づいて、作業車両側の壁の内、作業
車が最も近接する平坦形状の壁面を選択し、その壁との
距離を計測して走行中の位置確認が行われるので、位置
検出が正確になり、作業車の位置補正が適確に行われ
て、作業車を正確に所定の走行経路に保つことが出来
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明自走式作業車を上面から見たときの構成
模式図、第2図は本発明自走式作業車の走行制御機構を
示すブロック図、第3図、第5図、第7図は作業領域の
模式図、第4図、第6図は本発明自走式作業車の動作を
示す流れ図、第8図は本発明自走式作業車の他の動作例
を示す流れ図である。 (1)……作業車本体、(2)(3)……駆動輪、
(4)(5)……モータ、(6)……作業手段、(7)
……制御手段、(8)(9)……キャスタ、(10)〜
(17)……超音波センサ、(18)(19)……エンコー
ダ、(20)(24)……検出部、(21)(25)……波形整
形回路、(23)……カウンタ、(26)……タイマ、(2
7)……演算部、(28)……メモリ部、(29)……作業
領域、(30)……障害物、(31)……壁。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−4814(JP,A) 特開 昭60−178373(JP,A) 特開 昭62−276611(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】室内を自走しながら種々の作業を行う自走
    式作業車において、 作業車本体側面に設けられた複数の距離センサと、 作業領域の地図情報および走行経路情報を保持する情報
    保持手段と、 作業車本体の走行制御を行う制御手段と、を備え、 前記制御手段は、前記情報保持手段内の作業領域の地図
    情報および走行経路情報に基づいて、作業車両側の壁の
    内、前記距離センサによる距離計測の基準となる壁面と
    して作業車が最も近接する平坦形状の壁面を選択する選
    択手段と、該選択手段で選択された側の壁面からの距離
    を前記距離センサによって計測して自己の位置を確認補
    正しながら所定の経路に沿って走行を行う補正手段とを
    有していることを特徴とした自走式作業車。
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