JP2653715B2 - 走行体の旋回角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、走行体、例えばコンクリート打ちした床を
平坦に仕上げる自走式のコンクリート床仕上げロボット
等の走行体の旋回角検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来の走行体、例えばクリート床仕上げロボットは、
ロボット本体の左右に設けられた一対の走行駆動輪によ
り前進走行、左右方向への方向転換走行又は走行停止を
行うことができる走行機構を有しており、ロボット本体
の後部に設けられたトロウェル（回転ごて）を回転させ
ながら走行することによって、コンクリート打ちの済ん
だ床を平坦に仕上げるものである。

更に、作業区域の寸法を指定して作業開始を指示する
だけで、自動的に走行経路を決めて作業を行う無軌道式
自走ロボットの機能を備えており、指示通りの所定経路
に沿って作業を行うために、マイクロコンピュータ、ジ
ャイロコンパス、走行距離センサによりロボット自身の
現在位置を逐次検出し、所定の走行経路との位置ずれを
自動補正しながら走行する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来のコンクリート床仕上
げロボットにあっては、作業開始地点で進行方向のデー
タを初期値として入力すると、その後の進行方向はジャ
イロコンパスにより逐次検出し、走行すべき基準方位と
の誤差を無くすように一対の走行駆動輪を駆動すること
で、確実な走行を実現しているが、このジャイロコンパ
スはコストが高く、更に動作を安定化させるためのラン
ニング時間が電源投入時から２時間程度を要するので、
直ちに作業を開始できない問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたも
のであり、コストが低く且つ走行開始までのランニング
時間を必要としない方位測定手段を備えた走行体を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために本発明は、走行体の
前部に、旋回に伴って回転するオフセット軸を設けると
共に、該オフセット軸にセンサ車輪を設け、且つ前進時
のセンサ車輪の進行方向と走行体の中心線との成す角度
を検出する角度センサを設けて走行体の旋回角を検出す
ることを特徴とする。

またセンサ車輪の走行距離を測定する旋回センサを設
け、定点旋回時にセンサ車輪の走行距離から走行体の旋
回角度を算出する。

更に走行体に旋回角速度センサを設け、この旋回角速
度センサの出力を積分器にて積分して旋回角とすると共
に、両旋回角及び走行指令信号及び旋回指令信号を入力
とし、走行体の旋回角を補正及び選択して走行体の旋回
角とする選択器を設け、走行体の旋回角を検出するよう
に構成してもよい。

［作用］ このような走行体によれば、走行体本体に対して設け
たオフセット軸に支持されたセンサ車輪と、走行体本体
の中心線に対する該オフセット軸の回転角αから進行方
向の誤差を検出する角度センサと、走行体本体の旋回に
伴うセンサ車輪の走行距離Ｌを測定することで走行体本
体の旋回角βを検出する旋回センサから成る極めて簡素
な構成の方位測定手段を備えたので、従来のジャイロコ
ンパスで方位を検出する場合よりもコスト的に安価とな
り、且つランニング時間を必要としないので直ちに作業
を開始することができることから作業性を向上すること
ができる。

また更に、センサ車輪は床に接地すると共に、走行体
本体の走行方向に追従して旋回することとなるので、走
行体本体の走行方向を上記角度センサと旋回センサで精
度良く検出することができる。

更に旋回角速度センサを設けた場合には、この出力を
積分器にて積分し旋回角とすると共に、角度センサから
の回転角を旋回角として、２つの旋回角を選択器に入力
する。選択器では、走行指令信号に応じていずれかの旋
回角を選択して必要に応じて補正をして出力する。この
ようにすれば、走行体の走行状態に応じて、より正確な
旋回角を出力することができ、高精度の検出をすること
ができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。

まず、第１図及び第２図により走行体であるコンクリ
ート床仕上げロボットの構成を説明する。

第1,2図において、ロボット本体２の左右には一対の
走行駆動輪4,6が設けられ、各走行駆動輪4,6は、夫々独
立したモータにより駆動される。

ロボット本体２の後部には、トロウェル部８が連結さ
れ、左右に設けられた一対のトロウェル（回転ごて）1
0,12を駆動モータ14で一定速度に回転することでコンク
リートの床を平坦化する。

ロボット本体２の前部にはバンパー部16が設けられ、
バンパー部16は、ロボット本体２に取り付けられた弓状
の内側フレーム18と外側フレーム20の間に複数の板バネ
22を介して、ワイヤー24で締付けた構造となっている。
又、外側フレーム20には障害物に接触すると接触信号を
出力する接触センサ（図示せず）が内蔵されている。

更に、ロボット本体２の前部には、一対の走行駆動輪
4,6の中心線に沿って前方に突出した支持部26にオフセ
ット軸28が回転自在に支持され、オフセット軸28には床
に接触するセンサ車輪30が取り付けられている。即ち、
第３図に示すように、ロボット本体２が矢印の方向に前
進すると、センサ車輪30はオフセット軸28に追従するよ
うに走行し、又、ロボット本体２が旋回するとオフセッ
ト軸28のオフセットｌを伴ってセンサ車輪30も旋回方向
へ追従して走行する構造となっている。従ってオフセッ
ト軸の回転角は、ロボット本体の旋回角を表わすことに
なる。

支持部26には、このオフセット軸28の回転角αを検出
する光学式のロータリーエンコーダ等の角度センサ（図
示せず）が設けられると共に、センサ車輪30の走行距離
を測定することにより、ロボット本体が旋回動作にある
ときの旋回角を検出する光学式のロータリーエンコーダ
等の旋回センサ（図示せず）が設けられ、検出信号を後
述の制御部に転送するようになってい。

更に、第２図に示すように、ロボット本体２の上部に
は、ポール32により支持された電源ケーブル34が接続し
ている。

第４図は、かかるコンクリート床仕上げロボットに内
蔵される制御装置のブロック図である。

第４図において、ロボット本体２内には、マイクロコ
ンピュータシステムで構成される制御部36が設けられ、
各走行駆動輪4,6及びトロウェル10,12の駆動等の各種の
制御を行う。

制御部36に対しては、バンパー部16に設けられた接触
センサ38、走行駆動輪4,6の走行距離を測定する移動距
離センサ40、方位測定手段に設けられた角度センサ42及
び旋回センサ44の検出出力が供給される。

又、制御部36には、各種の作業条件に関するデータの
入力やオペレータによる手動運転又はロボット自身によ
る自動運転の指示を入力するための設定パネル46と、ロ
ボットの動作状況等を表示するための表示パネル48が接
続している。

更に、左右の走行駆動輪4,6を夫々独立に駆動するモ
ータ50,52への供給電力を制御部36からの制御信号に従
って制御する駆動部54,56と、トロウェル部８の駆動モ
ータ14を駆動させるための供給電力を制御部36からの制
御信号に従って制御する駆動部58を有している。

更に、オペレータが携帯用の無線送信機60によってリ
モート操作すると、無線受信機62で受信して指示に従っ
て動作するようになっている。

次に、かかる構成を有するコンクリート床仕上げロボ
ットの作動を第５図のフローチャートに従って説明す
る。

尚、第６図に示すように、縦ａと横ｂの区域内を作業
するものとし、且つ第６図中の円内を拡大した第７図に
示すように、往路走行でのトロウェル10,12による仕上
げ部分と復路走行でのトロウェル10,12による仕上げ部
分との重なり部分の幅（ラップ幅）がｗとなるように作
業させるものとする。そして、その条件に合致した走行
経路が第６図中の点線で示すものであるとする。

まず、ロボット本体２の中心線（即ち、走行駆動輪4,
6の回転軸を結ぶ軸線の中点で該軸線と直交する線）を
走行経路に一致させると共に、オフセット軸28及びセン
サ車輪30の向きを共に走行経路の方向に一致させるよう
にして、ロボット本体２を走行開始地点P1上に設置す
る。

次に、電源投入後のステップS1において、走行経路を
指定するための条件データを入力する。

即ち、設定パネル46から、作業区域の縦と横の距離デ
ータa,bと、ラップ幅のデータｗと、最初の復路は左右
何れの方向に旋回することで実現すべきかの指示データ
（第６図では左）を指定して、自動作業の開始を指示す
る。これにより、制御部36は、作業領域から外れないよ
うな第６図の点線で示すような往路と復路の数と夫々の
距離及び夫々の間隔等の最適走行経路をデータa,b,wか
ら算出する。そして、トロウェル10,12が回転すると共
に、この最適走行経路に沿って走行するように走行駆動
輪4,6の各回転を制御する。

まず、ステップS2において所定の微小距離ΔK1だけ走
行した後、ステップS3において方向転換すべき位置に到
達したか否かを判断する。

未だ到達しない場合には、ステップS4において制御部
36が角度センサ42の検出角αを受信する。もし検出角α
が零でない場合には最適走行経路から逸脱したと判断
し、ステップS5において最適経路へ戻る方向へ走行させ
るための補正値を算出し、該算出値を駆動部54,56へ転
送することにより、次のステップS2での走行時に、角度
αが零に戻るように走行駆動輪4,6の各回転数を制御す
る。

即ち、ロボットが所定の最適経路上を直進する場合に
は、第８図に示すように、センサ車輪30の進行方向がロ
ボット本体２の中心線と一致するので、角度センサ42の
検出角αは零となり、制御部36は補正値を零に設定する
ことで、そのまま継続して走行駆動輪4,6を回転させ
る。

一方、第９図に示すように、ロボット本体２の進行方
向が最適走行経路の方向から角度θだけずれた場合に
は、第９図に示すように、該ずれ角度θに比例して、セ
ンサ車輪30の走行方向がロボット本体２の中心線に対し
てずれるので、角度センサ42の検出角αは零でなくな
る。制御部36はこの検出角αを受信して、ロボット本体
２の進行方向を検出角αとは逆の方向へ戻るように走行
駆動輪4,6を回転させるための補正値を算出する。第９
図に示すように、進行方向が最適走行経路に対して右方
向へずれた場合には、走行駆動輪４の回転数より走行駆
動輪６の回転数の方が多くなるようにモータ50,52を制
御することで正規の進行方向へ戻す調整を行う。これに
対して逆の方向へずれた場合には、走行駆動輪６の回転
数より走行駆動輪４の回転数の方が多くなるようにモー
タ50,52を制御することで正規の進行方向へ戻す調整を
行う。

このような調整を行って所定の微小距離ΔK2だけ走行
した後、ステップS6では最終地点までの走行が完了した
か否かを移動距離センサ40で検出し、未だ到達していな
い場合は、再びステップS2からの動作を繰り返す。

このように、直進走行時には、ステップS2〜S6の処理
を所定タイミングで繰り返して、角度センサ42の検出角
αが常に零となるように制御することで、所定の走行経
路上を走行する。

次に、ステップS3において、旋回すべき地点（例え
ば、第６図に示す往路から復路へ走行方向を転換すべき
地点）に到達したことを移動距離センサ40の検出信号に
よって判断すると、ステップS7〜S10において、走行駆
動輪4,5の軸線と中心線との交点Ｏを中心として旋回す
るように走行駆動輪4,5を回転させると同時に、旋回セ
ンサ44が旋回開始時点からのセンサ車輪30の走行距離Ｌ
を測定する。そして、所定の旋回角βに達するまで旋回
動作を継続する。尚、交点Ｏからオフセット軸28の取り
付け位置までの距離ｒが一定の旋回半径となり、センサ
車輪30の走行距離Ｌが円弧長に相当するので、制御部36
は次式、 β＝Ｌ÷ｒ によって旋回角βを求める。例えば、第10図に示すよう
に、90゜の旋回を行う場合には、センサ車輪30がＬ＝π
r/2の走行を行ったことを確認するまで旋回動作を行
う。

そして、目的の旋回角βに達するとステップS10にお
いて旋回動作を終了する。

次に、ステップS11において、ラップ幅ｗを設定する
必要があるか否かを判断する。即ち、往路から復路へ進
路変更を行う場合には、ラップ幅ｗの設定が必要となる
ので、ステップS12において、該ラップ幅を設定するに
相当する分だけ直進走行を行い、単なる旋回動作の場合
にはステップS12の動作を行わない。

次に、ステップS14において、再度の旋回動作が必要
か否かの判断を行い、第７図に示すように往路から復路
で進路変更を行う場合には再度の旋回動作を必要とする
のでステップS7〜S12の動作を行う。

次に、旋回動作を完了して再び直進走行へ移る際に、
ステップS15において所定の距離だけ直進走行を行う。
即ち、旋回動作の完了時点では、センサ車輪30は旋回円
の接線方向を向いているので、ステップS15において走
行駆動輪4,6に等しい回転数で所定の距離だけ直進走行
させることで、センサ車輪30の向き及びロボット本体２
の中心線を最適走行経路に一致させる。

そして、再びステップS2からの動作を繰り返すこと
で、第６図の点線で示す最適走行経路に沿った走行を実
現する。

尚、各旋回地点での旋回方向は、最初に設定した旋回
方向に対して順番に交互に反転するように制御部36が処
理する。又、ステップS3,S6,S9,S11,S14の比較判断処理
は、ステップS1において設定した最適走行経路のデータ
を基準にして行う。

このように、センサ車輪30の走行方向と走行距離を検
出して、ロボット本体の走行方向を逐次確認しながら走
行することによって、所定の走行経路上を走行し、自動
的に作業を行うことができる。

次に本発明に係る他の実施例の制御装置のブロック図
を第11図に示す。

本実施例は、旋回動作において更に精度良く進行方向
を検出するために、角度センサ42に代えて角速度センサ
70及び積分器72を使用し、更に選択器74を追加したもの
である。

角速度センサ70は、ロボット本体２の任意の場所に取
り付けることができる。又、角速度センサ70には、振動
ジャイロ等を使用することができる。振動ジャイロは、
低価格であるが、現在の性能では、その出力を積分器72
で積分するとドリフトが発生し、時間と共に増大して使
用不能な程の誤差になるという不都合がある。しかしな
がら短時間ではドリフト誤差は小さいので、１回の旋回
動作時間が短時間であることに着目し、旋回動作におい
て精度良く進行方向を検出しようとするものである。

次に、本実施例の作用を説明する。

角速度センサ70からの出力は積分器72にて積分されロ
ボット本体２の旋回角として選択器74に入力される。
又、角度センサ42はオフセット軸28の回転角αを検出す
ることによりロボット本体２の旋回角として選択器74に
入力される。

選択器74は、ロボットが直進状態か旋回状態かに応じ
て上記２つの旋回角から正確な旋回角を求めて出力す
る。即ち、移動距離センサ40の出力が旋回すべき地点に
到達していないときは、前実施例と同様、角度センサ42
からのオフセット軸28の回転角αを旋回角として出力
し、検出角αが常に零になるように制御する。また、移
動距離センサ42の出力が旋回すべき地点に到達したとき
には、以下の様に旋回角を出力する。

角度センサ42からの旋回角をＡ、積分器72からの旋回
角をＢとし、旋回開始時をT1とすると、旋回開始から旋
回終了までの任意の時間Ｔにおける選択器の出力θ
（ｔ）を、 θ（Ｔ）＝Ａ（T1）＋Ｂ（Ｔ）−Ｂ（T1） とする。この出力は旋回開始時の旋回角を基準にして積
分器72からの旋回角の変化量をとっているため、ドリフ
ト誤差の影響をほとんど受けることなく旋回動作中の旋
回角を正確に求めることができる。いうまでもなく、選
択器74は旋回前のＡ（T1）、Ｂ（T1）又はＡ（T1）−Ｂ
（T1）を記憶しておく必要がある。

更に、旋回動作中だけでなく直進時でも障害物や溝等
にセンサ車輪がかかるとオフセット軸28の回転角αに誤
差が発生するという不都合がある。

このため選択器74に比較器を含ませておき、角度セン
サ42からの出力と積分器72からの出力の差が一時的に大
きくなった場合や角度センサ42からの出力の変化量が急
激に大きくなった場合には、障害物等に当たったものと
して選択器74の出力を切り換えるようにすることもでき
る。即ち、急激に変化する前の角度センサ42の出力をＡ
（T0）とすれば、 θ（Ｔ）＝Ａ（T0）＋Ｂ（Ｔ）−Ｂ（T0） として旋回角を出力すればよい。この直進中もいうまで
もなく選択器74はＡ（T0）、Ｂ（T0）又はＡ（T0）−Ｂ
（T0）を記憶しておく必要がある。

尚、以上のすべての実施例において走行体としてコン
クリート床仕上げロボットを例にとって説明したが、こ
れに限られず旋回角を自動的に検出する走行体であれば
同様に適用できることはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、走行体の前部
に、旋回に伴って回転するオフセット軸を設けると共
に、オフセット軸にセンサ車輪を設け、且つ前進時のセ
ンサ車輪の進行方向と走行体の中心線との成す角度を検
出する角度センサを設けて走行体の旋回角を検出するす
ることで、走行体の旋回角を検出する旋回センサから成
る極めて簡素な構成の方位測定手段を実現でき、従来の
ジャイロコンパスで方位を検出する場合よりもコスト的
に安価となり、且つランニング時間を必要としないので
作業性を向上することができる。

また、センサ車輪は床に接地すると共に、走行体の走
行方向に追従して旋回することとなるので、ロボット本
体の走行方向を上記角度センサと距離センサで精度良く
検出することができる。

更に旋回角速度センサの出力を積分器にて積分し旋回
角とし、角度センサからの旋回角との２つの旋回角を選
択器により走行指令信号に応じていずれかの旋回角を選
択する補正を行うことで、走行体の走行状態に応じて、
より正確な旋回角を出力することができ、高精度の検出
をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の構造を示す平面図； 第２図は本発明による一実施例の構造を示す側面図； 第３図は方位検出手段の構成を示す拡大側面図； 第４図は実施例に設けられた制御装置の構成を示すブロ
ック図； 第５図は実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト； 第６図及び第７図は実施例の処理機能の一例を説明する
ための説明図； 第８図ないし第10図は実施例の走行機能を説明するため
の説明図； 第11図は本発明の他の実施例を示した実施例構成図であ
る。 図中、 2:ロボット本体（走行体） 4,6:走行駆動輪 8:トロウェル部 26:支持部 28:オフセット軸 30:センサ車輪 36:制御部 42:角度センサ 44:旋回センサ 70:各速度センサ 72:積分器 74:選択器

フロントページの続き (72)発明者 大塚 和彦 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社東京計器内 (72)発明者 秋藤 研二 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社東京計器内 (72)発明者 竹内 巨幸 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社東京計器内 (56)参考文献 特開 昭56−63206（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行体の前部に、旋回に伴って回転するオ
   フセット軸を設けると共に、該オフセット軸にセンサ車
   輪を設け、且つ前進時のセンサ車輪の進行方向と走行体
   の中心線との成す角度を検出する角度センサを設けて走
   行体の旋回角を検出することを特徴とする走行体の旋回
   角検出装置。
2. 【請求項２】前記センサ車輪の走行距離を測定する旋回
   センサを設け、定点旋回時にセンサ車輪の走行距離から
   走行体の旋回角度を算出することを特徴とする請求項１
   記載の走行体の旋回角検出装置。
3. 【請求項３】前記走行体に旋回角速度センサを設け、該
   旋回角速度センサの出力を積分器にて積分して旋回角と
   すると共に、両旋回角及び走行指令信号及び旋回指令信
   号を入力とし、走行体の旋回角を補正及び選択して走行
   体の旋回角とする選択器を設け、走行体の旋回角を検出
   することを特徴とする請求項１記載の走行体の旋回角検
   出装置。