JP2733924B2 - 移動体の走行制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、無人搬送車・床面清掃ロボット・自立移
動ロボット等の移動体を経路データに基づいて走行させ
るための移動体の走行制御装置に関するものである。 従来の技術 無人搬送車や各種移動ロボット等の移動体の操舵方式
としては、大きく分けて二つある。一つは、いわゆるPW
S（Power Wheeled Steering）方式と呼ばれるもので例
えば第９図に示すように、本体１の左右に二つの駆動輪
2,3と従輪４を有し、それぞれの駆動輪はモータ5,6およ
びエンコーダ7,8により独立に駆動制御され、この左右
の走行輪2,3の回転数の差を制御することによって直
進、方向変換、スピンターン等の走行制御を行なうもの
である。この方式は簡単な駆動機構でさまざまな走行パ
ターンが容易に行なえるので比較的よく用いられている
が、凹凸がなくすべりのない理想的な平面上を走行する
場合でも左右の駆動輪2,3の形状ばらつき（直径、軸中
心等）や制御ばらつきがそのまま走行誤差となるため、
正確な直進走行は難しい。 もう一つの方式は、一般の自動車にも用いられている
操舵輪方式で、例えば第10図に示すように、本体９には
モータ10により駆動する駆動輪11とモータ12により走行
方向を変える操舵輪13を有し、エンコーダ14によって駆
動輪11の回転数を計測し走行速度を検知するとともに、
エンコーダ15によって操舵輪13の本体９に対する回転速
度および偏位角を計測して走行方向を検知することによ
り走行制御するものである。また、同方式には駆動輪を
別個に設けず操舵輪を直接モータで駆動して操舵輪と駆
動輪を兼用させているものもある。この方式は、本体９
の走行方向が、エンコーダ14から得られる走行速度とエ
ンコーダ15から得られる操舵輪13の回転速度と偏位角の
３変数に関係するため微妙な走行制御は複雑になり難し
いが、操舵輪13を固定して得られる直進走行あるいは一
定曲率走行は容易であり安定しており確実である。 しかしいずれの操舵方式でも、床面の状態によっては
何らかの外部誘導なしでは確実な走行制御はできない。
なぜなら、床面が理想的な水平面であればよいが、現実
には床面の凹凸や傾斜によって走行軌道が変化したり、
駆動輪または操舵輪と床面との間にすべりがあるとそれ
が計測誤差となってしまうからである。 そこで、外部誘導なしで、予め与えられた経路データ
に基づいて移動体を走行制御する方法として、本体に設
けたジャイロコンパスやレートジャイロ等のジャイロセ
ンサによって本体の方向を計測し誘導するものが提案さ
れている。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、直進走行の安定した操舵輪方式でジャ
イロセンサを備えた移動体の走行制御装置では、制御シ
ステムが大きくなり複雑化することは避けられなかっ
た。すなわち、従来のこのような走行制御装置では、走
行中はジャイロセンサの出力から本体の方向を求め、経
路データとして与えられた目標値との比較を行ない、両
者にずれが生じたときは、駆動輪の回転数を計測するエ
ンコーダの出力から求めた走行速度とこのずれの大きさ
とから、操舵輪の方向回転速度と回転角度と保持時間と
を計算し、操舵輪を方向回転するモータとその回転数を
計測するエンコーダとからなるフィードバック系にこれ
らの値を与え、操舵輪の方向を変え、再び本体の方向と
目標値とを比較するというような制御の繰り返しとな
り、方向制御に２つのフィードバック系を必要としてい
た。 このような複雑な制御システムではコスト上のデメリ
ットは当然ながら、フィードバック系が組み合わされた
ことにより制御誤差が大きくなるという問題があった。 そこで、本発明は簡単な制御システムで、外部からの
誘導なしで与えられた経路データに基づいて、確実に走
行できる移動体の走行制御装置を提供するものである。 問題点を解決するための手段 前記問題点を解決する本発明の技術的手段は、本体の
走行方向前方に設けた操舵輪と、後方に設けた従輪と、
操舵輪または従輪を回転して本体を走行させる走行モー
タと、操舵輪の方向を変える操舵モータと、駆動側の車
輪または走行モータの回転数から走行速度を検知する走
行速度センサと、走行面に対する操舵輪の絶対方向を検
知するジャイロセンサと、走行経路を指示する経路デー
タを記憶する記憶装置と、走行速度センサの出力から走
行速度または走行距離を、ジャイロセンサの出力から走
行方向をそれぞれ演算する演算回路と、上記記憶装置と
演算回路とからのデータに基づき走行モータ及び操舵モ
ータを制御する制御回路とを具備したものである。 作用 この技術的手段による作用は次のとおりである。 すなわち、操舵を行う操舵輪を本体の前方に配置する
ことにより、必ず操舵輪の向いた方向に本体は移動する
とになり、しかもジャイロセンサにより操舵輪の向きを
直接計測することにより、本体に対する操舵輪の角度を
検知する必要がないから、方向制御のためのフィードバ
ック系を１つにできるとともに、本体の方向とは関係な
く安定した直進走行および方向転換ができるようにな
る。 実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。 第１図、第２図、第３図において、20は移動体の本体
で、走行面Ａ上を矢印Ｂの方向に走行する。21は本体20
の前方に配置された操舵輪を兼用する駆動輪、22は同じ
く後方に配置された２個の従輪である。23は駆動輪21に
固定された駆動軸21′を回転自在に支持する駆動輪支持
体で、走行モータ24とこの回転を減速する走行減速機2
4′が取り付けられている。走行モータ24は走行減速機2
4′を介して駆動軸21′の一端と接続し駆動輪21を駆動
する。また駆動輪支持体23は操舵モータ25によって本体
20に対して回転させられ、本体20の走行方向が変えられ
る。すなわち駆動軸支持体23の上部に固定された操舵軸
26が本体20に固定された操舵減速機27を介して操舵モー
タ25と接続している。28は操舵軸21′に固定され駆動輪
21とともに回転するエンコーダディスクで、表面に反射
パターンが印刷されている。29はエンコーダディスク28
の反射パターンに光を照射し、その反射光を読み取るこ
とによりエンコーダディスク28の回転速度を検知するフ
ォトインタラプタで、この両者で走行速度センサを構成
している。30はジャイロセンサを構成するガスレートジ
ャイロ、振動型ジャイロ等からなるレートジャイロで、
操舵軸26を介して駆動輪支持体23に取り付けられた駆動
輪21の走行面Ａに対する水平方向の回転角度を検知す
る。31は、ROM、RAM等のメモリからなる記憶装置で、走
行経路を指示する経路データを記憶する。32は、走行速
度センサを構成するフォトインタラプタ29の出力から走
行速度または走行距離を、レートジャイロ30の出力から
走行方向をそれぞれ演算する演算回路である。33は記憶
装置31と演算回路32とからのデータに基づき走行モータ
24および操舵モータ25を制御する制御回路である。なお
本実施例では、演算回路32および制御回路33の判断処理
部にはマイクロコンピュータを使用している。34は回路
収納箱、35は電源を供給するバッテリーである。 ここで、本実施例の制御系を第４図のブロック図に基
づいて説明する。 図のように、演算回路32は、走行速度センサ28,29か
ら駆動輪21または走行モータ24の回転速度データを受け
取り駆動輪21の走行距離を演算すると同時に、レートジ
ャイロ30から出力する駆動輪21の水平方向の角速度アナ
ログデータをA/Dコンバータ36を通してデジタル化した
ものを受け取り駆動輪21の走行方向を演算する。制御回
路33は、走行制御回路33Aと操舵制御回路33Bとからな
る。走行制御回路33Aは、記憶装置31に記憶した経路デ
ータに記述された距離目標値と、演算回路32からの走行
距離データとを入力し比較して走行モータ24の駆動制御
を行ない、操舵制御回路33Bは、一定距離走行するごと
に演算回路32から出るパルスを受け取ると、記憶装置31
に記憶した経路データに記述された方向目標値と、演算
回路32からの走行方向データとを入力し比較して操舵モ
ータ25の駆動制御を行なう。 以上のように構成された移動体の走行制御装置につい
て、以下その動作例を説明する。 まず、記憶装置31より走行制御回路33Aは距離目標値
を、操舵制御回路33Bは方向目標値を入力する。次に操
舵制御回路33Bは演算回路32より現在の走行方向すなわ
ちレートジャイロ30の出力から演算された駆動輪21の方
向データを入力する。そして、この方向データと方向目
標値とを比較し、異なる場合は操舵モータ25を駆動して
操舵輪21を方向目標値に近づく方向に向け、再び方向デ
ータを入力する。この動作を繰り返すことにより方向デ
ータと方向目標値とが等しくなる。つまり操舵輪21が目
標方向を向いたことになる。この状態で、走行制御回路
33Aは走行モータ24を作動し、移動体の本体20は走行を
始める。走行中は、走行制御回路33Aは演算回路32より
現在の走行距離すなわち走行を始めてからの距離データ
を入力し、距離目標値と比較する。ここで、もし距離デ
ータと距離目標値とが等しければ走行モータ24を停止し
て走行は停止するが、そうでない場合、操舵制御回路33
Bは演算回路32から一定距離走行パルスが来ているかど
うかを確認し、来てなければ再び走行制御回路33Aは距
離データを入力し以上の動作を繰り返す。パルスが来て
いれば、操舵制御回路33Bは演算回路32から方向データ
を入力し、方向目標値との比較によって軌道がずれてい
るかどうか判断し、ずれていれば操舵モータ25を駆動し
て軌道のずれを修正し、再び距離データを入力して以上
の動作を繰り返す。ずれがなければ、そのまま以上の動
作を繰り返す。制御回路33はこのような動作を繰り返す
ことによって、本体20は与えられた軌道上を走行するこ
とができる。 この制御回路33の動作のフローチャートを第５図に示
す。 このように、駆動輪支持体23にレートジャイロ30を取
り付けることにより、方向制御はレートジャイロ30と操
舵モータ25からなる１つのフィードバック系で行なえ
る。 ところで、記憶装置31に記憶する経路データを、例え
ば第６図に示すように、直進すべき方向と、その直進距
離との組で記述しておき、制御回路33は１つの直進走行
を終えて停止するごとにこれを順次読み出して目標値に
設定するようにしておけば、走行経路のプログラムは容
易になるし、走行中は直進制御のみになり制御回路33の
制御が単純になる。この第６図の経路データによって走
行させた場合の走行経路は第７図のようになる。 なお、本実施例では駆動輪21を１輪で構成している
が、例えば第８図に示すように駆動輪を２輪で構成し、
この駆動輪40,41を差動歯車42で接続するようにしても
良い。図において、43は駆動輪支持体、44は走行モー
タ、45は減速機、46、46′は走行モータ44の回転を差動
歯車42に伝える歯車、47は走行モータ44の回転数から走
行速度を検知する走行速度センサである。このように構
成すれば、たとえ走行停止時に操舵輪26を回転して走行
方向を変える場合でも、駆動輪40、41はそれぞれ逆回転
するのでこれが走行面Ａを傷めることがない。 また本実施例では、レートジャイロ30を操舵軸26を介
して駆動輪支持体23に取り付けているが、駆動輪支持体
23に直接取り付けても同様の効果が得られることは言う
までもない。要は、レートジャイロ30が駆動輪支持体23
の水平方向の回転角速度を検知できるように取り付けれ
ば良い。 また、記憶装置31としては単なる内部メモリだけでな
く、例えばプロッピーディスクやICカード等の外部メモ
リであっても良い。 発明の効果 以上のように本発明は、操舵を行う操舵輪を本体の前
方に配置することによって、必ず操舵輪の向いた方向に
本体は移動することになり、しかもジャイロセンサによ
り操舵輪の向きを直接計測することにより、方向制御の
ためのフィードバック系を１つにできるとともに、本体
の方向とは関係なく安定した直線走行および方向転換が
できるようになるもので、簡単な制御システムで、外部
からの誘導なしで与えられた経路データに基づいて、確
実に走行できる移動体の走行制御装置が提供できるもの
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例による移動体の走行制御装置
の側断面図、第２図は同移動体の走行制御装置の正面断
面図、第３図は同移動体の走行制御装置の平断面図、第
４図は同制御系のブロック図、第５図は同制御回路の動
作を示すフローチャート、第６図は同経路データの一例
を示す説明図、第７図は同経路データによる走行経路を
示す説明図、第８図は駆動輪を２輪で構成した場合の他
の実施例を示す図、第９図、第10図は従来の移動体の操
舵方式を示す説明図である。 20……移動体の本体、21……駆動輪、22……従輪、23…
…駆動輪支持体、24……走行モータ、25……操舵モー
タ、28,29……走行速度センサ、30……レートジャイ
ロ、31……記憶装置、32……演算回路、33……制御回
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−48110（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−1206（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−196305（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．本体の走行方向前方に設けた操舵輪と、後方に設け
   た従輪と、操舵輪または従輪を回転して本体を走行させ
   る走行モータと、操舵輪の方向を変える操舵モータと、
   駆動側の車輪または走行モータの回転数から走行速度を
   検知する走行速度センサと、走行面に対する操舵輪の絶
   対方向を検知するジャイロセンサと、走行経路を指示す
   る経路データを記憶する記憶装置と、走行速度センサの
   出力から走行速度または走行距離を、ジャイロセンサの
   出力から走行方向をそれぞれ演算する演算回路と、上記
   記憶装置と演算回路とからのデータに基づき走行モータ
   及び操舵モータを制御する制御回路とを具備した移動体
   の走行制御装置。 ２．制御回路は、経路データに記述された距離目標値と
   演算回路からの走行距離データとの比較により走行モー
   タの駆動を制御する走行制御回路と、一定距離を走行す
   るごとに、経路データの方向目標値と演算回路からの走
   行方向データとの比較により操舵モータの駆動を制御す
   る特許請求の範囲第１項記載の移動体の走行制御装置。 ３．記憶装置に記憶される経路データは、直進するため
   の走行方向データと走行距離データからなり、制御回路
   は、このデータの組を順次目標値に設定して走行モータ
   及び操舵モータを制御する特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の移動体の走行制御装置。