JP2825239B2

JP2825239B2 - 移動体の自動誘導制御装置

Info

Publication number: JP2825239B2
Application number: JP63229001A
Authority: JP
Inventors: 久士穂積
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JPH0276008A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は移動体の自動誘導制御装置に係り、特に床面
移動式の点検監視用ロボットなどに適用され、各種プラ
ントおよび工場などの通路を移動・巡回するのに適した
移動体の自動誘導制御装置に関する。

（従来の技術）近年、各種プラントおよび工場などでは、オペレータ
による現場点検作業のうち比較的簡単な点検作業や夜間
の監視などを代行してオペレータの負担を少なくし、ま
た点検監視作業をより確実にする目的として、点検監視
用ロボットが用いられる傾向にある。このような転換監
視用ロボットは、点検監視すべき対象が広範囲にわたる
ため、例えば車輪等の走行手段を備えている。

従来、走行手段を備えたロボット等の移動体を誘導す
る手段としては、例えば移動体の移動ルート床面に誘導
電線を埋設し、その誘導電線に特定周波数の電流を流
し、誘導電線の周囲に発生する磁界を移動体に設けられ
た検出コイルで検出しながら誘導するものや、移動ルー
トの床面上に帯状の反射体からなる誘導帯を設け、移動
体の下面に配設された投光素子と受光素子で誘導帯を追
跡して誘導するものなどがある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、前者の電磁誘導方式は、床面に誘導電
線を埋設するため、誘導電線の埋設工事が大変であり、
しかも床面が金属の場合には誘導電線周囲に発生する磁
界が減衰して誘導できなくなるという問題があった。

また、後者の光学誘導方式は、移動体が誘導帯から離
脱したり、誘導帯が汚れていて誘導帯の反射光を検出で
きなくなった場合、その場所で停止してしまうという問
題があった。さらに前者および後者の両方式は、移動体
の移動ルート上に障害物が存在する場合には障害物を回
避することができないなどの問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、床
面に誘導帯や反射帯などのガイドを必要とせず、例えば
通路脇に存在する壁面に沿って移動体を移動させること
が可能な移動体の自動誘導制御装置を提供することを目
的とするものである。

［発明の構成］（発明が解決しようとする課題）上記課題を解決するため、本発明では次のような手段
により移動体の自動誘導制御装置を構成するものであ
る。

（１）床面上を移動する移動体の地図情報を記憶した記
憶部と、前記移動体の前面に設けられた第１の距離セン
サと、前記移動体の側面に水平方向に設けられた複数個
の第２の距離センサと、前記第１の距離センサ及び前記
第２の距離センサの出力をそれぞれ信号処理する信号処
理回路と、この信号処理回路の出力信号が入力され、前
記第２の距離センサの検出距離に基づいて走行中のずれ
量を求めると共に車体角を求め、且つ前記第１の距離セ
ンサ及び第２の距離センサの検出距離に基づいてコーナ
部を検出すると共に前記記憶部に記憶されている地図情
報に基づいて前記移動体の位置を検出する位置検出部
と、この位置検出部の検出結果に基づいて前記移動体の
移動方向を制御する制御部とを具備する。

（２）上記（１）記載の移動体の自動誘導制御装置にお
いて、移動体の前面に設けられる第１の距離センサを複
数個として位置検出装置により前方の面と進行方向のず
れを検出するようにしたものである。

（３）床面上を移動する移動体の地図情報と移動ルート
を座標値として記憶した記憶部と、前記移動体の前面に
スキャナーにより検出方向のスキャンが可能に設けられ
た第１の距離センサと、前記移動体の側面に水平方向に
設けられた複数個の第２の距離センサと、前記移動体の
走行距離を検出する走行距離センサと、前記第１の距離
センサ及び前記第２の距離センサの出力をそれぞれ信号
処理する信号処理回路と、この信号処理回路の出力信号
が入力され、前記第１の距離センサにより障害物が検出
されるとその形状、大きさ及び位置を求めると共に前記
記憶部に記憶されている地図情報に基づいて前記移動体
が通行可能かどうかを判定し、且つ前記第２の距離セン
サの検出距離に基づいて車体角を求めると共に前記走行
距離センサからの走行距離と前記記憶部に記憶されてい
る地図情報とに基づいて前記移動体の現在位置を求める
位置検出部と、この位置検出部で求められた前記移動体
の現在位置と前記記憶部に記憶されている地図情報から
移動ルートに対するずれ量を求め、このずれ量が小さく
なるように前記移動体の移動方向を制御し、且つ前記位
置検出部により障害物が検出されて前記移動体が通行で
きないと判定されると前記障害物を回避する進路を求め
て前記移動体の移動方向を制御する制御部とを具備す
る。

（作用）上記（１）に係る発明によれば、移動体の側面に水平
方向に設けられた複数個の第２の距離センサにより移動
体の進行方向に対するずれ、即ち車体角αを検出するこ
とができ、その車体角によって移動体の進行方向を制御
することができる。また、移動体の前面に設けられた第
１の距離センサと上記第２の距離センサによって進行通
路のコーナ部を検出することができると共に、側面に存
在する突起部を検出することができる。

また、上記（２）に係る発明によれば、上記（１）に
係る発明の作用効果に加え、例えば前方の階段などがあ
った場合には、前方に設けられた複数の第１の距離セン
サにより前方の面と進行方向のずれを検出することがで
き、階段面に垂直に移動体を制御し、階段昇降の際の転
倒を防止することができる。

さらに、上記（３）に係る発明によれば、移動体の前
面に設けられる第１の距離センサがスキャナーにスキャ
ン可能に取付けることにより、その移動体の進行方向に
障害物が存在する場合にはその形状、大きさ及び位置を
検出することができ、移動体が通行できないと判定され
ると前記障害物を回避する進路を求めて障害物を回避す
る進路をとることができる。

（実施例）以下、第１図ないし第５図を参照して本発明の実施例
を説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す図で、同図（ａ）
は移動体の平面図、同図（ｂ）は移動体の移動方向を制
御する制御装置の構成図である。第１図において、移動
体１は駆動輪2a,2bおよび操舵輪３を備えており、床面
上を自由に移動できるようになっている。上記移動体１
の周囲には超音波式または光電式等の複数個の距離セン
サ4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g,4hが取付けられており、これ
らの距離センサ4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g,4hは同図（ｂ）
に示す如くそれぞれ信号処理回路5a,5b,5c,5d,5e,5f,5
g,5hを介して制御装置６の位置検出部７に接続されてい
る。なお、第１図（ａ）に示す矢印は距離センサ4a〜4h
の検出方向を示したものである。

前記制御装置６の制御部８は位置検出部７の出力信
号、記憶部９に記憶されている地図情報およびステアリ
ング角度検出センサ14の出力信号を入力し、移動体１の
走行状態に応じて位置検出部７に制御信号を送出すると
ともに、駆動回路10に各モータ11,12,13に対する回転速
度の指令を出力するものである。なお、モータ11はステ
アリングモータで、減速機等で構成したステアリング機
構を介して操舵輪３の方向を変え、移動体１の移動方向
を変更するものである。また、モータ12,13は走行用モ
ータで、減速機等を介して駆動輪2a,2bを駆動し、移動
体１を前後進させるものである。

このように構成される本実施例では、移動体１が第２
図に示すような通路15上を移動する場合、予め記憶部７
に通路15の両側に存在する壁16a,16b等の地図情報を入
力しておく。制御部８では記憶部７に記憶してある情報
に基づいて距離センサ4a〜4hの中から位置演算に使用す
る距離センサを選び出し、その結果を位置検出部７に送
出する。すなわち、移動体１が第２図（ａ）に示す位置
にある場合は距離センサ4c,4eで壁16a間の距離を検出す
るか、距離センサ4f,4hで壁16b間の距離を検出する。こ
こで、距離センサ4cまたは距離センサ4fの検出距離をLf
距離センサ4eまたは距離センサ4hの検出距離をLr、移動
体１が移動ルート上を走行した場合の壁16aまたは16bま
での距離をLsとすると、前進時のずれ量＝Lf−Ls …（１）後進時のずれ量＝Lr−Ls …（２）として求めることができる。また、移動体１の壁面に対
する方向（以下車体角という）αは、距離センサ4cと4e
の間隔または距離センサ4fと4hの間隔をＬとすると、 α＝tan^-1（Lf−Lr/L） …（３）として求めることができる。このようにして位置検出部
７で求めたずれ量および車体角は制御部８へ送られ、制
御部８では位置検出部７で求めたずれ量および車体角が
小さくなるように駆動回路14に指令値を出力し、ステア
リングモータ11を駆動して移動体１の位置補正を行な
う。

また、本実施例では距離センサ4a,4bで移動体１の前
方に位置する壁16aとの距離を検出するか、または距離
センサ4fで壁16bの有無を検出することにより、第２図
（ｂ）に示すようなコーナ部17を検出できる。そして、
コーナ部17では例えば操舵輪３を所定の角度にした状態
で、移動体１の移動量を検出する距離センサを用いて移
動体１を所定の距離だけ移動させることによりコーナ部
17を曲がることができる。

さらに、第２図（ｃ）のように壁16aに突起18が存在
する場合は、距離センサ4c,4d,4eのそれぞれの検出距離
から突起18が存在することを判断できる。なお、第２図
（ｃ）に示す位置に移動体１が位置する時は、距離セン
サ4dと4eで車体角を求めることができる。また、ずれ量
も距離センサ4dまたは4eの検出値から求めることができ
る。

第３図は移動体１が階段19を上るときの例を示す図
で、この場合移動体１は階段途中で方向を変えるのは望
ましくないので、階段19の手前で階段19に対して垂直に
向くように制御する。同図（ａ）は移動体１が前進して
階段19に垂直に向く例であり、この場合距離センサ4a,4
bで階段19の１番目のステップまでの距離を検出し、階
段19に対する移動体１の車体角αを求め、車体角αが小
さくなるように制御部８で駆動回路10に指令値を出力
し、ステアリングモータ11を回転させる。このとき移動
体１は矢印Ａ方向に移動する。また、第３図（ｂ）は移
動体１が階段19に対して完全に垂直に向けることができ
なかった場合、移動体１を後退させて階段19に対して垂
直に向くように制御する例であり、このとき移動体１は
矢印Ｂ方向に移動する。

このように本実施例では、通路脇に存在する壁面に沿
って移動体を誘導するため、床面に誘導帯や反射帯を設
ける必要がなく、移動体１を誘導することができる。

次に第４図および第５図を参照して本発明の第２実施
例について説明する。なお、第１実施例と同一部分には
同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。第４図に
おいて、移動体１は駆動輪2a,2bおよび操舵輪３を備え
ており、床面上を自由に移動できるようになっている。
移動体１の周囲には、超音波式または光電式等の複数個
の距離センサ4a,4b,4c,4d,4eが取付けられており、これ
らの距離センサ4a〜4eはそれぞれ信号処理回路5a,5c,5
d,5eを介して制御装置６の位置検出部７に接続されてい
る。そして、距離センサ4aは移動体１の前部に設けられ
たスキャナー20に取付けられており、検出方向を矢印方
向にスキャンできるようになっている。なお、図中21は
スキャンモータ、22はスキャン角度検出センサ、23はス
キャナーコントローラ、24は入出力部、25は共通バスで
ある。

このように構成される第２実施例では、移動体１が第
５図に示す通路15上を移動する場合、予め記憶部９に壁
16等の地図情報と移動体１の移動ルート（例えばスター
トポイントPsとエンドポイントPe）を（X,Y）の座標値
で入力しておく。そして、位置検出部７では距離センサ
4b,4cの出力信号を信号処理回路5b,5cを介して入力し、
壁面16までの距離Lb,Lcを検出する。ここで、距離セン
サ4bと4cの間隔をＬとすると、移動体１の壁面16に対す
る方向（車体角）αは α＝tan^-1（Lb−Lc）/L …（４）として求めることができる。また、エンコーダ等の走行
距離センサからの信号を入出力部24より入力し、記憶部
９に記憶してある地図情報に基づいて移動体１の現在位
置を位置検出部７で算出する。

このようにして位置検出部７で求められた移動体１の
現在位置は共通バス25を介して制御部８に入力され、制
御部８では移動体１の現在位置と記憶部９に記憶してあ
る地図情報から移動ルートに対するずれ量を算出し、算
出したずれ量が小さくなるように駆動回路10に制御信号
を出力してステアリングモータ11を回転させる。

また、第５図に示すように通路15上に障害物26が存在
する場合は、距離センサ4aをスキャナー20でスキャンす
ることにより、障害物26の形状、大きさ、位置等を検出
することができる。すなわち、障害物26のポイントS1と
移動体１の距離はLa1であり、このときの距離センサ4a
の角度はθ１であるから、移動体１の座標をX0,Y0、車
体角をαとすると、ポイントS1の座標XS1,YS1は、 XS1＝cos（θ１＋α）＊La1−X0 …（５） YS1＝sin（θ１＋α）＊La1−Y0 …（６）として算出することができる。

また、障害物26のポイントS2と移動体１の距離はLa2
であり、このときの距離センサ4aの角度はθ２であるか
ら、ポイントS2の座標XS2,YS2は XS2＝cos（θ２＋α）＊La2−X0 …（７） YS2＝sin（θ２＋α）＊La2−Y0 …（８）として算出することができる。

さらに、記憶部９に記憶してある地図情報から壁面16
のポイントS3の座標XS3,YS3を求めることができる。そ
の結果、障害物26と壁面16との距離を算出し、移動体１
が通行可能かどうかを判断する。移動体１が障害物26と
壁面16との間を通行できない場合は、障害物26のポイン
トS1側を迂回する目標ルートを、コースずれを最小とす
るため移動体１の最小旋回半径ｒから自動生成する。す
なわち、位置検出部７で共通バス25を介して記憶部９に
目標ポイントP1,P2,P3,P4のデータを書き込む。目標ポ
イントP1と障害物26との間隔は移動体１の最小旋回半径
ｒの２倍＋Ｋ（定数）に設定し、目標ポイントP1とポイ
ントPa間およびポイントPaと目標ポイントP2間はそれぞ
れ最小旋回半径ｒとする。また、目標ポイントP4と障害
物26のポイントS1間および目標ポイントP4とポイントPb
間の間隔はそれぞれ最小旋回半径ｒ＋Ｋ（定数）に設定
し、ポイントPbと目標ポイントP3間は最小旋回半径ｒと
する。そして、制御部８は記憶部９に記憶してある障害
物回避ルートと、移動体１の現在位置におけるずれ量を
算出し、このずれ量が小さくなるように共通バス25、入
出力部24を介して駆動回路10に制御信号を出力し、ステ
アリングモータ11および走行モータ12,13を駆動して移
動体１の位置補正を行なう。

移動体１が目標ポイントP4近傍に到達した時点で、障
害物26のポイントS4を検出し、目標ポイントP5のデータ
を記憶部９に書き込む。障害物26のポイントS4と目標ポ
イントP3間は最小旋回半径ｒ＋Ｋ（定数）に設定する。
また、移動体１が目標ポイントP5近傍に到達すると、距
離センサ4bの検出値からも障害物26を回避したことを判
断できる。そこで、初期ルートへ戻るための目標ルート
を同様にして移動体１の最小旋回半径ｒから自動生成す
る。すなわち、位置検出部７で共通バス25を介して記憶
部９に目標ポイントP6,P7,P8のデータを書き込む。制御
部８は同様にずれ量が小さくなるように移動体１の位置
補正を行なう。

なお、上記第２実施例では距離センサ4b,4cの検出値
で壁面16に対する移動体１の方向（車体角度）αを求
め、さらにエンコーダ等の走行距離センサからの出力信
号から地図上における移動体１の現在位置を算出してい
るが、走行距離センサとステアリング角度センサの検出
結果から算出してもよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、床面上を移動す
る移動体の地図情報を記憶した記憶部と、前記移動体の
周囲に取付けられた距離センサからの出力信号を入力し
前記記憶部に記憶されている地図情報に基づいて移動体
の位置を検出する位置検出部と、この位置検出部の検出
結果に基づいて前記移動体の移動方向を制御する制御部
とを具備した構成としたので、床面に誘導帯や反射帯を
設ける必要がなく、移動体を通路脇の壁面等に沿って移
動させることが可能な移動体の自動誘導制御装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す図で、同図（ａ）は
移動体の平面図、同図（ｂ）は移動体の制御装置の構成
図、第２図および第３図は第１実施例の作用を示す図、
第４図は本発明の第２実施例を示す図で、同図（ａ）は
移動体の平面図、同図（ｂ）は移動体の制御装置の構成
図、第５図は第２実施例の作用を示す図である。１……移動体、2a,2b……駆動輪、３……操舵輪、4a〜4
h……距離センサ、5a〜5h……信号処理回路、７……位
置検出部、８……制御部、９……記憶部、10……駆動回
路、11……ステアリングモータ、12,13……走行モー
タ、14……ステアリング角度検出センサ、15……通路、
16,16a,16b……壁面。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】床面上を移動する移動体の地図情報を記憶
した記憶部と、前記移動体の前面に設けられた第１の距
離センサと、前記移動体の側面に水平方向に設けられた
３個以上の第２の距離センサと、前記第１の距離センサ
及び前記第２の距離センサの出力をそれぞれ信号処理す
る信号処理回路と、この信号処理回路の出力信号が入力
され、前記第２の距離センサの検出距離に基づいて走行
中のずれ量を求めると共に車体角を求め、且つ前記第１
の距離センサ及び第２の距離センサの検出距離に基づい
てコーナ部を検出すると共に前記記憶部に記憶されてい
る地図情報に基づいて前記移動体の位置を検出する位置
検出部と、この位置検出部の検出結果に基づいて前記移
動体の移動方向を制御する制御部とを具備したことを特
徴とする移動体の自動誘導制御装置。
【請求項２】移動体の前面に設けられる第１の距離セン
サを複数個として位置検出装置により前方の面と進行方
向のずれを検出するようにしたことを特徴とする請求項
１記載の移動体の自動誘導制御装置。
【請求項３】床面上を移動する移動体の地図情報と移動
ルートを座標値として記憶した記憶部と、前記移動体の
前面にスキャナーにより検出方向のスキャンが可能に設
けられた第１の距離センサと、前記移動体の側面に水平
方向に設けられた複数個の第２の距離センサと、前記移
動体の走行距離を検出するエンコーダを用いた走行距離
センサと、前記第１の距離センサ及び前記第２の距離セ
ンサの出力をそれぞれ信号処理する信号処理回路と、こ
の信号処理回路の出力信号が入力され、前記第１の距離
センサにより障害物が検出されるとその形状、大きさ及
び位置を求めると共に前記記憶部に記憶されている地図
情報に基づいて前記移動体が通行可能かどうかを判定
し、且つ前記第２の距離センサの検出距離に基づいて車
体角を求めると共に前記走行距離センサからの走行距離
と前記記憶部に記憶されている地図情報とに基づいて前
記移動体の現在位置を求める位置検出部と、この位置検
出部で求められた前記移動体の現在位置と前記記憶部に
記憶されている地図情報から移動ルートに対するずれ量
を求め、このずれ量が小さくなるように前記移動体の移
動方向を制御し、且つ前記位置検出部により障害物が検
出されて前記移動体が通行できないと判定されると前記
障害物を回避する進路を求めて前記移動体の移動方向を
制御する制御部とを具備したことを特徴とする移動体の
自動誘導制御装置。