JP3395874B2

JP3395874B2 - 移動走行車

Info

Publication number: JP3395874B2
Application number: JP21232296A
Authority: JP
Inventors: 宣和川越
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 2003-04-14
Anticipated expiration: 2016-08-12
Also published as: JPH1055215A

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】この発明は移動走行車に関
し、特に清掃やワックス塗布などの作業対象範囲を隈な
く正確に走行し、作業対象範囲のすべてに対して作業を
行なう自律移動作業車に関するものである。【０００２】【従来の技術】従来よりジャイロセンサや地磁気センサ
などの方位センサを用いた自律移動作業車が知られる。
このような作業車では、走行のための車輪の回転数から
走行距離が計測される。方位センサの出力と走行距離の
計測値とに基づいて自己の位置が計算され、目標地点ま
での移動が行なわれる。【０００３】また、測距センサや触覚センサを用いて壁
までの距離を測定し、壁と一定距離を保ちながら壁に沿
って走行する自律移動作業車が知られている。【０００４】【発明が解決しようとする課題】そのような従来の自律
移動作業車において、走行中に駆動輪に細かい塵などが
付着して駆動輪と床面との間で滑りが生じることがあっ
た。また濡れた床面やワックス塗布直後の床面を走行す
る場合などにおいて、駆動輪と床との間にスリップが生
じることがあった。このようなときに、走行距離の計測
値に誤差が生ずる。このような誤差は、走行制御の遅れ
を生じさせたり、走行制御ができなくなることにつなが
り、結果として自律移動作業車の蛇行や目標経路からの
逸脱が生ずるという問題点があった。【０００５】この発明はそのような問題点を解決するた
めになされたもので、走行状態の異常を的確に把握する
ことができる移動走行車を提供することをその目的とし
ている。【０００６】さらに、この発明は走行状態に応じて適切
な動作をすることができる移動走行車を提供することを
目的とする。【０００７】【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のある局面に従うと、移動走行車は移動を
行なうためのそれぞれが独立して制御される少なくとも
１対の駆動輪を有し、移動走行車の方位を検出する方位
検出センサと、１対の駆動輪の少なくとも一方の回転量
を検出する検出回路と、方位検出センサと検出回路との
検出結果に基づいて、移動走行車の走行状態の異常を判
定する判定回路とを備え、移動走行車のスピンターン時
に判定回路が異常と判定した場合、方位検出センサの値
に基づいて移動走行車の方向を補正する。【０００８】【０００９】【００１０】このような発明に従うと、移動走行車の方
位と駆動輪の回転量とに基づいて走行状態の異常が判定
され、異常時には方位検出センサの値に基づいて移動走
行車の方向を補正することにより、走行状態に応じて適
切な動作をとることのできる移動走行車を提供すること
が可能となる。【００１１】【００１２】【発明の実施の形態】次に、この発明の好ましい実施の
形態を図面を参照して詳しく説明する。図中同一符号は
同一または相当部分を示す。【００１３】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る清掃ロボット１とそのコントローラ２との外観を示す
斜視図である。【００１４】図を参照して、清掃ロボット１は壁などと
の接触を検知するための接触センサ７と、壁との間の距
離を測定し、壁などに倣った走行を実現するための倣い
センサ８ａ〜８ｄと、不織布を回転させることにより、
床面に対して清掃作業を行なう清掃作業部３１と、ユー
ザに対し操作ガイダンスやエラーメッセージなどを表示
する表示部１８と、作業を開始させるための作業開始ボ
タン９０とを備えている。また、メモリカード１３を清
掃ロボット１に挿入することにより、記憶された命令を
清掃ロボット１は実行することが可能である。【００１５】清掃ロボット１は、駆動輪を備える走行部
と、車体部と、清掃作業部とから構成される。走行部と
車体部とは相対的に回動自在に構成される。清掃作業部
３１は車体部に取付けられている。【００１６】図２はコントローラ２の平面図である。図
を参照して、コントローラ２は清掃ロボット１を遠隔操
作したり、走行や作業を教示するために用いられる。コ
ントローラの入力部として、動作シフトボタン群４０
と、方向指示のための十字カーソルボタン３５と、モー
ドを切換えるためのモード切換ボタン３６と、清掃ロボ
ットの動作の開始を指示するための開始ボタン３７と、
動作の停止を指示するための停止ボタン３８と、動作を
一旦停止させるための一旦停止ボタン３９と、設定の取
消しを行なう取消しボタン５２と、入力されたデータの
設定を行なうための設定ボタン５３と、電源スイッチ４
６とが配設されている。【００１７】動作シフトボタン群４０は、車体部の向き
は変えずに走行部の向きのみを左右に回転させる走行部
回転ボタン４１と、車体部と走行部とを同時に回転させ
る車体部回転ボタン４２と、清掃作業部３１を車体部に
対して左右に移動させるための清掃作業部スライドボタ
ン４３と、Ｕターン動作を指定するＵターンボタン４４
と、ジグザグ走行を指定するためのジグザグボタン４５
とを含む。これらのボタンを組合せて使用することで、
清掃ロボットの遠隔操作、作業の教示、および作業の編
集などの操作が行なわれる。【００１８】また、コントローラ２は液晶ディスプレイ
から構成される表示部４９を有している。表示部４９
は、入力ガイダンスや、清掃ロボットに送信したコマン
ド、清掃ロボットがコマンドを実行した結果、各種のエ
ラーメッセージなどのユーザに必要な情報を表示する。
ユーザは表示部４９を見ながら、十字カーソルボタン３
５や設定ボタン５３などを用いることにより、データを
入力することが可能である。【００１９】また、コントローラ２は入力部（各種ボタ
ン）から指定された命令を清掃ロボット１へ送信した
り、清掃ロボットの内部状況や周辺状況を清掃ロボット
から受信するための通信部を搭載している。清掃ロボッ
トとコントローラとの間の通信方法としては、赤外線や
電波、有線などを用いる方法が考えられるが、清掃ロボ
ットとコントローラの置かれる環境によって最も適した
方法を選択することが可能である。本実施の形態におい
ては、電磁波の発生により他の装置の誤動作を招くこと
がないように赤外線通信を採用することとした。【００２０】図３は、図１の清掃ロボット１の構成を示
す平面図である。図を参照して、清掃ロボットは走行部
と車体部と清掃作業部とを備えている。【００２１】走行部は、ロボットの駆動を行なうための
駆動輪３ａ、３ｂと、駆動輪に接続され、駆動輪を駆動
するための駆動輪駆動モータ６０ａ、６０ｂと、駆動輪
に接続されロボットの移動距離や回転角度を算出するた
めのエンコーダ７９ａ、７９ｂと、ロボットのバランス
をとるための従動輪４ａ、４ｂと、ロボットの回転角度
を計測するためのジャイロセンサ７８とを備えている。【００２２】ジャイロセンサ７８は、レートジャイロで
あり、走行部の回転角速度を計測し、計測値を走行部Ｃ
ＰＵに一定周期（たとえば１ミリ秒ごと）で出力する。
すなわちジャイロセンサ７８によりロボットの本来の進
行方向から、ロボットが回転しようとする方向とその回
転角速度とが計測される。走行部ＣＰＵはジャイロセン
サ７８から出力される回転角速度値を積分し、走行部の
回転角度を算出する。【００２３】車体部は前述の接触センサ７と、倣いセン
サ８ａ〜８ｄと、ロボットの前方および左右の障害物ま
での距離を検出する測距センサ６ａ〜６ｃとを含む。【００２４】清掃作業部３１は、車体部に接続される。
清掃作業部３１は、その各々が回転することにより洗剤
の塗布などを行なうためのロータ９ａ〜９ｄを含んでい
る。【００２５】図４および図５は、走行部の具体的な構成
を示す平面図である。図を参照して、走行部３０は、先
に説明したように２つの駆動輪３ａ，３ｂと、駆動輪を
駆動するための駆動輪駆動モータ６０ａ，６０ｂと、エ
ンコーダ７９ａ，７９ｂとを備えている。エンコーダ７
９ａ，７９ｂは駆動輪３ａ，３ｂの各々の回転数を読取
り、清掃ロボットが走行した距離や、回転角度を算出す
るために用いられる。【００２６】走行部には２つの従動輪４ａ，４ｂが設け
られている。従動輪は清掃ロボットの重量を駆動輪とと
もに担っている。図示されるように、２つの従動輪４
ａ，４ｂは、中心線Ｘ−Ｘ′の垂線Ｙ−Ｙ′の延長線上
に、中心線に対して対称に配置される。従動輪の少なく
とも一方には図示されないサスペンション機構が設けら
れている。【００２７】フラットな床面であっても床面には多少の
うねりや凹凸が存在する。しかしこのサスペンション機
構によって、床面に多少のうねりや凹凸があっても、駆
動輪が必ず床面に接地することになる。したがって、床
面と駆動輪表面との間の摩擦係数が十分に大きく維持さ
れている場合には、駆動輪のスリップや空転が発生しな
い。このように安定した走行を保証しエンコーダの検出
誤差を少なくするという効果をサスペンション機構は有
している。【００２８】駆動輪表面の材質は、床面との摩擦係数を
大きくするために軟質ウレタンを使用している。しかし
駆動輪表面に細かい塵が多く付着している場合や、洗浄
液による床清掃作業面またはワックス塗布作業面であっ
て作業直後の濡れた状態の作業面上を走行する場合に
は、床面と駆動輪表面との間の摩擦係数が小さくなる。
これにより駆動輪が床面に接地していてもスリップや空
転が生じる可能性がある。このため、駆動輪の表面は常
に清掃することによりきれいに維持し、また濡れた床面
をロボットが走行しないように走行経路を作成すること
が必要である。【００２９】直進走行時においては、２つの駆動輪駆動
モータは同方向に回転する。これにより図４の矢印“Ａ
１”方向に清掃ロボットは移動することが可能である。【００３０】また、回転動作を行なう際には、２つの駆
動輪駆動モータはそれぞれ逆方向に回転する。これによ
り、図５の矢印“Ｂ１”で示される方向に清掃ロボット
は回転することが可能である。なお、回転動作時には、
図５に示されるように従動輪４ａ，４ｂは回転動作に適
合するように、垂線Ｙ−Ｙ′に直交する方向に向きを変
える。【００３１】さらに、２つの駆動輪の駆動の比率を制御
することで、カーブ走行を行なうことができる。【００３２】図６は、走行部と車体部とを相対的に回動
させる車体部回転機構の構成を示す図である。【００３３】図示されるように、走行部フレーム６６は
ベアリング内輪保持具６７でベアリング内輪６１に固定
されている。また、ベアリング外輪６２には、車体部回
転駆動歯車６３がベアリング外輪保持具６４により固定
されている。さらにベアリング外輪保持具６４には、車
体部フレーム６５が固定されている。【００３４】さらに、走行部フレーム６６には車体部回
転モータ６８が装着されている。車体部回転モータ６８
はギアを介して、車体部回転駆動歯車６３を駆動する。
さらに、車体部回転駆動歯車には、ギアを介して図示し
ないポテンショメータが取付けられている。このため、
走行部に対する車体部の回転角度を正確に検出すること
が可能である。【００３５】このような構成により、走行部に対して車
体部は独立して回転可能な構成をとっている。【００３６】本実施の形態においては、車体部回転モー
タ６８としてステッピングモータが採用されている。し
かしながらステッピングモータに代えてサーボモータを
採用してもよい。【００３７】この車体部回転機構により、車体部を走行
部との回転中心Ｚ−Ｚ′軸に対して、約−９０°〜＋９
０°まで回転することができる。【００３８】図７は、図１に示される清掃ロボット１の
回路構成を示すブロック図である。図を参照して、清掃
ロボット１は大きくはロボットの走行制御を行なう走行
制御部３２と、清掃作業の制御を行なう清掃作業制御部
３３とから構成される。【００３９】走行制御部３２は、走行部の処理を司る走
行部ＣＰＵ２７と、左右各々の駆動輪駆動モータ６０
ａ，６０ｂの駆動制御を行なう駆動制御部１４ａ，１４
ｂと、車体部と走行部とを相対的に回転させるため車体
部回転モータ６８の駆動制御を行なう車体回転制御部６
９とから構成される。【００４０】走行部ＣＰＵ２７には、走行制御部３２の
外部から、左右の駆動輪の回転量を検出するエンコーダ
７９ａ，７９ｂと、走行部の回転角速度を検出するジャ
イロセンサ７８と、清掃ロボットの周辺の環境を認識す
るための測距センサ６（６ａ〜６ｃ）とが接続されてい
る。【００４１】清掃作業制御部３３は、清掃作業部の処理
を司る作業部ＣＰＵ１２と、表示部１８での表示の制御
を行なう表示制御部１９と、音声メッセージを出力する
ための音声出力部２９と、本体の作業の開始、停止や電
源の投入などを行なうために、入力部１６からの入力制
御を行なう入力制御部１７と、メモリカード１３の読取
を行なうメモリカード読取部７７と、コントローラとの
間で通信を行なう通信部１１と、洗剤を滴下するための
ポンプ２２を制御する、ポンプ制御部２３と、ロータ９
（９ａ〜９ｄ）を制御するロータ制御部１５と、清掃作
業部を移動させるための清掃部移動モータ２５を駆動す
る、清掃部駆動制御部２６と、電源回路２１とを備え
る。【００４２】また、清掃作業制御部３３には、接触セン
サ７と、倣いセンサ８（８ａ〜８ｄ）と、バッテリ２０
とが接続されている。【００４３】作業部ＣＰＵ１２と走行部ＣＰＵ２７とは
相互に接続されている。図８はコントローラ２の回路構
成を示すブロック図である。【００４４】図を参照して、コントローラは、コントロ
ーラの制御を行なうコントローラ制御部ＣＰＵ５１と、
表示部４９の制御を行なう表示制御部８１と、前述のボ
タンなどにより構成される入力部８０の制御を行なう入
力制御部４７と、清掃ロボット１との間で通信を行なう
ための通信部４８と、通信部の制御を行なう通信制御部
８２と、バッテリ８３と、外部インタフェース５０とを
備える。【００４５】外部インタフェース５０を介して、コント
ローラ２はパーソナルコンピュータやプリンタなどの外
部機器と接続可能である。【００４６】次に清掃ロボットの使用方法について説明
する。清掃ロボットの使用方法には、コントローラを用
いて作業内容をメモリカードに記録する「教示」と、メ
モリカードに記録された作業内容をロボットに実行させ
る「再生」とがある。【００４７】使用者はまず、コントローラを用いて清掃
ロボットを遠隔操作しながら、実際の作業領域で作業を
行なわせる。作業が終了したらメモリカードに一連の作
業を記録させる。この動作を教示と呼ぶ。【００４８】一旦メモリカードに作業内容が記録された
後は、使用者は清掃ロボットを作業領域の開始地点に移
動させ、その作業場所の作業が記録されているメモリカ
ードを清掃ロボットにセットする。その後清掃ロボット
にある作業開始ボタンを使用者が押すと、清掃ロボット
はメモリカードに記録されている作業を実行する。この
動作を再生と呼ぶ。メモリカードに記録された作業をす
べて実行し終えた後は、清掃ロボットは自動的に停止す
る。【００４９】図９は、本実施の形態の清掃ロボット１の
走行する代表的な走行経路である、廊下などの両側に壁
のある矩形の作業領域をジグザグ走行することにより作
業を行なう場合の走行経路を示す図である。【００５０】図に示すとおり、ロボットは作業領域のス
タート点Ａから作業を開始し、ジグザグ走行を行ないな
がら順次右方向に向かって作業を進める。作業終了点Ｌ
まで作業は行なわれる。すなわちジグザグ走行とは、所
定の間隔をあけた往復運動により構成される。【００５１】図９に示される１回目の往路（Ａ→Ｂ）
は、左側の壁に沿った走行路である。この走行路におい
ては、清掃ロボット１は左側の倣いセンサ８ａ，８ｂを
壁に接触させて、壁との距離と角度とを計測しながら左
壁に沿って前進する（この走行を「左倣い走行」とい
う）。【００５２】図１０は、上記の左倣い走行の制御を説明
するための清掃ロボット１の平面図である。【００５３】図を参照して、接触センサである倣いセン
サ８ａ〜８ｄは清掃ロボット１の左右に前後２箇所ずつ
取付けられている。【００５４】左の壁を倣い走行する場合には、左側の前
後の倣いセンサ８ａ，８ｂが使用される。右の壁を倣い
走行する場合には、右側の前後の倣いセンサ８ｃ，８ｄ
が使用される。【００５５】接触式倣いセンサによる倣い走行時には、
基準距離（Ｄ０）と、走行時の測距結果とが等しくなる
ように制御が行なわれる。また壁に対する走行方向の傾
き（Ｋ１）が検出され、それが０になるように清掃ロボ
ットの制御が行なわれる。【００５６】前後の倣いセンサの間隔をＬ１、前の倣い
センサの測距結果をＤｆ、後ろの倣いセンサの測距結果
をＤｂとすると、ロボットの進行方向の傾きＫ１は、式
（１）で近似的に計算することができる。【００５７】Ｋ１＝（Ｄｆ−Ｄｂ）／Ｌ１ …（１）図１１は左側に接触倣い走行をするときの制御を示すフ
ローチャートである。【００５８】倣い走行時には所定時間（ｔ４）ごとに図
１１に示される処理が実行される。ステップ♯６１にお
いて、壁に接触する側の前後の倣いセンサにより、壁ま
での距離（Ｄｆ、Ｄｂ）が測距される。【００５９】ステップ♯６２において、前方の倣いセン
サの測距値（Ｄｆ）と、基準距離（Ｄ０）との差である
測距の偏差（ΔＤ）が求められる。【００６０】ステップ♯６３において、走行方向の傾き
Ｋ１が（１）式により算出される。ステップ♯６４にお
いて、評価関数が計算される。評価関数とは距離の偏差
（ΔＤ）に走行方向傾き量（Ｋ１）を重み付け（ＫＧａ
ｉｎ）して加えたものである。評価関数の値が設定値ｖ
３より大きければステップ♯６７で左カーブ制御が行な
われ、評価関数の値が設定値−ｖ３とｖ３との間にある
ときは、ステップ♯６６で直進制御が行なわれる。また
設定値−ｖ３より小さいときには、ステップ♯６５で右
カーブ制御が行なわれる。カーブ量（カーブ半径）は、
評価関数の値の大きさに応じて増減される。【００６１】このようにして制御が行なわれることによ
り、次のような特徴をもった制御が可能となり、壁に平
行な直進走行が実現される。【００６２】特徴１：左側前方の倣いセンサの測距値Ｄ
ｆ、左側後方の倣いセンサの測距値Ｄｂを用いて制御が
行なわれる。Ｄｆが基準値Ｄ０より大きいときには、壁
に近づく方向（左方向）にカーブ走行が行なわれる。小
さいときには離れる方向（右方向）にカーブ走行が行な
われる。【００６３】特徴２：ＤｆとＤｂとの差によって、清掃
ロボットの壁に対する傾きが検出される。Ｄｆ＞Ｄｂの
ときには、清掃ロボットが壁から離れる方向に傾いてい
るので、壁に近づく方向（左方向）にカーブ走行が行な
われる。逆の場合には壁から離れる方向（右方向）にカ
ーブ走行が行なわれる。【００６４】再び図９を参照して、清掃ロボットが左倣
い走行によりＡ点からＢ点に進むと清掃ロボットは一旦
停止する。Ａ点からＢ点までの距離は、教示によりメモ
リカードに記録されている。【００６５】次に、清掃ロボットは左壁際での右Ｕター
ン動作を行なう。以下左壁際での右方向のＵターン動作
について、図１２および図１３を参照して説明する。【００６６】まず、図１２（ａ）で走行部のみを右に９
０°回転させる。これにより、清掃ロボットは横方向の
移動が可能となる。【００６７】走行部のみを右に回転するには、右側駆動
輪を後進させ、かつ左側駆動輪を前進させる。これによ
り右スピンターンが行なわれる。またこのスピンターン
と等しい回転角速度で車体部を走行部に対して左回転さ
せることで、走行部のみの回転動作が実現される。【００６８】次に図１２（ｂ）に示されるように、車体
部を９０°右回転させることができる位置まで、ロボッ
トは右方向に横移動を行なう。これによりロボットは壁
から離れる。【００６９】次に図１２（ｃ）に示されるように、車体
部を走行部に対して９０°右回転させる。【００７０】次に、図１３（ｄ）を参照して、左壁に清
掃ロボットの後部が接触するまで後進が行なわれる。【００７１】次に、図１３（ｅ）でジグザグ走行の次の
走行路の中央位置（図９のＣ点）まで前進して、一旦停
止する。【００７２】次に、図１３（ｆ）に示されるように、右
方向に９０°回転する。以上で左壁際の右Ｕターン動作
が終了する。【００７３】再び図９に戻り、次にＣ点からＤ点に向か
う１回目の復路（Ｃ→Ｄ）の走行が行なわれる。この走
行路ではロボットは両側の壁から離れているので、倣い
センサ８ａ〜８ｄは使用できない。この場合には、左右
の測距センサ６ｂ，６ｃを用いて両側の壁までの距離を
計測しながら、壁に平行に走行が行なわれるように制御
が行なわれる。【００７４】図１４は、上記の両側の壁を測距すること
により前進を行なう場合の処理について説明するための
図である。【００７５】清掃ロボット１の進行方向に垂直な方向に
ある壁８７ａ，８７ｂまでの距離を測定する測距センサ
６ｂ，６ｃがロボットの両側に設けられている。左右の
壁までの距離Ｄｒ、Ｄｌから、壁とロボットとの間の距
離に対応する数値（距離割合値）が求められる。距離割
合値が用いられて直進走行が行なわれる。これにより安
価なセンサを用いて、正確に壁に倣った走行を行なうこ
とが可能となる。【００７６】図を参照して、走行時に左右の測距センサ
により、両側の壁までの距離（Ｄｒ、Ｄｌ）が測定され
る。ロボットから壁までの距離に対する距離割合値（Ｒ
ｐｏｓ）が式（２）により求められる。【００７７】Ｒｐｏｓ＝Ｄｒ／（Ｄｒ＋Ｄｌ） …（２）一般的な廊下や、部屋のように、壁が平行である場所で
はこの値は壁からの距離と等価な数値として扱うことが
できる。またロボットが倣うべき壁に平行である場合と
平行でない場合とでＲｐｏｓの値は変化しないという利
点を有している。【００７８】走行中、両側の壁までの距離が測定され、
その時点での距離割合値（Ｒｐｏｓ）が計算される。そ
の値が走行開始時の距離割合値（Ｒｐｏｓ０）と同じに
なるように走行することにより、壁に倣った走行が可能
となる。【００７９】図においては、位置Ｒにおいて、走行開始
時のＲｐｏｓ０の値が計算される。位置Ｓで、走行時に
Ｒｐｏｓの値が計算される。この場合清掃ロボットは壁
に対して平行ではないが、Ｒｐｏｓの値は右壁からの距
離割合値を表わす。この場合Ｒｐｏｓ＞Ｒｐｏｓ０であ
るので、右にカーブする走行が行なわれる。【００８０】位置Ｔで、走行時にＲｐｏｓの値が計算さ
れる。この場合もＲｐｏｓ＞Ｒｐｏｓ０であるので、右
にカーブが続けられる。【００８１】位置Ｕで、走行時にＲｐｏｓの値が計算さ
れる。この場合はＲｐｏｓ＜Ｒｐｏｓ０であるので、左
にカーブが行なわれる。【００８２】位置Ｖで、走行時にＲｐｏｓの値が計算さ
れる。この場合Ｒｐｏｓ＝Ｒｐｏｓ０であるので、直進
が行なわれる。【００８３】再び図９を参照して、清掃ロボットがＣ点
からＤ点に達すると、一旦停止する。次に、左Ｕターン
動作が行なわれる。【００８４】左Ｕターン動作でロボットは、まず左に９
０°回転し、次にジグザグ走行の走行路の間隔の距離分
だけ前進してＥ点まで進む。次に、左に９０°回転を行
なう。【００８５】その後、Ｅ点からＦ点まで、両側の壁まで
の距離を計測しながら壁に平行に走行が行なわれる。以
降、右Ｕターン、両側壁の測距走行、左Ｕターンを繰返
しながら、Ｊ点にまで達する。Ｊ点で清掃ロボットは右
に９０°回転した後、右側の壁に向かって進むが、ジグ
ザグ走行の走行路の間隔の距離分だけ進む前に、ロボッ
トの前方に設けられた接触センサ７が右壁に接触して清
掃ロボットは一時停止する。【００８６】次に、清掃ロボットは所定距離後進して壁
から離れた後、右に９０°回転して壁に接触センサ８
ａ，８ｄが接触する位置で壁に倣う。その後、Ｋ点から
Ｌ点に向かって、前述の左倣い走行を行ない、Ｌ点に達
すると清掃ロボットは作業を終了する。【００８７】さらに本実施の形態における清掃ロボット
は、（１）作業開始時、（２）走行部のみの右回転もし
くは左回転時、および（３）右Ｕターンもしくは左Ｕタ
ーン時の右回転もしくは左回転時、において、ジャイロ
センサを用いた走行部の回転角度計測値と、左右の駆動
輪の回転数から算出された走行部の回転角度算出値との
差を演算する。その差（比較値）が大きい場合には走行
状態の異常であると判定され、清掃ロボットは警告信号
を発する。【００８８】より詳しくは、図９を参照して、本実施の
形態における清掃ロボットは上述した清掃作業内容に加
えてさらに下記の動作を行なう。【００８９】Ａ点において、使用者により清掃ロボット
１の作業開始ボタン９０が押されると、清掃ロボット１
は走行を開始する前に、走行部のみの９０°右回転、そ
して、９０°左回転を行ない床状態のスリップ検出動作
を行なう。なお、このスリップ検出動作は、必ずしも必
要ではない。まず、走行部のみの９０°右回転を行な
う。このときの９０°回転の回転角は、回転開始時から
の駆動輪の回転数をもとに、（３）式により算出され
る。走行部の回転角度算出値θ₁の値が９０°になった
時点で、走行部の回転は停止される。【００９０】 θ₁＝３６０・α・ｄ／Ｄ１ …（３）ここで、αは左右の駆動輪の回転開始時からの回転数で
あり、エンコーダ７９ａ，７９ｂにより１／２００回転
の分解能で計測される。スピンターンなので、左右の駆
動輪の回転数は方向が逆であるだけで同じ値になるよう
に制御される。【００９１】ｄは駆動輪の直径、Ｄ１は左右の駆動輪の
間の距離、πは円周率である。一方、回転開始時から回
転停止時まで、ジャイロセンサ７８から出力される回転
角速度値を１ｍｓｅｃのサンプリングタイムで積分する
ことにより、実際の走行部の回転角度計測値θ₂が計測
される。【００９２】駆動輪の回転数から算出される走行部の回
転角度算出値θ₁は、駆動輪と床との間にスリップがな
いことを前提にしているため、回転時に駆動輪と床との
間でスリップが発生した場合、θ₁とθ₂との間に相違
が生じることになる。【００９３】この相違を、式（４）により比較する。｜θ₁−θ₂｜＞θ₀ …（４）式（４）の条件が成立すれば、走行部の回転時にスリッ
プが発生したものと判断する。このとき、表示部１８
に、「スリップ発生」の警告表示が行なわれる。また同
時に、音声出力部２９により、音声による「スリップ発
生」の警告が行なわれる。このとき、清掃ロボットは一
時停止する。【００９４】θ₀はこの実施の形態においては、“２
°”に設定されている。つまり、駆動輪回転数から算出
した回転角度算出値θ₁と、ジャイロセンサにより計測
された回転角度計測値θ₂との差の絶対値が、２°を超
えた場合にスリップが発生したものと認識される。【００９５】ここで、θ₁とθ₂との差の絶対値がθ₀
以下でスリップが検出されなかった場合には、走行部の
みの９０°左回転が行なわれる。このときも同様に、θ
₁とθ₂との値を求め、両者を比較し差がθ₀を超えた
場合は、「スリップ発生」の警告表示と、音声による
「スリップ発生」の警告が行なわれる。また警告が行な
われたとき清掃ロボットは一時停止する。【００９６】この左回転においてもスリップが検出され
なかった場合は、ロボットは次に左倣い走行を行ない図
９のＢ点へ向かう。【００９７】なお、以上の説明で作業開始前のスリップ
検査動作においては、清掃ロボットの回転動作として走
行部のみの回転動作を行なうようにしたが、その理由は
車体部と走行部とが一体となった回転動作を行なうと清
掃ロボットの近くに壁などの障害物がある場合に、その
壁との間で衝突が発生する可能性があるためである。こ
の実施例では走行部のみの回転を行なっているため、そ
のような危険性は生じない。【００９８】次に、左倣い走行でＢ点に達すると、Ｂ点
において横移動を行なうための準備として、走行部のみ
の右９０°の回転動作が行なわれる（図１２の
（ａ））。このときも、θ₁とθ₂との値が求められ
る。両者を比較し差の絶対値がθ₀を超えた場合には、
「スリップ発生」の警告表示が行なわれ、音声による
「スリップ発生」の警告が行なわれる。そして、清掃ロ
ボットは一時停止する。【００９９】ここでも、スリップが検出されなかった場
合には、前述のとおり横移動、車体部９０°右回転、後
退、および前進を行ないＣ点に清掃ロボットは到達す
る。そこで、清掃ロボットは右９０°回転を行なう。こ
のときは、走行部と車体部とは一体となって回転を行な
うが、このときもθ₁とθ₂との値を求め、両者を比較
し、その差の絶対値がθ₀を超えた場合は、「スリップ
発生」の警告表示と、音声による「スリップ発生」の警
告が行なわれる。そして、警告が行なわれたときには清
掃ロボットは一時停止する。【０１００】駆動輪も、ジャイロセンサもともに走行部
に取付けられているため、車体部のみの回転はスリップ
検出には関係しない。すなわちスリップ検出には走行部
の回転が関係する。したがって、走行部のみの回転であ
っても、走行部と車体部とが一体となった回転であって
も、どちらの場合でもスリップ検出を行なうことができ
る。【０１０１】以下、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，およ
びＫの各々の地点における左右９０°回転動作の際に、
θ₁とθ₂との値が求められる。そして、θ₁とθ₂と
の比較が行なわれ、その差がθ₀を超えた場合には、
「スリップ発生」の警告表示と、音声による「スリップ
発生」の警告とが行なわれ、清掃ロボット１は一時停止
する。【０１０２】使用者は、スリップ検出警告がなされ、清
掃ロボット１が一時停止した場合には、駆動輪の表面を
布で拭き取るなどして表面の塵などを除去する。そし
て、使用者は清掃ロボットが一時停止した場所へ、清掃
ロボットを戻して再度作業開始ボタン９０を押す。これ
により、続けて作業を行なうことができる。【０１０３】また、作業が洗浄液による清掃作業やワッ
クス塗布作業であり、一度作業したところを床がまだ濡
れている状態で走行したためにスリップが発生した場合
には、使用者は作業を教示し直すなどの処置を行なう。【０１０４】このようにして、装置の使用者は清掃ロボ
ットに生じたスリップをすぐに知ることができる。これ
により、指示した作業範囲内を清掃ロボット１に確実に
作業させることが可能となる。【０１０５】なお、以上の説明で、両側に壁のある矩形
領域のジグザグ走行を作業の例としたが、それ以外の走
行パターンにおいても、同様に使用者により作業開始ボ
タン９０が押された後、まず走行部のみの回転を行な
い、それによりスリップ検査を行ない、その後に、作業
中に走行部を回転させるたびにスリップ検査を行なうよ
うにすれば、同様にこの発明を実施することができる。【０１０６】図１５および図１６は本実施の形態におけ
るスリップ検査動作のフローチャートである。【０１０７】前述の説明のように、走行部の回転動作の
際にこのフローチャートで示されるスリップ検査サブル
ーチンが実行される。【０１０８】図を参照して、ステップ♯１で、走行部の
左回転または右回転が開始される。ステップ♯２で、回
転開始時からの駆動輪の回転数αが求められる。αは回
転開始時からの駆動輪回転数計測用のエンコーダ７９
ａ，７９ｂの出力パルスの数を積算することにより求め
られる。ステップ♯３で、ジャイロセンサによる走行部
の回転角度計測値θ₂を求める。θ₂の値は、ジャイロ
センサ１２から出力される回転角速度値を回転開始時か
ら積分することによって求められる。【０１０９】ステップ♯４で、駆動輪の回転数αから式
（３）により走行部の回転角度算出値θ₁が求められ
る。【０１１０】ステップ♯５で、θ₁が９０°を超えたか
どうかが判別され、超えていなければステップ♯２へ戻
り、θ₁が９０°を超えるまでステップ♯２から♯４ま
でが繰返される。【０１１１】ステップ♯６で、回転動作は停止する。ス
テップ♯７で、θ₁とθ₂との差の絶対値がθ₀を超え
ているか否かが判別され、超えていなければ、スリップ
検査サブルーチンを終了し次の作業工程へ進む。超えて
いればステップ♯８へ進む。【０１１２】ステップ♯８で、「スリップ発生」の警告
表示を行なう。ステップ♯９で、「スリップ発生」の音
声メッセージの出力を行なう。【０１１３】ステップ♯１０でロボットの動作を一時停
止させる。ステップ♯１１で、作業開始ボタン（スター
トボタン）９０が押されるまで作業を中止し、作業開始
ボタンが押されればスリップ検査サブルーチンを終了し
次の作業工程へ進む。【０１１４】図１７および１８は、本発明の第２の実施
の形態における清掃ロボットの行なうスリップ検査処理
を示すフローチャートである。【０１１５】なお、第２の実施の形態における清掃ロボ
ットの装置の構成は第１の実施の形態と実質的に同様で
あるので、ここでの説明は繰返さない。【０１１６】第１の実施の形態では、走行部の回転動作
の回転を停止する際に、回転角度算出値θ₁をもとにし
て行なったが、第２の実施の形態ではこれを回転角度計
測値θ₂をもとにして行なっている。【０１１７】θ₂をもとにして、回転動作の制御を行な
う場合、スリップの程度が大きいと、いつまでたっても
回転角度計測値θ₂が目標値に達しない可能性がある。
そこで、回転角度算出値θ₁の上限値を定めて、θ₁が
上限値を超えた場合にも回転動作を停止する必要があ
る。【０１１８】ただし、スリップの程度が小さくθ₁が上
限値に達する前にθ₂が目標値に達した場合には、正確
に目標角度まで回転することができるため、スリップ検
査後の通常の作業工程を正確に行なうことができるとい
う利点がある。この実施の形態ではθ₁の上限値を１０
０に設定している。【０１１９】図１７を参照して、ステップ♯２１で、左
回転または右回転が開始される。ステップ♯２２で、回
転開始時からの駆動輪の回転数αが求められる。αは回
転開始時からの駆動輪回転数計測用のエンコーダ７９
ａ，７９ｂの出力パルスの数を積算することにより求め
られる。【０１２０】ステップ♯２３で、ジャイロセンサによる
走行部の回転角度計測値θ₂を求める。θ₂の値は、ジ
ャイロセンサ７８から出力される回転角速度値を回転開
始時から積分することによって求められる。【０１２１】ステップ♯２４で、式（３）により駆動輪
の回転数αから走行部の回転角度算出値θ₁が求められ
る。【０１２２】ステップ♯２５で、θ₂が９０°を超えた
かどうか判別され、超えていなければステップ♯３２へ
進み、θ₁が１００°を超えているか否かが判別され
る。【０１２３】ステップ♯３２で、θ₁が１００を超えて
いなければステップ♯２２へ戻る。θ₂が９０°を超え
るか、またはθ₁が１００°を超えるまで、ステップ♯
２２からステップ♯２４までの処理が繰返される。【０１２４】ステップ♯２５で、θ₂が９０°を超える
か、ステップ♯３２でθ₁が１００°を超えるかした場
合はステップ♯２６へ進む。【０１２５】ステップ♯２６以降のステップ♯２６〜♯
３１の処理は、第１の実施の形態のステップ♯６〜♯１
１の処理と同一であるのでここでの説明を繰返さない。【０１２６】図１９は、本発明の第３の実施の形態にお
ける清掃ロボットのスリップ検査処理のフローチャート
の一部である。【０１２７】前述の第１および第２の実施の形態では、
スリップが検出された場合、警告を行なった後に停止す
るようにしたが、この実施の形態では、スリップが検知
されてもそのスリップ量が少ない場合には、警告を行な
うだけでロボットの停止を行なわずに作業を続行する。【０１２８】第３の実施の形態においては、スリップ検
出の判別値を２段階にして、スリップ検知後、警告のみ
を行なう段階と、スリップ検知後に警告および一時停止
を行なう段階とを設ける。【０１２９】第３の実施の形態におけるスリップ検査で
は、まず図１７に示される第２の実施の形態と同一の処
理が行なわれる。すなわち、図１７のステップ♯２１〜
♯２６と♯３２での処理は、第２の実施の形態と第３の
実施の形態とでは同一である。【０１３０】ステップ♯２６での回転停止処理の後に、
図１９に示されるステップ♯４１からの処理が実行され
る。【０１３１】図を参照して、ステップ♯４１で、θ₁と
θ₂との差の絶対値がθ_T0を超えているか否かが判別さ
れ、超えていなければ、スリップ検査サブルーチンを終
了し、次の作業工程へ進む。超えていればステップ♯４
２へ進む。【０１３２】ステップ♯４２で、「スリップ発生」の警
告表示が行なわれる。ステップ♯４３で、「スリップ発
生」の音声メッセージの出力が行なわれる。【０１３３】ステップ♯４４で、θ₁とθ₂との差の絶
対値が、θ_T0よりも大きい値であるθ_T1を超えているか
否かが判別される。超えていなければ、スリップ検査サ
ブルーチンを終了し、次の作業工程へ進む。超えていれ
ばステップ♯４５へ進む。【０１３４】ステップ♯４５でロボットの動作を一時停
止する。ステップ♯４６で、作業開始ボタン９０が押さ
れるまで待ち、作業開始ボタンが押されればスリップ検
査サブルーチンを終了し次の作業工程へ進む。【０１３５】なお、本実施の形態の場合θ_T0の値として
“２°”が、θ_T1の値として“５°”が設定されてい
る。つまり、駆動輪回転数から算出した回転角度算出値
θ₁と、ジャイロセンサにより計測された回転角度計測
値θ₂との差の絶対値が、２°を超えた場合にスリップ
が発生したものと認識し、スリップ警告を行なう。しか
しながら、絶対値が５°以下であれば作業に大きな支障
はないと判断し作業を続行するのである。【０１３６】以上のように、駆動輪の床に対するスリッ
プを検出し、使用者に対して警告を行なうことにより、
使用者がスリップを防止するための適切な処置を施すた
めの援助を行なうことができる。そのため、清掃ロボッ
トの大きなスリップを防止し、正確な走行および正確な
回転動作を保障することができる。これにより、作業し
残しのない高い作業品質を保つことのできる清掃ロボッ
トを提供することができる。【０１３７】なお、以上の実施の形態において、スリッ
プ警告として「スリップ発生」を表示することとした
が、これに加えてスリップ角度値であるθ₁とθ₂との
差の絶対値を、表示および音声出力するようにしてもよ
い。【０１３８】また、スリップ検査時の回転角度を９０°
としたが、スリップを検出できる角度であれば９０°で
なくともよい。【０１３９】また、第２の実施の形態において、回転時
のθ₁の上限値を１００°としたが、許容できるスリッ
プ角度を回転の目標角度に加えた値以上の値であれば１
００°でなくてもよい。さらに、駆動輪回転数計測用エ
ンコーダ７９ａ，７９ｂにより、駆動輪３の回転数を計
測して走行距離や、走行部回転角度を算出することとし
たが、駆動輪駆動モータ６０の回転数と駆動輪３の回転
数とは比例するので、駆動輪駆動用モータ６０の軸にエ
ンコーダを接続してもよい。これにより、駆動輪駆動モ
ータ６０の回転数を計測することができる。この駆動輪
駆動モータの回転数計測値から走行距離や走行部の回転
角度を算出してもよい。【０１４０】また、上記実施の形態ではスリップ（走行
状態の異常の一種）が生じたときに警告を行なったり、
動作を停止させるようにしたが、本発明では更にジャイ
ロセンサからの信号に基づき、ロボットの回転角度や走
行方向などを補正する。【０１４１】さらに、上記実施の形態においてはロボッ
トの方位を検出するためにジャイロセンサを用いること
としたが、地磁気センサなどを用いてもよい。【０１４２】さらに、ジャイロセンサは、実施の形態で
はレートジャイロを用い、ソフトウェアでロボットの方
位を算出するようにしているが、レート積分ジャイロを
用いて直接回転角度を計測するようにしてもよい。【０１４３】さらに、スピンターン時にスリップ検出を
行なうようにしているが、直進時においてもスリップを
検出するようにしてもよい。たとえば、直進時において
は左右の駆動輪の回転数は同一である。このように駆動
輪の回転数が左右で同一のときに、方位検出センサが所
定角度以上の方位の変化を検出したとき、スリップ発生
と判断し、警告をするようにしてもよい。【０１４４】また、上記実施の形態では回転時に左右の
駆動輪の回転数を測定しているが、スピンターン時にお
いては左右の駆動輪の回転数は同じであるため、片方の
駆動輪の回転数のみを測定してもよい。

【図面の簡単な説明】【図１】本発明の第１の実施の形態における清掃ロボッ
ト１とコントローラ２との斜視図である。【図２】コントローラ２の平面図である。【図３】清掃ロボットの構成を示す平面図である。【図４】直進走行時における走行部の構成を示す平面図
である。【図５】回転動作時における走行部の構成を示す平面図
である。【図６】走行部と車体部とを相対的に回動させる車体部
回転機構の構成を示す図である。【図７】清掃ロボット１の回路構成を示すブロック図で
ある。【図８】コントローラ２の回路構成を示すブロック図で
ある。【図９】清掃ロボットのジグザグ走行動作を説明するた
めの平面図である。【図１０】左側にある壁に倣って走行する動作を説明す
るための図である。【図１１】左倣い走行での処理を示すフローチャートで
ある。【図１２】右Ｕターン動作を説明するための平面図であ
る。【図１３】図１２に続く図である。【図１４】左右の壁までの距離を測定しながら直進走行
を行なう処理を説明するための図である。【図１５】第１の実施の形態におけるスリップ検査処理
を示すフローチャートである。【図１６】図１５に続くフローチャートである。【図１７】第２の実施の形態におけるスリップ検査処理
を示すフローチャートである。【図１８】図１７に続くフローチャートである。【図１９】第３の実施の形態におけるスリップ検査処理
を示すフローチャートである。【符号の説明】１清掃ロボット３ａ，３ｂ駆動輪１４駆動制御部１８表示部１９表示制御部２９音声出力部６０ａ，６０ｂ駆動輪駆動モータ７８ジャイロセンサ７９ａ，７９ｂエンコーダ

Claims

(57)【特許請求の範囲】【請求項１】移動を行なうためのそれぞれが独立して
制御される少なくとも１対の駆動輪を有する移動走行車
であって、前記移動走行車の方位を検出する方位検出センサと、前記１対の駆動輪の少なくとも一方の回転量を検出する
検出手段と、前記方位検出センサと前記検出手段との検出結果に基づ
いて、前記移動走行車の走行状態の異常を判定する判定
手段とを備え前記移動走行車のスピンターン時に前記判定手段が異常
と判定した場合、前記方位検出センサの値に基づいて移
動走行車の方向を補正する事を特徴とする、移動走行
車。