JP3410508B2 - 自立走行ロボット群システム - Google Patents
自立走行ロボット群システムInfo
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 25
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- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の自立走行ロボッ
トから構成される自立走行ロボット群システムに関し、
特に、未知の環境下にあっても、自立走行ロボットの展
開位置を高精度でもって測定できるようにする自立走行
ロボット群システムに関する。
トから構成される自立走行ロボット群システムに関し、
特に、未知の環境下にあっても、自立走行ロボットの展
開位置を高精度でもって測定できるようにする自立走行
ロボット群システムに関する。
【０００２】近年、アクチュエータやセンサ等の各種ロ
ボット技術の急速な発達に伴って、各種センサを用いて
外部環境を認識し、それを基に自ら判断して行動してい
く自立走行ロボットへの期待が高まっている。そして、
複数の自立走行ロボットを同時に協調して制御すること
により、複雑な作業を効率よく行うことのできる自立走
行ロボット群の協調制御も注目を集めている。
ボット技術の急速な発達に伴って、各種センサを用いて
外部環境を認識し、それを基に自ら判断して行動してい
く自立走行ロボットへの期待が高まっている。そして、
複数の自立走行ロボットを同時に協調して制御すること
により、複雑な作業を効率よく行うことのできる自立走
行ロボット群の協調制御も注目を集めている。
【０００３】このような自立走行ロボット群の運動制御
にあって、各自立走行ロボットの展開位置を正確に知る
ことは、作業計画の立案や作業上の効率・安全面から必
要不可欠なことである。
にあって、各自立走行ロボットの展開位置を正確に知る
ことは、作業計画の立案や作業上の効率・安全面から必
要不可欠なことである。
【０００４】
【従来の技術】これまでに提案されている走行ロボット
の位置計測方法には、デッドレコニング法やランドマー
ク法がある。
の位置計測方法には、デッドレコニング法やランドマー
ク法がある。
【０００５】前者のデッドレコニング法は、自立走行ロ
ボットの左右の車輪の回転速度を検出してそれを時間で
積分していくことで、自立走行ロボットの現在位置を推
定していく方法である。
ボットの左右の車輪の回転速度を検出してそれを時間で
積分していくことで、自立走行ロボットの現在位置を推
定していく方法である。
【０００６】また、後者のランドマーク法は、予め走行
環境に目印（ランドマーク）を付けておいて、検出され
るそれらの目印の位置関係から、自立走行ロボットの現
在位置を推定していく方法である。
環境に目印（ランドマーク）を付けておいて、検出され
るそれらの目印の位置関係から、自立走行ロボットの現
在位置を推定していく方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
デッドレコニング法では、車輪径／車輪間隔の変化や滑
り等の影響を受け易く、これがために、長距離の移動や
未舗装路において高精度の位置推定を実行することがで
きないという問題点があった。
デッドレコニング法では、車輪径／車輪間隔の変化や滑
り等の影響を受け易く、これがために、長距離の移動や
未舗装路において高精度の位置推定を実行することがで
きないという問題点があった。
【０００８】更に、デッドレコニング法では、ロボット
環境を特定する場合において、障害物との接触により位
置推定の精度が急激に低下することが考えられるため、
障害物の検出は全て非接触で行わなくてはならず、高度
な障害物検出装置が必要になるという問題点があった。
環境を特定する場合において、障害物との接触により位
置推定の精度が急激に低下することが考えられるため、
障害物の検出は全て非接触で行わなくてはならず、高度
な障害物検出装置が必要になるという問題点があった。
【０００９】また、後者のランドマーク法では、高精度
でもって自立走行ロボットの現在位置を推定できるもの
の、予め走行環境にランドマークを設置しておく必要が
あることから、未知の環境を自由に移動する探査ロボッ
ト等には使用できないといったような問題点があった。
でもって自立走行ロボットの現在位置を推定できるもの
の、予め走行環境にランドマークを設置しておく必要が
あることから、未知の環境を自由に移動する探査ロボッ
ト等には使用できないといったような問題点があった。
【００１０】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、未知、かつ未整地の環境下にあっても、自立
走行ロボットの展開位置を高精度でもって測定できるよ
うにするとともに、自立走行ロボットと障害物との衝突
を許すことにより、高度な障害物検出装置を用いること
なくロボット動作環境を正確に特定可能とする新たな自
立走行ロボット群システムの提供を目的とする。
であって、未知、かつ未整地の環境下にあっても、自立
走行ロボットの展開位置を高精度でもって測定できるよ
うにするとともに、自立走行ロボットと障害物との衝突
を許すことにより、高度な障害物検出装置を用いること
なくロボット動作環境を正確に特定可能とする新たな自
立走行ロボット群システムの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】図１に本発明の原理構成
を図示する。図中、１は３台以上備えられる自立走行ロ
ボット、２は自立走行ロボット１を制御する制御システ
ムである。
を図示する。図中、１は３台以上備えられる自立走行ロ
ボット、２は自立走行ロボット１を制御する制御システ
ムである。
【００１２】本発明の自立走行ロボット１は、他自立走
行ロボット１との間の幾何学情報を測定する測定装置１
０と、障害物の存在を検出する検出装置１１とを備え
る。一方、本発明の制御システム２は、測定装置１０の
測定する幾何学情報を収集する収集装置２０と、自立走
行ロボット１の位置情報を算出する算出装置２１と、検
出装置１１の検出する障害物情報を収集する第２の収集
装置２２と、ロボット動作環境を特定する特定装置２３
とを備える。
行ロボット１との間の幾何学情報を測定する測定装置１
０と、障害物の存在を検出する検出装置１１とを備え
る。一方、本発明の制御システム２は、測定装置１０の
測定する幾何学情報を収集する収集装置２０と、自立走
行ロボット１の位置情報を算出する算出装置２１と、検
出装置１１の検出する障害物情報を収集する第２の収集
装置２２と、ロボット動作環境を特定する特定装置２３
とを備える。
【００１３】これらの収集装置２０／算出装置２１／第
２の収集装置２２／特定装置２３は、各自立走行ロボッ
ト１が備える構成を採ることもある。
２の収集装置２２／特定装置２３は、各自立走行ロボッ
ト１が備える構成を採ることもある。
【００１４】
【作用】本発明では、いずれかの自立走行ロボット１が
移動すると、静止状態にある２台以上の静止自立走行ロ
ボット１の備える測定装置１０が、移動自立走行ロボッ
ト１の存在位置を規定する角度を幾何学情報として測定
することで、移動した自立走行ロボット１との間の幾何
学情報を測定する。
移動すると、静止状態にある２台以上の静止自立走行ロ
ボット１の備える測定装置１０が、移動自立走行ロボッ
ト１の存在位置を規定する角度を幾何学情報として測定
することで、移動した自立走行ロボット１との間の幾何
学情報を測定する。
【００１５】このとき、自立走行ロボット１が３次元走
行を実行するときには、２台以上の静止自立走行ロボッ
ト１の備える測定装置１０は、更に、移動自立走行ロボ
ット１の３次元位置を規定する角度を幾何学情報として
測定していくことになる。
行を実行するときには、２台以上の静止自立走行ロボッ
ト１の備える測定装置１０は、更に、移動自立走行ロボ
ット１の３次元位置を規定する角度を幾何学情報として
測定していくことになる。
【００１６】このようにして、移動自立走行ロボット１
と２台以上の静止自立走行ロボット１との間の幾何学情
報が測定されると、収集装置２０は、その幾何学情報を
収集し、この収集処理を受けて、算出装置２１は、収集
された幾何学情報と、２台以上の静止自立走行ロボット
１の位置情報とを使い、三角形の形状規則に従って移動
自立走行ロボット１の位置情報を算出する。
と２台以上の静止自立走行ロボット１との間の幾何学情
報が測定されると、収集装置２０は、その幾何学情報を
収集し、この収集処理を受けて、算出装置２１は、収集
された幾何学情報と、２台以上の静止自立走行ロボット
１の位置情報とを使い、三角形の形状規則に従って移動
自立走行ロボット１の位置情報を算出する。
【００１７】そして、移動自立走行ロボット１の備える
検出装置１１が障害物の存在を検出すると、第２の収集
装置２２は、その検出された障害物情報を収集し、この
収集処理を受けて、特定装置２３は、収集された障害物
情報と、算出装置２１により算出される移動自立走行ロ
ボット１の位置情報とから、ロボット動作環境を特定し
て障害物環境地図を作成していく。
検出装置１１が障害物の存在を検出すると、第２の収集
装置２２は、その検出された障害物情報を収集し、この
収集処理を受けて、特定装置２３は、収集された障害物
情報と、算出装置２１により算出される移動自立走行ロ
ボット１の位置情報とから、ロボット動作環境を特定し
て障害物環境地図を作成していく。
【００１８】このようにして、本発明では、ランドマー
クを用いることなく自立走行ロボット１の展開位置を測
定できるようになるとともに、デッドレコニング法に従
うことなく自立走行ロボット１の展開位置を測定できる
ようになることから、未知、かつ未整地の環境下にあっ
ても、自立走行ロボット１の展開位置を高精度でもって
測定できるようになる。
クを用いることなく自立走行ロボット１の展開位置を測
定できるようになるとともに、デッドレコニング法に従
うことなく自立走行ロボット１の展開位置を測定できる
ようになることから、未知、かつ未整地の環境下にあっ
ても、自立走行ロボット１の展開位置を高精度でもって
測定できるようになる。
【００１９】
【実施例】以下、実施例に従って本発明を詳細に説明す
る。図１に示した制御システム２は、例えば、複数の自
立走行ロボット１を移動させながら、その内の１台が目
標位置に到達するような制御処理を実行することにな
る。図２に、このときに制御システム２の実行する処理
フローの一実施例を図示する。なお、以下の図中では、
記述の便宜上、自立走行ロボット１のことを単にロボッ
トと記述することがある。
る。図１に示した制御システム２は、例えば、複数の自
立走行ロボット１を移動させながら、その内の１台が目
標位置に到達するような制御処理を実行することにな
る。図２に、このときに制御システム２の実行する処理
フローの一実施例を図示する。なお、以下の図中では、
記述の便宜上、自立走行ロボット１のことを単にロボッ
トと記述することがある。
【００２０】すなわち、自立走行ロボット１を目標位置
に到達させるために、制御システム２は、この図２の処
理フローに示すように、先ず最初に、ステップ１で、各
自立走行ロボット１の初期位置情報を収集する。次に、
ステップ２で、少なくとも３台以上となる複数台数の自
立走行ロボット１を選択する。例えば、自立走行ロボッ
トＡ，Ｂ，Ｃという３台の自立走行ロボット１を選択す
るのである。
に到達させるために、制御システム２は、この図２の処
理フローに示すように、先ず最初に、ステップ１で、各
自立走行ロボット１の初期位置情報を収集する。次に、
ステップ２で、少なくとも３台以上となる複数台数の自
立走行ロボット１を選択する。例えば、自立走行ロボッ
トＡ，Ｂ，Ｃという３台の自立走行ロボット１を選択す
るのである。
【００２１】続いて、ステップ３で、選択された自立走
行ロボット１の内の１台を目標位置に向かう方向に一定
距離移動させる。例えば、図３（イ）に示すように、自
立走行ロボットＣを目標位置に向かう方向に移動させる
のである。
行ロボット１の内の１台を目標位置に向かう方向に一定
距離移動させる。例えば、図３（イ）に示すように、自
立走行ロボットＣを目標位置に向かう方向に移動させる
のである。
【００２２】続いて、ステップ４で、移動した自立走行
ロボット１と、残りの２台の静止状態にある自立走行ロ
ボット１との間の角度情報を収集する。この角度情報
は、静止状態にある自立走行ロボット１の備える測定装
置１０が測定するものであって、例えば、移動した自立
走行ロボット１の発光する光を角度選択性のある光検出
機構でもって検出していくことで測定することになる。
ロボット１と、残りの２台の静止状態にある自立走行ロ
ボット１との間の角度情報を収集する。この角度情報
は、静止状態にある自立走行ロボット１の備える測定装
置１０が測定するものであって、例えば、移動した自立
走行ロボット１の発光する光を角度選択性のある光検出
機構でもって検出していくことで測定することになる。
【００２３】このようにして、制御システム２は、図３
の例で説明するならば、図３（ロ）に示すように、静止
自立走行ロボットＡから見た静止自立走行ロボットＢと
移動自立走行ロボットＣとの間の展開角度θ1 と、図３
（ハ）に示すように、静止自立走行ロボットＢから見た
静止自立走行ロボットＡと移動自立走行ロボットＣとの
間の展開角度θ2 という２つの角度情報を収集すること
になる。なお、これらの角度情報の収集方法は、有線手
段や無線手段のいずれを使うものであってもよい。
の例で説明するならば、図３（ロ）に示すように、静止
自立走行ロボットＡから見た静止自立走行ロボットＢと
移動自立走行ロボットＣとの間の展開角度θ1 と、図３
（ハ）に示すように、静止自立走行ロボットＢから見た
静止自立走行ロボットＡと移動自立走行ロボットＣとの
間の展開角度θ2 という２つの角度情報を収集すること
になる。なお、これらの角度情報の収集方法は、有線手
段や無線手段のいずれを使うものであってもよい。
【００２４】続いて、ステップ５で、静止状態にある２
台の自立走行ロボット１の位置情報と、ステップ４で収
集した角度情報とから、移動した自立走行ロボット１の
位置情報を推定する。この推定処理は、三角形の形状規
則に従って実行されるものであって、具体的には、自立
走行ロボットＡの位置情報を（ｘ1,ｙ1 ）、自立走行ロ
ボットＢの位置情報を（ｘ2,ｙ2 ）とするならば、
台の自立走行ロボット１の位置情報と、ステップ４で収
集した角度情報とから、移動した自立走行ロボット１の
位置情報を推定する。この推定処理は、三角形の形状規
則に従って実行されるものであって、具体的には、自立
走行ロボットＡの位置情報を（ｘ1,ｙ1 ）、自立走行ロ
ボットＢの位置情報を（ｘ2,ｙ2 ）とするならば、
【００２５】
【数１】
【００２６】に従って、移動した自立走行ロボットＣの
位置情報（ｘ3,ｙ3 ）を推定していくことで実行するこ
とになる。制御システム２は、このステップ５の処理に
従って、移動した自立走行ロボット１が目標位置に到達
したと判断するときには処理を終了し、未到達であると
判断するときには、ステップ２に戻っていって、例え
ば、図３（ニ）に示すように、今度は自立走行ロボット
Ａを目標位置に向かう方向に移動させていくことで、自
立走行ロボット１を目標位置に到達させるよう制御する
のである。この目標位置への自立走行ロボット１の移動
制御は様々な方式を採ることが可能であるが、例えば、
図４に示すような移動形態を採ることも１つの方法であ
る。
位置情報（ｘ3,ｙ3 ）を推定していくことで実行するこ
とになる。制御システム２は、このステップ５の処理に
従って、移動した自立走行ロボット１が目標位置に到達
したと判断するときには処理を終了し、未到達であると
判断するときには、ステップ２に戻っていって、例え
ば、図３（ニ）に示すように、今度は自立走行ロボット
Ａを目標位置に向かう方向に移動させていくことで、自
立走行ロボット１を目標位置に到達させるよう制御する
のである。この目標位置への自立走行ロボット１の移動
制御は様々な方式を採ることが可能であるが、例えば、
図４に示すような移動形態を採ることも１つの方法であ
る。
【００２７】このようにして自立走行ロボット１が移動
していくときにあって、制御システム２は、移動してい
く自立走行ロボット１が障害物と衝突、あるいは接近し
たときに、その自立走行ロボット１の備える接触センサ
や近接スイッチ等の簡単な検出装置１１がその障害物の
存在を検出していくとともに、その移動の自立走行ロボ
ット１の位置情報を上述の算出論理に従って測定してい
くことで、障害物の存在位置を特定して障害物の環境地
図を作成していく。この障害物環境地図の作成により、
制御システム２は、無駄な制御を実行することなく自立
走行ロボット１を移動させていくことが可能になるので
ある。
していくときにあって、制御システム２は、移動してい
く自立走行ロボット１が障害物と衝突、あるいは接近し
たときに、その自立走行ロボット１の備える接触センサ
や近接スイッチ等の簡単な検出装置１１がその障害物の
存在を検出していくとともに、その移動の自立走行ロボ
ット１の位置情報を上述の算出論理に従って測定してい
くことで、障害物の存在位置を特定して障害物の環境地
図を作成していく。この障害物環境地図の作成により、
制御システム２は、無駄な制御を実行することなく自立
走行ロボット１を移動させていくことが可能になるので
ある。
【００２８】図５に、本発明者が計算機シミュレーショ
ンにより検証した障害物環境地図の作成例を図示する。
ここで、図中の（イ）が本来の障害物情報であり、
（ロ）が自立走行ロボット１の移動に伴って作成した障
害物環境地図である。なお、この作成される障害物環境
地図は、更に自立走行ロボット１を移動させていくに従
って完全なものになっていくことになる。
ンにより検証した障害物環境地図の作成例を図示する。
ここで、図中の（イ）が本来の障害物情報であり、
（ロ）が自立走行ロボット１の移動に伴って作成した障
害物環境地図である。なお、この作成される障害物環境
地図は、更に自立走行ロボット１を移動させていくに従
って完全なものになっていくことになる。
【００２９】以上に説明した実施例では、制御システム
２は、移動した自立走行ロボット１と、残りの２台の静
止状態にある自立走行ロボット１との間の角度情報を収
集することで、移動した自立走行ロボット１の位置情報
を推定していく方法を採ったが、移動した自立走行ロボ
ット１と、残りの２台の静止状態にある自立走行ロボッ
ト１との間の距離情報を収集することで、移動した自立
走行ロボット１の位置情報を推定していく方法を採るこ
とも可能である。
２は、移動した自立走行ロボット１と、残りの２台の静
止状態にある自立走行ロボット１との間の角度情報を収
集することで、移動した自立走行ロボット１の位置情報
を推定していく方法を採ったが、移動した自立走行ロボ
ット１と、残りの２台の静止状態にある自立走行ロボッ
ト１との間の距離情報を収集することで、移動した自立
走行ロボット１の位置情報を推定していく方法を採るこ
とも可能である。
【００３０】すなわち、図６に示すように、移動した自
立走行ロボットＣと静止状態にある自立走行ロボットＡ
との間の距離をｒ1 、移動した自立走行ロボットＣと静
止状態にある自立走行ロボットＢとの間の距離をｒ2 と
するならば、自立走行ロボットＡの位置情報（ｘ
1,ｙ1 ）と、自立走行ロボットＢの位置情報（ｘ
2,ｙ2 ）と、自立走行ロボットＣの位置情報（ｘ
3,ｙ3 ）との間には、 （ｘ3 −ｘ1)2 ＋（ｙ3 −ｙ1)2 ＝ｒ1 2 （ｘ3 −ｘ2)2 ＋（ｙ3 −ｙ2)2 ＝ｒ2 2 の関係式が成立するので、これを解くことで、
立走行ロボットＣと静止状態にある自立走行ロボットＡ
との間の距離をｒ1 、移動した自立走行ロボットＣと静
止状態にある自立走行ロボットＢとの間の距離をｒ2 と
するならば、自立走行ロボットＡの位置情報（ｘ
1,ｙ1 ）と、自立走行ロボットＢの位置情報（ｘ
2,ｙ2 ）と、自立走行ロボットＣの位置情報（ｘ
3,ｙ3 ）との間には、 （ｘ3 −ｘ1)2 ＋（ｙ3 −ｙ1)2 ＝ｒ1 2 （ｘ3 −ｘ2)2 ＋（ｙ3 −ｙ2)2 ＝ｒ2 2 の関係式が成立するので、これを解くことで、
【００３１】
【数２】
【００３２】に従って、移動した自立走行ロボットＣの
位置情報（ｘ3,ｙ3 ）が推定できることになるのであ
る。この方法を用いるときには、自立走行ロボット１の
測定装置１０として、超音波距離計等を用いることにな
る。
位置情報（ｘ3,ｙ3 ）が推定できることになるのであ
る。この方法を用いるときには、自立走行ロボット１の
測定装置１０として、超音波距離計等を用いることにな
る。
【００３３】また、制御システム２は、移動した自立走
行ロボット１と一方の静止状態にある自立走行ロボット
１との間の角度情報と、移動した自立走行ロボット１と
もう一方の静止状態にある自立走行ロボット１との間の
距離情報を収集することで、移動した自立走行ロボット
１の位置情報を推定していく方法を採ることも可能であ
る。
行ロボット１と一方の静止状態にある自立走行ロボット
１との間の角度情報と、移動した自立走行ロボット１と
もう一方の静止状態にある自立走行ロボット１との間の
距離情報を収集することで、移動した自立走行ロボット
１の位置情報を推定していく方法を採ることも可能であ
る。
【００３４】すなわち、図７に示すように、移動した自
立走行ロボットＣと静止状態にある自立走行ロボットＡ
との間のｘ軸を基準とする角度をφ、移動した自立走行
ロボットＣと静止状態にある自立走行ロボットＢとの間
の距離をｒ2 とするならば、自立走行ロボットＡの位置
情報（ｘ1,ｙ1 ）と、自立走行ロボットＢの位置情報
（ｘ2,ｙ2 ）と、自立走行ロボットＣの位置情報（ｘ3,
ｙ3 ）との間には、 （ｘ3 −ｘ2)2 ＋（ｙ3 −ｙ2)2 ＝ｒ2 2 ｔａｎφ＝（ｙ3 −ｙ1)／（ｘ3 −ｘ1) の関係式が成立するので、これを解くことで、
立走行ロボットＣと静止状態にある自立走行ロボットＡ
との間のｘ軸を基準とする角度をφ、移動した自立走行
ロボットＣと静止状態にある自立走行ロボットＢとの間
の距離をｒ2 とするならば、自立走行ロボットＡの位置
情報（ｘ1,ｙ1 ）と、自立走行ロボットＢの位置情報
（ｘ2,ｙ2 ）と、自立走行ロボットＣの位置情報（ｘ3,
ｙ3 ）との間には、 （ｘ3 −ｘ2)2 ＋（ｙ3 −ｙ2)2 ＝ｒ2 2 ｔａｎφ＝（ｙ3 −ｙ1)／（ｘ3 −ｘ1) の関係式が成立するので、これを解くことで、
【００３５】
【数３】
【００３６】に従って、移動した自立走行ロボットＣの
位置情報（ｘ3,ｙ3 ）が推定できることになるのであ
る。また、以上に説明した実施例では、制御システム２
は、自立走行ロボット１が同一平面上を移動することを
前提にして本発明を開示したが、本発明は、自立走行ロ
ボット１が３次元移動をするときにも適用できるもので
ある。
位置情報（ｘ3,ｙ3 ）が推定できることになるのであ
る。また、以上に説明した実施例では、制御システム２
は、自立走行ロボット１が同一平面上を移動することを
前提にして本発明を開示したが、本発明は、自立走行ロ
ボット１が３次元移動をするときにも適用できるもので
ある。
【００３７】すなわち、図８に示すように、２台の静止
状態にある自立走行ロボット１のｘ・ｙ平面での位置情
報が（ｄ，０），（−ｄ，０）で、移動した自立走行ロ
ボット１をｘ・ｙ平面に射影したときに形成される静止
自立走行ロボット１との間の三角形の底角がθ1,θ
2 で、移動した自立走行ロボット１と静止自立走行ロボ
ット１との間の仰角がφ1,φ2 であるとするならば、
状態にある自立走行ロボット１のｘ・ｙ平面での位置情
報が（ｄ，０），（−ｄ，０）で、移動した自立走行ロ
ボット１をｘ・ｙ平面に射影したときに形成される静止
自立走行ロボット１との間の三角形の底角がθ1,θ
2 で、移動した自立走行ロボット１と静止自立走行ロボ
ット１との間の仰角がφ1,φ2 であるとするならば、
【００３８】
【数４】
【００３９】に従って、移動した自立走行ロボット１の
位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）が推定できることになるのであ
る。このようにして、本発明では、ランドマークを用い
ることなく自立走行ロボット１の展開位置を測定できる
ようになるとともに、デッドレコニング法に従うことな
く自立走行ロボット１の展開位置を測定できるようにな
ることから、未知、未整地の環境下にあっても、自立走
行ロボット１の展開位置を高精度でもって測定できるよ
うになる。
位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）が推定できることになるのであ
る。このようにして、本発明では、ランドマークを用い
ることなく自立走行ロボット１の展開位置を測定できる
ようになるとともに、デッドレコニング法に従うことな
く自立走行ロボット１の展開位置を測定できるようにな
ることから、未知、未整地の環境下にあっても、自立走
行ロボット１の展開位置を高精度でもって測定できるよ
うになる。
【００４０】本発明により自立走行ロボット１の位置情
報を測定しながら目標位置に到達すべく制御するときに
は、自立走行ロボット１の最適な移動形態が存在する筈
である。
報を測定しながら目標位置に到達すべく制御するときに
は、自立走行ロボット１の最適な移動形態が存在する筈
である。
【００４１】そこで、この問題を考察するために、図９
に示すように、同じ形の二等辺三角形を目標位置まで積
み重ねていく移動形態を採ることを想定して、それぞれ
の三角形の底角に誤差があるときに、どのような二等辺
三角形を幾つ積み重ねる場合が最も目標位置でのズレが
小さいかを検討したので、以下、その検討内容について
詳細に説明する。
に示すように、同じ形の二等辺三角形を目標位置まで積
み重ねていく移動形態を採ることを想定して、それぞれ
の三角形の底角に誤差があるときに、どのような二等辺
三角形を幾つ積み重ねる場合が最も目標位置でのズレが
小さいかを検討したので、以下、その検討内容について
詳細に説明する。
【００４２】図１０に示すように、１台の自立走行ロボ
ット１の位置情報が（ｄ，０）で、もう１台の自立走行
ロボット１の位置情報が（−ｄ，０）で、残りの１台の
自立走行ロボット１との間に形成される三角形の底角が
θ1,θ2 であるとすると、その残りの１台の自立走行ロ
ボット１の位置Ｐ（ｘ，ｙ）は、上述の〔数４〕の数式
に従って求められる。
ット１の位置情報が（ｄ，０）で、もう１台の自立走行
ロボット１の位置情報が（−ｄ，０）で、残りの１台の
自立走行ロボット１との間に形成される三角形の底角が
θ1,θ2 であるとすると、その残りの１台の自立走行ロ
ボット１の位置Ｐ（ｘ，ｙ）は、上述の〔数４〕の数式
に従って求められる。
【００４３】このとき、この三角形の底角θ1,θ2 に誤
差Δθ1,Δθ2 が含まれる場合のＰ（ｘ，ｙ）の位置誤
差Δｘ，Δｙは、
差Δθ1,Δθ2 が含まれる場合のＰ（ｘ，ｙ）の位置誤
差Δｘ，Δｙは、
【００４４】
【数５】
【００４５】となる。ここで、角度は全て反時計回りを
正とする。また、ここでは、二等辺三角形を仮定してい
るので、上式は、「θ1 ＝−θ2 ＝θ」とおくと、結
局、
正とする。また、ここでは、二等辺三角形を仮定してい
るので、上式は、「θ1 ＝−θ2 ＝θ」とおくと、結
局、
【００４６】
【数６】
【００４７】に変形されることになる。最初に、進行方
向（ｙ軸方向）の誤差が最も大きいと考えられる場合、
すなわち、「Δθ1 ＝−Δθ2 ＝Δθ」である場合につ
いて考察する。
向（ｙ軸方向）の誤差が最も大きいと考えられる場合、
すなわち、「Δθ1 ＝−Δθ2 ＝Δθ」である場合につ
いて考察する。
【００４８】この条件を〔数４〕の数式で表される位置
Ｐ（ｘ，ｙ）に代入すると、 ｘ＝０， ｙ＝ｄ・ｔａｎθ が得られ、また、この位置Ｐ（ｘ，ｙ）の誤差は、この
条件を〔数６〕の数式に代入することで、 Δｘ＝０， Δｙ＝ｄ・Δθ／ｃｏｓ2 θ が得られる。
Ｐ（ｘ，ｙ）に代入すると、 ｘ＝０， ｙ＝ｄ・ｔａｎθ が得られ、また、この位置Ｐ（ｘ，ｙ）の誤差は、この
条件を〔数６〕の数式に代入することで、 Δｘ＝０， Δｙ＝ｄ・Δθ／ｃｏｓ2 θ が得られる。
【００４９】このΔｙの係数をθで微分すると、「２ｄ
・ｓｉｎθ／ｃｏｓ3 θ」が得られるが、これは、「θ
＝０」で極小となる。すなわち、１回の測定では、進行
方向の測定位置誤差は、底角θが大きくなるほど増加す
ることが分かる。
・ｓｉｎθ／ｃｏｓ3 θ」が得られるが、これは、「θ
＝０」で極小となる。すなわち、１回の測定では、進行
方向の測定位置誤差は、底角θが大きくなるほど増加す
ることが分かる。
【００５０】さて、この二等辺三角形をｎ個積み重ね
て、ｎ番目の三角形の頂点が目標位置に到達する場合に
ついて考える。いま、図１０に示すように、最初の三角
形の低点位置から見た目標位置の方位角をθe とし、各
三角形の底角をθ’とすると、これらの間には、「ｔａ
ｎθ’＝ｔａｎθe ／ｎ」という関係式が成立する。
て、ｎ番目の三角形の頂点が目標位置に到達する場合に
ついて考える。いま、図１０に示すように、最初の三角
形の低点位置から見た目標位置の方位角をθe とし、各
三角形の底角をθ’とすると、これらの間には、「ｔａ
ｎθ’＝ｔａｎθe ／ｎ」という関係式が成立する。
【００５１】三角形をｎ個積み重ねた場合でも、それぞ
れの三角形に対する頂点の位置誤差は上述の「Δｙ＝ｄ
・Δθ／ｃｏｓ2 θ」で与えられることから、これに上
述の「ｔａｎθ’＝ｔａｎθe ／ｎ」を代入すること
で、
れの三角形に対する頂点の位置誤差は上述の「Δｙ＝ｄ
・Δθ／ｃｏｓ2 θ」で与えられることから、これに上
述の「ｔａｎθ’＝ｔａｎθe ／ｎ」を代入すること
で、
【００５２】
【数７】
【００５３】が得られる。これから、三角形をｎ個積み
重ねた場合の目標位置での位置誤差は、
重ねた場合の目標位置での位置誤差は、
【００５４】
【数８】
【００５５】で表される。ここで、この係数をｎで微分
すると、
すると、
【００５６】
【数９】
【００５７】と求まることから、位置誤差ΣΔｙは「ｎ
＝ｔａｎθe 」で極小となることが分かる。すなわち、
「ｔａｎθ’＝１」である「θ’＝π／４」で位置誤差
ΣΔｙが極小となる。
＝ｔａｎθe 」で極小となることが分かる。すなわち、
「ｔａｎθ’＝１」である「θ’＝π／４」で位置誤差
ΣΔｙが極小となる。
【００５８】これから、目標位置がどの位置にあって
も、常に、底角がθ’＝π／４である二等辺三角形を作
るように自立走行ロボット１を移動させれば、目標位置
での進行方向の位置同定誤差を最小にすることができる
ことが分かる。
も、常に、底角がθ’＝π／４である二等辺三角形を作
るように自立走行ロボット１を移動させれば、目標位置
での進行方向の位置同定誤差を最小にすることができる
ことが分かる。
【００５９】次に、水平方向（ｘ軸方向）の誤差が最も
大きいと考えられる場合、すなわち、「−Δθ1 ＝−Δ
θ2 ＝Δθ」である場合について考察する。二等辺三角
形を仮定しているので、上述のように、 ｘ＝０， ｙ＝ｄ・ｔａｎθ が得られ、また、位置Ｐ（ｘ，ｙ）の誤差は、この「−
Δθ1 ＝−Δθ2 ＝Δθ」の条件を〔数６〕の数式に代
入することで、 Δｘ＝２ｄ・Δθ／ｓｉｎ２θ， Δｙ＝０ が得られる。
大きいと考えられる場合、すなわち、「−Δθ1 ＝−Δ
θ2 ＝Δθ」である場合について考察する。二等辺三角
形を仮定しているので、上述のように、 ｘ＝０， ｙ＝ｄ・ｔａｎθ が得られ、また、位置Ｐ（ｘ，ｙ）の誤差は、この「−
Δθ1 ＝−Δθ2 ＝Δθ」の条件を〔数６〕の数式に代
入することで、 Δｘ＝２ｄ・Δθ／ｓｉｎ２θ， Δｙ＝０ が得られる。
【００６０】このΔｘの係数をθで微分すると、「−４
ｄ・ｃｏｓ２θ／ｓｉｎ2 ２θ」が得られるが、これ
は、「θ＝π／４」で極小となる。すなわち、１回の測
定では、進行方向に垂直な方向の測定位置誤差は、底角
θがπ／４で最も小さくなることが分かる。
ｄ・ｃｏｓ２θ／ｓｉｎ2 ２θ」が得られるが、これ
は、「θ＝π／４」で極小となる。すなわち、１回の測
定では、進行方向に垂直な方向の測定位置誤差は、底角
θがπ／４で最も小さくなることが分かる。
【００６１】さて、この二等辺三角形をｎ個積み重ね
て、ｎ番目の三角形の頂点が目標位置に到達する場合に
ついて考える。上述の「Δｘ＝２ｄ・Δθ／ｓｉｎ２
θ」に、上述の「ｔａｎθ’＝ｔａｎθe ／ｎ」を代入
することで、
て、ｎ番目の三角形の頂点が目標位置に到達する場合に
ついて考える。上述の「Δｘ＝２ｄ・Δθ／ｓｉｎ２
θ」に、上述の「ｔａｎθ’＝ｔａｎθe ／ｎ」を代入
することで、
【００６２】
【数１０】
【００６３】が得られる。これから、三角形をｎ個積み
重ねた場合の目標位置での位置誤差は、
重ねた場合の目標位置での位置誤差は、
【００６４】
【数１１】
【００６５】で表される。ここで、この係数を三角形の
個数ｎで微分すると、
個数ｎで微分すると、
【００６６】
【数１２】
【００６７】と求まることから、位置誤差ΣΔｘは「ｎ
＝０」で極小となることが分かる。すなわち、水平方向
に関しては、積み重ねる三角形の個数が少なくなるよう
に、つまり、できるだけ底角の大きな二等辺三角形を作
るように自立走行ロボット１を移動させれば、目標位置
での水平方向の位置同定誤差を最小にすることができる
ことが分かる。
＝０」で極小となることが分かる。すなわち、水平方向
に関しては、積み重ねる三角形の個数が少なくなるよう
に、つまり、できるだけ底角の大きな二等辺三角形を作
るように自立走行ロボット１を移動させれば、目標位置
での水平方向の位置同定誤差を最小にすることができる
ことが分かる。
【００６８】次に、目標位置での全方向的な位置同定誤
差について考察する。〔数６〕の数式の両辺を二乗し加
え合わせると、
差について考察する。〔数６〕の数式の両辺を二乗し加
え合わせると、
【００６９】
【数１３】
【００７０】が得られる。この〔数１３〕の数式は、三
角形の底角に誤差が存在する場合に、計算される頂点の
位置同定誤差の分布を表す楕円体である。ここで、この
楕円体の面積は、
角形の底角に誤差が存在する場合に、計算される頂点の
位置同定誤差の分布を表す楕円体である。ここで、この
楕円体の面積は、
【００７１】
【数１４】
【００７２】で表される。これから、三角形をｎ回繰り
返した場合の目標位置での楕円体の面積は、「Ｓ＝ｎ2
ｓ」であることから、この式に「ｔａｎθ’＝ｔａｎθ
e ／ｎ」を代入して整理することで、
返した場合の目標位置での楕円体の面積は、「Ｓ＝ｎ2
ｓ」であることから、この式に「ｔａｎθ’＝ｔａｎθ
e ／ｎ」を代入して整理することで、
【００７３】
【数１５】
【００７４】が得られる。これをｎで微分して整理する
と、
と、
【００７５】
【数１６】
【００７６】が得られるが、これは、「ｎ＝ｔａｎθe
／３1/2 」、すなわち、「ｔａｎθ＝ｔａｎθe ／ｎ＝
３1/2 」で最小値を持つことが分かる。すなわち、常
に、底角がθ＝６０度である二等辺三角形を作るように
自立走行ロボット１を移動させれば、目標位置での全方
向的な位置同定誤差を最小にすることができることが分
かる。
／３1/2 」、すなわち、「ｔａｎθ＝ｔａｎθe ／ｎ＝
３1/2 」で最小値を持つことが分かる。すなわち、常
に、底角がθ＝６０度である二等辺三角形を作るように
自立走行ロボット１を移動させれば、目標位置での全方
向的な位置同定誤差を最小にすることができることが分
かる。
【００７７】このように、本発明により自立走行ロボッ
ト１の位置情報を測定しながら目標位置に到達すべく制
御するときには、自立走行ロボット１の最適な移動形態
が存在するのである。
ト１の位置情報を測定しながら目標位置に到達すべく制
御するときには、自立走行ロボット１の最適な移動形態
が存在するのである。
【００７８】図示実施例について説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。例えば、実施例では、
制御システム２が移動した自立走行ロボット１の位置情
報を算出していく構成を開示したが、本発明はこれに限
られることなく、各自立走行ロボット１が移動した自立
走行ロボット１の位置情報を算出する構成を採ることも
可能である。
これに限定されるものではない。例えば、実施例では、
制御システム２が移動した自立走行ロボット１の位置情
報を算出していく構成を開示したが、本発明はこれに限
られることなく、各自立走行ロボット１が移動した自立
走行ロボット１の位置情報を算出する構成を採ることも
可能である。
【００７９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ランドマークを用いることなく自立走行ロボットの展開
位置を測定できるようになるとともに、デッドレコニン
グ法に従うことなく自立走行ロボットの展開位置を測定
できるようになることから、未知、かつ未整地の環境下
にあっても、自立走行ロボットの展開位置を高精度でも
って測定できるようになる。
ランドマークを用いることなく自立走行ロボットの展開
位置を測定できるようになるとともに、デッドレコニン
グ法に従うことなく自立走行ロボットの展開位置を測定
できるようになることから、未知、かつ未整地の環境下
にあっても、自立走行ロボットの展開位置を高精度でも
って測定できるようになる。
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】制御システムの実行する処理フローの一実施例
である。
である。
【図３】本発明の処理の一実施例である。
【図４】自立走行ロボットの移動形態の説明図である。
【図５】障害物環境地図作成のシミュレーション結果例
である。
である。
【図６】自立走行ロボットの位置関係の説明図である。
【図７】自立走行ロボットの位置関係の説明図である。
【図８】自立走行ロボットの位置関係の説明図である。
【図９】自立走行ロボットの移動形態の一例である。
【図１０】自立走行ロボットの位置関係の説明図であ
る。
る。
１ 自立走行ロボット
２ 制御システム
１０ 測定装置
１１ 検出装置
２０ 収集装置
２１ 算出装置
２２ 第２の収集装置
２３ 特定装置
フロントページの続き
(72)発明者 倉爪 亮
神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地
富士通株式会社内
(56)参考文献 特開 平４−39710（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−154904（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−73004（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−110606（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−3711（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−85150（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−119835（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−189035（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−142486（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−44122（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−265548（ＪＰ，Ａ)
広瀬茂男、長田茂美、倉爪亮，群ロボ
ットによる協調ポジショニング法，第10
回日本ロボット学会学術講演会予稿集Ｎ
ｏ．３，日本，（社）日本ロボット学
会，1992年10月31日，1135−1138
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G05D 1/02
Claims (3)
- 【請求項１】 ３台以上の自立走行ロボットから構成さ
れる自立走行ロボット群システムにおいて、 各自立走行ロボットが、他自立走行ロボットとの間の幾
何学情報を測定する測定装置を備える構成を採り、 かつ、２台以上の静止自立走行ロボットの備える上記測
定装置が測定する移動自立走行ロボットとの間の幾何学
情報を収集する収集装置と、 上記収集装置の収集する幾何学情報と、上記静止自立走
行ロボットの位置情報とを使い、三角形の形状規則に従
って上記移動自立走行ロボットの位置情報を算出する算
出装置とを備えることを、 特徴とする自立走行ロボット群システム。 - 【請求項２】 請求項１記載の自立走行ロボット群シス
テムにおいて、 ２台以上の静止自立走行ロボットの備える測定装置は、
移動自立走行ロボットの存在位置を規定する角度を幾何
学情報として測定するよう処理することを、 特徴とする自立走行ロボット群システム。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の自立走行ロボット
群システムにおいて、 ２台以上の静止自立走行ロボットの備える測定装置は、
更に、移動自立走行ロボットの３次元位置を規定する角
度を幾何学情報として測定するよう処理することを、 特徴とする自立走行ロボット群システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10391893A JP3410508B2 (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 自立走行ロボット群システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10391893A JP3410508B2 (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 自立走行ロボット群システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06314124A JPH06314124A (ja) | 1994-11-08 |
| JP3410508B2 true JP3410508B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=14366813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10391893A Expired - Fee Related JP3410508B2 (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 自立走行ロボット群システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3410508B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6374155B1 (en) * | 1999-11-24 | 2002-04-16 | Personal Robotics, Inc. | Autonomous multi-platform robot system |
| JP4676374B2 (ja) * | 2006-05-09 | 2011-04-27 | 日本電信電話株式会社 | 位置算出システム |
| JP5548139B2 (ja) | 2008-01-28 | 2014-07-16 | シーグリッド コーポレーション | 施設を整備するロボットと実時間または近実時間で相互作用する方法 |
| US8755936B2 (en) | 2008-01-28 | 2014-06-17 | Seegrid Corporation | Distributed multi-robot system |
| WO2009097354A2 (en) | 2008-01-28 | 2009-08-06 | Seegrid Corporation | Service robot and method of operating same |
| WO2009102970A2 (en) * | 2008-02-13 | 2009-08-20 | Seegrid Corporation | Distributed multi-robot system |
| KR101132713B1 (ko) * | 2009-09-30 | 2012-04-06 | 한국과학기술연구원 | 이동로봇의 이동 제어장치, 이를 구비하는 이동로봇 시스템 및 이동로봇의 이동 제어방법 |
| JP5939395B2 (ja) * | 2012-09-18 | 2016-06-22 | 株式会社Ihi | 移動体の相対姿勢計測方法と装置 |
| KR101914829B1 (ko) * | 2016-05-20 | 2018-11-02 | 연세대학교 산학협력단 | 다수의 전자 장치들을 이용하여 목적지로 이동하기 위한 장치 및 방법 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5985150A (ja) * | 1982-11-08 | 1984-05-17 | Hitachi Ltd | 移動体制御用光通信装置 |
| JPS59142486A (ja) * | 1983-02-04 | 1984-08-15 | Taisei Corp | 位置検知方法 |
| JPH065482B2 (ja) * | 1983-06-22 | 1994-01-19 | 株式会社日立製作所 | ロボット装置 |
| JP2615015B2 (ja) * | 1986-08-11 | 1997-05-28 | 三菱重工業株式会社 | 自走作業台車位置計測方法 |
| JP2525046B2 (ja) * | 1988-10-19 | 1996-08-14 | 株式会社ロボテック研究所 | 移動体の遠隔制御システム |
| JP2748281B2 (ja) * | 1989-08-14 | 1998-05-06 | 本田技研工業株式会社 | 自走型作業ロボット |
| JP2802522B2 (ja) * | 1989-11-13 | 1998-09-24 | 本田技研工業株式会社 | 自走車の位置制御装置 |
| JP2649860B2 (ja) * | 1990-06-05 | 1997-09-03 | 株式会社フジタ | 自動墨出し装置 |
| JP2933247B2 (ja) * | 1991-10-29 | 1999-08-09 | 川崎重工業株式会社 | ロボット装置 |
| JP3200914B2 (ja) * | 1992-01-14 | 2001-08-20 | ソニー株式会社 | 配置制御方法および装置 |
| JPH05265548A (ja) * | 1992-03-24 | 1993-10-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 移動ロボットの環境学習方法 |
-
1993
- 1993-04-30 JP JP10391893A patent/JP3410508B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 広瀬茂男、長田茂美、倉爪亮，群ロボットによる協調ポジショニング法，第１０回日本ロボット学会学術講演会予稿集Ｎｏ．３，日本，（社）日本ロボット学会，１９９２年１０月３１日，１１３５−１１３８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06314124A (ja) | 1994-11-08 |
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