JP3867334B2

JP3867334B2 - 建築用自律移動ロボット

Info

Publication number: JP3867334B2
Application number: JP07400097A
Authority: JP
Inventors: 達也脇坂; 雄一池田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: JPH10266575A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業現場内を自律移動して建築資材の運搬などといった各種現場作業を実行する建築用自律移動ロボットに係り、特に同一現場内で同時に複数台稼働される移動ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、工場などの作業現場では、資材の運搬などの各種現場作業を、作業現場内を自律して移動することができる移動ロボットに行わせているところがある。ここで、移動ロボットは、エンコーダやジャイロなどの内界センサや、視覚センサなどの外界センサを備え、これらのセンサにより自らセンシングしながら所定の経路に沿って自律移動するようになっている。このような自律移動するロボットを複数台同時に稼働させる作業現場では、移動ロボットどうしが互いに衝突し合わないように、全ての移動ロボットを管理または制御する必要がある。
【０００３】
しかしながら、移動ロボットに搭載されているエンコーダやジャイロなどの内界センサ、または視界センサなどの外界センサから得られる情報には限りがあり、ロボット間の衝突を防止できる程確実なロボット管理またはロボット制御を行うには、さらに多くのセンサ類をロボットに搭載する必要があり、重量増加や電力供給増、処理時間増などといった不具合を招き、自律して移動するロボットには不適当であった。
【０００４】
そこで、従来から、ロボット間で相互に通信を行わせるシステムが提案され実用化されている。このシステムは、移動ロボットどうしで現在位置情報などといった情報を通信により相互に交換させて、ロボット自体に衝突回避や移動経路の修正などを行わせるものである。ロボット間の通信方式としては、特定小電力無線方式やＳＳ（スペクトラム拡散、以下同じ。）無線方式など無線電波を利用する無線通信方式と、赤外線など指向性を有する光を利用する光通信方式との２方式が主流となっている。ここで、特定小電力無線方式やＳＳ無線方式などの無線通信方式は、無線電波を利用していることから、障害物による影響も少なく、通信距離が長く比較的広い通信範囲を確保できるなどのメリットがある。他方、光通信方式は、赤外線などの指向性を有する光線を利用するため、特定小電力無線方式やＳＳ無線方式などでは不可能な、通信相手のロボットの存在位置方向を検知することができるというメリットがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記移動ロボットは、内界センサや外界センサから得られる情報のみからは自己の位置を十分に認識することができないことから、建物の構築現場など建築の作業現場のような、一般製品を製造する工場などの作業現場に比べ、大重量かつ大きな建築資材等を取り扱い、ロボット自体の規模が大きい作業現場では、他のロボットの位置を検出することができない無線通信方式よりもこれを検出することができる光通信方式の方がロボット間の相互通信方式として好ましい。
【０００６】
しかしながら、建築の作業現場では、工場などのように屋内に限定される作業現場などとは違って、屋外で作業が行われることがある上、作業現場には柱や壁など建物の躯体部が不規則に存在しているため、前記光通信方式では、雨や霧、風塵などといった天候要素から悪影響を受けたり、前記建物躯体部から通信妨害を受けてロボット相互間の通信が良好に行えず、最悪の場合には誤作動を招く虞がある。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロボット間の相互通信方式として光通信方式を採用しつつ雨や霧、風塵などの天候要素による悪影響や柱や壁など建物躯体部から通信妨害を受けても相互通信を行うことが可能な建築に適した建築用自律移動ロボットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、同一現場内に複数台配備され、自律移動して建築資材の運搬などの各種現場作業を実行する建築用自律移動ロボットにおいて、
該移動ロボットの移動方向に向かって自己存在主張光線を出力する光線出力手段と、
他の移動ロボットから射出された該自己存在主張光線を全方向にわたり感知可能な光線センサーと、
他の移動ロボットに対し通信光または無線電波を発信する一方、該他の移動ロボットから発信された通信光または無線電波を受信して該他の移動ロボットと相互通信を行う光通信手段及び無線通信手段の双方を有する相互通信装置と、
該他の移動ロボットから発信された該通信光の発信方向を検出する発信方向検出手段と、
該発信方向検出手段により検出された発信方向を該他の移動ロボットの存在方向とし、これに基づいて自己の移動方向を求める自己補正手段と、を備え、
該相互通信装置は、該光線センサーが他の移動ロボットから出力された該自己存在主張光線を感知したときに、該他の移動ロボットに対して該光通信手段により該通信光を発信して該他の移動ロボットと該光通信手段を介して相互通信を行い、該光通信手段が該他の移動ロボットから発信された通信光を所定時間受信できなかったときには、該光通信手段により通信光を継続して発信し続けるとともに、該無線手段により該他の移動ロボットに対して無線電波を発信し、該無線通信手段が該他の移動ロボットから発信された無線電波を受信したときには該他の移動ロボットと該無線通信手段を介して相互通信を行う一方、該光通信手段が該他の移動ロボットから発信された通信光を受信したときには、該無線電波の発信を中止して該他の移動ロボットと該光通信手段を介して相互通信を行うようにしてなり、
該自己補正手段は、当該移動ロボットの自己の基準方向Ａ _１に対する自己の移動方向Ｂ _１の角度をα _１として、該発信方向検出手段によって、該移動方向Ｂ _１に対する他の移動ロボットの存在方向Ｃ _１の角度β _１を取得するとともに、該他の移動ロボットから、前記相互通信装置によって、該他の移動ロボットの前記基準方向Ａ _１と平行な基準方向Ａ _２に対する移動方向Ｂ _２の角度α _２と、この移動方向Ｂ _２に対する当該移動ロボットの存在方向Ｃ _２の角度β _２を取得し、これらα _１，α _２，β _１及びβ _２の間に成り立つ関係式｜（α _１ −α _２）＋（β _１ −β _２）｜＝πに基づいて、α _２，β _１及びβ _２からα _１を求める
ことを特徴とする。
【０００９】
前記構成を有する移動ロボットは、光線センサーが他の移動ロボットから出力された自己存在主張光線を感知することで、自己に対し接近してくる他の移動ロボットを検知することができる。このとき、相互通信装置は、前記他の移動ロボットに対して通信光を発信して他の移動ロボットと光通信手段を介して相互通信を行うようになっているので、前記他の移動ロボットと相互通信を行っている間は、通信光の発信方向を検出することができる。
【００１０】
また、前記他の移動ロボットから発信された前記通信光の発信方向を検出する発信方向検出手段と、該発信方向検出手段により検出された発信方向を該他の移動ロボットの存在方向として、これに基づき自己の移動方向を求める自己補正手段とを備えているので、ロボットはより正確で精度の高い自律移動を行うことができる。
【００１１】
一方、光通信手段が、雨や霧、風塵などの天候要素による悪影響や柱や壁などの建物躯体部による通信妨害があっても、他の移動ロボットから発信された通信光を所定時間受信できなかったときには、無線通信手段が前記他の移動ロボットに対し天候要素からほとんど影響を受けない無線電波を発信し、この無線通信手段がその移動ロボットから発信された無線電波を受信したときには、前記他の移動ロボットと、無線通信手段を介して相互通信を行うようになっているので、光通信手段が雨や霧、風塵などといった天候要素による悪影響や柱や壁などの建物躯体部から通信妨害を受けたときでも、他の移動ロボットとは相互通信を行うことができる。
【００１２】
また、前記相互通信装置は、通信光を継続して発信し続けるようになっていて、光通信手段が前記他の移動ロボットから発信された通信光を受信したときには、無線電波の発信を中止して他の移動ロボットと光通信手段を介して相互通信を行うようになっているので、雨や霧などの悪天候などによる影響が弱まるなどして、前記他の移動ロボットと光通信手段を介して相互通信を行える状態に戻ったときには、直ちに光通信手段による相互通信を再開することができる。
【００１３】
さらに、前記無線通信手段が、前記他の移動ロボットに対してスペクトラム拡散方式で処理されたＳＳ無線電波を発信する一方、該他の移動ロボットから発信された該ＳＳ無線電波を受信して該他の移動ロボットと相互通信を行うＳＳ無線通信手段であれば、ＳＳ無線電波の利用により、通信距離が長くなる一方、通信妨害にも強くなり、確実な相互通信を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る建築用自律移動ロボットの実施形態について、添付図面に基づき詳述する。
【００１５】
本発明に係る建築用自律移動ロボットは、作業現場において、建築資材の運搬などといった現場作業を行うものであり、特に、雨や霧、風塵などの天候による影響を直接受けることのある例えば建物の建築現場などの屋外で稼働し得るものである。
【００１６】
図１は、本発明に係る建築用自律移動ロボットの一例を示したものである。この移動ロボット２は、内界センサとして光ファイバージャイロ４及びエンコーダ６と、外界センサとしてＣＣＤカメラ８（視覚センサ）とを備えていて、これらのセンサを使用して自らセンシングしながら、環境マップと呼ばれる作業現場内の柱や壁、資材などの障害物位置情報が盛り込まれた地図に基づいて、下部の走行駆動車輪１０により作業現場内を自由自在に自律して移動する。
【００１７】
この他、移動ロボット２は、自己存在主張光線として、赤外線を移動方向に向かって出力する光線出力手段としての赤外線出力部１２と、他の移動ロボットから自己存在主張光線として出力された赤外線を全方位にわたって感知可能な光線センサーとしての赤外線センサー１４とを備えている。これによって、各移動ロボット２は、他の移動ロボットが接近してきたときには、赤外線センサー１４によって他の移動ロボットから出力された赤外線を感知して、他の移動ロボットをいずれの方向からも検知することができる。また、移動ロボット２は、赤外線センサー１４が感知した赤外線の発信方向を検出する発信方向検出手段（図示外）を備えていて、この発信方向検出手段により赤外線の発信方向を検出して他の移動ロボットの存在方向を特定することができる。
【００１８】
さらに、移動ロボット２は、このように他の移動ロボットが接近してきたときに、前記他の移動ロボットと衝突回避や前記環境マップ内の自己の補正などを目的として、他の移動ロボットからそのロボットの現在移動方向情報やそのロボットから見た自己の存在方向情報などの情報を相互にやりとりするための相互通信装置を備えている。図２は、本発明の実施の形態に係る相互通信装置の構成とロボット間の通信システムとを概略的に示したものである。相互通信装置１６は、他の移動ロボットに対して通信光または無線電波を発信する一方、他の移動ロボットから発信された通信光または無線電波を受信して他の移動ロボットと相互通信を行う光通信手段及び無線通信手段として赤外線通信部１８とＳＳ無線通信部２０とを有している。赤外線通信部１８は通信光として赤外線を、ＳＳ無線通信部２０は、無線電波として、スペクトラム拡散方式で処理されたＳＳ無線電波を介して他の移動ロボットと相互通信を行う。赤外線通信部１８は、赤外線を発信する発光部２２と、赤外線を受信する受光部２４とを有し、他の移動ロボットに対して発光部２２から赤外線を発信する一方、他の移動ロボットから発信された赤外線を受光部２４で受信して、他の移動ロボットと相互通信を行う。他方、ＳＳ無線通信部２０は、ＳＳ無線電波を発信する発信部２６と、ＳＳ無線電波を受信する受信部２８とを有し、他の移動ロボットに対して発信部２６でＳＳ無線電波を発信する一方、他の移動ロボットから発信されたＳＳ無線電波を受信部２８で受信して、他の移動ロボットと相互通信を行う。
【００１９】
本実施の形態では、前記赤外線通信部１８及び前記ＳＳ無線通信部２０は、他の移動ロボットに対して赤外線若しくはＳＳ無線電波の発信を行う発信モードと、他の移動ロボットから出力された赤外線若しくはＳＳ無線電波の受信または受信待機を行う受信モードとをそれぞれ有し、これら発信モードと受信モードとに交互に切り換えて他の移動ロボットと相互通信を行う。また、前記赤外線出力部１２は前記赤外線通信部１８の発光部２２として、また前記赤外線センサー１４はその受光部２４として機能するようになっていて、赤外線出力部１２は、接近してきた他の移動ロボットに対して赤外線を発信するために、移動ロボット２の移動方向以外の他の方向にも赤外線を出力できるように３６０゜回転可能になっている。また、ＳＳ無線通信部２０は、図１に示すように、移動ロボット２の外側に設けられたＳＳ無線アンテナ３０を介してＳＳ無線電波の発信及び受信を行うようになっている。
【００２０】
そして、相互通信装置１６が他の移動ロボットと赤外線通信部１８を介して相互通信を行うことによって、当該移動ロボット２は、相互通信装置１６の相互通信により他の移動ロボットからロボットの現在の移動方向やロボットから見たときの自己の存在方向などといった情報とともに、前記発信方向検出手段から他の移動ロボットの存在方向情報をも取得することができる。これらの情報により、移動ロボット２は、次に示すような手法により自己の移動方向の補正を行うことができる。
【００２１】
図３は、移動ロボットの自己の移動方向の補正方法の一例を説明するものである。移動ロボット２ａの基準方向Ａ₁に対する自己の移動方向Ｂ₁の角度α₁が不明なときに、移動ロボット２ａは、前記発信方向検出手段によって、自己の移動方向Ｂ₁に対する他の移動ロボット２ｂの存在方向Ｃ₁の角度β₁を取得することができる。他方、他の移動ロボット２ｂからは、赤外線通信部１８を介した相互通信によって、前記基準方向Ａ₁と平行な自己の基準方向Ａ₂に対する自己の移動方向Ｂ₂の角度α₂と、この移動方向Ｂ₂に対する移動ロボット２ａの存在方向Ｃ₂の角度β₂を得ることができる。すなわち、これらα₁，α₂，β₁及びβ₂の間には、図３からわかるように、｜（α₁−α₂）＋（β₁−β₂）｜＝πという関係式が成り立つ。このことから、α₁は、α₂，β₁及びβ₂を取得できれば容易に得ることができる。つまり、移動ロボット２ａは、赤外線通信部１８を介した相互通信によって、現在の自己の移動方向を知ることができ、移動方向の補正を行うことができるのである。さらに、移動ロボット２に搭載されたＣＣＤカメラ８や、この他超音波センサなどといった外界センサを使用すれば、他の移動ロボットとの間の相対距離を測定することができ、さらに、この相対距離と、前記他の移動ロボットの存在方向とに基づいて、他の移動ロボットに対する相対位置をも知ることができ、自己の位置補正も可能となる。
【００２２】
このように、他の移動ロボットと赤外線通信部１８を介して相互通信を行えば、前述したように、移動ロボット２の自己補正を行うことができることから、相互通信装置１６は、可及的に、ＳＳ無線通信部２０よりも赤外線通信部１８を介して相互通信を行うようになっている。すなわち、相互通信装置１６は、他の移動ロボットの接近により赤外線センサー１４が他の移動ロボットから出力された赤外線を感知すると、赤外線通信部１８により赤外線を発信して他の移動ロボットと当該赤外線通信部１８を介して相互通信を図る。ここで、赤外線通信部１８により相互通信が行えない場合、または相互通信中に通信不能な状態になった場合には、ＳＳ無線通信部２０によりＳＳ無線電波を発信して他の移動ロボットとＳＳ無線通信部２０を介して相互通信を図る。そして、赤外線通信部１８により相互通信が可能になった場合には、直ちに赤外線通信部１８を介して他の移動ロボットと相互通信を行うようになっている。
【００２３】
図４は、相互通信装置１６の通信処理の流れを詳しく示したフローチャートである。赤外線センサー１４の赤外線感知により、相互通信装置１６は、赤外線通信部１８を発信モードにして（ＳＴＥＰ０１）、前記発信方向検出手段に基づき特定された他の移動ロボットの存在方向に赤外線出力部１２の出力方向を一致させて赤外線を発信し、その後、赤外線通信部１８を受信モードにする（ＳＴＥＰ０２）。そして、所定時間の間に、赤外線通信部１８が他の移動ロボットから出力された赤外線を受信できたか否かを判断し（ＳＴＥＰ０３）、赤外線を受信できたときには、移動ロボット２は自己の補正を行う（ＳＴＥＰ０４）。そして、作業を終了させるか否かを判断して（ＳＴＥＰ０５）、作業を終了させる場合には処理を終了する一方、作業を終了させない場合には再びＳＴＥＰ０１に戻る。
【００２４】
一方、赤外線を受信できなかったときには、ＳＳ無線通信部２０を送信モードにして、ＳＳ無線電波を送信する（ＳＴＥＰ０６）。そして、ＳＳ無線通信部２０を受信モードにして（ＳＴＥＰ０７）、ＳＳ無線通信部２０を介して他の移動ロボットと相互通信を図る。そして、所定時間経過してから、ＳＳ無線通信部２０が前記他の移動ロボットから出力されたＳＳ無線電波を受信して相互通信できたか否かにかかわらず、ＳＴＥＰ０１に戻って、再び赤外線の発信を行い、他の移動ロボットと赤外線通信部１８を介した相互通信を再度試みる。そして、他の移動ロボットから出力された赤外線を受信できるまで、ＳＳ無線通信部２０により繰り返しＳＳ無線電波を発信するとともに、赤外線通信部１８により赤外線も繰り返し発信する。これにより、赤外線通信部１８による通信が可能な状態になったときには、直ちに赤外線通信部１８を介して相互通信を行うことができる。
【００２５】
これらのことから、前記移動ロボット２では、雨や霧、風塵などの天候要素による悪影響や柱や壁などの建物躯体部からの通信妨害を受けて、他の移動ロボットと赤外線通信部１８を介して相互通信できない場合であっても、ＳＳ無線通信部２０を介して相互通信を図ることができる。しかも、赤外線通信部１８による通信が不可能な状態でも、赤外線の発信を継続して行っているので、これが可能な状態になったときには、直ちに赤外線通信部１８を介して相互通信を行うことができる。
【００２６】
特に、本実施の形態では、無線通信手段としてＳＳ無線通信手段を採用し、無線電波がスペクトラム拡散処理されているため、優れた耐通信妨害性能と長い通信距離とを確保することができる。
【００２７】
図５は、前記移動ロボット２が同一現場内で複数台良好に稼働しているときの様子を示したものである。各移動ロボット２は、相互間距離が小さいときには赤外線通信部を介して相互通信を行う一方、相互間距離が長いときには赤外線通信部ではなくＳＳ無線通信部を介して相互通信を行う。移動ロボット２間のＳＳ無線通信に際しては、建築現場内に適宜配置された１台または複数台の中継車３２などの通信中継手段により、ＳＳ無線電波を中継することで、建築現場内の壁３４や柱３６などといった障害物などの影響によって無線電波が直接届かない位置に存在する移動ロボット２とも相互に通信を行うことができる。
【００２８】
ところで、前記実施の形態では、無線通信手段としてＳＳ無線通信部を、光通信手段として赤外線通信部を例示して説明したが、これらについては他の無線通信手段または光通信手段であってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
前記発明の実施の形態で説明したように本発明に係る建築用自律移動ロボットによれば、光センサーが他の移動ロボットから出力された自己存在主張光線を感知したときに、他の移動ロボットと光通信手段を介して相互通信を行うようになっているので、他の移動ロボットの通信光の発信方向を検知して前記他の移動ロボットの存在方向情報を取得することができる。これにより、移動ロボットは、この取得した他の移動ロボットの存在方向情報に基づいて、自己の移動方向などの補正を行うことができ、より正確で精度の高い自律移動を行うことができる。また、雨や霧、風塵などの天候要素から影響を大きく受け、光通信手段が他の移動ロボットから発信された通信光を所定時間受信できなくなった場合であっても、無線通信手段により無線電波を発信して他の移動ロボットと無線通信手段を介して相互通信を行うことができるので、光通信手段が雨や霧、風塵などの天候による悪影響や柱や壁などの建物躯体部による通信妨害を受けたときの補完を行うことができる。また、天候要素からの影響が弱まるなどして、前記他の移動ロボットと光通信手段を介して相互通信を行える状態に戻ったときには、直ちに光通信手段を介した相互通信を再開して他の移動ロボットの存在方向情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る建築用自律移動ロボットの一例を示した側面図である。
【図２】本発明に係る建築用自律移動ロボットに搭載される相互通信装置のシステム構成の一例を概略的に示した概略構成図である。
【図３】本発明に係る建築用自律移動ロボットが他の移動ロボットと赤外線通信部を介して相互通信を行うことにより、自己の移動方向などの補正を行う方法を説明する説明図である。
【図４】他の移動ロボットが接近してきたときの相互通信装置の通信処理の流れを示したフローチャートである。
【図５】本発明に係る建築用自律移動ロボットが建築現場内で複数台稼働しているときの様子を示した説明図である。
【符号の説明】
２移動ロボット
１２赤外線出力部
１４赤外線センサー
１６相互通信装置
１８赤外線通信部
２０ＳＳ無線通信部
２２発光部
２４受光部
２６発信部
２８受信部
３０ＳＳ無線アンテナ
３２中継車

Claims

同一現場内に複数台配備され、自律移動して建築資材の運搬などの各種現場作業を実行する建築用自律移動ロボットにおいて、
該移動ロボットの移動方向に向かって自己存在主張光線を出力する光線出力手段と、
他の移動ロボットから射出された該自己存在主張光線を全方向にわたり感知可能な光線センサーと、
他の移動ロボットに対し通信光または無線電波を発信する一方、該他の移動ロボットから発信された通信光または無線電波を受信して該他の移動ロボットと相互通信を行う光通信手段及び無線通信手段の双方を有する相互通信装置と、
該他の移動ロボットから発信された該通信光の発信方向を検出する発信方向検出手段と、
該発信方向検出手段により検出された発信方向を該他の移動ロボットの存在方向とし、これに基づいて自己の移動方向を求める自己補正手段と、を備え、
該相互通信装置は、該光線センサーが他の移動ロボットから出力された該自己存在主張光線を感知したときに、該他の移動ロボットに対して該光通信手段により該通信光を発信して該他の移動ロボットと該光通信手段を介して相互通信を行い、該光通信手段が該他の移動ロボットから発信された通信光を所定時間受信できなかったときには、該光通信手段により通信光を継続して発信し続けるとともに、該無線手段により該他の移動ロボットに対して無線電波を発信し、該無線通信手段が該他の移動ロボットから発信された無線電波を受信したときには該他の移動ロボットと該無線通信手段を介して相互通信を行う一方、該光通信手段が該他の移動ロボットから発信された通信光を受信したときには、該無線電波の発信を中止して該他の移動ロボットと該光通信手段を介して相互通信を行うようにしてなり、
該自己補正手段は、当該移動ロボットの自己の基準方向Ａ _１に対する自己の移動方向Ｂ _１の角度をα _１として、該発信方向検出手段によって、該移動方向Ｂ _１に対する他の移動ロボットの存在方向Ｃ _１の角度β _１を取得するとともに、該他の移動ロボットから、前記相互通信装置によって、該他の移動ロボットの前記基準方向Ａ _１と平行な基準方向Ａ _２に対する移動方向Ｂ _２の角度α _２と、この移動方向Ｂ _２に対する当該移動ロボットの存在方向Ｃ _２の角度β _２を取得し、これらα _１，α _２，β _１及びβ _２の間に成り立つ関係式｜（α _１ −α _２）＋（β _１ −β _２）｜＝πに基づいて、α _２，β _１及びβ _２からα _１を求める
ことを特徴とする建築用自律移動ロボット。
前記無線通信手段は、前記無線電波としてスペクトラム拡散方式で処理されたＳＳ無線電波を発信する一方、前記他の移動ロボットから発信された該ＳＳ無線電波を受信して該他の移動ロボットと相互通信を行うＳＳ無線通信手段であることを特徴とする請求項１に記載の建築用自律移動ロボット。