JP4429850B2 - Self-propelled working robot - Google Patents

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Description

本発明は、壁際の床面等に対する作業に適した作業ロボットに関する。   The present invention relates to a work robot suitable for work on a floor or the like near a wall.

従来より、壁際の床面の清掃等の作業を行う自走式の作業ロボットが提案されている（特許文献１参照）。
特開平４−２６０９０５（第３頁、図１） 2. Description of the Related Art Conventionally, a self-propelled working robot that performs work such as cleaning a floor surface near a wall has been proposed (see Patent Document 1).
JP-A-4-260905 (3rd page, FIG. 1)

特許文献１の作業ロボットは、本体から障害物までの距離を測定する複数の距離センサ備えている。前記ロボットは、距離センサによって測定された距離が所定の閾値よりも小さい場合には、所定の回避動作を行い、壁に衝突しないように制御される。前記閾値は、本ロボットが壁際から離れすぎないように、所定の一定の値に設定されている。   The working robot of Patent Document 1 includes a plurality of distance sensors that measure the distance from the main body to the obstacle. When the distance measured by the distance sensor is smaller than a predetermined threshold, the robot performs a predetermined avoidance operation and is controlled so as not to collide with the wall. The threshold value is set to a predetermined constant value so that the robot does not move too far from the wall.

しかし、前記閾値を十分に大きくしないと、本体と障害物との傾斜角が大きい場合（たとえば、図７（ｄ））には、ロボットの中央部先頭が障害物に接近していないにも拘わらず、ロボットの前端の側部が障害物に接近する。そのため、検出が遅れてロボットが障害物に衝突するおそれがある。   However, if the threshold is not sufficiently increased, if the inclination angle between the main body and the obstacle is large (for example, FIG. 7D), the top of the central part of the robot is not approaching the obstacle. First, the side of the front end of the robot approaches the obstacle. Therefore, there is a possibility that the detection is delayed and the robot collides with the obstacle.

したがって、本発明の目的は、種々の障害物を精度良く検出することのできる自走式作業ロボットを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a self-propelled working robot that can detect various obstacles with high accuracy.

前記目的を達成するために、本発明は、前方の障害物までの距離を測定する第１距離センサと、斜め前方の障害物までの距離を測定する第２距離センサとを備えた自走式の作業ロボットにおいて、前記第１距離センサにより測定した障害物までの第１測定距離と、所定の第１閾値とを比較して障害物の接近を判別する第１判別手段と、前記第２距離センサにより測定した障害物までの第２測定距離と、所定の第２閾値とを比較して障害物の接近を判別する第２判別手段と、前記第１および第２測定距離から得られる前記障害物の傾斜角に関する情報に基づいて、前記第１閾値もしくは第２閾値を変更する変更手段とを備えている。   In order to achieve the above object, the present invention is a self-propelled type equipped with a first distance sensor for measuring a distance to an obstacle ahead and a second distance sensor for measuring a distance to an obstacle ahead obliquely. In the work robot, a first determination unit that compares the first measured distance to the obstacle measured by the first distance sensor and a predetermined first threshold to determine the approach of the obstacle, and the second distance A second determination means for determining the approach of the obstacle by comparing the second measurement distance to the obstacle measured by the sensor and a predetermined second threshold; and the obstacle obtained from the first and second measurement distances And changing means for changing the first threshold value or the second threshold value based on information related to the inclination angle of the object.

本発明によれば、第１および第２判別手段により、障害物の検出を行うと共に、前記障害物の傾斜角に関する情報に基づいて、前記第１閾値もしくは前記第２閾値を変更することにより、傾斜角の大きな障害物であっても、精度良く検出することができる。   According to the present invention, by detecting the obstacle by the first and second discriminating means, and changing the first threshold value or the second threshold value based on the information about the inclination angle of the obstacle, Even an obstacle with a large inclination angle can be detected with high accuracy.

本発明において、前記傾斜角に関する情報は、前記第１および第２距離センサの配置と、前記第１および第２距離センサの光の放射方向と、前記第１および第２測定距離とに基づいて得ることができる。   In the present invention, the information regarding the tilt angle is based on the arrangement of the first and second distance sensors, the light emission directions of the first and second distance sensors, and the first and second measurement distances. Obtainable.

ここで、「前方」とは、作業ロボットの進行方向を基準にして定義付けられる。
また、「第１および第２測定距離から得られる前記障害物の傾斜角」としては、たとえば、図６に示すように、障害物Ｗの表面に直交する法線Ｌと、本ロボットの進行方向Ｆとがなす角度θのことをいう。 Here, “front” is defined based on the traveling direction of the work robot.
Further, as the “inclination angle of the obstacle obtained from the first and second measurement distances”, for example, as shown in FIG. 6, the normal L perpendicular to the surface of the obstacle W and the traveling direction of the robot This is the angle θ formed by F.

本発明の好ましい実施例では、前記傾斜角の大小にかかわらず前記第１判別手段による前記障害物が接近したか否かの判別結果と、前記第２判別手段による前記障害物が接近したか否かの判別結果とを得て、前記２つの判別結果のうち、いずれか一方が接近したと判別した時に、前記ロボットが前記障害物に接近したと断定する。
第１距離の方が第２距離よりも小さい傾斜角が小さい場合は、ロボットが障害物に接近したと判別するのは、第２判別手段ではなく、第１判別手段である。一方、第１距離の方が第２距離よりも大きい傾斜角が大きい場合は、ロボットが障害物に接近したと判別するのは、第１判別手段ではなく、第２判別手段である。したがって、傾斜角の角度に拘わらず、接近を判別し断定することができる。
しかし、本発明においては、前記傾斜角が所定値よりも小さい場合には、前記第１判別手段による判別結果に基づいて、前記障害物が接近したか否かを判別し、一方、前記傾斜角が所定値よりも大きい場合には、前記第２判別手段による判別結果に基づいて前記障害物が接近したか否かを判別してもよい。
このように、障害物の傾斜角に基づいて、前方の第１判別手段による判別結果と、斜め前方の第２判別手段による判別結果とを使い分けることで、障害物の傾斜角に拘わらず障害物の検出を行うことができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the determination result of whether or not the obstacle is approached by the first determining means regardless of the inclination angle, and whether or not the obstacle is approached by the second determining means. When it is determined that one of the two determination results approaches, the robot determines that the robot has approached the obstacle.
When the first distance is smaller than the second distance, the first determination means determines that the robot has approached the obstacle, not the second determination means. On the other hand, when the first distance has a larger tilt angle than the second distance, it is not the first determining means but the second determining means that determines that the robot has approached the obstacle. Therefore, the approach can be determined and determined regardless of the angle of inclination.
However, in the present invention, when the tilt angle is smaller than a predetermined value, it is determined whether or not the obstacle has approached based on the determination result by the first determination means, while the tilt angle is If is greater than a predetermined value, it may be determined whether or not the obstacle has approached based on the determination result by the second determination means.
In this way, by using the discrimination result by the first discrimination means in front and the discrimination result by the second discrimination means in front of the obstacle based on the inclination angle of the obstacle, the obstacle regardless of the inclination angle of the obstacle. Can be detected.

本発明において、当該傾斜角が大きくなる程、前記第１閾値もしくは第２閾値が大きくなるように前記第１閾値もしくは前記第２閾値を前記変更手段が設定する。このように、第１閾値もしくは第２閾値を大きくすることにより、ロボットの前端の側部が障害物に接触する前に、該障害物を検出することができる。   In the present invention, the changing means sets the first threshold value or the second threshold value so that the first threshold value or the second threshold value increases as the tilt angle increases. Thus, by increasing the first threshold value or the second threshold value, the obstacle can be detected before the side portion of the front end of the robot contacts the obstacle.

本発明において、前記第１および第２距離センサが互いに近接して配置されているのが好ましい。この場合、前記第１距離と第２距離とを比較し、その比較の結果、前記第１距離が第２距離よりも小さい場合には、前記第１判別手段による判別結果に基づいて、前記障害物が接近したか否かを判別し、一方、前記比較の結果、前記第１距離が第２距離よりも大きい場合には、前記第２判別手段（又は、前記第１判別手段）による判別結果に基づいて前記障害物が接近したか否かを判別することができる。このように、両距離センサを接近して配置し、第１距離が第２距離よりも小さい場合などには、前記第１閾値と第２閾値とを同じ値に設定してもよい。
このように、第１距離と第２距離とを比較することにより、本体と障害物との傾斜角に応じて、第１判別結果と第２判別結果とを使い分けることで、障害物の傾斜角に拘わらず障害物の検出を行うことができる。 In the present invention, it is preferable that the first and second distance sensors are arranged close to each other. In this case, the first distance and the second distance are compared, and if the first distance is smaller than the second distance as a result of the comparison, the failure is determined based on the determination result by the first determination means. If the first distance is greater than the second distance as a result of the comparison, the determination result by the second determination means (or the first determination means) is determined. Whether or not the obstacle has approached can be determined based on the above. Thus, when both distance sensors are arranged close to each other and the first distance is smaller than the second distance, the first threshold value and the second threshold value may be set to the same value.
As described above, by comparing the first distance and the second distance, the first determination result and the second determination result are selectively used in accordance with the inclination angle between the main body and the obstacle, thereby the inclination angle of the obstacle. Obstacles can be detected regardless of the above.

本発明において、前記第１および第２距離センサは光学式の距離センサからなり、前記第１距離センサはロボットの左右の中央の先頭部分に設けられ、前記第２距離センサは第１距離センサの両側に近接して一対設けられ、前記光学式の第１および第２距離センサの他に、自走式ロボットの前端の両側部に前方の障害物までの距離を測定する超音波式の距離センサが設けられているのが好ましい。
このように、超音波式の距離センサと光学式の距離センサを併用することにより、より一層、正確に障害物の検出を行うことができる。 In the present invention, the first and second distance sensors are optical distance sensors, the first distance sensor is provided at the top of the left and right centers of the robot, and the second distance sensor is a first distance sensor. In addition to the optical first and second distance sensors, a pair of ultrasonic distance sensors that measure the distance to the front obstacle on both sides of the front end of the self-propelled robot. Is preferably provided.
As described above, by using the ultrasonic distance sensor and the optical distance sensor in combination, the obstacle can be detected more accurately.

なお、「光学式の距離センサ」としては、たとえば、光を照射し、障害物によって拡散反射された光線の一部を受光レンズを通して把えることにより、障害物との間の距離を三角測距法により測定する市販の光学式距離センサを用いることができる。
「超音波式の距離センサ」としては、たとえば、超音波を発射し、その音波が障害物から反射波として戻ってくるまでの時間を計測することで対象物までの距離を測定する市販の超音波式距離センサを用いることができる。 As an “optical distance sensor”, for example, by irradiating light and grasping part of the light diffusely reflected by the obstacle through the light receiving lens, the distance between the obstacle and the triangulation distance is measured. A commercially available optical distance sensor that is measured by the method can be used.
As an “ultrasonic distance sensor”, for example, a commercially available ultrasonic sensor that measures the distance to an object by emitting an ultrasonic wave and measuring the time until the sound wave returns as a reflected wave from an obstacle. A sonic distance sensor can be used.

本発明において、前記第１および第２距離センサは光学式の距離センサからなり、前記第１距離センサはロボットの左右の中央の先頭部分に設けられ、前記第２距離センサは第１距離センサの両側に近接して一対設けられ、前記ロボットの先頭部分には保護カバーが設けられ、該保護カバーは前記３つのセンサが近接対向する３つの側面および天井面を持つ凹部を有し、前記天井面に対向する内側の位置に前方の斜め下方までの距離を測定する第３の距離センサが配置されているのが好ましい。
このように、前方の斜め下方を検出する第３の距離センサを設けることにより、前方の床面の凹凸を検出することができる。また、保護カバーの凹部に距離センサを設けたので、凹部表面が傷付くのを防止することができる。 In the present invention, the first and second distance sensors are optical distance sensors, the first distance sensor is provided at the top of the left and right centers of the robot, and the second distance sensor is a first distance sensor. A pair is provided close to both sides, and a protective cover is provided at the head portion of the robot, the protective cover includes a concave portion having three side surfaces and a ceiling surface that the three sensors are closely opposed to, and the ceiling surface. It is preferable that a third distance sensor for measuring the distance to the front obliquely lower side is disposed at an inner position opposite to.
As described above, by providing the third distance sensor that detects the obliquely downward front, the unevenness of the front floor surface can be detected. Further, since the distance sensor is provided in the concave portion of the protective cover, it is possible to prevent the surface of the concave portion from being damaged.

以下、本発明の一実施例を図面に従い説明する。
以下の実施例では、本発明の自走式作業ロボットを、床上のゴミを吸い上げる自走式の清掃ロボットに適用した場合について例示して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following embodiments, a case where the self-propelled working robot of the present invention is applied to a self-propelled cleaning robot that sucks up dust on the floor will be described as an example.

図１に示すように、本発明にかかる自走式作業ロボットは、床面を自走する台車様の走行アセンブリ１と、床上のゴミを吸い上げる作業アセンブリ２とを備えている。作業アセンブリ２は、走行アセンブリ１の進行方向Ｆに対して、該走行アセンブリ１の後方に設けられている。   As shown in FIG. 1, the self-propelled working robot according to the present invention includes a carriage-like traveling assembly 1 that self-propels on a floor surface and a working assembly 2 that sucks up dust on the floor. The working assembly 2 is provided behind the traveling assembly 1 with respect to the traveling direction F of the traveling assembly 1.

走行アセンブリ１の上部には、吸引ユニット５１が設けられている。吸引ユニット５１には、ゴミ収容部（タンク）や、ブロアーモータ、フィルタなどが設けられている。吸引ユニット５１と作業アセンブリ２とは、吸引ホース５７を介して接続されている。作業アセンブリ２の下面には吸引口５９が設けられており、本ロボットが走行しながら清掃作業を行うと、床のゴミが吸引口５９から次々に吸い上げられて床面の清掃が行われる。   A suction unit 51 is provided at the top of the traveling assembly 1. The suction unit 51 is provided with a dust container (tank), a blower motor, a filter, and the like. The suction unit 51 and the work assembly 2 are connected via a suction hose 57. A suction port 59 is provided on the lower surface of the work assembly 2. When the robot performs a cleaning operation while running, floor dust is sucked up from the suction port 59 one after another and the floor surface is cleaned.

走行アセンブリ１：
図２に示すように、前記走行アセンブリ１は、該走行アセンブリ１の駆動を行うための１対の駆動輪６ａ，６ｂと前記走行アセンブリ１の前部と後部の略中央に不図示のキャスターを備えている。前記駆動輪６ａ，６ｂは、それぞれ、駆動モータ５ａ，５ｂによって駆動される。駆動モータ５ａ，５ｂは正逆回転可能で、制御部８によって走行アセンブリ１の走行が制御される。 Travel assembly 1:
As shown in FIG. 2, the traveling assembly 1 includes a pair of drive wheels 6 a and 6 b for driving the traveling assembly 1, and casters (not shown) at substantially the center of the front and rear portions of the traveling assembly 1. I have. The drive wheels 6a and 6b are driven by drive motors 5a and 5b, respectively. The drive motors 5 a and 5 b can rotate forward and backward, and the traveling of the traveling assembly 1 is controlled by the control unit 8.

直進走行時には、前記２つの駆動モータ５ａ，５ｂが同方向に回転することで、走行アセンブリ１は前進または後退することができる。回転動作を行う際には、前記２つの駆動モータ５ａ，５ｂがそれぞれ逆方向に回転することで、回転動作を行うことができる。一方、前記２つの駆動モータ５ａ，５ｂの回転の比率を制御することで、走行アセンブリ１はカーブ走行を行うこともできる。   When the vehicle travels straight, the traveling assembly 1 can move forward or backward by rotating the two drive motors 5a and 5b in the same direction. When performing the rotation operation, the two drive motors 5a and 5b can rotate in opposite directions to perform the rotation operation. On the other hand, by controlling the rotation ratio of the two drive motors 5a and 5b, the traveling assembly 1 can also perform curve traveling.

前記作業アセンブリ２には、作業アセンブリ２の本体２０を走行アセンブリ１に取り付けるための取付板１１が設けられている。一方、走行アセンブリ１の後方には、進行方向Ｆに略直交する左右方向Ｘにスライドレール１４が設けられている。前記取付板１１は、前記スライドレール１４に取り付けられ、かつ、タイミングベルト１２およびプーリー１３を介してスライド駆動モーター１５に接続されている。前記取付板１１は、前記スライド駆動モーター１５により前記スライドレール１４に沿って左右にスライド移動される。   The working assembly 2 is provided with a mounting plate 11 for attaching the main body 20 of the working assembly 2 to the traveling assembly 1. On the other hand, a slide rail 14 is provided behind the traveling assembly 1 in the left-right direction X substantially orthogonal to the traveling direction F. The mounting plate 11 is attached to the slide rail 14 and is connected to a slide drive motor 15 via a timing belt 12 and a pulley 13. The mounting plate 11 is slid right and left along the slide rail 14 by the slide drive motor 15.

図２の前記走行アセンブリ１の前部には、複数の超音波式距離センサ（以下、「超音波センサ」という）３ａ〜３ｄと、第１〜第３光学式距離センサ（以下「光学センサ」という）４ａ〜４ｄとが設けられている。   2, a plurality of ultrasonic distance sensors (hereinafter referred to as “ultrasonic sensors”) 3a to 3d and first to third optical distance sensors (hereinafter referred to as “optical sensors”) are provided at the front portion of the traveling assembly 1 in FIG. 4a-4d).

これら複数のセンサのうち、２つの超音波センサ３ａ，３ｂは、走行アセンブリ１の左右にある障害物までの距離を測定するものである。一方、残りの超音波センサ３ｃ，３ｄは、走行アセンブリ本体１１の前端の両側部に設けられ、光学センサ４ａ〜４ｄは、前端の中央部に設けられ、これらのセンサ３ｃ，３ｄ，４ａ〜４ｄは走行アセンブリ１の前方にある障害物までの距離を測定する。   Among these sensors, the two ultrasonic sensors 3a and 3b measure the distances to the obstacles on the left and right of the traveling assembly 1. On the other hand, the remaining ultrasonic sensors 3c and 3d are provided on both sides of the front end of the traveling assembly body 11, and the optical sensors 4a to 4d are provided in the center of the front end, and these sensors 3c, 3d and 4a to 4d. Measures the distance to the obstacle in front of the traveling assembly 1.

光学センサ４ａ〜４ｄ：
第１光学センサ４ａはロボットの左右方向Ｘの中央の先頭部分に設けられている。第１光学センサ４ａは、前方の障害物Ｗまでの距離Ｄｃ（図７）を測定する。
第１光学センサ４ａの左右の両側には、該第１光学センサ４ａに近接して第２光学センサ４ｂ，４ｃが設けられている。第２光学センサ４ｂ，４ｃは、左右の斜め前方の障害物Ｗまでの距離Ｄｒ，Ｄｌ（図７）を測定する。
第３光学センサ４ｄは、第１光学センサ４ａの上方に設けられている。第３光学センサ４ｄは、前方の斜め下方までの距離Ｄｄ（図１）を測定する Optical sensors 4a-4d:
The first optical sensor 4a is provided at the top of the center in the left-right direction X of the robot. The first optical sensor 4a measures the distance Dc (FIG. 7) to the obstacle W ahead.
On the left and right sides of the first optical sensor 4a, second optical sensors 4b and 4c are provided close to the first optical sensor 4a. The second optical sensors 4b and 4c measure the distances Dr and Dl (FIG. 7) to the obstacles W diagonally forward on the left and right.
The third optical sensor 4d is provided above the first optical sensor 4a. The third optical sensor 4d measures a distance Dd (FIG. 1) to the front obliquely lower side.

図１に示す走行アセンブリ１の本体１１の先頭部には、保護カバー１２が設けられている。図３に示すように、前記保護カバー１２には、凹部１３が形成されている。図４に示すように、前記凹部１３は、第１および第２光学センサ４ａ〜４ｃの３つのセンサに近接対向する側面１３ａ〜１３ｃを備えている。一方、凹部１３には、天井面１３ｄが形成されており、該天井面１３ｄに対向する位置には、前記第３光学センサ４ｄが配置されている。   A protective cover 12 is provided at the top of the main body 11 of the traveling assembly 1 shown in FIG. As shown in FIG. 3, a recess 13 is formed in the protective cover 12. As shown in FIG. 4, the concave portion 13 includes side surfaces 13 a to 13 c that are close to and face the three sensors of the first and second optical sensors 4 a to 4 c. On the other hand, a ceiling surface 13d is formed in the recess 13, and the third optical sensor 4d is disposed at a position facing the ceiling surface 13d.

制御部：
図５に示すように、前記制御部８は、走行車輪制御手段４１、スライド制御手段４２、光学センサ制御手段４３、マイコン（マイクロコンピュータ）４４、超音波センサ制御手段４９およびブロアモータ制御手段５０を備えている。
各手段４１〜４３，４９，５０は、それぞれ、図示しないインターフェイスを介してマイコン４４に接続されている。マイコン４４は、ＣＰＵ４６、ＲＡＭ４７およびＲＯＭ４８を備えている。ＲＯＭ４８には、走行アセンブリ１の走行パターンや、後述する第１閾値ＳＨｃ、停止距離Ｄｒ０および種々の演算式等が予め記憶されている。 Control unit:
As shown in FIG. 5, the control unit 8 includes traveling wheel control means 41, slide control means 42, optical sensor control means 43, microcomputer (microcomputer) 44, ultrasonic sensor control means 49, and blower motor control means 50. ing.
Each means 41-43, 49, 50 is connected to the microcomputer 44 via an interface (not shown). The microcomputer 44 includes a CPU 46, a RAM 47 and a ROM 48. In the ROM 48, a traveling pattern of the traveling assembly 1, a first threshold value SHc, a stop distance Dr0, various arithmetic expressions, and the like, which will be described later, are stored in advance.

前記走行車輪制御手段４１は、図２の駆動モータ５ａ，５ｂの回転を制御し、走行アセンブリ１の走行の制御を行う。
前記スライド制御手段４２は、スライド駆動モーター１５の回転を制御し、作業アセンブリ２の移動機構の制御を行う。
前記光学センサ制御手段４３および超音波センサ制御手段４９は、それぞれ、光学センサ４ａ〜４ｄおよび超音波センサ３ａ〜３ｄの制御を行う。 The traveling wheel control means 41 controls the traveling of the traveling assembly 1 by controlling the rotation of the drive motors 5a and 5b in FIG.
The slide control means 42 controls the rotation of the slide drive motor 15 and controls the moving mechanism of the work assembly 2.
The optical sensor control means 43 and the ultrasonic sensor control means 49 control the optical sensors 4a to 4d and the ultrasonic sensors 3a to 3d, respectively.

ＣＰＵ（第１判別手段）４６は、前記第１光学センサ４ａにより測定された障害物Ｗまでの第１測定距離Ｄｃと、所定の第１閾値ＳＨｃとを比較して障害物Ｗの接近を判別する第１判別を行う。また、ＣＰＵ（第２判別手段）４６は、第２光学センサ４ｂ（４ｃ）により測定された障害物Ｗまでの第２測定距離Ｄｒ（Ｄｌ）と、第２閾値ＳＨｒとを比較して障害物Ｗの接近を判別する第２判別を行う。   The CPU (first discrimination means) 46 discriminates the approach of the obstacle W by comparing the first measurement distance Dc to the obstacle W measured by the first optical sensor 4a and a predetermined first threshold value SHc. First discrimination is performed. Further, the CPU (second discrimination means) 46 compares the second measured distance Dr (Dl) to the obstacle W measured by the second optical sensor 4b (4c) with the second threshold value SHr, thereby comparing the obstacle. A second determination for determining the approach of W is performed.

前記ＣＰＵ４６は、前記２つの判別手段のうち、いずれか一方が接近したと判別した時に、前記ロボットが前記障害物に接近したと断定する。前記ＣＰＵ４６は、障害物Ｗが接近したと判別すると、走行アセンブリ１の減速や、停止、旋回、方向転換、後退などを行ってもよいし、これらの内の複数を組み合わせて障害物Ｗとの衝突の回避を行ってもよい。また、減速して壁に沿って走行するようにしてもよい。   The CPU 46 determines that the robot has approached the obstacle when it is determined that one of the two determination means has approached. When the CPU 46 determines that the obstacle W has approached, the CPU 46 may perform deceleration, stop, turn, turn, reverse, etc. of the traveling assembly 1, or a plurality of these may be combined to form the obstacle W You may avoid a collision. Alternatively, the vehicle may decelerate and travel along the wall.

障害物Ｗの検出原理：
つぎに、本発明による障害物Ｗの検出原理について説明する。
図７（ｃ），（ｄ）に示すように、障害物Ｗの傾斜角θが大きな場合には、前記第１光学センサ４ａによる第１判別のみでは、走行アセンブリ１の前端の側部が障害物Ｗに衝突するおそれがある。そこで、本ロボットでは、傾斜角θに応じて、第１判別または第２判別を採用し、傾斜角θにかかわらず、障害物Ｗが接近したか否かの判別を行うことができるようにしている。
すなわち、傾斜角θが所定の基準角度よりも小さい場合には、第１判別手段の判別結果が用いられ障害物Ｗが接近したか否かの判別が行われる。一方、傾斜角θが前記基準角度よりも大きな場合には、第２判別手段の判別結果が用いられ障害物Ｗが接近したか否かの判別が行われる。 Obstacle W detection principle:
Next, the principle of detecting the obstacle W according to the present invention will be described.
As shown in FIGS. 7C and 7D, when the inclination angle θ of the obstacle W is large, the side portion at the front end of the traveling assembly 1 is obstructed only by the first determination by the first optical sensor 4a. There is a risk of collision with the object W. Therefore, in this robot, the first determination or the second determination is adopted according to the inclination angle θ so that it can be determined whether or not the obstacle W has approached regardless of the inclination angle θ. Yes.
That is, when the inclination angle θ is smaller than the predetermined reference angle, the determination result of the first determination means is used to determine whether or not the obstacle W has approached. On the other hand, when the inclination angle θ is larger than the reference angle, the determination result of the second determination means is used to determine whether or not the obstacle W has approached.

たとえば、本実施例では、前記基準角度は以下の値となる。
図６に示すように、第１光学センサ４ａからの光（平行光）は、本ロボットの定常的な進行方向Ｆに略平行に照射される。 For example, in this embodiment, the reference angle has the following value.
As shown in FIG. 6, the light (parallel light) from the first optical sensor 4a is irradiated substantially in parallel to the steady traveling direction F of the robot.

一方、両側の第２光学センサ４ｂ，４ｃからの光の照射方向は、第１光学センサ４ａからの光の照射方向に対して、それぞれ、所定の取付角度α，αに設定されている。そのため、障害物Ｗの傾斜角θが、前記取付角度αの１／２になったときに、第１光学センサ４ａの第１測定距離Ｄｃと、第２光学センサ４ｂ（４ｃ）の第２測定距離Ｄｒ（Ｄｌ）とが一致する。   On the other hand, the light irradiation directions from the second optical sensors 4b and 4c on both sides are set to predetermined attachment angles α and α, respectively, with respect to the light irradiation direction from the first optical sensor 4a. Therefore, when the inclination angle θ of the obstacle W becomes ½ of the mounting angle α, the first measurement distance Dc of the first optical sensor 4a and the second measurement of the second optical sensor 4b (4c). The distance Dr (Dl) matches.

本実施例では、前記取付角度αの１／２を基準角度として、当該基準角度よりも傾斜角θが小さい場合、すなわち、第１測定距離Ｄｃが第２測定距離Ｄｒよりも小さい場合（たとえば、図７（ａ））には、前記第１判別による判別結果に基づいて、障害物Ｗが接近したか否かの判別が行われる。ＣＰＵ４６は、傾斜角θが基準角度よりも小さい場合（Ｄｃ＜Ｄｒの場合）、第１判別手段の方が第２判別手段よりも先に接近を検出するから、第１測定距離Ｄｃが第１閾値ＳＨｃ以下の場合には、障害物Ｗが接近したと断定する。   In this embodiment, when the inclination angle θ is smaller than the reference angle with ½ of the mounting angle α as a reference angle, that is, when the first measurement distance Dc is smaller than the second measurement distance Dr (for example, In FIG. 7A, it is determined whether or not the obstacle W has approached based on the determination result of the first determination. When the inclination angle θ is smaller than the reference angle (when Dc <Dr), the CPU 46 detects the approach of the first determination unit before the second determination unit, so the first measurement distance Dc is the first measurement distance Dc. If the threshold value SHc or less, it is determined that the obstacle W has approached.

一方、傾斜角θが基準角度以上の場合、すなわち、第１測定距離Ｄｃが第２測定距離Ｄｒ以上の場合（たとえば、図７（ｂ）〜（ｄ））には、第２判別手段の方が第１判別手段よりも先に接近を検出するから、前記第２判別による判別結果に基づいて、障害物Ｗが接近したか否かの断定が行われる。
ここで、第２閾値ＳＨｒを固定値にすると、障害物Ｗの傾斜角θが著しく大きい図７（ｄ）のような場合には、前端の両側部が障害物Ｗに衝突してしまうおそれが生じる。そのため、第２閾値ＳＨｒは、図６の傾斜角θが大きくなるほど大きくすると良い。そこで、以下に説明するように、障害物Ｗの傾斜角θが大きくなる程、第２閾値ＳＨｒの値を大きくしている。 On the other hand, when the inclination angle θ is greater than or equal to the reference angle, that is, when the first measurement distance Dc is greater than or equal to the second measurement distance Dr (for example, FIGS. 7B to 7D), the second discrimination means Since the approach is detected before the first discriminating means, it is determined whether or not the obstacle W has approached based on the discrimination result by the second discrimination.
Here, if the second threshold value SHr is set to a fixed value, both sides of the front end may collide with the obstacle W in the case of FIG. 7D where the inclination angle θ of the obstacle W is extremely large. Arise. Therefore, the second threshold value SHr is preferably increased as the inclination angle θ in FIG. 6 increases. Therefore, as described below, the value of the second threshold value SHr is increased as the inclination angle θ of the obstacle W increases.

以下、傾斜角θが基準角度以上の場合（Ｄｃ≧Ｄｒの場合）の第２閾値ＳＨｒの変更方法について説明する。
前記第２閾値ＳＨｒの変更方法としては、第１測定距離Ｄｃと第２測定距離Ｄｒとの比や差に応じて、第２閾値ＳＨｒを変更してもよい。たとえば、Ｄｃ−Ｄｒが大きい場合には、当該差の大きさに応じて第２閾値ＳＨｒを大きくするようにしてもよい。また、Ｄｃ／Ｄｒが大きい場合には、当該比率に応じて第２閾値ＳＨｒを大きくするようにしてもよい。 Hereinafter, a method of changing the second threshold value SHr when the inclination angle θ is equal to or larger than the reference angle (when Dc ≧ Dr) will be described.
As a method of changing the second threshold value SHr, the second threshold value SHr may be changed according to the ratio or difference between the first measurement distance Dc and the second measurement distance Dr. For example, when Dc−Dr is large, the second threshold value SHr may be increased according to the magnitude of the difference. Further, when Dc / Dr is large, the second threshold value SHr may be increased according to the ratio.

以下、第２閾値ＳＨｒの変更方法として、第１測定距離Ｄｃと第２測定距離Ｄｒとの差を用いた場合について例示して説明する。
ＣＰＵ４６は、下記の（１）式を用いて第２閾値ＳＨｒを算出する。
ＳＨｒ＝Ｄｒ０−（Ｄｒ−Ｄｃ）……（１）
ここで、Ｄｒ０は、Ｄｒ＝Ｄｃの時のＤｒの走行停止基準値であり、センサの配置や本ロボットの大きさや形状に基づいて予め設定された値である。 Hereinafter, as a method for changing the second threshold SHr, a case where the difference between the first measurement distance Dc and the second measurement distance Dr is used will be described as an example.
The CPU 46 calculates the second threshold value SHr using the following equation (1).
SHr = Dr0− (Dr−Dc) (1)
Here, Dr0 is a running stop reference value of Dr when Dr = Dc, and is a value set in advance based on the sensor arrangement and the size and shape of the robot.

ＣＰＵ４６は、前記（１）式に基づいて第２閾値ＳＨｒを算出し、第２測定距離Ｄｒとの比較を行う。
たとえば、図７（ｂ）に示すように、Ｄｒ＝Ｄｃの場合（障害物Ｗの傾斜角θが、前記取付角度αの１／２の場合）には、第２閾値ＳＨｒは走行停止基準値Ｄｒ０と一致する。 The CPU 46 calculates the second threshold value SHr based on the equation (1) and compares it with the second measurement distance Dr.
For example, as shown in FIG. 7B, in the case of Dr = Dc (when the inclination angle θ of the obstacle W is ½ of the mounting angle α), the second threshold value SHr is the running stop reference value. It matches Dr0.

一方、図７（ｃ）に示すように、障害物Ｗの傾斜角θがα／２よりも大きな場合には、Ｄｒ＜Ｄｃであるから、前記（１）式により、第２閾値ＳＨｒの値は走行停止基準値Ｄｒ０よりも大きな値に設定される。
さらに、図７（ｄ）に示すように、障害物Ｗの傾斜角θが著しく大きな場合には、Ｄｒ≪Ｄｃであるから、前記（１）式により、第２閾値ＳＨｒの値は更に大きな値に設定される。
ＣＰＵ４６は、第２測定距離Ｄｒと第２閾値ＳＨｒとの比較を行い、第２測定距離Ｄｒが第２閾値ＳＨｒ以下の場合には、障害物Ｗが接近したと判別する。 On the other hand, as shown in FIG. 7C, when the inclination angle θ of the obstacle W is larger than α / 2, since Dr <Dc, the value of the second threshold value SHr is obtained from the above equation (1). Is set to a value larger than the travel stop reference value Dr0.
Furthermore, as shown in FIG. 7 (d), when the inclination angle θ of the obstacle W is remarkably large, Dr << Dc. Therefore, the value of the second threshold value SHr is a larger value according to the above equation (1). Set to
The CPU 46 compares the second measurement distance Dr with the second threshold value SHr, and determines that the obstacle W has approached when the second measurement distance Dr is equal to or less than the second threshold value SHr.

以上のように、障害物Ｗの傾斜角θが基準角度よりも大きい場合には、当該傾斜角θが大きくなるほど第２閾値ＳＨｒの値が大きくなるように、所定の演算式に基づいて第２閾値ＳＨｒの値が変更される。したがって、傾斜角θが著しく大きくても、ロボットの前端の側部が障害物Ｗに接触する前に、確実に障害物Ｗを検出することができる。   As described above, when the inclination angle θ of the obstacle W is larger than the reference angle, the second threshold value SHr is increased based on the predetermined arithmetic expression so that the value of the second threshold value SHr increases as the inclination angle θ increases. The value of the threshold value SHr is changed. Therefore, even if the inclination angle θ is extremely large, the obstacle W can be reliably detected before the side portion of the front end of the robot contacts the obstacle W.

なお、第２閾値ＳＨｒの算出式としては、本ロボットの形状や大きさ、走行速度等によって種々の演算式が考えられるが、該演算式としては、前述の（１）式の他に、たとえば、ＳＨｒ＝Ｄｒ０−（Ｄｒ−Ｄｃ）／２を用いてもよい。   Various calculation formulas are conceivable as calculation formulas for the second threshold value SHr depending on the shape and size of the robot, the traveling speed, and the like. In addition to the formula (1) described above, for example, SHr = Dr0− (Dr−Dc) / 2 may be used.

また、前述の実施例では、傾斜角θが大きい場合、第２判別手段による判別結果に基づいて、障害物Ｗが接近したか否かの判別を行ったが、他の実施例として、常に第１判別手段による判別を行い、障害物Ｗの傾斜角θが大きくなる程、第１閾値ＳＨｃを大きくする方法も考えられる。
かかる変形例に用いる演算式としては、たとえば、以下の（２）式を用いてもよい。
ＳＨｃ＝ＤＲ０−（Ｄｒ−Ｄｃ）×１．５……（２）
したがって、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、障害物Ｗの傾斜角θが大きくなるほど、第１閾値ＳＨｃが大きくなるので、障害物Ｗの傾斜角θが大きい場合であっても、第１判別手段による判別を用いて障害物Ｗの接近を検出することができる。 In the above-described embodiment, when the inclination angle θ is large, whether or not the obstacle W has approached is determined based on the determination result by the second determining means. A method is also conceivable in which the first threshold SHc is increased as the inclination angle θ of the obstacle W increases as a result of the determination by the first determination means.
As an arithmetic expression used in such a modification, for example, the following expression (2) may be used.
SHc = DR0− (Dr−Dc) × 1.5 (2)
Therefore, as shown in FIGS. 7B to 7D, the first threshold SHc increases as the inclination angle θ of the obstacle W increases, so even if the inclination angle θ of the obstacle W is large. The approach of the obstacle W can be detected using the discrimination by the first discrimination means.

しかし、距離センサは、一般的に測定距離が小さい程測定精度が向上するので、一般的には、本実施例のように、傾斜角が大きい場合には、より測定距離の小さい前記第２判別手段を用いる方が好ましい。但し、距離センサの種類によっては、所定距離以下で測定精度が低下する場合もあるので、そのような場合には、常に第１判別手段による判別を行い、障害物の傾斜角が小さくなる程、第１閾値ＳＨｃを大きくする方法を採用するほうが好ましい。   However, since the distance sensor generally improves the measurement accuracy as the measurement distance is smaller, generally, the second determination with a smaller measurement distance is performed when the inclination angle is large as in the present embodiment. It is preferable to use means. However, depending on the type of distance sensor, the measurement accuracy may be reduced below a predetermined distance. In such a case, the determination is always performed by the first determination means, and as the inclination angle of the obstacle decreases, It is preferable to adopt a method of increasing the first threshold value SHc.

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、第１および第２光学センサ（距離センサ）は、作業ロボットの前面の側部に設けられていてもよい。かかる場合、第２光学センサは、ロボット本体の外側の斜め前方の距離を測定する一方のみでよい。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。 As described above, the preferred embodiments have been described with reference to the drawings. However, those skilled in the art will readily understand various changes and modifications within the obvious scope by looking at the present specification.
For example, the first and second optical sensors (distance sensors) may be provided on the side of the front surface of the work robot. In such a case, the second optical sensor may be only one that measures the diagonally forward distance outside the robot body.
Accordingly, such changes and modifications are to be construed as within the scope of the present invention as defined by the claims.

本発明の一実施例にかかる自走式作業ロボットを示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the self-propelled working robot concerning one Example of this invention. 本作業ロボットの平面断面図である。It is a plane sectional view of this work robot. （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、保護カバーを示す平面図、側面断面図、正面図、右側面図である。(A)-(d) is a top view which shows a protective cover, side sectional drawing, a front view, and a right view, respectively. 保護カバーおよび距離センサの配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of a protective cover and a distance sensor. 制御手段を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a control means. 障害物の検出原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the detection principle of an obstruction. 障害物の検出方法を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the detection method of an obstruction.

符号の説明Explanation of symbols

３ａ〜３ｄ：超音波センサ（超音波式の距離センサ）
４ａ：第１光学センサ（第１距離センサ）
４ｂ，４ｃ：第２光学センサ（第２距離センサ）
４ｄ：第３光学センサ（第３距離センサ）
１２：保護カバー
１３：凹部
４６：ＣＰＵ（第１および第２判別手段、変更手段）
Ｄｃ：第１測定距離
Ｄｒ：第２測定距離
ＳＨｃ：第１閾値
ＳＨｒ：第２閾値
Ｗ：障害物
θ：傾斜角 3a to 3d: Ultrasonic sensor (ultrasonic distance sensor)
4a: first optical sensor (first distance sensor)
4b, 4c: second optical sensor (second distance sensor)
4d: Third optical sensor (third distance sensor)
12: Protective cover 13: Recess 46: CPU (first and second determining means, changing means)
Dc: first measurement distance Dr: second measurement distance SHc: first threshold value SHr: second threshold value W: obstacle θ: inclination angle

Claims (5)

前方の障害物までの距離を測定する第１距離センサと、斜め前方の障害物までの距離を測定する第２距離センサとを備えた自走式の作業ロボットにおいて、
前記第１距離センサにより測定した障害物までの第１測定距離と、所定の第１閾値とを比較して障害物の接近を判別する第１判別手段と、
前記第２距離センサにより測定した障害物までの第２測定距離と、所定の第２閾値とを比較して障害物の接近を判別する第２判別手段と、
前記障害物の表面に直交する法線と前記第１距離センサの光の放射方向とがなす角からなり、前記第１および第２測定距離から得られる前記障害物の傾斜角に関する情報に基づいて、前記第１もしくは第２閾値を変更する変更手段とを備え、
前記傾斜角が大きくなる程、前記第１もしくは第２閾値が大きくなるように前記第１もしくは第２閾値を前記変更手段が設定する自走式作業ロボット。 In a self-propelled working robot having a first distance sensor that measures a distance to an obstacle ahead and a second distance sensor that measures a distance to an obstacle ahead obliquely,
First determination means for comparing the first measurement distance to the obstacle measured by the first distance sensor and a predetermined first threshold to determine the approach of the obstacle;
A second determination means for determining the approach of the obstacle by comparing the second measurement distance to the obstacle measured by the second distance sensor and a predetermined second threshold;
Based on information about an inclination angle of the obstacle obtained from the first and second measurement distances, which is formed by an angle formed by a normal line orthogonal to the obstacle surface and a light emission direction of the first distance sensor. Changing means for changing the first or second threshold ,
A self-propelled work robot in which the changing means sets the first or second threshold value such that the first or second threshold value increases as the tilt angle increases. 請求項１において、前記傾斜角の大小にかかわらず前記第１判別手段による前記障害物が接近したか否かの判別結果と、前記第２判別手段による前記障害物が接近したか否かの判別結果とを得て、前記２つの判別結果のうち、いずれか一方が接近したと判別した時に、前記ロボットが前記障害物に接近したと断定する自走式作業ロボット。   2. The determination result as to whether or not the obstacle has approached by the first determination unit and the determination as to whether or not the obstacle has approached by the second determination unit regardless of the inclination angle. A self-propelled working robot that obtains a result and determines that the robot has approached the obstacle when it is determined that one of the two determination results has approached. 請求項１もしくは２において、前記第１および第２距離センサの配置と、前記第１および第２距離センサからの光の放射方向と、前記第１および第２測定距離とに基づいて、前記傾斜角に関する情報を得るようにした自走式作業ロボット。 The tilt according to claim 1 or 2 , based on the arrangement of the first and second distance sensors, the light emission direction from the first and second distance sensors, and the first and second measurement distances. A self-propelled working robot that can obtain information about corners. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記第１および第２距離センサは光学式の距離センサからなり、
前記第１距離センサはロボットの左右の中央の先頭部分に設けられ、
前記第２距離センサは第１距離センサの両側に一対設けられ、
前記光学式の第１および第２距離センサの他に、自走式ロボットの前端の両側部に前方の障害物までの距離を測定する超音波式の距離センサが設けられている自走式作業ロボット。 In any one of claims 1 to 3, wherein the first and second distance sensor comprises a distance sensor of optical type,
The first distance sensor is provided at the top of the left and right center of the robot,
The second distance sensor is provided a pair on both sides of the first distance sensor,
In addition to the optical first and second distance sensors, a self-propelled operation in which ultrasonic distance sensors for measuring the distance to obstacles ahead are provided on both sides of the front end of the self-propelled robot. robot. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記第１および第２距離センサは光学式の距離センサからなり、
前記第１距離センサはロボットの左右の中央の先頭部分に設けられ、
前記第２距離センサは第１距離センサの両側に一対設けられ、
前記ロボットの先頭部分には保護カバーが設けられ、該保護カバーは前記３つのセンサが近接対向する３つの側面および天井面を持つ凹部を有し、
前記天井面に対向する内側の位置に前方の斜め下方までの距離を測定する第３の距離センサが配置されている自走式作業ロボット。 In any one of claims 1 to 3, wherein the first and second distance sensor comprises a distance sensor of optical type,
The first distance sensor is provided at the top of the left and right center of the robot,
The second distance sensor is provided a pair on both sides of the first distance sensor,
A protective cover is provided at the head portion of the robot, and the protective cover has a concave portion having three side surfaces and a ceiling surface that the three sensors are in close proximity to, and
A self-propelled working robot in which a third distance sensor for measuring a distance to a diagonally downward front is disposed at an inner position facing the ceiling surface.
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