JP7139018B2

JP7139018B2 - 自律走行型墨打ちロボット

Info

Publication number: JP7139018B2
Application number: JP2018090942A
Authority: JP
Inventors: 耕二佐藤; 啓樹小松; 徹哉坪倉; 篤司鹿; 純一郎石原
Original assignee: Hitachi Plant Services Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Services Co Ltd
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2038-05-09
Also published as: JP2019196978A

Description

本発明は、設備工事において、自律的に走行して墨打ち作業を行う自律走行型墨打ちロボットに関する。

墨打ちとは、設備工事において、機器のアンカ位置や付帯機器の架台位置や天吊り機器のアンカ位置など、工事の基準となる墨線を構造体などに印すことをいう。墨線に沿って、機器を設置するなど多くの職人が作業するので、墨線を正確に印すことは重要である。
従来、墨打ちは、大工が墨つぼから墨を含んだ糸を引き出し、この糸を弾いて床や壁面などに墨線を付けることで行われていた。しかし、正確な墨打ちには熟練を要し、更に手作業に伴う人為的なミスが発生するおそれがあった。

近年では、光学式の計測器を用いて作業者が墨打ち位置を測定し、その位置に墨を打つことも行われるようになっている。これにより、作業者が墨打ちに熟練していなくても、所定の精度が担保されるようになった。しかし、作業者が手作業で墨打ちしていることには変わりないため所定の工数が発生し、かつ人為的なミスが発生するおそれがある。

そこで、ロボットが墨打ち位置を測定し、その位置に墨を打つ発明が開示されている。例えば、特許文献１には、安全かつ容易に設備機器等の据付位置の墨打ちを行うことができる据付面墨打ち装置が開示されている。これにより、設備工事の墨打ち作業を省力化することができ、墨打ちに伴う人為的なミスの発生を抑止することができる。

特開２０１７－０１５５２３号公報

特許文献１の段落００４０には、「三次元計測手段８０は、内蔵のモーターおよび計測ターゲット３０からの反射光の検出機能などにより、計測ターゲット３０を自動で検出・視準する機能を有した計測器である」と記載されている。
計測ターゲットとしては、例えばプリズムなどが用いられる。このプリズムは指向性を有するため、三次元計測手段に正対させる必要がある。プリズムが三次元計測手段と正対していないとき、三次元計測手段はその位置を測定できず、よってロボットによる墨打ち作業が停止してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、ロボット本体に搭載した指向性プリズムを三次元計測手段に正対させることを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明の自律走行型墨打ちロボットは、複数の回転体を有し、前記回転体の正逆回転を制御して床面上を走行可能な走行手段と、三次元計測手段のレーザ光の照射によって光学的に位置が計測される指向性プリズムと、前記指向性プリズムを回転させる回転アクチュエータと、前記回転アクチュエータおよび前記指向性プリズムが配設され、前記床面に印刷可能なプリンタと、前記走行手段により走行した際に、前記指向性プリズムが前記三次元計測手段の方向に向くように、前記回転アクチュエータによって前記指向性プリズムを回転させる制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記三次元計測手段が前記指向性プリズムの位置を計測できなかったならば、前記三次元計測手段を所定範囲かつ所定周期で振らせると共に、前記指向性プリズムを前記三次元計測手段とは異なる周期で振って、前記指向性プリズムと前記三次元計測手段とを正対させる、ことを特徴とする。
本発明の自律走行型墨打ちロボットは、複数の回転体を有し、前記回転体の正逆回転を制御して床面上を走行可能な走行手段と、三次元計測手段のレーザ光の照射によって光学的に位置が計測される指向性プリズムと、前記指向性プリズムを回転させる回転アクチュエータと、前記回転アクチュエータおよび前記指向性プリズムが配設され、前記床面に印刷可能なプリンタと、前記走行手段に所定距離の走行を指示して自身を走行させたのち、走行前における前記三次元計測手段の相対方向と前記所定距離の走行後における前記三次元計測手段の相対方向との角度差を算出し、前記回転アクチュエータによって前記角度差を打ち消すように前記指向性プリズムを回転させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の自律走行型墨打ちロボットは、複数の回転体を有し、前記回転体の正逆回転を制御して床面上を走行可能な走行手段と、三次元計測手段のレーザ光の照射によって光学的に位置が計測される指向性プリズムと、前記指向性プリズムを回転させる回転アクチュエータと、前記回転アクチュエータおよび前記指向性プリズムが配設され、前記床面に印刷可能なプリンタと、前記走行手段に所定角度の超信地旋回を指示して自身を旋回させたのち、前記回転アクチュエータによって前記所定角度の旋回を打ち消すように前記指向性プリズムを回転させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、ロボット本体に搭載した指向性プリズムを三次元計測手段に正対させることが可能となる。

本実施形態の自律走行型の墨打ちロボットを用いた墨打ちシステムの概観図である。墨打ちロボットの概観図である。墨打ちロボットを用いたシステムのブロック図である。墨選定処理と動作完了判定処理を示すフローチャートである。墨打ちロボットの走行処理を示すフローチャートである。障害物検知のための測域センサの検知範囲を示す図である。墨打ちロボットの障害物検知と回避の処理を示すフローチャートである。現在位置の計測動作を示す図である。超信地旋回前の墨打ちロボットの状態を示す図である。超信地旋回後の墨打ちロボットの状態を示す図である。直進前の墨打ちロボットの状態を示す図である。直進後の墨打ちロボットの状態を示す図である。指向性プリズムの正対処理と移動量補正処理を示すフローチャートである。指向性プリズムと追尾型トータルステーションとが正対しなくなったときの動作を示す図である。指向性プリズムと追尾型トータルステーションとが正対しなくなったときの動作を示すグラフである。

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態の自律走行型の墨打ちロボット１を用いた墨打ちシステムＳの概観図である。
図１に示すように、墨打ちシステムＳは、墨打ちロボット１と、追尾型トータルステーション２と、通信機器３とを含んで構成される。墨打ちシステムＳは、設備工事の墨打ち作業を省力化するものである。

墨打ちロボット１は、自律的に走行する機能と、所定の精度をもって墨打ちする機能を有する。追尾型トータルステーション２は、レーザ等により墨打ちロボット１に設けられた指向性プリズム１１を追尾して、その位置を測定する三次元計測手段である。
通信機器３は、作業者によって操作される携帯端末である。墨打ちロボット１と、追尾型トータルステーション２と、通信機器３とは、相互に無線で通信可能である。

通信機器３が各墨打ち位置を墨打ちロボット１に入力して、墨打ちの開始を指示すると、墨打ちロボット１は、墨打ちを開始する。墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２によって指向性プリズム１１の位置を計測することにより、自己位置を取得する。墨打ちロボット１は、自己位置の取得と旋回動作、直進動作、後退動作を繰り返して墨位置まで進む。更に墨打ちロボット１は、所定の精度を確保するため、墨位置近傍でＸＹステージ範囲内の位置計測を行うことで、墨の高精度な位置決めを行い、本体内のインクジェットプリンタで墨線と情報を印字する。墨打ちロボット１は、各墨位置について、これらの処理を繰り返す。
本実施形態によれば、自律的に走行する墨打ちロボット１が機械的に墨打ちするため、設備工事における墨打ち作業を省力化できる。

図２は、墨打ちロボット１の概観図であり、図３は、墨打ちロボット１を用いたシステムのブロック図である。以下、これら図２と図３を参照して墨打ちロボット１の各部を説明する。
図２と図３に示すように、墨打ちロボット１は、フレーム１０、指向性プリズム１１、プリンタ１２、アクチュエータ１３、走行アクチュエータ１５、回転・昇降アクチュエータ１９、表示灯１８１～１８３を備える。更に図３に示すように、墨打ちロボット１は、無線ＬＡＮ親機１６、ＰＣ（Personal Computer）１７、測域センサ１４、モーションコントローラ１７１を備える。

ＰＣ１７は、この墨打ちロボット１を統括して制御する制御手段である。このＰＣ１７は、走行アクチュエータ１５により走行した際に、回転・昇降アクチュエータ１９により指向性プリズム１１が追尾型トータルステーション２の方向に向くように、この指向性プリズム１１を回転させる。

モーションコントローラ１７１は、ＰＣ１７に接続されて、アクチュエータ１３、走行アクチュエータ１５、回転・昇降アクチュエータ１９などを駆動するコントローラである。無線ＬＡＮ親機１６は、ＰＣ１７に接続されて、追尾型トータルステーション２や通信機器３と無線通信する通信手段である。測域センサ１４は、この墨打ちロボット１の前方に障害物が存在するか否かを検知するセンサである。表示灯１８１～１８３は、この墨打ちロボット１の状態を外部に報知するための報知手段である。

フレーム１０は、アクチュエータ１３を支持するものである。このアクチュエータ１３は、Ｙ軸アクチュエータ１３１とＸ軸アクチュエータ１３２とを含んで構成される。本実施形態のフレーム１０は、互いに直交させたＹ軸アクチュエータ１３１とＸ軸アクチュエータ１３２の各長手方向に沿った枠状、換言すると平面視で矩形に形成されている。このフレーム１０の枠内は、後述するプリンタ１２が移動可能な二次元領域となる。
走行アクチュエータ１５は、４個の車輪を有し、これら車輪の正逆回転を制御して床面上を走行可能な走行手段である。走行アクチュエータ１５は、チェーンリンク機構の四輪駆動方式の走行手段であり、超信地旋回と直進と後退とが可能である。

Ｘ軸アクチュエータ１３２は、第１アクチュエータであり、フレーム１０の対向する左右側部に取り付けられている。本実施形態のＸ軸アクチュエータ１３２は、電動式の直動アクチュエータが採用されている。Ｘ軸アクチュエータ１３２は、Ｙ軸アクチュエータ１３１と回転・昇降アクチュエータ１９と指向性プリズム１１とプリンタ１２を、墨打ちロボット１の前後方向に進退移動させる。

Ｙ軸アクチュエータ１３１は、第２アクチュエータであり、Ｘ軸アクチュエータ１３２に取り付けられている。Ｙ軸アクチュエータ１３１は、Ｘ軸アクチュエータ１３２と同様に電動式の直動アクチュエータが採用されている。Ｙ軸アクチュエータ１３１は、回転・昇降アクチュエータ１９を、墨打ちロボット１の左右方向に進退移動させる。つまりＹ軸アクチュエータ１３１は、Ｘ軸アクチュエータ１３２の駆動方向と直交する方向に、回転・昇降アクチュエータ１９と指向性プリズム１１とプリンタ１２を移動させる。

回転・昇降アクチュエータ１９は、指向性プリズム１１を回転させる機能と、プリンタ１２を昇降させる機能とを有している。
指向性プリズム１１は、追尾型トータルステーション２のレーザポインタが照射される箇所である。この指向性プリズム１１は、追尾型トータルステーション２によって光学的に位置が計測される計測ターゲットである。指向性プリズム１１は、その中心位置がプリンタ１２の位置と一定になるように配設されている。これにより、墨打ちロボット１は、プリンタ１２の位置を正確に測定可能である。更に指向性プリズム１１は、回転・昇降アクチュエータ１９によって、任意の方向に回転する。これにより、指向性プリズム１１は、墨打ちロボット１の移動後であっても追尾型トータルステーション２に正対することができる。

プリンタ１２は、回転・昇降アクチュエータ１９により降下させられて床面に近接すると共に、床面に向けたプリンタヘッドから、直線、十字線などの任意の長さの墨線を描画する。プリンタ１２は更に、この墨線の属性情報など、例えば据付けする機器の名称などの文字、図形、記号を床面の墨打ち線の近傍に印字することができる。

墨打ちロボット１は、チェーンリンク機構の四輪駆動の走行アクチュエータ１５を備え、超信地旋回と直進と後退とが可能である。走行アクチュエータ１５は、フレーム１０を支持する４つの車輪を駆動して、この墨打ちロボット１を走行させる走行手段である。墨打ちロボット１は、左右の車輪を逆方向に回転させて超信地旋回を行うことができ、左右の車輪を同方向に回転させて前進または後退を行うことができる。

本実施形態が解決したい問題点を以下に列挙する。
第１の問題点は、指向性プリズム１１が追尾型トータルステーション２に正対しなくなる問題である。
指向性プリズム１１は、追尾型トータルステーション２に正対させる必要がある。よって墨打ちロボット１は、旋回動作と直進／後退動作ごとに、移動後の位置に基づき、指向性プリズム１１を追尾型トータルステーション２に正対させるように回転させる。

しかし、墨打ちロボット１の旋回動作と直進／後退動作には、床面との滑りなどにより所定の誤差が発生する。旋回動作と直進／後退動作ごとに誤差が集積すると、指向性プリズム１１は、次第に追尾型トータルステーション２に正対しなくなってくる。その結果、追尾型トータルステーション２は、指向性プリズム１１を搭載した墨打ちロボット１を追尾できなくなる。よって墨打ちロボット１は、自己位置の計測ができなくなり、目的地に走行できなくなる場合がある。

第２の問題は、墨打ちロボット１が目的地に到達できなくなる問題である。
この墨打ちロボット１は、目的地に向かって旋回角度や直進距離を計算して、所定量だけ車輪を回転させる。しかし墨打ちロボット１は、床面の凹凸状況やすべりにより、計算した旋回角度だけ旋回せず、計算した直進距離だけ直進しないことが考えられる。よって墨打ちロボット１は、目的地に到達できなくなる場合がある。

図４は、墨選定処理と動作完了判定処理を示すフローチャートである。
墨打ちロボット１は、自律走行を開始すると、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０において、墨打ちロボット１は、不可または未完了の墨が存在するか否かを判定する。墨打ちロボット１は、不可または未完了の墨が存在しないならば、図４の処理を終了する。

墨打ちロボット１は、不可または未完了の墨が存在するならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１に進み、現在位置を計測する。そして墨打ちロボット１は、現在位置から最短距離の未完了の墨を選定し（ステップＳ１２）、選定した墨に向かって移動する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３にしめした選定した墨への移動処理は、後記する図５で詳細に説明する。

ステップＳ１４において、墨打ちロボット１は、選定した墨位置に到達したか否かを判定する。墨打ちロボット１は、選定した墨位置に到達できなかったならば（Ｎｏ）、選定した墨を“不可”として（ステップＳ１５）、ステップＳ１０の処理に戻る。墨打ちロボット１は、選定した墨位置に到達したならば（Ｙｅｓ）、墨打ちを行い（ステップＳ１６）、選定した墨を“完了”として（ステップＳ１７）、ステップＳ１０の処理に戻る。これにより、設備工事の墨打ち作業を省力化することができる。

図５は、墨打ちロボット１の移動処理を示すフローチャートである。
図５の移動処理は、図４に示したステップＳ１３の処理に対応する。墨打ちロボット１は、次の墨を選定してステップＳ４０の処理に進み、選定した墨に向かって移動する処理を繰り返す。
ステップＳ４０において、墨打ちロボット１は、選定した墨に向かって移動する。更に墨打ちロボット１は、選定した墨の位置に到達したか否かを判定する（Ｓ４１）。墨打ちロボット１は、選定した墨の位置に到達したならば（Ｙｅｓ）、図１３の走行処理を終了し、選定した墨の位置に到達しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ４２に進む。

ステップＳ４２において、墨打ちロボット１は、選択した墨の位置に向かう旋回処理を実行する。この旋回処理は、後記する図１３で詳細に説明する。そして墨打ちロボット１は、測域センサ１４により、何らかの障害物と干渉しているか否かを判定する（ステップＳ４３）。墨打ちロボット１は、障害物と干渉していたならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ４７の回避処理に進み、障害物と干渉していないならば（Ｎｏ）、ステップＳ４４の判定処理に進む。

ステップＳ４４において、墨打ちロボット１は、ロボット本体の向きが墨の方向と相違しているか否かを判定する。墨打ちロボット１は、向きが相違しているならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ４２の旋回処理に戻り、向きが一致しているならば（Ｎｏ）、ステップＳ４５の直進処理に進む。

ステップＳ４５において、墨打ちロボット１は、墨位置に向かう直進処理を実行する。この直進処理は、後記する図１３で詳細に説明する。そして墨打ちロボット１は、測域センサ１４により、何らかの障害物と干渉しているか否かを判定する（ステップＳ４６）。墨打ちロボット１は、障害物と干渉していたならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ４７の回避処理に進み、障害物と干渉していないならば（Ｎｏ）、ステップＳ４１の到達判定に戻る。

ステップＳ４７において、墨打ちロボット１は、障害物の回避処理を実行する。この回避処理は、後記する図７で詳細に説明する。そして墨打ちロボット１は、測域センサ１４により、障害物を回避できたか否かを判定する（ステップＳ４８）。墨打ちロボット１は、障害物を回避できたならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ４１の到達判定に戻り、障害物を回避できないならば（Ｎｏ）、移動不可として異常終了する。

図６は、障害物検知のための測域センサ１４の検知範囲を示す図である。
図６には、測域センサ１４による検知範囲４４と、直進可能領域４３と、旋回可能領域４１，４２を示している。検知範囲４４は、墨打ちロボット１の前端から距離Ｌ₄までの範囲である。直進可能領域４３は、幅がＷであり、かつ墨打ちロボット１の前方に距離Ｌ₅だけ離れており、一部が検知範囲４４と重なっている。旋回可能領域４１は、墨打ちロボット１の左側の矩形領域であり、墨打ちロボット１の中心からＷ／２だけ離れている。旋回可能領域４２は、墨打ちロボット１の右側の矩形領域であり、墨打ちロボット１の中心からＷ／２だけ離れている。
墨打ちロボット１は、測域センサ１４により、直進可能領域４３における障害物の有無を判定する。更に墨打ちロボット１は、左右どちらに旋回可能かを同時に判定する。

図７は、墨打ちロボット１の障害物検知と回避の処理を示すフローチャートである。
最初、墨打ちロボット１は、走行を停止したのち、数秒だけ静止する（Ｓ６０）。墨打ちロボット１は、行動開始から所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ６１）。墨打ちロボット１は、行動開始から所定時間が経過したならば（Ｙｅｓ）、回避不可として異常終了し、所定時間が経過していないならば（Ｎｏ）、ステップＳ６２の処理に進む。ここで行動開始とは、当該位置における回避行動の開始のことをいう。

ステップＳ６２において、墨打ちロボット１は、障害物が移動したか否かを判定する。作業者などが障害物として検知された場合には、所定時間の後には移動して、障害とはならなくなるからである。この判定は、測域センサ１４の検知結果によって行われる。墨打ちロボット１は、障害物が移動したと判定したならば（Ｙｅｓ）、図７の処理を終了し、障害物が移動していないと判定したならば（Ｎｏ）、ステップＳ６３の処理に進む。

ステップＳ６３において、墨打ちロボット１は、測域センサ１４により、旋回方向を検索する。更に墨打ちロボット１は、ロボット本体が旋回可能か否かを判定する（Ｓ６４）。墨打ちロボット１は、旋回不能と判定したならば（Ｎｏ）、ロボット本体を後退させ（ステップＳ６５）、再びステップＳ６３の処理に進む。

墨打ちロボット１は、左右いずれかに旋回可能と判定したならば（Ｙｅｓ）、１８０°以下のランダムな角度で旋回させる（Ｓ６６）。更に墨打ちロボット１は、機体の長さの１．０～１．５倍のランダムな距離だけ直進させ（Ｓ６７）、図７の処理を終了する。

図８は、現在位置の計測動作を示す図である。
墨打ちロボット１は、Ｘ軸アクチュエータ１３２を動作させて指向性プリズム１１を一方向に移動させて、複数点を計測することで自己位置と向きとを取得する。図８に実線で示した指向性プリズム１１は、第１回目の計測点を示し、図８に一点鎖線で示した指向性プリズム１１は、第２回目の計測点を示す。墨打ちロボット１の自己位置は、第１回目の計測点である。墨打ちロボット１の向きは、第１回目の計測点から第２回目の計測点への向きである。

墨打ちロボット１は、これら計測結果をＰＣ１７の記憶部に記憶させて、次回の計測結果と比較し、移動量を走行アクチュエータ１５の制御量に変換するパラメータにフィードバックする。このフィードバックについては、後記する図１３で詳細に説明する。

図９は、超信地旋回前の墨打ちロボット１の状態を示す図である。
墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２に対して略直交する方向Ｆ₀に向いている。このとき、指向性プリズム１１は、方向Ｐ₀に向いており、追尾型トータルステーション２に正対している。このとき、墨打ちロボット１が方向Ｆ₁に向くように超信地旋回した場合を図１０に示す。

図１０は、超信地旋回後の墨打ちロボット１の状態を示す図である。
方向Ｆ₂は、墨打ちロボット１が超信地旋回した後の墨打ちロボット１の向きを示している。ここでは、目標旋回角度θ₀であったものが、θ₁しか旋回していない。

方向Ｐ₂は、指向性プリズム１１が超信地旋回した直後に向いている方向である。墨打ちロボット１は、旋回の際に、この旋回角度θ₀と同角度かつ逆方向に指向性プリズム１１を回転させることで、理論上は追尾型トータルステーション２に正対できる。しかし、墨打ちロボット１は、床面の凹凸や滑りなどにより、指定した旋回角度とは異なる角度だけ旋回する。そのため墨打ちロボット１は、旋回動作の後に再び向きを計測して補正角度θ₂を算出し、この補正角度θ₂だけ指向性プリズム１１を回転させることで、指向性プリズム１１の向きは方向Ｐ₃となる。つまり、墨打ちロボット１は、超信地旋回によるずれを補正して、指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２とを正対させる。

つまり、墨打ちロボット１のＰＣ１７は、走行アクチュエータ１５に所定角度の超信地旋回を指示してロボット本体を旋回させる。そののち、ＰＣ１７は、超信地旋回前の追尾型トータルステーション２の相対方向と、超信地旋回後の追尾型トータルステーション２の相対方向との角度差を算出し、この角度差を打ち消すように指向性プリズム１１を回転させる。ＰＣ１７は更に、追尾型トータルステーション２によってロボット本体の向きを計測して、指向性プリズム１１が追尾型トータルステーション２に正対するように補正する。

また、ＰＣ１７は、指示された角度に旋回パラメータを乗算して、走行アクチュエータ１５が備える車輪の正逆回転量（パルス数）を制御し、ロボット本体を超信地旋回させる。そののち、ＰＣ１７は、追尾型トータルステーション２によってロボット本体の向きを計測して実際の旋回角度を算出し、車輪の正逆回転量（パルス数）と実際の旋回角度により、旋回パラメータを補正する。

図１１は、直進前の墨打ちロボット１ａと、理論上の直進後の墨打ちロボット１ｂを示す図である。
実線で示した墨打ちロボット１ａは、直進前であり、座標Ａに位置している。追尾型トータルステーション２は、器械点Ｄに位置している。墨打ちロボット１ａに搭載の指向性プリズム１１は、追尾型トータルステーション２と正対しており、かつ基準ベクトルに対して角度αを成す方向に向いている。このとき墨打ちロボット１は、座標Ａと器械点Ｄを使って角度αを算出する。

一点鎖線で示した墨打ちロボット１ｂは、墨打ちロボット１ａが目標移動量Ｌ₀だけ直進した座標Ｂに位置する。直進時において墨打ちロボット１は、移動前後で向きが変わらないと仮定する。墨打ちロボット１は、移動前の座標Ａと目標移動量Ｌ₀から目標の座標Ｂを算出する。その後、墨打ちロボット１は、座標Ｂと器械点Ｄを使って角度（－β）を算出する。

墨打ちロボット１ｂに搭載の指向性プリズム１１は、基準ベクトルに対して角度（－β）を成す方向に向くことで、追尾型トータルステーション２と正対する。移動後の角度と移動前の角度との差が、指向性プリズム１１の回転角度（－α－β）となる。
つまり、墨打ちロボット１ａは、目標移動量Ｌ₀だけ直進した際、指向性プリズム１１を角度（－α－β）だけ回転させると、理論上、この指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２とは正対する。

図１２は、実際の直進後の墨打ちロボット１ｃの状態を示す図である。
墨打ちロボット１ｃは、実際には移動量Ｌ₁だけ直進した座標Ｃに位置している。このとき、追尾型トータルステーション２が位置する器械点Ｄの方向は、角度（－γ）である。ここで墨打ちロボット１ｃが回転角度（－α－β）だけ指向性プリズム１１を回転させると、指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２とは、角度（γ－β）だけずれた方向を向く。

よって墨打ちロボット１は、自身の位置を計測して、座標Ｃを取得する。その後、墨打ちロボット１は、座標Ｃと器械点Ｄを使って角度（－γ）を算出し、角度（－β）と角度（－γ）の差分だけ指向性プリズム１１を回転させる。これにより墨打ちロボット１は、指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２とを正対させることができる。

つまり、墨打ちロボット１のＰＣ１７は、走行アクチュエータ１５に所定距離の走行を指示してロボット本体を走行させる。そののち、ＰＣ１７は、走行前の追尾型トータルステーション２の相対方向と、所定距離の走行後における追尾型トータルステーション２の相対方向との角度差を算出し、この角度差を打ち消すように指向性プリズム１１を回転させる。ＰＣ１７は更に、追尾型トータルステーション２によってロボット本体の向きを計測して、指向性プリズム１１が追尾型トータルステーション２に正対するように補正する。

また、ＰＣ１７は、指示された距離に走行パラメータを乗算して、車輪の正逆回転量（パルス数）を制御し、ロボット本体を走行させる。そのち、ＰＣ１７は、追尾型トータルステーション２によって指向性プリズム１１の位置を計測して実際の走行距離を算出し、車輪の正逆回転量と実際の走行距離により、走行パラメータを補正する。

図１３は、指向性プリズム１１の正対処理と移動量補正処理を示すフローチャートである。
ステップＳ２０において、墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２により、ロボット本体の現在位置と向きとを計測する。このときの動作は、図８に示している。

ステップＳ２１において、墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２による計測が成功したか否かを判定する。墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２による計測が成功しなかったならば（Ｎｏ）、回転・昇降アクチュエータ１９により、指向性プリズム１１を所定角度範囲で正弦波状かつ所定周期で振らせる（Ｓ２２）。墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２に対して、所定角度範囲内で正弦波状、かつ、指向性プリズム１１とは異なる周期で振らせるように指示する（Ｓ２３）。

ステップＳ２４において、墨打ちロボット１は、タイムアウトしていないならば（Ｎｏ）、ステップＳ２０の処理に戻って計測処理を繰り返し、タイムアウトしたならば（Ｙｅｓ）、異常終了する。このように、追尾型トータルステーション２による計測が失敗したときの各部の動作は、後記する図１４と図１５で説明する。

追尾型トータルステーション２と指向性プリズム１１を違う速度で回転させても正対しない場合や、障害物等で遮られて計測できない場合がある。このような場合に備えて、所定時間に亘って計測できないときには、タイムアウトして異常終了するようにしている。

ステップＳ２１において、墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２による計測が成功したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２５の処理に進む。

ステップＳ２５において、墨打ちロボット１は、所望の旋回角または直進量を、パラメータを使ってパルスに変換し、走行アクチュエータ１５を駆動して、このロボット本体に移動を指示する。所望の旋回角または直進量とは、この墨打ちロボット１が目的とする移動量である。

その後、墨打ちロボット１は、回転・昇降アクチュエータ１９により指向性プリズム１１を旋回させ（Ｓ２７）、各部の動作が停止したか否かを判定する（Ｓ２８）。墨打ちロボット１は、各部の動作が停止していないならば（Ｎｏ）、この判定処理を繰り返し、各部の動作が停止したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２９の処理に進む。

ステップＳ２９において、墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２により、ロボット本体の現在位置と向きとを計測する。

ステップＳ３０において、墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２による計測が成功したか否かを判定する。墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２による計測が成功しなかったならば（Ｎｏ）、回転・昇降アクチュエータ１９により、指向性プリズム１１を所定角度範囲で正弦波状かつ所定周期で振る（Ｓ３１）。墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２に対して、所定角度範囲内で正弦波状、かつ、指向性プリズム１１とは異なる周期で振るように指示する（Ｓ３２）。

ステップＳ３３において、墨打ちロボット１は、タイムアウトしていないならば（Ｎｏ）、ステップＳ２９の処理に戻って計測処理を繰り返し、タイムアウトしたならば（Ｙｅｓ）、異常終了する。これらステップＳ３０～Ｓ３３の処理は、上記するステップＳ２１～Ｓ２４の処理と同様である。

ステップＳ３０において、墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２による計測が成功したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３４の処理に進む。
ステップＳ３４において、墨打ちロボット１は、ステップＳ２０で先に計測した値と、ステップＳ２９で計測した値とを比較して、ロボット本体の実際の移動量を算出する。墨打ちロボット１は、ステップＳ２５で指示した目標移動量と実際の移動量とを比較して、パルスを算出するためのパラメータを補正する（Ｓ３５）。

ステップＳ３６において、墨打ちロボット１は、ロボット本体の実際の移動量と指向性プリズム１１の回転量に基づき、指向性プリズム１１が追尾型トータルステーション２と正対するように補正する。この補正処理が終了すると、図１３の処理終了する。
墨打ちロボット１が超信地旋回したときの指向性プリズム１１の補正動作例を、図９と図１０に示している。墨打ちロボット１が直進したときの指向性プリズム１１の補正動作例を、図１１と図１２に示している。

図１４は、指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２とが正対しなくなったときの動作を示す図である。
指向性プリズム１１は、墨打ちロボット１に搭載されて移動している。この指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２が正対しなくなった場合、どちらが１回転しただけでは、これらが再び正対する可能性は低い。よって、本実施形態では、追尾型トータルステーション２が、指向性プリズム１１を再び計測可能となるまで、±４５°の範囲で追尾型トータルステーション２と指向性プリズム１１をそれぞれ違う周期で振らせている。これにより、指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２とを再び正対させることができる。

指向性プリズム１１が方向Ｐ₃を向き、追尾型トータルステーション２が方向Ｓ₀を向いて正対しなくなったとき、追尾型トータルステーション２による計測が失敗する。このとき、墨打ちロボット１は、回転・昇降アクチュエータ１９により、指向性プリズム１１を方向Ｐ₃を中心に±４５°の範囲内で正弦波状かつ所定周期で振る。更に墨打ちロボット１は、追尾型トータルステーション２に対して、方向Ｓ₀を中心に±４５°の範囲内で正弦波状、かつ、指向性プリズム１１とは異なる周期で振らせるよう指示する。

図１５は、指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２とが正対しなくなったときの動作を示すグラフである。上側のグラフは指向性プリズム１１の角度と、追尾型トータルステーション２への正対範囲を示している。本実施形態の指向性プリズム１１は、±２２．５°の範囲が、追尾型トータルステーション２への正対範囲となる。

下側のグラフは、追尾型トータルステーション２の角度と、指向性プリズム１１への正対角を示している。
時刻ｔ₁以前かつ期間Ｔ₀において、指向性プリズム１１は正対範囲であるが、追尾型トータルステーション２が正対角である場合はない。時刻ｔ₁～ｔ₂において、追尾型トータルステーション２は、正対角を２回横切るが、いずれの場合も指向性プリズム１１は正対範囲から外れているため、両者は正対しない。

時刻ｔ₂～ｔ_４かつ期間Ｔ₁において、指向性プリズム１１は正対範囲である。このとき時刻ｔ₃において追尾型トータルステーション２は正対角となるため、両者は略正対する。
時刻ｔ₄～ｔ₅において、追尾型トータルステーション２は、正対角を２回横切るが、いずれの場合も指向性プリズム１１は正対範囲から外れているため、両者は正対しない。
時刻ｔ₅～ｔ₇かつ期間Ｔ₂において、指向性プリズム１１は正対範囲である。このとき時刻ｔ₆において追尾型トータルステーション２は正対角となるため、両者は略正対する。このように、指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２とが正対しなくなった場合であっても、所定の動作を行うことにより、両者を略正対させることができる。

（本実施形態の効果）
墨打ちロボット１は、旋回動作と直進／後退動作の後であっても指向性プリズム１１を、常に追尾型トータルステーション２に正対させることができる。よって、床面の凹凸状況や滑りなどにより所定の誤差が発生した場合であっても、この誤差が集積することはない。よって、墨打ちロボット１は、常に自己位置を計測可能であり、自律走行によって目的地に走行可能である。

この墨打ちロボット１は、超信地旋回において、目標旋回角度に旋回パラメータを乗算してパルス数に変換し、このパルス数だけ走行アクチュエータ１５を駆動して旋回する。このとき走行アクチュエータ１５は、左右の車輪を反対方向に駆動する。墨打ちロボット１は更に、移動後に実測した位置や角度によって、実際の旋回角度を算出し、バルス数と実際の旋回角度との関係に基づき、新たな旋回パラメータを算出する。これにより、次回の旋回処理において、目標旋回角度と実際の旋回角度とを一致させることができる。

この墨打ちロボット１は、直進において、目標直進距離に直進パラメータを乗算してパルス数に変換し、このパルス数だけ走行アクチュエータ１５を駆動して走行する。このとき走行アクチュエータ１５は、左右の車輪を同一方向に駆動する。墨打ちロボット１は更に、移動後に実測した位置や角度によって、実際の直進距離を算出し、バルス数と実際の直進距離との関係に基づき、新たな直進パラメータを算出する。これにより、次回の直進処理において、目標直進距離と実際の直進距離とを一致させることができる。

（変形例）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、フラッシュメモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの記録媒体に置くことができる。

各実施形態において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ）～（ｅ）のようなものがある。

（ａ）墨打ちロボット１の走行動作は、直進と後退と超信地旋回に限定されない。例えば、左右一方の車輪を停止させて、他方の車輪だけを駆動する信地旋回を行ってもよく、また、左右の車輪を同方向かつ所定比率で駆動させてもよい。
（ｂ）墨打ちロボット１が自身の位置と向きとを検知する動作は、図５に示した動作に限定されない。例えば、Ｙ軸アクチュエータ１３１を動作させて指向性プリズム１１を左右に動かして２つの計測点を計測し、墨打ちロボット１の向きを算出してもよい。
（ｃ）墨打ちロボット１が指向性プリズム１１を追尾型トータルステーション２に正対させる処理は、図１３のステップＳ３６の補正処理に限定されない。例えば、ステップＳ２７の指向性プリズム１１の回転を行わず、ステップＳ３１，Ｓ３２の処理を繰り返して指向性プリズム１１と追尾型トータルステーション２とを正対させてもよい。
（ｄ）図１３のステップＳ２２，Ｓ２３における指向性プリズム１１の回転範囲や追尾型トータルステーション２の回転範囲は、±４５°に限定されず、任意の角度範囲であってもよい。
（ｅ）指向性プリズム１１を振る周期と追尾型トータルステーション２を振る周期の関係は、図１５に示したものに限定されない。指向性プリズム１１の周期の方が追尾型トータルステーション２の周期よりも短くてもよい。なお指向性プリズム１１の周期と追尾型トータルステーション２の周期の比は、２以下ではないことが望ましい。両者の周期の比が、例えば１：２または２：１の場合や、３：２または２：３の場合には、ずっと正対せず計測不能のままとなるおそれがあるためである。

Ｓ墨打ちシステム
１墨打ちロボット（自律走行型墨打ちロボット）
１０フレーム
１１指向性プリズム（計測ターゲット）
１２プリンタ
１３アクチュエータ
１３１Ｙ軸アクチュエータ
１３２Ｘ軸アクチュエータ
１４測域センサ
１５走行アクチュエータ
１６無線ＬＡＮ親機
１７ＰＣ（制御手段）
１７１モーションコントローラ
１８１表示灯
１８２表示灯
１８３表示灯
１９回転・昇降アクチュエータ（回転アクチュエータ）
２追尾型トータルステーション（三次元計測手段）
３通信機器
４１～４２旋回可能領域
４３直進可能領域
４４検知範囲

Claims

複数の回転体を有し、前記回転体の正逆回転を制御して床面上を走行可能な走行手段と、
三次元計測手段のレーザ光の照射によって光学的に位置が計測される指向性プリズムと、
前記指向性プリズムを回転させる回転アクチュエータと、
前記回転アクチュエータおよび前記指向性プリズムが配設され、前記床面に印刷可能なプリンタと、
前記走行手段により走行した際に、前記指向性プリズムが前記三次元計測手段の方向に向くように、前記回転アクチュエータによって前記指向性プリズムを回転させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記三次元計測手段が前記指向性プリズムの位置を計測できなかったならば、前記三次元計測手段を所定範囲かつ所定周期で振らせると共に、前記指向性プリズムを前記三次元計測手段とは異なる周期で振って、前記指向性プリズムと前記三次元計測手段とを正対させる、
ことを特徴とする自律走行型墨打ちロボット。
複数の回転体を有し、前記回転体の正逆回転を制御して床面上を走行可能な走行手段と、
三次元計測手段のレーザ光の照射によって光学的に位置が計測される指向性プリズムと、
前記指向性プリズムを回転させる回転アクチュエータと、
前記回転アクチュエータおよび前記指向性プリズムが配設され、前記床面に印刷可能なプリンタと、
前記走行手段に所定距離の走行を指示して自身を走行させたのち、走行前における前記三次元計測手段の相対方向と前記所定距離の走行後における前記三次元計測手段の相対方向との角度差を算出し、前記回転アクチュエータによって前記角度差を打ち消すように前記指向性プリズムを回転させる制御手段と、
を備えることを特徴とする自律走行型墨打ちロボット。
前記制御手段は、前記走行手段に前記所定距離の走行を指示して自身を走行させたのち、走行前における前記三次元計測手段の相対方向と前記所定距離の走行後における前記三次元計測手段の相対方向との角度差を算出し、前記回転アクチュエータにより前記角度差を打ち消すように前記指向性プリズムを回転させると、前記三次元計測手段によって自身の向きを計測し、前記指向性プリズムが前記三次元計測手段に正対するように補正する、
ことを特徴とする請求項２に記載の自律走行型墨打ちロボット。
前記制御手段は、指示された距離に走行パラメータを乗算して、前記走行手段が備える前記回転体の正逆回転量を制御して、自身を走行させたのち、前記三次元計測手段によって前記指向性プリズムの位置を計測して実際の走行距離を算出し、前記回転体の正逆回転量と当該走行距離により、前記走行パラメータを補正する、
ことを特徴とする請求項２に記載の自律走行型墨打ちロボット。
フレームに設置された第１アクチュエータと、
前記第１アクチュエータによって所定方向に駆動されると共に、前記第１アクチュエータの駆動方向とは直交する方向に前記プリンタ、前記回転アクチュエータおよび前記指向性プリズムを駆動する第２アクチュエータと、
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の自律走行型墨打ちロボット。
複数の回転体を有し、前記回転体の正逆回転を制御して床面上を走行可能な走行手段と、
三次元計測手段のレーザ光の照射によって光学的に位置が計測される指向性プリズムと、
前記指向性プリズムを回転させる回転アクチュエータと、
前記回転アクチュエータおよび前記指向性プリズムが配設され、前記床面に印刷可能なプリンタと、
前記走行手段に所定角度の超信地旋回を指示して自身を旋回させたのち、前記回転アクチュエータによって前記所定角度の旋回を打ち消すように前記指向性プリズムを回転させる制御手段と、
を備えることを特徴とする自律走行型墨打ちロボット。
前記制御手段は、前記走行手段に前記所定角度の超信地旋回を指示して自身を旋回させたのち、前記回転アクチュエータにより前記所定角度の旋回を打ち消すように前記指向性プリズムを回転させ、前記三次元計測手段によって自身の向きを計測して、前記指向性プリズムが前記三次元計測手段に正対するように補正する、
ことを特徴とする請求項６に記載の自律走行型墨打ちロボット。
前記制御手段は、指示された角度に旋回パラメータを乗算して、前記走行手段が備える前記回転体の正逆回転量を制御して、自身を超信地旋回させたのち、前記三次元計測手段によって自身の向きを計測して実際の旋回角度を算出し、前記回転体の正逆回転量と当該旋回角度により、前記旋回パラメータを補正する、
ことを特徴とする請求項６に記載の自律走行型墨打ちロボット。
フレームに設置された第１アクチュエータと、
前記第１アクチュエータによって所定方向に駆動されると共に、前記第１アクチュエータの駆動方向とは直交する方向に前記プリンタ、前記回転アクチュエータおよび前記指向性プリズムを駆動する第２アクチュエータと、
を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の自律走行型墨打ちロボット。