JPH01169612A

JPH01169612A - 自律走行誘導装置

Info

Publication number: JPH01169612A
Application number: JP62326965A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Nakamura; 啓夫中村; Shunichi Taguchi; 田口　俊一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1987-12-25
Publication date: 1989-07-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、無人搬送車などの自走ロボットの自律走行誘
導装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、無人搬送車などの自走ロボットの自律走行誘導装
置としては５例えば特開昭５８−１６６４０６号公報記
載のものが知られている。

この誘導装置では、自走ロボットの車輪に付設した回転
センサにより移動距離を計測し、ロボット本体に付設し
た角速度を検出するレートジャイロにより方位角を計測
して自律走行を行うが、この場合、自走ロボットの停止
ごとにレートジャイロのオフセット値（自走ロボットが
停止している時のレートジャイロの出力）を検出・記憶
しておぎ、自走ロボットの走行中に得られろレートジャ
イロの出力をこのオフセット値で補正するようにしてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、レートジャイロとしては種々の方式のものが
あるが、最近、比較的低価格で長寿命のガスレートジャ
イロや振動式レートジャイロが開発され、入手できるよ
うになっている。そしてこれらのレートジャイロにおい
ては、測定時点でオフセット値が異なるだけでな（１個
々のジャイロごとにオフセット値や角速度に対する出力
特性が異なっている。

したがって、かかるレートジャイロを精度良（使うため
には、先に述べた特開昭５８−１６６４０６号公報のよ
うにオフセット値を補正するだけではなく。

各レートジャイロごとの角速度に対する出力特性の違い
を補正してやる必要がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を除去して
、自走ロボットにおける自己の位置や方位角の計測精度
をさらに高めるようにした自律走行誘導装置を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明による自走ロボット
の自律走行誘導装置では、レートジャイロを用いてロボ
ット本体（車体）の方位角を求める方位角測定系におい
て、レートジャイロの出力をローパスフィルタを介して
取出すようにすると共に、あらかじめ設定した比較的短
い適当な間隔（時間又は距離）で自走ロボットヲー時停
止停止させた時あるいは自己判断により自走ロボットが
一時停止した時ごとにレートジャイロのオフセット値を
検出して記憶する第１の手段と、事前に測定した各角速
度に対するオフセット値補正後のレートジャイロの出力
特性を記憶しておく第２の手段ト、実際の走行時に前記
ローパスフィルタ後のレートジャイロ出力を第１の手段
による記憶データと第２の手段による記憶データにより
補正する第３の手段を設けた構成にしたものである。

〔作用〕

以上の構成を持つ自律走行誘導装置の方位角測定系では
、自走ロボットの回転に応じて出力されるレートジャイ
ロの出力は、ローパスフィルタを通った後、前記第１の
手段によるオフセット値の補正及び前記第２の手段によ
る個々のレートジャイロにおける出力特性の違いの補正
を受けて出力され、さらにこの出力値を積分することに
より。

自走ロボットにおける方位角を正確に検出することがで
きる。

〔実施例〕

以下５本発明を実施例によって説明する。

第１図は１本発明の一実施例に係る自走ロボットの自律
走行誘導装置のシステムブロック図である。この図にお
いて、１は、マイクロコンピュータを主体とした自走ロ
ボット全体の制御７行う中央制御装置であり、入出力部
２．処理部３．レートジャイロのオフセット値記憶部４
ａ及びレートジャイロの角速度特性記憶部４ｂから成る
記憶部４．から構成される。５Ｒ，５Ｌは、中央制御装
置１からの駆動制御信号をアナログ信号に変換するそれ
ぞれＤ／Ａ変換回路、６Ｒ，６Ｌは、それぞれＤ／Ａ変
換回路５Ｒ，５Ｌからのアナログ信号を制御信号とした
モータのドライバ、７Ｒ，７Ｌは、それぞれドライバ６
Ｒ，６Ｌによって駆動される走行駆動用のモータ、８Ｒ
，８Ｌ、ばかさ歯車、９Ｒ，９Ｌは、それぞれかさ歯車
８Ｒ，８Ｌを介してモータ７Ｒ。

７Ｌによって回転される車輪である。ＩＯＲ，ＩＯＬは
。

それぞれかさ歯車８Ｒ，８Ｌを介して車輪９Ｒ，９Ｌに
接続されたロータリエンコーダ、ＩＩＲ、ＩＩＬは。

それぞれロータリエンコーダＩＯＲ，ＩＯＬの出カッく
ルス数をカウントするパルスカウンタである。また、１
２ハ、自走ロボットの本体（車体）に付設して該本体の
回転角速度を検出するレートジャイロ。

１３は、レートジャイロ１２の出力に入り込むノイズを
除去するためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）、１４は、
ＬＰＦ１３を通ってきたレートジャイロ１２の出力’ｋ
Ａ／Ｄ変換して中央制御装置へ出力するＡ／Ｄ変換回路
である。なお番号につけたＲ、Ｌはそれぞれ右、左を表
す。

次に、第２図は、第１図に示したシステムを備えた自走
ロボットの概略構成図である。同図において、２０は、
自走ロボットの本体、２１　、２２は、キャメタ、　２
３Ｒ、２３Ｌは、それぞれＤ／Ａ変換回路５Ｒ。

５Ｌとドライバ６Ｒ，６Ｌから成るモータ駆動回路。

２４は、ＬＰＦ回路１３とＡ／Ｄ変換回路１４から成る
レートジャイロのインターフェース回路、２５は。

自走ロボットの電源（無線走行であれば鉛蓄電池′等を
使用する）である。また第１図に対応する部分には同一
番号を付しである。

第１図及び第２図の構成において、中央制御装置ｌは、
内部又は外部の発根回路（図示せず）からのクロックパ
ルスのタイミングで動作し、ロータリエンコーダ１０Ｒ
、ＩＯＬ　、レートジャイロ１２などから供給されるデ
ータを処理し、また、障害物検知手段（図示せず）から
のデータに基づいて走行判断を行い、走行駆動用モータ
７Ｒ，７Ｌを制御する。

かかる制御によって、自走ロボットは、中央制御装置１
から出力されるディジタルの駆動制御信号をＤ／Ａ変換
器５Ｒ，５Ｌによりアナログ信号に変換した後ドライバ
６Ｒ，６Ｌに入力してモータ７Ｒ。

７Ｌを駆動制御することにより、直進走行、あるい１文
障害物がある場合にはＵターンなどの進行方向の転換を
行う走行制御を行う。そして、直進走行の場合には、右
車輪９Ｒと左車輪９Ｌが同−回転速度如なるよ５Ｊ　ま
た、進行方向の転換の場合には、右車輪９Ｒと左車輪９
Ｌとの回転速度が異なるように、走行駆動用モータ７Ｒ
，７Ｌが制御される。

また、エンコーダＩＯＲ，ＩＯＬは、それぞれ右車輪９
Ｒ，左車輪９Ｌの回転速度に応じたパルス信号を発生し
、これらパルスはパルス力ウンタエＩＲ。

１１Ｌによってカウントされる。中央制御装置１は、単
位時間を毎にこれらパルスカウンタＩＩＲ，ＩＩＬのカ
ウント値を取り込み、これと右車輪９Ｒ，左車輪９Ｒの
半径などから単位時間を当りの自走ロボットの走行距離
ΔＬｉを算出する。レートジャイロ１２は、自走ロボッ
トが進行方向を転換すると、このときの角速度に比例し
た電圧を出力する。この場合、レートジャイロ１２は、
走行駆動用モータ７Ｒ，・７Ｌなどからの外部の振動の
影響を受けやすく、この影響がレートジャイロ１２の出
力にノイズとして表れる。したがって、レートジャイロ
１２の出方は。

、７　。

１記ノイズを電気的に除去するためにＬＰＦ１３Ｙ介し
て取り出され、さらにＡ／Ｄ変換器１４によってディジ
タル信号に変換された後、中央制御装置１に取り込まれ
る。中央制御装置１は、この角速度を表すデータと単位
時間ｔとからロボット本体２００単位時間ｔにおける進
行方向転換による変位角Δθｉを算出する。以上より、
単位時間を当りの走行距離ΔＬｉ、変位角Δθ１が求ま
ると、これらから中央制御装置１はロボット本体２ｏの
現在位置や方位角を算出する。

現在位置や方位角が求まると、中央制御装置１は、障害
物検知手段（図示せず）からのデータにより、ロボット
本体２ｏに対する障害物などの位置関係を判定し、ロボ
ット本体を直進走行、方向転換あるいは停止すべきかな
判定し、この判定結果に基づいて走行駆動用モータ７Ｒ
，７Ｌを制御する。

次に、ロボット本体２ｏの位置及び方位角を求める方法
を、第３図九より説明する。ここで、ロボット本体２０
の位置とは、右車輪９Ｒと左車輪９Ｌの中間点（Ｇ）を
言い、ロボット本体２ｏの方位角とは、基、８　。

連方向に対する向き（θ）を言う。

第３図は、Ｘ−Ｙ座標で表される平面上をロボット本体
２０が移動する場合を示している。同図において、原点
Ｏはロボット本体２０が最初に置かれた位置とし、そこ
から走行を開始したとぎに進む方向をＹ軸、これに垂直
な方向をＸ軸としており。

このＹ軸の方向が先の基準方向である。

いま、ある時刻に座標位置Ｇｉ−ｘ　（Ｘｌ−１，Ｙｉ
−ｔ　）にあるロボット本体２０が、短い単位時間ｔで
座標位置Ｇｉ　（Ｘｉ　、　Ｙｉ　）に移動することて
より、右車輪９Ｒ，左車輪９ＬがそれぞれΔＬｒｉ、Δ
Ｌｌｉだけ走行し。

方位角がθｉ−１からＧｉに変化したものとする。この
場合、方位角θｉ−１，θｉはそれぞれ点０を中心とし
。

座標位置Ｇ１−１　、　Ｇｉを通る円のこれら座標位置
Ｇ１−１＋Ｇｉの接続方向であるから、方位角θｉ−１
，θｉの差。

すなわち変位角は座標位置Ｇ１−１　、　Ｇｉ間の円弧
をあおぐ点Ｏの角度Δθｉに等しい。したがって、右車
輪９Ｒと左車輪９Ｌとの間の間隔をＷとすると、単位時
間ｔにおけるロボット本体２０の移動距離ΔＬ１と変位
角Δθｉはそれぞれ次式で表される。

ここで、角度θは１反時計方向を＋とじ、ωは、角速度
である。

次に、座標位置Ｇ１−１に達するまでの移動距離なＬｉ
−１とすると、座標位置Ｇｉまでの移動距離Ｌｉ及び座
標位置Ｇｉでの方位角θｉは、それぞれ次式で表される
。

Ｌｉ＝Ｌｉ−１＋ΔＬｉ　　　　　　　・・・・・・・
・印山印・・・・（３１θｉ＝θｉ−１＋Δθｉ　　　
　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４
）また、座標位置Ｇｉでの座標Ｘｉ、Ｙｉは次式で表さ
れる。

以上の式において、単位時間ｔにおける右車輪９Ｒと左
車輪９Ｌの移動距離ΔＬｒｉ　、ΔＬｌｉは、それぞし
、ロータリエンコーダ１０Ｒ，ｔＯＬからのパルス雫カ
ウントするパルスカウンタＩＩＲ、ＩＩＬのカウント値
と車輪径とから求まる。また、角速度ωはレートジャイ
ロ１２からのデータにより求まる。

ここで、実際に市販されているレートジャイロ−例とし
て振動式のレートジャイロを用いて、第１図のＬＰＦ１
３後におけろ、ロボット本体２０が停止している時に相
当するレートジャイロ１２の出力電圧すなわちオフセッ
ト値の時間変化、及びロボット本体２０に回転がある時
に相当する各角速度に対するレートジャイロ１２の出力
電圧を検討する。

ところでレートジャイロのオフセット値は、電源投入直
後に大ぎく変化し、安定するまでにある程度の時間を要
する。そこでレートジャイロ１２の出力としては、この
安定後の出力を使用する必要がある。

第４図は、上記オフセント値安定後の比較的長い時間に
おけるオフセット値の変化を１日を変えて測定した結果
である。この図より、急激な出力変化が無くなった後で
も、供試ジャイロのオフセット値は７時間につれて除々
に上昇していると共に５．１１　。

測定日によって値が異なっている。

次に、第５図に、第４図の結果を考慮して、各角速度で
の測定ごとにオフセット値の測定を行いながら、各角速
度に対する供試ジャイロの出力を測定し、この出力から
各測定ごとのオフセット値を引いた結果を示す。同図に
おいて、二点鎖線はカタログ等に示されている公称の理
想特性（例えば角速度±３０°／Ｓで出力±ＩＯＶ等）
、○“印は実測値、実線は○印の実測値を最も良く近似
する曲線（第５図では直線）を表す。この図より、各角
速度における供試ジャイロの出力は、オフセット値を補
正した後でも、理想特性に対してそのレートジャイロ個
有の片寄りを持っているが、この片寄りは比較的簡単な
曲線（第５図では直線）により比較的精度良（表せるこ
とがわかる。

また、第５図のような特性は、使用したレートジャイロ
に個有のものであり、−膜内には個々のレートジャイロ
によって異なる。

したがって、レートジャイロを実際に精度良く使いこな
すためには、比較的短時間ごとにオフセラ・１２・一ト値を補正してこれを補正すると同時に１個々のジャ
イロに特有な出力特性の片寄りを測定しておきこれを補
正してやる必要がある。

次に１以上の補正を行う手段を、第１を参照しながら、
具体的に説明する。

第１図において、中央制御装ｃ１には、レートジャイロ
１２のオフセット値記憶部４ａと角速度特性記憶部４ｂ
とが有り２オフセット値記憶部４ａには、あらかじめ設
定した比較的４Ｍい適当な間隔（時間又は距離）で自走
ロボツ）ｋ−時停止させた時あるいは自己判断により自
走ロボットが一時停止した時ごとに測定したオフセット
値を更新しながら記憶しておく。また角速度特性記憶部
４ｂには、事前に第５図のような各角速度に対するレー
トジャイロ１２の出力を測定して、この特性を１例えば
中央制御装置１に備え付けたコントロールボックス等の
入出力機器（図示せず）からの入力だより角速度特性記
憶部４ｂ［記憶させるかある（・は別にメモリＩＣに記
憶してこれを角速度特性記憶部４ｂに取り付ける等の手
段により、レートジャイロの角速度知対する出力特性を
記憶させてお（。

そして、実際に自走ロボットが走行する場合には、中央
制御装置１の処理部３により、レートジャイロ１２で測
定したデータを、オフセント値記憶部４ａに記憶しであ
るデータと角速度特性記憶部４ｂに記憶しであるデータ
てより補正することにより。

以下の式のようにして、ロボット本体２ｏの正確な角速
度を求めろ。

ω＝ｆ（ＶＧ−Ｖｏ）　　　　　　　　・・・・旧・・
・・・・・・（７１ここに、ω；フロット本体２ｏの角
速度、　Ｖｃ　；レートジャイロの出力電圧、Ｖｏ；レ
ートジャイロのオフセント値＋　、７’　＋関数関係で
ある。

ここで１例えば（７）式を１次式、２次式、又は３次式
と仮定すると、（７）式はそれぞれ以下の（８）　、　
（９）。

（１０）式のようになる。

ω＝ａｏ＋σ１　（ＶＧ−Ｖｏ　）　　　　　・・・・
・・・・・・・・・・・（８）ω二’ｉｏ＋ｈ＋　（Ｖ
Ｇ−Ｖｏ　）＋４２　（ＶＧ　ＶＯ）２−（９ｉω＝　
ｃｏ＋ｃｌ（ＶＧ−ＶＯ）十ｃ２（ＶＧ−ＶＯ）２＋Ｃ
３（ｖＧ−ｖｏ〕３・・・・・叩・・（１ｏ）ここに＊
　ａＯ＋　”１　＋　ｂＯｒ　ｂｌ　ｒ　”２　＋　’
０　＋　’１　＋　’２　ｒ　’３は定数である。なお
第５図の○印で示す実測値は原点を通る直で近似でき、
（８）式でαｏ　”　Ｏとした場合に相当する。

次に、中央制御装置１において、（７）式あるいは（８
１、（９１、（１０）式に基づいて、ロボット本体２０
の角速度ωを求める方法としては、次の二つが考えられ
る。

（１）　　オフセット値記憶部４ａにはオフセット値Ｖ
ｏ’ａ：記憶し、角速度特性記憶部４ｂには１次式か２
次式か３次式か等の関数関係ｆ及びα０．α１　ｒ　”
Ｏｒｂｌ　＋　ｈ２　ｒ　’Ｏｒ　’１　＋　’２　＋
　’３等の定数を記憶しておぎ、処理部３により、　（
ｓ）　、　（９１、（ｉｏ）等の特性式に従ってロボッ
ト本体の角速度ωを算出する。

（２）オフセット値記憶部４ａにはオフセット値Ｖｏ’
ｒ記憶し、角速度特性記憶部４ｂには事前に測定して求
めた（　ＶＧ−ＶＯ）とωとの関係ビ表にして記憶して
おぎ、自走ロボットの走行時における角速度測定ごとに
、処理部３により、レートジャイロの出力電圧ＶＧから
オフセット値記憶部の記憶データＶｏ’＆引き、これら
の差（ＶＧ−ＶＯ）に応じたロボット本体２００角速度
ωの値を角速度特性記憶部４ｂの記憶データから読出す
。

なお１以上の説明では、（７）式の関数関係として（８
）　、　（９１、（１０）式の１次式、２次式、３次式
を考慮したが、これに限るものではな（，４次式以上の
特性式あるいはその他の特殊関数の特性式でも良（、要
は実測値に最も良（適合する特性式を選べば良い。

さらに、第６図に、自走ロボットの走行中における第１
図の中央制御装置１の動作を表すフローチャートを示す
。

同図において、電源を投入した後、まずレートジャイロ
１２のオフセット値’ａ［込み（ステップＡ）。

このオフセット値が安定したか否かをチエツクする（ス
テップＢ）。このステップＡ、Ｂはオフセット値が安定
するまで（り返される。

オフセット値が安定した後、Ｐ＋度オフセット値を読込
んで中央制御装置１のオフセット値記憶部４ａＶＣ記憶
しくステップＣ）１次に走行駆動用モータ７Ｒ，７ＬＹ
起動してロボット本体２０の走行を開始する（ステップ
Ｄ）。

その後、ロボット本体２００走行と共に、ロータリエン
コーダＩＯＲ，ＩＯＬのデータを読み込み（ステップＥ
）、次にレートジャイロ１２からのデータを読み込み（
ステップＦ）、さらにレートジャイロ１２から読み込ん
だデータは、先に説明したように、オフセット値記憶部
４ａの記憶データと角速度特性記憶部４ｂの記憶データ
により補正してロボット本体２０の角速度を求める（ス
テップＧ）。それから、これらのデータにより、ロボッ
ト本体２０の位置座標及び方位角を算出する（ステップ
Ｈ）。

なお、ステップＥ−Ｈの処理は、中央制御装置１におけ
る発振回路（図示せず）のクロックパルスを基準にして
設定された単位時間ごとに実行される。

次に、障害物検出手段からのデータやロボット本体２０
の位置座標等に基づいて、ロボット本体２０を走行させ
続けるか否かを判定しくステップエ）。

走行を止めろ場合には走行を停止して（ステップＪ）終
了する。

また走行を続ける場合には、レートジャイロ１２のオフ
セット値の再測定時点かどうかを判定しくステップＫ）
、再測定時点になっていない場合には、ステップＥの前
に戻りステップＥ以降の処理を（り返す。また再測定時
点になった時には、ロボット本体２００走行を一時停止
（ステップＬ）した後、ステップＣの前に戻りステップ
Ｃ以降の処理を（り返す。なお、ステップにのオフセッ
ト値測定時点かどうかの判定基準は１例えば、先に述べ
たように、比較的短い適当な間隔（時間又は距離）に定
めるか、又は自走ロボット自身が何らかの判断で一時停
止する時点と定めても良い。なお後者の場合には、ステ
ップＬの処理が不要になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、レートジャイロ
の出力に対してオフセット値の補正や各角速度に対する
出力の片寄りの補正を行うことにより、レートジャイロ
を用いてロボット本体の角速度を精度良（求めることが
でき、この結果１ロ永ット本体の位置及び方位角の計測
精度が大幅に向上するという優れた効果を得ろことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自走ロボットの自律走行誘導装置
の一実施例を示すシステムブロック図、第２図は自走ロ
ボットの概略構成図、第３図はロボット本体の位置及び
方位角を求める一方法を示す説明図、第４図は供試振動
式レートジャイロにおけるオフセット値の時間特性図、
第５図は第４図のレートジャイロにおける角速度に対す
るオフセット値補正後の出力特性図、第６図は第１図に
おける中央制御装置の動作を表すフローチャートである
。１・・・中央制御装置、　　３・・・処理部、４・・・
記憶部。４ａ・・・オフセット値記憶部。４ｂ・・・角速度特性記憶部、７Ｒ，７Ｌ・・・走行駆動用モータ。９Ｒ，９Ｌ・・・走行用車輪。１０Ｒ，ＩＯＬ・・・回転センサ。・１９　・１１Ｒ，ＩＩＬ・・・パルスカウンタ。１２・・・レートジャイロ、１３・・・ローパスフィル
タ。２０・・・ロボット本体。・２０・第　２　回＝８５− 罵　４−　図 −ｚ５　　図葛　２　図スフ− シートシ゛〜イ口の　　　　　　　　　　　し−トシ′
壕イロ内Ａ　　　　　　　ジｔフｔ　　　　　”　　　
　　　　　　　Ｃ７ｔ、、ｉ直９込Ｓａｔ、。　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　自りロ丁ミ゛ソトの店
４定、し几力・　　　　　　　Ｄ　　　　走打長Ｒ交白
Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０−フリエ
ごコーグ・のＥ　　　デニク劇Ｅ込〃

Claims

【特許請求の範囲】

１、ロボットの車輪に付設され該車輪の回転を検知する
回転センサの検出データと、ロボットの本体に付設され
該本体の角速度を検知するレートジャイロの検出データ
とから、自己の位置と方位角を求め、これにより自律走
行を行う自走ロボットの自律走行誘導装置において、外
乱の影響を除去するために前記レートジャイロからの出
力をローパスフィルタを介して取り出すようにすると共
に、あらかじめ設定した比較的短い適当な時間又は距離
で前記自走ロボットを一時停止させた時あるいは自己判
断により自走ロボットが一時停止した時ごとにレートジ
ャイロのオフセット値を検出して記憶する第１の手段と
、事前に測定した各角速度に対するオフセット値補正後
のレートジャイロの出力特性を記憶しておく第２の手段
と、前記ローパスフィルタ後のレートジャイロの出力を
前記第１の手段による記憶データと前記第２の手段によ
る記憶データにより補正を行う第３の手段とを設けたこ
とを特徴とする自律走行誘導装置。