JPH01207804A - 自走式作業車 - Google Patents

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】 イ〉　産業上の利用分野 本発明は、作業車本体に設け７：センサが作業する領域
内に想定された走行経路からの該作業車の位置ずれを検
知するとともに、その検知結果に基レ・て作業補正をし
ながら該走行経路Ｐを走行し自動的に作業する自走式作
業車に関する。

口）従来の技術 近年、所定の作業領域内を走行しながら所定の作業をを
行う作業車について、種々考えられている。

たとえは、センサ技術（１９８４−’４月号笛５２〜５
６頁）に記されている床面清掃ロボットや特願昭６１−
３０４４３２号の自立型作業車がある。これらの作業車
ではまず壁に沿って内部を一周して部屋の形状と広さを
認識した後、前進・反転をくり返して作業を行っ−〔い
る。これらの作業車では前進中の方位修丁を主に駆動輪
に直結した駆動輪の回転角検出用のエンコーダか、駆動
輪とは別に設置した車輪（計測輪）の回転角検出用のエ
ンコーダの出力差から行う。しかし、こＪ・１．らの駆
動輪、Ｈ７１１１１輪は走行する床面の状態によってず
・＼す、検出器の出力から算出した作業車の走行方位が
実際のり１位からずれる場合があり、その欠点を除去す
るために、上記床面清掃ロボットではジャイロを搭載し
、発生−２＝ Ｌまた計測誤差の補正を行っている。しかし、このン＼
・・ｒ口は非常に高価なものでかつ技術的にも立ち、ト
リ時間、寿命等の問題があり、低価格な手段か求められ
一〇いる。

この点に対し、第４回ロボｙｈ学会学術講演会予稿集（
１）　３７５−３７６＞ではこのため、側面部に超音波
センサを設（づ、側面からの距離を計測して走行経路が
所定の経路になるよう補正しながら走行側る作業車も提
案されている。

ハ〉　発明が解決しようとする課題 然し乍ら、室内の壁面は必ずフラットとは限らず、場所
によっては凹凸があったり障害物があつありして、この
ような場所では作業車の位置検知が正確に伝えないと云
う不都合があった。

＝−）課題を解決するための手段 本発明はこのような点に鑑みて為されたものであって、
距離上／勺で検出される側面側の壁との距離を所定値に
保つよう走行制御するとともに、セ〉・ザでの検出距離
の変化が所定以上になったとき、左右両輪のコーンコー
ダ出力を見ながら直線走行をさせている。

ホ）作用 壁面が平坦な部分ではセンサにより、正確に位置検知を
しながら、走行制御が行われるとともに、壁面に凹凸や
障害物がある場合ではエンコーダ出力の比較により、直
進走行が行われ、大きく経路を外れると云う危険はない
。

へ）実施例 第１図は本発明自走式作業車の原理模型図である。この
図面において、作業車本体（１）は、その駆動輪（２）
（３）を個別に駆動する一対のモータ（４）（５）、作
業手段（６）、及びこれらを制御する制御手段（７）等
を有している。また、作業手段（１６）としては、例え
ば清掃装置が用いられ、吸込口、集塵ファン及びそのモ
ータを具備している。

＜８）（９）は本体を支持するキャスタで、特にキャス
タ（９）は回転自在に設けられている。さらに、作業車
本体（１）はその前面・後面・両側面・の計４面に各々
２個づつの超音波センサ（１０）〜（１７）を備え、ま
た各駆動輪（２）＜３）にはその回転量を計＝３− 数するだめのエンコーダ（１８）（１９）を備えている
。

センサ（１０）〜（１７）、エンコーダ（１８）（１９
）と制御手段（７）の関係を示すブロック図を第２図に
示丈。この図面において、各エンコーダ（１８）（１９
）（７）出力は検出部（２０）で検出されている。その
検出出力は波形整形回路（２１）で波形整形された後、
インターフェイス（２２）を介してカウンタ（２３）に
入力きれ、このカウンタに−Ｃ単位時間当りの出力パル
ス数が計数される。作業領域の環境を検知するための超
音波センサ（１０）〜（１７）は音波を発して、その音
波が反射してもどってきた時を検知するようになってい
て、この音波の発信タイミング、受信タイミングの信号
が検出部（２４）、波形整形回路（２５）、インターフ
エイスフ２２）を介してタイマ（２６）に与えられ、こ
の反射音波が返ってくるまでの時間がこのタイマ（２６
）で計られ、壁までの距離が計数される。そして、計数
された値は演算部（２７）、メモリ部（２８）に入力さ
れる。また、上記メモリ部（２８）には作業車の作業領
域形状情報（地図情報〉や走行経路情報か記憶されてい
る。

次に作業車本体の動作を第３図のような障害物（３０）
や凹凸のある壁（３１）を有した作業領域（２９）を作
業する場合について説明する。作業車（１）には、予め
作業領域の大きき、障害物（３０）の位置、大きさ、各
々の壁が平たんか凹凸があるか、経路データ等が与えら
れていて、この情報に基いて姿勢・位置のずれを動作開
始前又は方向転換後の各直進走行前に補正する。第３図
の状況では、右側方には障害物があり、超音波センサ（
１２）での壁までの距離測定が不可能であり、前方には
凹凸のある壁（３１）がありこの壁までの距離測定は不
正確になるので基準面とけなり得ない。このように作業
車の走行経路情報に従った現在位置（Ｘ、、ｙ）とメモ
リ部（２８）内に記憶された作業領域の地図情報とから
基準面となり得るフラットな壁の中で最も近い壁を演算
部（２７）で探索・演算して作業車は自立的に距離測定
する方向を決定する。第３図では、基準面となり得る壁
は左側方と後方であり、この内、距離が近い方の後方の
側面までの距離を夫々超音波センサ（１６）（１７）に
より測定する。この時のセンサ（１６）（１７）による
壁までの距離測定値を各々り１．Ｐ２とすると作業車の
姿勢のずれθ。は、Ｇｏ　＝ｔａｎ−’（ｊ！　＋　−
１２２／ｄ　）である。ここでｄは、超音波センサ（１
６）（１７）の間隔である。そして姿勢のずれθ。たけ
、制御手段（７）により左右の車輪（２）（３）を駆動
して補正する。姿勢の補正後、作業車の前後方向の位置
の補正を行うが、前後方の中で基準となり得る壁で最も
近い壁（第３図では後方）との距離を測定し、経路情報
内の現在位置と実際の位置のずれｙｏを同様に制御手段
により車輪で駆動して補正する。

以」−のように姿勢・位置の補正を行い、その後再度姿
勢Ｏ８を算出しその角度を前進走行の基準姿勢としてメ
モリ部（２８）内に保持して直進走行を開始する。

こうした作業車の位置及び姿勢の補正は作業車が停止し
て方向転換をするときに必ず行うが、フラットな基準面
が見つからない場合は姿勢あるいは位置の補正が省略さ
れる。このような作業車の動作を第４図の流れ図に示す
。

尚、作業領域の地図情報を使わず、作業車の各側面に設
けた各々２個の超音波センサ（１２）〜（１７）からの
出力を用いて基準面決定の判断をすることも可能である
。また、地図情報や作業領域情報はメモリ部（２８）に
記憶したがこれはメモリカード等に記憶させ演算部（２
７）に連なった情報読取手段に着脱自在としても良い。

次に上記第４図の直進走行動作に関して第５図のような
作業領域を走行する場合についての動作を説明する。作
業車本体（１）が図中の点線で示す経路を走行する前に
、予め与えられた作業領域の地図情報および走行経路情
報から判断して走行の基準面を決定する。第５図のよう
にまず３区域では、右側方に障害物があることが地図情
報からもわかるため、左側方を基準面としてこれを距離
センサ（超音波センサ）により距離測定してこの距離が
一定になるよう補正走行する。次に５区域では、左側方
に複数の障害物があることが地図情報からもわかるため
、右側方を基準面としてこれを距離センサ（超音波セン
ナ）により距離測定しで補正走行する。なお、両側面と
も基準面となり得る時は、距離の近い方を基準面とする
。次にＣ区域では右側方は凹凸のある壁で左側方は障害
物があり、イツれの面も基準面とはなり得ない。この場
合は駆動輪（２）（３）の回転角を検知するエンコーダ
（１８）（１９）の左右の出力差と直進動作直前の基準
姿勢θ。により作業車の姿勢θｎを随時算出しており、
この値を用いて姿勢による補正走行を行う。

なお、各々ａ、ｂ、ｃ区域の距離測定方向の変化点′は
、作業領域の地図情報と回転角検出器（エンコーダ）か
ら算出した作業車の直進距離を照合して認識する。こう
した直進走行動作の流れ図を第６図に示す。

第７図は直進走行動作の他の実施例を示すための作業領
域の模式図であって、第８図の流れ図とともに走行動作
を説明する。この場合は、作業車本体（１）が第７図中
の点線で示す経路を走行中左右の内近い方の側面、例え
ば左側面を超音波センサで測り、センサの出力により側
面からの距離を＝８− 例えば一定のＰａに保って走行するように補正制御され
る（第７図中ａ区域）。また、側面の壁が基準となり得
ない時や左側方に障害物等があり超音波センサの出力が
ばらつき、基準値となり得ない場合は、左右の車輪（３
）（２）に対応するエン−７−ダ（１９）（１８）の出
力差から作業車の姿勢ｏｎを以下のように随時算出して
おり、この値を用いて姿勢による補正走行を行う。（第
７図中、５区域）ｄｅｋ＝（ΔＬｋ−△Ｒｋ）／Ｔ ｏｎ＝　００十冗ｄｅｋ ｋ＝１ ここで△Ｌｋ・△Ｒｋは左右者々の車輪の単位時間当た
りの進行距離、Ｔはトレッド（車輪間の距離〉、ｄＯｋ
は単位時間当りの姿勢変化量、θ０は直進走行前の姿勢
、ｏｎは現在の姿勢である。

次に超音波センサの出力が大きく変化した後（図中に示
すｌ　ａ”　ｌ　ｂに変化した後）その出力ρｂが一定
間隔以上継続した時は、当初の側方の壁までの距離の基
準ρａを書き換え、新たな基準Ｉ２ｂをメモリ部（２８
）に保持して超音波センサ出力がこの値になるよう、補
正走行を行うく第７図中Ｃ区域）。

なお、図中のａ、ｂ、ｃ区域の各々の走行は、上に述へ
γこように主として超音波センサの出力により判断して
基準を変える方法を示したが、これは予め与えられた作
業領域の地図情報と走行経路情報と、作業車の現在位置
から判断して基準を変える方法を採用しても良い。

ト〉　発明の効果 以上述べた如く、本発明自走式作業車は、距離センサで
検出される側面側の壁との距離を所定値に保つよう走行
制御するとともに、センサでの検出距離の変化が所定以
上になったとき、左右両輪のエンコーダ出力を見ながら
直線走行をさせているので、壁面が平坦な部分ではセン
サにより、正確に位置検知をしながら、走行制御が行わ
れ、また、壁面に凹凸や障害物がある場合ではエンコー
ダ出力の比較により、直進走行が行われ、大きく経路を
外れると云う危険はない。従って、所定経路を確実に走
行出来る作業車が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明自走式作業車を上面から見たときの構成
模式図、第２図は本発明自走式作業車の走行制御機構を
示すブロック図、第３図、第５図、第７図は作業領域の
模式図、第４図、第６図は本発明自走式作業車の動作を
示す流れ図、第８図は本発明自走式作業車の他の動作例
を示す流れ図である。 （１）・・・作業車本体、（２）（３）・・・駆動輪、
（４）（５）・・・モータ、（６）・・・作業手段、（
７）・・・制御手段、（８）（９）・・・キャスタ、り
１０）〜（１７〉・・・超音波センサ、（１８）（１９
）・・・エンコーダ、（２０＞（２４）・・・検出部、
（２１＞（２５）・・・波形整形回路、（２３）・・・
カウンタ、（２６）・・・タイマ、（２７）・・・演算
部、（２８）・・・メモリ部、（２９）・・・作業領域
、（３０）・・・障害物、（３１）・・・壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）室内を自走しながら所定の作業を行う自走式作業車
   において、作業車本体側面に設けられた距離センサと、
   走行中に上記センサで計測される壁面との距離が所定以
   上変化したかどうかを検知する検知手段と、作業車本体
   を支える左右の車輪と、この車輪の回転数を検知するエ
   ンコーダと、を有し、距離センサでの検出出力が所定値
   を保つよう走行制御するとともに、上記検知手段で所定
   以上の距離変化が検知されたとき、左右両輪のエンコー
   ダ出力により直線走行をさせることを特徴とした自走式
   作業車。