JPH02309406A - 移動ロボットシステムにおける走行制御方法 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、複数の移動ロボットと、これらの移動ロボ
ットを制御する制御局とから構成される移動ロボットシ
ステムにおける走行制御方法に関する。

「従来の技術」 近年、ＦＡ（ファクトリ・オートメーション）の発達に
伴い、この種のシステムが各種開発され、実用化されて
いる。この移動ロボットシステムにおいて、制御局は各
移動ロボットへ無線または有線によって行き先およびそ
の行き先において行う作業を指示する。制御局から指示
を受けた移動ロボットは、指示された場所へ自動走行し
て到達し、その場所で指示された作業を行い、作業が終
了した時はその場で次の指示を待つ。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、この種のシステムにおいては、自動走行する
ロボット同士の衝突をいかに防ぐかが大きな問題である
。１台のロボットが走行している時に他のロボットを停
止させれば、衝突の可能性を非常に少なくすることがで
きるが、これではロボットの走行効率が極端に悪くなっ
てしまう。

そこでこの発明は、同一の敷地内に多くの移動ロボット
を走行させても、衝突が起こることがなく、しかも、各
移動ロボットの走行効率を最大限に上げることができる
移動ロボットシステムにおける走行制御方法を提供する
ことを目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、複数の移動ロボットと、これらの移動ロボ
ットを制御する制御局とからなり、各移動ロボットが走
行路に設けられたノードを検出しつつ走行する移動ロボ
ットシステムにおいて、前記移動ロボットは、各ノード
間の走行路に沿った距離が予め記憶された記憶手段を有
し、走行開始時または走行途中において、前記記憶手段
から距離データを読み出し、読み出した距離データおよ
び現在位置を示す位置データに基づいて、進行方向の予
め定められている一定距離内のノードおよびその距離を
越える最初のノードを検出し、検出したノードが示す走
行ルートの予約要求を前記制御局へ出力し、前記制御局
から予約終了の連絡を受けて該走行ルートを走行し、前
記制御局は、前記移動ロボットからの予約要求を受け、
その走行ルートが他の移動ロボットによって予約されて
いない場合は、その走行ルートの予約を行い、その結果
を前記移動ロボットへ出力することを特徴としている。

「作用」 この発明によれば、各移動ロボットは現在位置から進行
方向の予め定められている一定距離内のノードおよびそ
の距離を越える最初のノードを常時検出する。そして、
検出したノードまでの走行予約を制御局に対して要求す
る。制御局は移動ロボットからの予約要求を受けて予約
を行う。また、既に予約済みのノードについては新たな
予約を拒否する。しかして、この発明によれば、予約済
みの走行路については他の移動ロボットの走行を禁止す
ることにより、移動ロボット同士の衝突を防止すること
ができ、また、上記一定距離を適切に選ぶことにより、
各移動ロボットの走行効率を最大限に上げることができ
る。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の一実施例による走行制
御方法を適用した移動ロボットシステムについて説明す
る。第１図は同移動ロボットシステムの全体構成を示す
ブロック図である。この図において、ｌは制御局、２−
１〜２−ＩＯは移動ロボットであり、制御局１と各移動
ロボット２−Ｉ〜２−１０とは無線によって接続されて
いる。

移動ロボット２は、予め決められた走行路の床面に貼付
された磁気テープに沿って移動するようになっており、
また、走行路には適宜の間隔をおいてノードが設定され
ている。第２図は走行路の一例を示す図であり、この図
において■、■、・・・・・・がノードである。各ノー
ドには各々床面にノードマークが貼付されており、移動
ロボット２には、このノードマークを検出する検出器が
設けられている。また、ノードには次の３種類がある。

（１）地図進入ノード：移動ロボット２が新たに走行路
に進入する時のスタート点となるノードであり、第２図
においては、■、■、［相］、■である。

（２）作業ノード：作業点Ｓｌ、Ｓ２．Ｓ３が設けられ
ているノードであり、第２図においてはＳ■。

■、［株］である。移動ロボットが作業を行う場合は、
この作業ノードで一旦停止し、次いで作業点Ｓｔ（また
はＳ２またはＳ３）まで進んで停止し作業を行う。

（３）通過ノード：移動ロボットが単に通過するだけの
ノードであり、第２図においては上記の各ノード以外の
全てのノードである。

第３図は制御局ｌの構成を示すブロック図であり、この
図において、ｌａはＣＰＵ（中央処理装置）、１ｂはＣ
ＰＵ１ａにおいて用いられるプログラムが記憶されたプ
ログラムメモリ、ｌｃは後述する衝突テーブルである。

１ｄは地図メモリであり、各ノードの（Ｘ−Ｙ）座標、
ノード種別を示すデータ、そのノードに接続されている
他のノードの番号、そのノードに接続されている各他の
ノードまでの距離等が記憶されている。ｌｅはデータ記
憶用のデータメモリであり、このデータメモリｌｅには
、予め第４図に示すリザーブテーブルＲＶＴが設けられ
ている。このリザーブテーブルＲＶＴはノード■〜■に
各々対応する記憶スロットＲｖｔ　−ＲＶ１４（各１バ
イト）を有している。Ｉｆは操作部、Ｉｇは通信装置で
あり、この通信装置１ｇはＣＰＵＩａから供給されるデ
ータを２００〜３００ＭＩ（ｚの搬送波に乗せて発信し
、また、移動ロボット２−１〜２−ＩＯから搬送波に乗
せて送信されたデータを受信する。

ここで、衝突テーブルＩｃについて説明する。

この衝突テーブルｌｃは、各移動ロボット間の衝突を防
止するためのテーブルであり、第５図（イ）に示すよう
に、複数の衝突データブロックから構成されている。こ
の場合、各衝突データブロックは、走行路によって接続
された隣り合う２つのノードに対応して１つのブロック
が形成されている。

例えば、第２図の走行路の場合、ノード組〔■。

■〕、〔■、■〕、〔■、■〕、〔■、■〕、〔■１■
〕、〔■、■〕・・・・・・の各々について衝突データ
ブロックが形成されている。

次に、衝突データブロックについて詳述する。

例えば、ノード組〔■、■〕に対応する衝突データブロ
ックには、ノード■からノード■へ（またはこの逆）移
動ロボット２が移動した時、そのノードに他の移動ロボ
ットか居ると衝突する恐れのあるノードの番号およびそ
のようなノードの数が書き込まれている。すなわち、衝
突データブロックには、第５図（ロ）に示されるように
、次の各データが書き込まれている。

（１）始点衝突ノードの番号およびその敢第６図におい
て、Ｎａを始点ノード、Ｎｂを終点ノードとする。なお
、始点、終点は、２個の隣合うノードの一方を始点、他
方を終点と称したたけである。始点衝突ノードとは、始
点ノードＮａに移動ロボット２が到着した場合にこれと
衝突する恐れがあるノード（そのノードに移動ロボット
がいた場合）であり、具体的には、破線で示される排除
領域Ｅｓ内に存在するノードおよびその周囲一定範囲内
のノードである。ここで、排除領域ＥＳは例えば第７図
に示すように、 （Ｗ＋２α）Ｘ（Ｌ＋２α） Ｗ：移動ロボットの横幅 Ｌ：移動ロボットの長さ α＝１５０ｍｍ なる大きさの領域であり、予め決められている。

また、同図に示すノードＮｋは排除領域Ｅｓ内にあるの
で勿論始点衝突ノードであるが、排除領域ＥＳ外のノー
ドＮｆ２も移動ロボット２が一点鎖線の状態になった場
合にその一部が排除領域Ｅｓ内に入るので始点衝突ノー
ドである。また、始点ノードＮａ自身も始点衝突ノード
である。以上の結果、第７図の例においてはノードＮ　
ａ、　Ｎ　ｋ、　Ｎ　（ｌの番号およびノード数「３」
が各々衝突データブロック内に書き込まれる。

（２）終点衝突ノードの番号およびその数終点衝突ノー
ドとは、第６図の終点ノードＮｂに移動ロボット２が到
着した場合にこれと衝突する恐れがあるノード（そのノ
ードに移動ロボットがいた場合）であり、具体的には、
破線で示される排除領域Ｅｅ内に存在するノードおよび
その周囲一定範囲内のノードである。なお、一定範囲の
意味は上記の通りである。

（３）ノーダ間衝突ノードおよびその数ノード間衝突ノ
ードとは、始点ノードＮａから終点ノードＮｂまで移動
ロボット２が移動した場合にこれと衝突する恐れがある
ノード（そのノードに移動ロボットがいた場合）であり
、具体的には、破線で示される排除領域Ｅｋ内に存在す
るノードおよびその周囲一定範囲内のノードである。

（４）逆方向走行衝突ノードおよびその敗逆方向走行衝
突ノードとは、終点から始点へ向かって走行する移動ロ
ボットが始点ノードＮａを検出した時点でブレーキをか
け、停止した場合にこのロボットと衝突する恐れがある
ノード（そのノードに移動ロボットがいた場合）であり
、図に示す排除領域Ｅｐ内に存在するノードおよびその
周囲一定範囲内のノードである。

（５）順方向走行衝突ノードおよびその散順方向走行衝
突ノードとは、始点から終点へ向かって走行する移動ロ
ボットが終点ノードＮｂを検出した時点でブレーキをか
け、停止した場合にこのロボットと衝突する恐れがある
ノード（そのノードに移動ロボットがいた場合）であり
、図に示す排除領域Ｅ　（＋内に存在するノードおよび
その周囲一定範囲内のノードである。

（６）始点作業衝突ノードおよびその数始点作業衝突ノ
ードとは、第６図の作業点Ｓａに移動ロボット２が到着
した場合にこれと衝突する恐れがあるノード（そのノー
ドに移動ロボットがいた場合）であり、具体的には、破
線で示される排除領域Ｅｇ内に存在するノードおよびそ
の周囲一定範囲内のノードである。

（７）終点作業衝突ノードおよびその数終点作業衝突ノ
ードとは、作業点ｓｂに移動ロボット２が到着した場合
にこれと衝突する恐れがあるノード（そのノードに移動
ロボットがいた場合）であり、具体的には、破線で示さ
れる排除領域Ｅｉ内に存在するノードおよびその周囲一
定範囲内のノードである。

なお、衝突データブロックには、上記（１）〜（７）の
データの全部が常に記憶されているわけではない。例え
ば、始点、終点とも作業点がない場合は、勿論、作業点
衝突ノードは記憶されていない。

次に、移動ロボット２について説明する。第８図は移動
ロボット２の構成を示すブロック図であり、この図にお
いて、２ａはＣＰＵ、２ｂはＣＰＵ２ａにおいて用いら
れるプログラムが記憶されたプログラムメモリ、２ｃは
データ記憶用のデータメモリ、２ｄは操作部、２ｅは通
信装置、２ｒは制御局ｌ内の地図メモリＩｄと同じデー
タが記憶された地図メモリである。また、２ｇは走行制
御装置であり、ＣＰＵ２ａから供給される走行データ（
行き先データ、走行速度データ等）を受け、磁気センサ
によって床面の磁気テープおよびノードマークを検出し
つつ駆動モータを制御し、移動ロボットを目的ノードま
で走行させる。また、車軸に取り付けられたエンコーダ
の出力に基づいて、最後に通過したノードから現在位置
までの距離を常時検出し、その距離を示すデータ（以下
、現在位置データＤＤという）をＣＰＵ２ａへ出力する
。２ｈはアーム制御装置であり、ＣＰＵ２ａから供給さ
れる作業プログラム番号を受け、移動ロボットが作業ノ
ードに到着した時点でその番号の作業プログラムを内部
のメモリから読み出し、読み出したプログラムによって
ロボットアーム（図示路）を制御して各種の作業を行わ
せる。

次に、上述した移動ロボットシステムの動作を説明する
。

まず、移動ロボット２を制御局ｌの制御下におくには、
移動ロボット２を手動によって地図進入ノード■、■、
［相］、■のいずれかへ移動し、次に、移動ロボット２
の操作部２ｄからそのノードの番号を入力し、そして、
自動モードに切り換える。

ノード番号が人力されると、ＣＰＵ２ａがそのノード番
号および自身のロボット番号を通信装置２ｅを介し、て
制御局ｌへ送る。制御局【はそのロボット番号およびノ
ード番号を受け、データメモリ２ｃ内に書き込む。以上
の過程によって、制御局ｌは新たに進入したロボットの
番号およびその位置を検知する。

次に、例えば作業点Ｓｌにおいて行うべき作業が発生し
た場合、制御局ｌはその作業点に最ら近い位置にある移
動ロボットに対して、作業点ｓ１を示す作業点コードお
よび作業プログラムメモリ号信する。いま、ノード■に
移動ロボット２−１が停止しており、制御局ｌがこのロ
ボット２−１へ作業点コードおよびプログラム番号を送
信したとする。移動ロボット２−１のＣＰＬＪ２ａは、
受信した作業点コードおよびプログラム番号をデータメ
モリ２ｃ内に格納し、次に、作業点Ｓｌまでの走行ルー
トの探索を行う。このルート探索は、従来から公知の縦
型探索法等によって行なわれる。

″　　　そして、このルート探索によって■→■→■→
■なるルートが探索されたとすると、次にＣＰＵ２ａは
、地図メモリ２ｒ内に記憶されているノード間距離に基
づいて、探索したルートの走行距離を、出発点ノード■
から目的ノード■へ向けて順次累算し、予め決められて
いる一定距離Ｘ（第２図参照）を越える最初のノードを
検出する。いま、このノードが■であったとする。次に
ＣＰＵ２ａはノード■、■、■の番号およびルート予約
要求コードを各々制御局１へ送信する。

制御局ｌのＣＰＵｔａはこのノード番号およびルート予
約要求コードを受け、まず、衝突テーブルｌｃ内のノー
ド組〔■、■〕に対応する衝突データブロックから、始
点衝突ノード、終点衡突ノード、ノード間衝突ノード、
順方向走行衝突ノードを読み出す。次に、これらのノー
ドが既に予約されているか否かをリザーブテーブルＲＶ
Ｔによってチェックする。そして、予約されていなけれ
ば、すなわち、リザーブテーブルＲＶＴのこれらのノー
ドに対応する記憶スロットＲＶＩ−ＲＶｌＪ内のデータ
が「０」であった場合は、それらの記憶スロットに各々
ロボット番号「１」を書き込む。これによって、ルート
■→■が予約されたことになる。

次に制御局ｌのＣＰＵ１ａは、上記と同様に、衝突テー
ブル１ｃ内のノード組〔■、■〕に対応する衝突データ
ブロックから、始点衝突ノード、終点衝突ノード、ノー
ド間衝突ノード、順方向走行衝突ノードを読み出し、こ
れらのノードが既に予約されているか否かをチェックす
る。そして、予約されていなければ、それらのノードに
対応する衝突テーブル１ｃの記憶スロットＲｖ＋ＬＲｖ
ｔ４に各々ロボット番号ｒｌＪを書き込む。これによっ
て、ルート■→■が予約されたことになる。

このようにしてルート予約が行なわれると、次にＣＰＵ
Ｌａは、ノード■〜■の番号および予約完了コードを移
動ロボット２−１へ送信する。移動ロボット２−１は、
これらのノード番号および予約完了コードを受け、まず
、ノード■へ向って走行を開始する。

移動ロボット２−１は所定時間が経過する毎に、ロボッ
トの現在の状Ｂ（走行中、待機中、作業中等）および現
在位置データＤＤを制御局ｌへ送信する。制御局ｌは、
移動ロボット２−１から送られてくる現在位置データＤ
Ｄを常時チェックし、移動ロボット２−１がノード■を
通過した時点でルート■−■の予約を鉢除する。すなわ
ち、ルート■→■の予約の際にリザーブテーブルＲＶＴ
に書き込んだロボット番号ＮＪを「０」に戻す。

一方、移動ロボット２−１は、走行途中において、常時
、現在位置から目的ノードへ向かう距離Ｘを越える最初
のノードを、現在位置データＤＤおよび地図メモリ２ｆ
内に記憶されているノード間距離に基づいて検出し、検
出されたノードが■になった場合は、ノード■、■の番
号およびルート予約要求コードを各々制御局！へ送信す
る。制御局ｌはこのノード番号およびルート予約要求コ
ードを受け、衝突テーブルｌｃ内のノード組〔■。

■〕に対応する衝突データブロック内のデータに基づい
てノード予約を行う。そして、ノード予約が完了した場
合は、ノード■、■の番号および予約完了コードを移動
ロボット２−１へ送信する。

移動ロボット２−１は、これらのノード番号および予約
完了コードを受け、ノード■まで走行する。

移動ロボット２−１がノード■を通過すると、前述した
場合と同様にして、制御局ｌにおいてルート■−■の予
約取り消しが行なわれる。そして、ノード■に到達する
と、次に横行（横方向へ進むこと）によって作業点Ｓ１
へ進む。移動ロボット２−１が作業点Ｓｔに到達すると
、ルート■→■の予約取り消しが行なわれる。但し、こ
の場合、終点作業衝突ノードだけは取り消しが行なわれ
ない。

次に、上記の過程において、例えばノード■までは予約
ができたが、ルート■→■の予約かできなかったとする
。このようなことは、例えばノード■−■−■と走行す
る移動ロボット２−Ｋが先にそのルートを予約していた
場合に発生する。この場合、移動ロボット２−１はノー
ド■を通過した時点で停止し、待機しつつ繰り返しルー
ト予約要求コードを制御局ｌへ送信する。移動ロボット
２−Ｋがルート■→■を通過すると、制御局Ｉがルート
■−■の予約を解除し、次いで、移動ロボット２−１が
要求しているルート■−■の予約を行う。これにより、
移動ロボット２−１が進行可能となる。

また、ルート■−■−■の予約要求に対し、ルート■→
■の予約しかできず、ルート■−■の予約ができなかっ
た場合、制御局１はルート■→■の予約完了を移動ロボ
ット２−１へ連絡する。この場合、移動ロボット２−１
はルート■−■の走行を開始し、また、走行途中におい
てノード■以降の予約要求を行う。

第９図は」二連した予約状態の他の例を示す図であり、
この図において■は目的とする作業ノード、また二重丸
を付したノードは予約が行なわれている最遠のノードで
ある。いま、移動ロボット２が（イ）の位置まで来ると
、ノード■〜■が予約され、（ロ）の位置に来るとノー
ド■までが予約され、（ハ）の位置まで来ると作業ノー
ド■までが予約される。以後、移動ロボット２が（ニ）
、（ホ）の位置へ移動しても、ノード■より先が予約さ
れることはない。

このように、この移動ロボットシステムにおいては、各
移動ロボットが、現在位置から一定距離Ｘ内のノードお
よび距離Ｘを越える最初のノードを予約しながら走行す
る。この場合、距離Ｘはできるだけ小さい方が他のロボ
ットの走行を妨げないので好ましい。しかし、小さすぎ
ると、スムーズな走行を行うことができない。したがっ
て、スムーズな走行を行うことができ、かつ、なるべく
小さいＸを選定することが必要となる。

ところで、移動ロボット２が予約要求を制御局１へ出し
てから予約結果を受は取るまでの時間は、通信遅れや処
理遅れを考慮し、余裕をみて約５秒と考えられる。移動
ロボットが時速１．５Ｋｍで走行する場合、５秒間に約
２１００ｍｍ走行する。

以上のことから、上記の距離Ｘは３０００ｍｍとするの
が妥当と考えられる。この場合、実際に予約される領域
は、衝突テーブルｌｃの関係から、進行方向約３５００
ｍｍ先までとなる。

なお、上記の予約はノード単位で行うので、ノード間距
離が長いと予約領域が大きくなってしまう。このような
場合は、ダミーノードを設定してノード間距離がある値
以上大きくならないようにすればよい。

なお、上記実施例は移動ロボットか床面の磁気テープを
検出しつつ同テープに沿って走行するものであるが、こ
の発明は移動ロボットが超音波センサによって周囲の情
況を検出しつつ走行するものにも適用することができる
。また、上記実施例は移動ロボットがアームを有してい
るが、この発・明はアームを在さず、単に自動走行する
だけの移動ロボット（運搬用等）にも適用することがで
きる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、各移動ロボッ
トは現在位置から進行方向の予め定められている一定距
離Ｘ内のノードおよびその距離を越える最初のノードを
常時検出し、検出したノードまでの走行予約を行いなが
ら走行するので、同一の敷地内に多くの移動ロボットを
走行させても、衝突が起こることがなく、しかも、一定
距離Ｘを適切に選ぶことにより、各移動ロボットの走行
効率を最大限に上げることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による移動ロボットシステ
ムの構成を示すブロック図、第２図は各移動ロボットが
走行する走行路の一例を示す図、第３図は第１図におけ
る制御局ｌの構成を示すブロック図、第４図は第３図に
おけるデータメモリｌｅ内に設定されているリザーブテ
ーブルＲＶＴを示す図、第５図は第３図における衝突テ
ーブル１ｃの記憶内容を示す図、第６図は第５図におけ
る衝突ノードを説明するための図、第７図は始点衝突ノ
ードを説明するための図、第８図は移動ロボット２の構
成を示すブロック図、第９図は走行予約の池の例を示す
図である。 １・・・・・・制御局、１ａ・・・・・・ＣＰＵ、Ｉｂ
・・・・・・プログラムメモリ、ｌｃ・・・・・衝突テ
ーブル、２−１〜２−１０・・・・・移動ロボット、２
ｒ・・・・・・地図メモリ、ＩｔＶＴ・・・・・・リザ
ーブテーブル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の移動ロボットと、これらの移動ロボットを制御す
   る制御局とからなり、各移動ロボットが走行路に設けら
   れたノードを検出しつつ走行する移動ロボットシステム
   において、 前記移動ロボットは、各ノード間の、走行路に沿った距
   離が予め記憶された記憶手段を有し、走行開始時または
   走行途中において、前記記憶手段から距離データを読み
   出し、読み出した距離データおよび現在位置を示す位置
   データに基づいて、進行方向の予め定められている一定
   距離内のノードおよびその距離を越える最初のノードを
   検出し、検出したノードが示す走行ルートの予約要求を
   前記制御局へ出力し、前記制御局から予約終了の連絡を
   受けて該走行ルートを走行し、 前記制御局は、前記移動ロボットからの予約要求を受け
   、その走行ルートが他の移動ロボットによって予約され
   ていない場合は、その走行ルートの予約を行い、その結
   果を前記移動ロボットへ出力することを特徴とする移動
   ロボットシステムにおける走行制御方法。