JPH03137501A - 移動ロボットの車輪径計測方法及びその装置 - 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〕 本発明は、移動ロボットの車輪径計測方法及びその装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

移動ロボットを、を旨定した経路に沿って走行させる方
法として、路面に布設した誘導線等で走行経路を指定し
、誘導線に対する車体のずれを修正しつつ走行させる誘
導線式のものと、車輪の回転数を常時検出し、累積計算
することにより、移動ロボットの移動距離や方向の変化
を計測し、現在位置を計算して、指定された経路に沿う
ように制御を行う慣性航海法的な手法、デッドレコニン
グ法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の技術で述べたもののうち前者においては、走行経
路の存在しない場所へロボットを移動させることができ
ないという問題点を有していた。

後者においては、ロボットの駆動輪の径が常に一定であ
るとして駆動輪の回転数を求め、計算によりロボットの
現在位置及び姿勢の推定を行っているが、実際には移動
ロボット内部の電、子機器の自重により、あるいは、空
気漏れ等により、移動中に駆動輪の左右の径は必ずしも
一致しないため、計算によって求めた現在位置及び姿勢
の推定値と実際のそれらとの間には誤差が生じてくると
いう問題点を有していた。

従って本発明の目的は、走行中のロボットの駆動輪径な
正確に測定し、精度の高い走行制御を行なうための情報
をもたらす、移動ロボットの車輪径計測方法及びその装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、移動ロボットの車輪の回転を計測することに
より車輪径を測定する、次の（イ）（ロ）（ハ）のステ
ップよりなることを特徴とする移動ロボットの車輪径計
測方法 （イ）ロボット走行床面上に平行に設置した２本の固定
マーカーの存在を検出する （口）２本の固定マーカーに対する移動ロボットの進入
角θ１．θ象を算出する （ハ）進入角θ１．θ２よりロボットの左右の車輪径Ｄ
　ｔ　、　Ｄ　ｒを計測する；及び 走行手段と、ロボット走行床面に設置したマーカーを検
出する検出手段と、前記走行手段へ走行指令を与えかつ
前記検出手段よりの検出信号及び前記走行手段が保持し
ているロボットの現在位置の情報を入力して実際の車輪
径の計測を行う制御手段とからなる移動ロボットの車輪
径計測装置である。

【作　用］ ２本の固定マーカーを移動ロボットが横切って通過する
ときに検出手段において、各々の固定マーカーと移動ロ
ボットとの角度を検出する。一方の固定マーカーを通過
したときの固定マーカーに対する移動ロボットの進入角
度と、他方の固定マーカーに対する移動ロボットの進入
角度とを求めることにより、走行中の移動ロボットの左
右の駆動輪径（情報）を求める。その後、その情報を制
御手段に与える。

〔実施例〕

以下に、添付図を参照して本発明の一実施例を説明する
。

第１図は、本発明の装置の基本的構成を示す機能ブロッ
ク図である。

図において、移動ロボットの車輪径計測装置１は、走行
手段２と、ロボットの走行床面に設置した２本の平行な
固定マーカーＥ、Ｆを検出する検出手段３と、前記走行
手段２へ走行指令を与えかつ前記検出手段３よりの検出
信号及び前記走行手段２が保持しているロボットの現在
位置の情報を入力して車輪径の計測を行う制御手段４と
から構成されている。そして前記走行手段２は、走行機
構５と、この走行機構５を制御する走行機構制御手段６
を具備している（第２図参照）。

このうち走行機構５は、左右の駆動輪１８ａ。

１８ｂと、該駆動輪１８ａ、　１８ｂを独立に駆動せし
める駆動モータ１４ａ、　１４ｂと、該駆動モータ１４
ａ。

１４ｂに連結しているパルスエンコーダ１５ａ、　１５
ｂとから構成されている。前記駆動輪１８ａ、　１８ｂ
はゴム製の中空タイヤにより形成され、駆動輪間距離Ｔ
をを隔てて車軸に取付けられている（第４図参照）。

又前記走行機構制御手段６は、経路指定部７、目標速度
・目標位置姿勢指定部８、現在速度・現在位置姿勢演算
部９、姿勢制御部１０、モーター制御部１）とからなっ
ている。かくして前記パルスエンコーダ１５ａ、　１５
ｂよりの出力パルスが前記走行機構制御手段６に入力す
ると、移動ロボット２０の移動距離、現在速度・現在位
置姿勢が算出され、これらの算出値と、指定された径路
を走行させるための目標速度、目標位置姿勢等から左右
の駆動輪１８ａ、　１８ｂの回転速度、回転方向が決定
され、駆動モーター１４ａ、　１４ｂを制御することに
より、移動ロボット２０は、まず指定された径路上を走
行移動する。

前記検出手段３は、自律型の移動ロボット２０の底面に
配設した一対の拡散反射型赤外線センサー１９ａ、　１
９ｂより構成され、ロボット走行床面の反射率を測定し
得るよう、前記駆動輪１８ａ。

１８ｂの車軸に平方な方向に距離Ｔ３を隔てて設けであ
る（第４図参照）。

又前記固定マーカーＥ、Ｆはセンサー１９ａ。

１９ｂによって検出されるように、ロボット走行床面と
異なる反射率を持つ材質で形成されている。

第３図は、本発明をマイクロコンピュータを用いて構成
した場合の一実施例を示す。

制御手段４を構成するマイクロコンピュータシステムは
、ＣＰ　Ｕ　１３、メインメモリであるＲＯＭ１４及び
ＲＡＭ１５そして検出手段３の検出信号入力インターフ
ェース１７という基本構成からなっている。

ＲＯＭ１４にはロボットの走行に必要な走行指令の基本
プログラムと、車輪径の計測手続きに必要となる情報が
記憶されている。又ＲＡＭ１５は作業用メモリである。

ＣＰ　ｔＪ　１３では、バス１６を介して各部より送出
されてくる信号を解読処理して、各部に必要な制御信号
を返信する。

さて、ここで第５図乃至第１５図を用いて、移動ロボッ
トの車輪径を実際に計測する方法を説明する。

今、第５図における出発点Ａ　（Ｘ＝Ｏ）からＸ軸に平
行に、直線走行した場合を考えると、左右の駆動輪１８
ａ、　１８ｂの径が等しいときには、移動ロボット２０
は、Ｘ軸に平行な直線Ｃ上を走行する。左右の駆動輪１
８ａ、　１８ｂの径が等しくない場合には、左右の駆動
輪を同じ速度で回転すると、第５図における円弧り上を
走行することになるが、前記Ｅ、Ｆ、２本のテープ（固
定マーカー）を移動ロボットが横切って通過するときに
、各々のテープＥ、Ｆと移動ロボット２０との進入角度
を検出することにより、そのときの駆動輪の径を計測す
ることが可能である。

ここで、テープＥを通過したときの点Ｐ、におけるテー
プＥと移動ロボット２０の進入方向との角度を０１、テ
ープＦを通過したときの点Ｐ２におけるテープＦと移動
ロボット２０の進入方向との角度を０２とし、θ１．θ
２を求めることにより、移動ロボット２０の左右の駆動
輪の直径り、、Ｄｒが実際に求められることを以下に説
明する。

Ａ、θ７．θ２の　： 移動ロボット２０は、常時Ｘ　ｒ　、　３’　ｒ座標系
における現在のｘｙ座標値及びＸ軸との傾きｔｈを常に
演算しており、ここではその位置を、ｐ　（ｘ、　ｙ、
　ｔｈ）と表す。但し、第６図では、移動ロボット２０
は、Ｘ軸上を直進するように制御されているので通常は
、ｙ＝ｏ、ｔｈ＝ｏである。そこで移動ロボット２０に
配設した固定マーカー用のセンサー１９ｂ’がテープＥ
を感知したときの移動ロボット２０内部で計算された位
置をｐｌ　’　　［ｘｌ、ｙｌ、ｔｈｌ）とし、第７図
において、センサー１９ａ’がテープＥを感知したとき
の同位置をｐｉ″（ｘ２．ｙ２．ｔｈ２）とする。移動
ロボット２０がｐ１′からｐ１″まで移動する間は移動
ロボット２０は直線走行しているとして、移動ロボット
２０がｐｌ’からｐ１″までに走行した距離（Ｘ、−Ｘ
、）と、センサー１９ａ’　と　１９ｂ’の間隔Ｔｓか
らθ、は次のように求まる（第６図乃至第８図参照）。

−Ｋｇ−Ｌ θ＋　　＝ｔａｎ　　’（）　　　　　　＝・・・（１
）ｓ 同様にして、センサー１９ｂ’がテープＦを感知したと
きの位置ｐ２’のＸ座標をＸｓ、センサー１９８′がテ
ープＦを感知したときの位置ｐ２″の座標をＸ４とする
と０２は次のように求まる（第９図乃至第１）図参照）
。

−Ｘ、−Ｘ。

θｚ　　＝ｔａｎ　　’（）　　　　　　・＝＝　　（
２１ｓ θ１≠０２の時は、ｐｌからｐ２まで走行する移動ロボ
ットの軌跡は第１２図に示すように円弧の一部になる。

第１２図において、ｒを軌跡の半径、Ｌを前記各テープ
Ｅ、Ｆ間の間隔とすると、第１２図から、 ｒ　　ｓｉｎθ２−　ｒＳｉｎθ、＝Ｌ従って、半径ｒ
は、 として求められる。

尚、（３）式のｒが正の値の時は、ロボットの軌跡は左
曲がり、負の値の時は右曲がりとなる。

Ｂ　、　　　　重　　　′又の　　　　　：次に、移動
ロボット２０の左右両輪の駆動輪径（直径）Ｄ、、Ｄ、
を第１３図より求める。

ここでは、 ・Ｓ　：移動ロボットの軌跡の円弧； ・ρ　：内部位置計算で求められた、ロボットの中心が
ｐｌからｐ２へ走行 する距離； ・Ω′　：ロボットの中心がｐｌから９２間に実際に走
行した距離； ・氾、：左の駆動輪の実際の走行距離；・Ｉ２ｒ　：右
の駆動輪の実際の走行距離；・Ｔ　：左右の駆動輪の間
隔： とする。

移動ロボット２０は、指定した軌跡を移動するように、
左右の駆動輪１８ａ、　１８ｂの回転速度の制御を行っ
ているが、そのときの回転速度の算出には、予め指定し
た車輪の直径Ｄ（内部演算用車輪直径）を使用する。ま
た前記内部演算用直径りは、移動ロボット２０の現在位
置を、パルスエンコーダー１５ａ、　１５ｂから算出す
る場合にも用いる。左右の駆動輪１８ａ、　１８ｂがｎ
回転した時の各々の移動距離氾、　１２′、　ｇｌ　　
、ｆｌ、は、左右の動輪１８ａ、　１８ｂの直径の平均
値をＤｍとすると、 多　　＝π　・　Ｄ　−ｎ　　　　　・・・・・　（４
）ｘ′　＝π　・　Ｄｍ　−ｎ　　　・・・・・　（５
）Ｉ２．＋　　＝　π・Ｄ　＋　　・ｎ　　　　＝＝・
（６１２、＝π・Ｄｒ　−ｎ　　　・・・・・　（７）
また、ｐｌとｐ２を結ぶ円弧の中心角をθ（第１３図参
照）とすると、 氾’＝ｒ・θ　　　　　　・・・・・　（８）Ｉ２．＝
（ｒ−−）　　・θ　・・・・・　（９）ｇ、＝（ｒ＋
−）　　・θ　・・・・・　（１０）θ　　＝θ２−θ
、　　　　　・・・・・　（１））（４）乃至（１）１
式より、 Ｄ、＝ ２′ −・　Ｄ ・・・・・（１４） 従って、左右の駆動輪の直径Ｄ　　、Ｄ、は、（１２）
乃至（１４）式により、 と求められる。

特に、θ、＝０２の時は、移動ロボット２０の軌跡Ｓは
第１４図に示すように直線となる。

図中Ｐ、からＰ２まで車輪がｎ回転して実際にＣ′定走
行たとすると、 β′＝π・Ｄｌ　・ｎ＝π・Ｄ、・ｎ ・・・・・（１７） また、内部計算では、ＰｌからＰ２までＡ　ｉ？行した
とすると、 β；π・Ｄ−ｎ　　　　　　・・・・・（１８）（１７
１，Ｔ１８１式より、 Ｄ″ｉ′　　・・・・・（１９） ・′・Ｄ・“Ｄ・“　４ また、第１４図より Ｌ　＝　Ｑ　’　　ｃｏｓθ、　　　　　　・−・−（
２０１（１９）、　　ｆ２０）式より Ｌ′Ｄ　　・・・・・（２１） ＤパＤパβ　。。３θ１ として求められる。

尚、上記実施例では、ロボットの姿勢を検出するための
固定マーカーとして、床と反射率の異なるテープを、又
固定マーカーを検出する検出手段として、反射率を検出
する赤外線式センサーを用いたが、床に金属ワイヤを埋
め込み固定マーカーとし、磁気近接センサーをマーカー
検出手段としても良いこと勿論である。

［発明の効果］ 本発明によれば次のような効果を奏する。

走行中のロボットの左右の駆動輪径な実際に演算して求
めることができるため、ロボットの移動距離及び位置の
補正を行うことが極めて容易になる。

また、走行制御で計算に用いる駆動輪の直径の値として
、計測された左右の駆動輪径のデータを提供できるため
、移動ロボットの位置の補正及び走行制御の補正が可能
で、走行誤差が少な（精度の高い走行制御が保証される
。

そして、走行中の駆動輪径を計測したデータより、タイ
ヤの空気漏れ、パンク等の異常の検出もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の基本的構成を示す機能ブロッ
ク図、第２図は本発明の装置を構成している走行手段の
構成を示すブロック図、第３図は、本発明をマイクロコ
ンピュータにより構成した場合の基本構成図、第４図は
移動ロボットの平面略図、第５図乃至第１５図は走行中
の移動ロボットの駆動輪径の計測方法を説明するための
説明図である。 ２　・・・・・ ６　・・・・ ２０・・・・・ Ｆ 移動ロボットの車輪径計測装置 走行手段　　３・・・・・検出手段 制御手段　　５・・・・・走行機構 走行機構制御手段 移動ロボット ・・・固定マーカー 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動ロボットの車輪の回転を計測することにより
   車輪径を測定する、下記の（イ）（ロ）（ハ）のステッ
   プよりなることを特徴とする移動ロボットの車輪径計測
   方法 （イ）ロボット走行床面上に平行に設置した２本の固定
   マーカーの存在を検出する （ロ）２本の固定マーカーに対する移動ロボットの進入
   角θ＿１、θ＿２を算出する （ハ）進入角θ＿１、θ＿２よりロボットの左右の車輪
   径Ｄ＿１、Ｄ＿ｒを計測する
2. （２）走行手段と、 ロボット走行床面に設置したマーカーを検出する検出手
   段と、 前記走行手段へ走行指令を与えかつ前記検出手段よりの
   検出信号及び前記走行手段が保持しているロボットの現
   在位置の情報を入力して実際の車輪径の計測を行う制御
   手段とからなる移動ロボットの車輪径計測装置。