JPH03166074A - 自走ロボット - 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、テレビカメラ等を任意の目的地点に移動させ
るために用いられる自走ロボットに関する。

［発明の概要］ 本発明は、ロボット本体に駆動輪を設けた自走ロボット
において、 前記ロボット本体には前記駆動輪の回転に追従して向き
を変える計測輪支持部を設け、この計測輪支持部に前記
走行面に当接する計測輪を設け、この計測輪を前記ロボ
ット本体の進行方向に応じて向きを可変するよう構成し
、前記駆動輪の向きを検出する操舵角度検出手段を設け
ると共に前記計測輪支持部に対する前記計測輪の向きを
検出する計測輸角度検出手段を設け、前記操舵角度検出
手段の検出出力と前記計測輪角度検出手段の検出出力と
により得られる回転角度を前記ロボット本体の進行方向
とすることにより、 駆動輪のスリップ、障害物から受ける外力等によって駆
動輪の向き（操舵角度検出手段の検出ｎ力）と異なる方
向にロボット本体が移動すると、この実際の進行方向に
追従して計測輪が向きを洟え、その変位角度が計測輸角
度検出手段の検出ｌ力により検出されるため、操舵角度
検出手段の杉出出力と計測輪角度検出手段の検出出力に
よりが記ロボット本体の実際の進行方向が算出されるも
のである。

［従来の技術］ 本出願人は、テレビカメラ等を移動するに最這な自走ロ
ボットを先に提案し（特願平１−４３４３３号）、かか
る自走ロボットが第７図及び第８図に示されている。

第７図及び第８図において、ロボット本体ＩＣ中央下部
には回転袖２０に支持された駆動輪支授部２が設けられ
ている。この駆動輪支持部２に藝動輪４が取り付けられ
ており、この駆動輪は駆療モータ７の駆動力で回転され
る。この駆動輪４の両側位置で、回転軸２０を中心とす
る対称位置に一対の計測輸１０が設けられている。又、
ロボット本体１の下部で前記駆動輪４の位置を中心とす
る玉角点位置には従動輪２１がそれぞれ設けられている
。各従動輪２１は回転軸２２にて回転自在に支持され、
各回転軸２２は駆動輪４の回転軸２０の回転によって回
転するようスプロケット２３とチェーン２４で連動され
ている。駆動輪４の回転軸２０には操舵モータ６の回転
力がビニオン２５と平歯車２６にて伝達されており、駆
動輪４と各従動輪２１とは同一向きに向くよう構成され
ている。一方、操舵角度検出手段であるエンコーダＩＮ
よ平歯車２６と噛み合う歯車２７を有し、基準位置から
の正方向又は負方向のパルス数をカウントすることによ
って基準位置に対する駆動輪４等の回転角度θを検出す
る。また、移動量検出手段２８は前記一対の計測輪ｌＯ
の各回転数を検出するエンコーダ２９と各計測輪１０の
回転方向を検出する回転方向判別部（図示せず）とを有
する。

駆動輪４が方向変換する場合には一対の計測輪１０が互
いに逆方向に回転するため、一対の計測輪１０が互いに
逆方向に回転するときには各エンコーダ２９の出力パル
スをカウントせず、それ以外のときだけ各エンコーダ２
９の出力パルスを例えば加算平均することによって移動
量を算出する。

［発明が解決しようとする課１ｉ］ しかしながら、上記従来例においては駆動輪４等の回転
角度θ、即ち、駆動輪４等の向きをロボット本体１の進
行方向としているが、駆動輪４のスリップ、障害物があ
った場合における外力の作用等によって駆動輪４等の向
きとは多少ずれてロボット本体ｌが進行することがあり
、正確に目的地点に到達することができない。進行方向
の誤差は移動量に誤差がある場合と比較してはるかに大
きな誤差となって現れるため自走の移動ロボットにとっ
て致命である。

そこで、本発明は駆動輪のスリップ等によって駆動輪の
向きと異なる方向に移動しても実際の進行方向の算出が
可能な移動ロボットを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段コ 上記目的を達成するための本発明に係る移動ロボットは
、ロボット本体に走行面に当接する駆動輪を設け、この
駆動輪を進行方向を可変するために前記ロボット本体に
対して回転自在に設けると共に前記駆動輪を駆動源から
の回転力により回転可能に設けた自走ロボットにおいて
、 前記ロボット本体には前記駆動輪の回転に追従して向き
を変える計測輪支持部を設け、この計測輪支持部に前記
走行面に当接する計測輪を設け、この計測輸を前記ロボ
ット本体の進行方向に応じて向きを可変するよう構成し
、 前記駆動輪の向きを検出する操舵角度検出手段を設ける
と共に前記計測輪支持部に対する前記計測輪の向きを検
出する計測輪角度検出手段を設け、前記操舵角度検出手
段の検出出力と前記計測輪角度検出手段の検出出力とに
より得られる回転角を前記ロボット本体の進行方向とし
たものである。

［作用］ 駆動輪のスリップ、障害物から受ける外力等によって駆
動輪の向きと異なる方向にロボット本体が移動すると、
この実際の進行方向に追従して計測輪が向きを変えるた
め、その変位角度が計測輪角度検出手段の検出出力とな
って現れ、操舵角度検出手段と計測輪角度検出手段の双
方の検出出力によって実際の進行方向が算出される。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する．第１図
乃至第６図には本発明の一実施例が示されており、この
実施例では第６図に示す如くテレビカメラ八を自走ロボ
ットＲにて移動する場合に適用されている。

第Ｉ図において、ロボット本体ｌ下部にはその正王角形
の頂点となる王点に駆動輪支持部２がそれぞれ設けられ
ている。この各駆動輪支持部２はロボット本体１に対し
て回転自在に支持されており、各駆動輪支持部２の下部
には走行面３に当接する駆動輪４が回転自在に支持され
ている。又、各駆動輪支持部２はディスク板２ａを有し
、各ディスク板２ａと他の二つのディスク板２ａとの間
にはそれぞれベルト５又はチェーンが掛けられている。

玉つのディスク板２ａの一つには操舵モータ６（第３図
に示す。）の回転力が伝達され、この回転力によってー
のディスク板２ａが回転されると、他の二つのディスク
板２ａもベルト５を介して回転されて玉つの駆動輪４は
同一方向に向くよう構成されている。この玉つの駆動輪
４には図示しないが駆動源である駆動モータ７（第３図
に示す。）の回転力が伝達されており、この駆動モータ
７の回転力にて回転するよう構成されている。

また、前記ロボット本体１の前記正三角形の重心位置に
は計測輪支持部８が回転自在に支持されている。この計
測輪支持部８は、第２図に詳しく示すように、前記駆動
輪支持部２と同様にディスク板８ａを有し、このディス
ク板８ａと前記駆動輪支持部２のーのディスク板２ａと
の間にはベルト５又はチェーンが掛けられている。従っ
て、計測輪支持郎２は前記駆動輪４の回転に追従して同
一方向に向きを変える。前記ディスク板８ａにはその回
転中心と異なる位置に車輪アーム９の基端が第１図の矢
印で示す如く回転自在に支持されており、この車輪アー
ム９の先端に計測輪１０が回転自在に支持されている。

この計測輪１０は走行面３に当接し、この当接点ａが前
記ディスク板８ａの回転中心線Ｑに位置している。従っ
て、ディスク板８λが回転するとこれに伴って計測輪１
０も向きを可変するべく回転されるが、ディスク板８ａ
の中心線Ｑ上で回転するためにディスク板８ａと正確に
同一角度だけ回転する。

操舵角度検出手段であるエンコーダ１１はロボット本体
１に固定され、このエンコーダ１１の回転軸１１ａが計
測輪支持部８のディスク板８ａの中心に固定されている
。ディスク板８ａが回転されると、エンコーダ１１の回
転軸＋１ａも共に回転されてロボット本体１に対するデ
ィスク板２ａ，８ａ，即ち、駆動輪４の向きである回転
角度を検出する。このエンコーダｌ１は回転方向を判別
する機能を有し、回転角度に応じた十電圧を出力する。

計測輪角度検出手段であるエンコーダ１２は計測輪支持
部８のディスク板８ａに固定され、このエンコーダ１２
の回転軸１２ａが前記車輪アーム９の基端に支持されて
おり、計測輪１０がディスク板８ａに対して回転される
と、エンコーダ＋２の回転軸１２ａも共に回転されてデ
ィスク板８ａ，即ち、駆動輪４の向きに対する計測輪Ｉ
Ｏの向きである回転角度を検出する。このエンコーダ１
２は回転方向を判別する機能を有し、例えば時計方向の
回転時にはその回転角に応じた十電圧を、反時計方向の
回転時にはその回転角に応じたー電圧をそれぞれ出力す
る。

移動量検出手段であるエンコーダ１３は車輪アーム９に
固定され、このエンコーダ１３の回転軸が計測輪ｌＯの
回転支軸に連結されている。計測輪１０が回転すると、
この回転に従ってエンコーダ１３の回転軸が回転して回
転量に応じた電圧値を出力する。この実施例では計測輪
１０にエンコーダｌ３を取り付けて移動量を算出するよ
う構成したが、駆動輪４にエンコーダ＋３を取り付けて
移動量を算出するよう構成してもよい。しかし、本実施
例の如く自ら駆動しない計測輪ｌＯに取り付ける方がス
リップ等による誤差を防止でき正確な移動量を算出でき
るため好ましい。

第３図には上述した自走ロボットの概略ブロック図が示
されている。第３図において、操舵角度検出のエンコー
ダｌ１と駆動輪角度検出のエンコーダｌ２との双方の出
力は加算器１４を介して角度情報として現在位置計算回
路１５に導かれている。又、移動量検出手段のエンコー
ダ１３出力も移動量情報として現在位置計算回路口５に
導かれている。現在位置計算回路１５は角度情報と移動
量情報とを一定時間間隔毎に取り込み、初期位置目標位
置設定手段１６より入力された初期位置情報を基準に現
在位置を計算より求めてこの情報を駆動ベクトル計算回
路Ｉ７にｍカする。駆動ベクトル計算回路１７には初期
位置・目標位置情報設定手段１６から目標位置が入力さ
れており、駆動ベクトル計算回路＋７は現在位置と目的
位置より進行方向（駆動輪４の回転角度）と移動距離か
ら成る駆動ベクトル情報を操舵及び駆動回路１８に出力
する。操舵及び駆動回路ｌ８は駆動ベクトル情報の進行
方向情報に基づいて操舵モータ６にモータ駆動信号を、
駆動ベクトル情報の移動距離情報に基づいて駆動モータ
７にモータ駆動信号をそれぞれ出力する。

以下、上記構成の作用を説明する。

第６図に示す如く、テレビカメラＡを搭載した自走ロボ
ットＢを例えばスタジオ内の所定位置に配置し、初期位
置及び目標位置を初期位置・目標位置情報設定手段１６
に入力する。そして、スタートスイッチをオンすると、
駆動ベクトル計算回路１７が上述の情報より駆動ベクト
ルを計算し操舵及び駆動回路ｌ８のモータ駆動信号にて
操舵モータ６及び駆動モータ７が駆動する。操舵モータ
６の駆動力にて駆動輪支持部２のディスク板２ａと計測
輪支持部８のディスク板８ａが例えば第４図に示す如く
回転角θ１だけ回転してこの方向に駆動輪４及び計測輪
１０が向き、駆動モータ７の駆動力にてその方向に移動
する。

ここで、ロボット本体１が駆動輪４の向く方向（θ，の
方向）に正常に移動すれば計測輪角度検出手段であるエ
ンコーダ１２の出力はゼロであり駆動モータ７のみが駆
動されてそのθ，の方向に進行する。今、駆動輪４のス
リップ、障害物による外力の作用等によって駆動輪４が
０１の方向に向いているにもかかわらずロボット本体１
がθ，＋０，の方向に移動すると、第５図に示すように
、計測輪１０がその方向に向く。すると、計測輪角度検
出手段であるエンコーダ１２がθ，の角度情報を出力し
、実際の進行方向であるθ１＋θ，の角度情報が現在位
置計算回路１５に入力される。現在位置計算回路ｌ５は
この情報に基づいて現在位置を計算し、この現在位置情
報が駆動ベクトル計算回路１７に出力される。駆動ベク
トル計算回路ｌ７ほこの現在位置情報より進行方向を修
正するべく回転角度情報を出力して操舵モータ６が駆動
される。操舵モータ６の駆動により駆動輪４の向きが修
正される。そして、このようにして正確な現在位置が時
々刻々と算出され、この時々刻々の現在位置と目標位置
から時々刻々の駆動ベクトルが計算されて目標位置に向
かって移動する。目的地点に到達すると駆動モータ７が
停止されてその地点に停止する。目的地点が複数ある場
合には上記と同様にして次の目的地点に移動する。

尚、この実施例においては、操舵角度検出手段であるエ
ンコーダ１１を計測輪支持部８の回転角度を検出するべ
く設けたが、駆動輪４の回転角度を検出できれば被検出
箇所を問わない。

尚、また、駆動輪４のトラッキングエラー、パックラッ
シュ、駆動力のバラツキ等により駆動ベクトル計算回路
ｌ７が期待している値と同値の移動ベクトルが得られな
くても上述の原因に基づく誤差が計測輪角度検出手段で
あるエンコーダｌ２より得られるため、正確に目標地点
に到達することができる。

［発明の効果」 以上述へたように本発明によれば、ロボット本体に駆動
輪を設けた自走ロボソトにおいて、前記ロボット本体に
は前記駆動輪の回転に追従して向きを変える計測輪支持
部を設け、この計測輪支持部に前記走行面に当接する計
測輪を設け、この計測輪を前記ロボット本体の進行方向
に応じて向きを可変するよう構成し、前記駆動輪の向き
を検出する操舵角度検出手段を設けると共に前記計測輪
支持部に対する前記計測輪の向きを検出する計測輪角度
検出手段を設け、前記操舵角度検出手段の検出出力と前
記計測輪角度検出手段の検出出力とに上り得られる回転
角度を＠記ロボット本体の進行方向としたので、駆動輪
のスリップ等によって駆動輪の向きと異なる方向にロボ
ット本体が移動しても実際の進行方向を算出することか
でき、正確に目的地点に到達することができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第Ｉ図乃至第６図は本発明の実施例を示し、第１図はロ
ボット本体を下面から見た場合の概略構成図、第２図は
計測輪付近の概略構成図、第３図は自走ロボットの概略
ブロック図、第４図は駆動輪の向きと進行方向が同じ場
合の計測輪の状態を示す図、第５図は駆動輪の向きと進
行方向が異なる場合の計測輪の状態を示す図、第６図は
使用状態を示す斜視図であり、第７図及び第８図は従来
例を示し、第７図は自走ロボットの概略側面図、第８図
はロボット本体を下面から見た場合の概略構成図である
。 Ｂ・・・自走ロボット、ｌ・・・ロボット本体、３・・
・走行面、４・・・駆動輪、８・・計測輪支持部、１０
・・・計測輪、１ト・・エンコーダ（操舵角度検出手段
）、１２・・・エンコーダ（計測輪角度検出手段）。 侠刷′Ｋ粘をホオ斜視図 第６図 自見ロボ７トの祁い辱伸ｌｉ！］口（技来）第７図 ロホ″ット季傅ど丁面力・５地た 填令の４託略礪仄日（夜東） 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボット本体に走行面に当接する駆動輪を設け、
   この駆動輪を進行方向を可変するために前記ロボット本
   体に対して回転自在に設けると共に前記駆動輪を駆動源
   からの回転力により回転可能に設けた自走ロボットにお
   いて、 前記ロボット本体には前記駆動輪の回転に追従して向き
   を変える計測輪支持部を設け、この計測輪支持部に前記
   走行面に当接する計測輪を設け、この計測輪を前記ロボ
   ット本体の進行方向に応じて向きを可変するよう構成し
   、 前記駆動輪の向きを検出する操舵角度検出手段を設ける
   と共に前記計測輪支持部に対する前記計測輪の向きを検
   出する計測輪角度検出手段を設け、前記操舵角度検出手
   段の検出出力と前記計測輪角度検出手段の検出出力とに
   より得られる回転角を前記ロボット本体の進行方向とし
   たことを特徴とする自走ロボット。