JPH0680203A - 床面洗浄ロボットの制御方法 - Google Patents

床面洗浄ロボットの制御方法

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JPH0680203A
JPH0680203A JP4065684A JP6568492A JPH0680203A JP H0680203 A JPH0680203 A JP H0680203A JP 4065684 A JP4065684 A JP 4065684A JP 6568492 A JP6568492 A JP 6568492A JP H0680203 A JPH0680203 A JP H0680203A
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vehicle
map
distance
cleaning
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Yoshimori Fujiwara
良守 藤原
Kazuhiro Hiratsuka
和博 平塚
Yoshinari Yamagami
嘉也 山上
Hiroaki Arakawa
弘明 荒川
Daizo Takaoka
大造 高岡
Ryuji Suzuki
龍司 鈴木
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Sanyo Electric Co Ltd
East Japan Railway Co
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
East Japan Railway Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄道車輌用の床面洗浄ロボットにおいて、所
定の走行経路上を正確に移動し、迅速に洗浄が進められ
るロボット制御方法を提供する。 【構成】 ロボット本体は、左右一対の動輪モータ２、
21と、車輌内の長椅子或いは壁面までの距離を測定する
複数の距離検出器３、５、６と、車輌内の床面形状が２
次元の地図として格納された地図格納部71と、車輌の床
面を洗浄するための所定の走行経路が前記地図上の座標
で表わされた走行経路格納部72とを具え、先ずロボット
を車輌端部まで走行させ、該車輌端部にて、前記距離検
出器の出力に基づき、前記地図上におけるロボットの位
置する座標を認識した後、距離検出器３、５、６の出力
に基づき、ロボットが所定の走行経路上を走行する様に
軌道修正を行ないつつ、床面洗浄を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車輌の床面を自動
的に洗浄するロボットの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０に示す如く、車輌の両側壁に沿っ
て、車輌進行方向へ長く伸びる長椅子(８)と乗降用のド
ア(84)が交互に設けられた鉄道車輌の床面を、回転ブラ
シ等の洗浄機構を具えたロボットによって自動的に洗浄
せんとする場合、ロボットを所定経路に沿って自動走行
させる必要があり、この際、ロボットは長椅子(８)等の
障害物を回避しつつ、床面の隅々を移動せねばならな
い。
【０００３】又、一般に斯種鉄道車輌においては、進行
方向の前端部或いは後端部に運転室(85)を有する運転車
(図１０(ａ))と、運転室を有せず前端部及び後端部に寄
せて長椅子(８)が配置された客車(図１０(ｃ))の２タイ
プの車輌が存在し、タイプに応じてロボットの走行経路
を切り換える必要がある。
【０００４】ところで、従来の自動走行ロボットにおい
て、ロボット本体の周囲へ向けて視覚センサーを配備
し、視覚センサーの出力に基づいて障害物を認識しつ
つ、移動制御を行なう方式が知られている。該方式を上
記床面洗浄ロボットに採用すれば、長椅子(８)の存在や
運転室(85)の有無を視覚的に検知出来、これによって、
床面上の自動走行が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
方式においては、視覚センサーの出力を常時監視して、
障害物の有無、形状等を判断し、障害物が存在するとき
はこれを回避するするための走行経路につき、その都
度、意思決定する必要があるから、これらの判断、意思
決定をマイクロコンピュータによって行なうとしても、
極めて複雑なステップを踏まねばならない。従って、進
行方向の転換時には、ロボットの移動が長時間に亘って
停止することになり、床面洗浄ロボットとして実用に耐
えない。
【０００６】これに対し、ロボットに予め所定の走行経
路を記憶させておき、該走行経路に従ってロボットを移
動させる方式が考えられる。しかしながら、この場合
は、車輌のタイプに応じた複数の移動経路を設定して、
これらを切り換える入力操作が必要となるばかりでな
く、ロボットを所定の初期位置に正確に設置しなければ
ならず、この際に位置決め誤差が生じたり、その後の走
行機構のスリップ等に起因して、ロボットの実際の移動
経路と所定の走行経路の間に誤差が生じることは避けら
れず、該誤差が累積すると、ロボットは所定の走行経路
から大きく外れることになる。
【０００７】本発明の目的は、所定の走行経路上を正確
に移動し、然も進行方向の転換が迅速に行なわれて、床
面洗浄が効率的に進められる床面洗浄ロボットの制御方
法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】本発明に係る床面洗浄ロボ
ットの制御方法において、洗浄機構を搭載したロボット
本体は、任意方向への移動制御が可能な走行機構と、ロ
ボット本体の少なくとも前方及び両側方へ向けて配置さ
れ長椅子或いは壁面までの距離を測定する距離検出手段
と、車輌内の床面洗浄領域が２次元の地図として格納さ
れた地図格納部と、車輌の床面を洗浄するための所定の
走行経路が前記地図上の座標で表わされた走行経路格納
部とを具えている。床面洗浄においては、先ず、車輌内
に設置されたロボット本体を車輌進行方向に沿って車輌
端部まで走行させ、該車輌端部にて、前記距離検出手段
の出力に基づき、前記地図上におけるロボット本体の位
置する座標を認識し、以後、距離検出手段の出力に基づ
いて、ロボット本体が所定の走行経路上を走行する様に
軌道修正を行ないつつ、床面洗浄を行なう。
【０００９】
【作用】床面洗浄ロボットは、床面洗浄開始に際して、
先ず車輌内の床面の略中央部に設置される。自動洗浄モ
ードにて、ロボットは車輌進行方向に沿って車輌端部ま
で中央走行し、一旦停止する。この時点で、距離検出手
段の出力が取り込まれ、ロボット本体の側方に長椅子が
存在する場合(図１０(ａ)(ｃ))は該長椅子までの距離を
検知し、長椅子が存在しない場合(図１０(ｂ))は車輌側
壁までの距離を検知する。このとき、ロボットは車輌端
部に充分に接近しているから、距離検出手段からは精度
の高いデータが得られる。これによって、ロボットは、
地図上における自己の現在位置を正確に認識するのであ
る。
【００１０】次にロボットは、地図上の所定の走行経路
に従って自動走行すると共に、適時に距離検出手段の出
力を取り込んで現在位置を検知し、これによって、実際
に所定の走行経路を進んでいるか否かをチェックし、所
定の走行経路から外れているときは、軌道修正を行な
う。
【００１１】
【発明の効果】本発明に係る床面洗浄ロボットによれ
ば、最初に設置される位置の多少のずれに拘らず、車輌
端部まで移動することによって、地図上での現在位置が
正確に認識され、その後は、予め設定された所定の走行
経路に従って移動するから、従来の如き複雑なステップ
による判断及び意思決定は不要であり、進行方向の転換
は迅速に行なわれる。然も、適時に軌道修正が行なわれ
るから、走行経路が大きくずれることはない。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図２及び図３に示す如く、床面洗浄ロボッ
トは、自走台車(１)の前進方向(図２の右方)の端部に一
対の動輪(17)(18)、後退方向の端部にキャスター式の補
助輪(19)を具え、各動輪(17)(18)には夫々ＤＣサーボモ
ータ(２)(21)が連結されている。又、動輪(17)(18)の側
部には、台車(１)の移動距離を実測するための計測車輪
エンコーダ(22)(23)が配備されている。
【００１３】台車(１)上には、頭部ハウジング(12)が設
けられると共に、台車(１)と頭部ハウジング(12)の間に
は、回転ハウジング(11)が水平面内で回転自在に配備さ
れており、回転ハウジング(11)内には電源コード(10)の
巻取り機構(図示省略)が収容されている。又、頭部ハウ
ジング(12)内には洗浄液タンク(15)の他、電源回路、制
御回路等の各種電子回路(図示省略)が収容され、台車
(１)内には汚水回収タンク(16)が収容されている。
【００１４】回転ハウジング(11)内に配置された前記コ
ード巻取り機構から伸びる電源コード(10)は、回転ハウ
ジング(11)の後壁に開設した窓(11a)から外部へ引き出
されて、コード先端部がＡＣ電源のコンセントへ接続さ
れ、これによって洗浄ロボットに電力が供給される。
【００１５】台車(１)には、その前方に、下方が開口し
た左右一対の洗浄部ハウジング(13)(13)が配備されてお
り、各洗浄部ハウジング(13)内には、モータ(図示省略)
によって回転駆動される夫々２つの回転ブラシ(14)(14)
を含む洗浄機構(20)が収容され、洗浄部ハウジング(13)
の下方からブラシ下端部を僅かに臨出している。
【００１６】洗浄液タンク(15)はゴムホース(図示省略)
を介して洗浄部ハウジング(13)(13)内へ導かれ、１列に
並んだ４つの回転ブラシ(14)に対し洗浄液を供給する。
又、回転ブラシ(14)の後方に配置されたスクイージ(図
示省略)の吸込口はフレキシブルチューブ及びポンプ(何
れも図示省略)を介して汚水回収タンク(16)へ接続され
る。
【００１７】台車(１)の移動中に、４つの回転ブラシ(1
4)が回転駆動されると同時に、洗浄液タンク(15)からは
洗浄液が回転ブラシ(14)へ供給され、これによって床面
が洗浄される。又、これによって生じた汚水は、自走台
車(１)の前進に伴って前記スクイージ内に吸込まれ、汚
水回収タンク(16)へ回収されるのである。
【００１８】頭部ハウジング(12)には、前方へ向けて４
つの遠距離超音波センサー(31)(32)(33)(34)、両側方へ
向けて夫々２つの遠距離超音波センサー(51)(52)及び(6
1)(62)、後方へ向けて２つの遠距離超音波センサー(41)
(42)が配設されている。又、洗浄部ハウジング(13)(13)
には夫々前方へ向けて近接超音波センサー(35)(35)が配
設されている。更に、台車(１)には、両側方へ向けて夫
々２つの近接光センサー(53)(54)及び(63)(64)が配設さ
れている。
【００１９】斯くして、図４及び図５の如く前方へ向い
た４つの遠距離超音波センサー(31)(32)(33)(34)及び２
つの近接超音波センサー(35)(36)によって前方距離検出
器(３)が構成され、後方へ向いた２つの遠距離超音波セ
ンサー(41)(42)によって後方距離検出器(４)が構成され
る。又、進行方向に向かって右側を向いた２つの遠距離
超音波センサー(51)(52)及び２つの近接光センサー(53)
(54)によって右側方距離検出器(５)が構成され、左側を
向いた２つの遠距離超音波センサー(61)(62)及び近接光
センサー(63)(64)によって左側方距離検出器(６)が構成
される。
【００２０】尚、上記センサーの測定レンジは、遠距離
超音波センサーが300ｍｍ乃至9000ｍｍ、近接超音波セ
ンサーが100乃至1000ｍｍ、近接光センサーが100乃至50
0ｍｍに設定されている。図４乃至図６中のハッチング
を施した楕円は、これらのセンサーの測定レンジの大小
関係を表わしている。
【００２１】図６に示す如く右側方距離検出器(５)及び
左側方距離検出器(６)の内、頭部ハウジング(12)に配設
された各遠距離超音波センサー(51)(52)(61)(62)の測定
ターゲットは、長椅子(８)が存在する場合は背もたれ(8
2)、長椅子(８)が存在しない場合はドア或いは車輌壁面
であり、台車(１)に配設された近接光センサー(53)(54)
(63)(64)の測定ターゲットは、長椅子(８)が存在する場
合は座部(81)の下側に位置する脚部(83)の金属板、長椅
子(８)が存在しない場合はドア或いは車輌壁面である。
又、前方距離検出器(３)及び後方距離検出器(４)の出力
は、ロボットの進行方向(前進及び後退方向)に長椅子や
車輌壁面以外の障害物が存在する場合にこれを検知し、
ロボットを非常停止させるためにも用いられる。
【００２２】例えば車輌幅が2600cmの場合、ロボットの
位置に拘らず、両側の遠距離超音波センサー(51)(52)及
び(61)(62)によって図６の左右方向(Ｘ方向)の位置は略
正確に検知出来る。
【００２３】しかしながら、遠距離超音波センサーでは
測定精度が充分でないため、近接光センサー(53)(54)及
び(63)(64)による測定が行なわれるのであるが、この場
合、ロボットは図６の如く何れか一方へ寄せて、片側の
近接光センサー(53)(54)或いは(63)(64)を測定レンジ内
に入れる必要がある。
【００２４】図１は、上記床面洗浄ロボットの制御系を
示しており、マイクロコンピュータからなる主制御回路
(７)の入力ポートには、前述の前方距離検出器(３)、後
方距離検出器(４)、右側方距離検出器(５)及び左側方距
離検出器(６)が接続されると共に、右計測車輪エンコー
ダ(22)及び左計測車輪エンコーダ(23)が接続されてい
る。両エンコーダの出力値は、ロボットの実際の移動軌
跡としてデータが保存される。
【００２５】又、主制御回路(７)の入力ポートには、車
輌内の床面形状、長椅子及びドアの位置が２次元の地図
として格納された地図格納部(71)と、車輌の床面を洗浄
するための所定の走行経路が前記地図上のＸ−Ｙ座標で
表わされた走行経路格納部(72)とが接続されている。
【００２６】一方、主制御回路(７)の出力ポートには、
洗浄機構(20)、右動輪モータ(２)及び左動輪モータ(21)
が接続され、洗浄動作の開始及び停止が制御されると共
に、両動輪の正逆回転による台車走行制御が行なわれ
る。
【００２７】上記地図格納部(71)には、図７に示す如く
車輌の端部を原点(０，０)として、各長椅子(８)の周囲
４点の位置や、連結部ドア(86)の車輌幅方向の中央点が
Ｘ−Ｙ座標で記述されている。尚、該地図は、図１０
(ｃ)に示す客車についてのみ作成されており、図１０
(ａ)(ｂ)に示す運転車については、運転室(85)の部分を
カットすることによって地図が生成される。又、上記走
行経路格納部(72)には、洗浄開始から終了に至るまでの
一連の走行経路が上記座標を用いて記述されている。
【００２８】図８及び図９は前記主制御回路(７)が実行
する制御ステップを表わしており、該制御ステップによ
って図１０(ａ)(ｂ)(ｃ)に矢印で示す走行経路が実現さ
れる。尚、図中の実線がロボットの前進移動、破線が後
退移動を表わしている。
【００２９】例えば図１０(ａ)に示す如く運転室(85)を
有する運転車に、運転室(85)とは反対の連結部ドア(86)
へ向けて洗浄ロボットが設置された場合、先ずロボット
は、車輌の中央を通って車輌端部まで中央走行(図８の
ステップＳ１、Ｓ２)を行なう。この過程では、左右の
遠距離超音波センサーの距離計測値に基づく軌道修正が
行なわれ、最終的に連結部ドア(86)の中央部に面した位
置Ｐ1まで移動する。
【００３０】次に、側方の近接光センサーの出力に基づ
いてロボットの地図上の位置を正確に認識するために、
ロボットは、近接光センサーが測定レンジ内に入る位置
Ｐ2まで長椅子(８)側へ横移動する(図８のステップＳ
３)。そして、この位置Ｐ2において、前方の遠距離超音
波センサー及び側方の近接光センサーの出力を取り込ん
で、周囲に存在する長椅子(８)や壁面までの距離を計測
する(図８のステップＳ４)。
【００３１】次に、側方の近接光センサーの計測値に基
づき、長椅子(８)が存在するか否かを判断する(図８の
ステップＳ５)。このとき、長椅子(８)が存在しなけれ
ば、車輌壁面までの距離を計測することとなって、長椅
子(８)の有無が判断出来るのである。
【００３２】その後、前記ステップＳ４にて計測された
距離データに基づき、ロボットの現在位置を地図上の座
標として認識し(図８のステップＳ６)、ロボットの実際
の位置と地図上での位置の一致(地図のロック)を図る
(図８のステップＳ７)。
【００３３】続いて、所定の走行経路に従い、ドアと椅
子沿い走行を行なって(図８のステップＳ８)、ドア及び
椅子の付近が洗浄される。この際、前記位置Ｐ2から長
椅子(８)に沿って運転室(85)側へ後退する過程では、側
方の近接光センサーの計測値に基づき、Ｘ方向の座標に
ついての軌道修正が行なわれ、更に、長椅子(８)の通過
に伴って計測値がステップ的に増大する位置Ｐ3にて、
Ｙ方向の座標の再認識が行なわれる。その後、矢印の如
くドア(84)に面した姿勢で前進及び後退を繰り返すこと
によって、ドア近傍の洗浄が行なわれ、更に長椅子(８)
に沿って運転室(85)側へ前進することよって、長椅子近
傍の洗浄が行なわれる。
【００３４】ロボットが地図上で最後のドア(84)に達し
たか否かを判断し(図８のステップＳ９)、最後のドア(8
4)であれば、その時の位置Ｐ4にて、遠距離超音波セン
サーによる計測値に基づき、右方の壁面までの距離が所
定値よりも長いか否かを判断する(図８のステップＳ1
0)。この場合、右方には運転室(85)が存在するから、運
転室(85)の壁面までの距離が測定されて、客車の場合
(図１０(ｃ))の計測値よりも小さくなるから、ここで初
めて、当該車輌が運転車であることが判明するのであ
る。
【００３５】運転車であることが判明すると、元の地図
から運転室(85)の部分をカットして(図８のステップＳ1
1)、運転車についての地図を生成する。そして、該地図
に基づいて、ドア沿い走行を行ない(図８のステップＳ1
2)、運転室(85)の壁面に面した中央位置Ｐ5まで移動す
る。
【００３６】そして、この位置Ｐ5にて、前記エンコー
ダ出力による移動軌跡の実績値に基づき、最初の中央走
行によって洗浄残しが生じたか否かが判断される(図９
のステップＳ19)。この際、図１０(ａ)の如くロボット
が車輌の略中央部に初期設置された場合は、該位置の運
転室(85)側に洗浄残しが存在するから、該位置Ｐ5から
初期位置まで中央走行して、残された中央部分を洗浄す
る。
【００３７】その後、初期位置に戻ったロボットは、車
輌の前端部までの距離と後端部までの距離を比較して、
近い方の端部まで移動する(図９のステップＳ22)。図１
０(ａ)の場合、運転室(85)までの距離の方が短いので、
前記位置Ｐ5まで移動することになる。
【００３８】以後、車輌の運転室(85)に向かって右側に
つき、前記同様のドアと椅子沿い走行を行なって(図９
のステップＳ23)、地図上での現在位置を判断しつつ(図
９のステップＳ24)、最終的に連結部ドア(86)に面する
位置まで移動し、洗浄動作を終了する。
【００３９】図１０(ｂ)に示す如く洗浄ロボットが運転
室(85)に向けて初期設置された場合は、中央走行によっ
て運転室(85)に面した位置Ｐ6まで移動し、更に横移動
によって位置Ｐ7まで移動する(図８のステップＳ１〜Ｓ
３)。その後、該位置Ｐ7にて周囲の壁面までの距離計測
が行なわれ(図８のステップＳ４)、椅子の有無が判断さ
れる(図８のステップＳ５)。
【００４０】図１０(ｂ)の場合、両側に椅子は存在しな
いから、この時点で該車輌が運転車であることが判明す
る。そこで、元の地図から運転室(85)をカットして(図
９のステップＳ14)、新たな地図を生成する。次に、前
記ステップＳ４にて計測された距離データに基づき、ロ
ボットの現在位置を地図上の座標として認識し(図９の
ステップＳ15)、ロボットの実際の位置と地図上での位
置の一致(地図のロック)を図る(図９のステップＳ16)。
【００４１】続いて、所定の走行経路に従い、ドアと椅
子沿い走行を行なって(図９のステップＳ17)、ドア及び
椅子の付近が洗浄される。その後、ロボットが車輌の端
部位置Ｐ8まで走行した否かを判断し(図９のステップＳ
18)、端部位置に達すれば、以後は前記ステップＳ19〜
Ｓ24により、残りの領域についての洗浄を行なう。
【００４２】一方、図１０(ｃ)に示す客車の場合は、図
１０(ａ)における車輌タイプの判断位置Ｐ4にて、遠距
離超音波センサーは右側の連結部ドア(86)までの距離を
測定することとなり、図１０(ａ)の場合よりも大きな計
測値が得られるから、この時点で初めて、当該車輌が客
車であることが判明する(図８のステップＳ10)。
【００４３】この場合は、地図を加工することなく、元
の地図に基づいてドアと椅子沿い走行を行ない(図８の
ステップＳ13)、車輌の片側領域の洗浄を行なった後、
図９のステップＳ19〜Ｓ24により、残りの片側領域の洗
浄を行なうのである。
【００４４】上記床面洗浄ロボットによれば、ロボット
内部には客車についての１つの地図を有すれば、客車、
運転車の判別に応じて、運転車についての地図が自動生
成されるから、地図格納部の記憶容量は僅かで済む。
【００４５】又、ロボットの走行経路は予め設定されて
おり、走行制御においては、単にセンサー出力に基づく
軌道修正が行なわれるに過ぎないから、方向転換に時間
は必要としない。この結果、ロボットは、障害物との衝
突を回避しつつ、所定の走行経路上を正確且つ効率的に
移動して、車輌の床面を短時間で隅々まで洗浄する。
【００４６】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る床面洗浄ロボットの制御系を示す
ブロック図である。
【図２】床面洗浄ロボットを前方から見た斜視図であ
る。
【図３】床面洗浄ロボットを後方から見た斜視図であ
る。
【図４】各距離センサーの配置及び測定レンジを表わす
平面図である。
【図５】同上の側面図である。
【図６】同上の正面図である。
【図７】ロボットが内部に有する地図を説明する図であ
る。
【図８】ロボットの制御動作の前半を表わすフローチャ
ートである。
【図９】ロボットの制御動作の後半を表わすフローチャ
ートである。
【図１０】車輌タイプ及びロボットの初期姿勢に応じた
移動経路を示す平面図である。
【符号の説明】
(１) 台車 (17) 右動輪 (18) 左動輪 (２) 右動輪モータ (21) 左動輪モータ (20) 洗浄機構 (３) 前方距離検出器 (５) 右側方距離検出器 (６) 左側方距離検出器 (７) 主制御回路 (８) 長椅子 (84) ドア (85) 運転室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山上 嘉也 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 荒川 弘明 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 高岡 大造 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 鈴木 龍司 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車輌の両側壁に沿って、車輌進行方向へ
    長く伸びる長椅子と乗降用のドアが交互に設けられた鉄
    道車輌の床面上を自動走行して、床面を洗浄するロボッ
    トの制御方法において、洗浄機構を搭載したロボット本
    体は、任意方向への移動制御が可能な走行機構と、ロボ
    ット本体の少なくとも前方及び両側方へ向けて配置され
    長椅子或いは壁面までの距離を測定する距離検出手段
    と、車輌内の床面洗浄領域が２次元の地図として格納さ
    れた地図格納部と、床面を洗浄するための所定の走行経
    路が前記地図上の座標で表わされた走行経路格納部とを
    具え、先ず、車輌内に設置されたロボット本体を車輌進
    行方向に沿って車輌端部まで走行させ、該車輌端部に
    て、前記距離検出手段の出力に基づき、前記地図上にお
    けるロボット本体の位置する座標を認識し、以後、距離
    検出手段の出力に基づいて、ロボット本体が所定の走行
    経路上を走行する様に軌道修正を行ないつつ、床面洗浄
    を行なうことを特徴とする床面洗浄ロボットの制御方
    法。
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