JPH07110709A - 移動ロボットの走行地図作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 走行地図データの作成にかかる手間及び時間
を低減する。 【構成】 搬送用ロボットは手動走行モード及び自律走
行モードを有し、自律走行する前に走行領域内を手動走
行モードにて走行する。手動走行モードにおいては、ス
テップ１１０〜１５０でジョイスティックの操作量に応
じて左右駆動輪の目標回転速度ｗτ_L (t) ，ｗτ_R (t)
が算出される。そして、目標回転速度ｗτ _L (t) ，ｗτ
_R (t) と実際の回転速度ｗ_L (t) ，ｗ_R (t) との偏差に
基づく指令トルクＴ_L (t) ，Ｔ_R (t) にて左右駆動輪の
駆動が制御される。又、ステップ１６０〜１８０で走行
領域内のガイドまでの距離とその時々の搬送用ロボット
の重心座標とから走行地図データが自動作成される。さ
らに、自律走行モードにおいては、ステップ２１０〜２
６０で走行地図データを参照しながら走行経路が設定さ
れ、指令トルクＴ_L (t) ，Ｔ_R (t) にて左右駆動輪の駆
動が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、移動ロボットの走行
地図作成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の移動ロボットの走行地図作成方
法としては、走行領域内の物体（壁や障害物等）の位置
を計測し、その計測結果に基づいて手入力により走行地
図を作成するものが一般的である。そして、移動ロボッ
トは、手入力された走行地図を参照することで自律走行
を可能にしていた（例えば特開平３−２２１０８号公
報，特開平２−２８７７０９号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の移動
ロボットの走行地図作成方法では、多くの物体（障害物
等）が走行領域内にあったり、走行経路が複雑であった
りすると、計測箇所が多くなるとともに走行地図データ
の入力量も多くなってしまう。その結果、手入力による
走行地図の作成には多大な手間と時間が必要になるとい
う問題が生じる。又、データの入力量が多くなると、入
力時間がかかるばかりか入力ミスが多発するおそれが生
じ、走行地図の精度の悪化を招くことになる。

【０００４】この発明は、上記問題に着目してなされた
ものであって、その目的とするところは、走行地図を手
入力によらず作成することができる移動ロボットの走行
地図作成方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、操縦装置からの操縦信号に基づいて走
行する手動走行モードと、メモリに記憶された走行地図
に基づいて自律走行する自律走行モードとを有し、前記
走行地図を作成するための移動ロボットの走行地図作成
方法であって、前記移動ロボットを自律走行させる以前
に、走行環境下を手動走行モードにて走行させ、走行環
境下における物体までの距離とその時々の移動ロボット
の位置座標とから走行地図を作成することを要旨とする
ものである。

【０００６】

【作用】本発明によれば、移動ロボットを自律走行させ
る以前に、走行環境下を手動走行モードにて走行させ
る。この時、走行環境下における物体までの距離とその
時々の移動ロボットの位置座標とから走行地図が作成さ
れる。自律走行モードでは、手動走行モードにて作成さ
れた走行地図を参照しながら移動ロボットが自律走行す
る。

【０００７】

【実施例】以下、この発明を搬送用ロボットの制御シス
テムに具体化した一実施例を図面に従って説明する。

【０００８】図２には、移動ロボットとしての搬送用ロ
ボット１の側面図を示し、図３には搬送用ロボット１の
平面図を示す。但し、図３は便宜上、必要箇所のみを示
すモデル図とする。搬送用ロボット１は略四角箱状の車
体２を有し、その上部には積み荷を載置するための載置
台１５が設けられている。搬送用ロボット１の車体２に
は左右一対の左駆動輪３Ａ及び右駆動輪３Ｂが設けら
れ、同左右駆動輪３Ａ，３Ｂにはそれぞれサーボモータ
９Ａ，９Ｂが連結されている。そして、サーボモータ９
Ａ，９Ｂの駆動により駆動輪３Ａ，３Ｂが回転するよう
になっている。搬送用ロボット１は、左右駆動輪３Ａ，
３Ｂの回転速度の平均値にて前後進するとともに（即
ち、回転速度の平均値が搬送用ロボット１の前進速度ｖ
になる）、左右駆動輪３Ａ，３Ｂの回転速度差にて旋回
する（即ち、回転速度差をトレッドで割ったものが搬送
用ロボット１のヨーレイトｒになる）。なお、左右駆動
輪３Ａ，３Ｂのトレッドは”２ｄ”になっている。又、
車体２の下部四隅には任意の方向に回転自在な補助輪４
が設けられている。

【０００９】搬送用ロボット１の車体２の左右両側面に
は、赤外線センサからなる距離センサ５Ａ，５Ｂが配設
されている。そして、距離センサ５Ａ，５Ｂは、搬送用
ロボット１の前進方向に対して左右９０°の方向（図３
の破線矢印方向）に位置するガイド（壁や障害物等の物
体）までの距離を計測し、その計測結果に応じた電気信
号を出力する。

【００１０】又、搬送用ロボット１の走行領域内には、
搬送用ロボット１の走行環境をモニタするためのモニタ
カメラ６が設けられている。同カメラ６は搬送用ロボッ
ト１及びその近辺のガイドをモニタし、図示しないテレ
ビ画面にモニタ結果を映し出す。

【００１１】図１は、本システムにおける搬送用ロボッ
ト１及び遠隔操縦装置１１の電気的構成を示すブロック
図である。搬送用ロボット１は、周知のＣＰＵ（中央処
理装置），ＲＯＭ（リードオンリメモリ），ＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ），Ｉ／Ｏ（入出力）ポート等か
らなる論理演算回路としてのマイクロコンピュータ（以
下、マイコンと略す）７を備えている。マイコン７は、
ドライバ８Ａ，８Ｂに制御信号（本実施例では、後述す
る指令トルク信号）を出力し、ドライバ８Ａ，８Ｂは前
記制御信号に基づいてサーボモータ９Ａ，９Ｂに駆動電
流を出力する。サーボモータ９Ａ，９Ｂは前記駆動電流
により前記左右駆動輪３Ａ，３Ｂを各々独立して駆動さ
せる。

【００１２】サーボモータ９Ａ，９Ｂによる左右駆動輪
３Ａ，３Ｂの回転は、各駆動輪３Ａ，３Ｂの回転軸に設
けられたエンコーダ１０Ａ，１０Ｂにて検出される。マ
イコン７は、エンコーダ１０Ａ，１０Ｂからの検出信号
に基づいて、各駆動輪３Ａ，３Ｂの回転速度ｗ_L (t) ，
ｗ_R (t) を算出する。又、マイコン７には前記距離セン
サ５Ａ，５Ｂからの検出信号が入力される。そして、マ
イコン７は、左側の距離センサ５Ａの検出信号に基づい
て搬送用ロボット１の重心から左側のガイドまでの距離
Ｄ_L (t) を算出し、右側の距離センサ５Ｂの検出信号に
基づいて搬送用ロボット１の重心から右側のガイドまで
の距離Ｄ_R (t) を算出する。

【００１３】一方、遠隔操縦装置１１は、手動走行時に
搬送用ロボット１を遠隔操縦するためのジョイスティッ
ク１２と、手動走行モード及び自律走行モードを切り換
えるための切換スイッチ１３とを備えている。このジョ
イスティック１２及び切換スイッチ１３による操作デー
タは、搬送用ロボット１のマイコン７に無線にて送信さ
れるようになっている。そして、切換スイッチ１３によ
り手動走行モードが選択された場合、搬送用ロボット１
はジョイスティック１２の前後方向の操作量に応じて前
後進し、横方向の操作量に応じて旋回する。又、自律走
行モードが選択された場合、搬送用ロボット１はメモリ
に記憶された走行地図データを参照して自律的に走行す
る。

【００１４】次に、本実施例における制御システムの作
用及び効果について、図４〜図６を用いて説明する。な
お、図４は、マイコン７が所定周期毎（例えば、１０ｍ
ｓ毎）に実行するルーチンを示したフローチャートであ
り、同ルーチンによって搬送用ロボット１の走行制御及
び走行地図データの自動作成が実施される。又、図５に
は手動走行モードにおける搬送用ロボット１の走行状況
を示し、図６には自律走行モードにおける搬送用ロボッ
ト１の走行状況を示している。

【００１５】つまり、本システムでは、搬送用ロボット
１を新たな走行領域で走行させる場合、自律走行を行わ
せる以前に、手動走行モードにて図５に示す如く走行領
域内のガイドＧ付近を漏れ無く走行させる。このとき、
作業者は、モニタカメラ６による映像を見ながら搬送用
ロボット１の位置を確認し、ジョイスティック１２を操
作する。そして、ジョイスティック１２の操作量に応じ
て搬送用ロボット１が走行する。又、この手動走行モー
ドでは、搬送用ロボット１の走行開始地点（例えば、図
５の位置Ｐ）で二次元のＸ−Ｙ座標が設定され、以降、
そのＸ−Ｙ座標を基準にしてガイドＧの座標が走行地図
データとしてメモリに記憶される。

【００１６】一方、自律走行モードにおいては、走行地
図データからガイド位置が判断され、搬送用ロボット１
はガイドＧとの間に所定間隔を保持しつつ走行する。図
６には、搬送用ロボット１が地点Ｑ１にてワークを搭載
し、地点Ｑ２へ運搬する様子を示している（この場合、
搬送用ロボット１は左側のガイドＧに沿って走行す
る）。即ち、搬送用ロボット１は、自律走行の開始当
初、ガイドＧとの目標距離Ｄτ_L (t) をＤτ_L (t) ＝Ｄ
１に保ち、ガイドＧの凹所に達するとＤτ_L (t) ＝Ｄ２
（Ｄ２＞Ｄ１）で走行する。このように、搬送用ロボッ
ト１は走行地図データに基づいてガイドＧの位置及び形
状を自ら判断し、最適ルートを走行する。なお、本実施
例では、走行地図データと実際の走行位置とのズレを低
減させるために、ガイドＧとの間隔を所定距離に保持し
て搬送用ロボット１を走行させている。しかし、比較的
大きなズレが許容される場合には、ガイドＧに沿わせず
に地点Ｑ１から地点Ｑ２に直線的に走行させる等して、
走行地図データのみを参照して走行することも可能であ
る。

【００１７】次いで、手動走行モード及び自律走行モー
ドにおける制御動作について図４のフローチャートを用
いて詳述する。さて、図４のルーチンがスタートする
と、マイコン７は先ずステップ１００で切換スイッチ１
３の切換位置により、現在、手動走行モードであるか自
律走行モードであるかを判別する。そして、手動走行モ
ードであれば、マイコン７はステップ１１０に移行し、
その後、ステップ１１０〜１５０でジョイスティック１
２の操作量に応じた手動走行を実行するとともに、続く
ステップ１６０〜１８０で走行地図データを自動作成す
る。一方、自律走行モードであれば、マイコン７はステ
ップ２１０に移行し、その後、ステップ２１０〜２６０
でメモリ内の走行地図データに基づく自律走行を実行す
る。

【００１８】先ず最初に、ステップ１１０〜１５０の処
理（手動走行モードでの走行制御）について説明する。
マイコン７は、ステップ１１０でジョイスティック１２
の前後進方向及び旋回方向の操作量を入力する。又、マ
イコン７は、ステップ１２０でジョイスティック１２の
前後進方向の操作量に比例した目標前後進速度ｖτ(t)
を設定するとともに、ステップ１３０でジョイスティッ
ク１２の旋回方向の操作量に比例した目標ヨーレイトｒ
τ(t) を設定する。

【００１９】次に、マイコン７は、ステップ１４０で左
右駆動輪３Ａ，３Ｂの目標回転速度ｗτ_L (t) ，ｗτ_R
(t) を算出する。具体的には、上述のステップ１２０，
１３０で設定した目標前後進速度ｖτ(t) 及び目標ヨー
レイトｒτ(t) を用いて次の（１）式，（２）式にて左
右各々の目標回転速度ｗτ_L (t) ，ｗτ_R (t) を算出す
る。ここで、”ｄ”は搬送用ロボット１の重心から各駆
動輪３Ａ，３Ｂまでの距離（トレッドの１／２）であ
る。

【００２０】

【数１】

【００２１】

【数２】

【００２２】その後、マイコン７は、続くステップ１５
０で左右のサーボモータ９Ａ，９Ｂの制御量としての指
令トルクＴ_L (t) ，Ｔ_R (t) を算出する。具体的には、
マイコン７は、エンコーダ１０Ａ，１０Ｂの検出信号に
基づく左右駆動輪３Ａ，３Ｂの実際の回転速度ｗ_L (t)
，ｗ_R (t) を上述した目標回転速度ｗτ_L (t) ，ｗτ
_R (t) にそれぞれ一致させるように、例えばＰＩ制御を
用いた次の（３）式，（４）式にて指令トルクＴ_L (t)
，Ｔ_R (t) を算出する。なお、”Ｋ_PL”，”Ｋ_PR”は
比例ゲイン、”Ｋ_IL”，”Ｋ_IR”は積分ゲインである。

【００２３】

【数３】

【００２４】

【数４】

【００２５】この制御により、搬送用ロボット１は、ジ
ョイスティック１２の前後進方向及び旋回方向の操作量
に略比例した前後進速度ｖ(t) 及びヨーレイトｒ(t) に
て走行される。

【００２６】その後、マイコン７は、続くステップ１６
０〜１８０で走行地図を自動作成する。詳述すると、マ
イコン７は、ステップ１６０で次の（５）式，（６）
式，（７）式を用いて搬送用ロボット１の重心の座標
（Ｘ(t) ，Ｙ(t) ）及び姿勢角ψ(t) を算出する。な
お、前述したように、走行領域内のＸ−Ｙ座標は手動走
行モードでの走行開始位置を基準にして設定され、図５
の位置Ｐが搬送用ロボット１の走行開始位置であれば、
この位置Ｐにおける搬送用ロボット１の重心座標が
（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）となり、その姿勢角がψ＝０と
なる。

【００２７】

【数５】

【００２８】

【数６】

【００２９】

【数７】

【００３０】又、マイコン７はステップ１７０で、前記
ステップ１６０にて算出した座標（Ｘ(t) ，Ｙ(t) ）及
び姿勢角ψ(t) と、距離センサ５Ａ，５Ｂにより計測し
た距離Ｄ_L (t) ，Ｄ_R (t) とに基づいてガイドＧの座標
を算出する。即ち、左側の距離センサ５ＡにてガイドＧ
が検出されたとき、前記したＸ−Ｙ座標系での時々刻々
のガイドＧの座標は、 （Ｘ(t) −Ｄ_L (t) ｃｏｓψ(t) ，Ｙ(t) −Ｄ_L (t) ｓ
ｉｎψ(t) ） となる。同様に、右側の距離センサ５ＢにてガイドＧが
検出されたとき、Ｘ−Ｙ座標系での時々刻々のガイドＧ
の座標は、 （Ｘ(t) ＋Ｄ_R (t) ｃｏｓψ(t) ，Ｙ(t) ＋Ｄ_R (t) ｓ
ｉｎψ(t) ） となる。

【００３１】その後、マイコン７は、ステップ１８０で
ガイドＧの座標データを逐次メモリに記憶することによ
り、走行領域内のガイドＧの座標を走行地図データとし
て蓄えることができる。

【００３２】一方、自律走行モードにおいては、マイコ
ン７は、ステップ１００に引き続いてステップ２１０に
移行し、メモリ内の走行地図データを参照して走行経路
（図６に示す経路）を確認するとともに、ガイドＧとの
最適な目標距離Ｄτ_L (t) を設定する。なお、前述した
ように目標距離Ｄτ_L (t) はガイドＧの形状により最適
値に設定されるようになっている。又、マイコン７は、
ステップ２２０で距離センサ５Ａ，５Ｂの計測結果に基
づいて搬送用ロボット１の重心からガイドＧまでの距離
Ｄ_L (t) ，Ｄ_R (t) を検知する。

【００３３】その後、マイコン７はステップ２３０で、
距離センサ５Ａ，５Ｂにより計測された距離Ｄ_L (t) ，
Ｄ_R (t) と目標距離Ｄτ_L (t) ，Ｄτ_R (t) とが一致す
るように左右駆動輪３Ａ，３Ｂの目標ヨーレイトｒτ
(t) を制御する。この制御方法については、例えば公知
文献である”Mobile Robot Guidance Control with Non
linear Observer Based State Estimation”（Proceedi
ngs of IROS'93 P.2264〜P.2271）を参考にすればよ
い。

【００３４】又、目標ヨーレイトｒτ(t) が得られた
後、マイコン７はステップ２４０で搬送用ロボット１の
制御速度としての目標前後進速度ｖτ(t) を設定する。
そして、マイコン７は、ステップ２５０で左右駆動輪３
Ａ，３Ｂの目標回転速度ｗτ_L(t) ，ｗτ_R (t) を算出
するとともに、ステップ２６０で指令トルクＴ_L (t) ，
Ｔ_R (t) を算出し、搬送用ロボット１の車輪速度の制御
を行う。なお、ステップ２５０，２６０の処理は、上述
したステップ１４０，１５０の処理と同じであって、目
標回転速度ｗτ_L (t) ，ｗτ_R (t) の算出には前記
（１）式，（２）式を用い、指令トルクＴ_L (t) ，Ｔ_R
(t) の算出には前記（３）式，（４）式を用いることと
する。

【００３５】上記のように、走行領域内を完全に走行さ
せた後に、モードを手動走行モードから自律走行モード
に切り換え、メモリ内の地図データを参照しながら自律
走行を行う。その後、別の走行環境に搬送用ロボット１
がおかれたときには、新たに自律走行の前に手動走行モ
ードでの地図データ生成を行う。

【００３６】以上詳述したように、本実施例の搬送用ロ
ボット１の制御システムでは、手動走行モードと自律走
行モードとの２つの走行モードを設定し、搬送用ロボッ
ト１を自律走行させる以前に、走行環境下を手動走行モ
ードにて走行させるようにした。そして、手動走行モー
ドにおいて、走行環境下におけるガイドＧ（壁や障害物
等の物体）までの距離とその時々の搬送用ロボット１の
位置座標とから走行地図データを自動作成するようにし
た（図４のステップ１６０〜１８０）。

【００３７】その結果、多くの物体（障害物等）が走行
領域内にあったり、走行経路が複雑であっても、走行領
域内の計測処理と走行地図データの入力処理とを同時に
行うことで、従来の手入力に比べて走行地図作成にかか
る手間及び時間を大幅に低減させることができる。又、
地図データの入力量が多くとも入力ミスが生じにくく、
走行地図の精度も向上する。

【００３８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、次に示す様態にて具体化することができ
る。上記実施例では、自律走行時に走行地図データと距
離センサ５Ａ，５Ｂによる計測結果とに基づいて搬送用
ロボット１を走行させたが、この際、地図データと計測
結果とにズレが生じた場合には計測結果に応じて地図デ
ータを修正するようにしてもよい。この場合、手動走行
時に作成された走行地図データの精度が高いため、地図
データと計測結果とにズレが生じたとしてもその修正は
微少レベルで済み、修正に多大な時間を要するおそれは
ない。

【００３９】上記実施例では、搬送用ロボット１の両側
面に２個の距離センサ５Ａ，５Ｂを設けたが、例えば搬
送用ロボット１の周囲に等間隔で８個の距離センサを設
けたりすることもできる。この場合、ガイド等の物体の
検出精度が向上し、より正確な走行地図データを得るこ
とができる。

【００４０】上記実施例では、移動ロボットを搬送用ロ
ボットに具体化したが、案内用ロボットや警備ロボット
等、他のロボットに具体化してもよい。又、移動ロボッ
トの構成としては、駆動軸で連結された左右一対の駆動
輪をサーボモータ等で駆動させるとともに、旋回自在な
操舵輪を別に設けるようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、自律走行時に参照す
る走行地図を手動走行に伴い作成することにより、手入
力による手間を省くことができるという優れた効果を発
揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例における搬送用ロボットの制御システ
ムの電気的構成を示したブロック図である。

【図２】搬送用ロボットの構成を示した側面図である。

【図３】搬送用ロボットの構成を示した平面図である。

【図４】マイコンにより実行されるルーチンを示したフ
ローチャートである。

【図５】手動走行モードでの搬送用ロボットの走行状況
を示した模式図である。

【図６】自律走行モードでの搬送用ロボットの走行状況
を示した模式図である。

【符号の説明】

１…移動ロボットとしての搬送用ロボット、３Ａ…左駆
動輪、３Ｂ…右駆動輪、５Ａ，５Ｂ…距離センサ、７…
マイクロコンピュータ、９Ａ，９Ｂ…サーボモータ、１
１…遠隔操縦装置、１２…ジョイスティック。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操縦装置からの操縦信号に基づいて走行
   する手動走行モードと、メモリに記憶された走行地図に
   基づいて自律走行する自律走行モードとを有し、前記走
   行地図を作成するための移動ロボットの走行地図作成方
   法であって、前記移動ロボットを自律走行させる以前
   に、走行環境下を手動走行モードにて走行させ、走行環
   境下における物体までの距離とその時々の移動ロボット
   の位置座標とから走行地図を作成することを特徴とする
   移動ロボットの走行地図作成方法。