JPH0863229A - 自律移動ロボット - Google Patents
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Abstract
域を作業する場合でも、互いに衝突や、デッドロックに
陥ることなく作業でき、また、作業経路の乱れを最小限
に抑えることのできる自律移動ロボットを提供すること
にある 【構成】 走行駆動部と、障害物を検出する障害物検出
手段と、危険区域内に障害物を検出した時に危険信号を
発信する危険信号発信手段と、他の自律移動ロボットか
らの危険信号を受信する危険信号受信手段と、前記障害
物検出手段により危険区域内に障害物を検出した時は、
一定時間経過後、再度障害物検出を行い、障害物を検出
しなければ通常の走行を続行し、そうでない場合には障
害物回避動作を行い、また、他の自律移動ロボットの危
険信号を受信した場合は、相手の自律移動ロボットに対
して経路を譲る動作を行うように該走行駆動部を制御す
る走行制御手段を有することを特徴とする。
Description
時に同じ作業領域において作業を行うような作業システ
ムにおける、自律移動ロボットの障害物回避動作に関す
る。
掃作業ロボットや、芝刈ロボット等のように、清掃機器
あるいは、芝刈機などの作業部に、走行駆動部、センサ
ー類および走行制御部などの機能を付加し、予め設定さ
れた経路を自動走行させることにより作業の自動化を図
った各種の自律移動式作業ロボットが提案されている。
周囲状況を検出できるセンサーが取り付けられており、
作業の障害となる障害物を検出した場合は、障害物に衝
突する前に停止し、停止状態を作業者に知らせ、障害物
が取り除かれるまで待機するようになっている。また、
より自動化を押し進めた例では、自動的に障害物を回避
する動作を行うことにより、作業を継続できるような構
成となっている物もある。
来の自律移動ロボットでは、作業の高速化や、異なる作
業を分担して作業を行なわせるために、複数台の自律移
動ロボットに、同じ作業領域内を作業させることを考慮
していなかった。このため、自律移動ロボットが互いに
近接した場合に、それぞれが相手の自律移動ロボットを
障害物と認識し、お互いに待機するために、デッドロッ
ク状態になってしまい、度々作業が中断してしまうとい
う問題があった。
れば、それぞれが障害物回避動作を行うため、動作に無
駄が生じ、必要以上に走行経路が乱れてしまうという別
の問題があった。
に解決するもので、複数台の自律移動ロボットが、同一
の作業領域を作業する場合でも、互いに衝突や、デッド
ロックに陥ることなく作業でき、また、作業経路の乱れ
を最小限に抑えることのできる自律移動ロボットを提供
することにある。
に、本発明の自律移動ロボットは、走行駆動部と、障害
物を検出する障害物検出手段と、移動方向の所定範囲を
危険区域とし、該障害物検出手段が危険区域内に障害物
を検出した時に危険信号を発信する危険信号発信手段
と、他の自律移動ロボットからの危険信号を受信する危
険信号受信手段と、前記障害物検出手段により危険区域
内に障害物を検出した時は、一定時間経過後、再度障害
物検出を行い、障害物を検出しなければ通常の走行を続
行し、そうでない場合には障害物回避動作を行い、ま
た、他の自律移動ロボットの危険信号を受信した場合
は、相手の自律移動ロボットに対して経路を譲る動作を
行うように該走行駆動部を制御する走行制御手段を有す
ることを特徴とする。
受信が同時に発生した場合には、それらが発生した時点
から所定時間内、またはランダムな時間内に再度危険信
号を受信しなければ再度危険信号を発信する機能を有す
ることを特徴とする。
検出した時は、一旦停止あるいは減速し、一定時間経過
後、障害物を検出しなければ通常の走行を続行し、そう
でない場合には障害物回避動作を行う。
受信した場合は、相手の自律移動ロボットに対して経路
を譲る動作を行う。
ットからの危険信号受信が同時に発生した場合は、それ
ぞれ異なる時間間隔をおいて再度危険信号を発信し、先
に再度危険信号を受信した方が、相手の自律移動ロボッ
トに対して、経路を譲る動作に移る。
ットを例にとって図面を参照しながら説明する。尚、以
下、自走式床面清掃ロボットを単に自律移動ロボットと
呼ぶ。
律移動ロボットの全体構成を示す。図1において、11
は床面清掃ロボットの本体、12L・12Rは、それぞ
れ本体11底部の左右に設けた駆動輪で、それぞれ駆動
モーター13L・13Rにより左右独立に駆動される。
14L・14Rは、それぞれ駆動輪に接続されたロータ
リーエンコーダー等からなる回転検出器で、駆動輪12
L・12Rの軸回転数を検出することにより、走行距離
を計測し、自分の位置を検出することができる。15F
・15Bは、本体11底部の前後に取り付けられた従動
輪である。
13L・13R、従動輪15F・15Bで本体11を移
動させる駆動兼操舵装置を構成している。
付けられたスポンジで、それぞれ円筒型をしており、底
面が床に押し付けられている。またスポンジ16a〜1
6eは、図示しないモーターによってそれぞれ回転し、
床面をこするようになっている。スポンジ16a〜16
eは、上下方向に移動可能で、必要に応じて床面に接触
させたり、床面から離脱させることが可能となってい
る。
た洗浄液タンクで、タンク内に収められた洗浄液は、ポ
ンプ18により、スポンジ16a〜16eに導かれ、ス
ポンジ16a〜16eの中央に開けられた穴から床面に
滴下される。以上スポンジ16a〜16e、洗浄液タン
ク17、ポンプ18によって清掃部が構成される。
は、スポンジ16a〜16eによって洗浄液を床に塗り
つつ、床面を擦りながら、本体11を駆動兼操舵装置に
よって駆動することにより、所定の範囲の清掃を行うこ
とができる。
す)等からなるコントローラーで、自律移動ロボット全
体のコントロールを行う。20a・20bは、超音波あ
るいは、超音波や赤外光を利用した障害物センサー(詳
しくは後述する)で、自律移動ロボット移動方向にある
障害物を非接触で検出可能である。ロボットが前方に進
行している場合は、20aが、後方に進行している場合
は、20bが障害物の検出を行う。障害物センサー20
a・20bは、自律移動ロボットと障害物の間の距離を
測定可能であり、移動方向の障害物が、危険区域内(詳
しくは後述する)に存在するときに、次に述べる危険信
号を出力する。
律移動ロボットの移動方向に存在する他の自律移動ロボ
ットに対して、赤外線などを用いて危険信号を発信する
ことができる。22は、赤外線センサーなどの危険信号
受信器であり、自律移動ロボット本体の周囲に複数個備
えられているため、他の自律移動ロボットからの危険信
号を、周囲のどの方向からも受信可能となっている。2
3は、障害物センサー20a・20bと同様に超音波、
あるいは赤外光を利用した障害物センサーで、本体側方
に取り付けられており、自律移動ロボット側方にある障
害物を非接触で検出可能である。
明する。超音波を利用した障害物センサーは、超音波の
発信器と、超音波の受信器からなっており、発信器から
障害物を検出したい方向に超音波を発信し、障害物によ
って反射された超音波を受信器で受信する。このとき、
超音波の発信から受信までの時間を計測することによ
り、障害物までの距離が検出可能になっている。
も、前記した超音波を利用した障害物センサーと同様
に、赤外光の発光器と赤外光の受光器からなっており、
発光器から障害物を検出したい方向に赤外光を発光し、
障害物によって反射された赤外光を受光器で受光する。
このとき、受光器が受光する赤外光の強度によって障害
物までの距離が検出可能になっている。
る超音波あるいは赤外光の広がり程度を調整することで
障害物の検出範囲を設定することが可能である。
図である。図中31は、図1における駆動輪12L・1
2R、駆動モーター13L・13R、従動輪15F・1
5Bで構成される走行駆動部である。走行駆動部31
は、CPU33の指令により、走行制御部32によって
制御される。このCPU33と走行制御部32で本発明
の走行制御手段が構成される。
リーに記憶されたプログラムに従って動作するが、走行
制御するにあったっては、経路地図34に記憶された経
路に沿うようにプログラムされている。又、CPU33
は、障害物センサー20の出力を受け、移動方向の障害
物までの距離を測定しながら、適宜走行経路を変更し、
障害物回避動作を行う。また、CPU33は、障害物検
出時に、危険信号発信器21により、移動方向へ危険信
号を発信することができ、また、他の自律移動ロボット
から発信された危険信号を危険信号受信器22を介して
受信可能となっている。
険信号発信器21は、前進側および後進側に取り付けら
れており、移動方向に応じて使用するセンサーを選択す
る。
作業を行う場合の動作を図を参照しながら説明する。図
4に、自律移動ロボットA43と自律移動ロボットB4
4の作業経路を示す。それぞれの自律移動ロボットは、
同じ矩形範囲40を清掃するように、作業経路41、4
2が設定されている。自律移動ロボットA43用の作業
経路41は、矩形範囲40の左上から始まり、縦方向に
ジグザグ走行することにより矩形範囲40全体の清掃作
業を行う。また、自律移動ロボットB44用の作業経路
42は、矩形範囲40の左上から始まり、横方向にジグ
ザグ走行することにより矩形範囲40全体の清掃作業を
行う。
横に清掃作業することにより、二重に隙間なく清掃が行
える。また自律移動ロボットA43と自律移動ロボット
B44を同時に作業させることにより、1台で作業する
のに比べて作業時間を短縮できる。また、2台の自律移
動ロボットには、独立に1台のみで作業する場合と同じ
経路が与えられており、2台同時に作業するために特別
な経路は不要である。
て、自律移動ロボットの一般的な障害物回避動作につい
て説明する。尚、図5中の601〜606の番号は、図
6のフローチャートのステップ番号に対応している。
43の障害物検出センサーの検出範囲、52は経路上の
障害物、53は清掃作業終了した部分を表している。ス
テップ606で通常経路走行を行っている自律移動ロボ
ットA43は、ステップ601で、障害物検出センサー
により、前方に障害物を発見すると、ステップ602に
進み、障害物手前まで前進する。そして次のステップ6
03で、障害物に衝突しないよう経路を変更し、次いで
ステップ604で回避経路を前進する。図5(604)
中55は、側方の障害物検出器の検出範囲であり、側方
の障害物検出器によって障害物を検出しながら前進し、
障害物を超えたところでステップ605に進み、元の経
路に復帰する。その後、ステップ606に戻り通常経路
走行を続行する。
障害物を検出することにより、障害物の検出を行いなが
ら障害物回避動作を行ったが、本体周囲に備えた接触式
センサーを用いて障害物に接触し倣い動作をしながら障
害物回避動作を行っても構わない。いずれにせよ、この
ような障害物回避動作によると、回避経路に移動した部
分において、予定されていた作業ができなかった部分5
4が発生することになる。
物であれば、このように、予定経路を変更して、作業を
続行することは、やむを得ないことであるが、回避動作
により作業やり残し領域を作ることは、基本的に好まし
いことではない。そこで、障害物が、もう1台の自律移
動ロボットのように、移動するものである場合は、予定
経路を変更することなく衝突を回避することが好まし
い。
トに、危険信号の送受信機能を設けることにより、前方
の検出された障害物が、他の自律移動ロボットであった
場合には、経路を変更することなく衝突を回避する方法
をとっている。
用いて、本実施例の自律移動ロボットの衝突回避動作を
説明する。図7(701)中43は自律移動ロボット
A、44は自律移動ロボットB、51は自律移動ロボッ
トAの危険区域、71は自律移動ロボットBの危険区域
を表している。危険区域51、71は、自律移動ロボッ
ト移動方向の前方に広がる扇状の範囲となっているた
め、移動方向にに対して、一定距離内にある障害物が検
出可能となっている。
ながら作業中、障害物センサー20により、危険区域内
に物体を検出した場合に、障害物を検出したとみなす。
例えば、図7(701)の位置関係は、自律移動ロボッ
トAがその前方に自律移動ロボットBを障害物として検
出した時点を表している。
ーチャートに示す動作を行う様プログラムされている。
尚、図8中(a)の部分は、割り込みルーチンとなって
いて、危険信号を受信した時に、常にステップ810に
ジャンプする(詳しくは後述する)。
いないとき)、自律移動ロボットは、A、B共に、ステ
ップ800とステップ801を繰り返し、通常の経路を
走行しながら作業を行っている。ここで、自律移動ロボ
ットAが、ステップ801で前方に障害物を検出する
と、動作を一旦停止し(ステップ802)、危険信号を
発信する(ステップ803)。この時点の位置関係を図
7(702)に示す。
4で一定時間待機状態に入る。この時、自律移動ロボッ
トAの発信した危険信号を受信した自律移動ロボットB
は、割り込みにより、ステップ810にジャンプし、次
のステップ811で現在自分が危険信号を発信していた
かどうかを判定する。図7(702)の位置関係では、
自律移動ロボットBは、前方に障害物を検出していない
ため、危険信号を発信していない。従って、この場合
は、ステップ812に進む。
にあるかどうかを判定する、この時点で自律移動ロボッ
トBは、退避状態にはなかったので、ステップ813に
進み、一定距離後退するといった退避行動を行い、次の
ステップ814の退避状態に移る。この時点の位置関係
を図7(703)に示す。退避状態にある自律移動ロボ
ットBは、この間障害物センサーを働かせていない。
動ロボットAは、一定時間経過後、ステップ805へ進
み、再度障害物検出動作を行う。この結果に基づいて、
障害物回避動作を行うか、通常経路走行を続けるかどう
かを選択する。この例では、障害物と認識したものが、
自律移動ロボットBであり、前述のように、自律移動ロ
ボットBは、後退して退避状態にあるため、ステップ8
05で障害物検出動作をした時点では、前方の障害物が
なくなっている。この場合は、ステップ800の通常経
路走行に戻る。このときの位置関係を図7(704)に
示す。
移動ロボットAが待機している間に障害物の位置の変化
がないため、ステップ805で障害物検出動作をした時
点でも障害物は存在したままである。このような場合
は、ステップ806に進み、図6で説明した障害物回避
動作を行う。一定時間退避状態にあった自律移動ロボッ
トBも、ステップ800に移行し、図7(705)に示
すように通常の作業を続ける。
険信号を受けた自律移動ロボット(前記例では、自律移
動ロボットB)が、一定距離後退し、退避状態に移るだ
けの時間以上待機状態をとるよう設定されている。ま
た、ステップ814の退避状態は、危険信号を発信した
自律移動ロボット(前記例では、自律移動ロボットA)
が前方の障害物を回避あるいは、通過するに要する時間
以上退避状態をとるように設定されている。また、障害
物検出時に出力する危険信号は、ほぼ危険区域内の自律
移動ロボットに届くよう危険信号発信器の出力、及び危
険信号受信器の感度が調整されている。
い範囲に設定したため、自律移動ロボットAは、危険区
域内に障害物を検出した時点で、停止したが、危険区域
を広い範囲にとり、危険区域内に障害物を発見した時点
で、危険信号を発信すると共に、前進速度を減速する様
にしても同じ効果が得られる。
ャートを用いて、自律移動ロボットAと自律移動ロボッ
トBが互いに近づきながら同時に相手を検出した場合を
説明する。図9中(901)は、自律移動ロボットAと
自律移動ロボットBが同時に相手を検出した状態を示
す。この状態から、双方の自律移動ロボットは、図7の
例と同様に、ステップ801、ステップ802、ステッ
プ803と進み、危険信号を発信する(図9(90
2))。
に、危険信号発信と同時に、相手の危険信号を受信する
ので、ステップ810にジャンプする。この時、自律移
動ロボットA・Bは共に危険信号を発信中であるため
に、次のステップ811から、ステップ815に進み、
それぞれ、一定時間間隔をあけてステップ803に進も
うとする。この状態を図9(903)に示す。尚、ステ
ップ815に進んだ時点で危険信号の発信は終了してい
る。
律移動ロボットごとにそれぞれ違う時間間隔を設定して
おくようにする。このようにしておくと、自律移動ロボ
ットA・Bのうち、どちらかが早くステップ803に進
み、再度危険信号を発信することになる。例えば、自律
移動ロボットAが先にステップ803に進み、危険信号
を出力したとすると、自律移動ロボットBは、自律移動
ロボットAの危険信号を受信し、再びステップ810に
ジャンプすることになる。この状態を図9(904)に
示す。
次のステップ811からステップ812に進む。ステッ
プ812では、現在退避状態にあるかどうかを判定す
る、この時点で自律移動ロボットBは、退避状態にはな
かったので、ステップ813に進み、一定距離後退後ス
テップ814の退避状態に移る。この状態を図9(90
5)に示す。
険信号発信後ステップ804で待機状態のあと、再度ス
テップ805で障害物検出動作を行うが、このとき自律
移動ロボットBは退避状態にいるため、前方障害物は検
出されず、ステップ805からステップ800に移行
し、通常の走行を続ける。この状態を図9(906)に
示す。
ロボットBも、ステップ800に移行し、図9(90
7)に示すように通常の作業を続ける。
に起こった場合、再度危険信号を発信するまでの時間間
隔を自律移動ロボットごとに、違う値に設定しておき、
他の自律移動ロボットからの危険信号を優先させること
により、同時に、互いを検出したとしても、どちらかが
相手の自律移動ロボットに対して、経路を譲る行動に移
行するため、互いに譲り合ってデッドロック状態に陥る
ことがない。また、障害物検出から、危険信号を発信す
るまでの時間間隔をランダムに設定するようにしても同
じ効果が得られる。
手の自律移動ロボットに対して、経路を譲る動作とし
て、後退して停止するという退避動作の例を示したが、
退避動作は、後退に限らず、自律移動ロボット同士の接
近する方向によって、退避方向を変更したほうがより効
果的な場合がある。この例として、危険信号受信の方向
に応じて退避方向を変更するという方法がある。本実施
例では、危険信号受信器は、全方向からの危険信号を受
信出来るようロボット本体の周囲に取り付けられている
ため、そのうちどの危険信号受信器から危険信号を受信
したかで、危険信号の発生源が、どちらの方向にあるか
検出可能となっている。
トBに対して、自律移動ロボットAが、横方向から、接
近して来ている場合は、自律移動ロボットBは、自律移
動ロボットAの危険信号を横方向から受信するため、後
退動作による退避動作をすることにより移動経路を自律
移動ロボットAに譲ることになる。
ットBが対向して接近してくる場合の様子を、図10に
示す。尚、図10中の901’〜907’の番号は、図
9中の901〜907の番号に対応している。
3’)までの動きは、前述した図9の場合と同じであ
る。図10(904’)において、自律移動ロボットB
は、自律移動ロボットAの危険信号を移動方向正面から
受信することになる。この場合は、横方向移動による、
退避行動によって移動経路を自律移動ロボットAに譲る
ことができる(図10(905’))。図10(90
6’)の位置で退避状態を一定時間保った後、横方向移
動により通常経路に戻る(図10(907’))。
も、図11に示すような、検出範囲が分割されており、
障害物の方向を検出可能な障害物検出器を使用すること
により、危険信号を受信した時点で、障害物の方向を検
出し、その方向に応じて、退避方向を変更する方法も考
えられる。
に示すように、危険区域のロボット本体に近い側に、第
二の危険区域57を設け、障害物検出器は、進行方向に
存在する障害物が、第二の危険区域にある場合は、危険
信号に代わる第二の危険信号を進行方向に発信する機能
を持ち、他の自律移動ロボットの発信した第一の危険信
号を受信した場合は、減速あるいは停止することにより
相手の自律移動ロボットに対して経路を譲り、第二の危
険信号を受信した場合は、後退や横方向移動などの移動
による退避動作を行うことにより相手の自律移動ロボッ
トに対して経路を譲る動作をとるという構成も考えられ
る。
台の場合について説明したが、3台以上の自律移動ロボ
ットが同じ領域を移動する場合にも同様の作用効果が生
じることはいうまでもない。
第2実施例を説明する。尚、第1実施例と同様の部分に
ついては説明を省略し、第2実施例の特徴部分のみを説
明する。
同じ領域内を移動することを前提とし、片方の自律移動
ロボットを危険信号発信のみに、もう一方の自律移動ロ
ボットを危険信号受信のみに構成したものである。
下、自律移動ロボットA)は、第1実施例の自律移動ロ
ボットから、危険信号受信機22を除いたものである。
また、危険信号受信側の自律移動ロボット(以下、自律
移動ロボットB)は、第1実施例の自律移動ロボットか
ら、危険信号発信機21を除いたものである。
害物も検知できるようにしておき、障害物を検知したと
きは、障害物の方向へ危険信号を発信し、自らは待機状
態をとる。自律移動ロボットAは、一定時間経過後、再
度障害物検出動作を行う。この結果に基づいて、障害物
回避動作を行うか、通常経路走行を続けるかどうかを選
択する。障害物と認識したものが、自律移動ロボットB
であれば、自律移動ロボットBは、退避状態にあるため
(詳しくは後述する)、前方の障害物がなくなってい
る。この場合は通常経路走行に戻る。
移動ロボットAが待機している間に障害物の位置の変化
がないため、再度障害物検出動作をした時点でも障害物
は存在したままである。このような場合は、図6で説明
した障害物回避動作を行う。
た場合は、危険信号を受信した方向に応じて、自律移動
ロボットAに経路を譲り退避状態をとる(例えば、横方
向から危険信号を受信したときは、後退して退避状態を
とる)。自律移動ロボットBは、一定時間退避動作をと
った後、通常の走行に戻る。
障害物を検出し、その時点で危険信号を受信していない
ときは、検出した障害物が自律移動ロボットAではなく
固定障害物であるため、このような場合は、図6で説明
した障害物回避動作を行う。
ち、一方を危険信号発信専用、もう一方を危険信号受信
専用にしておけば、2台の自律移動ロボットが接近した
ときは必ず危険信号受信専用側の自律移動ロボット(前
記例では、自律移動ロボットB)が経路を譲ることにな
り、第1実施例に比べて制御が簡単になる。
ければならない障害物に対しては、回避行動を行い、自
律移動ロボット同士が互いに接近した場合には、デッド
ロック状態になることなく、必ず片方が道を譲ることに
なる。つまり、複数台の自律移動ロボットが、同一の作
業領域を作業する場合に自律移動ロボットの衝突が回避
でき且つ無駄な回避行動をしなくてすむ自律移動ロボッ
トが実現できる。
ットの危険信号受信が同時に発生した場合、先に再度危
険信号を受信したほうが、相手の自律移動ロボットに対
して、経路を譲る動作に移ることになり、必ず片方が道
を譲ることが保証される。
面図
断面図
御ブロック図
業経路の説明図
説明図
フローチャート
突回避動作の説明図
突回避動作のフローチャート
突回避動作の説明図
衝突回避動作の説明図
図
Claims (3)
- 【請求項1】 走行駆動部と、 障害物を検出する障害物検出手段と、 移動方向の所定範囲を危険区域とし、該障害物検出手段
が危険区域内に障害物を検出した時に危険信号を発信す
る危険信号発信手段と、 他の自律移動ロボットからの危険信号を受信する危険信
号受信手段と、 前記障害物検出手段により危険区域内に障害物を検出し
た時は、一定時間経過後、再度障害物検出を行い、障害
物を検出しなければ通常の走行を続行し、そうでない場
合には障害物回避動作を行い、また、他の自律移動ロボ
ットの危険信号を受信した場合は、相手の自律移動ロボ
ットに対して経路を譲る動作を行うように該走行駆動部
を制御する走行制御手段を有することを特徴をする自律
移動ロボット。 - 【請求項2】 前記危険信号発信と、前記危険信号受信
が同時に発生した場合には、それらが発生した時点か
ら、ロボットごとに異なる所定時間内に再度危険信号を
受信しなければ再度危険信号を発信する機能を有するこ
とを特徴とする請求項1に記載の自律移動ロボット。 - 【請求項3】 前記危険信号発信と、前記危険信号受信
が同時に発生した場合には、それらが発生した時点から
ランダムな時間内に再度危険信号を受信しなければ再度
危険信号を発信する機能を有することを特徴とする請求
項1に記載の自律移動ロボット。
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