JPH086639A - ロボットシステムにおける自律自走型作業ロボットの位置制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一作業領域内に複数台の自律自走型作業ロ
ボットが配備される場合において、或るロボットが他の
ロボットにより発光器よりの旋回光線を遮られる死角領
域に位置したことを検出し、その上で作業領域内に障害
物が存在することをロボットが死角領域に入ったことと
区別して検出すること。 【構成】 各自律自走型作業ロボットが認識した自己位
置の情報を各自律自走型作業ロボット間で相互に通信
し、各自律自走型作業ロボットが自己位置情報と他の自
律自走型作業ロボットより受信した自己位置情報との対
照により前記発光器よりの旋回光線の受光をその他の自
律自走型作業ロボットにより遮られる死角領域に位置し
ているか否かを判別し、死角領域に位置していないこと
の判別が行われた場合において発光器よりの旋回光線の
受光しない場合には作業領域内に障害物が存在すると判
定し、障害物存在判定処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットシステムにおけ
る自律自走型作業ロボットの位置制御方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】固定位置にて水平旋回する旋回光線を放
射するレーザ燈台のような発光器と、固定位置にて前記
発光器が放射する旋回光線を受光して基準方位信号を発
生する送信機と、前記発光器が放射する旋回光線を受光
する受光器と前記送信機が送信する基準方位信号を受信
する受信機とを搭載された自律自走型作業ロボットとを
用い、自律自走型作業ロボットが前記受光器による旋回
光線の受光と前記受信機が受信する基準方位信号とに基
づく演算により自己位置を認識し、作業領域内に設定さ
れた計画軌道上を自律走行するロボットシステムが既に
提案されており、これは、例えばスポーツ施設のフィー
ドなどの地面の表面形状測量などに適用される。

【０００３】上述のようなロボットシステムにて、作業
効率の向上のために、一つの発光器と基準方位信号発生
用の送信機とによる同一作業領域内に複数台の自律自走
型作業ロボットを配備し、各自律自走型作業ロボットを
各々固有の計画軌道上を自律走行させることが考えられ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】同一作業領域内に複数
台の自律自走型作業ロボットを配備した場合、図１２に
示されているように、ロボットＡがロボットＢに対して
発光器Ｃよりの旋回光線を遮ぎるような位置関係になる
と、即ちロボットＢがロボットＡによる死角領域に位置
すると、ロボットＢは発光器Ｃよりの旋回光線を受光で
きなくなって自己位置認識ができなくなる。この状態に
てロボットＢの走行が続行されると、ロボットＢの走行
軌跡が計画軌道より外れ、計画通りの作業が行われなく
なる。

【０００５】またこれとは別に、図１３に示されている
ように、作業領域内に障害物Ｄが存在することによって
ロボットＢが発光器Ｃよりの旋回光線を受光できなくな
って自己位置認識をできなくなることがある。作業領域
内に障害物Ｄが存在する場合には、ロボットＡ、Ｂが障
害物Ｄに衝突することを避けるべく、障害物Ｄが作業領
域より速やかに排除される必要がある。

【０００６】本発明は、上述の如き問題点に着目してな
されたものであり、同一作業領域内に複数台の自律自走
型作業ロボットが配備される場合において、或るロボッ
トが他のロボットにより発光器よりの旋回光線を遮られ
る死角領域に位置したことを検出し、その上で作業領域
内に障害物が存在することをロボットが死角領域に入っ
たことと区別して検出するロボットシステムにおける自
律自走型作業ロボットの位置制御方法を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成す
るため、本発明によるロボットシステムにおける自律自
走型作業ロボットの位置制御方法は、固定位置にて水平
旋回する旋回光線を放射する発光器と、固定位置にて前
記発光器が放射する旋回光線を受光して基準方位信号を
発生する送信機と、前記発光器が放射する旋回光線を受
光する受光器と前記送信機が送信する基準方位信号を受
信する受信機とを搭載された複数台の自律自走型作業ロ
ボットとを用い、各自律自走型作業ロボットが前記受光
器による旋回光線の受光と前記受信機が受信する基準方
位信号とに基づく演算により自己位置を認識して一つの
作業領域内に設定された計画軌道上を各々自律走行する
ロボットシステムにおける自律自走型作業ロボットの位
置制御方法において、各自律自走型作業ロボットが認識
した自己位置の情報を各自律自走型作業ロボット間で相
互に通信し、各自律自走型作業ロボットが自己位置情報
と他の自律自走型作業ロボットより受信した自己位置情
報との対照により前記発光器よりの旋回光線の受光をそ
の他の自律自走型作業ロボットにより遮られる死角領域
に位置しているか否かを判別し、死角領域に位置してい
ないことの判別が行われた場合において前記発光器より
の旋回光線の受光しない場合には前記作業領域内に障害
物が存在すると判定し、障害物存在判定処理を行うこと
を特徴としている。本発明による自律自走型作業ロボッ
トの位置制御方法においては、前記障害物存在判定処理
は警告の発生であってよい。

【０００８】

【作 用】上述の如き構成によれば、各自律自走型作業
ロボットが通信によって他の自律自走型作業ロボットの
自己位置情報を取得し、自己位置情報と他の自律自走型
作業ロボットの自己位置情報との対照によって発光器よ
りの旋回光線の受光をその他の自律自走型作業ロボット
により遮られる死角領域に位置しているか否かを判別す
る。そして死角領域に位置していないことの判別が行わ
れた自律自走型作業ロボットが発光器よりの旋回光線の
受光しない場合には作業領域内に障害物が存在すると判
定され、このことを作業者に伝えるべく、警告発生など
の障害物存在判定処理を行う。

【０００９】

【実施例】以下に添付の図を参照して本発明を実施例に
ついて詳細に説明する。図１は本発明による自律自走型
作業ロボットの位置制御方法が適用されるロボットシス
テムの一実施例を示している。このロボットシステム
は、一つの作業領域Ｄに対して発光器１と送信機２とが
固定配置されている。

【００１０】発光器１は水平旋回するレーザ光線などに
より旋回光線Ｌを作業領域Ｄ全域に亙って放射する。送
信機２は発光器１が放射する旋回光線Ｌを受光センサ３
（図２、４参照）により受光して基準方位信号を発生
し、送信アンテナ４よりその信号を無線発信する。

【００１１】発光器１と送信機２と受光センサ３と送信
アンテナ４とは、図２に示されているように、一つの三
脚台５に取り付けられている。作業領域Ｄには複数台、
図示例では２台の自律自走型作業ロボット６₁ と６₂が
配備されている。自律自走型作業ロボット６₁ と６₂ と
は同一構造のロボットであり、図３に示されているよう
に、自走可能な走行体７にトラス状に取り付けられた６
本の棒状の光センサ８による受光体９を有し、発光器１
が放射する旋回光線Ｌを受光体９によって受光する。走
行体７には受信アンテナ１０が取り付けられており、受
信アンテナ１０は送信機２の送信アンテナ４よりの基準
方位信号を受信する。

【００１２】またロボット６₁ 、６₂ は、図３には示さ
れていないが、各々超音波センサなどによる前方障害物
検知器、後述する内界センサを有している。図４に示さ
れているように、ロボット６₁ と６₂ とは、内部装置と
して、受信アンテナ１０に接続された受信機１１と、通
信装置１２と、自己位置計算手段１３と、死角条件計算
手段１４と、死角判別手段１５と、警告報発生手段１６
とを含んでいる。

【００１３】通信装置１２は、自己位置計算手段１３が
算出する自己位置データ（ｒ，θ）と死角条件計算手段
１３が算出する死角条件データ（ωａ，ωｂ）とをロボ
ット６₁ と６₂ とで双方向に無線方式でデータ通信す
る。自己位置計算手段１３は、受光器９による旋回光線
Ｌの受光と受信機１１が受信した基準方位信号とに基づ
いて自己位置を演算する。この自己位置は、図５に示さ
れているように、発光器１から各ロボット６₁ 、６₂ ま
での距離ｒ1 、ｒ2と、基準方位からの角度θ1 、θ2
により定義される。

【００１４】死角条件計算手段１４は、図５に示されて
いるように、ロボット６を平面形状が半径Ｒの円形Ｅで
遮光物であると想定し、発光器１より円形Ｅに対して一
方の側にて接線をなして放射する放射線Ｐａと、発光器
１より円形Ｅに対して他方の側にて接線をなして放射す
る放射線Ｐｂとにより挟まれた領域であって発光器１に
関して円形Ｅより遠方の領域（斜線領域）を死角領域Ｆ
とする。

【００１５】この死角領域Ｆを定義する計算はロボット
６₁ 、６₂ のおいて、発光器１に近い側のロボット、即
ち２台のロボット６₁ 、６₂ の各々自己位置データ
（ｒ，θ）にてｒ値が小さい方のロボットが形成する死
角について行われる。ここではｒ値が少ない方のロボッ
トをロボット６₁ とし、その自己位置データ（ｒ1 ，θ
1）とすると、幾何学的に下式が成立する。 ｔａｎ（ωｂ−θ1 ）＝Ｒ／ｒ1 ｔａｎ（θ1 −ωａ）＝Ｒ／ｒ1 これにより放射線Ｐａ、Ｐｂの方位を示す角度ωａ、ω
ｂが演算算出される。角度ωａ、ωｂが死角条件データ
になる。

【００１６】他方のロボット６₂ が死角領域Ｆに入って
いるか否かの判別は、ロボット６₂の死角判別手段１５
により行われる。ロボット６₂ の死角判別手段１５はロ
ボット６₁ より受信した死角条件データωａ、ωｂに対
し、自己位置データ（ｒ2 ，θ2 ）が示すθ2 値がωａ
より大きく、ωωｂより小さいかの判別を行う。即ちω
ａ≦θ2 ≦ωｂの関係式が成立するか否かを判別する。
この関係式が成立する場合は、ロボット６₂ は死角領域
Ｆに入っていると判定する。

【００１７】ロボット６₂ が死角領域Ｆに入っていると
判別された場合には、ロボット６₂は、ωａ≦θ2 ≦ω
ｂｔの関係式が成立しなくなるまで、その判定時の位置
にて停止するか、あるいはロボット６₂ が保有している
内界センサによる制御により計画軌道上を走行するなど
の死角回避処理を行う。なお、このとき、ロボット６₂
が障害物に衝突することは、前方障害物検知器による障
害物検知により回避される。

【００１８】これに対しロボット６₂ が死角領域Ｆに入
っていないと判別された場合において、ロボット６₂ の
受光体９が発光器１よりの旋回光線Ｌを受光しない場合
には、作業領域Ｄに障害物が存在すると判定し、旋回光
線Ｌを受光できなくなったロボットあるいは全ロボット
の走行を停止し、警告発生手段１６を警告動作させる。
警告発生手段１６は、サイレンなどの警報器、警告灯な
どであってよい。

【００１９】なお、障害物の存在によって発光器１より
の旋回光線Ｌを受光できなくなった場合も、ロボット６
₂ は、発光器１よりの旋回光線Ｌを受光できるまで、前
方障害物検知器による障害物検知のもとに自己保有の内
界センサによる制御により計画軌道上を走行することを
続行してもよい。内界センサは、自走型作業ロボットの
左右独立駆動の走行輪の回転数より、現在位置を検出す
るもの、あるいはジャイロスコープなどを使用して方位
を検出するものであり、何れの場合も自走型作業ロボッ
トに搭載されている。

【００２０】図７は内界センサを搭載された自走型作業
ロボットの例を示している。このロボットは、一つのキ
ャスタ２１と左右の駆動輪２２、２３とによる三輪車で
あり、左右の駆動輪２２、２３は、各々チェーン式伝動
機構２４、２５により電動機２７、２８に個別に駆動連
結され、電動機２７、２８により各々独立駆動される。
この自走型作業ロボットの走行制御は、電動機２７、２
８により左右の駆動輪２２、２３の回転速度を個別に制
御することが行われる。

【００２１】駆動輪２２、２３には各々ロータリエンコ
ーダ２９、３０が接続されている。ロータリエンコーダ
２９、３０は、各々駆動輪２２、２３の回転数を検出
し、検出信号を自走型作業ロボットに搭載されている走
行制御装置３１に出力する。走行制御装置３１は、ロー
タリエンコーダ２９、３０の出力信号を入力して電動機
２７、２８による駆動輪２２、２３の回転速度をフィー
ドバック制御する。

【００２２】走行制御装置３１は自己位置演算部３２を
含んでおり、自己位置演算部３２は、ロータリエンコー
ダ２９、３０の出力信号より、走行距離、方位を演算
し、これらより現在位置を検出する。なお、上述の如き
内界センサによる自己位置検出は車輪のスリップなどに
よる誤差を含み、しかもその誤差が累積されて自己位置
検出精度が悪化するから、内界センサにより検出された
自己位置による自走型作業ロボットの走行制御は、自走
型作業ロボットが発光器１よりの旋回光線Ｌを受光でき
ない場合にのみ限定して行う。

【００２３】図８は上述の如き死角判別の処理フローを
示している。この処理フローはロボット６₁ におけるも
のであり、ロボット６₁ の仮想半径Ｒを設定（ステップ
１０）する。次に受光器９が旋回光線Ｌを受光している
か否かを判別する（ステップ２０）。旋回光線Ｌを受光
していなければ（ステップ２０否定）、不受光フラグを
立てる（ステップ２５）。

【００２４】これに対し旋回光線Ｌを受光していれば
（ステップ２０肯定）、自己位置ｒ1、θ1 を計算し
（ステップ３０）、この自己位置データ（ｒ1 ，θ1 ）
を他のロボット６₂ へ送信する（ステップ４０）。また
他のロボット６₂ より、その他のロボット６₂ の自己位
置データ（ｒ2 ，θ2 ）を受信する（ステップ５０）。

【００２５】次にロボット相互の位置関係計算と死角判
別ルーチンを実行する（ステップ６０）。ロボット相互
の位置関係計算と死角判別ルーチンが完了するか、受光
器９が旋回光線Ｌを受光していなれば（ステップ２０否
定）、死角フラグの有無判別を行う（ステップ７０）。
死角フラグが有りの場合（ステップ７０肯定）には上述
の如き死角回避処理を実行する（ステップ８０）。

【００２６】これに対し死角フラグが有りでない場合
（ステップ７０否定）には、次に不受光フラグの有無判
別を行う（ステップ９０）。不受光フラグが有りの場合
（ステップ９０肯定）には、障害物存在判定を行い、警
告発生手段１６を警告動作させる。また障害物存在判定
時には、全ロボットの走行を強制的に停止するか、ある
いは旋回光線Ｌを受光しているロボットはそのまま走行
を続行させ、障害物の存在によって旋回光線Ｌを受光で
きないロボットについては、発光器１よりの旋回光線Ｌ
を受光できるまで、前方障害物検知器による障害物検知
のもとに内界センサによる制御により計画軌道上を走行
することを続行させる。

【００２７】警告発生手段１６の警告動作により作業者
は作業領域内に障害物が存在することを速やかに知るこ
とができ、この警告をもって作業者によって障害物が作
業領域より排除さればよい。図９はロボット相互の位置
関係計算と死角判別ルーチンを示している。このルーチ
ンにおいては、まずｒ1 ＜ｒ2 の判別を行う（ステップ
６１）。ｒ1 ＜ｒ2であれば（ステップ６１肯定）、ロ
ボット６₁ のωａ、ωｂを計算し、これをロボット６₂
へ送信する（ステップ６２）。ｒ1 ＜ｒ2 でなければ
（ステップ６１否定）、ロボット６₂ よりロボット６₂
のωａ、ωｂを受信し（ステップ６３）、そのωａ、ω
ｂについて、ωａ≦θ1 ≦ωｂの関係式が成立するか否
かを判別する（ステップ６４）。ωａ≦θ1 ≦ωｂが成
立すれば、死角フラグを立てる（ステップ６５）。

【００２８】図１０はロボットが２台以上の複数台（Ｎ
台）ある場合の死角判別の処理フローを、図１１は図１
０に示されている処理フローにおけるロボット相互の位
置関係計算と死角判別ルーチンを示している。なお、図
１０の処理フローで、図８の処理フローと実質的に同一
動作のステップは図８におけるステップ番号と同一の番
号を付けてその説明を省略し、また図１１においても図
９におけるステップと同一動作のステップは図９におけ
るステップ番号と同一の番号を付けてその説明を省略す
る。ステップ５９のｉ＝１は、図１１に示されているロ
ボット相互の位置関係計算と死角判別ルーチンにおける
比較対象のロボットをイニシャライズするための初期設
定であり、ステップ５９とステップ６６とステップ６９
とによりロボット相互の位置関係計算と死角判別ルーチ
ンが他のロボットの各々について順次行われる。

【００２９】なお、自己位置計算手段１３、死角条件計
算手段１４、死角判別手段１５の装備は、全てのロボッ
トに搭載する必要はなく、これらは一台のロボットに搭
載してそのロボットをホストにして他の複数台のロボッ
トの位置情報、死角形成情報などの管理、制御を行わさ
れてもよく、またそれら手段はロボットに限らず、通信
装置を備えた他のホスト装置に装備されていてもよい。

【００３０】またロボットの自己位置は、角座標による
定義以外に、直角座標により定義されてもよい。またロ
ボットは測量ロボットに限られることはなく、例えば測
量ロボットと床均し作業ロボット、不陸整地作業ロボッ
トと測量ロボットなどの組み合わせであってもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
によるロボットシステムにおける自律自走型作業ロボッ
トの位置制御方法によれば、他の自律自走型作業ロボッ
トによる死角領域に位置していないことの判別が行われ
た自律自走型作業ロボットが発光器よりの旋回光線の受
光しない場合には、作業領域内に障害物が存在すると判
定し、警告発生などの障害物存在判定処理が行われか
ら、作業領域内に存在する障害物にロボットが衝突する
虞れがあるが作業者に速やかに伝えられ、作業者に対し
て作業領域内にある障害物を排除することが促される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自律自走型作業ロボットの位置制
御方法が適用されるロボットシステムの一実施例を示す
斜視図。

【図２】発光器と送信機とを示す正面図。

【図３】自律自走型作業ロボットの斜視図。

【図４】本発明による自律自走型作業ロボットの位置制
御方法が適用されるロボットシステムの一実施例を示す
ブロック線図。

【図５】自律自走型作業ロボットの自己位置を定義する
角座標系を示す説明図。

【図６】死角条件と死角領域を示す説明図。

【図７】内界センサを有する自律自走型作業ロボットの
一例を示す概略構成図。

【図８】死角判別および障害物存在判定の処理フローを
示すフローチャート。

【図９】図８の死角判別の処理フローにおけるロボット
相互の位置関係計算と死角判別ルーチンを示すフローチ
ャート。

【図１０】ロボットが２台以上の複数台ある場合の死角
判別および障害物存在判定の処理フローを示すフローチ
ャート。

【図１１】図１０に示されている処理フローにおけるロ
ボット相互の位置関係計算と死角判別ルーチンを示すフ
ローチャート。

【図１２】一つの作業領域に２台の自律自走型作業ロボ
ットが存在する状態を示す説明図。

【図１３】作業領域に障害物がが存在する状態を示す説
明図。

【符号の説明】

１…発光器 ２…送信機 ６₁ 、６₂ …自律自走型作業ロボット ９…受光体 １１…受信機 １２…通信装置 １３…自己位置計算手段 １４…死角条件計算手段 １５…死角判別手段 １６…警告発生手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定位置にて水平旋回する旋回光線を放
   射する発光器と、固定位置にて前記発光器が放射する旋
   回光線を受光して基準方位信号を発生する送信機と、前
   記発光器が放射する旋回光線を受光する受光器と前記送
   信機が送信する基準方位信号を受信する受信機とを搭載
   された複数台の自律自走型作業ロボットとを用い、各自
   律自走型作業ロボットが前記受光器による旋回光線の受
   光と前記受信機が受信する基準方位信号とに基づく演算
   により自己位置を認識して一つの作業領域内に設定され
   た計画軌道上を各々自律走行するロボットシステムにお
   ける自律自走型作業ロボットの位置制御方法において、 各自律自走型作業ロボットが認識した自己位置の情報を
   各自律自走型作業ロボット間で相互に通信し、各自律自
   走型作業ロボットが自己位置情報と他の自律自走型作業
   ロボットより受信した自己位置情報との対照により前記
   発光器よりの旋回光線の受光をその他の自律自走型作業
   ロボットにより遮られる死角領域に位置しているか否か
   を判別し、死角領域に位置していないことの判別が行わ
   れた場合において前記発光器よりの旋回光線の受光しな
   い場合には前記作業領域内に障害物が存在すると判定
   し、障害物存在判定処理を行うことを特徴とする自律自
   走型作業ロボットの位置制御方法。
2. 【請求項２】 前記障害物存在判定処理は警告の発生で
   あることを特徴とする請求項１に記載の自律自走型作業
   ロボットの位置制御方法。