JPH10266575A

JPH10266575A - 建築用自律移動ロボット

Info

Publication number: JPH10266575A
Application number: JP9074000A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Wakizaka; 達也脇坂; Yuichi Ikeda; 雄一池田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-06
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: JP3867334B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ロボット間の相互通信方式として光通信方式
を採用しつつ雨や霧、風塵などの天候要素から悪影響を
受けても相互通信を行うことが可能な建築に適した建築
用自律移動ロボットを提供すること。【解決手段】作業現場内を自律して移動する建築用移
動ロボット２は、ロボット間で相互通信を行う相互通信
装置１６を備えている。相互通信装置１６は、赤外線若
しくはＳＳ無線電波の発信及び受信を行って他の移動ロ
ボットと相互通信を行う赤外線通信部１８及びＳＳ無線
通信部２０を有し、雨や霧、風塵などの天候から悪影響
を受けて赤外線通信部１８を介して他の移動ロボットと
相互通信できないときにはＳＳ無線通信部２０により相
互通信を行い、前記天候による悪影響が弱まったときに
は直ちに赤外線通信部１８に切り替えて相互通信を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業現場内を自律
移動して建築資材の運搬などといった各種現場作業を実
行する建築用自律移動ロボットに係り、特に同一現場内
で同時に複数台稼働される移動ロボットに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】現在、工場などの作業現場では、資材の
運搬などの各種現場作業を、作業現場内を自律して移動
することができる移動ロボットに行わせているところが
ある。ここで、移動ロボットは、エンコーダやジャイロ
などの内界センサや、視覚センサなどの外界センサを備
え、これらのセンサにより自らセンシングしながら所定
の経路に沿って自律移動するようになっている。このよ
うな自律移動するロボットを複数台同時に稼働させる作
業現場では、移動ロボットどうしが互いに衝突し合わな
いように、全ての移動ロボットを管理または制御する必
要がある。

【０００３】しかしながら、移動ロボットに搭載されて
いるエンコーダやジャイロなどの内界センサ、または視
界センサなどの外界センサから得られる情報には限りが
あり、ロボット間の衝突を防止できる程確実なロボット
管理またはロボット制御を行うには、さらに多くのセン
サ類をロボットに搭載する必要があり、重量増加や電力
供給増、処理時間増などといった不具合を招き、自律し
て移動するロボットには不適当であった。

【０００４】そこで、従来から、ロボット間で相互に通
信を行わせるシステムが提案され実用化されている。こ
のシステムは、移動ロボットどうしで現在位置情報など
といった情報を通信により相互に交換させて、ロボット
自体に衝突回避や移動経路の修正などを行わせるもので
ある。ロボット間の通信方式としては、特定小電力無線
方式やＳＳ（スペクトラム拡散、以下同じ。）無線方式
など無線電波を利用する無線通信方式と、赤外線など指
向性を有する光を利用する光通信方式との２方式が主流
となっている。ここで、特定小電力無線方式やＳＳ無線
方式などの無線通信方式は、無線電波を利用しているこ
とから、障害物による影響も少なく、通信距離が長く比
較的広い通信範囲を確保できるなどのメリットがある。
他方、光通信方式は、赤外線などの指向性を有する光線
を利用するため、特定小電力無線方式やＳＳ無線方式な
どでは不可能な、通信相手のロボットの存在位置方向を
検知することができるというメリットがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記移動ロ
ボットは、内界センサや外界センサから得られる情報の
みからは自己の位置を十分に認識することができないこ
とから、建物の構築現場など建築の作業現場のような、
一般製品を製造する工場などの作業現場に比べ、大重量
かつ大きな建築資材等を取り扱い、ロボット自体の規模
が大きい作業現場では、他のロボットの位置を検出する
ことができない無線通信方式よりもこれを検出すること
ができる光通信方式の方がロボット間の相互通信方式と
して好ましい。

【０００６】しかしながら、建築の作業現場では、工場
などのように屋内に限定される作業現場などとは違っ
て、屋外で作業が行われることがある上、作業現場には
柱や壁など建物の躯体部が不規則に存在しているため、
前記光通信方式では、雨や霧、風塵などといった天候要
素から悪影響を受けたり、前記建物躯体部から通信妨害
を受けてロボット相互間の通信が良好に行えず、最悪の
場合には誤作動を招く虞がある。

【０００７】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、ロボット間の相互通信方式とし
て光通信方式を採用しつつ雨や霧、風塵などの天候要素
による悪影響や柱や壁など建物躯体部から通信妨害を受
けても相互通信を行うことが可能な建築に適した建築用
自律移動ロボットを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明に係る建築用自律移動ロボットにあっては、同
一建築現場内に複数台配備され、自律移動して建築資材
の運搬などの各種現場作業を実行する自律移動ロボット
において、該移動ロボットの移動方向に向かって自己存
在主張光線を出力する光線出力手段と、他の移動ロボッ
トから射出された該自己存在主張光線を全方向にわたり
感知可能な光線センサーと、他の移動ロボットに対し通
信光または無線電波を発信する一方、該他の移動ロボッ
トから発信された通信光または無線電波を受信して該他
の移動ロボットと相互通信を行う光通信手段及び無線通
信手段の双方を有する相互通信装置とを備え、該相互通
信装置は、該光線センサーが他の移動ロボットから出力
された該自己存在主張光線を感知したときに、該他の移
動ロボットに対して該光通信手段により該通信光を発信
して該他の移動ロボットと該光通信手段を介して相互通
信を行い、該光通信手段が該他の移動ロボットから発信
された通信光を所定時間受信できなかったときには、該
光通信手段により通信光を継続して発信し続けるととも
に、該無線手段により該他の移動ロボットに対して無線
電波を発信し、該無線通信手段が該他の移動ロボットか
ら発信された無線電波を受信したときには該他の移動ロ
ボットと該無線通信手段を介して相互通信を行う一方、
該光通信手段が該他の移動ロボットから発信された通信
光を受信したときには、該無線電波の発信を中止して該
他の移動ロボットと該光通信手段を介して相互通信を行
うようにしてなることを特徴とする。

【０００９】前記構成を有する移動ロボットは、光線セ
ンサーが他の移動ロボットから出力された自己存在主張
光線を感知することで、自己に対し接近してくる他の移
動ロボットを検知することができる。このとき、相互通
信装置は、前記他の移動ロボットに対して通信光を発信
して他の移動ロボットと光通信手段を介して相互通信を
行うようになっているので、前記他の移動ロボットと相
互通信を行っている間は、通信光の発信方向を検出する
ことができる。

【００１０】ここで、前記他の移動ロボットから発信さ
れた前記通信光の発信方向を検出する発信方向検出手段
と、該発信方向検出手段により検出された発信方向を該
他の移動ロボットの存在方向として、これに基づき自己
の移動方向などの補正を行う自己補正手段とを備えてい
れば、ロボットはより正確で精度の高い自律移動を行う
ことができる。

【００１１】一方、光通信手段が、雨や霧、風塵などの
天候要素による悪影響や柱や壁などの建物躯体部による
通信妨害があっても、他の移動ロボットから発信された
通信光を所定時間受信できなかったときには、無線通信
手段が前記他の移動ロボットに対し天候要素からほとん
ど影響を受けない無線電波を発信し、この無線通信手段
がその移動ロボットから発信された無線電波を受信した
ときには、前記他の移動ロボットと、無線通信手段を介
して相互通信を行うようになっているので、光通信手段
が雨や霧、風塵などといった天候要素による悪影響や柱
や壁などの建物躯体部から通信妨害を受けたときでも、
他の移動ロボットとは相互通信を行うことができる。

【００１２】また、前記相互通信装置は、通信光を継続
して発信し続けるようになっていて、光通信手段が前記
他の移動ロボットから発信された通信光を受信したとき
には、無線電波の発信を中止して他の移動ロボットと光
通信手段を介して相互通信を行うようになっているの
で、雨や霧などの悪天候などによる影響が弱まるなどし
て、前記他の移動ロボットと光通信手段を介して相互通
信を行える状態に戻ったときには、直ちに光通信手段に
よる相互通信を再開することができる。

【００１３】さらに、前記無線通信手段が、前記他の移
動ロボットに対してスペクトラム拡散方式で処理された
ＳＳ無線電波を発信する一方、該他の移動ロボットから
発信された該ＳＳ無線電波を受信して該他の移動ロボッ
トと相互通信を行うＳＳ無線通信手段であれば、ＳＳ無
線電波の利用により、通信距離が長くなる一方、通信妨
害にも強くなり、確実な相互通信を行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る建築用自律移
動ロボットの実施形態について、添付図面に基づき詳述
する。

【００１５】本発明に係る建築用自律移動ロボットは、
作業現場において、建築資材の運搬などといった現場作
業を行うものであり、特に、雨や霧、風塵などの天候に
よる影響を直接受けることのある例えば建物の建築現場
などの屋外で稼働し得るものである。

【００１６】図１は、本発明に係る建築用自律移動ロボ
ットの一例を示したものである。この移動ロボット２
は、内界センサとして光ファイバージャイロ４及びエン
コーダ６と、外界センサとしてＣＣＤカメラ８（視覚セ
ンサ）とを備えていて、これらのセンサを使用して自ら
センシングしながら、環境マップと呼ばれる作業現場内
の柱や壁、資材などの障害物位置情報が盛り込まれた地
図に基づいて、下部の走行駆動車輪１０により作業現場
内を自由自在に自律して移動する。

【００１７】この他、移動ロボット２は、自己存在主張
光線として、赤外線を移動方向に向かって出力する光線
出力手段としての赤外線出力部１２と、他の移動ロボッ
トから自己存在主張光線として出力された赤外線を全方
位にわたって感知可能な光線センサーとしての赤外線セ
ンサー１４とを備えている。これによって、各移動ロボ
ット２は、他の移動ロボットが接近してきたときには、
赤外線センサー１４によって他の移動ロボットから出力
された赤外線を感知して、他の移動ロボットをいずれの
方向からも検知することができる。また、移動ロボット
２は、赤外線センサー１４が感知した赤外線の発信方向
を検出する発信方向検出手段（図示外）を備えていて、
この発信方向検出手段により赤外線の発信方向を検出し
て他の移動ロボットの存在方向を特定することができ
る。

【００１８】さらに、移動ロボット２は、このように他
の移動ロボットが接近してきたときに、前記他の移動ロ
ボットと衝突回避や前記環境マップ内の自己の補正など
を目的として、他の移動ロボットからそのロボットの現
在移動方向情報やそのロボットから見た自己の存在方向
情報などの情報を相互にやりとりするための相互通信装
置を備えている。図２は、本発明の実施の形態に係る相
互通信装置の構成とロボット間の通信システムとを概略
的に示したものである。相互通信装置１６は、他の移動
ロボットに対して通信光または無線電波を発信する一
方、他の移動ロボットから発信された通信光または無線
電波を受信して他の移動ロボットと相互通信を行う光通
信手段及び無線通信手段として赤外線通信部１８とＳＳ
無線通信部２０とを有している。赤外線通信部１８は通
信光として赤外線を、ＳＳ無線通信部２０は、無線電波
として、スペクトラム拡散方式で処理されたＳＳ無線電
波を介して他の移動ロボットと相互通信を行う。赤外線
通信部１８は、赤外線を発信する発光部２２と、赤外線
を受信する受光部２４とを有し、他の移動ロボットに対
して発光部２２から赤外線を発信する一方、他の移動ロ
ボットから発信された赤外線を受光部２４で受信して、
他の移動ロボットと相互通信を行う。他方、ＳＳ無線通
信部２０は、ＳＳ無線電波を発信する発信部２６と、Ｓ
Ｓ無線電波を受信する受信部２８とを有し、他の移動ロ
ボットに対して発信部２６でＳＳ無線電波を発信する一
方、他の移動ロボットから発信されたＳＳ無線電波を受
信部２８で受信して、他の移動ロボットと相互通信を行
う。

【００１９】本実施の形態では、前記赤外線通信部１８
及び前記ＳＳ無線通信部２０は、他の移動ロボットに対
して赤外線若しくはＳＳ無線電波の発信を行う発信モー
ドと、他の移動ロボットから出力された赤外線若しくは
ＳＳ無線電波の受信または受信待機を行う受信モードと
をそれぞれ有し、これら発信モードと受信モードとに交
互に切り換えて他の移動ロボットと相互通信を行う。ま
た、前記赤外線出力部１２は前記赤外線通信部１８の発
光部２２として、また前記赤外線センサー１４はその受
光部２４として機能するようになっていて、赤外線出力
部１２は、接近してきた他の移動ロボットに対して赤外
線を発信するために、移動ロボット２の移動方向以外の
他の方向にも赤外線を出力できるように３６０゜回転可
能になっている。また、ＳＳ無線通信部２０は、図１に
示すように、移動ロボット２の外側に設けられたＳＳ無
線アンテナ３０を介してＳＳ無線電波の発信及び受信を
行うようになっている。

【００２０】そして、相互通信装置１６が他の移動ロボ
ットと赤外線通信部１８を介して相互通信を行うことに
よって、当該移動ロボット２は、相互通信装置１６の相
互通信により他の移動ロボットからロボットの現在の移
動方向やロボットから見たときの自己の存在方向などと
いった情報とともに、前記発信方向検出手段から他の移
動ロボットの存在方向情報をも取得することができる。
これらの情報により、移動ロボット２は、次に示すよう
な手法により自己の移動方向の補正を行うことができ
る。

【００２１】図３は、移動ロボットの自己の移動方向の
補正方法の一例を説明するものである。移動ロボット２
ａの基準方向Ａ₁に対する自己の移動方向Ｂ₁の角度α
₁が不明なときに、移動ロボット２ａは、前記発信方向
検出手段によって、自己の移動方向Ｂ₁に対する他の移
動ロボット２ｂの存在方向Ｃ₁の角度β₁を取得するこ
とができる。他方、他の移動ロボット２ｂからは、赤外
線通信部１８を介した相互通信によって、前記基準方向
Ａ₁と平行な自己の基準方向Ａ₂に対する自己の移動方
向Ｂ₂の角度α₂と、この移動方向Ｂ₂に対する移動ロ
ボット２ａの存在方向Ｃ₂の角度β₂を得ることができ
る。すなわち、これらα₁，α₂，β₁及びβ₂の間に
は、図３からわかるように、｜（α₁−α₂）＋（β₁
−β₂）｜＝πという関係式が成り立つ。このことか
ら、α₁は、α₂，β₁及びβ₂を取得できれば容易に
得ることができる。つまり、移動ロボット２ａは、赤外
線通信部１８を介した相互通信によって、現在の自己の
移動方向を知ることができ、移動方向の補正を行うこと
ができるのである。さらに、移動ロボット２に搭載され
たＣＣＤカメラ８や、この他超音波センサなどといった
外界センサを使用すれば、他の移動ロボットとの間の相
対距離を測定することができ、さらに、この相対距離
と、前記他の移動ロボットの存在方向とに基づいて、他
の移動ロボットに対する相対位置をも知ることができ、
自己の位置補正も可能となる。

【００２２】このように、他の移動ロボットと赤外線通
信部１８を介して相互通信を行えば、前述したように、
移動ロボット２の自己補正を行うことができることか
ら、相互通信装置１６は、可及的に、ＳＳ無線通信部２
０よりも赤外線通信部１８を介して相互通信を行うよう
になっている。すなわち、相互通信装置１６は、他の移
動ロボットの接近により赤外線センサー１４が他の移動
ロボットから出力された赤外線を感知すると、赤外線通
信部１８により赤外線を発信して他の移動ロボットと当
該赤外線通信部１８を介して相互通信を図る。ここで、
赤外線通信部１８により相互通信が行えない場合、また
は相互通信中に通信不能な状態になった場合には、ＳＳ
無線通信部２０によりＳＳ無線電波を発信して他の移動
ロボットとＳＳ無線通信部２０を介して相互通信を図
る。そして、赤外線通信部１８により相互通信が可能に
なった場合には、直ちに赤外線通信部１８を介して他の
移動ロボットと相互通信を行うようになっている。

【００２３】図４は、相互通信装置１６の通信処理の流
れを詳しく示したフローチャートである。赤外線センサ
ー１４の赤外線感知により、相互通信装置１６は、赤外
線通信部１８を発信モードにして（ＳＴＥＰ０１）、前
記発信方向検出手段に基づき特定された他の移動ロボッ
トの存在方向に赤外線出力部１２の出力方向を一致させ
て赤外線を発信し、その後、赤外線通信部１８を受信モ
ードにする（ＳＴＥＰ０２）。そして、所定時間の間
に、赤外線通信部１８が他の移動ロボットから出力され
た赤外線を受信できたか否かを判断し（ＳＴＥＰ０
３）、赤外線を受信できたときには、移動ロボット２は
自己の補正を行う（ＳＴＥＰ０４）。そして、作業を終
了させるか否かを判断して（ＳＴＥＰ０５）、作業を終
了させる場合には処理を終了する一方、作業を終了させ
ない場合には再びＳＴＥＰ０１に戻る。

【００２４】一方、赤外線を受信できなかったときに
は、ＳＳ無線通信部２０を送信モードにして、ＳＳ無線
電波を送信する（ＳＴＥＰ０６）。そして、ＳＳ無線通
信部２０を受信モードにして（ＳＴＥＰ０７）、ＳＳ無
線通信部２０を介して他の移動ロボットと相互通信を図
る。そして、所定時間経過してから、ＳＳ無線通信部２
０が前記他の移動ロボットから出力されたＳＳ無線電波
を受信して相互通信できたか否かにかかわらず、ＳＴＥ
Ｐ０１に戻って、再び赤外線の発信を行い、他の移動ロ
ボットと赤外線通信部１８を介した相互通信を再度試み
る。そして、他の移動ロボットから出力された赤外線を
受信できるまで、ＳＳ無線通信部２０により繰り返しＳ
Ｓ無線電波を発信するとともに、赤外線通信部１８によ
り赤外線も繰り返し発信する。これにより、赤外線通信
部１８による通信が可能な状態になったときには、直ち
に赤外線通信部１８を介して相互通信を行うことができ
る。

【００２５】これらのことから、前記移動ロボット２で
は、雨や霧、風塵などの天候要素による悪影響や柱や壁
などの建物躯体部からの通信妨害を受けて、他の移動ロ
ボットと赤外線通信部１８を介して相互通信できない場
合であっても、ＳＳ無線通信部２０を介して相互通信を
図ることができる。しかも、赤外線通信部１８による通
信が不可能な状態でも、赤外線の発信を継続して行って
いるので、これが可能な状態になったときには、直ちに
赤外線通信部１８を介して相互通信を行うことができ
る。

【００２６】特に、本実施の形態では、無線通信手段と
してＳＳ無線通信手段を採用し、無線電波がスペクトラ
ム拡散処理されているため、優れた耐通信妨害性能と長
い通信距離とを確保することができる。

【００２７】図５は、前記移動ロボット２が同一現場内
で複数台良好に稼働しているときの様子を示したもので
ある。各移動ロボット２は、相互間距離が小さいときに
は赤外線通信部を介して相互通信を行う一方、相互間距
離が長いときには赤外線通信部ではなくＳＳ無線通信部
を介して相互通信を行う。移動ロボット２間のＳＳ無線
通信に際しては、建築現場内に適宜配置された１台また
は複数台の中継車３２などの通信中継手段により、ＳＳ
無線電波を中継することで、建築現場内の壁３４や柱３
６などといった障害物などの影響によって無線電波が直
接届かない位置に存在する移動ロボット２とも相互に通
信を行うことができる。

【００２８】ところで、前記実施の形態では、無線通信
手段としてＳＳ無線通信部を、光通信手段として赤外線
通信部を例示して説明したが、これらについては他の無
線通信手段または光通信手段であってもよい。

【００２９】

【発明の効果】前記発明の実施の形態で説明したように
本発明に係る建築用自律移動ロボットによれば、光セン
サーが他の移動ロボットから出力された自己存在主張光
線を感知したときに、他の移動ロボットと光通信手段を
介して相互通信を行うようになっているので、他の移動
ロボットの通信光の発信方向を検知して前記他の移動ロ
ボットの存在方向情報を取得することができる。これに
より、移動ロボットは、この取得した他の移動ロボット
の存在方向情報に基づいて、自己の移動方向などの補正
を行うことができ、より正確で精度の高い自律移動を行
うことができる。また、雨や霧、風塵などの天候要素か
ら影響を大きく受け、光通信手段が他の移動ロボットか
ら発信された通信光を所定時間受信できなくなった場合
であっても、無線通信手段により無線電波を発信して他
の移動ロボットと無線通信手段を介して相互通信を行う
ことができるので、光通信手段が雨や霧、風塵などの天
候による悪影響や柱や壁などの建物躯体部による通信妨
害を受けたときの補完を行うことができる。また、天候
要素からの影響が弱まるなどして、前記他の移動ロボッ
トと光通信手段を介して相互通信を行える状態に戻った
ときには、直ちに光通信手段を介した相互通信を再開し
て他の移動ロボットの存在方向情報を取得することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る建築用自律移動ロボットの一例を
示した側面図である。

【図２】本発明に係る建築用自律移動ロボットに搭載さ
れる相互通信装置のシステム構成の一例を概略的に示し
た概略構成図である。

【図３】本発明に係る建築用自律移動ロボットが他の移
動ロボットと赤外線通信部を介して相互通信を行うこと
により、自己の移動方向などの補正を行う方法を説明す
る説明図である。

【図４】他の移動ロボットが接近してきたときの相互通
信装置の通信処理の流れを示したフローチャートであ
る。

【図５】本発明に係る建築用自律移動ロボットが建築現
場内で複数台稼働しているときの様子を示した説明図で
ある。

【符号の説明】

２移動ロボット１２赤外線出力部１４赤外線センサー１６相互通信装置１８赤外線通信部２０ＳＳ無線通信部２２発光部２４受光部２６発信部２８受信部３０ＳＳ無線アンテナ３２中継車

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一現場内に複数台配備され、自律移動
して建築資材の運搬などの各種現場作業を実行する建築
用自律移動ロボットにおいて、該移動ロボットの移動方向に向かって自己存在主張光線
を出力する光線出力手段と、他の移動ロボットから射出された該自己存在主張光線を
全方向にわたり感知可能な光線センサーと、他の移動ロボットに対し通信光または無線電波を発信す
る一方、該他の移動ロボットから発信された通信光また
は無線電波を受信して該他の移動ロボットと相互通信を
行う光通信手段及び無線通信手段の双方を有する相互通
信装置とを備え、該相互通信装置は、該光線センサーが他の移動ロボット
から出力された該自己存在主張光線を感知したときに、
該他の移動ロボットに対して該光通信手段により該通信
光を発信して該他の移動ロボットと該光通信手段を介し
て相互通信を行い、該光通信手段が該他の移動ロボット
から発信された通信光を所定時間受信できなかったとき
には、該光通信手段により通信光を継続して発信し続け
るとともに、該無線手段により該他の移動ロボットに対
して無線電波を発信し、該無線通信手段が該他の移動ロ
ボットから発信された無線電波を受信したときには該他
の移動ロボットと該無線通信手段を介して相互通信を行
う一方、該光通信手段が該他の移動ロボットから発信さ
れた通信光を受信したときには、該無線電波の発信を中
止して該他の移動ロボットと該光通信手段を介して相互
通信を行うようにしてなることを特徴とする建築用自律
移動ロボット。
【請求項２】前記他の移動ロボットから発信された前
記通信光の発信方向を検出する発信方向検出手段と、該
発信方向検出手段により検出された発信方向を該他の移
動ロボットの存在方向とし、これに基づいて自己の移動
方向など自己の補正を行う自己補正手段とを備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の建築用自律移動ロボッ
ト。
【請求項３】前記無線通信手段は、前記無線電波とし
てスペクトラム拡散方式で処理されたＳＳ無線電波を発
信する一方、前記他の移動ロボットから発信された該Ｓ
Ｓ無線電波を受信して該他の移動ロボットと相互通信を
行うＳＳ無線通信手段であることを特徴とする請求項１
または２に記載の建築用自律移動ロボット。