JPH1165657A - 移動体の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワックスの塗布を行なうロボットの作業品質
を向上させる。 【解決手段】 ロボット１が作業領域Ａ内の作業を行な
うときに、作業領域Ａを複数のブロックＢ１〜Ｂ３に区
切り、各々のブロック内でジグザグ走行が行なわれる。
１つのブロック内でジグザグ走行が終了すると、作業領
域Ａ内の作業を開始した側へロボット１は移動する（ｄ
２）。これにより、ｃ２地点からｄ２地点に至るまでの
時間を短縮することができ、ワックスが乾燥する前に重
ね塗りを行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は移動体の制御装置
に関し、特に移動体が指定された領域を全面にわたって
作業するために、移動体をジグザグ走行させるための移
動体の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】指定された領域内を全面にわたって隈無
く作業するためのロボット（移動体の一種）が従来より
知られている。そのようなロボットの制御方法として、
ジグザグ走行が一般的に採用されている。ジグザグ走行
とは、指定された領域内を所定の間隔をおいて往復する
走行である。ジグザグ走行は、平面上の前進動作と、左
右のＵターン動作とを組合せることで実現される。ロボ
ットの作業内容として、清掃や、ワックス塗布や、薬剤
の塗布などがある。

【０００３】図１４は、ジグザグ走行の経路の例を説明
するための図である。ロボット１は、ａ地点より出発
し、作業領域Ａの縦方向の長さＬ₀ だけ前進した後、左
へ９０°ターンし、ピッチｐ前進した後、左へ９０°タ
ーンする。その後、長さＬ₀ 前進することで、ｂ地点に
到達する。その後も、９０°ターン、ピッチｐの前進、
９０°ターン、およびＬ₀ の前進を繰返すことで、作業
領域Ａを隈無く作業することができる。

【０００４】このような作業において、ロボット１の走
行距離や回転角度に誤差が生じたり、ロボット１が走行
する床面の状態によって走行距離に差異が生じてしまう
ことがある。そのようなときにも作業のし残しが生じな
いように、往復時にロボットが作業する領域は重なるよ
うにピッチｐが定められる。

【０００５】具体的には、図１５を参照して、ロボット
１の１回の走行で作業が行なわれる幅を作業幅Ｙとする
と、ピッチｐはＹよりも小さくする。これにより、作業
マージン（作業の重なる幅Ｗ）を生じさせる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】たとえばロボット１に
ワックス塗布などの作業を行なわせる場合がある。この
とき、塗布されたワックスが乾いた後にその部分にワッ
クスの重ね塗りが行なわれると、その部分は塗られたワ
ックスが厚くなる。これにより他の部分との間に段差が
生じてしまう。図１５の例では作業の重なる部分（図１
５のＷ）のみが縞状の模様となり、作業の品質が落ちる
ことになる。

【０００７】したがって、一度目に塗ったワックスが乾
かないうちに、重ね塗りする必要がある。また、塗布さ
れたワックスが半乾きのときに重ね塗りが行なわれる
と、完全にワックスが乾燥したときに艶が失われてしま
う。

【０００８】特に、ワックスの重ね塗りを行なうときに
最も長く時間があいてしまうのは、図１４におけるａ地
点からｂ地点までの間である。ここに、ロボット１がＬ
₀ の距離を直進走行するのに必要な時間をｔ_L0とし、ロ
ボット１が９０°回転するのに必要な時間をｔｒとし、
ロボット１がｐのピッチを走行するのに必要な時間をｔ
ｐとすると、ａ地点からｂ地点に到達するのに必要な時
間は、（０）式で表わされる。

【０００９】 ２×ｔ_L0＋ｔｐ＋２×ｔｒ …（０） この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
あり、移動体が作業を行なうときの品質を向上させるこ
とを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
この発明のある局面に従うと、移動体の制御装置は、作
業領域内を移動する移動体の制御を行なう移動体の制御
装置であって、移動体が作業領域内の第１の領域の作業
を行なった後、第１の領域と共通の領域をもつ第２の領
域の作業を行なうように移動体を制御する制御手段を備
え、共通の領域において、移動体が最初に作業をした時
点から再度作業するまでの時間に基づいて、移動体の移
動経路を決定することを特徴としている。

【００１１】この発明に従うと、再度作業が行なわれる
までの時間に基づいて移動体の移動経路が決定されるた
め、作業の品質を向上させることができる。

【００１２】第２の発明においては、移動体が第１の領
域の作業を行なった後、第２の領域と接する第１の領域
の周辺部分の作業を再度行なうことを特徴としている。

【００１３】第２の発明に従うと、第１の領域の作業を
行なった後、第２の領域と接する第１の領域の周辺部分
の作業を再度行なうことで、第２の領域における最初に
作業した時点を最新にすることができる。これにより、
以降の経路計画を制約する大きな要因が取除かれる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面を参照して詳しく説明する。図中同一符号は
同一または相当部分を示す。

【００１５】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態における自走式ロボット１とそのコント
ローラ２の外観を示す斜視図である。

【００１６】図を参照して、ロボット１は壁などとの接
触を検知するための接触センサ７と、壁などとの間の距
離を測定し、壁などに倣った走行を実現するための倣い
センサ８ａ〜８ｄと、不織布を回転させることにより、
床面に対してワックス塗布作業を行なう作業部３１と、
ユーザに対しメッセージを表示する表示部１８と、作業
を開始させるための作業開始ボタン９０とを備えてい
る。また、メモリカード１３をロボット１に挿入するこ
とにより、記憶された命令をロボット１は実行すること
ができる。

【００１７】ロボット１は、駆動輪を備える走行部と、
車体部とから構成される。走行部と車体部とは相対的に
回動自在に構成される。作業部３１は車体部に取付けら
れる。

【００１８】図２はコントローラ２の平面図である。図
を参照して、コントローラ２はロボット１を遠隔操作し
たり、走行や作業を教示するために用いられる。コント
ローラの入力部として、動作シフトボタン群４０と、方
向指定のための十字カーソルボタン３５と、モードを切
換えるためのモード切換ボタン３６と、ロボットの動作
の開始を指示するための開始ボタン３７と、動作の停止
を指示するための停止ボタン３８と、動作を一端停止さ
せるための一端停止ボタン３９と、設定の取消を行なう
取消ボタン５２と、入力されたデータの設定を行なうた
めの設定ボタン５３と、電源スイッチ４６とが配設され
ている。

【００１９】動作シフトボタン群４０は、車体部の向き
は変えずに走行部の向きのみを左右に回転させる走行部
回転ボタン４１と、車体部と走行部とを同時に回転させ
る車体部回転ボタン４２と、作業部３１を車体部に対し
て左右に移動させるための作業部スライドボタン４３
と、Ｕターン動作を指定するＵターンボタン４４と、ジ
グザグ走行を指定するためのジグザグボタン４５とを含
む。

【００２０】これらのボタンを組合せて使用すること
で、ロボットの遠隔操作、作業の教示、編集および設定
が行なわれる。

【００２１】また、コントローラ２は液晶表示装置によ
り構成される表示部４９を有している。

【００２２】表示部４９には、図３に示されるようにジ
グザグ走行の設定メニューなどが表示される。ユーザは
表示部４９を見ながら十字カーソルボタン３５や設定ボ
タン５３などを操作することによりコントローラへデー
タの入力を行なうことができる。

【００２３】図４は、図１に示されるロボット１の構成
を示すブロック図である。図を参照して、ロボット１は
大きくはロボットの走行制御を行なう走行制御部３２
と、ワックス塗布作業の制御を行なう作業制御部３３と
から構成される。

【００２４】走行制御部３２は、走行部の処理を司る走
行部ＣＰＵ２７と、左右各々の駆動輪３ａ，３ｂの駆動
制御を行なう駆動制御部１４ａ，１４ｂと、車体部と走
行部とを相対的に回転させるための車体部回転制御部６
９と、走行制御手順などを記憶する走行制御部メモリ２
８とから構成される。

【００２５】走行制御部３２には、左右の駆動輪の回転
量からロボットの走行距離を検出する距離検出計７９
ａ，７９ｂと、ロボットの周辺の環境を認識するための
測距センサ６と、走行部と車体部とを相対的に回転させ
るための車体部回転モータ６８とが接続されている。

【００２６】作業制御部３３は、作業部の処理を司る作
業部ＣＰＵ１２と、表示部１８での表示の制御を行なう
表示制御部１９と、入力部１６での入力制御を行なう入
力制御部１７と、メモリカード１３の読取を行なうメモ
リカード読取部７７と、コントローラとの間で通信を行
なう通信部１１と、ワックスを滴下するためのポンプ２
２を制御するポンプ制御部２３と、滴下されたワックス
を床面に対して広げるとともに、床面の圧擦を行なうロ
ータ９を制御するロータ制御部１５と、作業部を移動さ
せるためのモータ２５を駆動する作業部移動制御部２６
と、電源回路２１とを備える。

【００２７】また、作業制御部３３には、ワックスの滴
下を検出する液検出センサ７３と、接触センサ７と、ジ
ャイロセンサ７８と、倣いセンサ８と、バッテリ２０と
が接続されている。

【００２８】作業部ＣＰＵ１２と走行部ＣＰＵ２７とは
相互に接続されている。図５はコントローラ２の構成を
示すブロック図である。

【００２９】図を参照して、コントローラは、コントロ
ーラの制御を行なうコントローラ制御部ＣＰＵ５１と、
表示部４９の制御を行なう表示制御部８１と、前述のボ
タンなどにより構成される入力部８０の制御を行なう入
力制御部４７と、ロボット１との間で通信を行なうため
の通信部４８と、通信部の制御を行なう通信制御部８２
と、バッテリ８３と、外部インタフェース５０とを備え
る。

【００３０】外部インタフェース５０を介して、コント
ローラ２はパーソナルコンピュータやプリンタなどの外
部機器と直接的または間接的に接続可能な構成となって
いる。

【００３１】図６は、本実施の形態におけるロボット１
の作業経路の一例を示す平面図である。

【００３２】ロボット１のワックスを塗布する領域（作
業領域）Ａが横長さＬｙ、縦長さＬｘであると仮定す
る。このような作業領域の横長さと縦長さとをユーザが
ロボット１に入力することによって、ロボット１の移動
経路は自動的に決定される。また、ロボット１の行なう
ジグザグ走行は複数のブロックに分割されるように経路
は生成される。

【００３３】図６の例では、走行経路は縦方向に３つの
ブロックＢ１〜Ｂ３に分割され、それぞれのブロックに
おいてジグザグ走行が行なわれる。ここに、ジグザグ走
行の横方向のピッチをｐ、ジグザグ走行の縦方向の長さ
をＬ１とする。また、ブロックＢ１とブロックＢ２、そ
してブロックＢ２とブロックＢ３が接する領域は、ワッ
クスを重ね塗りするところであり、前の作業とその次の
作業の共通の領域となる。

【００３４】このようにジグザグ走行を複数のブロック
に分割する理由は、床面にワックスを塗布してから次に
ワックスを重ね塗りするまでの時間を短縮するためであ
る。すなわち、図１４に示される経路において、ワック
スを塗布してから重ね塗りを行なうまでに最も長い時間
がかかるのは、ａ地点からｂ地点に至るまでである。こ
れに対して、本実施の形態においては、ジグザグ走行を
複数のブロックＢ１〜Ｂ３に区切っているため、図１４
のａ地点およびｂ地点に対応するのは、図６のｃ１地点
およびｄ１地点である。ここで、ワックスが塗布されて
から半乾きになるまでの時間をＴとすると、ロボット１
がｃ１地点からｄ１地点にまでに至る時間が、時間Ｔ以
下になるように走行経路が決定される。したがって、縦
長さＬ１が制約を受けて、作業領域の縦長さＬｘを端ま
で作業するためには、縦長さＬ１を継ぎ足すことにな
る。すなわち、ジグザグ走行を複数のブロックに分割し
て作業することになる。

【００３５】ここで、ブロックＢ１とブロックＢ２の共
通の領域において、ロボット１が最初に作業した時点
は、ブロックＢ１でｃ１地点を塗布した時点であり、そ
の地点を再度作業するのは、ブロックＢ２でｄ１地点を
塗布するときである。

【００３６】また、本実施の形態においては、図６にお
けるｃ１地点のワックス塗布からｄ１地点でワックスの
重ね塗りをするまでの時間が最も長くなる。この時間
が、ワックスが半乾きとならない時間以下となるように
走行経路は決定される。

【００３７】図７は、ロボット１のワックス塗布作業で
の処理を示すフローチャートである。

【００３８】図を参照して、ステップＳ１００で、ワッ
クスを塗布してから重ね塗りをするまでの時間であっ
て、ワックスの乾燥により作業の品質が落ちない最長の
時間Ｔを入力する。この値は、ユーザからのコントロー
ラ２を介した入力により行なわれる。この入力は直接時
間Ｔを入力するようにしてもよいし、ワックスの種類と
それに対応する時間Ｔとをロボット１に記憶させるよう
にして、ユーザからはワックスの種類を入力するように
してもよい。

【００３９】次に、ステップＳ１０１で、図３に示され
る表示が表示部４９に行なわれる。ここで、ユーザは作
業領域Ａの縦長さＬｘと横長さＬｙとを入力する。ステ
ップＳ１０２で、作業領域の横長さＬｙに基づいて、横
移動ピッチｐとレーン数Ｎの算出がなされる。ステップ
Ｓ１０３で、ロボット１の進行速度からピッチｐを走行
するための時間ｔｐが求められる。

【００４０】ステップＳ１０４で、ピッチｐを走行する
ための時間ｔｐ、ロボット１が９０°回転するために要
する時間ｔｒ、およびステップＳ１００で入力された時
間Ｔを用い、式（１）によってジグザグ走行の縦方向の
長さＬ１を走行するための時間ｔ_L1が求められる。

【００４１】 ２×ｎ×ｔ_L1＋２×ｎ×ｔｐ＋４×ｎ×ｔｒ＝Ｔ …（１） ただし式（１）においてｎ＝（レーン数Ｎ）−１であ
る。

【００４２】次に、ステップＳ１０５でｔ_L1の値とロボ
ットの速度とから、ジグザグ走行の縦方向の長さＬ１が
求められる。

【００４３】ステップＳ１０６で、変数Ｌ１，ｐ，Ｎに
基づいて、図６に示されるロボット１の走行が行なわれ
る。

【００４４】図８は、図７のステップＳ１０２で行なわ
れる横移動ピッチｐとレーン数Ｎの算出処理を示すフロ
ーチャートである。

【００４５】図を参照して、ステップＳ２０１で、入力
された作業領域の横長さＬｙからロボット１の作業幅Ｙ
を引いた値が、基準走行幅Ｗ０として演算される。ここ
に、作業幅Ｙとは、図９を参照してロボット１が１回の
直進走行により作業することができる幅Ｙを示す。これ
により、図６を参照して作業領域の横長さＬｙから作業
幅Ｙを引くことにより得られた基準走行幅Ｗ０は、ロボ
ット１が作業を開始直後に走行するレーンと作業終了時
に走行するレーンとの間の幅を示すこととなる。

【００４６】再び図８を参照してステップＳ２０２で、
作業幅Ｙから最小作業マージンＷ３を引いた値が、最大
走行ピッチＰ１として演算される。ここに、最小作業マ
ージンＷ３とは、図９を参照してロボット１がジグザグ
走行をするときにその往復運動で重ね合わされる作業幅
の最小値を示す。この最小値は、ロボット１の走行に関
する誤差に基づいて定められる。また、最大走行ピッチ
Ｐ１とは、ジグザグ走行の横方向のピッチｐであって、
とり得る最大値を示す。

【００４７】ステップＳ２０３で、基準走行幅Ｗ０を最
大走行ピッチＰ１以下で走行することができる最小のレ
ーン数Ｎが求められる。次に、ステップＳ２０４でジグ
ザグ走行のピッチｐの値にＷ０／（Ｎ−１）が代入され
る。

【００４８】このような制御を行なうことにより、図６
においてロボット１がｃ１地点からｄ１地点に至るまで
の間にワックスが半乾きになったり完全に乾燥したりす
ることがなくなる。これにより、ワックス塗布面に凹凸
が生じることやワックス塗布後の床面の艶が失われてし
まうことが防止される。

【００４９】［第２の実施の形態］図１０は、第２の実
施の形態におけるロボット１の移動経路を示す平面図で
ある。なお、このロボット１のハードウェア構成は第１
の実施の形態と同じであるため説明を繰返さない。

【００５０】この実施の形態では、ロボット１は、１つ
のブロックでジグザグ走行を終了すると横方向に移動
し、開始側のレーンまで戻る（ｄ２地点）。この横方向
の移動で、ブロックＢ１の周辺部分を再度作業すること
になる。そして次のブロックのジグザグ走行を行なう。
これにより、ｃ２地点からｄ２地点に至るまでの時間
（図６におけるｃ１地点からｄ１地点に対応する時間）
を短くすることができる。これにより、ジグザグ走行の
縦方向の距離Ｌ２をより長くすることができ、全体の作
業をより速く行なうことができる。また、ワックスの塗
布作業では、できるだけ長い直進距離で塗布した方が高
い品質が得られるので、第１の実施形態に比べ作業品質
を向上させることができる。具体的には、距離Ｌ２を走
行するための時間ｔ_L2は式（２）により求められる。

【００５１】 ｎ×ｔ_L2＋２×ｎ×ｔｐ＋２×ｎ×ｔｒ＝Ｔ …（２） ただし、ｎ＝（レーンの数Ｎ）−１であり、ｔｐはピッ
チｐを走行するための時間であり、ｔｒはロボットが９
０°回転するために要する時間である。

【００５２】よって、第１の実施の形態と比較して塗布
するワックスの種類が同じでＴが等しいとすると、
（１）および（２）式より、 ｎ×ｔ_L2＋２×ｎ×ｔｐ＋２×ｎ×ｔｒ＝２×ｎ×ｔ_L1
＋２×ｎ×ｔｐ＋４×ｎ×ｔｒ であり、 ｔ_L2＝２×ｔ_L1＋２×ｔｒ …（３） となる。

【００５３】ロボットの直進に必要な時間は距離に比例
するため、第２の実施の形態におけるジグザグ走行の直
進距離Ｌ２は、第１の実施の形態における距離Ｌ１に比
べ、２倍以上となる。

【００５４】次に、具体的なロボット１の動作について
説明する。図１１を参照して、ロボット１は左右を壁に
挟まれた領域の作業などを行なうために用いられる。領
域の縦長さＬｘと横長さＬｙとがコントローラ２から入
力されると、その情報はロボット１に送信される。ロボ
ット１は、上述のように各種変数に基づきジグザグ走行
のピッチｐと、ジグザグ走行の縦方向の長さＬ２と、レ
ーン数Ｎとを計算し、移動経路を決定する。その移動経
路に基づき移動が行なわれる。

【００５５】移動開始地点ａからの直進動作は右側の倣
いセンサ８ｃ，８ｄが用いられて、右側の壁に倣った走
行が行なわれる。ｂ地点まで到達すると、ロボット１は
一旦停止する。次に、左方向に作業を進めていくため
に、左回転とピッチｐの直進と、左回転とを行なうこと
により、Ｕターンが行なわれる。Ｕターン動作が完了し
た後、ロボット１はｃ地点からｄ地点に向かう第２レー
ンを前進走行する。第２レーンでは、測距センサ６を用
いて、左右の壁に対して距離を一定に保つように走行が
行なわれる。ｄ地点に達すると、ロボット１は右方向の
Ｕターンを行なう。それ以降、この往復動作を繰返すこ
とによりジグザグ走行が行なわれる。ｅ地点からｆ地点
に至るジグザグ走行の最後のレーンでは、左方向の倣い
センサ８ａ，８ｂが用いられる。

【００５６】ｆ地点においてロボット１は右方向に９０
°回転する。なお、ここでの９０°回転は左側に壁があ
るため、ロボット１を一旦壁から離した後に、回転を行
なう必要がある。そのため、９０°回転は図１２に示さ
れるステップにより行なわれる。

【００５７】図１２を参照して、ロボット１がジグザグ
走行の最後の地点（ｆ地点）に到達したのであれば
（Ａ）、駆動輪３ａ，３ｂの方向を矢印で示されるよう
に右方向に向かうようにする（Ｂ）。次に、駆動輪を回
転させることにより、ロボット１は左側にある壁から離
れる（Ｃ）。このとき、作業部３１の位置がロボット１
の中心に対して右側にずれているときには、作業部３１
を左側に移動させ、作業部３１の位置を中央とする
（Ｃ）。この状態で、ロボット１の車体部が時計方向に
９０°回転する（Ｄ）。次に、作業のし残しが生ずるこ
とを防ぐために、ロボット１は壁に接触するまで後退を
行なう（Ｅ）。

【００５８】図１１に戻って、ロボット１はｆ地点から
ｇ地点まで前進する。ｇ地点において、ロボット１は左
に９０°回転を行なった後に少し前進することにより、
次のジグザグ走行のブロックの開始位置に移動する。そ
の後、同様にジグザグ走行を繰返すことにより、ｈ地点
で作業は終了する。

【００５９】なお、図１１においては、作業の終了位置
（ｈ地点）をロボット１の作業の開始側としたが、図１
３に示されるように作業の終了位置（ｈ地点）をロボッ
ト１の作業の開始方向とは反対側とすることもできる。
また、ユーザによって作業の終了位置を開始位置と同じ
側とするか違う側とするかを設定させるようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるロボットの
斜視図である。

【図２】図１におけるコントローラ２の平面図である。

【図３】コントローラ２の表示部１８に表示される画面
を示す図である。

【図４】ロボット１の回路構成を示すブロック図であ
る。

【図５】コントローラ２の回路構成を示すブロック図で
ある。

【図６】ロボット１が決定する移動経路の平面図であ
る。

【図７】ロボット１の走行処理を示すフローチャートで
ある。

【図８】図７の横移動ピッチｐとレーン数Ｎの算出ルー
チン（Ｓ１０２）のフローチャートである。

【図９】ロボット１の作業幅と作業の重なり領域を説明
するための平面図である。

【図１０】第２の実施の形態におけるロボット１の移動
経路の平面図である。

【図１１】第２の実施の形態におけるロボット１の作業
を説明するための平面図である。

【図１２】図１１のｆ地点でのロボット１の動作を説明
するための平面図である。

【図１３】第２の実施の形態における移動経路の変形例
を示す図である。

【図１４】従来のロボットが行なうジグザグ走行の例を
示す平面図である。

【図１５】ジグザグ走行における作業の重なり領域を説
明するための図である。

【符号の説明】

１ ロボット Ｙ 作業幅

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業領域内を移動する移動体の制御を行
   なう移動体の制御装置であって、 前記移動体が前記作業領域内の第１の領域の作業を行な
   った後、前記第１の領域と共通の領域をもつ第２の領域
   の作業を行なうように前記移動体を制御する制御手段を
   備え、 前記共通の領域において、前記移動体が最初に作業した
   時点から再度作業するまでの時間に基づいて、前記移動
   体の移動経路を決定することを特徴とした、移動体の制
   御装置。
2. 【請求項２】 前記移動体が前記第１の領域の作業を行
   なった後、前記第２の領域と接する前記第１の領域の周
   辺部分の作業を再度行なうことを特徴とした、請求項１
   に記載の移動体の制御装置。