JPS62254212A - 自走ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔意東上の利用分野〕 本発明は、無人ｊ７ｊｌｉ込車などの平ｉｆ１円を２次
元的に自律走行可能な自走ロボットに関する。

〔従来の技術〕

従来、たとえは、特開昭５８−１６６４０６号公報に開
示されるように、工場内の無人台車や倉庫内の無人フォ
ークリフトなど平面内を２次元的に自走走行するように
した自走ロボットが知られている。かかる自足ロボット
は、車輪の回転を検出するセンサとレートジャイロとが
設けられ、センサからのデータによって自走ロボットの
移動距離を検出し、レートジャイロからのデータによっ
て自走ロボットの方位角の変位を検出し、これら移動距
離と方位角の変位から自走ロボットの現在位置と方位角
とを求め、自走ロボットが所望の経路に沿って移動でき
るよりにしている。

ところで、レートジャイロには特性のバラツキがあり、
レートジャイロの検出データをそのまま用いたのでは、
この特性のバラツキが計測結果に入シ込み、自走ロボッ
トの現在位置や方位角の正確な計測ができない。このた
めに、上記特許公開公報に開示される自走ロホノトにお
いては、１つの作業をなして停止する毎に、レートジャ
イロからの検出データ（このように、自走ロボットが停
止しているときのレートジャイロの検出データを、以下
、零信号という）をオフセット値とし、自走ロボットが
走行中に得られるレートジャイロカラの快出データをこ
のオフセット値で補止するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

−万、レートジャイロは、電詠投人によって動作全開始
しても、直ちに動作が安定するのではなく、レートジャ
イロから得られる電圧信号は、電源が投入されると大き
く変動し１時間の経過とともに安定していく。このため
に、上記従来技術では、自走ロボットが停止していると
きに、レートジャイロの検出データをオフセット値とし
ても、電源投入後の該検出データの変動により、正確な
オフセット値が得られず、自走ロボットの計測される現
在位置や方位角に）！！差が生ずるという問題があった
。

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解決し、現
在位置や方位角の計測精度を筒めることができるように
した自走ロボットを提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

電源投入後のレートジャイロの検出データの変動の有無
を検出し、該検出データが安定した後に、該検出データ
をオフセット値とする。

〔作用〕

レートジャイロの検出データをこのオフセット値で補正
することによシ、自走ロボットの方位角の変化を正確に
表わすデータが得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって脱明する。

第１図は本発明による自走ロボットの一実施例を示すシ
ステムブロック図であって、１は中央制御装置、２Ｒ，
２Ｌは入出力回路、５Ｒ，ＳＬはＤ／Ａ変換回路、４Ｒ
，４Ｌはサーボ回路、５Ｒ。

５Ｌは走行用駆動モータ、６Ｒ，６Ｌはカサ歯車、７Ｒ
は右車輪、７Ｌは左車輪、８Ｒ，８Ｌはロータリエンコ
ーダ％　９Ｒ，９Ｌはパルスカウンタ、１０はレートジ
ャイロ、１１は増幅器、１２はＬＰＦ（ローパスフィル
タ）、１３はＡ／Ｄ変換回路、１４は発振回路、１５は
掃除機の塵芥吸込用モータ、１６は駆動ｔｇＪ路である
。

また、第２図は第１図に示したシステムを備える自走ロ
ボットの構造を示す斜視図であって、１７はロボット本
体、１８は制御回路部、１９はコントロールパネル、２
０はＸ源部、２１は集塵器、２２は吸込用モータ１５の
設を部、２３は吸込口、２４はキャスタであシ、第１図
に対応する部分には同一符号をつけている。

第１図および第２図において、ロボット本体１７には、
左側に左車輪７Ｌ１右側に右車輪７Ｒが設けられ、前方
にキャスタ２４が設けられておシ、左車輪７Ｌ、７Ｒは
夫々走行用駆動モータ５Ｌ。

５Ｒによって回転駆動される。また、ロボット本体１７
には、レートジャイロ１０．制御回路部１８、コントロ
ールパネル１９、電源［５２０や、集塵器２１、設置部
２２に設けられた吸込用モータ１５および吸込口からな
る自動掃除機などが塔載されている。制御回路１８には
、中央制御装置１．入出力回路２Ｒ，２Ｉ、、Ｄ／Ａ変
換回路３Ｒ，３Ｌ。

サーボ回路４Ｒ，４Ｌ、パルスカウンタ９Ｒ９９Ｌ１増
幅器１１．ＬＰＦＩ　２、Ａ／Ｄ変換回路１５、発掘回
路１４、駆動回路１６などの谷回路が収納されており、
ｌｌＬ源部２０からこれら（２）路に電源電圧が供給さ
れる。

中央制御装置１１は１発振回路１４からのクロックパル
スのタイミングで動作し、ロータリエンコーダ８Ｒ，８
Ｌ、　　レートジャイロ１０およびコントロールパネル
などから供給されるデータを処理し、また、図示しない
が、障害物検知手段からのデータにもとづいて走行判断
を行ない、走行用駆動モータ５Ｒ，５Ｌや吸込用モータ
１６を制御する。

かかる制御によってロボット本体１７は直進走行、ある
いは障害物などがあると、Ｕターンなどの進行方向の転
換を行なうが、直進走行の場合には、右車輪７Ｒ，左車
輪７Ｌが同一回転速度で回転するように、走行用駆動モ
ータ５Ｒ，５Ｌが回転制御され、また、進行方向の転換
の場合には、右車輪７Ｒと左車輪７Ｌとの回転速度が異
なるように、走行用ｌｌＡ！ｇモータ５Ｒ，５Ｉ、が制
御される〇エンコーダ８Ｒ，８Ｌは夫々右車輪７Ｒ１左
車輪７Ｌの回転速度に応じた繰シ返し周波数のパルスヲ
発生し、これらパルスはパルスカウンタ９Ｒ。

９Ｌによってカワントされる◎中央制御装置１は単位時
間を毎にこれらパルスカウンタ９Ｒ，９Ｌのカウント値
を取フ込み、まず、これらと右車輪７Ｒ，左車輪７Ｌの
半径などから単位時間を当シのロボット本体１７の走行
距離ｊＬ１を算出する。

レートジャイロ１０はロボット本体１７が進行方向を転
換すると、これを角速度を表わす振幅の電圧信号として
発生し、この電圧信号は、増幅器１１゜ＬＰＦ１２で処
理された後、Ａ／Ｄ変換回路１３でデジタル信号に変換
され、中央制御装置１に取シ込まれる。中央制御装置ｉ
ｔ１はこの角速度を表わすテークからロボット本体１７
の単位時間ｔでの進行方向転換による変位角Δθ１を算
出する０これら単位時間を当シの走行距離ΔＬｉｈ変位
角Δθ１が求まると、中央制御装置１はこれらからロボ
ット本体１７の現在位置を算出する。

現在位置が求まると、中央制御装置１は、図示しない障
害物検知手段からのテークによシ、ロボット本体１７に
対する障害物などの位置関係を判定し、ロボット本体１
７を直進走行、方向転換あるいは停止されるべきかを刊
足し、この判定結果にもとづいて走行用駆動モータ５Ｒ
，ＳＬを制御する。

次に、ロボット本体１７の位置および方位角を求める方
法について第５図により説明する０なお、ロボット本体
１７の位置とは、石単楢７Ｒと右車輪７Ｌとの中間点の
位置をいい、また、ロボット本体１７の方位角とは、基
準方向に対するロボット本体１７の向きをいう。

第３図はＸ−Ｙ座標で表わされる平面上をロボット本体
１７が移動する場合を示している。同図において、原点
０はロボット本体１７が最初に置かれた位置とし、そこ
から走行を開始したときに進む方向をＹ軸、これに垂直
な方向をＸ軸としており、このＹ軸の方向が先の基準方
向である。

いま、ある時刻に座標装置Ｇｉ−＋　（”ｉ−１＋　Ｙ
ｌ−１）にあるロボット本体１７が単位時間ｔで座標位
置Ｇ１（”ｉ　＋　Ｙｌ　）に達したとする。この場合
、微小な単位時間ｔをとると、一般に、その移動経路は
円弧状をなしている（直進走行の場合には、半径が無限
大の円の円弧である）。

そこで、上記の移動経路が０′を原点とする円弧をなし
、この間、石車１１７Ｒ，左車輪７Ｌは夫々距離ΔＬｒ
ｌ　　ΔＬｔ□だけ走行し、方位角はθ１−１から０１
に変化したものとする。この場合、これら方位角θ１−
１．θ１は夫々点０′を中心とし、座標位置Ｇ１−１１
０１を通る円のこれら座標位置Ｇｉ−＋　＊　Ｇｉの接
線方向でめるから、方位角υ１−１．υ１の差、すなわ
ち変位角は座標位置Ｇ１−１１Ｇｉ間の円弧をあおぐ点
０′の角度Δθ１に等しい。したがって、右車輪７Ｒと
左車輪７Ｌとの間隔をＷとすると、この場合の単位時間
ｔにおけるロボット本体１７の移動距離ΔＬ１と変位角
Δθ１は夫々次式で表わされる〇ここで、角度θは、反
時計方向を十とし、Δωは角速度である。そこで、座標
位置Ｇ１−１に達するまでの移動距離をＬｌ−１とする
と、座標位置Ｇ１ま゛での移動距離Ｌ１および座標位ｆ
ｉｔ　Ｇ　ｉでの方位角θ１は、次式で衣わされる。

Ｌｉ＝Ｌｉ−１＋ΔＬ、　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・　（３）θ１＝θ１−
１＋Δθ１　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（４）また、座標位ｒＩＬＧ１での
座標Ｘｉ＋Ｙｉは次式で表され上記の式において、単位
時間ｔにおける左車輪７Ｌと右車輪７Ｒの移動距離’　
Ｌｔｉ　＊ΔＬｒｉは、ロータリエンコーダ８Ｌ、８Ｒ
からのパルスをカウントするパルスカウンタ９Ｌ、９Ｒ
のカランＸＫと単輪径とによシ求まる。また、角速度Δ
ωはレートジャイロ１０からのデータによシ求まる。

なお、ロボット本体１７の位置の初期値（Ｘｏ＊Ｙｏ）
は、Ｘ−Ｙ座標系の（０，０）である原点０に設定して
もよいが、また、ユーザがコントロールパネル１９から
入力した適当な値であってもよいＯ 次に、中央制御装置１でのレートジャイロ１０からのデ
ータの読み込み方法について第４図を用いて説明する。

なお、第４図において、（ａ）はレートジャイロ１０の
特性因でろって、縦軸が電圧。

横軸が時間である。（Ｃ）は発振器１４からのクロック
パルスを表わし、（Ｃ）はこのクロックパルスを分局し
て得たパルスを表わしている。

ジャイロ１０からのデータの読み込みタイミングは第４
１１（ｂ）に示すクロックパルスによって行なう。デー
タを読み込む周期ｌｔを数ｍ５ｅｃ、例えば２ｍ５ｅａ
（周波数５００Ｈｚ）　　ぐらいにとると、ロボット本
体１７を走行時の変動の周波数は数々であシ、上記周波
数よシかなシ小さいために、計測誤差は無視できる。

また、　２ｍ５ｅｃ毎に取勺込んだレートジャイロ１０
からの急速度信号のデータ値は、操舵などに用いるには
小さいため、数１０　ｍ５ｅｃ毎のデータ値を用いる０
したがって１時間Δを毎の角速度データを複数個数（ｎ
個〕取シ込んで角速度データの平均値を求める。すなわ
ち、角速度信号をｆｆ１（Ｘ）とすると、上記（２）弐
における角速度のデータΔωは次式で表わされる。

ここで、例えばｎ＝１６とすると、ノｔ＝　２　ｍ５ｅ
ｃとした時、ｔ＝ｅ５２ｍｓｅｃとなる。この時の角速
度値であれば操舵するのに不都合はない。そして、式（
２）　、　（４）に示したように、方位角θは、角速度
データΔωに時間ｔを乗じて累積して求める。

さて、第１図に戻って、レートジャイロ１０は、走行用
駆動モータ５Ｒ，ＳＬ、掃除機用の吸込用モータ１５な
どによる撮動や外気温の影響を受は易い。したがって、
振動の影響を除去するため。

ＬＰＦ’１２を設けるとともに、レートジャイロ１０を
防振装置に設置し、また、外気温による影響をなくすた
め、恒温室内に設置する。これによシ。

レートジャイロ１０はかなシ高精度の計測が可能となる
。

ところで、レートジャイロ１０は、電源を投入してから
方位角が零を表わす出力信号、すなわち零信号が安定す
るまで、ある程度時間ｔ−要する。

その様子を第５図に示す。なお、四回において、横軸は
時間を、縦軸は電圧を夫々表わしている。

レートジャイロには特性のバラツキがあるために、方位
角を計測する場合、このバラツキ量を予じめ検出してお
く必要がある。しかも、このバラツキ量は正確に検出さ
れなければならず、このために、電源投入後、レートジ
ャイロ１０からの零信号を安定した状態で使用しなけれ
ば方位角計測に大きな誤差が生ずる。

そこで、零信号が安定したか否かを次のようにしてチェ
ックする０すなわち、第５図において、ある時間毎にレ
ートジャイロ１０から零信号を読み込み、これら読み込
んだ零信号値に変化があるか否かを判定する。このため
に、まず１時刻ｔｏにおけるレートジャイロ１０からの
零信号値を計測し、次に、時刻ｔ、における零信号値を
計測してそれらの差を求め、この差がある範囲内であれ
ば安定したとみなし、範囲外であれば安定していないと
みなして次の時刻ｔ２における零信号値を計測し、時刻
ｔ、における零信号値との差を求め、上記のチェックを
行な９゜計測時間は例えば５秒おきぐらいとする。

レートジャイロ１０からの零信号が安定したら、基準と
するオフセット値をこの零信号から求める。

オフセット値を求める一具体例を次に説明するＯオフセ
ット値は、通常自走ロボットが停止して他の機能が動作
していない状態で求めるＯしかし、例えば、ｗＪ１図に
示したように、ロボット本体１７に掃除機が塔載されて
いる場合、前述したように、ＬＰＦｌ　２や防振装置を
設けても、わずかであるが、吸込用モータ１５等の振動
がレートジャイロ１０の零信号に重畳石れて出刃される
。したがって、オフセット値は、ロボット本体１７が停
止し、かつ掃除機等を動作させた状態で求める。

例えは、レートジャイロ１０として振動形のジャイロを
用い、加振台に同定して垂直方向に周波数２６０Ｈｚ、
加速度α５Ｇの振ｉ４！ｌｔ−与えたときオフセット値
と、加振しない場合のオフセット値を基に、加振した場
合のレートジャイロ１０からの出力信号から方位角を求
め、さらに、約５０秒経過した時のそれぞれの万位角を
求めたところ、レートジャイロ１０を加振台で上記のよ
うに加振したときに得られるオフセット値を用いた場合
は、得られる方位角θはＣＬ２°であシ、加振しないと
きに得られるオフセット値を用いた場合は方位角θが一
４３°であった。実際、レートジャイロ１０には回転信
号を与えていないため、上記の方位角は振動による１差
である。また、上記の加振条件は、吸込用モータ１５に
よる振動を基にしたものである。

振動加速度を同じとし、振動周波数を１０．５０゜１０
０にと変化させても上記とほぼ同じ結果であったＯ また、上記の条件でレートジャイロ１０を回転させた場
合、振動時のオフセット値を用いる万が角度誤差は小さ
いことがわかる。

第６図は第１図における中央制御装に１の動作を示すフ
ローチャートである。

四重において、電源を投入すると、まず、レートジャイ
ロ１０からの零信号を読み込み（ステップＡ　）　％　
　この零信号が安定したか否かをチェックする（ステッ
プＢ）。このステップＡ、　　Ｂは零信号が安定するま
で繰り返されたが、これは、先に説明したように、レー
トジャイロ１０からの零信号を周期的に読み込み、Ｒ冷
込まれた前後の零信号の差が所定の範囲内にあるか否か
を判定するものである。

零信号が安定すると２次に、吸込用モータ１５を起動し
て掃除機を動作嘔せ（ステップＣ）、これによってロボ
ット本体１７が振動した状態でレートジャイロ１０から
の零信号を読み込み、オフセット値を求める（ステップ
Ｄ）。その後、駆動用モータ５Ｒ，ＳＬを起動させてロ
ボット本体１７を走行開始させる（ステップＥ）。

その後、ロボット本体１７０走行とともに、発掘回路１
４からのクロックパルスを基準とし、単位時間ｔ＠にロ
ータリエンコーダ８Ｒ，８Ｌのデータを読み込む（ステ
ップＦ）とともに、クロックパルスの周期Δを毎にレー
トジャイロ１０からのデータを読み込み（ステップＧ）
、第４図で説明したように、レートジャイロ１０から順
次読み込まれたデータを単位時間を毎に平均化し、かつ
、平均化して得られたデータをオフセット値で補正した
後、ロボット本体１７の位［座標、方位角とを求める（
ステップＨ）。

そして、障害物検出手段からのデータなどにもとついて
ロボット本体１７を走行させ続けるか否かを判定しくス
テップＩ）１走行続行の場合には、ステップＦ〜工の一
連の処理を繰シ返し行ない、走行不能あるいは走行させ
る必要がなくなると、ロボット本体１７０走行を停止さ
せて一連の動作を終える。

以上１本発明の一実施例を説明したが、本発明はかかる
実施例のみに限定されるものではない。

たとえば、上記実施例では、ロボット本体に掃除機を塔
載しているが、血装機などの他の作業機を塔載しても同
様である。また、たとえば、運搬車などのように、モー
タなどの振動を生ずる機器を塔載しない場合でもよく、
この場合には、第６図におけるステップＣを省くことが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、方位角計測のた
めのオフセット値を高い精度で求めることができ、ロボ
ット本体の位Ｉｋ、方位角の計測精度が大幅に同上する
という優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

褐１図は本発明による自走ロボットの一実施例を示すン
ステムフロック図、第２図は自走ロボツトの構成を示す
全体斜視図、第３図はロボット本体の位置および方位角
を求める一方法を示す説明図、第４図は第１図における
中央制御装置でのレートジャイロのデータ読み込み方法
を示すタイミングＥｓ　ｍｓ図は第１図におけるレート
ジャイロからの零信号のｔ源投入後の変化を示す説明図
、第６図は第１図における中央制御回路の動作を示すフ
ローチャートである。 １・・・中央側ｎ装置、ＳＲ，ＳＬ・・・駆動モータ、
７Ｒ・・・右車輪、７Ｌ・・・左車輪、８Ｒ，８Ｌ・・
・ロークリエンコーダ、１０・°・レートジャイロ、１
５・・・掃除機の吸込用上−タ、１７・・・ロボット本
体。 第４０ 見３０ エ 一一一→　電氏 篤　６　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボット本体の両側に設けられた車輪の回転を検知
   するロータリエンコーダの検出データと、該ロボット本
   体に載置されたレートジャイロの検出データとから該ロ
   ボット本体の位置および方位角を得、平面内を２次元的
   に自律走行可能とした自走ロボットにおいて、電源投入
   後の前記レートジャイロからの検出データが安定したか
   否かを判定する第１の手段と、該第１の手段によって該
   検出データが安定したと判定されたときに該検出データ
   を読み込んでオフセット値とする第２の手段と、前記レ
   ートジャイロの検出データを該オフセット値で補正する
   第３の手段とを設けたことを特徴とする自走ロボット。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記ロボット本体
   には振動を生ずる所望の機器が塔載されており、前記第
   １の手段は該機器の起動前に判定を完了し、前記第２の
   手段は該機器が起動した後に前記オフセット値を得るこ
   とを特徴とする自走ロボット。