JPS62285112A - 移動体の走行制御装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、左右独立に外界に対して作用して移動する駆
動機構を持つ移動体の走行制御装置に係り、特に自律移
動を行うロボットの計画走行を実現するのに好適な移動
体の直進進路を補正する走行制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、左右に独立に駆動輪を持つ移動体の走行制御にお
いて、左右個別の駆動軸の移動距離の検出情報は、例え
ば特開昭５２−２７５１号公報、特開昭５１−４６９７
１号公報、特開昭５１−５３８７０号公報に記載のよう
に、移動体の径路記録に用いられている。

また同様な機構を持つ移動体の走行制御としては、特開
昭５７−４８１１０号公報に記載のように、新たにジャ
イロ等の方位角検出手段を必要とした制御が行われてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術では、移動体の進行方向の制御には、左
右の駆動輪を回転させるアクチュエータのサーボアンプ
に与える速度指令値を変化させることで行われていたが
、実際には、移動体の進行方向を検出してフィードバッ
クする系が組まれていないため、速度制御装置や駆動機
構等の特性。

応答の違いにより移動体は走行前にあらかじめ計画した
走行径路からずれを生じてしまい、数メートル以上前れ
た地点へ正確に自律的に移動することは難しく、どうし
ても外部環境に対して補助誘導設備を設置するか、移動
体の向きを検出するために新たに他のセンサを搭載しな
ければならず、補助誘導設備設置の手数と移動域の限定
又は他センサ搭載による重量増、消費電力増、処理の複
雑化高価格化という問題点があった。

本発明の目的は、外部環境に特別な設備を用意すること
なく、かつ移動体には、ジカイロ、磁気コンパス等の特
別な方位検出用のセンサ類を搭載することなく、従来通
りの速度９位置のサーボ系に必要な構成要素の利用だけ
によって、あらかじめ計画した径路上をより正確に、外
部の光、１１１気磁気的な外乱に対しても信頼性の高い
移動を行う軽量、簡易処理、安価な条件を満足する制御
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の前記の目的は、従来から移動体の移動距離の情
報を得るために左右の両車軸に個別に取り付けられてい
た車軸の回転！積算センサの情報を次のように利用する
ことで達成される６つまり。

あらかじめ計画した直線径路上を移動体が正確に走行し
た場合に左右の車輪口＠量積算センサから出力されるは
ずの２つの積算量が常に等しいというきまりを考慮して
、実走行時に得られた２つのセンサ情報の差を計算する
ことにより本来のきまりの値からのずれ量が分る。この
ずれ量と移動体の方向変化との関係を考慮して、左右の
車軸のその時の計画指令速度に補正速度の分を加減して
、アンプに加わる速度指令値を変化させ方向フィードバ
ック系を構成する。

〔作用〕

移動体が、計画した直線径路上を正確に走行している場
合には、左右の駆動軸に取り付けられた車軸回転量積算
センサの出力値である右車輪回転量積算値ＥＲと左車輪
回転量積算値Ｅしの間には、ＥＲ＝ＥＬの関係がある。

しかし、実際の走行においては、外乱、サーボ系の特性
のちがい等により、常にＥＲ−Ｅｔ、＝ＯとはならずＥ
Ｒ−ＥＬ　＝εのｉのずれが生じる。このＥに対して適
当な方向フィードバックを行い、左右の駆動軸の速度を
制御することで、移動体の方向を目標の計画した径路上
に保つことができる。

〔実施例〕

以乍、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図および第３図は、本発明を適用した自律移動体の
概略図を示すものである。これらの図において、移動体
は、左右主動輪１０Ｌ、ＩＯＲと左右従動輪２１Ｌ、２
１Ｈにかけられた左右履体２０Ｌ、２ＯＲと、モータ、
減速器、各種センサ等を含む駆動機構と、第２図に示さ
れる電池。

ＤＣ−ＤＣコンバータ等からなる電源装置１７とエンコ
ーダ、タコジェネレータ等のセンサ信号処理回路１８と
サーボモータ用のアンプとコントローラ１６と制御信号
発生装置１（例えばマイクロコンピュータ）から構成さ
れる。電源装置１７からは、電池の電圧をＤＣ−ＤＣコ
ンバータを通して、制御信号発生装置１、アンプとサー
ボコントローラ１６、センサ信号処理回路１８、左右主
動輪駆動モータ６Ｌ、６Ｒ１左右エンコーダ１１Ｌ。

１１Ｒ１左右タコジエネレータ７Ｌ、７Ｒへとそれぞれ
の機器に合った電圧に変換されて送られる。

制御信号発生装置１をマイクロコンピュータで構成した
場合には、エンコーダＩＩＬ、ＩＩＲ。

タコジェネレータ７Ｌ、７Ｒの情報が入力され。

制御信号発生装置１内のメモリ内のデータとプログラム
により処理が行われて、左右の主動輪駆動モータ６Ｌ、
６Ｒを動かすためのサーボモータ用のアンプとコントロ
ーラ１６に速度指令値を出力する。

この速度指令値に従って、左右のサーボアンプ５Ｌ、５
Ｒにより左右の主動輪駆動モータ６Ｌ。

６Ｒが駆動されて、最終的に左右のＪ［１ｔ？ｆ２０ｒ
、。

２０Ｒが回転することで移動が実行される。

前述した左右（７）Ｊ［１？ｆＦ　２　ＯＬ　、　２　
ＯＲハ、第３図に示すようにそにぞれ独立に駆動する左
右主動軸駆動モータ６Ｌ、６Ｒによって駆動される。布
層’ＪｆＦ　２　ＯＲの駆動に関しては、右主動軸駆動
モータ６Ｒの出力が右減速機９Ｒに入力され減速した後
、右主動輪１０Ｒおよび右チェーン歯車２４ＲＦによっ
て右後輪の左従動輪２１Ｒに付けられたチェーン歯車２
４ＲＲに伝わり左従動輪２１Ｒを回転させるゆ 同径、同回転数で回転する右主動輪１０Ｒと左従動輪２
１Ｒの回転は各車軸の円周に付けられたスプロケット形
状とＪｉｌ？ｆ２ＯＲ，２０Ｌの内側に付けられた周期
的凹凸によって、スプロケットとタイミングベルトの関
係として伝達される。このようにして伝達された布層？
ｊＦ２ＯＲの回転力は、移動体の重心を中心として、履
帯の移動力の作用点と重心との距離を半径として、移動
体を左方向に回転前進または、右方向に回転後退させる
力を発生させる。

一方、左履？ｊＦ２ＯＬの駆動系に関しては、左主動輪
駆動モータ６Ｌの駆動力が、はぼ右駆動系と同様の系で
伝達されるが、モータ配置の関係上、後輪を右主動輪１
０Ｌとし、前輪を左従動輪１１Ｌとしている。左履帯２
ＯＬに伝わった駆動力は。

左履帯２ＯＬの床に対する作用点と移動体の重心を結ぶ
線を半径としてその円周の接線方向に移動力を発生して
、移動体を右方向に回転前進または、左方向に回転後退
させる力を発生させる。

各主動輪駆動モータ６Ｌ、６Ｒの回転速度はモータ軸に
付けられた左右タコジェネレータ７Ｌ。

７Ｒにより電圧に変換された後サーボモータ用のアンプ
とコントローラ１６に入力され速度サーボがかけられる
。また各従動輪２１Ｌ、２１Ｈの軸に付けられたエンコ
ーダＩＩＬ、ＩＩＲは、各従動輪２１Ｌ、２１Ｒの回転
数をパルス出力する。

このパルスは第２図のセンサ信号処理回路１８に入力さ
れ第１図１２Ｌ、１２Ｒのカウンタにより積算された後
、左右系別に制御信号発生装置１に入力される。

第１図は本発明の制御装置の制御ブロック回路の一例を
示す、この制御系の動作は、まず、ごく単機能な計算機
の代用としての制御信号発生装置１から移動体の速度指
令に対応した指令電圧Ｖ　ｒ　ｅ□が出力される。最も
単機能な制御信号発生装置としては、０ボルトとＶｒｅ
ｃ”一定の切換のできるスイッチが考えられる。この場
合、目的が移動体を直進させることであるため、指令電
圧Ｖｒｅ□は左右モータ系へ同じ値が出力される。

右モータ系へ入力された指令電圧Ｖ　ｒ　ｅ　ｉは減算
器２に入り、方向フィードバック増幅器１５の出力ＶＦ
Ｒを減算、つまりＶｒａｔ　−ｖＦｎ＝　Ｖｏｒａ＊＊
として出力する。この信号は、再び減算器４Ｒに入り、
速度フィードバック増幅器８Ｒの出力Ｖｅｓ＃、Ｒを減
算、つまりＶ　ｏ　ｒ　ｄｌｌ　ＲＶ　ｅ　＊　、　Ｒ
を出力する。この信号は、速度前向き増幅器５Ｒにより
増幅されて出力されて主動輪駆動モータ６Ｒが回転する
。

この主動輪駆動モータ６Ｒの回転速度は、タコジェネレ
ータ７Ｒにより検出させ速度フィードバック増幅器８Ｒ
で適当な大きさに増幅されて、減立器４Ｒを通して主動
輪駆動モータ６Ｒの回転数を制御する。

一方、モータ軸の回転力は減速器９Ｒを通して減速され
、左主動輪１０Ｒを回転させる。この左主動輪１０Ｒの
回転は前述のように、チェーン２３により右従動輪２１
Ｒに伝達され、右駆動翰１０Ｒと右従動軸２１Ｒから右
Ｍ帯２０Ｒへ伝わり移動体を移動させる。この右履帯２
ＯＲの移動量を右エンコーダＩＩＲによって検出する。

右エンコーダからは、モータ軸の前後方向回転角度に対
応したパルス列が出力され、これを移動体が始動する前
にリセットした積算形カウンタ１２Ｈに入力しパルス列
からモータの回転方向を判断してカウントアツプあるい
はカウントダウンするようにする。このようにして、カ
ウンタ１２Ｒからはその時刻までに右駆動系が回転した
量が検出される。

左モータ系には、右モータ系と同様に制御信号発生装置
から出力された指令電圧Ｖ　ｒ　ｅ　ｔは、右モータ系
とは異なり、加算器３に入力され、方向フィードバック
増幅器１５の出力ＶＦＲを加算、つまりＶｒｅｔ　＋　
ＶＦＲ＝Ｖｏｒａルとして出力される。この違いは次に
説明する方向フィードバック系の入力と関連する。この
加算器３から出力されたＶ　Ｏｒ　４　ｍしは右モータ
系と同様の速度フィードバック系７Ｌ、８Ｌ、４Ｌ、５
Ｌを通って左主動駆動モータへと伝わり、移動体の主層
？ｆＦ　２　ＯＬを作用点として移動体重心を中心とし
て、両点を結ぶ線分を半径とする円の円周の接線方向に
移動体を移動させる力を発生する。

このとき左履帯２ＯＬの移動量と対応する左主動輪１０
Ｌの回転量は左エンコーダ１１Ｌによって検出する。左
エンコーダ１１Ｌ、左積算カウンタ１２Ｌも右側の系と
同様の動作を行い左主動輪１０Ｌの回転した量が検出さ
れる。

次に本発明の主要動作を行う方向フィードバック系の動
作を説明する。

右積算カウンタ１２Ｒの出力ＥＲと左積算カウンタ１２
Ｌの出力Ｅｔ、の両出力は、減算器１３に入力され、こ
の減算器１３内では、ＥＲ−Ｅｔ、　＝ｉｎ１ｇの計算
をデジタル信号のまま処理する。出力ッεＤ１１１ハ、
左右（７）Ｊ！ｌＦ２０Ｌ、２ＯＲ＜７１移動量の差で
ありエンコーダＩＩＲ，ＩＩＬの出力パルス数の差で表
わされる。このようにして得られた１Ｄｔｚの信号値を
デジタル／アナログ変換器１４により符号をも考慮に入
れて電圧値εに変換する。この方向偏差を示す電圧値ε
に対して適当なフィードバックゲインＫｌを方向フィー
ドバック増幅器１５によって掛けて出力ＶＦＲとして出
力する、この出力ＶＦＲを右モータ系では、減算器２に
、左モータ系では加算器３に入力して、移動体の進行方
向を直進方向に保つようにフィードバックする。

ここで、左右のエンコーダ出力の積算値の差が移動体の
向きの情報と一対一に対応していることを以下説明する
。

第４図において、時刻Ｔｏにおいて移動体の重心位置が
Ａ点にあり、６１秒後の時刻ＴＩにＢ点に移動したとす
る。このとき、移動体中心から左右の履帯の中心までの
距離をそれぞれωとすると、左右それぞれの履帯の回転
量は、左Ｍ帯の回転量をＱＬ、右Ｒ帯の回転量をＱｎと
して Ｑ＊＝（ｒ−ω）θ　　　　　　　・・・・・・（１）
Ｑｂ　＝　（ｒ＋ω）θ　　　　　　　・・・・・・（
２）で表わされる。ただしここでθは旋回中心を０とし
た時のＺＡＯＢのなす角を示す。微小時間の方向ずれは
、その間の左右の履帯の進行距離が異なることにより生
ずるが、この微小時間を、左右それぞれの履帯の速度の
時間変化が無視できるように設定すれば、その軌跡は、
左右の履帯の速度比によって決まり、この速度比により
回転半径ｒが決まる。ここで微小時間６７秒間の左右の
履帯の回転速度がそれぞれＶ　１　（右）　、　Ｖ２（
左）とする。

このとき第１図の減算器１３で作ったＥＲＥＬに相当す
る値は、第４図でＱＲ−Ωしである。この値は式（１）
、（２）から ＱＲＱＬ＝０（ｒ−ω）−θ（ｒ＋ｃ、＋）　　・・・
（３）０について整理すると となり移動体の向きの変化θは、式（４）右辺の分母２
ωが一定値なので−（ＱＲ−ＱＬ）　に比例する。もし
移動体が長距離を移動した場合各ΔＴ秒間のθが累積し
た結果が最終的な移動体の向きとなる。ここで、始動か
らｎ番目の微小時間へＴＩｌの間の向き変化をθ、であ
られし、移動開始時Ｔ。

に００の向きで移動体が始動したとすれば、ある時間た
った後時刻ＴＥにおける移動体の向きθＥは、 θＥ＝００＋Σ　θｔ　（ただしＴＥ＝Ｔｏ＋ｎΔＴ）
ｉ＝１ ・・・・・・（５） で表わされる。これを（４）式に代入するとＣ１ｉ”１ それぞれのＪｉｌ？ｆの回転量をエンコーダによって計
測し、積算した値に対応する。

る、よってＥＲ−ＥＬが０に保たれていれば式（７）に
おいて、右辺第２項が０となりθＢ二〇〇の初期の移動
体の向きが保たれることになる。

このことを利用して、第３図に示す方向フィードバック
増幅器１５によって偏差Ｅに応じたフィードバック量Ｖ
ＦＲをフィードバックする１例えば。

ＥＲ−ＥＬ＝ＥＤｌ＆≧０　の値が生じた場合には、Ｖ
ＦＲ＝ｔ　Ｋｇ≧０となる。コノ場合ＥＲ；ｉ！ＥＬで
あり、右の履帯が左の履帯より先に進んでいるので、右
側の系の速度指令値は出力Ｖ　ｒｅｚよりＶＦＲを減算
し、左側の系の速度指令値は出力Ｖ　ｒ　ｅ　ｘにＶＦ
Ｒを加算するようにフィードバックを行う、逆に左側の
系が先行した場合にはＶＦｅ＜Ｏとなるため減算器２で
はＶ　ｒ　ｅ　ｔ　＋　Ｖ　ｖｖｓが行われ、加算器３
ではＶｒｅｔ　−Ｖｒａが行われて進路補正が実行され
る。

しかし、この手法では、進行方向に対して、横方向のず
れに対しては補正が行えず、第１０図および第１１図に
示すように横にずれた軌跡を描くことになる。この場合
、いかに横ずれを小さくするかが問題となる。この解決
策とｑて、第３図に示す方向フィードバック増幅器１５
の増幅率を適当に選ぶことにより、オーバーシュートに
よる特性を利用してもつ゛とも直進性のよい増幅率に調
整することが可能である。つまりサーボ系の速応性を重
視して、オーバーシュートによる大きな方向修正により
、もとの直線にもどるようにすることで横方向にずれを
極力小さくすることが可能となる。第９図で、方向フィ
ードバックの増幅率が大きな場合をａ、小さな場合をｂ
とした時の偏差Ｅの時間的な変化を示す、増幅率の大き
なａの場合の移動体の軌跡を第１０図に示し、増幅率の
小さなりの場合の移動体の軌跡を第１１図に示す、この
第１０図ではＳ、からＰｚａまで進行した後、方向ずれ
が生じてＰｚａまでずれ、そのずれに対して方向フィー
ドバックがかかりＰｘｈ〜Ｐａａまでで補正が終了した
時の軌跡を示し、この場合Ｐｚａ〜Ｐ３□まで多少のふ
らつきが生じるものの最終的な横ずれ量ｄ＆は小さくお
さえられている。しかし第１１図では、同様にＰＺｂか
ら補正動作が始まってもその補正の終了がＰ８ｂまで致
ってしまい、横ずれ量ｄ、、も大きくなってしまう。

上に述べたように横ずれを少くするためには。

偏差εに対して速い対応が必要であり、それには主動軸
駆動用モータの加減速特性も影響する。第３図に示すよ
うに、両方のモータ系に符号を変えた方向フィードバッ
ク量ＶＦＲを同時に加えることの効果を以下第５図〜第
７図を使って説明する。

第５図に示すような、ある大きさの方向偏差εがステッ
プ状にこの系に入力したとする。これに対して、第３図
に示す制御系は、第６図に示すように、右側の系には減
速指令値Ｖ　ｏ　ｒ　Ｒが、左側の系には増速指令値Ｖ
ｏルが出力されその指令値に対して少しの遅れを共なっ
て、実際には、ＶｐｗＲ＋Ｖ　Ｅｗシのようなモータの
回転速度の変化が得られる。これに対して、もし片側だ
けのモータに方向フィードバックを加えるとすると、第
６図のＶＯ５ＬＩＶｏｇＲのような速度指令値を発生さ
せる必要がある。つまり方向を同程度に修正するために
はＶＬ／ＶＲの値が同じになることが修正の旋回半径を
同じにすることになるため、右側の系では、指令値を変
化させずＶ　ｏ　Ｓ　Ｒとし左側は第６図に示すように
ＶＯ３Ｌとすることになる。この時各値の関係を式で表
すと、 となる、この場合、駆動系の加速性能の限界からＶＥＳ
ＬがＶｏｓＬに達するまでの応答おくれｔａ　　ｔｓは
ＶＥＩＬがＶｏｒＬ　、　ＶＥＩＩＲがＶ　ｏ　ｒ　Ｒ
に達するまでの応答おくれｔｘ　　ｔ、ｓよりも長くな
ってしまい、すなわち修正が遅れて横方向のずれが大き
くなる。

第７図には、第６図に示した実速度Ｖｌ！ＳＬ　＋Ｖｐ
ｓＲ，ＶＩＩＬ　、　ＶＩ：ｌｌＲ（７）変化が起きた
時の左右の履帯の速度比ＶＬ／ＶＲを示している０両方
のモータ系にフィードバックをかけた第３図のような系
ではＶＥＷＬ／　ＶＥＩＩＲが実線のように変化し、時
間おくれがｔｚ　　ｔｚと比較的小さい、しかし片側だ
けにフィードバックした場合は第６図のＶ　ｅｓｂの時
間おくれｔｔｓ　　ｔｔの部分がそのまま第７図にあら
れれてＶＬ／ＶＲの値が定常になるまで時間がかかり、
その分、方向修正の動作が遅れ横方向への進路ずれが大
きくなってしまう、第３図のように両方のモータ系にフ
ィードバックすることで、第８図に示すＳＷのように片
側だけのフィードバックの時の偏差の時間経過Ｓｓより
も補正動作の応答を早めて横方向へのずれを防止する効
果がある。

第３図に示す制御ブロック図の各構成要素は、従来移動
体を制御するために用いられていた速度フィードバック
系と位置エンコーダによる速度。

位置制御系にそなえられている要素に、減算器１３、Ｄ
／Ａ変換器１４、方向フィードバック増幅器１５と減算
器２、加算器３を加えて結線するだけで構成することが
でき、それにより移動体の方向を制御することが可能と
なる。方向を制御するために、新たにジカイロや磁気方
位センサ等を搭載して、複雑な処理系を必要とする制御
系とは異なり、単純な構成で、安価、設置が簡単で小型
軽量で安定性の良い方向制御系を提供することができる
。

また本発明の方向制御装置の精度は、左右の履帯間の距
離を広くとればとるほど方向の分解能は上昇する。つま
り検出角θは でありθの精度がωに反比例することから分る。

又もう一つの手段として、エンコーダの分解能を大きく
することで方向の分解能を上げることもでき、他の方向
センサと比べても分解能を上げることが比較的系である
特徴を持つ、つまり走行距離計測のエンコーダと方向検
出のエンコーダを２つ使ったり高分解能の信号を分周し
て両方の情報に分けて利用することが可能である。左右
履帯間の幅ωに関しても、主動輪で進行距離を検出する
のではなく、車体の最も外側に補助軸等を取り付けてＥ
Ｒ＋　ＥＬを検出する手段をもうければ、（９）式のω
の値を大きく取れ、検出角の分解能を上げることができ
る。

第１２図に第３図で示した制御系をマイクロコンピュー
タ４１とソフトウェアと使って構成した場合の実施例を
示す。第３図に示す例との異いは、速度指令値の出力が
マイクロコンピュータ４１のメモリ３２内のプログラム
により演算装置３１内で計算され、デジタル／アナログ
変換器３３Ｌ。

３３Ｒを通って各モータの速度制御系に速度指令値が電
圧値として伝達される点と、左右の履帯の回転量を積算
したカウンタの値が左右の積算カウンタ１２Ｌ、１２Ｒ
からコンピュータのパラレル入力ポートに入り、コンピ
ュータ内でデジタル値のまま取扱われ、演算装置３１内
で方向フィードバック増幅のための計算が行われる点で
ある。第１２図の制御ブロック図の構成において、マイ
クロコンピュータ４１内で処理されるソフトウェアの流
れ図の一例を第１３図に示す。

この第１３図に沿ってソフトウェア制御の流れを説明す
る。まず始動の前に各積算カウンタ１２Ｌ、１２Ｒの値
を器にクリア（５１）Ｌ、て、始動のための速度指命値
を各モータに出力（５２）する。この速度指令値は、移
動体の位置や始動後の時間経過等に対して、パターンを
持つようにプログラムされている。例えば、移動体の位
置に対して第１４図に示すような速度パターンをプログ
ラムとして持ち、現在位置をもとに対応する速度指令値
を出力する。移動が始まった後は左右各エンコーダのカ
ウント値を入力しく５３）方向偏差を計算（５４）する
、この偏差に方向フィードバック増幅率に１を掛けて（
５５）フィードバック量ＶＦＲを計算しその符号の判別
（５６）結果によりフィードバック量の符号を変換（５
６）Ｉ、て左右の基本速度指令値Ｖ　ｒ　ｅ　ｔにフィ
ードバック量を加え（５８）（５９）　、Ｄ／Ａポート
を通してその値を出力（６０）する。各サンプル時刻に
おける移動積算値を計算しく６１）現在地と目標地を比
較して（６２）目標地に達するまで速度指令値を出力す
る（５２）から現在地計算（６１）までの処理をくりか
えす、目標地に達したら、速度指令値出力を０にして停
止（６３）する。

このようにソフトウェアにより制御を行うことにより、
方向フィードバック量と方向偏差の関係を線型以外にす
ることも可能となり、モータの特性に合せた方向フィー
ドバックを可能にできる。

、第１６図に第３図の変形例として、片側のモータ系に
のみ方向フィードバックを行う例を示す。

この場合には、右側のモータ系にのみフィードバックを
かけている。この時には右側のモータは、左側のモータ
の回転数の変化に追従するような。

一種のマスタスレーブ的な動作をすることが可能となる
。しかし左側のモータがモータ回転の高速限度近くで動
作する場合には、右モータの加速側の追従が遅れる可能
性がある。

第１７図には第３図で方向フィードバック増幅器を出た
フィードバック量は、左右の系の減算器２、加算器３に
直結されていたが、この変形例では、その間に切換器を
入れて、各情報に従って、方向フィードバック量の径路
を変化させる場合を示す。

この切換器の動作の例として、各条件に従った動作法の
例を第１表に示す。

なおこの切換器はＳＷＩとＳＷ２をどちらも同時にＯＮ
にもできるものとする。

加速修正型は、方向フィードバック量ＶＦＲの符号によ
り対応するスイッチＳＷＩ又はＳＷ２を閉じて遅れた側
のモータを加速するように修正する方式、この方式では
負荷が加わっても常に計画した速度を守る方向に制御す
るため目標速度を保ち時刻と位置の関係を計画に近い形
で実行する効果がある。

減速修正型は、ＶＦＲの符号を判別して、進んでいる方
のモータを減速させるように減速指令値が通るようにス
イッチして制御する方式。この方式では、常に減速側に
働くため強い外乱の負荷と対してもモータの焼付やその
負荷が無くなった時ぼう走するようなことがなく常に安
全側の制御ができる。

加速・減速切換型は、移動体の移動速度の中間値をＶ□
４としてその値より現在の速度が高い場合には、上記の
減速型を選択し、現在の速度が低い場合には、加速修正
型に切り換えて、修正側に指令値と実速度との差である
偏差を大きくとれるようにフィードバック系を切り換え
る方式である。

この方式は前記二つの形の効果を使い分けることができ
る。

片側フィードバック型は、指令値の大きさ、方向フィー
ドバック量の符号に関係なく、常に左または右側だけに
方向フィードバック量をフィードバックするマスタスレ
ーブ型的な方向制御方式。

第１表の最下段は、第１７図のＳＷＩ、ＳＷ２をどちら
も閉じた型のフィードバック系で、これが第３図に示す
実施例のフィードバック系と一致する。

第１５図は、移動体が始動する時に、本発明の実施例を
使わずに左右独立の速度フィードバックだけの場合に、
左右の系のバラツキ、例えば、路面の静摩擦、傾斜、凹
凸やモータめ応答、アンプのゲインのｌ！Ｉｔｍのずれ
などから生じる、左右の履帯始動の時間的なずれから起
きた時に生じる初期の方向ずれに対して、本発明が有効
にそのずれを補正する制御値のタイムチャートを示す。

速度指命値Ｖ　ｒａｔが、左右のモータ系に出力された
時、従来の左右独立の速度フィードバック系だけだと、
上記各要因により、第１５図における（ｂ）、（ｃ）の
実線で示すようなモータの出力になってしまう、始動直
後に起きる左右履帯の動作ずれは、その後移動体が進行
するに従って横方向の位置ずれが積算され、特に通路等
を進行する際には、すぐ壁との接触が生じることになり
不都合である。第１５図の（ｂ）、（Ｑ）に示すように
、制御なしの場合に、第１５図の（ｂ）に示す右モータ
系の始動し１にくらべて第１５図の（Ｃ）に示す左モー
タ系の始動ｔ２と（ｔｚ−ｔｔ）分だけ遅れた場合に対
して１本実施例の第３図に示す制御系を適用すれば、右
モータには始動を遅らせる働きをし左モータ系には始動
を早める働きをするため、第１５図の（ｂ）、ＣＱ）の
一点鎖線で示すように左右モータ系の始動の時間ずれ、
始動後の速度の差を小さくすることで方向の変化、横方
向へのずれを小さくする効果が得られる。

上述した実施例によれば、左右の履帯の移動量を常に監
視、制御して移動体の向きを常に一定方向に保つように
補正装置が働くので、計画した直線径路上から大きくは
ずれることなく自律的に直線走行させることができる。

本発明の装置は、通常、移動体の位置、速度制御に用い
られているエンコーダとタコジェネレータを備え持つ制
御系に、新しく他のセンサを取り付けることなく、簡単
な処理装置または、マイクロコンピュータ内の簡単なソ
フトウェアを付加するだけで構成することが可能であり
、軽量、小型低価格、処理のやさしい直進進路補正装置
を提供できる。

本発明の装置は、各モータ系の最終的な移動距離を監視
しているため、速度サーボ系のゲイン調整の誤差や経年
変化を方向フィードバック系が補正する効果があるため
、調整を簡略化し保守の手数を少くする効果がある。

第１８図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、こ
の実施例は、左右の主動輪の径の異なる移動体において
、左右の主動輪１１Ｌ、ＩＩＲの回転角を検出して直進
走行を制御するものである。

すなわち、左右の主動軸の径は、製作上の寸法誤差、使
用による変形、摩耗などにより、設計上は同じ大きさで
あっても、実際には異なることがある。また、設計の段
階から、左右の主動輪の径が異なる場合もある。これら
の場合、各主動軸に取付けたエンコーダで、主動輪の回
転角度を計測しても、そのままの値で左右の駆動系の移
動量を比較することはできない、そこで、この実施例で
は、左積算カウンタ１２Ｒの後に、エンコーダ出力補正
装置７１を取り付けてエンコーダの出力の積算値を補正
する。

左右の駆動体により実際に移動する量を、左右それぞれ
ｘＬ、ｘＲとし、その時のエンコーダ出力の積算値がＥ
Ｌ、ＥＲとした場合、これらの間には、 ｘＬ＝ｋｚＸＥＬ　　　　　　　　　　−−（１０）ｘ
　Ｒ＝　ｋｚＸ　Ｅ　Ｒ−−（１１）の関係がある。こ
のとき、エンコーダ出力補正装置７１では、ｋｒ／Ｌｃ
ｚを積算カウンタ１２Ｒの出力に掛けることにより積算
カウンタ１２Ｌの出力と比較可能な値とする。

第１９図は本発明の他の実施例を示すもので、この実施
例はエンコーダ出力補正袋［７１の変りに、右実走行距
離補正器７’２Ｒをもうけ右積算カウンタ１２Ｒの出力
ＥＲに対して式（１ｏ）のに１を掛け、左実走行距離補
正器７２Ｌをもうけ、左積算カウンタ１２Ｌの出力ＥＬ
に対して式（１１）のに２を掛けることで加算器１３で
実走行距離を比較して、方向フィードバックの偏差を計
算している。これらｋｌ、ｋｚの値は、移動体をある距
離直進させた時に、左右の積算カウンタ１２Ｌ。

１２Ｒの出力値と、移動体の移動した距離の値を実験に
より決定する。

本実施例によれば、左右の主車輪の径が違ったり、車輪
の向きが、多少ずれていても、実際に走行した情況をも
とに係数が決定され、その補正値が組み込まれるため、
直進指令が出たときに、その指令を正確に実行すること
ができる。また、保守等で車輪を交換しても、その車輪
に合った係数を設定し直すことで直進性が確保できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、左右の履帯の移動
量を常に監視、制御して移動体の向きを常に一定方向に
保つよう補正装置が働くので、計画した直線径路上から
大きくはずれることなく自律的に直線走行させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御系のブロック図、第２
図は本発明を適用する自走移動体システムの概略図、第
３図はその駆動系とセンサの配置図、第４図は方向変化
と履帯移動量の説明図、第５図、第６図、第７図はステ
ップ状偏差入力に対する系の応答を示すタイムチャート
、第８図は偏差の推移を示すタイムチャート、第９図は
フィードバックゲインの違いによる効果を示すタイムチ
ャート、第１０図および第１１図は２つの実施例による
走行軌跡の違いを示した図、第１２図はマイクロコンピ
ュータを使用した場合の実施例のブロック図、第１３図
はソフトウェア制御を行った場合の一実施例のフローチ
ャート、第１４図は第１３図内で用いる移動体速度指令
値出力のパターンの一例、第１５図は始動時の立上り特
性改善の一例を示すタイムチャート、第１６図、第１７
図。 第１８図、第１９図はそれぞれ本発明の他の実施例を示
す制御系のブロック図である。 １・・・制御信号発生装置、２・・・減算器、３・・・
加算器。 ４Ｒ，４Ｌ・・・減算器、５Ｒ，５Ｌ・・・速度眞向き
増幅器、６Ｒ，６Ｌ・・・左右主動軸駆動モータ、７Ｒ
。 ７Ｌ・・・左右タコジェネレータ、ＩＯＲ，ＩＯＬ・・
・左右主動輪、ＩＩＲ，ＩＩＬ・・・左右エンコーダ、
１２Ｒ，１２Ｌ・・・左右積算カウンタ、１３・・・加
算器、１４・・・デジタル／アナログ変換器、１５・・
方向フィードバック増幅器、２ＯＲ，２０Ｌ・・・左右
篤　　Ｚ　　口 ！ １６　サーボ゛コンゆ−ラ ／７電光 １０Ｌ左、郁′ｊＪ輪 冨３図 ／／Ｌ　　　Ｚ／Ｌ ６尺　石す−ボ°亡−り ／ｌＲ５Ｑユータ゛ ２Ｚ　　豪イオ〈 第　４　　図 ０　旋口卸覧 ど　範回半経 ｕ　　　ｋＬゾレの２２ θ　皮回肖 ノ１　石Ａ帯符勤量 ノ２　ムみ帯杼＃）ｉ 舅 ５’、４／菱！ｔ々−Ｖバブ７秤 イ扁左量蓼化 ｒｑＩ２１ 蔦ｔθ図　　菊１／図 ３０Ａ烙壁 ％　　７３　　　図 葛７４図 員　７５　　図 ｖｔ　／ｘ−Ａ苧ｉ蔑 て　／６　図 て　１７　　回 ４Ｒ，ＳＲ，〆！！、　７Ａ’、　ｔＲ，ｑＺ、Ｉど３
５　　　を刀すｐ：ＭＦ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動体の２つの駆動系にそれぞれ速度指令値を発生
   する指令速度発生手段と、前記指令速度発生手段からの
   それぞれの信号を増幅する２系統の増幅手段と、前記増
   幅手段からの信号によりそれぞれ駆動力を発生する２系
   統のアクチュエータと、前記２系統のアクチュエータの
   出力を別々に外界に作用させて移動力を得る２系統の移
   動機構とを備える移動体において、 前記２系統の移動機構によつて生じる各移動機構の移動
   量を検出する２つの移動量検出手段と、前記２つの移動
   量検出手段から出力される２つの信号から移動体自身の
   向きを得る向き変換手段と、前記向き変換手段からの信
   号をもとに、移動体の方向を修正する正負両符号をとり
   うる補正値に変換する補正値変換手段と、前記補正値を
   前記２系統の増幅手段に入力する前記指令速度発生手段
   の出力信号に加算する補正値加算手段とを設けたことを
   特徴とする移動体の走行制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の移動体の走行制御装置
   において、補正値変換手段は、向き変換手段で得られた
   向き偏差を修正するのに必要な補正値よりも過大な補正
   値を出力することを特徴とする移動体の走行制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の移動体の
   走行制御装置において、補正値加算手段は、２系統の補
   正値加算手段に対して互いに符号の異なつた補正値を出
   力することを特徴とする移動体の走行制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項記載の移動体の
   走行制御装置において、２系統の補正値加算手段のうち
   片側の補正値加算手段のみを持つことを特徴とする移動
   体の走行制御装置。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項記載の移動体の
   走行制御装置において、補正値変換手段と２系統の補正
   値加算手段との間に補正値を２系統の内１系統側だけに
   切換ることも可能な手段を設け、補正値変換手段からの
   出力信号の特性により切換る手段の動作を決定すること
   を特徴とする移動体の走行制御装置。 ６、特許請求の範囲第５項記載の移動体の走行制御装置
   において、切換手段の動作決定のために、補正値変換手
   段からの出力信号の特性と指令速度発生手段からの出力
   信号の特性を考慮して切換手段の動作を決定することを
   特徴とする移動体の走行制御装置。 ７、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
   載の移動体の走行制御装置において、向き変換手段と補
   正値変換手段と補正値加算手段と指令速度発生手段とを
   、演算手段と記憶手段とを持つ中央制御手段により構成
   したことを特徴とする移動体の走行制御装置。 ８、特許請求の範囲第７項記載の移動体の走行制御装置
   において、中央制御手段は切換手段の役割を実行するこ
   とを特徴とする移動体の走行制御装置。 ９、特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記
   載の移動体の走行制御装置において、２つの移動量検出
   手段は、直接外界から検出する２つの直接距離検出手段
   を備え、この検出信号を向き検出手段に送ることを特徴
   とする移動体の走行制御装置。 １０、特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれかに
   記載の移動体の走行制御装置において、２つの移動量検
   出手段は移動量に対応する信号を移動機構内から検出す
   る移動量対応検出手段を備えたことを特徴とする移動体
   の走行制御装置。