JPS6252614A - 自立走行ロボツトの走行制御方法 - 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】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、予め設定された走行コマンドに従って自立
走行する自立走ｔｉ・Ｊボットの走行側！モ）１方法に
関する。 〔従来技術〕 従来のロボットの走行制御ソイ法の代表的な６例を以下
を示す。 （１）走行路に誘導線あるいは光学テープ等を布設し、
ロボットは誘導線等を検出しながら、これから外れない
ように走行する方法。 （２）　　ロボットに走行路の地図を記憶させ、ロボッ
トは、走行路の要所に設置された目標物を検出すること
により、前記地図上での自らの位置を確認しながら走行
する方法。 （３）　　ロボットに走行経路上のノードの位置を記憶
させ、ロボットは各ノードにおいて停止し、スピンター
ンして方向を定めた後、久のノードに向かって直線走行
する方法。 上記＋２１．　（３１の制御方法により走行するロボッ
トは、特に自立走行ロボットと称されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、上記（１）の方法にあっては、布設工事が容
易でなく、一度設定すると走行経路の変更が困難である
という欠点があった。 また、上記（２）の方法にあっては、走行経路の変更は
容易である反面、自らの位置のａ認に時間がかかり、そ
の間、ロボットが不安定であるという欠点があった。 また、上記（３）の方法にあっては、ロボットは、常に
自らの位置を把握している反面、ターンに時間がかかる
という欠点があった。 この発明は上記事情に鑑み一炬行経路の変更が容易で、
かつ走行時における位置の確認が不要であり、さらえ走
行経路をなめらかに走行してターンに要する間開が短か
い自立走行ロボットの走行制御方法を提供することを目
的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明は、左右の駆動輪の回転速度に速度差を与える
ことによりステアリングを行う走行ロボットについてな
されたもので、上記目的を達成するために複数のノード
を設定し、これらノードな順次結ぶ直線経路により走行
経路を形成すると共に、走行コマンドとして、前記各直
線経路の距離と、前記各直線経路を走行する速度と、連
続する２つの前記直線経路がなす角度とを与え、前記走
行コマンドとして与えられた距離および走行速度に基づ
いて前記直線経路上を走行すると共に、次の前記直線経
路に乗り移るときは、前記走行コマンドとして与えられ
た角度を２等分した直に基づいてカーブを前半と後半に
分け、前記カーブの前半は、予め設定されたパターンに
従って、前記左右の、駆動輪の速度差を太き（する一方
、前記カーブの後半は、前記設定されたパターンと走行
距離が等しくなるパターンに従って前記左右の駆動輪の
速度差を小さくすることを特徴とする。 〔作　用〕 複数のノードを設定し、これらノードを順次結ぶ直線経
路くより走行経路を形成することにより、走行径路の変
更な容易にする。 また、走行コマンドとして、各直線経路の距離と、各直
線経路を走行する速度と、連続する２つの直線経路がな
す角度とを与えることにより、走行時における自らの位
置の確認を不要にする。 また、次の直線経路に乗り移るときは、走行コマンドと
して与えられた角度を２等分した値に基づいてカーブを
前半と後半に分け、前記カーブの前半は、予め設定され
たバター／に従つ゛Ｃ１左右の１駆動輪の速度差を大き
くする一方、前記カーブの後半は、前記設定されたパタ
ーンと走行距離が等しくなるパターンに従って、左右の
駆動輪の速度差を小さくすることにより、走行経路をな
めらかに走行してターンに要する時間を短かくする。 〔実施例〕 以下、図面゛を診照して、この発明の一実施例について
説明する。 第１図は、この発明の一実施例に用いられる自立走行ロ
ボットの構成を示すブロック図である。 この図において、ロボット１には１対の駆動装置２　ａ
ｔ　　２　ｂが設けられており、これら駆動装置２ａ。 ２ｂにより、左右の駆Ｓ輪３ａ、３ｂが別個に駆動され
るようになっている。また、左右の駆ＭＪ輪３ａ、３ｂ
の各回転速度は図示せぬ速度検出器によって検出され、
制御装置４へ入力され、制御装置４は、この入力に基づ
いて、駆＠装置２ａ　ｅ　２　ｂを制御し、駆動輪３ａ
、３ｂの回転速度を目標速度にする。 また、５は記憶装置であり、走行コマンドおよびカーブ
を走行する際の誠速・加速パターンが記憶されている。 （１１走行コマンド 第２図に示すように、ロボット１０走行経路は、ノード
Ｎ１．Ｎ、・・・を結ぶ直線経路ｅｘｅｅｘｅ”ｌ　ｎ
ｓ　　ｌ　ｎ＋１・・・から構成されており、ロボット
ｌには、直線経路１１．ｌｚ・・・の距離Ｌ！−Ｌｚ・
・・と、各直線経路１１ｓ−１ｚ・・・を走行するとき
の速度Ｖｒ　、Ｖ２・・・と、連続する２つの直線経路
（ｅｓ−ｅｚ　　）−（ｅｚ−１１ｓ　　）−（ｅｓｔ
　　６４　）・・・なす角度θ１．θ２・・・とが走行
コマンドとして与えられている。ここで、ノードＮｌ、
Ｎ２・・・は変更自由であり、この変更に応じて、走行
コマンドを変えて与えることにより、容易に走行経路の
変更を行なうことができる。 （２１減速・加速パターン ロボット１は、左右の駆動輪３ａ、３：ｂの回転速度を
等しくすると直線走行する一方、左右の駆動輪３ｍ、３
ｂに速度を与えると、右折もしくは左折する。このよう
に右折もしくは左折する場合の内輪の減速パターンを示
したのが第６図のグラフであり、減速率は、時間の経過
に伴なって増加する関数Ｗ　（ｔ）によって与えられる
。この場合、減速率Ｗ　（ｔ）の増加は、初期において
僅かであり、その後急梃となって、次いで略一定となる
。 また、右折もしくは左折後、直線走行に戻すためには、
内輪の速度を上げ、外輪の速度に等しくする必要がある
。この場合の内輪の加速パターンを示したのが第４図で
ある。この加速パター／は第６図に示す減速パターンと
対称で加速率は関数ｗ　（Ｔ−ｔ）で与えられる０ 以上の構成を有するロボットｌの走行動作を第５図に示
すフローチャートおよび第６図の平面図を用いて説明す
る。第６図に示すように、ロボットｌは直線経路ｇｎ上
に位置しており、制御装置４は、駆動装ｕ２＆、２ｂを
制御し℃、左右の駆動輪３ａ、３ｂを同一速度で駆動さ
せ、ロボット１を走行コマンドによって与えられた速度
ｖｎで矢印Ｙ方向に直線走行させている。 まず、制御装置！ｔ４は、ステップＳＰＩにおいて、カ
ーブに必要な距離Ａ（第６図参照）を算出する。 この距離Ａは、以下のようにして算出される。 前述したように、ロボット１を左折させるときは、左右
の駆動輪３ａ、３ｂＫ速度差を与える。 この場合、左駆動輪３ｂの速度は変えずに、走行コマン
ドによって与えられた速度ｖｎに維持する一方、左駆動
輪３＆の速度を第６図に示す減速パターンに従って減速
する。すなわち、左駆動輪３ａの減速度差をＶａとする
と、左駆動輪３ａの速度ｖ　＝Ｖ　ｎ　−Ｗ（ｔ）Ｘ　
Ｖ　ｄ　　　　　　　””■となる。 次に、第７図に示すように、ロボット１に働く速度は、
ロボット１を直線走行させようとする速度Ｖ（左駆動輪
３＆の速度）と、左駆動輪３ａを中心にして、ロボット
１を反時計方向に回転させようとする速度Ｖｎ−Ｖとに
分けることができる。 したがって、微小時間ｄｔ秒後における車軸の傾きｄα
は、 ｄα＝＋（ｖｎ−ｖ）ｄｔ　　　・・・■となる。ここ
で、ｅは左右のｍｂ輪３ａ、３ｂの間隔である。 ■より■は ａ　ａ＝ｉＶｄω（ｔ）ｄｔ　　　　　−（ｆ）１　　
　　　　　　　　　　・・・■ ・°・α＝７ｖｄＰω（ｔ）ｄｔ十〇 ここで、ｔ＝Ｑ　　→α＝０ 一方、前述したように、左、駆動輪３＆の減速パターン
と、加速パターンとは対称である。したがって、ロボツ
）１が第８図に示すように左折する場合、左折を開始し
てから（図中０点）、ｌＮ　ｎ　−１，Ｎ　ｎｅＮｎ　
＋　ｔ　　の２４分線上に達するまで（図中Ｐ点）の間
減速し、次いで、左折を終了するまで（図中Ｑ点）まで
加速することにより、カーブの前半の軌跡（ＯＰ）とカ
ーブの後半の軌跡（ｆゐ）は、ＺＮニー１．Ｎユ、Ｎユ
＋１の２等分線に対して対称である。また、軌跡σ）と
軌跡Ｑとは、Ｐ点において連続していなげればならない
から、ロボツ）１がＰ点に達したとき、車軸の方向は、
−ｌＮ　ｎ−□ｅ　Ｎ　１１．Ｎ　！Ｌ　＋　１の２等
分線の方向と一致する。 ここで、直線経路Ｉｎとｇｎ−１−ｘとがなす角度は、
走行コマンドによりθユとして与えられており、したが
って、ロボット１が０点に位置するときの車軸の方向と
、Ｐ点に達したときの車軸の方向とがなす角αは、 となる。 ■、■より となり、■より、ロボット１が軌跡６）を走行する減速
度差Ｖｄが求まる。 一方、第７図に戻って、回転中心から、動輪の中心まで
の距離をＲとし、ｄα回転前の座標（ＸＩＹｌ　　）と
ｆ７：＋とａａＯｏ転後ｆ）ａｍ　（Ｘ２Ｙ２　　）　
＋１、Ｘ２　＝Ｘ１　＋Ｒ（ｃｏｓ（α＋ｄα）　−ｃ
ｏｓα）・＠Ｙ２　＝Ｙ２　＋Ｒ（ｓｉｎ（Ｃｔ＋ｔｌ
Ｃ１）−ｓｉｎｆｆ）で与えられる。 また、右動輪の微小変位はＲを用いて Ｖ　２１ｄ　ｔ　＝（Ｒ＋　２　）　ｄ　α”・（りｄ
ｔ　　　１３ Ｒ＝Ｖｎ　、、　　２　　　　　　　””［株］■を代
入して ｖｅ Ｒ＝汀罐旨−７・・・＠ ■にＯと■を代入すれば、動輪の中心の軌跡が求まる。 制御装置４は、上述したよ５にして、角度θｎと減速率
ω（１）とからカーブを切る減速度Ｖｄを求め、この減
速度Ｖａよりロボットの軌跡を求め、この軌跡より距離
人を求める。 さて、第５図に戻って、制御装置は次のステップＳＰ２
へ移り、ロボット１の速度なＶｎからＶ　ｎ　＋　１に
力ａ速（もしくは減速）するために必要な距離Ｂを求め
る（第６図参照）。すなわち、本実施例においては、次
の直線経路ｌ計Ｉへ乗り移った後、走行コマンドを実行
して速度をＶｎ＋１にする。次いで、制御装ｆ４は、ス
テップＳＰ３において、現在位置からノードＮｎまでの
距離りが距離Ａ以上であるか否かを判断する。距離りが
距離人より短かければ、第６図および第４図に示す減速
・加速パターンに従って、左折することができないから
である。距離りが距離人より短かければ、ステップＳＰ
３の判断はＮｏとなり、ステップＳＰ６へ移る一方、距
離りが距離Ａ以上であれば、ステップＳＰ３の判断はＹ
ＥＳとなり、ステップＳＰ４へ移る。制御装置４ば、こ
のステップＳＰ４において、次の直線経路ｅｎ＋ｘの距
離Ｌｒｒ＋、ｔが、距離Ａと距離Ｂとを加えた長さ以上
であるか否かを判断し、距離Ｌｎ＋　１がＡ＋Ｂに足ら
なければステップＳＰ７へ移る一方、距離Ｌｎ＋ｌがＡ
十Ｂ以上であれば、ステップＳＰ５へ移る。制御装置４
は、このステップＳＰ５において、ロボット１が第６図
に示す０点に達したならば、左の駆動輪３ａを第３図お
よび第４図に示すパターンに従がって減速→加速を行な
い、直線経路ｅｒＬから／ｎ＋ｔ　へ乗り移り、次いで
、ステップＳＰ９へ移る〇 一方、ステップＳＰ３において、距離りが距離Ａより短
かければ、制御装置４は、ステップＳＰ６へ移り、距離
りが制動距離Ｃ以上であるか否かを判断する。距離りが
制動距離Ｃより短かければ、ステップＳＰ８へ移り、異
常処理を行なった後処理を終了する一方、距離りが制動
距離Ｃ以上であれば、ステップＳＰ７へ移る。制御装置
４は、このステップＳＰ７において、ロボット１を減速
し、ノードＮｎ上で停止させ、次いで角度θユだげスピ
ンターンさせる。次いで、ステップＳＰ９へ移り、ロボ
ツ）１０走行速度を、走行コマンドによって与えられた
速度Ｖｎにした後、ステップＳＰＩへ移り、次の直線経
路ｇｎ＋　２に乗り移るための単備を行う。 こうして、直線経路ｅユから直線経路ｇｎ＋ｔ　への乗
り移りがなめらかに行なわれる。 なお、上述の様にして、左折する場合の左の、駆動輪３
＆の速度の変化の一例を第９図に示す。この図において
、駆動輪３ａの速度はＶｎから第３図に示すパターンに
従って減少し、次いで第４図に示すパターンに従ってＶ
ｎまで増加している。 また、第１０図に駆動輪３ａの速度の変化の他の例を示
す。この図においては、速度Ｖｎが小さいため、駆動輪
３ａの速度が負、すなわち駆動輪３＆が逆転する場合が
生じている。ところで、ロボット１の走行速度が遅い場
合、何らかの必然的な理由があることが多い。例えば、
振動によりダメージを受は易い物を載せているとか、重
量物のように？メを性力を小さくしなければならない物
を載せている等である。この様な場合には、急峻に向き
を変えるわけにはいかない。したがってＶｎが小さく、
内輪の逆転が生じる場合には、ＷＸ１１図に示すように
、内輪の逆転を許さず、速度差Ｖａを現速度とし、回り
切れない角度分は速度Ｏを保持するように制御してもよ
い。 また、本実施例においては、乗り移り後、走行コマンド
を実行して与えられた速度Ｖｃｍ整するようにしたが、
乗り移り前に、次の直線経路における走行コマンドを先
取りして、速度を！！Ｉ４整し、その後、乗り移りを行
なうようにしてもよい。 〔発明の効果〕 以上説明したように、この発明によれば複数のノードを
設定し、これらノードを順次結ぶ直線経路により走行経
路を形成すると共に、走行コマンドとして前記各直線経
路の距離と、前記各直線経路を走行する速度と、連続す
る２つの前記直線経弧路がなす角度とを与え、前記走行
コマンドとして与えられた距離および走行速度に基づい
て前記直線経路上を走行すると共に、次の前記直線経路
に乗り移るときは、前記走行コマンドとして与えられた
角度を２等分した値に基づいてカーブを前半と後半に分
け、前記カーブの前半は、予め設定されたパターンに従
って、前記左右の駆動輪の速度差を大きくする一方、前
記カーブの後半は、前記設定されたパターンと走行距離
が等しくなるパターンに従って前記左右の駆動輪の速度
差を小さくするようにしたので、走行経路の変更を容易
に行なうことができる。 また車輪のすべりなどの位置ずれの原因が充分小さいと
すれば、ロボットは、走行時に自らの位置を把握でき、
センナ等圧より、目標物を検出して自らの位置を確認す
る必要がなくなる。 また、直線経路から、次の直線経路への乗り移りが、ス
ムーズに行なわれ、ターンに要する時間が短か（なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に用いられる自立走行ロ
ボットの構成を示すブロック図、第２図は、走行経路の
一部を示す平面図、第３図および第４図は、各々減速お
よび加速パターンを示すグラフ、第５図は、この発明の
一実施例を説明するためのフローチャート、第６図はロ
ボットの走行状態を示す平面図、第７図はカーブに必要
な距離への算出処理を説明するための概略図、第８図は
、同算出処理の説明に用いられる走行経路の要部を示す
平面図、第９図および第１０図は、各々内輪の速度の制
御例を示すグラフ、第１１図は内輪の速度の他の制御例
を示すグラフである。 １・・・・・・ロボット（自立走行ロボット）、３ａ、
３ｂ・・・・・・駆動輪、Ｎｔ　、Ｎ、・・・・・・ノ
ード、ｅｔ＊ｌ１２・・・・・・直線経路、Ｌｌ、Ｌ２
・・・・・・距離、Ｖｔ−Ｖｚ・・・・・・走行速度、
θｌ、θ２・・・・・・角度。 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 予め設定された走行コマンドに従つて自立走行すると共
   に、左右の駆動輪の回転速度に速度差を与えることによ
   りステアリングを行なう自立走行ロボットの走行制御方
   法において、複数のノードを設定し、これらノードを順
   次結ぶ直線経路により走行経路を形成すると共に、前記
   走行コマンドとして、前記各直線経路の距離と、前記各
   直線経路を走行する速度と、連続する２つの前記直線経
   路がなす角度とを与え、前記走行コマンドとして与えら
   れた距離および走行速度に基づいて前記直線経路上を走
   行すると共に、次の前記直線経路に乗り移るときは、前
   記走行コマンドとして与えられた角度を２等分した値に
   基づいてカーブを前半と後半に分け、前記カーブの前半
   は、予め設定されたパターンに従つて、前記左右の駆動
   輪の速度差を大きくする一方、前記カーブの後半は、前
   記設定されたパターンと走行距離が等しくなるパターン
   に従つて前記左右の駆動輪の速度差を小さくすることを
   特徴とする自立走行ロボットの走行制御方法。