JPS6280708A

JPS6280708A - 移動ロボツト

Info

Publication number: JPS6280708A
Application number: JP60221285A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yuda; 信一油田; Masanori Onishi; 正紀大西; Hidemitsu Tabata; 田畑　秀光; Teppei Yamashita; 哲平山下
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1985-10-04
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1987-04-14
Also published as: JPH0546565B2

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、無人車等の移動ロボットに係り、特に、走
行部に車輪、クローラ、歩足等を使用した各種ロボット
を、指令部からの同一のコマンドによって制御できるよ
うにした移動ロボットに関する。

［従来の技術］現在自立走行ロボットの研究が盛んに行なわれている。

この種の移動ロボットは、走行部に車輪、クローラ、歩
足等を持っており、指令部からの命令によって、走行す
るようになっている。

第５図は、走行部に車輪を有する従来の移動ロボットｌ
の構成を示すブロック図である。図において、２は指令
部、３は車輪駆動部、４ａ、４ｂは左右の車輪５　ａ、
　５　ｂを駆動するモータであり、車輪駆動部３とモー
タ４ａ、４ｂと車輪５　ａ、　５　ｂが走行部６を構成
している。

このような構成において、目的地が与えられると、指令
部２は、目的地までの走行経路を探索し、その結果から
走行指令（以下、コマンドという）を作成して車輪駆動
部３へ供給する。車輪駆動部３はこのコマンドを解釈し
、車輪５ａ、５ｂを駆動する。

第６図は、従来のコマンドの一例（ＧＯコマンド）を示
すしのである。例えば、指令部２から車輪駆動部３へＧ
　Ｏ（６０，１００，１０，３０）なるコマンドが′与
えられると（同図（ａ乃、車輪駆動部３はこのコマンド
を解釈して、図示するように移動ロボットｌを走行させ
る。すなわち、移動ロボットｌは、Ｘ軸上を直進し、ｘ
＝　６０　ａｍの地点でカーブを切り始め、Ｘ：　１０
０ｃｍ、　ｙ＝　Ｉ　Ｏｃｍの地点を、Ｘ軸と３０°の
角をなす方向に通過し、以後再び直進する。従って、新
たな直進方向を新座標軸ＸＩとすると、新座標軸Ｘ１と
旧座標軸Ｘとがなす角は３０゜となる。

また、Ｇ　Ｏ（１００，５０，８０，１３５）なるコマ
ンドが与えられると（同図（ｂ））、移動ロボットｌは
Ｘ軸上を直進し、ｘ＝１００ｃｍの地点まで進んで急カ
ーブを切り始め、ｘ＝　５０ｃｍ５’ｙ＝　８０ｃｍの
地点をＸ軸と１３５°の角をなして通過する。

このように、車輪駆動部３は、指令部２からの指令を解
釈して、車輪５　ａ、　５　ｂを駆動する。この場合、
車輪駆動部３は局所座標のみを考えて車輪５ａ、５ｂを
制御すればよい。また、指令部２は、世界座標を管理し
、移動ロボッ２が目的地へ到達できるように、経路探索
、コマンド作成を行う１、［発明が解決しようとする問
題点］ところで、上述した従来の移動ロボットにあっては、次
のような欠点があった。

（＋）指令部は走行部のカーブの開始地点や、終了地点
などの細かな点まで指示しなければならなし・。

ところで、このような地点は、走行部が車輪、クローラ
、歩足のいずれの走行装置を採用しているかによって異
なるため、コマンドが走行部の方式によって異なるもの
とならざるをえず、指令部のプログラムが走行部に強く
依存してしまう。

（２）また、走行部が歩足の場合は、複雑な重心制御も
指令部か行わなければならないため、指令部の走行部へ
の依存性は更に強まり、指令部の負担ら増加する。

（３）従来のコマンドは進行方向がＸ軸方向（可変）に
限定されている。従って、横行、斜行等の全方向への移
動を記述することができない。

この発明は、このような背景の下になされたちので、走
行部の種類に依存せず、かつ全方向への移動が可能な移
動ロボット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］上記問題点を解決するためにこの発明は、指令部と走行
部とを有し、前記指令部が決定した走行経路に従って面
記走行部が走行する移動ロボットにおいて、前記指令部
は、２次元座標の各成分毎の走行距離および回転角を含
む折れ線軌跡の形でＯＮＮ定走行経路前記走行部に供給
し、前記走行部は、前記折れ線軌跡から前記２次元座標
における速度パターンおよび回転パターンを演算して該
走行部の進むべき実際の軌跡を求めることを特徴とする
。

［作用］上記構成によれば、指令部から走行部に供給された折れ
線軌跡を、走行部がその種類に最適の走行パターンに変
換して走行制御するので、走行部の種類、すなわち、走
行部が車輪か、クローラかあるいは歩足か等にかかわら
ず、指令部から走行部へのコマンドは同一の折れ線軌跡
の形で与えることができろ。この結果、指令部は、走行
装置の種類によってコマンドやプログラムを変更しなく
て済み、指令部のソフトウェア資源の汎用性が増す。

また、上記折れ線軌跡を用いれば、全方向浮動可能な走
行装置の制御を行うことができるので、前・後進ばかり
でなく、横行、斜行などの走行６同−のコマンドで制御
でき、従来移動ロボ、Ｉトが使えなかった狭い場所など
にも、移動ロポ・！トを適用することが可能となる。

［実施例コ以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図において、ＩＩは、指令部ＩＯからｆｔｔｃ線ま
たは有線で送られてきたコマンドを受信するコマンド受
信部である。コマンド受信部１１は、直列信号の形で送
られてきたコマンドを並列データの形に変換して、コマ
ンド解釈部１２に供給する。

ここで、上５己コマンドはＧ　Ｏ（Ｘ、ｙ、Ｖ、θ、ｐｔｒ、Ｎ）−・−（１）の
形のものである。ただし、ＸはＸ軸方向の走行用Ｍ（正：前進、負：後退）ｙはＸ
軸方向の走行距離（正：左進、負：右進）ＶはＸ、ｙ方
向の合成速度 θは回転角度（正：反時計回り）ｐｔｒは情景ポインタＮはコマンド実行後に到達するノード番号である。すな
わち、コマンドは、実行後に到達するノードＮまての走
行距離をｘ、ｙ各成分毎に与えるとともに、走行速度ｖ
１次のノードに到達するまでの回転角度θを情景ポイン
タｐｔｒやノード番号Ｎとともに与える。そして、一連
のコマンドによって与えられる軌跡は、複数のノードを
連結する折れ線軌跡の形を取ることとなる。ここで、ノ
ードとは、停止点、分岐点、作業地点などの走行状態変
換点のことである。また情景ポインタｐｔｒとは、左右
の壁までの距離や壁の変化点（エツジ）等の情報群を指
定するものであり、これらの情報が後述する超音波セン
サ等から得られた情報と比較対比され、移動ロボットの
実際の位置を修正するのに利用される。

コマンド解釈部１２は、上述のように折れ線軌跡の形で
与えられたコマンドを解釈して、移動ロボットの走行パ
ターンを作成するものである。すなわち、コマンド解釈
部１２は、一連のコマンドによって与えられた、ＸＪ各
成分毎の走行距離、走行速度Ｖ、回転角度θを実現する
のに最適な速度パターンや回転パターン（第４図参照）
を走行パターンとして決定し、Ｘ軸成分の速度パターン
信号ｖｘ、　Ｘ軸成分の速度パターン信号ｖｙ、回転パ
ターン信号θを出力し、これらのパターン信号をサーボ
指令作成部１３に供給する。ここで、上記走行パターン
は走行装置（本実施例の場合は車輪）に最も適したパタ
ーンとなるように、走行装置の種類によって変化する。

サーボ指令作成部１３は、コマンド解釈部１２から供給
されたパターン信号ＶＸ、ｖｙ、θを所定のサンプリン
グ周期毎に読み込み、これらを後述するフィードバック
信号ｖｘｆ、ｖｙｆ、ｏｒと突き合わせて偏差信号ΔＶ
Ｋ、Δｖｙ、Δθを演算し、これらの信号をアナログ信
号に変換した後サーボ制御部１４へ供給する。これによ
って、サーボ制御部１４は上記偏差信号が零になるよう
に、モータ４ａ、４ｂを駆動制御する。

モータ４ａ、４ｂの回転量は、モータ４ａ、４ｂの回転
軸に連結されたエンコーダ１５ａ、１５ｂによって電気
パルスに変換され、軌道修正部１６に供給される。

軌道修正部１６は、エンコーダ１５ａ、１５ｂから送ら
れてきたパルス信号をカウントして走行距離を求めると
ともに、このパルス信号から速度のフィードバック信号
ｖｘｆ、ｖｙｆを求める。ただし、本実施例は走行装置
として車輪を使用しているので、Ｘ軸方向のフィードバ
ック信号ｖｘｆのみが得られる。

軌道修正部１６は、また、左右のパルス信号の差から回
転角を求め、これに修正を施して回転角のフィードバッ
ク信号θｆを作成する。この修正は、環境認識部１７か
ら送られてきたデータと、地図部１８に記憶され、情景
ポインタｐｔｒをキーとして読み出された地図データと
を比較して行うものである。

以下、上記修正につき説明する。

まず、上記地図部１８は、走行経路の左右両側の壁まで
の距離を、ノードからの距離と対応づけて記憶するメモ
リを有し、壁の変化点（エツジ）毎に、ノードからの距
離と、左右両側の壁までの距離とが記憶されている。そ
して、１つのノードから次のノードに至るまでの一連の
データが１つの情景ポインタｐｔｒと対応づけられてお
り、コマンドによって指定された情景ポインタｐｔｒに
対応する地図データが読み出せるようになっている。

一方、移動ロボットから左右両側の壁までの実際の距離
は、超音波測距部１９によって測定される。すなわち、
超音波測距部１９は、超音波送信器２０ａを駆動して壁
に向けて超音波を発射し、その反射波を受信器２０ｂに
よって受信して、この間の経過時間によって壁までの距
離を、測定する。

この測定結果は環境認識部１７に供給され、環境認識部
１７は、壁までの距離が変化する点、すなわち、エツジ
を検出する。

′　軌道修正部１６は、情景ポインタｐｔｒによって指
定された地図データを地図部１８から読み出すとともに
、環境認識部Ｉ７から供給される左右両側の壁までの実
際の距離、およびノードからエツジまでの距離を、地図
データと比較して次の２種類の修正を行う。

（１）左右両側の壁までの距離がほぼ等しくなるように
、すなわち、移動ロボットが経路のほぼ中央を通るよう
に回転角を修正して、回転角のフィードバック信号θｒ
を作成する。

（２）エンコーダ１５ａ、１５ｂからのパルス信号をカ
ウントして得たノードからエツジまでの実際の走行距離
が、地図データから得たものと違う場合は、この差分だ
け加減して修正する。言い替えると、上記パルス信号の
カウント値に差分を足したり引いたりして、ソフト的に
修正する。

要約すると、上記修正は、移動ロボットの両側の壁まで
の距離によって、左右方向の位置を回転角によって修正
するものと、壁のエツジ（変化点）を検出して、エンコ
ーダのカウント値をソフト的に修正するしのとに大別さ
れる。

以上が本実施例の構成であり、上述した構成要素４　ａ
、４　ｂ、５　ａ、５　ｂおよびＩｌ〜２０が走行部２
１を構成し、指令部１０と走行部２１とが千３動ロボッ
ト２２（第２図）を構成している。また、本実施例は、
走行装置として車輪を用いているので、一方向、例えば
、Ｘ軸方向にのみ走行可能であり、Ｘ軸方向の速度成分
は持たない。

次に、第２図〜第４図を参照して本実施例の動作を説明
する。なお、以下の説明では、第２図のノードＮｏから
ノードＮ７に行く場合を例にとり、移動ロボット２２は
、ノードＮＯで、次のノードＮｌの方向を向いているも
のとする。また、説明の便宜上、各ノード間の距離はＩ
Ｏｍとする。

まず、ノードＮ７に行くべき命令を受けろと、指令部１
０は、ノードＮＯからＮ７に至る最短経路を探索し、Ｎ
Ｏ→Ｎ１→Ｎ４→Ｎ５→Ｎ７の経路を決定する。なお、
この探索方法としては、縦型探索、横型探索などの公知
の方法を用いることができる。こうして、経路が決定さ
れると、指令部ＩＯは走行部に転送するコマンドとして
、以下の一連のコマンドを作成する。

（１）Ｇ　Ｏ（１００００，０，２０００，０，ＰＯ，
Ｎ１）（２）Ｇ　Ｏ（１００００，０，２０００，−１
５７０８，ＰＬ、Ｎ４）（３）Ｇ　Ｏ（１００００，０
，２０００，＋１５７Ｑ８．Ｐ２．Ｎ５）（４）Ｇ　Ｏ
（１００００，０，２０００，−１５７０８，Ｐ３．Ｎ
７）（５）Ｗ　Ａ　Ｉ　Ｔ　（０４，Ｏ）ここで、括弧内の最初の成分１００００は、／−ド間の
距離がＩ　Ｏｍ（−１００００ｍｍ）であることを示し
、２番目の成分Ｏは、Ｘ軸方向の距離成分がゼロである
ことを示している。また、３番目の成分２０００は、時
速２ｋｍ（＝　２０００ｍｍ）で走行すべきことを示し
ている。更に、４番目の成分である−１５７０８は、π
／２＝３．１４１６／２＝１．５７０８に対応し、回転
角が一９０°、すなわち、時計方向に９０°回転すべき
ことを示している。最後に、５番目、６番目の成分が情
景ポインタｐｔｒと次に到達すべきノードＮを示すこと
は、既に述べた通りである。なお、ＷＡ　Ｉ　Ｔコマン
ドについては後述する。

このような、コマンドがコマンド受信部１１に受信され
ると、コマンド解釈部１２は、ます、上記（＋）、（２
）のコマンドから第３図に示すような走行経路をイメー
ジし、第４図に示すような速度パターンＶＸと回転パタ
ーン０とを作成する。

この場合、速度パターンＶＸは、ノードＮＯから地点Ｓ
Ｏまで徐々に加速し、速度が２０００ｍ、’ｈになった
地点ＳＯから一定の速度で走行し、コーナ一部のやや手
前の地点Ｓｔから徐々に減速する。

一方、回転パターンθは、この地点Ｓ２で右方向にカー
ブを切り始めて、移動ロボット２２を右方にコーナリン
グさせるとともに、ノードＮｌに対応する地点Ｓ３でカ
ーブを逆方向に戻し始め、地点Ｓ４で、移動ロボット２
２が９０°の：１−ナリングを完了して、直線走行に戻
るように“４°る。

速度パターンＶＸは、上記地点Ｓ４で再び加速を開始し
て、地点Ｓ５て速度が２０００ｍ／ｈに戻るようにする
。

そして、この速度パターンＶＸと回転バターノ０とがサ
ーボ指令作成部Ｉ３に送られ、軌道修正部１６からのフ
ィードバック信号ＶＸｒ、ｏｆと突き合わされ、偏差信
号ΔＶＸ、Δθが作成されてサーボ制御部１４に供給さ
れ、上記走行パターンに沿った走行が行なわれる。

この場合、情景ポインタＰＯ１Ｐ１によって地図部１８
から地図情報が読み出され、上述した修正、すなわち、
移動ロボット２２が経路の中央にくるような修正と、エ
ンコーダ１５ａ、１５ｂからのパルスカウントの修正が
行なわれる。

以下、同様に（２）、（３）のコマンドにより、ノード
Ｎ４〜Ｎ５の方向に走行制御され、（３）、（４）のコ
マンドによって、ノードＮ５〜Ｎ７まて走行制御される
。そして、（５）のＷＡＩＴコマンドによって、ノード
Ｎ７の手前で減速され、ノードＮ７に到達した時点でブ
レーキがかかって、移動ロボット２２が停止する。

以上は、前進（Ｘ軸方向の走行）のみによって目的地ま
で行ったが、交差点が狭いためにカーブが切れないよう
な場合は、横行（ｙ軸方向の走行）を併用する方法が考
えられる。この場合、走行装置には、例えば、特開昭５
９−１８４０６２号公報に記載されたような全方向移動
可能な機構を用い、次のようなコマンドで制御すればよ
い。

（、Ｉ　）Ｇ　Ｏ（１００００，０，２０００，０，Ｐ
Ｏ，Ｎ１）（２）Ｇ　Ｏ（０，−１００００，２０００
０，０，ＰＩ、Ｎ４）（３）Ｇ　Ｏ（＋００００，０，
２０００，０．Ｐ２．Ｎ５）（４）Ｇ　Ｏ（０，−１０
０００，２０００，０，Ｐ３．Ｎ７）（５）Ｗ　Ａ　ｒ
　Ｔ　（０，１，０）このような一連のコマンドによれ
ば、第２図のノードＮＯからＮ１まで前進した後、ノー
ドＮ１からＮ４まで横行し、ノードＮ４からＮ５までは
再び前進し、ノードＮ５からＮ７まで横行して目的ノー
ドＮ７に到達する。

第２図の場合は、通路が直交しているので、横行のみで
対処できるが、斜めに交差している通路がある場合は、
ｘ、ｙ両成分にゼロでない値を与えることによって、斜
行させればよい。

このように、本発明によれば、指令部ｌＯから与えられ
た折れ線軌跡によって、走行部２１が自らの走行装置（
車輪、クローラ、歩足等）に最適な、滑らかな走行軌跡
を作成して移動するので、指令部！０は走行装置に依存
せず、走行装置が変わっても指令部１０のプログラム等
を変えなくても済む。また、全方向の走行装置に容易に
適用することができる。

次に、ＧＯコマンド以外のコマンドについて簡単に説明
する。

コマンドＷＡＩＴは、Ｗ　Ａ　Ｉ　Ｔ　（０，１，０）
のような形で与えられ、動作の一時停止を指示する。こ
こで、括弧の中の成分は、緩減速停止／急停止、停止後
ブレーキをかける／かけない、サーボオフ／オンの各指
定を０／１で指示するものである。

コマンドＲＥＳＴＡＲＴは、ＲＥＳＴＡＲＴ（）の形で
与えられ、括弧の中の指定はない。これは、ＷＡ　（Ｔ
コマンドと反対に、一時停比状態の解除を指令するもの
である。

コマンド５ＴＯＰは、非常停止を指令するもので、５Ｔ
ＯＰ’（）の形で与えられる。このコマンドが発仕られ
ると、それ以前に出されたすべてのコマンドがキャンセ
ルされる。

このほか、円弧状走行を指示するコマンドＡＲＣ１位置
決めのコマンドＦＩＸなどのコマンドがある。

なお、上記実施例において、指令部ｌＯと走行部２１は
別々のプロセッサで構成してもよいし、共通のプロセッ
サを時分割的に使用してもよい。

また、１複数のプロセッサを結合して、データをやり取
りしながら処理するようにしてらよい。

また、走行部２１のプログラムは、各種走行装置専用の
らのであってもよいし、走行装置の種類を判別すること
によって、その種類に対応するプログラムを起動するよ
うにしてもよい。

更に、環境認識部は超音波センサに限定されず、その他
の認識装置を使用してもかまわない。

［発明の効果コ以上説明したように、この発明は、指令部から走行部に
、２次元折れ線軌跡の形で走行、軌跡を供給し、走行部
がこの軌跡に基づいて実際の走行軌跡を作成するように
したので、次のような効果を奏することができろ。

（＋）車輪、クローラ、歩足等、走行装置の種類が変わ
っても、指令部から走行部へのコマンドは不変で、走行
部の制御プログラムを変更するだけでよい。従って、指
令部のソフトウェア資源の汎用性が増す。

（２）コマンドが簡単な折れ線軌跡の形で記述できるの
で、走行経路のシミュレーションが容易になる。また、
走行装置の特性や種類を考慮する必要がないので、コマ
ンドの作成が容易になる。

（３）上記コマンドは、全方向移動可能な走行装置にも
そのまま適用できろ。この結果、横行、斜行などを用い
ることができ、狭い通路や作業場所など、従来は不可能
であった場所にも移動ロボットを適用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による移動ロボットの電気
的構成を示すブロック図、第２図は同移動ロボットの走
行経路の一例を示す平面図、第３図はノードＮＯからノ
ードＮ１を経てノードＮ４に至る実際の走行軌跡を示す
平面図、第４図は第３図の場合の速度パターンと回転パ
ターンとを示す波形図、第５図は従来の移動ロボットの
電気的（１１４成を示すブロック図、第６図は同移動ロ
ボットのコマンド例を説明するための平面図である。１０・・・・・指令部、２Ｉ・・・・・・走行部。

Claims

【特許請求の範囲】

指令部と走行部とを有し、前記指令部が決定した走行経
路に従って前記走行部が走行する移動ロボットにおいて
、前記指令部は、２次元座標の各成分毎の走行距離およ
び回転角を含む折れ線軌跡の形で、全方向を含む前記走
行経路を前記走行部に供給し、前記走行部は、前記折れ
線軌跡から前記２次元座標における速度パターンおよび
回転パターンを演算して該走行部の進むべき実際の軌跡
を求めることを特徴とする移動ロボット。