JPS63286910A - 作業車の作業経路決定装置 - 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】 イ）産業上の利用分野 本発明は作業領域のデータに基づいて自動的に作業車の
作業経路を決定する作業車の作業経路決定装置に関する
。

口）　従来の技術 近年、掃除ロボット等のようにコンセントから給電を受
けながら所定の作業領域内を自走しながら掃除等の作業
を行うものがある。このような作業車は例えば特願昭６
１−１０８０７０号等に示きれている。ところで、この
ような作業車の作業方式としてはオペレータが走行経路
をプログラムするティーチングによる方式や、作業領域
間を自ら有する外界認識手段を用いてランダムに走行し
、作業が完了する方式が中心であった。

ハ）　発明が解決しようとする問題点 ところで、このようなティーチングによる作業方式では
作業領域の形状が変化すると、使用者がその度に作業車
に走行経路を教え込まなければならず汎用性が悪い、一
方、ランダム走行による方式では作業を重複して行う危
険性があり、作業時間がかかると云う問題があった。

二）問題点を解決するための手段 本発明はこのような点に鑑みて為きれたものであって、
作業領域データに応して作業領域を複数のサブ領域に分
割する分割手段と、複数の作業領域の作業順序を決定す
る順序決定手段と、各サブ領域間の移動距離が最小とな
るような各ナブ領域の作業開始点、作業終了点を決定す
る始点終点決定手段と、各サブ領域内での作業車の作業
経路を決定するサブ経路決定手段と、を有した作業車の
作業経路決定装置を提供する。

ホ）作用 作業領域の形状に応じて、効率的な作業経路がこの作業
経路決定装置で決定されるので、このような装置を作業
車に備え付けることにより、汎用性が高く、効率的な作
業が行える。

へ）実施例 第１図は本発明作業経路決定装置のブロック図であ−っ
て、（１）は作業車の作業（例えば清掃作業）す−き作
業領域の形状を、例えば第２図のように障害物（Ｉ）（
Ｉ［）のある作業領域ではＰＯ、ＰＩ　。

Ｐ２　、Ｐ３　、Ｐ＋の座標点及びコンセントにの座標
点を作業領域データとして検出する作業領域検出手段で
あって、具体的には作業車の走行距離や方向を検知する
距離検知器や方位検知器、さらには障害物の検知を行う
音波センサ等から成る。（２）は作業領域データ内の中
央に配置された障害物（Ｉ）の障害物データに応じて例
えば第３図のように作業領域を複数の長方形の探索領域
＜Ａ　）（Ｂ　）・・・（Ｈ）に分割するとともに第４
図のようなその連結状態（ネットワーク状態）を作成す
るネットワーク作成手段、（３）はこのネットワーク生
成手段（２ンで生成されたネット・７−りに基き、連接
する探索領域（Ａ）（Ｂ）・・・（Ｈ）を第５図に示す
ように適当に組合わせたサブ領域（Ａ　Ｄ　Ｆ　）・・
・による作業領域の分割の分割方法（イ）（ロ）・・・
を選出する分割方法選出手段であって、サブ領域として
、長方形領域となるものが選ばれる。（４）は上記分割
方法選出手段（３）で選出された分割方法（イ）（ロ）
・・・内、構成サブ領域の数が最も少いものをピックア
ップするピックアップ手段、（５）はこのピックアップ
手段（４）でピックアップされた各分割方法において給
電コード長の制御が困難にならないよう各サブ領域の作
業順序を決める作業順序決定手段であって、具体的には
作業時、給電コードが障害物（１）の角に引っかかる点
く固定点）が最も少くなるよう作業（清掃）順序が決め
られる。（６）は夫々の分割方法において各ナブ領域の
作業（清掃）終了点から次のサブ領域の作業（清掃）開
始点までの距離が最小となるよう作業開始点及び作業終
了点を決定する始点、終点決定手段、〈７〉はこの始点
終点決定手段（６）で決定された各サブ領域の作業開始
点、終了点に基いて各サブ領域毎に作業経路を決定する
サブ経路決定手段であり、作業車のターン数及び走行経
路が最小になるよう決められる。（８）は、このように
して決まった各分割方法における作業経路を作業車が走
るのに要する時間を計算し、その時間が最小のものを選
び出す作業経路選択手段を示し、こうして選択された作
業経路は実際に作業車が走行する経路としてセットされ
る。

このような作業経路決定装置が登載された作業車として
は前述した特願昭６１−１０８０７０号のような給電コ
ードでの給電によって作業が行なわれるものが使われる
。こうした作業車において、作業経路を決定するには、
作業領域検出手段く１）で作業領域の形状を検出するこ
とから始まる。即ち、作業車が作業車自身に内蔵されて
いる蓄電池を駆動電源として作業領域を周回しながら距
離検知器や方位検知器や音波センサにより、第２図のよ
うな長方形の作業領域において作業領域を示す座標ｐｏ
　、Ｐ＋　、フンセントを示す座標に１障書物（１）（
Ｉ［）を示す座［Ｐ＋、Ｐ２．Ｐ３を検出する。

このような作業領域の検出方法は例えば特願昭６１−３
０４４３２号に示されている。ネットワーク作成手段（
２）はこうして検出された作業領域データの内、作業領
域中央に配置された障害物（Ｉ）のデータに基き、作業
領域を第３図のような長方形の複数の探索領域（Ａ）（
Ｂ）・・・（Ｈ）に分割し、第４図のようなこれ等の探
索領域（Ａ＞（Ｂ＞・・・（Ｈ）の連結状態（ネットワ
ーク状態）を保持する。分割方法選出手段（３）は上記
のように生成された探索領域（Ａ）（Ｂ）・・・（）Ｌ
）に基いて、これ等の探索領域（Ａ）（Ｂ）・・・（Ｈ
）を適当に組み合わせて成る長方形のサブ領域（Ａ）（
Ｂ）・・・（Ｈ）（Ａ　Ｂ　）（Ａ　Ｄ　）・・・を形
成し、これ等のサブ領域の組合わせで作業領域を表わす
表わし方、即ち作業領域のサブ領域による分割方法を第
５図のように選び出す、このようにし−〔選び出された
分割方法（イ）（口〉・・・の内、構成サブ領域数の最
も少い最大分割法がピンクアップ手段（４）でピックア
ップされる。この実施例のように中央に障害物が１つあ
る場合は、サブ領域の数が最も少い最大分割方法は１６
種類あり、そのときのサブ領域の数は４つである。然し
乍ら、作業能率の点から作業開始をコンセントにのある
面のコーナ、即ち、（Ａ）又は（Ｃ）のコーナから開始
し、（Ｂ）を含むサブ領域を２番目に作業する必要があ
り、この制限を上記ピックアップ手段（４）に加えるこ
とで第６図のような１１種類の最大分割方法がピックア
ップされる。

このようにして、ピックアップされた各最大分割方法に
おいて、作業順序決定手段（５）は給電コードが引っか
かる点が最も少くなるような順で作業領域内のサブ領域
の作業順序を決める。即ち例えば（（Ａ　Ｄ　Ｆ　）（
Ｂ　Ｃ）（Ｅ　Ｈ）（Ｇ　））と云う最大分割方法にお
いて第７図のような■■■■の順で作業を行うと、障害
物（Ｉ）の３つのコーナ（Ｒ１゜Ｒ２１ＲＯ）に同時に
給電コードが引っかかる場合があり、給電コードの長さ
制御が難かしくなる。

これに対し、第８図のような■■■■の順序で各サブ領
域の作業を行うと最大でも２つのコーナ（Ｒ１，Ｒ２）
にしか引っかからず、第７１５０の場合より給電コード
長の制御が容易になる。従って、第８図のような作業順
序が選ばれる。このような作業順序は作業領域の各最大
分割方法において、夫々一意的に決定される。こうして
作業順序が決められると、始点終点決定手段（６）は各
サブ領域の作業終了点と作業開始点間の移動距離が最小
となるよう、各々のサブ領域の作業開始点（Ｓｉ）及び
作業終了点（Ｅｉ）を決める（ｉ　−１，２，３，４）
。

具体的には、第９図のように第ｊ番目の作業終了点（Ｅ
ｊ）と第（ｊ＋１）番目の作業開始点（Ｓｊ−＋）が離
れているもの（ｊ＝１．２．３）は省かれ、第１０図の
ように終了点（Ｅｊ）と開始点（Ｓ　ｊｅ＋　）が近接
するよう決定される。このような作業開始点、作業終了
点の決定も各最大分割方法毎に行なわれる。

その後、サブ経路決定手段（７）は各サブ領域の作業開
始点（Ｓｉ）及び作業終了点（Ｅ　ｉ）の情報を得て各
サブ領域における作業方向及び作業巾を決める。第１１
図、第１２図のように作業開始点（Ｓｉ）と作業終了点
（Ｅ　ｉ）が対角にない場合作業車の作業方向は一１意
的に決められる。一方、作業開始点（Ｓｉ）と作業終了
点（Ｅｉ）が対角に存在する場合は第１３図のように作
業方向は長手方向に採るようにする。これは作業車の走
行開始から走行停止までの速度特性が第１４図のように
加速及び減速区間を有したものになるとともに、方向転
換するときには必ず一旦停止をする必要があり、方向転
換が少い方が作業時間が短かくなるからである。そして
作業方向が決まると作業幅を決める。これは作業車が清
掃作業を行うものであれば吸入口の巾が基準となる。即
ち作業巾が吸入口の巾を超えない範囲で均等な作業巾で
作業が行える最大の作業巾が選ばれる。こうすることに
より重複して清掃される部分はサブ領域全体に分布する
ことになり、作業ムラがなくなる。

このようにして、例えば第１５図のように、各最大分割
方法に対して作業経路を決定した後、作業経路選択手段
〈８）は夫々の作業経路を作業車が走行するのに要する
時間を計算し最も時間の少いものを選び出し実際に作業
車が走行する経路としてセットされる０例えば、作業車
の走行速度、作業車に取り付けられた掃除機の吸引中、
作業領域、コンセント位置、障害物（Ｉ）（ＩＩ）の位
置を第１６図のようにした場合、各分割方法においてか
かる時間１．＊　ｌ　８　図（７）　Ｊ：　ウニｔｔす
（（ＡＢ）（ＣＥＨ）（ＤＦ）（Ｇ））と云う分割が最
も少い時間になる。このようにして作業経路が決まると
、作業車はコンセント位置まで移動して給電プラグを接
続し、外部から給電を受けながら上記経路に沿って、作
業（清掃）を行う。

尚、本願において、各サブ領域内の作業経路の決定に際
して、作業開始点、作業終了点が決められたものに対し
て作業経路を決めるものを示したが、一般的に長方形形
状の作業領域で作業開始点のみを定めて、最も作業時間
を短く作業を行うことが考えられる。この作業経路の決
定における流れ図を第１７図に示す。即ち、この流れは
最初長方形の作業領域を認識した後、長方形の作業領域
に対し、縦方向に作業を行うのか横方向に作業を行うの
かを決め、その後、作業終了点及び作業中の決定を行っ
て、作業経路が決定される。

以下、この作業経路の決定方法について詳述する。ここ
で対象となる作業は掃除とし、移動ロボットは全方向移
！！ｌ］機能を持ち、第１４図に示す加減速パターンに
従い走行するものとする。つまり、ロボットは走行距離
に応じ工定速期間（図中ｔ２　　を１間）を変化させる
。

まずロボットは与えられた長方形状の作業領域データに
基づき作業方向を決定する。決定方法を第１８図、第１
９図を用いて説明する。第１８図に示された作業領域が
与えられた時、作業車に設けられた作業経路決定装置は
作業領域の各辺の長さくり。

Ｗ）及び作業車自身の大きさく〆Ｒの円筒形とする。）
から作業時間が短かくなるように作業方向を決定する。

ここで計算を清略化するために、Ｌ＝ｍＲ，Ｗ−ｎ　Ｒ
（ｍ、ｎは自然数かつｍａｎとする。）とし、図示され
た長辺し側に平行に移動して作業を行う経路にて作業を
行った時の作業時間を算出する。

全走行距離は辺り方向の走行距１ｍ□：（Ｉｆｆ＞の走
行距離）と辺Ｗ方向の走行距１（ＩＩ：（Ｉ［［）の走
行距離）との和で表わされる。

０：（ＩＩ）の走行距離）−ｎ（ｍ　−１）Ｒ・・・■
くΣ（Ｉ［）の走行距離）−（ｎ　−１）Ｒ・・・０次
に一〇、■各々の経路も走行するのに要する時間は、Ｒ
＝　２　Ｖｍａｘ２／　ａとすると（■に要する時間）
＝　ｎ（２ｍ　−１）・Ｖｍａｘ／　ａ・−・■′（■
に要する時間）＝　３（ｎ−１）・Ｖｍａｘ／ａ・・・
■′つまり全作業時間は（２ｍｎ＋２ｎ−３）・Ｖｗａ
ｘ／ａ・・・■″となる。

逆に短辺し側に平行に移動して作業を行う場合は、全作
業時間−（２ｍｎ＋２ｍ−３）・Ｖ　ｗａｘ／ａ・・・
■“となり、■″〉■“である、（’、’ｍ＞ｎ）つま
り長辺に沿って作業を行い、短辺側で作業幅だけ移動す
る方が作業時間は短かくなる。また全方向移動機能を持
たない作業車に於いては（■に要する時間）にターンに
要する時間が加わる。つまり全作業時間は■″及び■“
においてはｔ　ｗｍ　３と近似した時、 ■−一（２ｍ　ｎ　＋１０ｎ−１１）・Ｖｍａｘ／ａ■
”　　−＜２　　ｍｎ　　＋１０ｍ−１１）　・　Ｖｍ
ａｘ／　　ａとなり、■−と■−の差異は■“と■″の
差異以上のものがある。ここで第１９図（ａ）（ｂ）に
おいてＬ　−８Ｒ，Ｗ−４Ｒ，Ｖｍａｘ−３０Ｃｍ／　
８　、　ａ−１５ｃｍ／Ｓ２とした時の作業時間は となる。２辺り、Ｗ（ＬＡＷ＞の比（Ｌ／Ｗ）が犬さい
程、作業時間の差は大きくなる。（尚、第　図中Ｓは作
業開始地点、Ｂは終了地点を表す、）上記方法により作
業方向が決定された後、作業終了地点と作業幅を決定す
る。第２０図（ａ）、（ｂ）は同じ作業領域に対して作
業方向は同じとし、作業幅が異なる２種類の作業経路で
ある１両図とも作業開始地点Ｓに対して、作業終了地点
Ｅが定まりｒいる時、（ａ）の作業幅決定方式は作業幅
として考えられる最大値Ｒで作業を行い、最後だけ作業
幅をＬ＋（＜Ｒ）とする方法で＜ｂ＞の決定方式は、作
業幅Ｌ２　（Ｌ２　＜　Ｒ）と均等に決定する方式であ
る。（ａ）の場合、第２１図＜ａ）に示す如く、■の領
域は２度、■の領域は３度作業が行われ、作業場所によ
り作業のムラがあるが（ｂ）の場合、２度作業を行う領
域（第２１図（ｂ）中■）が作業領域全体にわっている
ため、平均化きれた作業が行えているため、ムラがない
と思われる。そこで作業は第２１図（ｂ）のように均等
な作業幅にて行うものとする。

ト）発明の効果 以上述べた如く、本発明作業経路決定装置は作業領域デ
ータに応じて作業領域を複数のサブ領域に分割する分割
手段と、複数の作業領域の作業順序を決定する順序決定
手段と、各サブ領域間の移動距離が最小となるような各
サブ領域の作業開始点、作業終了点を決定する始点終点
決定手段と、各サブ領域内での作業車の作業経路を決定
するサブ経路決定手段とで、作業経路決定装置を形成し
ているので、作業領域の形状に応じて、効率的な作業経
路がこの作業経路決定手段で決定され、これを作業車に
備え付けることにより、汎用性が高く効率的な作業を行
う作業車を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明作業経路決定装置のブロック図、第２図
は作業領域の形態を示す模式図、第３図は作業領域をサ
ブ領域に分割したときの模式図、第４図は各サブ領域の
結合状態を示す模式図、第５図は作業領域の分割方法を
示す表図、第６図は選択された最大分割方法を示す表図
、第７図、第８図はサブ領域の作業順序を示す模式図、
第９図、第１０図は各作業領域の作業開始点、作業終了
点の決め方を示す模式図、第１１図乃至第１３図はサブ
領域内での作業車の作業経路を示す模式図、第１４図は
作業車の走行特性を示す特性図、第１５図は作業領域全
体における作業車の作業経路の一例を示す模式図、第１
６図は作業車の性能特性と作業領域の形態を表わす表図
、第１７図は長方形状の作業領域の作業経路を決定する
ときの流れ図、第１８図、第１９図（ａ）Ｃｂ）、第２
０図（ａ）（ｂ）は長方形形状の作業領域の作業経路を
示す模式図、第２１図（ａ）（ｂ）は重複して作業をす
る箇所を示す作業領域の模式図である。 （１）・・・作業領域検出手段、（２）・・・ネットワ
ーク作成手段、〈３〉・・・分割方法選出手段、（４〉
・・・ピックアップ手段、（５）・・・作業順序決定手
段、（６）・・・始点、終点決定手段、（７）・・・サ
ブ経路決定手段、（８）・・・作業経路選択手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）作業領域の形態を示す作業領域データに応じて、作
   業車が自走しながら作業を行うための経路を決定する作
   業車の作業経路決定装置において、作業領域データに応
   じて作業領域を複数のサブ領域に分割する分割手段と、
   複数のサブ領域の作業順序を決定する順序決定手段と、
   各サブ領域間の移動距離が最小となるような各サブ領域
   の作業開始点、作業終了点を決定する始点終点決定手段
   と、各サブ領域内での作業車の作業経路を決定するサブ
   経路決定手段と、から成る作業車の作業経路決定装置。