JPS63286911A - 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号等に示されている。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
データ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祢った
り、あるい！ｉ作業を行わなかったりして、作業ムラが
生じ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されたものであって、
作業領域データに応じて作業領域を長方形のザブ領域に
分割する分割手段と、分割された各サブ領域内で作業車
の作業経路を決めるナブ経路決定手段と、から成りこの
サブ経路決定手段は、サブ領域の各辺に平行な経路を組
み合わせて作業経路を形成するとともに、互に隣接する
平行な作業経路間の間隔を等しくしている。

ホ）　作用 作業領域に応じて効率的な作業経路が決定されるととも
に、決定された作業経路も重複作業される部分は作業領
域全体に均一に存在するようになり、作業１１ジもなく
なる。

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）すべき作業
領域の形状を、例えば第２図のように障害物（Ｉ）（Ｉ
Ｆ）のある作業領域ではｐｏ　、ＰＩ　。

Ｐ２　、Ｐａｌ　ｌＰ４の座標点及びフンセントにの座
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（１）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）で生成されたネットワークに基き、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（ＡＤＦ）・・・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〉で選出きれた分割方法くイ）（１・・・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
ピックアップきれた各分割方法において給電フード長の
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サブ領域の作業（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、終点決定一手段、（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、その時間が最ノＪｓ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（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
、Ｐ４、コンセントを示す座Ｐ！　ｋ　、障害物（１）
（Ｉ）を示す座標Ｐ１．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（１）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）の連結状態くネットワ
ーク状態）を保持する０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）・・・（Ｈ）
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、このようにして選び出された分割
方法（イ）（口〉・・・の内、構成サブ領域数の最も少
い最大分割法がピックアップ手段（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１１１１Ｍ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）は給電フードが引っか
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（１）の３つのコーナ（Ｒ１゜Ｒ２，Ｒａ）に同時に
給電フードが引っかかる場合があり、給電コードの長き
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（Ｒ１１Ｒ２）
にしか引っかからず、第７図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（Ｅ　ｉ）を決める（１−１．２．３．４）。

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（Ｓｊ、＋）が近接する
よう決定きれる。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（Ｓ　ｉ）及び作業終了点（Ｅｉ）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（Ｓｔ）と作業終了点
（Ｅｉ）が対角にない場合作業車の作業方向は一意的に
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
及び減速区間を膚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６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ｒｔ
＋　、作業領域、コンセント位置、障害物（１）（１）
の位置を第１６図のようにした場合、各分割方法におい
てかかる時間は第６図のようになり（（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、作業車はフンセン
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巾の決定を行っ
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で詳述する。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
動機能を持ち、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
て定速期間（図中ｔ２−ｔ　＋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。

ここで計算を簡略化するために、Ｌ＝ｍＲ，Ｗ＝ｎＲ（
ｍ、ｎは自然数かつｍ＞ｎとする。〉とし、図示された
長辺り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離（ｎ（ＩＩＩ）の走行
距離）と辺Ｗ方向の走行距離（ｎ（ＩＩＩ）の走行距離
）との和で表わされる。

０：（ＩＩＩ）の走行距離）−ｎ　（ｍ　−１）Ｒ−・
・■（ｎ（ＩＩ）の走行距離）−（ｎ　−１）Ｒ・・・
０次に■、■各々の経路を走行するのに要する時間は、
Ｒ＝　２Ｖｌ！１ａｘ２／　ａとすると（■に要する時
間）ｍｎ（２ｍ−１＞・Ｖｍａｘ／ａ・・・■′〈■に
要する時間）＝　３（ｎ−１）−Ｖ　ｗａｘ／　ａ−■
′つまり全作業時間は（２ｍｎ＋２ｎ−３）・Ｖｆｆｉ
ａｘ／　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　＋　２　ｍ　−３）・Ｖｍａｘ／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。ｔ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■″においてはえ−３と近似した時、 ■”−（２ｍｎ＋１０ｎ−１１）＊　Ｖｍａｘ／　ａ■
“冨（２ｍｎ＋１０ｍ−１１）・Ｖａ＋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　鵡８　Ｒ
、Ｗ　＝４　Ｒ＋　Ｖ　ｌｌ１ａ　ｘ　■３０　ｃ／　
ｓ　＋　ａ　瑚１５０／ｓ２とした時の作業時間は となる。２辺り、Ｗ（ＬＡＷ）の比（Ｌ／Ｗ）が大きい
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、Ｅ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
業力向は同じとし、作業幅が異なる２ｆｌｌ類の作業経
路である。同図とも作業開始地点Ｓに対して、作業終了
地点Ｅが定まっている時、（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、Ｖ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Ｖ）が作業領域全体にわっている
ため、平均化さ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 以と述べた如く、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長方形のサブ領域に分割する
分割手段と、分割された各サブ領域内で作業車の作業経
路を決めるサブ経路決定手段と、から成りこのサブ経路
決定手段は、サブ領域の各辺に平行な経路を組み合わせ
て作業経路を形成するとともに、互いに隣接する平行な
作業経路間の間隔を等しくしているので、作業領域の形
状に応じて効率的な作業経路が決定されるとともに、こ
の装置で決定された作業経路の重複部分も、作業領域全
体に存在するようになって、作業ムラのない作業が行え
るようになる。

【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）（ｂ）、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、く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、作業領域を長方形のサブ領域に分割する分割手段
   と、分割された各サブ領域内で作業車の作業経路を決め
   るサブ経路決定手段と、から成りこのサブ経路決定手段
   は、サブ領域の各辺に平行な経路を組み合わせて作業経
   路を形成するとともに、互いに隣接する平行な作業経路
   間の間隔を等しくすることを特徴とした作業車の作業経
   路決定装置。