JPS63313209A - 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】 産業上の利用分野 この発明は、無人搬送車・床面清掃ロボット・自立移動
ロボット等の移動体を経路データに基づいて走行させる
ための移動体の走行制御装置に関するものである。

従来の技術 無人搬送車や各種移動ロボット等の移動体の操舵方式と
しては、大きく分けて二つある。一つは、いわゆるＰＷ
Ｓ　（Ｐｏｗｅｒ　Ｗｈｅｅｌｅｄ　Ｓｔｅｅｒｉｎｇ
）方式と呼ばれるもので例えば第９図に示すように、本
体１の左右に二つの駆動輪２，３と従輪４を有し、それ
ぞれの駆動輪はモータ５，６およびエンコーダ７．８に
より独立に駆動制御され、この左右の走行輪２，３の回
転数の差を制御することによって直進、方向変換、スピ
ンターン等の走行制御を行なうものである。この方式は
簡単な駆動機構でさまざまな走行パターンが容易に行な
えるので比較的よく用いられているが、凹凸がなくすべ
りのない理想的な平面上を走行する場合でも左右の駆動
輪２，３の形状ばらつき（直径、軸中心等）や制御ばら
つきがそのまま走行誤差となるため、正確な直進走行は
難しい。

もう一つの方式は、一般の自動車にも用いられている操
舵輪方式で、例えば第１０図に示すように、本体９には
モータ１０により駆動する駆動輪１１とモータ１２によ
り走行方向を変える操舵輪１３を有し、エンコーダ１４
によって駆動輪１１の回転数を計測し走行速度を検知す
るとともに、エンコーダ１５によって操舵輪１３の本体
９に対する回転速度および偏位角を計測して走行方向を
検知することにより走行制御するものである。また、同
方式には駆動輪を別個に設けず操舵輪を直接モータで駆
動して操舵輪と駆動輪を兼用させているものもある。こ
の方式は、本体９０走行方向が、エンコーダ１４から得
られる走行速度とエンコーダ１５から得られる操舵輪１
３の回転速度と偏位角の３変数に関係するため微妙な走
行制御は複雑になり難しいが、操舵輪１３を固定して得
られる直進走行あるいは一定曲率走行は容易であり安定
しており確実である。

しかしいずれの操舵方式でも、床面の状態によっては何
らかの外部誘導なしでは確実な走行制御はできない。な
ぜなら、床面が理想的な水平面であればよいが、現実に
は床面の凹凸や傾斜によって走行軌道が変化したり、駆
動輪または操舵輪と床面との間にすべりがあるとそれが
計測誤差となってしまうからである。

そこで、外部誘導なしで、予め与えられた経路データに
基づいて移動体を走行制御する方法として、本体に設け
たジャイロコンパスやレートジャイロ等のジャイロセン
サによって本体の方向を計測し誘導するものが提案され
ている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、直進走行の安定した操舵輪方式でジャイ
ロセンサを備えた移動体の走行制御装置では、制御シス
テムが大きくなり複雑化することは避けられなかった。

すなわち、従来のこのような走行制御装置では、走行中
はジャイロセンサの出力から本体の方向を求め、経路デ
ータとして与えられた目標値との比較を行ない、両者に
ずれが生じたときは、駆動輪の回転数を計測するエンコ
ーダの出力から求めた走行速度とこのずれの大きさとか
ら、操舵輪の方向回転速度と回転角度と保持時間とを計
算し、操舵輪を方向回転するモータとその回転数を計測
するエンコーダとからなるフ。

イードバック系にこれらの値を与え、操舵輪の方向を変
え、再び本体の方向と目標値とを比較するというような
制御の繰り返しとなり、方向制御に２つのフィードバッ
ク系を必要としていた。

このような複雑な制御システムではコスト上のデメリッ
トは当然ながら、フィードバック系が組み合わされたこ
とにより制御誤差が大きくなるという問題があった。

そこで、本発明は簡単な制御システムで、外部からの誘
導なしで与えられた経路データに基づいて、確実に走行
できる移動体の走行制御装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 前記問題点を解決する本発明の技術的手段は、本体の走
行方向前方に設けた駆動輪と、後方に設けた従輪と、駆
動輪を回転して本体を走行させる走行モータと、駆動輪
を支持する駆動輪支持体を本体に対して回転させて本体
の走行方向を変える操舵モータと、駆動輪または走行モ
ータの回転数から走行速度を検知する走行速度センサと
、駆動輪支持体に取り付けられその水平方向の回転角速
度を検知するレートジャイロと、走行経路を指示する経
路データを記憶する記憶装置と、走行速度センサの出力
から走行速度または走行距離を、レートジャイロの出力
から走行方向をそれぞれ演算する演算回路と、上記記憶
装置と演算回路とからのデータに基づき走行モータおよ
び操舵モータを制御する制御回路とを具備したものであ
る。

作用 この技術的手段による作用は吹のとおりである。

すなわち、走行と操舵の両方を行なう駆動輪を本体の前
方に配置することにより、本体がどちらの方向を向いて
いようと必ず駆動輪の向いた方向に本体を移動させるこ
とができ、しかも駆動輪を支持する駆動輪支持体にレー
トジャイロを取り付けて走行面に対する駆動輪の向きを
直接計測することにより、方向制御のためのフィードバ
ック系を１つにできるとともに、本体の方向とは関係な
く安定した直進走行および方向転換ができるようになる
。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図、第２図、第３図において、２０は移動体の本体
で、走行面Ａ上を矢印Ｂの方向に走行する。２１は本体
２０の前方に配置された駆動軸、２２は同じく後方に配
置された２個の従輪である。

２３は駆動輪２１に固定された駆動軸２１′を回動自在
に支持する駆動軸支持体で、走行モータ２４とこの回転
を減速する走行減速機２４′が取り付けられている。走
行モータ２４は走行減速機２４′を介して駆動軸２１′
の一端と接続し駆動輪２１を駆動する。また駆動輪支持
体２３は操舵モータ２５によって本体２０に対して回転
させられ、本体２０の走行方向が変えられる。すなわち
駆動輪支持体２３の上部に固定された操舵軸２６が本体
２０に固定された操舵減速機２７を介して操舵モータ２
５と接続している。２８は駆動軸２１′に固定され駆動
輪２１とともに回転するエンコーダディスクで、表面に
反射パターンが印刷されている。２９はエンコーダディ
スク２８の反射パターンに光を照射し、その反射光を読
み取ることによりエンコーダディスク２８の回転速度を
検知するフォトインタラプタで、この両者で走行速度セ
ンサを構成している。３０は、ガスレートジャイロ、振
動型ジャイロ等からなるレートジャイロで、操舵軸２６
を介して駆動軸支持体２３に取り付けられ駆動軸２１の
走行面Ａに対する水平方向の回転角速度を検知する。３
１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリからなる記憶装置で、
走行経路を指示する経路データを記憶する。３２は、走
行速度センサを構成するフォトインタラプタ２９の出力
から走行速度または走行距離を、レートジャイロ３０の
出力から走行方向をそれぞれ演算する演算回路である。

３３は記憶装置３１と演算回路３２とからのデータに基
づき走行モータ２４および操舵モータ２５を制御する制
御回路である。なお本実施例では、演算回路３２および
制御回路３３の判断処理部にはマイクロコンピュータを
使用している。

３４は回路収納箱、３５は電源を供給するバッテリーで
ある。

ここで、本実施例の制御系を第４図のブロック図に基づ
いて説明する。

図のように、演算回路３２は、走行速度センサ２８．２
９から駆動輪２１または走行モータ２４の回転速度デー
タを受は取り駆動輪２１の走行距離を演算すると同時に
、レートジャイロ３ｏから出力する駆動輪２１の水平方
向の角速度アナログデータをＡ／Ｄコンバータ３６を通
してデジタル化したものを受は取り駆動輪２１０走行距
離を演算する。制御回路３３は、走行制御回路３３Ａと
操舵制御回路３３Ｂとからなる。走行制御回路３３Ａは
、記憶装置３１に記憶した経路データに記述された距離
目標値と、演算回路３２からの走行距離データとを入力
し比較して走行モータ２４の駆動制御を行ない、操舵制
御回路３３Ｂは、一定距離走行するごとに演算回路３２
から出るパルスを受は取ると、記憶装ｆｌ！３１に記憶
した経路データに記述された方向目標値と、演算回路３
２からの走行方向データとを入力し比較して操舵モータ
２５の駆動制御を行なう。

以上のように構成された移動体の走行制御装置について
、以下その動作例を説明する。

まず、記憶装置３１より走行制御回路３３Ａは距離目標
値を、操舵制御回路３３Ｂは方向目標値を入力する。次
に操舵制御回路３３Ｂは演算回路３２より現在の走行方
向すなわちレートジャイロ３０の出力から演算された駆
動輪２１の方向データを入力する。そして、この方向デ
ータと方向目標値とを比較し、異なる場合は操舵モータ
２５を駆動して操舵輪２１を方向目標値に近づく方向に
向け、再び方向データを入力する。この動作を繰り返す
ことにより方向データと方向目標値とが等しくなる。つ
まり操舵軸２１が目標方向を向いたことになる。この状
態で、走行制御回路３３Ａは走行モータ２４を作動し、
移動体の本体２０は走行を始める。走行中は、走行制御
回路３３Ａは演算回路３２より現在の走行距離すなわち
走行を始めてからの距離データを入力し、距離目標値と
比較する。ここで、もし距離データと距離目標値とが等
しければ走行モータ２４を停止して走行は停止するが、
そうでない場合、操舵制御回路３３Ｂは演算回路３２か
ら一定距離走行パルスが来ているかどうかを確認し、来
てなければ再び走行制御回路３３Ａは距離データを入力
し以上の動作を繰り返す。パルスが来ていれば、操舵制
御回路３３Ｂは演算回路３２から方向データを入力し、
方向目標値との比較によって軌道がずれているかどうか
判断し、ずれていれば操舵モータ２５を駆動して軌道の
ずれを修正し、再び距離データを入力して以上の動作を
繰り返す。ずれがなければ、そのまま以上の動作を繰り
返す。制御回路３３はこのような動作を繰り返すことに
よって、本体２０は与えられた軌道上を走行することが
できる。

この制御回路３３の動作のフローチャートを第５図に示
す。

このように、駆動輪支持体２３にレートジャイロ３０を
取り付けることにより、方向制御はレートジャイロ３０
と操舵モータ２５からなる１つのフィードバック系で行
なえる。

ところで、記憶装置３１に記憶する経路データを、例え
ば第６図に示すように、直進すべき方向と、その直進距
離との組で記述しておき、制御回路３３は１つの直進走
行を終えて停止するごとにこれを順次読み出して目標値
に設定するようにしておけば、走行経路のプログラムは
容易になるし、走行中は直進制御のみになり制御回路３
３０制衛が単純になる。この第６図の経路データによっ
て走行させた場合の走行経路は第７図のようになる。

なお、本実施例では駆動輪２１を１輪で構成しているが
、例えば第８図に示すように駆動輪を２輪で構成し、こ
の駆動輪４０．４１を差動歯車４２で接続するようにし
ても良い。図において、４３は駆動輪支持体、４４は走
行モータ、４５は減速機、４６．４６”は走行モータ４
４の回転を差動歯車４２に伝える歯車、４７は走行モー
タ４４の回転数から走行速度を検知する走行速度センサ
である。このように構成すれば、たとえ走行停止時に操
舵軸２６を回転して走行方向を変える場合でも、駆動輪
４０．４１はそれぞれ逆回転するのでこれが走行面Ａを
傷めることがない。

また本実施例では、レートジャイロ３０を操舵軸２６を
介して駆動輪支持体２３に取り付けているが、駆動輪支
持体２３に直接取り付けても同様の効果が得られること
は言うまでもない。要は、レートジャイロ３０が駆動輪
支持体２３の水平方向の回転角速度を検知できるように
取り付ければ良い。

また、記憶装置３１としては単なる内部メモリだけでな
く、例えばフロッピーディスクやＩＣカード等の外部メ
モリであっても良い。

発明の効果 以上のように本発明は、走行と操舵の両方を行なう駆動
輪を本体の前方に配置することにより、本４体がどちら
の方向を向いていようと必ず駆動輪の向いた方向に本体
を移動させることができ、しかも駆動輪を支持する駆動
輪支持体にレートジャイロを取り付けて走行面に対する
駆動輪の向きを直接計測することにより、方向制御のた
めのフィードバック系を１つにできるとともに、本体の
方向とは関係なく安定した直進走行および方向転換がで
きるようになるもので、簡単な制御システムで、外部か
らの誘導なしで与えられた経路データに基づいて、確実
に走行できる移動体の走行制御装置が提供できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による移動体の走行制御装置
の側断面図、第２図は同移動体の走行制御装置の正面断
面図、第３図は同移動体の走行制御装置の平断面図、第
４図は同制御系のブロック図、第５図は同制御回路の動
作を示すフローチャート、第６図は同経路データの一例
を示す説明図、第７図は同経路データによる走行経路を
示す説明図、第８図は駆動輪を２輪で構成した場合の他
の実施例を示す図、第９図、第１０図は従来の移動体の
操舵方式を示す説明図である。 ２０・・・・移動体の本体、２１・・・・駆動輪、２２
・・・・軸輪、２３・・・・駆動輪支持体、２４・・・
・走行モータ、２５・・・・操舵モータ、２８．２９・
・・・走行速度センサ、３０・・・・レートジャイロ、
３１・・・・記憶装置、３２・・・・演算回路、３３・
・・・制御回路。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第２図 第３図 功　　　　　　　　　　　　　ゐ 寸　　　　　　　− 第５図 第６図 第８図 第９図 第１０図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体の走行方向前方に設けた駆動輪と、後方に設
   けた従輪と、駆動輪を回転して本体を走行させる走行モ
   ータと、駆動輪を支持する駆動輪支持体を本体に対して
   回転させて本体の走行方向を変える操舵モータと、駆動
   輪または走行モータの回転数から走行速度を検知する走
   行速度センサと、駆動輪支持体に取り付けられその水平
   方向の回転角速度を検知するレートジャイロと、走行経
   路を指示する経路データを記憶する記憶装置と、走行速
   度センサの出力から走行速度または走行距離を、レート
   ジャイロの出力から走行方向をそれぞれ演算する演算回
   路と、上記記憶装置と演算回路とからのデータに基づき
   走行モータおよび操舵モータを制御する制御回路とを具
   備した移動体の走行制御装置。
2. （２）制御回路は、経路データに記述された距離目標値
   と演算回路からの走行距離データとの比較により走行モ
   ータの駆動を制御する走行制御回路と、一定距離走行す
   るごとに、経路データの方向目標値と演算回路からの走
   行方向データとの比較により操舵モータの駆動を制御す
   る操舵制御回路とを有した特許請求の範囲第１項記載の
   移動体の走行制御装置。
3. （３）記憶装置に記憶される経路データは、直進するた
   めの走行方向データと走行距離データからなり、制御回
   路は、このデータの組を順次目標値に設定して走行モー
   タおよび操舵モータを制御する特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の移動体の走行制御装置。