JP2000242335A

JP2000242335A - 自律走行ロボット

Info

Publication number: JP2000242335A
Application number: JP11045722A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kawasaki; 崎真一郎川; Kensho Kamikubo; 窪健正上; Haruo Ishikawa; 川春雄石; Motoji Torii; 居元二鳥; Masaaki Aoki; 木雅昭青
Original assignee: Central Japan Railway Co; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Central Japan Railway Co; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】障害物や段差部分がある区域内においても自
己のセンサー機能を活用して自在に移動しながら要求さ
れる役割を果たすことのできる自律走行ロボットを提供
すること。【解決手段】自律走行ロボットに、ロボットの前後に
ある障害物を検出する障害物検出手段と、ロボットの側
方の物体との間の距離を検出する距離検出手段と、転落
防止検出手段などの種々の検出手段を有し周囲の状況を
検索して徐行および停止操作を行ないながら移動し、か
つロボットの役割を果たすようにしたため、自己の認
識、判断により進行方向に存在する他の物体などの障害
物（動く物体も含む）を避けながら移動し、その役割を
遂行することができるという硬化が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自走式ロボット、特
に自機と対向機（対向物体：障害物など）との距離を図
りつつ自在に走行し且つ目的の場所へ到達することの可
能な自律走行ロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば体育館、グラウンド、ホテルの
ロビー等、ある特定のフィールド内で自走式ロボットを
走行させ、荷物の運搬、掃除など種々の作業をさせるシ
ステム或いは装置が考えられている。このような場合等
において自走式ロボットや車両等の移動体を自動操舵す
る技術としては、たとえば特開平３−２３０２０３号公
報に示された「車両の自動操舵方法及びその自動操舵装
置」がある。この自動操舵装置は、車両等の移動局に、
その進行方向を検出する方位測定手段と、出発地点から
目標地点までの設定コースを記憶する記憶手段と、予め
決められたチェックポイントを通過したときに設定コー
スからの位置偏差を計測する検出手段と、この位置偏差
と走行距離から方位測定手段の方位誤差を演算する演算
手段とを備えておき、方位測定手段からの出力にその方
位誤差を減算して得られる方向に向けて進行するように
蛇角を制御するようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の自動操舵装置にあっては、決められたフィー
ルド内においてロボットがコースを移動する間、チェッ
クポイントを通過したときの誤差と、方位測定手段の測
定結果との差を調整しながら前進或いは後退運動を行な
う方式を採っているものであるから、そのフィールド内
では一定の走行方向を修正しつつ進行しかつ現在そのロ
ボット自身がどの場所にいるのかを判断できるが、その
フィールドから完全に離れて全く別の領域へ出たときに
はもはやチェックポイントはなく自己の位置の偏差も検
出できなくなってしまい、最後にはロボット自身がどの
場所にいるのかが分からなくなるという不具合があっ
た。

【０００４】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、障害物や段差部分がある区域内におい
ても自己のセンサー機能を活用して自在に移動しながら
要求される役割を果たすことのできる自律走行ロボット
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、ロボットの前後にある障害物を検出する
障害物検出手段と、ロボットの側方の物体との間の距離
を検出する距離検出手段と、転落防止検出手段などの種
々の検出手段を有し周囲の状況を検索して徐行および停
止操作を行ないながら移動し、かつロボットの役割を果
たすようにしたものである。

【０００６】かかる構成、機能により、本発明の自律走
行ロボットは、進行方向に他の物体などの障害物（動く
物体も含む）を避けながら移動し、その役割を遂行す
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、ロボット本体の前部に設けられロボットの進行方向
にある障害物を検出する障害物検出手段と、ロボット本
体の側部に設けられ側方に対向する物体との間の距離を
検出する距離検出手段と、ロボットの転落を防止する転
落防止検出手段と、各検出手段からの検出結果に基づい
て走行動作を制御する制御手段とを備えたものであり、
という作用を有する。

【０００８】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の自律走行ロボットにおいて、障害物検出手段に
隣接して障害物のエッジを検出するエッジ検出手段を備
え、障害物のエッジの検出結果に基づいて隘路に進入す
るとともに、距離検出手段の検出結果を参照して当該隘
路を進行するようにしたものであり、ロボットが自己の
計測結果および判断によって隘路でも進むことができる
という作用を有する。

【０００９】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１記載の自律走行ロボットにおいて、ロボット本体の前
部および後部には距離検出手段が設けられ、前後方向に
ある障害物への接近距離を規定するようにしたものであ
り、ロボットの接近距離検出により障害物をさけたり隘
路を進行することができるという作用を有する。

【００１０】以下本発明の実施の形態を図面を参照して
説明する。

【００１１】図１は、本発明による自律走行ロボットの
全体動作を制御する制御系の回路構成を示すブロック図
である。図１において、符号１は光センサーであり、光
空間通信と障害物検出とを行なうことができる。２は透
過型ビームセンサー、３は距離検出手段としての超音波
距離センサーである。４は画像センサーでありこの画像
センサー４には撮像カメラ５が接続されている。６は反
射型ビームセンサーであり、この反射型ビームセンサー
は物体のエッジ検出を行なう。また、７は演算処理手段
であり上記各センサーの検出動作を制御するとともにロ
ボットの制御系全体の動作をコントロールする。

【００１２】８はロボットを走行させる駆動およびその
制御機構である。このロボット駆動制御機構８におい
て、９はロボットを走行させる駆動機構を作動させるモ
ータードライバー、１０は走行中に制動をかけるブレー
キ、１１は非常時にロボットを停止させる非常停止スイ
ッチ、１２はロボットの走行距離を検出する距離検出手
段としての距離計測エンコーダ、１３はロボットの方向
転換を検知するジャイロセンサー、１４はロボットが対
向物体に衝突したことを検知するバンパースイッチ、１
５はロボットが段差部から転落するのを防止する転落防
止用ビームセンサー、１６は以上のロボットの走行に関
わるロボット駆動制御機構８全体の動作をコントロール
する走行制御手段である。この走行制御手段１６は演算
処理手段７に接続されており、当該演算処理手段７によ
り動作がコントロールされるようになっている。

【００１３】またロボットには、その走行および作業遂
行を支援する各種周辺機器が取り付けられており、１７
はロボットの動作プログラムや指令を入出力するための
ＩＣカードリーダ／ライタ、１８は進行方向を示す方向
指示器、１９は無線通信によりデータや指令を送受する
無線通信部、２０は音声によるメッセージを生成する音
声合成部、２１はロボットのエネルギー源であるバッテ
リーの充電動作をコントロールする充電制御部、２２は
以上の周辺機器の動作をコントロールする周辺機器制御
手段である。この周辺機器制御手段２２は演算処理手段
７に接続されており、当該演算処理手段７により動作が
コントロールされるようになっている。

【００１４】図２は上記のような制御系を有するロボッ
トのセンサー取り付け位置を示すロボットの概略平面図
である。なお、本実施の形態にかかるロボットは駅のプ
ラットホームやスタジアム等においてゴミ収集作業など
を行なう目的に使用されるもので、図２にはかかる作業
を遂行するための相手装置であるシューター３５も図示
されている。図２において、符号２５はロボット本体を
示し、図２中、上側がロボットにとっての前方、下側が
後方に相当する。光センサー１はロボット本体２５の前
面部分に左右対称の位置関係に２個設けられ、ロボット
の進行方向にある障害物を検出する障害物検出手段とし
ての機能を有する。この光センサー１では光として赤外
線が用いられる。透過型ビームセンサー２はロボット本
体２５の左右両側部に片側について前後２個ずつ合計４
個設けられ側方に対向する物体（例えば他の機器とか建
屋、壁、塀、柱など）との間の距離を検出する距離検出
手段としての機能を有する。透過型ビームとしては、赤
外線ビームが用いられ、通常は他の機器とのアクセス時
に使用され当該他の機器からの信号を受信することによ
り他の機器とロボットの進行方向との位置合わせ補正に
使用される。この透過型ビームセンサー２はロボット本
体２５の前後方向中間部分において、左右両側の側部そ
れぞれ２個ずつ合計４個に設けられる。

【００１５】超音波距離センサー３はロボット本体２５
の左右両側部に片側について前後２個ずつ合計４個設け
られ、障害物を検出し、またロボットと障害物との間の
距離を検出する障害物検出・距離検出手段としての機能
を有する。さらに超音波距離センサー３は、超音波距離
センサー３ｂとしてロボット本体２５の後面部分にも左
右対称の位置関係に２個設けられ、このロボットが充電
器に接近するときの距離制御を行なう機能を有する。な
お、ロボット本体２５の後面部分には、上記超音波距離
センサー３ｂに隣接して赤外線光通信用センサー２３が
設けられている。

【００１６】画像センサー４および撮像カメラ５はロボ
ット本体２５の頭部に設けられ、このロボットの移動中
において接近する物体を視野に捕らえ、また対向物体の
エッジを検出する機能を有する。反射型ビームセンサー
６はロボット本体２５の左右両側部に片側について１個
ずつ合計２個設けられ、単独動作により、或いは上記画
像センサー４および撮像カメラ５と協働して、障害物検
出および対向物体のエッジ検出機能を有する。反射型ビ
ームとしては、赤外線ビームが用いられ、上記のような
障害物検出・エッジ検出の機能に加えて光通信機能を兼
備している。反射型ビームセンサー６は、赤外線反射型
ビームセンサー６ａとしてロボット本体２５の左右両側
部にも設けられている。この赤外線反射型ビームセンサ
ー６ａは、ロボット本体２５の左右両側部に片側につい
て２個ずつ合計４個設けられ、障害物検出機能を有す
る。転落防止用ビームセンサー１５は、ロボット本体２
５の前後の左右両コーナー部に設けられている。この転
落防止用ビームセンサー１５には赤外線反射型ビームセ
ンサーが用いられ、ロボット本体２５の前後、左右のコ
ーナーに１個ずつ合計４個設けられ、転落防止検出機能
を有する。

【００１７】また、シューター３５に取り付けられた１
次貯留器制御ユニットにも各制御機能が設けられてい
る。図２のシューター３５において、符号２８、２９は
赤外線透過型ビームセンサーであり、赤外線ビームを照
射してこの赤外線ビームをロボット側の受信機が受信し
たときに進行方向の位置マーカとするようになってい
る。また、３０、３１は赤外線光通信センサーであり、
ロボット側の光障害物センサー６ａと通信することによ
りゴミの受け取りまたは移載の制御を行なうようになっ
ている。

【００１８】かかる構成を有する自律走行ロボットにつ
いて、以下動作を説明する。このロボットの走行動作に
おいて、ロボットは、他の装置（ロボット等）に近づ
き、徐行しながらビームセンサー検出を行ないこの検出
動作により停止する。このときのビームセンサー検出の
検出回数または検出センサーの位置に条件を設けること
もできる。そして、光センサー１或いは透過型ビームセ
ンサー２の働きにより障害物を検出し、さらに超音波距
離センサー３によって障害物までの距離を測定し前後の
超音波距離センサー３により検出された距離がほぼ同じ
距離になるように制御する。そして、超音波距離センサ
ー３による計測距離と指定された距離とから横方向移動
量を計算して、ほぼ１メートル前進する。このような動
作において、ロボットの位置または姿勢の修正動作に入
る誤差量を何センチメートルに以上にするかは、予め検
討し設定しておくことができる。

【００１９】ロボットの位置または姿勢の修正動作にお
いて、他の装置から離れる場合は装置側に適当な角度
（例えば２０度）スピンターンする。他方、装置に近づ
く場合は装置とは反対の側に適当な角度（例えば２０
度）スピンターンする。そして、上記スピンターンした
後、横方向へ移動すべき移動量（これをＤとする）に対
して、Ｄ÷（ｓｉｎ２０）だけ後退して、先程のスピンターン動作とは逆方向へ同
じ角度（２０度）回転する。そして後退しながら光セン
サー１、或いは透過型ビームセンサー２をチェックし、
超音波距離センサー３の計測値を合わせて修正動作を終
了する。なおスピンターンの回転角度は、２０度以外の
値であってもよい。

【００２０】これによりロボットが例えば壁際に沿って
進むとき、或いは狭隘部に進入したとき、側方の壁との
距離を一定に保ち、さらにロボットの姿勢を壁と平行に
することができ、上記壁に沿って進行することができ
る。

【００２１】そしてロボットが目的の場所であるシュー
ター３５の隣へ到達したとき、ロボット側の赤外線反射
型ビームセンサー６ａとシューター３５側の赤外線光通
信センサー３０、３１との間で通信が行なわれ、ロボッ
トの位置決めが行なわれる。また、ロボット側の透過型
ビームセンサー２とシューター３５側の赤外線透過型ビ
ームセンサー２８、２９との間でも通信が行なわれる。
この場合は、シューター３５側の赤外線透過型ビームセ
ンサー２８、２９から赤外線ビームが照射されこの赤外
線ビームをロボット側の透過型ビームセンサー２が受信
したときに進行方向の位置マーカとするようになってい
る。

【００２２】以上のような走行制御動作の結果、ロボッ
トがシューター３５の側部へ位置決めされると、ロボッ
トは収集してきたゴミをシューター３５へと投入し、こ
れが終わると、再び自己の制御動作を行ないながら走行
し、ゴミ収集作業が継続される。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自律走行ロボットに、ロボットの前後にある障害物を検
出する障害物検出手段と、ロボットの側方の物体との間
の距離を検出する距離検出手段と、転落防止検出手段な
どの種々の検出手段を有し周囲の状況を検索して徐行お
よび停止操作を行ないながら移動し、かつロボットの役
割を果たすようにしたため、自己の認識、判断により進
行方向に存在する他の物体などの障害物（動く物体も含
む）を避けながら移動し、その役割を遂行することがで
きるという硬化が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自律走行ロボットの全体動作を制
御する制御系の回路構成を示すブロック図

【図２】前記実施例に係るロボットにおいてセンサー取
り付け位置を示す当該ロボットの概略平面図

【符号の説明】

１光センサー２透過型ビームセンサー３超音波距離センサー４画像センサー５撮像カメラ６反射型ビームセンサー７演算処理手段８ロボット駆動制御機構９モータードライバー１０ブレーキ１１非常停止スイッチ１２距離計測エンコーダ１３ジャイロセンサー１４バンパースイッチ１５転落防止用ビームセンサー１６走行制御手段１７ＩＣカードリーダ／ライタ１８方向指示器１９無線通信部２０音声合成部２１充電制御部２２周辺機器制御手段２５ロボット本体２８、２９赤外線透過型ビームセンサー３０、３１赤外線光通信センサー３５シューター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上窪健正神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１号松下通信工業株式会社内 (72)発明者石川春雄神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１号松下通信工業株式会社内 (72)発明者鳥居元二愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者青木雅昭愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内Ｆターム(参考） 5H301 AA02 AA10 BB05 BB11 CC03 CC06 DD01 DD07 DD16 EE31 FF07 FF13 GG03 GG06 GG08 GG09 GG10 GG11 GG12 GG17 GG19 GG23 GG28 GG29 LL01 LL11 MM09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボット本体の前部に設けられロボット
の進行方向にある障害物を検出する障害物検出手段と、ロボット本体の側部に設けられ側方に対向する物体との
間の距離を検出する距離検出手段と、ロボットの転落を防止する転落防止検出手段と、各検出手段からの検出結果に基づいて走行動作を制御す
る制御手段と、を備え、障害物を検出したとき徐行および停止操作を行
なう自律走行ロボット。
【請求項２】障害物検出手段に隣接して障害物のエッ
ジを検出するエッジ検出手段を備え、障害物のエッジの
検出結果に基づいて隘路に進入するとともに、距離検出
手段の検出結果を参照して当該隘路を進行することを特
徴とする請求項１記載の自律走行ロボット。
【請求項３】ロボット本体の前部および後部には距離
検出手段が設けられ、前後方向にある障害物への接近距
離を規定することを特徴とする請求項１記載の自律走行
ロボット。