JPH07160334A - 走行ロボットの凹凸路面走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 凹凸のある路面を走行ロボットが耐久衝撃値
以下で安全に走行できるように速度制御する、走行ロボ
ットの凹凸路面走行制御装置を提供する。 【構成】 車輪の回転に従い路面上を走行する走行ロボ
ットに搭載される凹凸路面走行制御装置であって、前記
走行ロボットの走行方向前方の路面の凹凸高さを検出す
る凹凸検出手段（１）と、前記走行ロボットの走行速度
を検出する速度検出手段（２）と、前記走行ロボットの
走行速度を制御する速度制御手段（３）と、前記走行ロ
ボットの走行方向を制御する方向制御手段（４）と、前
記速度検出手段によって検出された前記走行速度が、前
記凹凸検出手段によって検出された凹凸高さについて予
め設定された走行可能速度を越えるか否かを判定し、越
えると判定されたときは、前記速度制御手段に指示して
前記走行ロボットの走行速度を前記走行可能速度まで低
下させる凹凸通過制御手段（５）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、路面を走行する走行ロ
ボットの凹凸乗り越えを含む凹凸路面走行制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】車輪を用いて路面を走行する自走式の走
行ロボットは、病院や工場内等で使用される。初期の走
行ロボットシステムは、予め定めた走行ルートに沿って
磁気テープや反射テープ等の誘導ガイドを設け、ロボッ
ト側のセンサでこの誘導ガイドを検出しながら走行す
る。最近では、この誘導ガイドの付設及び保守作業の煩
雑さを回避するために、誘導ガイドを用いないガイドレ
ス走行ロボットの開発が盛んである。

【０００３】通常、走行ロボットを走行させる施設内の
路面は平坦に設計されているが、建築後に電話線等を付
設した場合のコードカバーによる凸部、或いは陥没等に
より発生した凹部が走行方向前方に出現することもあ
る。従来の走行ロボットに対する規格は、高さ（深さ）
５ｍｍを越える凹凸は、通過すること無く、回避または
停止することを原則としている。

【０００４】しかしながら、上述のコードカバーにして
も高さが１５ｍｍ程度あるため、ここを乗り越えること
ができないとすると、ロボットの走行ルート確保のため
に、電話線の付設すらままならないという制約が生ず
る。従来の路面凹凸に対する制約は、例えば凸部乗り越
えによるロボットの転倒や階段等の凹部乗り越えによる
落下等を防止する意味もある。しかし、転倒や落下の心
配の無い高さであれば、５ｍｍを越える凹凸であって
も、そこを乗り越える制御をしても差し支えないはずで
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際には凹
凸部の高さが増すにつれ、またロボットの走行速度が増
すにつれ、ロボット本体が受ける衝撃を無視できなくな
る。これは、凹凸部への衝突時に発生する衝撃がロボッ
トに搭載されている制御機構、電子回路、被搬送物等に
悪影響を与えるからである。

【０００６】本発明は、凹凸のある路面を走行ロボット
が耐久衝撃値以下で安全に走行できるように速度制御す
ることで、ロボットの走行路面に関する制約を極力除く
ことを可能にする走行ロボットの凹凸路面走行制御装置
を提供することを一つの目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、車輪の回転に
従い路面上を走行する走行ロボットに搭載される凹凸路
面走行制御装置であって、前記走行ロボットの走行方向
前方の路面の凹凸高さを検出する凹凸検出手段と、前記
走行ロボットの走行速度を検出する速度検出手段と、前
記走行ロボットの走行速度を制御する速度制御手段と、
前記走行ロボットの走行方向を制御する方向制御手段
と、前記凹凸検出手段によって検出された凹凸高さにつ
いて予め設定された走行可能速度を越えると判定された
ときは、前記速度制御手段に指示して前記走行ロボット
の走行速度を前記走行可能速度まで低下させる凹凸通過
制御手段とを備えることを特徴とする。

【０００８】この場合、前記凹凸通過制御手段は、検出
した走行速度が走行可能速度未満であると判定したとき
は、前記走行速度を維持したまま前記凹凸を通過させる
現状維持制御を併せて行う。

【０００９】また、前記凹凸通過制御手段は、検出され
た凹凸高さが安全に乗り越え可能な高さを越えていると
判定したときは、前記方向制御手段に指示して前記凹凸
を回避するように前記走行ロボットの走行方向を変更さ
せるか、前記速度制御手段に指示して前記走行ロボット
を停止させる凹凸回避制御を併せて行う。

【００１０】前記走行可能速度は、ロボットが衝突した
ときに受ける衝撃値が、搭載機器等に影響を与えない耐
久衝撃値以内に収まる最高速度である。この走行可能速
度を各種の凹凸高さに対し予め実測または演算により求
めて、走行可能速度−凹凸路面高さのテーブルを作成
し、これを凹凸路面走行制御時に使用する。演算する場
合には、ロボットの自重および車輪径もファクタとな
る。前記速度検出手段によって検出する速度は、速度制
御の目標速度でもよい。

【００１１】

【作用】走行ロボットは、走行中常に走行方向前方の凹
凸高さを検出する。ある高さの凹凸が検出されたとき、
現在の走行速度が、検出された凹凸高さについて許容さ
れる走行可能速度を越えるか否かを判断し、越えると判
断されたときは、前記走行速度を前記走行可能速度まで
低下させて前記凹凸を乗り越える。この様にすること
で、最大２０ｍｍ程度の凹凸を停止や回避すること無く
安全に乗り越えることが可能になる。

【００１２】この場合、実測されたデータに基づく走行
可能速度−凹凸路面高さのテーブルをＲＯＭ等に格納し
て使用すると、正確に且つロボットを凹凸直前で一旦停
止させること無く、リアルタイムで乗り越え可能か否か
の判断が可能になる。

【００１３】

【実施例】以下、図面の実施例を参照して、本発明の詳
細を説明する。図１は、本発明に係る走行ロボットの外
観を示す概略図である。この図において、１０は走行ロ
ボット本体、１１はその駆動輪、１２はキャスタ等の補
助輪、１３はロボット本体１０に搭載されたＣＣＤカメ
ラ等の凹凸センサ、２０はロボット１０が走行する路
面、２１は路面２０に存在する凹凸部である。

【００１４】図２は、本発明の凹凸路面走行制御装置の
一実施例を示すブロック図である。この図において、１
は凹凸検出器１３の出力から走行ロボット１０の走行方
向前方の路面２０に存在する凹凸２１の高さＨを検出す
る凹凸検出部である。２は走行ロボット１０の現在の走
行速度Ｖを検出する速度検出部、３は走行ロボット１０
の走行速度Ｖを制御する速度制御部、４は走行ロボット
１０の走行方向を制御する方向制御部である。

【００１５】５は、速度検出部２によって検出された走
行速度Ｖが、凹凸検出部１によって検出された凹凸高さ
Ｈについて予め設定された走行可能速度（後述するＶ
ｉ）を越えるか否かを判定し、越えると判定したとき
は、速度制御部３に指示して走行ロボット１０の走行速
度Ｖを走行可能速度Ｖｉまで低下させる凹凸通過制御部
である。６は、各種凹凸高さＨｉとそれに対応する走行
可能速度Ｖｉをテーブルデータとして保有する走行可能
速度テーブルである。凹凸通過制御部５は、この走行可
能速度テーブル６を参照して速度制御部３及び方向制御
部４を制御する。

【００１６】速度制御部３は駆動輪１１を回転させるモ
ータ１４を制御してロボットの走行速度をフィードバッ
ク制御する。フィードバック制御の目標は、マッピング
データを含む走行プログラムで指定された目標速度であ
る。速度検出部２は駆動輪１１と連動して回転するエン
コーダ１５の出力から実際の走行速度Ｖを検出する。凹
凸通過制御部５は、速度制御部３で使用する目標速度
を、走行速度の代わりに使用することもできる。方向制
御部４は、駆動輪１１の向きを路面２０と並行な平面内
で可変できる方向変更機構１６を制御する。

【００１７】図３は、図２の構成をＣＰＵを用いて実現
する場合のシステム構成図である。この図において、３
１はシステム全体を制御するＣＰＵ、３２はこのＣＰＵ
３１で使用するプログラム等を格納したＲＯＭ、３３は
データ展開用のＲＡＭ、３４は各種出力装置、３５は各
種入力装置、３６はＲＳ２３２Ｃ等の接続手段、３７は
時間を計測するタイマ、３８はモータ１４を駆動するド
ライバ、３９は前述した路面データ検出器（凹凸検出
器）１３及びエンコーダ１５を含むシステム全体を接続
するバスである。

【００１８】図４は、ＲＯＭ３２の内部構成を示す説明
図である。このＲＯＭ３２には、ＯＳやコマンド解析用
の基本プログラムの外に、本発明の凹凸走行制御に必要
な走行可能速度−凹凸路面高さのテーブルデータが格納
されている。この部分が図２で説明した走行可能速度テ
ーブル６に相当する。

【００１９】図５は、この走行可能速度テーブル６の内
部構成を示す説明図である。このテーブル６は、凹凸路
面高さＨｉのそれぞれについて（但し、ｉ＝１，２，
…，ｎ）、ロボット１０が衝突時に受ける衝撃値が安全
な耐久衝撃値未満で済む最高速度を走行可能速度Ｖｉと
して記述したものである。この例では、Ｈ１＜Ｈ２＜…
＜Ｈｎのとき、Ｖ１＞Ｖ２＞…＞Ｖｎなる関係にあり、
Ｈｍａｘは速度ＶをＶｎ未満低下させても安全に乗り越
えできない高さである。

【００２０】図６は、自重約７０ｋｇ、駆動輪１１の車
輪径２００ｍｍの走行ロボット１０を実際に走行させな
がら段差Ｈ＝約１５ｍｍのコードカバーを乗り越えさせ
たときに測定した、走行ロボット１０に加わる角加速度
の時間変化を示す実測データである。走行速度Ｖを０．
３ｍ／ｓと０．４ｍ／ｓに設定してそれぞれ３回ずつ測
定したところ、最大角加速度は、＋方向Ｒｐと−方向Ｒ
ｍについて次表のような値を呈した。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】上記表に示された個々の測定値ではなく、
平均値に注目すると、速度が０．３ｍ／ｓから０．４ｍ
／ｓへ約３３％増加すると、Ｒｐで２４％増加し、Ｒｍ
で３２％増加していることが判る。角加速度は衝撃の大
きさに反映するので、結局走行速度を低下させることで
同じ凹凸高さでも、ロボット１０が受ける衝撃値が低下
することは容易に理解できる。

【００２４】図２に示す凹凸路面走行制御装置は、以上
の考察に基づき、凹凸検出部１は常に走行方向前方の凹
凸高さＨを検出し、また速度検出部２は常に走行速度Ｖ
を検出する。そして、凹凸通過制御部５は凹凸検出部１
から入力された凹凸高さＨで走行可能テーブル６を参照
し、対応する走行可能速度Ｖｉを読みだす。一方、速度
検出部２から入力する走行速度Ｖを走行可能速度Ｖｉと
比較し、以下のような凹凸走行制御を行う。

【００２５】即ち、（１）Ｖ≦Ｖｉであれば現在速度Ｖ
を維持させたまま凹凸部２１を乗り越えさせる現状維持
制御を行う。（２）Ｖ＞Ｖｉであれば速度制御部３に指
示してＶ＝Ｖｉに低下させて凹凸部２１を乗り越えさせ
る減速通過制御を行う。（３）Ｈ≧Ｈｍａｘのときは、
速度制御部３に対しＶ＝０にする停止の指示を与える
か、方向制御部４に回避の指示をして凹凸部２１を迂回
させる凹凸回避制御を行う。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、凹凸
のある路面を走行ロボットが耐久衝撃値以下で安全走行
できるように速度制御できるので、ロボットが走行する
路面に関する制約を極力軽減できる走行ロボットの凹凸
路面走行制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る走行ロボットの外観を示す概略
図である。

【図２】 本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図３】 図２の構成をＣＰＵを用いて実現する場合の
システム構成図である。

【図４】 ＲＯＭの内部構成を示す説明図である。

【図５】 走行可能速度テーブルの内部構成を示す説明
図である。

【図６】 段差乗り越え時に走行ロボットに加わる角加
速度の実測データを示す説明図である。

【符号の説明】

１…凹凸検出部、２…速度検出部、３…速度制御部、４
…方向制御部、５…凹凸通過制御部、６…走行可能速度
テーブル、１０…走行ロボット、１１…駆動輪、１３…
凹凸検出器、１４…モータ、１５…エンコーダ、１６…
走行方向変更機構、２０…路面、２１…凹凸部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪の回転に従い路面上を走行する走行
   ロボットに搭載される凹凸路面走行制御装置であって、 前記走行ロボットの走行方向前方の路面の凹凸高さを検
   出する凹凸検出手段と、 前記走行ロボットの走行速度を検出する速度検出手段
   と、 前記走行ロボットの走行速度を制御する速度制御手段
   と、 前記走行ロボットの走行方向を制御する方向制御手段
   と、 前記速度検出手段によって検出された前記走行速度が、
   前記凹凸検出手段によって検出された凹凸高さについて
   予め設定された走行可能速度を越えるか否かを判定し、
   越えると判定されたときは、前記速度制御手段に指示し
   て前記走行ロボットの走行速度を前記走行可能速度まで
   低下させる凹凸通過制御手段と、を備えることを特徴と
   する走行ロボットの凹凸路面走行制御装置。