JPH1115528A

JPH1115528A - 移動ロボット

Info

Publication number: JPH1115528A
Application number: JP9163060A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kawauchi; 直人川内; Ken Onishi; 献大西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1999-01-22
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: JP3316421B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自律走行における経路計画の簡略化や、実際の
走行時におけるロボット・人間の協調遠隔操作の簡略化
を可能にする移動ロボットを提供すること。【解決手段】自己位置の情報を検出するセンサ手段１
と、このセンサ手段の検出情報を所定間隔で取得して自
己位置の情報を求める処理をするセンサ処理手段５と、
予め設定された経路情報に従って辿るべき経路の基準と
なる情報を発生する手段４と、この発生した基準情報と
上記センサ処理手段の求めた情報をもとに制御値を発生
する手段14とを備え、上記制御値対応に駆動されて移動
可能な移動ロボットにおいて、所望とする速度設定を指
令する設定器７を備え、また、上記センサ処理手段は、
上記設定器にて設定された速度対応に処理時間を変更す
る構成とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人間と協調した移
動走行を可能にする移動ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】人間にとって過酷な環境下、あるいは、
危険な環境下で、人間の代わりに作業を行わせるための
作業ロボットの開発が広く進められている。しかしなが
ら、ロボットに完全な自律的動作を求めるには、技術的
に未完成な部分も多々あることから、現状では無理であ
る。そこで、ロボットと人間が持つそれぞれの得意な作
業領域を分担させて相互に補完し合いつつ、必要な作業
をこなすようにするシステムの研究開発がなされてい
る。

【０００３】ここでは、人間と協調した移動走行の実現
に着目してみる。

【０００４】人間と協調した移動走行を実現するロボッ
トの制御方式としては、ロボットが計算した移動経路
に、操作者がマスタアーム等の動きの操作器を使用しつ
つ、この操作器より与える経路補正分を、重ね合わせる
ようにした手法があり、良く知られている。

【０００５】しかしながら、この手法は速度情報に基づ
いて移動ロボットと人間の協調制御を行う概念がなく、
操作者にとって使用しにくいシステムとなる。

【０００６】また、別の手法として、（１）“論文：
『人間との共同作業を特徴とする遠隔操作ロボットシス
テム』佐藤他電子技術総合研究所ロボット学会誌Ｖ
ｏｌ．９、Ｎｏ．５、ｐｐ．６０２〜ｐｐ．６１３，１
９９１”に開示されている如きのものがあり、ここには
マニピュレータの人間協調システムで人間との協調方式
としてロボット言語レべルから動作レベルまで階層的な
協調の役割分担を行う手法が示されている。

【０００７】この手法は、通常はロボット言語プログラ
ムで記述した作業手順に沿って、自律的に作業を実行し
ていくが、プログラム実行にあたっての情報不足を含む
不測事態の発生時に、ロボットがオペレータの指示を求
め、その指示に従って不測事態を回避し、その後はま
た、従来の作業手順に従って作業を実行していくシステ
ムとなっている。

【０００８】そして、不測事態の回避に使用する動作レ
ベルの協調のための操作器のデータは、ロボットの動作
軌道にそのまま加えられて動く。

【０００９】また、さらに別の手法として、（２）“ロ
ボット装置、特開昭６０−２１４０１２号公報東芝
（株）参照）”がある。そして、ここにはモノレール式
指令ロボットと床面走行式作業ロボット及び操作盤で構
成され、オペレータは操作盤から音声により指令を発
し、まずモノレール式指令ロボットにその音声指令が伝
わり、このモノレール式指令ロボットが床面走行式作業
ロボットにその音声指令を伝え、遠隔操作を行うシステ
ムが開示されている。

【００１０】また、別の手法として、（３）“自走式ロ
ボット；特開平０７−２８５２５号公報東芝（株）参
照）”がある。そして、ここにはレール上の自走式ロボ
ットとレール上の間欠的な複数の位置認識板で構成さ
れ、ロボットの位置標定は、絶対原点を起点として（な
んらかの形で原点出しを実行）ロボット駆動軸にあるエ
ンコーダの値を加算していき、計測されるが、制御系電
源の停電やその他の不測事態により、ロボットの絶対位
置の情報を失ってしまった時、原点を再認識することな
く（原点出しを再度行うこと無く）上記の位置認識板に
て絶対位置を割り出すロボットの技術が開示されてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】移動ロボットのうち、
詳細な移動経路を規定しないビークルの場合、その自律
走行は、各種研究は成されているが、いずれも技術的に
は未熟である。そのため、情報不足などを含む不測事態
の発生時に自律的にこれに対処して正常な移動経路に自
然に復帰し、支障なく移動を継続するといった制御を、
簡易に実現できるようにすることが望まれるが、現状の
技術ではこのような自律走行を可能にする制御システム
の実用化にはほど遠い。

【００１２】そこで、不測事態発生の際に、信頼性を以
てこれに対処できるようにする簡易的手法は、人間のオ
ペレータによるサポートを可能にするシステムとするこ
とである。そして、このようにするのが、現状では最も
現実的であり、そのためには、人間のオペレータによる
経路補完のためのアシスト機能を持たせればよい。

【００１３】このようなアシスト機能に利用できる協調
形態の従来技術としては、マニピュレーションにおける
協調方式がある。

【００１４】この考え方、方式を移動ロボットに適用す
ることは有効な手だてであると考えられるが、人間協調
によるアシスト機能の効果的な方式は、いろいろあると
考えられるが、本発明の目的とするところは、このアシ
スト機能による人間との協調機能を備えた移動ロボット
の実現にある。

【００１５】より具体的には、自律走行における経路計
画の簡略化や、実際の走行時におけるロボット・人間の
協調遠隔操作の簡略化を図ることができるようにした移
動ロボットを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、自己位置
の情報を検出するセンサ手段と、このセンサ手段の検出
情報を所定間隔で取得して自己位置の情報を求める処理
をするセンサ処理手段と、予め設定された経路情報に従
って辿るべき経路の基準となる情報を発生する手段と、
この発生した基準情報と上記センサ処理手段の求めた情
報をもとに制御値を発生する手段とを備え、上記制御値
対応に駆動されて移動可能な移動ロボットにおいて、所
望とする速度設定を指令する設定器を備え、また、上記
センサ処理手段は、上記設定器にて設定された速度対応
に処理時間を変更する構成とすることを特徴とする。

【００１７】さらには、上記センサ処理手段の処理時間
は上記設定された速度が速度の上限より低くなるにつれ
て長く設定され、処理に用いるセンサ手段の検出情報の
数を増大させるようにしたことを特徴とする。

【００１８】本発明は、センサ手段の処理部の処理時間
を、オペレータが操作する設定器による設定速度対応に
変化させるようにしたものである。

【００１９】本システムはセンサ処理部の処理時間を、
オペレータが操作する設定器による設定速度対応に変化
させるようにしたものである。

【００２０】本発明は、機械的駆動系の応答が一般に遅
れを持つことを利用し、駆動速度を遅くした方が移動駆
動機構の追従特性が良くなることを利用するものであ
り、自律走行中の不測事態に対して、オペレータはロボ
ットの非常停止で対応するが、この停止機能を段階的に
調整できる仕組みとして、ロボット走行の速度を高速か
らアナログ的に停止（一時停止と非常停止）に至るま
で、オペレータが自在に可変操作できる装置を設け、不
測の事態発生が予測される場合に、当該不測事態の発生
すると思われる地点にロボットが到達するまでの所要時
間をこの装置で調整し、走行しているロボット側はセン
サ処理に費やす演算時間を、この走行速度対応に段階的
に変化させるようにし、これによってこのロボット走行
速度に応じたセンサ処理による経路補正（ロボット走行
速度に応じてこの経路補正値の精度は異なる）の結果
を、計画経路（基本経路軌道）に重ね合わせて大きく外
れることなく計画経路を辿れるよう、自律的に制御でき
るようにしたことにより、簡易な構成でありながら、計
画経路の情報量を粗くしても、また、障害物が計画経路
上に侵入しても、経路逸脱による経路復帰不能や障害物
衝突などの不測事態を自律的に回避させることを可能に
した人間と移動ロボットの協調方式が得られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、例えば、車輪や脚等の
移動のための駆動機構１と、画像センサや距離センサで
構成されるセンサヘッド２と、走行のための運動制御部
３と経路計画部４とセンサ処理部５とマンマシン・イン
タフェース部６のソフトウェアおよび操作者のための操
作器７で構成されるコントローラを持ったビークル（移
動ロボット）を対象としている。そして、経路計画部４
の中にある移動のための地図情報を使い経路軌道生成部
で基本経路軌道を計算し、走行するが、センサヘッドで
取り込まれたセンサデータをセンサ処理部で処理して基
本経路軌道にフィードバックし、補正軌道データを生成
して自律性を高めた走行を実現する制御機能を有し、セ
ンサ処理部では、ビークルの速度に応じた予め定めた段
階的な処理時間でセンサ処理を行い、ビークルの走行環
境に応じて操作者が設定するビークル速度設定値（停止
も含む）の協調関係により速度に応じた環境に適合した
センサ処理データ、すなわち、補正軌道データに基づく
自律的走行経路を生成する機能を持たせて人と協調して
走行を実現できるようにするものである。

【００２２】自律走行中の不測事態に対して、オペレー
タはロボットの非常停止で対応するが、この停止機能を
段階的に調整できる仕組みとして、ロボット走行の速度
を高速からアナログ的に停止（一時停止と非常停止）に
至るまで、オペレータが自在に可変できるような装置を
設け、不測事態の発生すると思われる地点にロボットが
到達するまでの時間を、この装置で調整し、走行してい
るロボット側はセンサ処理に費やす演算時間を、この走
行速度に応じて段階的に変化させ、このロボット走行速
度に応じたセンサ処理による経路補正（ロボット走行速
度に応じてこの経路補正値の精度は異なり、センサ処理
データ１２に相当）の結果を、従来の計画した経路（基
本経路軌道１０）に重ね合わせて不測事態を回避させる
人間と移動ロボットの協調方式であり、以下、図面を参
照して本発明の具体例を説明する。

【００２３】図１は本発明システムの要部構成を示すブ
ロック図である。図中、１は移動駆動機構、２はセンサ
ヘッド、３は運動制御部、４は経路計画部、５はセンサ
処理部、６はマンマシンインタフェース、７は操作器、
８は地図情報、９は経路軌道生成部、１０は基本経路軌
跡、１１は運動指示指令、１２はセンサ処理データ、１
３は補正軌道データ、１４は補正器、１００は移動ロボ
ットである。

【００２４】これらのうち、移動駆動機構１は、移動ロ
ボット１００の移動走行のための機構であり、移動ロボ
ット１００の車輪や脚を動かすためのモータ等のアクチ
ュエータ（駆動用のアンプやコントローラ上のソフトウ
ェアとのインタフェースハードウェアを含む）を含む。
また、作用説明の簡略化のため、回転式のモータにより
脚や腕の関節を駆動するものである場合に、関節速度ω
［ｒａｄ／ｓ］の設定値に相当する電圧指令の入力によ
り、当該モータは当該設定値対応の関節速度で動くよう
にしてあるものとする（以下、入力指令はωとする）。

【００２５】また、センサヘッド２は移動ロボット１０
０に設けられた各種センサであり、例えば撮像素子など
による画像センサや、超音波測距，赤外線測距などによ
り距離を測定する距離センサ、方向センサ、走行距離を
検出する走行距離センサなどを指しており、また、操作
器７は、オペレータがシステムに指示を与えるためのも
のである。

【００２６】ここで、この具体例において操作器７は、
図２に示すように、回転式のダイアルを用いた所望の速
度に設定するための速度設定用ダイアル２０と、非常停
止指令を与えるための非常停止ボタン２３、運動方向を
指令するための運動の指示指令用ジョイスティック２４
とを備え、回転式のダイアル２０を操作することで、所
望の速度（最高速度から最低速度（速度零＝停止）の範
囲内での所望の速度）を設定し、非常停止ボタン２３で
非常停止を指令することができると共に、移動方向はジ
ョイスティック２４を操作することで、スティックの倒
す方向に指示を出すことができる機能を備える。

【００２７】また、マンマシン・インタフェース部６
は、操作器７からの操作指示量や方向などの指示情報を
運動制御部３やセンサ処理部５に与えるためのインタフ
ェースであり、移動ロボット１００の速度や方向を種々
に変化させるための指令値を、これらに伝えるためのも
のである。また、マンマシン・インタフェース部６は、
操作器７からの一時停止（速度＝０）、非常停止の指令
を受けることにより、それに対応した指令を運動制御部
３やセンサ処理部５に与える機能も有する。

【００２８】また、経路計画部４は外部から与えられた
経路計画情報に基づき、走行すべき経路の経路軌道情報
を出力するものであり、地図情報保持部８と経路軌道生
成部９とを備える。経路計画部４の地図情報保持部８
は、地図情報すなわち、オペレータが経路計画の段階で
作成して入力する、移動ロボット１００の走行経路軌道
生成のもととなる各種データを保持するための手段であ
って、データの形式は問わないが、最も単純な形式のデ
ータとしては、一例をあげると地図中の図３に示す如き
の走行経路軌跡である位置関係３２に相当する複数の特
徴点（ｘ，ｙ，θ）にて構成される形式の地図情報であ
り、例えば、このような地図情報を地図情報保持部８は
保持する。

【００２９】また、経路計画部４の経路軌道生成部９
は、地図情報の複数の特徴点（ｘ，ｙ，θ）間をさらに
細かく刻んで連続した軌道を生成するためのものであ
り、目標位置情報としてその時々でのロボットのとるべ
き位置の基準値を与えるためのものであって、この経路
軌道生成部９の出力が経路計画部４の出力となる。経路
計画部４は、ロボットの速度対応に経路軌道生成部９で
の生成軌道データの出力更新のタイミングを変化させる
ようにしてあり、ロボットの走行速度が遅くなれば、そ
れ対応に出力更新が遅くなるようにしてある。

【００３０】センサ処理部５は、センサヘッド２からの
センサデータを処理して、例えば、実際の移動量や位置
情報を求めるなどし、これをセンサ処理データ１２とし
て出力する。

【００３１】また、補正器１４は、目標値となる経路計
画部４からの基本経路軌跡１０の情報に対して、実測値
であるセンサ処理部５からのセンサ処理データ１２を加
味し、偏差分を求めるもので、基本経路軌跡に追従する
に必要な実際の制御量である補正軌道データ１３を得る
ためのものであり、運動制御部３は、この補正軌道デー
タ１３に基づき運動制御量を運動制御情報として出力す
ると共に、マンマシンインタフェース部６を介して与え
られる運動の指示指令（運動方向指令、非常停止指令、
一時停止指令、速度設定指令など）１１があるときは、
この運動の指示指令に基づいた運動制御情報を発生して
移動駆動機構１に与えるものである。

【００３２】移動駆動機構１は、この運動制御情報に基
づいて駆動動作してロボットを駆動移動させるものであ
る。

【００３３】なお、図１の構成の本システムの要部は、
移動ロボット１００の制御装置（制御計算機内部）の機
能として構成され、ソフトウエアで実現される。しか
し、ハードウエアで構成することも勿論、可能である。

【００３４】このような構成の本システムの動作の開始
は、システム電源を投入することで始まる。そして、シ
ステムが起動すると、ロボット１００に既に与えられて
いる地図情報保持部８の地図情報から、経路計画部４の
経路軌道生成部９がさらに細かい基本経路軌道情報（ｘ
ｂ，ｙｂ，θｂ）１０を生成し、この生成された基本経
路軌道情報（ｘｂ，ｙｂ，θｂ）１０が補正器１４に与
えられる。そして、この補正器１４からの出力である補
正軌道データ１３がロボット１００の運動制御部３に、
Ｔ［ｓｅｃ］周期で随時更新されながら与えられること
でロボット１００が動き出す。

【００３５】すなわち、経路計画部４は経路計画情報に
基づき、走行すべき経路の経路軌道情報を出力するもの
であり、経路計画部４の地図情報保持部８には、オペレ
ータが経路計画の段階で作成する、移動ロボット１００
の走行経路軌道を生成するための例えば、図５に示すよ
うな位置関係３２に相当する地図中の複数の特徴点
（ｘ，ｙ，θ）の形式で構成された地図情報が保持され
ている。

【００３６】そして、経路計画部４の経路軌道生成部９
は、この地図情報である複数の特徴点（ｘ，ｙ，θ）間
を、さらに細かく刻んで連続した軌道を生成する。そし
て、これが経路計画部４の出力となる。

【００３７】また一方、センサ処理部５はセンサヘッド
２からのセンサデータをTなる周期で取り込み、演算処
理をするが、その処理に費やす時間は操作器２の設定速
度により定まる。すなわち、オペレータが操作器７の速
度設定ダイアル２０を操作してロボット１００を動かす
速度を所望の速度に設定するが、その設定値はマンマシ
ン・インタフェース部６を介して運動制御部３及びセン
サ処理部５、そして、経路計画部４に与えられる。

【００３８】センサ処理部５はこの与えられた設定速度
の情報に従って、処理に費やす時間を決定し、その時間
分をかけて逐次、センサデータを処理する。そして、そ
の時間が経過した時点で、得られた処理結果をセンサ処
理データ１２として補正器１４に与える。

【００３９】補正器１４では基本経路軌跡情報１０を目
標値として実測値であるセンサ処理データ１２との偏差
を求め、これを補正軌道データ１３として運動制御部３
に与える。

【００４０】運動制御部３は、補正軌道データ１３対応
に、必要な動作量を与える指令、すなわち、図５に示す
基準座標３０を基準とする移動ロボット１００の重心座
標３１の位置関係（ｘ，ｙ，θ）３２を得るに必要な指
令（移動駆動機構１の構成要素であるモータへの入力指
令ω）を生成する。このとき、入力指令ωは、速度設定
値を含め、マンマシンインタフェース部６を介して与え
られる指令情報対応に生成する。ここで、ｘ，ｙ，θは
次の通りである。

【００４１】ｘ：基準座標系Ｘ方向の基準座標原点から
重心座標原点までの距離ｙ：基準座標系ｙ方向の基準座標原点から重心座標原点
までの距離 θ：基準座標系ｚ軸回りの重心座標の回転角。

【００４２】移動駆動機構１は、この入力指令ω対応に
モータを駆動させてロボット１００は、指令通りの動き
をすることになる。

【００４３】なお、本システムにおけるマンマシン・イ
ンタフェース部６は、移動ロボット１００の速度を種々
に変化させるための指令値を、運動制御部３に伝えると
同時に一時停止（速度＝０）、非常停止の指令機能も有
している。速度設定の単位は１００パーセントで最大速
度となるように構成し、その指定方向はｘ，ｙ，θの３
軸あるが、図２の速度設定用ダイアル２０にてそれぞれ
一括して設定される。

【００４４】図２中はｘ，ｙ，θを一括して設定する
が、それぞれ３個のダイアル等に分割して設定しても良
い。また、操作器７の運動指示用ジョイスティック（図
２参照）を操作することで、移動ロボット１００の運動
の指示指令（ｘ，ｙ，θ）の指定もでき、この場合、運
動制御部３はその指示指令に従った入力指令ωを発生し
て移動駆動機構１を駆動させることになる。

【００４５】経路計画部４から逐次出力される基本経路
軌跡情報１０と、センサ処理部５の出力するセンサ処理
データ１２をもとに、補正器１４から補正軌道データ１
３を発生させて運動制御部３に与えることにより、ロボ
ット１００は経路計画に沿った移動をすることになる。

【００４６】以上は、大まかな動作概要であるが、本シ
ステムの特徴は、操作器７によりロボットの運動速度を
変更することができるようにしてあると共に、この運動
速度の変更に伴ってセンサ処理部５での演算処理に費や
す時間を変えるようにしたことにある。

【００４７】操作器７は、マンマシン・インタフェース
部６の指令値をオペレータが入力するための装置であ
る。この具体例において操作器７は、図２に示すよう
に、回転式のダイアルを用いた所望の速度に設定するた
めの速度設定用ダイアル２０と、非常停止指令を与える
ための非常停止ボタン２３、運動方向を指令するための
運動の指示指令用ジョイスティック２４とを備え、回転
式のダイアル２０を操作することで、所望の速度（最高
速度から最低速度（速度零＝一時停止）の範囲内での所
望の速度）を設定し、非常停止ボタン２３で非常停止を
指令することができると共に、移動方向はジョイスティ
ック２４を操作することで、スティックの倒す方向に指
示を出すことができる機能を備える。

【００４８】本システムでは、操作器７の速度設定用ダ
イアル２０を操作することで、移動ロボット１００の速
度を種々に設定することができ、その設定速度に応じ
て、センサ処理部５の処理時間とセンサデータの読み込
み回数は種々変わる構成としてある。

【００４９】それは例えば、図４に示す如きである。図
４を説明すると、移動ロボット１００の速度は出し得る
最高速度をｖ_maxとすると、このｖ_maxに対するパーセン
テージで示したものが“移動ロボットの設定速度％”
であり、この“移動ロボットの設定速度％”を『１０
０％以下（ｖ_max）』、『８０％以下（ｖ₃）』、『６０
％以下（ｖ₁）』、『４０％以下（ｖ₂以下）』、〜『０
％（一時停止）』と云った具合に多段階に速度設定選択
できるようにしてある。

【００５０】そして、“移動ロボットの設定速度％”
を『１００％以下（ｖ_max）』、に設定した場合は、セ
ンサ処理部５の処理は『処理１』となり、処理の所要時
間はＴ（Ｔは、フィードバックループのサンプリング時
間[sec]である）、センサデータの処理完了までの読み
込み回数は『１回』であり、『８０％以下（ｖ₃）』に
設定した場合は、センサ処理部５の処理は『処理２』と
なり、処理の所要時間は２Ｔ、センサデータの処理完了
までの読み込み回数は『２回』であり、『６０％以下
（ｖ₁）』に設定した場合は、センサ処理部５の処理は
『処理３』となり、処理の所要時間は４Ｔ、センサデー
タの処理完了までの読み込み回数は『４回』であり、
『４０％以下（ｖ₂以下）』に設定した場合は、センサ
処理部５の処理は『処理４』となり、処理の所要時間は
８Ｔ、センサデータの処理完了までの読み込み回数は
『８回』であり、〜『０％（一時停止）』に設定した場
合には、センサ処理部５の処理は『処理７』となり、処
理の所要時間は１００Ｔ、センサデータの処理完了まで
の読み込み回数は『１００回』であり、と云った具合に
サンプリング回数、処理時間が変わるようにしてある。

【００５１】この結果、本システムの動作は次のような
動作の違いを呈することになる。

【００５２】＜＜通常移動動作時での作用＞＞ロボット
１００の辿るべき軌道は予め、たてられた経路計画に従
って地図情報として地図情報保持部８に入力して保持さ
せてある。

【００５３】動作の開始は、ロボットの電源をオンに
し、操作器７の速度設定用ダイヤル２０を速度“０”の
位置から所望の速度位置に回すことでなされる。これに
より、経路計画部４においてはマンマシン・インタフェ
ース部６を介して与えられた速度情報対応の更新速度
で、地図情報保持部８の地図情報から、経路軌道生成部
９が基本経路軌道（ｘｂ，ｙｂ，θｂ）１０を生成し、
この生成した基本経路軌道情報（ｘｂ，ｙｂ，θｂ）１
０を補正器１４に与える。そして、この補正器１４から
の出力が補正軌道データ１３としてロボット１００の運
動制御部３に、Ｔ［ｓｅｃ］周期で与えられ、運動制御
部３はこの補正軌道データ１３に追随するように、か
つ、マンマシン・インタフェース部６を介して与えられ
た速度情報対応の速度を維持するように運動制御情報が
発生されて移動駆動機構１に与えられ、モータを駆動さ
せることで、移動ロボット１００が動き出す。

【００５４】ところで、通常時においては、移動ロボッ
ト１００はオペレータが追随できるように、操作器７の
速度設定用ダイアル２０を、例えば、速度をｖ₁程度に
設定操作する。

【００５５】すなわち、オペレータは、移動ロボット１
００の速度を、図４のｖ1（移動ロボットの速度の６０
％）に設定する。この設定情報はマンマシン・インタフ
ェース部６を介して運動制御部３とセンサ処理部５に与
えられる。

【００５６】運動制御部３はこの設定情報に基づき、補
正器１４からの軌道補正データ１３に従いつつ、速度ｖ
₁の速度で移動ロボット１００を走行させるべく、移動
駆動機構１を駆動制御させる制御出力を発生する。これ
により、移動駆動機構１は当該制御出力対応に駆動して
ｖ₁なる速度で、所定の軌道を辿るようにロボット１０
０を駆動させることになる。

【００５７】一方、センサ処理部５は、マンマシン・イ
ンタフェース部６を介して与えられた前記設定情報によ
り、『処理３』に設定される。従って、センサ処理部５
はセンサデータを、処理時間４Ｔで処理がなされるよう
に動作することになる。

【００５８】但し、この場合でも運動制御部３でのサン
プリング時間はＴ［ｓｅｃ］であり、同様にセンサ処理
部５の入力であるセンサデータは、上記サンプリング時
間Ｔ［ｓｅｃ］毎に１回、取り込まれるので、処理時間
４Ｔでの間にはセンサ処理部５へのセンサデータの読み
込みは４回行われることになる。

【００５９】サンプリング時間Ｔ［ｓｅｃ］毎に、基本
経路軌道情報１０は更新されて軌道補正データ１３とし
て運動制御部３に指令として与えられる。

【００６０】センサ処理部５の演算処理時間は、図４に
従い、４Ｔ［ｓｅｃ］となり、４Ｔ［ｓｅｃ］毎にセン
サ処理データ１２が計算され、更新される。

【００６１】一方、センサヘッド２からセンサ処理部５
にデータが取り込まれ（必然的に４Ｔ［ｓｅｃ］とな
る）、４Ｔ［ｓｅｃ］かけて当該センサ処理部５はセン
サ処理データ１２を計算生成する。そして、この生成さ
れたセンサ処理データ１２は、先の基本経路軌道情報１
０にフィードバックされ、補正軌道データ１０が生成さ
れ、４Ｔ［ｓｅｃ］毎に運動制御部３に出力される。

【００６２】すなわち、先の基本経路軌道情報１０は目
標値として補正器１４に与えられており、センサ処理部
５の生成したセンサ処理データ１２も実測値としてこの
補正器１４に与えられてここで両者の偏差が求められ
る。そして、この偏差は補正軌道データ１３として４Ｔ
［ｓｅｃ］毎に運動制御部３に与えられる。

【００６３】これにより、センサ処理データ１２は、先
の基本経路軌道情報１０にフィードバックされ、補正軌
道データ１０が生成され、４Ｔ［ｓｅｃ］毎に運動制御
部３に与えられることになり、この状態でのセンサ処理
データ１２を含む軌道補正データ１３の更新は、図５に
示すように、４Ｔ［ｓｅｃ］毎になる。

【００６４】＜＜不測事態発生時の作用＞＞図５の２０
Ｔ［ｓｅｃ］以降の移動ロボット１００の動作に関し
て、図６にその作用を示す。

【００６５】２０Ｔの時点で、オペレータは不測の事態
を予測したとする。そして、オペレータは、例えば、移
動ロボット１００の速度を現状のｖ₁（図４の表の速度
６０％）から、ｖ₂（図４の表の速度４０％）に減速し
て様子を伺おうと判断したとする。

【００６６】この場合、オペレータは操作器７の速度設
定用ダイアル２０を速度ｖ₁の位置から速度ｖ₂の位置に
操作することになる。この操作情報はマンマシン・イン
タフェース部６を介して経路計画部４、運動制御部３、
センサ処理部５に与えられる。

【００６７】すると、センサ処理部５は、速度ｖ₂の設
定となったことにより、『処理４』のモードとなり、処
理の所要時間は８Ｔ［ｓｅｃ］となる。これにより、今
までの４Ｔ［ｓｅｃ］から８Ｔ［ｓｅｃ］と、２倍の時
間をかけてセンサ処理データ１２を計算することにな
る。この間、ロボット１００は速度ｖ₂で移動され、Ｔ
［ｓｅｃ］毎に計８回のセンサデータがセンサヘッド２
より取り込まれ、緻密な位置情報が計算されてセンサ処
理データ１２となる。

【００６８】今までの２倍の処理時間を費やすことによ
り、８回分のセンサデータを用いて計算されることより
得られたセンサ処理データ１２は、センサ処理部５から
２８Ｔ［ｓｅｃ］の時点において作用される。

【００６９】ここで、上述のように、８回分のセンサデ
ータを用いて計算されることより得られたセンサ処理デ
ータは、４回分のセンサデータを用いて計算されること
より得られたセンサ処理データに比べて、精度が高い。
そのため、このセンサデータを使用して得られる補正軌
道データは精度が確保できる。しかも、制御対象が、機
械的な機構である場合、応答特性に遅れが避けられない
ので、機械的機構である移動駆動機構１を駆動制御する
にあたって、動作速度を緩めたことと相俟って、この補
正軌道データの精度確保は、高い精度で目標の経路を追
従させることができることを意味し、経路計画が粗い場
合にも計画軌道からの逸脱を回避できることを意味す
る。

【００７０】また、移動する経路上に障害物が一時的に
侵入する場合などでは、ロボット１００の移動速度が遅
くなることにより、その侵入位置に到達する前に障害物
がいなくなる可能性も大きいから、速度を落とすという
簡便な制御で、障害物との衝突といった不測の事態を回
避できるシステムとなる。

【００７１】このようにして３６Ｔ［ｓｅｃ］に至り、
不測の事態が回避されたとする。すると、オペレータは
不測の事態を回避したと判断し、この時点で移動ロボッ
トの速度を例えば、ｖ₃（図４の表の速度８０％）に設
定し、速度を高める。ｖ₃の速度設定の場合、図４の例
にしたがえば、センサ処理部５は処理時間は２Ｔであ
り、従って、ロボット１００は２Ｔ［ｓｅｃ］毎のセン
サ処理データを反映しながら移動して行くことになる。

【００７２】なお、移動速度＝０（一時停止）とした場
合も、図４に定めるような処理に従い、センサ処理デー
タ１２を反映し、補正軌道データ１０の更新を繰り返す
ことになる。

【００７３】ところで、本発明の適用対象とする移動ロ
ボット１００は、車輪型、脚型等その形態にとらわれな
い。ただし、図２に示すロボットの移動のための指令値
である経路軌道（ｘ，ｙ，θ）は、車輪型を想定して設
定したもので、これに基づいて作用を説明した。しか
し、車輪型のみでなく、脚型にも適用可能な経路軌道の
座標値である。

【００７４】本システムは、上述したように、普段での
移動動作の時は、オペレータは移動ロボット１００の速
度を例えば、図４のｖ₁（６０％）に設定して動かすよ
うにし、この場合の運動制御部３の持つサンプリング時
間はＴ［ｓｅｃ］、同様にセンサヘッド２からセンサ処
理部５への入力であるセンサデータは、上記サンプリン
グ時間Ｔ［ｓｅｃ］毎に１回、取り込まれるようにして
おり、このＴ［ｓｅｃ］毎に基本経路軌道１０は更新さ
れて軌道補正データ１３として運動制御部３に指令とし
て与えられるようにした。

【００７５】この場合でのセンサ処理部５の演算処理時
間は、図４に従い４Ｔ［ｓｅｃ］となり、よって４Ｔ
［ｓｅｃ］毎にセンサ処理データ１２が計算され、更新
される。

【００７６】そして、ロボット１００に対して既に与え
られている地図情報から経路計画部４がその出力である
基本経路軌道（ｘｂ，ｙｂ，θｂ）１０を生成し、ロボ
ット１００の運動制御部３に、Ｔ［ｓｅｃ］なる周期で
随時更新しながら出力することで、当該ロボット１００
を動かし、また、同時に、当該ロボット１００に備えら
れるセンサヘッド２からセンサ処理部５にセンサデータ
を取り込んで（必然的に４Ｔ［ｓｅｃ］となる）、セン
サ処理部５によりこのセンサデータを４Ｔ［ｓｅｃ］か
けて処理させることで、センサ処理データ１２を計算生
成させ、そして、このセンサ処理データ１２を先の基本
経路軌道にフィードバックさせ、補正軌道データを生成
し、これを４Ｔ［ｓｅｃ］毎に運動制御部３に出力して
駆動制御させるようにした。この状態でのセンサ処理デ
ータ１２を含む軌道補正データ１３の更新タイミングは
図５に示すように、４Ｔ［ｓｅｃ］毎になる。

【００７７】通常時はこのようにして自律的に動作させ
るようにする。そして、不測事態発生時では、オペレー
タは不測の事態を予測した時点で、オペレータはロボッ
ト１００の走行を停止させたり、あるいは減速させたり
することになるが、緊急を要しない場合は、オペレータ
は、操作器７の速度設定用ダイヤル２０を操作して移動
ロボット１００の速度を現状より遅い例えば、ｖ₂なる
速度に設定を変更し、これにより移動ロボット１００
は、現状のｖ₁（図４のテーブルに示された移動ロボッ
ト設定速度速度６０％の速度）から、ｖ₂（図４のテー
ブルに示された移動ロボット設定速度４０％の速度）に
減速させると、今まで４Ｔ［ｓｅｃ］かけていた処理時
間が、８Ｔ［ｓｅｃ］に変わり、センサ処理部５は今ま
での２倍の時間をかけてセンサデータを処理することに
なり、そして、センサ処理部５によって今までの２倍の
時間をかけて計算されたセンサ処理データ１２補正器１
４に与え、補正軌道データを生成して運動制御部３に与
えるようにするというものである。

【００７８】このように、本システムはセンサ処理部の
処理時間を、オペレータが操作する設定器による設定速
度対応に変化させるようにしたものである。

【００７９】本発明は、機械的駆動系の応答が一般に遅
れを持つことを利用し、駆動速度を遅くした方が移動駆
動機構の追従特性が良くなることを利用するものであ
り、自律走行中の不測事態に対して、オペレータはロボ
ットの非常停止で対応するが、この停止機能を段階的に
調整できる仕組みとして、ロボット走行の速度を高速か
らアナログ的に停止（一時停止と非常停止）に至るま
で、オペレータが自在に可変操作できる装置を設け、不
測の事態発生が予測される場合に、当該不測事態の発生
すると思われる地点にロボットが到達するまでの時間
を、この装置で調整し、走行しているロボット側はセン
サ処理に費やす演算時間を、この走行速度に応じて段階
的に変化させ、このロボット走行速度に応じたセンサ処
理による経路補正（ロボット走行速度に応じてこの経路
補正値の精度は異なる）の結果を、計画経路（基本経路
軌道１０）に重ね合わせて計画経路を辿れるよう、自律
的に制御できるようにしたことにより、簡易な構成で不
測事態を自律的に回避させることを可能にした人間と移
動ロボットの協調方式を提供できる。

【００８０】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
人間との協調手法を持った移動ロボットが実現できるよ
うになる他、自律走行における経路計画の簡略化が可能
であり、また、走行時のロボット・人間の協調遠隔操作
の簡略化が可能になる移動ロボットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の
一実施例に係わる要部ブロック構成図。

【図２】本発明を説明するための図であって、本発明シ
ステムにて用いる操作器の構成例を説明する外観図。

【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の
一実施例に係わる移動ロボットの位置関係を定義する座
標系を説明する図。

【図４】本発明を説明するための図であって、本発明の
一実施例に係わる設定速度に応じたセンサ処理の演算時
間の関係の一例を示す図。

【図５】本発明を説明するための図であって、本発明の
一実施例に係わる移動動作時の移動経路の指令値の変遷
例を示す図。

【図６】本発明を説明するための図であって、本発明の
一実施例としての不測事態発生時での移動経路の指令値
変遷を示す図。

【符号の説明】

１…移動駆動機構２…センサヘッド３…運動制御部４…経路計画部５…センサ処理部６…マンマシン・インタフェース部７…操作器８…地図情報保持部９…経路軌道生成部１０…基本経路軌道１１…運動の支持指令１２…センサ処理データ１３…補正軌道データ１４…補正器２０…速度設定用ダイアル２１…最低速度ｖ＝０２２…最大速度ｖｍａｘ２３…非常停止ボタン２４…運動の指示指令用ジョイスティック２５…運動の指示指令Ｘ２６…運動の指示指令ｙ３０…基準座標３１…重心座標３２…位置関係１００…移動ロボット（移動ビークル）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自己位置の情報を検出するセンサ手段と、
このセンサ手段の検出情報を所定間隔で取得して自己位
置の情報を求める処理をするセンサ処理手段と、予め設
定された経路情報に従って辿るべき経路の基準となる情
報を発生する手段と、この発生した基準情報と上記セン
サ処理手段の求めた情報をもとに制御値を発生する手段
とを備え、上記制御値対応に駆動されて移動可能な移動
ロボットにおいて、所望とする速度設定を指令する設定器を備え、また、上記センサ処理手段は、上記設定器にて設定され
た速度対応に処理時間を変更する構成とすることを特徴
とする移動ロボット。
【請求項２】上記センサ処理手段の処理時間は上記設定
された速度が速度の上限より低くなるにつれて長く設定
され、処理に用いるセンサ手段の検出情報の数を増大さ
せるようにしたことを特徴とする請求項１記載の移動ロ
ボット。