JP7489353B2 - Robot control device and mobile robot using the same - Google Patents
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Description
本発明は自律的に移動するロボットを制御するロボット制御装置に係り、特に車輪を利用して移動するロボットのロボット制御装置、及びこれを使用した移動ロボットに関する。 The present invention relates to a robot control device that controls an autonomously moving robot, and in particular to a robot control device for a robot that moves using wheels, and a mobile robot that uses the same.
近年、荷物を搬送する搬送用ロボット、建物内の経路に沿って訪問者を案内する案内用ロボット、及び建物周辺や所定の敷地内の状況を監視する監視用ロボットなど、自律的に移動するロボットが利用されている。 In recent years, autonomously moving robots have come into use, such as transport robots that transport luggage, guide robots that guide visitors along routes within a building, and surveillance robots that monitor the conditions around a building or within a given site.
このような移動ロボットは、走行すべき領域の地図情報や移動経路情報等を予め記憶しており、外部のロボット管理サーバから通信を介して指示を受けたり、スイッチ、レバー、及びボタン等の操作手段を介して操作者から動作開始の指示を受けたりすると、その指示に応答してカメラ、障害物センサ、ＧＰＳセンサ等（以下単にセンサとして表記する）から取得した各種センサ情報を利用し、駆動輪を制御して障害物を避けながら、所定の経路を自律的に移動する。 Such mobile robots store in advance map information of the area they need to travel and travel route information, and when they receive instructions via communication from an external robot management server or instructions to start an operation from an operator via operating means such as switches, levers, and buttons, they respond to the instructions and use various sensor information obtained from cameras, obstacle sensors, GPS sensors, etc. (hereinafter simply referred to as sensors) to control the drive wheels and autonomously move along a predetermined route while avoiding obstacles.
ところで、このような車輪を利用して移動する移動ロボットにおいては、往々にして坂道等の傾斜した経路を走行することがある。このため、何らかの理由で移動ロボットを坂道登坂時等に停止させる場合、坂道の勾配が大きいと移動ロボットの停車状態を維持できず、坂道を後退する恐れがある。このような現象を対策するために、例えば特開２０１7－２０５００２号公報（特許文献１）においては、電磁ブレーキ機構を備えるようにした移動ロボットが示されている。 However, mobile robots that use wheels to move often travel on inclined paths such as slopes. For this reason, if the mobile robot needs to be stopped for some reason, such as when climbing a slope, there is a risk that the mobile robot will not be able to maintain a stopped state and will roll back up the slope if the slope has a steep gradient. To address this issue, for example, JP 2017-205002 A (Patent Document 1) discloses a mobile robot equipped with an electromagnetic brake mechanism.
特許文献１に示された移動ロボットの構成によれば、坂道で停止する場合には電磁ブレーキ機構を動作させて、移動ロボットが坂道を後退するという現象を防ぐことができる。 According to the configuration of the mobile robot shown in Patent Document 1, when stopping on a slope, an electromagnetic brake mechanism is activated, preventing the mobile robot from rolling backwards up the slope.
しかしながら、このような移動ロボットにおいては、新たに電磁ブレーキ機構が必要となり、移動ロボットの重量が増加する、製造コストが高くなる等の新たな課題が発生する。このため、電磁ブレーキ機構等の新たな機構類を必要としなく、移動ロボットが坂道で停止された場合でも、移動ロボットが後退することを防止できるロボット制御装置が要請されている。 However, such a mobile robot requires a new electromagnetic brake mechanism, which creates new problems such as an increase in the weight of the mobile robot and higher manufacturing costs. For this reason, there is a demand for a robot control device that does not require new mechanisms such as an electromagnetic brake mechanism and can prevent the mobile robot from moving backward even when the mobile robot is stopped on a slope.
本発明の目的は、電磁ブレーキ機構を装備しなくても、移動ロボットが坂道で停止して坂道を下るのを防止することができるロボット制御装置、及びこれを使用した移動ロボットを提供することにある。 The object of the present invention is to provide a robot control device that can prevent a mobile robot from stopping on a slope and going down the slope without being equipped with an electromagnetic brake mechanism, and a mobile robot using the same.
本発明の特徴は、駆動輪の他に移動ロボットの接地側面に独立して駆動される一対の操舵輪を設け、制動動作が必要な状態では移動ロボットの進行方向に対して、一対の操舵輪の夫々を、制動力を生じるように異なった方向に操舵する、ところにある。 The feature of this invention is that in addition to the drive wheels, a pair of independently driven steering wheels are provided on the ground-contacting side of the mobile robot, and when braking is required, each of the pair of steering wheels is steered in a different direction relative to the direction of travel of the mobile robot so as to generate a braking force.
これによれば、一対の操舵輪の夫々が異なった方向に操舵されるので、操舵輪によって制動力が発生する。したがって、電磁ブレーキ機構を装備せずに、移動ロボットが坂道で停止したとしても、移動ロボットが坂道を下ることを防止することができる。 With this, each of the pair of steering wheels is steered in a different direction, so a braking force is generated by the steering wheels. Therefore, even if the mobile robot stops on a slope without being equipped with an electromagnetic brake mechanism, the mobile robot can be prevented from going down the slope.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment, and the scope of the present invention includes various modifications and applications within the technical concept of the present invention.
図１は、ロボット制御システムの構成を示しており、ネットワーク１０を介してロボット制御サーバ１１に制御指令/応答指令等が送受信されている。ロボット制御サーバ１１は、受信した制御指令等に基づいてロボット（ここでは案内用ロボット）１２の操作指令を生成し、無線によってロボット制御装置１２に操作指令を送信する。この操作指令を受けたロボット制御装置１２は、操作指令に基づいて所定の動作（案内動作）をロボットに実行させる。このようなロボット制御システムは、よく知られているので、これ以上の説明は省略する。
Figure 1 shows the configuration of a robot control system, in which control commands, response commands, etc. are sent and received to a
図２は、ロボット制御装置１２の構成を示している。ロボット制御装置１２は、ＣＰＵ（演算装置）１３、記憶装置１４、入出力装置１５、通信インターフェース１６から構成されている。記憶装置１４は、各種の制御プログラムが格納されており、制御プログラムによってＣＰＵ１３に所定の制御機能を実行させる。このため、制御プログラムは機能ブロックと捉えることができる。
Figure 2 shows the configuration of the
そして、記憶装置１４は、ロボットの移動を制御する移動制御部１４１、入力情報/出力情報を制御する入出力部１４２、ロボットの持ち上げを検出する持ち上げ検知部１４３、ロボットの姿勢を制御する姿勢制御部１４４、ロボットの駆動輪を制御し、また操舵輪を制御する駆動/操舵制御部１４５等を備えている。
The
また、入出装置１５は、坂道の傾斜を検出する傾斜センサであるジャイロセンサ１５１、スピーカ１５２、緊急停止スイッチ１５３、移動制御機構１５４、姿勢制御機構１５５、駆動/操舵輪制御機構１５６等を備えている。尚、これ以外にも、操作者にロボットが持ち上げられたことを検出する対地接触センサ等の信号が入力される。
The entry/
次にロボットの構成や駆動/操舵輪制御機構１５６の構成について簡単に説明する。図３Ａ、図３Ｂは本発明が適用される案内用ロボットの外観を示し、おおまかに、頭部ＨＰ，胴部/腕部ＢＰ，脚部ＬＰとから構成されている。
Next, we will briefly explain the configuration of the robot and the configuration of the drive/steering
図３Ａにおいて、頭部ＨＰの前側には、頭部カメラ１７、状態応答表示部１８が設けられている。胴部/腕部ＢＰには、スピーカ１９、前側マイク２０Ｆ、後側マイク２０Ｂ、前側胴部カメラ２１、前側胴部状態検出センサ２２Ｆ、脚部ＬＰには、前側脚部状態検出センサ２３Ｆ、駆動輪２４、操舵輪２５が設けられている。
In FIG. 3A, a
同様に図３Ｂにおいて、胴部/腕部ＢＰの背面には、背面リング２６、後側胴部状態検出センサ２２Ｂ、給電部２７、後側脚部状態検出センサ２３Ｂ、緊急停止スイッチ２８が設けられている。背面リング２６は、操作者等によって案内用ロボットを持ち上げて移動させるときの把持機構である。
Similarly, in FIG. 3B, the back surface of the torso/arm BP is provided with a
ここで、案内用ロボットの進行方向で前側に位置する一対の駆動輪２４は、独立駆動に構成されており、夫々の専用の電動モータで駆動される。そして、直進する場合は一対の駆動輪は同じ回転数に制御され、旋回する場合は、夫々の駆動輪の回転数を個別に制御（旋回内側に比べて旋回外側の回転数を高くする）して旋回を容易にしている。
Here, a pair of
また、案内用ロボットの進行方向で後側に位置する一対の操舵輪２５も独立して構成されており、夫々の専用の電動モータで対応する操舵輪２５の操舵角が制御、駆動される。そして、直進や旋回を行う場合は、夫々の操舵輪２５の操舵方向を制御して、直進や旋回を容易にしている。
The pair of
図４は、脚部ＬＰの下部に設けた駆動/操舵輪制御機構１５６の外観を示している。この図は、一対の駆動輪２４と一対の操舵輪２５の、片側の駆動輪２４、及び操舵輪２５を示している。駆動/操舵輪制御機構１５６の前側には駆動輪２４が配置されており、この駆動輪２４は、駆動用電動モータ（図示せず）によって駆動される。駆動用電動モータは、駆動用電動モータ収納箱２９に収納されている。駆動用電動モータの回転はタイミングベルト（図示せず）によって駆動輪２４に伝達されている。駆動輪２４は安全のためにカバー３０によってガードされている。もう一方の駆動輪も同様の構成である。
Figure 4 shows the appearance of the drive/steering
また、駆動/操舵輪制御機構１５６の後側には操舵輪２５が配置されており、この操舵輪２５は、操舵用電動モータ（図示せず）によって操舵される。尚、この操舵輪２５は駆動力を発生しない従動輪であるが、駆動輪として用いることもできる。操舵用電動モータは、操舵用電動モータ収納箱３１に収納されている。尚、駆動輪として用いる場合は、操舵輪の内部に電動モータを収納して構成することができる。
A
操舵用電動モータの回転は、モータ側ギアプーリ３２からタイミングベルト３３によって操舵側ギアプーリ３４、操舵輪２５に伝達されている。同様に、もう一方の操舵輪２５も同様である。操舵輪２５は、両側から板状のフォーク３５によって挟まれており、このフォーク３５によって軸支されている。
The rotation of the steering electric motor is transmitted from the motor
図５は、操舵輪２５の操舵動作を説明するもので、操舵用電動モータの出力軸３６の端部にはモータ側ギアプーリ３２が固定されている。また、操舵輪２５を操舵するフォーク３５（図４参照）には操舵軸３７が固定されており、その先端に操舵側ギアプーリ３４が固定されている。モータ側ギアプーリ３２と操舵側ギアプーリ３４の間には、タイミングベルト３３が介在されており、モータ側ギアプーリ３２の回転は、タイミングベルト３３によって減速されて、操舵側ギアプーリ３４に伝達される。操舵側ギアプーリ３４が回転されると操舵軸３７が回転され、更にフォーク３５が回転して操舵を行うことができる。もう一方の操舵輪２５も同様の構成である。
Figure 5 explains the steering operation of the
したがって、案内用ロボットは、独立した一対の駆動輪２４を回転することによって移動することができ、また一対の操舵輪２５の操舵方向を変えることによって、所定の経路を移動することができる。
The guide robot can therefore move by rotating a pair of
ここで、一対の駆動輪２４の夫々は、その回転状態を独立して制御され、一対の操舵輪２５の夫々は、その操舵方向を独立して制御される。尚、一対の駆動倫２４は、進行方向軸線に沿った固定の操舵角に設定されており、操舵角が変わることはない。
Here, the rotation state of each of the pair of
尚、進行方向軸線とは、図６Ａに示すように、一対の駆動輪２４の回転中心を結んだ回転中心軸線の中点に直交する方向を意味している。
The traveling axis refers to a direction perpendicular to the midpoint of the rotational axis connecting the rotational centers of a pair of
次に、案内用ロボットの各種の動作モードにおける一対の駆動輪２４と、一対の操舵輪２５の動作について説明する。
Next, we will explain the operation of the pair of
図６Ａは「直進モード」を示している。この直進モードにおいては、一対の駆動輪２４は同じ回転数で正転方向に駆動される。尚、正転方向は案内用ロボットを進行方向に進める回転方向である。また、一対の操舵輪２５も進行方向に沿って駆動輪２４と同じ操舵角に制御されている。したがって、直進モードでは案内用ロボットは直進しながら移動することができる。
Figure 6A shows the "straight-line mode." In this straight-line mode, the pair of
図６Ｂは「旋回モード」（この場合は左旋回）を示している。この旋回モードにおいては、左側の駆動輪２４の正転方向の回転数に比べて、右側の駆動輪２４の正転方向の回転数が高く制御されている。また、一対の操舵輪２５の操舵角は、進行方向軸線に対して右側に「θｂ」だけ傾けた操舵角に制御されている。したがって、旋回モードでは案内用ロボットは左旋回しながら移動することができる。尚、右旋回の場合は上述した動作の逆となる。
Figure 6B shows the "turning mode" (turning left in this case). In this turning mode, the rotation speed of the
図６Ｃは「信地旋回モード」（この場合は移動しないで、その場で左回転）を示している。この信地旋回モードにおいては、一対の駆動輪２４の左側の駆動輪２４の回転を停止、或いは逆転方向に回転させ、右側の駆動輪２４を正転方向に回転させる。
Figure 6C shows the "pivot turn mode" (in this case, turning left on the spot without moving). In this pivot turn mode, the
また、左側の操舵輪２５の操舵角は、進行側が進行方向軸線に対して開くように左側に「θｃ」だけ傾けた操舵角に制御され、右側の操舵輪２５の操舵角は、進行側が進行方向軸線に対して開くように右側に「、θｃ」だけ傾けた操舵角に制御（いわゆる、逆「ハ」字状）されている。したがって、信地旋回モードでは案内用ロボットはその場で左回転することができる。尚、右回転の場合は、駆動輪２４の回転が上述した動作の逆となる。
The steering angle of the
図６Ｄは「ブレーキモードＡ」を示している。このブレーキモードＡは、案内用ロボットが下り坂で停止された場合のモードである。ブレーキモードＡにおいては、一対の駆動輪２４は、その回転を停止される。
Figure 6D shows "Brake Mode A." This brake mode A is the mode when the guide robot is stopped on a downhill slope. In brake mode A, the pair of
また、左側の操舵輪２５の操舵角は、進行方向側が進行方向軸線に対して遠ざかり開くように左側に「θｄ」だけ傾けた操舵角に制御され、右側の操舵輪２５の操舵角は、進行方向側が進行方向軸線に対して遠ざかり開くように右側に「θｄ」だけ傾けた操舵角に制御（いわゆる、逆「ハ」字状）されている。したがって、ブレーキモードＡでは操舵輪２５によって下り坂に対して制動力が発生することになる。
The steering angle of the
図６Ｅは「ブレーキモードＢ」を示している。このブレーキモードＢは、案内用ロボットが上り坂で停止された場合のモードである。ブレーキモードＢにおいても、一対の駆動輪２４は、その回転を停止される。
Figure 6E shows "Brake Mode B." This brake mode B is the mode when the guide robot is stopped on an uphill slope. In brake mode B, the pair of
また、左側の操舵輪２５の操舵角は、進行方向側が進行方向軸線に対して近づいて閉じるように右側に「θｅ」だけ傾けた操舵角に制御され、右側の操舵輪２５の操舵角は、進行方向側が進行方向軸線に対して近づいて閉じるように左側に「θｅ」だけ傾けた操舵角に制御（いわゆる、「ハ」字状）されている。したがって、ブレーキモードでは操舵輪２５によって上り坂に対して制動力が発生することになる。
The steering angle of the
ブレーキモードＡ、ブレーキモードＢにおいては、坂道の傾斜角に応じて操舵角「θｄ」、「θｅ」の角度を変えることもできる。例えば、傾斜角度と操舵角を対応付けたテーブルを記憶させておき、傾斜角度が大きくなるほど操舵角を大きくするようにすれば良い。 In brake mode A and brake mode B, the steering angles "θd" and "θe" can be changed according to the inclination angle of the slope. For example, a table that associates the inclination angle with the steering angle can be stored, and the steering angle can be increased as the inclination angle increases.
また、ブレーキモードＡ、ブレーキモードＢは、案内用ロボットが下り坂、或いは上り坂で停止されたときに選択されるものである。案内用ロボットが下り坂で停止された場合は、ブーキモードＡを使用し、案内用ロボットが上り坂で停止された場合は、ブレーキモードＢを使用すると、制動力を有効に利用することができる。 Brake mode A and brake mode B are selected when the guide robot is stopped on a downhill or uphill slope. If the guide robot is stopped on a downhill slope, brake mode A is used, and if the guide robot is stopped on an uphill slope, brake mode B is used, allowing the braking force to be used effectively.
尚、ブレーキモードＡ、ブレーキモードＢは、案内用ロボットが下り坂、或いは上り坂で停止されたときにおいても、十分な制動力が得られる場合は、どちらか一方を使用することもできる。 In addition, either brake mode A or brake mode B can be used when the guide robot is stopped on a downhill or uphill slope if sufficient braking force can be obtained.
また、上記した実施形態では、駆動輪２４は一対の駆動輪を使用して、操舵輪２５と併せて四輪としているが、駆駆動輪２４を一個だけにして、三輪とすることもできる。この場合においても、操舵輪２５の動作は上述の動作を実行するものである。
In addition, in the above embodiment, a pair of
次に、図７に基づいて上述した各種のモードを実行する制御フローについて説明する。この制御フローはＣＰＵ１３で実行されるものである。
Next, the control flow for executing the various modes described above will be described with reference to FIG. 7. This control flow is executed by the
≪ステップＳ１０≫
ステップＳ１０においては、速度指令が「０」かどうかを判断している。つまり、案内用ロボットを前進させるための速度指令があるかどうかを判定している。そして、速度指令がある場合は、案内用ロボットを移動させる状態と判断し、速度指令がない場合は、案内用ロボットを停止させる状態と判断する。速度指令が「０」でないとステップＳ１１に移行し、速度指令が「０」であるとステップＳ１４に移行する。
<Step S10>
In step S10, it is determined whether the speed command is "0". In other words, it is determined whether there is a speed command to move the guide robot forward. If there is a speed command, it is determined that the guide robot is in a state to move, and if there is no speed command, it is determined that the guide robot is in a state to stop. If the speed command is not "0", the process proceeds to step S11, and if the speed command is "0", the process proceeds to step S14.
≪ステップＳ１１≫
ステップＳ１０で速度指令が「０」でないと判断されているので、ステップＳ１１においては、旋回角度指令が「０」かどうかを判断している。これは、旋回動作を行うか、直進動作を行うかを判定している。そして、旋回角度指令がある場合は、案内用ロボットを旋回させる状態と判断し、旋回角度指令がない場合は、案内用ロボットを直進させる状態と判断する。旋回角度指令が「０」でないとステップＳ１２に移行し、旋回角度指令が「０」であるとステップＳ１３に移行する。
<Step S11>
Since it is determined in step S10 that the speed command is not "0", in step S11 it is determined whether the turning angle command is "0". This determines whether to perform a turning operation or a straight movement. If there is a turning angle command, it is determined that the guide robot is in a state to turn, and if there is no turning angle command, it is determined that the guide robot is in a state to move straight. If the turning angle command is not "0", the process proceeds to step S12, and if the turning angle command is "0", the process proceeds to step S13.
≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１２においては、旋回モードを実行する。この旋回モードにおいては、図６Ｂにあるように、一方の駆動輪２４の正転方向の回転数に比べて、他方の駆動輪２４の正転方向の回転数を高く制御して旋回を実行する。同時に、旋回方向に向けて一対の操舵輪２５が、旋回方向に対応した操舵角に制御される。これによって、旋回モードでは案内用ロボットは旋回しながら移動することができる。
<Step S12>
In step S12, a turning mode is executed. In this turning mode, as shown in Fig. 6B, the rotation speed of one
≪ステップＳ１３≫
ステップＳ１３においては、直進モードを実行する。この直進モードにおいては、図６Ａにあるように、一対の駆動輪２４は同じ回転数で正転方向に駆動される。また、一対の操舵輪２５も進行方向に沿って駆動輪２４と同じ操舵角に制御されている。これによって、直進モードでは案内用ロボットは直進しながら移動することができる。
<Step S13>
In step S13, the straight-line mode is executed. In this straight-line mode, as shown in Fig. 6A, the pair of
≪ステップＳ１４≫
ステップＳ１０で速度指令がない状態と判断されているので、ステップＳ１４においては、旋回角度指令が「０」かどうかを判断している。これは、信地旋回動作を行うかどうかを判定している。そして、旋回角度指令がある場合は、案内用ロボットが信地旋回を行う状態と判断し、旋回角度指令がない場合は、信地旋回を行わない状態と判断する。旋回角度指令が「０」でないとステップＳ１５に移行し、旋回角度指令が「０」であるとステップＳ１６に移行する。
<Step S14>
Since it is determined in step S10 that there is no speed command, in step S14 it is determined whether the turning angle command is "0". This is to determine whether or not to perform a pivot turn. If there is a turning angle command, it is determined that the guide robot is in a state to perform a pivot turn, and if there is no turning angle command, it is determined that the guide robot is not in a state to perform a pivot turn. If the turning angle command is not "0", the process proceeds to step S15, and if the turning angle command is "0", the process proceeds to step S16.
≪ステップＳ１５≫
ステップＳ１５においては、信地旋回モードを実行する。この信地旋回モードにおいては、図６Ｃにあるように、一方の駆動輪２４の回転を停止（或いは逆転方向に回転）させ、他方の駆動輪２４を正転方向に回転させる。また、一方の操舵輪２５と他方の駆動輪２４は、進行方向軸線を境にして、案内用ロボットが回転できる操舵角に制御される。これによって、信地旋回モードでは案内用ロボットはその場で回転することができる。
≪ステップＳ１６≫
ステップＳ１４で旋回角度指令がない状態と判断されているので、ステップＳ１６においては、案内用ロボットの実際の速度が「０」かどうかを判断している。これは、案内用ロボットが操作者等によって人為的に押されて移動されているかどうかを判断している。尚、実際の速度は、駆動輪２４、或いは操舵輪２５の回転をエンコーダで測定することで求められる。そして、実際の速度が「０」でない、すなわち人為的に案内用ロボットが移動されている場合は、ステップＳ１７に移行し、実際の速度が「０」（停止状態）であると、ステップＳ１８に移行する。
<Step S15>
In step S15, the pivot turn mode is executed. In this pivot turn mode, as shown in Fig. 6C, one of the driving
<Step S16>
Since it is determined in step S14 that there is no turning angle command, in step S16 it is determined whether the actual speed of the guide robot is "0". This is to determine whether the guide robot is being moved by being pushed artificially by an operator or the like. The actual speed is obtained by measuring the rotation of the
≪ステップＳ１７≫
ステップＳ１７においては、案内用ロボットの移動を円滑にするため、直進モードを実行する。ただ、この場合の直進モードにおいては、一対の駆動輪２４の回転は制御されず、自由に回転できる状態である。また、一対の操舵輪２５は進行方向に沿って駆動輪２４と同じ操舵角に制御されている。これによって、この直進モードでは案内用ロボットは人為的に押されて直進しながら移動させることができる。
<Step S17>
In step S17, the straight-line mode is executed to allow the guide robot to move smoothly. However, in this straight-line mode, the rotation of the pair of
≪ステップＳ１８≫
ステップＳ１６で実際の速度が「０」（停止状態）と判断されているので、ステップＳ１７においては、案内用ロボットが坂道で停止しているかどうかを判断している。この場合は、ジャイロセンサ１５１で検出されたピッチ角度（実傾斜角度）が、所定の閾値（傾斜角度）より大きいかどうかを判断している。そして、所定の閾値（傾斜角度）よりピッチ角度が小さいとステップＳ１７に移行し、所定の閾値（傾斜角度）よりピッチ角度が大きいと、坂道で停止していると判定してステップＳ１９に移行する。尚、ステップＳ１７は既に説明した通りである。
<Step S18>
Since the actual speed is determined to be "0" (stopped state) in step S16, it is determined in step S17 whether the guide robot is stopped on a slope. In this case, it is determined whether the pitch angle (actual tilt angle) detected by the
≪ステップＳ１９≫
ステップＳ１９においては、下り坂、或いは上り坂に対応して、ブレーキモードＡ、或いはブレーキモードＢを実行する。本実施形態ではブレーキモードＢを実行している。このブレーキモードＢにおいては、図６Ｅにあるように、一対の駆動輪２４は、その回転を停止されている。また、操舵輪２５の操舵角は、進行側が進行方向軸線に向けて閉じるように傾けた操舵角(θｅ)に制御される。これによって、ブレーキモードＢでは、操舵輪２５によって制動力が発生することになる。尚、ブレーキモードＡを実行する場合は、操舵輪２５の操舵角は、図６Ｄにあるように、進行側が進行方向軸線に向けて開くように傾けた操舵角(θｄ)に制御される。
<Step S19>
In step S19, brake mode A or brake mode B is executed depending on whether the road is a downhill or an uphill road. In this embodiment, brake mode B is executed. In brake mode B, as shown in FIG. 6E, the pair of
このように、本実施形態では、駆動輪２４の他に案内用ロボットの接地側面に独立して駆動される一対の操舵輪２４を設け、制動動作が必要な状態では案内用ロボットの進行方向に対して、一対の操舵輪２５の夫々を制動力が発生する異なった方向に操舵している。
In this way, in this embodiment, in addition to the
これによれば、一対の操舵輪２５の夫々が異なった方向に操舵されるので、操舵輪２５によって制動力が発生する。したがって、電磁ブレーキ機構を装備せずに、案内用ロボットが坂道で停止したとしても、案内用ロボットが坂道を下ることを防止することができる。
With this, the pair of
以上の説明は、案内用ロボットが坂道に停止したときに、一対の操舵輪２５の操舵角を制御して制動力を得ることを説明したが、これ以外の動作環境で制動力を得る場合の動作について説明する。
The above explanation has been about controlling the steering angle of the pair of
図８は、図７のステップＳ１２の旋回モード、或いはステップＳ１３の直進モードを実行している状態で、緊急停止スイッチ２８が押されたときの制御フローを示している。この制御フローは、緊急停止スイッチ２８の投入によって起動される割込み処理である。
Figure 8 shows the control flow when the
≪ステップＳ２０≫
案内用ロボットの移動を停止しなければならないような状態が発生すると、安全を確保するため、操作者によって緊急停止スイッチ２８が押される。そして、ステップＳ２０においては、この緊急停止スイッチ２８がオンかどうかを判断している。緊急停止スイッチ２８がオンされていなければ、現在の動作状態を継続する。一方、緊急停止スイッチ２８がオンされていれば、ステップＳ２１に移行する。尚この場合は、緊急停止スイッチ２８が押されているので、案内用ロボットの移動（駆動輪２４の作動）は強制的に停止される。
<Step S20>
When a situation arises in which the movement of the guide robot must be stopped, the operator presses the
≪ステップＳ２１≫
ステップＳ２１においては、緊急停止スイッチ２８が押された場所が坂道であるかどうかを判断している。この場合は、ジャイロセンサ１５１で検出されたピッチ角度（実傾斜角度）が、所定の閾値（傾斜角度）より大きいかどうかを判断している。そして、所定の閾値（傾斜角度）よりピッチ角度が小さいとステップＳ２２に移行し、所定の閾値（傾斜角度）よりピッチ角度が大きいと、坂道で停止していると判定してステップＳ２３に移行する。
<Step S21>
In step S21, it is determined whether the place where the
≪ステップＳ２２≫
ステップＳ２２においては、操作者によって人為的に案内用ロボットを円滑に移動するため、直進モードを実行する。ただ、この場合の直進モードにおいては、一対の駆動輪２４の回転は、制御されず自由に回転ができる状態である。また、一対の操舵輪２５は進行方向に沿って駆動輪２４と同じ操舵角に制御されている。これによって、この直進モードでは案内用ロボットは人為的に押されて直進しながら移動させることができる。
<Step S22>
In step S22, the straight-line mode is executed so that the operator can move the guide robot smoothly and artificially. However, in this straight-line mode, the rotation of the pair of
≪ステップＳ２３≫
ステップＳ２３においては、ブレーキモードＡ、或いはブレーキモードＢを実行する。本実施形態ではブレーキモードＢを実行している。このブレーキモードＢにおいては、図６Ｅにあるように、一対の駆動輪２４は、その回転を停止される。また、操舵輪２５の操舵角は、進行側が進行方向軸線に向けて閉じるように傾けた操舵角（θｅ）に制御される。これによって、ブレーキモードＢでは、操舵輪２５によって制動力が発生することになる。尚、ブレーキモードＡを実行する場合は、図６Ｄにあるように、操舵輪２５の操舵角は、進行側が進行方向軸線に向けて開くように傾けた操舵角（θｄ）に制御される。
<Step S23>
In step S23, the brake mode A or the brake mode B is executed. In this embodiment, the brake mode B is executed. In the brake mode B, as shown in FIG. 6E, the pair of
このように、本実施形態では、緊急停止スイッチ２８が押された場所が坂道であった場合、駆動輪２４の作動が停止され、且つ制動動作が必要な状態となるので、案内用ロボットの進行方向に対して一対の操舵輪２５の夫々を制動力が発生するように異なった方向に操舵している。
In this way, in this embodiment, if the
これによれば、一対の操舵輪２５の夫々が異なった方向に操舵されるので、操舵輪２５によって制動力が発生する。したがって、電磁ブレーキ機構を装備せずに、案内用ロボットが坂道で停止したとしても、案内用ロボットが坂道を後退することを防止することができる。
With this, the pair of
図９は、図７のステップＳ１３の直進モードを実行している状態で、操作者が案内用ロボットを持ち上げて、他の場所（経路）に移動させるときの制御フローを示している。この制御フローは、持ち上げ検知スイッチの投入によって起動される割込み処理である。持ち上げ検知スイッチは、対地接触センサ、背面リング２６に設けた持ち上げ検知レバーに連動したスイッチ等を使用することができる。
Figure 9 shows the control flow when the operator lifts the guide robot and moves it to another location (route) while the straight-line mode of step S13 in Figure 7 is being executed. This control flow is an interrupt process that is started by turning on the lifting detection switch. The lifting detection switch can be a ground contact sensor, a switch linked to a lifting detection lever provided on the
≪ステップＳ３０≫
ステップＳ３０においては、持ち上げ検知スイッチがオンかどうかを判断している。持ち上げ検知スイッチがオンされていなければ、ステップＳ３１に移行する。一方、持ち上げスイッチがオンされていれば、ステップＳ３２に移行する。
<Step S30>
In step S30, it is determined whether the lifting detection switch is on. If the lifting detection switch is not on, the process proceeds to step S31. On the other hand, if the lifting detection switch is on, the process proceeds to step S32.
≪ステップＳ３１≫
ステップＳ３１においては、現時点で実行している直進モードを継続する。
<Step S31>
In step S31, the currently executed straight ahead mode is continued.
≪ステップＳ３２≫
ステップＳ３２においては、ブレーキモードＡ、或いはブレーキモードＢを実行する。本実施形態ではブレーキモードＢが選択されている。このブレーキモードＢにおいては、一対の駆動輪２４は、その回転を停止される。ブレーキモードＢでは、持ち上げた状態では操舵輪２５の操舵角は、図６Ｅに示す進行方向軸線に対して制動力を発生する操舵角に制御されている。この状態でステップＳ３３に移行する。
<Step S32>
In step S32, brake mode A or brake mode B is executed. In this embodiment, brake mode B is selected. In brake mode B, the pair of
≪ステップＳ３３≫
ステップＳ３３においては、持ち上げ検知スイッチがオフに変化したかどうかを判断している。持ち上げ検知スイッチがオンのままだとステップＳ３２に戻り、ステップＳ３２のブレーキモードを継続する。一方、持ち上げスイッチがオフされていれば、ステップＳ３４に移行する。
<Step S33>
In step S33, it is determined whether the lifting detection switch has been turned off. If the lifting detection switch remains on, the process returns to step S32, and the brake mode of step S32 is continued. On the other hand, if the lifting switch has been turned off, the process proceeds to step S34.
≪ステップＳ３４≫
ステップＳ３４においては、案内用ロボットが経路に戻された場所が坂道であるかどうかを判断している。この場合は、ジャイロセンサ１５１で検出されたピッチ角度（実傾斜角度）が、所定の閾値（傾斜角度）より大きいかどうかを判断している。
<Step S34>
In step S34, it is determined whether the location where the guide robot has been returned to the route is a slope. In this case, it is determined whether the pitch angle (actual tilt angle) detected by the
そして、所定の閾値（傾斜角度）よりピッチ角度が小さいとステップＳ３１に移行して、操作者によって戻された経路を移動するため、ブレーキモードＢから直進モードに変更されて直進モードを実行する。一方、所定の閾値（傾斜角度）よりピッチ角度が大きいと、坂道(上り坂)で戻されたと判定してステップＳ３５に移行する。 If the pitch angle is smaller than a predetermined threshold (inclination angle), the process proceeds to step S31, where the mode is changed from brake mode B to straight ahead mode and the straight ahead mode is executed in order to travel along the route returned by the operator. On the other hand, if the pitch angle is larger than the predetermined threshold (inclination angle), it is determined that the return was made on a slope (uphill), and the process proceeds to step S35.
≪ステップＳ３５≫
ステップＳ３５においては、ブレーキモードＢを継続して実行する。このブレーキモードＢにおいては、図６Ｅにあるように、一対の駆動輪２４は、その回転を停止される。また、操舵輪２５の操舵角は、進行側が進行方向軸線に向けて閉じるように傾けた操舵角（θｅ）に制御される。これによって、ブレーキモードＢでは、操舵輪２５によって制動力が発生することになる。尚、下り坂に戻された判定された場合は、ブレーキモードＢからブレーキモードＡに変更されて、ブレーキモードＡを実行する。
<Step S35>
In step S35, the brake mode B is continued. In this brake mode B, as shown in Fig. 6E, the pair of
このように、本実施形態では、案内用ロボットが戻された場所が坂道であった場合、駆動輪２４の作動が停止され、且つ制動動作が必要な状態となるので、案内用ロボットの進行方向に対して一対の操舵輪２５の夫々を制動力が発生する異なった方向に操舵している。
In this embodiment, if the location to which the guide robot is returned is a slope, the operation of the
これによれば、一対の操舵輪２５の夫々が異なった方向に操舵されるので、操舵輪２５によって制動力が発生する。したがって、電磁ブレーキ機構を装備せずに、案内用ロボットが坂道で停止したとしても、案内用ロボットが坂道を後退することを防止することができる。
With this, the pair of
以上述べたように、本発明によれば、駆動輪の他に移動ロボットの接地側面に独立して駆動される一対の操舵輪を設け、制動動作が必要な状態では移動ロボットの進行方向に対して、一対の操舵輪の夫々を、制動力を生じるように異なった方向に操舵する構成としている。 As described above, according to the present invention, in addition to the drive wheels, a pair of independently driven steering wheels are provided on the ground-contacting side of the mobile robot, and when braking is required, each of the pair of steering wheels is steered in a different direction relative to the direction of travel of the mobile robot so as to generate a braking force.
これによれば、一対の操舵輪の夫々が異なった方向に操舵されるので、操舵輪によって制動力が発生する。したがって、電磁ブレーキ機構を装備せずに、移動ロボットが坂道で停止したとしても、移動ロボットが坂道を下ることを防止することができる。 With this, each of the pair of steering wheels is steered in a different direction, so a braking force is generated by the steering wheels. Therefore, even if the mobile robot stops on a slope without being equipped with an electromagnetic brake mechanism, the mobile robot can be prevented from going down the slope.
尚、本発明は上記したいくつかの実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but includes various modified examples. The above-mentioned embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace other configurations with respect to the configuration of each embodiment.
１０…ネットワーク、１１…ロボット制御サーバ、１２…ロボット制御装置、１３…ＣＰＵ、１４…記憶装置、１５…入出力装置、１６…通信インターフェース、２４…駆動輪、２５…操舵輪、３２…モータ側ギアプーリ、３３…タイミングベルト、３４…操舵側ギアプーリ、３５…フォーク、１５３…駆動/操舵制御機構。 10...Network, 11...Robot control server, 12...Robot control device, 13...CPU, 14...Storage device, 15...Input/output device, 16...Communication interface, 24...Drive wheel, 25...Steering wheel, 32...Motor side gear pulley, 33...Timing belt, 34...Steering side gear pulley, 35...Fork, 153...Drive/steering control mechanism.
Claims (10)
前記操舵角制御部は、制動動作が必要な状態では前記移動ロボットの進行方向に対して、一対の前記操舵輪の夫々を、制動力を生じるように異なった方向に操舵すると共に、
前記移動ロボットを人為的に持ち上げる場合では、
前記操舵角制御部は、一対の前記操舵輪の操舵角を、前記移動ロボットの進行方向に対して、制動力を生じる操舵角に予め設定する
ことを特徴とするロボット制御装置。 A robot control device is used for a mobile robot capable of moving autonomously and having at least one drive wheel and a pair of steering wheels whose steering angles can be controlled independently, the robot control device comprising a rotation speed control unit that controls the rotation speed of the drive wheel and a steering angle control unit that controls the steering angle of the pair of steering wheels,
The steering angle control unit steers each of the pair of steering wheels in different directions relative to a traveling direction of the mobile robot when a braking operation is required so as to generate a braking force, and
In the case where the mobile robot is lifted artificially,
The steering angle control unit presets the steering angle of the pair of steering wheels to a steering angle that generates a braking force with respect to the traveling direction of the mobile robot.
A robot control device comprising:
前記制動動作が必要な状態とは、前記移動ロボットが坂道で停止され、前記坂道の傾斜を測定する傾斜センサによって、所定の閾値を超えて前記坂道が傾斜していると判断されたときである
ことを特徴とするロボット制御装置。 2. The robot control device according to claim 1,
A robot control device characterized in that the state in which the braking operation is necessary is when the mobile robot is stopped on a slope and an inclination sensor measuring the inclination of the slope determines that the slope is inclined beyond a predetermined threshold.
前記駆動輪は一対の前記駆動輪からなり、前記駆動輪は、前記移動ロボットの進行方向に沿った固定の操舵角に設定されている
ことを特徴とするロボット制御装置。 The robot control device according to claim 2,
A robot control device according to claim 1, wherein the drive wheels are a pair of drive wheels, and the drive wheels are set at a fixed steering angle along a direction of travel of the mobile robot.
一対の前記駆動輪は、前記移動ロボットの進行方向で前側に配置され、一対の前記操舵輪は、前記移動ロボットの進行方向で後側に配置されている
ことを特徴とするロボット制御装置。 The robot control device according to claim 3,
A robot control device, characterized in that the pair of drive wheels are arranged at the front in the direction of travel of the mobile robot, and the pair of steering wheels are arranged at the rear in the direction of travel of the mobile robot.
一対の前記駆動輪の回転中心を結ぶ回転中心軸線の中点に直交する進行方向軸線を仮定したとき、
前記操舵角制御部は、夫々の前記操舵輪を前記進行方向軸線に対して異なった方向の斜め方向に操舵する
ことを特徴とするロボット制御装置。 The robot control device according to claim 4,
Assuming that the axis of travel is perpendicular to the midpoint of the central axis of rotation connecting the centers of rotation of the pair of drive wheels,
A robot control device characterized in that the steering angle control unit steers each of the steering wheels in a different oblique direction relative to the axis of travel.
前記移動ロボットが下り坂の前記坂道で停止された場合では、
前記操舵角制御部は、夫々の前記操舵輪の進行方向側が前記進行方向軸線に対して遠ざかる方向の斜め方向に操舵角を設定する
ことを特徴とするロボット制御装置。 The robot control device according to claim 5,
When the mobile robot is stopped on a downward slope,
A robot control device, characterized in that the steering angle control unit sets a steering angle in an oblique direction such that the traveling direction side of each of the steered wheels moves away from the traveling direction axis.
前記移動ロボットが上り坂の前記坂道で停止された場合では、
前記操舵角制御部は、夫々の前記操舵輪の進行方向側が前記進行方向軸線に対して近づく方向の斜め方向に操舵角を設定する
ことを特徴とするロボット制御装置。 The robot control device according to claim 5,
When the mobile robot is stopped on an uphill slope,
A robot control device, characterized in that the steering angle control unit sets a steering angle in an oblique direction such that the traveling direction side of each of the steering wheels approaches the traveling direction axis.
前記移動ロボットを人為的に移動させる場合では、
前記操舵角制御部は、一対の前記操舵輪の操舵角を前記駆動輪の操舵角に設定する
ことを特徴とするロボット制御装置。 The robot control device according to claim 4,
In the case where the mobile robot is moved artificially,
The robot control device is characterized in that the steering angle control unit sets the steering angle of the pair of steering wheels to the steering angle of the drive wheels.
前記移動ロボットが人為的に持ち上げられた後の接地された状態で、In a grounded state after the mobile robot is artificially lifted,
前記操舵角制御部は、The steering angle control unit is
前記移動ロボットが坂道にいると判断されると、一対の前記操舵輪の操舵角を、前記移動ロボットの進行方向に対して、制動力を生じる操舵角に設定し、when it is determined that the mobile robot is on a slope, the steering angles of the pair of steering wheels are set to steering angles that generate a braking force with respect to a traveling direction of the mobile robot;
前記移動ロボットが前記坂道にいないと判断されると、一対の前記操舵輪の操舵角を前記駆動輪の操舵角に設定するWhen it is determined that the mobile robot is not on the slope, the steering angle of the pair of steering wheels is set to the steering angle of the driving wheels.
ことを特徴とするロボット制御装置。A robot control device comprising:
前記ロボット制御装置は、請求項３乃至請求項９のいずれか１つに記載の前記ロボット制御装置であるThe robot control device is the robot control device according to any one of claims 3 to 9.
ことを特徴とする移動ロボット。A mobile robot characterized by:
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