JP7719430B2 - Autonomous driving device and autonomous driving method - Google Patents
Autonomous driving device and autonomous driving methodInfo
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Description
本発明は、自律走行装置および自律走行方法に関するもので、特に指定領域内の堆積物(堆積粉)を清掃除去するのに用いられる清掃装置に好適な自律走行装置および自律走行方法に関するものである。 The present invention relates to an autonomous driving device and an autonomous driving method, and in particular to an autonomous driving device and an autonomous driving method suitable for a cleaning device used to clean and remove deposits (accumulated powder) within a specified area.
例えばコークス工場では、炉内に石炭を装入する装炭車からの石炭粉の漏れや、石炭貯蔵庫からの石炭粉の漏れなどにより、コークス炉の炉頂部に石炭粉(落粉)が堆積する。この堆積した石炭粉を放置すると、石炭粉中の硫黄成分が上昇管などの金属構造物の腐食を促進させ、また、周囲に飛散して環境に悪影響を与えることから、炉体保護や粉塵飛散防止を目的として、炉頂部に堆積した石炭粉の清掃除去が行われる。しかし、炉頂部に堆積した石炭粉の清掃除去作業は、高温・粉塵環境下で行われる重筋作業であり、熱中症や粉塵吸引の恐れがある危険な作業でもある。 For example, in coke plants, coal dust (fallen dust) accumulates at the top of coke ovens due to leaks from coal loading cars that load coal into the oven, or from coal storage. If this accumulated coal dust is left unattended, the sulfur components in the coal dust can accelerate corrosion of metal structures such as riser pipes, and it can also scatter into the surrounding area, causing adverse effects on the environment. Therefore, to protect the oven body and prevent dust from scattering, the coal dust accumulated at the top is cleaned and removed. However, cleaning and removing coal dust accumulated at the top of the oven is hard work performed in a high-temperature, dusty environment, and is dangerous work that poses the risk of heatstroke and dust inhalation.
ここで、自動で清掃作業を行う清掃装置として、例えば、特許文献1には、マッピングを行いながら領域全面を清掃していく清掃装置が開示されている。この清掃装置は、清掃領域全体を未知領域、未清掃領域、清掃済領域の3つに分類し、未知領域をなくすようにロボットを動作させ、未知領域がなくなり次第、未清掃領域と清掃済領域の境界を移動させて清掃を実施するような自律走行ロジックを有している。このような技術は、未知領域が毎回存在するような範囲の異なる清掃領域で全面に少量散らばった粉塵などを吸引清掃する際には非常に有用である。 As an example of a cleaning device that performs automatic cleaning work, Patent Document 1 discloses a cleaning device that cleans an entire area while performing mapping. This cleaning device classifies the entire cleaning area into three sections: unknown area, uncleaned area, and cleaned area, and has autonomous driving logic that operates the robot to eliminate the unknown area. Once the unknown area is eliminated, the boundary between the uncleaned area and the cleaned area is moved and cleaning is carried out. This type of technology is extremely useful when vacuuming and cleaning small amounts of dust scattered over an entire area in a cleaning area that varies in scope and where unknown areas exist each time.
コークス炉の炉頂部のように大量(通常、1kg/m2以上)の落粉が存在する場合には、これを吸引捕集して清掃装置内に貯める方式では非常に大型の装置とする必要があり、このため、スクレーパなどにより落粉をかき集めて指定の場所に集積させる方式のほうが好ましい。しかし、特許文献1の清掃装置は、毎回マッピングを作り直し、原点・座標系が変化するので、コークス炉の炉頂部のように毎回同じ領域を同じパターンで清掃し、さらに指定の場所に落粉を集積させるというような動作を行わせることができない。また、毎回同じ領域を同じパターンで清掃するのに、未知領域を探索する工程が発生することは、時間効率が低下するという問題もある。 When a large amount of fallen dust (usually 1 kg/ m2 or more) exists, such as in the top of a coke oven, a method of suction-collecting and storing it in a cleaning device requires a very large device. Therefore, a method of scraping up the fallen dust using a scraper or the like and accumulating it in a designated location is preferable. However, the cleaning device of Patent Document 1 re-creates the mapping each time, and the origin and coordinate system change, so it is not possible to perform operations such as cleaning the same area in the same pattern each time, as in the top of a coke oven, and then accumulating the fallen dust in a designated location. Furthermore, there is a problem in that the process of searching for unknown areas when cleaning the same area in the same pattern each time reduces time efficiency.
これに対し、清掃領域の地図を与えて自律走行を行う一般のSLAM技術では、毎回同じ領域を同じパターンで清掃し、さらに落粉をかき集めて指定の場所に集積することが可能である。しかし、もしも、コークス炉の炉頂部に自律走行装置の押出力を超えるような大量の落粉が堆積していて、スクレーパで押し切れずにスタックが発生したり、物が置かれていて移動経路が完全に塞がれていたりすると、そこで自律走行装置が立往生し、清掃の続行が不可能になるという問題がある。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、決まった経路を容易かつ短時間で移動可能であるとともに、経路の途中で立往生するリスクを減らすことができる自律走行装置および自律走行方法を提供することにある。
In contrast, with conventional SLAM technology, which uses a map of the cleaning area for autonomous navigation, the autonomous vehicle can clean the same area in the same pattern each time and can also scrape up and accumulate the fallen powder in a designated location.However, if a large amount of fallen powder accumulates at the top of the coke oven, exceeding the pushing force of the autonomous vehicle, causing it to become stuck when the scraper is unable to push it all away, or if an object is placed there that completely blocks the autonomous vehicle's movement path, the autonomous vehicle can become stuck and be unable to continue cleaning.
Therefore, an object of the present invention is to provide an autonomous driving device and an autonomous driving method that solve the problems of the conventional technology described above, and that can travel along a fixed route easily and in a short time, while reducing the risk of getting stuck along the route.
上記課題を解決するため、本発明は、移動台車を指定領域内で複数の経由点pを経由させながら自律走行させるようにした自律走行装置および自律走行方法であって、移動台車を経由点piまで自律走行させるに当たり、移動台車の自己位置を推定するとともに、予め記憶されている指定領域内の障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3とから経由点情報bを生成し、前記推定された自己位置と生成された経由点情報bに基づいて移動台車を移動させる経由点piまでの走行経路を算出し、その走行経路にしたがって移動台車を経由点piまで移動させることを基本とする。そして、移動台車が自律走行中に立往生しないようにするため、移動中の移動台車が経由点piに辿り着けないスタック状態であると判定した場合には、移動台車の移動先の経由点pを変更し、さらに好ましくは、測域装置で取得された障害物情報aに基づき移動台車の走行経路が生成できないと判定した場合にも、移動台車の移動先の経由点pを変更する異常処理を行うようにしたものである。すなわち、例えば、自律走行しながら指定領域内の堆積物を清掃用スクレーパでかき集めて清掃する自律走行装置に適用した場合には、清掃用スクレーパで大量の堆積物を押し切れなくなってスタック状態になった場合、さらには、予め記憶されている障害物位置情報a1にはなかった障害物によって走行経路が塞がれている場合に、移動台車の移動先の経由点pを変更する異常処理を行い、移動台車が自律走行中に立往生しないようにするものである。 To solve the above problems, the present invention provides an autonomous driving device and autonomous driving method that causes a mobile vehicle to autonomously travel via a plurality of way points p within a designated area. When the mobile vehicle is autonomously traveling to way point p , the device estimates its own position and generates way point information b from pre-stored obstacle position information a1 within the designated area, designated area information a2, and final destination point information a3. A travel route to way point p along which the mobile vehicle should travel is calculated based on the estimated own position and the generated way point information b. The method then moves the mobile vehicle to way point p along this travel route. To prevent the mobile vehicle from becoming stuck during autonomous traveling, if it is determined that the moving mobile vehicle is stuck and cannot reach way point p , the device changes the way point p as the destination of the mobile vehicle. More preferably, the device also performs abnormality processing to change the way point p as the destination of the mobile vehicle when it is determined that a travel route for the mobile vehicle cannot be generated based on obstacle information a acquired by the range measurement device. That is, for example, when applied to an autonomous driving device that uses a cleaning scraper to scrape up and clean deposits within a specified area while autonomously driving, if the cleaning scraper becomes unable to push through a large amount of deposits and becomes stuck, or if the driving route is blocked by an obstacle that is not included in the pre-stored obstacle position information a1, abnormality processing is performed to change the waypoint p to which the mobile cart is to be moved, so that the mobile cart does not get stuck while autonomously driving.
すなわち、上記課題を解決するための本発明の自律走行装置および自律走行方法の特徴は、以下のとおりである。
[1]走行用の駆動装置(2)を備えた移動台車(1)を指定領域(A)内で複数の経由点(p)を経由させながら自律走行させる自律走行装置であって、
移動台車(1)の自己位置を推定するとともに、予め記憶されている指定領域(A)内の障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3とから経由点情報bを生成し、前記推定された自己位置と生成された経由点情報bに基づいて移動台車(1)を移動させる経由点(pi)までの走行経路を算出し、移動台車(1)がその走行経路にしたがって経由点(pi)まで移動するように駆動装置(2)を制御する演算制御装置(4)を備え、
演算制御装置(4)は、経由点(pi)に向けて移動中の移動台車(1)が経由点(pi)に辿り着けないスタック状態であるか否かを判定し、スタック状態であると判定した場合に、移動台車(1)を移動させるべき経由点(p)を変更し、その変更先の経由点(p)に移動台車(1)を移動させるよう駆動装置(2)を制御することを特徴とする自律走行装置。
That is, the features of the autonomous driving device and autonomous driving method of the present invention for solving the above problems are as follows.
[1] An autonomous driving device that autonomously drives a mobile carriage (1) equipped with a driving device (2) for driving, while passing through a plurality of via points (p) within a designated area (A),
a calculation and control device (4) that estimates the self-position of the mobile carriage (1), generates waypoint information (b) from obstacle position information a1 within a designated area (A) that is stored in advance, designated area information a2, and final target point information a3, calculates a travel route to a waypoint (p i ) along which the mobile carriage (1) should move based on the estimated self-position and the generated waypoint information (b), and controls a drive device (2) so that the mobile carriage (1) moves to the waypoint (p i ) according to the travel route;
The arithmetic and control device (4) determines whether a mobile carriage (1) moving toward a waypoint (p i ) is stuck and unable to reach the waypoint (p i ), and if it determines that the mobile carriage (1) is stuck, changes the waypoint (p) to which the mobile carriage (1) should be moved, and controls the drive device (2) to move the mobile carriage (1) to the new waypoint (p).
[2]上記[1]の自律走行装置において、移動台車(1)の周囲環境を測定して障害物情報aを取得する測域装置(3)をさらに備え、
演算制御装置(4)は、予め記憶されている指定領域(A)内の障害物位置情報a1と、測域装置(3)で取得された障害物情報aとを比較することで移動台車(1)の自己位置を推定することを特徴とする自律走行装置。
[3]上記[2]の自律走行装置において、演算制御装置(4)は、測域装置(3)で取得された障害物情報aに基づき、移動台車(1)が移動すべき経由点(pi)までの走行経路が生成できるか否かを判定し、生成できないと判定した場合に、移動台車(1)を移動させるべき経由点(p)を変更し、その変更先の経由点(p)に移動台車(1)を移動させるよう駆動装置(2)を制御することを特徴とする自律走行装置。
[2] The autonomous driving device of the above [1] further comprises a range measurement device (3) that measures the surrounding environment of the mobile carriage (1) and acquires obstacle information a,
An autonomous driving device characterized in that an arithmetic and control device (4) estimates the self-position of a mobile cart (1) by comparing obstacle position information a1 within a designated area (A) stored in advance with obstacle information a acquired by a range measurement device (3).
[3] In the autonomous driving device of [2] above, the arithmetic and control device (4) determines whether or not a driving route to a via point (p i ) to which the mobile carriage (1) should move can be generated based on the obstacle information a acquired by the range measurement device (3), and if it determines that the route cannot be generated, changes the via point (p) to which the mobile carriage (1) should move, and controls the drive device (2) to move the mobile carriage (1) to the changed via point (p).
[4]上記[1]~[3]のいずれかの自律走行装置において、移動台車(1)は、指定領域(A)内で所定の作業を行うための作業ツール(5)と、該作業ツール(5)を駆動するためのアクチュエータ(6)を備え、
経由点情報bは、移動台車(1)の台車位置、移動台車(1)の台車姿勢、およびアクチュエータ(6)の動作指令の情報を含むことを特徴とする自律走行装置。
[5]上記[4]の自律走行装置において、作業ツール(5)は、指定領域(A)内の堆積物をかき集めて清掃する清掃用スクレーパ(5a)であり、
アクチュエータ(6)は、清掃用スクレーパ(5a)が上下方向に移動して路面に接地しまたは路面から離れるように清掃用スクレーパ(5a)を駆動するものであることを特徴とする自律走行装置。
[4] In the autonomous driving device according to any one of [1] to [3] above, the mobile carriage (1) is provided with a work tool (5) for performing a predetermined task within the designated area (A) and an actuator (6) for driving the work tool (5);
The waypoint information b includes information on the carriage position of the mobile carriage (1), the carriage attitude of the mobile carriage (1), and operation commands for the actuator (6).
[5] In the autonomous mobile device of [4] above, the work tool (5) is a cleaning scraper (5a) that scrapes and cleans deposits within the designated area (A),
The autonomous mobile device is characterized in that the actuator (6) drives the cleaning scraper (5a) so that the cleaning scraper (5a) moves up and down to come into contact with or separate from the road surface.
[6]上記[1]~[5]のいずれかの自律走行装置において、演算制御装置(4)は、移動台車(1)が経由点(pi)に移動する際に、当該経由点(pi)までの移動距離ΔLと姿勢角変化量Δθから経由点(pi)までの目標走破時間Tを算出し、移動台車(1)の移動開始からの経過時間実績値tと目標走破時間Tとを比較することで移動台車(1)がスタック状態であるか否か判定することを特徴とする自律走行装置。
[7]上記[2]~[6]のいずれかの自律走行装置において、駆動装置(2)の動作量から移動台車(1)の移動量を検出する移動量検出装置(7)をさらに備え、
演算制御装置(4)は、予め記憶されている指定領域(A)内の障害物位置情報a1と、測域装置(3)で取得された障害物情報aとを比較することに加えて、移動量検出装置(7)で検出された移動台車(1)の移動量を用いて、SLAMアルゴリズムに基づくパーティクルフィルタにより移動台車(1)の自己位置を推定することを特徴とする自律走行装置。
[6] In the autonomous driving device of any of the above [1] to [5], the arithmetic and control device (4) calculates a target travel time T to the waypoint ( pi ) from the travel distance ΔL to the waypoint ( pi ) and the attitude angle change amount Δθ when the mobile carriage (1) moves to the waypoint ( pi ), and determines whether the mobile carriage (1) is stuck by comparing the actual value t of the elapsed time from the start of movement of the mobile carriage (1) with the target travel time T.
[7] In any one of the autonomous driving devices [2] to [6] above, a movement amount detection device (7) is further provided that detects the movement amount of the mobile carriage (1) from the operation amount of the drive device (2),
An autonomous driving device characterized in that the arithmetic and control device (4) compares obstacle position information a1 within a designated area (A) stored in advance with obstacle information a acquired by the range measurement device (3), and also estimates the self-position of the mobile cart (1) by a particle filter based on a SLAM algorithm using the amount of movement of the mobile cart (1) detected by a movement amount detection device (7).
[8]走行用の駆動装置(2)を備えた移動台車(1)を指定領域(A)内で複数の経由点(p)を経由させながら自律走行させる自律走行方法であって、
予め記憶されている指定領域(A)内の障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3とから経由点情報bを生成する工程(ア)と、
移動台車(1)の自己位置を推定する工程(イ)と、
前記推定された自己位置と生成された経由点情報bとに基づいて移動台車(1)を移動させる経由点(pi)までの走行経路を算出し、移動台車(1)がその走行経路にしたがって経由点(pi)まで移動するように駆動装置(2)を制御する工程(ウ)と、
経由点(pi)に向けて移動中の移動台車(1)が経由点(pi)に辿り着けないスタック状態であるか否かを判定し、スタック状態であると判定した場合に、移動台車(1)を移動させるべき経由点(p)を変更し、その変更先の経由点(p)に移動台車(1)を移動させるよう駆動装置(2)を制御する工程(エ)を備えることを特徴とする自律走行方法。
[8] An autonomous traveling method for autonomously traveling a mobile carriage (1) equipped with a driving device (2) for traveling while passing through a plurality of via points (p) within a designated area (A),
A step (a) of generating waypoint information (b) from obstacle position information (a1) within a designated area (A), designated area information (a2), and final target point information (a3) stored in advance;
A step (a) of estimating the self-position of the mobile cart (1);
a step (c) of calculating a travel route to a via point (p i ) along which the mobile carriage (1) will move based on the estimated self-position and the generated via point information b, and controlling a drive device (2) so that the mobile carriage (1) moves to the via point (p i ) along the travel route;
An autonomous driving method characterized by comprising a step (d) of determining whether a mobile carriage (1) moving toward a waypoint (p i ) is stuck and unable to reach the waypoint (p i ), and if it is determined that the mobile carriage (1) is stuck, changing the waypoint (p) to which the mobile carriage (1) should be moved, and controlling a drive device (2) to move the mobile carriage (1) to the new waypoint (p).
[9]上記[8]の自律走行方法において、工程(イ)では、測域装置(3)により移動台車(1)の周囲環境を測定して障害物情報aを取得し、予め記憶されている指定領域(A)内の障害物位置情報a1と、測域装置(3)で取得された障害物情報aとを比較することで移動台車(1)の自己位置を推定することを特徴とする自律走行方法。
[10]上記[9]の自律走行方法において、さらに、測域装置(3)で取得された障害物情報aに基づき、移動台車(1)が移動すべき経由点(pi)までの走行経路が生成できるか否かを判定し、生成できないと判定した場合に、移動台車(1)を移動させるべき経由点(p)を変更し、その変更先の経由点(p)に移動台車(1)を移動させるよう駆動装置(2)を制御する工程(オ)を備えることを特徴とする自律走行方法。
[9] In the autonomous driving method of [8] above, in step (i), the surrounding environment of the mobile cart (1) is measured by a range measurement device (3) to acquire obstacle information a, and the self-position of the mobile cart (1) is estimated by comparing obstacle position information a1 within a designated area (A) stored in advance with the obstacle information a acquired by the range measurement device (3).
[10] The autonomous driving method of [9] above, further comprising a step (e) of determining whether or not a driving route to a via point (p i ) to which the mobile carriage (1) should move can be generated based on the obstacle information a acquired by the range measurement device (3), and if it is determined that the route cannot be generated, changing the via point (p) to which the mobile carriage (1) should move, and controlling the drive device (2) to move the mobile carriage (1) to the changed via point (p).
[11]上記[8]~[10]のいずれかの自律走行方法において、移動台車(1)は、指定領域(A)内で所定の作業を行うための作業ツール(5)と、該作業ツール(5)を駆動するためのアクチュエータ(6)を備え、
指定領域(A)内で移動台車(1)を走行させながら作業ツール(5)で作業を行うことを特徴とする自律走行方法。
[12]上記[11]の自律走行方法において、作業ツール(5)は、指定領域(A)内の地面の堆積物をかき集めて清掃する清掃用スクレーパ(5a)であり、
アクチュエータ(6)は、清掃用スクレーパ(5a)が上下方向に移動して路面に接地しまたは路面から離れるように清掃用スクレーパ(5a)を駆動するものであり、
指定領域(A)内で移動台車(1)を走行させ、アクチュエータ(6)により清掃用スクレーパ(5a)を駆動させつつ、清掃用スクレーパ(5a)で堆積物をかき集め、かき集めた前記堆積物を所定の場所まで移動させて集積することを特徴とする自律走行方法。
[11] In the autonomous traveling method according to any one of [8] to [10] above, the mobile carriage (1) comprises a work tool (5) for performing a predetermined task within the designated area (A), and an actuator (6) for driving the work tool (5);
An autonomous traveling method characterized by performing work with a work tool (5) while traveling a mobile carriage (1) within a designated area (A).
[12] In the autonomous traveling method according to [11] above, the work tool (5) is a cleaning scraper (5a) that scrapes and cleans deposits on the ground within the designated area (A),
The actuator (6) drives the cleaning scraper (5a) so that the cleaning scraper (5a) moves up and down to come into contact with or separate from the road surface;
The autonomous traveling method comprises traveling a mobile cart (1) within a designated area (A), driving a cleaning scraper (5a) with an actuator (6), scraping up deposits with the cleaning scraper (5a), and moving the scraped up deposits to a predetermined location and accumulating them.
本発明では、移動台車を指定領域内で複数の経由点pを経由させながら自律走行させるようにし、移動台車を経由点piまで自律走行させるに当たり、移動台車の自己位置を推定するとともに、予め記憶されている指定領域内の障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3とから経由点情報bを生成し、前記推定された自己位置と生成された経由点情報bに基づいて移動台車を移動させる経由点piまでの走行経路を算出し、その走行経路にしたがって移動台車を経由点piまで移動させるようにしたので、移動台車を決まった経路で所望の場所に容易かつ短時間で移動させることができ、例えば、自律走行しながら指定領域内の堆積物を清掃用スクレーパでかき集めて清掃する自律走行装置に適用した場合には、毎回同じ領域を同じパターンで清掃し、さらに指定の場所に堆積物を集積させることができ、指定領域の清掃を容易かつ短時間で効率的に行うことができる。 In this invention, a mobile carriage is made to travel autonomously within a designated area, passing through a plurality of way points p. When the mobile carriage is made to travel autonomously to way point p , the mobile carriage's own position is estimated and way point information b is generated from pre-stored obstacle position information a1 within the designated area, designated area information a2, and final destination point information a3. A travel route to way point p along which the mobile carriage should travel is calculated based on the estimated own position and the generated way point information b. The mobile carriage is then moved to way point p along this travel route. This makes it possible to move the mobile carriage to a desired location along a set route easily and in a short time. For example, if this invention is applied to an autonomous traveling device that cleans a designated area by scraping up deposits within the designated area with a cleaning scraper while autonomously traveling, the same area can be cleaned in the same pattern each time and the deposits can be accumulated in a designated location, allowing the designated area to be cleaned easily, quickly, and efficiently.
そして、移動中の移動台車が経由点piに辿り着けないスタック状態であると判定した場合には、移動台車の移動先の経由点pを変更し、さらに好ましくは、測域装置で取得された障害物情報aに基づき移動台車の走行経路が生成できないと判定した場合にも、移動台車の移動先の経由点pを変更する異常処理を行うため、移動台車が自律走行中に立往生するリスクを低減することができ、自律走行によって移動台車を所望の場所までより確実かつ短時間で移動させることができる。 Furthermore, if it is determined that the moving mobile cart is stuck and cannot reach way point p i , the way point p to which the mobile cart is to be moved is changed, and more preferably, if it is determined that a travel path for the mobile cart cannot be generated based on the obstacle information a acquired by the range measurement device, abnormality processing is performed to change the way point p to which the mobile cart is to be moved.This reduces the risk of the mobile cart getting stuck during autonomous driving, and allows the mobile cart to be moved to the desired location more reliably and in a shorter time by autonomous driving.
このため、例えば、自律走行しながら指定領域内の堆積物を清掃用スクレーパでかき集めて清掃する自律走行装置に適用した場合には、清掃用スクレーパで大量の堆積物を押し切れなくなってスタック状態になった場合、さらには、予め記憶されている障害物位置情報a1にはなかった障害物によって走行経路が塞がれている場合に、移動台車の移動先の経由点pを変更する異常処理を行い、移動台車が自律走行中に立往生しないようにすることができるので、指定領域の清掃をより効率的に行うことができる。また、スタック状態が生じたり、走行経路を生成できないときに移動台車の移動先の経由点pを変更する場合も、予め変更先の経由点pを指定しておくことができるので、複雑な異常処理プログラムを実装する必要がない利点がある。
以上のことから本発明の自律走行装置および方法は、石炭粉(落粉)が堆積するコークス炉の炉頂部の清掃装置などとして好適であり、堆積物の清掃除去作業を効率的かつ適切に実施することができる。
Therefore, for example, when applied to an autonomous mobile device that cleans a designated area by scraping up deposits with a cleaning scraper while autonomously traveling, if the cleaning scraper becomes unable to push through a large amount of deposits and becomes stuck, or if the travel path is blocked by an obstacle that is not included in the pre-stored obstacle position information a1, abnormality processing is performed to change the way point p of the mobile carrier's destination, preventing the mobile carrier from getting stuck during autonomous traveling, thereby allowing for more efficient cleaning of the designated area. Also, even when the way point p of the mobile carrier's destination is changed when a stuck state occurs or a travel path cannot be generated, the new way point p can be specified in advance, which has the advantage of eliminating the need to implement a complex abnormality processing program.
From the above, the autonomous mobile device and method of the present invention are suitable as a cleaning device for the top of a coke oven where coal dust (fallen dust) accumulates, and can efficiently and appropriately carry out cleaning and removal work of the deposits.
本発明は、走行用の駆動装置2を備えた移動台車1を指定領域A内で複数の経由点pを経由させながら自律走行させるようにした自律走行装置および自律走行方法であり、移動台車1を経由点pi(i番目の経由点p)まで自律走行させるに当たり、移動台車1の自己位置を推定するとともに、予め記憶されている指定領域A内の障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3とから経由点情報bを生成し、前記推定された自己位置と生成された経由点情報bに基づいて移動台車を移動させる経由点piまでの走行経路を算出し、その走行経路にしたがって移動台車1を経由点piまで移動させることを基本とする。そして、この自律走行中に移動台車1が立往生しないようにするため、移動中の移動台車1が経由点piに辿り着けないスタック状態であると判定した場合には、移動台車1の移動先の経由点pを変更し、さらに好ましくは、測域装置3で取得された障害物情報aに基づき移動台車1の走行経路が生成できないと判定した場合にも、移動台車1の移動先の経由点pを変更する異常処理を行うようにするものである。 The present invention provides an autonomous driving device and autonomous driving method that allows a mobile carriage 1 equipped with a driving device 2 for driving to travel autonomously within a designated area A while passing through a plurality of way points p. When the mobile carriage 1 is caused to travel autonomously to way point p i (the i-th way point p), the device basically estimates the self-position of the mobile carriage 1 and generates way point information b from pre-stored obstacle position information a1 within the designated area A, designated area information a2, and final target point information a3, calculates a driving route to way point p i along which the mobile carriage will move based on the estimated self-position and the generated way point information b, and moves the mobile carriage 1 to way point p i along that driving route. In order to prevent the mobile carriage 1 from getting stuck during this autonomous travel, if it is determined that the mobile carriage 1 is stuck and cannot reach way point p i while moving, the way point p to which the mobile carriage 1 is to be moved is changed, and more preferably, if it is determined that a travel route for the mobile carriage 1 cannot be generated based on the obstacle information a acquired by the range measurement device 3, abnormality processing is performed to change the way point p to which the mobile carriage 1 is to be moved.
このため本発明の自律走行装置は、走行用の駆動装置2を備えた移動台車1と、移動台車1の自己位置の推定、上記情報a1~a3に基づく経由点情報bの生成、および走行経路の算出を行い、さらにスタック状態の判定などを行い、これらに基づき駆動装置2を制御して移動台車1を自律走行させる演算制御装置4を備え、さらに好ましくは、移動台車1の周囲環境を測定して障害物情報aを取得する測域装置3、駆動装置2の動作量から移動台車1の移動量を検出する移動量検出装置7などを備える。なお、これら本発明装置の構成部材については、後に図1~図3に示す実施形態を例に詳述する。 For this reason, the autonomous driving device of the present invention comprises a mobile carriage 1 equipped with a drive unit 2 for driving, a calculation and control unit 4 that estimates the mobile carriage 1's own position, generates waypoint information b based on the above information a1 to a3, calculates the driving route, and determines whether the vehicle is stuck, and controls the drive unit 2 based on these results to cause the mobile carriage 1 to drive autonomously. More preferably, the autonomous driving device also comprises a range measurement device 3 that measures the environment around the mobile carriage 1 to obtain obstacle information a, and a movement amount detection device 7 that detects the movement amount of the mobile carriage 1 from the amount of operation of the drive unit 2. The components of the device of the present invention will be described in detail below using the embodiment shown in Figures 1 to 3 as an example.
移動台車1が備える走行用の駆動装置2は、車輪や無限軌道などの走行用回転体、この走行用回転体を回転駆動させるモータなどの駆動源、および走行用回転体の操舵手段などを含む。
また、移動台車1の自己位置の推定は、例えば、自律走行装置に測域装置3を設け、この測域装置3によって移動台車1の周囲環境を測定して障害物情報aを取得し、予め記憶されている指定領域A内の障害物位置情報a1と、測域装置3で取得された障害物情報aとを演算制御装置4によって比較することによって行われる。
測域装置3は、移動台車1の周囲の障害物情報aをリアルタイムで取得するものであればよく、例えば、カメラやレーザー距離計などで移動台車1の周囲環境を測定することで障害物情報aを取得するものが用いられる。
なお、測域装置3で取得される障害物情報aを用いる以外に、GPSなどの衛星測位システムによる位置情報に基づいて移動台車1の自己位置を推定するようにしてもよい。
The driving device 2 for travel provided on the mobile carriage 1 includes a rotating body for travel such as a wheel or caterpillar, a driving source such as a motor for driving the rotating body for rotation, and a steering means for the rotating body for travel.
Furthermore, the self-position of the mobile cart 1 is estimated, for example, by providing a range measurement device 3 in the autonomous driving device, measuring the surrounding environment of the mobile cart 1 using this range measurement device 3 to acquire obstacle information a, and then comparing the obstacle position information a1 within the designated area A that has been stored in advance with the obstacle information a acquired by the range measurement device 3 using the arithmetic and control device 4.
The range measurement device 3 may be any device that acquires obstacle information a around the mobile cart 1 in real time, and may, for example, be one that acquires obstacle information a by measuring the surrounding environment of the mobile cart 1 using a camera or laser range finder.
In addition to using the obstacle information a acquired by the range measurement device 3, the position of the mobile carriage 1 may be estimated based on position information obtained by a satellite positioning system such as GPS.
障害物情報aは、移動台車1の周囲に存在する障害物(例えば、構造物、建物の構造部、設備類、その他の物体)の形状や位置情報である。
障害物位置情報a1は、指定領域A内で移動台車1の移動の障害となり得る物体の位置情報(例えば、平面位置座標)であり、通常、構造物、建物の構造部、設備類などの位置情報であるが、これらに限定されない。
指定領域情報a2は、自律走行装置が所定の作業を行うために自律走行して移動する指定領域Aの位置情報(例えば、指定領域Aの外縁(外周)の平面位置座標)であり、例えば、自律走行装置が清掃装置である場合には、指定領域Aである清掃領域についての位置情報(清掃領域情報a2)などが挙げられる。
最終目標点情報a3は、自律走行装置が所定の作業を終えるために最終的に到達する地点の位置情報(例えば、平面位置座標)であり、例えば、自律走行装置が清掃装置である場合には、かき集めた堆積物を最終的に集積する地点についての位置情報(堆積物の集積箇所情報a3)などが挙げられる。
障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3は、予め記憶手段(記憶装置)に記憶されている。
The obstacle information a is information about the shape and position of obstacles (for example, structures, structural parts of buildings, equipment, and other objects) that exist around the mobile cart 1.
Obstacle position information a1 is position information (e.g., planar position coordinates) of an object that may obstruct the movement of the mobile cart 1 within the designated area A, and is typically position information of structures, structural parts of buildings, equipment, etc., but is not limited to these.
The designated area information a2 is position information (e.g., planar position coordinates of the outer edge (periphery) of the designated area A) of the designated area A through which the autonomous mobile device moves autonomously to perform a specified task.For example, if the autonomous mobile device is a cleaning device, this may include position information (cleaning area information a2) about the cleaning area, which is the designated area A.
The final target point information a3 is position information (e.g., planar position coordinates) of the point where the autonomous mobile device will ultimately arrive to complete a specified task. For example, if the autonomous mobile device is a cleaning device, this may include position information about the point where the collected sediment will ultimately be accumulated (deposit accumulation location information a3).
The obstacle position information a1, the designated area information a2, and the final target point information a3 are stored in advance in a storage means (storage device).
経由点情報bは、移動台車1が指定領域A内を移動して所定の作業を行うために、移動台車1が目標地点まで移動する際にたどる経由点(走行経路)、各経由点における移動台車1の姿勢、作業ツール5を駆動するアクチュエータ6の動作などについての情報であり、各経由点pでの移動台車1の台車位置(x座標、y座標)、移動台車1の台車姿勢(台車の姿勢角θ)、さらに移動台車1が下記するような作業ツール5とこれを駆動するためのアクチュエータ6を備える場合におけるアクチュエータ動作指令mなどを含み、移動台車1が巡回する経由点p1~経由点pjの順番にj個並んで記載されたデータとなっている。なお、台車姿勢とは、x-y座標において移動台車1が向いている方向(方位角)、すなわち経由点に到着した時点での方位(方位角)のことである。 The way point information b is information about the way points (travel route) that the mobile vehicle 1 follows when moving to the target point within the designated area A to perform a specified task, the attitude of the mobile vehicle 1 at each way point, and the operation of the actuator 6 that drives the work tool 5, and includes the vehicle position (x coordinate, y coordinate) of the mobile vehicle 1 at each way point p, the vehicle attitude of the mobile vehicle 1 (carriage attitude angle θ), and an actuator operation command m in the case where the mobile vehicle 1 is equipped with a work tool 5 and an actuator 6 for driving it as described below, and is data that lists j way points p1 to pj that the mobile vehicle 1 travels through in order. Note that the vehicle attitude is the direction (azimuth) that the mobile vehicle 1 is facing in the xy coordinate system, i.e., the orientation (azimuth) at the time of arriving at a way point.
演算制御装置4は、上述したように、(i)移動台車1の自己位置を推定する、(ii)上記情報a1~a3から経由点情報bを生成する、(iii)前記推定された自己位置と生成された経由点情報bに基づいて移動台車1を移動させる経由点piまでの走行経路を算出する、(iv)経由点piに向けて移動中の移動台車1が経由点piに辿り着けないスタック状態であるか否かを判定し、スタック状態であると判定した場合に、移動台車1を移動させるべき経由点pを変更する、(v)さらに必要に応じて、測域装置3で取得された障害物情報aに基づき、移動台車1が移動すべき経由点piまでの走行経路が生成できるか否かを判定し、生成できないと判定した場合に、移動台車1を移動させるべき経由点pを変更する、などを実行し、これらに基づき駆動装置2を制御して移動台車1を自律走行させる。なお、上記(ii)で生成された経由点情報bは記憶手段(記憶装置)に格納され、各経由点pに向かう際に、上記(iii)において読み込まれ、走行経路が算出される。
移動台車1が自律走行中にスタック状態となって立往生するケースとしては、例えば、自律走行しながら指定領域A内の堆積物を清掃用スクレーパでかき集めて清掃する自律走行装置(清掃装置)に適用した場合に、清掃用スクレーパで大量の堆積物を押し切れなくなってスタック状態となるようなケースが挙げられるが、これに限定されない。
As described above, the arithmetic and control device 4 (i) estimates the self-position of the mobile cart 1, (ii) generates way point information b from the above information a1 to a3, (iii) calculates a travel route to way point p i to which the mobile cart 1 should be moved based on the estimated self-position and the generated way point information b, (iv) determines whether the mobile cart 1 is stuck while moving towards way point p i and cannot reach way point p i , and if it determines that the mobile cart 1 is stuck, changes way point p to which the mobile cart 1 should be moved, and (v) further, as necessary, determines whether a travel route to way point p i to which the mobile cart 1 should be moved can be generated based on the obstacle information a acquired by the range measurement device 3, and if it determines that it cannot be generated, changes way point p to which the mobile cart 1 should be moved, and so on, and based on these, controls the drive device 2 to cause the mobile cart 1 to travel autonomously. The waypoint information b generated in (ii) above is stored in a storage means (memory device) and is read in (iii) above when heading towards each waypoint p, and a travel route is calculated.
Examples of cases in which the mobile cart 1 becomes stuck during autonomous driving include, but are not limited to, cases in which, when applied to an autonomous driving device (cleaning device) that uses a cleaning scraper to scrape up and clean deposits within a designated area A while autonomously driving, the cleaning scraper is unable to push through the large amount of deposits, causing the mobile cart 1 to become stuck.
移動台車1は、指定領域A内で所定の作業を行うための作業ツール5と、この作業ツール5を駆動するためのアクチュエータ6を備えることができる。
移動台車1が備える作業ツール5に特別な制限はないが、本発明の自律走行装置は、自律走行しながら指定領域A内の堆積物をかき集めて清掃する清掃装置に好適であり、この場合の作業ツール5は、指定領域A内の堆積物をかき集めて清掃する清掃用スクレーパ5aである。
また、移動台車1は、上記の清掃用スクレーパ5aに限らず、指定領域A内で所定の作業を行うための種々の作業ツール5を備えることができる。例えば、洗浄用の液体(水など)を撒く散水装置、指定領域A内の物体(石炭投入口の蓋など)を持ち上げるアームなどが挙げられる。その場合、アクチュエータ6は、散水装置やアーム等の作業ツール5を使用位置と非使用位置との間で移動するように駆動する。
なお、移動台車1は、必ずしも作業ツール5を備える必要はない。
The mobile carriage 1 can be equipped with a work tool 5 for performing a predetermined task within the designated area A, and an actuator 6 for driving this work tool 5.
There are no particular restrictions on the work tool 5 that the mobile cart 1 is equipped with, but the autonomous driving device of the present invention is suitable as a cleaning device that scrapes up and cleans deposits within a designated area A while traveling autonomously, and in this case the work tool 5 is a cleaning scraper 5a that scrapes up and cleans deposits within the designated area A.
Furthermore, the mobile carriage 1 can be equipped with various work tools 5 for performing predetermined tasks within the designated area A, in addition to the above-mentioned cleaning scraper 5a. Examples include a sprinkler device that sprinkles cleaning liquid (such as water), an arm that lifts objects (such as the lid of a coal inlet) within the designated area A, etc. In this case, the actuator 6 drives the work tool 5, such as the sprinkler device or the arm, to move between an in-use position and a non-use position.
It should be noted that the mobile carriage 1 does not necessarily need to be equipped with the work tool 5 .
図1および図2は、本発明の自律走行装置の一実施形態を模式的に示すものであり、図1は側面図、図2は平面図である。本実施形態の自律走行装置は、自律走行しながら指定領域A内の堆積物を清掃用スクレーパ5aでかき集めて清掃する清掃装置である。また、図3は、この自律走行装置の各構成部材の制御系統を示した構成図である。
自律走行装置は、移動台車1を備えており、この移動台車1は、走行用の駆動装置2として、車輪20と、車輪20の駆動源(モータなど)と、車輪20の操舵機構などを備えており、この駆動装置2により移動台車1は任意の方向に走行(前進・後進)可能である。
1 and 2 are schematic diagrams showing one embodiment of an autonomous mobile device of the present invention, with FIG. 1 being a side view and FIG. 2 being a plan view. The autonomous mobile device of this embodiment is a cleaning device that uses a cleaning scraper 5a to scrape and clean deposits within a designated area A while autonomously traveling. FIG. 3 is a configuration diagram showing the control system for each component of this autonomous mobile device.
The autonomous driving device is equipped with a mobile cart 1, which is equipped with a driving device 2 for driving, including wheels 20, a driving source for the wheels 20 (such as a motor), and a steering mechanism for the wheels 20, and this driving device 2 allows the mobile cart 1 to drive (forward or backward) in any direction.
移動台車1には、測域装置3、演算制御装置4、移動量検出装置7、記憶装置8などが搭載されている。さらに、移動台車1は、路面(地面)の堆積物をかき集めて清掃する清掃用スクレーパ5a(作業ツール5)と、この清掃用スクレーパ5aを駆動する(主に上下に動かす)ためのアクチュエータ6を備えており、清掃用スクレーパ5aは、アクチュエータ6に上下動可能に保持されている。
なお、この自律走行装置(以下、「清掃装置」という場合がある)は、路面を走行することに伴って清掃用スクレーパ5aが路面上の堆積物(堆積粉)をかき集めることにより路面を清掃するものであり、したがって、堆積物の吸引機構や吸引した堆積物の貯留機構などは備えていない。
The mobile carriage 1 is equipped with a range measurement device 3, an arithmetic and control device 4, a movement amount detection device 7, a storage device 8, etc. Furthermore, the mobile carriage 1 is equipped with a cleaning scraper 5a (work tool 5) that scrapes and cleans deposits on the road surface (ground), and an actuator 6 that drives (mainly moves up and down) the cleaning scraper 5a, and the cleaning scraper 5a is held by the actuator 6 so that it can move up and down.
This autonomous driving device (hereinafter sometimes referred to as the "cleaning device") cleans the road surface by using the cleaning scraper 5a to scrape up deposits (accumulated powder) on the road surface as it travels along the road surface, and therefore does not have a deposit suction mechanism or a mechanism for storing the sucked up deposits.
測域装置3は、周囲の障害物(例えば、構造物、建物の構造部、設備類、その他の物体)と移動台車1との距離を測定し、或いは周囲を撮影することで、その障害物の2次元ないし3次元形状および位置情報を障害物情報aとして取得する装置である。測域装置3の種類は問わず、例えば、レーザーレンジファインダ、赤外線センサ、超音波センサ、電波によるレーダーセンサ、デプスカメラ、ステレオカメラなどの1種以上を用いることができるが、なかでも測定精度などの観点から2Dまたは3Dレーザー式のレーザーレンジファインダが好ましい。
移動量検出装置7は、例えば車輪エンコーダなどで構成され、駆動装置2を構成する車輪20の動作量から移動台車1の移動量を検出(推定)する。
The range measurement device 3 is a device that measures the distance between the mobile cart 1 and surrounding obstacles (for example, structures, structural parts of buildings, equipment, and other objects) or captures images of the surroundings to obtain two-dimensional or three-dimensional shape and position information of the obstacles as obstacle information a. Any type of range measurement device 3 can be used, and for example, one or more types such as a laser range finder, an infrared sensor, an ultrasonic sensor, a radar sensor using radio waves, a depth camera, and a stereo camera can be used, but from the viewpoint of measurement accuracy, a 2D or 3D laser type laser range finder is preferable.
The movement amount detection device 7 is configured by, for example, a wheel encoder, and detects (estimates) the movement amount of the mobile carriage 1 from the movement amount of the wheels 20 that constitute the drive device 2 .
記憶装置8には、指定領域A内の障害物位置情報a1と、指定領域情報a2(本実施形態では清掃領域についての情報であるため、以下「清掃領域情報a2」という)と、最終目標点情報a3(本実施形態では堆積物の集積箇所についての情報であるため、以下「堆積物の集積箇所情報a3」という)が予め格納されている。
本実施形態において、障害物位置情報a1とは、指定領域A内に存在する障害物(構造物など)の平面位置座標の情報であり、清掃領域情報a2とは、清掃領域である指定領域Aの外縁(外周)の平面位置座標の情報であり、堆積物の集積箇所情報a3とは、移動台車1の移動の最終目標位置である堆積物の集積位置(箇所)の平面位置座標の情報である。障害物位置情報a1、清掃領域情報a2、および堆積物の集積箇所情報a3は、マップ(障害物マップ)などで予め与えられている情報であってもよいし、測域装置3で予め測定して記憶しておいた情報や、測域装置3以外の装置を用いて予め測定して記憶しておいた情報等であってもよい。
The storage device 8 pre-stores obstacle position information a1 within the designated area A, designated area information a2 (in this embodiment, this is information about the cleaning area, so hereinafter referred to as "cleaning area information a2"), and final target point information a3 (in this embodiment, this is information about the accumulation location of deposits, so hereinafter referred to as "deposit accumulation location information a3").
In this embodiment, the obstacle position information a1 is information on the planar position coordinates of obstacles (structures, etc.) present within the designated area A, the cleaning area information a2 is information on the planar position coordinates of the outer edge (periphery) of the designated area A, which is the cleaning area, and the deposit accumulation location information a3 is information on the planar position coordinates of the deposit accumulation position (location), which is the final target position of movement of the mobile cart 1. The obstacle position information a1, cleaning area information a2, and deposit accumulation location information a3 may be information given in advance on a map (obstacle map) or the like, or may be information measured and stored in advance by the range measurement device 3, or information measured and stored in advance using a device other than the range measurement device 3, etc.
ここで、測域装置3以外の装置を用いて障害物位置情報a1を作成する方法としては、例えば、図10に示すような3Dスキャナ等の3D形状測定装置10を用いる方法が挙げられる。具体的には、移動台車1とは別の3D形状測定装置10を用いて指定領域Aの3D形状をスキャンし、そのスキャンデータから3DCADモデルを作成し、ある特定の高さでの断面形状、あるいはその3DCADモデルを用いたシミュレーション結果より障害物位置情報a1を作成する。このように、3D形状測定装置10を用いて障害物位置情報a1を作成することで、移動台車1の測域装置3を用いて障害物位置情報a1を作成する場合に比べて測定誤差を小さくすることができる。また、予め与えられているマップ(障害物マップ)を用いる場合に比べて後付けの設備や経年劣化による障害物の変形等の情報を反映することができ、正確な障害物位置情報a1を作成することが可能となる。 Here, an example of a method for generating obstacle position information a1 using a device other than the range measurement device 3 is a method using a 3D shape measurement device 10, such as a 3D scanner, as shown in FIG. 10. Specifically, the 3D shape of the specified area A is scanned using a 3D shape measurement device 10 separate from the mobile platform 1, a 3D CAD model is created from the scan data, and obstacle position information a1 is generated from the cross-sectional shape at a specific height or the results of a simulation using the 3D CAD model. In this way, generating obstacle position information a1 using the 3D shape measurement device 10 reduces measurement errors compared to generating obstacle position information a1 using the range measurement device 3 of the mobile platform 1. Furthermore, compared to using a pre-defined map (obstacle map), information such as deformation of obstacles due to added equipment or aging can be reflected, making it possible to generate accurate obstacle position information a1.
演算制御装置4は、算出された走行経路にしたがって経由点pを順に巡って目的地点(最終の経由点p)に到達するように、移動台車1を自律走行させる。その際に、測域装置3による周囲環境の測定で取得された障害物情報aと、予め記憶装置8に記憶(格納)されている指定領域A内の障害物位置情報a1とを比較することで移動台車1の自己位置を推定する。この自己位置推定の手法は、カルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、パーティクルフィルタ、ベイズフィルタなどを用いたSLAMアルゴリズムを使用することが好ましいが、特に、SLAMアルゴリズムに基づくパーティクルフィルタによって移動台車の自己位置を推定することが好ましい。
また、SLAMアルゴリズムによる自己位置推定の際には、障害物位置情報a1および上記の測域装置3による測定で取得された障害物情報aに加えて、車輪エンコーダなどの移動量検出装置7によるオドメトリを組み合わせることで、計算負荷を軽減しつつ高い精度で移動台車1の自己位置を推定することができる。また、移動量検出装置7によるオドメトリに代えて、GPSによる測位やIMU出力などの情報を組み合わせることもでき、これによっても同様の効果が期待できる。
The arithmetic and control device 4 causes the mobile vehicle 1 to travel autonomously along the calculated travel route, visiting waypoints p in order and arriving at the destination point (final waypoint p). At this time, the self-position of the mobile vehicle 1 is estimated by comparing obstacle information a acquired by measuring the surrounding environment using the range measurement device 3 with obstacle position information a1 within the designated area A that is pre-stored (stored) in the storage device 8. This self-position estimation method preferably uses a SLAM algorithm using a Kalman filter, extended Kalman filter, particle filter, Bayes filter, etc., but it is particularly preferable to estimate the self-position of the mobile vehicle using a particle filter based on the SLAM algorithm.
Furthermore, when estimating the self-position using the SLAM algorithm, it is possible to reduce the calculation load and estimate the self-position of the mobile carriage 1 with high accuracy by combining odometry from a movement amount detection device 7 such as a wheel encoder in addition to the obstacle position information a1 and the obstacle information a acquired by measurement using the range measurement device 3. Furthermore, instead of odometry from the movement amount detection device 7, it is also possible to combine information such as GPS positioning and IMU output, which can be expected to produce similar effects.
演算制御装置4は、上記の指定領域A内の障害物位置情報a1と清掃領域情報a2と堆積物の集積箇所情報a3とから経由点情報b(自律移動する経由点情報)を生成する。具体的には、清掃領域全体を効率的に清掃して堆積物を所定位置に集積させるために、上記情報a1~a3に基づいて、移動台車1がたどるべき経由点の位置、各経由点での移動台車1の姿勢(姿勢角)、清掃用スクレーパ5aを駆動するアクチュエータ6の動作態様などを求め、経由点情報bとする。
ここで、経由点情報bには、各経由点pにおける移動台車1の台車位置(x座標、y座標)、移動台車1の台車姿勢(台車の姿勢角θ)、アクチュエータ6の動作指令mなどの情報が含まれる。各経由点pで移動台車1がとるべき台車位置(x座標、y座標)、台車姿勢(台車の姿勢角θ)、アクチュエータ動作(上げ、下げ動作)を指定するアクチュエータ動作指令mを与えることで、移動台車1を所望の位置に移動させることができ、所望の領域の堆積物をかき集めて所望の位置に集積することができる。
経由点情報bは、台車位置x座標、台車位置y座標、台車姿勢角θ、アクチュエータ動作指令mが、移動台車1が巡回する経由点p1~経由点pjの順番にj個並んで記載されたデータとなっており、i番目の経由点pに到達したらi+1番目の経由点情報bの経由点を次の経由点pとして自律走行を行うことを繰り返し、最後のj番目の経由点pに到達するまで自律走行を行う。
The arithmetic and control device 4 generates waypoint information b (waypoint information for autonomous movement) from the obstacle position information a1, cleaning area information a2, and deposit accumulation location information a3 within the above-mentioned designated area A. Specifically, in order to efficiently clean the entire cleaning area and accumulate the deposits in a predetermined location, the arithmetic and control device 4 determines the positions of the waypoints that the mobile carriage 1 should follow, the attitude (attitude angle) of the mobile carriage 1 at each waypoint, the operating mode of the actuator 6 that drives the cleaning scraper 5a, etc. based on the above-mentioned information a1 to a3, and generates the waypoint information b.
Here, the waypoint information b includes information such as the carriage position (x coordinate, y coordinate) of the mobile carriage 1 at each waypoint p, the carriage attitude (carriage attitude angle θ) of the mobile carriage 1, and an operation command m for the actuator 6. By giving an actuator operation command m that specifies the carriage position (x coordinate, y coordinate), carriage attitude (carriage attitude angle θ), and actuator operation (raising and lowering operation) that the mobile carriage 1 should take at each waypoint p, the mobile carriage 1 can be moved to a desired position, and the sediment in a desired area can be scraped up and accumulated at the desired position.
The waypoint information b is data in which the x-coordinate of the carriage position, the y-coordinate of the carriage position, the carriage attitude angle θ, and the actuator operation command m are listed in j order of waypoints p1 to pj that the mobile carriage 1 circulates, and when the ith waypoint p is reached, autonomous driving is repeated with the waypoint in the (i+1)th waypoint information b as the next waypoint p, and autonomous driving continues until the final jth waypoint p is reached.
演算制御装置4は、前記推定された自己位置と前記生成された経由点情報bに基づいて移動台車1を移動させる経由点pi(i番目の経由点p)までの走行経路を算出し(走行経路を生成し)、移動台車1がその走行経路にしたがって経由点piまで移動するように駆動装置2を制御する。そして、このような走行経路の算出と、これに基づく駆動装置2の制御を、巡回移動する経由点p毎に繰り返すことにより、移動台車1を目的地点(最終の経由点p)まで自律走行させる。すなわち、予め決められた経由点pを順に巡って最終の経由点pまで自律走行させるに当たり、移動台車1がi番目の経由点pに向けて移動する際に、その経由点情報bを読み込んで次に向かう経由点として設定し、走行経路を生成(算出)して自律走行を行わせる。移動台車1がi番目の経由点pに到達したら、i+1番目の経由点pの経由点情報bを読み込んで次に向かう経由点として設定し、自律走行を行わせる、ということを最終の経由点pに到達するまで繰り返し行う。なお、移動台車1がi番目の経由点pに向けて自律走行する場合、通常、目標点(i番目の経由点p)に達するまでの間、一定の時間間隔で自己位置を推定し、推定された自己位置に基づいて目標点までの走行経路を生成し、その走行経路に沿って走行する。この手順を繰り返し実施しながら目標点を目指して走行し、逐次推定される自己位置と目標点との距離が一定の値以下になった場合に、目標点(i番目の経由点p)に到達したと判定される。
また、演算制御装置4は、「移動台車1がi番目の経由点pに向かって移動している間」または/および「i番目の経由点pに到着した後」に、i番目の経由点情報bにあるアクチュエータ動作指令mに基づいてアクチュエータ6を制御し、清掃用スクレーパ5aが上下方向に移動して路面に接地しまたは路面から離れるように清掃用スクレーパ5aを駆動する。
The arithmetic and control device 4 calculates a travel route to way point p i (i-th way point p) along which the mobile carriage 1 will move (generates a travel route), based on the estimated self-position and the generated way point information b, and controls the drive unit 2 so that the mobile carriage 1 moves to way point p i along the travel route. The calculation of the travel route and the control of the drive unit 2 based on the calculated travel route are repeated for each way point p that the mobile carriage 1 travels through, thereby causing the mobile carriage 1 to autonomously travel to the destination point (final way point p). That is, when the mobile carriage 1 travels autonomously to the final way point p by sequentially visiting predetermined way points p, as the mobile carriage 1 moves toward the i-th way point p, the way point information b is read and set as the next way point, a travel route is generated (calculated), and the mobile carriage 1 performs autonomous travel. When the mobile carriage 1 reaches the i-th way point p, the way point information b for the (i+1)-th way point p is read and set as the next way point, and the mobile carriage 1 performs autonomous travel. This process is repeated until the final way point p is reached. When the mobile vehicle 1 autonomously travels toward the i-th waypoint p, it normally estimates its own position at regular time intervals until it reaches the target point (i-th waypoint p), generates a travel route to the target point based on the estimated own position, and travels along that travel route. This procedure is repeated while traveling toward the target point, and when the distance between the successively estimated own position and the target point becomes equal to or less than a certain value, it is determined that the target point (i-th waypoint p) has been reached.
In addition, the arithmetic and control device 4 controls the actuator 6 based on the actuator operation command m in the i-th way point information b "while the mobile cart 1 is moving toward the i-th way point p" and/or "after arriving at the i-th way point p", and drives the cleaning scraper 5a so that the cleaning scraper 5a moves in the vertical direction and comes into contact with or moves away from the road surface.
さらに、演算制御装置4は、移動台車1が自律走行中に立往生しないようにするため、経由点piに向けて移動中の移動台車1が経由点piに辿り着けないスタック状態であるか否かを判定し、スタック状態であると判定した場合に、次に移動台車1を移動させるべき経由点pを変更して設定し、その変更先の経由点pに移動台車1を移動させるよう駆動装置2を制御する。経由点pを変更する場合の変更先の経由点pは、予め「何番目先の経由点」と決められており、i番目の経由点pに向かっている際にスタック状態と判定がなされたときに、i+n番目(nは予め指定した自然数)の経由点情報bを次の経由点pに変更して設定することで、移動台車1の立往生を回避する。通常、nは“1”とするが、これに限定されない。
さきに説明したように、移動台車1が自律走行中にスタック状態となって立往生するケースとしては、例えば、清掃用スクレーパ5aで大量の堆積物を押し切れなくなってスタック状態となるようなケースが挙げられるが、これに限定されない。
Furthermore, to prevent the mobile carriage 1 from getting stuck during autonomous travel, the arithmetic and control device 4 determines whether the mobile carriage 1 is stuck while moving toward way point p i and cannot reach way point p i . If it determines that the mobile carriage 1 is stuck, it changes and sets way point p to which the mobile carriage 1 should next move, and controls the drive device 2 to move the mobile carriage 1 to the new way point p. When changing way point p, the new way point p is determined in advance as the "nth way point in the future." If it is determined that the mobile carriage 1 is stuck while moving toward way point p i , the (i+n)th (n is a predetermined natural number) way point information b is changed and set to the next way point p, thereby preventing the mobile carriage 1 from getting stuck. Typically, n is set to "1," but this is not limited to this.
As explained above, examples of cases in which the mobile cart 1 becomes stuck during autonomous travel include, but are not limited to, cases in which the cleaning scraper 5a is unable to push through a large amount of accumulated material, causing the mobile cart 1 to become stuck.
スタック状態であるか否かは、例えば、経由点piまでの移動時間(移動開始からの経過時間t)で判定することができる。この場合には、演算制御装置4は、移動台車1が経由点piに移動する際に、当該経由点piまでの移動距離ΔLと姿勢角変化量Δθ(台車の姿勢角θの変化)から経由点piまでの目標走破時間T(目標移動時間)を算出し、移動台車1の移動開始からの経過時間t(実績値)と目標走破時間Tとを比較することで移動台車1がスタック状態であるか否か判定する。すなわち、経過時間tが目標走破時間Tを超えた場合(t>T)にスタック状態になったと判定する。
ここで、目標走破時間Tは、例えば、i番目の経由点pに到達してi+1番目の経由点pを次の経由点として設定する際に、i番目とi+1番目の経由点p間の距離ΔLと姿勢角変化量Δθ(台車の姿勢角θの変化)を用いて算出を行う。目標走破時間Tは、移動台車の並進速度、旋回速度を加味して決定した係数α、β、γを用いて、以下の(1)式で算出することが好ましいが、さらに移動台車1の並進加減速度、旋回加減速度等を加味して他の式で導出してもよい。
T=αΔL+βΔθ+γ …(1)
Whether or not the mobile carriage 1 is stuck can be determined, for example, from the travel time to way point p i (the elapsed time t from the start of movement). In this case, when the mobile carriage 1 moves to way point p i , the arithmetic and control device 4 calculates the target travel time T (target travel time) to way point p i from the travel distance ΔL to the way point p i and the amount of change in attitude angle Δθ (the change in attitude angle θ of the carriage), and determines whether or not the mobile carriage 1 is stuck by comparing the elapsed time t (actual value) from the start of movement of the mobile carriage 1 with the target travel time T. In other words, if the elapsed time t exceeds the target travel time T (t>T), it is determined that the mobile carriage 1 is stuck.
Here, the target travel time T is calculated, for example, when the i-th way point p is reached and the (i+1)-th way point p is set as the next way point, using the distance ΔL between the i-th and (i+1)-th way points p and the amount of change in attitude angle Δθ (change in attitude angle θ of the carriage). The target travel time T is preferably calculated using the following formula (1) using coefficients α, β, and γ determined taking into account the translational speed and rotational speed of the mobile carriage 1, but it may also be derived using other formulas taking into account the translational acceleration/deceleration, rotational acceleration/deceleration, etc. of the mobile carriage 1.
T=αΔL+βΔθ+γ…(1)
なお、スタック状態であるか否かを判定する他の方法としては、本実施形態のように自律走行しながら指定領域A内の堆積物を清掃用スクレーパ5aでかき集めて清掃する自律走行装置の場合、例えば、(i)アクチュエータ6と清掃用スクレーパ5aの間にロードセルなどの負荷検出器を設け、この負荷検出器によって堆積物の重さにより清掃用スクレーパ5aにかかる負荷(=清掃用スクレーパ5aの押し出し力)を測定し、この負荷検出器で検出された負荷を閾値と比較し、閾値以上である場合に移動台車1がスタック状態であると判定する方法、(ii)移動台車1にカメラを取り付けて清掃用スクレーパ5aでかき集めようとする堆積物を撮影し、画像認識により堆積物の堆積状況を見て移動台車1がスタック状態であると判定する方法、(iii)移動台車1の自己位置の経時変化を見て一定時間以上動きがない状態を検出したら、移動台車1がスタック状態であると判定する方法、などが挙げられる。 Other methods for determining whether a mobile vehicle 1 is stuck include, in the case of an autonomous mobile device that uses a cleaning scraper 5a to scrape up and clean deposits within a designated area A while autonomously traveling as in this embodiment, (i) a load detector such as a load cell is installed between the actuator 6 and the cleaning scraper 5a, and this load detector measures the load on the cleaning scraper 5a (= the pushing force of the cleaning scraper 5a) due to the weight of the deposits, and compares the load detected by this load detector with a threshold value. If the load is equal to or greater than the threshold, it is determined that the mobile vehicle 1 is stuck; (ii) a camera is attached to the mobile vehicle 1 to photograph the deposits that the cleaning scraper 5a is trying to scrape up, and the state of the deposits is observed using image recognition to determine whether the mobile vehicle 1 is stuck; and (iii) a method is used in which the change in the mobile vehicle 1's own position over time is monitored and if it is detected that the mobile vehicle 1 has not moved for a certain period of time, it is determined that the mobile vehicle 1 is stuck.
さらに好ましくは、演算制御装置4は、予め記憶装置8に格納されている障害物位置情報a1にはない障害物(例えば、或る作業を行うために走行経路上に置かれている物体)によって走行経路が塞がれている場合、移動台車1が立往生することがないようにするため、測域装置3による測定で取得された障害物情報aに基づき、移動台車1が移動すべき経由点piまでの走行経路が生成できるか否かを判定し、生成できないと判定した場合に、移動台車1を移動させるべき経由点pを変更して設定し、その変更先の経由点pに移動台車1を移動させるよう駆動装置2を制御する。経由点pを変更する場合の変更先の経由点pは、予め「何番目先の経由点」と決められており、i番目の経由点pに向かおうとする際、若しくは向かっている際に、障害物情報aによって走行経路が生成できないと判定したときに、i+n番目(nは予め指定した自然数)の経由点情報bを次の経由点pに変更して設定することで、移動台車1の立ち往生を回避する。通常、nは“1”とするが、これに限定されない。 More preferably, to prevent the mobile carriage 1 from getting stuck when the travel path is blocked by an obstacle not included in the obstacle position information a1 pre-stored in the storage device 8 (e.g., an object placed on the travel path for a certain task), the arithmetic and control device 4 determines whether a travel path to a via point p i to which the mobile carriage 1 should move can be generated based on the obstacle information a acquired by measurement using the range measurement device 3. If it is determined that a travel path cannot be generated, the arithmetic and control device 4 changes and sets the via point p to which the mobile carriage 1 should move, and controls the drive device 2 to move the mobile carriage 1 to the new via point p. When changing the via point p, the new via point p is predetermined as the "nth via point ahead." When it is determined that a travel path cannot be generated based on the obstacle information a while moving toward or while moving toward the i-th via point p, the arithmetic and control device 4 changes and sets the i+nth (n is a predetermined natural number) via point information b to the next via point p, thereby preventing the mobile carriage 1 from getting stuck. Typically, n is "1," but this is not limited to this.
図4は、演算制御装置4のブロック図である。この演算制御装置4は、自己位置推定部40、経由点情報生成部41、経路生成部42、制御部43、スタック判定部44、経路生成判定部45などを備えている。
移動台車1を経由点pi(i番目の経由点p)まで移動させるに当たり、自己位置推定部40は、記憶装置8に格納されている障害物位置情報a1と、測域装置3による周囲環境の測定により取得された障害物情報aを取り込み、両情報を比較(照合)することにより移動台車1の自己位置を推定する。ここでSLAMアルゴリズムによる自己位置推定を行う場合には、移動量検出装置7(車輪エンコーダなど)で検出される移動台車1の移動量を取り込み、移動量検出装置7によるオドメトリを組み合わせることで、自己位置推定を行うことができる。
経由点情報生成部41は、記憶装置8に格納されている障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3を取り込み、これらの情報a1~a3に基づき経由点情報bを生成する。
4 is a block diagram of the arithmetic and control device 4. The arithmetic and control device 4 includes a self-position estimation unit 40, a waypoint information generation unit 41, a route generation unit 42, a control unit 43, a stuck determination unit 44, a route generation determination unit 45, and the like.
When moving the mobile carriage 1 to way point p i (i-th way point p), the self-position estimation unit 40 takes in the obstacle position information a1 stored in the storage device 8 and the obstacle information a acquired by measuring the surrounding environment using the range measurement device 3, and compares (collates) both pieces of information to estimate the self-position of the mobile carriage 1. Here, when performing self-position estimation using the SLAM algorithm, the amount of movement of the mobile carriage 1 detected by the movement amount detection device 7 (wheel encoder, etc.) is taken in and combined with the odometry by the movement amount detection device 7, thereby performing self-position estimation.
The waypoint information generating unit 41 takes in the obstacle position information a1, the designated area information a2, and the final target point information a3 stored in the storage device 8, and generates waypoint information b based on this information a1 to a3.
経路生成部42は、自己位置推定部40で推定された自己位置の情報と、経由点情報生成部41で生成された経由点情報bを取り込み、これらに基づいて移動台車1を移動させる経由点piまでの走行経路を生成(算出)し、これを制御部43に出力する。その指令に基づき、制御部43は移動台車1がその走行経路にしたがって経由点piまで移動するように駆動装置2を制御する。ここで、経路生成部42は、自己位置推定部40から取り込まれた自己位置の情報に基づき、自己位置と経由点piとの距離が一定の値以下となった時に経由点piに到達したと判断する。
また、経路生成部42は、経由点piに関する経由点情報bに基づくアクチュエータ6の動作指令を制御部43に出力し、その指令に基づき、制御部43はアクチュエータ6を制御する。
The path generation unit 42 receives information on the self-position estimated by the self-position estimation unit 40 and the way point information b generated by the way point information generation unit 41, and generates (calculates) a travel path to way point p i along which the mobile carriage 1 will move, based on these, and outputs this to the control unit 43. Based on this command, the control unit 43 controls the drive device 2 so that the mobile carriage 1 moves to way point p i along the travel path. Here, based on the self-position information received from the self-position estimation unit 40, the path generation unit 42 determines that way point p i has been reached when the distance between the self-position and way point p i is equal to or less than a certain value.
The path generating unit 42 also outputs an operation command for the actuator 6 based on the way point information b relating to the way point p i to the control unit 43, and the control unit 43 controls the actuator 6 based on the command.
スタック判定部44は、制御部43から移動開始からの経過時間tを取り込み、この経過時間tを目標走破時間Tと比較してt>Tとなったら、経由点piに向けて移動中の移動台車1が経由点piに辿り着けないスタック状態にあると判定し、そのスタック発生情報を経路生成部42に出力する。これに基づき、経路生成部42は、移動台車1を移動させるべき経由点pを変更し(例えばi+1番目の経由点pに変更する)、その変更先の経由点pまでの走行経路を生成(算出)し、これを制御部43に出力する。その指令に基づき、制御部43は移動台車1がその走行経路にしたがって変更先の経由点pまで移動するように駆動装置2を制御する。また、経路生成部42は、変更先の経由点pに関する経由点情報bに基づくアクチュエータ6の動作指令を制御部43に出力し、その指令に基づき、制御部43はアクチュエータ6を制御する。 The stuck determination unit 44 receives the elapsed time t from the control unit 43 since the start of movement, compares this elapsed time t with the target travel time T, and if t > T, determines that the mobile carriage 1 moving toward way point p i is stuck and unable to reach way point p i , and outputs this stuck occurrence information to the path generation unit 42. Based on this, the path generation unit 42 changes way point p to which the mobile carriage 1 should be moved (for example, changing it to the (i+1)th way point p), generates (calculates) a travel route to the new way point p, and outputs this to the control unit 43. Based on this command, the control unit 43 controls the drive unit 2 so that the mobile carriage 1 moves to the new way point p along the travel route. The path generation unit 42 also outputs an operation command for the actuator 6 based on way point information b for the new way point p to the control unit 43, and the control unit 43 controls the actuator 6 based on this command.
経路生成判定部45は、測域装置3による周囲環境の測定により取得された障害物情報aを取り込み、この障害物情報aに基づき移動台車1が移動すべき経由点piまでの走行経路が生成できるか否かを判定し、生成できないと判定した場合に、経路生成不可情報を経路生成部42に出力する。これに基づき、経路生成部42は移動台車1を移動させるべき経由点pを変更し(例えばi+1番目の経由点pに変更する)、その変更先の経由点pまでの走行経路を生成(算出)し、これを制御部43に出力する。その指令に基づき、制御部43は移動台車1がその走行経路にしたがって変更先の経由点pまで移動するように駆動装置2を制御する。また、経路生成部42は、変更先の経由点pに関する経由点情報bに基づくアクチュエータ6の動作指令を制御部43に出力し、その指令に基づき、制御部43はアクチュエータ6を制御する。 The path generation determination unit 45 takes in obstacle information a acquired by measuring the surrounding environment using the range measurement device 3, and determines whether a travel path to a way point p i to which the mobile carriage 1 should move can be generated based on this obstacle information a. If it determines that the travel path cannot be generated, it outputs path generation impossible information to the path generation unit 42. Based on this, the path generation unit 42 changes the way point p to which the mobile carriage 1 should move (for example, changes it to the (i+1)th way point p), generates (calculates) a travel path to the new way point p, and outputs this to the control unit 43. Based on this command, the control unit 43 controls the drive unit 2 so that the mobile carriage 1 moves to the new way point p along the new travel path. The path generation unit 42 also outputs an operation command for the actuator 6 based on way point information b for the new way point p to the control unit 43, and the control unit 43 controls the actuator 6 based on this command.
図1および図2に示すように、作業ツール5である清掃用スクレーパ5aは、下端部が路面に接地した状態で移動台車1が走行することにより路面上の堆積物(堆積粉)をかき集める部材であり、本実施形態では、移動台車1の前部側(清掃時走行方向の前部側)にその幅方向に沿って配置される板状(壁状)のドーザー部材で構成され、移動台車1に支持アーム9を介して上下動可能に支持されている。
アクチュエータ6は、清掃用スクレーパ5aが上下方向に移動して路面に接地しまたは路面から離れるように、支持アーム9を介して清掃用スクレーパ5aを駆動する。また、清掃用スクレーパ5aが路面に接地した状態で、その下端部が地面(清掃面)に密着するように、清掃用スクレーパ5aはアクチュエータ6で常時地面に押し付けられるようにすることが好ましい。なお、清掃の対象が石炭粉の場合は押し付け力まで制御する必要はないが、堆積物の粒径や密度によっては押し付け力の制御などが行えるようにしてもよい。
As shown in Figures 1 and 2, the cleaning scraper 5a, which is the work tool 5, is a member that scrapes up deposits (accumulated powder) on the road surface as the mobile carriage 1 travels with its lower end in contact with the road surface.In this embodiment, it is composed of a plate-shaped (wall-shaped) dozer member that is arranged along the width direction of the front side of the mobile carriage 1 (the front side in the direction of travel during cleaning), and is supported on the mobile carriage 1 via a support arm 9 so that it can move up and down.
The actuator 6 drives the cleaning scraper 5a via the support arm 9 so that the cleaning scraper 5a moves up and down to come into contact with or separate from the road surface. It is also preferable that the cleaning scraper 5a is constantly pressed against the ground by the actuator 6 so that the lower end of the cleaning scraper 5a is in close contact with the ground (cleaning surface) when the scraper is in contact with the road surface. When the target to be cleaned is coal powder, it is not necessary to control the pressing force, but it is also possible to control the pressing force depending on the particle size and density of the deposits.
清掃用スクレーパ5aが上下動可能に支持される機構には、通常、スライド式のガイド機構(所謂スライドガイドなど)が用いられる。このガイド機構としては、例えば、移動台車1に上下方向に沿って設けられるガイド部と、支持アーム9に設けられ、前記ガイド部にスライド移動可能に係合するスライド部材で構成される。アクチュエータ6は、この支持アーム9のスライド部材をガイド部に沿って上下動させることで、清掃用スクレーパ5aが上下方向に移動して路面に接地しまたは路面から離れるように清掃用スクレーパ5aを駆動する。アクチュエータ6は、例えば、油圧シリンダやボールねじなどで構成される。
清掃用スクレーパ5aは、移動台車1の幅方向に沿った板状本体部50(ドーザー本体部)と、かき集めた堆積物を囲い込んで(せき止めて)移動台車幅方向の外側に逃さないようにするために、この板状本体部50の両端に連成された側板部51(サイドドーザー部)からなっている。すなわち、清掃用スクレーパ5aは、板状本体部50とその両端に連成された側板部51によって平面コ字状に構成されている。
A sliding guide mechanism (such as a so-called slide guide) is typically used as a mechanism for supporting the cleaning scraper 5a so that it can move up and down. This guide mechanism is composed of, for example, a guide section provided on the movable carriage 1 along the vertical direction, and a slide member provided on the support arm 9 that slidably engages with the guide section. The actuator 6 moves the slide member of the support arm 9 up and down along the guide section, thereby driving the cleaning scraper 5a so that the cleaning scraper 5a moves up and down and comes into contact with or separates from the road surface. The actuator 6 is composed of, for example, a hydraulic cylinder, a ball screw, or the like.
The cleaning scraper 5a is made up of a plate-shaped main body 50 (dozer main body) that runs along the width direction of the mobile carriage 1, and side plates 51 (side dozer parts) that are connected to both ends of the plate-shaped main body 50 in order to enclose (block) the scraped-up deposits and prevent them from escaping to the outside in the width direction of the mobile carriage. In other words, the cleaning scraper 5a is configured in a U-shape in plan view by the plate-shaped main body 50 and the side plates 51 that are connected to both ends of the plate-shaped main body 50.
清掃用スクレーパ5aの本体部は、通常、金属製の板状部材などで構成されるが、下端部の少なくとも一部(例えば板状本体部50の下端部)は、路面上の堆積物をかき集めやすくするため、ゴム製の平板や樹脂製または金属製のブラシなどで構成することが好ましく、特に、石炭粉のように粒径およびかさ密度の小さい堆積物(通常、石炭粉は粒径1mm以下、嵩密度1.0g/cm3以下)をかき集める場合には有効であり、堆積物を高い集塵効率で回収することができる。ただし、清掃面の性状(凹凸状況等)、堆積物の粒径、密度によっては樹脂製や金属製の平板などを用いてもよい。 The main body of the cleaning scraper 5a is usually made of a metal plate-like member, but at least a portion of the lower end (for example, the lower end of the plate-like main body 50) is preferably made of a rubber flat plate or a resin or metal brush to make it easier to scrape up deposits on the road surface. This is particularly effective when scraping up deposits with small particle size and bulk density, such as coal powder (coal powder usually has a particle size of 1 mm or less and a bulk density of 1.0 g/cm3 or less ), and allows for high collection efficiency of the deposits. However, depending on the properties of the cleaning surface (unevenness, etc.) and the particle size and density of the deposits, a resin or metal flat plate may also be used.
なお、清掃用スクレーパ5aは、移動台車1に支持アームを介して上下回動自在に支持させてもよく、この場合には、アクチュエータ6は、清掃用スクレーパ5aを移動台車1に対して上下回動(駆動)させるものであり、例えば、支持アームの軸支部に設けられるロータリーアクチュエーターや、移動台車1と支持アーム間に連結される油圧シリンダなどで構成される。
以上のような清掃用スクレーパ5aとアクチュエータ6を備える清掃装置は、アクチュエータ6によって清掃用スクレーパ5aの下端部を路面に密着させた状態で走行することで、路面上の堆積物を確実かつ効率的にかき集めることができ、かき集めた堆積物を所定の場所まで移動させて集積することができる。また、清掃スクレーパ5aは上下動可能であるので、清掃を行わない場合には、清掃スクレーパ5aの下端部を路面から離した状態で移動台車1を走行させることができる。
The cleaning scraper 5a may be supported on the movable carriage 1 via a support arm so that it can rotate freely up and down. In this case, the actuator 6 rotates (drives) the cleaning scraper 5a up and down relative to the movable carriage 1, and may be, for example, a rotary actuator provided on the support part of the support arm, or a hydraulic cylinder connected between the movable carriage 1 and the support arm.
The cleaning device equipped with the above-described cleaning scraper 5a and actuator 6 can reliably and efficiently scrape up deposits on the road surface by traveling with the lower end of the cleaning scraper 5a in close contact with the road surface using the actuator 6, and can move the scraped up deposits to a predetermined location and collect them. In addition, because the cleaning scraper 5a can move up and down, when cleaning is not being performed, the mobile cart 1 can be made to travel with the lower end of the cleaning scraper 5a away from the road surface.
自律走行装置の自律走行方法は、図5に記載のフローに従って行われる。
自律走行(清掃)を開始(スタート)する際、予め記憶されている障害物位置情報a1と清掃領域情報a2と堆積物の集積箇所情報a3とから演算制御装置4によって経由点情報bを生成し、この経由点情報bは記憶装置8に記憶しておく。移動台車1は初期位置からスタートするが、ステップS1でこれから向かう経由点番号i=1(経由点pi=p1)と設定する。そして、ステップS2で経由点番号1(経由点p1)の経由点情報bを読み込むとともに、ステップS3で経由点番号1までの目標走破時間Tを算出する。また、ステップS4で移動台車1の自己位置を推定し、ステップS5で走行経路を生成する。
The autonomous driving method of the autonomous driving device is performed according to the flow shown in FIG.
When autonomous travel (cleaning) begins (starts), waypoint information b is generated by the arithmetic and control device 4 from pre-stored obstacle position information a1, cleaning area information a2, and deposit accumulation location information a3, and this waypoint information b is stored in the storage device 8. The mobile vehicle 1 starts from its initial position, and in step S1, the waypoint number i to which it will head is set to 1 (waypoint p i = p 1 ). Then, in step S2, waypoint information b for waypoint number 1 (waypoint p 1 ) is read, and in step S3, the target travel time T to reach waypoint number 1 is calculated. Furthermore, in step S4, the mobile vehicle 1's own position is estimated, and in step S5, a travel route is generated.
走行経路が生成できた場合(ステップS5成功)は、ステップS6で経由点番号1(経由点p1)へ向かって自律走行を開始する。一方、走行経路が生成できなかった場合(ステップS5失敗)は、ステップS7で現在の経由点番号iをi+nに変更する(経由点番号1を1+nに変更する)とともに、ステップS8において、この変更後の経由点番号iが経由点数jより大きいか判定する。ここで、走行経路が生成できなかった場合としては、例えば、障害物位置情報a1には無い予期しない障害物(侵入してきた人など)によって経路が生成できない場合などが挙げられる。変更後の経由点番号iが経由点数j以下の場合(ステップS8がNo)、ステップS2に戻って、変更後の経由点番号iの経由点情報bを読み込む。一方、経由点番号iが経由点数jより大きい場合(ステップS8がYes)、ステップS9でエラーと判定し、エラー表示を行ってフローを終了する。 If a driving route can be generated (step S5 is successful), autonomous driving begins toward waypoint number 1 (waypoint p1 ) in step S6. On the other hand, if a driving route cannot be generated (step S5 is unsuccessful), in step S7 the current waypoint number i is changed to i+n (waypoint number 1 is changed to 1+n), and in step S8 it is determined whether the changed waypoint number i is greater than the number of waypoints j. Here, an example of a case where a driving route cannot be generated is when an unexpected obstacle (such as an intruder) that is not included in the obstacle position information a1 makes it impossible to generate a route. If the changed waypoint number i is equal to or less than the number of waypoints j (step S8 is No), the process returns to step S2, and the waypoint information b for the changed waypoint number i is read. On the other hand, if the waypoint number i is greater than the number of waypoints j (step S8 is Yes), an error is determined in step S9, an error message is displayed, and the flow ends.
ステップS6の経由点番号1(経由点p1)に向かっての自律走行中、走行開始からの経過時間tを測定し、ステップS10で経過時間tが目標走破時間Tをオーバーしたかどうかを判定する。経過時間tが目標走破時間Tをオーバーしていない場合(ステップS10がNo)は、ステップS11で移動台車1が目標点(経由点番号1)に到達したかを判定する。一方、経過時間tが目標走破時間Tをオーバーしている場合(ステップS10がYes)は、ステップS7に進み、それ以降は上記と同じフローとなる。
ここで、ステップS11で目標点(経由点番号1)に到達したかどうかは、自己位置の推定に基づき判定される。すなわち、目標点に達するまでの間、一定の時間間隔で自己位置を推定し、推定された自己位置に基づいて目標点までの走行経路を生成し、その走行経路に沿って走行する。この手順を繰り返し実施しながら目標点を目指して走行し、逐次推定される自己位置と目標点(経由点番号1)との距離が一定の値以下になった場合に到達したと判定される。
During autonomous travel towards waypoint number 1 (waypoint p1 ) in step S6, the elapsed time t from the start of travel is measured, and in step S10 it is determined whether the elapsed time t has exceeded the target travel time T. If the elapsed time t has not exceeded the target travel time T (No in step S10), it is determined in step S11 whether the mobile carriage 1 has reached the target point (waypoint number 1). On the other hand, if the elapsed time t has exceeded the target travel time T (Yes in step S10), the process proceeds to step S7, and the same flow as above is followed thereafter.
Here, in step S11, whether the target point (way point number 1) has been reached is determined based on the estimation of the vehicle's own position. That is, until the target point is reached, the vehicle estimates its own position at regular time intervals, generates a travel route to the target point based on the estimated own position, and travels along that travel route. This procedure is repeated while traveling toward the target point, and it is determined that the vehicle has reached the target point when the distance between the successively estimated own position and the target point (way point number 1) becomes equal to or less than a certain value.
ステップS11で移動台車1が目標点(経由点番号1)に到達したと判定された場合(ステップS11がYes)、ステップS12で次の経由点を設定し(i=i+1)、ステップS13において、その設定された経由点番号iが経由点数j以上か(i≧j)判定する。経由点番号iが経由点数j未満の場合(ステップS13がNo)、ステップS2に戻って、ステップS2以降のフローを繰り返す。一方、ステップS13で経由点番号iが経由点数j以上である場合(ステップS13がYes)、フローを終了する。また、ステップS11で目標点(経由点番号1)に到達していないと判定された場合(ステップS11がNo)、そのままステップS2へ戻り、ステップS2以降のフローを繰り返す。 If it is determined in step S11 that the mobile carriage 1 has reached the target point (way point number 1) (step S11: Yes), the next way point is set (i = i + 1) in step S12, and it is determined in step S13 whether the set way point number i is equal to or greater than the number of way points j (i ≥ j). If way point number i is less than the number of way points j (step S13: No), the process returns to step S2 and repeats the flow from step S2 onwards. On the other hand, if it is determined in step S13 that way point number i is equal to or greater than the number of way points j (step S13: Yes), the process ends. Also, if it is determined in step S11 that the target point (way point number 1) has not been reached (step S11: No), the process returns to step S2 and repeats the flow from step S2 onwards.
次に、清掃経路の設定と経由点情報bの生成方法の一例について、図6~図9に基づいて説明する。
経由点情報bは、指定領域A内の障害物位置情報a1、清掃領域情報a2、および堆積物の集積箇所情報a3から生成される。図6および図7に模式的に示す指定領域A(清掃領域)では、障害物位置情報a1はマップの領域全体にある障害物の位置情報であり、清掃領域情報a2は清掃領域の座標(a≦x≦b,c≦y≦d)、集積箇所情報a3は最終的な堆積物集積位置の座標(xc,yc)である。
Next, an example of a method for setting a cleaning route and generating the waypoint information b will be described with reference to FIGS.
The waypoint information b is generated from obstacle position information a1, cleaning area information a2, and deposit accumulation location information a3 within the designated area A. In the designated area A (cleaning area) shown typically in Figures 6 and 7, obstacle position information a1 is the position information of obstacles within the entire map area, cleaning area information a2 is the coordinates of the cleaning area (a ≤ x ≤ b, c ≤ y ≤ d), and accumulation location information a3 is the coordinates ( xc , yc ) of the final deposit accumulation location.
経由点情報bを生成する場合、まず、図6に示すように、清掃領域(a≦x≦b,c≦y≦d)のx軸方向に沿って左端(x=a)から集積位置(x=xc)までの堆積物を「始点(a,d-s)→終点(xc,d-s)」のようにかき集め、集積位置(x=xc)に仮置き集積させる清掃経路を設定する。このような清掃経路を、スクレーパ幅2sごとに清掃領域をはみ出さない範囲で、「始点(a,d-(2n-1)s)→終点(xc,d-(2n-1)s)」の清掃経路までn本設定し、最後に一番下端を清掃する「始点(a,c+s)→終点(xc,c+s)」の清掃経路を設定する。すなわちn+1本の清掃経路を設定し、これに伴い(n+1)×2=2n+2個の経由点情報b(清掃経路の始点、終点となる経由点の情報)を生成する。
さらに、図7に示すように、清掃領域(a≦x≦b,c≦y≦d)のx軸方向に沿って右端(x=b)から集積位置(x=xc)までの堆積物を「始点(b,d-s)→終点(xc,d-s)」のようにかき集め、集積位置(x=xc)に仮置き集積させる清掃経路を設定し、このような清掃経路を、上記と同様にn+1本設定し、これに伴い(n+1)×2=2n+2個の経由点情報b(清掃経路の始点、終点となる経由点の情報)を生成する。
To generate the via point information b, first, as shown in Figure 6, a cleaning route is set up along the x-axis of the cleaning area (a ≤ x ≤ b, c ≤ y ≤ d), scraping up the piles from the left end (x = a) to the accumulation position (x = xc ) in the order of "start point (a, ds) → end point ( xc , ds)" and temporarily depositing and accumulating them at the accumulation position (x = xc ). N such cleaning routes are set up for each scraper width of 2s, up to the "start point (a, d-(2n-1)s) → end point ( xc , d-(2n-1)s)" route within the cleaning area, and finally, a cleaning route from "start point (a, c+s) → end point ( xc , c+s)" is set to clean the bottom edge. In other words, n+1 cleaning routes are set up, and (n+1) x 2 = 2n+2 pieces of via point information b (information on the via points that are the start and end points of the cleaning route) are generated.
Furthermore, as shown in Figure 7, a cleaning route is set up along the x-axis direction of the cleaning area (a≦x≦b, c≦y≦d) to collect the deposits from the right end (x= b ) to the accumulation position (x=xc) in the order of "start point (b, ds) → end point ( xc , ds)" and temporarily store and accumulate them at the accumulation position (x= xc ).N+1 such cleaning routes are set up in the same way as above, and (n+1)×2=2n+2 pieces of via point information b (information on the via points that are the start and end points of the cleaning route) are generated accordingly.
さらに、図8に示すように、清掃領域(a≦x≦b,c≦y≦d)のy軸方向に沿って上端(y=d)から集積位置(y=yc)までの堆積物(上述したように仮置き集積された堆積物)を「始点(xc,d)→終点(xc,yc)」のようにかき集め、最終的な集積位置(xc,yc)に集積させる清掃経路と、清掃領域(a≦x≦b,c≦y≦d)のy軸方向に沿って下端(y=c)から集積位置(y=yc)までの堆積物(上述したように仮置き集積された堆積物)を「始点(xc,c)→終点(xc,yc)」のようにかき集め、最終的な集積位置(xc,yc)に集積させる清掃経路をそれぞれ設定し、これに伴い4個の経由点情報b(清掃経路の始点、終点となる経由点の情報)を生成する。最後に初期位置(0,0)を経由点(最終地点)に設定することで、図9に例示するようなj=(2n+2)×2+4+1=4n+9個の経由点情報bが生成される。 Furthermore, as shown in Figure 8, a cleaning route is set up to collect the deposits (deposits temporarily placed and accumulated as described above) from the top end (y=d) to the accumulation position (y= yc ) along the y-axis direction of the cleaning area (a≦x ≦b , c≦y ≦ d) from the start point ( xc , d) to the end point ( xc , yc) and accumulate them at the final accumulation position (xc, yc ), and a cleaning route is set up to collect the deposits (deposits temporarily placed and accumulated as described above) from the bottom end (y=c) to the accumulation position (y= yc ) along the y-axis direction of the cleaning area (a≦x ≦b , c≦y ≦d ) from the start point ( xc , c) to the end point (xc, yc) and accumulate them at the final accumulation position ( xc , yc ), and four pieces of via point information b (information on the via points that are the start and end points of the cleaning route) are generated accordingly. Finally, by setting the initial position (0, 0) as the waypoint (final point), j=(2n+2)×2+4+1=4n+9 pieces of waypoint information b are generated as shown in FIG.
次に、本発明の自律走行方法について説明する。
この自律走行方法は、以上述べたような装置構成を用いて移動台車1を自律走行させる方法である。したがって、走行用の駆動装置2を備えた移動台車1を指定領域A内で複数の経由点pを経由させながら自律走行させる自律走行方法であり、予め記憶されている指定領域A内の障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3とから経由点情報bを生成する工程(ア)と、移動台車1の自己位置を推定する工程(イ)と、前記推定された自己位置と前記生成された経由点情報bとに基づいて移動台車1を移動させる経由点pi(i番目の経由点p)までの走行経路を算出し、移動台車1がその走行経路にしたがって経由点piまで移動するように駆動装置2を制御する工程(ウ)と、経由点piに向けて移動中の移動台車1が経由点piに辿り着けないスタック状態であるか否かを判定し、スタック状態であると判定した場合に、移動台車1を移動させるべき経由点pを変更し、その変更先の経由点pに移動台車1を移動させるよう駆動装置2を制御する工程(エ)を備える。
Next, the autonomous driving method of the present invention will be described.
This autonomous traveling method is a method for autonomously traveling the mobile carriage 1 using the device configuration described above. Therefore, this is an autonomous traveling method in which a mobile carriage 1 equipped with a driving device 2 for traveling autonomously travels while passing through a plurality of way points p within a designated area A, and includes the steps of: (a) generating way point information b from pre-stored obstacle position information a1 within the designated area A, designated area information a2, and final target point information a3; (b) estimating the self-position of the mobile carriage 1; (c) calculating a traveling route to way point p i (i-th way point p) along which the mobile carriage 1 should move based on the estimated self-position and the generated way point information b, and controlling the driving device 2 so that the mobile carriage 1 moves to way point p i along that traveling route; and (d) determining whether the mobile carriage 1 is stuck while moving toward way point p i and cannot reach way point p i , and if it is determined that the mobile carriage 1 is stuck, changing the way point p to which the mobile carriage 1 should be moved, and controlling the driving device 2 to move the mobile carriage 1 to the new way point p.
また、この自律走行方法は、下記(i)~(iv)に示すような、より具体的な実施形態を採り得る。
(i)工程(イ)では、測域装置3により移動台車1の周囲環境を測定して障害物情報aを取得し、予め記憶されている指定領域A内の障害物位置情報a1と、測域装置3で取得された障害物情報aとを比較することで移動台車1の自己位置を推定する。
(ii)さらに、測域装置3で取得された障害物情報aに基づき、移動台車1が移動すべき経由点piまでの走行経路が生成できるか否かを判定し、生成できないと判定した場合に、移動台車1を移動させるべき経由点pを変更し、その変更先の経由点pに移動台車1を移動させるよう駆動装置2を制御する工程(オ)を備える。
Furthermore, this autonomous driving method can take on more specific embodiments such as those shown in (i) to (iv) below.
(i) In step (a), the range measurement device 3 measures the surrounding environment of the mobile cart 1 to obtain obstacle information a, and the obstacle position information a1 within the designated area A stored in advance is compared with the obstacle information a obtained by the range measurement device 3 to estimate the self-position of the mobile cart 1.
(ii) Further, the method includes a step (e) of determining whether or not a travel route to a via point p i to which the mobile carriage 1 should move can be generated based on the obstacle information a acquired by the range measurement device 3, and if it is determined that the route cannot be generated, changing the via point p to which the mobile carriage 1 should move, and controlling the driving device 2 to move the mobile carriage 1 to the new via point p.
(iii)移動台車1は、指定領域A内で所定の作業を行うための作業ツール5と、この作業ツール5を駆動するためのアクチュエータ6を備え、指定領域A内で移動台車1を走行させながら作業ツール5で作業を行う。
(iv)上記(iii)の場合において、作業ツール5は、指定領域A内の地面の堆積物をかき集めて清掃する清掃用スクレーパ5aであり、アクチュエータ6は、清掃用スクレーパ5aが上下方向に移動して路面に接地しまたは路面から離れるように清掃用スクレーパ5aを駆動するものであり、指定領域A内で移動台車1を走行させ、アクチュエータ6により清掃用スクレーパ5aを駆動させつつ、清掃用スクレーパ5aで堆積物をかき集め、かき集めた前記堆積物を所定の場所まで移動させて集積する。
(iii) The mobile cart 1 is equipped with a work tool 5 for performing specified work within the designated area A and an actuator 6 for driving the work tool 5, and work is performed using the work tool 5 while the mobile cart 1 is traveling within the designated area A.
(iv) In the case of (iii) above, the work tool 5 is a cleaning scraper 5a that scrapes up and cleans deposits on the ground within the designated area A, and the actuator 6 drives the cleaning scraper 5a so that the cleaning scraper 5a moves up and down to come into contact with or move away from the road surface. The mobile cart 1 is made to travel within the designated area A, and the cleaning scraper 5a is driven by the actuator 6, while the cleaning scraper 5a scrapes up deposits, and the scraped up deposits are moved to a predetermined location and accumulated.
以上のような本発明の自律走行方法の詳細とその実施に供する装置は、さきに自律走行装置について説明した通りであり、詳細な説明は省略する。
本発明の自律走行装置および方法は、石炭粉(落粉)が堆積するコークス炉の炉頂部の清掃装置などとして好適であり、堆積物の清掃除去作業を効率的且つ適切に実施することができる。
The details of the autonomous driving method of the present invention and the device used to implement it are the same as those described above for the autonomous driving device, and a detailed description thereof will be omitted.
The autonomous mobile device and method of the present invention are suitable for use as a cleaning device for the top of a coke oven where coal dust (fallen dust) accumulates, and can efficiently and appropriately carry out cleaning and removal work of the deposits.
図1~図4に示すような清掃用スクレーパ5aおよび制御系を備えた本発明の自律走行装置(清掃装置)について、自律走行性と清掃能力を評価するため、建屋内で以下のような清掃試験を行った。この試験では、清掃領域に清掃対象となる石炭粉を散布しておき、清掃装置を自律走行させつつ清掃用スクレーパ5aで石炭粉をかき集め、石炭粉回収場所であるシュート(集積位置)に集めてそこから落下させた。
清掃装置が備える清掃用スクレーパ5aは、幅0.4mであり、下端部が平板状のブラシで構成されている。
図11~図18は、試験を実施した建屋内を座標系で表したものであり、清掃領域(石炭粉の散布領域)、清掃装置の初期位置(清掃装置の移動の出発点および終点)、シュート(最終的に石炭粉を集積させて回収する位置)、周囲の壁の一部などを表してある。
In order to evaluate the autonomous traveling capability and cleaning ability of the autonomous traveling device (cleaning device) of the present invention equipped with the cleaning scraper 5a and control system as shown in Figures 1 to 4, the following cleaning test was conducted inside a building. In this test, coal powder to be cleaned was scattered in the cleaning area, and while the cleaning device was traveling autonomously, the coal powder was scraped up by the cleaning scraper 5a and collected in a chute (accumulation position) which is a coal powder recovery location, from which it was dropped.
The cleaning scraper 5a provided in the cleaning device is 0.4 m wide and has a flat brush at the bottom.
11 to 18 show the interior of the building where the test was conducted using a coordinate system, and show the cleaning area (the area where coal powder is scattered), the initial position of the cleaning device (the starting point and end point of the movement of the cleaning device), the chute (the final location where the coal powder is accumulated and collected), and part of the surrounding walls.
[実施例1]
図11に示すような建屋内の領域において、長方形の清掃領域(0≦x≦5,1≦y≦4)に清掃対象となる石炭粉を約1kg/m2でほぼ均一な厚さとなるよう散布(散布量:約15kg)した。清掃装置の初期位置を清掃用スクレーパ5aの中心位置が原点(0,0)となる位置に設定するとともに、図6~図8に模式的に示すような清掃経路を設定し、座標(2,2)に設けられたシュートに石炭粉を集めて落下させるようにする清掃を行った。この際に生成された経由点情報bを表1に示す。この表1に示す経由点情報bは、左側から台車位置のx座標、同じくy座標、台車の姿勢角θ(その経由点に到着した時点で台車がどの方向を向いているかを示す)、アクチュエータ動作指令m(その経由点に行くまでの間に清掃用スクレーパ5aをどのように動作させるのかを示す)であり、清掃装置は1行目から順番に経由点として読み込んで自律走行を行う。アクチュエータ動作指令mは、“1”が清掃用スクレーパ5aを路面に下ろして押し付ける動作であり、“0”が清掃用スクレーパ5aを持ち上げて路面から離す動作である。
[Example 1]
In a rectangular cleaning area (0≦x≦5, 1≦y≦4) inside a building as shown in Figure 11, coal powder to be cleaned was spread at a rate of approximately 1 kg/ m² (spreading amount: approximately 15 kg) to a nearly uniform thickness. The initial position of the cleaning device was set so that the center position of the cleaning scraper 5a was the origin (0,0). A cleaning path was set as shown schematically in Figures 6 to 8, and the coal powder was collected and dropped into a chute installed at coordinates (2,2). The waypoint information b generated during this process is shown in Table 1. The waypoint information b shown in Table 1 includes, from the left, the x-coordinate and y-coordinate of the carriage position, the carriage attitude angle θ (indicating the direction the carriage is facing when it arrives at the waypoint), and the actuator operation command m (indicating how the cleaning scraper 5a is to be operated on the way to the waypoint). The cleaning device reads the waypoints in order from the first row and performs autonomous navigation. The actuator operation command m is "1" to lower the cleaning scraper 5a onto the road surface and press it against it, and "0" to lift the cleaning scraper 5a up and away from the road surface.
清掃装置は、「移動の途中でスタック状態になる」または「走行経路を生成できない」ことがない限り、表1の経由点情報bに基づき、経由点p1~p36を順次経て経由点p37(終点)まで移動するとともに、経由点情報bに基づく動作(台車姿勢角θに基づく移動台車1の旋回、アクチュエータ動作指令mに基づくアクチュエータ6の動作)を行う。一方、経由点pi(i番目の経由点p)に移動する際に「スタック状態になる」または「走行経路を生成できない」と判定された場合には、移動すべき経由点を経由点pi+1(i+1番目の経由点p)に変更し、その経由点情報を読み込んで自律走行を行う。 Unless the cleaning device "becomes stuck during movement" or "cannot generate a travel route," it moves to way point p37 (end point) via way points p1 to p36 in order based on way point information b in Table 1, and performs operations based on way point information b (turning of mobile carriage 1 based on carriage attitude angle θ, operation of actuator 6 based on actuator operation command m). On the other hand, if it is determined that "it will become stuck" or "cannot generate a travel route" when moving to way point p1 (i-th way point p), the way point to move to is changed to way point p1 +1 (i+1-th way point p), and autonomous travel is performed by reading the way point information.
清掃装置の移動軌跡を図12に示す。この図12の移動軌跡には、経由点pの一部を示してある。清掃装置は、経由点p1~p36を通ることで、清掃領域内の石炭粉を清掃用スクレーパ5aでかき集め、座標(2,2)に設けられたシュートに集めて落下させた後、初期位置(清掃装置の移動の終点)に戻ることができた。シュートで回収された石炭粉量(回収量)は12.4kgであり、回収率を(回収量)÷(散布量)×100で求めると82.7%であった。これにより、石炭粉の清掃が適切に行われたこと、清掃装置が優れた自律走行性と清掃能力を有することが確認できた。 The movement trajectory of the cleaning device is shown in Figure 12. The movement trajectory in Figure 12 shows a portion of the waypoint p. By passing through waypoints p1 to p36 , the cleaning device scraped up coal powder within the cleaning area with the cleaning scraper 5a, collected it in the chute located at coordinates (2, 2), and dropped it there before returning to the initial position (the end point of the cleaning device's movement). The amount of coal powder collected by the chute (collected amount) was 12.4 kg, and the collection rate, calculated as (collected amount) / (spread amount) × 100, was 82.7%. This confirmed that the coal powder was properly removed and that the cleaning device had excellent autonomous navigation and cleaning capabilities.
[実施例2]
図13に示すような建屋内の領域において、座標(5,3)の位置に元々の障害物マップに存在しない障害物(障害物位置情報a1には無かった予期しない障害物)を設置して物理的に通行できないようにしたうえで、実施例1と同様に、清掃領域に清掃対象となる石炭粉を約1kg/m2でほぼ均一な厚さとなるよう散布し(散布量:約15kg)、実施例1と同様の試験を実施した。ここで、演算制御装置4は、測域装置3で取得された障害物情報aに基づき、清掃装置が移動すべきi番目の経由点pまでの走行経路が生成できるか否かを判定し、生成できないと判定した場合に、清掃装置を移動させるべき経由点をi+1番目の経由点pに変更するように設定されている。
[Example 2]
In an area inside a building as shown in Fig. 13, an obstacle that does not exist in the original obstacle map (an unexpected obstacle that was not included in the obstacle position information a1) was placed at the position of coordinates (5, 3) to physically block passage, and then, as in Example 1, coal powder to be cleaned was spread in the cleaning area to a substantially uniform thickness at about 1 kg/ m2 (spreading amount: about 15 kg), and a test similar to that in Example 1 was performed. Here, the arithmetic and control device 4 is configured to determine whether or not a travel route to the ith way point p along which the cleaning device should move can be generated based on the obstacle information a acquired by the range measurement device 3, and if it is determined that the route cannot be generated, change the way point along which the cleaning device should move to the (i+1)th way point p.
清掃装置の移動軌跡を図14に示す。この図14の移動軌跡には、経由点pの一部を示してある。この実施例では、清掃装置が座標(2,3.4)の20番目の経由点p20から座標(5,3)の21番目の経由点p21に向かう際に、経由点p21に辿り着く経路を生成できないと判定されたため、清掃装置を移動させるべき経由点が経由点p22に変更され、清掃装置は20番目の経由点p20から座標(2,3)の22番目の経由点p22に向かい、その後は23番目以降の経由点pを通り初期位置(清掃装置の移動の終点)まで戻ることができた。シュートで回収された石炭粉量(回収量)は11.5kgであり、回収率を(回収量)÷(散布量)×100で求めると76.7%であった。以上の通り、回収量は1パス分減少したものの、石炭粉の清掃を可能な範囲で適切に行うことができ、しかも、移動経路が障害物で塞がれている場合にも、立往生することなく最後まで清掃を実行することができた。これにより、石炭粉の清掃が適切に行われたこと、清掃装置が優れた自律走行性と清掃能力を有することが確認できた。
比較のために、一般のSLAM技術で清掃装置を自律走行させた場合の移動軌跡を図15に示す。この場合には、障害物により21番目の経由点が完全に塞がれているため走行の継続が不可能になり、清掃装置は立往生した。
The movement trajectory of the cleaning device is shown in Figure 14. The movement trajectory in Figure 14 shows a portion of the way point p. In this example, when the cleaning device was moving from the 20th way point p20 at coordinates (2,3.4) to the 21st way point p21 at coordinates (5,3), it was determined that a path to reach way point p21 could not be generated. Therefore, the way point to which the cleaning device should move was changed to way point p22 . The cleaning device then moved from the 20th way point p20 to the 22nd way point p22 at coordinates (2,3), and then passed through the 23rd and subsequent way points p to return to the initial position (the end point of the cleaning device's movement). The amount of coal powder collected by the chute (collected amount) was 11.5 kg, and the collection rate, calculated by dividing the collected amount by the applied amount x 100, was 76.7%. As described above, although the amount of collected coal was reduced by one pass, the coal dust was properly cleaned to the extent possible, and even when the movement path was blocked by an obstacle, the cleaning was completed without getting stuck. This confirmed that the coal dust was properly cleaned and that the cleaning device has excellent autonomous mobility and cleaning capabilities.
For comparison, the movement trajectory of a cleaning device traveling autonomously using conventional SLAM technology is shown in Figure 15. In this case, the 21st waypoint was completely blocked by an obstacle, making it impossible to continue traveling, and the cleaning device became stuck.
[実施例3]
図16に示すような建屋内の領域において、実施例1と同様に、清掃領域に清掃対象となる石炭粉を約1kg/m2でほぼ均一な厚さとなるよう散布し(散布量:約15kg)、さらに、追加で領域Gに対して10kgの石炭粉を散布して、実施例1と同様の試験を実施した。ここで、演算制御装置4は、清掃装置がi番目の経由点pに移動する際に、当該経由点pまでの目標走破時間Tを算出し、清掃装置の移動開始からの経過時間実績値tと目標走破時間Tとを比較することで清掃装置がスタック状態であるか否かを判定し、スタック状態であると判定した場合に、清掃装置を移動させるべき経由点をi+1番目の経由点pに変更するように設定されている。目標走破時間Tは上記(1)式で求め、係数α、β、γはそれぞれ0.4、0.4、10とした。
[Example 3]
In an area inside a building as shown in FIG. 16 , coal powder to be cleaned was spread in the cleaning area at a substantially uniform thickness of approximately 1 kg/ m² (spreading amount: approximately 15 kg), as in Example 1. An additional 10 kg of coal powder was spread on area G, and a test similar to that in Example 1 was conducted. Here, when the cleaning device moves to the i-th waypoint p, the arithmetic and control device 4 calculates a target travel time T to the waypoint p, compares the actual elapsed time t from the start of movement of the cleaning device with the target travel time T, and determines whether the cleaning device is stuck. If it determines that the cleaning device is stuck, the arithmetic and control device 4 changes the waypoint to which the cleaning device should be moved to the i+1-th waypoint p. The target travel time T was calculated using the above formula (1), and the coefficients α, β, and γ were set to 0.4, 0.4, and 10, respectively.
清掃装置の移動軌跡を図17に示す。この図17の移動軌跡には、経由点pの一部を示してある。この実施例では、清掃装置が座標(5,3)の21番目の経由点p21から座標(2,3)の22番目の経由点p22に向かう途中で押し切れなくなり、経由点p21を出発してからの経過時間tが目標走破時間Tをオーバーしたので、スタック状態であると判定され、清掃装置を移動させるべき経由点が経由点p23に変更された。このため清掃装置は、経由点p22をパスして座標(5,2.6)の23番目の経由点p23に向かい、その後は24番目以降の経由点pを通り初期位置(清掃装置の移動の終点)まで戻ることができた。シュートで回収された石炭粉量(回収量)は11.6kgであり、回収率を(回収量)÷(散布量)×100で求めると46.4%であった。以上の通り、追加で散布した分が回収できないので回収率は低下したものの、石炭粉の清掃を可能な範囲で適切に行うことができ、しかも、スタック状態となった場合にも、立往生することなく最後まで清掃を実行することができた。これにより、石炭粉の清掃が適切に行われたこと、清掃装置が優れた自律走行性と清掃能力を有することが確認できた。
比較のために、一般のSLAM技術で清掃装置を自律走行させた場合の移動軌跡を図18に示す。この場合には、21番目の経由点から22番目の経由点である座標(2,3)に向かう途中で石炭粉を押し切れなくなるので、走行の継続が不可能になり清掃装置は立往生した。
The movement trajectory of the cleaning device is shown in Figure 17. The movement trajectory in Figure 17 shows a portion of the waypoint p. In this example, the cleaning device became stuck en route from the 21st waypoint p21 at coordinates (5,3) to the 22nd waypoint p22 at coordinates (2,3). Since the elapsed time t from the waypoint p21 exceeded the target travel time T, it was determined to be stuck, and the waypoint to which the cleaning device should be moved was changed to waypoint p23 . As a result, the cleaning device passed waypoint p22 and headed for the 23rd waypoint p23 at coordinates (5,2.6), and then passed through the 24th and subsequent waypoints p to return to the initial position (the end point of the cleaning device's movement). The amount of coal powder collected by the chute (collected amount) was 11.6 kg, and the collection rate, calculated by dividing the collected amount by the applied amount x 100, was 46.4%. As described above, although the recovery rate decreased because the additional coal could not be recovered, the coal powder was properly cleaned to the extent possible, and even when the vehicle became stuck, it was able to complete the cleaning without getting stuck. This confirmed that the coal powder was properly cleaned and that the cleaning device has excellent autonomous mobility and cleaning capabilities.
For comparison, the movement trajectory of a cleaning device traveling autonomously using general SLAM technology is shown in Figure 18. In this case, the cleaning device was unable to push through the coal powder midway from the 21st waypoint to the 22nd waypoint, coordinates (2, 3), and was unable to continue traveling, becoming stuck.
1 移動台車
2 駆動装置
3 測域装置
4 演算制御装置
5 作業ツール
5a 清掃用スクレーパ
6 アクチュエータ
7 移動量検出装置
8 記憶装置
9 支持アーム
10 3D形状測定装置
20 車輪
40 自己位置推定部
41 経路点情報生成部
42 経路生成部
43 制御部
44 スタック判定部
45 経路生成判定部
50 板状本体部
51 側板部
A 指定領域
G 領域
p,pi 経由点
REFERENCE SIGNS LIST 1 Mobile cart 2 Drive device 3 Range measurement device 4 Arithmetic and control device 5 Work tool 5a Cleaning scraper 6 Actuator 7 Movement amount detection device 8 Storage device 9 Support arm 10 3D shape measurement device 20 Wheel 40 Self-position estimation unit 41 Route point information generation unit 42 Route generation unit 43 Control unit 44 Stack determination unit 45 Route generation determination unit 50 Plate-shaped main body unit 51 Side plate unit A Designated area G Area p, p i via point
Claims (11)
移動台車(1)の自己位置を推定するとともに、予め記憶されている指定領域(A)内の障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3とから経由点情報bを生成し、前記推定された自己位置と生成された経由点情報bに基づいて移動台車(1)を移動させる経由点(pi)までの走行経路を算出し、移動台車(1)がその走行経路にしたがって経由点(pi)まで移動するように駆動装置(2)を制御する演算制御装置(4)を備え、
演算制御装置(4)は、経由点(pi)に向けて移動中の移動台車(1)が経由点(pi)に辿り着けないスタック状態であるか否かを判定し、スタック状態であると判定した場合に、移動台車(1)を移動させるべき経由点(p)を、予め変更先として決められた経由点(p)に変更し、その変更先の経由点(p)に移動台車(1)を移動させるよう駆動装置(2)を制御し、
移動台車(1)は、指定領域(A)内で所定の作業を行うための作業ツール(5)と、該作業ツール(5)を駆動するためのアクチュエータ(6)を備え、
経由点情報bは、移動台車(1)の台車位置、移動台車(1)の台車姿勢、およびアクチュエータ(6)の動作指令の情報を含むことを特徴とする自律走行装置。 An autonomous driving device that autonomously drives a mobile carriage (1) equipped with a driving device (2) for driving within a designated area (A) while passing through a plurality of via points (p),
a calculation and control device (4) that estimates the self-position of the mobile carriage (1), generates waypoint information (b) from obstacle position information a1 within a designated area (A) that is stored in advance, designated area information a2, and final target point information a3, calculates a travel route to a waypoint (p i ) along which the mobile carriage (1) should move based on the estimated self-position and the generated waypoint information (b), and controls a drive device (2) so that the mobile carriage (1) moves to the waypoint (p i ) according to the travel route;
The arithmetic and control device (4) determines whether the mobile carriage (1) moving toward the way point (p i ) is stuck and cannot reach the way point (p i ), and if it determines that the mobile carriage (1) is stuck, changes the way point (p) to which the mobile carriage (1) should be moved to a way point (p) that has been determined in advance as a destination, and controls the drive device (2) to move the mobile carriage (1) to the way point (p) that has been changed to ;
The mobile carriage (1) is provided with a work tool (5) for performing a predetermined task within a designated area (A) and an actuator (6) for driving the work tool (5);
The waypoint information b includes information on the carriage position of the mobile carriage (1), the carriage attitude of the mobile carriage (1), and operation commands for the actuator (6) .
演算制御装置(4)は、予め記憶されている指定領域(A)内の障害物位置情報a1と、測域装置(3)で取得された障害物情報aとを比較することで移動台車(1)の自己位置を推定することを特徴とする請求項1に記載の自律走行装置。 The vehicle further includes a range measurement device (3) that measures the surrounding environment of the mobile vehicle (1) and acquires obstacle information a,
The autonomous driving device according to claim 1, characterized in that the arithmetic and control device (4) estimates the self-position of the mobile carriage (1) by comparing obstacle position information a1 within the designated area (A) stored in advance with obstacle information a acquired by the range measurement device (3).
アクチュエータ(6)は、清掃用スクレーパ(5a)が上下方向に移動して路面に接地しまたは路面から離れるように清掃用スクレーパ(5a)を駆動するものであることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の自律走行装置。 The work tool (5) is a cleaning scraper (5a) that scrapes and cleans deposits in the designated area (A),
An autonomous mobile device as described in any one of claims 1 to 3, characterized in that the actuator (6) drives the cleaning scraper (5a) so that the cleaning scraper (5a) moves in an up and down direction to come into contact with or move away from the road surface.
演算制御装置(4)は、予め記憶されている指定領域(A)内の障害物位置情報a1と、測域装置(3)で取得された障害物情報aとを比較することに加えて、移動量検出装置(7)で検出された移動台車(1)の移動量を用いて、SLAMアルゴリズムに基づくパーティクルフィルタにより移動台車(1)の自己位置を推定することを特徴とする請求項2または3に記載の自律走行装置。 The system further includes a movement amount detection device (7) that detects the movement amount of the movable carriage (1) from the operation amount of the drive device (2),
The autonomous driving device according to claim 2 or 3, characterized in that the arithmetic and control device (4) compares the obstacle position information a1 within the designated area (A) stored in advance with the obstacle information a acquired by the range measurement device (3), and also estimates the self-position of the mobile cart (1) by a particle filter based on a SLAM algorithm using the amount of movement of the mobile cart (1) detected by the movement amount detection device (7).
予め記憶されている指定領域(A)内の障害物位置情報a1と指定領域情報a2と最終目標点情報a3とから経由点情報bを生成する工程(ア)と、
移動台車(1)の自己位置を推定する工程(イ)と、
前記推定された自己位置と生成された経由点情報bとに基づいて移動台車(1)を移動させる経由点(pi)までの走行経路を算出し、移動台車(1)がその走行経路にしたがって経由点(pi)まで移動するように駆動装置(2)を制御する工程(ウ)と、
経由点(pi)に向けて移動中の移動台車(1)が経由点(pi)に辿り着けないスタック状態であるか否かを判定し、スタック状態であると判定した場合に、移動台車(1)を移動させるべき経由点(p)を、予め変更先として決められた経由点(p)に変更し、その変更先の経由点(p)に移動台車(1)を移動させるよう駆動装置(2)を制御する工程(エ)を備え、
移動台車(1)は、指定領域(A)内で所定の作業を行うための作業ツール(5)と、該作業ツール(5)を駆動するためのアクチュエータ(6)を備え、
経由点情報bは、移動台車(1)の台車位置、移動台車(1)の台車姿勢、およびアクチュエータ(6)の動作指令の情報を含むことを特徴とする自律走行方法。 An autonomous traveling method for autonomously traveling a mobile carriage (1) equipped with a driving device (2) for traveling within a designated area (A) while passing through a plurality of via points (p), comprising:
A step (a) of generating waypoint information (b) from obstacle position information (a1) within a designated area (A), designated area information (a2), and final target point information (a3) stored in advance;
A step (a) of estimating the self-position of the mobile cart (1);
a step (c) of calculating a travel route to a via point (p i ) along which the mobile carriage (1) will move based on the estimated self-position and the generated via point information b, and controlling a drive device (2) so that the mobile carriage (1) moves to the via point (p i ) along the travel route;
a step (d) of determining whether a mobile carriage (1) moving toward a waypoint (p i ) is stuck and unable to reach the waypoint (p i ), and if it is determined that the mobile carriage (1) is stuck, changing the waypoint (p) to which the mobile carriage (1) should be moved to a waypoint (p) that has been determined in advance as a destination, and controlling a drive device (2) to move the mobile carriage (1) to the waypoint (p) that has been changed to ;
The mobile carriage (1) is provided with a work tool (5) for performing a predetermined task within a designated area (A) and an actuator (6) for driving the work tool (5);
The method for autonomous driving is characterized in that the waypoint information b includes information on the carriage position of the mobile carriage (1), the carriage attitude of the mobile carriage (1), and operation commands for the actuator (6) .
アクチュエータ(6)は、清掃用スクレーパ(5a)が上下方向に移動して路面に接地しまたは路面から離れるように清掃用スクレーパ(5a)を駆動するものであり、
指定領域(A)内で移動台車(1)を走行させ、アクチュエータ(6)により清掃用スクレーパ(5a)を駆動させつつ、清掃用スクレーパ(5a)で堆積物をかき集め、かき集めた前記堆積物を所定の場所まで移動させて集積することを特徴とする請求項10に記載の自律走行方法。 The work tool (5) is a cleaning scraper (5a) that scrapes and cleans deposits on the ground within the designated area (A),
The actuator (6) drives the cleaning scraper (5a) so that the cleaning scraper (5a) moves up and down to come into contact with or separate from the road surface;
The autonomous driving method according to claim 10, characterized in that the mobile cart (1) is caused to travel within the designated area ( A ), the cleaning scraper (5 a) is driven by the actuator (6), the cleaning scraper (5 a) scrapes up the deposits, and the scraped up deposits are moved to a predetermined location and accumulated therein.
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