JP2609890B2 - Self-propelled work vehicle - Google Patents
Self-propelled work vehicleInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 イ） 産業上の利用分野 本発明は、作業車本体に設けたセンサが作業する領域
内に想定された走行経路からの該作業車の位置ずれを検
知するとともに、その検知結果に基づいて位置補正をし
ながら該走行経路上に走行し自動的に作業する自立型作
業車に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Industrial field of application The present invention detects a position shift of a work vehicle from a travel route assumed in a working area by a sensor provided in a work vehicle body, and The present invention relates to a self-contained work vehicle that travels on the travel route while performing position correction based on a detection result and automatically works.
ロ） 従来の技術 近年、所定の作業領域内を走行しながら種々の作業を
行う作業車について、種々考えられている。B) Conventional technology In recent years, various types of work vehicles that perform various works while traveling in a predetermined work area have been considered.
たとえば、センサ技術（1984−４月第52〜56頁）に記
されている床面清掃ロボットや特開昭61−304432号の自
立型作業車がある。これらの作業車ではまず壁に沿って
内部を一周して部屋の形状と広さを認識した後、前進・
反転をくり返して作業を行っている。For example, there is a floor cleaning robot described in the sensor technology (1984-April, pp. 52-56) and a free-standing work vehicle disclosed in JP-A-61-304432. In these work vehicles, first go around the inside along the wall to recognize the shape and size of the room, and then move forward.
The work is repeated by reversing.
これらの作業車は、前進を開始するときに走行方向に
対する位置姿勢の補正を行っておらず前進走行中に姿勢
補正を行っているため前進を開始する時点で設定された
前進の方向に対する方向のずれ及び走行経路に対する位
置にずれがある場合には設定された前進方向に戻るのに
時間おくれが発生しこれによって未作業領域が発生する
ことがあった。These work vehicles do not correct the position and orientation with respect to the traveling direction when starting forward movement, but perform posture correction during forward travel, so that the direction of the direction relative to the forward direction set at the time of starting forward movement is When there is a deviation and a deviation in the position with respect to the traveling route, a time delay occurs to return to the set forward direction, and this may cause an unworked area.
ハ） 発明が解決しようとする課題 本発明は、かかる点を鑑みて発明されたものにして、
作業車に搭載されたセンサによって前記開始時に位置及
び姿勢の検出、さらには位置及び姿勢補正ができる構成
及び制御方法を提供しようとするものである。C) Problems to be Solved by the Invention The present invention has been made in view of the above points,
It is an object of the present invention to provide a configuration and a control method capable of detecting the position and the posture at the start and further correcting the position and the posture by a sensor mounted on a work vehicle.
ニ） 課題を解決するための手段 本発明は、室内を自走しながら所定の作業を行う自走
式作業車において、作業車本体側面に設けられた複数の
距離センサと、作業領域の地図情報および走行経路情報
を保持する情報保持手段と、作業車本体の走行制御を行
う制御手段と、を備え、前記制御手段は、作業開始前に
前記情報保持手段内の作業領域の地図情報および走行経
路情報に基づいて、前記距離センサによる距離計測の基
準となる壁面として作業車が最も近接する壁面を選択
し、前記距離センサによる該壁面との距離計測結果によ
って作業車の位置および姿勢を検出する検出手段と、該
検出手段による検出結果を前記情報保持手段内の走行経
路情報と比較して、作業車の位置および姿勢を補正する
補正手段とを有していることを特徴とするものである。D) Means for Solving the Problems The present invention relates to a self-propelled work vehicle that performs a predetermined work while self-propelled in a room, and a plurality of distance sensors provided on the side surface of the work vehicle main body and map information of the work area. And information holding means for holding the traveling route information, and control means for controlling the traveling of the work vehicle main body, wherein the control means includes map information and a traveling route of the work area in the information holding means before starting the work. Based on the information, detection is performed to select a wall closest to the work vehicle as a reference wall for distance measurement by the distance sensor, and to detect a position and a posture of the work vehicle based on a result of distance measurement with the wall by the distance sensor. Means for correcting the position and orientation of the work vehicle by comparing the detection result of the detection means with the travel route information in the information holding means. It is.
ホ） 作用 作業車の位置及び姿勢が作業開始前に正確に検出され
て補正され、未作業領域が発生すると云う問題は無くな
る。E) Function The position and orientation of the work vehicle are accurately detected and corrected before the start of work, and the problem that an unworked area occurs is eliminated.
ヘ） 実施例 第１図は本発明自走式作業車の原理模型図である。こ
の図面において、作業車本体（１）は、その駆動輪
（２）（３）を個別に駆動する一対のモータ（４）
（５）、作業手段（６）、及びこれらを制御する制御手
段（７）等を有している。また、作業手段（16）として
は、例えば清掃装置が用いられ、吸込口、集塵ファン及
びそのモータを具備している。（８）（９）は本体を支
持するキャスタで、特にキャスタ（９）は回転自在に設
けられている。さらに、作業車本体（１）はその前面・
後面・両側面の計４面に各々２個づつの超音波センサ
（10）〜（17）を備え、また各駆動輪（２）（３）には
その回転量を計数するためのエンコーダ（18）（19）を
備えている。F) Embodiment FIG. 1 is a principle model diagram of the self-propelled work vehicle of the present invention. In this drawing, a work vehicle body (1) has a pair of motors (4) for individually driving its drive wheels (2) and (3).
(5), work means (6), and control means (7) for controlling them. Further, as the working means (16), for example, a cleaning device is used, which includes a suction port, a dust collecting fan, and a motor thereof. (8) and (9) are casters for supporting the main body. In particular, the casters (9) are rotatably provided. Furthermore, the work vehicle body (1) is
Two ultrasonic sensors (10) to (17) are provided on each of the four rear and both sides, and each drive wheel (2) (3) has an encoder (18) for counting the amount of rotation. ) (19).
センサ（10）〜（17）、エンコーダ（18）（19）と制
御手段（７）の関係を示すブロック図を第２図に示す。
この図面において、各エンコーダ（18）（19）の出力は
検出部（20）で検出されている。その検出出力は波形整
形回路（21）で波形整形された後、インターフェイス
（22）を介してカウンタ（23）に入力され、このカウン
タにて単位時間当りの出力パルス数が計数される。作業
領域の環境を検知するための超音波センサ（10）〜（1
7）は音波を発して、その音波が反射してもどってきた
時を検知するようになっていて、この音波の発信タイミ
ング、受信タイミングの信号が検出部（24）、波形整形
回路（25）、インターフェイス（22）を介してタイマ
（26）に与えられ、この反射音波が返ってくるまでの時
間がこのタイマ（26）で計られ、壁までの距離が計数さ
れる。そして、計数された値は演算部（27）、メモリ部
（28）に入力される。また、上記メモリ部（28）には作
業車の作業領域形状情報（地図情報）や走行経路情報が
記憶されている。A block diagram showing the relationship between the sensors (10) to (17), the encoders (18) (19) and the control means (7) is shown in FIG.
In this drawing, the outputs of the encoders (18) and (19) are detected by the detection unit (20). The detected output is waveform-shaped by the waveform shaping circuit (21) and then input to the counter (23) through the interface (22), and the counter counts the number of output pulses per unit time. Ultrasonic sensors (10)-(1)
7) emits a sound wave and detects when the sound wave is reflected back. The signals of the transmission timing and the reception timing of the sound wave are detected by a detection unit (24) and a waveform shaping circuit (25). , Is given to the timer (26) through the interface (22), the time until the reflected sound wave is returned is measured by the timer (26), and the distance to the wall is counted. Then, the counted value is input to the calculation unit (27) and the memory unit (28). The memory section (28) stores work area shape information (map information) and travel route information of the work vehicle.
次に作業車本体の動作を第３図のような障害物（30）
や凹凸のある壁（31）を有した作業領域（29）を作業す
る場合について説明する。作業車（１）には、予め作業
領域の大きさ、障害物（30）の位置、大きさ、各々の壁
が平たんか凹凸があるか、経路データ等が与えられてい
て、この情報に基いて姿勢・位置のずれを動作開始前又
は方向転換等の各直進走行前に補正する。第３図の状況
では、右側方には障害物があり、超音波センサ（12）で
の壁までの距離測定が不可能であり、前方には凹凸のあ
る壁（31）がありこの壁までの距離測定は不正確になる
ので基準面とはなり得ない。このように作業車の走行経
路情報に従った現在位置（x,y）とメモリ部（28）内に
記憶された作業領域の地図情報とから基準面となり得る
フラットな壁の中で最も近い壁を演算部（27）で探索・
演算して作業車は自立的に距離測定する方向を決定す
る。第３図では、基準面となり得る壁は左側方と後方で
あり、この内、距離が近い方の後方の側面までの距離を
夫々超音波センサ（16）（17）により測定する。この時
のセンサ（16）（17）になる壁までの距離測定値を各々
l1,l2とすると作業車の姿勢のずれθｏは、θｏ＝tan-1
（l1−l2/d）である。ここでｄは、超音波センサ（16）
（17）の間隔である。そして姿勢のずれθｏだけ、制御
手段（７）により左右の車輪（２）（３）を駆動して補
正する。姿勢の補正後、作業車の前後方向の位置の補正
を行うが、前後方の中で基準となり得る壁で最も近い壁
（第３図では後方）との距離を測定し、経路情報内の現
在位置と実際の位置のずれyoを同様に制御手段により車
輪で駆動して補正する。Next, the operation of the work vehicle body is shown in Fig. 3 Obstacles (30)
A case of working in a work area (29) having a wall (31) with irregularities or irregularities will be described. The work vehicle (1) is given in advance the size of the work area, the position and size of the obstacle (30), whether each wall is flat or uneven, route data, etc., and based on this information. And corrects the deviation of the posture / position before the start of the operation or before each straight traveling such as a change of direction. In the situation shown in FIG. 3, there is an obstacle on the right side, it is impossible to measure the distance to the wall with the ultrasonic sensor (12), and there is a wall (31) with irregularities in front of this wall. Is inaccurate and cannot be a reference plane. As described above, the closest wall among the flat walls that can be a reference plane is obtained from the current position (x, y) according to the travel route information of the work vehicle and the map information of the work area stored in the memory unit (28). Search for in the calculation unit (27)
By performing the calculation, the work vehicle autonomously determines the direction of the distance measurement. In FIG. 3, the walls that can be reference planes are the left side and the rear side, and the distance to the rear side, which is closer to the rear side, is measured by the ultrasonic sensors (16) and (17), respectively. At this time, the distance measurements to the walls that become sensors (16) and (17)
Assuming l 1 and l 2 , the deviation θ o of the posture of the working vehicle is θ o = tan −1
(L 1 −l 2 / d). Where d is the ultrasonic sensor (16)
It is the interval of (17). Then, the left and right wheels (2) and (3) are driven and corrected by the control means (7) by the posture deviation θ o . After the posture is corrected, the position of the work vehicle in the front-rear direction is corrected. corrected by driving the wheel by the same control means the deviation y o of the actual position and the position.
以上のように姿勢・位置の補正を行い、その後再度姿
勢θｏを算出しその角度を前進走行の基準姿勢としてメ
モリ部（28）内に保持して直進走行を開始する。The posture / position is corrected as described above, then the posture θo is calculated again, and the angle is held in the memory unit (28) as the reference posture for forward traveling, and straight traveling starts.
こうした作業車の位置及び姿勢の補正は作業車が停止
して方向転換をするときに必ず行うが、フラットな基準
面が見つからない場合は姿勢あるいは位置の補正が省略
される。このような作業車の動作を第４図の流れ図に示
す。Such correction of the position and orientation of the work vehicle is always performed when the work vehicle stops and changes direction. However, if a flat reference plane cannot be found, the correction of the posture or position is omitted. The operation of such a work vehicle is shown in the flowchart of FIG.
尚、作業領域の地図情報を使わず、作業車の各側面に
設けた各々２個の超音波センサ（12）〜（17）からの出
力を用いて基準面決定の判断をすることも可能である。
また、地図情報や作業領域情報はメモリ部（28）に記憶
したがこれはメモリカード等に記憶させ演算部（27）に
連なった情報読取手段に着脱自在としても良い。It is also possible to use the outputs from the two ultrasonic sensors (12) to (17) provided on each side of the work vehicle instead of using the map information of the work area to determine the reference plane. is there.
Although the map information and the work area information are stored in the memory unit (28), they may be stored in a memory card or the like and may be detachably attached to an information reading unit connected to the arithmetic unit (27).
次に上記第４図の直進走行動作に関して第５図のよう
な作業領域を走行する場合についての動作を説明する。
作業車本体（１）が図中の点線で示す経路を走行する前
に、予め与えられた作業領域の地図情報および走行経路
情報から判断して走行の基準面を決定する。第５図のよ
うにまずａ区域では、右側方に障害物があることが地図
情報からもわかるため、左側方を基準面としてこれを距
離センサ（超音波センサ）により距離測定してこの距離
が一定になるように補正走行する。次にｂ区域では、左
側方に複数の障害物があることが地図情報からもわかる
ため、右側方を基準面としてこれを距離センサ（超音波
センサ）により距離測定して補正走行する。なお、両側
面とも基準面となり得る時は、距離の近い方を基準面と
する。次にｃ区域では右側方は凹凸のある壁で左側方は
障害物があり、いづれの面も基準面にはなり得ない。こ
の場合は駆動輪（２）（３）の回転角を検知するエンコ
ーダー（18）（19）の左右の出力差と直進動作直前の基
準姿勢θｏにより作業車の姿勢θｎを随時算出してお
り、この値を用いて姿勢による補正走行を行う。Next, regarding the straight-ahead traveling operation of FIG. 4, the operation for traveling in the work area as shown in FIG. 5 will be described.
Before the work vehicle body (1) travels along the route indicated by the dotted line in the figure, a reference plane for travel is determined by judging from map information and travel route information of a work area given in advance. As shown in FIG. 5, first, in the area a, it can be seen from the map information that there is an obstacle on the right side. Therefore, the distance is measured by a distance sensor (ultrasonic sensor) using the left side as a reference plane, and this distance is determined. The vehicle travels corrected so as to be constant. Next, in the area b, since it can be seen from the map information that there are a plurality of obstacles on the left side, the right side is used as a reference plane and the distance is measured by a distance sensor (ultrasonic sensor) to perform correction traveling. If both sides can be reference planes, the one closer in distance is used as the reference plane. Next, in the area c, the right side has an uneven wall and the left side has an obstacle, and neither plane can be a reference plane. In this case, the posture θn of the work vehicle is calculated from time to time based on the difference between the left and right outputs of the encoders (18) and (19) that detect the rotation angles of the drive wheels (2) and (3) and the reference posture θ o immediately before the straight running operation. The corrected traveling based on the posture is performed using this value.
なお、各々a,b,c区域の距離測定方向の変化点は、作
業領域の地図情報と回転角検出器（エンコーダ）から算
出した作業車の直進距離を照合して認識する。こうした
直進走行動作の流れ図を第６図に示す。It should be noted that the change points of the distance measurement directions in the areas a, b, and c are recognized by collating the map information of the work area with the straight traveling distance of the work vehicle calculated from the rotation angle detector (encoder). FIG. 6 shows a flowchart of such a straight running operation.
第７図は直進走行動作の他の実施例を示すための作業
領域の模式図であって、第８図の流れ図とともに走行動
作を説明する。この場合は、作業車本体（１）が第７図
中の点線で示す経路を走行中左右の内近い方の側面、例
えば左側面を超音波センサで測り、センサの出力により
側面からの距離を例えば一定のlaに保って走行するよう
に補正制御される（第７図中ａ区域）。また、側面の壁
が基準となり得ない時や左側方に障害物等があり超音波
センサの出力がばらつき、基準値となり得ない場合は、
左右の車輪（３）（２）に対応するセンコーダ（19）
（18）の出力差から作業車の姿勢θｎを以下のように随
時算出しており、この値を用いて姿勢による補正走行を
行う。（第７図、ｂ区域） ｄθｋ＝（ΔLk−ΔRk）/T ここでΔLk・ΔRkは左右各々の車輪の単位時間当たり
の進行距離、Ｔはトレッド（車輪間の距離）、ｄθｋは
単位時間当りの姿勢変化量、θｏは直進走行前の姿勢、
θｎは現在の姿勢である。FIG. 7 is a schematic diagram of a work area for illustrating another embodiment of the straight running operation, and the running operation will be described with reference to the flowchart of FIG. In this case, while the work vehicle body (1) is traveling along the route shown by the dotted line in FIG. 7, the left and right inner side surfaces, for example, the left side surface, are measured with an ultrasonic sensor, and the distance from the side surface is measured by the output of the sensor. For example, correction control is performed so as to keep the vehicle at a constant la (area a in FIG. 7). In addition, when the side wall cannot be used as a reference or when the output of the ultrasonic sensor varies due to obstacles etc. on the left side and it cannot be a reference value,
Sencoder (19) corresponding to the left and right wheels (3) (2)
The posture θn of the work vehicle is calculated as needed from the output difference of (18) as follows, and the corrected traveling based on the posture is performed using this value. (FIG. 7, area b) dθ k = (ΔL k −ΔR k ) / T Here, ΔL k and ΔR k are the traveling distances of the left and right wheels per unit time, T is the tread (distance between wheels), dθ k is the amount of posture change per unit time, θ o is the posture before traveling straight,
θn is the current posture.
次に超音波センサの出力が大きく変化した後（図中に
示すla→lbに変化した後）その出力lbが一定間隔以上継
続した時は、当初の側方の壁までの距離の基準laを書き
換え、新たな基準lbをメモリ部（28）に保持して超音波
センサ出力がこの値になるように、補正走行を行う（第
７図中ｃ区域）。Next, after the output of the ultrasonic sensor has changed significantly (after changing from la to lb shown in the figure) and the output lb has continued for a certain interval or more, the reference la for the initial distance to the side wall is determined. After rewriting, the new reference lb is held in the memory unit (28), and the corrected travel is performed so that the ultrasonic sensor output becomes this value (area c in FIG. 7).
なお、図中のa,b,c区域の各々の走行は、上に述べた
ように主として超音波センサの出力により判断して基準
を変える方法を示したが、これは予め与えられた作業領
域の地図情報と走行経路情報と、作業車の現在位置から
判断して基準を変える方法を採用しても良い。As described above, the traveling of each of the areas a, b, and c in the figure is mainly based on the method of judging based on the output of the ultrasonic sensor and changing the reference. It is also possible to adopt a method of changing the criterion by judging from the map information and travel route information of the work vehicle and the current position of the work vehicle.
ト） 発明の効果 以上の如く本発明によれば、作業領域の地図情報およ
び走行経路情報に基づいて、距離センサの距離計測の基
準壁面として作業車が最も近接する壁面を選択し、距離
センサによる該壁面との距離計測結果によって作業車の
位置および姿勢を検出するので、姿勢検出を正確に行え
る。また、こうして検出された情報と走行経路情報を比
較することで、走行開始までに作業車の位置および姿勢
を補正しているので、作業開始直後に作業車が走行経路
から大きくずれて未作業領域が発生すると云う問題はな
くなる。G) Effects of the Invention As described above, according to the present invention, based on map information and travel route information of a work area, a wall closest to a work vehicle is selected as a reference wall for distance measurement by a distance sensor, and the distance sensor uses the distance sensor. Since the position and posture of the work vehicle are detected based on the distance measurement result with respect to the wall surface, the posture can be accurately detected. Also, by comparing the information thus detected with the travel route information, the position and orientation of the work vehicle are corrected before the start of travel, so that the work vehicle is greatly deviated from the travel route immediately after the start of work, and the The problem of the occurrence of the problem disappears.
第１図は本発明自走式作業車を上面から見たときの構成
模式図、第２図は本発明自走式作業車の走行制御機構を
示すブロック図、第３図、第５図、第７図は作業領域の
模式図、第４図、第６図は本発明自走式作業車の動作を
示す流れ図、第８図は本発明自走式作業車の他の動作例
を示す流れ図である。 （１）……作業車本体、（２）（３）……駆動輪、
（４）（５）……モータ、（６）……作業手段、（７）
……制御手段、（８）（９）……キャスタ、（10）〜
（17）……超音波センサ、（18）（19）……エンコー
ダ、（20）（24）……検出部、（21）（25）……波形整
形回路、（23）……カウンタ、（26）……タイマ、（2
7）……演算部、（28）……メモリ部、（29）……作業
領域、（30）……障害物、（31）……壁。FIG. 1 is a schematic view of the configuration of the self-propelled work vehicle of the present invention when viewed from above, FIG. 2 is a block diagram showing a travel control mechanism of the self-propelled work vehicle of the present invention, FIG. 3, FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of a work area, FIGS. 4 and 6 are flow charts showing the operation of the self-propelled work vehicle of the present invention, and FIG. 8 is a flow chart showing another operation example of the self-propelled work vehicle of the present invention. It is. (1) …… Work vehicle body, (2) (3) …… Drive wheels,
(4) (5) ... motor, (6) ... working means, (7)
... Control means (8) (9) ... Casters (10)-
(17) …… Ultrasonic sensor, (18) (19) …… Encoder, (20) (24) …… Detector, (21) (25) …… Wave shaping circuit, (23) …… Counter, ( 26) …… Timer, (2
7) Computation unit, (28) …… Memory unit, (29) …… Work area, (30) …… Obstacle, (31) …… Wall.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−4814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−178373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−276611（ＪＰ，Ａ)Continuation of the front page (56) References JP 64-4814 (JP, A) JP 60-178373 (JP, A) JP 62-276611 (JP, A)
Claims (2)
式作業車において、 作業車本体側面に設けられた複数の距離センサと、 作業領域の地図情報および走行経路情報を保持する情報
保持手段と、 作業車本体の走行制御を行う制御手段と、を備え、 前記制御手段は、作業開始前に前記情報保持手段内の作
業領域の地図情報および走行経路情報に基づいて、前記
距離センサによる距離計測の基準となる壁面として作業
車が最も近接する壁面を選択し、前記距離センサによる
該壁面との距離計測結果によって作業車の位置および姿
勢を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果を
前記情報保持手段内の走行経路情報と比較して、作業車
の位置および姿勢を補正する補正手段とを有しているこ
とを特徴とした自走式作業車。1. A self-propelled work vehicle that performs a predetermined work while traveling in a room, comprising: a plurality of distance sensors provided on a side surface of the work vehicle body; and information holding map information and travel route information of a work area. Holding means, and control means for controlling traveling of the work vehicle main body, wherein the control means controls the distance sensor based on map information and travel route information of a work area in the information holding means before starting work. Detecting means for selecting a wall surface closest to the work vehicle as a reference wall surface for distance measurement by means of the distance sensor, and detecting the position and orientation of the work vehicle based on the distance measurement result from the distance sensor. A self-propelled work vehicle comprising: a correction unit that compares the result with the travel route information in the information holding unit to correct the position and orientation of the work vehicle.
る壁面として、平坦な壁面形状のものを前記地図情報か
ら選択することを特徴とした請求項１記載の自走式作業
車。2. The self-propelled work vehicle according to claim 1, wherein a flat wall shape is selected from the map information as a wall surface used as a reference for distance measurement by the distance sensor.
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| JP63033275A JP2609890B2 (en) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | Self-propelled work vehicle |
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