(57)【要約】【課題】装備が簡素であり、初期位置および姿勢から目標位置および目標姿勢に向かう動作が自然な印象を与える全方向移動ロボットを提供する。【解決手段】  全方向移動ロボット１が指令された目標位置Ｂおよび目標ロボット前面方向８ｂに移動する際に、初期位置Ａ付近にて全方向移動ロボット１を目標位置Ｂへ並進させながら、ロボット前面が初期位置Ａから目標位置Ｂへ向かうベクトルと同一方向に向くように回転させ、目標位置Ｂ付近にて全方向移動ロボット１を目標位置Ｂへ並進させながら、ロボット前面が目標ロボット前面方向８ｂと同一方向に向くよう回転させる。【選択図】図８
2006202213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上で並進と回転を同時に行うことができる全方向移動機構と、前記全方向移動機構の駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、上記平面内における自己の位置および姿勢を計測する計測手段と、障害物などを検知する環境認識手段と、人間や作業対象物に対向するロボット前面を備えた全方向移動ロボットにおいて、
前記制御手段は、前記全方向移動ロボットが指令された目標位置および目標ロボット前面方向に移動する際に、初期位置付近にて前記全方向移動ロボットを前記目標位置へ並進させながら、前記ロボット前面が前記初期位置から前記目標位置へ向かうベクトルと同一方向に向くように回転させ、以後前記ベクトルに沿って前記全方向移動ロボットを並進させ、前記目標位置付近に達すると前記全方向移動ロボットを前記目標位置へ並進させながら、前記ロボット前面が前記目標ロボット前面方向と同一方向に向くよう回転させる制御を行うことを特徴とする全方向移動ロボット。
【請求項２】
前記制御手段は、前記初期位置付近にて、前記初期位置からの距離が予め設定された第１の閾値に達するまでに前記ロボット前面が前記ベクトルと同一方向に向くように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の全方向移動ロボット。
【請求項３】
前記制御手段は、前記目標位置への移動を開始する前に、前記ベクトルの向きまでの初期回転角度を計算し、前記初期回転角度を達成する初期回転速度パターンを計算し、前記初期回転角度を回転するのに要する初期回転時間を計算し、前記初期回転時間での前記全方向移動ロボットの並進移動量を計算して前記第１の閾値と比較し、前記並進移動量が前記第１の閾値を越えている場合は前記並進速度パターンを再計算して前記並進移動量を前記第１の閾値以下として、前記初期回転速度パターンと前記並進速度パターンとに従って前記駆動手段を制御することを特徴とした請求項２に記載の全方向移動ロボット。
【請求項４】
前記第１の閾値は、前記環境認識手段によって得た前記初期位置に最も近い障害物と前記初期位置との距離よりも小さい値とすることを特徴とする請求項２または３に記載の全方向移動ロボット。
【請求項５】
前記制御手段は、前記目標位置付近にて、前記目標位置までの距離が予め設定された第２の閾値以下になると前記駆動手段に対し前記ロボット前面が前記目標ロボット前面方向に向くように制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の全方向移動ロボット。
【請求項６】
前記制御手段は、前記目標位置への移動を開始する前に、前記目標ロボット前面方向までの最終回転角度を計算し、前記最終回転角度を達成する最終回転速度パターンを計算し、前記最終回転角度を回転するのに要する最終回転時間を計算し、前記全方向移動ロボットの停止位置が前記目的位置に一致するような並進速度パターンを計算し、前記最終回転時間での前記全方向移動ロボットの並進移動量を計算して前記第２の閾値と比較し、前記並進移動量が前記第２の閾値を越えている場合は前記並進速度パターンを再計算して前記並進移動量を前記第２の閾値以下として、前記最終回転速度パターンと前記並進速度パターンとに従って前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の全方向移動ロボット。
【請求項７】
前記第２の閾値は、前記環境認識手段によって得た前記目標位置に最も近い障害物と前記目標位置との距離よりも小さい値とすることを特徴とする請求項５または６に記載の全方向移動ロボット。
【請求項８】
前記制御手段は、前記初期位置から前記目標位置までの距離が前記第１の閾値よりも小さい予め設定された第３の閾値以下である場合には、前記初期位置付近にて前記全方向移動ロボットを前記目標位置へ並進させながら、前記ロボット前面が前記初期位置から前記目標位置へ向かうベクトルと同一方向に向くように回転させる工程を行わず、前記全方向移動ロボットを前記目標位置へ並進させながら、前記ロボット前面が前記目標ロボット前面方向と同一方向に向くよう回転させる制御を行うことを特徴とする請求項１から７の少なくとも１項に記載の全方向移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面上で並進と回転を同時に行うことができる全方向移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
平面上で並進と回転を同時に行うことができる全方向移動機構を備えた台車やロボット(例えば、特許文献１、２)は、一般的な４輪自動車とは異なり方向転換するために旋回動作を必要とせず、狭い場所でも移動しやすいという利点がある。また切り返しや方向転換をすることなく、どの方向にも移動でき、目標位置へ容易に到達できるという利点もある。
特許文献１にて開示されている全方向移動台車（図９）は、図１０のように少なくとも３つ以上のオムニホイル１０１を駆動輪として備えており、操作力検出手段１０２によって検出された操作者の操作力に応じて前記全方向移動台車を駆動するものである。また特許文献２にて開示されている全方向移動車両（図１１）は、一対のチェーン１１４の間に円筒状の複数のフリーローラ１１１、１１２、１１３、・・・を同軸的位置に直列に配置したものを無限軌道状に構成し駆動するようにしたクローラを３台、図１２のように配置してなるものである。
いずれも各々のオムニホイルあるいはクローラの回転速度を適切に制御することによって、Ｘ方向並進速度、Ｙ方向並進速度、Ｚ軸回り回転速度、を所望の値に設定できることが示されている。
【０００３】
また特許文献３で開示されているのは、少なくとも３つのオムニホイルをそなえた全方向移動車両を移動制御する方法であって、並進移動と回転移動を近似的に独立に制御することで、例えば全方向移動車両に固定されたカメラの被写体をカメラの視野内に捕らえながら移動することを容易にするものである。図１３は特許文献３が理想とする並進回転移動の例を実線で示した図である。図１３において１３１は全方向移動車両、矢印１３２は前記全方向移動車両に固定されたカメラの向きを表している。
【０００４】
一方、特許文献４では、搭載したカメラの向きを常にロボットの走行方向に一致させるような全方向移動ロボット（図１４）が開示されている。図１４において１４２ａは操向駆動用モータ、１４２ｂは走行駆動用モータ、１４３ａ〜ｄは操向軸、１４４ａ〜ｄは車輪、１４５ａは回頭ベルト、１４５ｂは操向ベルト、１４７ａ〜ｄはタイミングベルト車、１４８はタイミングベルト、１４９はカメラ、１５０は車輪受けである。操向駆動用モータ１４２ａの駆動力は操向ベルト１４５ｂを介して操向軸１４３ａ〜ｄに伝わり、それぞれに接続された車輪受け１５０を本体６に対して回動させる。これによって車輪１４４ａ〜ｄの向きが変わるため、全方向移動ロボットは旋回動作をせずに方向転換することができる。同時に、操向駆動用モータ１４２ａの駆動力は回頭ベルト１４５ａを介してカメラ１４９にも伝わり、カメラ１４９は車輪１４４ａ〜ｄと同方向に回頭するため、カメラ１４９は常に全方向移動ロボットの進行方向を向く。よって進行方向の状況に応じた操向方向や速度の制御が容易になる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０９７２２１号公報（第２４頁、図１、図５）
【特許文献２】特開平０７−０１７４４２号公報（第２４頁、図１、図７）
【特許文献３】特開２００３−３３０５４２号公報（第８頁、図１１）
【特許文献４】特開平１１−２０２９３７号公報（第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、以上に示したような全方向移動ロボットは方向転換や切り返し動作を伴わずにあらゆる方向に移動できる反面、場合によっては後ろ向きや横向きのまま移動することになり、全ての進行方向の障害物を検出するためには障害物検出センサを全方向に備える必要があり、装備が複雑になるという問題があった。
【０００７】
この問題を、図１５を用いて説明する。図１５において１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃはそれぞれ初期状態、最終状態、移動中における全方向移動ロボットを表し、矢印１０８ａは初期ロボット前面方向、矢印１０８ｂは目標ロボット前面方向、矢印１０８ｃは移動中におけるロボット前面方向を表し、Ａはロボット初期位置、Ｂはロボット目標位置を表している。ロボットの軌跡はロボット初期位置Ａおよび初期ロボット前面方向１０８ａとロボット目標位置Ｂおよび目標ロボット前面方向１０８ｂとの間を直線補間したものである。
このようにロボット初期位置Ａから見たロボット目標位置Ｂの方向が初期ロボット前面方向１０８ａと大きく異なっていたり、目標ロボット前面方向１０８ｂと初期ロボット前面方向１０８ａの向きが大きく異なっていたりすると、全方向移動ロボット１０１が後ろ向きや横向きに移動する区間が長くなる。そのため、移動途中の障害物検出を確実に行うためには、全方向移動ロボットは横面や後面にもロボット前面に備えるものと同等の障害物検出センサを備えねばならず、装備の複雑化を招く。これは特許許文献３で開示されている軌跡例においても同様である。また特許文献４のようにカメラが常に進行方向を向くようにするには特別な機構が必要となり、ロボット自体の複雑化を強いられる。
【０００８】
更に、人間に対して情報や作業などのサービスを提供するサービスロボットが図１５のような動作をすると周囲の人間は極めて不自然な印象を受けるため、サービスロボットとして適切ではない。また並進移動方向にいる人間に情報を提供したり作業対象物を扱ったりするには、情報提示装置や作業手段を全方向移動ロボットの全ての向きに備えるか、全ての向きに動かせるような構成としなければならないため、やはり装備が複雑となる。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決しようとするものであり、装備が簡素であり、初期位置および姿勢から目標位置および目標姿勢に向かう動作が自然な印象を与える全方向移動ロボットを提供することを目的とする。
ここで全方向移動ロボットとは、平面上で並進と回転を同時に行うことができる全方向移動機構と、全方向移動機構の駆動手段と、駆動手段を制御する制御手段と、平面内における自己の位置および姿勢を計測する計測手段と、障害物などを検知する環境認識手段と、人間や作業対象物に対向するロボット前面を備えているものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の問題を解決するため、本発明では以下のように全方向移動ロボットを構成した。
請求項１に記載の発明は、平面上で並進と回転を同時に行うことができる全方向移動機構と、前記全方向移動機構の駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、上記平面内における自己の位置および姿勢を計測する計測手段と、障害物などを検知する環境認識手段と、人間や作業対象物に対向するロボット前面を備えた全方向移動ロボットにおいて、前記制御手段は、前記全方向移動ロボットが指令された目標位置および目標ロボット前面方向に移動する際に、初期位置付近にて前記全方向移動ロボットを前記目標位置へ並進させながら、前記ロボット前面が前記初期位置から前記目標位置へ向かうベクトルと同一方向に向くように回転させ、以後前記ベクトルに沿って前記全方向移動ロボットを並進させ、前記目標位置付近にて前記全方向移動ロボットを前記目標位置へ並進させながら、前記ロボット前面が前記目標ロボット前面方向と同一方向に向くよう回転させる制御を行うことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記初期位置付近にて、前記初期位置からの距離が予め設定された第１の閾値に達するまでに前記ロボット前面が前記ベクトルと同一方向に向くように前記駆動手段を制御することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記目標位置への移動を開始する前に、前記ベクトルの向きまでの初期回転角度を計算し、前記初期回転角度を達成する初期回転速度パターンを計算し、前記初期回転角度を回転するのに要する初期回転時間を計算し、前記初期回転時間での前記全方向移動ロボットの並進移動量を計算して前記第１の閾値と比較し、前記並進移動量が前記第１の閾値を越えている場合は前記並進速度パターンを再計算して前記並進移動量を前記第１の閾値以下として、前記初期回転速度パターンと前記並進速度パターンとに従って前記駆動手段を制御することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記第１の閾値は、前記環境認識手段によって得た前記初期位置に最も近い障害物と前記初期位置との距離よりも小さい値とすることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記制御手段は、前記目標位置付近にて、前記目標位置までの距離が予め設定された第２の閾値以下になると前記駆動手段に対し前記ロボット前面が前記目標ロボット前面方向に向くように制御を開始することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記制御手段は、前記目標位置への移動を開始する前に、前記目標ロボット前面方向までの最終回転角度を計算し、前記最終回転角度を達成する最終回転速度パターンを計算し、前記最終回転角度を回転するのに要する最終回転時間を計算し、前記全方向移動ロボットの停止位置が前記目的位置に一致するような並進速度パターンを計算し、前記最終回転時間での前記全方向移動ロボットの並進移動量を計算して前記第２の閾値と比較し、前記並進移動量が前記第２の閾値を越えている場合は前記並進速度パターンを再計算して前記並進移動量を前記第２の閾値以下として、前記最終回転速度パターンと前記並進速度パターンとに従って前記駆動手段を制御することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、前記第２の閾値は、前記環境認識手段によって得た前記目標位置に最も近い障害物と前記目標位置との距離よりも小さい値とすることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、前記制御手段は、前記初期位置から前記目標位置までの距離が前記第１の閾値よりも小さい予め設定された第３の閾値以下である場合には、前記初期位置付近にて前記全方向移動ロボットを前記目標位置へ並進させながら、前記ロボット前面が前記初期位置から前記目標位置へ向かうベクトルと同一方向に向くように回転させる工程を行わず、前記全方向移動ロボットを前記目標位置へ並進させながら、前記ロボット前面が前記目標ロボット前面方向と同一方向に向くよう回転させる制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、横向きや後ろ向きのまま移動するといった不自然な動作が減るため、周囲の人間に自然な印象を与えることができる。さらに、環境認識センサや人間への情報提示装置、多関節マニピュレータなどの装備を全方向移動ロボットの前面に重点的に配置できるため、全ての方向に環境認識センサや情報提示装置などを装備する必要がなくなり、装備を簡素化できる。
請求項２に記載の発明によれば、長距離を並進移動する前に移動方向にロボット前面を向けるためロボット前面に備えられたセンサのみで移動方向に存在する障害物を確実に検出でき、移動中にも周囲の人間に自然な印象を与えることができる。
請求項３に記載の発明によれば、単純な演算によって請求項２に記載の動作を実現することができる。
請求項４に記載の発明によれば、移動終了直前までロボット前面を移動方向に向けておくためロボット前面に備えられたセンサのみで移動方向に存在する障害物を確実に検出でき、移動中にも周囲の人間に自然な印象を与えることができる。
請求項５に記載の発明によれば、単純な演算によって請求項４に記載の動作を実現することができる。
請求項６または７に記載の発明によれば、全方向移動ロボットが周囲にある障害物を確実に回避することができる。
請求項８に記載の発明によれば、全方向移動ロボットの移動距離が短くかつ障害物と接触する可能性がない場合にロボット前面方向と移動方向とを一致させる動作を省くことで、素早く目的位置まで移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施例を図１〜図８に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１および図２は、本発明による全方向移動ロボットの実施例を示し、図1は全方向移動ロボットを側面から、図２は下面から見た図である。図において１は全方向移動ロボット本体、２は全方向移動台車部、３ａ、３ｂ、３ｃは減速器とエンコーダを内蔵するモータユニット、４ａ、４ｂ、４ｃはオムニホイル、５は広角カメラ、６はモニタ、７は双腕の多関節マニピュレータ、８は全方向移動ロボット１に設定したロボット前面方向である。ただし図２は全方向移動台車部２の構造を示すための図なので、図１に描かれている双腕ロボットアーム７などは省略している。
【００１４】
全方向移動台車部２は、３つのモータユニット３ａ、３ｂ、３ｃの各軸にそれぞれ接続されたオムニホイル４ａ、４ｂ、４ｃが互いに１２０°の角度をなすように配置した構造になっており、それぞれのモータの回転速度を適切に調整することで前後・左右・回転の動作を同時に行うことができる。またエンコーダの出力値からオムニホイルの回転速度を計算でき、更に運動学的計算を行うことで全方向移動ロボット１の移動速度・回転速度および移動量・回転量を知ることができる。よって、全方向移動ロボット１の初期の位置および向きを基準とした相対的な位置および向きを知ることができる。
【００１５】
広角カメラ５は環境認識のために設置するもので、ロボット前面方向８の環境を撮影し、その結果を画像処理して障害物などの検知を行う。広角カメラ５はロボット前面に固定して設けておけばよく、首振り機構などを備える必要はない。モニタ６は様々な情報を表示して人間に提供するためのもので、表示画面はロボット前面方向８に向けて設ける。これもロボットに固定してよく、首振り機構などを備える必要はない。双腕多関節マニピュレータ７は物体操作や人間の補佐などの作業をするためのもので、手先の到達範囲は全方向移動ロボット１の前面周辺に限定してよく、ロボットの周囲全体にわたって到達可能なものである必要はない。
このようにロボット前面に重点的に機器を搭載することで、全方向移動ロボット１は簡素な構成とすることができる。また人間がロボット前面を容易に認識でき、サービスロボットとして自然に接することができるようになる。
【００１６】
全方向移動ロボット１内部の図示しない制御装置の構成を図３に示す。図３において９は制御用マイコン、１０は３軸分のサーボアンプ、１１は３軸分のモータ、１２は３軸分のエンコーダ、１３はＤＡ変換器、１４はパルスカウンタ、１５は上位制御用コンピュータである。上位制御用コンピュータには具体的にはパーソナルコンピュータなどを用いる。制御用マイコン９は画像処理やモータの制御など各種演算機能とディジタル入出力機能を有し、内部に実装した制御用プログラムを実行できる。
制御用マイコン９はパルスカウンタ１４からの３軸分のモータ回転角度信号を読み取り、また上位制御用コンピュータ１５からの目標位置・目標ロボット前面方向の信号を受け、３軸分のモータ速度指令信号を計算してＤＡ変換器１３に出力する。ＤＡ変換器１３は３軸分のモータ速度指令信号をアナログ電圧値に変換し、サーボアンプ１０に出力する。サーボアンプ１０は接続されたモータ１１を指令に応じて速度制御する。モータ１１の回転はエンコーダ１２によって検出され、サーボアンプ１０からパルス信号となって出力される。パルスカウンタ１４はパルス信号をカウントしてモータ回転角度信号を制御用マイコン９に出力する。
【００１７】
本発明の全方向移動ロボットは、予め閾値ｄａ、ｄｂ、ｄｃ（いずれも０以上の実数）を設定し、制御用マイコン９のメモリに記憶しておく。
閾値ｄａは、ロボット前面方向を移動方向に向ける間に全方向移動ロボットが初期位置から移動する距離に関連する値で、事前に与えられた環境情報を基に初期位置周辺から目標位置に向かう向きに存在すると想定される最も近い障害物までの距離よりも小さな値を設定する。
閾値ｄｂは、目標位置周辺まで移動した全方向移動ロボットが、ロボット前面方向を目標方向に向け始める地点と目標位置との距離に関連する値で、事前に与えられた環境情報および移動中の計測結果を基に、目標位置とその周囲の障害物との間の距離よりも十分小さな値を設定する。
また、閾値ｄｃにはｄａよりさらに小さい値を設定する。
【００１８】
続いて制御用マイコン９内部で行う処理の内容を、図４のフローチャートを用いて説明する。
上位制御用コンピュータ１５から目標位置および目標ロボット前面方向を受け取ると、まずステップＳ１で初期位置（現在位置）と目標位置との距離ｄ１を計算する。ステップ２ではｄ１と閾値ｄｃとを比較し、比較結果に応じてステップＳ３に進むかステップＳ１７に進むかを選択する。
もしｄ１の値が閾値ｄｃ以下であれば、移動途中に障害物と接触する危険がないためステップＳ１７に進み、図１３のように並進移動しながら目標位置に達するまでにロボット前面方向８を目標ロボット前面方向に向けるような並進および回転速度パターンを計算して処理を終了する。または、初期位置にて全方向移動ロボット１を目標ロボット前面方向に向けそのまま目標位置まで並進移動させたり、初期の向きのまま目標位置まで並進移動させ、目標位置にて目標ロボット前面方向に向くよう回転させたりしてもよい。
ｄ１の値が閾値ｄｃよりも大きい場合は、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、並進移動方向と初期ロボット前面方向との差である初期回転角度θａを計算してステップＳ４に進む。ステップＳ４では初期回転角度θａを達成する初期回転速度パターンを計算する。
【００１９】
初期回転速度パターンの例を図５に示す。図５のグラフにおいて横軸は時間、縦軸は全方向移動ロボット１の回転速度で、５１は回転速度曲線である。またｔａは初期回転時間で、斜線部分５２は回転速度曲線５１が時間区間ｔａにてなす面積であって、回転角度に相当する。ωｍａｘは時間区間ｔａ  での最大回転速度である。加速時および減速時の回転速度曲線５１の傾きはそれぞれ一定とする。最大回転速度ωｍａｘおよび回転速度曲線５１の傾きの大きさは、モータ１１の定格トルク制限および定格回転数制限を越えないような値に設定する。
【００２０】
ステップＳ５では回転角度が初期回転角度θａに一致するまでの時間すなわち初期回転時間ｔａを求める。ステップＳ４で速度パターンを決定すると、初期回転時間ｔａは一意に決まる。
【００２１】
ステップＳ６では初期回転時間ｔａにおける並進速度パターンを計算する。初期並進速度パターンの例を図６に示す。図６のグラフにおいて横軸は時間、縦軸は全方向移動ロボット１の並進速度、６１は並進速度曲線である。また斜線部６２は並進速度曲線６１が時間区間ｔａにてなす面積であって、初期並進移動量δａに相当する。ｖｍａｘは並進時の最大速度である。初期回転時間ｔａの間、並進速度曲線６１の傾きはモータ１１の定格トルク制限および定格回転数制限を越えない予め設定した一定値としておく。
【００２２】
ステップＳ７では、ステップＳ６で得られた初期並進速度パターンに基づく初期並進移動量δａを計算する。具体的には、ステップＳ６で得られた初期並進速度パターンを初期回転時間ｔａに渡って積分すればよい。続くステップＳ８ではステップＳ７で計算した初期並進移動量δａと閾値ｄａとを比較する。初期並進移動量δａが閾値ｄａよりも大きい場合はステップＳ９で図６中の並進速度曲線６１の傾きを小さくし、初期回転時間ｔａにおける並進速度を小さくする。そしてステップＳ６にもどり、初期並進速度パターンを再構成する。初期並進移動量δａが閾値ｄａ以下である場合はステップＳ１０に移行する。
【００２３】
ステップＳ１０では並進移動方向と目標ロボット前面方向との差である最終回転角度θｂを計算してステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では最終回転角度θｂを達成する最終回転速度パターンを計算する。最終回転速度パターンも図５に示した初期回転速度パターンの例と同様なものとする。
【００２４】
ステップＳ１２では回転開始から最終回転角度θｂを達成するまでの最終回転時間ｔｂを求め、ステップＳ１３に移る。
【００２５】
ステップＳ１３では初期回転時間ｔａ経過後から目標位置に到達するまでの最終並進速度パターンを計算する。図７は最終並進速度パターンの例である。図７のグラフにおいて横軸は時間、縦軸は全方向移動ロボット１の並進速度、７１は並進速度曲線である。また斜線部分７２は並進速度曲線７１が時間区間ｔｂにてなす面積であって、最終並進移動量δｂに相当する。ｔｂは最終回転時間、ｔｄは減速開始時刻を表す。
【００２６】
ステップＳ１４ではステップＳ１３で得られた最終並進速度パターンを時間区間ｔｂにわたって積分し、最終並進移動量δｂを求める。ステップＳ１５で最終並進移動量δｂと閾値ｄｂとを比較し、最終並進移動量δｂが閾値ｄｂ以下であれば最終並進速度パターンを採用し、速度パターン計算を終了する。最終並進移動量δｂが閾値ｄｂを上回っている場合は、ステップＳ１６で減速開始時刻ｔｄを早めることで時間区間ｔｂにおける並進速度を減らし、ステップＳ１３に戻って最終並進速度パターンを再構成する。
【００２７】
以上の処理を制御用マイコン９内部で行い、得られた回転速度パターンおよび並進速度パターンを実際の目標速度として、対応するモータ１１の回転速度指令を出力する。このとき全方向移動ロボット１が描く軌跡の例を図８に示す。
図８において１ａ、１ｂ、１ｃは、それぞれ初期状態、最終状態、移動中における全方向移動ロボットを表す。矢印８ａは初期ロボット前面方向、矢印８ｂは目標ロボット前面方向、矢印８ｃは並進移動中のロボット前面方向を表す。またＡは全方向移動ロボット１の初期位置、Ｂは目標位置である。
全方向移動ロボット１は初期位置Ａから閾値ｄａだけ移動する間に図５および図６に示したようなパターンにて回転および並進を行い、ロボット前面方向は並進移動方向（矢印８ｃの向き）に一致する。
以後、目標位置Ｂ付近に移動する間はロボット前面方向が常に並進移動方向に一致しているため、ロボット前面に備えた広角カメラ５によって並進移動方向の様子を広く的確にとらえることができる。全方向移動ロボット１が目標位置Ｂに接近し目標位置Ｂまでの距離が閾値ｄｂよりも小さくなると、全方向移動ロボット１はその前面が目標ロボット前面方向８ｂに向くように図５および図７に示したようなパターンにて回転および並進を行い、最終的に目標位置Ｂおよび目標ロボット前面方向８ｂに到達する。
【００２８】
以上のように、並進移動中にはロボット前面が移動方向に向いているのでロボット前面に備えた環境認識センサを有効に利用でき、特許文献４にて開示されている全方向移動ロボットなどに比べて装備を簡素にできるばかりか、図１３や図１５の例のように横向きや後ろ向きのまま移動するよりも、人間にとってより自然な印象を与える。
更に移動途中に障害物があればこれを確実に検出して回避したり、双腕多関節マニピュレータ７を用いて障害物を除去したりする動作が容易になる。また、離れた場所にいる人間に接近する際には、ロボット前面が移動方向に向いた状態で並進移動するので、人間はロボットが接近している間、モニタ６に提示されている情報を確認しやすいという効果もある。
【００２９】
本実施例では環境認識センサとして広角カメラ５を用いたが、レーザースキャナセンサー、超音波センサ、赤外線近接センサなどに置き換えることができ、環境認識に使用できるセンサであれば広く利用可能である。
【００３０】
また、本実施例では並進移動の軌跡を直線としたが、ロボット前面方向が常に並進移動方向に一致するようにすれば軌跡は必ずしも直線である必要はない。
【００３１】
更に、本実施例の全方向移動ロボットの全方向移動機構にはオムニホイルを用いたが、平面上で並進移動と回転移動とを同時に行うことができる機構であれば何らこれに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、ロボットの装備を簡素化でき人間にとって自然な動作が可能なため、全方向に移動可能なサービスロボットや作業ロボットに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例を示す全方向移動ロボットの側視図
【図２】本発明の実施例を示す全方向移動ロボットの台車部の下視図
【図３】本発明の実施例を示す全方向移動ロボットの制御装置の構成図
【図４】本発明の実施例を示す全方向移動ロボットの制御装置における処理の流れ図
【図５】本発明の実施例における回転速度パターンの例
【図６】本発明の実施例における初期並進速度パターンの例
【図７】本発明の実施例における最終並進速度パターンの例
【図８】本発明の実施例における全方向移動ロボットの移動軌跡例
【図９】従来の全方向移動台車を示した図
【図１０】図９の全方向移動台車の下視図
【図１１】従来の全方向移動車両に用いるクローラの構成を示した図
【図１２】従来の全方向車両における図１１のクローラの配置図
【図１３】従来の全方向移動体の制御装置における理想並進回転移動の例
【図１４】従来の全方向移動ロボットを示した図
【図１５】従来の全方向移動ロボットの移動軌跡例
【符号の説明】
【００３４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  全方向移動ロボット
２  全方向移動台車部
３、３ａ、３ｂ、３ｃ  減速器とエンコーダを有するモータユニット
４  オムニホイル
５  広角カメラ
６  モニタ
７  双腕多関節マニピュレータ
８、８ａ、８ｂ、８ｃ  ロボット前面方向
９  制御用マイコン
１０  サーボアンプ
１１  モータ
１２  エンコーダ
１３  ＤＡ変換器
１４  パルスカウンタ
１５  上位制御用コンピュータ
５１  回転速度曲線
５２  回転角度
６１  並進速度曲線
６２  初期並進移動量
７１  並進速度曲線
７２  最終並進移動量
１０１  オムニホイル
１０２  操作力検出手段
１１１〜１１３  フリーローラ
１１４  チェーン
１３１  全方向移動車両
１３２  カメラの向き
１４１  枢支軸
１４２  モータ
１４３  操向軸
１４４  車輪
１４５  ベルト
１４６  本体
１４７  タイミングベルト車
１４８  タイミングベルト
１４９  カメラ
１５０  車輪受け
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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