(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律移動装置本体の回転角度と移動変位を用いた自己位置推定を行って自律的に移動する自律移動装置であって、
移動用の複数の駆動輪と、
前記各駆動輪を回転駆動する回転モータと、
前記各回転モータの回転量に基づいた回転信号を出力するエンコーダと、
前記エンコーダからの各回転信号に基づいて自律移動装置本体の角速度を算出する角速度算出部と、
自律移動装置本体の角速度を直接取得するジャイロと、
前記角速度算出部により算出された角速度と前記ジャイロから得られた角速度とを用いて回転角度を推定すると共に、その推定した回転角度と前記移動変位とに基づいて前記モータの回転を制御することにより自律移動装置本体の走行制御を行う走行制御部と、を備え、
前記走行制御部は、前記角速度算出部により算出された角速度と前記ジャイロから得られた角速度との差の絶対値が所定値よりも大きいときには前記ジャイロから得られた角速度を用いて回転角度の推定を行い、前記角速度の差の絶対値が前記所定量よりも小さいかまたは等しいときには前記角速度算出部により算出された角速度を用いて回転角度を推定することを特徴とする自律移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己位置推定を行いながら走行する自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、２つの駆動輪をそれぞれ独立に制御することにより自律移動機能を実現する自走車、すなわち自律移動装置がある。自走車の自己位置推定には走行距離情報と自走車本体の回転情報が必要である。回転情報を得るための２つの方法が知られている。一つは、自走車本体に取り付けたジャイロからの出力情報に基づく方法であり、他の一つは、左右の駆動輪の回転駆動源、例えばモータに取り付けたエンコーダの回転信号と左右の駆動輪の寸法や配置形状などに基づく方法である。両者の方法にはそれぞれ以下のような利点、欠点がある。
【０００３】
ジャイロを用いる方法は、回転角度の推定精度が高いという利点があるが、ある角速度以下ではノイズの影響のため不感帯を設ける必要があり、微小な回転角度を推定できないという欠点がある。また、エンコーダを用いる方法は、不感帯を設ける必要はないものの、車輪のスリップ等の存在によってモータの回転が自走車の回転運動として十分に反映されない場合に誤差が大きくなるという欠点がある。
【０００４】
そこで、上述した欠点を解消するため、ジャイロとエンコーダの両方を備え、ジャイロとエンコーダを使い分けることにより回転情報の推定精度を高くして、駆動輪の滑りの外乱の大きさに応じた制御を行い、適切な方向修正を意図する走行制御装置が知られている。例えば、図３に示すように、ジャイロからの角速度ωｇの値が、ある閾値ωｔｈよりも大きい場合にジャイロの角速度ωｇを用いて、また、そうでない場合にはエンコーダからの角速度ωｍを用いて走行制御を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０５−６６８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に示されるような走行制御装置を自律移動装置に適用する場合、自律移動装置が停止した状態から動き出すときに発生するスリップの影響やバックラッシの影響を回転情報に反映することができず、自己位置推定誤差が生じる、という問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成によりスリップの影響やバックラッシの影響を抑制してより精度よく自律移動装置本体の角速度を算出すると共に、自己位置推定の精度向上を実現できる自律移動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、自律移動装置本体の回転角度と移動変位を用いた自己位置推定を行って自律的に移動する自律移動装置であって、移動用の複数の駆動輪と、前記各駆動輪を回転駆動する回転モータと、前記各回転モータの回転量に基づいた回転信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダからの各回転信号に基づいて自律移動装置本体の角速度を算出する角速度算出部と、自律移動装置本体の角速度を直接取得するジャイロと、前記角速度算出部により算出された角速度と前記ジャイロから得られた角速度とを用いて回転角度を推定すると共に、その推定した回転角度と前記移動変位とに基づいて前記モータの回転を制御することにより自律移動装置本体の走行制御を行う走行制御部と、を備え、前記走行制御部は、前記角速度算出部により算出された角速度と前記ジャイロから得られた角速度との差の絶対値が所定値よりも大きいときには前記ジャイロから得られた角速度を用いて回転角度の推定を行い、前記角速度の差の絶対値が前記所定量よりも小さいかまたは等しいときには前記角速度算出部により算出された角速度を用いて回転角度を推定するものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、エンコーダが回転量を計測しているモータの回転が駆動輪の回転運動として十分に生かされない場合に、ジャイロを用いて自己位置推定を行うことができるので、精度の高い走行制御を行うことができる。例えば、自律移動装置が停止した状態から動き出すときにスリップやバックラッシなどが発生すると、エンコーダから得られる角速度ωｍは大きいのに実際の角速度ωは小さくなる。この場合、ジャイロからの角速度ωｇは、エンコーダからの角速度ωｍよりも、より実際に近い値を示しており、より精度の高い走行制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係る自律移動装置について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る自律移動装置１の概略構成を示す。自律移動装置１は、移動用の一対の駆動輪２と、各駆動輪２をそれぞれ回転駆動する一対の回転モータ３と、各モータ３に対応して設けられ対応するモータ３の回転量に基づいた回転信号を出力する一対のエンコーダ４と、各エンコーダ４からの回転信号に基づいて自律移動装置本体の角速度を算出する角速度算出部５と、自律移動装置本体の角速度を直接取得するジャイロ６と、前記エンコーダ４からの各回転信号に基づいて自律移動装置本体の移動変位を取得する移動変位取得部７と、モータ３の回転を制御することにより自律移動装置本体の走行制御を行う走行制御部１０と、を備えている。走行制御部１０は、角速度算出部５により算出された角速度ωｍとジャイロ６から得られた角速度ωｇとを用いて自律移動装置本体の回転角度を推定すると共に、その推定した回転角度と移動変位取得部７の取得した移動変位とに基づいて自己位置を推定する。走行制御部１０は、さらに、その自己位置の推定に基づいて、モータ３の回転を制御することにより自律移動装置本体の走行制御を行う。ここで、移動変位とは、自律移動装置１の走行移動する領域を規定するｘｙ座標系におけるｘｙ座標値である。自律移動装置１の自己位置は、そのｘｙ座標値である移動変位と、その位置での自己の姿勢、つまり回転角度によって決まる。
【００１０】
また、走行制御部１０は、回転角度の推定に際し、２つの角速度ωｍ、ωｇのいずれを用いるかの判断を行う。すなわち、走行制御部１０は、角速度算出部５により算出された角速度ωｍとジャイロ６から得られた角速度ωｇとの差の絶対値が所定の閾値ωｔｈよりも大きいときにはジャイロ６から得られた角速度ωｇを用いて回転角度を推定し、角速度の差の絶対値が閾値ωｔｈよりも小さいときには角速度算出部５により算出された角速度ωｍを用いて回転角度を推定する。
【００１１】
自己位置の推定について、さらに説明する。自律移動装置１は、自律移動装置１の走行する空間を規定する座標系におけるある点において、自己の位置と自己の向いている方向を既知として、その点からデッドレコニング（Ｄｅａｄ  Ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）により自己位置と向きを確認しながら自律的に移動する。デッドレコニングは、外部からの情報を得ることなく、内部で得られた情報に基づいて移動量（回転角度と移動変位）を計算し、初期位置からの移動量の積算により現在の自己の位置を求める技術である。
【００１２】
上述の回転角度の変化は、自律移動装置１の自転によって生じるので、自律移動装置本体の回転の角速度を用いて求められる。つまり、角速度を時間積分することによって、回転角度が得られ、その回転角度が自己の姿勢すなわち現在の移動方向を決定する。また、エンコーダ４からの回転信号に基づいて角速度を求める場合、次のようにして求められる。すなわち、回転信号の情報は、角速度算出部５によって、最終的に左右の駆動輪２の単位時間当たりの回転量に換算され、さらに、この回転量と、駆動輪２の直径と、２つの駆動輪２の間の距離とに基づいて、角速度が求められる。言い換えると、角速度算出部５は、モータに取り付けたエンコーダの回転信号と左右の駆動輪の寸法や配置形状に基づいて角速度を算出する。なお、自律移動装置１は、左右の駆動輪２が正転すれば前進し、逆転すれば後退し、左右の回転量が異なれば右又は左にカーブする。さらに左右の駆動輪２を互いに逆転すれば、自律移動装置１は、その場回転することになる。
【００１３】
また、ジャイロを用いて角速度を直接求める場合、例えば、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）技術よって形成したジャイロ・センサを用いることができる。
【００１４】
次に、図２を参照して、自律移動装置１における、回転角度の推定に用いる角速度の取扱に注目した、走行制御の処理を説明する。自律移動装置１が、自己位置の確定した初期状態から移動を開始すると、走行制御部１０が、所定の制御周期毎に、ジャイロ６からの角速度ωｇと角速度算出部５による角速度ωｍとを取得してその差の絶対値を求めて、その差の絶対値と所定の閾値ωｔｈとの比較を行う（Ｓ１）。ここで、閾値ωｔｈとして、例えば、ジャイロ６の、通常、不感帯ωｘとされる程度の値を用いる。ここで、角速度の不感帯ωｘとは、角速度の値が小さく、信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が比較的悪い領域のことである。本発明では、不感帯を設けることなく、つまり、角速度ωｇの値が小さな値であっても無視することなく、条件によってその値を採用するものである。
【００１５】
上述の比較の結果、ジャイロ６の角速度ωｇと角速度算出部５の角速度ωｍとの差の絶対値が閾値ωｔｈより大きい場合、つまり、｜ωｍ−ωｇ｜＞ωｔｈ、の場合（Ｓ１でＹｅｓ）、走行制御部１０は、ジャイロの角速度ωｇを用いて回転角度の推定を行い自己位置推定を行う（Ｓ２）。また、｜ωｍ−ωｇ｜≦ωｔｈ、の場合（Ｓ１でＮｏ）、走行制御部１０は、角速度算出部５の角速度ωｍを用いて回転角度の推定を行い自己位置推定を行う（Ｓ３）。走行制御部１０は、このような自己位置推定を、制御が終了するまで、所定の制御周期で繰り返す（Ｓ４）。
【００１６】
角速度の差の絶対値が閾値ωｔｈより大きくなる場合とは、例えば、左右の駆動輪２の回転速度に差をつけて、左右を逆回転したり、一方を停止したりして旋回するとき、両駆動輪２、又は片側の駆動輪２が、スリップすることにより、角速度ωｍが駆動輪２の空回りで大きくなる一方、自律移動装置本体の実際の角速度が略ゼロとなる場合である。このような場合、たとえ、ジャイロ６からの角速度ωｇが、通常は不感帯ωｘとされる値よりも小さくなっているとしても、ジャイロ６の角速度ωｇの方が、角速度算出部５の角速度ωｍよりも、より現実の角速度に近いと考えられるので、より精度の高い走行制御を実現できる。
【００１７】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。上記では、駆動輪、回転モータ、及びエンコーダを各左右一対にして備えた自律移動装置１の例を示したが、これらの数と配置に制限はなく、また、左右一対との制限もなく、エンコーダからの回転信号に基づいて自律移動装置本体の角速度ωｍが求まれば、本発明は適用可能である。従って、本発明は、駆動輪と操舵輪とが異なる自律移動装置や、３つや４つの駆動輪を備えて、全方位方向に移動可能な自律移動装置などにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る自律移動装置の概略ブロック構成図。
【図２】同上自律移動装置における走行制御のフローチャート。
【図３】従来の自律移動装置の走行制御のフローチャート。
【符号の説明】
【００１９】
１    自律移動装置
２    駆動輪
３    モータ
４    エンコーダ
５    角速度算出部
６    ジャイロ
７    移動変位取得部
１０    走行制御部
【図１】
0004449911.tif 000002
【図２】
0004449911.tif 000003
【図３】
0004449911.tif 000004