(57)【要約】【課題】ジョイスティック等からの指令情報と、その指令情報に基づく動作との関係が、操作者にとって理解し易く、円滑な操縦が行なえ得る操作性の良い移動機構の操縦制御装置を提供することにある。【解決手段】直進指令値と旋回指令値とを入力する指令値入力手段と、該直進指令値と該旋回指令値とに基づいて左右の駆動輪を制御する駆動輪駆動制御手段とを備え、該最大移動速度を直進用分と旋回用分に分け、該直進用分と該直進指令値とに基づく直進目標速度と、該旋回用分と該旋回指令値とに基づく旋回目標速度とを加算することで該駆動輪の目標速度とすることを特徴とする。【選択図】図１
2007307047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の駆動輪の回転駆動を各々制御して前進・後退及び旋回する移動機構の操縦制御装置において、移動機構を直進させる量を指令する直進指令値と旋回させる量を指令する旋回指令値とを入力する指令値入力手段と、該指令値入力手段によって入力される直進指令値と旋回指令値とに基づいて左右の駆動輪の回転駆動を各々制御する駆動輪駆動制御手段とを備え、該駆動輪が単体で出力できる最大移動速度を直進用分と旋回用分とに分け、該直進用分と該直進指令値とに基づく該駆動輪の直進目標速度と、該旋回用分と該旋回指令値とに基づく該駆動輪の旋回目標速度とを加算することで該駆動輪の目標速度とすることを特徴とする移動機構の操縦制御装置。
【請求項２】
前記旋回指令値に所定の補正係数を乗じた値と前記旋回用分とに基づく前記旋回目標速度とすることを特徴とする請求項１に記載の移動機構の操縦制御装置。
【請求項３】
前記所定の補正係数が、前記直進指令値に基づいて一義的に決定されることを特徴とする請求項２に記載の移動機構の操縦制御装置。
【請求項４】
前記所定の補正係数が、前記直進指令値に基づくとともに、前記直進指令値の値によって複数に場合分けされ、前記直進指令値の大きさの変化に対して連続的な値をとることを特徴とする請求項２に記載の移動機構の操縦制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動機構の操縦制御装置に関し、特に左右の駆動輪の回転駆動を各々制御して前進・後退及び旋回する移動機構の操縦制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動ロボット等に代表されるような移動機構の利用範囲は、工場等の作業現場のみならず、少子・高齢化社会を迎え、高齢者・障害者の介護・介助支援、さらに、多くの人々の日常生活支援等へと拡大している。このような利用範囲の拡大とともに、また、人々の身近な存在になるとともに、移動機構の操作性の良さが重要になっている。特に、ジョイスティック等からの操作信号に基づいて左右の駆動輪の回転駆動を各々制御して前進・後退及び旋回する移動機構の操作性の良さが重要となっている。
【０００３】
下記の特許文献１では、ジョイスティックの傾倒にともなう操作信号によって、左右それぞれの駆動輪の複数の回転数比および回転方向が決定される複数の動作区分を選択し、かつ、傾倒角度に相応して左右いずれかの駆動輪の回転速度を制御する方法を提案している。
【特許文献１】特開２００１−９２５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に提案されている方法は、ジョイスティックの操作角度と、旋回動作における旋回半径の長さや旋回中心の位置との関係等が、操作者にとって理解しにくいために、操作者が思いどおりに操作することが難しい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、左右の駆動輪の回転駆動を各々制御して前進・後退及び旋回する移動機構の操縦制御装置に関し、ジョイスティック等からの指令情報と、その指令情報に基づく前進・後退及び旋回動作との関係が、操作者にとって理解し易く、円滑な操縦が容易に行なえ得る操作性の良い移動機構の操縦制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成すべく、本願の第１の発明の移動機構の操縦制御装置は、左右の駆動輪の回転駆動を各々制御して前進・後退及び旋回する移動機構の操縦制御装置において、移動機構を直進させる量を指令する直進指令値と旋回させる量を指令する旋回指令値とを入力する指令値入力手段と、該指令値入力手段によって入力される直進指令値と旋回指令値とに基づいて左右の駆動輪の回転駆動を各々制御する駆動輪駆動制御手段とを備え、該駆動輪が単体で出力できる最大移動速度を直進用分と旋回用分とに分け、該直進用分と該直進指令値とに基づく該駆動輪の直進目標速度と、該旋回用分と該旋回指令値とに基づく該駆動輪の旋回目標速度とを加算することで該駆動輪の目標速度とすることを特徴とする。
【０００７】
また、本願の第２の発明の移動機構の操縦制御装置は、第１の発明において、前記旋回指令値に所定の補正係数を乗じた値と前記旋回用分とに基づく前記旋回目標速度とすることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本願の第３の発明の移動機構の操縦制御装置は、第２の発明において、前記所定の補正係数が前記直進指令値に基づいて一義的に決定されることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本願の第４の発明の移動機構の操縦制御装置は、第２の発明において、前記所定の補正係数が、前記直進指令値に基づくとともに、前記直進指令値の値によって複数に場合分けされ、前記直進指令値の大きさの変化に対して連続的な値をとることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の移動機構の操縦制御装置を提供し、最大移動速度を直進成分と旋回成分とにわけ、左右の駆動輪のそれぞれについて、直進成分と直進指令値とに基づく直進目標速度と、旋回成分と旋回指令値とに基づく旋回目標速度とを算出し、これらの直進目標速度と旋回目標速度とを加算して左右の駆動輪の目標速度とすることで、前進・後退と、左右の駆動輪の車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回が可能となり、また、旋回指令値が一定ならば直進指令値の大きさに関わらず旋回中心まわりの旋回角速度を一定にすることが可能となる。
【００１１】
また、旋回指令値に所定の補正係数を乗じて旋回指令値を補正し、左右の駆動輪のそれぞれについて、最大移動速度の直進成分と直進指令値とに基づく直進目標速度と、最大移動速度の旋回成分と補正された旋回指令値とに基づく旋回目標速度とを算出し、これらの直進目標速度と旋回目標速度とを加算して左右の駆動輪の目標速度とすることで、旋回指令値が一定ならば直進指令値の大きさに関わらず旋回半径を一定にすることが可能となる。さらに、補正係数を場合分けして設定することで、不自然な動作を矯正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明による移動機構の操縦制御装置の実施の形態を、走行面上を移動する移動ロボットの場合を例に図１乃至図５によって説明する。図１は本発明の移動機構の操縦制御装置を内蔵する移動ロボットの全体構成例を示す図である。図１において、移動ロボット本体１は左右の駆動輪２ａ，２ｂと左右の従動輪３ａ，３ｂとによって移動が可能であり、前進・後退と、左右の駆動輪２ａ，２ｂの車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回ができる。
【００１３】
そして、左右の駆動輪２ａ，２ｂは、操縦制御部４からの駆動制御情報に基づいて、それぞれ左右の駆動部５ａ，５ｂによって駆動される。なお、左右の制御部５ａ、５ｂはドライバー（図示せず）とモータ（図示せず）等で構成され、それぞれ左右の駆動輪２ａ，２ｂを回転駆動する。受信部６は操縦制御部４に接続され、操縦ボックス７からの操縦指令情報を受信して操縦制御部４に転送する。操縦制御部４はこの操縦指令情報等に基づいて駆動制御情報を生成し、この駆動制御情報に基づいて左右の駆動輪２ａ，２ｂが駆動される。
【００１４】
図２は操縦制御部の構成例を示す図である。この操縦制御部には制御用のコンピュータが用いられ、ＰＣ等の一般的なコンピュータと同様の構成をしており、中央演算処理装置１０、記憶装置２０、入力制御装置３０、出力制御装置４０で構成される。
【００１５】
そして、中央演算処理装置１０には、図１で示した左右の駆動輪２ａ，２ｂの駆動を制御する駆動制御情報を生成するための駆動輪駆動制御プログラム１１が搭載される。この制御プログラムは、外部から入力制御装置３０を介して中央演算処理装置１０に前もって搭載されるものとする。なお、この駆動制御情報のうち、左駆動輪２ａを駆動制御するための情報は信号線４１を介して左駆動部５ａに、また、右駆動輪２ｂを駆動制御するための情報は信号線４２を介して右駆動部５ｂに転送されるものとする。
【００１６】
また、記憶装置２０には、図１で示したように操縦制御部４に転送される操縦指令情
報が、信号線３１、入力制御装置３０、中央演算処理装置１０を介して格納される。この操縦指令情報は移動ロボットの旋回量の指令値である旋回指令値と、直進量の指令値である直進指令値と、から構成され、それぞれ指令値バッファ２１の格納領域２２、２３に格納される。
【００１７】
ここで、これらの指令値は、５０ミリ秒毎に取り込まれ、１．５秒間分が指令値バッファ２１に順次格納・蓄積されるものとし、移動ロボットの移動の制御にはその時点から１．５秒前に入力された指令値が中央演算処理装置１０に読み出されて駆動輪駆動制御プログラム１１に入力されるものとする。なお、本実施例では、これらの指令値が５０ミリ秒毎に取り込まれ、また、１．５秒間分が指令値バッファ２１に順次格納・蓄積されるもとしたが、この限りではなく、移動ロボットの移動速度や操作性等を考慮して設定されれば良い。
【００１８】
また、記憶装置２０の格納領域２４には最大移動速度が格納される。この最大移動速度は、左右の駆動輪２ａ，２ｂの回転によって移動ロボットが移動できる実現可能な最大速度を表わすものとし、以下に示すような方法によって最大移動速度の値を設定することができる。
【００１９】
例えば、左右の駆動部５ａ，５ｂに組み込まれるモータの定格回転数として３０００〔ｒｐｍ〕、モータの減速比として５０、駆動輪２ａ，２ｂの車輪径として１００〔ｍｍ〕の値を用いるものとすれば、最大移動速度は次式で算出できる。
【数１】
2007307047.tif 000003
さらに駆動系に加減速の余裕をもたせることにし、以後の説明では最大移動速度として２５０〔ｍｍ／ｓ〕を用いるものとする。なお、この最大移動速度の値は駆動輪駆動制御プログラム１１によって算出・設定され、記憶装置２０の格納領域２４に事前に格納されるものとする。
【００２０】
また、記憶装置２０の格納領域２５には補正情報が格納される。左右の駆動輪２ａ，２ｂの目標速度は、後述するように、最大移動速度を直進用分と旋回用分とに分け、この直進用分、旋回用分、さらに、操縦指令情報である直進指令値及び旋回指令値に基づいて算出されるが、この時、旋回指令値が所定の補正係数を乗じて補正され、この補正された値に基づいて目標速度を算出する必要があるか否かの情報を指示するのが補正情報である。なお、この補正情報は、外部から入力制御装置３０、中央演算処理装置１０を介して、記憶装置２０の格納領域２５に前もって格納されるものとする。
【００２１】
図３は操作ボックスの概観を示すイメージ図である。図３に示すように、ジョイスティック８によって、旋回指令値であるＪｘ（−１０００〜＋１０００）と直進指令値であるＪｙ（−１０００〜＋１０００）が操縦指令情報として５０ミリ秒毎に入力され、操縦制御部４に転送される。このジョイスティック８はフライトシミュレーションタイプであるため、手前に倒すとプラス値、奥へ倒すとマイナス値が得られるが、操作者の感覚と移動ロボットの動きを一致させるために、奥へ倒したとき（マイナス値）に移動ロボットが前進するようにした。また、それぞれの指令値を取り込むとき、ゼロの前後に不感帯を設けている。なお、操縦指令情報の入力装置としては、このようなジョイスティックの他に、例えば、ゲーム機器に接続されるゲームパッド等を用いることも可能である。
【００２２】
図４は駆動輪駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。本発明の移動機構の操縦制御装置によって、移動ロボット等が、前進・後退と、左右の駆動輪の車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回が可能で、かつ、操作性が良いと言う特徴があるが、これらに関する駆動輪の駆動制御の手順について、以下、図４を用いて詳細に説明する。
【００２３】
最初に、操縦制御部４の中央演算処理装置１０に搭載されている駆動輪駆動制御プログラム１１が起動され（Ｓ１００）、移動ロボットは走行状態となる。続いて、記憶装置２０の格納領域２４に格納されている最大移動速度が中央演算処理装置１０に読み出され（Ｓ１０１）、さらに、格納領域２５から補正情報が読み出される（Ｓ１０２）。なお、最大移動速度の値は、前述したように２５０〔ｍｍ／ｓ〕とする。
【００２４】
次に、指令値バッファ２１に格納されている直進指令値と旋回指令値が空か否かをチェックし（Ｓ１０３）、空であれば駆動輪駆動制御プログラム１１を終結し（Ｓ１１０）、駆動輪の駆動制御を終了する。そして、移動ロボットは停止状態となる。直進指令値と旋回指令値が空でなければ、指令値バッファ２１に格納されている旋回指令値であるＪｘと直進指令値であるＪｙが中央演算処理装置１０に読み出される（Ｓ１０４）。なお、読み出されるＪｘとＪｙは、前述したように、その時点から１．５秒前に指令値バッファ２１に格納されたものとする。
【００２５】
次に、ステップＳ１０２で読み出した補正情報を調べて補正が必要か否かをチェックし（Ｓ１０５）、補正が必要であればステップＳ１０７の処理を行い、補正が必要でなければステップＳ１０６の処理を行なう。
【００２６】
まず、最初に、補正が必要でない場合について説明する。最大移動速度を直進成分と旋回成分にわけ、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれについて、直進成分と直進指令値とから直進目標速度を、旋回成分と旋回指令値から旋回目標速度を算出し、これらの直進目標速度と旋回目標速度とを加算することで、左右の駆動輪２ａと２ｂの目標速度とする（Ｓ１０６）。具体的には、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれの目標速度Ｖ１〔ｍｍ／Ｓ〕、Ｖ２〔ｍｍ／Ｓ〕は次式のようになる。
【数２】
2007307047.tif 000004
【数３】
2007307047.tif 000005
【００２７】
上記の数２と３において、最大移動速度２５０〔ｍｍ／ｓ〕の直進：旋回の配分比を１８：７としているが、配分比はこの限りではない。例えば、配分比を１：１にすることも考えられる。この場合には、右旋回するためにＪｙ＝−１０００、Ｊｘ＝１０００が入力されると、左駆動輪２ａは２５０〔ｍｍ／ｓ〕の最大速度で回転するが、右駆動輪２ｂは速度がゼロで停止し、移動ロボットの動作は右駆動輪２ｂを中心とした旋回になる。最大の直進指令値が入力されているにもかかわらず移動ロボットが前進しないことになってしまい、操作者が不自然に感じるのであれば、配分比を、例えば、直進成分が大きくなるように配分すれば良い。なお、上述したような本発明の実施の形態に基づいて試作した移動ロボットでは、配分比を１８：７にした場合が、操作者にとって最も自然に感じられた。
【００２８】
上記の数２と３によって目標速度Ｖ１とＶ２が算出されると、次に、これらの目標速度Ｖ１とＶ２がそれぞれ、信号線４１と４２を介して左駆動部５ａと右駆動部５ｂに送出される（Ｓ１０９）。その後、指令値バッファ２１に格納されている旋回指令値と直進指令値が空になるまで、同じように目標速度Ｖ１とＶ２の算出と、信号線４１と４２を介した左駆動部５ａと右駆動部５ｂへの送出が繰り返される。なお、指令値バッファ２１からの旋回指令値と直進指令値の読み出しは５０ミリ秒毎に行なわれるものとする。
【００２９】
上述したような方法によって駆動輪駆動制御プログラム１１によって算出される左右の駆動輪２ａと２ｂの目標速度Ｖ１とＶ２が、それぞれ、信号線４１と４２を介して左駆動部５ａと５ｂに転送される。そして、これらの目標速度Ｖ１とＶ２の値に基づいて、それぞれ左駆動輪２ａと右駆動輪２ｂが駆動され、移動ロボットの前進・後退と、左右の駆動輪２ａと２ｂの車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回が可能となる。そして、旋回指令値が一定ならば直進指令値の大きさに関わらず旋回中心まわりの旋回角速度を一定にすることが可能となる。
【００３０】
次に、補正情報を調べて補正が必要である場合について説明する。この場合には、まず、旋回指令値に補正係数を掛けて旋回指令値を補正する（Ｓ１０７）。そして、最大移動速度を直進成分と旋回成分にわけ、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれについて、直進成分と直進指令値とから直進目標速度を、旋回成分と補正された旋回指令値とから旋回目標速度を算出し、これらの直進目標速度と旋回目標速度とを加算することで、左右の駆動輪２ａと２ｂの目標速度とする（Ｓ１０８）。具体的には、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれの目標速度Ｖ１〔ｍｍ／Ｓ〕、Ｖ２〔ｍｍ／Ｓ〕は次式のようになる。
【数４】
2007307047.tif 000006
【数５】
2007307047.tif 000007
【００３１】
上記の数４と５において、最大移動速度２５０〔ｍｍ／Ｓ〕の直進：旋回の配分比は、数２と３と同様に１８：７とし、また、旋回指令値に乗じる補正係数の値は│Ｊｙ│／１０００である。このようにして算出された目標速度Ｖ１とＶ２が、それぞれ、信号線４１と４２を介して左駆動部５ａと５ｂに送出される（Ｓ１０９）。その後、指令値バッファ２１に格納されている旋回指令値と直進指令値が空になるまで、同じように目標速度Ｖ１とＶ２の算出と、信号線４１と４２を介した左駆動部５ａと右駆動部５ｂへの送出が繰り返えされる。
【００３２】
上述したような方法によって駆動輪駆動制御プログラム１１によって算出される左右の駆動輪２ａと２ｂの目標速度Ｖ１とＶ２の値に基づいて、それぞれ左駆動輪２ａと右駆動輪２ｂが駆動され、移動ロボットの前進・後退と、左右の駆動輪２ａと２ｂの車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回が可能となる。そして、旋回指令値が一定ならば直進指令値の大きさに関わらず旋回半径を一定にすることが可能となる。
【００３３】
補正情報を調べて補正が必要である場合についての一例を説明したが、数４と５で算出された目標速度Ｖ１とＶ２の値に基づいた移動ロボットの動作では、直進指令値がゼロになると旋回目標速度、すなわち、旋回量もゼロになり、旋回指令値だけによるその場旋回の動作ができなくなってしまうという不自然さが生じる。この不自然さを無くす必要があるのであれば、直進指令値が小さい時は別の補正係数を用いることで場合分けをし、直進指令値が小さい時は旋回指令値が一定でも旋回半径を一定としないことにすることが考えられる。また、場合分けする際には、移動ロボットの動作が不安定にならないように補正係数が連続的な値をとるようにする必要がある。
【００３４】
例えば、│Ｊｙ│＜１００の場合には、補正係数の値を（１０００−９×│Ｊｙ│）／１０００とすれば、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれの目標速度Ｖ１〔ｍｍ／Ｓ〕、Ｖ２〔ｍｍ／Ｓ〕は次式のようになる。また、直進指令値の大きさの変化に対する補正係数は図５に示すような値となる。
【数６】
2007307047.tif 000008
【数７】
2007307047.tif 000009
【００３５】
このように、│Ｊｙ│＜１００の場合には数式６と７によって、また、│Ｊｙ│≧１００の場合には数４と５によって、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれの目標速度Ｖ１、Ｖ２が算出され、この目標速度Ｖ１とＶ２の値に基づいて、それぞれ左駆動輪２ａと右駆動輪２ｂが駆動される。これによって、直進指令値がゼロになると旋回目標速度、すなわち、旋回量もゼロになり、旋回指令値だけによるその場旋回の動作ができなくなってしまうという不自然さが無くなり、かつ、直進指令値の大きさの変化に対して補正係数が連続的な値をとることで安定した動作が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の移動機構の操縦制御装置は、ジョイスティック等からの指令情報と、その指令情報に基づく前進・後退及び旋回動作との関係が、操作者にとって理解し易く、円滑な操縦が容易に行なえ得る移動機構の操縦制御装置であって、工場等の作業現場での作業支援や高齢者・障害者の介護・介助支援等のための産業用移動ロボットなどへの活用が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の移動機構の操縦制御装置を内蔵する移動ロボットの全体構成例を示す図である。
【図２】操縦制御部の構成例を示す図である。
【図３】操作ボックスの概観を示すイメージ図である。
【図４】駆動輪駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】旋回指令値を補正するための補正係数の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      移動ロボット本体
２ａ    左駆動輪
２ｂ    右駆動輪
３ａ    左従動輪
３ｂ    右従動輪
４      操縦制御部
５ａ    左駆動部
５ｂ    右駆動部
６      受信部
７      操作ボックス
８      ジョイスティック
１０    中央演算処理装置
１１    駆動輪駆動制御プログラム  
２０    記憶装置
２１    指令値バッファ
３０    入力制御装置
４０    出力制御装置
【図１】
2007307047.tif 000010
【図２】
2007307047.tif 000011
【図３】
2007307047.tif 000012
【図４】
2007307047.tif 000013
【図５】
2007307047.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月23日(2006.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007307047.tif 000015
【図２】
2007307047.tif 000016
【図３】
2007307047.tif 000017
【図４】
2007307047.tif 000018
【図５】
2007307047.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月23日(2006.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動機構の操縦制御装置に関し、特に左右の駆動輪の回転駆動を各々制御して前進・後退及び旋回する移動機構の操縦制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動ロボット等に代表されるような移動機構の利用範囲は、工場等の作業現場のみならず、少子・高齢化社会を迎え、高齢者・障害者の介護・介助支援、さらに、多くの人々の日常生活支援等へと拡大している。このような利用範囲の拡大とともに、また、人々の身近な存在になるとともに、移動機構の操作性の良さが重要になっている。特に、ジョイスティック等からの操作信号に基づいて左右の駆動輪の回転駆動を各々制御して前進・後退及び旋回する移動機構の操作性の良さが重要となっている。
【０００３】
下記の特許文献１では、ジョイスティックの傾倒にともなう操作信号によって、左右それぞれの駆動輪の複数の回転数比および回転方向が決定される複数の動作区分を選択し、かつ、傾倒角度に相応して左右いずれかの駆動輪の回転速度を制御する方法を提案している。
【特許文献１】特開２００１−９２５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に提案されている方法は、ジョイスティックの操作角度と、旋回動作における旋回半径の長さや旋回中心の位置との関係等が、操作者にとって理解しにくいために、操作者が思いどおりに操作することが難しい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、左右の駆動輪の回転駆動を各々制御して前進・後退及び旋回する移動機構の操縦制御装置に関し、ジョイスティック等からの指令情報と、その指令情報に基づく前進・後退及び旋回動作との関係が、操作者にとって理解し易く、円滑な操縦が容易に行なえ得る操作性の良い移動機構の操縦制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成すべく、本願の第１の発明の移動機構の操縦制御装置は、左右の駆動輪の回転駆動を各々制御して前進・後退及び旋回する移動機構の操縦制御装置において、移動機構を直進させる量を指令する直進指令値と旋回させる量を指令する旋回指令値とを入力する指令値入力手段と、該指令値入力手段によって入力される直進指令値と旋回指令値とに基づいて左右の駆動輪の回転駆動を各々制御する駆動輪駆動制御手段とを備え、該駆動輪が単体で出力できる最大移動速度を直進用分と旋回用分とに分け、該直進用分と該直進指令値とに基づく該駆動輪の直進目標速度と、該旋回用分と該旋回指令値とに基づく該駆動輪の旋回目標速度とを加算することで該駆動輪の目標速度とすることを特徴とする。
【０００７】
また、本願の第２の発明の移動機構の操縦制御装置は、第１の発明において、前記旋回指令値に所定の補正係数を乗じた値と前記旋回用分とに基づく前記旋回目標速度とすることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本願の第３の発明の移動機構の操縦制御装置は、第２の発明において、前記所定の補正係数が前記直進指令値に基づいて一義的に決定されることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本願の第４の発明の移動機構の操縦制御装置は、第２の発明において、前記所定の補正係数が、前記直進指令値に基づくとともに、前記直進指令値の値によって複数に場合分けされ、前記直進指令値の大きさの変化に対して連続的な値をとることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の移動機構の操縦制御装置を提供し、最大移動速度を直進成分と旋回成分とにわけ、左右の駆動輪のそれぞれについて、直進成分と直進指令値とに基づく直進目標速度と、旋回成分と旋回指令値とに基づく旋回目標速度とを算出し、これらの直進目標速度と旋回目標速度とを加算して左右の駆動輪の目標速度とすることで、前進・後退と、左右の駆動輪の車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回が可能となり、また、旋回指令値が一定ならば直進指令値の大きさに関わらず旋回中心まわりの旋回角速度を一定にすることが可能となる。
【００１１】
また、旋回指令値に所定の補正係数を乗じて旋回指令値を補正し、左右の駆動輪のそれぞれについて、最大移動速度の直進成分と直進指令値とに基づく直進目標速度と、最大移動速度の旋回成分と補正された旋回指令値とに基づく旋回目標速度とを算出し、これらの直進目標速度と旋回目標速度とを加算して左右の駆動輪の目標速度とすることで、旋回指令値が一定ならば直進指令値の大きさに関わらず旋回半径を一定にすることが可能となる。さらに、補正係数を場合分けして設定することで、不自然な動作を矯正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明による移動機構の操縦制御装置の実施の形態を、走行面上を移動する移動ロボットの場合を例に図１乃至図５によって説明する。図１は本発明の移動機構の操縦制御装置を内蔵する移動ロボットの全体構成例を示す図である。図１において、移動ロボット本体１は左右の駆動輪２ａ，２ｂと左右の従動輪３ａ，３ｂとによって移動が可能であり、前進・後退と、左右の駆動輪２ａ，２ｂの車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回ができる。
【００１３】
そして、左右の駆動輪２ａ，２ｂは、操縦制御部４からの駆動制御情報に基づいて、それぞれ左右の駆動部５ａ，５ｂによって駆動される。なお、左右の制御部５ａ、５ｂはドライバー（図示せず）とモータ（図示せず）等で構成され、それぞれ左右の駆動輪２ａ，２ｂを回転駆動する。受信部６は操縦制御部４に接続され、操縦ボックス７からの操縦指令情報を受信して操縦制御部４に転送する。操縦制御部４はこの操縦指令情報等に基づいて駆動制御情報を生成し、この駆動制御情報に基づいて左右の駆動輪２ａ，２ｂが駆動される。
【００１４】
図２は操縦制御部の構成例を示す図である。この操縦制御部には制御用のコンピュータが用いられ、ＰＣ等の一般的なコンピュータと同様の構成をしており、中央演算処理装置１０、記憶装置２０、入力制御装置３０、出力制御装置４０で構成される。
【００１５】
そして、中央演算処理装置１０には、図１で示した左右の駆動輪２ａ，２ｂの駆動を制御する駆動制御情報を生成するための駆動輪駆動制御プログラム１１が搭載される。この制御プログラムは、外部から入力制御装置３０を介して中央演算処理装置１０に前もって搭載されるものとする。なお、この駆動制御情報のうち、左駆動輪２ａを駆動制御するための情報は信号線４１を介して左駆動部５ａに、また、右駆動輪２ｂを駆動制御するための情報は信号線４２を介して右駆動部５ｂに転送されるものとする。
【００１６】
また、記憶装置２０には、図１で示したように操縦制御部４に転送される操縦指令情
報が、信号線３１、入力制御装置３０、中央演算処理装置１０を介して格納される。この操縦指令情報は移動ロボットの旋回量の指令値である旋回指令値と、直進量の指令値である直進指令値と、から構成され、それぞれ指令値バッファ２１の格納領域２２、２３に格納される。
【００１７】
ここで、これらの指令値は、５０ミリ秒毎に取り込まれ、１．５秒間分が指令値バッファ２１に順次格納・蓄積されるものとし、移動ロボットの移動の制御にはその時点から１．５秒前に入力された指令値が中央演算処理装置１０に読み出されて駆動輪駆動制御プログラム１１に入力されるものとする。なお、本実施例では、これらの指令値が５０ミリ秒毎に取り込まれ、また、１．５秒間分が指令値バッファ２１に順次格納・蓄積されるもとしたが、この限りではなく、移動ロボットの移動速度や操作性等を考慮して設定されれば良い。
【００１８】
また、記憶装置２０の格納領域２４には最大移動速度が格納される。この最大移動速度は、左右の駆動輪２ａ，２ｂの回転によって移動ロボットが移動できる実現可能な最大速度を表わすものとし、以下に示すような方法によって最大移動速度の値を設定することができる。
【００１９】
例えば、左右の駆動部５ａ，５ｂに組み込まれるモータの定格回転数として３０００〔ｒｐｍ〕、モータの減速比として５０、駆動輪２ａ，２ｂの車輪径として１００〔ｍｍ〕の値を用いるものとすれば、最大移動速度は次式で算出できる。
【数１】
2007307047.tif 000020

さらに駆動系に加減速の余裕をもたせることにし、以後の説明では最大移動速度として２５０〔ｍｍ／ｓ〕を用いるものとする。なお、この最大移動速度の値は駆動輪駆動制御プログラム１１によって算出・設定され、記憶装置２０の格納領域２４に事前に格納されるものとする。
【００２０】
また、記憶装置２０の格納領域２５には補正情報が格納される。左右の駆動輪２ａ，２ｂの目標速度は、後述するように、最大移動速度を直進用分と旋回用分とに分け、この直進用分、旋回用分、さらに、操縦指令情報である直進指令値及び旋回指令値に基づいて算出されるが、この時、旋回指令値が所定の補正係数を乗じて補正され、この補正された値に基づいて目標速度を算出する必要があるか否かの情報を指示するのが補正情報である。なお、この補正情報は、外部から入力制御装置３０、中央演算処理装置１０を介して、記憶装置２０の格納領域２５に前もって格納されるものとする。
【００２１】
図３は操作ボックスの概観を示すイメージ図である。図３に示すように、ジョイスティック８によって、旋回指令値であるＪｘ（−１０００〜＋１０００）と直進指令値であるＪｙ（−１０００〜＋１０００）が操縦指令情報として５０ミリ秒毎に入力され、操縦制御部４に転送される。このジョイスティック８はフライトシミュレーションタイプであるため、手前に倒すとプラス値、奥へ倒すとマイナス値が得られるが、操作者の感覚と移動ロボットの動きを一致させるために、奥へ倒したとき（マイナス値）に移動ロボットが前進するようにした。また、それぞれの指令値を取り込むとき、ゼロの前後に不感帯を設けている。なお、操縦指令情報の入力装置としては、このようなジョイスティックの他に、例えば、ゲーム機器に接続されるゲームパッド等を用いることも可能である。
【００２２】
図４は駆動輪駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。本発明の移動機構の操縦制御装置によって、移動ロボット等が、前進・後退と、左右の駆動輪の車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回が可能で、かつ、操作性が良いと言う特徴があるが、これらに関する駆動輪の駆動制御の手順について、以下、図４を用いて詳細に説明する。
【００２３】
最初に、操縦制御部４の中央演算処理装置１０に搭載されている駆動輪駆動制御プログラム１１が起動され（Ｓ１００）、移動ロボットは走行状態となる。続いて、記憶装置２０の格納領域２４に格納されている最大移動速度が中央演算処理装置１０に読み出され（Ｓ１０１）、さらに、格納領域２５から補正情報が読み出される（Ｓ１０２）。なお、最大移動速度の値は、前述したように２５０〔ｍｍ／ｓ〕とする。
【００２４】
次に、指令値バッファ２１に格納されている直進指令値と旋回指令値が空か否かをチェックし（Ｓ１０３）、空であれば駆動輪駆動制御プログラム１１を終結し（Ｓ１１０）、駆動輪の駆動制御を終了する。そして、移動ロボットは停止状態となる。直進指令値と旋回指令値が空でなければ、指令値バッファ２１に格納されている旋回指令値であるＪｘと直進指令値であるＪｙが中央演算処理装置１０に読み出される（Ｓ１０４）。なお、読み出されるＪｘとＪｙは、前述したように、その時点から１．５秒前に指令値バッファ２１に格納されたものとする。
【００２５】
次に、ステップＳ１０２で読み出した補正情報を調べて補正が必要か否かをチェックし（Ｓ１０５）、補正が必要であればステップＳ１０７の処理を行い、補正が必要でなければステップＳ１０６の処理を行なう。
【００２６】
まず、最初に、補正が必要でない場合について説明する。最大移動速度を直進成分と旋回成分にわけ、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれについて、直進成分と直進指令値とから直進目標速度を、旋回成分と旋回指令値から旋回目標速度を算出し、これらの直進目標速度と旋回目標速度とを加算することで、左右の駆動輪２ａと２ｂの目標速度とする（Ｓ１０６）。具体的には、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれの目標速度Ｖ１〔ｍｍ／Ｓ〕、Ｖ２〔ｍｍ／Ｓ〕は次式のようになる。
【数２】
2007307047.tif 000021

【数３】
2007307047.tif 000022

【００２７】
上記の（数２）と（数３）式において、最大移動速度２５０〔ｍｍ／ｓ〕の直進：旋回の配分比を１８：７としているが、配分比はこの限りではない。例えば、配分比を１：１にすることも考えられる。この場合には、右旋回するためにＪｙ＝−１０００、Ｊｘ＝１０００が入力されると、左駆動輪２ａは２５０〔ｍｍ／ｓ〕の最大速度で回転するが、右駆動輪２ｂは速度がゼロで停止し、移動ロボットの動作は右駆動輪２ｂを中心とした旋回になる。最大の直進指令値が入力されているにもかかわらず移動ロボットが前進しないことになってしまい、操作者が不自然に感じるのであれば、配分比を、例えば、直進成分が大きくなるように配分すれば良い。なお、上述したような本発明の実施の形態に基づいて試作した移動ロボットでは、配分比を１８：７にした場合が、操作者にとって最も自然に感じられた。
【００２８】
上記の（数２）と（数３）式によって目標速度Ｖ１とＶ２が算出されると、次に、これらの目標速度Ｖ１とＶ２がそれぞれ、信号線４１と４２を介して左駆動部５ａと右駆動部５ｂに送出される（Ｓ１０９）。その後、指令値バッファ２１に格納されている旋回指令値と直進指令値が空になるまで、同じように目標速度Ｖ１とＶ２の算出と、信号線４１と４２を介した左駆動部５ａと右駆動部５ｂへの送出が繰り返される。なお、指令値バッファ２１からの旋回指令値と直進指令値の読み出しは５０ミリ秒毎に行なわれるものとする。
【００２９】
上述したような方法によって駆動輪駆動制御プログラム１１によって算出される左右の駆動輪２ａと２ｂの目標速度Ｖ１とＶ２が、それぞれ、信号線４１と４２を介して左駆動部５ａと５ｂに転送される。そして、これらの目標速度Ｖ１とＶ２の値に基づいて、それぞれ左駆動輪２ａと右駆動輪２ｂが駆動され、移動ロボットの前進・後退と、左右の駆動輪２ａと２ｂの車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回が可能となる。そして、旋回指令値が一定ならば直進指令値の大きさに関わらず旋回中心まわりの旋回角速度を一定にすることが可能となる。
【００３０】
次に、補正情報を調べて補正が必要である場合について説明する。この場合には、まず、旋回指令値に補正係数を掛けて旋回指令値を補正する（Ｓ１０７）。そして、最大移動速度を直進成分と旋回成分にわけ、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれについて、直進成分と直進指令値とから直進目標速度を、旋回成分と補正された旋回指令値とから旋回目標速度を算出し、これらの直進目標速度と旋回目標速度とを加算することで、左右の駆動輪２ａと２ｂの目標速度とする（Ｓ１０８）。具体的には、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれの目標速度Ｖ１〔ｍｍ／Ｓ〕、Ｖ２〔ｍｍ／Ｓ〕は次式のようになる。
【数４】
2007307047.tif 000023

【数５】
2007307047.tif 000024

【００３１】
上記の（数４）と（数５）式において、最大移動速度２５０〔ｍｍ／Ｓ〕の直進：旋回の配分比は、（数２）と（数３）式と同様に１８：７とし、また、旋回指令値に乗じる補正係数の値は│Ｊｙ│／１０００である。このようにして算出された目標速度Ｖ１とＶ２が、それぞれ、信号線４１と４２を介して左駆動部５ａと５ｂに送出される（Ｓ１０９）。その後、指令値バッファ２１に格納されている旋回指令値と直進指令値が空になるまで、同じように目標速度Ｖ１とＶ２の算出と、信号線４１と４２を介した左駆動部５ａと右駆動部５ｂへの送出が繰り返えされる。
【００３２】
上述したような方法によって駆動輪駆動制御プログラム１１によって算出される左右の駆動輪２ａと２ｂの目標速度Ｖ１とＶ２の値に基づいて、それぞれ左駆動輪２ａと右駆動輪２ｂが駆動され、移動ロボットの前進・後退と、左右の駆動輪２ａと２ｂの車軸を結ぶ線上の任意の点を中心とした旋回が可能となる。そして、旋回指令値が一定ならば直進指令値の大きさに関わらず旋回半径を一定にすることが可能となる。
【００３３】
補正情報を調べて補正が必要である場合についての一例を説明したが、（数４）と（数５）式で算出された目標速度Ｖ１とＶ２の値に基づいた移動ロボットの動作では、直進指令値がゼロになると旋回目標速度、すなわち、旋回量もゼロになり、旋回指令値だけによるその場旋回の動作ができなくなってしまうという不自然さが生じる。この不自然さを無くす必要があるのであれば、直進指令値が小さい時は別の補正係数を用いることで場合分けをし、直進指令値が小さい時は旋回指令値が一定でも旋回半径を一定としないことにすることが考えられる。また、場合分けする際には、移動ロボットの動作が不安定にならないように補正係数が連続的な値をとるようにする必要がある。
【００３４】
例えば、│Ｊｙ│＜１００の場合には、補正係数の値を（１０００−９×│Ｊｙ│）／１０００とすれば、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれの目標速度Ｖ１〔ｍｍ／Ｓ〕、Ｖ２〔ｍｍ／Ｓ〕は次式のようになる。また、直進指令値の大きさの変化に対する補正係数は図５に示すような値となる。
【数６】
2007307047.tif 000025

【数７】
2007307047.tif 000026

【００３５】
このように、│Ｊｙ│＜１００の場合には（数６）と（数７）式によって、また、│Ｊｙ│≧１００の場合には（数４）と（数５）式によって、左右の駆動輪２ａと２ｂのそれぞれの目標速度Ｖ１、Ｖ２が算出され、この目標速度Ｖ１とＶ２の値に基づいて、それぞれ左駆動輪２ａと右駆動輪２ｂが駆動される。これによって、直進指令値がゼロになると旋回目標速度、すなわち、旋回量もゼロになり、旋回指令値だけによるその場旋回の動作ができなくなってしまうという不自然さが無くなり、かつ、直進指令値の大きさの変化に対して補正係数が連続的な値をとることで安定した動作が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の移動機構の操縦制御装置は、ジョイスティック等からの指令情報と、その指令情報に基づく前進・後退及び旋回動作との関係が、操作者にとって理解し易く、円滑な操縦が容易に行なえ得る移動機構の操縦制御装置であって、工場等の作業現場での作業支援や高齢者・障害者の介護・介助支援等のための産業用移動ロボットなどへの活用が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の移動機構の操縦制御装置を内蔵する移動ロボットの全体構成例を示す図である。
【図２】操縦制御部の構成例を示す図である。
【図３】操作ボックスの概観を示すイメージ図である。
【図４】駆動輪駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】旋回指令値を補正するための補正係数の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      移動ロボット本体
２ａ    左駆動輪
２ｂ    右駆動輪
３ａ    左従動輪
３ｂ    右従動輪
４      操縦制御部
５ａ    左駆動部
５ｂ    右駆動部
６      受信部
７      操作ボックス
８      ジョイスティック
１０    中央演算処理装置
１１    駆動輪駆動制御プログラム  
２０    記憶装置
２１    指令値バッファ
３０    入力制御装置
４０    出力制御装置