JP5016412B2 - 自律移動装置 - Google Patents
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Description
本発明は、人や台車など他の移動物体が移動するのと同じ領域において、障害物を検出して移動し所望の動作を達成する自律移動装置に関する。
従来のこの種の自律移動装置として、障害物を検出して、その障害物の位置情報を取得し、障害物の方向が進行方向から外れるほど障害物までの距離を遠くに換算することで、側方の壁を検出して減速することを避け、前方の障害物に対しては安全に速度制御をするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示される装置を図９を参照して説明する。自律移動装置４１は、その前方に半楕円形に走行制御領域４２を設定し、その領域に障害物を検出すると、その障害物に接近するとして、予め設定した減速度で減速して、停止領域に達した際には停止できる速度にしている。走行制御領域４２を半楕円形にすることで、側方の壁を検出して減速することを避け、前方の障害物に対して安全に減速・停止するものである。なお、走行制御領域４２を半楕円形に設定した場合、楕円の中心が自律移動装置４１の中心線上の先端（距離センサが角度スキャンするときの中心）に設定される。楕円の進行方向半径をEx、これに直交する半径をEyとすると、進行方向から角度θ(k)における楕円中心から楕円上の点までの距離、つまり領域距離Lareaは、
Larea(k) ＝ 1／(cos(θ(k))２／Ex２ ＋ sin(θ(k))２／Ey２)
となる。
となる。
しかしながら、上述したような自律移動装置４１においては、障害物を検出して速度制御をする走行制御領域４２の形状が一定であり、正面から近づく障害物しか想定していないため、交差通路から接近してくる障害物については検出することができず、速度制御がされない。また、交差した通路に侵入する際に減速しないため、人と出会い頭の衝突の危険があり、衝突時の速度も大きいままであるという問題がある。
特開２００４−１５７８２９号公報
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、交差通路進入後に、側方から接近してくる障害物をも検出して速度制御が可能となり、さらに、交差通路進入直前には適切な速度に減速することが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、移動領域の地図情報を記憶した記憶手段と、自身の位置情報を取得する位置情報取得手段と、自身の前方の所定エリア内に存在する障害物の情報を含む環境情報を取得する環境情報取得手段と、自身を移動させる移動手段と、前記地図情報に基づいて目標地点まで移動するように前記移動手段を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、前記環境情報取得手段が前記所定エリア内に障害物を検出した場合に前記移動手段に速度制御を行わせる自律移動装置であって、前記環境情報取得手段は、前記地図情報と前記位置情報と前記環境情報とが所定条件を満たすときに前記所定エリアの形状を変化させ、前記地図情報は、前記所定エリアの形状を変化させる位置情報であるエリア変更位置の情報を有し、前記所定条件は、自身の位置情報が前記エリア変更位置の近傍であると判断する場合であり、前記エリア変更位置は、通路の交差部に配置され、前記環境情報取得手段は、前記環境情報が所定条件を満たすときに前記所定エリアの形状を側方の領域が大きくなるように変化させ、前記移動制御手段は、前記環境情報取得手段が前記所定エリアのうち側方の大きくなった領域については、人と判断される障害物を検出したときのみ、速度制御を行うものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の自律移動装置において、前記エリア変更位置と自身との距離が、予め定められた第１の距離以内に近付いた場合、前記所定エリアの形状を側方の領域が大きくなるように変化させ、前記エリア変更位置と自身との距離が、予め定められた第２の距離以上離れた場合、前記所定エリアの形状を変化前の形状に戻すものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の自律移動装置において、前記第１の距離は、前記第２の距離よりも大きいものである。
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３記載の自律移動装置において、前記所定エリアの形状を側方の領域が大きくなるように変化させる場合、前記所定エリアの形状は略半円形に形成され、前記所定エリアの形状を変化前の形状に戻す場合、前記所定エリアの形状は半楕円形に形成されるものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の自律移動装置において、前記環境情報取得手段は、前記所定エリアを変更する場合には、前記地図情報に基づいて障害物を検出する可能性が低い領域には前記所定エリアを広げないものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の自律移動装置において、前記環境情報取得手段は、前記環境情報が前記所定条件を満たす場合であっても、所定のエリア形状変更阻止条件を満たす場合には、前記所定エリアの形状を変化させないものである。
請求項１に記載の発明によれば、障害物を検出して速度制御（例えば減速）する所定エリアの形状を、所定条件に応じて適切に変化させることができるので、自律移動装置は、交差通路進入後に、側方から接近してくる障害物をも検出して速度制御が可能となり、さらに、交差通路進入直前には適切な速度に減速することができる。また、所定エリアの形状を変化させる位置情報を地図情報に設定するので、移動中の自律移動装置の位置に応じて所定エリアの形状を変化させることができる。また、自律移動装置が通路の交差部を移動するときに、側方の障害物も検出して速度制御することが可能となる。通路の交差部では、側方から人などが接近してくる場合があり、そのような場合にも、自律移動装置は、側方から接近してくる人などを検出して、より安全に移動することができる。さらに、所定エリアのうち側方の大きくなった領域については、人以外の障害物については速度制御の対象としないため、無駄な速度制御を行うことなく効率的な移動を行うことができる。
請求項２に記載の発明によれば、エリア変更位置と自身との距離に応じて、所定エリアの形状を変化させて障害物を検出することにより、効率的な移動を行うことができる。
請求項３に記載の発明によれば、例えば障害物と衝突する可能性が比較的高い、通路から交差部の中心に到達するまでの全領域において、所定エリア形状を側方の領域が大きくなるように変化させ、障害物と衝突する可能性が比較的低い、交差部の中心から通路に抜けるまでの一部の領域において、所定エリア形状を変化前の形状に戻すことができるので、効率的な移動を行うことができる。
請求項４に記載の発明によれば、エリア変更位置と自身との距離が、予め定められた第１の距離以内に近付いた場合、所定エリアの形状は略半円形に形成されるので、例えば交差通路進入後に、側方から接近してくる障害物を検出し易くなり、安全な移動を行うことができる。また、エリア変更位置と自身との距離が、予め定められた第２の距離以上離れた場合、所定エリアの形状は半楕円形に形成されるので、障害物と衝突する可能性が比較的低い領域において、前方から接近してくる障害物を主として検出して効率的な移動を行うことができる。
請求項５に記載の発明によれば、障害物を検出する可能性が低い領域には、所定エリアを広げないので、障害物を不必要に検出して速度制御を行うことが防止され、より効率的に移動が可能となる。障害物を検出する可能性が低い領域とは、例えば、自律移動装置の移動方向と略平行な壁がある側の領域である。
請求項６に記載の発明によれば、不必要な速度制御をエリア形状変更阻止条件によって防止することができ、効率的な移動が可能になる。例えば、人が存在しない領域の照明を消灯する環境においては、エリア形状変更阻止条件として、周囲の明るさが閾値以下であることを条件にすれば、自律移動装置が人を誤検出して速度制御をすることが防止でき、効率的な移動が可能となる。
以下、本発明の第１の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、本実施形態に係る自律移動装置の制御ブロック図である。自律移動装置１０は、移動領域の地図情報を記憶した記憶手段１１と、自身の位置情報を取得する位置情報取得手段１２と、自身の前方の所定エリア内に障害物があることを含む環境情報を取得する環境情報取得手段１３と、自身を移動させる移動手段１４と、前記地図情報に基づいて目標地点まで移動するように移動手段１４を制御する移動制御手段１５とを備えている。記憶手段１１は走行制御条件として最高速度、加速度、及び減速度を含む複数の設定条件の組も記憶している。また、環境情報取得手段１３は、距離情報取得手段１６を備え、距離情報取得手段１６は、障害物検出センサとして超音波距離計やレーザレーダを備えた距離測定装置１６１と距離情報解析手段１６２を備えている。移動制御手段１５は、環境情報取得手段１３が取得した障害物までの距離情報などの環境情報、位置情報取得手段１２から出力される自身の位置情報、経路生成部２０が生成する経路などに基づいて移動手段１４を制御する。自律移動装置１０は搭載した電池２１から必要な電気エネルギーの供給を受ける。記憶手段１１や移動制御手段への入力は、操作インターフェース１８により行うことができる。
図２は、同装置における障害物を検出する所定エリアを説明する図である。図２に示すように、自律移動装置１０は、速度制御対象とする所定エリア２２を定めている。自律移動装置１０は、所定エリア２２内に障害物を検出した場合、その障害物の直前で停止できる減速度で減速するように、移動速度を制御する。
通常の通路では、側方の壁を検出してしまうことを防ぐために所定エリア２２の形状を進行方向を長軸とする半楕円形としている。楕円の進行方向の半径をＥｘ、これに直交する進行方向右側の半径をＥｙＲ、左側の半径をＥｙＬとし、ＥｙＲとＥｙＬを共に１とした場合に、ＥｘをＬにしている。
ＥｙＲ＝ＥｙＬ＝１， Ｅｘ＝Ｌ
ＥｙＲ＝ＥｙＬ＝１， Ｅｘ＝Ｌ
壁のない広い領域などでは、人が側方から接近することも考えられるため所定エリアの形状を側方の領域が大きくなるように変化させる。例えば、
ＥｙＲ＝ＥｙＬ≒Ｅｘ＝Ｌ
とすることで、所定エリアを略半円形とし、自律移動装置１０は、側方の障害物も検出して移動速度を制御する。
ＥｙＲ＝ＥｙＬ≒Ｅｘ＝Ｌ
とすることで、所定エリアを略半円形とし、自律移動装置１０は、側方の障害物も検出して移動速度を制御する。
図３は、所定エリアの変化を説明する図である。自律移動装置１０は、所定エリア２２内に障害物を検出した場合、その障害物の直前で停止できる減速度で減速するように、移動速度を制御する。自律移動装置１０の周囲近傍に接近限界線２４で囲まれた領域を設定して、障害物が該領域に入らないように停止できる減速度で減速するように、所定エリア２２内に障害物を検出した場合の移動速度を制御してもよい。
自律移動装置１０は、走行経路の目印となるノード情報を含む走行領域の地図情報を記憶手段１１に予め記憶している。自律移動装置１０が移動目的地を与えられると、経路生成部２０はノード情報を元にノードを結んで目的地までの経路２５を生成し、移動制御手段１５は、この経路２５に基づいて移動を制御する。ノードのうち、移動速度を考慮する所定エリア形状を変化させるべき位置にあるノードの情報に、フラグを付加する。フラグを付加されたノードをエリア変更指示ノード２７と呼ぶ。フラグが付加されていないノードは通常ノード２６である。
自律移動装置１０は、ノードを一時的な目標点として、ノードをたどるように移動目的地まで移動するが、一時的な目標点となるノードがエリア変更指示ノード２７であり、かつ、エリア変更指示ノード２７と自律移動装置１０との距離が、予め定めた距離ＬＮａ以内である場合、速度を考慮する所定エリアの形状を略半円形の所定エリア２３にする。そして、エリア変更指示ノード２７に到達して次のノードを目指して移動を始め、エリア変更指示ノード２７と距離ＬＮｂ以上離れたら、所定エリア形状を半楕円形の所定エリア２２に戻す。これらの距離ＬＮａとＬＮｂは、エリア変更指示ノード２７毎に個別に設定してもよい。特に、エリア変更指示ノード２７を通路の交差部分に配置することによって、交差通路から接近する人も所定エリア内に検出することができ、また、交差通路進入直前には、適切な速度に減速することができ、自律移動装置１０のより安全な移動を実現することができる。
図４は、経路２５にエリア変更指示目印を配設した図である。エリア変更指示目印を、例えば、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）とすることができる。ＲＦＩＤは、ＩＤ情報を埋め込んだタグから、電磁誘導や電波などを用いた近距離の無線通信によって情報を伝送するものである。ＲＦＩＤを床面に置いたり、ＲＦＩＤを埋め込んだＲＦＩＤシート２８を床面に敷くなどし、目印検出手段１７によってこれらのＲＦＩＤを認識した際にも、所定エリアの形状を変形させて略半円形にする。これにより、記憶手段１１に記憶する地図情報を変更しなくても、所定エリアの形状を変化させる場所を簡単に追加したり変更したりすることができる。
人が存在しない領域の照明を消灯する環境においては、自律移動装置の周囲の明るさが閾値以下であれば、周囲に人が存在しないと判断でき、所定エリアを広げる変形を阻止しても自律移動装置１０は人と衝突しない。自律移動装置１０に環境情報取得手段として、照度計等の周囲の明るさを検出するためのセンサを搭載し、周囲の明るさが予め設定した閾値以下の場合には、エリア形状変更阻止条件が満たされたとして、所定エリア２２の変形が阻止される。
図５を参照して、自律移動装置１０の制御フローを説明する。自律移動装置１０が移動を開始すると、環境情報取得手段１３は、周囲の明るさが閾値以下か判断する（Ｓ１０１）。周囲の明るさが閾値以下であれば（Ｓ１０１でＹＥＳ）、周囲には照明が消灯されて人が存在しないと判断できるので、側方からの人の接近を考慮する必要がなく、環境情報取得手段１３は、所定エリアの変形を阻止し、所定エリアを半楕円形にする（Ｓ１０７）。周囲の明るさが閾値を超えていれば（Ｓ１０２でＮＯ）、目印検出手段１７が所定エリア変形目印である床面のＲＦＩＤを検出したか判断される（Ｓ１０２）。目印検出手段１７がＲＦＩＤを検出すれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、環境情報取得手段１３は、所定エリアを略半円形にする（Ｓ１０８）。目印検出手段１７がＲＦＩＤを検出しなければ（Ｓ１０２でＮｏ）、自律移動装置１０が向かっているノードがエリア変更指示ノード２７で（Ｓ１０３でＹＥＳ）、かつ、エリア変更指示ノード２７との距離がＬＮａ以内（Ｓ１０４でＹＥＳ）ならば、所定エリアが略半円形にされる（Ｓ１０８）、それ以外の場合は、一つ前のノードがエリア変更指示ノードであるか判断され（Ｓ１０５）、ＹＥＳであれば、さらにエリア変更指示ノード２７との距離がＬＮｂ以内なら（Ｓ１０６でＹＥＳ）、環境情報取得手段１３は、所定エリアを略半円形にする（Ｓ１０８）。一つ前のノードが通常ノードであれば（Ｓ１０５でＮＯ）、環境情報取得手段１３は所定エリアを半楕円形する（Ｓ１０７）。環境情報取得手段１３が所定エリアを半楕円形（Ｓ１０7）または略半円形（Ｓ１０８）にした後、自律移動装置１０が移動目的地に到達したか判断される（Ｓ１０９）。自律移動装置１０が移動目的地に到達すれば移動終了である。移動目的地に到達していなければ（Ｓ１０９でＮＯ）、制御がステップＳ１０１に戻る。このような制御フローで自律移動装置１０は制御される。
次に、本発明の第２の実施形態に係る自律移動装置について説明する。図６は、所定エリアを説明する図である。自律移動装置１０は、センサ有効範囲２９の内側に速度制御対象とする半楕円形の所定エリアを定めている。自律移動装置１０は、通常時、第１の所定エリア３０内に障害物を検出した場合、その障害物の直前で停止できる減速度で減速するように、速度制御をする。
壁のない広い領域や交差通路などでは、人が側方から接近することも考えられるため、所定エリアの形状を側方の領域が大きくなるように変化させる。例えば、エリア変形指示ノードを設定したり、ＲＦＩＤなどを配設したりすることで、
ＥｙＲ＝ＥｙＬ≒Ｅｘ＝Ｌ
とした略半円形の第２の所定エリア３１を設ける。
ＥｙＲ＝ＥｙＬ≒Ｅｘ＝Ｌ
とした略半円形の第２の所定エリア３１を設ける。
自律移動装置１０が障害物を検出した際、その障害物が第１の所定エリア３０に存在する場合は、その障害物までの距離に応じて速度制御をする。
検出した障害物が所定エリアのうち側方の大きくなった領域である第２の所定エリア３１に存在する場合は、環境情報取得手段１３が人と判断される障害物を検出したときのみ、自律移動装置１０は速度制御をする。例えば、スキャン型センサで床面近傍の水平面をスキャンした場合、人の脚部分が柱状形状として検出されるため、環境情報取得手段１３は、第２の所定エリア３１に存在する障害物が柱状形状であるかを判断し、人と判断される柱状形状の障害物に対してのみ自律移動装置１０は速度制御をする。
図７は、所定エリアに柱状形状の障害物３２がある場合の図である。柱状であるかどうかの判断については、例えば、特許第３６４８６０４号に示されているような方法を用いることができる。すなわち、スキャン型センサで得た画像から検出された障害物の幅を取得し、人を表す柱状形状の候補かどうかを障害物の幅から判断する。したがって、人を表す柱状形状の幅の範囲を指定することにより、自律移動装置１０は、側方に存在する明らかに人ではない障害物、例えばゴミ箱などがあっても、速度制御を行わないようにできるので、より効率的な移動を実現できる。
次に、本発明の第３の実施形態に係る自律移動装置について説明する。図８は、進行方向と平行な壁がある場合の所定エリアを説明する図である。第２の所定エリアに自律移動装置１０の進行方向と略平行な壁３４がある場合は、壁３４がある側の領域には障害物を検出する可能性が低い。環境情報取得手段１３が記憶手段１１に記憶された地図情報に基づき、障害物を検出する可能性が低い領域には所定エリアを広げないことにより、自律移動装置１０は、より効率的に移動することができる。すなわち、所定エリアのうち壁３４が検出された側の第２の所定エリア３３ａを無効とし、壁３４が検出されなかった側の第２の所定エリア３３ｂは有効とすることにより、障害物を検出する可能性が低い領域に所定エリアを広げないようにする。
上記の壁であるかどうかの判断は、例えば、以下の文献記載の方法を用いて線分の検出を行なうことにより行える。
Ali SIADAT, Axel KASKE, Siegfried KLAUSMANN, Michel DUFAUT, Rene HUSSON: AN OPTIMIZED SEGMENTATION METHOD FOR A 2D LASER-SCANNER APPLIED TO MOBILE ROBOT NAVIGATION, Proceedings of the 3rd IFAC Symposium on Intelligent Components and Instruments for Control Application, 1997
そして、一定以上の長さの線分が検出された場合、壁と判断する。これにより、壁３４が存在するために障害物を検出する可能性が低い領域、例えば、人が接近してこない領域に所定エリアを広げないことにより、自律移動装置１０のより効率的な移動を実現できる。
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、エリア変更指示目印は、ＣＣＤカメラ等で撮像し検出可能なマーカとしてもよい。また、側方の領域を拡幅した所定エリアの形状は、略半円形に限られず、長方形または半楕円形としてもよい。
１０ 自律移動装置
１１ 記憶手段
１２ 位置情報取得手段
１３ 環境情報取得手段
１４ 移動手段
１５ 移動制御手段
１６ 距離情報取得手段
１６１ 距離測定装置
１６２ 距離情報解析手段
１７ 目印検出手段
１８ 操作インターフェース
１９ 障害物検出部
２０ 経路生成部
２１ 電池
２２ 所定エリア
２３ 側方の領域が大きくなるように変化させた所定エリア
２４ 接近限界線
２５ 経路
２６ 通常ノード
２７ エリア変更指示ノード
２８ ＲＦＩＤシート
２９ センサ有効範囲
３０ 第１の所定エリア
３１ 第２の所定エリア
３２ 柱状形状の障害物
３３ｂ 有効な第２の所定エリア
４１ 自律移動装置
４２ 走行制御領域
１１ 記憶手段
１２ 位置情報取得手段
１３ 環境情報取得手段
１４ 移動手段
１５ 移動制御手段
１６ 距離情報取得手段
１６１ 距離測定装置
１６２ 距離情報解析手段
１７ 目印検出手段
１８ 操作インターフェース
１９ 障害物検出部
２０ 経路生成部
２１ 電池
２２ 所定エリア
２３ 側方の領域が大きくなるように変化させた所定エリア
２４ 接近限界線
２５ 経路
２６ 通常ノード
２７ エリア変更指示ノード
２８ ＲＦＩＤシート
２９ センサ有効範囲
３０ 第１の所定エリア
３１ 第２の所定エリア
３２ 柱状形状の障害物
３３ｂ 有効な第２の所定エリア
４１ 自律移動装置
４２ 走行制御領域
Claims (6)
- 移動領域の地図情報を記憶した記憶手段と、
自身の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
自身の前方の所定エリア内に存在する障害物の情報を含む環境情報を取得する環境情報取得手段と、
自身を移動させる移動手段と、
前記地図情報に基づいて目標地点まで移動するように前記移動手段を制御する移動制御手段とを備え、
前記移動制御手段は、前記環境情報取得手段が前記所定エリア内に障害物を検出した場合に前記移動手段に速度制御を行わせる自律移動装置であって、
前記環境情報取得手段は、前記地図情報と前記位置情報と前記環境情報とが所定条件を満たすときに前記所定エリアの形状を変化させ、
前記地図情報は、前記所定エリアの形状を変化させる位置情報であるエリア変更位置の情報を有し、前記所定条件は、自身の位置情報が前記エリア変更位置の近傍であると判断する場合であり、
前記エリア変更位置は、通路の交差部に配置され、前記環境情報取得手段は、前記環境情報が所定条件を満たすときに前記所定エリアの形状を側方の領域が大きくなるように変化させ、
前記移動制御手段は、前記環境情報取得手段が前記所定エリアのうち側方の大きくなった領域については、人と判断される障害物を検出したときのみ、速度制御を行うことを特徴とする自律移動装置。 - 前記エリア変更位置と自身との距離が、予め定められた第１の距離以内に近付いた場合、前記所定エリアの形状を側方の領域が大きくなるように変化させ、
前記エリア変更位置と自身との距離が、予め定められた第２の距離以上離れた場合、前記所定エリアの形状を変化前の形状に戻すことを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。 - 前記第１の距離は、前記第２の距離よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の自律移動装置。
- 前記所定エリアの形状を側方の領域が大きくなるように変化させる場合、前記所定エリアの形状は略半円形に形成され、
前記所定エリアの形状を変化前の形状に戻す場合、前記所定エリアの形状は半楕円形に形成されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の自律移動装置。 - 前記環境情報取得手段は、前記所定エリアを変更する場合には、前記地図情報に基づいて障害物を検出する可能性が低い領域には前記所定エリアを広げないことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の自律移動装置。
- 前記環境情報取得手段は、前記環境情報が前記所定条件を満たす場合であっても、所定のエリア形状変更阻止条件を満たす場合には、前記所定エリアの形状を変化させないことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の自律移動装置。
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