CN102597897B - 移动机器人系统 - Google Patents

Abstract

减少地图制作的劳力、成本。移动机器人在计测信息中附加对移动机器人的运用场所或者运用者进行确定的ID，并经由网络向地图生成装置发送。地图生成装置接收经由网络送来的计测信息和ID，对得到计测信息的移动机器人的运用场所或者运用者进行确定，根据制作途中的地图和计测信息求出移动机器人的移动参数，基于移动参数根据计测信息合成并制作地图，显示制作途中的地图，从操作者受理地图修正或者修正结束的指令，基于指令修正地图，将所制作的地图经由网络向该移动机器人发送。

Description

移动机器人系统

技术领域

本发明涉及一种移动机器人系统，特别是关于移动机器人使用地图和周围环境的计测信息而识别自身位置，由此自律地进行移动的技术。

背景技术

在使用地图和周围环境的计测信息而识别自己的位置并自律地移动的移动机器人系统中，在使机器人在新环境中动作时或者环境形状变化了时，需要制作或者更新地图。例如，在专利文献1的“移动机器人的行驶地图制作方法”中，表示了通过手动引导使机器人移动并根据机器人所搭载的传感器的计测信息和机器人的移动参数生成地图的技术，由此不通过手输入就能够制作地图，能够解决作为以往课题的、在地图制作中花费利用者的劳力的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-110709号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述背景技术中，由于使用从机器人得到的移动参数来制作地图，因此在移动时所得到的移动参数的精度，对所制作的地图的精度产生影响。

如果能够不使用从机器人得到的移动参数、而制作较高精度的地图，则不需要将用于以高精度得到移动参数的设备搭载在机器人上。此外，即使在机器人上已经搭载有得到移动参数的设备的情况下，也能够不考虑此处产生的误差的影响而制作高精度的地图。

另一方面，制作地图的方法，优选如在背景技术中作为课题那样的利用者的劳力较少的方法。

本发明的目的在于提供一种技术，无论有无在上述机器人的移动时得到的移动参数，利用者都能够以较少的劳力和成本得到高精度的地图。

用于解决课题的手段

在本发明中，为了达到上述目的，具备以下的构成。即，在具备能够取得周围环境的计测信息的移动机器人和经由网络与移动机器人连接的地图生成装置的移动机器人系统中，移动机器人具备在计测信息中附加对移动机器人的运用场所或者运用者进行确定的ID、并经由网络向地图生成装置发送的构件，地图生成装置具备：接收经由网络送来的计测信息的构件；根据计测信息所附加的ID，对得到了送来的计测信息的移动机器人的运用场所或者运用者进行确定的构件；根据制作途中的地图和计测信息求出移动机器人的移动参数的构件；基于移动参数并根据计测信息来合成而制作地图的构件；显示制作途中的地图的构件；从操作者受理地图的修正或者修正结束的指令的构件；以及根据指令修正地图的构件。

发明的效果

根据本发明，能够减少地图制作的劳力、成本。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的移动机器人系统的整体构成的功能构成图。

图2是对本发明一个实施方式的移动机器人系统中的与地图生成相关的中心处理内容进行说明的图。

图3是对本发明一个实施方式的移动机器人系统中的与地图修正相关的第一处理内容进行说明的图。

图4是对本发明一个实施方式的移动机器人系统中的与地图修正相关的第二处理内容进行说明的图。

图5是对本发明一个实施方式的移动机器人系统中的与地图修正相关的第三处理内容进行说明的图。

图6是对传感器登录数据的格式的一个例子进行说明的图。

图7是对与地图修正相关的指令输入画面的一个例子进行说明的图。

图8是在本发明一个实施方式的移动机器人系统中增加与ID验证相关的功能而进行说明的图。

图9是对激光距离传感器的传感检测的情况的一个例子进行说明的图。

图10是对激光距离传感器的传感器数据的一个例子进行说明的图。

图11是对根据传感器数据制作地图的过程的一部分进行说明的图。

图12是对通过地图与传感器数据的匹配来求出移动参数的方法的一个例子进行说明的图。

图13是表示根据制作途中地图和传感器数据来制作新的制作途中地图的代表性处理的具体的一个例子的图。

图14是表示修正地图过程中的代表性处理的具体的一个例子的图。

图15是表示本发明一个实施方式的移动机器人系统的地图生成部的硬件构成的一个例子的图。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式。

在本系统的说明之前，作为其使用方法的1例，预先举出“自律移动机器人的货物搬运应用”，对本系统在其中的定位进行说明。

“自律移动机器人的货物搬运应用”表示如下应用：移动机器人通过使用表示周围环境的几何形状的地图和对周围环境进行了计测的传感器数据而识别自身位置，由此不需要导轨、引导线等物理路线而自律地进行成为目的的移动，进行物品的搬运。

在本应用中，作为其使用方法大体上存在2个模式。一个为准备模式，另一个为运用模式。

所谓准备模式，是进行为了在运用模式中进行自律移动所需要的准备的模式，是在向运用的现场初次导入机器人时、布局变更时或者搬运计划变更时所使用的模式。在本模式中，准备环境的最新地图，或者设定对搬运时的路线进行了定义的路线信息。

另一方面，所谓运用模式，是在应用系统进行作为本来目的的操作时、即通过移动机器人搬运物品时所使用的模式。在本模式中，使用在准备模式中准备的地图、路线信息，使移动机器人自律地移动。

作为本发明一个实施方式而在图1中说明的移动机器人系统，是在上述运用模式中使用的系统，更详细地说，是在上述运用模式中为了准备地图而使用的系统。

此外，也能够使本系统的一部分兼用于上述运用模式。例如，可以考虑使图1的移动机器人(220)成为如下构成：在用于使其在准备模式中移动并且得到计测周围环境的传感器数据、用于在运用模式中进行自律移动的双方中使用。

以上是以“自律移动机器人的货物搬运应用”为例时的、图1所示移动机器人系统的定位。

以下，使用图1，对本发明一个实施方式的移动机器人系统的整体构成进行说明。

本移动机器人系统大体上包括：能够在具有平坦地面的实际环境中移动的移动机器人(220)；能够远程地传送电子数据的网络(280)；以及制作或者修正地图的地图生成部(250)。

上述移动机器人(220)包括：通过车轮等在任意方向上移动的移动装置(291)；受理来自利用者的移动方向、移动速度的指示的移动操纵装置(293)；根据该指示控制移动装置(291)的操纵移动控制部(292)；对周围环境的几何形状进行计测的激光距离传感器等传感检测装置(230)；存储通过计测得到的传感器登录数据(130)的数据存储部(240)；以及将上述传感器登录数据(130)送出到网络(280)上的通信管理部(260)。另外，该通信管理部(260)具备附加后述ID的ID附加部(261)。

另一方面，上述地图生成部(250)包括：通信管理部A(252)，受理通过网络(280)送入的传感器登录数据(130)，并且将制作的地图(120)向网络(280)送出；数据存储部(254)，存储制作的地图(120)、上述传感器登录数据(130)；显示部(256)，显示所制作的或者制作途中的地图；指令输入部(251)，受理地图制作操作者的指令输入操作；移动参数计算部(255)，对从上述传感器登录数据(130)和制作途中的地图中取得某个传感器数据时的机器人的移动参数进行计算；地图合成部(257)，根据所计算的移动参数和传感器登录数据(130)对制作途中地图进行制作、更新；以及修正处理部(258)，基于由指令输入部(251)受理的地图制作者的修正指令，进行制作途中地图的修正。

以上是图1所示的本发明一个实施方式的移动机器人系统的整体构成。

接着，对图1所示的各部分的动作进行说明。

移动机器人(220)为，按照从通过有线或者无线电与外部连接的移动控制装置(293)输入的利用者的操纵指令，移动控制部(292)对移动装置(291)进行控制，由此进行任意方向、任意速度的移动。此时，传感检测装置(230)继续进行计测动作，并将作为对周围环境进行了计测的结果的传感器登录数据(130)依次输出。

图9以移动机器人(220)所搭载的某个激光距离传感器(230)为例表示其计测的情况。激光距离传感器为，能够对到处于周围环境的计测范围内(430)的物体(410)的表面的距离、以及其方向进行计测。

图10表示其传感检测数据的例子。在该传感器的例子中，对从-90°方向到90°方向之间、以某个恒定的间隔进行扫描，对各个方向上的到处于计测范围内(430)的物体表面的距离di进行计测。如果使扫描的间隔为1.0[°]时，数据成为(-90.0[°]，3425[mm])、(-89.0[°]，3325[mm])，…，(90.0[°]，425[mm])那样的使方向和距离成对的合计181个数据。该成对的一个例成为图所示的1点(440)。激光距离传感器为，将这样的181个数据的集合作为1帧，例如在1秒间对30帧的数据组依次进行计测。

这种通过传感器得到的传感检测数据，例如作为以图6所示那样的格式表示的传感器登录数据(130)，记录在图1的数据存储部(240)中。在图6中，以图示那样的格式记载传感器的规格(134)以及传感检测数据(136)。另外，在此关于ID的项目(132)，在该时刻还未记载。

图1的通信管理部(260)为，当受理了利用者的指令输入等时，在ID附加部(261)对所存储的传感检测登录数据(130)以图6所示的格式(132)附加了ID信息之后，经由网络(280)对预先决定的对象目的地发送该传感检测登录数据(130)。关于此处的ID信息将后述。

另一方面，在图1的地图生成部(250)中，当通信管理部A(252)接受到送来的传感器登录数据(130)时，ID验证部(262)对其中记载的ID信息进行验证。关于此处的验证方法将后述。如果确认为是已经登录的ID，则传感器登录数据(130)被存储到数据存储部(252)，能够实施以下的地图生成的处理。

在地图生成的处理中，地图合成部(257)、移动参数计算部(255)、显示部(256)以及指令输入部(256)进行与地图生成相关的中心处理，显示部(256)、指令输入部(256)以及修正处理部(258)基于地图制作操作者的操作来进行制作途中的地图修正的处理。

根据图2对与此处的地图生成相关的中心处理内容进行说明。

首先，在地图完全未被制作的状态下，根据第0帧的传感器数据S(0)生成第0帧的制作途中地图M(0)(610)。作为其生成方法的1例，存在图11所示那样的以下方法。首先，将第0帧的传感器数据一式放置在根据地图制作操作者的指示等所设定的位置上，将该传感器数据所含有各计测点作为点而形成曲线(910)。接下来，对各点通过曲线插补、直线插补等手法，而插补为曲线或者折线(915)。接下来，使该曲线或者折线通过膨胀处理等手法，按照来自地图制作操作者的指示或另外定义的参数而变粗(916)。通过以上生成的是图2的制作途中地图M(0)。

接着，在图2中，使帧编号为t＝1，根据制作途中地图M(t-1)和第t帧的传感器数据S(t)，计算位置姿势参数X(t)(611)。作为其计算方法，存在如下的方法：如图12所示那样，对于制作途中地图M(t-1)(850)，在使传感器数据S(t)(855)的位置和姿势依次变更的同时进行配合匹配处理，使用两者匹配了的位置姿势(860)的参数，使位置姿势参数X(t)＝(x，y，θ)。该位置姿势参数成为在图1等中说明的移动参数。

接下来，如图2所示那样，使传感器数据S(t)按照位置姿势参数X(t)移动，生成移动结束的传感器数据S′(t)(612)。该情况相当于图12所示的数据点组(865)。

接下来，如图2所示那样，根据移动结束的传感器数据S′(t)的各数据点，通过使用上述图11说明了的方法进行曲线或者折线化，并且通过与上述图11所示的方法同样的方法进行粗线化，并增加到制作途中地图M(t-1)中，由此生成新的制作途中地图M(t)。此外，同时，所生成的新的制作途中地图M(t)，通过由显示器等构成的显示部显示(613)。

接下来，如图2所示那样，通过指令输入等，地图制作操作者观察上述显示画面而受理判断了是否进行地图修正的意思。如果进行修正，则进行另外说明的地图修正程序(617)的处理，如果不进行修正，则向之后的步骤前进(614)。

接下来，验证是否对全部帧的传感器数据处理结束等，进行地图生成结束的判断(615)，如果结束，则作为t＝t+1而返回步骤(611)。如果结束，则将此时的制作途中地图M(t)作为地图进行输出(616)。

关于以上的从步骤(610)到步骤(616)的代表性处理，图13对其具体例进行了图示。按照通过将图中所示的制作途中地图(850)和传感器数据(855)进行匹配而求出的移动参数移动的传感器数据成为图的点组(865)。通过使用上述图11而说明的方法等对该点组进行插补、粗线化(866)，生成新的制作途中地图(851)。在此应注意的是，原来的地图(850)中不存在的物体(870)，有时被增加到新的地图(851)中。根据该原理，有时与机器人的移动相伴随而得到的各种场所的传感器数据，向制作途中地图的上依次增加，而生成整体的地图。

以上是地图生成的中心的处理内容。

接下来，使用图3对进行地图修正的地图修正程序的处理进行说明。

首先，受理由地图制作操作者的指令所指示的帧编号k的选择(630)。

接下来，将与在上述地图生成的处理中使用的传感器数据S′(k)相对应的地图上的点，显示为与地图上所显示的颜色不同的颜色(631)。

接下来，通过地图制作操作者的鼠标的拖动操作等的指令输入，对该传感器数据S′(k)的位置进行修正，受理修正移动参数P(k)(632)。并且，根据该参数使S′(k)移动而显示。

接下来，受理地图制作操作者的指令，将修正帧范围设定为j∈J(633)。在本实施方式中，设定为j∈J的范围为，设为使用上述k而成为处于j0≤j≤k的范围的j。于是，通过仅指定j0的值来进行定义。

接下来，使所设定的范围的传感器数据S′(j)j∈J，基于参数P(k)移动，对地图M(k)进行修正、显示(634)。此时，例如将修正量定义为按照j的值变化的参数P(j)，如果将其计算为P(j)＝P(k)·(j-j0)/(k-j0)而求出，则j＝j0时的修正量成为0，j＝k时的修正量成为P(k)，此外随着j从j0朝向k增加，而得到具有修正量P(j)也逐渐增加的性质的一系列的修正量的集合P(j0)，P(j0+1)，…，P(k)，这成为从帧编号j0朝向帧编号k逐渐变大的修正，能够进行适当的地图的修正。此外，在j0≤j≤k的范围中也可以考虑使用全部相同的修正参数P(k)，该方法也能够进行适当的地图修正。如下，在j0≤j≤k的范围中，通过修正量的计算方法，修正可能成为适当或者不适当，因此可以考虑通过受理地图制作操作者的指令来对其进行选择或者定义。

图14表示在以上说明的地图修正程序的处理中所显示的画面的1例。在此，首先显示制作途中地图(850)，但在该时刻，由于此前进行的地图生成处理时的移动参数计算的误差的影响等，存在于地图内的物体的一部(875)会变得非常粗。为了对其进行修正，地图制作操作者通过指令输入等找出与该对象部的生成可能相关的帧编号(885)。如上述图3的步骤(631)所示，与各帧编号的传感器数据相对应的点(880)由不同颜色显示，因此容易进行其找出。在地图制作操作者判断为在该位置存在误差的情况下，如上述图3的步骤(632)所示，通过鼠标的光标(895)操作等能够使其活动，因此能够将其修正为地图制作操作者判断为是正确位置的位置(883)。当对此时的移动量进行图示时成为图的箭头(896)。于是，如图3的步骤(634)所示，其他指定的帧编号的传感器数据，也如被该修正移动带动那样自动地进行移动修正，结果新的地图(852)被修正为如图所示那样的适当的地图(890)。

以上是本实施方式的地图修正程序的代表性处理内容，但除此以外，还如以下所述那样，还能够增加在地图中增加存在物的功能或者从地图中消除存在物的功能。

在地图上增加存在物的功能中，在上述地图修正程序中进行图4所示那样的处理。

首先，通过在显示画面上、如图7所示那样的画面上显示选择按钮(680)，由此使地图制作操作者选择四方形、圆、圆弧等基本图形，并且通过鼠标等指定增加的位置、姿势(650)。

接下来，如图4所示，对于当前显示的制作途中地图M(t)，将其基本图形增加到指定的位置姿势(651)。

以上是增加存在物的处理内容。

另一方面，在从地图上消除存在物的功能中，在上述地图修正程序中进行图5所示的处理。

首先，受理地图制作操作者的鼠标等的操作，并指定削除的位置、范围(655)。

接下来，对于当前显示的制作途中地图M(t)，将指定的位置的范围中所存在的图形消除(656)。

以上是消除存在物的处理顺序。

以上，说明了本发明的实施方式的修正处理程序。

接下来，对图1所示的本发明第一实施方式的ID附加部(261)以及ID验证部(262)进行说明。

在ID附加部(261)中，如图6所示那样，对传感器登录数据(130)附加场所ID、利用者ID、传感器数据ID而记载(132)。各个ID在外部管理，通过网络等电子构件、书面等物理构件，向图1所示的处于地图生成部(250)内部的ID验证部(262)通知。

另一方面，在图1所示的ID验证部(262)中，对送来的传感器登录数据(130)进行解析，根据此处所记载的各ID，对该传感器登录数据(130)所制作的场所、利用者进行确定。

如此，通过对送来的传感器登录数据(130)所制作的场所、利用者进行确定，由此地图制作操作者能够判断是否根据该传感器登录数据来制作地图，或者另外准备登录了场所、利用者的数据库，根据与该数据库的比较结果，自动地判断是否制作地图。此外，还能够将制作的地图确定为返回的对象。

并且，通过在上述数据库中记载合同信息、收费信息，还能够根据合同的有无、收费的有无，来判断是否制作地图。此外，通过在该数据库中写入是否实施了地图生成的信息，还能够对每个场所、利用者记录地图生成处理实施次数。

使用图8对实施这种功能的构件的一个例子进行说明。在图8中，在图1所示的地图生成部(250)上，增加站点信息数据库(192)、数据选择部(191)以及外部输入部(193)。外部输入部(193)为对每个场所、利用者的合同信息、收费信息进行输入的构件，键盘等输入装置可以考虑为其1例。在站点信息数据库(192)中记录有每个场所、利用者的合同信息、收费信息。并且，也可以考虑记录每个场所的房间的大小、此处存在的物品的种类等、属于场所的信息、过去制作的该场所的地图(120)或者该地图(120)的制作利用的传感器登录数据(130)等。在数据选择部(191)中，判断是否根据从上述那样接受的传感器登录数据(130)中得到的场所、利用者信息来制作地图，如果判断为制作，在进行地图生成的处理。另外，数据选择部(191)同时还选出数据库所记录的该场所所属的信息，在地图生成的处理中利用。作为一个例子，可以考虑如下的利用方法：根据房间的大小决定制作的地图的整体尺寸，如果得知具有使利用的距离传感器产生较大误差的特殊材质的设备所存在的场所，则在地图生成中进行的移动参数计算时，该部分的传感检测信息被忽略。

图15表示使用图1说明的一个实施方式中的装置构成的一个例子。本装置大体上包括：进行计算等的中央计算装置(810)；暂时保存数据、程序的主存储装置；长期保存数据、程序的外部存储装置；受理操作者的指令输入的鼠标、键盘(820)；显示操作画面、制作途中地图的显示器(815)；以及从外部网络进行数据的发送接收的网络接口(835)。在外部存储装置中存储有以下所示的各程序(832)、ID是否已登录等的ID相关信息(831)等。在主存储装置中存储有进行图1的移动参数的计算的移动参数计算程序(841)、进行制作途中的地图修正的修正处理程序(842)、根据传感器数据生成地图的地图合成程序(843)、制作所利用的传感器登录数据(844)、制作的地图(845)、制作途中的地图(846)、制作以及修正时使用的各种参数信息(847)等。中央计算装置(810)按照外部存储装置或者主存储装置内所存在的各程序，进行存储装置之间的数据的输入输出，经由显示器(815)、鼠标、键盘(820)以及网络接口(835)，进行信号、数据的输入输出，由此实现使用图1说明的各功能。

以上，详细说明了本发明的一个实施方式。

根据本实施方式，不需要通过移动机器人得到用于制作地图的移动参数，因此不需要在移动机器人内准备得到移动参数的构件，或者即使在移动机器人内已经准备了得到移动参数的构件的情况下，也不需要为了制作较高精度的地图而提高所得到的移动参数的精度。

并且，根据本实施方式，在地图生成时，地图制作操作者能够在画面上确认所制作的地图，并能够进行修正处理，因此能够进行高精度的地图制作。

并且，根据本实施方式，使移动机器人动作的场所和制作地图的场所能够成为分离的场所，因此使移动机器人动作的利用者和进行上述地图制作的确认、修正的地图制作操作者，能够处于分离的场所。由此，在使移动机器人动作的场所，不需要防止用于地图制作的设备，并且不需要预先确保记住了地图制作的操作手法的人员，或者地图制作操作者不需要在每次地图制作时移动到其动作场所。并且，一个地图生成部，能够制作相互场所不同的多个机器人动作场所的地图，因此能够实现用于地图生成的设备的高效活用、设备及程序的维护、升级的高效实施。

此外，上述实施方式的移动机器人，并不限于具备能够按照操作者的移动操纵而自动地移动的移动装置，也能够置换为具有能够不需要操作者的移动操纵而自律移动的功能的自律移动机器人，或者也能够置换为通过操作者的人力来移动的手推台车等。

此外，在上述实施方式中，仅制作地图，但在地图的基础上、或者在地图制作之外，还能够使地图生成部具备通过操作者的指示设定路线信息的功能。

此外，在上述实施方式中，在网络上传输的传感器登录数据中未记载机器人的移动参数，但也能够在移动机器人上设置检测移动参数的构件、或者设置根据操纵者的操纵指令计算移动参数的构件，由此在传感器登录数据中记载机器人的移动参数，在地图生成时将其用作为参照信息。

此外，在上述实施方式中，在移动机器人内得到的传感器登录数据，从机器人所搭载的通信管理部直接向外部网络发送，但也能够构成为，在移动机器人的外部设置对其进行中继的数据中继构件，首先从机器人向该数据中继构件发送数据，接着数据中继构件向外部网络发送数据。

符号的说明：

220移动机器人

230地图生成部

240数据存储部

250地图生成部

260通信管理部

Claims (3)

1.一种移动机器人系统，具备能够取得周围环境的计测信息的移动机器人和经由网络与该移动机器人连接的地图生成装置，其特征在于，

该移动机器人具备在该计测信息中附加对该移动机器人的运用场所或者使该移动机器人移动的利用者进行确定的ID、并经由网络向该地图生成装置发送的构件，

该地图生成装置具备：

接收经由网络送来的该计测信息的构件；

根据该计测信息中所附加的该ID，对得到了该送来的计测信息的该移动机器人的运用场所或者使该移动机器人移动的利用者进行确定的构件；

根据制作途中的地图和该计测信息求出该移动机器人的移动参数的构件；

基于该移动参数并根据该计测信息来合成而制作地图的构件；

显示制作途中的地图的构件；

从地图制作操作者受理地图的修正或者修正结束的指令的构件；

根据该指令修正地图的构件；以及

将所制作的地图经由网络向该移动机器人发送的构件；

根据所述计测信息中所附加的该ID对得到了该送来的计测信息的该移动机器人的运用场所或者使该移动机器人移动的利用者进行确定的构件，具备选择构件，该选择构件进行与预先记录的数据库的比较处理，验证该ID或者根据该ID确定出的运用场所或者使该移动机器人移动的利用者是否已登录完成，仅在已登录完成的情况下针对所述合成而制作地图的构件赋予根据相应的所述计测信息的地图制作的许可。

2.如权利要求1记载的移动机器人系统，其特征在于，

该修正地图的构件具备如下构件中的一个以上的构件：基于来自所述地图制作操作者的指令对该移动参数进行修正的构件；基于来自所述地图制作操作者的指令在地图上增加新图形的构件；以及基于来自所述地图制作操作者的指令从地图上消除图形的构件。

3.如权利要求1记载的移动机器人系统，其特征在于，

该求出移动机器人的移动参数的构件，通过该制作途中的地图和该计测信息的匹配处理，来求出该移动参数。