CN104865962B - 移动体控制系统及移动体控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供移动体控制系统及方法。服务机器人(1)具备机器人本体(2)；距离测量单元(20)，设置在机器人本体中以使用红外线测量机器人本体和机器人本体前方存在的物体之间的距离；移动控制单元(15)，基于距离测量单元获得的测量结果和关于机器人本体的移动路径的移动路径信息来控制机器人本体的移动；移动方向限制信息存储单元(10)，存储作为限制机器人本体的移动方向的信息的移动方向限制信息；和移动路径信息生成单元(12)，基于移动方向限制信息生成移动路径信息。移动方向限制信息是限制机器人本体的如下移动方向的信息，在该移动方向上从例如太阳等的外部光源发射的预定数量或更多的红外线从机器人本体的前方辐射到机器人本体上。

Description

移动体控制系统及移动体控制方法

技术领域

本发明涉及移动体控制系统及移动体控制方法。

背景技术

作为这类技术，日本专利申请公开No.2004-21774(JP-2004-21774 A)公开了一种在通过使用红外线测量主机与障碍物之间的距离时移动的移动工作机器人。在一些情况中，由于从外部光源发射的红外线的影响，该移动工作机器人不能准确地测量主机和障碍物之间的距离。因此，在日本专利申请公开No.2004-21774(JP-2004-21774 A)中，该移动工作机器人装备了用于测量主机周围的亮度的亮度测量构件。这样，根据主机周围的亮度的测量结果，改变主机的移动方向及行驶速度，或停止主机。

然而，通过前述日本专利申请公开No.2004-21774(JP-2004-21774 A)的配置，根据主机周围的亮度的测量结果改变主机的移动方向及行驶速度或停止主机的行为的技术意义并不明确。

发明内容

本发明提供了移动物体控制系统及移动物体控制方法，使得移动体即使在辐射有来自外部光源的红外线的环境下也能毫无问题地到达其目的地。

本申请的发明的第一方面涉及一种移动体控制系统。该移动体控制系统包括：移动体本体；距离测量单元，其设置在移动体本体中以通过使用红外线测量移动体本体和移动体本体前方存在的物体之间的距离；移动控制单元，其被配置成基于通过距离测量单元获得的测量结果以及关于移动体本体的移动路径的移动路径信息来控制移动体本体的移动；移动方向限制信息存储单元，其被配置成存储作为关于限制移动体本体的移动方向的信息的移动方向限制信息；以及移动路径信息生成单元，其被配置成基于移动方向限制信息生成移动路径信息。移动方向限制信息是关于限制移动体本体的如下移动方向的信息，在该移动方向上从外部光源发射的预定数量或更多的红外线从移动体本体的前方辐射到移动体本体上。

根据本发明的前述方面，即使在辐射有来自外部光源的红外线的环境下移动体本体也能够毫无问题地到达其目的地。

在本发明的前述方面，移动方向限制信息可以是关于限制移动体本体的如下移动方向的信息，该移动方向至少与从外部光源发射的红外线的传播方向的相反方向相一致。

在本发明的前述方面，移动方向限制信息存储单元可以存储根据时钟时间而不同的多条移动方向限制信息，以及移动路径信息生成单元可以从多条移动方向限制信息中选择与当前时钟时间相对应的移动方向限制信息，并基于所选择的移动方向限制信息来生成移动路径信息。

根据本发明的前述方面，即使在从外部光源发射的红外线的传播方向随时间变化的情况下，移动体本体也能够毫无问题地到达其目的地。

本申请的发明的第二方面涉及一种移动体的控制方法，该移动体在通过使用红外线测量移动体本体和移动体本体前方存在的物体之间的距离时移动。该移动体的控制方法包括：基于作为关于限制移动体的移动方向的信息的移动方向限制信息来生成关于移动体的移动路径的移动路径信息，以及基于移动路径信息和距离的测量结果来控制移动体的移动。移动方向限制信息是关于限制移动体的如下移动方向的信息，在该移动方向上从外部光源发射的预定数量或更多的红外线从移动体本体的前方辐射。

在本发明的前述方面，移动方向限制信息可以是关于限制移动体的如下移动方向的信息，该移动方向至少与从外部光源发射的红外线的传播方向的相反方向相一致。

在本发明的前述方面，生成移动路径信息可以包括：从根据时钟时间而不同的多条移动方向限制信息中选择与当前时钟时间相对应的移动方向限制信息，并基于所选择的移动方向限制信息来生成移动路径信息。

根据本发明的第一和第二方面，即使在辐射有来自外部光源的红外线的环境下，移动体本体也能够毫无问题地到达其目的地。

附图说明

下文将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，附图中相同的标记表示相同的元件，以及其中：

图1是根据本发明的实施例的移动体的透视图；

图2是根据本发明的实施例的移动体的功能框图；

图3是根据本发明的实施例的移动体的控制流程图；

图4是根据本发明的实施例的夜间服务环境的鸟瞰图；

图5示出了根据本发明的实施例的关于夜间服务环境的地图数据；

图6示出了根据本发明的实施例的关于夜间服务环境的地图数据，其中粗线表示移动路径；

图7是根据本发明的实施例的日间服务环境的鸟瞰图；

图8示出了根据本发明的实施例的关于日间服务环境的地图数据；

图9示出了根据本发明的实施例的关于日间服务环境的地图数据，其中粗线表示移动路径；

图10是根据本发明的实施例的傍晚服务环境的鸟瞰图；

图11示出了根据本发明的实施例的关于傍晚服务环境的地图数据；

图12示出了根据本发明的实施例的关于傍晚服务环境的地图数据，其中粗线表示移动路径；

图13是根据本发明的实施例的日间服务环境的鸟瞰图；

图14示出了根据本发明的实施例的关于日间服务环境的地图数据；以及

图15示出了根据本发明的实施例的关于日间服务环境的地图数据，其中粗线表示移动路径。

具体实施例

以下将参照图1至15描述服务机器人1(移动体及移动体控制系统)。

在图1中示出的服务机器人1是当通过外部输入设定了目的地时自动生成用于到达其目的地的移动路径并基于所生成的移动路径行驶的机器人。在行驶时，服务机器人1测量到前方的障碍物(物体)的距离，并持续地监控测量结果，以便不与诸如人、一件行李等的障碍物发生碰撞。

如图1和图2中所示，该服务机器人1具备机器人本体2(移动体本体)、控制单元3(控制构件)、传感器单元4以及四个轮子5。

如图2中所示，控制单元3具备中央处理单元(CPU)6、可读/写随机存取存储器(RAM)7和只读存储器(ROM)8。这样，CPU 6读出并执行存储在ROM 8中的移动体控制程序，因此移动体控制程序使诸如CPU 6等的一件硬件用作移动方向限制信息存储单元10(移动方向限制信息存储构件)、地图信息存储单元11(地图信息存储构件)、移动路径信息生成单元12(移动路径信息生成构件)、移动路径信息存储单元13(移动路径信息存储构件)、距离信息获取单元14(距离信息获取构件)、移动控制单元15(移动控制构件)以及移动方向限制信息更新单元16(移动方向限制信息更新构件)。

传感器单元4具有距离测量单元20(距离测量构件)和红外传感器21(外部光水平检测构件)。如图1中所示，传感器单元4附接到机器人本体2在其移动方向上的前面2a。

距离测量单元20测量机器人本体2和机器人本体2在其移动方向上的前方存在的物体之间的距离。该物体例如是墙、人或一件行李。如图1中所示，距离测量单元20由红外发射单元20a和红外接收单元20b构成。距离测量单元20通过使用红外发射单元20a在机器人本体2的移动方向上向前发射红外线。红外线被物体反射。距离测量单元20通过使用红外接收单元20b检测被反射的红外线。这样，距离测量单元20测量在机器人本体2和机器人本体2在其移动方向上的前方存在的物体之间的距离，并向控制单元3输出前向距离信息作为测量结果。

红外传感器21检测从例如太阳等的外部光源发射并辐射到机器人本体2的前面2a上的红外线。红外传感器21检测辐射到机器人本体2的前面2a上的红外线，并向控制单元3输出检测的结果作为输出值。这里应注意，输出值是检测到的红外线的强度(水平)。

地图信息存储单元11存储关于服务环境的地图信息。如图5中所示，地图信息通常通过一组按网格图案布置的大量单元格表示。此外，如图13中所示当在服务环境中存在障碍物P时，地图信息包括如图14中阴影所示的表示与障碍物P相对应的区域是无法进入的信息。

移动方向限制信息存储单元10存储作为关于限制机器人本体2的移动方向的信息的移动方向限制信息。如图5中所示，“机器人本体2的移动方向”例如由八个移动方向构成。这八个移动方向例如由东、西、南、北、东北、西北、东南以及西南构成。“限制机器人本体2的移动方向”意味着限制八个移动方向中至少一个移动方向。“限制”意味着当一个移动方向被选择时降低该移动方向的优先级顺序，或意味着当一个移动方向被选择时禁止选择该移动方向。在本说明书中，“限制”意味着当一个移动方向被选择时禁止选择该移动方向。例如，在图8中，通过每个单元格的箭头指示允许被选择作为机器人本体2的移动方向的移动方向。也就是说，被禁止选择作为机器人本体2的移动方向的移动方向没有通过每个单元格的与该移动方向相对应的箭头指示。如图8中所示，移动方向限制信息是针对在地图信息存储单元11中的地图信息的每个单元格具有彼此独立的多条信息的信息。移动方向限制信息通过针对单元格分别示出的箭头表示。

移动方向限制信息是关于限制机器人本体2的如下移动方向的信息，在该移动方向上从外部光源发射的预定数量(预定水平)或更多的红外线从机器人本体2的前方辐射到机器人本体2的前面2a上。这是因为如果从外部光源发射的预定数量或更多的红外线辐射到距离测量单元20的红外接收单元20b上，则距离测量单元20的红外接收单元20b不能正确地检测从红外发射单元20a辐射的红外线。

此外，如图2中所示，移动方向限制信息存储单元10存储日间限制信息10a、傍晚限制信息10b以及夜间限制信息10c作为移动方向限制信息。日间限制信息10a是日间使用的移动方向限制信息。傍晚限制信息10b是傍晚使用的移动方向限制信息。夜间限制信息10c是夜间使用的移动方向限制信息。也就是说，日间限制信息10a、傍晚限制信息10b以及夜间限制信息10c使用的时间区域互不相同。日间限制信息10a、傍晚限制信息10b以及夜间限制信息10c是互不相同的多条信息。

在图4中示出了夜间服务环境。图4中所示的服务环境是房间22。房间22的西墙装有窗户23。服务机器人1的目的地是靠近窗户23的目标g。附接到房间22的天花板上的荧光灯能被提出作为在夜间服务环境中存在的外部光源。从荧光灯辐射的红外线是弱的，并且不会不利地影响距离测量单元20的操作。因此，如图5中所示，机器人本体2的移动方向在任何单元格中都未被限制。

在图7中示出了日间服务环境。除了前述的荧光灯，太阳可被提出作为在日间服务环境中存在的外部光源。从太阳辐射的红外线是强的。当服务机器人1的前面暴露在从太阳发射的红外线时，不利地影响距离测量单元20的操作。因此，如图8中所示，机器人本体2的部分移动方向在有太阳光照射的区域的周围被局部地限制。具体地，如上所述，如果对于每个单元格来说存在机器人本体2的如下移动方向，在该移动方向上从太阳发射的预定数量或更多的红外线从机器人本体2的前方辐射到机器人本体2的前面2a上，则在每个上述单元格中该移动方向被限制。换句话说，对于每个上述单元格，与从太阳发射的红外线的传播方向的相反方向大体上相一致的服务机器人1的移动方向被限制。在图8的示例中，在粗框包围的多个单元格中防止服务机器人1向西南、西或西北移动。

在图10中示出了傍晚服务环境。除了前述的荧光灯，太阳可被提出作为在傍晚服务环境中存在的外部光源。从太阳发射的红外线是强的。当服务机器人1的前面暴露在从太阳发射的红外线时，不利地影响距离测量单元20的操作。因此，如图11中所示，机器人本体2的部分移动方向在有太阳光照射的区域的周围被局部地限制。具体地，如上所述，如果对于每个单元来说存在机器人本体2的如下移动方向，在该移动方向上从太阳发射的预定数量或更多的红外线从机器人本体2的前方辐射到机器人本体2的前面2a上，则在每个上述单元格中该移动方向被限制。换句话说，对于每个上述单元格，与从太阳发射的红外线的传播方向的相反方向大体上相一致的服务机器人1的移动方向被限制。在图11的示例中，在粗框包围的多个单元格中防止服务机器人1向西南、西或西北移动。

在图13中示出了日间服务环境。除了前述的荧光灯，太阳可被提出作为在日间服务环境中存在的外部光源。从太阳发射的红外线是强的。当服务机器人1的前面暴露在从太阳发射的红外线时，不利地影响距离测量单元20的操作。因此，如图14中所示，机器人本体2的部分移动方向在有太阳光照射的区域的周围被局部地限制。具体地，如上所述，如果对于每个单元来说存在机器人本体2的如下移动方向，在该移动方向上从太阳发射的预定数量或更多的红外线从机器人本体2的前方辐射到机器人本体2的前面2a上，则在每个上述单元格中该移动方向被限制。换句话说，对于每个上述单元格，与从太阳发射的红外线的传播方向的相反方向大体上相一致的服务机器人1的移动方向被限制。在图14的示例中，在粗框包围的多个单元格中防止服务机器人1向西南、西或西北移动。

移动路径信息生成单元12基于移动方向限制信息生成关于机器人本体2的移动路径的移动路径信息。更具体地，移动路径信息生成单元12基于关于服务机器人1的当前位置信息、关于服务机器人1的目的地信息、地图信息以及移动方向限制信息来生成移动路径信息。移动路径信息生成单元12通过使用例如栅格最短路径规划、A*等的搜索算法来生成移动路径信息。

移动路径信息存储单元13存储移动路径信息生成单元12生成的移动路径信息。

距离信息获取单元14从距离测量单元20获取前向距离信息。

移动控制单元15通过基于存储在移动路径信息存储单元13中的移动路径信息和前向距离信息驱动四个轮子5来控制服务机器人1的移动。

移动方向限制信息更新单元16持续地监控红外传感器21的输出值。当红外传感器21的输出值变得等于或大于预定值时，移动方向限制信息更新单元16更新在移动方向限制信息存储单元10中的移动方向限制信息。具体地，移动方向限制信息更新单元16更新移动方向限制信息，使得在红外传感器21的输出值变得等于或大于预定值的时间点，在与该时间点相对应的移动方向限制信息中，限制在与服务机器人1的当前位置相对应的单元格中的服务机器人1的当前移动方向。

接下来，将参照图3描述服务机器人1的控制流程。

首先，通过从外部输入来设定服务机器人1的目的地(S100)。移动路径信息生成单元12获取当前时钟时间信息(S110)。随后，移动路径信息生成单元12在日间限制信息10a、傍晚限制信息10b以及夜间限制信息10c中选择与所获取的当前时钟时间信息相对应的移动方向限制信息，并获取移动路径限制信息(S120)。随后，移动路径信息生成单元12基于所获取的移动方向限制信息、当前位置信息、目的地信息以及地图信息来生成移动路径信息(S130)，并将生成的移动路径信息存储到移动路径信息存储单元13中。随后，移动控制单元15从距离测量单元20获取前向距离信息(S140)。随后，如果基于前向距离信息确定前方没有障碍物，则移动控制单元15基于存储在移动路径信息存储单元13中的移动路径信息来控制服务机器人1的移动(S150)。随后，移动方向限制信息更新单元16获取红外传感器21的输出值(红外接收水平)(S160)。移动方向限制信息更新单元16确定红外传感器21的输出值是否小于预定值(S170)。如果移动方向限制信息更新单元16确定红外传感器21的输出值小于预定值(S170中的“是”)，则控制单元3确定当前位置是否是目的地(S180)。如果确定当前位置是目的地(S180中的“是”)，则控制单元3结束处理。另一方面，如果确定当前位置不是目的地(S180中的“否”)，则控制单元3使处理返回S140。如果在S170中确定红外传感器21的输出值不小于预定值(S170中的“否”)，则移动方向限制信息更新单元16更新移动方向限制信息(S190)。接着，控制单元3确定当前位置是否是目的地(S200)。如果确定当前位置是目的地(S200中的“是”)，则控制单元3结束处理。另一方面，如果确定当前位置不是目的地(S200中的“否”)，则控制单元3使将处理返回S130。

在图4的示例中，从服务机器人1的当前位置到目的地没有障碍物，并且因为是夜间，也没有来自窗户23的阳光。因此，如图5中所示，服务机器人1的移动方向完全未被限制。如图6中所示，服务机器人1的移动路径被设定成最短的。

在图7的示例中，从服务机器人1的当前位置到目的地没有障碍物。然而，因为是日间，存在来自窗户23的阳光。因此，如图8中所示，服务机器人1的移动方向被局部地限制在特定的移动方向。如图9中所示，服务机器人1的移动路径被设定成绕开服务机器人1的移动方向被限制的区域。

在图10的示例中，从服务机器人1的当前位置到目的地没有障碍物。然而，因为是傍晚，存在来自窗户23的阳光。因此，如图11中所示，服务机器人1的移动方向被局部地限制在特定的移动方向。如图12中所示，服务机器人1的移动路径被设定成绕开服务机器人1的移动方向被限制的区域。

在图13的示例中，从服务机器人1的当前位置到目的地存在两个障碍物P。此外，因为是日间，存在来自窗户23的阳光。因此，如图14中所示，存在服务机器人1不能进入的阴影区域。此外，服务机器人1的移动方向被局部地限制在特定的移动方向。在图14的示例中，从当前位置到目的地，服务机器人1除了移动通过服务机器人1的移动方向被限制的区域外没有其他选择。在这种情况下，如图15中所示，在服务机器人1的移动方向被限制的区域中，利用除了被限制的移动方向之外的移动方向，即被允许的移动方向，来设定服务机器人1的移动路径。

本发明的前述实施例具有如下特征。

服务机器人1具备机器人本体2(移动体本体)；距离测量单元20(距离测量构件)，其设置在机器人本体2中以通过使用红外线测量在机器人本体2与机器人本体2前方存在的物体之间的距离；移动控制单元15(移动控制构件)，其基于通过距离测量单元20获得的测量结果以及关于机器人本体2的移动路径的移动路径信息来控制机器人本体2的移动；移动方向限制信息存储单元10(移动方向限制信息存储构件)，其存储作为关于限制机器人本体2的移动方向的信息的移动方向限制信息；以及移动路径信息生成单元12(移动路径信息生成构件)，其基于移动方向限制信息生成移动路径信息。移动方向限制信息是关于限制机器人本体2的如下移动方向的信息，在该移动方向上从例如太阳等的外部光源发射的预定数量或更多的红外线从机器人本体2的前方辐射到机器人本体2上。根据前述配置，即使在辐射有来自外部光源的红外线的环境下，服务机器人1也能够毫无问题地到达其目的地。

移动方向限制信息是关于限制机器人本体2的如下移动方向的信息，该移动方向至少与从外部光源发射的红外线的传播方向的相反方向相一致。

移动方向限制信息存储单元10存储日间限制信息10a、傍晚限制信息10b以及夜间限制信息10c，作为根据时钟时间而不同的多条移动方向限制信息。移动路径信息生成单元12从上述多条移动方向限制信息中选择与当前时钟时间相对应的移动方向限制信息，并基于所选择的移动方向限制信息生成移动路径信息。根据前述配置，即使在从外部光源发射的红外线的传播方向随时间变化的情况下，服务机器人1也能够毫无问题地到达其目的地。

对在通过使用红外线测量机器人本体2和机器人本体2前方存在的物体之间的距离时移动的服务机器人1(移动体)的控制根据如下方法被执行，该方法包括：移动路径信息生成步骤(S130)，用于基于作为关于限制服务机器人1的移动方向的信息的移动方向限制信息来生成关于服务机器人1的移动路径的移动路径信息；以及移动控制步骤(S150)，用于基于移动路径信息和距离测量结果来控制服务机器人1的移动。移动方向限制信息是关于限制服务机器人1的如下移动方向的信息，在该移动方向上从外部光源发射的预定数量或更多的红外线从机器人本体2的前方辐射。

移动方向限制信息是关于限制服务机器人1的如下移动方向的信息，该移动方向至少与从外部光源发射的红外线的传播方向的相反方向相一致。

在移动路径信息生成步骤(S130)中，从根据时钟时间而不同的多条移动方向限制信息中选择与当前时钟时间相对应的移动方向限制信息，并基于所选择的移动方向限制信息来生成移动路径信息。

Claims (7)

1.一种移动体控制系统(1)，其特征在于包括：

移动体本体(2)；

距离测量单元(20)，其设置在所述移动体本体中以通过使用红外线测量在所述移动体本体和所述移动体本体前方存在的物体之间的距离；

移动控制单元(15)，其被配置成基于通过所述距离测量单元获得的测量结果以及关于所述移动体本体的移动路径的移动路径信息来控制所述移动体本体的移动；

移动方向限制信息存储单元(10)，其被配置成存储作为关于限制所述移动体本体的移动方向的信息的移动方向限制信息；以及

移动路径信息生成单元(12)，其被配置成基于所述移动方向限制信息来生成所述移动路径信息，其中

所述移动方向限制信息是关于限制所述移动体本体的如下移动方向的信息，在该移动方向上从外部光源发射的预定数量或更多的红外线从所述移动体本体的前方辐射到所述移动体本体上，以及

在从当前位置向目的地移动时，当所述移动体本体由于障碍物从而除了移动通过所述移动体本体的移动方向被限制的区域之外没有选择时，所述移动路径信息生成单元生成所述移动路径信息以包括除所述区域的被限制的移动方向之外的、所述区域中的移动方向。

2.根据权利要求1所述的移动体控制系统，其特征在于：

所述移动方向限制信息是关于限制所述移动体本体的如下移动方向的信息，该移动方向至少与从所述外部光源发射的红外线的传播方向的相反方向相一致。

3.根据权利要求2所述的移动体控制系统，其特征在于：

所述移动方向限制信息存储单元存储根据时钟时间而不同的多条移动方向限制信息，以及

所述移动路径信息生成单元从所述多条移动方向限制信息中选择与当前时钟时间相对应的移动方向限制信息，并基于所选择的移动方向限制信息来生成所述移动路径信息。

4.一种移动体的控制方法，所述移动体在通过使用红外线测量移动体本体和所述移动体本体前方存在的物体之间的距离时移动，所述控制方法包括：

基于作为关于限制所述移动体的移动方向的信息的移动方向限制信息来生成关于所述移动体的移动路径的移动路径信息(S130)；以及

基于所述移动路径信息和所述距离的测量结果来控制所述移动体的移动(S150)，

所述控制方法的特征在于：

所述移动方向限制信息是关于限制所述移动体的如下移动方向的信息，在该移动方向上从外部光源发射的预定数量或更多的红外线从所述移动体本体的前方辐射，以及

在从当前位置向目的地移动时，当所述移动体本体由于障碍物从而除了移动通过所述移动体本体的移动方向被限制的区域之外没有选择时，所述移动路径信息生成单元生成所述移动路径信息以包括除所述区域的被限制的移动方向之外的、所述区域中的移动方向。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于:

所述移动方向限制信息是关于限制所述移动体的如下移动方向的信息，该移动方向至少与从所述外部光源发射的红外线的传播方向的相反方向相一致。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：

生成所述移动路径信息包括：从根据时钟时间而不同的多条移动方向限制信息中选择与当前时钟时间相对应的移动方向限制信息，并基于所选择的移动方向限制信息来生成所述移动路径信息。

7.一种存储有移动体控制指令的非暂态记录介质，所述移动体控制指令当被执行时使得计算机执行移动体的控制方法，所述移动体在通过使用红外线测量移动体本体和所述移动体本体前方存在的物体之间的距离时移动，所述控制方法包括：

基于作为关于限制所述移动体的移动方向的信息的移动方向限制信息来生成关于所述移动体的移动路径的移动路径信息(S130)；以及

基于所述移动路径信息和所述距离的测量结果来控制所述移动体的移动(S150)，

所述控制方法的特征在于：

所述移动方向限制信息是关于限制所述移动体的如下移动方向的信息，在该移动方向上从外部光源发射的预定数量或更多的红外线从所述移动体本体的前方辐射，以及

在从当前位置向目的地移动时，当所述移动体本体由于障碍物从而除了移动通过所述移动体本体的移动方向被限制的区域之外没有选择时，所述移动路径信息生成单元生成所述移动路径信息以包括除所述区域的被限制的移动方向之外的、所述区域中的移动方向。