CN109227533A - 移动规划装置、移动机器人和移动规划程序 - Google Patents

Abstract

公开了一种移动规划装置、移动机器人和移动规划程序。该移动规划装置包括：获取单元，被配置成获取其中针对移动机器人可以具有的每个转向角指示禁入区域的环境地图；以及规划单元，被配置成在不使转向角的变化变得不连续并且在不经过禁入区域的情况下基于环境地图搜索允许至少一个搜索分支从出发点延伸至目的点的移动路径，并且基于预定条件来确定去往目的点的移动路径上的转向角。

Description

移动规划装置、移动机器人和移动规划程序

技术领域

本公开内容涉及移动规划装置、移动机器人和移动规划程序。

背景技术

已知一种自主移动至目标点的移动机器人。该移动机器人利用环境地图确定去往目标点的路径并且沿着该路径移动。例如，日本未审查专利申请公开第2009-291540号公开了用于评估机器人可能与移动路径中的障碍物碰撞的可能性的技术。

发明内容

当移动机器人的外形不能通过诸如圆柱体或立方体的简单形状近似时或者当即使移动机器人的轮廓简单但该移动机器人以传送对象突起的方式握持传送对象时，需要正确识别移动机器人的整体外形，并且然后需要规划移动路径和作为机器人在该路径上的取向的转向角。然而，精确识别移动机器人的整体外形并且然后确定防止机器人与障碍物接触的移动路径和转向角的传统方法需要大量的计算，这可能妨碍机器人的平稳移动。

为了解决这些问题而提出了本公开内容，并且本公开内容提供了一种用于自主移动机器人的移动规划技术，该自主移动机器人被配置成以少量计算来确定去往目的点的移动路径和在该路径上的转向角。

根据本公开内容的第一方面的移动规划装置是如下的移动规划装置，该移动规划装置被配置成对移动机器人从出发点到目的点自主移动的移动路径和作为移动机器人在该移动路径的路径上的姿势的转向角进行规划，该移动规划装置包括：获取单元，被配置成获取其中针对移动机器人能够具有的每个转向角指示禁入区域的环境地图；以及规划单元，被配置成：在不使转向角的变化变得不连续并且在不经过禁入区域的情况下，基于环境地图搜索允许至少一个搜索分支从出发点延伸至目的点的移动路径，并且基于预定条件来确定去往目的点的移动路径上的转向角。

如上所述，与并行且全面地搜索移动路径和转向角的情况下的计算量相比，执行如下两阶段的确定，首先确定在确认移动期间转向角不会变得不连续时的移动路径然后确定在移动期间的最佳转向角，可以显著降低计算量。因此，可以尽快地创建移动规划，从而可以实现移动机器人的灵活的自主移动。

此外，前述移动规划装置中的环境地图可以包括三维结构，在该三维结构中针对每个转向角设置空间层并且这些空间层按照转向角的顺序一个层叠在另一个上，空间层是移动机器人自主移动的目标空间被划分成格状栅格的层，并且每个栅格被分类为准许处于与该栅格相关联的转向角的移动机器人进入的准许栅格和禁止处于与该栅格相关联的转向角的移动机器人进入的禁止栅格中的一者。以这种方式，通过使用具有按顺序一个层叠在另一个上的针对移动机器人可以转向的每个转向角的栅格地图的三维结构的环境地图，可以以类似于沿平面方向的移动的方式处理一个转向角处的移动。因此，现有的路径搜索算法也可以应用于转向角方向。也就是说，由于可以以类似于处理沿平面方向的移动的方式来处理沿转向角的移动，因此可以迅速地确定移动期间的转向角。

在该情况下，当栅格包括在处于与栅格相关联的转向角的移动机器人的轮廓与存在于目标空间中的障碍物之间的闵可夫斯基(Minkowski)差时，栅格可以被分类为禁止栅格。通过使用闵可夫斯基差，可以容易地限定关于移动机器人的转向角的禁入栅格。

此外，前述规划单元可以通过经由在三维结构中彼此相邻的准许栅格将包括出发点的栅格和包括目的点的栅格连续地连接来保证转向角的变化的连续性。通过使用如上所述的栅格，可以容易地确定转向角的变化的连续性。

此外，当规划单元在确定移动路径时找到多个路径时，规划单元可以选择针对每个路径计算的路径成本为最小的路径并且将所选择的路径设定为移动路径。由于移动机器人的结构限制、目标空间的环境因素等，在任何成对的栅格之间的移动的容易度可以从一对栅格到另一对栅格而变化。当容易度与成本相关联时，可以计算已经找到的多个路径的成本。通过基于已经计算出的路径成本来确定移动路径，可以选择出具有高移动效率的路径。

以类似的方式，规划单元可以：限定与三维结构中的空间层垂直的路径层，该路径层是沿着已经确定的移动路径的一组栅格；选择使添加至路径层中的转向角的变化的转向角成本为最小的栅格轨迹；并且确定移动期间的转向角。如上所述，通过将转向角的变化与成本关联，可以与选择路径相似地选择出具有高转向效率的转向角。

尽管前述移动规划装置可以是作为实体被安装在与移动机器人物理上分离的位置的服务器，但是移动机器人本身可以被配置成包括移动规划装置。如果移动机器人本身具有移动规划装置的实体，则即使在例如通信环境不好的环境中也可以明确地执行自主移动。

根据本公开内容的又一方面的移动规划程序是如下的移动规划程序，该移动规划程序被配置成对移动机器人从出发点到目的点自主移动的移动路径和作为移动机器人在该移动路径的路径上的姿势的转向角进行规划，该移动规划程序使得计算机执行下述处理：获取步骤，用于获取其中针对移动机器人能够具有的每个转向角指示禁入区域的环境地图；移动路径搜索步骤，用于在不使转向角的变化变得不连续并且在不经过禁入区域的情况下基于环境地图搜索允许至少一个搜索分支从出发点延伸至目的点的移动路径；以及转向角确定步骤，用于基于预定条件来确定已经搜索到的移动路径上的转向角。

如上所述，与并行且全面地搜索移动路径和转向角的情况下的计算量相比，执行如下两阶段的确定，首先确定在确认移动期间转向角不会变得不连续时的移动路径然后确定在该路径上的最佳转向角，可以显著降低计算量。因此，可以尽快地创建移动规划，从而可以实现移动机器人的灵活的自主移动。

根据本公开内容，可以提供一种用于自主移动机器人的移动规划技术，该自主移动机器人被配置成以少量计算确定去往目的点的移动路径以及在移动期间的转向角。

根据以下给出的详细描述和附图可以更完整地理解本公开内容的上述和其他目的、特征和优点，这些详细描述和附图仅以说明方式给出，因此其不应被认为是对本公开内容的限制。

附图说明

图1是根据实施方式的移动机器人的外部透视图；

图2是移动机器人的控制框图；

图3A是用于描述移动机器人的转向的图；

图3B是用于描述移动机器人的转向的图；

图3C是用于描述移动机器人的转向的图；

图4A是用于描述限定移动机器人的禁入区域的概念的图；

图4B是用于描述限定移动机器人的禁入区域的概念的图；

图5A是用于描述限定移动机器人的禁入区域的概念的图；

图5B是用于描述限定移动机器人的禁入区域的概念的图；

图6A是用于描述创建环境地图的空间层的过程的图；

图6B是用于描述创建环境地图的空间层的过程的图；

图7是用于描述环境地图的三维结构的图；

图8是用于描述确定移动路径的过程的图；

图9是示出临时移动路径与针对每个转向角的空间层之间的关系的图；

图10是用于描述临时路径层的图；

图11A是用于描述检查转向角的变化的连续性的过程的图；

图11B是用于描述检查转向角的变化的连续性的过程的图；

图12A是用于描述检查转向角的变化的连续性的过程的图；

图12B是用于描述检查转向角的变化的连续性的过程的图；

图13A是用于描述确定移动期间的转向角的过程的图；

图13B是用于描述确定移动期间的转向角的过程的图；

图13C是用于描述确定移动期间的转向角的过程的图；

图13D是用于描述确定移动期间的转向角的过程的图；以及

图14是示出移动机器人的处理过程的流程图。

具体实施方式

尽管将参照本公开内容的实施方式描述本公开内容，但是权利要求中阐述的本公开内容不限于下述实施方式。此外，并非实施方式中说明的所有结构均是解决问题所必需的手段。

图1是根据该实施方式的移动机器人100的外部透视图。移动机器人100主要由推车部110和主体部120组成。

推车部110支承圆柱状壳体中的两个驱动轮111和一个脚轮112，每个驱动轮111与行进表面接触。两个驱动轮111以其旋转轴芯彼此重合的方式被布置。通过马达(未示出)将驱动轮111彼此独立地分别旋转驱动。作为从轮的脚轮112被以从推车部110沿竖直方向延伸的转向轴支承车轮以使得其与车轮的旋转轴之间存在一定的空间的方式来布置，并且根据推车部110的移动方向来进行追踪。

移动机器人100当例如两个驱动轮111以相同的旋转速度沿相同方向旋转时向前直行，并且当例如所述两个驱动轮以相同的旋转速度沿相反的方向旋转时，移动机器人100围绕穿过推车部110的两个驱动轮111的中心的纵轴转向。也就是说，对两个驱动轮111的旋转方向和旋转速度进行控制，由此移动机器人100可以沿期望的方向平移并且转向为期望的姿势。为了更平稳地实现平移移动，可以将推车部110配置成能够关于主体部120相对地旋转，或者可以采用诸如麦克纳姆(Mecanum)轮的全向驱动轮。

主体部120主要包括由臂121和手122构成的握持部以及显示面板123。臂121和手122由马达(未示出)驱动，并且以受控的姿势握持各种对象。图1示出了机器人握持传送对象900(其例如是容器)的状态。显示面板123例如是液晶面板，并且显示角色的面部或者关于移动机器人100的信息。显示面板123包括在其显示表面上的触摸面板，并且能够接收从用户输入的指令。此外，控制单元190被设置在主体部120中。控制单元190包括稍后将描述的控制器、存储器等。

如图1所示，关于移动机器人100在其中移动的目标空间，驱动轮111接触的地板表面由xy平面表示并且高度方向由z轴表示。当围绕包括传送对象900的移动机器人100的占用空间由用虚线表示的占用空间OC表示时，xy平面上的投影轮廓PJ具有由阴影区域表示的多边形形状。尽管可以用更复杂的形状来限定占用空间OC，但是为了简化计算，优选地将占用空间OC表示为诸如矩形平行六面体、三角柱和圆柱体的基本集合。在图1所示的示例中，占用空间OC由一组矩形平行六面体来表示。在该实施方式中，移动机器人100移动并且占用空间OC和障碍物彼此干扰的情况被确定为碰撞。

图2是移动机器人100的控制框图。控制器200例如是CPU，并且被存储在主体部120的控制单元190中。在推车部110中设置有包括用于驱动驱动轮111的驱动电路或马达的驱动轮单元210。控制器200向驱动轮单元210发送驱动信号，从而执行对驱动轮111的旋转的控制。

在主体部120中设置有包括用于驱动握持部的驱动电路或马达的臂单元220。控制器200通过向臂单元220发送驱动信号来执行握持控制。

传感器单元230包括在移动期间检测障碍物并且监测握持传送对象900的整个握持部的姿势的各种传感器，并且以分散方式被布置在推车部110和主体部120中。控制器200通过向传感器单元230发送控制信号来驱动各种传感器并且从传感器获取输出。

存储器240是非易失性存储介质并且可以例如是固态驱动器。除了用于控制移动机器人100的控制程序之外，存储器240还存储用于控制的各种参数值、函数、查找表等。存储器240包括存储表示移动机器人100在其中自主行进的环境的环境地图的环境地图DB241。

通信IF 250是用于根据控制器200的控制将各种信息项和控制信号发送至外部装置和其他自主移动机器人或者从其接收各种信息项和控制信号的通信接口。通信IF 250例如是无线LAN单元。在该实施方式中，通信IF 250还起到接收由外部装置预先创建的环境地图的作用。用户IF 260是显示面板123或者输出例如合成语音的扬声器。用户IF 260是用于根据控制器200的控制向用户提供信息并且接受来自用户的指令的用户接口。

控制器200还起到用于执行关于控制的各种计算的功能计算单元的作用。规划单元201使用环境地图确定从出发点至目的点的移动路径和在移动路径上的转向角。地图校正单元202根据握持传送对象900的移动机器人100的投影轮廓PJ来校正预先获取并被存储在环境地图DB 241中的环境地图。将按顺序详细描述其具体计算。

图3A和图3B是用于描述移动机器人100的转向的图。移动机器人100能够围绕穿过控制中心(X₀，Y₀)的转动轴来转向，该控制中心与推车部110的大致重心重合。当将相对于控制中心的脚轮112的方向限定成作为移动机器人100的局部坐标系的X轴正方向时，则移动机器人100的转向角θ可以由作为目标空间的坐标系的x轴正方向和上述X轴正方向形成的角来表示。

图3A示出了转向角θ为0°时的投影轮廓PJ。以类似方式，图3B示出了转向角θ为45°时的投影轮廓PJ，并且图3C示出了转向角θ为90°时的投影轮廓PJ。例如，考虑到移动机器人100在x轴方向上移动并且在存在于在y轴方向上且其间有间隔的两个障碍物之间穿过。在该情况下，当投影轮廓PJ投影在如图所示握持部的方向上时，可能发生转向角θ为0°时移动机器人100能够从两个障碍物之间穿过但是当转向角θ为90°时不能从其间穿过的情况。

为了解决上述问题，在本实施方式中，针对作为环境地图给出的障碍物轮廓，为移动机器人100的每个转向角限定了禁入区域。图4A和图4B是用于描述限定移动机器人100的禁入区域的概念的图。

图4A示出了当转向角θ为0°时沿障碍物轮廓扫掠投影轮廓PJ的状态。具体地，投影轮廓PJ相对于固定的障碍物轮廓OB以使投影轮廓PJ的至少一个点以0°的角θ接触环境地图上表示的障碍物轮廓OB(在该示例中，该轮廓为L形)的方式滑动。然后，如图4A所示，控制中心(X₀，Y₀)绘制出由箭头指示的十边形轨迹。

图4B是示出当转向角θ为0°时的禁入区域NA的图。禁入区域NA是当移动机器人100具有该转向角时控制中心(X₀，Y₀)不能进入的区域。也就是说，禁入区域NA被限定为图4A中由箭头指示的扫掠轨迹内的区域。如图4B所示，禁入区域NA是根据投影轮廓PJ和转向角θ＝0°已经扩展了障碍物轮廓OB的区域。具体地，禁入区域NA是转向角θ为0°的投影轮廓PJ相对于障碍物轮廓OB的闵可夫斯基差。

图5A和图5B是用于描述以与图4A和图4B中的方式类似的方式在转向角θ为45°时限定移动机器人100的禁入区域的概念的图。图5A示出了当转向角θ为45°时沿着障碍物轮廓扫掠投影轮廓PJ的状态。具体地，投影轮廓PJ相对于固定的障碍物轮廓OB以使投影轮廓PJ的至少一个点以45°的角θ接触环境地图上表示的障碍轮廓OB的方式滑动。然后，如图所示，控制中心(X₀，Y₀)绘制出由箭头所示的十六边形轨迹。

图5B是示出当转向角θ为45°时的禁入区域NA的图。禁入区域NA被确定为图5A中由箭头指示的扫掠轨迹内的区域。如图5B所示，禁入区域NA是根据投影轮廓PJ和转向角θ＝45°而扩展了障碍物轮廓OB的区域。具体地，当禁入区域NA是具有转向角θ为45°的投影轮廓PJ相对于障碍物轮廓OB的闵可夫斯基差，其形状不同于转向角θ为0°时的形状。

图6A和图6B是用于描述创建环境地图的空间层的过程的图。具体地，图6A和图6B示出了用于在地图信息中体现针对每个转向角θ生成的禁入区域NA的过程。图6A示出了一个示例，在该示例中，目标空间TA被划分成格状栅格GD并且限定了禁入区域NA，该禁入区域NA是通过对在转向角θ＝0°的条件下根据对应位置和尺寸绘制的障碍物轮廓OB进行扩展而获得的。栅格GD的尺寸根据诸如可以容许的计算量的条件来预先确定。此外，根据目标空间的坐标系来表示每个栅格GD的坐标(x_n，y_n)。

图6B示出了转向角θ为0°的空间层AL。空间层AL是表示每个转向角的环境地图的地图层。空间层AL指示每个经划分的栅格GD准许还是禁止移动机器人100的控制中心(X₀，Y₀)进入。具体地，在每个栅格GD中，当栅格GD的至少一部分包括禁入区域NA时，该栅格GD被分类为禁止栅格。当栅格GD完全不包括禁入区域NA时，该栅格GD被分类为准许栅格。通过用“1”表示禁止栅格并且用“0”表示准许栅格，图6A所示的目标空间TA可以被表示为如图6B所示的空间层AL，其中“1”或“0”与每个栅格GD相关联。

当针对每个转向角创建空间层AL时，空间层AL按照转向角的顺序一个层叠在另一个上以完成环境地图。图7是用于描述环境地图的三维结构的图。虽然在如图6B所示的空间层AL中“1”或“0”与每个栅格GD相关联，但是图7示出了用于概念上理解的如图6A所示的禁入区域NA与栅格GD交叠的图。在随后的的几个附图中，以这种方式表示空间层AL。

在考虑到可以允许的计算量等的同时确定转向角θ的步进角。在该示例中，步进角被设定为5°。也就是说，创建了转向角θ从0°至355°的72个空间层AL并且将其一个层叠在另一个上。由于等于0°的转向角θ是360°，所以可以认为转向角θ为0°的空间层AL和转向角θ为355°的空间层AL以彼此相邻的方式一个层叠在另一个上。

在如上所述表示的环境地图中，出发点S由出发点的坐标和作为在出发点处的初始姿势的转向角的三维坐标(x_s，y_s，θ_s)来表示，并且目的点G由目的点的坐标和作为在目的点处的目标姿势的转向角的三维坐标(x_g，y_g，θ_g)来表示。例如，如图7所示，当出发点处的转向角θ是0°时，出发点栅格GD_s被限定在转向角θ为0°的空间层AL上。如图7所示，当目的点处的转向角θ为45°时，目的点栅格GD_g被限定在转向角θ为45°的空间层AL上。当没有与指定坐标和指定转向角一致的栅格GD时，选择最近的栅格GD。

在该实施方式中，规划单元201在三维结构中选择通过垂直地或水平地彼此相邻的栅格GD从出发点栅格GD_s至目的点栅格GD_g的轨迹，从而确定移动路径和在该路径上的转向角。将在下面说明该过程。

图8是用于描述确定移动路径的过程的图。规划单元201首先确定移动路径。为了确定移动路径，首先映射转向角并且关注出发点的坐标S(x_s，y_s)和目的点的坐标G(x_g，y_g)。在该情况下，如由图8中的箭头所示，最短移动路径是将坐标S与坐标G连接起来的线。该矢量被称为直线矢量。

通过沿着该直线矢量选择并且连接栅格GD，可以获得由加粗框围绕的栅格GD指示的轨迹。如果该轨迹可以被采用，则可以将该轨迹确定为移动路径。然而，实际上，该路径上可能存在禁止栅格，因此机器人即使改变转向角也不可能通过。然后，使用该轨迹作为第一临时移动路径，检查机器人是否能够在不使转向角变得不连续的情况下沿该第一临时移动路径从出发点栅格GD_s到达目的点栅格GD_g。

当确认在机器人具有至少一个转向角的情况下机器人可以到达目的点栅格GD_g时，该第一临时移动路径被确定为移动机器人100沿其移动的移动路径。当机器人不能沿第一临时移动路径到达目的点栅格GD_g时，将接近直线矢量的下一个轨迹设定为第二临时移动路径，并且确认机器人是否能够以类似于上述方式的方式到达目的点栅格GD_g。反复配置临时移动路径直到确认在机器人具有至少一个转向角的情况下机器人可以到达目的点栅格GD_g为止，并且将确认的临时移动路径确定为移动机器人100沿其移动的移动路径。将进一步详细描述该过程。

图9是示出临时移动路径与针对每个转向角的空间层AL之间的关系的图。在图9中，由加粗框围绕的栅格GD所示的轨迹指示第m次(m是等于或大于2的整数)设定的临时移动路径。也就是说，这意味着无论机器人具有哪个角度，该机器人都无法沿着从第一次至第(m-1)次设定的临时移动路径从出发点栅格GD_s到达目的点栅格GD_g。

在规划单元201设定第m个临时移动路径之后，规划单元201限定与环境地图的三维结构中的空间层AL垂直的沿着临时移动路径的一组栅格GD作为临时路径层。因为与空间层垂直的方向为θ轴，所以当关注空间层中的一个栅格GD时，与该空间层垂直的一组栅格GD是其坐标与栅格GD的坐标相同并且转向角θ彼此不同的一组栅格GD。概念上，该一组栅格GD可以被表示为沿着θ轴的一个栅格柱。

因此，沿着临时移动路径的栅格柱的连接是临时路径层。图10是用于描述沿着图9所示的临时移动路径的临时路径层的图。箭头指示临时移动路径，并且假定构成临时路径层的栅格柱的数目是n，即彼此相邻的P₁至P_n。出发点栅格GD_s被包括在第一栅格柱中的一个栅格GD中(在图10示出的示例中为角θ为0°的栅格GD)，并且目的点栅格GD_g被包括在第n个栅格柱中的一个栅格GD中(在图10示出的示例中为角θ为45°的栅格GD)。

如果机器人在因此限定的临时路径层中具有至少一个转向角，则规划单元201检查机器人是否能够从出发点栅格GD_s到达目的点栅格GD_g。具体地，设定作为通过沿着临时移动路径从P₁至P_n拉伸路径而获得的路径的P轴，在Pθ平面上对准栅格GD，并且检查转向角的变化的连续性。

图11A至图11B是用于描述检查转向角的变化的连续性的过程的图。尽管将图7至图10中的空间层AL中的转向角θ的步进角设置为5°，但是为了简化描述在图11A和图11B中将步进角设置为40°。此外，P轴上的栅格GD的数目被设定为n＝9。

图11A示出了从环境地图切出的临时路径层的状态。出发点栅格GD_s被指定为角θ为160°的栅格GD，并且目的点栅格GD_g被指定为角θ为80°的栅格GD。此外，有阴影的栅格GD是已经被赋予“1”的禁止栅格，并且其他栅格GD是已经被赋予“0”的准许栅格。

图11B是用于描述检查转向角的变化的连续性的方法的图。规划单元201首先将符号“C”赋予出发点栅格GD_s。然后规划单元201还将“C”赋予与出发点栅格GD_s相邻的准许栅格。此外，规划单元201还将“C”赋予与已赋予“C”的准许栅格相邻的准许栅格。“彼此相邻的栅格GD”还包括成对的角θ为0°的栅格GD和角θ为320°的栅格GD，二者都在相同的P列中。

每次延伸局部路径时，重复上述操作直到不再有赋予“C”的任何准许栅格为止。因此，如果“C”被赋予从局部路径延伸的路径上的栅格GD，则规划单元201确定已经保证转向角的变化的连续性。换句话说，确定在不经过禁止栅格并且在不使转向角的变化变得不连续的情况下至少一个搜索分支可以从出发点栅格GD_s延伸至一个栅格GD。如图11B所示，在该示例中，“C”被赋予目的点栅格GD_g。因此，保证了该路径上的转向角的变化的连续性。规划单元201确定该临时移动路径是移动机器人100沿其移动的移动路径，因为已经确认当机器人具有至少一个转向角时该机器人可以从出发点栅格GD_s到达目的点栅格GD_g。

图12A和图12B是用于描述检查转向角的变化的连续性的过程的图，并且示出了除图11A和图11B所示的示例以外的示例。在图12A和图12B中，类似于图11A和图11B，转向角θ的步进角被设置为40°，并且P轴上的格栅GD的数目被设定为n＝9。

图12A示出了从环境地图切出的路径层的状态。出发点栅格GD_s被指定为角θ为160°的栅格GD，并且目的点栅格GD_g被指定为角θ为80°的栅格GD。此外，有阴影的栅格GD是已经赋予了“1”的禁止栅格，并且其他栅格GD是已经赋予了“0”的准许栅格。图12A所示的禁止栅格的图案与图11A所示的不同。

与图11B类似，图12B是用于描述检查转向角的变化的连续性的方法的图。规划单元201首先将符号“C”赋予出发点栅格GD_s。然后规划单元201还将“C”赋予与出发点栅格GD_s相邻的准许栅格。此外，规划单元201还将“C”赋予与已经赋予“C”的准许栅格相邻的准许栅格。

即使当重复前述操作直到不再有任何应当赋予“C”的准许栅格时，在图12B所示的示例中，“C”没有被赋予目的点栅格GD_g。具体地，在P₈列中角θ为0°和320°的两个栅格GD和在P₇列中从角θ为40°至角θ为280°的七个栅格GD用作将在出发点栅格GD_s侧的区域与目的点栅格GD_g侧的区域分开的墙。也就是说，没有允许在不使转向角变得不连续的情况下连接两个栅格的轨迹。

可以采用各种方法来设置临时移动路径。在前述示例中，已经采用了将比其他路径更接近直线矢量的路径优选地设定为临时移动路径的方法。但是，可以添加另一元素来设定确定标准。例如，可以优选地将比其他路径更直的路径设定为临时移动路径。

此外，在前述示例中，当已经找到已经保证转向角的变化的连续性的一个临时移动路径时，该临时移动路径被确定为所确定的移动路径。可替选地，找到已经保证了转向角的变化的连续性的多个临时移动路径，然后可以从它们中选择优选的临时移动路径，并且可以将所选择的临时移动路径确定为所确定的移动路径。在该情况下，可以选择针对每个临时移动路径计算出的路径成本为最小的临时移动路径。具体地，可以预先确定在xy平面上彼此相邻的栅格之间的移动的成本，并且选择直到当机器人到达目的点时的时刻累积的总成本为最小的临时移动路径。例如以与这些栅格之间的距离成比例地确定在预定的栅格之间移动的成本。当然，可以添加进一步的调整。例如，当栅格靠近障碍物时可以施加更高的成本。

接下来，将说明用于确定在确定移动路径之后的移动期间的转向角的过程。图13A至图13D是用于描述确定移动期间转向角的过程的图。如上所述，当已经确定了一个移动路径时，规划单元201生成在作为其路径层的Pθ平面上将出发点栅格GD_s和目的点栅格GD_g连接的栅格GD的全部轨迹。图13A至图13D所示的图示出了在图11所示的示例中将出发点栅格GD_s和目的点栅格GD_g连接的多个栅格轨迹中的四个轨迹。

在图13A所示的栅格轨迹中，机器人可以在仅在从θ＝80°至θ＝280°的范围内转向时到达目的点栅格GD_g。在图13B所示的栅格轨迹中，机器人在出发点处具有与初始姿势对应的160°的角θ，然后转为320°的角θ，并且前进至具有相同姿势的P₅列。在图13C所示的栅格轨迹中，机器人重复直线向前移动然后转向然后将姿势从初始姿势转向到超过θ＝360°(＝0°)的目标姿势。与图13B中的移动类似，在图13D所示的栅格轨迹中，机器人在出发点处具有与初始姿势对应的160°的角θ，并且然后转为320°的角θ，并且前进到具有相同姿势的P₅列。在图13D中，机器人然后转向为0°的角θ并且然后前进到目的点栅格GD_g。

可以采用各种方法来选择栅格轨迹。在该示例中，通过选择添加至路径层中的转向角的变化的转向角成本为最小的栅格轨迹，确定移动期间的转向角。转向角成本是当机器人在路径层中彼此相邻的栅格之间移动时累积的预定成本，并且其以例如成本与转向角的大小成比例的方式来设定。可以例如以下述方式对待被设定的成本进行调整：当栅格靠近障碍物时添加更大的成本，在机器人通过一次改变以大角度转向的情况下添加的成本比在机器人通过频繁地以小角度转向的情况下添加的成本更小，或者由于移动机器人100的硬件限制而导致对于特定的转向角添加大的成本。

如上所述，通过使用其中具有按顺序一个层叠在另一个上的针对移动机器人100可以转向的每个转向角的栅格地图的三维结构的环境地图，可以以类似于沿平面方向(xy平面)移动的方式处理转向角的变化，从而还可以将现有的路径搜索算法应用于转向角方向(Pθ平面)。也就是说，由于可以以与沿平面方向的移动类似的方式来处理转向角的变化，因此可以迅速地确定移动期间的转向角。

如上所述，根据该实施方式的移动机器人100执行如下两阶段的确定，首先确定在确认移动期间转向角不会变得不连续时的移动路径，然后确定在移动期间的最佳转向角。与并行地且全面地搜索移动路径和转向角的常规方法相比，通过执行该两阶段的确定可以显著减少计算量。因此，可以尽快地创建移动规划，由此可以实现移动机器人100的灵活的自主移动。

在基于通过所采用的方法的预定条件选择一个栅格轨迹之后，规划单元201通过栅格轨迹确定转向角作为移动期间的转向角。移动机器人100根据因此规划的移动路径和在该移动路径的每个阶段中的转向角来执行朝向目的点的自主移动。

接下来，将说明移动机器人100的自主移动中的处理过程。图14是示出移动机器人100的自主移动中的处理过程的流程图。该流程从移动机器人100被激活并且等待任务输入的状态开始。

在步骤S101中，控制器200经由用户IF 250或通信IF 250接受关于去往目的点的移动任务。根据例如由用户命令的显示面板123上显示的地图上的坐标来确定目的点。

在下面的步骤S102中，控制器200计算包括由手122握持的传送对象900的移动机器人100的投影轮廓PJ。例如，控制器200从传感器单元230获取捕捉的图像并且分析图像或获取臂121的姿势并且计算从主体部120的突出量，从而确定投影轮廓PJ。

控制器200从环境地图DB 241或经由通信IF 250从外部装置获取机器人将在其中自主移动的目标空间的环境地图。然后在步骤S104中，控制器200的地图校正单元202基于在步骤S102中计算出的投影轮廓PJ执行对已经获取的环境地图的校正。具体地，如参照图4和图5所述，对于其中描述了目标空间的障碍物轮廓OB的环境地图，地图校正单元202通过扫掠与转向角对应的投影轮廓PJ来计算禁入区域NA。然后生成具有其中如参照图6和图7所述限定了禁止栅格和准许栅格的三维结构的环境地图。

当完成环境地图时，步骤进行至步骤S105，其中规划单元201根据出发点栅格GD_s和目的点栅格GD_g执行移动路径计算。具体地，如以上参照图8至图10所述，找到转向角的变化不会变得不连续的临时移动路径。然后在步骤S106中，规划单元201确定是否已经找到临时移动路径。当无法找到甚至一个临时移动路径时，过程进行至步骤S113，其中控制器200执行错误处理，例如显示指示机器人不能到达显示面板123上的目的点的信息并且结束这一系列处理。当已经找到临时移动路径时，过程进行至步骤S107。

在步骤S107中，规划单元201确定是否已经找到多个临时移动路径。如果仅找到了一个临时移动路径，则该临时移动路径被确定为移动机器人100沿其移动的移动路径。当已经找到多个临时移动路径时，过程进行至步骤S108，其中根据预定条件选择临时移动路径中的一个并且将所选择的路径确定为移动机器人100沿其移动的移动路径。具体地，如上所述，可以例如选择针对每个临时移动路径计算的路径成本为最小的临时移动路径。

当确定移动路径时，过程进行至步骤S109，其中规划单元201执行用于确定在该移动路径上的移动期间的转向角的移动姿势计算。具体地，首先，如参照图13所述，在作为路径层的Pθ平面中找到将出发点栅格GD_s和目的点栅格GD_g连接的栅格轨迹候选。

在步骤S110中，规划单元201确定是否已经找到多个栅格轨迹候选。当仅找到一个栅格轨迹时，将该栅格轨迹确定为移动期间的转向角。当已经找到多个栅格轨迹时，过程进行至步骤S111，其中根据预定条件选择一个栅格轨迹并且将该栅格轨迹确定为移动期间的转向角。具体地，如上所述，例如，可以选择添加至路径层中的转向角的变化的转向角成本为最小的栅格轨迹。

当已经确定移动期间的转向角时，确定已经设定去往目的点的移动规划。然后过程进行至步骤S112，执行给定的任务。当完成对该任务的执行时，结束这一系列处理。

在前述流程中已经执行用于校正环境地图的步骤S104时，例如，当移动机器人100未传送传送对象900时，可以在步骤S103中获取基于移动机器人100本身的投影轮廓PJ预先创建的三维结构的环境地图。此外，在规划传送特定传送对象900时，可以在步骤S103中获取基于移动机器人100握持传送对象900的状态下的投影轮廓PJ创建的三维结构的环境地图。在这些情况下，不需要执行用于校正环境地图的步骤S104。

在前述实施方式中，在移动机器人100自身对该机器人沿其从出发点自主移动到目的点的移动路径和作为移动机器人沿移动路径的移动期间的姿势的转向角进行规划时，可以设置除了移动机器人100以外执行移动规划的实体。例如，经由网络连接至移动机器人100的服务器可以用作移动规划装置。在该情况下，服务器可以被配置成从移动机器人100获取诸如投影轮廓PJ的信息并且校正预先保存的环境地图，从而获得用于移动机器人100的环境地图。在确定机器人沿其从出发点自主移动至目的点的移动路径和作为移动机器人沿移动路径的移动期间的姿势的转向角之后，服务器可以向移动机器人100发送这些信息项。

可以根据使用移动机器人100的目的和目标空间的状况来选择是允许移动机器人100自身包括移动规划装置还是使得例如外部服务器用作移动规划装置。当移动机器人100自身包括移动规划装置时，即使在例如通信环境不好的环境中也可以明确地执行自主移动。

尽管在前述实施方式中已经使用了具有将目标空间划分成格状栅格、针对每个转向角创建空间层并且空间层一个层叠在另一个上的三维结构的环境地图，但是环境地图的结构不限于该结构。可以采用各种环境地图，只要规划单元201能够执行用于首先确定在确认移动期间转向角不会变得不连续时的移动路径然后确定在移动期间的最佳转向角的两阶段的确定即可。

可以使用任何类型的非暂态计算机可读介质来存储并且向计算机提供程序。非暂态计算机可读介质包括任何类型的有形存储介质。非暂态计算机可读介质的示例包括磁存储介质(例如，软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如磁光盘)、CD-ROM(光盘只读存储器)、CD-R(可刻录光盘)、CD-R/W(可重写光盘)以及半导体存储器(例如，掩模型ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(随机存取存储器)等)。可以使用任何类型的暂态计算机可读介质向计算机提供程序。暂态计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。暂态计算机可读介质可以经由有线通信线路(例如，电线和光纤)或无线通信线向计算机提供程序。

根据所描述的公开内容，明显的是，本公开内容的实施方式可以以许多方式变化。这样的变化不被认为是脱离本公开内容的精神和范围，并且对于本领域技术人员明显的是所有这些修改旨在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种移动规划装置，所述移动规划装置被配置成对移动机器人从出发点到目的点自主移动的移动路径和作为所述移动机器人在所述移动路径的路径上的姿势的转向角进行规划，所述移动规划装置包括：

获取单元，被配置成获取其中针对所述移动机器人能够具有的每个转向角指示禁入区域的环境地图；以及

规划单元，被配置成：在不使所述转向角的变化变得不连续并且在不经过所述禁入区域的情况下，基于所述环境地图搜索允许至少一个搜索分支从所述出发点延伸至所述目的点的移动路径，并且基于预定条件来确定去往所述目的点的移动路径上的转向角。

2.根据权利要求1所述的移动规划装置，其中，所述环境地图包括三维结构，在所述三维结构中针对每个所述转向角设置空间层，并且所述空间层按照所述转向角的顺序一个层叠在另一个上，所述空间层是所述移动机器人自主移动的目标空间被划分成格状栅格的层，并且每个所述栅格被分类为准许处于与该栅格相关联的转向角的所述移动机器人进入的准许栅格和禁止处于与该栅格相关联的转向角的所述移动机器人进入的禁止栅格中的一者。

3.根据权利要求2所述的移动规划装置，其中，当所述栅格包括在处于与所述栅格相关联的转向角的所述移动机器人的轮廓与存在于所述目标空间中的障碍物之间的闵可夫斯基差时，该栅格被分类为所述禁止栅格。

4.根据权利要求2或3所述的移动规划装置，其中，所述规划单元通过经由在所述三维结构中彼此相邻的所述准许栅格将包括所述出发点的栅格和包括所述目的点的栅格连续地连接来保证所述转向角的变化的连续性。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的移动规划装置，其中，当所述规划单元在确定所述移动路径时找到多个路径时，所述规划单元选择使针对每个路径计算出的路径成本为最小的路径并且将所选择的路径设定成所述移动路径。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的移动规划装置，其中，所述规划单元：限定与所述三维结构中的所述空间层垂直的路径层，所述路径层是沿着已经确定的所述移动路径的一组栅格；选择添加至所述路径层中的转向角的变化的转向角成本为最小的栅格轨迹；并且确定所述移动路径上的转向角。

7.一种移动机器人，包括根据权利要求1至6中任一项所述的移动规划装置。

8.一种移动规划程序，所述移动规划程序被配置成对移动机器人从出发点到目的点自主移动的移动路径和作为所述移动机器人在所述移动路径的路径上的姿势的转向角进行规划，所述移动规划程序使得计算机执行下述处理：

获取步骤，用于获取其中针对所述移动机器人能够具有的每个转向角指示禁入区域的环境地图；

移动路径搜索步骤，用于在不使所述转向角的变化变得不连续并且在不经过所述禁入区域的情况下基于所述环境地图来搜索允许至少一个搜索分支从所述出发点延伸至所述目的点的移动路径；以及

转向角确定步骤，用于基于预定条件来确定已经搜索到的移动路径上的转向角。