CN110100215B - 地图生成系统和机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能高效地生成不包含动态物体的信息的地图数据的系统。本发明的一个实施方式的地图生成系统包括设置有测距传感器的移动体，该测距传感器测量其到周围的物体上的多个测定点的距离和角度，并输出由距离和角度的集合构成的测距信息。地图生成系统利用测距传感器采集移动体位于第一位置时测得的第一测距信息和移动体位于第二位置时测得的第二测距信息，通过将二者合成来生成物体存在地图，该物体存在地图上记录有表示物体所处的位置的位置信息。并且基于测距信息确定由不存在物体的区域构成的删除对象区域，从物体存在地图中删除与包含在该删除对象区域内的位置对应的位置信息，来生成仅记录有静止物体的位置信息的静止物体地图。

Description

地图生成系统和机器人系统
技术领域
本发明涉及地图生成系统和机器人系统。
背景技术
当前存在一种由电动轮椅等移动体生成周边环境的地图，并同时估计自身位置的技术。具体而言，移动体包括测距传感器等传感器和检测车轮的转速数据的单元，使用转速数据求取移动体的位置和朝向，并利用传感器获得移动体到墙壁等周边物体的距离，基于这些信息来估计移动体的位置并生成周边环境的地图。该技术被称作SLAM(SimultaneousLocalization and Mapping，即时定位与地图构建)。
根据情况的不同，有时必须要在移动体周围存在运动的物体(称作动态物体)的环境下生成地图。该情况下，若将动态物体误识别为墙壁等静止物体(静态物体)则会生成错误的地图，因此在地图生成时需要除去通过传感器等得到的动态物体的信息。
例如专利文献1公开了一种方法，其中利用聚类(clustering)单元生成由距离小于规定值TH的位置集合而成的簇(cluster)，根据该簇的固有值来判断是否为动态物体并删除动态物体。例如，以长度方向的尺寸及其垂直方向的尺寸作为固有值进行判断，能够将表征人类的簇判定为是动态物体。采用这样的方式，能够从地图中删除动态物体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-174275号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在专利文献1公开的技术中，虽然对于人类等的形状能够根据簇的固有值判断为是动态物体，但在存在大型AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引车)等移动的环境下使用专利文献1公开的技术时，可能难以将大型AGV等与墙壁或围墙等静态物体区分开来。因此，存在难以将全部动态物体的簇自动从地图中删除这一问题。本发明就是为了解决上述问题而作出的。
解决问题的技术手段
本发明的一个实施方式的地图生成系统包括设置有测距传感器的移动体，该测距传感器测量其到周围的物体上的多个测定点的距离和角度，并输出由距离和角度的集合构成的测距信息。地图生成系统利用测距传感器采集移动体位于第一位置时测得的第一测距信息和移动体位于第二位置时测得的第二测距信息，通过将二者合成来生成物体存在地图，该物体存在地图上记录有表示物体所处的位置的位置信息。并且，基于测距信息确定由不存在物体的区域构成的删除对象区域，从物体存在地图中删除与包含在该删除对象区域内的位置对应的位置信息，来生成仅记录有静止物体的位置信息的静止物体地图。
发明效果
采用本发明，能够高效地生成不包含动态物体的信息的地图数据。
附图说明
图1是实施例1的地图生成系统的框图。
图2是由移动体一边在环境内移动一边生成地图的处理的说明图。
图3是说明环境内存在动态物体的情况下的问题点的图。
图4是说明空区域地图生成单元的求取删除对象区域的方法的图。
图5是表示实施例2的地图生成系统所具有的空区域地图生成单元的结构的图。
图6是说明区域缩减单元的求取删除对象区域的方法的图。
图7是表示利用实施例2的空区域地图生成单元从地图中删除动态物体的信息的状况的说明图。
图8是实施例3的地图生成系统的框图。
图9是以时间顺序表示实施例3中移动体采集测距数据的过程的图。
图10是说明实施例3的地图生成系统中的地图噪声的删除方法的图。
图11是说明实施例1与实施例2的区别的图。
具体实施方式
下面具体说明本发明的实施方式。
实施例1
图1是作为实施例1的地图生成系统之一例的移动体100所具有的、用于实现地图生成处理的功能框图。移动体100包括激光测距传感器1、距离采集单元2、物体存在地图生成单元3、空区域地图生成单元8和地图修正单元9。本实施例中的移动体100是汽车等车辆或具有行走功能的机器人。不过，图1中省略了移动体100的外观和行走所需的车轮等的存在，而是以地图生成处理所需的功能部为中心进行图示。而作为其他的实施方式，移动体100也可以是不具有行走功能(不具有电动机等的动力)的装置，例如可以是手推车等装置。
激光测距传感器1在1次测定中以规定的角度范围(例如左右各135°，共计270°的范围)测量其到移动体100周围的物体的距离。本实施例将激光测距传感器1所测定的物体上的点称作“测定点”。
当激光测距传感器1测得其到物体的距离后，将该距离和角度的数据输入到距离采集单元2中。下文将激光测距传感器1在1次测定中得到的距离和角度的数据的集合称作“测距数据”。例如，在激光测距传感器1每次对左右各135°(共计270°)的范围进行距离测定的情况下，测距数据由距离和角度的271个组构成。由于激光测距传感器1的每次测定在极短的时间内结束，所以移动体100能够一边移动一边进行激光测距传感器1的测量。
距离采集单元2在接收到采集指令后，将从激光测距传感器1输入的数据存储(采集)到自身具有的存储区域中。采集指令可从移动体100的外部(例如对移动体100发出指示的人，或与移动体100连接的控制器等)给出，或者也可以由移动体100内的未图示的组件发出。当采集了地图生成所需的多次份的测距数据后，这些测距数据被从距离采集单元2传输到物体存在地图生成单元3。或者作为另一例，距离采集单元2也可以在每次从激光测距传感器1输入了测距数据时，将测距数据发送到物体存在地图生成单元3。
在下文的说明中，以激光测距传感器1每次对左右各135°(共计270°)的范围进行距离测定为前提进行说明。将激光测距传感器1所处的位置记作“O”，将位于移动体100正面的物体上的测定点记作“P0”，将点O至测定点P0的距离和角度的组记作(d0，θ0)。将位于移动体100左方n度(n为1以上135以下的整数)方向上的物体上的测定点记作“P-n”，将点O至测定点P-n的距离和角度的组记作(d-n，θ-n)。将位于移动体100右方n度(n为1以上135以下的整数)的物体上的测定点记作“Pn”，将点O至测定点Pn的距离和角度的组记作(dn，θn)(其中θn＝n)。另外，由于(du，θu)(u是满足-135≤u≤135的整数)可视为以点O(激光测距传感器1)为原点的极坐标系下的坐标，因此有时也将(du，θu)称作“坐标”。
使用图2说明物体存在地图生成单元3进行的地图生成处理。图2的(a-1)、(b-1)、(c-1)是从上方观察移动体100在地图生成对象的环境内移动的状况时的图。图中表示了移动体100随着时间的经过而按照(a-1)、(b-1)、(c-1)的顺序移动的状况。
而图2的(a-2)、(b-2)、(c-2)分别示意性地表示在移动体100位于图2的(a-1)、(b-1)、(c-1)所示的位置上时，通过从激光测距传感器1向周围(左右各135°的范围)照射激光而测量、采集到的测距数据。图2的(a-2)、(b-2)、(c-2)中所示的多个实线箭头分别表示正在测量从移动体100到箭头终点(即测定点)处的距离和角度。此处虽为了使说明易于理解，以地图上的实线箭头表示测距数据，但实际采集到的测距数据如上所述，是距离和角度(du，θu)的集合。
本实施例的地图生成系统能够通过组合图2的(a-2)、(b-2)、(c-2)的测距数据，来掌握位于移动体100周围的物体的形状(准确来说，可掌握形状的物体仅限于高度与激光测距传感器1相等或更高的物体，但这里假定地图生成处理中要识别(测量)的物体的高度均为激光测距传感器1的高度以上)。在图2的(a-2)、(b-2)、(c-2)中，激光测距传感器1测得的周围物体的形状由粗实线表示。
物体存在地图生成单元3在接收到地图生成指令时，使用测距数据生成地图。首先，生成由图2的(a-2)、(b-2)的测距数据彼此合成(拼接)得到的地图数据。物体存在地图生成单元3的地图数据生成处理例如能够通过进行Iterative Closest Point(ICP，迭代最近点)算法等公知的配准(registration，对准)方法来实现。物体存在地图生成单元3在生成了由图2的(a-2)、(b-2)的测距数据彼此合成得到的地图数据后，在该地图数据上进一步合成图2的(c-2)的测距数据。图2的(d-2)表示使用图2的(a-2)、(b-2)、(c-2)的测距数据生成(合成)的地图的示例。此处为便于说明，作为地图的示例表示了图2的(d-2)所示的图形，但物体存在地图生成单元3生成的地图(地图数据)实际上是由物体的位置信息(坐标)的集合构成的。
在使用图2说明的例子中，移动体100移动的环境内仅存在装置A至装置D这些静止物体，因此能够利用物体存在地图生成单元3生成仅存在静止物体的理想的地图。
而下面使用图3说明在移动体100的周围存在动态物体时，物体存在地图生成单元3进行地图生成时可能发生的问题点。图3的(a-3)、(b-3)、(c-3)与图2的(a-1)、(b-1)、(c-1)同样地表示移动体100在地图生成对象的环境内移动的状况，图3的(a-4)、(b-4)、(c-4)的实线箭头表示移动体100位于图3的(a-3)、(b-3)、(c-3)的位置时测得的测距数据。图2与图3的区别是，在图3的环境下，作为动态物体之一的作业人员200在移动体100的前方随时间移动，这一点与图2中说明的环境不同。该情况下，如图3的(a-4)、(b-4)、(c-4)所示，不仅装置A～D等静止物体的位置的信息被距离采集单元2采集到，作业人员200所处的位置的信息也被采集到。并且可知，由于存在作业人员200，受其影响无法测量到位于作业人员200背后的装置B或右侧墙壁的一部分。
针对由物体存在地图生成单元3在这3个场所测得的测距数据，进行与图2中说明的方法同样的运算，生成图3的(d-4)所示的地图。该图表示的是，在图3的(a-4)、(b-4)之间存在3个由测得的测距数据构成的地图信息。同样地，在图3的(b-4)、(c-4)之间也存在3个测距数据的信息。即，图3的(d-4)是共计9组由测距数据构成的地图信息经重叠得到的地图。
在图3的(d-4)的地图中，作业人员200步行时的痕迹出现在地图上。本实施例将这样的记录在由物体存在地图生成单元3生成的地图上的动态物体的信息称作“地图噪声”。若移动体100使用包含地图噪声的地图来进行移动体100的定位，则位置精度可能会降低。进而，有的情况下还会导致定位失败。
接着，对本实施例的地图生成系统中的空区域地图生成单元8的动作进行说明。例如，如图3的(a-4)所示，移动体100采集规定角度范围(例如270°的范围)的测距数据，指的是获得从移动体100(准确来说是激光测距传感器1)到各测定点(P-n～Pn)的距离，并且从移动体100到各测定点之间不存在其他物体。
图4的(a-5)、(b-5)、(c-5)在物体存在地图生成单元3生成的物体存在地图(图3的(d-4))之上，叠加并表示了由激光测距传感器1检测并由距离采集单元2采集到的测距数据。图4的(a-5)、(b-5)、(c-5)中所示的网点区域是以点O和测定点P-135、P-134……P0、P1……P135为顶点的多边形，该区域表示不存在物体的区域。本实施例中，将以点O和各测定点P-135、P-134……P0、P1……P135为顶点的多边形(即图4的(a-5)、(b-5)、(c-5)中所示的网点区域)称作“空区域”。
图4的(a-5)、(b-5)、(c-5)中重要的是，物体存在地图(例如图3的(d-4))上的粗实线之中，包含在空区域中的线是因激光测距传感器1测量到作业人员200等运动的物体而得到的(即地图噪声)这一事实。因此，删除空区域内的粗实线，就能够除去动态物体的信息(地图噪声)。
不过，在使用精度较低的激光测距传感器1的情况下，对照(matching)时产生的误差可能会较大。其结果是，当地图修正单元9删除包含在空区域内的物体的位置信息时，可能会同时删除装置或墙壁等静止物体的信息。为防止这一点，空区域地图生成单元8包括下文说明的距离缩减单元10和空区域合成单元11。
空区域地图生成单元8首先将从距离采集单元2采集到的测距数据(即各测定点的坐标)交给距离缩减单元10。距离缩减单元10从交来的测距数据的值中统一减去一定的距离Lo，将得到的值输出到空区域合成单元11。具体而言，距离缩减单元10求取从距离采集单元2采集到的各测定点Pu的坐标(du，θu)中减去距离Lo而得到的坐标即(du-Lo，θu)，将其输出到空区域合成单元11。该距离Lo可以为0以上的任意值，但优选为比对照时会产生的定位(位置识别)误差Le大的值。下文将从测定点Pu减去距离Lo而得到的点即坐标值为(du-Lo，θu)的点记作“Pu'”。
空区域合成单元11基于从距离缩减单元10获得的Pu'，确定图4的(a-6)、(b-6)、(c-6)所示的区域(这是以点O和点P-135'、P-134'……P0'、P1'……P135'为顶点的多边形)。此处将所确定的区域称作“删除对象区域”。空区域合成单元11将该删除对象区域的信息(以点O和点P-135'、P-134'……P0'、P1'……P135'为顶点的多边形)输出到地图修正单元9。地图修正单元9接收到删除对象区域的信息后，进行从物体存在地图生成单元3生成的地图(例如图3的(d-4))中删除包含在删除对象区域内的物体的位置信息(这对应于图4的(a-6)、(b-6)、(c-6)所示的网点区域内存在的粗实线)的处理。
由于距离缩减单元10采用这样的方式求取删除对象区域，因此例如图4的(a-6)所示，在静止物体与删除对象区域之间设置了一定的距离(空间)。因此，即使地图修正单元9删除包含在删除对象区域内的物体，也能够降低将静止物体删除的可能。
图4的(a-7)表示地图修正单元9从物体存在地图生成单元3生成的地图中删除了包含在由空区域合成单元11生成的删除对象区域(图4的(a-6))内的物体的位置信息得到的结果。在图4的(a-7)中，存在于图4的(a-6)内的粗实线的一部分变成了虚线，这表示包含在删除对象区域内的物体的位置信息已被删除。该图处于仍残留有作业人员200的动态物体的信息的一部分的状态，但通过反复进行删除对象区域的生成和使用了该删除对象区域的物体的删除处理，能够删除大部分动态物体的位置信息。下面说明其示例。
距离缩减单元10和空区域合成单元11利用上文说明的方法，使用移动体100移动到图4的(b-5)所示的位置时的测距数据，生成图4的(b-6)所示的删除对象区域。当生成了图4的(b-6)的删除对象区域后，地图修正单元9从图4的(a-7)所示的地图(这是已通过之前的处理从物体存在地图生成单元3生成的地图中删除了一部分动态物体的地图)中进一步删除包含在图4的(b-6)的删除对象区域内的物体的位置信息。其结果，如图4的(b-7)的地图所示，能够生成删除了所有残留的动态物体的信息的地图。在该实施例的情况下，此时就能够将动态物体的信息完全删除，但在仍残留有动态物体的信息的情况下，如图4的(c-5)、图4的(c-6)所示对所有的测距数据实施同样的处理，最终完成图4的(c-7)的静止物体地图。
本实施例的地图生成系统能够利用上述的方法删除地图噪声，所以具有这样的特征，即，即使在激光测距传感器的精度较低的情况下，也能够生成仅存在静止物体的地图。
实施例2
接着说明实施例2的地图生成系统。在实施例2的地图生成系统中，代替空区域地图生成单元8具有空区域地图生成单元8'。除此之外，实施例2的地图生成系统的结构与实施例1的地图生成系统相同，故省略图示。
图5表示实施例2的地图生成系统所具有的空区域地图生成单元8'的结构。空区域地图生成单元8'包括空区域合成单元11和区域缩减单元12。空区域合成单元11与实施例1中的具有相同功能。不过，空区域地图生成单元8'不具有实施例1中说明的距离缩减单元10，实施例2的空区域合成单元11使用从距离采集单元2获得的各测定点Pu的坐标(即未进行使距离缩减Lo的处理的坐标)求取空区域。因此，在距离采集单元2例如采集到图3的(a-4)的测距数据的情况下，空区域合成单元11求得图4的(a-5)所示的区域(即，以点O和测定点P-135、P-134……P0、P1……P135为顶点的多边形)，将该区域的信息输出到区域缩减单元12。在实施例2的地图生成系统中，由区域缩减单元12生成删除对象区域。
接着，使用图6的(a-8)、(a-9)对区域缩减单元12的处理进行说明。在区域缩减单元12中，如图6的(a-8)所示，求取以各测定点的各坐标点为中心的半径Lo的圆。下文将以测定点Pu为中心的半径Lo的圆记作“Ru”(与实施例1同样地，u是-135以上135以下的整数)。
接着，如图6的(a-9)所示，区域缩减单元12求取与相邻的2个圆(例如圆Ru和Ru+1)相切的切线。理论上，与相邻的2个圆相切的切线存在2根，但区域缩减单元12求取2根切线之中位于空区域内侧的切线。下文将与圆Ru和Ru+1相切的切线记作“Tu”。
区域缩减单元12将由各切线Tu、各圆Ru的弧、连接点O与测定点P-135的线段以及连接点O与测定点P135的线段所包围的区域决定为删除对象区域，将该删除对象区域的信息输出到地图修正单元9。另外，在说明中为便于理解而利用图说明了求取删除对象区域的方法，但自不必说的是，该删除对象区域是通过计算而求得的。使用这样获得的删除对象区域，地图修正单元9如图6的(a-10)所示，从物体存在地图中删除动态物体的信息。图6的(a-11)表示使用删除对象区域从物体存在地图中删除了动态物体的信息得到的结果。
使用图11说明实施例1的方法生成的删除对象区域与实施例2的方法生成的删除对象区域的区别。此处为避免说明变得复杂，通过说明根据2个测定点Pa、Pa+1(它们是装置X上的点)的测距数据来求取删除对象区域的例子，进行二者的比较。
图11(A)是示意性地表示实施例1中求取删除对象区域的方法的图。在实施例1的空区域地图生成单元8中，如前文所述，求取从测定点Pa的坐标(da，θa)向点O(激光测距传感器1)靠近距离Lo的点(图11(A)的点Pa')。同样地，求取从测定点Pa+1的坐标(da+1，θa+1)向点O靠近距离Lo的点Pa+1'，以由点Pa'、点Pa+1'和点O包围的区域作为删除对象区域(图11(A)的网点区域)。
因此，删除对象区域与装置X之间的距离可能会比Lo小。尤其是如图11(A)所示，激光测距传感器1的照射光(例如线段O-Pa或线段O-Pa+1)与装置X上的面(线段Pa-Pa+1)所成的角越小，则删除对象区域的外周(例如线段Pa'-Pa+1')与装置X之间的距离越短。因此，在激光测距传感器1的测定误差较大的情况下，当地图修正单元9删除地图噪声时，同时删除装置或墙壁等静止物体的信息的可能性增大。
另一方面，图11(B)是示意性地表示实施例2的空区域地图生成单元8'求取删除对象区域的方法的图。如图11(B)所示，实施例2的空区域地图生成单元8'求取以各测定点Pa、Pa+1为中心的半径Lo的圆(Ra、Ra+1)，进而求取与这2个圆(Ra、Ra+1)相切的切线(图11(B)中的通过点Pa'和Pa+1'的线段Ta)。最后，空区域地图生成单元8'将从点O到该切线Ta或到圆Ra(或圆Ra+1)的弧为止的区域(图11(B)中的网点区域)决定为删除对象区域。
根据图11(B)可知，实施例2的方法所生成的删除对象区域的外周上各点(切线Ta上或圆Ra的弧上的点)到物体上的任意的点(例如图11的装置X上的各点)的距离为距离Lo以上(换而言之，删除对象区域的外周上各点到物体上各点的距离的最小值为Lo)。采用实施例2的方法，无论激光测距传感器1的照射光(例如线段O-Pa或线段O-Pa+1)与装置X上的面(线段Pa-Pa+1)所成的角度大小如何，始终能够获得以到物体上各点的距离的最小值为Lo的点为外周的删除对象区域。因此，能够进一步降低地图修正单元9将静止物体删除的可能。
上文说明的空区域地图生成单元8'的决定删除对象区域的方法仅为一例，并不是说必须使用上文说明的方法来决定删除对象区域。空区域地图生成单元8'可以使用任意的方法求取删除对象区域，只要能够获得以到物体上各点的距离的最小值为Lo的点为外周的删除对象区域即可。
图6说明了基于移动体100位于环境内左端时得到的测距数据求取删除对象区域的方法，但空区域地图生成单元8'要采用同样的方法反复进行这样的处理：基于各时刻得到的测距数据——例如移动体100位于图7的(b-10)、(c-10)所示的位置时得到的测距数据来生成删除对象区域，并从物体存在地图生成单元3生成的地图之中删除包含在删除对象区域中的动态物体的信息。图7的(b-11)表示使用移动体100位于图7的(b-10)所示的位置时得到的测距数据而生成删除对象区域，并基于该删除对象区域从图6的(a-11)中删除了动态物体的信息得到的结果的示例。图7的(c-11)表示使用移动体100位于图7的(c-10)所示的位置时得到的测距数据而生成删除对象区域，并基于该删除对象区域从图7的(b-11)中删除了动态物体的信息得到的结果的示例。在该实施例的情况下，虽然有一部分动态物体未能除去，但未能除去的动态物体的信息很少，在进行定位时不会特别造成问题。
实施例3
实施例3的地图生成系统将实施例1或2所说明的地图生成系统应用到了自主移动式机器人中。图8表示其功能框图。与实施例1同样地，图8也省略了关于自主移动式机器人的外观和行走所需的车轮等的存在的描述。在实施例3的地图生成系统中，实施例1等中说明的激光测距传感器1、距离采集单元2被搭载在移动体100上，而物体存在地图生成单元3、空区域地图生成单元8'和地图修正单元9被设置在与移动体100之间进行通信的上级控制器101上。移动体100与上级控制器101之间的通信单元可采用无线通信也可采用有线通信。
物体存在地图生成单元3和地图修正单元9与实施例1中说明的相同，而空区域地图生成单元8”与实施例2中说明的相同，其内置有空区域合成单元11'和区域缩减单元12。区域缩减单元12与实施例2中说明的相同。空区域合成单元11'的处理内容后述。
上级控制器101还包括上级侧地图保存单元13。上级侧地图保存单元13保存地图修正单元9生成的静止物体地图。另外，移动体100上还设置有车载侧地图保存单元14、位置计算单元15、车辆控制单元16、左车轮和右车轮(未图示)、用于驱动左车轮的左电动机17、用于驱动右车轮的右电动机18以及地图更新指令单元19。
在实施例3中，移动体100是使用生成的静止物体地图进行定位并行走的自主移动式机器人。首先，将保存在上级控制器101的上级侧地图保存单元13中的静止物体地图下载到移动体100的车载侧地图保存单元14中。当移动体100启动后，在位置计算单元15中，对存储在车载侧地图保存单元14中的静止物体地图与从激光测距传感器1得到的测距数据进行对照，来计算移动体100当前的姿态。位置计算单元15在计算当前姿态时，计算移动体100在静止物体地图上的坐标值。
通过对从激光测距传感器1得到的测距数据与静止物体地图进行对照来求取移动体100的姿态的方法，作为定位技术或SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，即时定位与地图构建)技术已广为人知。因为是例如日本特开2009-109200号公报以及日本特开2009-93308号公报等已经记载的技术，所以此处省略详细说明，仅而记载求取姿态的方法之概要。位置计算单元15获取存储在车载侧地图保存单元14中的静止物体地图。在静止物体地图中，物体所处位置的坐标被存储为以环境内的规定位置为原点的正交坐标系(xy坐标系)下的坐标，下文将构成静止物体地图的坐标的集合称作“第一坐标组”。
接着，位置计算单元15将从激光测距传感器1接收到的测距数据变换成以移动体100(准确来说是激光测距传感器1)的位置为原点时的正交坐标系(xy坐标系)下的坐标。由此，得到以移动体100的位置为原点时的周围物体的坐标。其中由于测距数据包括多个(例如271个)信息(距离和角度的组)，因此能够得到多个(271个)坐标。将该多个坐标称作“第二坐标组”。
然后，位置计算单元15求取使第二坐标组的各坐标以原点(移动体100)为中心旋转角度θ并平行移动(x，y)后的坐标值(x，y，θ的值是任意的，但较小的值为好)。将此处求得的坐标称作“移动后的第二坐标组”。
接着，位置计算单元15进行判断移动后的第二坐标组的各点与第一坐标组的各点是否一致的处理，并统计该判断中一致的点的数量。位置计算单元15一边使x，y，θ的值分别一点一点地变化一边反复进行该判断处理，来求取第二坐标组与第一坐标组一致的点最多时的x，y，θ。此处求得的(x，y)就是移动体100所处的坐标(静止物体地图上的坐标)，θ表示移动体100的朝向。位置计算单元15采用这样的方式根据对照结果计算搭载了激光测距传感器1的移动体100的位置(静止物体地图上的坐标)。
另外，移动后的第二坐标组的各点与第一坐标组的各点有时也不一定全部一致。例如有的情况下，在静止物体地图生成后，移动体100所处的环境内的部分物体的位置会发生改变。此时，移动后的第二坐标组的各点与第一坐标组的各点并不全部一致。位置计算单元15在移动后的第二坐标组的各点与第一坐标组的各点一致的比例小于规定值的情况下，判断为车载侧地图保存单元14中存储的静止物体地图上记录的物体的位置与实际的物体的位置之间发生了错位，应当更新静止物体地图的信息。于是，位置计算单元15通过对距离采集单元2输出采集指令，来使上级控制器101生成新的地图。该处理将在后文叙述。
接着，当从外部对车辆控制单元16给出了要前往的目标点的坐标xo、yo、θo时，车辆控制单元16进行移动体100的行走控制。车辆控制单元16是用于使移动体能够自主移动的控制部，例如可以采用日本特开2009-93308号公报等记载的公知的结构。车辆控制单元16根据移动体100当前的位置(x，y，θ)与目标点的坐标xo、yo、θo的关系，计算移动体100的速度指令和曲率。车辆控制单元16根据其结果输出左电动机17和右电动机18的速度指令，由此对各电动机进行速度控制。于是使得移动体100向着目标点行走。
接着使用图9、图10说明由本实施例的地图生成系统生成地图的处理的流程。在下面的说明中针对这样的情形进行说明，即，初始状态下车载侧地图保存单元14中存储有图4的(c-7)所示的静止物体地图，移动体100如图9的(a-12)、(b-12)、(c-12)所示，在环境内按从左到右的顺序移动。
并且，下面的例子说明的是配置在移动体100周围的物体的位置并不一定与车载侧地图保存单元14中存储的静止物体地图上记录的位置一致的情形。具体而言如图9所示，在环境内的物体之中，装置B从图4的(c-7)所示的配置状态变成向右发生了倾斜的状态。
图9的(a-12)、(b-12)、(c-12)以时间顺序表示移动体100在车辆控制单元16的控制下自主行走，从左侧移动到右侧的状态。并且，这些图中表示了作为动态物体的行驶车辆300从相对的方向自右侧向中央方向移动的状况。
图9的(a-13)示意性地表示由位置计算单元15对图4的(c-7)所示的地图与通过激光测距传感器1得到测距数据进行对照，通过进行定位处理来计算移动体100的位置的状况。令此处位置计算单元15确定的移动体100的坐标值为(xa，ya，θa)。在图9的例子中，因为装置B的位置与记录在静止物体地图上的位置信息不同，并且存在没有记录在静止物体地图上的行驶车辆300，因此当位置计算单元15对静止物体地图与测距数据进行对照，就会判断为静止物体地图的信息与测距数据的一致比例较低。所以，此时从位置计算单元15对距离采集单元2输出采集指令。
接收到采集指令的距离采集单元2采集从激光测距传感器1输出的测距数据，将采集到的测距数据发送(上传)至上级控制器101。图9的(a-14)表示采集到的测距数据之示例。图9的(a-14)是示意性地表示当移动体位于图9的(a-12)所示的位置时，距离采集单元2采集到的测距数据的图。
在移动体100随着时间的经过按图9的(b-12)、(c-12)那样进行了移动时，位置计算单元15也同样地通过对照静止物体地图和测距数据来求取移动体100的位置、姿态。此处，令移动体100处于图9的(b-12)、(c-12)的位置时的坐标分别为(xb，yb，θb)和(xc，yc，θc)。与此同时，距离采集单元2采集到图9的(b-14)、(c-14)所示的测距数据，采集到的测距数据被上传至上级控制器101。图9的(b-14)、(c-14)是示意性地表示当移动体位于图9的(b-12)、(c-12)所示的位置时，距离采集单元2采集到的测距数据的图。
当图9的(a-14)、(b-14)、(c-14)的测距数据从距离采集单元2被上传至上级控制器101后，物体存在地图生成单元3生成图10的(d-14)所示的地图。关于地图生成的契机，可以以距离采集单元2对物体存在地图生成单元3发出例如实施例1中说明的地图生成指令为契机来进行地图生成，或者，物体存在地图生成单元3也可以以规定数量的测距数据被上传到上级控制器101为契机来进行地图生成。
使用图10说明本实施例的地图生成系统中的地图噪声的删除方法。首先，图8的空区域合成单元11'按照与实施例2中说明的方法相同的方法，生成根据图9的(a-14)、(b-14)、(c-14)的测距数据得到的空区域地图。图10的(a-15)、(b-15)、(c-15)的网点区域分别表示根据图9的(a-14)、(b-14)、(c-14)的测距数据得到的空区域地图。
接着，空区域合成单元11'通过求取这些空区域地图的并集，来求取使用了全部测距数据而得到的空区域地图(合成的空区域地图)。图10的(d-15)所示的网点区域是合成的空区域地图的示例。
然后，空区域合成单元11'将该空区域地图输入到区域缩减单元12。区域缩减单元12使用实施例2中说明的方法生成删除对象区域，其中删除对象区域的外周由从装置和墙壁等静止物体离开距离Lo的点构成。图10的(d-16)所示的网点区域表示生成的删除对象区域的示例。
在生成了删除对象区域后，地图修正单元9使用删除对象区域的信息，从物体存在地图生成单元3生成的地图中删除地图噪声。这与实施例1或2中说明的方法相同。
实施例3中说明的空区域地图的生成方法与实施例1或实施例2中说明的方法相比，在暂先生成了合成的空区域地图后，使用合成的空区域地图决定删除对象区域来删除地图噪声，因此与实施例1或2中说明的方法相比，具有能够降低地图噪声的删除处理的成本这一优点。基于此处生成的删除对象区域，从图10的(d-14)的物体存在地图中删除地图噪声，能够得到图10的(d-17)所示的静止物体地图。地图修正单元9将生成的静止物体地图保存在上级侧地图保存单元13中。
实施例3说明了地图生成系统利用空区域地图生成单元8”生成删除对象区域的例子，但也可以采用代替空区域地图生成单元8”使用实施例1中说明的空区域地图生成单元8或实施例2中说明的空区域地图生成单元8'的结构(即，采用上级控制器101包括空区域地图生成单元8或空区域地图生成单元8'的结构)。另外，此处说明了空区域地图生成单元8”暂先根据多个空区域地图生成合成的空区域地图(例如图10的(d-15))，再根据合成的空区域地图求取删除对象区域的例子，但也可以按照其他的流程求取删除对象区域。作为一例，空区域地图生成单元8”首先在每次从距离采集单元2获取测距数据(例如图9的(a-14)、(b-14)、(c-14))时生成删除对象区域。删除对象区域的生成方法既可以是实施例1的方法，也可以是实施例2的方法。在获取了多次(例如n次)测距数据的情况下，生成了n个删除对象区域。在生成了n个删除对象区域之后，空区域地图生成单元8”通过求取n个删除对象区域的并集来得到最终的删除对象区域。
此外，移动体100的位置计算单元15在对距离采集单元2输出采集指令时，将地图与测距数据一致的比例较低这一状态也同时输出到地图更新指令单元19。地图更新指令单元19据此判断为地图需要更新，对上级侧地图保存单元13输出更新指令。上级侧地图保存单元13在接收到更新指令后，将新保存在上级侧地图保存单元13中(由地图修正单元9保存)的静止物体地图发送到移动体100。移动体100在接收到新生成的静止物体地图后，将其存储在车载侧地图保存单元14中进行静止物体地图的更新。
如上所述，本实施例的地图生成系统具有这样的优点，即，即使在存在动态物体的情况下，也能够使用自主行走状态下的移动体的测距数据得到仅存在静止物体的地图，并能够自动地进行地图更新。
本发明如上所述，即使使用性能较低的测距传感器，也不会错误地删除静止物体而导致活动区域扩大，不会降低地图的精度，并且能够自动地删除动态物体的信息，因此，能够确保使用由此生成的地图进行的定位的精度，提供一种具有优秀的移动控制特性的自主移动式机器人。
附图标记说明
1激光测距传感器，2距离采集单元，3物体存在地图生成单元，8空区域地图生成单元，9地图修正单元，10距离缩减单元，11空区域合成单元，12区域缩减单元，13上级侧地图保存单元，14车载侧地图保存单元，15位置计算单元，16车辆控制单元，17左电动机，18右电动机，19地图更新指令单元，20采集判断单元，100移动体，101上级控制器，200作业人员(动态物体1)，300行驶车辆(动态物体2)。

Claims (13)

1.一种地图生成系统，包括设置有测距传感器的移动体，所述测距传感器测量其到周围的物体上的多个测定点的距离和角度，并输出由所述距离和角度的集合构成的测距信息，所述地图生成系统的特征在于，包括：
物体存在地图生成单元，通过将所述移动体位于第一位置时测得的第一测距信息与所述移动体位于第二位置时测得的第二测距信息合成来生成物体存在地图，其中，所述物体存在地图上记录有表示所述物体所处的位置的位置信息；
空区域地图生成单元，基于所述测距信息确定由不存在所述物体的区域构成的删除对象区域；和
地图修正单元，从所述物体存在地图生成单元生成的所述物体存在地图中删除与包含在所述删除对象区域内的位置对应的位置信息，来生成删除了所述物体之中的动态物体的位置信息的静止物体地图，其中，
所述空区域地图生成单元使用所述第一测距信息确定第一删除对象区域，并使用所述第二测距信息确定第二删除对象区域，
所述地图修正单元从所述物体存在地图所包含的所述位置信息之中，删除与包含在所述第一删除对象区域内的位置对应的位置信息，和与包含在所述第二删除对象区域内的位置对应的位置信息，来生成所述静止物体地图。
2.如权利要求1所述的地图生成系统，其特征在于：
所述空区域地图生成单元将从所述测定点向所述测距传感器靠近规定距离的点所包围的区域决定为所述删除对象区域。
3.如权利要求1所述的地图生成系统，其特征在于：
所述空区域地图生成单元生成的所述删除对象区域的外周上各点到所述物体的距离的最小值是规定的固定值。
4.如权利要求1所述的地图生成系统，其特征在于：
还包括上级控制器，所述上级控制器包括所述物体存在地图生成单元、所述空区域地图生成单元和所述地图修正单元，
所述移动体包括：
存储所述静止物体地图的地图保存单元；
采集所述测距传感器输出的所述测距信息，将其发送到所述上级控制器的距离采集单元；和
位置计算单元，通过对存储在所述地图保存单元中的所述静止物体地图与由所述测距传感器测得的所述测距信息进行对照，来确定所述移动体的位置。
5.如权利要求4所述的地图生成系统，其特征在于：
所述位置计算单元在根据所述静止物体地图与所述测距信息的对照结果判断为需要更新所述静止物体地图的信息的情况下，对所述距离采集单元发送采集指令，
所述距离采集单元响应于接收到所述采集指令，将所述测距信息发送到所述上级控制器，使所述上级控制器生成所述静止物体地图。
6.如权利要求5所述的地图生成系统，其特征在于：
在所述位置计算单元对所述距离采集单元发送所述采集指令时，所述移动体对所述上级控制器发送所述静止物体地图的更新指令，
所述上级控制器在接收到所述更新指令时，将新生成的所述静止物体地图发送到所述移动体，
所述移动体将从所述上级控制器接收到的所述静止物体地图存储在所述地图保存单元中。
7.如权利要求5所述的地图生成系统，其特征在于：
所述移动体包括车辆控制单元，该车辆控制单元使用所述位置计算单元计算出的所述移动体的位置，进行所述移动体的行走控制。
8.一种机器人系统，包括设置有测距传感器的机器人，所述测距传感器测量其到周围的物体上的多个测定点的距离和角度，并输出由所述距离和角度的集合构成的测距信息，所述机器人系统的特征在于，包括：
物体存在地图生成单元，通过将所述机器人位于第一位置时测得的第一测距信息与所述机器人位于第二位置时测得的第二测距信息合成来生成物体存在地图，其中，所述物体存在地图上记录有表示所述物体所处的位置的位置信息；
空区域地图生成单元，基于所述测距信息确定由不存在所述物体的区域构成的删除对象区域；和
地图修正单元，从所述物体存在地图生成单元生成的所述物体存在地图中删除与包含在所述删除对象区域内的位置对应的位置信息，来生成删除了所述物体之中的动态物体的位置信息的静止物体地图，其中，
所述空区域地图生成单元使用所述第一测距信息确定第一删除对象区域，并使用所述第二测距信息确定第二删除对象区域，
所述地图修正单元从所述物体存在地图所包含的所述位置信息之中，删除与包含在所述第一删除对象区域内的位置对应的位置信息，和与包含在所述第二删除对象区域内的位置对应的位置信息，来生成所述静止物体地图。
9.如权利要求8所述的机器人系统，其特征在于：
所述空区域地图生成单元将从所述测定点向所述测距传感器靠近规定距离的点所包围的区域决定为所述删除对象区域。
10.如权利要求8所述的机器人系统，其特征在于：
所述空区域地图生成单元生成的所述删除对象区域的外周上各点到所述物体的距离的最小值是规定的固定值。
11.如权利要求8所述的机器人系统，其特征在于：
还包括上级控制器，所述上级控制器包括所述物体存在地图生成单元、所述空区域地图生成单元和所述地图修正单元，
所述机器人包括：
存储所述静止物体地图的地图保存单元；
采集所述测距传感器输出的所述测距信息，将其发送到所述上级控制器的距离采集单元；和
位置计算单元，通过对存储在所述地图保存单元中的所述静止物体地图与由所述测距传感器测得的所述测距信息进行对照，来确定所述机器人的位置。
12.如权利要求11所述的机器人系统，其特征在于：
所述位置计算单元在根据所述静止物体地图与所述测距信息的对照结果判断为需要更新所述静止物体地图的信息的情况下，对所述距离采集单元发送采集指令，并对所述上级控制器发送所述静止物体地图的更新指令，
所述距离采集单元响应于接收到所述采集指令，将所述测距信息发送到所述上级控制器，
所述上级控制器基于从所述距离采集单元发送来的所述测距信息重新生成所述静止物体地图发送到所述机器人，
所述机器人将从所述上级控制器接收到的所述静止物体地图存储在所述地图保存单元中。
13.如权利要求12所述的机器人系统，其特征在于：
所述机器人包括车辆控制单元，该车辆控制单元使用所述位置计算单元计算出的所述机器人的位置，进行所述机器人的行走控制。
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