JP2005222560A - 自律移動装置及び自律移動装置運用システム - Google Patents

Abstract

【課題】他の移動体に道を譲る動作を行って他の移動体の移動をスムーズにする。
【解決手段】稼動領域の地図と走行用の各種パラメータを記憶するための記憶手段と、目的地や操作指令の入力のためのインターフェースと、目的地までの経路を生成する経路生成手段と、障害物や自己位置を認識するための環境認識手段と、走行を行うための走行手段とを備え、環境認識手段で得られた情報を元に上記地図上で自己の位置を認識し且つ障害物を回避しながら目的地まで走行手段を制御する走行制御手段を備えている。また、他の移動体を回避するための停留開始信号を検出する停留開始信号検出手段を有し、走行制御手段は停留開始信号検出手段で停留開始信号を検出した場合、記憶手段に予め記憶させた他の移動体の回避用の停留領域に停留させる。通路の適当な場所である停留領域に停留して他の移動体に通路を譲る。
【選択図】図１

Description

本発明は、人や台車など他の移動体と同じ領域において、障害物を回避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ものである。

自己位置を認識をしながら障害物を回避しつつ目的地まで到達する自律移動装置が「医療福祉機器技術研究開発報告書 平成１１年１１月 技術研究組合医療福祉機器研究所」や「Johon M. Evans, Bala Krishnamurthy, "HelpMate, TheTrackless Robotic Courier:A perspective on the Development of a Commercial Autonomous Mobile Robot"」などに記述され、また、レーザーレーダの情報から壁の情報を検出し、記憶している地図とマッチングして位置認識する方法が「Li Zhang, Bijoy K.Ghosh, "Line Segment Based map building and Localization Using 2D Laser Rangefinder", IEEE Int. Conf. On Robotics & Automation, pp.2538-2543, 2000」にある。また、障害物を検出して回避する方法については、「Sean Quinlan, Oussama Khatib,“Elastic Bands:Connecting Path Planning and Control", lCRA, 1993」などに様々な方法が提案されている。

いずれにしても、基本的には環境認識手段で進行方向に障害物を検出すれば回避を試み、また、回避ができない場合には停止するものとなっている。

しかし、これらの自律移動装置は、障害物を回避することはできるものの、他に移動体があった時、その移動体の動きを妨げてしまうことがあった。たとえば、狭い通路で前方から大きな台車が来た場合など、自律移動装置は障害物である台車を回避しようとするが、上手くすれ違うことができず、立ち往生してしまうことがある。

また自律移動装置の後方から他の台車がきた場合、自律移動装置の速度が遅くても、自律移動装置が通路の中央付近を移動していて台車が自律移動装置を追い抜こうとしても、自律移動装置は道を譲ることなく移動を続行するために追い抜くことができない。

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、他の移動体に道を譲る動作を行って他の移動体の移動をスムーズにする自律移動装置及び自律移動装置運用システムを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る自律移動装置は、稼動領域の地図と走行用の各種パラメータを記憶するための記憶手段と、目的地や操作指令の入力のためのインターフェースと、目的地までの経路を生成する経路生成手段と、障害物や自己位置を認識するための環境認識手段と、走行を行うための走行手段とを備えるとともに、環境認識手段で得られた情報を元に上記地図上で自己の位置を認識し且つ障害物を回避しながら目的地まで走行手段を制御する走行制御手段を備えている自律移動装置であって、他の移動体を回避するための停留開始信号を検出する停留開始信号検出手段を有して、走行制御手段は停留開始信号検出手段で停留開始信号を検出した場合に記憶手段に予め記憶させた他の移動体の回避用の停留領域に停留させるものであることに特徴を有している。通路の適当な場所である停留領域に停止させて他の移動体に通路を譲ることができるものである。

上記停留領域は一つのラインで定義されたものであっても、多角形で定義されたものであってもよい。前者であれば、狭い通路においても停留できる場所を指定することができ、後者であれば、停留できる場所に幅を持たせることができて、停止姿勢を決める必要がないものとなる。

走行制御手段に、停留領域中の自己位置から最短の位置を停留位置として停留動作に移行するものを用いた場合、停留位置を簡単な方法で選択することができ、停留領域中の自己位置からの距離と進路変更に要する回転量の二つを考慮して停留位置を決定するものを用いた場合、停留までの時間を短くすることができるとともに滑らかな動作が可能となる。停留領域をレベル分けして自己位置からの距離と上記レベルとから停留位置を定めて停留動作に移行するものを用いた場合には、設定した安全度合いと距離とを考慮して適切な停留位置を決めることができる。

また、進行方向に決まった距離だけ前進してから、停留位置に向かわせるものである場合は一旦停止しなくても、停留動作が可能となり、進行方向に速度に応じた距離だけ前進してから、停留位置に向かわせるものであれば、急停止せず滑らかに停留動作に移ることができ、停留領域内で停留位置設定方法は停留領域内で壁に沿って定めた所定距離内を停留位置とするものであれば、自律移動装置が上から見て円形でない場合に壁により近くまで接近させた状態で停留させることができる。

停留開始信号検出手段が、通信手段を介して受信する防災情報を停留開始信号として検出するものであれば、避難する人の邪魔になることがないものであり、防災時の防火扉に挟まれることがないようにすることもできる。

また、停留開始信号検出手段が複数取り付けられた接触式のセンサであれば、確実に信号が検出でき且つ停留すべき方向を指示することができ、検出した音声レベルのパターンが予め登録したパターンと適合したかを出力するセンサや音声認識手段であれば、非接触で信号を検出することができ、他の移動体が発した信号を認識する装置であれば、道を譲る対象が近づく前に停留のための行動を開始することができ、稼動領域に設置された信号機を認識する装置であれば、道を護る対象が近づく前に停留のための行動を開始することができるとともに、道を譲る対象が見通せない時にも停留動作に移行させることができ、環境認識手段で検出される障害物の予め設定した距離の中への接近を検出するものであれば、道を譲る対象がアクションを取る前に自動的に停留のための行動を開始することができるほか、専用の停留開始信号検出手段を別に必要としなくなる。

また、走行制御手段が、停留開始時、進行方向に障害物がない場合は前方の停留可能領域に、進行方向に障害物がある場合は後方の停留領域に向かわせるものである時、停留のための進行方向を選択することができ、信号検出領域を前後両方に備えて、停留開始時に信号検出のない方向の停留領域に向かわせるものであれば、人に道を譲る際に人の邪魔にならない方向に移動するものとなる。

音声源の位置を認識する装置を備えて、停留開始時に音声源と反対方向の停留可能領域に向かわせるものであってもよい。この場合も人に道を譲る際に人の邪魔にならない方向に移動するものとなる。

また、走行制御手段には、環境認識手段として備えている水平面内をスキャンするレンジファインダデータの２次元時系列データから他の移動体の通過を判断して停留動作を終了させるものを好適に用いることができる。停留時間が常に適切なものとなる。

停留動作中を表示する表示手段を備えていると、自律移動装置の動作が周囲にいる人にわかり、安心できるものとなる。

さらに本発明に係る自律移動装置運用システムは、稼動領域の地図と走行用の各種パラメータを記憶するための記憶手段と、目的地や操作指令の入力のためのインターフェースと、目的地までの経路を生成する経路生成手段と、障害物や自己位置を認識するための環境認識手段と、走行を行うための走行手段とを備えるとともに、環境認識手段で得られた情報を元に上記地図上で自己の位置を認識し且つ障害物を回避しながら目的地まで走行手段を制御する走行制御手段と、通信回線に接続するための通信手段とを備え、他の移動体を回避するための停留開始信号を検出する停留開始信号検出手段を有するとともに上記走行制御手段が停留開始信号検出手段で停留開始信号を検出した場合に記憶手段に予め記憶させた他の移動体の回避用の停留領域に停留させる自律移動装置と、上記自律移動装置の稼動領域の地図と上記自律移動装置が進入できる領域と他の移動体の回避用の停留領域とを入力する手段と、通信回線に接続する手段とを有して、通信回線を経由して自律移動装置から送られてくる自律移動装置の位置情報とシステム外から取得した情報とを元に自律移動装置の運用を行う管理装置とからなることに特徴を有している。自律移動装置の動作を遠隔で監視でき、また自律移動装置の記憶手段に記憶した内容を管理装置で管理できて複数の自律移動装置を使用する場合にも記憶データの共有が可能となる。

自律移動装置の稼動領域の地図と上記自律移動装置が進入できる領域と他の移動体の回避用の停留領域とは、複数のエリアに分けて入力記憶しておくのが好ましい。大量のデータを分割して管理することができ、データの修正追加が容易となる。

自律移動装置はエリアをまたがる移動時に管理装置から必要エリアの地図や進入可能領域、停留領域の情報を取得するものであることが好ましい。各自律移動装置で管理及び処理するデータ量が少なくて済むものである。

自律移動装置側で変更された地図や領域の情報で管理装置側の情報が更新されるものであってもよい。データの修正を１台の自律移動装置に施せば全ての自律移動装置に反映され、自律移動装置を常に最新の情報で稼動させることができる。

本発明に係る自律移動装置においては、自律移動装置を通路の適当な場所に停止させて他の移動体に通路を譲ることができるものであり、このために安全性や使い勝手が向上する。

また請求項２２の発明に係る自律移動装置運用システムにおいては、自律移動装置の動作を遠隔で監視でき、また自律移動装置の記憶手段に記憶した内容を管理装置で管理できて複数の自律移動装置を使用する場合にも記憶データの共有が可能となるものであり、病院等のビルの中で、自律移動装置に搬送や案内、清掃などの作業を行わせるのに好適である。

以下本発明に係る自律移動装置を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１に示すように、稼動領域の地図と走行用の各種パラメータを記憶するための記憶手段１１と、目的地や操作指令の入力のためのインターフェース１２と、目的地までの経路を生成する経路生成手段１３と、障害物や自己位置を認識するための環境認識手段１４と、走行を行うための走行手段１０と、走行手段１０を制御する走行制御手段１５と、停留開始信号検出手段１６とを備えたものとなっている。図中１７は電源としての電池である。

上記走行制御手段１５は、通常時、環境認識手段１４で得られた情報を元に上記地図上で自己の位置を認識するとともに環境認識手段１４で検出された障害物を回避しながら目的地まで走行手段１０を制御する。

ここにおいて、上記記憶手段１１には稼動領域の地図と走行用の各種パラメータのほかに、他の移動体の回避用の領域として予め設定した停留領域を記憶させてある。そして、上記停留開始信号検出手段１６によって停留開始信号が検出された時、走行制御手段１５は記憶手段１１に記憶させた停留領域の中で最寄りのところに自律移動装置を移動させてそこで停止させ、停留状態に入る。

今、図２(a)に示すように、両側の壁に沿って停留領域Ｓを設定した稼働領域Ｍ内を自律移動装置１が移動している時、停留開始信号検出手段１６で停留開始信号を検出すると、図２(b)に示すように、走行制御手段１５が走行手段１０を制御して停留領域Ｓに向かう停留動作を開始させ、図２(c)に示すように停留領域Ｓに自律移動装置１が到達すれば、その位置において停止して留まる。停留後は、例えば、走行制御手段１５のＣＰＵで一定時間を計測するなどして、自動的に停留開始信号検出手段１６で信号を検出した時に行っていた仕事に復帰する。

自律移動装置１のプログラム上では、図３に示すように、自律移動装置１が稼動領域Ｍに固定された座標（ｘ１，ｙ１）上で、最終目的地（ｘｄ，ｙｄ）に向う場合、経路生成手段１３によって生成された幾つかの地点（ｘｉ，ｙｉ） ［１＝＜ｉ＜ｄ〕を経由して行く最終目的地最終目的地（ｘｄ，ｙｄ）までの経路を移動して地点（ｘm-1，ｙm-1）にいる時、または地点（ｘm-1，ｙm-1）と地点（ｘｍ，ｙｍ）との間にいる時に、停留開始信号検出手段１６で停留開始信号が検出されると、走行制御手段１５は図３(b)に示すように地点（ｘm-1，ｙm-1）から選択された停留領域Ｓの停留地点（ｘｅｄ，ｙｅｄ）までの停留のための経路ＳＰを生成する。図中の（ｘｅｍ，ｙｅｍ）は経路ＳＰ上の経由地点の座標である。そして、走行制御手段１５は現在向かっている経由地点（ｘｍ，ｙｍ）を上記停留のための経路ＳＰ上の経由地点または停留位置の座標に置き換える。そして停留終了後、もとの経由地点（ｘｍ，ｙｍ）の地点に向かう。もちろん、停留終了後に停留位置（ｘｅｄ，ｙｅｄ）から目的地（ｘｄ，ｙｄ）に直接向かう新たな経路を生成してもよい。その間に人や台車などは、「追い抜き」や「すれ違い」ができる。なお、走行制御手段１５で停留のための経路を生成しているが、この機能は経路生成手段１３に持たせてもよい。いずれにしても、このように通路の適当な場所に予め設定した停留領域Ｓで停止させて他の移動体に通路を譲ることで、安全性や使い勝手が向上する。

停留領域Ｓは図４(a)に示すように、直線として定義する場合、その表現が簡単になるとともに、より狭い場所での設定が可能となる。この場合、各停留領域は絶対座標上で、始点（ｘｎ０，ｙｎ０）と終点（ｘｎ１，ｙｎ１）で表せばよい。ｎは領域の番号とする、そして停留を行う際には、自律移動装置１に記憶されている地図の座標系で予め設定された停留領域Ｓの始点終点の座標を自律移動装置１を原点にその進行方向をＸ軸とする座標に変換する。上記座標が始点（ｘｒｎ０，ｙｒｎ０）と終点（ｘｒｎ１，ｙｒｎ１）となるとすると、この始点と終点の座標で表される線分まで原点から直交する直線を引ける場合は、その交点と原点との距離を領域ｎまでの距離とする。

直交するかどうかは、例えば、始点から終点のベクトルと始点から原点までのベクトルとの内積及び終点から始点のベクトルと終点から原点までのベクトルとの内積から判断することができる。上記の二つの内積がともに正の時は直交する直線を引くことができる。そして直交する線分と領域を示す線分との交点が求まれば距離も求めることができる。それ以外の場合には、原点と始点の距離、原点と終点との距離のうち、短い方を領域ｎまでの距離とすればよい。そして、上記停留領域Ｓのうち、最短距離にある停留領域Ｓを選択し、その領域に向かえばよい。

図５(a)に示した状態の場合、原点（自律移動装置１の位置）からは、領域ｎと原点からの垂線との交点が一番近いことからその位置に向かう。また、ここでは進行方向と停留領域Ｓは並行であるが、並行でない場合も同様の計算で求めることができる。

停留領域Ｓを選択する際に、停留領域Ｓまでの距離ｄと、その距離を与える停留領域Ｓ上の座標に向かう為に変更しなければならない角度Θ（図５(b)参照）とを考慮して、ｄ＋α・Θを各停留領域Ｓについて求め、この評価式が最小となる停留領域Ｓに停留させることにすれば、進路変更に必要な時間を短縮することができる。なお、αは予め定めて記憶手段１１に記憶させた重み係数であって、一定値であってもΘの値によって値の変わる関数であってもよい。

停留領域Ｓに予めレベルを設定しておけば、より安全性や使い勝手が向上する。つまり、図６に示すように、各停留領域Ｓにレベル付けを行っておく。このレベルとしては、たとえば０より大きく１以下の値とし、１＞＝レベル１＞レベル２＞０とする。そして停留領域Ｓの選択に際し、
停留領域までの距離／レベル
の小ささで評価するのである。この場合、自律移動装置１の位置がレベル２の停留領域Ｓに近くても、レベル１に設定された停留領域Ｓに停留する場合が増加する。このことは、柱等の凹凸のある方の停留領域Ｓのレベルを大きくしておくことにより、幅のある他の移動体が通過しやすくなることを意味する。ただし、レベル２の停留領域Ｓが非常に近い場合には、停留までの時間を優先してレベル２の停留領域Ｓに停留するようにしてもよい。なお、上記評価式は一例であって、レベルによる重みや評価式自体も様々なものを使用することができる。

このほか、停留領域Ｓの選択のための計算に要する時間を考慮して、図７に示すように、停留開始信号を検出した地点よりも予め設定した距離ｘｄだけ前進したところから停留領域Ｓに向かう動作を開始させると、一旦停止させなくても停留動作に移行させることができる。つまり、図５(a)では原点から停留領域Ｓまでの計算をしたが、座標（ｘｄ，０）から各停留領域Ｓまでの距離を計算して停留位置を決定するのである。従ってこの場合の停留動作は地点（ｘｄ，０）を経由して停留位置へ向かうことになる。

また上記ｘｄは予め定めた値とするのではなく、速度の関数としてもよい。例えば、最大速度をＶmax、停留動作の計算に必要な時間をＴｅとすると、
Ｘmax＞Ｖmax・Ｔｅ
となるＸmaxを予め設定しておき、自律移動装置１の速度Ｖによって
ｘｄ＝Ｘmax（Ｖ／Ｖmax）
として、Ｘｄを決定するのである。速度Ｖが０の場合はｘｄ＝０となる。このようにすることで、停留位置が決まってから停留動作開始までの時間を短縮することができる。

また、このように中継点（ｘｄ，０）を経て停留位置Ｓｓに向かう時、図８に示すように、中継点（ｘｄ，０）の前後に補間ポイントＨｐを置いて、経路をスムージングするとさらに滑らかで高速な停留動作が可能となる。

また、図９に示すように、停留位置Ｓｓ到達後に停留領域Ｓ内で停留後の動作方向へ予め定めた距離（その距離が移動できない場合は、移動できる最大量）だけ移動させることで、自律移動装置１をまっすぐ進行方向に向けることができ、この結果、通路を広く開けることができる。これは特に自律移動装置１が幅方向よりも進行方向の長さが長い場合に有効である。停留終了後の動作再開の時間も短縮することができる。

停留領域Ｓは上述のようにラインで定義するほか、図４(b)に示すように多角形（特に四角形）として定義してもよい。ただし、ここで言う多角形は、その角に多少の丸みを有するものも含むものとする。この場合、図１０(a)に示すように、ラインＬの始点（ｘｒｎ０，ｙｒｎ０）と終点（ｘｒｎ１，ｙｒｎ１）と幅Ｗで定義する。領域選択は幅Ｗのある領域Ｓの通路側のラインＬで行うものとする。このようにすると、図１０(b)に示すように、障害物９が停留場所付近にあったとしても、障害物９を回避をしながら移動していくことで停留領域Ｓに入ることができる。また、この場合は、当初の停留位置Ｓｓでなくとも、前記ラインＬからの距離が前記幅Ｗよりも短い場合は、その位置を停留位置として停止させてもよい。

次に停留開始信号検出手段１６について説明すると、この停留開始信号検出手段１６としては、図１１に示すように、自律移動装置１に取り付けた接触式のセンサ１６を用いることができる。この場合、すれ違いたい人が自律移動装置１のセンサ１６に触れることで、自律移動装置１に停留動作を指示することができる。また、センサ１６を複数取り付ければ、自律移動装置１に待避させいたい方向を指示することができる。図１２(a)(b)(c)は、自律移動装置１の後ろから人が近づいて自律移動装置１を追い抜きたい時、上記接触式センサ１６に触れることで自律移動装置１を停留領域Ｓに向かわせている。そして接触式センサ１６を自律移動装置１の両サイドに取リ付けて、例えば左サイドの接触式センサ１６に接触すれば、自律移動装置１が右方向の停留領域に向かうようにしておくと、自律移動装置１の停留のための向きの変更方向を人が判断し損ねてしまうということがない。

また、自律移動装置１の各サイドの前方と後方に接触式センサ１６を配置しておけば、１の前方から人がきた場合、人を障害物として回避するが、この時、図１２(d)(e)(f)に示すように、片側の接触式センサ１６に人が触れれることで、自律移動装置１は所定の方向に向きを変えて停留領域Ｓに向かうものとなる。つまり、自律移動装置１が進行方向に進んで停留領域に向かうのか、方向を変えて停留領域Ｓに向かうのかを指示することができる。

停留開始信号検出手段１６としては、ある強度以上の音声があったかどうかを連続的に収集し、その音声有無波形から予め登録した音声有無パターンと適合した部分があると検出信号を出力するセンサ用いるようにしてもよい。この場合、非接触で停留を指示することができる。

予め停留動作を行うための言葉（複数でも可）をきめておき、その言葉、たとえば「どいて」という言葉の音声有無パターンＶｐを予めそのセンサ内に記憶させておく。上記音声有無パターンＶｐは、図１３(a)に示すように、あるサンプリング周期ｔでのｎ個のデータ［ｆ(i)：０＝＜ｉ＜ｎの整数］であらわされる。そして連続して収集している音声有無波形［ｇ(k)：０＝＜ｋ＜ｍの整数でｍ＞ｎ］（図１３(b)参照）から、予め記憶したパターンＶｐと合う部分を探索する。例えば、ｇ(k)のｋ＝ｌ（ただし、０＝＜ｌ＝＜ｍ−ｎ）からｎ個とｆ(i)との相関をとり、ある閾値以上になるとセンサから検出信号を出すのである。この検出信号により、走行制御手段１５は停留動作を開始する。

音声の有無だけではなく、音声レベルパターンで認識しても良い。たとえば音声レベルパターンを記憶する記憶部と、収集した音声レベル波形から予め記憶した音声レベルパターンと合う部分を検索する検索手段とを停留開始信号検出手段１６に設けておき、停留開始信号検出手段１６が音声レベルを連続的に収集してその音声レベル波形から予め登録したパターンと適合した部分があると検出信号を出力するようにしておくと、予め記憶させておく音声レベルパターンに応じて、認識すべき音声パターン（言葉）を詳細に指定することができる。まず、停留動作を行うための言葉（複数でも可）をきめておき、この言葉（例えば「どいて」の音声のパターンＶｐを予めそのセンサ内に記憶させておく。この言葉は、図１４(a)に示すように、あるサンプリング周期ｔでのｎ個のデータ［ｆ(i)：０＝＜ｉ＜ｎの整数］であらわすことができる。そして連続して収集している音声レベル波形［ｇ(k)：０＝＜ｋ＜ｍの整数でｍ＞ｎ］（図１４(b)参照）から、予め記憶したパターンＶｐと合う部分を探索する。例えば、ｇ(k)のｋ＝ｌ（ただし、０＝＜ｌ＜ｍ−ｎ）からｎ個とｆ(i)との相関をとり、ある閾値以上になるとセンサから停留開始検出信号を出すのである。

停留開始信号検出手段１６は、他の移動体が備えている装置が発する信号を認識する装置であってもよい。この場合、非接触で確実に信号を検出することができる。例えば、自律移動装置１に対して停留を要求する可能性のある台車等に、赤外線を発光する装置を付けておく。常時発光しているものでも、自律移動装置１を停留させたいときだけ操作に応じて発光するものであってもよい。そして自律移動装置１に上記赤外線を受光するセンサを停留開始信号検出手段１６として設置するのである。

停留開始信号検出手段１６で検出する信号は、自律移動装置１の稼動領域の壁や天井などに取リ付けられた装置から発するようにしてもよい。この場合、停留を要求する台車等が自律移動装置１から見えないところに位置する時にも自律移動装置１に停留動作を開始させることができ、効率の良い停留動作を実現することができる。例えば図１５のようにコーナー部分に自律移動装置１が通路を譲るべき対象を認識するとともに自律移動装置１へ前記対象が接近していることを知らせるための信号を発する装置８を設置する。上記対象の認識は、カメラで収集した画像を処理することで行うものや、前記対象に取り付けられた装置から発せられる信号を検知することで行うものを用いることができる。そして上記対象を検知したならば、自律移動装置１に対する信号を発して、これを自律移動装置１の停留開始信号検出手段１６が検出することにより、見通し位置にない対象を自律移動装置１は検出して早期に停留動作に入ることができる。上記装置８が発生する信号を赤外線とすれば、自律移動装置１の停留開始信号検出手段１６は赤外線検出センサで構成すればよい。

停留開始信号検出手段１６は、自律移動装置１に取り付けられた障害物検出機能を有する環境認識手段１６を利用してもよい。特に障害物検出のために図１６に示すように２次元水平面の領域ＳＣをスキャンして障害物までの距離を測定するレーザー装置を用いている場合、精度良く障害物の位置を認識することができる。従って、図１７に示すように、自律移動装置１と現在向かっている地点７との間に障害物９があり且つその障害物９が接近してくる場合は障害物回避ではなく停留動作を行うのである。自律移動装置１が速度ｖで移動している時にレーダー装置で検出があるととともに、その障害物９が上記地点７との間にあって距離がｒ１であることがわかったとし、Δｔ時間後の測定でも上記地点７との間に障害物がありその距離がｒ２であった時、
ｒ２＜ｒ１−ｖ・Δｔ
の関係があれば、自律移動装置１は障害物９が移動体であって接近してきていると判断して停留動作に入るのである。

また、非接触型の停留開始信号検出手段１６で移動体の検出があり且つ障害物検出手段（環境認識手段１４）で進行方向に障害物の検出がない場合は進行方向側の停留領域Ｓに、障害物の検出がある場合は後方の停留領域Ｓに向かうと決めておけば、停留開始信号検出手段１６で停留位置の指定ができない場合でも、適切な停留領域Ｓの選択が可能になる。例えば、停留開始信号検出手段１６で停留開始信号の検出があった場合に、図１７(a)のようなレーダー装置で現在向かっている地点と自律移動装置１との間に障害物が検出され且つそのときの検出距離が予め記憶手段１１に設定した距離より小さければ、上記地点と逆の方向で、そうでなければ上記地点のある方向で停留領域Ｓを選択するようにしておくのである。

また、停留開始信号検出手段１６がその信号検出領域を自律移動装置１の前方と後方との二つを区別できるものである場合には、検出があった時、検出がなかった方向の停留領域Ｓに向かうことにすれば、停留領域Ｓの選択が簡単ですむ。例えば、停留開始信号検出手段１６として音声を検出するものを利用する際に、指向性のあるマイク２つを利用して音声を収集するとともに一つで自律移動装置の前方の音を検出し、他方で後方の音を検出するように配置しておき、音を検出したならば、検出のなかった方向で停留領域Ｓを選択するのである。停留開始信号検出手段１６が自律移動装置１の前部の信号を検出する検出部と後部の信号を検出する検出部との二つの検出部を持つようにすると同様の効果が得られる。

さらに、音によって停留開始信号検出を行う際には、複数のマイクを利用することによって、音声源の方向を特定し、音声源と反対方向の停留可能領域に向かうことにすれば、より最適な停留領域Ｓの選択を行うことができる。

停留開始信号検出手段１６として、図１８に示すように、無線での通信手段１８を備えたものとし、火災等が生じた場合に通信手段１８を通じて防災システムから災害の信号をうければ、この信号を停留開始信号として停留動作を行い、再度命令が与えられるまで停留を続けるようにしてもよい。この場合、避難者に対して通路を確保することができる。また停留領域Ｓは、非常扉の付近を避けて設定しておくことで、自律移動装置１が非常扉に挟まれる虞を減らすことができる。さらに、停留位置に達した時に自律移動装置１側から防災システムヘ信号を送り、防災システムはその信号を受けてから、非常扉の制御を行うようにすれば、自律移動装置１が非常扉に挟まれることがなくなる。なお、通信手段１８としては、無線ＬＡＮやＰＨＳなどを利用するとよい。

以上、停留開始信号検出手段１６として、いくつかの例を示したが、これら以外のものであってもよく、またいくつかの種類のものを併せ持つようにしてもよい。

いったん停留領域Ｓで停留した後、元の動作に復帰させるのは、前述のような時間制御のほか、環境認識手段１４の障害物認識機能を利用して停留解除を決定するようにしてもよい。たとえば、環境認識手段１４が２次元水平面をスキャンして障害物９までの距離を測定するレーダー装置を有している場合、自律移動装置１はそのレーダー装置の出力データから道を譲った対象が通過したかどうかを判断し、通過したと判断した時、停留動作を終了すれば、最も適切な時に停留を終了することができる。例えば、後方から来る移動体に通路を譲った場合、レーダー装置のデータは後方からの移動体の通過に伴い、図１９(a)から図１９(b)、１９(c)に示すよう変化する。なお、図中のハッチング部はレーダー装置が障害物（移動体）が無いと判断しているエリアである。従って、一定時間ごとのレーダー装置の複数のデータから、移動体（前記複数のデータで検出距離が異なる物体）が自律移動装置１の後方から前方へと移動（物体までの角度で評価）し、物体までの距離Ｌａが設定した距離以上に大きくなった時、停留動作を終了させるのである。前方から来る移動体についても、同様に前方から後方への移動を観測して停留動作の終了時期を判断することができる。上記物体が通過をやめてしまう場合もあるが、この場合については、予め記憶手段１１に記憶してある時間、物体の移動がレーダー装置で観測できない時に、停留動作を終了すればよい。

停留動作中にその動作についての表示を行うための表示手段１９を自律移動装置１に設けておけば、自律移動装置１が次にどのような動作をするか周囲にいる人が予測することができるものとなる。例えば、図２０(a)に示すように自律移動装置１にディスプレイ１９が備わっている場合には、このディスプレイ１９上に移動方向を矢印で示したりすればよく、図２０(b)に示すように自律移動装置１が複数のランプ１９を備えている場合には、移動する方向のランプ１９を点灯（点滅）させるとよい。

次に上記の自律移動装置１のための運用システムについて説明すると、この運用システムは図２１に示すように１台もしくは複数台の自律移動装置１と、自律移動装置１の運用を管理する管理装置２とからなる。図中３は管理装置２に通信回線を介して接続されて、自律移動装置１の稼動領域の地図、自律移動装置１が進入できる領域、他の移動体を回避するための停留領域等の入力や修正、ならびに自律移動装置１の位置や状態を確認する手段として機能させるユーザ端末である。

上記管理装置２は、ユーザ端末３を通じて入力修正された上記情報を記憶する記憶手段２０を備えるとともに、ユーザ端末３や自律移動装置１との間で有線あるいは無線で上記情報のやり取りをするためのインターフェース２１を備えたものであり、エレベータ管理システムや防災システム等にも接続されている。

また、ここで用いる自律移動装置１は、管理装置２との間で上記情報や環境情報、各自律移動装置１に個別に付されたＩＤ情報、位置情報等をやり取りするための通信手段を備えている。

そして上記管理装置２は、通信回線を経由して各自律移動装置１から送られてくる自律移動装置１の位置情報と、本システム外から送られてくる情報とを元に自律移動装置１の運用を行うことで、自律移動装置１を病院等のビルの中での搬送や案内、清掃などの作業に従事させる。

例えば自律移動装置１が操作されて稼動する時、管理装置２と通信を確立し、付されたＩＤ情報と位置・目的地及び状態（移動中、停留中、移動不能など）を予め定めて記憶手段１１に記憶してある周期で通信手段を介して管理装置２に送りながら走行を行い、目的地に着くと通信を終了する。従って管理装置２は自律移動装置１の状況がわかり、また通信回線に接続した他のユーザ端末３からも管理装置２を介して自律移動装置の状況を把握することができる。また、ユーザ端末３から自律移動装置１を操作することも可能であり、他のエレベータや防災システムとの連動も可能となる。自律移動装置１の動作を遠隔で監視できるものであり、また自律移動装置１の記憶手段１３に記憶した内容を管理装置２で管理できるとともに複数の自律移動装置１を使用する場合に記憶データの共有が可能となるものである。

そして、自律移動装置１及び管理装置２に記憶する稼動する領域の地図、自律移動装置が進入できる領域、他の移動体を回避するために停留できる領域を複数のエリアに分けて入力記憶させておくと、大量のデータを分割して管理することができ、データの修正追加が容易となる。例えば、図２２に示すように、あるブロックで分けたり、複数の階を走行する場合に階別に分けてエリアＡ，Ｂを設定し、各エリアＡ，Ｂ毎に部屋の位置座標、壁を表す線分や停留領域Ｓを表す線分の始点、終点の座標を記憶しておく。また、各自律移動装置１は、異なるエリアへの移動に際して、管理装置２から異なるエリアの地図や進入可能領域、停留領域の情報をダウンロードして、それまでのエリアの地図や進入可能領域、停留領域の情報に代えて記憶手段１１に記憶するものとする。

今、自律移動装置１にエリアＡ，Ｂを跨ぐ移動の指示、たとえば図２２に示すように、エリアＡのＲｏｏｍＡ２からエリアＢのＲｏｏｍＢ４への移動指示があった時、自律移動装置１における経路生成手段１３はまずＲｏｏｍＡ２からエリアＡ，Ｂの境界地点Ｐまでの経路を生成してこの経路で移動を開始する。そして、境界地点Ｐに近づいた時点でエリアＢの情報を管理装置１からダウンロードし、Ｐ地点からＲｏｏｍＢ４までの経路を生成し、境界地点Ｐに達した時には新たに生成した経路での走行を開始する。自律移動装置１で管理及び処理するデータ量が少なくて済むものである。

このほか、自律移動装置１で変更修正した地図や領域の情報を管理装置２に反映させるとともに、他の自律移動装置１のデータの修正もなされるようにしておくと、データの修正を１台の自律移動装置１に施せば全ての自律移動装置１に反映させることができて、全自律移動装置１が常に最新の情報で稼動されるものとなる。例えば、あるエリアに在る自律移動装置１で記憶している停留領域Ｓを削除すると、管理装置２の情報も修正され、また、あるエリアで自律移動装置１が停留領域Ｓに停留すると、その情報が管理装置２に伝えられ、一時的にその領域を他の自律移動装置１では停留できない領域として、そのエリアにいる他の自律移動装置１の情報が書き換えられるようにしておき、その後、停留していた自律移動装置１が動き出すと再度そのエリアにいる他の自律移動装置１の情報を停留可能に書き換えられるようにしておくのである。

本発明に係る自律移動装置の実施の態様の一例のブロック図である。 (a)(b)(c)は同上の動作説明図である。 (a)(b)は同上の経路シーケンスの説明図である。 (a)(b)は夫々停留領域の設定の説明図である。 (a)(b)は停留領域への移動のための経路変更の説明図である。 他例における動作説明図である。 別の例における停留領域への移動のための経路変更の説明図である。 経路変更の他例の説明図である。 停留領域への移動についての他例の説明図である。 (a)(b)は停留領域への移動についての別の例の説明図である。 他例の斜視図である。 (a)〜(f)は同上の動作説明図である。 (a)(b)は音声有無パターンについての説明図である。 (a)(b)は他例における音声パターンの説明図である。 (a)(b)(c)はさらに他例における動作説明図である。 レーダー装置を備えた例の概略平面図である。 (a)(b)(c)は同上の動作説明図である。 別の例のブロック図である。 別の例における動作説明図である。 (a)(b)は夫々表示手段を備えた例の斜視図である。 本発明に係る運用システムのブロック図である。 (a)(b)は他例の動作説明図である。

符号の説明

１ 自律移動装置
２ 管理装置
１０ 走行手段
１１ 記憶手段
１２ インターフェース
１３ 経路生成手段
１４ 環境認識手段
１５ 走行制御手段
１６ 停留開始信号検出手段

Claims (25)

1. 稼動領域の地図と走行用の各種パラメータを記憶するための記憶手段と、目的地や操作指令の入力のためのインターフェースと、目的地までの経路を生成する経路生成手段と、障害物や自己位置を認識するための環境認識手段と、走行を行うための走行手段とを備えるとともに、環境認識手段で得られた情報を元に上記地図上で自己の位置を認識し且つ障害物を回避しながら目的地まで走行手段を制御する走行制御手段を備えている自律移動装置であって、他の移動体を回避するための停留開始信号を検出する停留開始信号検出手段を有して、走行制御手段は停留開始信号検出手段で停留開始信号を検出した場合に記憶手段に予め記憶させた他の移動体の回避用の停留領域に停留させるものであることを特徴とする自律移動装置。
2. 停留領域は一つのラインで定義されていることを特徴とする請求項１記載の自律移動装置。
3. 停留領域が、多角形で定義されていることを特徴とする請求項１記載の自律移動装置。
4. 走行制御手段は、停留領域中の自己位置から最短の位置を停留位置として停留動作に移行するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の自律移動装置。
5. 走行制御手段は、停留領域中の自己位置からの距離と進路変更に要する回転量の二つを考慮して停留位置を決定するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の自律移動装置。
6. 走行制御手段は、停留領域をレベル分けして自己位置からの距離と上記レベルとから停留位置を定めて停留動作に移行するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の自律移動装置。
7. 走行制御手段は、進行方向に決まった距離だけ前進してから、停留位置に向かわせるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の自律移動装置。
8. 走行制御手段は、進行方向に速度に応じた距離だけ前進してから、停留位置に向かわせるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の自律移動装置。
9. 走行制御手段は、停留領域内で停留位置設定方法は停留領域内で壁に沿って定めた所定距離内を停留位置とするものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の自律移動装置。
10. 停留開始信号検出手段は、通信手段を介して受信する防災情報を停留開始信号として検出するものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の自律移動装置。
11. 停留開始信号検出手段は、複数取り付けられた接触式のセンサであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の自律移動装置。
12. 停留開始信号検出手段は、検出した音声レベルのパターンが予め登録したパターンと適合したかを出力するセンサであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の自律移動装置。
13. 停留開始信号検出手段は、音声認識手段であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の自律移動装置。
14. 停留開始信号検出手段は、他の移動体が発した信号を認識する装置であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の自律移動装置。
15. 停留開始信号検出手段は、稼動領域に設置された信号機を認識する装置であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の自律移動装置。
16. 停留開始信号検出手段は、環境認識手段で検出される障害物の予め設定した距離の中への接近を検出するものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の自律移動装置。
17. 走行制御手段は、停留開始時、進行方向に障害物がない場合は前方の停留可能領域に、進行方向に障害物がある場合は後方の停留領域に向かわせるものであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかの項に記載の自律移動装置。
18. 停留開始信号検出手段は、信号検出領域を前後両方に備えており、走行制御手段は停留開始時に信号検出のない方向の停留領域に向かわせるものであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかの項に記載の自律移動装置。
19. 音声源の位置を認識する装置を備えており、走行制御手段は停留開始時に音声源と反対方向の停留可能領域に向かわせるものであることを特徴とする請求項１２または１３記載の自律移動装置。
20. 走行制御手段は、環境認識手段として備えている水平面内をスキャンするレンジファインダデータの２次元時系列データから他の移動体の通過を判断して停留動作を終了させるものであることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかの項に記載の自律移動装置。
21. 停留動作中を表示する表示手段を備えていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかの項に記載の自律移動装置。
22. 稼動領域の地図と走行用の各種パラメータを記憶するための記憶手段と、目的地や操作指令の入力のためのインターフェースと、目的地までの経路を生成する経路生成手段と、障害物や自己位置を認識するための環境認識手段と、走行を行うための走行手段とを備えるとともに、環境認識手段で得られた情報を元に上記地図上で自己の位置を認識し且つ障害物を回避しながら目的地まで走行手段を制御する走行制御手段と、通信回線に接続するための通信手段とを備え、他の移動体を回避するための停留開始信号を検出する停留開始信号検出手段を有するとともに上記走行制御手段が停留開始信号検出手段で停留開始信号を検出した場合に記憶手段に予め記憶させた他の移動体の回避用の停留領域に停留させる自律移動装置と、上記自律移動装置の稼動領域の地図と上記自律移動装置が進入できる領域と他の移動体の回避用の停留領域とを入力する手段と、通信回線に接続する手段とを有して、通信回線を経由して自律移動装置から送られてくる自律移動装置の位置情報とシステム外から取得した情報とを元に自律移動装置の運用を行う管理装置とからなることを特徴とする自律移動装置運用システム。
23. 自律移動装置の稼動領域の地図と上記自律移動装置が進入できる領域と他の移動体の回避用の停留領域とを、複数のエリアに分けて入力記憶していることを特徴とする請求項２２記載の自律移動装置運用システム。
24. 自律移動装置はエリアをまたがる移動時に管理装置から必要エリアの地図や進入可能領域、停留領域の情報を取得するものであることを特徴とする請求項２２または２３記載の自律移動装置運用システム。
25. 自律移動装置側で変更された地図や領域の情報で管理装置側の情報が更新されることを特徴とする請求項２２〜２４のいずれかの項に記載の自律移動装置運用システム。

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