JP2006267632A

JP2006267632A - 自律走行体の地図作成方法

Info

Publication number: JP2006267632A
Application number: JP2005086414A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tsuchiya; 修土屋; Takashi Tomiyama; 隆志冨山; Hitoshi Iizaka; 仁志飯坂; Masahito Sano; 雅仁佐野
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】複数の地図を合成して新たな地図を作成することができる自律走行体の地図作成方法を提供すること。
【解決手段】区切られた走行環境を表す複数の地図を記憶している地図記憶手段から選択された地図を画面112上に表示させる工程と、画面上に表示された地図の互いの通路口p1,p2を整合させるように編集する編集工程と、この編集工程で編集された地図の座標系を単一座標系に変換して地図を合成する合成工程とを具備したことを特徴とする。
【選択図】図7

Description

本発明は、自律走行体の地図作成方法に関する。

自律走行しながら指定された作業領域で作業を行うロボットが知られている。このようなロボットは、本体を走行させる走行手段と、作業環境中の本体位置を推定する自己位置推定手段と、作業環境中の地図を記憶する地図記憶手段と、作業領域中の壁や障害物を認識するセンサ等とを備えている。

また、センサの検知情報から地図を生成する手法はすでに知られている（特許文献１参照のこと）。さらに、地図上に指定された複数の移動ポイントの間を移動するための方法もすでに知られている（特許文献２参照のこと）。

特許文献１及び２においては、いずれも走行を行う前にあらかじめ地図を生成、もしくは入力して、その地図に基づいて移動経路シミュレーションを行うことで、自律走行に必要な走行経路をロボットが自ら作成し、走行目的に最も適した走行経路を決定している。

これらの手法を用いることで、複数のポイント間を移動して作業を行う作業ロボットや、指定された空間を清掃する掃除ロボット、指定された空間の芝刈りを行う芝刈りロボット、あるいは工場内で部品搬送に用いる搬送ロボット等の自律走行体を実現することができる。
なお、ユーザが見たい視点、時刻、範囲等につきモデル化された実環境の三次元画像を表示して適切且つ容易に実環境の状況を把握させるようにした実環境情報表示装置が知られている（特許文献３参照のこと）。
特開平０５−４６２３９号公報特開平０７−２４８８２０号公報特開平１１−１０４９８４号公報

ところで、ロボットが複数のポイント間を移動するためには地図が必要となる。この地図は、ロボットが移動可能な場所をくまなく行動させ、センサにより外界を認識することにより地図生成手段により生成されるか、ユーザが地図を地図入力手段にて入力するかで生成される。

前者の地図生成手段により地図を生成する方法では、走行環境モデル生成のためにロボットが移動しうる走行環境をすべて移動した後でないと、必要な地図を生成することができないため時間がかかるという問題がある。

また、後者のユーザが地図を地図入力手段にて入力する手段では走行に必要な地図をロボットが走行を行う前に入力する必要があり、ロボットのユーザに負担がかかるという問題がある。

また、センサにより外界を認識して地図生成を行うとロボットの自己位置推定のずれが問題となる。自己位置推定のずれとは実際にロボットが存在している場所とロボットがセンサ情報から推定している現在の位置のずれがセンサ誤差や車輪のすべりが原因で発生し、それは走行環境の大きさが大きくなるほど大きくなってくるという問題がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、区切られた走行環境を表す地図を合成して１つの地図を作成することにより短時間で誤差の少ない自律走行体の地図を作成することができる自律走行体の地図作成方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、区切られた走行環境を表す複数の地図を記憶している地図記憶手段から選択された地図を画面上に表示させる工程と、画面上に表示された地図の互いの通路口を整合させるように編集する編集工程と、この編集工程で編集された地図の座標系を単一座標系に変換して地図を合成する合成工程とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、更に、区切られた走行環境間に存在する走行可能領域を前記画面上に入力する入力工程とを具備し、前記編集工程は、この入力工程で入力された走行可能領域と前記画面上に表示されている地図の通路口を整合させるように編集することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１あるいは請求項２記載の地図記憶手段に記憶されている複数の地図の通路口には標識の座標が記憶されている。

本発明によれば、区切られた走行環境を表す地図を合成して１つの地図を作成するようにしたので、短時間で誤差の少ない自律走行体の地図を作成することができる。

まず、図２を参照して本発明の原理について説明する。図２において、標識201 及び走行環境202は認識手段203に送られ、この認識手段203により標識及び走行環境が認識される。そして、この認識手段203の認識結果により地図生成手段204により地図が生成される。この地図生成手段204により生成された地図は、地図記憶手段205に記憶される。

ここで、地図記憶手段205には、地図(1)206a、地図(2)206b、・・・地図(K)206c、・・・地図(N-1)206d、地図(N)206eで構成される地図群206が記憶されている。

走行計画手段207は、地図記憶手段205に記憶されている地図に基づいて走行手段208を操作して自律走行ロボットを走行させている。

また、地図記憶手段205には、地図編集手段209，地図入力手段210，ユーザインターフェース211を介してユーザ212に接続される。

ところで、認識手段203は標識201、走行環境202上における物体の配置、ロボットと物体の距離、物体の大きさ、ロボットと走行環境の角度、ロボットの速度、ロボットの存在位置等の情報を認識し、地図生成手段204に出力する。この地図生成手段204は、認識手段203で認識された認識結果に基づいて、地図を生成し、地図記憶手段205に記憶させている。

なお、地図(K)206cは地図群206の任意の地図、地図(N)206eは新規に追加される地図を表すものとする。

地図生成手段204はそれらの情報から地図(N)206cを生成し、地図記憶手段205に記憶する。

また、地図記憶手段205には地図群206が記憶されている。この地図群206に記憶されている地図(1)206a、地図(2)206b、・・・地図(K)206c、・・・地図(N-1)206d、地図(N)206eは互いに独立の記憶領域を確保している。

このように区切られた走行環境をロボットが走行すると、地図生成手段204によって地図が生成され、新規の地図(N)206eとして記憶される。

一方、新規の地図(N)206eはまた、ユーザ212の指示で区切られた走行環境を走行することなく、ユーザインターフェース211を介し地図入力手段209によって入力可能とする。

また、地図記憶手段205に記憶されている任意の地図(K)206c、もしくは複数の任意の地図(K)206cはユーザ212の指示でユーザインターフェース211を介し地図編集手段209によって編集可能である。そして、この地図編集手段209により地図(K)206cを編集し、再び地図(K)206cとして地図記憶手段206に記憶することが可能とされる。

また、地図編集手段209は、複数の任意の地図(K)206cを編集して新規の地図(N)206eを生成する場合、任意の地図(K)206cの相対位置を指定することが可能である。

走行計画手段207は以上の手法によって記憶された地図群206を利用して走行経路の計画を生成し、走行手段208を制御して自律走行ロボットを走行させる制御を行っている。

このように本発明の自律走行体の地図作成方法によれば、複数の任意の地図(K)206cを編集して新規の地図(N)206eを生成することが可能となり、区切られた走行環境外と別の区切られた走行環境の間を経路を指定できる。

また、区切られた走行環境外と別の区切られた走行環境の間をユーザ212がユーザインターフェース211を介して入力することで、区切られた走行環境外上の移動経路を指定できる。

また、区切られた走行環境の例えば通路口のような境界上に標識201が配置され、その情報が地図群206に記されていることで、区切られた領域に隣り合う領域に移動する際に自己位置推定を補正することができる。ここで、標識201としては、磁気マーカ、超音波や赤外線を出力するものが用いられる。

次に、図１を参照して本発明に係る自律走行体の地図作成方法が採用している自律走行体としての自律走行ロボットについて説明する。図１において、ロボット本体116はセンサ103、地図生成手段104、メモリ105、地図編集手段109、地図入力手段110、走行計画手段107、走行手段108から構成されている。

センサ103はロボットから周囲の物体までの距離を認識する超音波センサ、光距離センサ、光センサ、レーザレンジファインダ、ロボット周囲の物体の形状を認識するカメラ、ステレオカメラ、ロボットの角度を認識するためのジャイロ、地磁気センサ、移動距離を計測する車輪回転角エンコーダ、物体との接触を検知する接触センサ等から構成されている。

また、ロボット本体116には、ユーザインタフェース211としてのＣＲＴ112,キーボード113（確定キーを含む），マウス114が接続される。これらキーボード113，マウス114はユーザ115により操作される。

例えば、図３に示すような区切られた走行環境を想定する。この走行環境として、ベッド301、植木鉢302、タンス303、長いす304、通路口305等が配置された実環境である。この区切られた走行環境の地図を生成する処理について説明する。まず、ロボット本体306を図３に示すように走行環境内に配置し、ユーザ116がロボット本体306へと指示を行うと、ロボット本体306は走行手段108としての車輪により走行を開始する。ここで、通路口305とは，区切られた走行環境から他の区切られた走行環境に移動するための通路を意味し、この通路口305には、ドア、障子、引き戸等が設けられている。そして、この通路口305には、標識307として磁気マーカ、超音波や赤外線を出力するものが配置される。

そして、ロボット本体306は、センサ103を用いてロボットの周囲にある物体の形状、物体までの距離、ロボットの進行方向、ロボットの進行した距離等の情報を取得し、それらから周囲の状態を推測することで、図３に示す実環境を図４に示すような走行可能領域401と走行不能領域402、標識403を示した地図(N)106eをメモリ105上に順次生成する。

図３に示すような実環境の情報を図４のように走行可能領域401、走行不能領域402、標識403を示した図４のような地図を作成完了すると、ロボット本体306は地図(N)106e生成のための工程を終了する。

以上のように、ロボット本体306を区切られた走行環境に配置させて順次地図(N)を生成し地図記憶手段105に記憶させる。

ところで、地図記憶手段105に記憶された複数の地図をＣＲＴ112に読み出して合成して新たな地図を生成する動作について図７のフローチャートを参照して説明する。

まず、キーボード113あるいはマウス114により地図記憶手段105に記憶されている複数の地図をＣＲＴ112に表示させる処理を行う（ステップＳ１）。これにより、図８に示すように、ＣＲＴ112に地図(K)と地図（K+1）が表示される。ここで、ｐ１は地図（K）の通路口、ｐ２は地図（K+1）の通路口である。地図(K)はＯ１を原点とした座標系で表され、
地図（K+1）はＯ２を原点とした座標系で表される。

次に、ＣＲＴ112上に表示された地図(K)，地図（K+1）をマウス114を用いてドラック＆ドロップして、地図(K)の通路口ｐ１と地図(K+1)の通路口ｐ２とを整合させる編集処理を行う（ステップＳ２）。

次に、キーボード113から確定キー操作が行われたかが判定される（ステップＳ３）。このステップＳ３の判定で「ＹＥＳ」と判定された場合には、地図(K)と地図（K+1）とを単一座標系に座標変換して地図を合成する処理がなされる（ステップＳ４）。例えば、地図（K+1）はＯ２を原点とする座標系で表されていたが、地図(K)と同じ原点Ｏ１を原点とする座標に変換する処理がなされる。

このようにして合成された地図地図(N)106eは、地図記憶手段105に地図群として記憶される。

なお、図８に示すようにＣＲＴ112に地図(K)と地図（K+1）を表示させた状態で、この地図(K)と地図（K+1）との間に存在する走行可能領域Ｓをキーボード113あるいはマウス114から入力するようにしても良い。この走行可能領域Ｓとしては廊下等が考えられる。

そして、地図(K)と地図（K+1）と、走行可能領域Ｓとを整合させた後にキーボード113の確定キーを操作すると、地図(K)、地図（K+1）及び走行可能領域Ｓを地図(K)と同じ原点Ｏ１を原点とする座標に変換する処理がなされる。このようにして合成された地図、地図(N)106eは、地図記憶手段105に地図群106として記憶される。

そして、地図群106は走行計画手段107によって参照され、走行計画手段604は走行手段108を制御して自律走行ロボットが地図群の地図に沿うように走行させる処理がなされる。

図９では２つの地図を合成したが、３つの地図(K)501、地図(K+1)502、地図(K+2)503を合成した場合には、合成された地図は図５に示すようになる。図９において、506は標識である。

このようにして作成された地図群106は、走行計画手段107によって参照される。走行計画手段107は、図６に示すような地図上に仮想ロボット603を配置して、走行可能領域を走行する走行経路計画604を生成する。その走行経路計画604に沿うように走行手段108が制御される。

以上のように、区切られた走行環境を表す地図を合成して１つの地図を作成するようにしたので、短時間で誤差の少ない自律走行体の地図を作成することができる。

この際、走行経路計画604は標識605を通過する。センサ103は標識605を検知すると、地図記憶手段105に記憶されている標識605の座標を自己位置推定手段で推定された自己位置に代入することにより自己位置推定のずれを補正することができる。

なお、上記した実施の形態では、ＣＲＴ112上に複数の地図を表示させて、マウス114やキーボード113を操作して地図を合成するようにしたが、ロボット本体116にタッチパネルを設けておき、このタッチパネルに複数の地図を表示させてタッチパネルを操作することにより地図を合成するようにしてもよい。

なお、上記実施の形態では、自律走行体としてロボットを一例に取り説明したが、これに限るものではない。

本発明の一実施の形態に係る自律走行体のシステム構成を示す図。本発明の原理説明図。同実施の形態に係る自律走行体が走行する実環境の一例を示す図。図３の実環境から作成された地図を示す図。図４の地図を編集した例を示す図。図５の編集により新たに作成された地図。同実施の形態に係る自律走行体の地図作成方法を説明するためのフローチャート。異なる地図をＣＲＴに表示した状態を示す図。異なる地図の通路口をＣＲＴ上で整合させた状態を示す図。異なる地図の間に走行可能領域を入力した状態を示す図。

符号の説明

101…標識、103…センサ、104…地図生成手段、105…ロボット本体、109…地図編集手段、110…地図入力手段、112…ＣＲＴ、113…キーボード、114…マウス。

Claims

区切られた走行環境を表す複数の地図を記憶している地図記憶手段から選択された地図を画面上に表示させる工程と、
画面上に表示された地図の互いの通路口を整合させるように編集する編集工程と、
この編集工程で編集された地図の座標系を単一座標系に変換して地図を合成する合成工程とを具備したことを特徴とする自律走行体の地図作成方法。
更に、区切られた走行環境間に存在する走行可能領域を前記画面上に入力する入力工程とを具備し、
前記編集工程は、この入力工程で入力された走行可能領域と前記画面上に表示されている地図の通路口を整合させるように編集することを特徴とする請求項１記載の自律走行体の地図作成方法。
前記地図記憶手段に記憶されている複数の地図の通路口には標識の座標が記憶されていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の自律走行体の地図作成方法。