JP2007152472A - Charging system, charging station and robot guidance system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電ステーションから床面上に向かって投光したガイドマークによって自律移動ロボットを充電ステーションに確実に導くことができる充電システム、充電ステーション及び誘導ステーションから床面上に向かって投光したガイドマークによって自律移動ロボットを誘導するロボット誘導システムに関する。 The present invention is directed to a charging system that can reliably guide an autonomous mobile robot to a charging station by a guide mark that is projected from the charging station toward the floor surface, and projects from the charging station and the guidance station toward the floor surface. The present invention relates to a robot guidance system that guides an autonomous mobile robot using guide marks.
現在、ロボットはその大部分が産業用ロボットとして使用されてきたが、最近、安全性を備えて家庭内で人間と共存できる自律移動ロボットが実用化されている。 Currently, most robots have been used as industrial robots. Recently, autonomous mobile robots that are safe and can coexist with humans at home have been put into practical use.
この種の自律移動ロボットは、2足歩行する人間型の自律歩行ロボットとか、4足歩行する犬とかサルなどのようなペット型の自律歩行ロボットとか、複数の車輪で移動する車輪型の自律移動ロボットなどがあり、自律移動ロボットに内蔵した充電式のバッテリの電力を動力源として自律移動ロボットが床面上を自由自在に移動できるようになっている。このような自律移動ロボットを床面上の所定の位置に誘導する例として例えば充電動作がある。 This type of autonomous mobile robot is a human-type autonomous walking robot that walks on two legs, a pet-type autonomous walking robot such as a dog or monkey that walks on four legs, or a wheel-type autonomous movement that moves on multiple wheels. There are robots, etc., and the autonomous mobile robot can freely move on the floor surface using the power of the rechargeable battery built in the autonomous mobile robot as a power source. An example of guiding such an autonomous mobile robot to a predetermined position on the floor surface is a charging operation.
この際、自律移動ロボットに内蔵したバッテリの残存容量が低下したことを検出した時に、自律移動ロボットは床面上に設置した充電ステーションに向かって移動し、この充電ステーションでバッテリに充電を行う技術的思想を備えた充電システム及び充電ステーションの例が下記の特許文献1,2に開示されている。
上記した特許文献1では、ここでの図示を省略するものの、内蔵したバッテリの電力を動力源として床面上を移動する自律移動ロボットが、愛玩動物の代表である犬形状で4足歩行可能な多関節を有するペット型の自律歩行ロボットとして構成されている。 In the above-mentioned Patent Document 1, although not shown here, an autonomous mobile robot that moves on the floor surface using the power of the built-in battery as a power source can walk on four legs in the shape of a dog that is representative of pet animals. It is configured as a pet-type autonomous walking robot having multiple joints.
一方、床面上に設置した充電ステーションは、犬の寝床をモデルにした箱形に形成されている。この充電ステーションには、例えば、2次元コードや、その他のビジュアル・マークなどによる視認性識別データが所定部位に配設されている。 On the other hand, the charging station installed on the floor is formed in a box shape modeled on a dog's bed. In this charging station, for example, visibility identification data such as a two-dimensional code or other visual mark is arranged at a predetermined portion.
そして、ペット型の自律歩行ロボットは充電ステーションに配設した視認性識別データをカメラで追跡することにより、自力で充電ステーションに到達でき、この後、バッテリへの充電が行われている。 Then, the pet-type autonomous walking robot can reach the charging station by tracking the visibility identification data arranged at the charging station with a camera, and thereafter, the battery is charged.
また、上記した特許文献2では、ここでの図示を省略するものの、内蔵した充電式のバッテリの電力を動力源として床面上を移動する自律移動ロボットが、2足歩行可能な多関節を有する人間型の脚式移動ロボット(自律歩行ロボット)として構成されている。
In
一方、床面上に設置した充電ステーションは、人間型と対応して着座可能な略椅子型に構成されている。この充電ステーションには、引用文献1と同様に、充電ステーションの表面上の目立つ部位に、2次元コードなどの視認性識別データが貼設されており、この視認性識別データをカメラで追跡することにより、脚式移動ロボットは自力で充電ステーションに到達できるようになっている。 On the other hand, the charging station installed on the floor surface is configured in a substantially chair type that can be seated corresponding to a human type. In this charging station, as in Cited Document 1, visibility identification data such as a two-dimensional code is pasted on a conspicuous portion on the surface of the charging station, and this visibility identification data is tracked with a camera. Thus, the legged mobile robot can reach the charging station by itself.
更に、人間型の脚式移動ロボットが略椅子型の充電ステーションに到達して、脚式移動ロボットに内蔵したバッテリに対して充電を行う場合に、脚式移動ロボット側の臀部の底面、あるいは充電ステーション側に測長センサやCCD(Charge Coupled Device)カメラのような計測機器を設け、脚式移動ロボットと充電ステーションとが合体する様子を監視して、脚式移動ロボットが充電ステーションに接近する動作を適応的に制御するようにしても良いとの記載がなされている。 Furthermore, when the humanoid legged mobile robot reaches the approximately chair-type charging station and charges the battery built in the legged mobile robot, the bottom of the buttocks on the legged mobile robot side or the charging A measuring device such as a length measurement sensor or CCD (Charge Coupled Device) camera is installed on the station side, monitoring the movement of the legged mobile robot and charging station, and the movement of the legged mobile robot approaching the charging station There is a description that may be adaptively controlled.
ところで、先に説明した特許文献1,2によると、自律移動ロボットが充電ステーションに設けた2次元コードなどの視認性識別データをカメラで追跡することにより、自力で充電ステーションに到達できるものの、2次元コードなどの視認性識別データを表示する部位が設置スペースを取るとか、また、視認性識別データが外観を損なうなどの問題点が起こり得る。
By the way, according to
更に、自律移動ロボットを2足歩行可能な人間型の脚式移動ロボットに構成し、これに伴って充電ステーションを略椅子型に構成した場合に、脚式移動ロボットが充電ステーション上の所定位置に着座するために、脚式移動ロボット側の臀部の底面、あるいは充電ステーション側に測長センサやCCDメラのような計測機器を設けた際には、視認性識別データを追跡するカメラと、着座用の計測機器と2種類のセンサが必要となるために充電システム及び充電ステーションが高価になってしまう。 Furthermore, when the autonomous mobile robot is configured as a human-type legged mobile robot capable of walking on two legs, and the charging station is configured in a substantially chair-like shape, the legged mobile robot is placed at a predetermined position on the charging station. A camera that tracks the visibility identification data and a seating sensor when a measuring device such as a length sensor or CCD camera is installed on the bottom of the buttocks on the legged mobile robot side or the charging station side for sitting Since the measuring instrument and two types of sensors are required, the charging system and the charging station become expensive.
そこで、自律移動ロボットを充電ステーションに確実に導くことができ、且つ、簡単で安価な構造による充電システム及び充電ステーションが望まれていると共に、自律移動ロボットを誘導したい所定の位置に確実に誘導できるロボット誘導システムが望まれている。 Therefore, an autonomous mobile robot can be reliably guided to a charging station, and a charging system and a charging station having a simple and inexpensive structure are desired, and the autonomous mobile robot can be reliably guided to a predetermined position where the autonomous mobile robot is to be guided. A robot guidance system is desired.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項1記載の発明は、充電式のバッテリを備え、該バッテリの電力を動力源として床面上を移動する自律移動ロボットと、前記バッテリに充電する充電ステーションとからなる充電システムにおいて、
前記充電ステーションは、
該充電ステーションの位置に対して所定の相対位置となる床面上の投光位置にガイドマークを投光する発光部を備え、
前記自律移動ロボットは、
前記床面を撮像する撮像手段と、該自律移動ロボットを全体的に制御する制御手段と、該自律移動ロボットが前記充電ステーションに接近した所定の目標視界位置において所定の姿勢で前記撮像手段が予め撮像した前記ガイドマークの画像データを目標視界画像データとして記憶する記憶手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記撮像手段で撮像した前記ガイドマークの入力画像データと、前記記憶手段に記憶された前記目標視界画像データと、を比較し、両データが略一致するように当該自律移動ロボットを移動させることを特徴とする充電システムである。
The present invention has been made in view of the above problems, and the invention according to claim 1 includes an autonomous mobile robot that includes a rechargeable battery and moves on the floor surface using the power of the battery as a power source, and the battery. In a charging system comprising a charging station for charging
The charging station is
A light emitting unit for projecting a guide mark at a light projecting position on the floor which is a predetermined relative position with respect to the position of the charging station;
The autonomous mobile robot is
Imaging means for imaging the floor surface, control means for overall control of the autonomous mobile robot, and the imaging means in a predetermined posture at a predetermined target view position where the autonomous mobile robot approaches the charging station. Storage means for storing captured image data of the guide mark as target view field image data,
The control means includes
The input image data of the guide mark imaged by the imaging means and the target view image data stored in the storage means are compared, and the autonomous mobile robot is moved so that the two data substantially match. This is a characteristic charging system.
また、請求項2記載の発明は、前記自律移動ロボットを2足歩行する人間型に構成し、且つ、前記充電ステーションを略椅子型に構成してなり、
前記制御手段は、前記撮像手段で撮像した前記ガイドマークの前記入力画像データが前記目標視界画像データと略一致するように前記自律移動ロボットを着座時の立ち位置まで移動させた後に、前記自律移動ロボットを前記充電ステーション上に着座させて前記バッテリに充電を行うことを特徴とする請求項1記載の充電システムである。
Further, the invention according to
The control means moves the autonomous mobile robot to the standing position at the time of sitting so that the input image data of the guide mark imaged by the imaging means substantially matches the target view image data, and then the autonomous movement The charging system according to claim 1, wherein the battery is charged by sitting a robot on the charging station.
また、請求項3記載の発明は、床面上を移動する自律移動ロボットに備えた充電式のバッテリに充電する充電ステーションにおいて、
前記自律移動ロボットを導くために、該充電ステーションの位置に対して所定の相対位置となる床面上の投光位置にガイドマークを投光する発光部を備えたことを特徴とする充電ステーションである。
The invention according to claim 3 is a charging station for charging a rechargeable battery provided in an autonomous mobile robot that moves on a floor surface.
A charging station comprising a light emitting unit for projecting a guide mark at a light projecting position on a floor surface that is a predetermined relative position with respect to the position of the charging station to guide the autonomous mobile robot. is there.
更に、請求項4記載の発明は、床面上を移動する自律移動ロボットと、前記自律移動ロボットを誘導する誘導ステーションとからなるロボット誘導システムであって、
前記誘導ステーションは、
該誘導ステーションの位置に対して所定の相対位置となる床面上の投光位置にガイドマークを投光する発光部を備え、
前記自律移動ロボットは、
前記床面を撮像する撮像手段と、該自律移動ロボットを全体的に制御する制御手段と、該自律移動ロボットが前記誘導ステーションに接近した所定の目標視界位置において所定の姿勢で前記撮像手段が予め撮像した前記ガイドマークの画像データを目標視界画像データとして記憶する記憶手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記撮像手段で撮像した前記ガイドマークの入力画像データと、前記記憶手段に記憶された前記目標視界画像データと、を比較し、両データが略一致するように当該自律移動ロボットを移動させることを特徴とするロボット誘導システムである。
The invention according to claim 4 is a robot guidance system comprising an autonomous mobile robot that moves on a floor surface and a guidance station that guides the autonomous mobile robot,
The guidance station is
A light emitting unit for projecting a guide mark at a light projecting position on the floor which is a predetermined relative position with respect to the position of the guidance station;
The autonomous mobile robot is
Imaging means for imaging the floor surface, control means for overall control of the autonomous mobile robot, and the imaging means in advance in a predetermined posture at a predetermined target view position where the autonomous mobile robot approaches the guidance station. Storage means for storing captured image data of the guide mark as target view field image data,
The control means includes
The input image data of the guide mark imaged by the imaging means and the target view image data stored in the storage means are compared, and the autonomous mobile robot is moved so that the two data substantially match. This is a featured robot guidance system.
請求項1記載の充電システムによると、とくに、自律移動ロボットに取り付けた撮像手段で充電ステーションから投光したガイドマークを撮像し、且つ、自律移動ロボットの制御手段により、撮像手段で撮像したガイドマークの入力画像データが予め記憶させた目標視界画像データと略一致する方向に自律移動ロボットを移動制御させることで、自律移動ロボットを充電ステーションに接近した目標視界位置に確実に到達させることができると共に、充電ステーション側に従来技術で説明したような2次元コードなどの視認性識別データを設けないですむために設置スペースとか外観などに対して有利になり、更に、充電ステーションにガイドマークを床面上に投光する発光部のみを取り付ければ良いので充電システムを安価に提供することができる。 According to the charging system of claim 1, in particular, the guide mark projected from the charging station is picked up by the image pickup means attached to the autonomous mobile robot, and the guide mark is picked up by the image pickup means by the control means of the autonomous mobile robot. By controlling the movement of the autonomous mobile robot in a direction that substantially matches the target view image data stored in advance, the autonomous mobile robot can surely reach the target view position approaching the charging station. Since it is not necessary to provide visibility identification data such as a two-dimensional code as described in the prior art on the charging station side, it is advantageous for installation space and appearance, etc. Furthermore, a guide mark is placed on the floor surface at the charging station. Providing a charging system at low cost as it is only necessary to attach the light emitting part It can be.
また、請求項2記載の充電システムによると、律移動ロボットを2足歩行する人間型に構成し、且つ、充電ステーションを略椅子型に構成したために、自律移動ロボットの制御手段により、自律移動ロボットを充電ステーション上に着座させてバッテリに充電を確実に行うことができる。 In addition, according to the charging system of the second aspect, since the rhythm mobile robot is configured as a humanoid walking on two legs and the charging station is configured as a substantially chair type, the autonomous mobile robot is controlled by the control means of the autonomous mobile robot. Can be reliably seated on the charging station.
また、請求項3記載の充電ステーションによると、床面上に投光したガイドマークにより自律移動ロボットを充電ステーションに確実に導くことができる。 According to the charging station of the third aspect, the autonomous mobile robot can be reliably guided to the charging station by the guide mark projected on the floor surface.
更に、請求項4記載のロボット誘導システムによると、とくに、自律移動ロボットに取り付けた撮像手段で誘導ステーションから投光したガイドマークを撮像し、且つ、自律移動ロボットの制御手段により、撮像手段で撮像したガイドマークの入力画像データが予め記憶させた目標視界画像データと略一致する方向に自律移動ロボットを移動制御させることで、自律移動ロボットを誘導ステーションに接近した目標視界位置に確実に誘導させることができると共に、誘導ステーション側に従来技術で説明したような2次元コードなどの視認性識別データを設けないですむために設置スペースとか外観などに対して有利になり、更に、誘導ステーションにガイドマークを床面上に投光する発光部のみを取り付ければ良いのでロボット誘導システムを安価に提供することができる。 Further, according to the robot guidance system of claim 4, in particular, the guide mark projected from the guidance station is imaged by the imaging means attached to the autonomous mobile robot, and the imaging means is imaged by the control means of the autonomous mobile robot. The autonomous mobile robot is reliably guided to the target visual field position close to the guidance station by controlling the movement of the autonomous mobile robot in the direction in which the input image data of the guide mark that has been input is substantially coincident with the target visual field image data stored in advance. This eliminates the need to provide visibility identification data such as a two-dimensional code as described in the prior art on the guidance station side, which is advantageous for installation space and appearance. Since it is only necessary to attach the light emitting unit that projects light onto the surface, the robot guidance system The can be provided at low cost.
以下に本発明の実施例に係る充電システム、充電ステーション及びロボット誘導システムの一実施例について図1〜図8を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a charging system, a charging station, and a robot guidance system according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1は本発明の実施例1に係る充電システムの外観を示した斜視図、
図2は本発明の実施例1に係る充電システムの構成を示した構成図、
図3は本発明の実施例1に係る充電システムにおいて、自律移動ロボットの頭部正面に取り付けたビデオカメラで充電ステーションから投光したガイドマークを撮像した状態を示した斜視図であり、(a)は目標視界を示し、(b)は誤差視界の一例を示した図、
図4(a)〜(f)は本発明の実施例1に係る充電システムにおいて、充電ステーションからの図柄によるガイドマークとロボットの立ち位置との関係を模式的に示した模式図、
図5(a)〜(f)は本発明の実施例1に係る充電システムにおいて、充電ステーションからの文字列によるガイドマークとロボットの立ち位置との関係を模式的に示した模式図、
図6は本発明の実施例1に係る充電システムにおいて、ロボット着座位置修正時の制御手段内の構成を説明するための構成図、
図7は本発明の実施例1に係る充電システムにおいて、ロボット着座位置修正フローチャートである。
FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of a charging system according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the configuration of the charging system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a state where a guide mark projected from a charging station is captured by a video camera attached to the front of the head of the autonomous mobile robot in the charging system according to the first embodiment of the present invention. ) Shows the target field of view, (b) shows an example of the error field of view,
FIGS. 4A to 4F are schematic diagrams schematically showing the relationship between the guide mark by the symbol from the charging station and the standing position of the robot in the charging system according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 5A to 5F are schematic views schematically showing a relationship between a guide mark by a character string from a charging station and a standing position of the robot in the charging system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram for explaining the configuration in the control means when correcting the robot seating position in the charging system according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a flowchart of correcting the robot seating position in the charging system according to Embodiment 1 of the present invention.
図1及び図2に示した如く、本発明の実施例1に係る充電システム1は、大別すると、床面上を移動する機能を備えた自律移動ロボット10と、自律移動ロボット10に充電する機能を備えた充電ステーション20とから構成されており、後述するように、内蔵した充電式のバッテリ17の電力を動力源として床面上を移動する自律移動ロボット10を、床面上に設置した充電ステーション20から床面上に向かって投光したガイドマークGMによって充電ステーション20に確実に導くことを特徴とするものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the charging system 1 according to the first embodiment of the present invention is roughly classified to charge the autonomous
まず、この実施例1において、自律移動ロボット10は、2足歩行する人間型の自律歩行ロボットに構成されており、頭部、左右の腕部、左右の手首、胴体部、左右の脚部、左右の足などがそれぞれ関節を持って多関節に構成されている。
First, in the first embodiment, the autonomous
そして、自律移動ロボット10を全体的に制御する制御手段11によって、駆動部12を構成する各部の関節が不図示のモータの駆動力によりそれぞれ所定の動作を行うものであるが、以下の説明では駆動部12の一部を構成する左右の脚部、左右の足による歩行に関する動作のみを対象とする。
Then, the control means 11 that controls the autonomous
尚、自律移動ロボット10は、人間型の自律歩行ロボットのみに限られるものではなく、内蔵したバッテリ17の電力を動力源として床面上を4足歩行する犬とかサルなどのようなペット型の自律歩行ロボットとか、複数の車輪で移動する車輪型の自律移動ロボットなどのいずれでも良いもののである。
The autonomous
また、人間型の自律移動ロボット10は、自律移動ロボット10全体を制御する制御手段11が設けられ、且つ、頭部正面の目に相当する部位に周囲画像認識手段として機能するビデオカメラなどを用いた撮像手段(以下、ビデオカメラと記す)13が前方に向かって取り付けられていると共に、頭部の耳に相当する部位にマイクロホン14(図2)、頭部の口に相当する部位にスピーカ15(図2)がそれぞれ取り付けられている。更に、自律移動ロボット10の胴体部の背面には、導電性接点を露出させた充電部16と、この充電部16に接続されたバッテリ17とが取り付けられている。
In addition, the humanoid autonomous
次に、充電ステーション20は、人間型の自律移動ロボット10に対応して着座可能な略椅子型に構成されており、床面上に設置される底面20aと、底面20aに対して略垂直に形成された前面20bと、前面20bの上方部位に連接して底面20aと略平行に形成された着座用台部20cと、着座用台部20cの後方部位に連接して上方に向かって略垂直に形成された背もたれ部20dとを少なくとも有することで、自律移動ロボット10が着座用台部20c上に着座して背もたれ部20dに寄りかかれるようになっている。
Next, the charging
また、上記した充電ステーション20では、制御手段21の制御によって動作し、且つ、充電ステーション20の位置に対して所定の相対位置となる床面上の投光位置にガイドマークGML,GMRを投光する左右一対の発光部22L,22Rが前面20bの左右に取り付けられており、これら左右一対の発光部22L,22Rから前面前方の床面に向かって自己位置を示すためのガイドマークGML,GMRが例えば左右対称のL型図柄による形状で左右一対投光されている。
Further, in the charging
尚、この実施例1では、充電ステーション20の前面20bの左右に発光部22L,22Rが一対取り付けられているが、発光部の個数は少なくとも一つ以上であれば良く、この発光部から投光されるガイドマークは図柄とか文字列などにより充電ステーション20の設置位置に対して前後左右が識別できる形態であれば良いものである。
In the first embodiment, a pair of light emitting
この際、左右一対の発光部22L,22Rは、可視光、赤外光、紫外光などのいずれかを発光する発光素子を用いており、とくに、可視光以外の光を採用した場合には人の目で目視できないので外観的にメリットがある。
At this time, the pair of left and right
そして、充電ステーション20の前面前方の床面上に投光された左右一対のガイドマークGML,GMRは、自律移動ロボット10の頭部正面に取り付けられたビデオカメラ13で撮像するようになっている。この際、ビデオカメラ13は、左右一対の発光部22L,22Rから投光される左右一対のガイドマークGML,GMRの波長を受光できるように構成されている。
The pair of left and right guide marks GML and GMR projected on the floor in front of the charging
また、充電ステーション20の背もたれ部20dには、導電性接点を露出させた給電部23が設けられており、自律移動ロボット10が着座用台部20c上に着座した時に、自律移動ロボット10の胴体部の背面に設けた充電部16の導電性接点が充電ステーション20の給電部23の導電性接点に接続することで、自律移動ロボット10に内蔵したバッテリ17に充電できるようになっている。この実施例1では、自律移動ロボット10の充電部16と、充電ステーション20の給電部23とは、各導電性接点の接続によっているが、これに限ることなく、電磁誘導などを用いて非接触給電を行っても良い。
Further, the
上記したように、自律移動ロボット10が2足歩行する人間型の場合に、充電ステーション20を略椅子型に構成すると、自律移動ロボット10を充電ステーション20上に着座させてバッテリ17に充電を確実に行うことができる。
As described above, when the autonomous
尚、自律移動ロボット10をペット型の自律歩行ロボットや車輪型の自律移動ロボットなどに構成した場合には、自律移動ロボット10の正面にビデオカメラ13を取り付け、且つ、充電ステーション20の前面にガイドマークを投光する少なくとも一つ以上の発光部を取り付けて充電可能に適宜構成すれば良いものである。
When the autonomous
次に、上記のように構成した本発明の実施例1に係る充電システム1では、自律移動ロボット10に内蔵したバッテリ17の残存容量が低下したことを充電部16が検出した時に、自律移動ロボット10の制御手段11からの指令により自律移動ロボット10は充電ステーション20に向かって移動する。
Next, in the charging system 1 according to the first embodiment of the present invention configured as described above, when the charging
この際、実施例1では、自律移動ロボット10が充電ステーション20から投光されるガイドマークGML,GMRをビデオカメラ13で撮像できる領域内にいる場合を対象としている。尚、自律移動ロボット10が充電ステーション20から投光されるガイドマークGML,GMRをビデオカメラ13で撮像できない領域にいる場合には、ビデオカメラ13で充電ステーション20の形状を追跡するとか、あるいは、自律移動ロボット10の行動記憶と充電ステーション20を設置した室内のマッピング記憶とにより追跡するなどの方法を用いれば良いものである。
At this time, the first embodiment targets a case where the autonomous
ここで、図3(a)に示した目標視界とは、自律移動ロボット10が胴体部の背面を充電ステーション20に向けてこの充電ステーション20の前面20bの前方で着座寸前の立ち位置に至っており、且つ、自律移動ロボット10の所定の姿勢として、立ち姿勢であり、且つ、自律移動ロボット10の頭部正面に取り付けたビデオカメラ13を制御手段11からの指令により床面に向けて所定の角度だけ傾斜させて矢印で示した視野方向に設定した姿勢であり、この所定の姿勢でビデオカメラ13で充電ステーション20から投光した左右一対のガイドマークGML,GMRを撮像した状態で左右一対のガイドマークGML,GMRの目標視界画像データが得られる位置における視界である。
Here, the target field of view shown in FIG. 3A is that the autonomous
この際、床面上に設置した充電ステーション20の前面20bを基準位置とした時に、左右一対の発光部22L,22Rから左右一対のガイドマークGML,GMRが例えば左右対称のL型図柄として床面上に投光されている場合に、充電ステーション20の前面20bと左右対称のL型図柄の底部との間のX軸方向距離がX0に予め設定され、前面20bの中心及び左右対称のL型図柄の中心を通る直線に直交して各L型図柄の内側のY軸方向距離がY0,Y0に予め設定されている。
At this time, when the
一方、充電ステーション20の前面前方で着座寸前の立ち位置に至っている時の自律移動ロボット10は、2足の中心と充電ステーション20の前面20bとの間のX軸方向距離がX1であり、前面20bの中心を通る直線に直交して2足のY軸方向距離がY1,Y1である。
On the other hand, when the autonomous
そして、自律移動ロボット10が所定の目標視界位置と等価である着座寸前の立ち位置に至っている時に、自律移動ロボット10が前記した所定の姿勢を保った状態で自律移動ロボット10の頭部正面に取り付けたビデオカメラ13により充電ステーション20の左右一対の発光部22L,22Rから投光された左右一対のガイドマークGML,GMRを撮像し、このビデオカメラ13で予め撮像した左右一対のガイドマークGML,GMRの目標視界画像データを後述するように制御手段11内に予め記憶させている。
When the autonomous
次に、図3(b)に示した誤差視界の一例とは、自律移動ロボット10が充電ステーション20よりも遠くに離れている状態であり、図3(a)に示した目標視界の立ち位置よりも前方に位置して、自律移動ロボット10の2足の中心と充電ステーション20の前面20bとの間のX軸方向距離が上記したX1より大きなX2になっている点が目標視界位置の場合に対して異なっているだけである。この時も、自律移動ロボット10の頭部正面に取り付けたビデオカメラ13で充電ステーション20の左右一対の発光部22L,22Rから投光された左右一対のガイドマークGML,GMRを撮像し、このビデオカメラ13で撮像した左右一対のガイドマークGML,GMRの入力画像データを後述するように制御手段11内に予め記憶させた目標視界画像データと比較演算して、入力画像データが目標視界画像データと略一致する方向に自律移動ロボット10を移動させて、正規の着座時の立ち位置に到達するように制御している。
Next, an example of the error field of view shown in FIG. 3B is a state in which the autonomous
そして、上記した図柄によるガイドマークと自律移動ロボット10の立ち位置との関係を示した具体例を図4(a)〜(f)に示している。この際、図4中において、ビデオカメラ13で図柄によるガイドマークを撮像する視野方向を矢印で示した方向に設定すると共に、黒塗り枠で示したガイドマークはビデオカメラ13で取り込んだ状態を示し、一方、点線枠で示したガイドマークは制御手段11内に予め記憶させた目標視界画像データを示している。
And the specific example which showed the relationship between the guide mark by the above-mentioned pattern and the standing position of the autonomous
ここで、図4(a)に示した目標視界は、ビデオカメラ13で撮像した左右一対のガイドマークGML,GMRの目標視界画像データが先に説明した図3(a)と同じ状態である場合を示しており、この目標視界画像データが制御手段11内に予め記憶されている。
Here, the target field of view shown in FIG. 4A is the case where the target field of view image data of the pair of left and right guide marks GML and GMR imaged by the
また、図4(b)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した左右一対のガイドマークGML,GMRの入力画像データが先に説明した図3(b)と同じ状態であり、充電ステーション20から遠い場合を示している。
Further, the error field of view shown in FIG. 4B is the same state as the input image data of the pair of left and right guide marks GML and GMR imaged by the
また、図4(c)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した左右一対のガイドマークGML,GMRの入力画像データが目標視界画像データに対して右にずれた場合を示している。
The error field of view shown in FIG. 4C shows a case where the input image data of the pair of left and right guide marks GML and GMR captured by the
また、図4(d)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した左右一対のガイドマークGML,GMRの入力画像データが目標視界画像データに対して反時計方向に旋回してずれた場合を示している。
The error field of view shown in FIG. 4D is when the input image data of the pair of left and right guide marks GML and GMR imaged by the
また、図4(e)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した左右一対のガイドマークGML,GMRの入力画像データが目標視界画像データに対して前後左右が反転して正規な向きに対して逆向きになった場合を示している。
Further, the error field of view shown in FIG. 4 (e) is such that the input image data of the pair of left and right guide marks GML and GMR imaged by the
また、図4(f)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した左右一対のガイドマークGML,GMRの入力画像データが目標視界画像データに対して90°旋回して正規な向きに対して向きが違う場合を示している。
Also, the error field of view shown in FIG. 4 (f) is that the input image data of the pair of left and right guide marks GML and GMR imaged by the
更に、図5(a)〜(f)に、文字列によるガイドマークと自律移動ロボット10の立ち位置との関係を示した具体例を図示している。この際、図5中において、ビデオカメラ13で文字列によるガイドマークを撮像する視野方向を矢印で示した方向に設定すると共に、点線枠は充電ステーション20から投光した光による自律移動ロボットの足の影を示し、色が濃い文字列によるガイドマークはビデオカメラ13で取り込んだ状態を示し、一方、色が薄い文字列によるガイドマークは制御手段11内に予め記憶させた目標視界画像データを示している。
Furthermore, the specific example which showed the relationship between the guide mark by a character string, and the standing position of the autonomous
ここで、図5(a)に示した目標視界は、ビデオカメラ13で撮像した文字列(STATION)によるガイドマークが自律移動ロボット10の足の影で一部隠された状態で制御手段11内に予め記憶された目標視界画像データである。
Here, the target field of view shown in FIG. 5A is the inside of the control means 11 in a state where the guide mark by the character string (STATEION) imaged by the
また、図5(b)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した文字列(STATION)によるガイドマークの入力画像データが充電ステーション20から遠い場合を示している。
The error field of view shown in FIG. 5B shows a case where the input image data of the guide mark by the character string (STATION) imaged by the
また、図5(c)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した文字列(STATION)によるガイドマークの入力画像データが目標視界画像データに対して右にずれた場合を示している。
Further, the error field of view shown in FIG. 5C shows a case where the input image data of the guide mark by the character string (STATUS) captured by the
また、図5(d)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した文字列(STATION)によるガイドマークの入力画像データが目標視界画像データに対して反時計方向に旋回してずれた場合を示している。
In addition, the error field of view shown in FIG. 5D is a case where the input image data of the guide mark by the character string (STATE) captured by the
また、図5(e)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した文字列(STATION)によるガイドマークの入力画像データが目標視界画像データに対して前後左右が反転して正規な向きに対して逆向きになった場合を示している。
Further, the error field of view shown in FIG. 5 (e) is such that the input image data of the guide mark by the character string (STATION) imaged by the
また、図5(f)に示した誤差視界は、ビデオカメラ13で撮像した文字列(STATION)によるガイドマークの入力画像データが目標視界画像データに対して90°旋回して正規な向きに対して向きが違う場合を示している。
Further, the error field of view shown in FIG. 5 (f) is that the input image data of the guide mark by the character string (STATEION) imaged by the
そして、図5では、自律移動ロボット10の足の影により文字列の特定部分が隠れることを利用した例であり、この場合には自律移動ロボットの立ち位置が横方向にずれた際に文字列の特定部分の変化を検出し易いので誤差算出精度(速度)を向上させることができる。
FIG. 5 is an example using the fact that a specific portion of the character string is hidden by the shadow of the foot of the autonomous
次に、自律移動ロボット10を人間型に構成し、これに伴って充電ステーション20を略椅子型に構成して、自律移動ロボット10を充電ステーション20に着座させて充電を行う動作について、図1,図6,図7を用いて説明する。
Next, an operation in which the autonomous
図6に示した如く、自律移動ロボット10に設けた制御手段11内には、充電ステーション20に接近した所定の目標視界位置と等価である着座時の立ち位置を示す目標視界画像データを工場出荷時に予め記憶させる記憶手段となる目標視界ガイドマークデータ記憶部11Aと、ビデオカメラ13で撮像したガイドマークの入力画像データを入力するガイドマークデータ入力部11Bと、予め記憶させた目標視界ガイドマークデータと入力したガイドマークデータとを比較演算して誤差データを駆動部12に出力する比較演算部11Cとが備えられており、比較演算部11Cから駆動部12に誤差データが入力されると自律移動ロボット10は誤差データが減少する方向に移動することにより視界変化が生じるので、再びビデオカメラ13に入力画像データを取り込むようにフィードバック制御が行われるようになっている。
As shown in FIG. 6, in the control means 11 provided in the autonomous
尚、上記では目標視界画像データを記憶するための目標視界ガイドマークデータ記憶部11Aを制御手段11内に設けたが、これに限ることなく、目標視界ガイドマークデータ記憶部を独立に設けても良い。
In the above description, the target view guide mark
より具体的には、図7に示したロボット着座位置修正フローチャートを開始させると、ステップS1では、自律移動ロボット10の制御手段11からの指令により自律移動ロボット10を椅子型の充電ステーション20の近傍に移動させる。
More specifically, when the robot seating position correction flowchart shown in FIG. 7 is started, in step S 1, the autonomous
次に、ステップS2では、自律移動ロボット10を定められたロボット基準姿勢に移行させる。ここでのロボット基準姿勢とは、自律移動ロボット10が起立した姿勢でこの自律移動ロボット10の頭部正面に取り付けたビデオカメラ13を先に図3で示した視野方向に設定して、このビデオカメラ13で充電ステーション20から床面上に投光したガイドマークを撮像する状態を言う。
Next, in step S2, the autonomous
次に、ステップS3では、自律移動ロボット10の頭部正面に取り付けたビデオカメラ13で充電ステーション20から床面上に投光したガイドマークを視認する。
Next, in step S <b> 3, the guide mark projected on the floor surface from the charging
次に、ステップS4では、ビデオカメラ13で取り込んだガイドマークデータ(入力画像データ)と、充電ステーション20に対する着座時の立ち位置を記憶した目標視界ガイドマークデータ(目標視界画像データ)とを比較演算して相関評価を行っている。このステップS4で、入力したガイドマークデータと目標視界ガイドマークデータとが予め設定した閾値以内での相関が得られて両者が略一致している時には、自律移動ロボット10が正規な着座時の立ち位置に至っている(OK)と判断し、この後、ステップS5で椅子型の充電ステーション20に対してロボット着座動作を行ってこのフローを終了させる。勿論、ロボット着座動作後に、充電ステーション20は自律移動ロボット10に内蔵したバッテリ17に充電を行うものである。
Next, in step S4, the guide mark data (input image data) captured by the
一方、ステップS4で、入力したガイドマークデータと目標視界ガイドマークデータとが予め設定した閾値以内から外れて両者が略一致していない時には、自律移動ロボット10が正規な着座時の立ち位置に至っていない(NG)と判断する。
On the other hand, in step S4, when the input guide mark data and the target view guide mark data deviate from within a preset threshold value and the two do not substantially match, the autonomous
次に、ステップS6では、ステップS4でNGと判断された後、入力したガイドマークデータと目標視界ガイドマークデータとの差分を演算して誤差データを得た後、ステップS7で誤差データに基づいてロボット立ち位置修正を行ってステップS2に戻り、以下、入力ガイドマークデータ(入力画像データ)と目標視界ガイドマークデータ目標視界画像データ)とが略一致するまでフロー動作を繰り返している。 Next, in step S6, after determining NG in step S4, the difference between the input guide mark data and the target view guide mark data is calculated to obtain error data, and in step S7, based on the error data. The robot standing position is corrected, and the process returns to step S2. Thereafter, the flow operation is repeated until the input guide mark data (input image data) substantially matches the target view guide mark data target view image data.
上記した動作フローを実行することで、人間型の自律移動ロボット10は、後ろを振り返ることなく、椅子型の充電ステーション20に対する位置関係を所定の目標視界位置に修正することが可能となり、人間型の自律移動ロボット10が椅子型の充電ステーション20上に着座する際に、スムーズな着座が可能になる。
By executing the above-described operation flow, the humanoid autonomous
尚、自律移動ロボット10をペット型の自律歩行ロボットとか、車輪型の自律移動ロボットなどのいずれかに構成した場合には、自律移動ロボット10に取り付けたビデオカメラ13で充電ステーション20から投光したガイドマークを撮像し、自律移動ロボット10の制御手段11により、ビデオカメラ13で撮像したガイドマーク(GML,GMR)の入力画像データが予め記憶させた目標視界画像データと略一致する方向に自律移動ロボット10を移動制御させることで、自律移動ロボット10を充電ステーション20に接近した目標視界位置に確実に到達させることができると共に、充電ステーション20側に従来技術で説明したような2次元コードなどの視認性識別データを設けないですむために設置スペースとか外観などに対して有利になり、更に、充電ステーション20にガイドマークを床面上に投光する発光部のみを取り付ければ良いので充電システム1を安価に提供することができる。
When the autonomous
図8は本発明の実施例2に係るロボット誘導システムの外観を示した斜視図である。 FIG. 8 is a perspective view showing an appearance of the robot guidance system according to the second embodiment of the present invention.
図8に示した本発明の実施例2に係るロボット誘導システム2は、先に図1を用いて説明した本発明の実施例1に係る充電システム1の技術的思想を応用しているものの、充電動作が省かれて、ロボット誘導動作を主体としているものであり、以下、実施例1に対して異なる点についてのみ簡略に説明する。
Although the
即ち、本発明の実施例2に係るロボット誘導システム2は、大別すると、床面上を移動する機能を備えた自律移動ロボット10と、自律移動ロボット10を誘導する機能を備えた誘導ステーション30とから構成されており、後述するように、充電式のバッテリ17の電力を動力源として床面上を移動する自律移動ロボット10を、床面又は壁面などに設置した誘導ステーション30から床面上に向かって投光したガイドマークGMによって確実に誘導することを特徴とするものである。
That is, the
まず、この実施例2においても、自律移動ロボット10は、2足歩行する人間型の自律歩行ロボットに構成されているが、これに限られることなく、4足歩行する犬とかサルなどのようなペット型の自律歩行ロボットとか、複数の車輪で移動する車輪型の自律移動ロボットなどのいずれでも良いもののである。
First, also in the second embodiment, the autonomous
上記した人間型の自律移動ロボット10は、自律移動ロボット10全体を制御する制御手段11が設けられ、且つ、頭部正面の目に相当する部位に周囲画像認識手段として機能するビデオカメラ13が前方に向かって取り付けられている。更に、自律移動ロボット10の胴体部の背面には、導電性接点を露出させた充電部16と、この充電部16に接続されたバッテリ17とが必要に応じて取り付けられているが、この実施例2では自律移動ロボット10が自力で床面上を移動できれば良いものである。
The above-described humanoid autonomous
次に、誘導ステーション30は、床面上に設置される底面30aと、底面30aに対して略垂直に形成された前面30bと、底面30aと対向した上面30cとを少なくとも有して箱状に形成されている。
Next, the induction station 30 has at least a
また、上記した誘導ステーション30では、制御手段31の制御によって動作し、且つ、誘導ステーション30の位置に対して所定の相対位置となる床面上の投光位置にガイドマークGML,GMRを投光する左右一対の発光部32L,32Rが前面30bの左右に取り付けられており、これら左右一対の発光部32L,32Rから前面前方の床面上に向かって自己位置を示すためのガイドマークGML,GMRが例えば左右対称のL型図柄による形状で左右一対投光されている。
In addition, the guide station 30 operates under the control of the control means 31 and projects the guide marks GML and GMR at the light projection position on the floor surface that is a predetermined relative position with respect to the position of the guidance station 30. A pair of left and right light emitting portions 32L and 32R are attached to the left and right of the
尚、この実施例2では、誘導ステーション30の前面30bの左右に発光部32L,32Rが一対取り付けられているが、発光部の個数は少なくとも一つ以上であれば良く、この発光部から投光されるガイドマークは図柄とか文字列などにより誘導ステーション30の設置位置に対して前後左右が識別できる形態であれば良いものである。
In the second embodiment, a pair of light emitting portions 32L and 32R are attached to the left and right of the
上記のように構成したロボット誘導システム2の動作は、実施例1と同様に、誘導ステーション30に接近した所定の目標視界位置に至った状態でビデオカメラ13に取り込んだガイドマーク(GML,GMR)の目標視界画像データを自律移動ロボット10の制御手段11内に記憶手段として設けた目標視界ガイドマークデータ記憶部(図6)で予め記憶しておき、自律移動ロボット10の制御手段11によって、ビデオカメラ13で撮像したガイドマーク(GML,GMR)の入力画像データが目標視界画像データと略一致する方向に自律移動ロボット10を移動制御させている。
The operation of the
これにより、自律移動ロボット10を誘導ステーション30に接近した目標視界位置に確実に誘導させることができると共に、誘導ステーション30側に従来技術で説明したような2次元コードなどの視認性識別データを設けないですむために設置スペースとか外観などに対して有利になり、更に、誘導ステーション30にガイドマークを床面上に投光する発光部のみを取り付ければ良いので誘導システム30を安価に提供することができる。
As a result, the autonomous
上記したロボット誘導システム2を用いた自律移動ロボット10の誘導例として以下のような例がある。
Examples of guidance of the autonomous
自律移動ロボット10が展示会の展示物案内用ロボットであって、各展示物やその近傍に誘電ステーション30を設けることにより、その展示物の近傍の所定の位置に展示物案内用ロボットを確実に誘導し、各展示物に対して説明などを行わせることができる。
The autonomous
また、誘電ステーション30は床面に設置されなくても良く、自律移動ロボット10が絵画説明用ロボットであって、壁面に展示された各絵画の近くに絵画説明用ロボットを誘導させるためにその壁面に誘電ステーション30を設置しても良い。この場合においても、各絵画の近傍に絵画説明用ロボットを確実に誘導し、各絵画に対して説明などを行わせることができる。
In addition, the dielectric station 30 does not have to be installed on the floor surface, and the autonomous
また、自律移動ロボット10が産業用の部品搬送用ロボットである場合には、各部品供給ポイント近傍に誘電ステーション30を設置すれば、部品搬送用ロボットを各所定の位置に確実に誘導して作業をさせることができる。
Further, when the autonomous
このようなロボット誘導システム2においては、誘電ステーション30から投射するマークの位置を移動させるようにしても良い。この場合、例えば誘電ステーション30を複数箇所に亘って設置する構成にすれば、自律移動ロボット10を誘導する所定の位置を経時的に移動させることが可能であり、これに伴い、自律移動ロボット10をマークの移動に追従させながら誘導すべき所定の位置を移動させることができる。
In such a
上述したロボット誘導システム2を用いると、床面に自律移動ロボット10の移動をガイドするラインや目印を貼付したり書き込む必要がないので、床面が汚れることがなく、また床面の美観が保たれる。
When the
1…充電システム、
2…ロボット誘導システム、
10…自律移動ロボット、
11…制御手段、11A…記憶手段(目標視界ガイドマークデータ記憶部)、
12…駆動部、13…撮像手段(ビデオカメラ)、
14…マイクロホン、15…スピーカ、16…充電部、17…充電式のバッテリ、
20…充電ステーション、
20a…底面、20b…前面、20c…着座用台部、20d…背もたれ部、
21…制御手段、22L,22R…左右一対の発光部、23…給電部、
30…誘導ステーション、
30a…底面、30b…前面、
31…制御手段、32L,32R…左右一対の発光部、
GML,GMR…左右一対のガイドマーク。
1 ... charging system,
2 ... Robot guidance system,
10 ... Autonomous mobile robot,
11 ... Control means, 11A ... Storage means (target visibility guide mark data storage section),
12 ... Driving unit, 13 ... Imaging means (video camera),
14 ... Microphone, 15 ... Speaker, 16 ... Charging part, 17 ... Rechargeable battery,
20 ... Charging station,
20a ... bottom, 20b ... front, 20c ... seating base, 20d ... backrest,
21 ... Control means, 22L, 22R ... A pair of left and right light emitting units, 23 ... Power feeding unit,
30 ... guidance station,
30a ... bottom surface, 30b ... front surface,
31... Control means, 32L and 32R.
GML, GMR: A pair of left and right guide marks.
Claims (4)
前記充電ステーションは、
該充電ステーションの位置に対して所定の相対位置となる床面上の投光位置にガイドマークを投光する発光部を備え、
前記自律移動ロボットは、
前記床面を撮像する撮像手段と、該自律移動ロボットを全体的に制御する制御手段と、該自律移動ロボットが前記充電ステーションに接近した所定の目標視界位置において所定の姿勢で前記撮像手段が予め撮像した前記ガイドマークの画像データを目標視界画像データとして記憶する記憶手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記撮像手段で撮像した前記ガイドマークの入力画像データと、前記記憶手段に記憶された前記目標視界画像データと、を比較し、両データが略一致するように当該自律移動ロボットを移動させることを特徴とする充電システム。 In a charging system comprising a rechargeable battery, an autonomous mobile robot that moves on the floor using the power of the battery as a power source, and a charging station that charges the battery,
The charging station is
A light emitting unit for projecting a guide mark at a light projecting position on the floor which is a predetermined relative position with respect to the position of the charging station;
The autonomous mobile robot is
Imaging means for imaging the floor surface, control means for overall control of the autonomous mobile robot, and the imaging means in a predetermined posture at a predetermined target view position where the autonomous mobile robot approaches the charging station. Storage means for storing captured image data of the guide mark as target view field image data,
The control means includes
The input image data of the guide mark imaged by the imaging means and the target view image data stored in the storage means are compared, and the autonomous mobile robot is moved so that the two data substantially match. Characteristic charging system.
前記制御手段は、前記撮像手段で撮像した前記ガイドマークの前記入力画像データが前記目標視界画像データと略一致するように前記自律移動ロボットを着座時の立ち位置まで移動させた後に、前記自律移動ロボットを前記充電ステーション上に着座させて前記バッテリに充電を行うことを特徴とする請求項1記載の充電システム。 The autonomous mobile robot is configured as a humanoid that walks on two legs, and the charging station is configured as a chair.
The control means moves the autonomous mobile robot to the standing position at the time of sitting so that the input image data of the guide mark imaged by the imaging means substantially matches the target view image data, and then the autonomous movement The charging system according to claim 1, wherein the battery is charged by sitting a robot on the charging station.
前記自律移動ロボットを導くために、該充電ステーションの位置に対して所定の相対位置となる床面上の投光位置にガイドマークを投光する発光部を備えたことを特徴とする充電ステーション。 In a charging station that charges a rechargeable battery for an autonomous mobile robot that moves on the floor,
A charging station, comprising: a light emitting unit that projects a guide mark at a light projecting position on a floor surface that is a predetermined relative position to the position of the charging station to guide the autonomous mobile robot.
前記誘導ステーションは、
該誘導ステーションの位置に対して所定の相対位置となる床面上の投光位置にガイドマークを投光する発光部を備え、
前記自律移動ロボットは、
前記床面を撮像する撮像手段と、該自律移動ロボットを全体的に制御する制御手段と、該自律移動ロボットが前記誘導ステーションに接近した所定の目標視界位置において所定の姿勢で前記撮像手段が予め撮像した前記ガイドマークの画像データを目標視界画像データとして記憶する記憶手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記撮像手段で撮像した前記ガイドマークの入力画像データと、前記記憶手段に記憶された前記目標視界画像データと、を比較し、両データが略一致するように当該自律移動ロボットを移動させることを特徴とするロボット誘導システム。
A robot guidance system comprising an autonomous mobile robot that moves on a floor surface and a guidance station that guides the autonomous mobile robot,
The guidance station is
A light emitting unit for projecting a guide mark at a light projecting position on the floor which is a predetermined relative position with respect to the position of the guidance station;
The autonomous mobile robot is
Imaging means for imaging the floor surface, control means for overall control of the autonomous mobile robot, and the imaging means in advance in a predetermined posture at a predetermined target view position where the autonomous mobile robot approaches the guidance station. Storage means for storing captured image data of the guide mark as target view field image data,
The control means includes
The input image data of the guide mark imaged by the imaging means and the target view image data stored in the storage means are compared, and the autonomous mobile robot is moved so that the two data substantially match. Characteristic robot guidance system.
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