JP2008021023A - 移動ロボット装置および移動ロボット制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、移動ロボットが移動する通路の床材や通路幅などの環境変化に対応して、移動ロボットの制御条件を正確に素早く切り替え出来る移動ロボット装置および移動ロボット制御方法を提供することである。
【解決手段】本発明では、移動ロボット装置が移動する領域を複数エリアに分割し、前記複数エリアのそれぞれに対応した地図情報を記憶する第１の記憶手段と、前記移動ロボット装置の現在位置エリアを検知する位置検知手段と、前記移動ロボットの移動に応じて前記現在位置エリアの地図情報を前記第１の記憶手段から読み出す第１の制御手段と、前記読み出された地図情報を一時記憶する第２の記憶手段と、前記第２の記憶手段に記憶された前記現在位置エリアの地図情報に基づき前記移動ロボット装置の移動を制御する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする移動ロボット装置を用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は移動ロボット装置に関し、移動ロボット装置が移動する領域を複数のエリアに分割し、各エリアの通路の床材や通路幅などの環境に対応して設定される地図情報に基づき、移動ロボット装置の制御条件を正確に素早く切り替え出来る移動ロボット装置および移動ロボット制御方法に関する。

従来、移動周囲の障害物などを検知して避けながら、予め記憶された地図情報を用いて自律的に所定の経路に従い移動するロボットとして自律移動ロボット装置がある。移動ロボット装置が移動する経路の通路を直線部、曲がり角および交差点などでブロック化し、各ブロックをノードとして地図を生成する。移動ロボットは、出発位置から最終目標位置までが最短距離となる通過ノードを出発時に判断して移動する。これにより最終目標が頻繁に変更される場合にも対応することができる（特許文献１参照）。

また、移動ロボット装置を移動領域の環境に適合して移動させる制御方法がある。例えば、固い床の領域を移動する時は歩幅を狭めてすり足傾向とすることにより、静かな移動を行う。この方法では、移動ロボット装置の現在位置を、予め記憶された地図上の位置と対応させ、その地図位置に適合した移動ロボット装置の制御パラメータを検索して移動ロボットを制御する（特許文献２参照）。
特開平１１−８５２７３号広報 特開２００６−７５９４８号広報

先に説明した背景技術においては、移動ロボット装置はビデオカメラ等のセンサによって得られた環境計測の結果と地図情報に含まれるフロアの形状データとを見比べて、自己位置同定を行いながら自律移動を行う。このような自律移動型移動ロボット装置において、曲がり角、床面の段差や材質など環境の変化に対応した移動を行う為には、多くのセンサを使った複雑な判断が必要になり、計算機負荷が増大していた。その結果、移動ロボット装置の応答が遅くなり、時には判断ミスにより安全性を損なうという問題があった。

従って本発明の目的の１つは、移動ロボット装置が移動する通路の床材や通路幅などの環境変化に対応して、移動ロボット装置の制御を正確に素早く切り替え出来る移動ロボット装置および移動ロボット制御方法を提供することである。

尚、上記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる結果であって従来の技術によっては得られない効果も、本発明の他の目的の１つとして位置付けることができる。

（１）本発明では、移動ロボット装置が移動する領域を複数エリアに分割し、前記複数エリアのそれぞれに対応した地図情報を記憶する第１の記憶手段と、前記移動ロボット装置の現在位置エリアを検知する位置検知手段と、前記移動ロボットの移動に応じて前記現在位置エリアの地図情報を前記第１の記憶手段から読み出す第１の制御手段と、前記読み出された地図情報を一時記憶する第２の記憶手段と、前記第２の記憶手段に記憶された前記現在位置エリアの地図情報に基づき前記移動ロボット装置の移動を制御する第２の制御手段と、を備えたことを特徴とする移動ロボット装置を用いる。
（２）また、前記第１の制御手段は、前記移動ロボット装置が次に移動する隣接エリアの地図情報を、前記隣接エリアに侵入する前に前記第１の記憶手段から読み出し、前記第２の記憶手段は、前記読み出された隣接エリアの地図情報を前記現在位置エリアの地図情報に追加して一時記憶し、前記位置検知手段が前記隣接エリアへの侵入を検知すると、前記第２の制御手段は前記第２の記憶手段に記憶された前記隣接エリアの地図情報に基づき移動を制御することを特徴とする請求項１記載の移動ロボット装置を用いる。
（３）また、前記第１の記憶手段は前記移動ロボット装置の本体から離れて設置され、前記本体に備えられた前記第１の制御手段は、前記第１の記憶手段から無線通信手段を介して前記地図情報を読み出すことを特徴とする請求項１記載の移動ロボット装置を用いる。

好ましくは、前記移動ロボット装置の本体は複数とし、本体と離れて設置された前記第１の記憶手段は１台であって、無線通信手段を介して前記複数の移動ロボット本体からの読み出し要求に対応して前記地図情報を送信することを特徴とする請求項１記載の移動ロボット装置を用いる。
（４）また、前記移動ロボット装置の本体は複数とし、本体と離れて設置された前記第１の記憶手段は１台であって、前記第１の記憶手段は前記無線通信手段を介して前記複数の移動ロボット本体からの読み出し要求に対応して前記地図情報を送信することを特徴とする請求項１記載の移動ロボット装置を用いる。
（５）本発明では、移動ロボットが移動する領域を複数エリアに分割し、前記複数エリアのそれぞれに対応した地図情報を第１の記憶手段に記憶するステップと、前記移動ロボット装置の現在位置エリアを位置検知手段により検知するステップと、前記移動ロボットの移動に応じて前記現在位置エリアの地図情報を前記第１の記憶手段から第１の制御手段により読み出すステップと、前記読み出された地図情報を第２の記憶手段に一時記憶するステップと、前記第２の記憶手段に記憶された前記現在位置エリアの地図情報に基づき前記移動ロボット装置の移動を第２の制御手段により制御するステップとを含む移動ロボット制御方法を用いる。

地図情報に基づいて移動する移動ロボット装置の制御条件を正確に素早く切り替える移動ロボット装置および移動ロボット制御方法を提供することが出来る。

以下、図面を参照することにより本発明の実施の形態について説明する。
（実施例１）
実施例１においては、地図情報を移動ロボット装置の内部に記憶し、移動ロボット装置の移動に対応して順次呼び出して移動ロボットを制御する。

実施例１における移動ロボット装置の構成を図１に示す。

図１において、１０１は移動ロボット装置、１０２は入出力部、１０３はビデオカメラ・位置・速度センサ部、１０４は移動メカニズム部、１０５は制御パラメータ記憶部、１０６は地図情報記憶部、１０７は制御部をそれぞれ示す。

入出力部１０２は、タッチパネル等により移動ロボット装置のスタート位置、移動経路の途中位置、到達目標位置などの制御パラメータの初期値を設定し、設定された制御パラメータを液晶等により表示する。ビデオカメラ・位置・速度センサ部１０３は、ステレオカメラ、移動計、ジャイロなどにより、移動経路の壁面位置や障害物の検知と移動ロボット装置１０１の移動方向と速度を検知して制御部１０７へ通知する。移動メカニズム部１０４は移動ロボット装置１０１を移動させる機構である。制御パラメータ記憶部１０５は、移動ロボット装置１０１の移動を制御するパラメータを一時記憶する記憶部である。地図情報記憶部１０６は、移動ロボット装置１０１が移動する可能性のある範囲を適切に区切った領域（以下エリアと称す）のすべての地図情報を記憶している。また、地図情報記憶部１０６に記憶された地図情報には、各エリアの横幅、進行方向長、曲がり角度、障害物位置などの形状情報および、床材、移動ロボット装置１０１の移動速度や制御モードなどが含まれる。

制御モードとしては、通常の移動を行うノーマルモード、狭い通路を移動するときの狭通路モード、高精度の位置同定を行う精密モードが、地図情報の制御パラメータとして設定される。

図２に、実施例１において移動ロボット装置１０１が移動する経路と経路付近のエリア区切りおよび、地図情報として各エリアに設定された制御パラメータの例を示す。

図２において、Ａ０〜Ａ８は区切られた各エリアを示し、２０１は移動ロボット装置１０１の移動経路の例、２０２は移動開始位置（以下ＳＴＡＲＴ位置と称す）、２０３はエリアＡ３において曲がる位置、２０４はエリアＡ５において曲がる位置、２０５はエリアＡ６からエリアＡ８に入るため曲がる位置、２０６はエリアＡ８にて引き返す位置、２０７は移動目標位置（以下ＧＯＡＬ位置と称す）をそれぞれ示す。

なお、図２においてエリアＡ７は移動ロボット装置１０１の移動経路２０１には含まれないが、別の業務では移動経路に含まれる可能性がある場所であるので、地図情報記憶部１０６には記憶されている。このように、地図情報記憶部１０６には、移動ロボット装置１０１の１つの業務には関係しなくても、他の業務には関係する多くのエリアの地図情報が記憶されている。

図３に実施例１における移動ロボット装置１０１の制御フローを示す。

図３において、Ｓ３０１は移動ロボット装置の制御を開始するステップ、Ｓ３０２は制御パラメータの初期化ステップ、Ｓ３０３はＳＴＡＲＴ位置から移動を始めるステップ、Ｓ３０４は隣接したエリアの地図情報を読み込むステップ、Ｓ３０５は自己位置を同定するステップ、Ｓ３０６はＧＯＡＬ位置かどうかを判断するステップ、Ｓ３０７は自己位置のエリアが切り替わったかどうかを判断するステップ、Ｓ３０８は新しいエリアに対応した制御パラメータに切り替えるステップ、Ｓ３０９は隣接したエリアの地図情報を読み込むステップ、Ｓ３１０は次に指示されたＧＯＡＬがあるかどうかを判断するステップ、Ｓ３１１は次のＧＯＡＬの指示を待つ待機ステップをそれぞれ示す。

図３の制御フローに従い、図２の移動経路について移動ロボット装置１０１の制御を説明する。

移動ロボット装置１０１はステップＳ３０２では移動開始に先立ち、入出力部１０２からＳＴＡＲＴ位置２０２の座標、ＧＯＡＬ位置２０７の座標、および途中経路の位置２０３、２０４、２０５、２０６、２０７の位置座標を入力され、制御パラメータ記憶部１０５に記憶する。

さらに、ＳＴＡＲＴ位置２０２が属するエリアＡ０に対応する地図情報を地図情報記憶部１０６から読み出し、自己位置エリアの制御パラメータとして制御パラメータ記憶部１０５に記憶する。エリアＡ０の地図情報には、エリアＡ０における移動ロボット装置１０１の移動速度１．０ｍ／ｓｅｃ、床材はＰタイル、制御モードはノーマルモードの制御パラメータ、およびエリアＡ０の横幅、移動方向長などの形状データを含む。

ステップＳ３０３では、制御パラメータ記憶部１０５に記憶されたエリアＡ０の制御パラメータに基づき、移動ロボット装置１０１はエリアＡ０の中をＳＴＡＲＴ位置２０２から移動を開始する。移動開始するとすぐに、ステップＳ３０４により、次に移動する隣接エリアＡ１の地図情報を地図情報記憶部１０６から読み出し、制御パラメータ記憶部１０５に記憶する。

ステップＳ３０５では、移動ロボット装置のビデオカメラ・位置・速度センサ部１０３により検知された環境計測データを用い現在位置を判断する（以下自己位置同定と称する）。自己位置同定は、移動開始のＳＴＡＲＴ位置２０２の座標および、ＳＴＡＲＴ位置２０２からの移動距離と方向によりエリアＡ０内の概略位置を判断し、制御パラメータ記憶部１０５に記憶されたエリアＡ０の形状データが、前記検知された位置データと整合する移動ロボット装置の位置を求めることにより、移動ロボット装置の正確な位置座標を同定する。

ステップＳ３０６では、前記ステップＳ３０５で同定した自己位置座標によりＧＯＡＬ位置２０７に到達したかどうかを判断し、Ｎｏの場合はステップＳ３０７へ進み、Ｙｅｓの場合はステップＳ３１０へ進む。エリアＡ０〜エリアＡ５内の移動時は、ステップＳ３０６の判断はすべてＮｏである。

ステップＳ３０７では、前記ステップＳ３０５で同定した自己位置がＳＴＡＲＴしたエリアＡ０から次の隣接エリアＡ１に切り替わったかどうかを判断する。Ｎｏの場合はまだ同じエリアＡ０であるから、ステップ３０５に戻り、移動ロボット装置１０１の移動により変化した次の自己位置同定を行う。Ｙｅｓの場合は、エリアＡ０から次の隣接エリアＡ１に切り替わった時であるから次のステップＳ３０８に進み、制御部１０７は制御パラメータを制御パラメータ記憶部１０５に記憶したエリアＡ１の制御パラメータに切り替え、移動メカニズム１０４に命令して移動ロボット装置１０１の制御を行う。そして次の隣接エリアＡ２の地図情報を地図情報記憶部１０６から読み出し、制御パラメータ記憶部１０５の隣接エリアパラメータを更新し、ステップＳ３０５の自己位置同定にもどる。ステップＳ３０５〜Ｓ３０９を繰り返すことにより、移動ロボット装置１０１は図２の移動経路２０１に従い、各エリアを通過し最後の目標位置ＧＯＡＬ２０７まで移動する。

移動経路２０１の中で、段差のあるエリアＡ１では移動速度を０．３ｍ／ｓｅｃと非常に遅くして移動ロボット装置１０１に強い衝撃を与えないように制御される。移動ロボット装置１０１は、曲がる位置のあるコーナのエリアＡ３、Ａ５に入ると移動速度は０．５ｍ／ｓｅｃに減速され、曲がり角２０３、２０４におけるオーバーシュートが少なくなり、コーナで人や台車などに出合った時にも安全な回避移動ができる。

エリアＡ６は床材としてじゅうたんが敷いてあり、じゅうたんは滑りやすいため、制御部１０７は制御モードをジャイロを積極的に用いる精密モードに切り替え、位置同定の精度劣化を防止する。

エリアＡ８は通路幅が狭いので、制御部１０７はエリアＡ８の制御パラメータに基づき制御モードを狭通路モードに切り替える。狭通路モードでは、制御部１０７は位置・速度センサに部１０４に備えた移動ロボット装置の両サイドの距離センサからの情報を用いて、両側の壁から両センサまでの間隔が等しくなるように移動メカニズム１０４を制御する。

移動ロボット装置１０１がＧＯＡＬ位置２０７に到着すると、ステップＳ３０６の判断はＹｅｓとなり、ステップＳ３１０に移る。ステップＳ３１０では、ステップＳ３０２で設定されたＧＯＡＬ情報に次のＧＯＡＬ位置が設定されているかどうかを判断する。次のＧＯＡＬ位置が無ければステップ３１０はＮｏとなり、ステップＳ３１１に移り次のＧＯＡＬ位置が指示されるまで待機する。次のＧＯＡＬ位置の座標が入力して記憶されておれば、ステップ３１０はＹｅｓとなりステップＳ３０３に帰り、新らしい移動経路に従いステップＳ３０３〜Ｓ３０９を繰り返し、新しいＧＯＡＬに到着するまで前記と同様の制御による移動を行う。
（実施例２）
実施例２においては、地図情報を移動ロボット装置の外部に記憶し、移動ロボット装置の移動に対応して通信により順次呼び出して移動ロボット装置を制御する。

実施例２における移動ロボット装置の構成を図４に示す。

図４において図１と同じものは同一の番号を付してあり、４００は移動ロボット本体、４０１は通信部、４０２はアンテナ、４０３は地図情報装置、４０４はアンテナ、４０５は通信部、４０６は入出力部をそれぞれ示す。

実施例１では、図１において地図情報記憶部１０６は移動ロボット装置１０１に内蔵したが、実施例２では、地図情報記憶部１０６は移動ロボット本体４００とは離れた場所に設置した地図情報装置４０３に備えられる。

制御部１０７は無線ＬＡＮ等による通信を行う通信部４０１、４０５を介して地図情報記憶部１０６から必要な地図情報を読み出す。

地図情報記憶部１０６には、実施例１の図２におけるエリアＡ７の様に、移動ロボット装置１０１の１つの業務には関係しなくても、次の業務などには関係する多くのエリアの地図情報が記憶されており、大きな記憶容量が必要となるため移動ロボット装置の内蔵には負担が大きすぎる場合がある。また、エリアの配置の変更や追加、エリア内の障害物などの変更などに対応して、移動ロボット装置の動作とは独立して地図情報を更新した方が便利な場合があり、実施例２における地図情報装置４０３は、移動ロボット本体４００とは離れて例えば固定の場所に設置される。

各エリアの地図情報は、建物のレイアウトや通路内の障害物の配置変更などに対応して更新することが出来る。

図４における入出力部４０６は、前記の各エリアの地図情報の更新データ入力と、記憶された地図情報を液晶等により表示して確認するために用いられる。

移動ロボット本体４００の通信部４０１および地図情報装置４０３の通信部４０５は、例えば無線ＬＡＮであり、移動ロボット本体４００の制御部１０７からの読み出し要求は、通信部４０１、アンテナ４０２、アンテナ４０４、通信部４０５を介して地図情報装置４０３に送信され、この要求に応答して地図情報装置４０３の地図情報記憶部１０６からは、要求されたエリアの地図情報が前記とは逆方向の通信経路を介して移動ロボット本体４００に返信される。

実施例２における移動ロボット装置１０１の動作は実施例１と同じであり、地図情報を記憶する地図情報記憶部１０６が移動ロボット本体４００とは離れて設置されているだけの違いであるので、移動動作の説明は省略する。

なお図４では、１台の移動ロボット本体４００に対し地図情報装置４０３が地図情報を提供しているが、複数の移動ロボット本体の要求に対応して、地図情報装置４０３が個々の移動ロボット本体に地図情報を提供することも出来る。

即ち、工場や病院など同じ敷地内で複数の移動ロボット本体が活躍する時、敷地内の地図情報は共通であるから、地図情報装置４０３は複数の移動ロボット本体から読み出し要求された個々のエリアの地図情報を提供すればよい。

これにより移動ロボット本体は移動する領域内のレイアウト等の変更に対し、１台の地図情報装置４０３の記憶内容を更新することにより、すべての移動ロボット本体の制御に対応することが出来るので効率的である。

移動ロボット装置の構成（実施例１）を示す図である。 移動経路と地図情報の例（実施例１、２）を示す図である。 移動ロボット装置の制御フロー（実施例１、２）を示す図である。 移動ロボット装置の構成（実施例２）を示す図である。

符号の説明

１０１ 移動ロボット装置
１０２ 入出力部
１０３ ビデオカメラ・位置・速度センサ部
１０４ 移動メカニズム部
１０５ 制御パラメータ記憶部
１０６ 地図情報記憶部
１０７ 制御部
２０１ 移動経路の例
２０２ ＳＴＡＲＴ位置
２０３ エリアＡ３において曲がる位置
２０４ エリアＡ５において曲がる位置
２０５ エリアＡ６からエリアＡ８に入るため曲がる位置
２０６ エリアＡ８にて引き返す位置
２０７ ＧＯＡＬ位置
４００ 移動ロボット本体
４０１ 通信部
４０２ アンテナ
４０３ 地図情報装置
４０４ アンテナ
４０５ 通信部
４０６ 入出力部

Claims (5)

1. 移動ロボット装置が移動する領域を複数エリアに分割し、前記複数エリアのそれぞれに対応した地図情報を記憶する第１の記憶手段と、
   前記移動ロボット装置の現在位置エリアを検知する位置検知手段と、
   前記移動ロボットの移動に応じて前記現在位置エリアの地図情報を前記第１の記憶手段から読み出す第１の制御手段と、
   前記読み出された地図情報を一時記憶する第２の記憶手段と、
   前記第２の記憶手段に記憶された前記現在位置エリアの地図情報に基づき前記移動ロボット装置の移動を制御する第２の制御手段と、
   を備えたことを特徴とする移動ロボット装置。
2. 前記第１の制御手段は、前記移動ロボット装置が次に移動する隣接エリアの地図情報を、前記隣接エリアに侵入する前に前記第１の記憶手段から読み出し、
   前記第２の記憶手段は、前記読み出された隣接エリアの地図情報を前記現在位置エリアの地図情報に追加して一時記憶し、
   前記位置検知手段が前記隣接エリアへの侵入を検知すると、前記第２の制御手段は前記第２の記憶手段に記憶された前記隣接エリアの地図情報に基づき移動を制御することを特徴とする請求項１記載の移動ロボット装置。
3. 前記第１の記憶手段は前記移動ロボット装置の本体から離れて設置され、前記本体に備えられた前記第１の制御手段は、前記第１の記憶手段から無線通信手段を介して前記地図情報を読み出すことを特徴とする請求項１記載の移動ロボット装置。
4. 前記移動ロボット装置の本体は複数とし、本体と離れて設置された前記第１の記憶手段は１台であって、前記第１の記憶手段は前記無線通信手段を介して前記複数の移動ロボット本体からの読み出し要求に対応して前記地図情報を送信することを特徴とする請求項１記載の移動ロボット装置。
5. 移動ロボットが移動する領域を複数エリアに分割し、前記複数エリアのそれぞれに対応した地図情報を第１の記憶手段に記憶するステップと、
   前記移動ロボット装置の現在位置エリアを位置検知手段により検知するステップと、
   前記移動ロボットの移動に応じて前記現在位置エリアの地図情報を前記第１の記憶手段から第１の制御手段により読み出すステップと、
   前記読み出された地図情報を第２の記憶手段に一時記憶するステップと、
   前記第２の記憶手段に記憶された前記現在位置エリアの地図情報に基づき前記移動ロボット装置の移動を第２の制御手段により制御するステップと、
   を含む移動ロボット制御方法。

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