JP2009053561A - 自律移動装置用の地図生成システムおよび地図生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自律移動装置用の地図生成システムおよび地図生成方法において、ループ状の移動経路に沿う稼動領域に対しても容易に精度良く各部分領域の地図を整合させた地図を生成可能とする。
【解決手段】地図生成システム１は、入力手段２と、記憶手段３と、地図情報を編集して移動用地図を生成する地図情報編集手段４とを備え、移動用地図は、自律移動装置の稼動領域を構成する複数の部分領域毎に設定された少なくとも１つの特徴点を有する部分地図の集合として生成され、各部分地図が、実測によるそれぞれの特徴点の相互の位置関係に基づいて相互の配置を決定されて記憶手段３に記憶され、各特徴点間の配置を決定する拘束条件が、記憶手段３に記憶されることにより、地図情報編集手段４は、拘束条件を用いて特徴点間の相対的な位置関係を更新し、更新された位置関係によって部分地図を相互に結合した移動用地図を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自律移動装置用の地図生成システムおよび地図生成方法に関する。

近年、自律的に移動して清掃や集配などの作業を行う移動装置が普及しつつある。これらの移動装置には、移動用の経路の生成や移動環境における自己位置認識をするための地図情報が必要である。ところが、広い領域を表す地図を生成するには、多数の環境物の正確な位置測定のために多大の工数を要する。そこで、移動装置が移動しながら環境を認識し、認識した情報を地図情報として登録することにより地図を生成する自動地図生成の技術が開発されている。

上述のような地図生成方法として、例えば、ジョイスティックの操作信号によって移動する移動ロボットに走査型のレーザセンサを搭載し、そのレーザセンサによって、壁が存在する通路環境の形状を測定し、その計測結果と、デッドレコニング法で得た移動ロボットの位置および向きの推定値とから、壁に対応する線分を抽出することにより、移動ロボットが必要とする通路環境の地図を生成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、移動装置が移動する環境中に設置された複数のランドマークと、各ランドマーク間を接続するリンクとから構成したランドマーク地図、およびその生成方法が提案されている。この提案によると、あるランドマーク間の距離が最初に設定した値と違っても、その修正はリンクの情報を変更するだけでよく、ランドマークの追加・削除といった変更も比較的容易である、とされている。この場合、自律移動装置は、リンクに沿って順次ランドマークをたどって移動することになる（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−２６０７２４号公報 特開平１０−１４３２４３号公報

しかしながら、上述した特許文献１，２に示されるような地図の生成方法においては、次のような問題がある。すなわち、ループ状の移動経路のための地図を生成する場合に、地図生成の開始地点と、地図を生成しながらループ状の移動経路を一周した後に到達した終了地点とが、移動中に発生する移動装置の位置認識誤差によって合致しない、という問題がある。また、移動経路の途中に地図情報を観測できない箇所があると、開始地点と終了地点との位置ずれの程度が増大する。最悪の場合には、地図の生成が不可能となることがある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、ループ状の移動経路に沿う稼動領域に対しても容易に精度良く各部分領域の地図を整合させた地図とすることができる自律移動装置用の地図生成システムおよび地図生成方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、地図の生成に必要な情報を入力するための入力手段と、前記入力手段を介して入力された情報を記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された情報を編集して自律移動装置が移動するために必要な移動用地図を生成する地図情報編集手段と、を備えた地図生成システムにおいて、前記移動用地図は、自律移動装置の稼動領域を構成する複数の部分領域毎に設定されてそれぞれ少なくとも１つの特徴点を有する部分地図の集合として生成されるものであり、前記各部分地図が、実測または設計値によるそれぞれの特徴点の相互の位置関係に基づいて相互の配置を決定されて前記記憶手段に記憶され、前記各特徴点間の幾何学的な配置を決定する拘束条件が、予め決定されて前記入力手段を介して前記記憶手段に記憶されることにより、前記地図情報編集手段は、前記いずれかの特徴点の座標が更新された場合に、その特徴点と拘束関係にある特徴点の座標を前記拘束条件を用いて更新し、さらにその新たに更新された特徴点に対して同様に拘束条件を用いて順次更新を行うと共に、更新した特徴点の更新量に応じて、それぞれ更新された特徴点を含む部分地図におけるそれぞれ位置を示す点の座標で表現された地図情報を更新するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の地図生成システムにおいて、自己の位置および向きを変化させて移動するための移動手段と、周囲環境を認識すると共に前記部分地図の生成に必要な情報を周囲環境から取得する環境認識手段と、自己の位置を認識すると共に前記特徴点間の相互の位置関係を実測する自己位置認識手段と、を備えた自律移動装置に組み込まれ、地図の生成に必要な情報として、前記環境認識手段によって取得された情報および前記自己位置認識手段によって決定された前記特徴点間の位置関係の情報が、前記入力手段を介して前記記憶手段に入力されるものである。

請求項３の発明は、自律移動装置が移動するために必要な移動用地図を生成する地図生成方法であって、自律移動装置の稼動領域の部分領域に対応する、それぞれ少なくとも１つの特徴点を有する複数の部分地図を生成する工程と、前記各部分地図に含まれる特徴点間の相互の位置関係の情報を取得する工程と、稼動領域における幾何学的な配置に基づいて前記各特徴点間の位置関係を拘束条件として決定する工程と、前記拘束条件に基づいて前記特徴点間の位置関係の情報を更新することにより、更新した位置関係によって前記部分地図を相互に結合した移動用地図を生成する工程と、を含むものである。

請求項１の発明によれば、各部分地図の位置関係を各特徴点間の拘束条件に基づいて更新して部分地図を相互に結合した移動用地図を生成するので、ループ状の移動経路に沿って得られた地図情報に基づく地図であっても、後処理によって、容易に精度良く各部分領域の地図を整合させた地図とすることができる。また、この地図生成システムによると、自動地図生成の技術を用いる場合に、互いに離れた領域における部分地図を生成するために移動する各領域間であって拘束条件を設定できる移動区間においては、比較的ラフな地図情報を取得すればよく、必要な場所で重点的に高精度の位置測定を行って地図情報を取得すればよいので、地図情報の取得に要する工数を低減できる。

請求項２の発明によれば、別途に地図情報取得用の移動装置を備える必要がなく、また、稼動環境の変更などに際して、その稼動環境における当事者である自律移動装置が自ら地図情報を取得して地図を生成できるので、自律移動装置が、稼動環境の変化に柔軟に対応できる。

請求項３の発明によれば、各部分地図の位置関係を各特徴点間の拘束条件に基づいて更新して部分地図を相互に結合した移動用地図を生成するので、ループ状の移動経路に沿って得られた地図情報に基づく地図であっても、後処理によって、容易に精度良く各部分領域の地図を整合させた地図とすることができる。また、この地図生成方法によると、互いに離れた部分地図に対応する領域間であって拘束条件を設定できる区間の地図情報が比較的ラフなものでよいので、地図生成のコストを低減できる。

以下、本発明の実施形態に係る自律移動装置用の地図生成システムおよび地図生成方法について、図面を参照して説明する。

図１は地図生成システムの構成を示し、図２は同システムを組み込んだ自律移動装置の構成を示し、図３は同システムが対象とする地図生成領域の例を示し、図４は生成された地図の例を示し、図５は一実施形態に係る地図生成方法の処理のローチャートを示す。

地図生成システム１は、図１に示すように、地図の生成に必要な情報（地図情報）を入力するための入力手段２と、入力手段２を介して入力された情報を記憶するための記憶手段３と、記憶手段３に記憶された情報を編集して自律移動装置１０（図２参照）が移動するために必要な移動用地図を生成する地図情報編集手段４と、を備えている。

次に、自律移動装置１０に組み込まれた地図生成システム１の例を説明する。図２に示すように、自律移動装置１０は、自己の位置および向きを変化させて移動するための移動手段１１と、周囲環境を認識すると共に部分地図（後述のＧ１等）の生成に必要な情報を周囲環境から取得する環境認識手段１２と、環境認識手段１２で手得した環境の情報と記憶手段１４に記憶された稼動領域の地図情報のうち位置認識用情報（例えばラインセグメント）とに基づいて移動中の自己の位置を認識する自己位置認識手段１３と、不図示の（通信または直接指示による）インターフェース手段を介して移動の指示が与えられると、必要に応じて記憶手段１４に記憶された稼動領域の地図情報のうち経路生成用情報（例えば目的地の座標や経路生成用ノード座標やノードの接続関係）に基づいて移動のための経路を生成し、生成した経路に沿って移動を行うように移動手段１１を制御する制御手段１５と、装置電源および移動手段１１の駆動源として用いられる電池１６と、を備えている。制御手段１５は、インターフェース手段から移動量が与えられるときには、その移動量の分だけの経路を生成する。

また、自律移動装置１０に組み込まれた地図生成システム１の記憶手段３には、入力手段２を介して入力された（後述の）特徴点の位置と部分地図名（図４のＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）、部分地図名と関連付けられた環境情報、部分地図上の特徴点の間の拘束条件などが記憶されている。環境情報を地図情報として登録するとき、地図情報と環境情報の照合によって位置認識されていない場合は、新しい部分地図名が付けられる。また、環境情報と既存の地図情報を照合しながら新たな地図情報が得られる場合は、その既存の地図情報と同じ部分地図名が新たな地図情報に付けられる。

自律移動装置１０は、作業員と協同して稼動領域現場における地図情報を取得することができる。例えば、ノードや目的地の座標を取得する場合に、自律移動装置１０をその場所まで移動させ、位置の認識ができている状態で、不図示の入力用インターフェース上に配置された、例えば、目的地入力ボタンやノード入力ボタンを押すことにより、ノードや目的地の座標（目的地の場合は方向も）が、制御手段１５から入力手段２を介して取得され、位置認識に用いた地図情報の部分地図名とともに、記憶手段３に記憶される。特徴点についても、目的地やノードと同様に座標が取得されて記憶手段３に記憶される。

図３は自律移動装置の稼動領域Ａの例を示し、このような稼動領域Ａについて地図生成システム１が移動用地図を生成する。稼動領域Ａは、基本的には、自律移動装置が、移動することができ、存在することができる領域として予め設定されている領域であり、その領域内で、障害物を避けるために移動したり、指定された作業を行ったりすることが想定されている領域である。図３に示す稼動領域Ａのうち、例えば、境界Ｗ１，Ｗ２等によって囲まれた内部領域が実際に移動可能な領域である。境界Ｗ１，Ｗ２等として、例えば、壁、柵、塀などによって明示的に構成されたものや、地図上に移動不可領域の限界線として構成されたものが含まれる。図中には、自律移動装置の移動経路Ｒ１〜Ｒ６が示されている。

上述の地図生成システム１において生成される移動用地図は、上述の図３に示す稼動領域Ａの要所々々における部分領域ａ１〜ａ５に対する部分地図の集合として生成される。すなわち、図４に示すように、部分地図Ｇ１等の集合として生成される。部分地図Ｇ１〜Ｇ５は、自律移動装置の稼動領域Ａを構成する複数の部分領域ａ１〜ａ５に対する部分地図として設定される地図である。このような部分地図Ｇ１等は、それぞれ少なくとも１つの特徴点Ｎ１１等を有する。各特徴点や部分地図Ｇ１等は、例えば、移動体による自動地図生成の技術等を用いて実測に基づいて生成される他、必ずしも実測によらずに、設計値に基づいても生成される。

図４は、自律移動装置がループ状の移動経路Ｒ１〜Ｒ６に沿って移動する場合を示している。そして、ほぼ直線の移動経路Ｒ１〜Ｒ６の始点終点を含む領域に、上述の部分地図Ｇ１〜Ｇ５が設定されている。なお、一般には、部分地図Ｇ１等は、必ずしも図４に示すような直線的な移動経路で結ばれている必要はなく、曲線を含む移動経路で結ばれていてもよい。部分地図Ｇ１〜Ｇ５の内部には、特徴点Ｎ１１〜Ｎ５が含まれている。

従って、隣接する各部分地図に含まれる特徴点同士を結合することにより、すなわち、同一座標系の上で、特徴点の位置関係を正しく設定することにより、部分地図が結合されて、稼動領域Ａの全体における移動用地図が生成される。この場合、部分地図内においては、特徴点の座標を含め、全ての地図情報が正しく設定されていると仮定されている。この仮定は、部分地図が比較的狭い範囲で構成されることから保証される。また、共通の座標系に対する各部分地図の方位も同様に正しく設定されていることが仮定されている。

上述の図４における部分地図には、例えば、部分地図Ｇ３にラインセグメントＬＳ１、また、部分地図Ｇ４にラインセグメントＬＳ２が地図情報として取得されている。ラインセグメントＬＳ１，ＬＳ２は、図３に示した境界Ｗ１の一部を示す地図情報であり、境界Ｗ１が平面壁等で構成されている場合に、これらは互いに同一直線上に配置される線分である。なお、ラインセグメントとは、地図上に線分状に示される環境固定物であり、その線分の両端点の座標や、１端点の座標と座標軸に対する角度等によって表わされる。

地図生成システム１は、特徴点間の拘束条件を用いて、上述のような部分地図を、整合性よく結合し直す。すなわち、地図生成システム１は、実測や設計値に基づく結合関係を修正して更新し、整合性のある結合関係とする。拘束条件は、例えば、図４における特徴点Ｎ３，Ｎ４を結ぶ直線がＸ軸に平行であるとすると、このような幾何学条件を特徴点Ｎ３，Ｎ４間の拘束条件とすることができる。これをさらに説明すると、上述のラインセグメントＬＳ１，ＬＳ２が、互いに同一直線上に位置するという条件により、この条件を特徴点Ｎ３，Ｎ４間の拘束条件とすることができる。なお、座標軸との平行性は、特殊な拘束条件であって、一般的には、座標軸と一定角度を持てば、これが拘束条件となる。

移動用地図の生成に当たり、まず、各部分地図の内部情報（地図情報）が決定され、その後、例えば、部分地図Ｇ１に対する部分地図Ｇ２の配置位置のように、各部分地図間の相互の配置が決定され、その相互の配置が決定された各部分地図Ｇ１等が記憶手段に記憶される。また、拘束条件（後述Ｎ１１Ｎ２等）も、記憶手段に記憶される。ここで、各部分地図Ｇ１等の相互の配置は、各部分地図Ｇ１等に含まれるそれぞれの特徴点Ｎ１１等の相互の位置関係に基づいて決定されている。

また、拘束条件は、隣り合う部分地図に含まれる特徴点間の位置関係を決定するものである。拘束条件は、後述するように、稼動領域Ａにおける特徴点の設定の仕方に基づいて予め決定され、入力手段２を介して記憶手段３に記憶される。拘束条件の具体例は、図６、図７、図８を参照する後述の実施例において説明する。

地図情報編集手段４は、上述の条件のもとで、特徴点Ｎ１１等の間の相対的な位置関係を、拘束条件に基づいて更新し、その更新した位置関係によって部分地図Ｇ１等を相互に結合し、この結合により移動用地図を生成する。すなわち、各部分地図が取得された初期の状態では、各部分地図間の相対的な位置関係は誤差を含んでいる可能性があり、そのような誤差は、特徴点間の正しい関係を保持する拘束条件によって更新される。また、既に形成されている移動用の地図に対して新たな部分地図を追加したり、特徴点の位置を部分地図内で定義し直して変更したりする場合に、新たな拘束条件や更新された拘束条件に基づいて、各部分地図間の相対的な位置関係の更新が行われる。地図情報編集手段４は、このような更新を行って移動用地図を生成する。

上述のように、拘束条件が更新または新たに設定されると、特徴点の位置が更新され、更新された特徴点が属する部分地図の地図情報が同様に更新される。すると、その更新された特徴点との間に拘束条件が設定されている他の部分地図の特徴点の位置も、その拘束条件を満足するように更新される。さらに、その新たに更新された特徴点の属する部分地図の地図情報が更新される。地図情報編集手段４は、このような手順を、更新対象がなくなるまで繰り返して移動用地図を生成する。

この地図生成システム１によれば、各部分地図の位置関係を各特徴点間の拘束条件に基づいて更新して部分地図から成る移動用地図を生成するので、ループ状の移動経路に沿う稼動領域に対しても、地図情報編集手段４による後処理によって、容易に精度良く各部分領域の地図を整合させた地図とすることができる。

また、この地図生成システム１によると、移動ロボットに搭載した走査型のレーザセンサ等とデッドレコニングとを用いて地図情報を取得するような自動地図生成の技術を用いる場合に、互いに離れた領域における部分地図を生成するために移動する各領域間であって拘束条件を設定できる移動区間においては、比較的ラフな地図情報を取得すればよく、必要な場所で重点的に高精度の位置測定を行って地図情報を取得すればよいので、地図情報の取得に要する工数を低減できる。

上述のような自律移動装置１０に組み込まれた地図生成システム１によれば、自律移動装置１０が自ら、地図情報としての位置座標を取得するので、地図情報の入力や更新を行う際に位置座標を別途入力する必要がなく、さらには、取得された情報がすぐさま自律移動のための情報に反映できるので、情報入力の工数を削減することができる。特に、稼動環境の変更などに際して、その稼動環境における当事者である自律移動装置１０が自ら地図情報を取得して地図を生成できるので、自律移動装置１０が、稼動環境の変化に柔軟に対応できる。

次に、地図生成システム１を用いた地図生成方法を、図５に示すフローチャートに従って、説明する。なお、図１〜図４を適宜参照する。この地図生成方法は、自律移動装置１０が移動するために必要な移動用地図を生成する方法であって、自律移動装置１０の稼動領域Ａの部分領域に対応する、それぞれ少なくとも１つの特徴点（Ｎ１１等）を有する複数の部分地図（Ｇ１等）を生成する工程Ｓ１を含んでいる。

上述の工程Ｓ１は、地図生成の対象となる稼動領域Ａの環境や、採用する地図情報の種類や配置に応じて実行される。また、複数の部分地図を生成するので、工程Ｓ１その部分地図の生成数に応じて繰り返される。

この地図生成方法は、さらに、稼動領域Ａにおける環境構成物や、そこに形成される移経路の幾何学的な配置に基づいて、各特徴点間の位置関係を拘束条件として決定する工程Ｓ２と、拘束条件に基づいて特徴点間の位置関係の情報を更新することにより、更新した位置関係によって記憶手段１４に記憶された稼動領域の全体地図を更新し、確定した移動用地図を生成する工程Ｓ３と、を含んでいる。

上述の工程Ｓ２は、その後の工程Ｓ３よりも前に実行されればよい。従って、工程Ｓ２は、工程Ｓ１よりも以前に、または同時に実行することができる。つまり、拘束条件を決定するための特徴点を、実測ではなく設計図に基づいて決定する場合には、その拘束条件の決定については工程Ｓ１よりも以前に行うことができる。なお、地図生成における更新処理に関するより詳細な説明は、図９のフローチャートを参照して後述する。

この地図生成方法によれば、各部分地図の位置関係を各特徴点間の拘束条件に基づいて更新して部分地図を相互に結合した移動用地図を生成するので、ループ状の移動経路に沿って得られた地図情報に基づく地図であっても、後処理によって、容易に精度良く各部分領域の地図を整合させた地図とすることができる。また、この地図生成方法によると、互いに離れた部分地図に対応する領域間であって拘束条件を設定できる区間の地図情報が比較的ラフなものでよいので、地図生成のコストを低減できる。

（実施例１）
この実施例１では、拘束条件とその例について説明する。図６は実施例１による上述の地図生成システム１を用いた地図生成方法における部分地図と拘束条件の例を示す。上記同様に、図１〜図５を適宜参照する。地図生成システム１は、地図情報として少なくとも、自律移動装置１０が搭載する環境認識手段１２で認識可能であって移動環境に存在する特徴物の位置を記憶している。

上述の特徴物には、例えば、壁や回帰反射板などがある。壁は、走行方向の水平面をスキャンするレーザレンジファインダによるデータを処理して認識される。また、回帰反射板は、レーザレンジファインダが受光した光量を評価して、反射光量の損失度合いが小さいことにより認識される。また、ＣＣＤカメラで撮像した画像を処理して得ることができる反射率や形状を持つマークなどもある。

地図生成システム１は、地図情報を入力する手段およぴその地図情報の属する部分地図名を入力する手段（入力手段２、および自律移動装置１０の環境認識手段１２、自己位置認識手段１３）を有する。自律移動装置１０の稼動領域Ａ全体の地図情報は、複数の部分地図毎の地図から構成される。各部分地図は、自律移動装置１０が走行する場合に、隣り合う部分地図との拘束条件を設定するための、少なくとも１つの特徴点を持つ。

拘束条件は、特徴点間の組によって定義される。従って、拘束条件は、各特徴点の名前を用いて、部分地図Ｇｎの特徴点Ｎｎと部分地図Ｇｍの特徴点Ｎｍとの間の拘束条件は、ＮｎＮｍ、のように表される。この拘束条件に、自律移動装置がたどる順番の情報をいれる場合には、名前の順番で示すことができる。従って、ＮｎＮｍは、ＮｍＮｎとは逆の移動順番を示すことになる。

拘束条件が、特徴点間の方向と距離とによって定義される場合は、例えば、ＮｎＮｍは、特徴点Ｎｎから特徴点Ｎｍに向かうベクトル量、すなわち、大きさと方向とを備えた数学的な量となる。

拘束条件がベクトルによって表される場合には、図６に示すように、地図座標系ＸＹ上で、隣り合う部分地図の特徴点間の座標の変化量によって表される。部分地図Ｇ３の特徴点Ｎ３から部分地図Ｇ１の特徴点Ｎ１１への変化量が、Δｘ，Δｙであり、拘束条件Ｎ３Ｎ１１は、Ｎ３Ｎ１１＝（Δｘ，Δｙ）、と表される。また、上述したように、Ｎ１１Ｎ３＝（−Δｘ，−Δｙ）である。

拘束条件は、一般に、その隣り合う部分地図の特徴点間の地図座標上での関係であればよく、必ずしもベクトル量とはならない。拘束条件は、稼動領域における環境構成物や、そこに形成される移動経路の幾何学的な配置（例えば、移動経路がＸ軸方向に平行となる配置など）に基づいて、各特徴点間の位置関係を決めるものである。

特徴点Ｎｎと特徴点Ｎｍとの間の拘束条件を、地図座標系ＸＹ上におけるＸ軸方向の拘束条件αと、Ｙ軸方向の拘束条件βとに分けて、ＮｎＮｍ＝（α，β）、と表すことにする。上述のＮ１１Ｎ２＝（Δｘ，Δｙ）は、α＝Δｘ，β＝Δｙの例である。拘束条件がない場合は、α，βなどを通常の条件範囲外の数値、例えば、９９９とする。

そこで、例えば、Ｘ軸方向にのみ拘束条件がある場合は、ＮｎＮｍ＝（Δｘ，９９９）、とされ、Ｘ座標が等しいという拘束条件であれば、ＮｎＮｍ＝（０，９９９）、とされる。

この様な拘束条件は、例えば、Ｘ軸方向やＹ軸方向の座標値の比例関係に基づく拘束としてもよい。この場合、例えば、ＮｎＮｍ＝（Δｘ，Δｘ×α）、αは比例定数、などと表される。特徴点間に拘束関係がない場合には、ＮｎＮｍ＝（９９９，９９９）、と表される。

記憶手段３に記憶されている地図情報は、図７に示すようなデータ構造をしている。入力手段２を介して入力される地図情報は、自律移動装置１０からリアルタイムで入力される地図情報や、過去に取得されたり、他の生成システムで作成されて保存されたものから読み込まれる地図情報である。このような地図情報は、記憶手段３に記憶されている。

（実施例２）
この実施例２では、図７に示す地図情報のデータ構造について説明する。欄ａのデータは、部分地図名である。欄ｂデータは、特徴点のｘｙ座標値である。この例では、部分地図Ｇ１に２つの特徴点が設定されている。欄ｃのデータは、位置認識用のラインセグメントＬＳの始点終点のｘｙ座標値である。ラインセグメントＬＳは、図６における部分地図Ｇ２に示すように、稼動領域の平面に壁の位置を投影して示すために、壁を線分（すなわちラインセグメント）に置き換えたものである。このデータは、ラインセグメントの数だけ記憶されている。

欄ｄのデータは、部分地図に含まれる目的地の名称、ｘｙ座標値、およびその目的地における自律移動装置の停止方向を定義する角度データであり、目的地の数だけ記憶されている。目的地は、自律移動装置が、移動中に、適宜停止して、移動障害物を回避したり、その場で搬送物の受け渡しなどの作業を行ったりするための位置を設定した地点である。

欄ｅのデータは、経路生成用のノードの名称、およびｘｙ座標値であり、ノードの数だけ記憶されている。また、図７には示していないが、各ノード間の連結情報が、地図情報として記憶されている。ノード間の連結情報は、例えば、ノードｎｄ１とノードｎｄ２について、互いに連結可能かどうか、すなわちそのノード間を連結して経路を生成できるかどうか、また、連結可能な場合、双方向連結可能かどうか、一方通行の場合にはどちらからどちらに移動可能か、などの情報から成る。自律移動装置は、地図情報に基づいて、このようなノードを順番にたどるように接続することにより移動経路を生成し、その移動経路に沿って移動する。

上述の欄ａ〜ｅのデータは、１つの部分地図に対応するデータである。記憶手段３には、このようなデータが、部分地図の数だけ記憶されている。なお、各座標値は、稼動領域に設定した全ての部分地図に共通の座標系に基づく値である。

（実施例３）
この実施例３では、拘束条件による移動用地図の編集について説明する。図８は部分地図とその間の拘束条件の例を示す。上記同様に、図１〜図５を適宜参照する。この例では、部分地図Ｇ１〜Ｇ４が、それぞれの特徴点Ｎ１〜Ｎ４をループ状に接続して、移動用地図を生成する構成となっている。

地図生成システム１の地図情報編集手段４は、拘束条件を用いて特徴点間Ｎ１〜Ｎ４の相対的な位置関係を更新することにより、その更新された位置関係によって部分地図Ｇ１〜Ｇ４を相互に結合されて成る移動用地図を生成する。

拘束条件による特徴点間Ｎ１〜Ｎ４の位置関係の更新は、互いに隣接する特徴点間において順番に行われる。すなわち、図８の場合、特徴点Ｎ１とＮ２、特徴点Ｎ２とＮ３、特徴点Ｎ３とＮ４のように行われる。ここで、拘束条件ＮｎＮｍの場合、特徴点Ｎｎを基準側と呼ぶことにする。

拘束条件ＮｎＮｍによる位置関係の更新は、基準側でない部分地図Ｇｍの特徴点Ｎｍの座標を、拘束条件に基づいて変更し、その変更量をその部分地図Ｇｍに属する地図情報の全てに反映させる。

なお、上述の拘束条件ＮｎＮｍ、および拘束条件ＮｍＮｎによる位置関係の更新によって特徴点の座標が変化した場合には、その特徴点と拘束条件のある特徴点の座標も、拘束条件に基づいて変更し、その変更された特徴点の部分地図に属する地図情報も、変更前の特徴点との相対関係を維持するように変更する。

図８に示すように、４つの部分地図Ｇ１〜Ｇ４によって地図が構成される場合に、例えば、部分地図Ｇ１の特徴点Ｎ１を更新開始特徴点として、特徴点Ｎ１の座標が（Δｘ，Δｙ）だけ更新された場合を考える。

特徴点Ｎ１との間で拘束条件のある特徴点は、部分地図Ｇ２の特徴点Ｎ２と部分地図Ｇ４の特徴点Ｎ４の２つである。

部分地図Ｇ２の特徴点Ｎ２の座標は、拘束条件Ｎ１Ｎ２＝（Δｘ，Δｙ）、に従って更新される。

次に、部分地図Ｇ３の特徴点Ｎ３の座標は、拘束条件Ｎ２Ｎ３＝（０，９９９）に従って、Ｎ３のｘ座標がＮ２のｘ座標と等しくなるように更新される。

特徴点Ｎ３との間で拘束条件のある特徴点Ｎ４は、拘束条件Ｎ３Ｎ４に従うと、特徴点Ｎ３のｘ座標が変化していないので、ｘｙ座標値の両方とも更新量が０となる。

特徴点Ｎ４は更新量が０であるため、その先の特徴点は処理の必要がない。また、処理したとしても、特徴点Ｎ１は、更新開始特徴点であるので、更新は行われない。

ところで、更新開始特徴点Ｎ１から見た特徴点Ｎ４の更新を考えると、特徴点Ｎ４の座標は、拘束条件Ｎ１Ｎ４＝（０，９９９）によって更新されることになる。特徴点Ｎ４は特徴点Ｎ３の拘束条件によっては更新されていないので、最終的に（Δｘ，０）によって更新されることになる。特徴点Ｎ４が更新されたが、特徴点Ｎ４と特徴点Ｎ３との拘束条件Ｎ３Ｎ４をみると、ｙ軸の変化では更新されることなく、ここで更新は終了する。

次に、図９のフローチャートを参照して、本発明の一実施形態に係る地図生成方法における地図データ更新を伴う移動用地図の生成を説明する。まず、処理する特徴点を記憶するためのメモリＡ，Ｂをクリアし（＃１）、その後、地図情報を入力する（＃２）。この地図情報には、既存データの他に、新規データや変更データも含まれる。なお、ここでいう地図情報には、経路生成のためのノード、環境固定物の座標（壁などを表すラインセグメントのデータの場合には方向を定義する角度）、特徴点の座標、隣接する部分地図における特徴点の間の拘束条件などの、地図生成に必要なデータが含まれるものとする。

ステップ＃２によって入力されたデータのうち、変更された特徴点をメモリＡに記憶する（＃３）。

次に、拘束条件が新規に設定または変更されたかどうか、すなわち拘束条件が更新されたかどうかを調べる（＃４）。データ入力によって拘束条件が更新されている場合（＃４でＹｅｓ）、更新された拘束条件の従属側の部分地図を更新し（＃５）、この更新によって新たに更新された特徴点をメモりＡに記憶する（＃６）。このステップ＃５，＃６は、拘束条件の更新が複数ある場合は、その複数回分繰り返して行う。

次に、上述のメモリＡに記憶された特徴点の数に応じた回数分について、ループＬＡ１，ＬＡ２の繰り返し処理を行う。このループの中で、注目している特徴点の従属側の特徴点を、両特徴点の拘束条件によって更新、すなわち座標値の修正を行う（＃７）。その後この更新処理によって新たに座標値を更新された特徴点をメモリＢに記憶する（＃８）。

その後、上述のメモリＢに記憶された特徴点の数に応じた回数分について、ループＬＢ１，ＬＢ２の繰り返し処理を行う。このループの中で、注目している特徴点の従属側の特徴点の更新と、部分地図のデータの更新とを行う（＃９）。但し、この場合は、メモリＡの特徴点については更新処理は行わない。その後、この更新処理によって新たに座標値を更新された特徴点をメモリＢに記憶し（＃１０）、この更新の元になった（被従属側の）特徴点をメモリＢから削除する（＃１１）。これらのステップ＃９，＃１０，＃１１が、ループＬＢ１，ＬＢ２で繰り返される。

上記ステップ＃７，＃８、およびループＬＢ１，ＬＢ２が、ループＬＡ１，ＬＡ２によって繰り返えされた後、処理が終了して、地図データ更新が行われた移動用地図が生成される。

なお、本地図生成システムは、ＣＰＵやメモリや外部記憶装置や表示装置や入力装置などを備えた一般的な構成を備えた電子計算機上のプロセス又は機能の集合を構成要素することができる。また、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を矛盾のない範囲で互いに組み合わせた構成とすることができ、そのような組合せ可能な構成の実施形態は明記されていなくても当然に本発明に含まれる。なお、特徴点は、拘束条件によって処理される対象であるので、必ずしも、自律移動装置の実際の移動可能領域に設定する必要はなく、位置の把握や計算など操作上で便利なように、例えば、壁の内部などにも設定することができる。

本発明の一実施形態に係る地図生成システムのブロック構成図。 同上地図生成システムを組み込んだ自律移動装置のブロック構成図。 同上地図生成システムが対象とする領域の例を示す図。 図３の領域について生成した地図の概要を説明する図。 一実施形態に係る地図生成方法の処理を示すフローチャート。 同上地図生成方法における部分地図と拘束条件の例を示す図。 同上地図生成方法における地図情報のデータ構造を示す図。 同上地図生成方法における部分地図と拘束条件の他の例を示す図。 同上地図生成方法における地図データ更新のフローチャート。

符号の説明

１ 地図生成システム
２ 地図情報入力手段
３ 記憶手段
４ 地図情報編集手段
１０ 自律移動装置
１１ 移動手段
１２ 環境認識手段
１３ 自己位置認識手段
Ｇ１〜Ｇ５ 部分地図
Ｎ１〜Ｎ５，Ｎ１１，Ｎ１２ 特徴点
ＮｎＮｍ 拘束条件

Claims (3)

1. 地図の生成に必要な情報を入力するための入力手段と、前記入力手段を介して入力された情報を記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された情報を編集して自律移動装置が移動するために必要な移動用地図を生成する地図情報編集手段と、を備えた地図生成システムにおいて、
   前記移動用地図は、自律移動装置の稼動領域を構成する複数の部分領域毎に設定されてそれぞれ少なくとも１つの特徴点を有する部分地図の集合として生成されるものであり、
   前記各部分地図が、実測または設計値によるそれぞれの特徴点の相互の位置関係に基づいて相互の配置を決定されて前記記憶手段に記憶され、
   前記各特徴点間の幾何学的な配置を決定する拘束条件が、予め決定されて前記入力手段を介して前記記憶手段に記憶されることにより、
   前記地図情報編集手段は、前記いずれかの特徴点の座標が更新された場合に、その特徴点と拘束関係にある特徴点の座標を前記拘束条件を用いて更新し、さらにその新たに更新された特徴点に対して同様に拘束条件を用いて順次更新を行うと共に、更新した特徴点の更新量に応じて、それぞれ更新された特徴点を含む部分地図におけるそれぞれ位置を示す点の座標で表現された地図情報を更新することを特徴とする地図生成システム。
2. 自己の位置および向きを変化させて移動するための移動手段と、周囲環境を認識すると共に前記部分地図の生成に必要な情報を周囲環境から取得する環境認識手段と、自己の位置を認識すると共に前記特徴点間の相互の位置関係を実測する自己位置認識手段と、を備えた自律移動装置に組み込まれ、
   地図の生成に必要な情報として、前記環境認識手段によって取得された情報および前記自己位置認識手段によって決定された前記特徴点間の位置関係の情報が、前記入力手段を介して前記記憶手段に入力されることを特徴とする請求項１に記載の地図生成システム。
3. 自律移動装置が移動するために必要な移動用地図を生成する地図生成方法であって、
   自律移動装置の稼動領域の部分領域に対応する、それぞれ少なくとも１つの特徴点を有する複数の部分地図を生成する工程と、
   前記各部分地図に含まれる特徴点間の相互の位置関係の情報を取得する工程と、
   稼動領域における幾何学的な配置に基づいて前記各特徴点間の位置関係を拘束条件として決定する工程と、
   前記拘束条件に基づいて前記特徴点間の位置関係の情報を更新することにより、更新した位置関係によって前記部分地図を相互に結合した移動用地図を生成する工程と、を含むことを特徴とする地図生成方法。

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