JP2010086416A - 自律移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設定ポイントを含む信頼性の高い環境地図をより少ない負荷で作成することができ、かつ、該環境地図を用いてより正確な自律移動を行うことが可能な自律移動装置を提供する。
【解決手段】 自律移動装置１を構成する電子制御装置３０は、周囲の物体との距離・角度情報から作成される局所地図及びオムニホイール１３の移動量に基づいて自己位置を推定する自己位置推定部３２と、ジョイスティック２１による誘導移動中に自己位置及び局所地図から移動領域の環境地図を作成する環境地図作成部３３と、誘導移動中に自機が所定の設定ポイントに到達したときに、自己位置を設定ポイントの位置座標として登録する登録スイッチ２３と、環境地図及び設定ポイントを記憶する記憶部３４と、記憶部３４に記憶されている環境地図上の設定ポイントを利用して移動経路を計画する経路計画部３５と、移動経路に沿って自律移動するように制御する走行制御部３６とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動経路を計画するとともに、該移動経路に沿って自律して移動する自律移動装置に関する。

従来から、周囲環境の中を自律して移動する自律移動装置が知られている。自律移動装置が周囲環境の中を自律して移動するためには、移動空間内の物体（障害物）が存在する領域と存在しない領域とを表した環境地図が必要となる。このような環境地図の取得方法については種々の方法が考案されている。ここで、特許文献１には、周囲の環境をランドマークを利用した地図で表現する技術が開示されている。この技術では、例えば、移動領域がオフィスである場合には、廊下のコーナーや分岐点、部屋の中心、部屋のドアの入口や出口等の自律移動ロボット装置が通過可能な位置にランドマークが設置される。一方、移動しつつ、リアルタイムで自己位置の推定と環境地図の作成とを行う技術としてＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）が知られている。ここで、特許文献２には、ＳＬＡＭを利用し、レーザレンジファインダ（又はカメラ）による距離計測の結果得られた地形データを用いて地形図（環境地図）を生成する移動ロボットが開示されている。
特開平１０−１４３２４３号公報 特開平７−１２９２３８号公報

上述した特許文献１記載のランドマークを利用して環境地図を作成する技術では、ランドマークの設置等に対するユーザ負荷が高く、環境地図の作成に多大な手間（労力、工数）が必要となる。一方、ＳＬＡＭを利用して環境地図を作成する方法では、例えば、予め準備された環境地図上に設定ポイント（例えばスタート地点、目標通過地点、ゴール地点）を設定しようとすると、実際の位置とずれるおそれがある。そのため、実環境に対する合わせこみが必要となることもある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、環境地図上の設定ポイントを含む、信頼性の高い環境地図をより少ない負荷で作成することができ、かつ、該環境地図を用いてより正確な自律移動を行うことが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る自律移動装置は、自機の周囲に存在する物体の位置情報を取得する物体情報取得手段と、物体情報取得手段により取得された物体の位置情報から、自機周辺の局所地図を作成する局所地図作成手段と、自機を移動させる移動手段と、局所地図作成手段により作成された局所地図、及び移動手段の移動量に基づいて、自己位置を推定する自己位置推定手段と、を備える自律移動装置において、ユーザの操作に基づき移動手段を駆動して自機を誘導する誘導手段と、誘導手段による誘導中に、自己位置推定手段により推定された自己位置及び局所地図から、移動領域の環境地図を作成する環境地図作成手段と、誘導手段による誘導中に、自機が所定の設定ポイントに位置しているときの自己位置を、設定ポイントの位置座標として登録するように教示する教示手段と、環境地図及び設定ポイントを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶されている環境地図上の設定ポイントを利用して、移動経路を計画する経路計画手段と、経路計画手段により計画された移動経路に沿って自律移動するように移動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る自律移動装置によれば、ユーザの操作に従って自機が誘導されているときに環境地図が作成されるとともに、誘導されて所定の設定ポイント（例えば、エレベータ前などゴールになる候補）に到達したときに、そのときの実際の自己位置が環境地図上の設定ポイントの位置座標として登録される。そのため、自律移動装置の稼動領域内を誘導しつつ、設定ポイントを登録するだけで、実際の移動環境に対するずれがない設定ポイントを含む環境地図を作成することができる。また、本発明に係る自律移動装置によれば、作成されて記憶されている環境地図上の設定ポイントが利用されて移動経路が計画され、その移動経路に沿って自律移動するように移動手段が制御される。そのため、例えば、設定ポイントを、ゴール地点として移動経路を計画すれば、実際の移動領域とのずれが少ない移動経路を計画し、再現性よく自律移動することができる。その結果、本発明に係る自律移動装置によれば、環境地図上の設定ポイントを含む、信頼性の高い環境地図を簡易に作成することができ、かつ、該環境地図を用いてより正確な自律移動を行うことが可能となる。

本発明に係る自律移動装置は、移動経路に沿って自律移動する際に、移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図を作成する差分地図作成手段と移動経路に沿って自律移動する際に、差分地図作成手段により作成される差分地図と、環境地図との加算結果に基づいて、動的環境地図を作成する動的環境地図作成手段とをさらに備え、移動経路に沿って自律移動する際に、自己位置推定手段が、環境地図及び動的環境地図それぞれと、局所地図とを照合し、その照合結果に基づいて自己位置を推定し、差分地図作成手段が、動的環境地図と局所地図との加算結果と、環境地図との差分に基づいて、差分地図を更新することが好ましい。

この場合、移動経路に沿って移動する際に、移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図が作成されるとともに、環境地図と差分地図との加算結果から動的環境地図が作成される。また環境地図及び動的環境地図それぞれと局所地図とが照合され、その照合結果に基づいて自己位置が推定される。自律移動中は差分地図のみが更新され、信頼度の高い環境地図は書き換えられることなく保持されるため、例えば推定された自己位置が実際の自己位置とずれている場合等に、信頼度の高い環境地図を誤って書き換えてしまうことを防止することができる。また、例えば推定された自己位置が実際の自己位置と一時的にずれたとしても、復帰することが可能となる。また、移動領域内に環境変化があった場合、例えば移動体が自機の近傍を通過したり、通路上に新たな物体が置かれたりした場合には、その変化が差分地図として抽出され、動的環境地図に反映される。そのため、移動環境の環境変化に対応することが可能となる。

本発明に係る自律移動装置では、教示手段が、設定ポイントの登録ととともに、該設定ポイントの属性情報を登録するように教示することが好ましい。このようにすれば、設定ポイントに対応付けて、該設定ポイントの属性情報（例えば、エレベータ前、会議室前、非常階段前等）を登録することが可能となる。

本発明によれば、環境地図上の設定ポイントを含む、信頼性の高い環境地図をより少ない負荷で作成することができ、かつ、該環境地図を用いてより正確な自律移動を行うことが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、図１を用いて、第１実施形態に係る自律移動装置１の構成について説明する。図１は、自律移動装置１の構成を示すブロック図である。

自律移動装置１は、ユーザの遠隔操作に従って自機が誘導されているときにＳＬＡＭを用いて移動空間（領域）の環境地図（障害物が存在する領域と存在しない領域を表したグリッドマップ）を作成するとともに、誘導されて所定の設定ポイントに到達したときに、そのときの実際の自己位置を環境地図上の設定ポイントの位置座標として登録する機能を有する（本機能を実行するモードを「据付モード」と呼ぶ）。また、自律移動装置１は、作成されて記憶されている環境地図上の設定ポイントを利用して移動経路を計画するとともに、計画された移動経路に沿ってスタート地点（自機の現在地を含む）からゴール地点まで自律して移動する機能を有する（本機能を実行するモードを「搬送モード」と呼ぶ）。そのため、自律移動装置１は、その下部に電動モータ１２及び該電動モータ１２により駆動されるオムニホイール１３が設けられた本体１０と、周囲に存在する物体（例えば壁や障害物等）との距離を計測するレーザレンジファインダ２０と、自律移動装置１を誘導するとともに設定ポイントを登録するジョイスティック２１とを備えている。また、自律移動装置１は、据付モードにおける環境地図の作成、及び、搬送モードにおける移動経路の計画並びに該移動経路に沿った自律移動を統合的に司る電子制御装置３０を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。

本体１０は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体１０に、上述したレーザレンジファインダ２０、及び電子制御装置３０等が取り付けられている。なお、本体１０の形状は略有底円筒状に限られない。本体１０の下部には、４つの電動モータ１２が十字状に配置されて取り付けられている。４つの電動モータ１２のそれぞれの駆動軸１２Ａにはオムニホイール１３が装着されている。すなわち、４つのオムニホイール１３は、同一円周上に周方向に沿って９０°ずつ間隔を空けて取り付けられている。

オムニホイール１３は、電動モータ１２の駆動軸１２Ａを中心にして回転する２枚のホイール１４と、各ホイール１４の外周に電動モータ１２の駆動軸１２Ａと直交する軸を中心として回転可能に設けられた６個のフリーローラ１５とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、２枚のホイール１４は位相を３０°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ１２が駆動されてホイール１４が回転すると、６個のフリーローラ１５はホイール１４と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ１５が回転することにより、オムニホイール１３は、そのホイール１４の回転軸に平行な方向にも移動することができる。そのため、４つの電動モータ１２を独立して制御し、４つのオムニホイール１３のそれぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置１を任意の方向（全方向）に移動させることができる。すなわち、電動モータ１２及びオムニホイール１３は、特許請求の範囲に記載の移動手段として機能する。

４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａには、該駆動軸１２Ａの回転角度（すなわち駆動量あるいは回転量）を検出するエンコーダ１６が取り付けられている。各エンコーダ１６は、電子制御装置３０と接続されており、検出した各電動モータ１２の回転角度を電子制御装置３０に出力する。電子制御装置３０は、入力された各電動モータ１２の回転角度から、自律移動装置１の移動量を演算する。

レーザレンジファインダ２０は、自機の正面方向（前方）を向くようにして自律移動装置１の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ２０は、レーザ（検出波）を射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置１の周囲を中心角２４０°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ２０は、例えば壁や障害物等の物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ（反射波）の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間（伝播時間）を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。すなわち、レーザレンジファインダ２０は、特許請求の範囲に記載の物体情報取得手段として機能する。なお、レーザレンジファインダ２０は、電子制御装置３０と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置３０に出力する。

ジョイスティック２１は、ユーザの遠隔操作に従って自立移動装置１を誘導して移動させるための入力装置であり、自律移動装置１を誘導するための方向を指示する棒状のレバー２２と、環境地図上の設定ポイントを登録するための登録スイッチ２３とを有している。ユーザは、ジョイスティック２１のレバー２２を操作することにより、自律移動装置１に対して移動方向を指示し、自律移動装置１を誘導することができる。また、ユーザは、自律移動装置１を誘導しつつ、所定の設定ポイント（例えば、スタート地点候補、目標通過地点候補、ゴール地点候補）に到達したときに、登録スイッチ２３を押下げることにより、そのときの自己位置を設定ポイントの位置座標として登録することができる。さらにユーザは、設定ポイントの属性情報（例えば、エレベータ前、会議室前、非常階段前等）を登録するように教示することができる。すなわち、ジョイスティック２１を構成するレバー２２は特許請求の範囲に記載の誘導手段として機能し、登録スイッチ２３は特許請求の範囲に記載の教示手段として機能する。なお、ジョイスティック２１は、電子制御装置３０と接続されており、誘導制御（方向指示）信号、及び設定ポイント登録信号を電子制御装置３０に出力する。

電子制御装置３０は、自律移動装置１の制御を統合的に司るものである。電子制御装置３０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及び、その記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置３０は、レーザレンジファインダ２０、ジョイスティック２１とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ１２を駆動するドライバ回路等も備えている。

電子制御装置３０は、据付モードを実行することによりＳＬＡＭを用いて移動空間（領域）の環境地図を作成するとともに、環境地図上の設定ポイントの位置座標を登録する。また、電子制御装置３０は、搬送モードを実行することにより、設定ポイントを例えばゴール候補として移動経路を計画するとともに、計画された移動経路に沿ってスタート地点（自機の現在位置）からゴール地点まで自律して移動するように電動モータ１２を制御する。そのため、電子制御装置３０は、局所地図作成部３１、自己位置推定部３２、環境地図作成部３３、記憶部３４、経路計画部３５、走行制御部３６、センサ情報取得部３７、及び、障害物回避制御部３８等を備えている。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。

局所地図作成部３１は、レーザレンジファインダ２０からセンサ情報取得部３７を介して読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報（特許請求の範囲に記載の物体情報に相当）に基づいて、レーザレンジファインダ２０を原点にした自機周辺（レーザレンジファインダ２０の検知可能範囲内）の局所地図を作成する。すなわち、局所地図作成部３１は、特許請求の範囲に記載の局所地図作成手段として機能する。

自己位置推定部３２は、各エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、環境地図の座標系（絶対座標系）に座標変換した局所地図と、環境地図とを照合し、その結果に基づいて自己位置を推定する。すなわち、自己位置推定部３２は、特許請求の範囲に記載の自己位置推定手段として機能する。また、自己位置推定部３２は、ジョイスティック２１（登録スイッチ２３）から設定ポイント登録信号が入力されたときに、そのときの自己位置を環境地図上の設定ポイントの位置座標として記憶部３４に登録する。

環境地図作成部３３は、誘導移動時（据付モード実行時）に、ＳＬＡＭを利用して、移動空間（領域）の環境地図を作成する。すなわち、環境地図作成部３３は、特許請求の範囲に記載の環境地図作成手段として機能する。環境地図は、自律移動装置１の移動領域のグリッドマップであり、壁面等の固定物（物体）の位置が記録されている。ここで、グリッドマップは、水平面を所定の大きさ（例えば１ｃｍ×１ｃｍ）のセル（以下「単位グリッド」又は単に「グリッド」という）で分割した平面からからなる地図であり、単位グリッド毎に物体があるか否かを示す物体存在確率情報が与えられている。本実施形態では、物体（障害物）が有るグリッドにはその存在確率に応じて「０〜１」の値が与えられ、物体（障害物）が無いグリッドにはその存在確率に応じて「０〜−１」の値が与えられる。また物体（障害物）の有無が不明なグリッドには「０」が与えられる。

ここで、環境地図の作成方法をより具体的に説明すると、環境地図作成部３３は、まず、局所地図作成部３１から局所地図を取得するとともに、自己位置推定部３２から環境地図上の自己位置を取得する。次に、環境地図作成部３３は、レーザレンジファインダ２０を原点にした局所地図を、環境地図上の自己位置に基づいて、レーザレンジファインダ２０を原点にした座標系を自己位置をもとに環境地図の座標系（以下「絶対座標系」という）に座標変換することにより、局所地図（以下、座標変換された局所地図を「局所地図＠絶対座標系」という）を環境地図に投影する。そして、環境地図作成部３３は、自律移動装置１が誘導されて移動している間中この処理を繰り返して実行し、局所地図＠絶対座標系を環境地図に順次足し込んで行く（継ぎ足してゆく）ことにより移動空間（領域）全体の環境地図を作成する。なお、環境地図作成部３３は、自律移動時（搬送モード実行時）には、環境地図の作成・更新を停止する。

記憶部３４は、例えば、上述したバックアップＲＡＭ等で構成されており、環境地図作成部３３により作成された環境地図を記憶する。また、記憶部３４は、設定ポイントの位置座標、及び後述する経路計画部３５で計画される移動経路情報等を記憶する記憶領域を有しており、これらの情報も記憶する。すなわち、記憶部３４は、特許請求の範囲に記載の記憶手段として機能する。なお、記憶部３４は、ＳＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等であってもよい。

経路計画部３５は、自機の自己位置とユーザが選択した設定ポイント（記憶部３４に記憶されている環境地図上の設定ポイント（例えば、スタート地点、目標通過地点、ゴール地点））間を接続することにより自律移動装置１の移動経路を計画する。なお、設定ポイントをゴール地点として移動経路を計画する場合、自己位置が把握できているため、必ずしも設定ポイント同士を接続する必要はない。すなわち、経路計画部３５は、特許請求の範囲に記載の経路計画手段として機能する。より詳細には、経路計画部３５は、例えば、まず、環境地図に含まれる障害物領域の輪郭を、Ｍｉｎｋｏｗｓｋｉ和を利用して、自機の半径だけ拡張して拡張障害物領域を作成し、該拡張障害物領域を除く領域を、障害物と接触することなく移動することができる移動可能領域として抽出する。次に、経路計画部３５は、Ｈｉｌｄｉｔｃｈの細線化法を利用して、抽出した移動可能領域を細線化する。そして、経路計画部３５は、細線化された移動可能領域の中から、Ａ＊アルゴリズム（Ａスター・アルゴリズム）を利用して、設定ポイント（スタート地点、目標通過地点、ゴール地点）間をつなぐ最短経路を探索することにより移動経路を計画する。

走行制御部３６は、据付モード実行時に、ジョイスティック２１（レバー２２）から入力される誘導制御（方向指示）信号（すなわちユーザの操作）に従って自律移動装置１が移動する（誘導される）ように電動モータ１２を駆動する。一方、走行制御部３６は、搬送モード実行時に、障害物を回避しながら計画された移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律移動させるように電動モータ１２を制御する。すなわち、走行制御部３６は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。ここで、本実施形態では、搬送モード実行時に、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律移動させる制御方法として仮想ポテンシャル法を採用した。この仮想ポテンシャル法は、ゴール地点に対する仮想的な引力ポテンシャル場と、回避すべき障害物に対する仮想的な斥力ポテンシャル場とを作成して重ね合わせることで、障害物との接触を回避しつつゴール地点へ向かう方法である。より具体的には、走行制御部３６は、まず、自己位置に基づいてゴール地点へ向かうための仮想引力を計算する。一方、障害物回避制御部３８により、自己位置、移動速度、及び障害物の位置並びに速度に基づいて、障害物を回避するための仮想斥力が算出される。続いて、走行制御部３６は、得られた仮想引力と、仮想斥力とをベクトル合成することにより仮想力ベクトルを計算する。そして、走行制御部３６は、得られた仮想力ベクトルに応じて電動モータ１２（オムニホイール１３）を駆動することにより、障害物を回避しつつゴール地点へ移動するように自機の走行をコントロールする。

次に、図２、図３を併せて用いて自律移動装置１の動作について説明する。図２は、自律移動装置１による据付処理（据付モード）の処理手順を示すフローチャートである。また、図３は、自律移動装置１による搬送処理（搬送モード）の処理手順を示すフローチャートである。図２、図３に示される各処理は、主として電子制御装置３０によって行われるものであり、ユーザからの操作によって起動され、実行される。なお、図２に示される据付処理（据付モード）は、図３に示される搬送処理（搬送モード）に先立って実行される。

始めに、図２に示される据付処理（据付モード）の処理手順について説明する。なお、据付処理を開始する前に、事前準備として、誘導経路上に置かれた可動物を排除しておくことが好ましい。また、自律移動装置１を誘導しつつ環境地図を作成しているときには、移動体がレーザレンジファインダ２０の検知範囲に入らないようにすることが好ましい。

ステップＳ１００において、ユーザからの環境地図作成開始指示が受け付けられると、自律移動装置１が誘導されて移動を開始する。続くステップＳ１０２では、ＳＬＡＭを利用して、移動領域の環境地図が作成（又は更新）される。なお、環境地図の作成方法は上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

続いて、ステップＳ１０４では、ジョイスティック２１（レバー２２）から入力される誘導制御（方向指示）信号（すなわちユーザの操作）に従って自律移動装置１が誘導されて移動する。

次に、ステップＳ１０６では、ジョイスティック２１（登録スイッチ２３）から設定ポイント登録信号が入力されたか否かについての判断が行われる。ここで、設定ポイント登録信号が入力された場合には、ステップＳ１０８において、その地点の自己位置が環境地図上の設定ポイントの位置座標として登録される。一方、設定ポイント登録信号が入力されていないときには、ステップＳ１１０に処理が移行する。

ステップＳ１１０では、ユーザからの環境地図作成終了指示が受け付けられたか否かについての判断が行われる。ここで、環境地図作成終了指示が受け付けられていない場合には、ステップＳ１０２に処理が移行し、環境地図作成終了指示が受け付けられるまで、上述したステップＳ１０２〜ステップＳ１０８の処理が繰り返し実行される。一方、環境地図作成終了指示が受け付けられたときには、作成された設定ポイントを含む環境地図が記憶され、据付処理（据付モード）が終了する。

続いて、自律移動装置１による搬送処理（搬送モード）の処理手順について説明する。まず、ステップＳ２００において、ユーザからの経路計画指示が受け付けられると、ステップＳ２０２において、自律移動装置１の移動経路が計画される。すなわち、ユーザにより記憶部３４に記憶されている環境地図上の設定ポイント（スタート地点、目標通過地点、ゴール地点）の少なくとも１つが指定されることにより自律移動装置１の移動経路が計画される。なお、経路計画の方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ２０４では、自己位置推定が行われる。すなわち、レーザレンジファインダ２０の検出結果から環境地図作成部３１により局所地図が取得されるとともに、エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、複数の仮の自己位置が仮定される。取得された局所地図は、各仮の自己位置における局所地図＠絶対座標系に変換され、複数の局所地図＠絶対座標系が取得される。この複数の局所地図＠絶対座標系のそれぞれと環境地図とが照合され、各仮の自己位置における尤度が演算され、各仮の自己位置における尤度に対してベイズフィルタが適用されて（事前確率と尤度とが乗算されて）、各仮の自己位置における事後確率が算出される。算出された複数の事後確率のうち最も高いものが抽出され、これに対応する仮の自己位置が真の自己位置として推定される。この最も高い事後確率の抽出では、複数の事後確率分布間において最も高いピークを持つ事後確率を抽出してもよいし、あるいは最も期待値の高い事後確率を抽出してもよい。

続いて、ステップＳ２０６では、自律移動制御が実行され、障害物を回避しながら計画された移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律移動させるように電動モータ１２が制御される。上述したように、本実施形態では、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール地点まで移動させる制御方法として仮想ポテンシャル法を採用した。なお、仮想ポテンシャル法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

続くステップＳ２０８では、自機がゴール地点に到着したか否かについての判断が行われる。ここで、自機がゴール地点に到着していない場合には、ステップＳ２０４に処理が移行し、ゴール地点に到着するまで、上述したステップＳ２０４（自己位置推定）及びステップＳ２０６（自律移動制御）の処理が繰り返し実行される。一方、自機がゴール地点に到着したときには、搬送処理（搬送モード）が終了する。

本実施形態によれば、ユーザの操作に従って自機が誘導されているときに環境地図が作成されるとともに、誘導されて所定の設定ポイントに到達したときに、そのときの実際の自己位置が環境地図上の設定ポイントの位置座標として登録される。そのため、自律移動装置を移動させたい経路に沿って誘導しつつ、設定ポイントを登録するだけで、実際の移動環境に対するずれがない設定ポイントを含む環境地図を作成することができる。

また、本実施形態によれば、作成されて記憶されている環境地図上の設定ポイントが指定されて移動経路が計画され、その移動経路に沿って自律移動するように制御される。そのため、例えば、設定ポイントを、スタート地点及び／又はゴール地点として移動経路を計画すれば、実際の移動領域とのずれが少ない移動経路を計画し、再現性よく自律移動することができる。以上の結果、本実施形態によれば、環境地図上の設定ポイントを含む、信頼性の高い環境地図を簡易に作成することができ、かつ、該環境地図を用いてより正確な自律移動を行うことが可能となる。

（第２実施形態）
続いて、図４を用いて、第２実施形態に係る自律移動装置２の構成について説明する。図４は、自律移動装置２の構成を示すブロック図である。なお、図４において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

自律移動装置２は、上述した電子制御装置３０に代えて、電子制御装置４０を備えている点で自律移動装置１と異なっている。この電子制御装置４０は、差分地図作成部４１、動的環境地図作成部４２をさらに有する点、及び、自己位置推定部３２、記憶部３４に代えて自己位置推定部４３、記憶部４４を有している点で電子制御装置３０と異なっている。以下、これらの自律移動装置１と異なる構成要素について詳細に説明する。なお、その他の構成については、自律移動装置１と同一または同等であるので、ここでは説明を省略する。

動的環境地図作成部４２は、自機が移動経路に沿って自律移動する際に、後述する差分地図作成部４１により作成される差分地図と、上述した環境地図作成部３３により作成され、記憶部４４に記憶されている環境地図（以下「静的環境地図」という）とをグリッド毎に足し合わせて、現在の実環境を表す動的環境地図を作成する。すなわち、動的環境地図作成部４２は、特許請求の範囲に記載の動的環境地図作成手段として機能する。なお、静的環境地図の各グリッドに係数Ｐ１（例えば０．５）をかけたものと、差分地図の各グリッドに係数Ｐ２（例えば１．０）をかけたものとをグリッド毎に足し合わせることにより動的環境地図を作成するようにしてもよい。

差分地図作成部４１は、自機が移動経路に沿って自律移動する際に、動的環境地図と静的環境地図の差分、すなわち移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図を作成・更新する。より具体的には、差分地図作成部４１は、動的環境地図（ｔ−１：前回値）と局所地図＠絶対座標系（ｔ：今回値）とをグリッド毎に足し合わせた結果と、静的環境地図との差分をグリッド毎に求めることにより差分地図（ｔ：今回値）を作成（更新）する。すなわち、差分地図作成部４１は、特許請求の範囲に記載の差分地図作成手段として機能する。なお、差分地図の座標系は、静的環境地図と同じ（絶対座標）である。また、後述する記憶部４４に記憶される差分地図は、自機の周辺部のみであり、自機が移動するに従い通過した領域の差分地図は記憶部４４から消去される。なお、動的環境地図と局所地図＠絶対座標系とをグリッド毎に足し合わせた結果と、静的環境地図の各グリッドに係数Ｐ１（例えば０．５）をかけたものとの差分をグリッド毎に求めることにより差分地図を作成（更新）するようにしてもよい。この場合、上記係数Ｐ１を考慮し、動的環境地図の上限値を「０．５」下限値を「−０．５」に制限する。

記憶部４４は、静的環境地図に加えて差分地図を記憶する記憶領域を有しており、静的環境地図及び差分地図を記憶する。なお、動的環境地図は自己位置の推定（後述）が行われる間だけ一時的に作成・記憶され、記憶部４４には恒久的には記憶されない。

自己位置推定部４３は、自機が移動経路に沿って自律移動する際に、エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、静的環境地図及び動的環境地図それぞれと局所地図＠絶対座標系とを照合（グリッド毎にマッチング）し、その照合結果に基づいて（上述したステップＳ２０４と同様の処理を実行して）自己位置を推定する。より具体的に説明すると、まず、自己位置推定部４３は、局所地図＠絶対座標系に含まれるグリッドの値（物体存在確率）が１．０のグリッドを静的環境地図及び動的環境地図に投影して、局所地図＠絶対座標系のグリッドの値と、該グリッドに対応する静的環境地図及び動的環境地図それぞれのグリッドの値とを照合する。そして、グリッド毎により一致度の高い方の地図のグリッド値を採用し、採用されたグリッド値の平均をその位置（仮の自己位置）のスコア（尤度）とする。例えば、局所地図＠絶対座標系のグリッド値が１．０であり、静的環境地図のグリッド値が１．０、動的環境地図のグリッド値が０．５の場合には、静的環境地図のグリッド値１．０が採用される。また、例えば、局所地図＠絶対座標系のグリッド値が１．０であり、静的環境地図のグリッド値が−１．０、動的環境地図のグリッド値が０．３の場合には、動的環境地図のグリッド値０．３が採用される。そして、例えば、４つのグリッドについて、採用されたグリッド値が１．０，１．０，０．３，０．３であった場合には、それらの平均値０．６５が仮の自己位置でのスコアとなる。同様にして、仮の自己位置をＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、・・・としてスコアを求めていき、一番スコアが高い位置を自己位置と推定する。ここで、自己位置のスコア（尤度）を求める際には、グリッドの値（物体存在確率）が１．０のグリッドのみを対象とするのではなく、例えば、グリッド値（物体存在確率）が−１．０のグリッドを対象としてスコアを求めてもよいし、すべてのグリッドを対象としてスコアを求めてもよい。

次に、図５を参照しつつ自律移動装置２の動作について説明する。図５は、自律移動装置２による搬送処理（搬送モード）の処理手順を示すフローチャートである。図５に示される搬送処理は、主として電子制御装置４０によって行われるものであり、ユーザからの操作によって起動され、実行される。なお、自律移動装置２による据付処理（据付モード）の処理手順は、上述した自律移動装置１の場合と同一であるので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ３００において、ユーザからの経路計画指示が受け付けられると、ステップＳ３０２において、自律移動装置２の移動経路が計画される。すなわち、記憶部４４に記憶されている環境地図上の設定ポイント（スタート地点、目標通過地点、ゴール地点）が指定されることにより自律移動装置２の移動経路が計画される。なお、経路計画の方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ３０４では、自己位置推定が行われる。すなわち、エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、静的環境地図及び動的環境地図それぞれと局所地図＠絶対座標系とが照合（マッチング）され、その照合結果に基づいて（上述したステップＳ２０４と同様の処理が実行されて）自己位置が推定される。なお、自己位置の推定方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ３０６では、動的環境地図（ｔ−１：前回値）と局所地図＠絶対座標系（ｔ：今回値）との加算結果と、静的環境地図との差分から差分地図（ｔ：今回値）が作成（更新）される。続くステップＳ３０８では、静的環境地図と差分地図（ｔ：今回値）とがグリッド毎に足し合わされて動的環境地図（ｔ：今回値）が作成される。

続いて、ステップＳ３１０では、自律移動制御が実行され、障害物を回避しながら計画された移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律移動させるように電動モータ１２が制御される。上述したように、本実施形態では、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール地点まで移動させる制御方法として仮想ポテンシャル法を採用した。なお、仮想ポテンシャル法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

続くステップＳ３１２では、自機がゴール地点に到着したか否かについての判断が行われる。ここで、自機がゴール地点に到着していない場合には、ステップＳ３０４に処理が移行し、ゴール地点に到着するまで、上述したステップＳ３０４〜ステップＳ３１０の処理が繰り返し実行される。一方、自機がゴール地点に到着したときには、搬送処理（搬送モード）が終了する。

本実施形態によれば、移動経路に沿って自律移動する際に、移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図が作成されるとともに、環境地図と差分地図との加算結果から動的環境地図が作成される。また環境地図及び動的環境地図それぞれと局所地図＠絶対座標系とが照合され、その照合結果に基づいて（上述したステップＳ２０４と同様の処理が行われて）自己位置が推定される。自律移動中は差分地図のみが更新され、信頼度の高い環境地図は書き換えられることなく保持されるため、例えば推定された自己位置が実際の自己位置とずれている場合等に、信頼度の高い環境地図を誤って書き換えてしまうことを防止することができる。また、例えば推定された自己位置が実際の自己位置と一時的にずれたとしても、復帰することが可能となる。また、移動領域内に環境変化があった場合、例えば移動体が自機の近傍を通過したり、通路上に新たな物体が置かれたりした場合には、その変化が差分地図として抽出され、動的環境地図に反映される。そのため、移動環境のダイナミックな環境変化に対応することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、自律移動装置１，２を遠隔操作するための入力装置としてジョイスティック２１を用いたが、自律移動装置１，２を誘導するとともに、設定ポイントを登録することができればよく、キーボードやテンキーパッドなど他の形式のリモートコントローラ等を利用してもよい。

上記実施形態では、レーザレンジファインダ２０を用いて障害物との距離を測定したが、レーザレンジファインダに代えて又は加えて、例えばステレオカメラ、超音波センサ等を用いる構成としてもよい。

上記実施形態では、車輪として全方位に移動可能なオムニホイール１３を採用したが、通常の車輪（操舵輪及び駆動輪）を用いる構成としてもよい。

第１実施形態に係る自律移動装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る自律移動装置による据付処理（据付モード）の処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る自律移動装置による搬送処理（搬送モード）の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る自律移動装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る自律移動装置による搬送処理（搬送モード）の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２ 自律移動装置
１０ 本体
１２ 電動モータ
１３ オムニホイール
１４ ホイール
１５ フリーローラ
１６ エンコーダ
２０ レーザレンジファインダ
２１ ジョイスティック
２２ レバー
２３ 登録スイッチ
３０，４０ 電子制御装置
３１ 局所地図作成部
３２，４３ 自己位置推定部
３３ 環境地図作成部
３４，４４ 記憶部
３５ 経路計画部
３６ 走行制御部
３７ センサ情報取得部
３８ 障害物回避制御部
４１ 差分地図作成部
４２ 動的環境地図作成部

Claims (3)

1. 自機の周囲に存在する物体の位置情報を取得する物体情報取得手段と、
   前記物体情報取得手段により取得された物体の位置情報から、自機周辺の局所地図を作成する局所地図作成手段と、
   自機を移動させる移動手段と、
   前記局所地図作成手段により作成された局所地図、及び前記移動手段の移動量に基づいて、自己位置を推定する自己位置推定手段と、を備える自律移動装置において、
   ユーザの操作に基づき前記移動手段を駆動して自機を誘導する誘導手段と、
   前記誘導手段による誘導中に、前記自己位置推定手段により推定された前記自己位置、及び前記局所地図から、移動領域の環境地図を作成する環境地図作成手段と、
   前記誘導手段による誘導中に、自機が所定の設定ポイントに位置しているときの自己位置を、前記設定ポイントの位置座標として登録するように教示する教示手段と、
   前記環境地図及び前記設定ポイントを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている前記環境地図上の前記設定ポイントを利用して、移動経路を計画する経路計画手段と、
   前記経路計画手段により計画された移動経路に沿って自律移動するように前記移動手段を制御する制御手段と、を備える、ことを特徴とする自律移動装置。
2. 前記移動経路に沿って自律移動する際に、移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図を作成する差分地図作成手段と、
   前記移動経路に沿って自律移動する際に、前記差分地図作成手段により作成される前記差分地図と、前記環境地図との加算結果に基づいて、動的環境地図を作成する動的環境地図作成手段と、をさらに備え、
   前記自己位置推定手段は、前記移動経路に沿って自律移動する際に、前記環境地図及び前記動的環境地図それぞれと、前記局所地図とを照合し、その照合結果に基づいて自己位置を推定し、
   前記差分地図作成手段は、前記動的環境地図と前記局所地図との加算結果と、前記環境地図との差分に基づいて、前記差分地図を更新することを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
3. 前記教示手段は、前記設定ポイントの登録ととともに、該設定ポイントの属性情報を登録するように教示することを特徴とする請求項１又は２に記載の自律移動装置。
   
   

Images