JP2012168990A

JP2012168990A - 自律移動装置

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Publication number: JP2012168990A
Application number: JP2012132082A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Murai; 亮介村井; Tatsuo Sakai; 龍雄酒井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: JP5314788B2

Abstract

【課題】自律移動装置において、既知の障害物には所定の離間距離を保って移動し、未知の障害物には所定の離間距離よりも大きい離間距離を保って移動することを可能とする。
【解決手段】自律移動装置１０は、障害物候補が地図情報１４１に含まれている場合には、その障害物侯補が自己の周囲に設定された第１の領域に入らないように移動し、障害物候補が地図情報１４１に含まれていない場合には、その障害物候補が自己の周囲の第１の領域よりも広い第２の領域に入らないように移動する。ここで、通常の離間距離よりも障害物候補に接近可能となる接近可能領域が設けられている。これにより、自律移動装置１０は、壁等の既知の障害物には接近して移動し、人や一時的に置かれた未知の障害物には広めの離間距離を保って移動することが可能となる。また、目標地点が接近可能領域内にある場合には、目標地点付近にある障害物に接近して移動することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、人や台車など他の移動体が移動するのと同じ領域において、障害物を検出して移動し、所望の動作を達成する自律移動装置に関する。

従来、この種の自律移動装置として、自律移動装置と障害物までの距離をレーザレーダやソナー等の測距型センサや画像を用いて取得し、得られた距離に応じて自律移動装置の走行速度を設定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示される装置を図１３を参照して説明する。同図において、自律移動装置５０は、障害物を障害物検出センサで検出し、自律移動装置５０の前方のエリアを距離に応じて、停止エリア５１、減速エリア５２及び予測エリア５３の３種類のエリアに分割し、障害物が減速エリア５２内に存在する場合は自律移動装置を減速走行させ、障害物が停止エリア５１内に存在する場合は停止させ、障害物が減速エリア５２内にも停止エリア５１内にも存在しない場合は通常の速度で走行させるものである。

また、自律移動装置が、障害物が移動物体であるか静止物体であるかを判別し、判別結果によって走行を停止すべき障害物までの距離を変更させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に示される装置を図１４を参照して説明する。図１４（ａ）に示すように、障害物が静止物体５５（例えば、壁）であると判別された場合は、自律移動装置５４は、走行を停止すべき障害物までの距離の閾値をＤ１に減少させる。一方、図１４（ｂ）に示すように、障害物が移動物体５６（例えば、人）であると判別された場合は、自律移動装置５４は、前記閾値をＤ２に増大させる。

特開２００２−２２９６４５号公報特開２００６−２９３６６２号公報

自律移動装置が壁などに沿って移動する場合、既知の壁にはより接近して移動させ、通路上に置かれた障害物などからは一定の距離を保って移動させたい。しかし、特許文献１に示される装置では、対象物体に関わらず自律移動装置５０からの距離に応じて減速エリア５２、停止エリア５１が設定されるため、上記の動作を実現することはできない。

また特許文献２に示される装置においても、自律移動装置５４が対象物体を静止物体５５であるか移動物体５６であるかで判断して接近する距離を設定しているため、接近してもよい対象物体へは接近させ、接近させたくない対象物体には接近させないといった動作を実現することはできない。例えば、人が動かずにいた場合、自律移動装置は人に接近するため、人の後ろから自律移動装置が接近した場合危険である。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、壁などの既知の物体へは通常設定される離間距離より接近して移動をすることが可能となり、人や未知の障害物などへは所定の離間距離を保って移動することが可能となる自律移動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、移動領域の地図情報を記憶した記憶部と、自己の位置情報を取得する位置情報取得手段と、自己の周囲の障害物侯補を検出して障害物侯補位置情報を取得する環境情報取得手段と、自己を移動させる移動手段と、前記地図情報に基づいて目標地点まで移動するように前記移動手段を制御する移動制御手段と、を備える自律移動装置であって、前記障害物候補が前記地図情報に含まれるかを判断する障害物判断部をさらに備え、前記移動制御手段は、前記障害物候補が前記地図情報に含まれる場合には自己の周囲に設定されている第１の領域に前記障害物侯補が入らないように前記移動手段を制御し、前記障害物候補が前記地図情報に含まれない場合には自己の周囲の前記第１の領域よりも広い第２の領域に前記障害物候補が入らないように前記移動手段を制御し、前記地図情報は、自律移動装置が障害物候補に対して通常設定されている離間距離よりも接近可能となる接近可能領域を含み、前記移動制御手段は、前記目標地点が前記接近可能領域内である場合には、前記第２の領域を通常設定される第２の領域よりも狭くするものである。なお、障害物候補とは、センサによって取得した前記自律移動装置周囲の環境情報のことを指す。

本発明によれば、自律移動装置は、地図情報に含まれる物に対しては、地図情報に含まれない障害物よりも接近して移動することができる。例えば、自律移動装置は壁などには接近して移動することができ、一方、人や一時的に置かれた障害物には広めの距離を保って移動することができる。また、例えば、目標地点付近に障害物があった場合でも、障害物に接近して移動することが可能となる。

本発明の前提となる第１形態に係る自律移動装置の機能ブロック図。同装置の地図情報に基づく移動制御の説明図。同装置の周囲に領域を設定する移動方式の説明図。障害物の周囲に領域を設定する移動方式の説明図。同装置の制御フロー図。同装置の自己の位置情報の説明図。同装置のセンサ構成例の説明図。同装置における環境情報取得の説明図。同装置における障害物候補位置情報取得の説明図。同装置における障害物位置情報が地図情報に含まれることを判断の説明図。本発明の前提となる第２形態に係る自律移動装置における障害物候補位置と地図情報の一致度合いの説明図。本発明の実施形態に係る自律移動装置における接近可能領域の説明図。従来の自律移動装置における距離に応じた走行速度変更の説明図。従来の自律移動装置における障害物の違いによる停止距離の変更の説明図。

以下、本発明の前提となる第１形態に係る自律移動装置について図面を参照して説明する。図１は、自律移動装置１０の機能構成を示す。自律移動装置１０は、自己を制御するためのコンピュータなどからなる制御部１１と、自己の周囲の障害物候補を検出して障害物候補位置情報を取得するためのセンサなどからなる環境情報取得手段１２と、自己を移動させるための車輪及び駆動用モータからなる移動手段１３を備える。制御部１１は、地図情報１４１と障害物候補位置情報１４２と走行条件１４３とを記憶する記憶部１４と、自己の位置情報を取得する位置情報取得手段１５と、障害物候補が地図情報１４１に含まれるかを判断する障害物判断部１６と、移動手段１３を制御する移動制御手段１７を備える。さらに、自律移動装置１０は、制御部１１、環境情報取得手段１２、移動手段１３へ電力を供給する電池１８を備える。

このような自律移動装置の制御部１１による地図情報に基づく移動制御を図２を参照して説明する。図２（ａ）において、環境情報取得手段１２が検出した障害物候補２０が、あらかじめ記憶部１４に記憶している地図情報１４１に含まれると障害物判断部１６が判断した場合、自律移動装置１０の周囲に設定されている第１の領域２１に障害物候補２０が入らないように移動制御手段１７が移動手段１３を制御する。第１の領域２１は、自律移動装置が障害物候補２０により接近することが可能になるように設定され、自律移動装置１０は壁などにより接近して移動することができる。図２（ｂ）において、障害物候補２２が地図情報１４１に含まれないと障害物判断部１６が判断した場合、自律移動装置１０の周囲の第２の領域２３に障害物候補２２が入らないように移動手段１３が制御される。第２の領域２３は、第１の領域２１よりも広く設定され、自律移動装置１０は、人や障害物とは所定の離間距離を保って移動するよう制御される。

図３は、自律移動装置１０の進行方向前部に取り付けられ、平面をスキャンして周囲の障害物までの距離情報を得るレーザレンジファインダを環境情報取得手段１２とした例である。図３（ａ）において、環境情報取得手段１２が検出した障害物候補２０が、予め記憶部１４に記憶している地図情報１４１に含まれると障害物判断部１６が判断した場合、自律移動装置１０の障害物検知領域のうち障害物候補２０が入らないように移動制御手段１７が移動手段１３を制御する領域を第１の領域２１とする。図３（ｂ）において、障害物候補２２が地図情報１４１に含まれないと障害物判断部１６が判断した場合、自律移動装置１０の障害物検知領域のうち障害物候補２２が入らないように移動制御手段１７が移動手段１３を制御する領域を第１の領域２１よりも広く設定された第２の領域２３とする。このようにすると、目的地に向かう際、予め地図情報に記憶された壁などには接近して移動することができ、狭い場所での通行も可能となる。一方、地図情報に記憶されていない人や障害物とは所定の距離を保って移動するよう制御される。

なお、２点間の距離はどちらの点を起点にしても同じであるので、自律移動装置１０は、自己を起点とする障害物候補までの離隔距離を保つ代わりに、障害物候補を起点とする自己までの離隔距離を保って移動してもよい。図４（ａ）において、環境情報取得手段１２が検出した障害物候補２０が、予め記憶部１４に記憶している地図情報１４１に含まれると障害物判断部１６が判断した場合、障害物候補２０の周囲の第１の領域２１に自律移動装置１０が入らないように移動制御手段１７が移動手段１３を制御する。図３（ｂ）において、障害物候補２２が地図情報１４１に含まれないと障害物判断部１６が判断した場合、障害物候補２２の周囲の第１の領域２１よりも広く設定された第２の領域２３に自律移動装置１０が入らないように移動制御手段１７が移動手段１３を制御する。

自律移動装置１０の制御フローを図５を参照して説明する。自律移動装置１０は目標地点が設定されると、制御部１１は、その目標地点を記憶部１４に記憶する（Ｓ５０１)。次に、制御部１１は、環境情報取得手段１２が取得しした環境情報のうち地図情報との照合ができた場合はその照合情報と、少なくともデッドレコニングにより位置情報取得手段１５は自己位置の取得を行う（Ｓ５０２）。自己の位置が取得されると、取得した環境情報を障害物候補位置情報１４２として記憶部１４に記憶する（Ｓ５０３）。制御部１１は、地図情報１４１、障害物候補位置情報１４２、走行条件１４３、自律移動装置１０の自己の位置情報を参照して、移動方向の決定を行う（Ｓ５０４）。移動方向の決定は、目標地点に向かって移動する際に、予め設定した領域（図３では２１や２３）に障害物候補２０が入らないように、かつ、目的位置に向かって進路の変更が少ない方向を移動方向とする。この移動方向に向かって、例えば、特許３８７９８６０号に記載の方法を用いることにより走行速度が決定され（Ｓ５０６）、制御部１１は決定した走行方向と速度で自律移動装置１０が移動するように、移動制御手段１７で移動手段１３を制御する。

制御部１１は、上記のステップＳ５０２からステップＳ５０６までの制御を繰り返して自律移動装置１０が目標地点へ到達する。目標地点は、座標データと停止角度の情報を有し、制御部１１は、目標地点へ到着したかどうかの判定は、自律移動装置１０の座標と目標地点の座標との差、および自律移動装置１０の向きと目標地点の停止角度との差が所定の値以内であるかを判断することにより行われる（Ｓ５０７）。

自己位置情報について、図６を参照して説明する。図６に示すように、移動する環境における自律移動装置１０の自己の位置情報は、座標(x_Robot, y_Robot)と向きαである。自己の位置情報は、車輪の累積の回転角度から算出するか、ジャイロを搭載して取得する。また、地図情報１４１を参照して自己の位置を補正した後の位置を自己の位置情報として記憶することもできる。

障害物候補位置情報１４２の取得について、図７乃至図９を参照して説明する。図７に示すように、環境情報取得手段１２は、自律移動装置１０の設置された距離センサを用いて環境情報を取得する。距離センサとしては、例えば、複数の超音波センサや赤外線センサを用いることができ、２次元の平面をスキャンするレーザレンジファインダを用いてもよい。図８において、環境情報は、自律移動装置１０の前方の検出角度と長さLength(k) (k=1〜n)をセットとして取得される。図９において、障害物２４の障害物候補位置情報１４２は、移動する環境における大局的な絶対位置の座標(X,Y)として取得される。

次に、本発明の前提となる第２形態に係る自律移動装置について説明する。前述の第１形態では、障害物候補位置情報１４２が地図情報１４１に含まれれば、自律移動装置１０は、障害物検知領域のうち第１の領域に前記障害物候補位置情報１４２が入らないように移動制御し、障害物候補位置情報１４２が地図情報１４１に含まれなければ、自律移動装置１０は、障害物検知領域のうち第１の領域よりも広い第２の領域に前記障害物候補位置情報１４２が入らないように移動制御した。障害物候補位置１４２が情報が地図情報１４１に含まれるとは、例えば図１０に示すように、取得された障害物候補位置１４２が地図情報１４１に記憶された壁情報の線分４３から一定距離以内であることを意味する。本第２形態では、障害物候補位置と壁情報の一致度合いに応じて障害物候補位置情報１４２が入らないように移動制御する領域の大きさを設定する。ここでは、障害物候補位置情報１４２をある線分（障害物候補位置情報１４２より取得した線分情報を以下ラインセグメントと呼ぶ）とみなし、そのラインセグメントと地図情報１４１に記載の壁情報の一致度合いにより領域の大きさを設定する方法について述べる。障害物候補位置情報１４２よりラインセグメントを取得する方法は、例えば下記文献に記載のアルゴリズムを用いることができる。
Li Zhang & Bijoy K. Ghosh:Line Segment Based Map Building and Localization Using 2D Laser Rangefinder, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp2538-2543, 2000

図１１において、ラインセグメントを取得すると、ラインセグメントに最寄の地図上の壁を検索し、その壁との角度差（角度差a）を求め、その後その角度差分だけ回転させた後のラインセグメントと壁との距離（線分間距離b）を求める。それらの数値を用いて、領域の半径をＲとすると、Ｒは例えば以下の式により求めることができる。
Ｒ＝Ｒ０＋a×a1+b×b1
R0:ラインセグメントと地図上の壁４５が一致するときの領域の半径
a1,b1:補正量
（ただし、aもしくはbが一定値以上の場合は、領域には第２の領域を設定する。）

表１は、地図情報に含まれる壁情報のテーブルであり、壁情報の各レコードには、壁の始点ｘ座標、始点ｙ座標、終点ｘ座標、終点ｙ座標、壁の向きのデータが含まれる。

本第２形態によれば、自律移動装置１０は、自己位置の認識のずれなどによって、障害物候補位置を障害物と判断することがあっても、障害物候補から過度に離れることなく、障害物候補と地図情報に含まれるものとの一致度合いに応じた接近度合いにすることができる。

次に、本発明の実施形態に係る自律移動装置について図１２を参照して説明する。本実施形態では、接近可能領域４６を地図情報１４１に含む。接近可能領域４６とは、自律移動装置１０が障害物候補に対して通常設定されている離間距離よりも接近可能となる領域であり、領域を囲む直線の座標などで設定される。自律移動装置１０は、接近可能領域４６の中の目標地点に移動する場合には、第２の領域を通常設定される第２の領域よりも狭い領域に設定する。例えば、自律移動装置１０の停留場所が常に確保されている環境では、停留場所に障害物があったとしても障害物に接近することが可能である。本実施形態によれば、自律移動装置１０が壁４８付近に設定された目的地（目的地２）に接近することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態並びにその前提となる第１形態及び第２形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、接近可能領域の設定は直線での設定に限られず、曲線（例えば、円）を用いて設定することも可能である。

１０自律移動装置
１１制御部
１２環境情報取得手段
１３移動手段
１４記憶部
１４１地図情報
１４２障害物候補位置情報
１４３走行条件
１５位置情報取得手段
１６障害物判断部
１７移動制御手段
１８電池
２１第１の領域
２３第２の領域
４６接近可能領域

Claims

移動領域の地図情報を記憶した記憶部と、
自己の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
自己の周囲の障害物侯補を検出して障害物侯補位置情報を取得する環境情報取得手段と、
自己を移動させる移動手段と、
前記地図情報に基づいて目標地点まで移動するように前記移動手段を制御する移動制御手段と、を備える自律移動装置であって、
前記障害物候補が前記地図情報に含まれるかを判断する障害物判断部をさらに備え、
前記移動制御手段は、前記障害物候補が前記地図情報に含まれる場合には自己の周囲に設定されている第１の領域に前記障害物侯補が入らないように前記移動手段を制御し、
前記障害物候補が前記地図情報に含まれない場合には自己の周囲の前記第１の領域よりも広い第２の領域に前記障害物候補が入らないように前記移動手段を制御し、
前記地図情報は、自律移動装置が障害物候補に対して通常設定されている離間距離よりも接近可能となる接近可能領域を含み、
前記移動制御手段は、前記目標地点が前記接近可能領域内である場合には、前記第２の領域を通常設定される第２の領域よりも狭くすることを特徴とする自律移動装置。