JP2020517023A

JP2020517023A - 地図予測に基づくロボット運動制御方法

Info

Publication number: JP2020517023A
Application number: JP2019555955A
Authority: JP
Inventors: 剛軍肖; 欽偉頼
Original assignee: Zhuhai Amicro Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Amicro Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2020-06-11
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: EP3611589A4; KR102260529B1; US20200133291A1; EP3611589A1; WO2018187944A1; JP6946459B2; US11144064B2; KR20190134714A; EP3611589B1

Abstract

地図予測に基づくロボット運動制御方法であって、主に外部センサーとロボット内部の地図情報とを組合わせて、壁面の推定計算を行い、ロボットを推定された壁面に従って走行させる。該方法に係わる地図予測に基づくロボット運動制御方法によると、地図予測に基づく方式は、異なる色や異なる形状を含む各種の異なる壁面に適用可能となり、稼動時間を減少できるだけではなく、稼動中に絶えずに地図予測精度を補正して優れた壁沿い行為を実現できる。

Description

本発明は、人工知能技術分野に関し、特に、家庭生活等の補助ロボットに関連する技術に関する。

技術が発展し快適な生活を追求するにつれて、例えばコンパニオンロボット、掃除ロボット等の自発的に行動するロボットがますます人々の生活に導入されている。壁沿い（辺沿い）行為は多数のタイプのロボットが行うべき行為であり、壁に沿うことにより、隅のカバーまたはラビリンスからの抜け出しを実現することができる。前記壁沿いにおける壁または壁面を単に建築物の壁面と理解してはならず、家具等の配置によって限定された境界も含むべきであって、さらに、ロボットの通常の状況での移動可能範囲の境界と理解するべきである。

現在、距離センサーまたは赤外センサーによって壁面との距離情報を取得して壁面の壁沿いを実現する方式が多く使われている。距離センサーは、壁面との距離を精確に把握でき、理想的な選択であるが、コストが高く、凹凸のある壁面の場合には誤検出が存在するので、多くのロボットは赤外センサーを利用する。赤外センサーは、壁面の色、凹凸等の要素の影響を受けやすいので、赤外センサーのみでは、良好な効果を得ることができない。

本発明は、外部センサーとロボットの内部の地図情報とを組合わせて、壁面の推定計算を行って、ロボットを推定された壁面に従って走行させることをその目的とする。本発明の目的は以下の技術形態によって実現される。

本体と、左右行動ホイールと、地図管理機能及びロボット測位機能を有するマスターモジュールと、先端衝突検出センサーと、左側障害物検出センサーと、右側障害物検出センサーとを含むロボットの運動制御方法であって、
地図上の壁面に向かって走行するようにロボットを制御し、ロボットが障害物の第１タッチ点に衝突した時、障害物と地図上の壁面との距離が所定の距離Ａより小さいか否かを判断し、ＹＥＳであれば、現在タッチされた障害物の位置を基準点として、地図上の壁面と同じ角度の直線Ｌ１を決定し、この直線Ｌ１を予測壁面として、予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御し、ＮＯであれば、ステップ（２）に移行させるステップ（１）と、
障害物に対して前記第１タッチ点と間隔をあけた第２タッチ点の検出を行うようにロボットを制御し、第２タッチ点が存在する場合、２つのタッチ点に基づいて、直線Ｌ２を決定し、この直線Ｌ２を予測壁面として、予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御し、そうでない場合、ステップ（１）に戻らせるステップ（２）とを含み、
予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御する過程において、所定の時間Ｔの間隔ごとに、ロボットの予測壁面側に位置する障害物検出センサーによって当該側の障害物が存在するか否かを検出し、持続して障害物信号が検出されない場合、予測壁面の内側へ弧状ルートで走行するようにロボットを制御し、ステップ（１）に戻らせる地図予測に基づくロボット運動制御方法を提供する。

具体的な技術形態として、前記間隔は本体身長の長さである。
具体的な技術形態として、前記ステップ（２）がステップ（２ａ）に置き換えられ、ステップ（２ａ）において、障害物に間隔をあけた少なくとも２回の距離検出を行うようにロボットを制御し、間隔をあけた少なくとも２回の距離検出においていずれも障害物点が検出された場合、２回の距離検出で取得された２つの障害物点に基づいて直線Ｌ２を決定しこの直線Ｌ２を予測壁面として、予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御し、そうでない場合、ステップ（１）に戻らせる。

具体的な技術形態として、前記ステップ（２）がステップ（２ｂ）に置き換えられ、ステップ（２ｂ）において、障害物に間隔をあけた少なくとも２つのタッチ点の検出を実行するようにロボットを制御し、第２タッチ点が存在する場合、すべてのタッチ点の総合向きに基づいて直線Ｌ２を決定しこの直線Ｌ２を予測壁面として、予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御し、そうでない場合、ステップ（１）に戻らせる。

具体的な技術形態として、前記第２タッチ点の検出は、具体的に、前記第１タッチ点から所定の距離Ｂだけ後退するようにロボットを制御し、所定の角度Ｑだけ回転するようにロボットを制御し、障害物側へ弧状ルートで走行して第２タッチ点を探すようにロボットを制御することである。

具体的な技術形態として、前記所定の距離Ｂは本体身長の四分の一であり、所定の角度Ｑは９０度であって、前記障害物側へ弧状ルートで走行するようにロボットを制御することとは、具体的に、障害物から遠い側に位置する行動ホイールが障害物に近い側の行動ホイールの４倍速度で走行するようにロボットを制御することである。

具体的な技術形態として、前記直線Ｌ２の初期長さは本体身長の１０倍である。
具体的な技術形態として、前記所定の時間Ｔの間隔として、ロボットが本体身長の長さの２倍距離だけ走行する時間をとる。

具体的な技術形態として、持続して障害物信号が検出されないこととは、２つの所定の時間Ｔに障害物信号が検出されないことを意味する。

具体的な技術形態として、前記予測壁面の内側へ弧状ルートで走行するようにロボットを制御することとは、具体的に、予測壁面から遠い側に位置する行動ホイールが予測壁面に近い側の行動ホイールの４倍の速度で走行するようにロボットを制御することである。

本発明に係わる地図予測に基づくロボット運動制御方法によると、地図予測に基づく方式は、異なる色や異なる形状を含む各種の異なる壁面に適用可能となり、稼動時間を減少できるだけではなく、稼動中に絶えずに地図予測精度を補正して優れた壁沿い行為を実現できるという有益な効果を奏することができる。

本発明の実施例による地図予測に基づくロボット運動制御方法が基づくロボットの構成模式図である。本発明の実施例による地図予測に基づくロボット運動制御方法において内部地図に参照壁面のある場合の壁面予測方法を示す図である。本発明の実施例による地図予測に基づくロボット運動制御方法において内部地図のない場合の壁面予測方法を示す図である。本発明の実施例による地図予測に基づくロボット運動制御方法においてコーナーに対する壁面予測方法を示す図である。本発明の実施例による地図予測に基づくロボット運動制御方法において地図予測と普通の信号追跡方法とを比較した模式図である。

以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態をさらに説明する。
図１に示すように、本実施例は地図予測に基づくロボット運動制御方法を提供し、この方法が基づくロボットは壁面６を有する空間内で移動する。ロボットは、本体１と、行動ホイール２、３と、マスターモジュール４と、衝突検出センサー５と、障害物検出センサー７、８とを含む。衝突検出センサー５は、本体１の先端に設置され、衝突を検出するためのものとして、物理的な衝突検出ユニットまたは超音波、レーザー等の非接触型検出ユニットであることができる。障害物検出センサー７、８は、それぞれ本体１の両側に設置され、本体の両側の障害物を検出するものとして、超音波またはレーザー等による距離センサーであることができ、または赤外等のセンサーであることもできる。マスターモジュール４は、各センサーが収集した情報及び地図の構築、保存、使用の情報を含む各種の情報を処理しながら、行動ホイール２、３の動作を制御する。

本実施例による地図予測に基づくロボット運動制御方法のキーポイントは壁面に対する予測であり、以下のような幾つかの状況がある。

（１）ロボットの内部にすでに完全な地図があって、ロボット自体が壁面がどこにあるかを把握していると、ロボットは地図上の壁面を参照して壁面へ走行し、図２に示すように、地図の内部に一つの壁面１３があるが、誤差の原因で、ロボットの実際の位置が壁面から少しの距離を離れており、この時、ロボットが障害物１２に衝突し、衝突された障害物と地図上の壁面との誤差が一定の距離（通常は２０ｃｍとする）未満であれば、予測壁面１４を取得することができ、当該壁面は、現在衝突された障害物の位置を基準点とした一つの直線であって、直線の方向は元の地図の壁面の方向であり、例えば元の地図に表記された壁面が０度であれば、取得された予測壁面の角度も０度である。

（２）ロボットの内部の地図が完全ではないが、前方で障害物が検出され、同時に壁沿い処理を行う必要がある。この時、ロボットは複数回の距離検出または衝突検出を行って壁面の向きを取得しなければならない。衝突の回数はロボットのセンサーの設置によって決定され、ロボットの衝突センサーが障害物との距離を比較的に精確に検出できると、２つの点さえあれば一つの直線につなぐことができ、タッチ点は通常、機器身長の長さをとる。図３に示すように、ロボットは、まずタッチ点２２があってから、ルート２５に従ってまず例えば本体身長の四分の一のような一定の距離だけ後退し、その後、一定の角度（通常は９０度とする）を回転し、それから２つのホイールが異なる速度で走行し、通常は外側のホイールが内側のホイールの４倍の速度で走行し、継続してタッチ点２３に衝突する。当該２つのタッチ点によって、一つの直線につなぐことができ、当該直線の初期長さは本体身長の１０倍であり、長さはロボットの走行によって長くなり、当該直線が予測壁面２４である。ロボットは、当該仮想の壁面の向きに沿って走行し、一定の時間の間隔をあけて、側面のセンサーによって壁面の存在を確認し、間隔をあけた時間は通常、ロボットが本体身長の長さの２倍となる距離を走行する時間とし、そして、当該情報に基づいて絶えずに予測壁面を補正する。

上述した２種類の方式において、図４に示すように、ロボットが予測されたルートに沿って所定の距離だけ走行し、途中にずっと信号が検出されない場合、新しいルートを再び予測しなければならない。ロボットが予測されたルート３２に沿って走行し図に示す位置まで走行した場合、持続して信号が検出されなければ、ロボットは異なる速度で弧状ルート３４に沿って走行し、通常は外側のホイールが内側のホイールの４倍の速度で走行して新しいルート３５を再び予測する。

一実例として、図５（ここで、５１は地図上の壁面で、５２は従来技術におけるロボットが信号に基づいて走行するルートであり、５３は本方法による地図予測に基づいて走行するルートである）に示すように、壁面は完全に平坦するものではなく、その中央に幾つかの柱があり、一般的な廊下の設計に類似する。完全に側面センサーの信号に基づいてロボットの制御を行うと、ロボットが柱まで走行した場合、短時間の信号ロスが発生して、距離が長くなり、ロボットを駆動して柱の奥へ曲がるように駆動すると、この時に走行するルートは反復してねじられて、柱に衝突してしまうおそれがある。一方、本発明のロボットによって地図予測されたのは点線部分として、まっすぐな線であり、ロボットは予測されたルートに沿って走行し、柱を通過する際も依然としてルートに沿って走行して柱を通過し、側面センサーから壁面が依然として有効であることを表す信号を返送されると、ロボットは継続して所定のルートに沿って走行し、ロボットのルートはずっとまっすぐである。

本実施例に係わる地図予測に基づくロボット運動制御方法によると、地図予測に基づく方式が、異なる色や異なる形状を含む各種の異なる壁面に適用可能であって、稼動時間を減少できるという有益な効果を奏することができる。

以上の実施例は単に本発明を十分に開示するためのもので、本発明を限定するものではなく、本発明の創作宗旨に基づいた、創造性労働を経ていない均等な技術特徴の入れ替えは、本願の保護範囲に含まれると理解すべきである。

Claims

本体と、左右行動ホイールと、地図管理機能及びロボット測位機能を有するマスターモジュールと、先端衝突検出センサーと、左側障害物検出センサーと、右側障害物検出センサーとを含むロボットの運動制御方法であって、
地図上の壁面に向かって走行するようにロボットを制御し、ロボットが障害物の第１タッチ点に衝突した時、障害物と地図上の壁面との距離が所定の距離Ａより小さいか否かを判断し、ＹＥＳであれば、現在タッチされた障害物の位置を基準点として、地図上の壁面と同じ角度の直線Ｌ１を決定し、当該直線Ｌ１を予測壁面として、予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御し、ＮＯであれば、ステップ（２）に移行させるステップ（１）と、
障害物に対して前記第１タッチ点と間隔をあけた第２タッチ点の検出を行うようにロボットを制御し、第２タッチ点が存在する場合、２つのタッチ点に基づいて、直線Ｌ２を決定し、当該直線Ｌ２を予測壁面として、予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御し、そうでない場合、ステップ（１）に戻らせるステップ（２）とを含み、
予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御する過程において、所定の時間Ｔの間隔ごとに、ロボットの予測壁面側に位置する障害物検出センサーによって当該側の障害物が存在するか否かを検出し、持続して障害物信号が検出されない場合、予測壁面の内側へ弧状ルートで走行するようにロボットを制御し、ステップ（１）に戻らせることを特徴とする地図予測に基づくロボット運動制御方法。
前記間隔は本体身長の長さであることを特徴とする請求項１に記載の地図予測に基づくロボット運動制御方法。
前記ステップ（２）がステップ（２ａ）に置き換えられ、ステップ（２ａ）は、障害物に対して間隔をあけた少なくとも２回の距離検出を行うようにロボットを制御し、間隔をあけた少なくとも２回の距離検出においていずれも障害物点が検出された場合、２回の距離検出で取得された２つの障害物点に基づいて直線Ｌ２を決定し当該直線Ｌ２を予測壁面として、予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御し、そうでない場合、ステップ（１）に戻らせることを特徴とする請求項１に記載の地図予測に基づくロボット運動制御方法。
前記ステップ（２）がステップ（２ｂ）に置き換えられ、ステップ（２ｂ）は、障害物に対して間隔をあけた少なくとも２つのタッチ点の検出を実行するようにロボットを制御し、第２タッチ点が存在する場合、すべてのタッチ点の総合向きに基づいて直線Ｌ２を決定し当該直線Ｌ２を予測壁面として、予測壁面に従って辺沿いを行うようにロボットを制御し、そうでない場合、ステップ（１）に戻らせることを特徴とする請求項１に記載の地図予測に基づくロボット運動制御方法。
前記第２タッチ点の検出は、具体的に、前記第１タッチ点から所定の距離Ｂだけ後退するようにロボットを制御し、所定の角度Ｑだけ回転するようにロボットを制御し、障害物側へ弧状ルートで走行して第２タッチ点を探すようにロボットを制御することであることを特徴とする請求項１に記載の地図予測に基づくロボット運動制御方法。
前記所定の距離Ｂは本体身長の四分の一であり、所定の角度Ｑは９０度であって、前記障害物側へ弧状ルートで走行するようにロボットを制御することとは、具体的に、障害物から遠い側に位置する行動ホイールが障害物に近い側の行動ホイールの４倍速度で走行するようにロボットを制御することであることを特徴とする請求項５に記載の地図予測に基づくロボット運動制御方法。
前記直線Ｌ２の初期長さは本体身長の１０倍であることを特徴とする請求項１に記載の地図予測に基づくロボット運動制御方法。
前記所定の時間Ｔの間隔として、ロボットが本体身長の長さの２倍距離だけ走行する時間をとることを特徴とする請求項１に記載の地図予測に基づくロボット運動制御方法。
持続して障害物信号が検出されないこととは、２つの所定の時間Ｔに障害物信号が検出されないことを意味することを特徴とする請求項８に記載の地図予測に基づくロボット運動制御方法。
予測壁面の内側へ弧状ルートで走行するようにロボットを制御することとは、具体的に、予測壁面から遠い側に位置する行動ホイールが予測壁面に近い側の行動ホイールの４倍の速度で走行するようにロボットを制御することであることを特徴とする請求項１に記載の地図予測に基づくロボット運動制御方法。