JP2021086203A - 自律移動装置制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】様々な環境で安全に移動できる自律移動装置制御システムを提供する。【解決手段】自律移動装置制御システム１０は、移動命令抽出部１１１、安全距離決定部１１２、距離センサである距離センサ群１８０および移動制御部１１３を有している。移動命令抽出部１１１は、自律移動装置である移動ロボット１００の移動命令を抽出する。安全距離決定部１１２は、自律移動装置と当該自律移動装置の周囲の物体との間の確保すべき安全距離を、移動命令に含まれる移動場所または移動態様に応じて、自律移動装置が第１角度で旋回した場合に周囲の物体と接触しない第１安全距離と、自律移動装置が第１角度より小さい第２角度で旋回した場合に周囲の物体と接触しない第１安全距離より短い第２安全距離と、のいずれかを決定する。【選択図】図２

Description

本発明は自律移動装置制御システムに関する。

所定の建物や施設内で自律移動する自律移動装置の開発が進んでいる。このような自律移動装置は、荷台を有することにより、自動で荷物を配達する自動配達装置になり得る。自動配達装置は、出発地から目的地まで自律移動することにより、例えば出発地で搭載した荷物を目的地に届けることができる。

例えば特許文献１に記載の自動配達装置は、自律移動可能な牽引部および荷台部を有しており、これらに含まれるコンピュータは、建物の間取り図の電子地図および、ある場所から次の場所へ移動するときに辿るべき経路を格納している。この自動配達装置は、配達中に、複数の異なるセンサが検出したデータを収集することにより、予め設定された経路を走行したり、障害物を回避したりする。

米国特許第９０２６３０１号明細書

上述の自動配達装置は、所定の経路を走行する際に建物や障害物等に接触しないよう予めマージンを設定して移動する。しかし、マージンを大きく設定すると特定の場所を走行できなくなったり、特定のタスクが実行できなくなったりする。一方で、マージンを小さく設定すると、少しの姿勢変化、軌道ずれでも障害物に接触してしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、様々な環境で安全に移動できる自律移動装置制御システムを提供するものである。

本発明の態様における自律移動装置制御システムは、移動命令抽出部、安全距離決定部、距離センサおよび移動制御部を有している。移動命令抽出部は、自律移動装置の移動命令を抽出する。安全距離決定部は、自律移動装置と当該自律移動装置の周囲の物体との間の確保すべき安全距離を、第１安全距離と第２安全距離とのいずれかに決定する。第１安全距離は、移動命令に含まれる移動場所または移動態様に応じて、自律移動装置が第１角度で旋回した場合に周囲の物体と接触しない距離である。第２安全距離は、自律移動装置が第１角度より小さい第２角度で旋回した場合に周囲の物体と接触しない第１安全距離より短い距離である。距離センサは、自律移動装置と周囲の物体との距離を検出する。移動制御部は、移動命令、決定した安全距離および検出した距離に基づいて自律移動装置の移動動作を制御する。

これにより、自律移動装置は、例えば、任意の角度で旋回する可能性がある場合の安全距離と、スペースの限られた場所において小さな角度で旋回する場合の安全距離とを別個の長さに設定できる。

本発明によれば、様々な環境で安全に移動できる自律移動装置制御システムを提供することができる。

移動ロボットの概観図である。 実施の形態にかかる自律移動装置制御システムのブロック図である。 実施の形態にかかる移動ロボットが受けた移動命令を示す図である。 移動命令を実行中の移動ロボットを示す第１の図である。 移動命令を実行中の移動ロボットを示す第２の図である。 移動命令を実行中の移動ロボットを示す第３の図である。 移動命令を実行中の移動ロボットを示す第４の図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

＜実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。自律移動装置制御システムは、自律移動装置の動きを制御するためのシステムである。自律移動装置は、所定の施設内を自律移動可能に設定された移動ロボットである。

図１を参照しながら実施の形態にかかる移動ロボットについて説明する。図１は、移動ロボット１００の概観図である。なお、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものとして、図１は、右手系の直交座標系が付されている。移動ロボット１００は、自律移動装置の一実施形態であって、直方体状の本体が移動面である床面を移動する移動体である。移動ロボット１００は移動手段として駆動部１３０を有している。駆動部１３０は、床面に接しており直進方向（前後方向または図のｘ軸方向）に対して直角の方向（左右方向または図のｙ軸方向）に伸びる１本の回転軸を中心にそれぞれ独立して回転可能に設定されている２つの駆動輪１３１および床面に接するキャスター１３２を有している。移動ロボット１００は、左右に配置された駆動輪１３１を同じ回転数で駆動させることにより、前進または後進を行い、左右の駆動輪１３１の回転速度または回転方向に差を生じさせることにより、旋回を行う。

移動ロボット１００は駆動部１３０の上方に筐体部１５０を有している。筐体部１５０は、収納室扉１５１を有している。収納室扉１５１を開けると、筐体部１５０の内部には、所定の搬送物を収納するための収納室が設けられている。すなわち移動ロボット１００は、所定の物品を搬送する搬送ロボットということもできる。

筐体部１５０における収納室扉１５１の上方および収納室扉１５１が設けられている面の反対側の面（すなわち移動ロボット１００の前後方向のそれぞれの面）には、前後距離センサ１５２がそれぞれ設けられている。前後距離センサ１５２は、移動ロボット１００の周囲の物体を検出することにより、移動ロボット１００と当該物体との距離を検出できる。前後距離センサ１５２は、例えばステレオカメラおよび赤外線スキャナを用いて撮像した画像の画像データに含まれる物体の距離を測定する。筐体部１５０の左右方向のそれぞれの面の下部には、左右距離センサ１５３が設けられている。左右距離センサ１５３は、レーザ光、ミリ波、または近赤外線等を用いた測距センサであって、移動ロボット１００の周囲の物体との距離を検出できる。筐体部１５０の前後方向のそれぞれの面に前後距離センサ１５２が設けられ、筐体部１５０の左右方向のそれぞれの面に左右距離センサ１５３が設けられていることにより、移動ロボット１００は、全方位の物体との距離を検出できる。

筐体部１５０の上面には矩形の突出部が設けられており、かかる突出部には表示部１６０が配置されている。表示部１６０は、例えば液晶パネルを含む表示部であり、移動ロボット１００の種々の情報を表示する。表示部１６０には、ユーザからの操作を受け付けるタッチパネルが重畳されている。

筐体部１５０の上面にはカメラ１７０も設置されている。カメラ１７０は撮像対象となる領域に対向する対物レンズおよび撮像対象の画像の画像データを生成するためのイメージセンサ等が含まれる。カメラ１７０は、移動ロボット１００の上方を撮像するように設置されている。これにより移動ロボット１００は、例えば移動している建物の天井を撮像できる。

次に、図２を参照しながら自律移動装置制御システム１０のシステム構成について説明する。図２は、実施の形態にかかる自律移動装置制御システムのブロック図である。自律移動装置制御システム１０は、主な構成として、移動ロボット１００およびサーバ装置５００を有している。

移動ロボット１００は、主な構成として、演算処理部１１０、通信部１２０、駆動部１３０、操作受付部１４０、表示部１６０および距離センサ群１８０を主な構成として有している。

演算処理部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置を有する情報処理装置である。演算処理部１１０は、移動命令抽出部１１１、安全距離決定部１１２、移動制御部１１３および記憶部１１４を含む。

移動命令抽出部１１１は、移動ロボット１００の移動命令を受け付ける。より具体的には、例えば、ユーザが移動ロボット１００に対して所定の動作を指示する操作をした場合に、移動命令抽出部１１１は、ユーザの指示内容から移動命令を抽出し、抽出した移動命令を受け付ける。移動命令は、例えば、所定の目標地点に向かうこと、ドアを通過すること、あるいはエレベータに乗り込むこと等が含まれる。

安全距離決定部１１２は、移動ロボット１００と移動ロボット１００の周囲の物体との間の確保すべき安全距離を決定する。本実施の形態において、安全距離決定部１１２は、予め設定された安全距離として、第１安全距離と第２安全距離とのいずれかを選択する。第１安全距離は、移動ロボット１００が任意の角度で旋回した場合に、いかなる場合であっても静止している物体とは接触しない距離である。すなわち、移動ロボット１００は、第１安全距離を確保しながら移動する場合には、移動ロボット１００がいずれの向きを向いても周囲の静止している物体と接触しない。第２安全距離は、移動ロボット１００が予め設定された角度（例えば、５度、１０度、３０度）より小さい角度で旋回した場合に、静止している物体とは接触しない距離である。すなわち、移動ロボット１００は、第２安全距離を確保しながら移動する場合には、移動ロボット１００が予め設定された角度より小さい旋回を行った場合に周囲の静止している物体と接触しない。

移動制御部１１３は、駆動部１３０を制御して移動ロボット１００の移動動作を制御する。移動制御部１１３は、上述した移動命令、安全距離および距離センサ群１８０から検出した周囲の物体との距離をそれぞれ取得し、取得した情報から移動ロボット１００の移動動作を制御する。

記憶部１１４はフラッシュメモリやＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性メモリを含み、例えば移動ロボット１００が自律移動をする為に使用する施設のフロアマップを記憶している。

通信部１２０は、サーバ装置５００に通信可能に接続するインタフェースであり、例えばアンテナおよびアンテナを介して送信する信号の変調または復調を行う回路等により構成される。通信部１２０は、サーバ装置５００から目的地に関する情報や、移動の可否に関する情報を受け取る。また通信部１２０は、サーバ装置５００に対して移動ロボット１００自身の状態に関する情報の送信を行う。

駆動部１３０は、駆動輪１３１を駆動するための駆動回路やモータを含む。また、駆動部１３０は、駆動輪１３１の回転量を検出するロータリエンコーダを含む。駆動部１３０は、駆動輪１３１を駆動させる駆動部であって、移動制御部１１３が生成する駆動信号に応じて駆動輪１３１を駆動する。

操作受付部１４０は、ユーザからの入力操作を受け付けて、操作信号を演算処理部１１０へ送信する。ユーザからの入力操作を受け付ける手段として、操作受付部１４０は例えば操作ボタンや、表示部１６０に重畳されたタッチパネルなどを有する。ユーザは、これらの入力操作手段を操作して、電源のオン／オフや収納室扉１５１の開閉操作等を行う。

表示部１６０は、例えば液晶パネルを含む表示部であり、演算処理部１１０の指示に応じて適宜情報を表示する。カメラ１７０は、撮像した画像の画像データを演算処理部１１０に供給する。演算処理部１１０はカメラ１７０から受け取った画像データを解析し、解析した画像データに所定の情報が含まれる場合には、かかる画像データから所定の情報を検出する。

距離センサ群１８０は、移動ロボット１００の周囲の物体との距離データを取得するセンサを総称して示している。距離センサ群１８０は、図１に示した前後距離センサ１５２および左右距離センサ１５３を含む。距離センサ群１８０に含まれる各センサは、それぞれが検出した距離データを演算処理部１１０に供給する。

サーバ装置５００は、例えば任意の場所に設置されたコンピュータであって、移動ロボット１００を管理する。サーバ装置５００は、全体制御部５１０、通信部５２０および記憶部５３０を主な構成として有している。

全体制御部５１０は、ＣＰＵ等の演算装置を構成とし、種々の情報処理を行う。全体制御部５１０は、移動ロボット１００から移動ロボット１００の動作状況に関する信号を受け取り、受け取った信号から移動ロボット１００の位置を検出する。また全体制御部５１０は、移動ロボット１００から受け取った信号から、移動ロボット１００が動作を継続してもよいか否かを判断する。また全体制御部５１０は、行った判断に応じて、移動ロボット１００に対して動作の中止を指示たり、動作の変更を指示したりする。

通信部５２０は、移動ロボット１００と無線または有線により通信を行う。通信部５２０は、移動ロボット１００から受け取った情報をユーザに供給したり、ユーザからの操作を受け取り、受け取った操作の内容に応じて、移動ロボット１００に所定の指示を送ったりする。通信部５２０はサーバ装置５００と複数の構成との通信を行うためのルータ装置が含まれていてもよい。自律移動装置制御システム１０が複数の移動ロボット１００を有している場合には、通信部５２０はサーバ装置５００と複数の移動ロボットとの通信を行う。記憶部５３０はサーバ装置５００が実行する種々のプログラムや一時ファイル等を記憶する。記憶部５３０はフロアマップを記憶してもよい。

次に、移動ロボット１００の移動動作を具体的に説明する。図３は、実施の形態にかかる移動ロボット１００が受けた移動命令を示す図である。図３は建物９００における１フロアの平面図である。建物９００は、部屋９０１、通路９０２、エレベータホール９０３を含む。建物９００にはエレベータＥＶ１が設置されている。部屋９０１は通路９０２およびエレベータホール９０３を介してエレベータＥＶ１に接続している。

部屋９０１内の所定の場所にはチェックポイントＣＰ１が設けられている。部屋９０１の出入り口付近の通路９０２にはチェックポイントＣＰ２が設けられている。またエレベータホール９０３の中央部にはチェックポイントＣＰ３が設けられている。チェックポイントＣＰ１〜ＣＰ３は、移動ロボット１００が検出することにより、移動ロボット１００が通過または到着したことをサーバ装置５００に通知するための手段である。チェックポイントＣＰ１〜ＣＰ３は、例えばそれぞれの位置を示す固有の文字情報であり、カメラ１７０が文字情報を撮像できるようにそれぞれの位置で天井に固定されている。移動ロボット１００は、図３に示すように建物９００の部屋９０１に配置されたチェックポイントＣＰ１の下に位置している。

上述の状況において、移動ロボット１００は、チェックポイントＣＰ１を出発して、エレベータＥＶ１に搭乗してフロアを移動するよう指示を受けたものとする。この場合、移動命令抽出部１１１は、記憶部１１４に格納しているフロアマップを参照し、上述の指示から以下の移動命令を抽出して移動経路Ｐ１を生成する。まず、移動ロボット１００は、チェックポイントＣＰ１からチェックポイントＣＰ２に移動する。次に、移動ロボット１００は、チェックポイントＣＰ２から通路９０２を通ってエレベータホール９０３へ向かい、チェックポイントＣＰ３でエレベータを待つために待機する。そして、移動ロボット１００は、エレベータＥＶ１が到着すると、チェックポイントＣＰ３からエレベータＥＶ１に搭乗する。なお、移動経路Ｐ１において、通路９０２には障害物８００が設置してある。そのため後述するように、移動ロボット１００は、障害物８００を回避したうえで移動する。

図４は、移動命令を実行中の移動ロボット１００を示す第１の図である。移動ロボット１００は、部屋９０１を出発し、チェックポイントＣＰ２を通過した後、通路９０２を移動している。図４は、自律移動装置制御システム１０がチェックポイントＣＰ２からチェックポイントＣＰ３への移動命令を実行中の状態を示している。

上述の状況において、移動ロボット１００は、通路９０２を移動する場合、安全距離として第１安全距離Ｄ１を確保しながら移動経路Ｐ１に沿って移動する。なお、移動ロボット１００は、基本的に通路９０２の右側の壁に沿って移動するように設定されている。そのため、移動ロボット１００は、通路９０２の右側の壁からの距離が第１安全距離Ｄ１より大きくなるように距離センサ群１８０の検出データを監視しながら移動する。

図５は、移動命令を実行中の移動ロボット１００を示す第２の図である。移動ロボット１００は、チェックポイントＣＰ２を通過した後、チェックポイントＣＰ３へ向かって通路９０２を移動している。図５は、自律移動装置制御システム１０が障害物８００を回避する動作を開始した状態を示している。

上述の状況において、移動ロボット１００は、障害物８００との距離が第１安全距離Ｄ１より大きい位置で旋回する。図に示す例の場合、移動ロボット１００は角度Ａ１で旋回している。第１安全距離Ｄ１を確保しながら移動することにより、移動ロボット１００は、大きく旋回しても周囲の物体に接触することはない。移動ロボット１００は、障害物８００を回避し、続けて通路９０２の右側の壁との距離が第１安全距離Ｄ１より大きくなるように移動経路Ｐ１を変更して移動を続ける。

図６は、移動命令を実行中の移動ロボット１００を示す第３の図である。移動ロボット１００は、チェックポイントＣＰ３に到着し、エレベータＥＶ１が開扉状態になるまで待機する。図６は、エレベータＥＶ１が開扉状態となり、移動ロボット１００がチェックポイントＣＰ３からエレベータＥＶ１へ搭乗を開始する状態を示している。

エレベータＥＶ１に搭乗する場合、移動ロボット１００は、ほぼ直進することによりエレベータ籠へ搭乗することができる。しかし、大きく旋回することを前提とした第１安全距離Ｄ１を確保した場合、移動ロボット１００は、図に示すように、幅Ｗ１より広い幅の空間が必要となる。一方、エレベータの入口の幅Ｗ３は、幅Ｗ１より狭い。そのため、第１安全距離Ｄ１を確保すべき安全距離と設定した状態では、移動ロボット１００は、エレベータＥＶ１に搭乗できない。

そこで、上述の状況において、移動ロボット１００は、安全距離を第１安全距離Ｄ１から第２安全距離Ｄ２に切り替えた上でエレベータＥＶ１に搭乗することを決定する。第１安全距離Ｄ１より短い第２安全距離Ｄ２は、移動ロボット１００が角度Ａ２より小さい角度の旋回であれば、周囲の物体と接触しないように設定されている。そのため、移動ロボット１００は、エレベータＥＶ１に向かって進みながら、角度Ａ２より小さい角度で旋回して左右方向の位置を調整しながらエレベータＥＶ１に搭乗する。自律移動装置制御システム１０において、移動ロボット１００がエレベータＥＶ１に搭乗する命令を実行する場合には、安全距離決定部１１２は、第２安全距離Ｄ２で移動することを決定する。なお、この場合当然ながら図６に示した角度Ａ２は、図５に示した旋回の角度Ａ１より小さい。

図７を参照しながら、上述の実施の形態の別の具体例について説明する。図７に示す例は、移動ロボット１００が実行するタスクの種別または移動態様に応じて安全距離を決定する例である。図７は、移動命令を実行中の移動ロボット１００を示す第４の図である。図７において、移動ロボット１００は、目標位置７００に移動して他の移動ロボットとともに整列するよう指示を受けている。すなわち移動命令抽出部１１１は、図に示した所定の位置から目標位置７００に移動する移動命令を受け付ける。

このような状況において、自律移動装置制御システム１０は、移動ロボット１００がほぼ直進すれば目標位置７００に移動できる位置まで移動ロボット１００を移動させる。そしてその後、安全距離決定部１１２は、移動ロボット１００の前方における角度Ａ３の領域に目標位置７００が含まれる場合に、第２安全距離Ｄ２で移動することを決定する。予め旋回角度Ａ３より小さい角度で目標位置７００に移動できるように移動ロボット１００と目標位置７００との関係を設定することにより、自律移動装置制御システム１０は、第２安全距離Ｄ２で移動することを決定する。

なお、上述の角度Ａ２や角度Ａ３は、移動命令を実行する際に予めシミュレーションすることにより決定してもよいし、実行する移動命令ごとに予め設定されたものであってもよい。また、旋回可能な角度は、移動制御のサンプリングタイムごとにシミュレーションを行い、移動ロボット１００と周囲の物体とが当たらないことを確認してもよい。

上述の例の他に、例えば、障害物が存在しない直進通路や一定の曲率で延伸する通路など、旋回不要の環境であることが既知である移動場所の場合には、自律移動装置制御システム１０は、第２安全距離で移動することを決定できる。例えば、具体的には、移動ロボット１００が自動ドアを通過する場合にも、自律移動装置制御システム１０は、第２安全距離で移動することを決定できる。また、自律移動装置制御システム１０は、格納しているフロアマップの領域に応じて、第２安全距離で移動することを決定してもよい。また、上述の例の場合、例えば、安全距離決定部１１２は、移動ロボット１００の移動速度や移動面の傾斜を加味して安全距離を決定してもよい。

以上、実施の形態について説明したが、実施の形態にかかる自律移動装置制御システム１０は上述の構成に限られない。自律移動装置制御システム１０は、演算処理部１１０が有している機能をサーバ装置５００が有していてもよい。サーバ装置５００は、インターネット回線により移動ロボット１００と接続していてもよい。その場合、サーバ装置５００は、クラウド上に設定された仮想コンピュータであってもよい。あるいは、自律移動装置制御システム１０は、サーバ装置５００を含めず、移動ロボット１００のみの構成としてもよい。

上述の構成により、十分な安全を確保することを所望する条件における移動命令を実行する場合、自律移動装置制御システム１０は、大きく旋回することが可能である第１安全距離Ｄ１で移動することを決定する。一方、ほぼ直進する場合に限られるような特定の条件における移動命令を実行する場合、自律移動装置制御システム１０は、予め設定された角度より小さい角度の旋回をすることが可能である第２安全距離Ｄ２で移動することを決定する。すなわち、自律移動装置制御システム１０は、任意の角度で旋回する可能性がある場合の安全距離と、スペースの限られた場所において小さな角度で旋回する場合の安全距離とを別個の長さに設定できる。よって、本実施の形態によれば、様々な環境で安全に移動できる自律移動装置制御システムを提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 自律移動装置制御システム
１００ 移動ロボット
１１０ 演算処理部
１１１ 移動命令抽出部
１１２ 安全距離決定部
１１３ 移動制御部
１１４ 記憶部
１３０ 駆動部
１３１ 駆動輪
１３２ キャスター
１５０ 筐体部
１５１ 収納室扉
１５２ 前後距離センサ
１５３ 左右距離センサ
１６０ 表示部
１７０ カメラ
１８０ 距離センサ群
５００ サーバ装置
５１０ 全体制御部
５２０ 通信部
５３０ 記憶部
９００ 建物
９０１ 部屋
９０２ 通路
９０３ エレベータホール
ＥＶ１ エレベータ

Claims (1)

1. 自律移動装置の移動命令を抽出する移動命令抽出部と、
   前記自律移動装置と当該自律移動装置の周囲の物体との間の確保すべき安全距離を、前記移動命令に含まれる移動場所または移動態様に応じて、前記自律移動装置が第１角度で旋回した場合に前記周囲の物体と接触しない第１安全距離と、前記自律移動装置が前記第１角度より小さい第２角度で旋回した場合に前記周囲の物体と接触しない前記第１安全距離より短い第２安全距離と、のいずれかを決定する安全距離決定部と、
   前記自律移動装置と前記周囲の物体との距離を検出する距離センサと、
   前記移動命令、決定した前記安全距離および検出した前記距離に基づいて前記自律移動装置の移動動作を制御する移動制御部と、を備える
   自律移動装置制御システム。

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