JP3340606B2 - Guidance method and guidance system for mobile robot - Google Patents

Guidance method and guidance system for mobile robot

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JP3340606B2
JP3340606B2 JP30225695A JP30225695A JP3340606B2 JP 3340606 B2 JP3340606 B2 JP 3340606B2 JP 30225695 A JP30225695 A JP 30225695A JP 30225695 A JP30225695 A JP 30225695A JP 3340606 B2 JP3340606 B2 JP 3340606B2
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light receiving
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、無人の移動ロボッ
トをその走行経路中に設置したランドマーク(誘導標
識)を頼りに指定した経路を走行させる方法とそのシス
テムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and a system for running an unmanned mobile robot on a designated route by relying on landmarks (guide signs) installed on the traveling route.

【0002】[0002]

【従来の技術】移動ロボットの誘導方法として、経路中
の要所要所に各種のランドマーク(誘導標識)を設置し
ておき、ロボットが標識を頼りに指定された経路を走行
していく方法がある。本発明はこのような移動ロボット
の誘導方法における標識の構成方法と、標識を検出・認
識する方法および標識によりロボットの位置と方向を正
確に計測し、補正する方法を提供する。
2. Description of the Related Art As a method for guiding a mobile robot, various landmarks (guidance signs) are installed at key points in a route, and the robot travels on a designated route depending on the signs. is there. The present invention provides a method for constructing a sign in such a method for guiding a mobile robot, a method for detecting and recognizing the sign, and a method for accurately measuring and correcting the position and direction of the robot using the sign.

【0003】自律移動ロボットのナビゲーションの方法
として、ランドマークによる誘導とデッドレコニング
(経路航法)による方法とがあるが、後者は誤差の蓄積
によって所定の経路からしだいに離れていくという大き
な欠点がある。ランドマークとなる物体の条件としては
以下のことを考慮しなければならない。 (1)周囲の物体と区別しやすいこと (2)構造が簡単で、小型、軽量であること (3)ロボットに正確な位置を示すことができること (4)汚れや破損によってデータが消失しないこと
There are two methods of navigation for an autonomous mobile robot: guidance by landmarks and dead reckoning (route navigation). The latter has a major drawback that it gradually moves away from a predetermined route due to accumulation of errors. . The following must be considered as the conditions of the landmark object. (1) Easy to distinguish from surrounding objects (2) Simple structure, small size and light weight (3) Able to show accurate position to robot (4) Data is not lost due to dirt or damage

【0004】ランドマークを使用した従来の誘導方法に
は以下のような問題点があった。 (1)磁気テープや光反射テープを床面に設置する誘導
方法は、ルートの全てにテープを貼る必要があり、テー
プが人やロボット自身に踏まれて変形・破損したり磁気
が消失したりする (2)CCDカメラを搭載したシステムは、画像処理が
煩雑で、標識を誤認する可能性がある (3)ロボットの位置を計測するためには複数の標識を
必要とするため、設置が煩雑である
The conventional guidance method using landmarks has the following problems. (1) In order to install a magnetic tape or light reflective tape on the floor, it is necessary to stick the tape on the entire route, and the tape may be stepped on by humans or the robot itself, deformed or damaged, or lose magnetism. (2) A system equipped with a CCD camera has complicated image processing and may possibly misidentify a sign. (3) Since a plurality of signs are required to measure the position of the robot, installation is complicated. Is

【0005】特公平5−70844号「無人搬送車の誘
導及び情報検知用光反射テープの読み取り装置」には、
光反射テープと光フアイバケーブルを用いた無人誘導シ
ステムが開示されているが、床面に敷設した光反射テー
プは汚れやすく破損しやすいという欠点がある。特開平
4−346107号「光誘導ライン検出装置」では、床
面に金属片があったり、床面に設置した光反射テープが
汚れたり破損したような場合でも、誤認しないように、
二値化信号を演算処理して誘導ラインの位置を判定して
いるが、床面の凹凸などの外乱によって信号ノイズが発
生するため、信頼性に欠けるという欠点がある。特開平
4−42014号「移動体の自己位置検出方法と装置」
には、本発明者らによるレーザ光を用いた移動体の誘導
方法が記載されている。
[0005] Japanese Patent Publication No. 5-70844, "Reading device for light reflection tape for guiding automatic guided vehicles and detecting information" includes:
Although an unmanned guidance system using a light reflecting tape and an optical fiber cable is disclosed, there is a disadvantage that the light reflecting tape laid on the floor is easily stained and easily damaged. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-346107, "light guiding line detection device", even if there is a metal piece on the floor, or if the light reflecting tape installed on the floor is dirty or damaged,
Although the binarized signal is arithmetically processed to determine the position of the guide line, signal noise is generated due to disturbance such as unevenness of the floor surface, so that there is a disadvantage that reliability is lacking. JP-A-4-42014 "Method and apparatus for detecting the self-position of a moving object"
Describes a method for guiding a moving body using laser light by the present inventors.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、移動ロボットを誘導するための標識の設置を容易に
し、かつマーカーの識別とマーカーと移動ロボットの相
対位置計測を兼ね備えた誘導方法とその装置を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、誘導標識の数を最小
限に抑制して、誤動作を防止し、正確な誘導方法を達成
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is a main object of the present invention to provide a guidance method for facilitating the installation of a sign for guiding a mobile robot, and also for identifying a marker and measuring a relative position between the marker and the mobile robot. It is to provide a device. It is another object of the present invention to minimize the number of guidance signs, prevent malfunctions, and achieve an accurate guidance method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため、本発明はその第1の態様において、移動ロボット
の進行方向に沿った経路中に光の反射特性の異なる2種
類以上の光反射物体を所定の順序と所定の間隔で並べた
マーカーを設置し、移動ロボット上に搭載したレーザ源
から前記マーカーへとレーザ光を回転照射し、移動ロボ
ット上に搭載した反射光受光装置によって前記マーカー
を検出し、前記反射光受光装置によってマーカー上の光
反射物体の並び方を検知してマーカーの番地を識別し、
前記反射光受光装置によって前記マーカー上の複数の地
点と移動ロボット上の基準点との成す角度を計測し、マ
ーカーに対する移動ロボットの位置と向きを算出し、前
記マーカーの番地・移動ロボットの位置・移動ロボット
の向きの3種類の情報に基づいて移動ロボットを誘導す
ることを特徴とする移動ロボットの誘導方法を提供す
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided, in accordance with the first aspect, two or more types of light reflection devices having different light reflection characteristics in a path along a traveling direction of a mobile robot. A marker in which objects are arranged in a predetermined order and at a predetermined interval is installed, a laser beam is radiated from the laser source mounted on the mobile robot to the marker, and the marker is reflected by the reflected light receiving device mounted on the mobile robot. And the light on the marker is detected by the reflected light receiving device.
Detects the location of the marker by detecting the arrangement of reflective objects,
A plurality of grounds on the marker by the reflected light receiving device;
Measure the angle between the point and the reference point on the mobile robot, and
Calculate the position and orientation of the mobile robot with respect to the
Marker address / position of mobile robot / mobile robot
A method for guiding a mobile robot is provided, wherein the mobile robot is guided based on three types of information on the direction of the mobile robot.

【0008】この誘導方法はさらに長距離を走行する場
合には複数のマーカーを順番に検出しながら誘導する工
程を包含することができる。本発明はその第2の態様と
して、上記誘導方法を実施するための誘導システムを提
供する。
[0008] This guidance method is also used for traveling a long distance.
In this case, a method of guiding while detecting multiple markers in order
Steps can be included. The present invention provides, as a second aspect thereof, a guidance system for performing the above-described guidance method.

【0009】具体的な構成として、本発明は次のような
手法を用いた。 (1)標識は、光の反射特性の異なる2種類以上の物体
を適当な順序で並べたものとし、並べ方の組み合わせに
よるパターンによって、各標識に固有の符号(あるいは
番号)を付与する。また、光の反射特性の異なる物体を
並べた境界を少なくとも3個所以上設け、それらの境界
線を標点とする。ただし、標識を構成する物体の寸法は
既知なるものとし、標点間の距離は既知である。
As a specific configuration, the present invention uses the following method. (1) Two or more types of objects having different light reflection characteristics are arranged in an appropriate order, and a unique code (or number) is given to each sign by a pattern based on a combination of arrangement methods. In addition, at least three or more boundaries where objects having different light reflection characteristics are arranged are provided, and these boundaries are used as reference points. However, it is assumed that the size of the object constituting the marker is known, and the distance between the reference points is known.

【0010】(2)ロボットに搭載する標識検出装置
は、標識を構成する物体に適当な光を照射し、反射光の
反射特性の違いを検出することにより、標識を構成する
物体の反射特性の違いを識別し、もって標識のパターン
すなわち標識に固有の符号を同定する。同時に、反射光
の反射特性の変化から光の反射特性の異なる物体を並べ
た境界、すなわち上記の標点を検出する。ただし、光の
発射方向のロボットの基準の向きからの角度を計測でき
るようにする。
(2) The sign detecting device mounted on the robot irradiates the object constituting the sign with appropriate light and detects the difference in the reflection characteristic of the reflected light, thereby detecting the reflection characteristic of the object constituting the sign. The differences are identified, thereby identifying the pattern of the sign, that is, the sign unique to the sign. At the same time, the boundary where objects having different light reflection characteristics are arranged, that is, the above-mentioned reference point is detected from the change in the reflection characteristics of the reflected light. However, the angle of the light emitting direction from the reference direction of the robot can be measured.

【0011】(3)上記により求められた標識の固有符
号を、あらかじめロボットに与えられた地図上の標識の
符号と照合することにより、ロボットは自分が地図上の
どの位置にいるかを知る(確認する)。ただし、それだ
けでは、ロボットがその標識の近傍にいることは判る
が、ロボットの正確な位置や向きは不明である。しか
し、光の発射方向のロボットの基準の向きからの角度を
計測できていることにより、上記標点をロボットから見
たときのロボットの基準の向きからの角度が判り、少な
くとも3点の標点を用いて、三角測量の原理により、標
識を基準とするロボットの位置と向きを決定できる。こ
れにより、ロボットは、自己の位置決めあるいは補正を
正確に行うことができる。
(3) The robot knows its own position on the map by checking the sign of the sign obtained as described above with the sign of the sign on the map previously given to the robot. Do). However, this alone indicates that the robot is near the sign, but the exact position and orientation of the robot are unknown. However, since the angle of the light emission direction from the reference direction of the robot can be measured, the angle from the reference direction of the robot when the above-mentioned reference point is viewed from the robot can be determined. Can be used to determine the position and orientation of the robot with respect to the sign based on the principle of triangulation. Thereby, the robot can accurately perform its own positioning or correction.

【0012】標識は、その好適な例として、偏光の向き
が例えば縦向きと横向きというように異なる2種類の偏
光フイルムを、光の反射物体(例えば反射テープ)上に
適当な順序で並べ、並べ方の組み合わせによるパターン
によって、各標識に固有の符号(あるいは番号)を付与
する。ここで、偏光フイルムに無偏光の光を入射する
と、反射物体で反射後、再び偏光フイルムを透過してく
る反射光はその偏光フイルムの偏光方向に対応した偏光
光である。
As a preferred example of the sign, two types of polarizing films whose polarization directions are different, for example, vertical and horizontal, are arranged in an appropriate order on a light-reflecting object (for example, a reflecting tape). A unique code (or number) is given to each marker by a pattern based on the combination of Here, when non-polarized light enters the polarizing film, the reflected light reflected by the reflecting object and transmitted again through the polarizing film is polarized light corresponding to the polarization direction of the polarizing film.

【0013】ロボットに搭載する標識検出装置は、適当
な無偏光な光をスキャンする部分と、標識からの反射光
の偏光方向の違いを検出する部分から構成する。光源に
半導体レーザを使う場合、半導体レーザは直線偏光とな
っているので、光源の直後に1/4波長板をおき、円偏
光とすることで実用上、無偏光とみなすことができる。
The sign detection device mounted on the robot is composed of a part for scanning an appropriate non-polarized light and a part for detecting a difference in the polarization direction of reflected light from the sign. When a semiconductor laser is used as a light source, since the semiconductor laser is linearly polarized, a quarter-wave plate is placed immediately after the light source and circular polarization is used, so that it can be considered practically non-polarization.

【0014】反射光の検出部は二つの受光部を有し、各
受光部の先頭に、標識に用いたものと同じ2種類の偏光
フイルムをそれぞれ設置する。これにより、各受光部は
特定の偏光光のみに応答する。各受光部の出力の差信号
をとると、標識以外の物体からの反射光は無偏光のた
め、両受光部の出力は小さく等しいので差信号はゼロと
なり、標識からの反射光は、偏光フイルムの偏光方向に
よって、+出力または−出力となる。これにより、標識
の存在と標識のパターンすなわち符号を検出でき、差信
号の+から−、−から+への変化点を標点として検出す
る。
The reflected light detecting section has two light receiving sections, and at the head of each light receiving section, the same two kinds of polarizing films as those used for the signs are respectively installed. Thereby, each light receiving section responds only to the specific polarized light. When the difference signal of the output of each light receiving unit is taken, since the reflected light from the object other than the sign is unpolarized, the output of both light receiving units is small and equal, so the difference signal becomes zero, and the reflected light from the sign is the polarization film. + Or-output depending on the polarization direction. As a result, the presence of the marker and the pattern of the marker, that is, the sign, can be detected, and the change point of the difference signal from + to-and from-to + is detected as the reference point.

【0015】本発明におけるランドマークは連続して設
置する必要はなく、コーナーや基準点などに設置するだ
けでよいから、その数が最小限に抑制され、誤動作が防
止されて正確な誘導方法が達成される。以下、本発明に
よる好適な実施形態を添付図面を参照しながら説明す
る。
In the present invention, it is not necessary to install landmarks continuously, but only at corners or reference points. Therefore, the number of landmarks is minimized, malfunction is prevented, and an accurate guidance method is provided. Achieved. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1は移動ロボット10の移動経
路の例を表している。このような経路で移動ロボット1
0を誘導するとき、ロボットの内界センサーによるデッ
ドレコニング動作だけでは走行中の位置検出誤差の蓄積
によりコースを外れてしまうことがある。そこで曲がり
角やエレベータ昇降口付近、作業場所14付近などの精
度の高い自己位置検出やポジショニングが必要な地点に
マーカー(誘導標識)20,21を設けて、それらを検
出することで、ロボット自身が地図上でどの辺にいるの
かを認識できるようにする。
FIG. 1 shows an example of a moving path of a mobile robot 10. As shown in FIG. Mobile robot 1 along such a route
When navigating 0, the dead reckoning operation alone by the robot's internal sensor may cause the robot to go off course due to accumulation of position detection errors during traveling. Therefore, markers (guidance signs) 20 and 21 are provided at points that require high-precision self-position detection and positioning, such as around corners, elevator doors, and work places 14, and the robot itself detects the map by detecting them. Be able to recognize where you are above.

【0017】さらに、マーカー自身に光学的な特徴を付
与することにより、マーカーを検出すると同時にマーカ
ーを識別し、さらにマーカー上の複数の地点と移動ロボ
ット上の基準点との成す角度を計測して、移動ロボット
の正確な自己位置及び向きを知ることができ、より精度
の高いロボットの誘導システムを構築することができ
る。
Further, by providing the marker itself with an optical feature, the marker is detected and identified at the same time, and the angle between a plurality of points on the marker and a reference point on the mobile robot is measured. It is possible to know the exact self-position and direction of the mobile robot, and to construct a more accurate robot guidance system.

【0018】図2はマーカー20の具体例を表してお
り、例えば幅Wが200mm、高さHが40mmの薄い
アルミニウム板22上に、光が入射した方向に反射する
反射テープ24を接着剤などで貼り付け、その上に透明
な偏光方向が直交する縦向きと横向きの2種類の偏光フ
イルム31〜38を平行に並べて貼り付けた構成となっ
ている。偏光フイルム自身は1種類でよく、縦向きにカ
ットしたものと横向きにカットしたものとで2種類を形
成させる。マーカー全体の厚さは約2mm程度で、薄く
て軽いので壁面に設置しても人の進行の妨げになること
はなく、電源に接続する必要もない。光源やコードなど
の付加設備がいらないので、壁面などに簡単に取り付け
ることができる。
FIG. 2 shows a specific example of the marker 20. For example, a reflective tape 24 that reflects light in the incident direction is applied to a thin aluminum plate 22 having a width W of 200 mm and a height H of 40 mm by using an adhesive or the like. , And two types of polarizing films 31 to 38, which are vertically and horizontally, in which the transparent polarization directions are orthogonal to each other, are arranged and attached in parallel. The polarizing film itself may be of one type, and two types are formed, one being cut vertically and one being cut horizontally. The overall thickness of the marker is about 2 mm, and it is thin and light, so that even if it is installed on a wall, it does not hinder the progress of humans and does not need to be connected to a power supply. Since no additional equipment such as a light source or cord is required, it can be easily mounted on a wall or the like.

【0019】偏光フイルム31〜38は透明なので、反
射テープ24上に数字で番地情報を書けば人間によって
もマーカー20の情報が読み取り可能になり、人間とロ
ボットに同時に識別可能な標識となる。また、反射テー
プ24上に「非常口」などと記載すれば、案内標識を兼
ねることもできて便利である。
Since the polarizing films 31 to 38 are transparent, if the address information is written on the reflective tape 24 by numbers, the information of the marker 20 can be read by a human, and it becomes a sign that can be simultaneously identified by the human and the robot. If "emergency exit" or the like is described on the reflective tape 24, it can also serve as a guide sign, which is convenient.

【0020】図3は、移動ロボット40とその上に搭載
されたマーカーの読み取り装置などを表している。移動
ロボット40の基礎部分42には、従来の自律移動ロボ
ットと同様に電源や走行用モータ43などが収納され、
車輪45、46を駆動し、前輪47によって操向されな
がら走行する。
FIG. 3 shows a mobile robot 40 and a marker reading device mounted thereon. The base portion 42 of the mobile robot 40 houses a power source and a running motor 43 in the same manner as a conventional autonomous mobile robot,
The vehicle drives the wheels 45 and 46 and runs while being steered by the front wheels 47.

【0021】マーカーの読み取り装置は、レーザ光源5
0と走査部55と反射光受光装置60とで構成されてい
る。コリメート光源として20mW半導体レーザの光を
円偏光し、見掛け上無偏光な光として使用する。半導体
レーザから照射された光51は、モータ56によって駆
動されるターンテーブル57上に45度傾斜して取り付
けられた反射ミラー58で水平面上にスキャンされ、壁
面12上のマーカー70に向けて回転照射される。回転
速度は、例えば10rps程度でよい。
The marker reading device includes a laser light source 5
0, a scanning unit 55, and a reflected light receiving device 60. Light of a 20 mW semiconductor laser is circularly polarized as a collimating light source and used as apparently unpolarized light. The light 51 emitted from the semiconductor laser is scanned on a horizontal plane by a reflection mirror 58 attached at a 45-degree inclination on a turntable 57 driven by a motor 56, and is rotated toward a marker 70 on the wall surface 12. Is done. The rotation speed may be, for example, about 10 rps.

【0022】同じターンテーブル57上に反射光受光装
置60が取り付けられ、その回転角度は同軸に取り付け
られた光学式ロータリーエンコーダ59により計測され
る。受光装置60には、直交する偏光方向を持つ2つの
偏光フイルム61,62の後側にそれぞれ取り付けられ
た2個のフォトダイオード63,64が用いられてい
る。この受光装置60は、マーカー70等から反射して
くる光の偏光方向と強度を同時に測定することができ
る。
A reflected light receiving device 60 is mounted on the same turntable 57, and its rotation angle is measured by an optical rotary encoder 59 mounted coaxially. In the light receiving device 60, two photodiodes 63 and 64 attached to the rear side of two polarizing films 61 and 62 having orthogonal polarization directions are used. The light receiving device 60 can simultaneously measure the polarization direction and the intensity of the light reflected from the marker 70 or the like.

【0023】移動ロボット40上には、さらにパーソナ
ルコンピュータ80が搭載され、パーソナルコンピュー
タ80にはあらかじめ移動経路の地図情報が入力されて
おり、マーカー読み取り装置からの情報をもとにして移
動ロボットの現在位置を算出し、次の方向へと移動させ
るような命令を走行用モータ43などの走行装置へと出
すようになっている。
A personal computer 80 is further mounted on the mobile robot 40. The personal computer 80 is preliminarily input with map information of a moving route, and based on information from a marker reading device, the current state of the mobile robot is determined. The position is calculated, and a command to move in the next direction is issued to a traveling device such as the traveling motor 43.

【0024】本発明による移動ロボット40は上記のよ
うに構成されており、レーザ源50から照射された無偏
光な光51は、マーカー70上を水平にQ方向にスキャ
ンされる。その反射光Rは、マーカー70上に配列され
た偏光フイルム71〜74(図4)と反射テープによっ
てそれぞれの向きに偏光された反射光となる。
The mobile robot 40 according to the present invention is configured as described above, and the non-polarized light 51 emitted from the laser source 50 is scanned horizontally on the marker 70 in the Q direction. The reflected light R is reflected light polarized in each direction by the polarizing films 71 to 74 (FIG. 4) arranged on the marker 70 and the reflecting tape.

【0025】図4に示すように、2種類の偏光の向き
(縦向きと横向き等)をP偏光、S偏光とすると、図に
示したマーカー70からの反射光Rは、順にP偏光−S
偏光−P偏光−S偏光となる。この反射光をP偏光、S
偏光の偏光フイルム61,62をそれぞれ取り付けた受
光装置60上のフォトダイオード63,64で光電変換
し検出する。
As shown in FIG. 4, assuming that two types of polarized light directions (vertical and horizontal directions) are P-polarized light and S-polarized light, the reflected light R from the marker 70 shown in FIG.
Polarized light-P polarized light-S polarized light. The reflected light is P-polarized light, S
The photodiodes 63 and 64 on the light receiving device 60 on which the polarization films 61 and 62 for polarization are attached are photoelectrically converted and detected.

【0026】このとき、マーカー以外の物体((壁面1
2又は反射物体76)からの反射光は無偏光なのでP偏
光の偏光フイルムを取り付けたフォトダイオード(P素
子)の出力と、S偏光の偏光フイルムを取り付けたフォ
トダイオード(S素子)の出力はほぼ同じ値を示し、そ
の出力差はほとんどない。これに対して、どちらかに偏
光した光が反射してきた場合は、P素子またはS素子の
どちらかの出力だけが大きくなり、その出力差(P−
S)をとるとプラスかマイナスの値を示して、光の反射
場所がP偏光のフイルムを貼った場所かS偏光のフイル
ムを貼った場所か判別することができる。また同時に、
(P−S)の値があるしきい値M以上を示す場所がマー
カーの存在領域であることも容易に認識することができ
る。
At this time, objects other than the marker ((wall surface 1
2 or the reflected light from the reflecting object 76) is non-polarized light, so that the output of the photodiode (P element) provided with the P-polarized polarizing film and the output of the photodiode (S element) provided with the S-polarized polarizing film are almost the same. It shows the same value and there is almost no difference in output. On the other hand, when light polarized in either direction is reflected, only the output of either the P element or the S element increases, and the output difference (P−
Taking S) indicates a plus or minus value, and it is possible to determine whether the light reflection location is a location where a P-polarized film is applied or a location where an S-polarized film is applied. At the same time,
It can also be easily recognized that the place where the value of (PS) shows a certain threshold M or more is the marker existence area.

【0027】このようにして、マーカー上にさまざまな
パターンで偏光フイルムを配列させてそれぞれのパター
ンに地図上の番地情報などを持たせると、それを検出し
た移動ロボットが地図上での自己位置を知ることができ
る。また、2つのフォトダイオードの出力差からP偏
光、S偏光を検出する方法にしたので、S/N比の高い
検出装置となっている。
In this way, when polarizing films are arranged in various patterns on the marker and each pattern has address information on the map, the mobile robot that detects the information can determine its own position on the map. You can know. In addition, since the method detects P-polarized light and S-polarized light from the output difference between the two photodiodes, the detection device has a high S / N ratio.

【0028】さらに、マーカー上に配置された偏光フイ
ルムの寸法はあらかじめわかっているので、その偏光フ
イルムの各パターンの境目を検出して、ロボットから見
た境目間の角度をマーカー読み取り装置の回転軸に取り
付けたロータリーエンコーダ59で計測すると、三角測
量の原理によってマーカーに対するロボットの自己位置
と方位を算出することができる。
Further, since the dimensions of the polarizing film disposed on the marker are known in advance, the boundaries between the respective patterns of the polarizing film are detected, and the angle between the boundaries as viewed from the robot is determined by the rotation axis of the marker reading device. When the measurement is performed by the rotary encoder 59 attached to the robot, the position and orientation of the robot with respect to the marker can be calculated based on the principle of triangulation.

【0029】すなわち、図5に示すようなXY座標系
で、マーカー70の偏光フイルムの境目をA,B,C
(例えば図2における偏光フイルム31と32の境目を
A,34と35の境目をC,37と38の境目をB)と
すると、それらの座標は既知であるので、ロボットの位
置T(X,Y)と方向θr は次式によって求めることが
できる。 xr = xa (1+Kcotβ)/(1+K2 ) yr = Kxr θr = tan-1(yr /xr )− θc ただし、 α = θc − θb β = θa − θc K = (xa − xb )/(−xb cotα−xa
otβ) ただし、(−xb cotα−xa cotβ)=0 のと
きは、 xr = xa /tanα yr = 0 となる。
That is, in the XY coordinate system as shown in FIG. 5, the boundary of the polarizing film of the marker 70 is defined as A, B, C.
(For example, assuming that the boundary between the polarizing films 31 and 32 in FIG. 2 is A, the boundary between 34 and 35 is C, and the boundary between 37 and 38 is B), their coordinates are known, and the position T (X, Y) and the direction θ r can be obtained by the following equations. x r = x a (1 + Kcotβ) / (1 + K 2) y r = Kx r θ r = tan -1 (y r / x r) - θ c However, α = θ c - θ b β = θ a - θ c K = (x a - x b ) / (- x b cotα-x a c
otβ) However, when (−x b cot α−x a cot β) = 0, x r = x a / tan α y r = 0.

【0030】ここで、θa ,θb ,θc は、ロボットの
基準点から望んだ境目A,B,Cの角度である。この図
から、少なくとも3点の境目が存在すれば自己位置の計
測が可能であることから、1枚のマーカーにつき偏光フ
イルムは最低2枚あればロボットの自己位置計測が可能
であることがわかる。
Here, θ a , θ b , and θ c are the angles of boundaries A, B, and C desired from the reference point of the robot. From this figure, it can be seen that the self-position measurement is possible if there are at least three boundaries, so that the robot self-position measurement is possible if there are at least two polarizing films per marker.

【0031】図6は、本発明による移動ロボットの誘導
システムのブロック図を示す。レーザ発振器によって半
導体レーザからレーザ光が放出され、DCモータドライ
バによって駆動されるDCモータ56に取り付けられた
回転ミラー58によって回転走査され、レーザ光が偏光
マーカー70へと照射される。マーカー70から反射し
てきた光は、P偏光とS偏光の偏光フイルム61,62
をそれぞれ通過し、フォトダイオード63,64によっ
て光電変換される。変換された電気信号はチューナ・ア
ンプによって信号が選択・増幅され、二値化されてしき
い値を超える値だけが二値化フイルタを介して取り出さ
れ、さらにA/D変換器を介してパーソナルコンピュー
タ80へと送られる。
FIG. 6 is a block diagram showing a mobile robot guidance system according to the present invention. Laser light is emitted from the semiconductor laser by the laser oscillator, is rotationally scanned by a rotating mirror 58 attached to a DC motor 56 driven by a DC motor driver, and irradiates the polarization marker 70 with the laser light. Light reflected from the marker 70 is polarized light films 61 and 62 of P-polarized light and S-polarized light.
And photoelectrically converted by the photodiodes 63 and 64. The converted electric signal is selected and amplified by a tuner amplifier, binarized, and only a value exceeding a threshold value is extracted through a binarization filter. Sent to computer 80.

【0032】一方、ロータリーエンコーダ59はDCモ
ータ56の回転角度からレーザ光の照射角度を検出し、
クロック発生器を介してA/D変換器へと信号を送り、
さらにパーソナルコンピュータ80へと信号が送られ
る。パーソナルコンピュータ80は、あらかじめ入力さ
れている移動経路の地図情報から移動ロボットの現在位
置を算出し、次の方向へと移動させるように走行用モー
タ43などの走行装置へと命令を出す。
On the other hand, the rotary encoder 59 detects the irradiation angle of the laser beam from the rotation angle of the DC motor 56,
Sending a signal to the A / D converter via the clock generator,
Further, a signal is sent to the personal computer 80. The personal computer 80 calculates the current position of the mobile robot from the map information of the moving route input in advance, and issues a command to a traveling device such as the traveling motor 43 to move the mobile robot in the next direction.

【0033】このように、移動経路中の既知の場所に既
知の寸法のマーカーを配置すると、マーカーの配列パタ
ーンから地図上の自己位置を知り、さらにパターンの境
目のなす角を検出して、マーカーに対する自己位置であ
る座標と方位を知ることができるので、移動ロボットの
正確な誘導を行うことができる。
As described above, when a marker of a known size is arranged at a known location on the movement route, the self-position on the map is known from the marker arrangement pattern, and the corner formed by the pattern is detected. Since the user can know the coordinates and the azimuth which are the self-positions with respect to, the mobile robot can be guided accurately.

【0034】本発明による移動ロボットの誘導方法は、
FMS工場の組立ライン用ロボット、特定区画内での自
動車のナビゲーションシステム、郵便配達ロボット、警
備巡回ロボット、アミューズメントパークのアトラクシ
ョン用車両、建物内でのゴミ収集ロボットなどに広く応
用することができる。
The method for guiding a mobile robot according to the present invention comprises:
It can be widely applied to an assembly line robot at an FMS factory, an automobile navigation system in a specific section, a postman robot, a security patrol robot, an amusement park attraction vehicle, a garbage collection robot in a building, and the like.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上詳細に説明した如く、本発明によれ
ば、 (1)光反射マーカーを利用したロボット誘導システム
は、マーカー検出可能な任意の位置でのロボットの自己
位置と方位の精度の高い計測が可能である (2)S/N比の高い検出ができるので計測誤差が小さ
くなる (3)マーカーは小型・軽量で電源不要なので設置や移
動が容易である (4)複数のマーカーは分離して設置されるので数が少
なくて済み、低コストで設置できる (5)マーカーに文字を付加することにより、情報を目
視することができ、案内板としても利用できる 等の利点が得られ、その技術的効果には極めて顕著なも
のがある。
As described in detail above, according to the present invention, (1) a robot guidance system using a light reflective marker can be used to determine the accuracy of the robot's own position and azimuth at any position where the marker can be detected. High measurement is possible (2) Measurement error is small because high S / N ratio can be detected. (3) Markers are small and lightweight and do not require a power source, so they are easy to install and move. (4) Multiple markers are used. It can be installed at a low cost because it is separated and installed. (5) By adding characters to the marker, the information can be visually checked and it can be used as a guide plate. Some of the technical effects are extremely remarkable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による移動ロボットの走行経路を表す平
面図である。
FIG. 1 is a plan view illustrating a traveling route of a mobile robot according to the present invention.

【図2】光を反射する偏光マーカーの正面図である。FIG. 2 is a front view of a polarization marker that reflects light.

【図3】移動ロボットからのレーザ光とマーカーの反射
を表す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing reflection of a laser beam and a marker from a mobile robot.

【図4】マーカーからの反射強度の測定方法を表す波形
図である。
FIG. 4 is a waveform chart illustrating a method of measuring the reflection intensity from a marker.

【図5】マーカーから移動ロボットの位置を算出する方
法を表す座標平面図である。
FIG. 5 is a coordinate plan view illustrating a method of calculating a position of a mobile robot from a marker.

【図6】構成要素の接続方法と信号の流れを表すブロッ
ク図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a connection method of components and a signal flow.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,40 移動ロボット 12 壁面 20,21,70 マーカー 22 アルミニウム板 24 反射テープ 31〜38 偏光フイルム 43 走行用モータ 50 レーザ源 56 モータ 57 ターンテーブル 58 回転ミラー 59 エンコーダ 61,62 偏光フイルム 63,64 フォトダイオード 71〜74 偏光フイルム 80 パソコン 10, 40 Mobile robot 12 Wall surface 20, 21, 70 Marker 22 Aluminum plate 24 Reflective tape 31-38 Polarized film 43 Running motor 50 Laser source 56 Motor 57 Turntable 58 Rotating mirror 59 Encoder 61, 62 Polarized film 63, 64 Photo Diode 71-74 Polarized film 80 PC

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 美馬 一博 東京都稲城市押立1798番地 (72)発明者 田中 幸悦 東京都新宿区四谷2丁目4番地 新菱冷 熱工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−169908(JP,A) 特開 平2−80991(JP,A) 特開 平3−171304(JP,A) 特開 昭58−129609(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Kazuhiro Mima 1798 Oshidate, Inagi-shi, Tokyo (72) Inventor Koetsu Tanaka 2-4-1 Yotsuya, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Shinryo Corporation (56) Reference Document JP-A-61-169908 (JP, A) JP-A-2-80991 (JP, A) JP-A-3-171304 (JP, A) JP-A-58-129609 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 移動ロボットの進行方向に沿った経路中
に光の反射特性の異なる2種類以上の光反射物体を所定
の順序と所定の間隔で並べたマーカーを設置し、 移動ロボット上に搭載したレーザ源から前記マーカーへ
とレーザ光を回転照射し、 移動ロボット上に搭載した反射光受光装置によって前記
マーカーを検出し、前記反射光受光装置によってマーカー上の光反射物体の
並び方を検知してマーカーの番地を識別し、 前記反射光受光装置によって前記マーカー上の複数の地
点と移動ロボット上の基準点との成す角度を計測し、 マーカーに対する移動ロボットの位置と向きを算出し、 前記マーカーの番地・移動ロボットの位置・移動ロボッ
トの向きの3種類の情報に基づいて移動ロボットを誘導
することを特徴とする移動ロボットの誘導方法。
1. A marker in which two or more types of light reflecting objects having different light reflection characteristics are arranged in a predetermined order and at a predetermined interval along a path along a traveling direction of a mobile robot, and mounted on the mobile robot. Laser light is emitted from the laser source to the marker, the marker is detected by a reflected light receiving device mounted on the mobile robot, and the reflected light object on the marker is detected by the reflected light receiving device.
By detecting the arrangement, the address of the marker is identified, and a plurality of locations on the marker are detected by the reflected light receiving device.
The angle between the point and the reference point on the mobile robot is measured, the position and orientation of the mobile robot with respect to the marker are calculated , and the address of the marker, the position of the mobile robot, and the mobile robot are calculated.
A method for guiding a mobile robot, wherein the method guides the mobile robot based on three types of information on the direction of the mobile robot.
【請求項2】 さらに長距離を走行する場合には複数の
マーカーを順番に検出しながら誘導する工程を包含する
請求項1記載の誘導方法。
2. When traveling a long distance, a plurality of
Including a step of inducing markers while detecting them sequentially
The guidance method according to claim 1.
【請求項3】 移動ロボットの進行方向に沿った経路中
に設置した標識を目標にして移動ロボットを誘導するシ
ステムであって、 経路中に設置されかつ光の反射特性の異なる2種類以上
の光反射物体が所定の順序と所定の間隔で並べられてい
るマーカーと、 移動ロボット上からレーザ光を回転させながら走査する
レーザ走査手段と、 前記レーザ光が前記マーカーに当たって反射してくる光
を検出するように移動ロボット上に搭載されている反射
光受光装置とを備え、前記反射光受光装置はロータリーエンコーダとコンピュ
ータを包含し、 前記反射光受光装置はマーカー上の光反射物体の並び方
を検知してマーカーの番地を識別可能であり、 さらに前記反射光受光装置は前記マーカー上の複数の地
点と移動ロボット上の基準点との成す角度を計測してマ
ーカーに対する移動ロボットの位置と向きを算 出可能
あることを特徴とする移動ロボットの誘導システム。
3. A system for guiding a mobile robot to a sign placed in a path along the traveling direction of the mobile robot, wherein the two or more types of lights are installed in the path and have different light reflection characteristics. A marker in which reflective objects are arranged in a predetermined order and at a predetermined interval; a laser scanning means for scanning while rotating the laser light from a mobile robot; and detecting light reflected by the laser light hitting the marker And a reflected light receiving device mounted on the mobile robot, wherein the reflected light receiving device is a rotary encoder and a computer.
The reflected light receiving device is arranged on a marker.
Can be detected to identify the address of the marker, and the reflected light receiving device can detect a plurality of locations on the marker.
By measuring the angle between the point and the reference point on the mobile robot,
Guidance system of the mobile robot, which is a possible exit compute the position and orientation of a mobile robot for manufacturers.
【請求項4】 前記マーカー上に人間により目視可能な
文字が表示され、マーカーの情報が移動ロボットによっ
て読み取り可能であると共に人間により文字情報を得る
ことが可能となっている請求項3記載の誘導システム。
4. A character that can be viewed by a human is displayed on the marker, and information on the marker is readable by a mobile robot and character information is obtained by a human.
4. The guidance system according to claim 3, wherein the guidance system is capable of performing the following.
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