JP3557176B2 - Autonomous mobile robot - Google Patents
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- Manipulator (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の走行区域の内側を自律走行して、目的とする機能を発揮する自律走行ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば食堂や居間のテーブルの上に設置されてテーブルから転落しない様に自走するロボットにおいては、テーブルのエッジを検出するための光センサーを装備して、光センサーからのエッジ検出信号に基づいて、ロボットがテーブルのエッジに接近したことを認識し、走行方向を転換する様にしたものが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の一般的な自律走行ロボットにおいては、テーブルのエッジ等、所定の走行区域の境界線を検出しつつ、走行を制御しているため、境界線を検出した時点では、既に境界線の直前に達していることになり、走行速度が高い場合には、境界線をオーバランして、例えばテーブルから転落する虞があった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、走行区域の境界線への接近を事前に検知して、走行速度を落とし、或いは走行方向を転換する等の対処が可能な自律走行ロボットを提供することである。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る自律走行ロボットは、自律走行の過程で自己の位置を認識するための位置認識手段と、自律走行の過程で走行区域の境界線に到達若しくは接近したことを検知するための境界検知手段と、境界検知手段から得られる検知信号に基づいて自律走行を制御する第１走行制御手段と、境界線の位置を座標データで表わすデータベースを作成するデータベース作成手段と、作成されたデータベースと前記位置認識手段からの認識信号とに基づいて、走行区域から逸脱しない様に走行を制御する第２走行制御手段とを具えている。
前記データベース作成手段は、境界検知手段から検知信号が得られたときに位置認識手段から得られる認識信号に基づいて、境界線上若しくは境界線近傍の位置を表わす端点の座標位置を検知しつつ、互いに隣接する２つの端点の距離が所定値よりも小さいときに両端点を互いに結合する処理を繰り返し、これによって閉ループが形成されたとき、該閉ループの座標データを境界線の座標データとしてデータベースに登録する。
【０００６】
上記本発明の自律走行ロボットにおいては、第１走行制御手段による制御によって低速での自律走行が行なわれ、この過程で、走行区域の境界線に接近したときは、その位置を端点の座標位置として検出し、この結果、複数の端点によって閉ループが形成されたとき、該閉ループを境界線の位置として認識する。
【０００７】
尚、２つの隣接する端点を結合するときの両端点の距離としては、例えばロボットの走行機構を構成する２つの車輪の間隔を採用することが出来る。両端点の距離がこれ以下であれば、両端点の間に空間が存在していても、２つの車輪によって該空間を跨ぐことが出来るので、転落の虞は殆どない。
【０００８】
境界線の位置が認識された後は、第２走行制御手段による制御によって高速での自律走行が行なわれる。即ち、自己の現在位置と境界線の位置に基づいて、境界線への接近を事前に検知し、減速や方向転換等の対処を行なう。
【０００９】
具体的構成において、前記データベース作成手段は、互いに連結された複数の端点について、各端点の座標情報、及び端点どうしの結合情報を含む双方向リストを作成する。ここで、新たに検出された端点Ｘが他の何れの双方向リストの端点とも前記所定値以下の距離で隣接しないときは、新たに検出された端点Ｘの座標情報を新たな双方向リストとして追加する。
この結果、新たに検出された端点Ｘが双方向リスト中の１つの端点Ａと前記所定値以下の距離で隣接した場合において、該端点Ａに隣接する端点が存在しないときは、新たに検出された端点Ｘを該端点Ａの隣に追加する。これによって、端点Ｘと端点Ａとが結合される。
【００１０】
又、前記データベース作成手段は、新たに検出された端点Ｘが双方向リスト中の１つの端点Ａと前記所定値以下の距離で隣接する場合であって、該端点Ａに他の１つの端点Ｂが隣接している場合に、端点Ａから端点Ｘに至るベクトルＶ（Ａ，Ｘ）と端点Ａから端点Ｂに至るベクトルＶ（Ａ，Ｂ）との為す角度が９０度を超えているときは、端点Ｂから端点Ａを経て端点Ｘに至る結合経路を形成し、ベクトルＶ（Ａ，Ｘ）とベクトＶ（Ａ，Ｂ）の為す角度が９０度を超えていないときは、端点Ｂから端点Ｘを経て端点Ａに至る結合経路を形成する。
これによって、既に結合関係にある２つの端点Ａ及びＢに対して新たな端点Ｘを結合させる場合の結合相手が適切に選択されて、これら３つの端点Ａ、Ｂ、Ｘの結合関係が決定される。
【００１１】
又、前記データベース作成手段は、新たに検出された端点Ｘが双方向リスト中の１つの端点Ａと前記所定値以下の距離で隣接する場合であって、該端点Ａに他の２つの端点Ｂ、Ｃが隣接している場合に、端点Ｘと端点Ｂの間の距離Ｄ（Ｘ，Ｂ）が端点Ｘと端点Ｃの間の距離Ｄ（Ｘ，Ｃ）よりも小さいときは、端点Ａと端点Ｂの間に端点Ｘを介在させた結合経路を形成し、距離Ｄ（Ｘ，Ｂ）が距離Ｄ（Ｘ，Ｃ）よりも大きいときは、端点Ａと端点Ｃの間に端点Ｘを介在させた結合経路を形成する。
これによって、既に結合関係にある３つの端点Ａ、Ｂ及びＣに対して新たな端点Ｘを結合させる場合の結合相手が適切に選択されて、これら４つの端点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｘの結合関係が決定される。
【００１２】
更に、前記データベース作成手段は、新たに検出された端点Ｘが双方向リストに追加された場合に、全ての双方向リストの両端に記録されている端点Ｄの中で、新たに検出された端点Ｘとの距離Ｄ（Ｄ，Ｘ）が前記所定値以下で隣接する端点Ｄが存在する場合、該端点Ｄを含む双方向リストと新たに検出された端点Ｘを含む双方向リストとを、端点Ｄと端点Ｘの情報が隣接する様に結合する。
これによって、２つの双方向リストが、新たに検出された端点Ｘを介在させて互いに連結され、１つの双方向リストに統合されることになる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に係る自律走行ロボットによれば、走行区域の境界線の位置を表わすデータベースの作成によって、境界線への接近を事前に検知することが出来るので、その時点で走行速度を落とし、或いは走行方向を転換する等の対処が可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１に示す如く、本発明に係る自律走行ロボット（１）は、テーブル（２）上に設置されて、テーブル（２）から転落しない様に自律走行するものであって、図２に示す如く、ロボット本体の裏面には、左右一対の車輪（１１）（１１）が臨出すると共に、前後左右の４箇所に、テーブル（２）のエッジ（２０）を検知するための光センサー（３）が配備されている。
尚、本実施例では、テーブル（２）の輪郭形状として、エッジ（２０）上の任意の点における接線が接点以外の位置でエッジ（２０）と交わらないものを想定する。
【００１５】
図３は、本発明に係る自律走行ロボット（１）の駆動系を表わしており、各車輪（１１）には減速機構（１２）を介してモータ（１３）が繋がっており、各モータ（１３）には車輪（１１）の回転角度を検出するためのロータリエンコーダ（１４）が連結されている。
【００１６】
図４に示す如く、左右一対のロータリエンコーダ（１４）（１４）と４つの光センサー（３）（３）（３）（３）はマイクロコンピュータからなる制御回路（４）に接続されている。制御回路（４）には、後述するデータベースを格納するためのメモリ（４１）が接続されている。
制御回路（４）は、後述する制御手続きの実行によって、左右一対のモータ（１３）（１３）の回転を制御するための制御信号を作成し、各モータ（１３）に供給する。これによって、自律走行ロボット（１）は、走行区域の内側、即ちテーブル（２）のエッジ（２０）の内側を自律走行し、目的の機能を発揮する。
【００１７】
図５は、光センサー（３）によるエッジ（２０）の検出の様子を表わしており、同図（ａ）に示す位置から同図（ｂ）に示す位置に移動すると、１つの光センサー（３ａ）がエッジ（２０）にさしかかって、該光センサー（３ａ）によってエッジ（２０）が検出される。従って、このときのロボットの現在位置と、エッジ（２０）を検出した光センサー（３ａ）の位置に基づいて、エッジ（２０）上の端点の座標位置を検出することが出来る。
【００１８】
又、自律走行ロボット（１）は、両ロータリエンコーダ（１４）（１４）から得られる信号に基づいて、自己の現在位置を認識することが出来る。
即ち、自律走行ロボット（１）は、メモリ（４１）内に、図６に示す（ｘ−ｙ）座標系のマップを有しており、両車輪（１１）（１１）の中心点が原点（０，０）に一致し、車軸方向がｘ軸方向、車軸と直交する方向がｙ軸方向と一致する位置及び姿勢を初期状態として、以後の自律走行の過程でロータリエンコーダ（１４）（１４）から得られる信号に基づいて、自己の位置及び姿勢を算出する。そして、自律走行の過程で、エッジ（２０）上の端点Ｘを検出したとき、該端点の座標データ（ｘ，ｙ）を認識して、マップに登録するのである。
【００１９】
図７は、自律走行ロボット（１）の制御回路（４）が走行時に実行する制御手続きを表わしている。先ず、ステップＳ１にて、マップの初期化処理を行なう。初期化においては、上述の如く、両車輪の中心点を原点（０，０）とし、車軸方向をｘ軸、これと直交する方向をｙ軸に設定する。
次にステップＳ２では、自律走行ロボットの走行モードを低速移動モードに設定し、ステップＳ３では、移動を伴う所定の行動を実行する。そして、ステップＳ４では、端点が検出されたかどうかを判断し、ノーの場合はステップＳ３に戻って所定の行動を継続する。その後、ステップＳ４にてイエスと判断されたときは、ステップＳ５に移行して、新たに検出した端点（Ｘ）をメモリ（４１）内のデータベースに記録する。
【００２０】
続いてステップＳ６では、後述の端点結合処理を実行して、複数の端点を端線によって互いに結合する。そして、ステップＳ７にて、端点及び端線によって閉領域が形成されたかどうかを判断し、ここでノーと判断されたときは、ステップＳ３に戻って、端点の検出及び端点結合処理を繰り返す。
その後、ステップＳ７にてイエスと判断されたときは、ステップＳ８に移行して、自律走行ロボットが移動可能な安全領域を確定した後、ステップＳ９にて、走行モードを高速移動モードに設定し、安全領域にて、所定の活動を実行する。
【００２１】
図８及び図９は端点結合処理の手続きを表わし、図１０乃至図１７は、データベース内で複数の端点が結合されていく様子を例示したものである。尚、データベース内には、例えば図１０（ａ）の如く、１つの端点のｘ座標値とｙ座標値を表わすデータ（ｘ，ｙ）が端点情報として記録されると共に、双方向矢印で表わす様に２つの端点の結合状態が結合情報として記録される。又、未結合の端点や互いに結合された複数の端点の集合がそれぞれ１つの双方向リストを構成し、複数の双方向リストの集合によって、マップ情報が表わされる。
【００２２】
先ず図８のステップＳ１１にて、新たに検出した端点Ｘに最も近い端点Ａをデータベースから検索する。例えば図１０（ｂ）の例では、新たに検出した端点Ｘに最も近い端点Ａが検索される。次に図８のステップＳ１２にて、端点Ａと端点Ｘの間の距離Ｄ（Ａ，Ｘ）が算出され、その値が自律走行ロボット（１）の車輪幅Ｗ（図６参照）よりも大きいかどうかが判断される。ここでイエスと判断されたときは、図９のステップＳ２１に移行して、新たに双方向リストを作成し、端点情報Ｘを追加する（ケース▲１▼）。例えば図１０（ｂ）の如く新たに検出した端点Ｘと最も近い端点Ａの距離Ｄ（Ａ，Ｘ）が車輪幅Ｗよりも大きい場合、同図（ａ）の如く、端点Ｘの情報がマップ情報に追加される。
【００２３】
一方、図８のステップＳ１２にてノーと判断されたときは、ステップＳ１３に移行して、端点Ａの情報を含む双方向リストＬにおいて端点Ａに隣接する端点の数が０であるかどうかを判断する。ここでイエスと判断されたときは、図９のステップＳ２２に移行して、双方向リストＬにおいて端点Ｘの情報を端点Ａの隣に追加する（ケース▲２▼）。例えば、図１１（ｂ）の如く新たに検出した端点Ｘと最も近い端点Ａの距離Ｄ（Ａ，Ｘ）が車輪幅Ｗよりも小さいとき、同図（ａ）の如く、端点Ａの隣に、端点Ｘの情報が追加され、端点Ａと端点Ｘとが結合される。
【００２４】
又、図８のステップＳ１３にてノーと判断されたときは、ステップＳ１４に移行して、端点Ａの情報を含む双方向リストＬにおいて端点Ａに隣接する端点Ｂの数が１であるかどうかを判断する。ここでイエスと判断されたときは、ステップＳ１９に移行して、端点Ａから端点Ｘに至るベクトルＶ（Ａ，Ｘ）と、端点Ａから端点Ｂに至るベクトルＶ（Ａ，Ｂ）との為す角度が９０度よりも大きいかどうかを、両ベクトルの内積が負の値であるかどうかによって判断する。ここでイエスと判断されたときは、図９のステップＳ２５に移行して、双方向リストＬにおいて端点Ｘの情報を端点Ａ側の端に追加する（ケース▲３▼）。例えば図１２（ｂ）に示す如くベクトルＶ（Ａ，Ｘ）とベクトルＶ（Ａ，Ｂ）との為す角度が９０度よりも大きいときは、同図（ａ）の如く端点Ｘの情報が端点Ａの隣に追加され、端点Ｘと端点Ａとが結合される。
【００２５】
一方、図８のステップＳ１９にてノーと判断されたときは、ステップＳ２０に移行して、双方向リストＬにおいて端点Ｘの情報を端点Ａと端点Ｂの間に追加する（ケース▲４▼）。例えば図１３（ｂ）に示す如くベクトルＶ（Ａ，Ｘ）とベクトルＶ（Ａ，Ｂ）との為す角度が９０度よりも小さいときは、端点Ｘは端点Ａと端点Ｂの間に割り込んで、同図（ａ）の如く端点Ｘの情報が端点Ａと端点Ｂの間に追加される。
【００２６】
図８のステップＳ１４にてノーと判断されたときは、ステップＳ１５にて、端点Ａの情報を含む双方向リストＬにおいて端点Ａに隣接する端点は２つあると判断し、端点Ｂ及びＣとする。そして、ステップＳ１６では、端点Ｘと端点Ｂの間の距離Ｄ（Ｘ，Ｂ）が端点Ｘと端点Ｃの間の距離Ｄ（Ｘ，Ｃ）よりも大きいかどうかを判断し、ここでノーと判断されたときは、ステップＳ１７に移行して、双方向リストＬにおいて端点Ｘの情報を端点Ａと端点Ｂの間に追加する（ケース▲５▼）。例えば、図１４（ｂ）に示す如く端点Ｘと端点Ｂの間の距離Ｄ（Ｘ，Ｂ）が端点Ｘと端点Ｃの間の距離Ｄ（Ｘ，Ｃ）より短いときは、端点Ｘは端点Ａと端点Ｂの間に割り込んで、同図（ａ）の如く端点Ｘの情報が端点Ａと端点Ｂの間に追加される。
【００２７】
又、図８のステップＳ１６にてイエスと判断されたときは、ステップＳ１８に移行して、双方向リストにおいて端点Ｘの情報を端点Ａと端点Ｃの間に追加する（ケース▲６▼）。例えば、図１５（ｂ）に示す如く端点Ｘと端点Ｂの間の距離Ｄ（Ｘ，Ｂ）が端点Ｘと端点Ｃの間の距離Ｄ（Ｘ，Ｃ）より長いときは、端点Ｘは端点Ａと端点Ｃの間に割り込んで、同図（ａ）の如く端点Ｘの情報が端点Ａと端点Ｃの間に追加される。
【００２８】
又、図９のステップＳ２２及びＳ２５による結合処理後は、ステップＳ２３に移行して、データベース内の全ての双方向リストの両端に記録されている端点Ｄについて、新たに検出された端点Ｘとの距離Ｄ（Ｄ，Ｘ）が車輪幅Ｗ以下となるものがあるかどうかを判断し、ここでイエスと判断されたときは、ステップＳ２４に移行して、端点Ｘを含む双方向リストと端点Ｄを含む双方向リストとを、端点Ｘと端点Ｄの情報が隣接する様に結合する（ケース▲７▼）。例えば図１６（ａ）（ｂ）に示す様に新たに検出された端点Ｘが追加された場合において、端点Ｘと他の双方向リストの端点Ｄとの距離Ｄ（Ｄ，Ｘ）が車輪幅Ｗよりも小さいときは、図１７（ａ）（ｂ）の如く端点Ｘと端点Ｄを互いに結合させ、２つの双方向リストを統合する。
【００２９】
以上の端点結合処理を繰り返すことによって、図１８の如く複数の端点及び端線によって閉ループが形成され、該閉ループによって包囲された閉領域が形成されることになる。そして、該閉ループの座標データがテーブル（２）のエッジ（２０）の座標データとしてデータベースに登録され、その後の安全領域での活動において、自律走行のための制御に利用される。
【００３０】
例えば、自律走行ロボット（１）は、一定の周期で、現在の移動方向と速度を表わす速度ベクトルＶｎを検知し、図１８の如く速度ベクトルから予測される次の移動地点Ｑが閉ループから逸脱する場合には、方向転換の候補となる２つの方向ベクトルＶａ、Ｖｂを求め、更に閉ループから逸脱する虞のない適度な速度と方向を有する方向転換ベクトルＶｃを決定する。
これによって、自律走行ロボット（１）は、テーブル（２）から転落することなくテーブル（２）上を移動して、目的の機能を発揮するのである。
【００３１】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、自律走行の過程で、図１９（ａ）の位置から図１９（ｂ）の位置まで移動して、１つの光センサー（３ａ）によってエッジ（２０）を検出した場合、その位置で車輪（１１）（１１）の制御により向きを少し変化させることによって、図１９（ｃ）の如く他の１つの光センサー（３ｂ）によってもエッジ（２０）を検出する動作を追加すれば、短い時間でより多くの端点を検出して、データベースの作成を迅速に行なうことが出来る。この場合、２つの光センサー（３ａ）（３ｂ）の前方領域（図中に網掛け領域で示す）を危険領域として把握することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自律走行ロボットの動作状態を示す斜視図である。
【図２】該自律走行ロボットの斜視図である。
【図３】該自律走行ロボットにおける走行系の構成を説明する図である。
【図４】該自律走行ロボットにおける制御系の構成を表わすブロック図である。
【図５】該自律走行ロボットによるエッジ検出動作を説明する図である。
【図６】該自律走行ロボットに設定される座標系を説明する図である。
【図７】該自律走行ロボットが走行時に実行する制御手続きを表わすフローチャートである。
【図８】該制御手続き中の端点結合処理の手続きの前半を表わすフローチャートである。
【図９】同上手続きの後半を表わすフローチャートである。
【図１０】前記端点結合処理のケース▲１▼で作成されるデータの構造及び物理的な意味を説明する図である。
【図１１】前記端点結合処理のケース▲２▼で作成されるデータの構造及び物理的な意味を説明する図である。
【図１２】前記端点結合処理のケース▲３▼で作成されるデータの構造及び物理的な意味を説明する図である。
【図１３】前記端点結合処理のケース▲４▼で作成されるデータの構造及び物理的な意味を説明する図である。
【図１４】前記端点結合処理のケース▲５▼で作成されるデータの構造及び物理的な意味を説明する図である。
【図１５】前記端点結合処理のケース▲６▼で作成されるデータの構造及び物理的な意味を説明する図である。
【図１６】前記端点結合処理のケース▲７▼で端点情報の追加によって作成されるデータの構造及び物理的な意味を説明する図である。
【図１７】前記端点結合処理のケース▲１▼で双方リストの結合によって作成されるデータの構造及び物理的な意味を説明する図である。
【図１８】データベースに閉ループが形成された後の自律走行ロボットの走行制御を説明する図である。
【図１９】端点検出の他の方法を説明する図である。
【符号の説明】
（１） 自律走行ロボット
（１１） 車輪
（１２） 減速機構
（１３） モータ
（１４） ロータリエンコーダ
（２） テーブル
（２０） エッジ
（３） 光センサー
（４） 制御回路
（４１） メモリ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an autonomous traveling robot that autonomously travels inside a predetermined traveling area and exhibits a target function.
[0002]
[Prior art]
For example, a robot that is installed on a table in a dining room or living room and that runs on its own so that it does not fall off the table is equipped with an optical sensor to detect the edge of the table, and based on an edge detection signal from the optical sensor. In general, the robot recognizes that the robot has approached the edge of the table and changes the traveling direction.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a conventional general autonomous mobile robot, traveling is controlled while detecting a boundary line of a predetermined traveling area, such as an edge of a table, so that when the boundary line is detected, the boundary line is already detected. Since the vehicle has reached just before and the traveling speed is high, there is a possibility that the boundary line may be overrun and fall off the table, for example.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide an autonomous traveling robot capable of detecting approach to a boundary line of a traveling area in advance and reducing the traveling speed or changing the traveling direction.
[0005]
[Means for solving the problem]
The autonomous mobile robot according to the present invention has position recognition means for recognizing its own position in the process of autonomous driving, and boundary detection for detecting that the vehicle has reached or approached the boundary of the traveling area in the process of autonomous driving. Means, first travel control means for controlling autonomous traveling based on a detection signal obtained from the boundary detection means, database creation means for creating a database representing the position of the boundary line by coordinate data, and the created database Second travel control means for controlling travel based on the recognition signal from the position recognition means so as not to deviate from the travel area.
The database creating means, based on the recognition signal obtained from the position recognition means when the detection signal is obtained from the boundary detection means, while detecting the coordinate position of an end point representing a position on or near the boundary line, When the distance between two adjacent end points is smaller than a predetermined value, the process of connecting the end points to each other is repeated. When a closed loop is formed by this, the coordinate data of the closed loop is registered in the database as the coordinate data of the boundary line. .
[0006]
In the autonomous mobile robot according to the present invention, the autonomous mobile at low speed is performed under the control of the first travel control means. In this process, when the vehicle approaches the boundary of the travel area, the position is regarded as the coordinate position of the end point. When a closed loop is formed by a plurality of end points, the closed loop is recognized as a boundary line position.
[0007]
In addition, as a distance between both end points when two adjacent end points are connected, for example, an interval between two wheels constituting a traveling mechanism of the robot can be adopted. If the distance between the end points is less than this, even if a space exists between the end points, the space can be straddled by the two wheels, and there is almost no risk of falling.
[0008]
After the position of the boundary is recognized, autonomous traveling at high speed is performed under the control of the second traveling control means. That is, the approach to the boundary line is detected in advance based on the current position of the user and the position of the boundary line, and countermeasures such as deceleration and turning are performed.
[0009]
In a specific configuration, the database creating unit creates, for a plurality of endpoints connected to each other, a bidirectional list including coordinate information of each endpoint and connection information of the endpoints. Here, when the newly detected end point X is not adjacent to the end point of any other bidirectional list at a distance equal to or less than the predetermined value, the coordinate information of the newly detected end point X is used as a new bidirectional list. to add.
As a result, when the newly detected end point X is adjacent to one end point A in the bidirectional list at a distance equal to or less than the predetermined value, and there is no end point adjacent to the end point A, the newly detected end point X is newly detected. The added end point X is added next to the end point A. As a result, the end point X and the end point A are connected.
[0010]
The database creating means may be arranged so that, when the newly detected end point X is adjacent to one end point A in the bidirectional list at a distance equal to or less than the predetermined value, the end point A is replaced with another end point B. Are adjacent to each other, when the angle between the vector V (A, X) from the end point A to the end point X and the vector V (A, B) from the end point A to the end point B exceeds 90 degrees, , A connection path from the end point B to the end point X via the end point A is formed, and when the angle formed by the vector V (A, X) and the vector V (A, B) does not exceed 90 degrees, the end point B to the end point A binding path is formed through X to the end point A.
As a result, when the new end point X is to be connected to the two end points A and B that are already in the connected relation, the connection partner is appropriately selected, and the connection relation between these three end points A, B, and X is determined. You.
[0011]
The database creating means may be arranged so that the newly detected end point X is adjacent to one end point A in the bidirectional list at a distance equal to or less than the predetermined value, and the end point A is connected to the other two end points B. , C are adjacent to each other, when the distance D (X, B) between the end point X and the end point B is smaller than the distance D (X, C) between the end point X and the end point C, A coupling path having an end point X interposed between the end points B is formed, and when the distance D (X, B) is larger than the distance D (X, C), the end point X is interposed between the end points A and C. To form a binding path.
As a result, when the new end point X is to be connected to the three end points A, B, and C that are already in the connection relationship, the connection partner is appropriately selected, and the connection of the four end points A, B, C, and X is performed. The relationship is determined.
[0012]
Further, when the newly detected end point X is added to the bidirectional list, the database creating means may further include, among the end points D recorded at both ends of all the bidirectional lists, the newly detected end point X. If there is an adjacent end point D whose distance D (D, X) to X is equal to or less than the predetermined value, a bidirectional list including the end point D and a bidirectional list including the newly detected end point X are set to the end point. The information of D and the end point X are connected so as to be adjacent to each other.
As a result, the two bidirectional lists are connected to each other via the newly detected end point X, and are integrated into one bidirectional list.
[0013]
【The invention's effect】
According to the autonomous mobile robot according to the present invention, the approach to the boundary can be detected in advance by creating a database representing the position of the boundary of the running area. Countermeasures such as changing directions are possible.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the autonomous mobile robot (1) according to the present invention is installed on a table (2) and autonomously runs so as not to fall off the table (2), as shown in FIG. A pair of left and right wheels (11) and (11) are exposed on the back surface of the robot body, and optical sensors (3) for detecting edges (20) of the table (2) at four positions in front, rear, left and right. Is deployed.
In the present embodiment, it is assumed that the tangent at any point on the edge (20) does not intersect the edge (20) at a position other than the contact point as the contour shape of the table (2).
[0015]
FIG. 3 shows a drive system of the autonomous mobile robot (1) according to the present invention. Each wheel (11) is connected to a motor (13) via a speed reduction mechanism (12). ) Is connected to a rotary encoder (14) for detecting the rotation angle of the wheel (11).
[0016]
As shown in FIG. 4, a pair of left and right rotary encoders (14) (14) and four optical sensors (3) (3) (3) (3) are connected to a control circuit (4) composed of a microcomputer. A memory (41) for storing a database described later is connected to the control circuit (4).
The control circuit (4) creates a control signal for controlling the rotation of the pair of left and right motors (13) and (13) by executing a control procedure described later, and supplies the control signal to each motor (13). As a result, the autonomous mobile robot (1) autonomously runs inside the running area, that is, inside the edge (20) of the table (2), and performs the intended function.
[0017]
FIG. 5 shows how the optical sensor (3) detects the edge (20). When the optical sensor (3) moves from the position shown in FIG. 5A to the position shown in FIG. ) Approaches the edge (20), and the optical sensor (3a) detects the edge (20). Therefore, the coordinate position of the end point on the edge (20) can be detected based on the current position of the robot at this time and the position of the optical sensor (3a) that has detected the edge (20).
[0018]
Further, the autonomous mobile robot (1) can recognize its current position based on signals obtained from both rotary encoders (14) (14).
That is, the autonomous mobile robot (1) has a map of the (xy) coordinate system shown in FIG. 6 in the memory (41), and the center point of both wheels (11) and (11) is the origin ( (0, 0), the position and orientation of the axle direction in the x-axis direction and the direction orthogonal to the axle in the y-axis direction are set as initial states, and the rotary encoders (14) (14) in the subsequent autonomous traveling process The position and the posture of the self are calculated based on the signal obtained from. Then, when the end point X on the edge (20) is detected in the process of autonomous traveling, the coordinate data (x, y) of the end point is recognized and registered in the map.
[0019]
FIG. 7 shows a control procedure executed by the control circuit (4) of the autonomous mobile robot (1) during running. First, in step S1, a map initialization process is performed. In the initialization, as described above, the center point of both wheels is set to the origin (0, 0), the axle direction is set to the x axis, and the direction orthogonal thereto is set to the y axis.
Next, in step S2, the traveling mode of the autonomous traveling robot is set to the low-speed traveling mode, and in step S3, a predetermined action involving movement is executed. Then, in step S4, it is determined whether or not an end point has been detected, and if no, the process returns to step S3 to continue the predetermined action. Thereafter, if the determination is yes in step S4, the process proceeds to step S5, and the newly detected end point (X) is recorded in the database in the memory (41).
[0020]
Subsequently, in step S6, an end point connection process described later is executed to connect the plurality of end points to each other by end lines. Then, in step S7, it is determined whether or not a closed region is formed by the end points and the end lines. If the determination is NO, the process returns to step S3 to repeat the end point detection and end point combining processing.
Thereafter, when it is determined YES in step S7, the process proceeds to step S8, in which a safe area in which the autonomous mobile robot can move is determined, and in step S9, the driving mode is set to the high-speed moving mode. Perform predetermined activities in the safety domain.
[0021]
FIGS. 8 and 9 show the procedure of the end point combining process, and FIGS. 10 to 17 exemplify how a plurality of end points are combined in the database. In the database, for example, as shown in FIG. 10A, data (x, y) representing the x-coordinate value and the y-coordinate value of one end point is recorded as end point information, and is represented by a bidirectional arrow. The connection state of the two end points is recorded as connection information. A set of unconnected end points and a plurality of end points connected to each other constitutes one bidirectional list, and map information is represented by a set of a plurality of bidirectional lists.
[0022]
First, in step S11 of FIG. 8, an end point A closest to the newly detected end point X is searched from the database. For example, in the example of FIG. 10B, the end point A closest to the newly detected end point X is searched. Next, in step S12 of FIG. 8, the distance D (A, X) between the end point A and the end point X is calculated, and the value is larger than the wheel width W (see FIG. 6) of the autonomous mobile robot (1). It is determined whether or not. If the determination is yes here, the process moves to step S21 in FIG. 9 to create a new bidirectional list and add the endpoint information X (case (1)). For example, when the distance D (A, X) between the newly detected end point X and the closest end point A is larger than the wheel width W as shown in FIG. 10B, the information of the end point X is mapped as shown in FIG. Added to the information.
[0023]
On the other hand, when it is determined NO in step S12 of FIG. 8, the process proceeds to step S13 to determine whether or not the number of the endpoints adjacent to the endpoint A in the bidirectional list L including the information of the endpoint A is zero. to decide. If the determination is yes here, the process proceeds to step S22 in FIG. 9, and the information of the endpoint X is added to the bidirectional list L next to the endpoint A (case (2)). For example, when the distance D (A, X) between the newly detected endpoint X and the nearest endpoint A as shown in FIG. 11B is smaller than the wheel width W, as shown in FIG. , The information of the end point X is added, and the end point A and the end point X are combined.
[0024]
If the determination in step S13 of FIG. 8 is NO, the process proceeds to step S14 to determine whether the number of endpoints B adjacent to endpoint A in bidirectional list L including the information of endpoint A is one. Judge. If the determination is yes here, the process proceeds to step S19, where the vector V (A, X) from the end point A to the end point X and the vector V (A, B) from the end point A to the end point B are formed. Whether the angle is greater than 90 degrees is determined based on whether the inner product of both vectors is a negative value. If the determination is yes, the process proceeds to step S25 in FIG. 9 to add the information of the end point X to the end on the end point A side in the bidirectional list L (case (3)). For example, when the angle between the vector V (A, X) and the vector V (A, B) is larger than 90 degrees as shown in FIG. 12B, the information of the end point X is set to the end point X as shown in FIG. The end point X and the end point A are added next to A.
[0025]
On the other hand, when it is determined NO in step S19 of FIG. 8, the process proceeds to step S20, and the information of the end point X is added between the end points A and B in the bidirectional list L (case (4)). . For example, as shown in FIG. 13B, when the angle between the vector V (A, X) and the vector V (A, B) is smaller than 90 degrees, the end point X is interrupted between the end points A and B. The information of the end point X is added between the end points A and B as shown in FIG.
[0026]
When it is determined NO in step S14 of FIG. 8, it is determined in step S15 that there are two endpoints adjacent to the endpoint A in the bidirectional list L including the information of the endpoint A, and the endpoints B and C are determined. I do. Then, in step S16, it is determined whether or not the distance D (X, B) between the end point X and the end point B is greater than the distance D (X, C) between the end point X and the end point C. If it is determined, the process proceeds to step S17, and the information of the endpoint X is added between the endpoint A and the endpoint B in the bidirectional list L (case (5)). For example, when the distance D (X, B) between the end point X and the end point B is shorter than the distance D (X, C) between the end point X and the end point C as shown in FIG. Interrupting between A and end point B, information on the end point X is added between the end points A and B as shown in FIG.
[0027]
If the determination in step S16 of FIG. 8 is affirmative, the process proceeds to step S18 to add the information of the end point X between the end points A and C in the bidirectional list (case (6)). For example, when the distance D (X, B) between the end point X and the end point B is longer than the distance D (X, C) between the end point X and the end point C as shown in FIG. Interrupting between A and end point C, information on the end point X is added between the end points A and C as shown in FIG.
[0028]
After the combining process in steps S22 and S25 in FIG. 9, the process proceeds to step S23, where the end point D recorded at both ends of all the bidirectional lists in the database is compared with the newly detected end point X. It is determined whether or not there is a distance D (D, X) equal to or less than the wheel width W. If the determination is YES, the process proceeds to step S24, where the bidirectional list including the end point X and the end point D Is combined so that the information of the endpoint X and the information of the endpoint D are adjacent (case (7)). For example, when a newly detected end point X is added as shown in FIGS. 16A and 16B, the distance D (D, X) between the end point X and the end point D of another bidirectional list is determined by the wheel width. When it is smaller than W, the end points X and D are connected to each other as shown in FIGS. 17A and 17B to integrate the two bidirectional lists.
[0029]
By repeating the above-mentioned end point connection processing, a closed loop is formed by a plurality of end points and end lines as shown in FIG. 18, and a closed region surrounded by the closed loop is formed. Then, the coordinate data of the closed loop is registered in the database as coordinate data of the edge (20) of the table (2), and is used for control for autonomous traveling in the subsequent activities in the safety area.
[0030]
For example, the autonomous mobile robot (1) detects the velocity vector Vn representing the current traveling direction and velocity at a fixed cycle, and the next traveling point Q predicted from the velocity vector deviates from the closed loop as shown in FIG. In this case, two direction vectors Va and Vb which are candidates for the direction change are obtained, and further, a direction change vector Vc having an appropriate speed and direction without a risk of deviating from the closed loop is determined.
As a result, the autonomous mobile robot (1) moves on the table (2) without falling down from the table (2) and exerts a target function.
[0031]
The configuration of each part of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the technical scope described in the claims. For example, in the process of autonomous traveling, when moving from the position of FIG. 19A to the position of FIG. 19B and detecting the edge (20) by one optical sensor (3a), the wheel ( 11) By slightly changing the direction under the control of (11), if an operation of detecting the edge (20) is added also by another optical sensor (3b) as shown in FIG. The database can be quickly created by detecting more end points. In this case, a region in front of the two optical sensors (3a) and (3b) (shown by a hatched region in the figure) can be grasped as a dangerous region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an operation state of an autonomous mobile robot according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the autonomous mobile robot.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a traveling system in the autonomous traveling robot.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a control system in the autonomous mobile robot.
FIG. 5 is a diagram illustrating an edge detection operation by the autonomous mobile robot.
FIG. 6 is a diagram illustrating a coordinate system set for the autonomous mobile robot.
FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure executed by the autonomous mobile robot during running.
FIG. 8 is a flowchart showing a first half of a procedure of an end point joining process in the control procedure.
FIG. 9 is a flowchart showing the latter half of the procedure.
FIG. 10 is a diagram for explaining the structure and physical meaning of data created in case (1) of the end point connection processing.
FIG. 11 is a diagram for explaining the structure and physical meaning of data created in the case (2) of the end point connection processing.
FIG. 12 is a diagram illustrating the structure and physical meaning of data created in case (3) of the end point connection processing.
FIG. 13 is a diagram illustrating the structure and physical meaning of data created in case (4) of the end point connection process.
FIG. 14 is a diagram illustrating the structure and physical meaning of data created in the case (5) of the end point connection processing.
FIG. 15 is a diagram for explaining the structure and physical meaning of data created in the case (6) of the end point connection processing.
FIG. 16 is a diagram illustrating the structure and physical meaning of data created by adding end point information in case (7) of the end point combining process.
FIG. 17 is a diagram for explaining the structure and physical meaning of data created by combining both lists in case (1) of the end point combining process.
FIG. 18 is a diagram illustrating traveling control of the autonomous traveling robot after a closed loop is formed in the database.
FIG. 19 is a diagram illustrating another method of detecting an end point.
[Explanation of symbols]
(1) Autonomous mobile robot (11) Wheels (12) Reduction mechanism (13) Motor (14) Rotary encoder (2) Table (20) Edge (3) Optical sensor (4) Control circuit (41) Memory
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