JP4645108B2

JP4645108B2 - 自律移動装置

Info

Publication number: JP4645108B2
Application number: JP2004262187A
Authority: JP
Inventors: 弘幸上松
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: JP2006079325A

Description

本発明は、人や台車など他の移動物体が稼働する領域において、人や障害物を回避しながら、目的地まで自律的に移動する自律移動装置に関する。

従来、自律移動装置では、レーザレーダやソナー等の距離センサを用いて走行路上の障害物を検出し、障害物を回避しながら自律的に走行移動するように制御が行われている。また、自律移動装置であって、人を引率して案内する装置が知られており、この案内装置は、被案内者を見失わないように画像による人物同定を適宜行いながら走行する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２８０７３９号公報

しかしながら、上述したような距離センサを用いて障害物を検出する自律移動装置では、自律移動装置が障害物を検知した場合、障害物が何であるかにかかわらず、同じ回避動作や報知動作を行うので、周囲の人間にとって、その動作が不自然に感じられるという問題がある。また、上述したような自律移動する案内装置は、被案内人を認識する目的で人物同定を行っており、障害物や人の介在する走行路上を、自律移動装置が自律的に自然な振る舞いをしながら走行移動するものとは言い難い。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、検出した障害物が、人か人でないかを判断し、自然な振る舞いによる障害物回避の動作を行いながら走行移動できる自律移動装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、稼動領域の地図情報及びこの地図情報に付加された稼動領域内に配置されている物体の情報を記憶する記憶手段と、走行を行うための走行手段と、障害物の情報や自己位置を認識するための環境情報を得るための環境情報取得手段と、前記記憶手段に記憶された地図情報及び物体の情報と環境情報とを比較して自己の位置を認識する自己位置認識手段と、この自己位置認識手段により自己の位置を認識しつつ前記走行手段を制御して自律的に目的地まで走行制御する走行制御手段と、を備えた自律移動装置であって、前記環境情報取得手段で得られた走行経路上の環境内に存在する物体までの距離と物体の方向を含む環境情報から領域内の特徴形状物を検出する特徴形状物検出手段と、前記特徴形状物検出手段で検出された特徴形状物の情報と地図情報及び地図情報に付加された物体の情報とを比較して人の存在を判別する人判別手段と、を備え、前記地図情報には稼動領域内に配置されている物体を人として誤認しないように人認識無視範囲が付加されており、前記特徴形状物検出手段は、前記環境情報を演算処理して物体の幅を求め、その幅が予め決めた判断基準の範囲内にある物体を特徴形状物とすると共に、人の大きさに対応する幅の特徴形状物を人候補として検出し、前記人判別手段は、前記人候補のうち前記人認識無視範囲の内に検出された人候補を人の存在としては無視し、前記人認識無視範囲の外に検出された人候補を人の存在として判断し、前記走行制御手段は、前記人判別手段により人が存在すると判断されたとき、人以外の単なる障害物に対する場合とは異なる走行速度でもって当該人を回避しながら自律走行するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の自律移動装置において、移動装置の周囲に情報を報知するための報知手段を備え、前記人判別手段は、人の存在可能性の数を抽出し、前記人の存在可能性の数に応じて前記報知手段の動作を変更するものである。

請求項１の発明によれば、環境情報から検出された特徴形状物の情報と地図情報及び物体の情報とを比較して、人と人以外の障害物とを判別するので、人と人以外の障害物との判別をより正確にでき、椅子や看板などの障害物を人と誤検出する可能性を低減できる。これらの判別に基づいて人を人として認識するので、自律移動装置が行う障害物回避動作等の周囲への対応を自然な振る舞いとすることができる。

請求項２の発明によれば、人の存在可能性の数を取得するので、これに基づいて周囲環境に注意を払う度合いを決定でき、人がより多い環境下では、自律移動装置がより慎重に行動するようにして人に危害を加えぬようにできる。

また、人の存在可能性の数に応じて報知の音量を変化させる等のように報知手段の動作を変更して、周囲の人に適切に自律移動装置が移動中との情報を伝達できる。

以下、本発明の一実施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１のブロック構成を示し、図２は自律移動装置１の外観を示す。自律移動装置１は、稼動領域の地図情報及びこの地図情報に付加された稼動領域内に配置されている物体の情報を記憶する記憶手段２と、電池３ａを駆動源として走行を行うための走行手段３と、障害物の情報や自己位置を認識するための環境情報を得るための環境情報取得手段４と、記憶手段２に記憶された地図情報及び物体の情報と環境情報を比較して自己の位置を認識する自己位置認識手段５と、この自己位置認識手段５により自己の位置を認識しつつ走行手段３を制御して自律的に目的地まで走行制御する走行制御手段６とを備えている。

自律移動装置１は、さらに、環境情報取得手段４で得られた環境情報から領域内の特徴形状物を検出する特徴形状物検出手段７と、特徴形状物検出手段７で検出された特徴形状物の情報と地図情報及び地図情報に付加された物体の情報とを比較して人の存在を判別する人判別手段８と、人判別手段８のもとで人の存在可能性の数を抽出する人候補数計数手段９と、移動装置の周囲に情報を報知する報知手段１０と、を備えている。報知手段１０は、警告表示灯１０ａ、警報装置１０ｂ、及び表示モニタ１０ｃからなる。また、表示モニタ１０ｃは、タッチパネル又はキーボードなどからなるユーザによる目的地や走行指令入力を行うためのヒューマンインターフェイス１１とともに用いられる。

上述の自律移動装置１の自律走行を説明する。自律移動装置１は、さらに、記憶手段２に記憶した走行する領域の地図情報と走行のための各種パラメータを用いて目的地までの走行経路を生成する経路生成手段１２とを備えており、経路生成手段１２により生成した走行経路に沿って自律的に目的地まで移動走行する。環境情報取得手段４は、走行中に障害物を検出し、その位置情報を走行制御手段６に送り、走行制御手段６は、その障害物を避けるように走行経路を修正し、制御出力を走行手段３に送る。そして、自律移動装置１は、走行に際し、自己位置認識手段５と環境情報取得手段４とにより自己位置と障害物の情報を認識するとともに、人判別手段８により走行経路上に人が存在すると判断されたとき、当該人を人として認識しつつ、これを回避しながら自律走行する。

上述した自律移動装置１の自己位置は、例えば走行手段３５の車輪３１を駆動するモータ（不図示）に取付けたエンコーダや移動装置本体１ａに内蔵されたジャイロなどを用いて移動距離と方向を求め、これらにより地図上の位置として推定される。この推定された自己位置は、環境情報取得手段４で得られた自己位置情報を用いて補正される。環境情報取得手段４から得られる自己位置情報は、例えば、環境情報取得手段４により認識可能な標識を予め走行環境内に設置し、その標識を地図情報に登録しておき、走行中にこの標識を認識して得た標識情報を自己位置情報とすることができる。

また、環境情報取得手段４は、障害物までの距離を計測する距離測定器として、移動装置本体１ａの進行方向前面にレーザレーダ４ａを備えている。レーザレーダ４ａは、前方略１８０゜の水平領域をレーザ光で扇型に走査（スキャン）し、反射光を受光することにより光反射体までの距離を計測する。距離の情報は、走行経路上の環境内に存在する物体までの距離と物体の方向とからなり、上述の標識情報とともに環境情報を構成する。

ここで座標系について、図３及び前出の図２を参照して説明する。関連する座標系には、レーザレーダの座標系であるセンサ座標系（Ｘｓ，Ｙｓ）、自律移動装置本体１ａの座標系である装置座標系（ＸＲ，ＹＲ）、そして、自律移動装置１の稼働領域に固定された地図の座標系である絶対座標系（ＸＡ，ＹＡ）がある。センサ座標系は、装置座標系を距離ｄＳ前方に平行移動した座標系であり、これらの両座標系は自律移動装置１とともに移動及び回転する。両座標系における、例えば物体Ｍの位置座標は、絶対座標系における自律移動装置の姿勢（回転角度）と装置座標系の原点の位置座標（及びｄＳ）をもとに座標変換して、絶対座標系における位置座標にできる。上述の標識の位置やレーザレーダで距離を測定して得られた物体の位置は、このような座標変換を行うことによって、記憶され地図上の位置（絶対座標系における位置）として認識される。

次に、上述のレーザレーダ４ａによる環境測定を、図４（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）はレーザレーダ４ａによる物体Ｍの距離測定の状況を示し、図４（ｂ）は同レーザレーダ４ａによる距離測定結果を示す。レーザレーダ４ａは、一定のスキャンステップ角Δθ毎にレーザビームを発射及び受光しながら所定の高さで所定の角度範囲を水平にスキャンする。レーザレーダ４ａにより得られる距離データは、反射光が受光されない場合か、レーザ光反射物体が所定の距離より遠方にある場合の値として予め設定された距離Ｌのデータ、及び物体Ｍからの反射光によりＬ以下の距離として得られた物体Ｍの距離Ｌｍ，Ｌｎなどのデータからなる。スキャンステップ角Δθを、例えば０．５゜として測定した、一連の距離データを用いると、特定の形状物の位置を認識することができる。

ところで、物体Ｍの幅と位置は、スキャンに要した測定点数Ｋ＝ｎ−ｍと、その物体の（光反射面の）平均距離で求められる。そこで、レーザレーダ４ａにより測定された、図４（ｂ）に示すようなデータが、環境情報取得手段４に送られ、環境情報取得手段４は、このデータから距離Ｌ以下のデータ、距離ｄ（ｉ），ｍ≦ｉ≦ｎ、及び、対応するスキャン角度θ（ｉ），ｍ≦ｉ≦ｎを環境情報として取得する。このような環境情報（距離データ）は、特徴形状物検出手段７によって演算処理される。特徴形状物検出手段７は、演算処理により物体Ｍの幅を求め、その幅が予め決めた判断基準の範囲内であると認識される場合にその物体を特徴形状物として検出する。その特徴形状物の判断基準が、例えば人の足を特徴づけるものであると、その特徴形状物は人の存在可能性を表し、人候補とされる。

次に、図５を参照して、人認識無視範囲Ａについて説明する。この人認識無視範囲Ａは、椅子や看板などを人として誤認しないように、椅子や看板などが存在する範囲を、地図情報に付加して、予め記憶手段２に記憶した地図上の範囲である。図５は、壁Ｗで囲まれた領域を自律移動装置１が走行中に、後述する手順により、前方に人候補Ｍ１，Ｍ２を検出した状況を示す。このとき、人候補Ｍ１は、人認識無視範囲Ａの内部にあることから、人としては無視されて「人ではない」とされる。人候補Ｍ２だけが、注目すべき「人である」とされる。

次に、図６のフローチャートを参照して、人判別手段８による処理を説明する。上述のレーザレーダ４ａにより角度スキャンと距離計測が行われ、その距離計測データが環境情報として環境情報取得手段４から特徴形状物検出手段７に送られる（Ｓ１）。特徴形状物検出手段７は、上述したように、環境情報（距離計測データ）から領域内の特徴形状物を探索する（Ｓ２）。この時点で扱われるデータは、センサ座標系のデータである。

上述の探索において、人の大きさに対応する幅の物体を検出したらこれを人候補とする（Ｓ３でＹｅｓ）。次に、特徴形状物検出手段７は、人候補の位置をセンサ座標系から自律移動装置１の装置座標系に変換し（Ｓ４）、さらに、装置座標系から内部地図の絶対座標系に変換する（Ｓ５）。これにより、人候補の位置が地図上の位置として認識される。

このようにして得られた人候補は、レーザレーダ４ａによる測定結果のみに基づいており、椅子の足や看板の柱などの柱状物体が含まれている可能性がある。そこで、上述した人認識無視範囲Ａの情報を用いてこのような可能性を除外する。この処理は、人判別手段８によって行われ、上述の人候補が人認識無視範囲Ａの外であれば（Ｓ６でＹｅｓ）、その人候補を人と判断し、「人を検出」と出力して（Ｓ７）、次の処理を行う（Ｓ８）。人候補が人認識無視範囲Ａの内であれば（Ｓ６でＮｏ）、直ぐに次の処理を行う（Ｓ８）。人候補が複数検出される場合があるので、未判断の人候補が残っていれば（Ｓ８でＮｏ）、ステップＳ４から、上述の処理を繰り返えす。未判断の人候補が残っていなければ（Ｓ８でＹｅｓ）、距離計測結果に対する一連の処理が終了し、再度、ステップＳ１からの処理が繰り返される。

また、上述のステップＳ３において、探索の結果、人候補がなかった場合（Ｓ３でＮｏ）、環境情報取得手段４と人判別手段８に対して、「人は存在しない」との出力をして（Ｓ９）、距離計測結果に対する一連の処理が終了する。自律移動装置１の稼働中に、ステップＳ１から始まるこのような処理が一定の周期で繰り返される。

上述の人判別処理の結果、人判別手段８により、「人を検出」と出力された場合、走行制御手段６は、この結果を考慮して、単なる障害物に対する場合とは異なる慎重さをもって、例えば、走行速度を落とすなどして、走行制御する。上述の人判別手段８が人を判別する際に、レーザレーダ４ａによる計測結果による人認識に加えて、地図情報と地図情報に付加された人認識無視範囲Ａを加味することにより、単なる障害物を人と誤認することを抑制でき、従って、人以外の障害物に対して過剰に安全動作することを減らすことができる。

次に、図７のフローチャートと、図８に示す報知手段の動作内容を参照して、人検出数と報知手段１０の動作を説明する。図７に示すフローチャートにおける処理は、ステップＳ１４，Ｓ１８，Ｓ２０，Ｓ２１の処理が追加された以外は、上述の図６に示したフローチャートにおける処理と同じである。追加された処理のみを説明する。ステップＳ１４とＳ１８では、人候補の数、すなわち人の存在可能性の数が人候補数計数手段９によって計数され、ステップＳ２０ではその計数結果である人検出数Ｎが、人候補数計数手段９から報知手段１０に出力される。

そして、報知手段１０は、人検出数Ｎに基づいて、図８に示すように、その動作内容を変更する。すなわち、人検出数Ｎの増加に合わせて、警報装置１０ｂは音量を増大し、警告表示灯１０ａは発光色と点灯状態をより注意喚起状態とし、表示モニタ１０ｃは回転動作の程度をより増加させることにより周囲の人に適切に情報を伝達する。このようにして、自律移動装置１は、自律移動装置１の周囲（前方）にいる人の数を認識した上で安全確保のために行う行動の度合いを判断して、周囲の人に適切に情報報知をしながら、自然な振る舞いによる障害物回避動作と走行移動を実現している。

なお、本自律移動装置１における情報処理や記憶処理を行う各手段は、ＣＰＵやメモリや外部記憶装置や表示装置や入力装置などの一般的な構成を備えた電子計算機、及び電子計算機上のプロセス又は機能の集合として構成することができる。また、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、自己位置認識手段５と、特徴形状物検出手段７と、人判別手段８と、人候補数計数手段９とを全て、又はその一部を、環境情報取得手段４の機能として構成してもよい。また、距離検出は、レーザレーダ４ａによる検出に限られず、画像処理による距離検出や、超音波アレイセンサによる距離検出でもよい。さらに人判別手段８に、画像認識による人判別を組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態に係る自律移動装置のブロック構成図。同上自律移動装置の斜視図。同上自律移動装置の移動に関連する座標系を説明する平面図。（ａ）は同上自律移動装置が障害物を検出する様子を説明する平面図、（ｂ）は（ａ）において検出されたデータの例を示す図。同上自律移動装置が移動中に検出する人認識無視範囲内及び人認識無視範囲外における人候補を説明する平面図。同上自律移動装置が人を検出する処理のフローチャート。同上自律移動装置が人検出数を求めて報知方法を変更する処理のフローチャート。同上自律移動装置が人検出数に従って変更する報知手段の動作の説明図。

符号の説明

１自律移動装置
２記憶手段
３走行手段
４環境情報取得手段
５自己位置認識手段
６走行制御手段
７特徴形状物検出手段
８人判別手段
１０報知手段

Claims

稼動領域の地図情報及びこの地図情報に付加された稼動領域内に配置されている物体の情報を記憶する記憶手段と、走行を行うための走行手段と、障害物の情報や自己位置を認識するための環境情報を得るための環境情報取得手段と、前記記憶手段に記憶された地図情報及び物体の情報と環境情報とを比較して自己の位置を認識する自己位置認識手段と、この自己位置認識手段により自己の位置を認識しつつ前記走行手段を制御して自律的に目的地まで走行制御する走行制御手段と、を備えた自律移動装置であって、
前記環境情報取得手段で得られた走行経路上の環境内に存在する物体までの距離と物体の方向を含む環境情報から領域内の特徴形状物を検出する特徴形状物検出手段と、
前記特徴形状物検出手段で検出された特徴形状物の情報と地図情報及び地図情報に付加された物体の情報とを比較して人の存在を判別する人判別手段と、を備え、
前記地図情報には稼動領域内に配置されている物体を人として誤認しないように人認識無視範囲が付加されており、
前記特徴形状物検出手段は、前記環境情報を演算処理して物体の幅を求め、その幅が予め決めた判断基準の範囲内にある物体を特徴形状物とすると共に、人の大きさに対応する幅の特徴形状物を人候補として検出し、
前記人判別手段は、前記人候補のうち前記人認識無視範囲の内に検出された人候補を人の存在としては無視し、前記人認識無視範囲の外に検出された人候補を人の存在として判断し、
前記走行制御手段は、前記人判別手段により人が存在すると判断されたとき、人以外の単なる障害物に対する場合とは異なる走行速度でもって当該人を回避しながら自律走行することを特徴とする自律移動装置。
移動装置の周囲に情報を報知するための報知手段を備え、前記人判別手段は、人の存在可能性の数を抽出し、前記人の存在可能性の数に応じて前記報知手段の動作を変更することを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。