JP5298741B2 - Autonomous mobile device - Google Patents

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    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/0274Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means using mapping information stored in a memory device

Description

本発明は、移動経路を計画するとともに、該移動経路に沿って自律して移動する自律移動装置に関する。   The present invention relates to an autonomous mobile device that plans a movement route and moves autonomously along the movement route.

従来から、周囲環境の中を自律して移動する自律移動装置が知られている。自律移動装置が周囲環境の中を自律して移動するためには、移動空間内の物体(障害物)が存在する領域と存在しない領域とを表した環境地図が必要となる。このような環境地図の取得方法については種々の方法が考案されている。ここで、特許文献1には、周囲の環境をランドマークを利用した地図で表現する技術が開示されている。この技術では、例えば、移動領域がオフィスである場合には、廊下のコーナーや分岐点、部屋の中心、部屋のドアの入口や出口等の自律移動ロボット装置が通過可能な位置にランドマークが設置される。一方、移動しつつ、リアルタイムで自己位置の推定と環境地図の作成とを行う技術としてSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)が知られている。ここで、特許文献2には、SLAMを利用し、レーザレンジファインダ(又はカメラ)による距離計測の結果得られた地形データを用いて地形図(環境地図)を生成する移動ロボットが開示されている。
特開平10−143243号公報 特開平7−129238号公報
Conventionally, an autonomous mobile device that moves autonomously in the surrounding environment is known. In order for the autonomous mobile device to move autonomously in the surrounding environment, an environment map that represents an area where an object (obstacle) exists and an area that does not exist in the moving space is required. Various methods have been devised for obtaining such an environmental map. Here, Patent Document 1 discloses a technique for expressing the surrounding environment with a map using landmarks. In this technology, for example, when the moving area is an office, landmarks are installed at positions where autonomous mobile robots such as corridor corners and branch points, room centers, and room door entrances and exits can pass. Is done. On the other hand, SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) is known as a technique for performing self-location estimation and environmental map creation in real time while moving. Here, Patent Document 2 discloses a mobile robot that uses SLAM and generates a topographic map (environmental map) using topographic data obtained as a result of distance measurement by a laser range finder (or camera). .
Japanese Patent Laid-Open No. 10-143243 JP 7-129238 A

上述した特許文献1記載のランドマークを利用して環境地図を作成する技術では、ランドマークの設置等に対するユーザ負荷が高く、環境地図の作成に多大な手間(労力、工数)が必要となる。一方、SLAMを利用して環境地図を作成する方法では、例えば、予め準備された環境地図上に設定ポイント(例えばスタート地点、目標通過地点、ゴール地点)を設定しようとすると、実際の位置とずれるおそれがある。そのため、実環境に対する合わせこみが必要となることもある。   In the technology for creating an environmental map using the landmark described in Patent Document 1 described above, the user load for installing the landmark is high, and much effort (labor, man-hour) is required to create the environmental map. On the other hand, in the method of creating an environmental map using SLAM, for example, when setting points (for example, a start point, a target passing point, a goal point) are set on an environmental map prepared in advance, the actual position is shifted. There is a fear. For this reason, adjustment to the actual environment may be required.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、環境地図上の設定ポイントを含む、信頼性の高い環境地図をより少ない負荷で作成することができ、かつ、該環境地図を用いてより正確な自律移動を行うことが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and can create a highly reliable environmental map including a set point on the environmental map with less load. An object of the present invention is to provide an autonomous mobile device that can be used to perform more accurate autonomous movement.

本発明に係る自律移動装置は、自機の周囲に存在する物体の位置情報を取得する物体情報取得手段と、物体情報取得手段により取得された物体の位置情報から、自機周辺の局所地図を作成する局所地図作成手段と、自機を移動させる移動手段と、局所地図作成手段により作成された局所地図、及び移動手段の移動量に基づいて、自己位置を推定する自己位置推定手段と、を備える自律移動装置において、ユーザの操作に基づき移動手段を駆動して自機を誘導する誘導手段と、誘導手段による誘導中に、自己位置推定手段により推定された自己位置及び局所地図から、移動領域の環境地図を作成する環境地図作成手段と、誘導手段による誘導中に、自機が所定の設定ポイントに位置しているときの自己位置を、設定ポイントの位置座標として登録するように教示する教示手段と、環境地図及び設定ポイントを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶されている環境地図上の設定ポイントを利用して、移動経路を計画する経路計画手段と、経路計画手段により計画された移動経路に沿って自律移動するように移動手段を制御する制御手段とを備え、教示手段が、設定ポイントの登録ととともに、該設定ポイントの属性情報を登録するように教示することを特徴とする。 The autonomous mobile device according to the present invention obtains a local map around the own device from the object information acquiring means for acquiring the position information of the object existing around the own device and the position information of the object acquired by the object information acquiring means. A local map creating means to create, a moving means for moving the own device, a local map created by the local map creating means, and a self-position estimating means for estimating the self-position based on the movement amount of the moving means, An autonomous mobile device comprising: a guiding unit that drives the moving unit based on a user's operation to guide the user's own device; and a moving region from the self-position and the local map estimated by the self-position estimating unit during guidance by the guiding unit The environment map creation means for creating the environment map and the self-position when the aircraft is located at a predetermined set point during guidance by the guidance means are registered as the position coordinates of the set point. Teaching means for teaching to do so, storage means for storing an environment map and set points, route planning means for planning a moving route using the set points on the environment map stored in the storage means, and a route e Bei and control means for controlling the moving means so as autonomously move along a movement path planned by the planner, teaches means, together with the registration of the set point, to register the attribute information of the set point It is characterized by teaching .

本発明に係る自律移動装置によれば、ユーザの操作に従って自機が誘導されているときに環境地図が作成されるとともに、誘導されて所定の設定ポイント(例えば、エレベータ前などゴールになる候補)に到達したときに、そのときの実際の自己位置が環境地図上の設定ポイントの位置座標として登録される。また、設定ポイントに対応付けて、該設定ポイントの属性情報(例えば、エレベータ前等)が登録される。そのため、自律移動装置の稼動領域内を誘導しつつ、設定ポイントを登録するだけで、実際の移動環境に対するずれがない設定ポイントを含む環境地図を作成することができる。また、本発明に係る自律移動装置によれば、作成されて記憶されている環境地図上の設定ポイントが利用されて移動経路が計画され、その移動経路に沿って自律移動するように移動手段が制御される。そのため、例えば、設定ポイントを、ゴール地点として移動経路を計画すれば、実際の移動領域とのずれが少ない移動経路を計画し、再現性よく自律移動することができる。その結果、本発明に係る自律移動装置によれば、環境地図上の設定ポイントを含む、信頼性の高い環境地図を簡易に作成することができ、かつ、該環境地図を用いてより正確な自律移動を行うことが可能となる。 According to the autonomous mobile device of the present invention, an environment map is created when the aircraft is guided according to a user's operation, and is guided to a predetermined set point (for example, a candidate that becomes a goal such as before an elevator). Is reached, the actual self position at that time is registered as the position coordinates of the set point on the environment map. Also, attribute information (for example, before elevator) of the set point is registered in association with the set point. Therefore, it is possible to create an environment map including setting points that do not deviate from the actual moving environment simply by registering the setting points while guiding the operation area of the autonomous mobile device. In addition, according to the autonomous mobile device of the present invention, a moving route is planned by using the set points on the created and stored environment map, and the moving means is configured to move autonomously along the moving route. Be controlled. Therefore, for example, if a movement route is planned with the set point as a goal point, a movement route with little deviation from the actual movement region can be planned, and autonomous movement can be performed with high reproducibility. As a result, according to the autonomous mobile device of the present invention, it is possible to easily create a highly reliable environmental map including set points on the environmental map, and to use the environmental map for more accurate autonomy. It is possible to move.

本発明に係る自律移動装置は、自機の周囲に存在する物体の位置情報を取得する物体情報取得手段と、物体情報取得手段により取得された物体の位置情報から、自機周辺の局所地図を作成する局所地図作成手段と、自機を移動させる移動手段と、局所地図作成手段により作成された局所地図、及び移動手段の移動量に基づいて、自己位置を推定する自己位置推定手段と、を備える自律移動装置において、ユーザの操作に基づき移動手段を駆動して自機を誘導する誘導手段と、誘導手段による誘導中に、自己位置推定手段により推定された自己位置、及び局所地図から、移動領域の環境地図を作成する環境地図作成手段と、誘導手段による誘導中に、自機が所定の設定ポイントに位置しているときの自己位置を、設定ポイントの位置座標として登録するように教示する教示手段と、環境地図及び設定ポイントを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶されている環境地図上の設定ポイントを利用して、移動経路を計画する経路計画手段と、経路計画手段により計画された移動経路に沿って自律移動するように移動手段を制御する制御手段と、移動経路に沿って自律移動する際に、移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図を作成する差分地図作成手段と移動経路に沿って自律移動する際に、差分地図作成手段により作成される差分地図と、環境地図との加算結果に基づいて、動的環境地図を作成する動的環境地図作成手段とを備え、移動経路に沿って自律移動する際に、自己位置推定手段が、環境地図及び動的環境地図それぞれと、局所地図とを照合し、その照合結果に基づいて自己位置を推定し、差分地図作成手段が、動的環境地図と局所地図との加算結果と、環境地図との差分に基づいて、差分地図を更新することを特徴とする
The autonomous mobile device according to the present invention obtains a local map around the own device from the object information acquiring means for acquiring the position information of the object existing around the own device and the position information of the object acquired by the object information acquiring means. A local map creating means to create, a moving means for moving the own device, a local map created by the local map creating means, and a self-position estimating means for estimating the self-position based on the movement amount of the moving means, In the autonomous mobile device provided, it is possible to move from the local map and the self-position estimated by the self-position estimating means during the guidance by the guiding means by driving the moving means based on the user's operation The environmental map creation means for creating an environmental map of the area, and the self-position when the aircraft is located at a predetermined set point during guidance by the guidance means as the position coordinates of the set point Teaching means for teaching to record, storage means for storing an environment map and set points, route planning means for planning a movement route using the set points on the environment map stored in the storage means, A control unit that controls the moving unit to move autonomously along the movement route planned by the route planning unit, and a difference map that represents the degree of object change in the moving region when moving autonomously along the moving route A dynamic environment map that creates a dynamic environment map based on the addition result of the difference map created by the difference map creation means and the environment map when autonomously moving along the travel route self example Bei and creating means, when the autonomous moving along the travel path, the self-position estimating means, collates the respective environmental map and dynamic environmental map, the local map on the basis of the comparison result Estimating the location, the differential map creation means, the sum of the dynamic environment maps and local maps, based on the difference between the environmental map, and updates the differential map.

この場合、移動経路に沿って移動する際に、移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図が作成されるとともに、環境地図と差分地図との加算結果から動的環境地図が作成される。また環境地図及び動的環境地図それぞれと局所地図とが照合され、その照合結果に基づいて自己位置が推定される。自律移動中は差分地図のみが更新され、信頼度の高い環境地図は書き換えられることなく保持されるため、例えば推定された自己位置が実際の自己位置とずれている場合等に、信頼度の高い環境地図を誤って書き換えてしまうことを防止することができる。また、例えば推定された自己位置が実際の自己位置と一時的にずれたとしても、復帰することが可能となる。また、移動領域内に環境変化があった場合、例えば移動体が自機の近傍を通過したり、通路上に新たな物体が置かれたりした場合には、その変化が差分地図として抽出され、動的環境地図に反映される。そのため、移動環境の環境変化に対応することが可能となる。   In this case, when moving along the movement route, a difference map representing the degree of object change in the movement area is created, and a dynamic environment map is created from the addition result of the environment map and the difference map. Each of the environment map and the dynamic environment map is collated with the local map, and the self-position is estimated based on the collation result. Only the difference map is updated during autonomous movement, and the highly reliable environmental map is maintained without being rewritten. For example, when the estimated self-location is different from the actual self-location, the reliability is high. It is possible to prevent the environmental map from being rewritten accidentally. For example, even if the estimated self-position is temporarily deviated from the actual self-position, it is possible to return. In addition, when there is an environmental change in the movement area, for example, when the moving body passes near the own machine or a new object is placed on the passage, the change is extracted as a difference map, It is reflected in the dynamic environment map. Therefore, it becomes possible to cope with the environmental change of the mobile environment.

本発明に係る自律移動装置では、教示手段が、設定ポイントの登録ととともに、該設定ポイントの属性情報を登録するように教示することが好ましい。このようにすれば、設定ポイントに対応付けて、該設定ポイントの属性情報(例えば、エレベータ前、会議室前、非常階段前等)を登録することが可能となる。   In the autonomous mobile device according to the present invention, it is preferable that the teaching means teaches to register the setting point attribute information together with the setting point registration. In this way, it becomes possible to register attribute information (for example, before the elevator, before the conference room, before the emergency stairs, etc.) of the set point in association with the set point.

本発明によれば、環境地図上の設定ポイントを含む、信頼性の高い環境地図をより少ない負荷で作成することができ、かつ、該環境地図を用いてより正確な自律移動を行うことが可能となる。   According to the present invention, it is possible to create a highly reliable environmental map including set points on the environmental map with less load, and to perform more accurate autonomous movement using the environmental map. It becomes.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.

(第1実施形態)
まず、図1を用いて、第1実施形態に係る自律移動装置1の構成について説明する。図1は、自律移動装置1の構成を示すブロック図である。
(First embodiment)
First, the configuration of the autonomous mobile device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the autonomous mobile device 1.

自律移動装置1は、ユーザの遠隔操作に従って自機が誘導されているときにSLAMを用いて移動空間(領域)の環境地図(障害物が存在する領域と存在しない領域を表したグリッドマップ)を作成するとともに、誘導されて所定の設定ポイントに到達したときに、そのときの実際の自己位置を環境地図上の設定ポイントの位置座標として登録する機能を有する(本機能を実行するモードを「据付モード」と呼ぶ)。また、自律移動装置1は、作成されて記憶されている環境地図上の設定ポイントを利用して移動経路を計画するとともに、計画された移動経路に沿ってスタート地点(自機の現在地を含む)からゴール地点まで自律して移動する機能を有する(本機能を実行するモードを「搬送モード」と呼ぶ)。そのため、自律移動装置1は、その下部に電動モータ12及び該電動モータ12により駆動されるオムニホイール13が設けられた本体10と、周囲に存在する物体(例えば壁や障害物等)との距離を計測するレーザレンジファインダ20と、自律移動装置1を誘導するとともに設定ポイントを登録するジョイスティック21とを備えている。また、自律移動装置1は、据付モードにおける環境地図の作成、及び、搬送モードにおける移動経路の計画並びに該移動経路に沿った自律移動を統合的に司る電子制御装置30を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。   The autonomous mobile device 1 uses the SLAM to display an environment map (a grid map representing an area where an obstacle exists and an area where an obstacle does not exist) using SLAM when the aircraft is guided according to a user's remote operation. Create and have the function of registering the actual self position at that time as the position coordinates of the set point on the environment map when it is guided and reaches a predetermined set point (the mode for executing this function is Mode "). In addition, the autonomous mobile device 1 plans a travel route using the set points on the environmental map that has been created and stored, and starts along the planned travel route (including the current location of its own device). Has a function of autonomously moving from the point to the goal point (a mode for executing this function is referred to as a “transport mode”). Therefore, the autonomous mobile device 1 is a distance between the main body 10 provided with the electric motor 12 and the omni wheel 13 driven by the electric motor 12 at a lower portion thereof and an object (for example, a wall or an obstacle) existing in the surroundings. And a joystick 21 that guides the autonomous mobile device 1 and registers a set point. In addition, the autonomous mobile device 1 includes an electronic control device 30 that integrally manages the creation of an environmental map in the installation mode, the planning of the movement route in the transport mode, and the autonomous movement along the movement route. Hereinafter, each component will be described in detail.

本体10は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体10に、上述したレーザレンジファインダ20、及び電子制御装置30等が取り付けられている。なお、本体10の形状は略有底円筒状に限られない。本体10の下部には、4つの電動モータ12が十字状に配置されて取り付けられている。4つの電動モータ12のそれぞれの駆動軸12Aにはオムニホイール13が装着されている。すなわち、4つのオムニホイール13は、同一円周上に周方向に沿って90°ずつ間隔を空けて取り付けられている。   The main body 10 is, for example, a metal frame formed in a substantially bottomed cylindrical shape, and the above-described laser range finder 20 and the electronic control device 30 are attached to the main body 10. The shape of the main body 10 is not limited to a substantially bottomed cylindrical shape. Four electric motors 12 are arranged in a cross shape and attached to the lower portion of the main body 10. Omni wheels 13 are attached to the drive shafts 12A of the four electric motors 12, respectively. That is, the four omni wheels 13 are mounted on the same circumference at intervals of 90 ° along the circumferential direction.

オムニホイール13は、電動モータ12の駆動軸12Aを中心にして回転する2枚のホイール14と、各ホイール14の外周に電動モータ12の駆動軸12Aと直交する軸を中心として回転可能に設けられた6個のフリーローラ15とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、2枚のホイール14は位相を30°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ12が駆動されてホイール14が回転すると、6個のフリーローラ15はホイール14と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ15が回転することにより、オムニホイール13は、そのホイール14の回転軸に平行な方向にも移動することができる。そのため、4つの電動モータ12を独立して制御し、4つのオムニホイール13のそれぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置1を任意の方向(全方向)に移動させることができる。すなわち、電動モータ12及びオムニホイール13は、特許請求の範囲に記載の移動手段として機能する。   The omni wheel 13 is provided so as to be rotatable around two wheels 14 that rotate about the drive shaft 12A of the electric motor 12 and an axis that is orthogonal to the drive shaft 12A of the electric motor 12 on the outer periphery of each wheel 14. Further, the wheel has six free rollers 15 and is movable in all directions. The two wheels 14 are attached with a phase shifted by 30 °. Due to such a configuration, when the electric motor 12 is driven and the wheel 14 rotates, the six free rollers 15 rotate together with the wheel 14. On the other hand, when the grounded free roller 15 rotates, the omni wheel 13 can also move in a direction parallel to the rotation axis of the wheel 14. For this reason, the autonomous mobile device 1 is moved in any direction (omnidirectional) by independently controlling the four electric motors 12 and individually adjusting the rotational direction and rotational speed of the four omni wheels 13. be able to. That is, the electric motor 12 and the omni wheel 13 function as moving means described in the claims.

4つの電動モータ12それぞれの駆動軸12Aには、該駆動軸12Aの回転角度(すなわち駆動量あるいは回転量)を検出するエンコーダ16が取り付けられている。各エンコーダ16は、電子制御装置30と接続されており、検出した各電動モータ12の回転角度を電子制御装置30に出力する。電子制御装置30は、入力された各電動モータ12の回転角度から、自律移動装置1の移動量を演算する。   An encoder 16 that detects the rotation angle (that is, the drive amount or the rotation amount) of the drive shaft 12A is attached to the drive shaft 12A of each of the four electric motors 12. Each encoder 16 is connected to the electronic control unit 30, and outputs the detected rotation angle of each electric motor 12 to the electronic control unit 30. The electronic control unit 30 calculates the movement amount of the autonomous mobile device 1 from the input rotation angle of each electric motor 12.

レーザレンジファインダ20は、自機の正面方向(前方)を向くようにして自律移動装置1の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ20は、レーザ(検出波)を射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置1の周囲を中心角240°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ20は、例えば壁や障害物等の物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ(反射波)の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間(伝播時間)を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。すなわち、レーザレンジファインダ20は、特許請求の範囲に記載の物体情報取得手段として機能する。なお、レーザレンジファインダ20は、電子制御装置30と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置30に出力する。   The laser range finder 20 is attached to the front part of the autonomous mobile device 1 so as to face the front direction (front) of the own device. The laser range finder 20 emits a laser (detection wave) and reflects the emitted laser with a rotating mirror, thereby scanning the periphery of the autonomous mobile device 1 in a fan shape with a central angle of 240 ° in the horizontal direction. The laser range finder 20 detects, for example, a laser reflected and returned by an object such as a wall or an obstacle, and detects a detection angle of the laser (reflected wave) and returns after being reflected by the object. By measuring the time (propagation time) until it comes, the angle and distance from the object are detected. That is, the laser range finder 20 functions as object information acquisition means described in the claims. The laser range finder 20 is connected to the electronic control device 30, and outputs distance information and angle information with respect to the detected surrounding object to the electronic control device 30.

ジョイスティック21は、ユーザの遠隔操作に従って自立移動装置1を誘導して移動させるための入力装置であり、自律移動装置1を誘導するための方向を指示する棒状のレバー22と、環境地図上の設定ポイントを登録するための登録スイッチ23とを有している。ユーザは、ジョイスティック21のレバー22を操作することにより、自律移動装置1に対して移動方向を指示し、自律移動装置1を誘導することができる。また、ユーザは、自律移動装置1を誘導しつつ、所定の設定ポイント(例えば、スタート地点候補、目標通過地点候補、ゴール地点候補)に到達したときに、登録スイッチ23を押下げることにより、そのときの自己位置を設定ポイントの位置座標として登録することができる。さらにユーザは、設定ポイントの属性情報(例えば、エレベータ前、会議室前、非常階段前等)を登録するように教示することができる。すなわち、ジョイスティック21を構成するレバー22は特許請求の範囲に記載の誘導手段として機能し、登録スイッチ23は特許請求の範囲に記載の教示手段として機能する。なお、ジョイスティック21は、電子制御装置30と接続されており、誘導制御(方向指示)信号、及び設定ポイント登録信号を電子制御装置30に出力する。   The joystick 21 is an input device for guiding and moving the autonomous mobile device 1 according to a user's remote operation. The joystick 21 is a bar-shaped lever 22 that indicates a direction for guiding the autonomous mobile device 1 and a setting on the environment map. And a registration switch 23 for registering points. The user can guide the autonomous mobile device 1 by operating the lever 22 of the joystick 21 to instruct the autonomous mobile device 1 in the moving direction. In addition, when the user reaches a predetermined set point (for example, a start point candidate, a target passing point candidate, a goal point candidate) while guiding the autonomous mobile device 1, The self position can be registered as the position coordinates of the set point. In addition, the user can be taught to register set point attribute information (e.g., in front of an elevator, in front of a conference room, in front of an emergency staircase, etc.). That is, the lever 22 constituting the joystick 21 functions as guiding means described in the claims, and the registration switch 23 functions as teaching means described in the claims. The joystick 21 is connected to the electronic control unit 30 and outputs a guidance control (direction instruction) signal and a set point registration signal to the electronic control unit 30.

電子制御装置30は、自律移動装置1の制御を統合的に司るものである。電子制御装置30は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するROM、演算結果などの各種データを一時的に記憶するRAM、及び、その記憶内容が保持されるバックアップRAM等から構成されている。また、電子制御装置30は、レーザレンジファインダ20、ジョイスティック21とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ12を駆動するドライバ回路等も備えている。   The electronic control device 30 integrally controls the autonomous mobile device 1. The electronic control unit 30 includes a microprocessor that performs calculations, a ROM that stores a program for causing the microprocessor to execute each process, a RAM that temporarily stores various data such as calculation results, and a storage content thereof Backup RAM or the like. The electronic control device 30 also includes a laser range finder 20, an interface circuit that electrically connects the joystick 21 and the microprocessor, a driver circuit that drives the electric motor 12, and the like.

電子制御装置30は、据付モードを実行することによりSLAMを用いて移動空間(領域)の環境地図を作成するとともに、環境地図上の設定ポイントの位置座標を登録する。また、電子制御装置30は、搬送モードを実行することにより、設定ポイントを例えばゴール候補として移動経路を計画するとともに、計画された移動経路に沿ってスタート地点(自機の現在位置)からゴール地点まで自律して移動するように電動モータ12を制御する。そのため、電子制御装置30は、局所地図作成部31、自己位置推定部32、環境地図作成部33、記憶部34、経路計画部35、走行制御部36、センサ情報取得部37、及び、障害物回避制御部38等を備えている。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。   The electronic control unit 30 creates an environment map of the moving space (area) using the SLAM by executing the installation mode, and registers the position coordinates of the set points on the environment map. In addition, the electronic control unit 30 executes the transfer mode to plan a movement route with the set point as a goal candidate, for example, and from the start point (the current position of the aircraft) along the planned movement route to the goal point. The electric motor 12 is controlled so as to move autonomously. Therefore, the electronic control device 30 includes a local map creation unit 31, a self-position estimation unit 32, an environment map creation unit 33, a storage unit 34, a route plan unit 35, a travel control unit 36, a sensor information acquisition unit 37, and an obstacle. An avoidance control unit 38 and the like are provided. Each of these units is constructed by a combination of the hardware and software described above.

局所地図作成部31は、レーザレンジファインダ20からセンサ情報取得部37を介して読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報(特許請求の範囲に記載の物体情報に相当)に基づいて、レーザレンジファインダ20を原点にした自機周辺(レーザレンジファインダ20の検知可能範囲内)の局所地図を作成する。すなわち、局所地図作成部31は、特許請求の範囲に記載の局所地図作成手段として機能する。   The local map creation unit 31 is based on distance information / angle information (corresponding to object information described in claims) from a surrounding object read from the laser range finder 20 via the sensor information acquisition unit 37. A local map around the own apparatus (within the detectable range of the laser range finder 20) with the laser range finder 20 as the origin is created. That is, the local map creation unit 31 functions as a local map creation means described in the claims.

自己位置推定部32は、各エンコーダ16から読み込まれた各電動モータ12の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、環境地図の座標系(絶対座標系)に座標変換した局所地図と、環境地図とを照合し、その結果に基づいて自己位置を推定する。すなわち、自己位置推定部32は、特許請求の範囲に記載の自己位置推定手段として機能する。また、自己位置推定部32は、ジョイスティック21(登録スイッチ23)から設定ポイント登録信号が入力されたときに、そのときの自己位置を環境地図上の設定ポイントの位置座標として記憶部34に登録する。   The self-position estimation unit 32 performs coordinate conversion to the coordinate system (absolute coordinate system) of the environmental map in consideration of the movement amount of the own machine calculated according to the rotation angle of each electric motor 12 read from each encoder 16. The local map is compared with the environmental map, and the self-location is estimated based on the result. That is, the self-position estimating unit 32 functions as self-position estimating means described in the claims. Further, when a set point registration signal is input from the joystick 21 (registration switch 23), the self position estimating unit 32 registers the self position at that time in the storage unit 34 as the position coordinates of the set point on the environment map. .

環境地図作成部33は、誘導移動時(据付モード実行時)に、SLAMを利用して、移動空間(領域)の環境地図を作成する。すなわち、環境地図作成部33は、特許請求の範囲に記載の環境地図作成手段として機能する。環境地図は、自律移動装置1の移動領域のグリッドマップであり、壁面等の固定物(物体)の位置が記録されている。ここで、グリッドマップは、水平面を所定の大きさ(例えば1cm×1cm)のセル(以下「単位グリッド」又は単に「グリッド」という)で分割した平面からからなる地図であり、単位グリッド毎に物体があるか否かを示す物体存在確率情報が与えられている。本実施形態では、物体(障害物)が有るグリッドにはその存在確率に応じて「0〜1」の値が与えられ、物体(障害物)が無いグリッドにはその存在確率に応じて「0〜−1」の値が与えられる。また物体(障害物)の有無が不明なグリッドには「0」が与えられる。   The environment map creation unit 33 creates an environment map of the movement space (area) using SLAM during guided movement (when the installation mode is executed). That is, the environment map creation unit 33 functions as an environment map creation unit described in the claims. The environment map is a grid map of the movement area of the autonomous mobile device 1, and records the position of a fixed object (object) such as a wall surface. Here, the grid map is a map composed of planes obtained by dividing a horizontal plane with cells of a predetermined size (for example, 1 cm × 1 cm) (hereinafter referred to as “unit grid” or simply “grid”). Object existence probability information indicating whether or not there is present is given. In the present embodiment, a value of “0 to 1” is given to a grid with an object (obstacle) according to its existence probability, and “0” is given to a grid without an object (obstacle) according to its existence probability. The value of "-1" is given. Also, “0” is given to a grid where the presence or absence of an object (obstacle) is unknown.

ここで、環境地図の作成方法をより具体的に説明すると、環境地図作成部33は、まず、局所地図作成部31から局所地図を取得するとともに、自己位置推定部32から環境地図上の自己位置を取得する。次に、環境地図作成部33は、レーザレンジファインダ20を原点にした局所地図を、環境地図上の自己位置に基づいて、レーザレンジファインダ20を原点にした座標系を自己位置をもとに環境地図の座標系(以下「絶対座標系」という)に座標変換することにより、局所地図(以下、座標変換された局所地図を「局所地図@絶対座標系」という)を環境地図に投影する。そして、環境地図作成部33は、自律移動装置1が誘導されて移動している間中この処理を繰り返して実行し、局所地図@絶対座標系を環境地図に順次足し込んで行く(継ぎ足してゆく)ことにより移動空間(領域)全体の環境地図を作成する。なお、環境地図作成部33は、自律移動時(搬送モード実行時)には、環境地図の作成・更新を停止する。   Here, the creation method of the environment map will be described in more detail. First, the environment map creation unit 33 acquires a local map from the local map creation unit 31 and self-position on the environment map from the self-position estimation unit 32. To get. Next, the environment map creation unit 33 creates a local map with the laser range finder 20 as the origin based on the self-position on the environment map based on the self-position and the coordinate system with the laser range finder 20 as the origin. By performing coordinate conversion into a map coordinate system (hereinafter referred to as “absolute coordinate system”), a local map (hereinafter referred to as “local map @ absolute coordinate system”) is projected onto the environment map. Then, the environment map creation unit 33 repeatedly executes this process while the autonomous mobile device 1 is guided and moved, and sequentially adds the local map @ absolute coordinate system to the environment map (adds it). ) To create an environment map of the entire moving space (area). Note that the environment map creation unit 33 stops the creation / update of the environment map during autonomous movement (when the transport mode is executed).

記憶部34は、例えば、上述したバックアップRAM等で構成されており、環境地図作成部33により作成された環境地図を記憶する。また、記憶部34は、設定ポイントの位置座標、及び後述する経路計画部35で計画される移動経路情報等を記憶する記憶領域を有しており、これらの情報も記憶する。すなわち、記憶部34は、特許請求の範囲に記載の記憶手段として機能する。なお、記憶部34は、SRAMやEEPROM等であってもよい。   The storage unit 34 is composed of, for example, the backup RAM described above, and stores the environment map created by the environment map creation unit 33. In addition, the storage unit 34 has a storage area for storing the position coordinates of the set points, movement route information planned by the route planning unit 35 described later, and the like. That is, the storage unit 34 functions as a storage unit described in the claims. Note that the storage unit 34 may be an SRAM, an EEPROM, or the like.

経路計画部35は、自機の自己位置とユーザが選択した設定ポイント(記憶部34に記憶されている環境地図上の設定ポイント(例えば、スタート地点、目標通過地点、ゴール地点))間を接続することにより自律移動装置1の移動経路を計画する。なお、設定ポイントをゴール地点として移動経路を計画する場合、自己位置が把握できているため、必ずしも設定ポイント同士を接続する必要はない。すなわち、経路計画部35は、特許請求の範囲に記載の経路計画手段として機能する。より詳細には、経路計画部35は、例えば、まず、環境地図に含まれる障害物領域の輪郭を、Minkowski和を利用して、自機の半径だけ拡張して拡張障害物領域を作成し、該拡張障害物領域を除く領域を、障害物と接触することなく移動することができる移動可能領域として抽出する。次に、経路計画部35は、Hilditchの細線化法を利用して、抽出した移動可能領域を細線化する。そして、経路計画部35は、細線化された移動可能領域の中から、A*アルゴリズム(Aスター・アルゴリズム)を利用して、設定ポイント(スタート地点、目標通過地点、ゴール地点)間をつなぐ最短経路を探索することにより移動経路を計画する。   The route plan unit 35 connects between the own position of the own device and a set point selected by the user (a set point on the environmental map stored in the storage unit 34 (for example, a start point, a target passing point, a goal point)). By doing so, the movement route of the autonomous mobile device 1 is planned. Note that when planning a travel route with a set point as a goal point, it is not always necessary to connect the set points because the self-position is known. In other words, the route planning unit 35 functions as route planning means described in the claims. More specifically, for example, the route planning unit 35 first creates an extended obstacle region by expanding the outline of the obstacle region included in the environment map by using the Minkowski sum by the radius of the own device, A region excluding the extended obstacle region is extracted as a movable region that can move without contacting the obstacle. Next, the path planning unit 35 thins the extracted movable region using the thinning method of Hilitch. Then, the route planning unit 35 uses the A * algorithm (A star algorithm) from the thinned movable area to connect the set points (start point, target passage point, goal point) to the shortest. Plan travel routes by searching for routes.

走行制御部36は、据付モード実行時に、ジョイスティック21(レバー22)から入力される誘導制御(方向指示)信号(すなわちユーザの操作)に従って自律移動装置1が移動する(誘導される)ように電動モータ12を駆動する。一方、走行制御部36は、搬送モード実行時に、障害物を回避しながら計画された移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律移動させるように電動モータ12を制御する。すなわち、走行制御部36は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。ここで、本実施形態では、搬送モード実行時に、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律移動させる制御方法として仮想ポテンシャル法を採用した。この仮想ポテンシャル法は、ゴール地点に対する仮想的な引力ポテンシャル場と、回避すべき障害物に対する仮想的な斥力ポテンシャル場とを作成して重ね合わせることで、障害物との接触を回避しつつゴール地点へ向かう方法である。より具体的には、走行制御部36は、まず、自己位置に基づいてゴール地点へ向かうための仮想引力を計算する。一方、障害物回避制御部38により、自己位置、移動速度、及び障害物の位置並びに速度に基づいて、障害物を回避するための仮想斥力が算出される。続いて、走行制御部36は、得られた仮想引力と、仮想斥力とをベクトル合成することにより仮想力ベクトルを計算する。そして、走行制御部36は、得られた仮想力ベクトルに応じて電動モータ12(オムニホイール13)を駆動することにより、障害物を回避しつつゴール地点へ移動するように自機の走行をコントロールする。   The traveling control unit 36 is electrically driven so that the autonomous mobile device 1 moves (guides) in accordance with a guidance control (direction instruction) signal (that is, user operation) input from the joystick 21 (lever 22) when the installation mode is executed. The motor 12 is driven. On the other hand, the traveling control unit 36 controls the electric motor 12 so as to autonomously move the aircraft to the goal point along the planned movement route while avoiding an obstacle when the conveyance mode is executed. That is, the traveling control unit 36 functions as a control unit described in the claims. Here, in the present embodiment, the virtual potential method is employed as a control method for autonomously moving the aircraft to the goal point along the movement path while avoiding an obstacle when the transfer mode is executed. This virtual potential method creates and superimposes a virtual attractive potential field for the goal point and a virtual repulsive potential field for the obstacle to be avoided, thereby avoiding contact with the obstacle. The way to head. More specifically, the traveling control unit 36 first calculates a virtual attractive force for heading to the goal point based on the self position. On the other hand, the obstacle avoidance control unit 38 calculates a virtual repulsive force for avoiding the obstacle based on the self position, the moving speed, and the position and speed of the obstacle. Subsequently, the traveling control unit 36 calculates a virtual force vector by vector combining the obtained virtual attractive force and the virtual repulsive force. Then, the traveling control unit 36 drives the electric motor 12 (omni wheel 13) according to the obtained virtual force vector, thereby controlling the traveling of the aircraft so as to move to the goal point while avoiding the obstacle. To do.

次に、図2、図3を併せて用いて自律移動装置1の動作について説明する。図2は、自律移動装置1による据付処理(据付モード)の処理手順を示すフローチャートである。また、図3は、自律移動装置1による搬送処理(搬送モード)の処理手順を示すフローチャートである。図2、図3に示される各処理は、主として電子制御装置30によって行われるものであり、ユーザからの操作によって起動され、実行される。なお、図2に示される据付処理(据付モード)は、図3に示される搬送処理(搬送モード)に先立って実行される。   Next, operation | movement of the autonomous mobile apparatus 1 is demonstrated using FIG. 2, FIG. 3 collectively. FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of installation processing (installation mode) by the autonomous mobile device 1. FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of a transport process (transport mode) by the autonomous mobile device 1. Each process shown in FIGS. 2 and 3 is mainly performed by the electronic control unit 30 and is activated and executed by an operation from the user. Note that the installation process (installation mode) shown in FIG. 2 is executed prior to the transfer process (transfer mode) shown in FIG.

始めに、図2に示される据付処理(据付モード)の処理手順について説明する。なお、据付処理を開始する前に、事前準備として、誘導経路上に置かれた可動物を排除しておくことが好ましい。また、自律移動装置1を誘導しつつ環境地図を作成しているときには、移動体がレーザレンジファインダ20の検知範囲に入らないようにすることが好ましい。   First, the procedure of the installation process (installation mode) shown in FIG. 2 will be described. In addition, before starting the installation process, it is preferable to exclude a movable object placed on the guide route as a preliminary preparation. Further, when the environment map is created while guiding the autonomous mobile device 1, it is preferable that the moving body does not enter the detection range of the laser range finder 20.

ステップS100において、ユーザからの環境地図作成開始指示が受け付けられると、自律移動装置1が誘導されて移動を開始する。続くステップS102では、SLAMを利用して、移動領域の環境地図が作成(又は更新)される。なお、環境地図の作成方法は上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。   In step S100, when an environment map creation start instruction is received from the user, the autonomous mobile device 1 is guided to start moving. In subsequent step S102, an environmental map of the moving area is created (or updated) using SLAM. In addition, since the creation method of an environmental map is as above-mentioned, detailed description is abbreviate | omitted here.

続いて、ステップS104では、ジョイスティック21(レバー22)から入力される誘導制御(方向指示)信号(すなわちユーザの操作)に従って自律移動装置1が誘導されて移動する。   Subsequently, in step S104, the autonomous mobile device 1 is guided and moved in accordance with a guidance control (direction instruction) signal (ie, user operation) input from the joystick 21 (lever 22).

次に、ステップS106では、ジョイスティック21(登録スイッチ23)から設定ポイント登録信号が入力されたか否かについての判断が行われる。ここで、設定ポイント登録信号が入力された場合には、ステップS108において、その地点の自己位置が環境地図上の設定ポイントの位置座標として登録される。一方、設定ポイント登録信号が入力されていないときには、ステップS110に処理が移行する。   Next, in step S106, it is determined whether or not a set point registration signal has been input from the joystick 21 (registration switch 23). Here, when the set point registration signal is input, in step S108, the self position of the point is registered as the position coordinate of the set point on the environment map. On the other hand, when the set point registration signal is not input, the process proceeds to step S110.

ステップS110では、ユーザからの環境地図作成終了指示が受け付けられたか否かについての判断が行われる。ここで、環境地図作成終了指示が受け付けられていない場合には、ステップS102に処理が移行し、環境地図作成終了指示が受け付けられるまで、上述したステップS102〜ステップS108の処理が繰り返し実行される。一方、環境地図作成終了指示が受け付けられたときには、作成された設定ポイントを含む環境地図が記憶され、据付処理(据付モード)が終了する。   In step S110, a determination is made as to whether or not an environment map creation end instruction has been received from the user. If the environment map creation end instruction has not been received, the process proceeds to step S102, and the above-described steps S102 to S108 are repeatedly executed until the environment map creation end instruction is received. On the other hand, when an environment map creation end instruction is accepted, the created environment map including the set points is stored, and the installation process (installation mode) ends.

続いて、自律移動装置1による搬送処理(搬送モード)の処理手順について説明する。まず、ステップS200において、ユーザからの経路計画指示が受け付けられると、ステップS202において、自律移動装置1の移動経路が計画される。すなわち、ユーザにより記憶部34に記憶されている環境地図上の設定ポイント(スタート地点、目標通過地点、ゴール地点)の少なくとも1つが指定されることにより自律移動装置1の移動経路が計画される。なお、経路計画の方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。   Then, the process sequence of the conveyance process (conveyance mode) by the autonomous mobile apparatus 1 is demonstrated. First, in step S200, when a route planning instruction from a user is accepted, a moving route of the autonomous mobile device 1 is planned in step S202. That is, the movement path of the autonomous mobile device 1 is planned by designating at least one of the set points (start point, target passage point, goal point) on the environmental map stored in the storage unit 34 by the user. Since the route planning method is as described above, detailed description thereof is omitted here.

次に、ステップS204では、自己位置推定が行われる。すなわち、レーザレンジファインダ20の検出結果から環境地図作成部31により局所地図が取得されるとともに、エンコーダ16から読み込まれた各電動モータ12の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、複数の仮の自己位置が仮定される。取得された局所地図は、各仮の自己位置における局所地図@絶対座標系に変換され、複数の局所地図@絶対座標系が取得される。この複数の局所地図@絶対座標系のそれぞれと環境地図とが照合され、各仮の自己位置における尤度が演算され、各仮の自己位置における尤度に対してベイズフィルタが適用されて(事前確率と尤度とが乗算されて)、各仮の自己位置における事後確率が算出される。算出された複数の事後確率のうち最も高いものが抽出され、これに対応する仮の自己位置が真の自己位置として推定される。この最も高い事後確率の抽出では、複数の事後確率分布間において最も高いピークを持つ事後確率を抽出してもよいし、あるいは最も期待値の高い事後確率を抽出してもよい。   Next, in step S204, self-position estimation is performed. That is, the local map is acquired by the environmental map creation unit 31 from the detection result of the laser range finder 20 and the movement amount of the own machine calculated according to the rotation angle of each electric motor 12 read from the encoder 16 is taken into consideration. Thus, a plurality of temporary self-positions are assumed. The acquired local map is converted into a local map @ absolute coordinate system at each temporary self-position, and a plurality of local maps @ absolute coordinate systems are acquired. Each of the plurality of local maps @ absolute coordinate system and the environment map are collated, the likelihood at each temporary self-position is calculated, and a Bayes filter is applied to the likelihood at each temporary self-position (in advance) The posterior probability at each temporary self-position is calculated by multiplying the probability and the likelihood). The highest one of the calculated posterior probabilities is extracted, and the provisional self-position corresponding to this is estimated as the true self-position. In the extraction of the highest posterior probability, the posterior probability having the highest peak among a plurality of posterior probability distributions may be extracted, or the posterior probability having the highest expected value may be extracted.

続いて、ステップS206では、自律移動制御が実行され、障害物を回避しながら計画された移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律移動させるように電動モータ12が制御される。上述したように、本実施形態では、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール地点まで移動させる制御方法として仮想ポテンシャル法を採用した。なお、仮想ポテンシャル法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。   Subsequently, in step S206, autonomous movement control is executed, and the electric motor 12 is controlled so as to autonomously move the aircraft to the goal point along the planned movement route while avoiding an obstacle. As described above, in the present embodiment, the virtual potential method is employed as a control method for moving the aircraft to the goal point along the movement path while avoiding the obstacle. Since the virtual potential method is as described above, detailed description thereof is omitted here.

続くステップS208では、自機がゴール地点に到着したか否かについての判断が行われる。ここで、自機がゴール地点に到着していない場合には、ステップS204に処理が移行し、ゴール地点に到着するまで、上述したステップS204(自己位置推定)及びステップS206(自律移動制御)の処理が繰り返し実行される。一方、自機がゴール地点に到着したときには、搬送処理(搬送モード)が終了する。   In subsequent step S208, a determination is made as to whether or not the aircraft has arrived at the goal point. Here, when the own aircraft has not arrived at the goal point, the process proceeds to step S204, and in steps S204 (self-position estimation) and step S206 (autonomous movement control) described above until the arrival at the goal point. The process is executed repeatedly. On the other hand, when the aircraft arrives at the goal point, the transfer process (transfer mode) ends.

本実施形態によれば、ユーザの操作に従って自機が誘導されているときに環境地図が作成されるとともに、誘導されて所定の設定ポイントに到達したときに、そのときの実際の自己位置が環境地図上の設定ポイントの位置座標として登録される。そのため、自律移動装置を移動させたい経路に沿って誘導しつつ、設定ポイントを登録するだけで、実際の移動環境に対するずれがない設定ポイントを含む環境地図を作成することができる。   According to the present embodiment, the environment map is created when the aircraft is guided according to the user's operation, and when the vehicle is guided to reach a predetermined set point, the actual self position at that time is the environment It is registered as the position coordinates of the set point on the map. Therefore, it is possible to create an environment map that includes setting points that do not deviate from the actual moving environment simply by registering the setting points while guiding the autonomous mobile device along the route on which it is desired to move.

また、本実施形態によれば、作成されて記憶されている環境地図上の設定ポイントが指定されて移動経路が計画され、その移動経路に沿って自律移動するように制御される。そのため、例えば、設定ポイントを、スタート地点及び/又はゴール地点として移動経路を計画すれば、実際の移動領域とのずれが少ない移動経路を計画し、再現性よく自律移動することができる。以上の結果、本実施形態によれば、環境地図上の設定ポイントを含む、信頼性の高い環境地図を簡易に作成することができ、かつ、該環境地図を用いてより正確な自律移動を行うことが可能となる。   In addition, according to the present embodiment, a set point on the environmental map that has been created and stored is specified, a moving route is planned, and control is performed so as to move autonomously along the moving route. Therefore, for example, if a movement route is planned using the set point as a start point and / or a goal point, a movement route with little deviation from the actual movement region can be planned, and autonomous movement can be performed with high reproducibility. As a result, according to the present embodiment, a highly reliable environmental map including setting points on the environmental map can be easily created, and more accurate autonomous movement can be performed using the environmental map. It becomes possible.

(第2実施形態)
続いて、図4を用いて、第2実施形態に係る自律移動装置2の構成について説明する。図4は、自律移動装置2の構成を示すブロック図である。なお、図4において第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。
(Second Embodiment)
Then, the structure of the autonomous mobile device 2 which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the autonomous mobile device 2. In FIG. 4, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

自律移動装置2は、上述した電子制御装置30に代えて、電子制御装置40を備えている点で自律移動装置1と異なっている。この電子制御装置40は、差分地図作成部41、動的環境地図作成部42をさらに有する点、及び、自己位置推定部32、記憶部34に代えて自己位置推定部43、記憶部44を有している点で電子制御装置30と異なっている。以下、これらの自律移動装置1と異なる構成要素について詳細に説明する。なお、その他の構成については、自律移動装置1と同一または同等であるので、ここでは説明を省略する。   The autonomous mobile device 2 is different from the autonomous mobile device 1 in that an electronic control device 40 is provided instead of the electronic control device 30 described above. The electronic control device 40 further includes a difference map creation unit 41 and a dynamic environment map creation unit 42, and has a self-position estimation unit 43 and a storage unit 44 instead of the self-position estimation unit 32 and the storage unit 34. This is different from the electronic control unit 30 in that Hereinafter, components different from those of the autonomous mobile device 1 will be described in detail. Since other configurations are the same as or equivalent to those of the autonomous mobile device 1, the description thereof is omitted here.

動的環境地図作成部42は、自機が移動経路に沿って自律移動する際に、後述する差分地図作成部41により作成される差分地図と、上述した環境地図作成部33により作成され、記憶部44に記憶されている環境地図(以下「静的環境地図」という)とをグリッド毎に足し合わせて、現在の実環境を表す動的環境地図を作成する。すなわち、動的環境地図作成部42は、特許請求の範囲に記載の動的環境地図作成手段として機能する。なお、静的環境地図の各グリッドに係数P1(例えば0.5)をかけたものと、差分地図の各グリッドに係数P2(例えば1.0)をかけたものとをグリッド毎に足し合わせることにより動的環境地図を作成するようにしてもよい。   The dynamic environment map creation unit 42 is created by the difference map created by the difference map creation unit 41 described later and the environment map creation unit 33 described above when the mobile device autonomously moves along the movement route, and is stored. The environment map (hereinafter referred to as “static environment map”) stored in the unit 44 is added for each grid to create a dynamic environment map representing the current actual environment. That is, the dynamic environment map creation unit 42 functions as a dynamic environment map creation unit described in the claims. Note that each grid of the static environment map multiplied by the coefficient P1 (for example, 0.5) and each grid of the difference map multiplied by the coefficient P2 (for example, 1.0) are added for each grid. A dynamic environment map may be created by

差分地図作成部41は、自機が移動経路に沿って自律移動する際に、動的環境地図と静的環境地図の差分、すなわち移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図を作成・更新する。より具体的には、差分地図作成部41は、動的環境地図(t−1:前回値)と局所地図@絶対座標系(t:今回値)とをグリッド毎に足し合わせた結果と、静的環境地図との差分をグリッド毎に求めることにより差分地図(t:今回値)を作成(更新)する。すなわち、差分地図作成部41は、特許請求の範囲に記載の差分地図作成手段として機能する。なお、差分地図の座標系は、静的環境地図と同じ(絶対座標)である。また、後述する記憶部44に記憶される差分地図は、自機の周辺部のみであり、自機が移動するに従い通過した領域の差分地図は記憶部44から消去される。なお、動的環境地図と局所地図@絶対座標系とをグリッド毎に足し合わせた結果と、静的環境地図の各グリッドに係数P1(例えば0.5)をかけたものとの差分をグリッド毎に求めることにより差分地図を作成(更新)するようにしてもよい。この場合、上記係数P1を考慮し、動的環境地図の上限値を「0.5」下限値を「−0.5」に制限する。   The difference map creation unit 41 creates / updates a difference map representing the difference between the dynamic environment map and the static environment map, that is, the degree of object change in the movement area, when the aircraft autonomously moves along the movement route. . More specifically, the difference map creating unit 41 adds the dynamic environment map (t-1: previous value) and the local map @ absolute coordinate system (t: current value) for each grid, A difference map (t: current value) is created (updated) by obtaining a difference from the target environment map for each grid. That is, the difference map creating unit 41 functions as a difference map creating means described in the claims. The coordinate system of the difference map is the same (absolute coordinates) as that of the static environment map. Further, the difference map stored in the storage unit 44 to be described later is only the peripheral part of the own device, and the difference map of the area that has passed as the own device moves is deleted from the storage unit 44. The difference between the result obtained by adding the dynamic environment map and the local map @ absolute coordinate system for each grid and the value obtained by multiplying each grid of the static environment map by a coefficient P1 (for example, 0.5) is displayed for each grid. The difference map may be created (updated) by obtaining the above. In this case, considering the coefficient P1, the upper limit value of the dynamic environment map is limited to “0.5” and the lower limit value is limited to “−0.5”.

記憶部44は、静的環境地図に加えて差分地図を記憶する記憶領域を有しており、静的環境地図及び差分地図を記憶する。なお、動的環境地図は自己位置の推定(後述)が行われる間だけ一時的に作成・記憶され、記憶部44には恒久的には記憶されない。   The storage unit 44 has a storage area for storing the difference map in addition to the static environment map, and stores the static environment map and the difference map. Note that the dynamic environment map is temporarily created and stored only while self-position estimation (described later) is performed, and is not permanently stored in the storage unit 44.

自己位置推定部43は、自機が移動経路に沿って自律移動する際に、エンコーダ16から読み込まれた各電動モータ12の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、静的環境地図及び動的環境地図それぞれと局所地図@絶対座標系とを照合(グリッド毎にマッチング)し、その照合結果に基づいて(上述したステップS204と同様の処理を実行して)自己位置を推定する。より具体的に説明すると、まず、自己位置推定部43は、局所地図@絶対座標系に含まれるグリッドの値(物体存在確率)が1.0のグリッドを静的環境地図及び動的環境地図に投影して、局所地図@絶対座標系のグリッドの値と、該グリッドに対応する静的環境地図及び動的環境地図それぞれのグリッドの値とを照合する。そして、グリッド毎により一致度の高い方の地図のグリッド値を採用し、採用されたグリッド値の平均をその位置(仮の自己位置)のスコア(尤度)とする。例えば、局所地図@絶対座標系のグリッド値が1.0であり、静的環境地図のグリッド値が1.0、動的環境地図のグリッド値が0.5の場合には、静的環境地図のグリッド値1.0が採用される。また、例えば、局所地図@絶対座標系のグリッド値が1.0であり、静的環境地図のグリッド値が−1.0、動的環境地図のグリッド値が0.3の場合には、動的環境地図のグリッド値0.3が採用される。そして、例えば、4つのグリッドについて、採用されたグリッド値が1.0,1.0,0.3,0.3であった場合には、それらの平均値0.65が仮の自己位置でのスコアとなる。同様にして、仮の自己位置をA点、B点、C点、D点、・・・としてスコアを求めていき、一番スコアが高い位置を自己位置と推定する。ここで、自己位置のスコア(尤度)を求める際には、グリッドの値(物体存在確率)が1.0のグリッドのみを対象とするのではなく、例えば、グリッド値(物体存在確率)が−1.0のグリッドを対象としてスコアを求めてもよいし、すべてのグリッドを対象としてスコアを求めてもよい。   The self-position estimating unit 43 considers the movement amount of the own machine calculated according to the rotation angle of each electric motor 12 read from the encoder 16 when the own machine moves autonomously along the movement path. Each of the static environment map and the dynamic environment map is collated with the local map @ absolute coordinate system (matching for each grid), and based on the collation result (the same processing as in step S204 described above is executed) Is estimated. More specifically, first, the self-position estimation unit 43 converts a grid having a grid value (object existence probability) of 1.0 included in the local map @ absolute coordinate system into a static environment map and a dynamic environment map. Projection is performed, and the value of the grid of the local map @ absolute coordinate system is compared with the value of each grid of the static environment map and the dynamic environment map corresponding to the grid. Then, the grid value of the map having the higher degree of coincidence is adopted for each grid, and the average of the adopted grid values is set as the score (likelihood) of the position (temporary self-position). For example, when the grid value of the local map @ absolute coordinate system is 1.0, the grid value of the static environment map is 1.0, and the grid value of the dynamic environment map is 0.5, the static environment map A grid value of 1.0 is adopted. For example, if the grid value of the local map @ absolute coordinate system is 1.0, the grid value of the static environment map is -1.0, and the grid value of the dynamic environment map is 0.3, the dynamic map A grid value of 0.3 for the static environment map is adopted. For example, when the adopted grid values are 1.0, 1.0, 0.3, and 0.3 for four grids, their average value 0.65 is a temporary self-position. Score. Similarly, the temporary self-position is determined as points A, B, C, D,..., And the position with the highest score is estimated as the self-position. Here, when obtaining the score (likelihood) of the self-position, not only the grid having the grid value (object existence probability) of 1.0 is targeted, but for example, the grid value (object existence probability) is set. The score may be obtained for a grid of -1.0, or the score may be obtained for all grids.

次に、図5を参照しつつ自律移動装置2の動作について説明する。図5は、自律移動装置2による搬送処理(搬送モード)の処理手順を示すフローチャートである。図5に示される搬送処理は、主として電子制御装置40によって行われるものであり、ユーザからの操作によって起動され、実行される。なお、自律移動装置2による据付処理(据付モード)の処理手順は、上述した自律移動装置1の場合と同一であるので、ここでは説明を省略する。   Next, the operation of the autonomous mobile device 2 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure of a transfer process (transfer mode) by the autonomous mobile device 2. The conveyance process shown in FIG. 5 is mainly performed by the electronic control unit 40, and is activated and executed by an operation from the user. In addition, since the processing procedure of the installation process (installation mode) by the autonomous mobile device 2 is the same as that of the autonomous mobile device 1 described above, the description thereof is omitted here.

ステップS300において、ユーザからの経路計画指示が受け付けられると、ステップS302において、自律移動装置2の移動経路が計画される。すなわち、記憶部44に記憶されている環境地図上の設定ポイント(スタート地点、目標通過地点、ゴール地点)が指定されることにより自律移動装置2の移動経路が計画される。なお、経路計画の方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。   In step S300, when a route planning instruction from the user is accepted, a moving route of the autonomous mobile device 2 is planned in step S302. That is, the movement route of the autonomous mobile device 2 is planned by designating setting points (start point, target passage point, goal point) on the environment map stored in the storage unit 44. Since the route planning method is as described above, detailed description thereof is omitted here.

次に、ステップS304では、自己位置推定が行われる。すなわち、エンコーダ16から読み込まれた各電動モータ12の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、静的環境地図及び動的環境地図それぞれと局所地図@絶対座標系とが照合(マッチング)され、その照合結果に基づいて(上述したステップS204と同様の処理が実行されて)自己位置が推定される。なお、自己位置の推定方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。   Next, in step S304, self-position estimation is performed. That is, in consideration of the movement amount of the own machine calculated according to the rotation angle of each electric motor 12 read from the encoder 16, each of the static environment map and the dynamic environment map and the local map @ absolute coordinate system are Collation (matching) is performed, and the self-position is estimated based on the collation result (a process similar to step S204 described above is performed). Since the self-position estimation method is as described above, detailed description thereof is omitted here.

次に、ステップS306では、動的環境地図(t−1:前回値)と局所地図@絶対座標系(t:今回値)との加算結果と、静的環境地図との差分から差分地図(t:今回値)が作成(更新)される。続くステップS308では、静的環境地図と差分地図(t:今回値)とがグリッド毎に足し合わされて動的環境地図(t:今回値)が作成される。   Next, in step S306, the difference map (t) is obtained from the difference between the addition result of the dynamic environment map (t-1: previous value) and the local map @ absolute coordinate system (t: current value) and the static environment map. : Value this time) is created (updated). In subsequent step S308, the static environment map and the difference map (t: current value) are added for each grid to create a dynamic environment map (t: current value).

続いて、ステップS310では、自律移動制御が実行され、障害物を回避しながら計画された移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律移動させるように電動モータ12が制御される。上述したように、本実施形態では、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール地点まで移動させる制御方法として仮想ポテンシャル法を採用した。なお、仮想ポテンシャル法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。   Subsequently, in step S310, autonomous movement control is executed, and the electric motor 12 is controlled so as to autonomously move the aircraft to the goal point along the planned movement route while avoiding an obstacle. As described above, in the present embodiment, the virtual potential method is employed as a control method for moving the aircraft to the goal point along the movement path while avoiding the obstacle. Since the virtual potential method is as described above, detailed description thereof is omitted here.

続くステップS312では、自機がゴール地点に到着したか否かについての判断が行われる。ここで、自機がゴール地点に到着していない場合には、ステップS304に処理が移行し、ゴール地点に到着するまで、上述したステップS304〜ステップS310の処理が繰り返し実行される。一方、自機がゴール地点に到着したときには、搬送処理(搬送モード)が終了する。   In subsequent step S312, a determination is made as to whether or not the aircraft has arrived at the goal point. If the aircraft has not arrived at the goal point, the process proceeds to step S304, and the above-described steps S304 to S310 are repeatedly executed until the aircraft arrives at the goal point. On the other hand, when the aircraft arrives at the goal point, the transfer process (transfer mode) ends.

本実施形態によれば、移動経路に沿って自律移動する際に、移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図が作成されるとともに、環境地図と差分地図との加算結果から動的環境地図が作成される。また環境地図及び動的環境地図それぞれと局所地図@絶対座標系とが照合され、その照合結果に基づいて(上述したステップS204と同様の処理が行われて)自己位置が推定される。自律移動中は差分地図のみが更新され、信頼度の高い環境地図は書き換えられることなく保持されるため、例えば推定された自己位置が実際の自己位置とずれている場合等に、信頼度の高い環境地図を誤って書き換えてしまうことを防止することができる。また、例えば推定された自己位置が実際の自己位置と一時的にずれたとしても、復帰することが可能となる。また、移動領域内に環境変化があった場合、例えば移動体が自機の近傍を通過したり、通路上に新たな物体が置かれたりした場合には、その変化が差分地図として抽出され、動的環境地図に反映される。そのため、移動環境のダイナミックな環境変化に対応することが可能となる。   According to this embodiment, when autonomously moving along a movement route, a difference map representing the degree of object change in the movement area is created, and the dynamic environment map is obtained from the addition result of the environment map and the difference map. Created. Further, each of the environment map and the dynamic environment map is collated with the local map @ absolute coordinate system, and the self-position is estimated based on the collation result (the same processing as in step S204 described above is performed). Only the difference map is updated during autonomous movement, and the highly reliable environmental map is maintained without being rewritten. For example, when the estimated self-location is different from the actual self-location, the reliability is high. It is possible to prevent the environmental map from being rewritten accidentally. For example, even if the estimated self-position is temporarily deviated from the actual self-position, it is possible to return. In addition, when there is an environmental change in the movement area, for example, when the moving body passes near the own machine or a new object is placed on the passage, the change is extracted as a difference map, It is reflected in the dynamic environment map. Therefore, it becomes possible to cope with a dynamic environmental change of the mobile environment.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、自律移動装置1,2を遠隔操作するための入力装置としてジョイスティック21を用いたが、自律移動装置1,2を誘導するとともに、設定ポイントを登録することができればよく、キーボードやテンキーパッドなど他の形式のリモートコントローラ等を利用してもよい。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the joystick 21 is used as an input device for remotely operating the autonomous mobile devices 1 and 2, but it is only necessary to guide the autonomous mobile devices 1 and 2 and register a set point. Other types of remote controllers such as a keyboard and a numeric keypad may be used.

上記実施形態では、レーザレンジファインダ20を用いて障害物との距離を測定したが、レーザレンジファインダに代えて又は加えて、例えばステレオカメラ、超音波センサ等を用いる構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the distance to the obstacle is measured using the laser range finder 20, but instead of or in addition to the laser range finder, for example, a stereo camera, an ultrasonic sensor, or the like may be used.

上記実施形態では、車輪として全方位に移動可能なオムニホイール13を採用したが、通常の車輪(操舵輪及び駆動輪)を用いる構成としてもよい。   In the said embodiment, although the omni wheel 13 which can move to all directions was employ | adopted as a wheel, it is good also as a structure which uses a normal wheel (a steering wheel and a drive wheel).

第1実施形態に係る自律移動装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the autonomous mobile device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る自律移動装置による据付処理(据付モード)の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the installation process (installation mode) by the autonomous mobile apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る自律移動装置による搬送処理(搬送モード)の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the conveyance process (conveyance mode) by the autonomous mobile apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る自律移動装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the autonomous mobile apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る自律移動装置による搬送処理(搬送モード)の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the conveyance process (conveyance mode) by the autonomous mobile apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,2 自律移動装置
10 本体
12 電動モータ
13 オムニホイール
14 ホイール
15 フリーローラ
16 エンコーダ
20 レーザレンジファインダ
21 ジョイスティック
22 レバー
23 登録スイッチ
30,40 電子制御装置
31 局所地図作成部
32,43 自己位置推定部
33 環境地図作成部
34,44 記憶部
35 経路計画部
36 走行制御部
37 センサ情報取得部
38 障害物回避制御部
41 差分地図作成部
42 動的環境地図作成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Autonomous mobile device 10 Main body 12 Electric motor 13 Omni wheel 14 Wheel 15 Free roller 16 Encoder 20 Laser range finder 21 Joystick 22 Lever 23 Registration switch 30, 40 Electronic control unit 31 Local map creation part 32, 43 Self-position estimation part DESCRIPTION OF SYMBOLS 33 Environment map creation part 34,44 Storage part 35 Path planning part 36 Travel control part 37 Sensor information acquisition part 38 Obstacle avoidance control part 41 Difference map creation part 42 Dynamic environment map creation part

Claims (3)

自機の周囲に存在する物体の位置情報を取得する物体情報取得手段と、
前記物体情報取得手段により取得された物体の位置情報から、自機周辺の局所地図を作成する局所地図作成手段と、
自機を移動させる移動手段と、
前記局所地図作成手段により作成された局所地図、及び前記移動手段の移動量に基づいて、自己位置を推定する自己位置推定手段と、を備える自律移動装置において、
ユーザの操作に基づき前記移動手段を駆動して自機を誘導する誘導手段と、
前記誘導手段による誘導中に、前記自己位置推定手段により推定された前記自己位置、及び前記局所地図から、移動領域の環境地図を作成する環境地図作成手段と、
前記誘導手段による誘導中に、自機が所定の設定ポイントに位置しているときの自己位置を、前記設定ポイントの位置座標として登録するように教示する教示手段と、
前記環境地図及び前記設定ポイントを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記環境地図上の前記設定ポイントを利用して、移動経路を計画する経路計画手段と、
前記経路計画手段により計画された移動経路に沿って自律移動するように前記移動手段を制御する制御手段と、を備え、
前記教示手段は、前記設定ポイントの登録ととともに、該設定ポイントの属性情報を登録するように教示することを特徴とする自律移動装置。
Object information acquisition means for acquiring position information of objects existing around the own aircraft;
From the position information of the object acquired by the object information acquisition means, a local map creation means for creating a local map around the own machine;
Moving means for moving the aircraft;
In an autonomous mobile device comprising: a local map created by the local map creating means; and a self-position estimating means for estimating a self-position based on a movement amount of the moving means,
Guidance means for driving the moving means based on a user's operation to guide the own machine;
An environment map creating means for creating an environment map of a moving area from the self-position estimated by the self-position estimating means and the local map during guidance by the guidance means;
Teaching means for teaching to register the self position when the own machine is located at a predetermined set point as the position coordinates of the set point during guidance by the guidance means;
Storage means for storing the environmental map and the set point;
Route planning means for planning a movement route using the set points on the environmental map stored in the storage means;
E Bei and control means for controlling said moving means so as to autonomously move along a planned travel route by said route planning means,
The autonomous moving apparatus characterized in that the teaching means teaches to register attribute information of the set point together with the registration of the set point .
自機の周囲に存在する物体の位置情報を取得する物体情報取得手段と、
前記物体情報取得手段により取得された物体の位置情報から、自機周辺の局所地図を作成する局所地図作成手段と、
自機を移動させる移動手段と、
前記局所地図作成手段により作成された局所地図、及び前記移動手段の移動量に基づいて、自己位置を推定する自己位置推定手段と、を備える自律移動装置において、
ユーザの操作に基づき前記移動手段を駆動して自機を誘導する誘導手段と、
前記誘導手段による誘導中に、前記自己位置推定手段により推定された前記自己位置、及び前記局所地図から、移動領域の環境地図を作成する環境地図作成手段と、
前記誘導手段による誘導中に、自機が所定の設定ポイントに位置しているときの自己位置を、前記設定ポイントの位置座標として登録するように教示する教示手段と、
前記環境地図及び前記設定ポイントを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記環境地図上の前記設定ポイントを利用して、移動経路を計画する経路計画手段と、
前記経路計画手段により計画された移動経路に沿って自律移動するように前記移動手段を制御する制御手段と、
前記移動経路に沿って自律移動する際に、移動領域内の物体変化度合いを表す差分地図を作成する差分地図作成手段と、
前記移動経路に沿って自律移動する際に、前記差分地図作成手段により作成される前記差分地図と、前記環境地図との加算結果に基づいて、動的環境地図を作成する動的環境地図作成手段と、を備え、
前記自己位置推定手段は、前記移動経路に沿って自律移動する際に、前記環境地図及び前記動的環境地図それぞれと、前記局所地図とを照合し、その照合結果に基づいて自己位置を推定し、
前記差分地図作成手段は、前記動的環境地図と前記局所地図との加算結果と、前記環境地図との差分に基づいて、前記差分地図を更新することを特徴とする自律移動装置。
Object information acquisition means for acquiring position information of objects existing around the own aircraft;
From the position information of the object acquired by the object information acquisition means, a local map creation means for creating a local map around the own machine;
Moving means for moving the aircraft;
In an autonomous mobile device comprising: a local map created by the local map creating means; and a self-position estimating means for estimating a self-position based on a movement amount of the moving means,
Guidance means for driving the moving means based on a user's operation to guide the own machine;
An environment map creating means for creating an environment map of a moving area from the self-position estimated by the self-position estimating means and the local map during guidance by the guidance means;
Teaching means for teaching to register the self position when the own machine is located at a predetermined set point as the position coordinates of the set point during guidance by the guidance means;
Storage means for storing the environmental map and the set point;
Route planning means for planning a movement route using the set points on the environmental map stored in the storage means;
Control means for controlling the moving means to autonomously move along the movement route planned by the route planning means;
A difference map creating means for creating a difference map representing the degree of object change in the movement area when autonomously moving along the movement path;
Dynamic environment map creation means for creating a dynamic environment map based on the addition result of the difference map created by the difference map creation means and the environment map when autonomously moving along the movement route and, the Bei example,
The self-position estimation means collates the environment map and the dynamic environment map with the local map when autonomously moving along the movement route, and estimates the self-position based on the collation result. ,
The differential map creation means, said dynamic environmental map and the addition result of the local map, based on a difference between the environmental map, autonomous mobile apparatus you and updates the differential map.
前記教示手段は、前記設定ポイントの登録ととともに、該設定ポイントの属性情報を登録するように教示することを特徴とする請求項2に記載の自律移動装置。 The autonomous mobile device according to claim 2 , wherein the teaching unit teaches to register the setting point attribute information together with the setting point registration.
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