JP5939266B2 - 移動体制御システム及び移動体制御方法、プログラム - Google Patents

移動体制御システム及び移動体制御方法、プログラム Download PDF

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Description

本発明は、移動体制御システム及び移動体制御方法、プログラムに関する。
この種の技術として、特許文献1は、赤外線を用いて自機と障害物との間の距離を測定しながら移動する移動作業ロボットを開示している。この移動作業ロボットは、外部光源から放射された赤外線の影響により、自機と障害物との間の距離を正確に測定できなくなる場合がある。そこで、特許文献1では、移動作業ロボットに、自機周囲の照度を測定する照度測定手段を設けている。そして、自機周囲の照度の測定結果に応じて、自機の移動方向や走行速度を変更したり、自機を停止させるようにしている。
特開2004−21774号
しかしながら、上記特許文献1の構成では、自機周囲の照度の測定結果に応じて、自機の移動方向や走行速度を変更したり、自機を停止させることがどのような技術的な意義を有するか明らかではない。
本発明の目的は、外部光源からの赤外線が照射されるような環境下でも、問題なく、目的地へ到達するための技術を提供することにある。
本願発明の第1の観点によれば、移動体本体と、前記移動体本体に設けられ、前記移動体本体と、前記移動体本体の前方に存在する対象物と、の間の距離を赤外線で測定する距離測定手段と、前記距離測定手段による測定結果と、前記移動体本体の移動経路に関する移動経路情報と、に基づいて、前記移動体本体の移動を制御する移動制御手段と、前記移動体本体の移動方向を制限する情報としての移動方向制限情報を記憶する移動方向制限情報記憶手段と、前記移動方向制限情報に基づいて前記移動経路情報を生成する移動経路情報生成手段と、を備え、前記移動方向制限情報は、外部光源から放射された赤外線が前記移動体本体の前方から所定量以上前記移動体本体に照射されるような前記移動体本体の移動方向を制限する情報である、移動体制御システムが提供される。以上の構成によれば、前記外部光源からの前記赤外線が照射されるような環境下でも、前記移動体本体は、問題なく、目的地へ到達することができる。
前記移動方向制限情報は、少なくとも、前記外部光源から放射された前記赤外線の伝播方向の反対の方向と一致するような前記移動体本体の移動方向を制限する情報である。
前記移動方向制限情報記憶手段は、時刻に応じて異なる複数の移動方向制限情報を記憶しており、前記移動経路情報生成手段は、前記複数の移動方向制限情報から、現在時刻に応じた移動方向制限情報を選択し、選択した前記移動方向制限情報に基づいて前記移動経路情報を生成する。以上の構成によれば、前記外部光源から放射された前記赤外線の前記伝播方向が時間の経過につれて変化するような場合であっても、前記移動体本体は、問題なく、目的地へ到達することができる。
本願発明の第2の観点によれば、移動体本体と、前記移動体本体の前方に存在する対象物と、の間の距離を赤外線で測定しながら移動する移動体の制御方法であって、前記移動体の移動方向を制限する情報としての移動方向制限情報に基づいて、前記移動体の移動経路に関する移動経路情報を生成する移動経路情報生成ステップと、前記移動経路情報と、前記距離の測定結果と、に基づいて前記移動体の移動を制御する移動制御ステップと、を含み、前記移動方向制限情報は、外部光源から放射された赤外線が前記移動体本体の前方から所定量以上照射されるような前記移動体の移動方向を制限する情報である、移動体制御方法が提供される。
前記移動方向制限情報は、少なくとも、前記外部光源から放射された前記赤外線の伝播方向の反対の方向と一致するような前記移動体の移動方向を制限する情報である。
前記移動経路情報生成ステップでは、時刻に応じて異なる複数の移動方向制限情報から、現在時刻に応じた移動方向制限情報を選択し、選択した前記移動方向制限情報に基づいて前記移動経路情報を生成する。
コンピュータに、請求項4〜6の何れかに記載の移動体制御方法を実行させる、移動体制御プログラムが提供される。
本発明によれば、前記外部光源からの前記赤外線が照射されるような環境下でも、前記移動体本体は、問題なく、目的地へ到達することができる。
移動体の斜視図である。 移動体の機能ブロック図である。 移動体の制御フローである。 夜間のサービス環境の俯瞰図である。 夜間のサービス環境のマップデータである。 夜間のサービス環境のマップデータであって、太線は移動経路を示す。 日中のサービス環境の俯瞰図である。 日中のサービス環境のマップデータである。 日中のサービス環境のマップデータであって、太線は移動経路を示す。 夕方のサービス環境の俯瞰図である。 夕方のサービス環境のマップデータである。 夕方のサービス環境のマップデータであって、太線は移動経路を示す。 日中のサービス環境の俯瞰図である。 日中のサービス環境のマップデータである。 日中のサービス環境のマップデータであって、太線は移動経路を示す。
以下、図1〜図15を参照して、サービスロボット1(移動体、移動体制御システム)について説明する。
図1に示すサービスロボット1は、外部からの入力により目的地が設定されると、その目的地に到達するための移動経路を自動生成し、生成した移動経路に基づいて走行するロボットである。サービスロボット1は、走行する際、人間や荷物などの障害物に衝突しないよう、前方の障害物(対象物)までの距離を測定し、測定結果を常時モニタリングするようにしている。
このようなサービスロボット1は、図1及び図2に示すように、ロボット本体2(移動体本体)と、制御部3(制御手段)と、センサユニット4と、4つの車輪5と、を備える。
図2に示すように、制御部3は、中央演算処理器としてのCPU6(Central Processing Unit)と、読み書き自由のRAM7(Random Access Memory)、読み出し専用のROM8(Read Only Memory)を備えている。そして、CPU6がROM8に記憶されている移動体制御プログラムを読み出して実行することで、移動体制御プログラムは、CPU6などのハードウェアを、移動方向制限情報記憶部10(移動方向制限情報記憶手段)、地図情報記憶部11(地図情報記憶手段)、移動経路情報生成部12(移動経路情報生成手段)、移動経路情報記憶部13(移動経路情報記憶手段)、距離情報取得部14(距離情報取得手段)、移動制御部15(移動制御手段)、移動方向制限情報更新部16(移動方向制限情報更新手段)、として機能させる。
センサユニット4は、距離測定ユニット20(距離測定手段)と、赤外線センサ21(外光レベル検出手段)と、を有する。図1に示すように、センサユニット4は、ロボット本体2の移動方向の前面2aに取り付けられている。
距離測定ユニット20は、ロボット本体2と、ロボット本体2の移動方向の前方に存在する対象物と、の間の距離を測定するものである。対象物とは、例えば、壁や人、荷物である。図1に示すように、距離測定ユニット20は、赤外線送信部20aと赤外線受信部20bによって構成される。距離測定ユニット20は、赤外線送信部20aを用いてロボット本体2の移動方向の前方に赤外線を放射し、その赤外線が対象物で反射し、反射した赤外線を赤外線受信部20bを用いて検出することで、ロボット本体2と、ロボット本体2の移動方向の前方に存在する対象物と、の間の距離を測定し、測定結果である前方距離情報を制御部3に出力する。
赤外線センサ21は、例えば太陽などの外部光源から放射され、ロボット本体2の前面2aに照射された赤外線を検出するものである。赤外線センサ21は、ロボット本体2の前面2aに照射された赤外線を検出し、その検出結果を出力値として制御部3に出力する。ここで、出力値とは、検出した赤外線の強度(レベル)である。
地図情報記憶部11は、サービス環境の地図情報を記憶する。地図情報は、典型的には、図5に示すように、格子状に並べられた多数のマスの集合によって表現される。また、図13に示すように、サービス環境中に障害物Pがある場合は、図14においてハッチングで示すように、地図情報は、障害物Pに該当する領域が侵入禁止であることを意味する情報を含む。
移動方向制限情報記憶部10は、ロボット本体2の移動方向を制限する情報としての移動方向制限情報を記憶する。「ロボット本体2の移動方向」は、例えば、図5に示すように、8つの移動方向から構成されている。8つの移動方向は、例えば、東西南北、及び、北東、北西、南東、南西によって構成される。「ロボット本体2の移動方向を制限する」とは、8つの移動方向のうち少なくとも何れか1つの移動方向を制限することを意味する。「制限する」とは、移動方向の選択時にその移動方向の優先順位が下げられたり、移動方向の選択時にその移動方向の選択が禁止される、ことを意味する。本明細書では、「制限する」は、移動方向の選択時にその移動方向の選択が禁止されることとする。例えば、図8には、各マスごとに、ロボット本体2の移動方向として選択することが許容される移動方向が矢印で示されている。即ち、各マスごとに、ロボット本体2の移動方向として選択することが禁止される移動方向は、その移動方向に対応する矢印が描かれていない。図8に示すように、移動方向制限情報は、地図情報記憶部11の地図情報の各マスごとに独立した情報を有する情報である。移動方向制限情報は、各マスごとに描かれた矢印によって表現される。
移動方向制限情報は、外部光源から放射された赤外線がロボット本体2の前方から所定量(所定レベル)以上、ロボット本体2の前面2aに照射されるようなロボット本体2の移動方向を制限する情報である。なぜなら、距離測定ユニット20の赤外線受信部20bに、外部光源から放射された赤外線が所定量以上、照射されると、距離測定ユニット20の赤外線受信部20bが赤外線送信部20aから照射された赤外線を正しく検出できなくなるからである。
また、図2に示すように、移動方向制限情報記憶部10は、移動方向制限情報として、日中制限情報10a、夕方制限情報10b、夜間制限情報10c、を記憶している。日中制限情報10aは、日中に用いられる移動方向制限情報である。夕方制限情報10bは、夕方に用いられる移動方向制限情報である。夜間制限情報10cは、夜間に用いられる移動方向制限情報である。即ち、日中制限情報10aと夕方制限情報10b、夜間制限情報10cは、用いられる時間帯が異なる。日中制限情報10aと夕方制限情報10b、夜間制限情報10cは、相互に異なる情報である。
図4には、夜間のサービス環境が描かれている。図4に示すサービス環境は部屋22である。部屋22の西側の壁には窓23が設けられている。サービスロボット1の目的地は、窓23の近くのゴールgとする。夜間のサービス環境に存在する外部光源としては、部屋22の天井に取り付けられた蛍光灯が挙げられる。蛍光灯から照射される赤外線は微弱であり、距離測定ユニット20の動作に悪影響を与えることはない。従って、図5に示すように、何れのマスにおいても、ロボット本体2の移動方向は制限されていない。
図7には、日中のサービス環境が描かれている。日中のサービス環境に存在する外部光源としては、上記の蛍光灯に加えて太陽が挙げられる。太陽から放射される赤外線は強力であり、太陽から放射される赤外線をサービスロボット1が正面から浴びると、距離測定ユニット20の動作に悪影響を与える。従って、図8に示すように、太陽からの日差しで照らされる領域を中心として、局所的に、ロボット本体2の移動方向が一部、制限されている。具体的には、前述のように、各マスごとに、太陽から放射された赤外線がロボット本体2の前方から所定量以上、ロボット本体2の前面2aに照射されるようなロボット本体2の移動方向がある場合は、そのマスにおける、その移動方向が制限される。換言すれば、各マスごとに、太陽から放射された赤外線の伝播方向の反対の方向と実質的に一致する、サービスロボット1の移動方向が制限されている。図8の例では、太い枠で囲まれた複数のマスにおいて、サービスロボット1の南西及び西、北西への移動が制限されている。
図10には、夕方のサービス環境が描かれている。夕方のサービス環境に存在する外部光源としては、上記の蛍光灯に加えて太陽が挙げられる。太陽から放射される赤外線は強力であり、太陽から放射される赤外線をサービスロボット1が正面から浴びると、距離測定ユニット20の動作に悪影響を与える。従って、図11に示すように、太陽からの日差しで照らされる領域を中心として、局所的に、ロボット本体2の移動方向が一部、制限されている。具体的には、前述のように、各マスごとに、太陽から放射された赤外線がロボット本体2の前方から所定量以上、ロボット本体2の前面2aに照射されるようなロボット本体2の移動方向がある場合は、そのマスにおける、その移動方向が制限される。換言すれば、各マスごとに、太陽から放射された赤外線の伝播方向の反対の方向と実質的に一致する、サービスロボット1の移動方向が制限されている。図11の例では、太い枠で囲まれた複数のマスにおいて、サービスロボット1の南西及び西、北西への移動が制限されている。
図13には、日中のサービス環境が描かれている。日中のサービス環境に存在する外部光源としては、上記の蛍光灯に加えて太陽が挙げられる。太陽から放射される赤外線は強力であり、太陽から放射される赤外線をサービスロボット1が正面から浴びると、距離測定ユニット20の動作に悪影響を与える。従って、図14に示すように、太陽からの日差しで照らされる領域を中心として、局所的に、ロボット本体2の移動方向が一部、制限されている。具体的には、前述のように、各マスごとに、太陽から放射された赤外線がロボット本体2の前方から所定量以上、ロボット本体2の前面2aに照射されるようなロボット本体2の移動方向がある場合は、そのマスにおける、その移動方向が制限される。換言すれば、各マスごとに、太陽から放射された赤外線の伝播方向の反対の方向と実質的に一致する、サービスロボット1の移動方向が制限されている。図14の例では、太い枠で囲まれた複数のマスにおいて、サービスロボット1の南西及び西、北西への移動が制限されている。
移動経路情報生成部12は、移動方向制限情報に基づいて、ロボット本体2の移動経路に関する移動経路情報を生成する。詳しくは、移動経路情報生成部12は、サービスロボット1の現在位置情報と、サービスロボット1の目的地情報と、地図情報と、移動方向制限情報と、に基づいて移動経路情報を生成する。移動経路情報生成部12は、例えば、グリッド最短経路計画やA*等の探索アルゴリズムによって、移動経路情報を生成する。
移動経路情報記憶部13は、移動経路情報生成部12が生成した移動経路情報を記憶する。
距離情報取得部14は、距離測定ユニット20から前方距離情報を取得する。
移動制御部15は、移動経路情報記憶部13に記憶されている移動経路情報と、前方距離情報と、に基づいて4つの車輪5を駆動することで、サービスロボット1の移動を制御する。
移動方向制限情報更新部16は、赤外線センサ21の出力値を常時監視し、赤外線センサ21の出力値が所定値以上となったら、移動方向制限情報記憶部10の移動方向制限情報を更新する。具体的には、移動方向制限情報更新部16は、赤外線センサ21の出力値が所定値以上となった時点に対応する移動方向制限情報において、その時点におけるサービスロボット1の現在位置に対応するマスにおける、サービスロボット1の現在の移動方向を制限するように、移動方向制限情報を更新する。
次に、図3を参照して、サービスロボット1の制御フローを説明する。
先ず、外部からの入力により、サービスロボット1の目的地が設定される(S100)。移動経路情報生成部12は、現在時刻情報を取得する(S110)。次に、移動経路情報生成部12は、取得した現在時刻情報に対応する移動方向制限情報を、日中制限情報10a及び夕方制限情報10b、夜間制限情報10cの中から選択して取得する(S120)。次に、移動経路情報生成部12は、取得した移動方向制限情報と、現在位置情報と、目的地情報と、地図情報と、に基づいて移動経路情報を生成し(S130)、生成した移動経路情報を移動経路情報記憶部13に記憶する。次に、移動制御部15は、距離測定ユニット20から前方距離情報を取得する(S140)。次に、移動制御部15は、前方距離情報に基づいて前方に障害物がないと判定したら、移動経路情報記憶部13に記憶されている移動経路情報に基づいてサービスロボット1の移動を制御する(S150)。次に、移動方向制限情報更新部16は、赤外線センサ21の出力値(赤外線受光レベル)を取得する(S160)。移動方向制限情報更新部16は、赤外線センサ21の出力値が所定値未満であるか判定する(S170)。赤外線センサ21の出力値が所定値未満であると移動方向制限情報更新部16が判定したら(S170:YES)、制御部3は、現在位置が目的地であるか判定する(S180)。現在位置が目的地であると判定したら(S180:YES)、制御部3は、処理を終了する。一方、現在位置が目的地でないと判定したら(S180:NO)、制御部3は、処理をS140に戻す。S170で、赤外線センサ21の出力値が所定値未満でないと判定したら(S170:NO)、移動方向制限情報更新部16は、移動方向制限情報を更新する(S190)。そして、制御部3は、現在位置が目的地であるか判定する(S200)。現在位置が目的地であると判定したら(S200:YES)、制御部3は、処理を終了する。一方、現在位置が目的地でないと判定したら(S200:NO)、制御部3は、処理をS130に戻す。
図4の例では、サービスロボット1の現在位置から目的地に至るまで、何ら障害物がなく、また、夜間であるため窓23からの日差しもない。従って、図5に示すように、サービスロボット1の移動方向は何ら制限されておらず、図6に示すように、サービスロボット1の移動経路は、最短となるように設定される。
図7の例では、サービスロボット1の現在位置から目的地に至るまで、何ら障害物はない。しかし、日中であるため窓23からの日差しがある。従って、図8に示すように、サービスロボット1の移動方向は、局所的に、特定の移動方向に限って制限されており、図9に示すように、サービスロボット1の移動経路は、サービスロボット1の移動方向が制限された領域を避けるように設定される。
図10の例では、サービスロボット1の現在位置から目的地に至るまで、何ら障害物はない。しかし、夕方であるため窓23からの日差しがある。従って、図11に示すように、サービスロボット1の移動方向は、局所的に、特定の移動方向に限って制限されており、図12に示すように、サービスロボット1の移動経路は、サービスロボット1の移動方向が制限された領域を避けるように設定される。
図13の例では、サービスロボット1の現在位置から目的地に至るまで、2つの障害物Pが存在している。また、日中であるため窓23からの日差しがある。従って、図14に示すように、サービスロボット1が侵入できないハッチングの領域があり、また、サービスロボット1の移動方向は、局所的に、特定の移動方向に限って制限されている。図14の例では、現在位置から目的地に至るまで、サービスロボット1は、サービスロボット1の移動方向が制限された領域を通過せざるを得ない状況にある。この場合、図15に示すように、サービスロボット1の移動経路は、サービスロボット1の移動方向が制限された領域にあっては、制限された移動方向以外の移動方向、即ち、許容された移動方向を活用して設定されることになる。
上記の実施形態は、以下の特長を有する。
サービスロボット1は、ロボット本体2(移動体本体)と、ロボット本体2に設けられ、ロボット本体2と、ロボット本体2の前方に存在する対象物と、の間の距離を赤外線で測定する距離測定ユニット20(距離測定手段)と、距離測定ユニット20による測定結果と、ロボット本体2の移動経路に関する移動経路情報と、に基づいて、ロボット本体2の移動を制御する移動制御部15(移動制御手段)と、ロボット本体2の移動方向を制限する情報としての移動方向制限情報を記憶する移動方向制限情報記憶部10(移動方向制限情報記憶手段)と、移動方向制限情報に基づいて移動経路情報を生成する移動経路情報生成部12(移動経路情報生成手段)と、を備える。移動方向制限情報は、例えば太陽などの外部光源から放射された赤外線がロボット本体2の前方から所定量以上ロボット本体2に照射されるようなロボット本体2の移動方向を制限する情報である。以上の構成によれば、外部光源からの赤外線が照射されるような環境下でも、サービスロボット1は、問題なく、目的地へ到達することができる。
移動方向制限情報は、少なくとも、外部光源から放射された赤外線の伝播方向の反対の方向と一致するようなロボット本体2の移動方向を制限する情報である。
移動方向制限情報記憶部10は、時刻に応じて異なる複数の移動方向制限情報として、日中制限情報10a及び夕方制限情報10b、夜間制限情報10cを記憶している。移動経路情報生成部12は、複数の移動方向制限情報から、現在時刻に応じた移動方向制限情報を選択し、選択した移動方向制限情報に基づいて移動経路情報を生成する。以上の構成によれば、外部光源から放射された赤外線の伝播方向が時間の経過につれて変化するような場合であっても、サービスロボット1は、問題なく、目的地へ到達することができる。
ロボット本体2と、ロボット本体2の前方に存在する対象物と、の間の距離を赤外線で測定しながら移動するサービスロボット1(移動体)の制御は、サービスロボット1の移動方向を制限する情報としての移動方向制限情報に基づいて、サービスロボット1の移動経路に関する移動経路情報を生成する移動経路情報生成ステップ(S130)と、移動経路情報と、距離の測定結果と、に基づいてサービスロボット1の移動を制御する移動制御ステップ(S150)と、を含む方法により行われる。移動方向制限情報は、外部光源から放射された赤外線がロボット本体2の前方から所定量以上照射されるようなサービスロボット1の移動方向を制限する情報である。
移動方向制限情報は、少なくとも、外部光源から放射された赤外線の伝播方向の反対の方向と一致するようなサービスロボット1の移動方向を制限する情報である。
移動経路情報生成ステップ(S130)では、時刻に応じて異なる複数の移動方向制限情報から、現在時刻に応じた移動方向制限情報を選択し、選択した移動方向制限情報に基づいて移動経路情報を生成する。
1 サービスロボット
2 ロボット本体
10 移動方向制限情報記憶部
12 移動経路情報生成部
15 移動制御部
20 距離測定ユニット

Claims (7)

  1. 移動体本体と、
    前記移動体本体に設けられ、前記移動体本体と、前記移動体本体の前方に存在する対象物と、の間の距離を赤外線で測定する距離測定手段と、
    前記距離測定手段による測定結果と、前記移動体本体の移動経路に関する移動経路情報と、に基づいて、前記移動体本体の移動を制御する移動制御手段と、
    前記移動体本体の移動方向を制限する情報としての移動方向制限情報を記憶する移動方向制限情報記憶手段と、
    前記移動方向制限情報に基づいて前記移動経路情報を生成する移動経路情報生成手段と、
    を備え、
    前記移動方向制限情報は、外部光源から放射された赤外線が前記移動体本体の前方から所定量以上前記移動体本体に照射されるような前記移動体本体の移動方向を制限する情報であり、
    現在位置から目的地に至るまでに障害物があるため、前記移動体本体の移動方向が制限された領域を前記移動体本体が通過せざるを得ない場合、前記移動経路情報生成手段は、前記移動体本体の移動方向が制限された領域を通過する際は、制限された移動方向以外の移動方向を含むように前記移動経路情報を生成する、
    移動体制御システム。
  2. 請求項1に記載の移動体制御システムであって、
    前記移動方向制限情報は、
    少なくとも、前記外部光源から放射された前記赤外線の伝播方向の反対の方向と一致するような前記移動体本体の移動方向を制限する情報である、
    移動体制御システム。
  3. 請求項2に記載の移動体制御システムであって、
    前記移動方向制限情報記憶手段は、時刻に応じて異なる複数の移動方向制限情報を記憶しており、
    前記移動経路情報生成手段は、前記複数の移動方向制限情報から、現在時刻に応じた移動方向制限情報を選択し、選択した前記移動方向制限情報に基づいて前記移動経路情報を生成する、
    移動体制御システム。
  4. 移動体本体と、前記移動体本体の前方に存在する対象物と、の間の距離を赤外線で測定しながら移動する移動体の制御方法であって、
    前記移動体の移動方向を制限する情報としての移動方向制限情報に基づいて、前記移動体の移動経路に関する移動経路情報を生成する移動経路情報生成ステップと、
    前記移動経路情報と、前記距離の測定結果と、に基づいて前記移動体の移動を制御する移動制御ステップと、
    を含み、
    前記移動方向制限情報は、外部光源から放射された赤外線が前記移動体本体の前方から所定量以上照射されるような前記移動体の移動方向を制限する情報であり、
    現在位置から目的地に至るまでに障害物があるため、前記移動体の移動方向が制限された領域を前記移動体が通過せざるを得ない場合、前記移動経路情報生成ステップでは、前記移動体の移動方向が制限された領域を通過する際は、制限された移動方向以外の移動方向を含むように前記移動経路情報を生成する、
    移動体制御方法。
  5. 請求項4に記載の移動体制御方法であって、
    前記移動方向制限情報は、
    少なくとも、前記外部光源から放射された前記赤外線の伝播方向の反対の方向と一致するような前記移動体の移動方向を制限する情報である、
    移動体制御方法。
  6. 請求項5に記載の移動体制御方法であって、
    前記移動経路情報生成ステップでは、時刻に応じて異なる複数の移動方向制限情報から、現在時刻に応じた移動方向制限情報を選択し、選択した前記移動方向制限情報に基づいて前記移動経路情報を生成する、
    移動体制御方法。
  7. コンピュータに、請求項4〜6の何れかに記載の移動体制御方法を実行させる、移動体制御プログラム。
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