JP6947826B2 - インテリジェントロボットの経路計画方法 - Google Patents
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Description
1、測位(ロボットの位置を決定する)が可能なマップの構築。
(1)操作空間をnメートル*mメートルの幾つかの矩形の仮想領域に分けることと、
(2)インテリジェントロボットが弓字型走行により各前記仮想領域を一つずつトラバースするように制御することと、
(3)インテリジェントロボットの弓字型走行過程において、距離情報センサによって取得された距離情報、角度情報センサによって取得された角度情報、衝突検出センサによって取得された衝突情報及び障害物検出センサによって取得された障害情報を用いてグリッドマップを構築し、かつ通過点、障害物点、衝突点を標識することと、
(3)構築したマップをリアルタイムに分析して、操作空間全体に対するトラバースを完了したか否かを判断し、そうであれば、ステップ(4)に進み、そうでなければ、ステップ(2)に戻ることと、
(4)インテリジェントロボットが壁沿い走行を1回行うように制御し、かつ構築したマップで壁沿い走行点を標識することとを含む、ことを特徴とする。
図1に示すように、本実施例に係るインテリジェントロボットの経路計画方法では、その基となるインテリジェントロボットは、走行機体1、主制御モジュール4、センサセット5、電源モジュール及び領域操作アセンブリを含む。走行機体1は、ケース、走行輪2、3を含む。センサセット5は、いずれも主制御モジュールに電気的に接続された衝突検出センサ、落下防止検出センサ、障害物検出センサ、距離情報センサ、及び角度情報センサを含む。
ステップ2、障害物を発見した後、90度回転する。
弓字型走行方式の利点は、インテリジェントロボットが直線に沿って走行することと、90度回転することとの2つの動作のみを有することである。車輪エンコーダの誤差は、主に車輪の空回りによって引き起こされ、ジャイロスコープの誤差は、主にインテリジェントロボットが過度に速く転向するか又は揺れる時に、その角速度の測定範囲を超えることによって引き起こされる。弓字型走行過程において、赤外線測距センサを用いて、衝突をできるだけ回避し、かつ黒白色の自在キャスターを用いてインテリジェントロボットに空回りする現象が発生するか否かを検出し、空回りすると、空回りする時に車輪エンコーダによる前進距離を無視する。同時に、90度回転する時の速度が速すぎないようにすると共に、安定するように制御することにより、車輪エンコーダとジャイロスコープの誤差がいずれも小さい。それにより、弓字型走行過程において記録したマップが有効であることを保証する。
図3に示すように、縦方向の境界について、インテリジェントロボットの起動時に、前走行方向を境界とし、一回目に右折を起動し、右側4メートル先の平行線を他の境界とする。インテリジェントロボットが起動したとたんに、縦方向の境界が決定される。
第1の各仮想領域のトラバースが終了すると、その4本の仮想境界線における座標点を分析する。ある仮想境界には、インテリジェントロボットが正常に通過し、かつ衝突がなく、周囲に障害物も発見されない2つ以上の連続する座標点(0.3メートル以上離れている)があれば、この仮想境界の傍に新しい領域が存在すると認める。この新しい領域を仮想領域の新しい領域のアレイに記憶する。その後に、新しい領域のアレイからインテリジェントロボットに最も近い領域を選択して入る。新しい仮想領域のトラバースが終了した後、新しい領域アレイから、対応する新しい領域の情報を削除する。このように繰り返して、新しい領域アレイには新しい領域がなくなったと発見すると、弓字型走行を終了し、操作空間全体のトラバースが完了したことになる。
そのステップ3の直行中に、障害物を2回連続して発見すると、ステップ1の直行距離を短縮し、
そのステップ1の直行中に、が150mm(インテリジェントロボットの半径又は幅の約半分である)より短い距離だけ走行したことが連続して2回もあると、弓字型走行を終了する。
弓字型走行の過程において、弓字型走行のステップ3の直行方向にすべて障害物であるか否かを継続的に分析し、すべて障害物であると、弓字型走行を終了する。
Claims (13)
- 主制御モジュール、走行輪、衝突検出センサ、障害物検出センサ、距離情報センサ、及び角度情報センサを含むインテリジェントロボットの経路計画方法であって、
(1)操作空間をnメートル*mメートルの幾つかの矩形の仮想領域に分けることと、
(2)インテリジェントロボットが弓字型走行により各前記仮想領域を一つずつトラバースするように制御することと、
(3)インテリジェントロボットの弓字型走行過程において、距離情報センサによって取得された距離情報、角度情報センサによって取得された角度情報、衝突検出センサによって取得された衝突情報及び障害物検出センサによって取得された障害情報を用いてグリッドマップを構築し、かつ通過点、障害物点、衝突点を標識することと、
(3)構築したマップをリアルタイムに分析して、操作空間全体に対するトラバースを完了したか否かを判断し、そうであれば、ステップ(4)に進み、そうでなければ、ステップ(2)に戻ることと、
(4)インテリジェントロボットが壁沿い走行を1回行うように制御し、かつ構築したマップで壁沿い走行点を標識することとを含み、
前記壁沿い走行は、構築したマップに基づいて、トラバースした領域の境界全長を算出することと、この全長をインテリジェントロボットが壁沿い走行する時の速度で割って壁沿いトラバースの時間を得ることと、壁沿い走行を起動し、壁沿い走行の時間が終わると、壁沿い走行を終了させることとを含む、ことを特徴とする方法。 - 前記弓字型走行は、障害物を発見するか、又は前記仮想領域の境界に到着するまで直行するステップ1と、障害物を発見するか、又は前記仮想領域の境界に到着した後、90度回転するステップ2と、設定距離Lを直行するか又は障害物を発見するステップ3と、90度回転し、ステップ1に戻るステップ4とを含む、ことを特徴とする請求項1に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 前記弓字型走行のステップ3における設定距離Lメートルは、ロボット幅の半分である、ことを特徴とする請求項2に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 前記グリッドマップにおける各グリッドは、該グリッドがその仮想領域に位置することを示す数字セグメントと、インテリジェントロボットが該グリッドに到着したことがあるか否かを示す数字セグメントと、該グリッドに障害物が存在するか否かを示す数字セグメントと、インテリジェントロボットが該グリッドで衝突するか否かを示す数字セグメントと、インテリジェントロボットが壁沿い走行するときに該グリッドを経過したことを示す数字セグメントとを含む数字列で表される、ことを特徴とする請求項1に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 前記グリッドマップは、インテリジェントロボットが標識していないグリッド、通過点、障害物点、衝突点、及び壁沿い走行点をそれぞれ異なる色で表すという形式で表現してよい、ことを特徴とする請求項1又は4に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 前記幾つかの矩形の仮想領域中の1番目の仮想領域の境界の決定方法は、縦方向の境界の決定と横方向の境界の決定とを含み、縦方向の境界の決定において、インテリジェントロボットの起動時に、前進走行方向を境界とし、一回目に右折を起動し、右側nメートル先の平行線を他の境界とし、インテリジェントロボットが起動したとたんに、縦方向の境界が決定され、横方向の境界の決定において、縦方向に走行している時に、インテリジェントロボットがマップにおいて通過した、縦方向において最大と最小となる座標点を継続的に計算し、最大と最小となる座標点の差分値がmメートルに達すると、縦方向において最大と最小となる座標点を通過し、かつ縦方向の境界に垂直である直線を横方向の境界とすることを特徴とする請求項2に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 前記幾つかの矩形の仮想領域中の新しい仮想領域の分析決定方法は、第1の各仮想領域のトラバースが終了すると、その4本の仮想境界線における座標点を分析することと、ある仮想境界には、インテリジェントロボットが正常に通過し、かつ衝突がなく、周囲に障害物も発見されない2つ以上の連続する座標点があれば、この仮想境界の傍に新しい領域が存在すると認めることと、この新しい領域を仮想領域の新しい領域のアレイに記憶し、その後に、新しい領域のアレイからインテリジェントロボットに最も近い領域を選択して入ることと、前記1番目の仮想領域の境界の決定方法に基づいて、新たに入った仮想領域の境界を決定し、該新しい仮想領域のトラバースが終了した後、新しい領域アレイから、対応する新しい領域の情報を削除することと、このように繰り返して、操作空間全体のトラバースが完了したことになるように、新しい領域アレイには新しい領域がなくなったと発見すると、弓字型走行を終了することとを含む、ことを特徴とする請求項6に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 前記弓字型走行により仮想領域をトラバースするとき、弓字型走行を終了する条件は、弓字型走行のステップ3の直行中に、障害物を2回連続して発見すると、ステップ1の直行距離を短縮し、弓字型走行のステップ1の直行中に、インテリジェントロボットの幅の半分より短い距離だけ走行したことが連続して2回もあると、弓字型走行を終了するという条件1と、弓字型走行の過程において、弓字型走行のステップ3の直行方向にすべて障害物であるか否かを継続的に分析し、すべて障害物であると、弓字型走行を終了するという条件2とを含む、ことを特徴とする請求項7に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 1回の弓字型走行が終了すると、マップを分析し、現在のインテリジェントロボットに最も近い、通過していない局所領域を見つけ、インテリジェントロボットを通過していない局所領域にナビゲーションし、弓字型走行を再起動し、該仮想領域のトラバースが完了すると、停止する、ことを特徴とする請求項8に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 前記通過していない局所領域が存在するか否かを判断する方法は、具体的には弓字型走行のステップ3の直行方向又はその180度の逆方向に、連続する2つの境界点が存在するか否かを判断し、存在すると、ここに通過していない局所領域が存在すると認めることであり、前記境界点が、インテリジェントロボットが正常に通過し、かつ衝突がなく、周囲に障害物も発見されない、マップ境界における点であることを特徴とする請求項9に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- すべての通過していない局所領域から、インテリジェントロボットに最も近い、通過していない局所領域を見つけ、弓字型走行を継続して起動する、ことを特徴とする請求項10に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 前記境界点の確認方法は、(a)この点を正常に通過し、かつ衝突せず、周囲に障害物が検出されていないか否かを判断し、そうであれば、ステップ(b)に進み、そうでなければ、終了することと、(b)この点の前の点でロボットが通過し、かつ衝突せず、周囲に障害物が検出されていないか否かを判断し、そうであれば、ステップ(c)に進み、そうでなければ、終了することと、(c)この点を境界点とすること、とを含み、前記前の点は、現在の点であり、弓字型走行のステップ3の直行方向又はその180度の逆方向の次の座標点である、ことを特徴とする請求項10に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
- 前記操作空間全体のトラバース過程において、通過していない局所領域の確認方法は、具体的には、(A)マップアレイ全体をトラバースし、現在の点が最後の点であるか否かを判断し、そうであれば、終了し、そうでなければ、ステップ(B)に進むことと、(B)現在の点が仮想境界点であるか否かを判断し、そうであれば、ステップ(A)に戻り、そうでなければ、ステップ(C)に進むことと、(C)現在の点が境界点であるか否かを判断し、そうであれば、ステップ(D)に進み、そうでなければ、ステップ(A)に戻ることと、(D)この境界点に境界点である1つ以上の隣接点があるか否かを判断し、そうであれば、ステップ(E)に進み、そうでなければ、ステップ(A)に戻ることと、(E)この点を、通過していない局所領域アレイに記憶することとを含む、ことを特徴とする請求項12に記載のインテリジェントロボットの経路計画方法。
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