JPH07295634A - 自走式移動ユニットのセル構造化された周辺マップの作成方法 - Google Patents

自走式移動ユニットのセル構造化された周辺マップの作成方法

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JPH07295634A
JPH07295634A JP7051518A JP5151895A JPH07295634A JP H07295634 A JPH07295634 A JP H07295634A JP 7051518 A JP7051518 A JP 7051518A JP 5151895 A JP5151895 A JP 5151895A JP H07295634 A JPH07295634 A JP H07295634A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 周辺マップ内の自走式移動ユニットの局所化
の改善によって、さらに改善されたセル構造の周辺マッ
プを作成すること。 【構成】 センサを用いてセンサから周辺対象物までの
距離を求め、測定時点に対する自走式移動ユニットの固
有位置として周辺マップにおける原点セル内部の座標基
準点の正確な位置を用い、前記周辺マップにおける周辺
対象物の位置の確定のために、少なくとも各セル毎に占
有度を割当て、前記セルは前記固有位置と間隔距離とセ
ンサの配設位置の考慮下で座標基準点に対して相対的に
求められるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも波動反射に
基づくセンサを用いて周辺領域におけるオリエンテーシ
ョンを行う自走式移動ユニットのセル構造化された周辺
マップの作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日においては自律的に作業する移動ユ
ニットの使用分野には多種多様なものがある。その関連
の中では例えば遠隔偵察ゾンデ、危険領域にて作業する
移動ユニット、工場用自走式掃除機、組立工場内の搬送
車両や、当然ながら自走式ロボット等が考えられる。し
かしながら先験的には未知の周辺環境において有意義な
役割を果たし得るためには、自律的移動ロボットはステ
ップ毎にその作業周辺領域での信頼できるマップを作成
するのはもとより、さらにこのマップに基づいていずれ
の所与の時点でも自動的に局所化し得ることが必要であ
る。前記自走式ユニットのおそらく稼働させられであろ
う周辺領域は非常に複雑で秩序のない状態であるが故に
ユニットの使用範囲はしばしば事務所や家事回り等の特
殊な環境に制限され続ける。一般的には先験的なマップ
は可用ではないので、そのような自走式ユニットにおい
ては融通性を以ってその周辺領域と相互的に作用するこ
とを可能にする複数のセンサを装備しなければならな
い。そのようなセンサのいくつかには例えばレーザ間隔
距離走査器、ビデオカメラ、超音波センサ等がある。
【０００３】このような移動ユニットの抱える大きな問
題は、周辺マップの作成と移動ユニットの局所化が相互
に依存していることである。この場合種々異なるエラー
が生ぜしめられる。例えば、一方でそのような移動ユニ
ットが初期位置から進んだ距離を誤って測定し、他方で
前記移動ユニットが距離センサによって遭遇した障害物
までの間隔距離を誤って測定し、そしてこれらをランド
マークとして周辺マップにプロットすること等である。
これらのエラーは累積されて比較的長い区間に亘って加
算されるので、所定の限界を超えると移動ユニットの合
目的的な操縦性はもはや発揮できなくなる。
【０００４】未知の周辺環境における自走式移動ユニッ
トのオリエンテーションのための手法は次のようなこと
からなる。すなわちまずユニットが２次元の格子状マッ
プを作成しこの格子状マップの個々のセルに占有値を与
えることからなる。各格子状セル毎に与えられる占有値
は周辺領域における障害物の生起状態を表わすものであ
る。
【０００５】格子状マップにおける自走式ユニットのオ
リエンテーションのための方法は例えば公知文献“Ｈｉ
ｓｔｏｇｒａｍｍｉｃ ｉｎ Ｍｏｔｉｏｎ Ｍａｐｐ
ｉｎｇ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒｏｂｏｔ Ｏｂｓｔ
ａｃｌｅ Ａｖｏｉｄｅｎｃｅ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ
ａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ Ａｕｔｏｍ
ａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．４，Ａｕｇ．１９９
１，ｖｏｎ Ｊ．Ｂｏｒｅｎｓｔｅｉｎ ａｎｄ Ｙｏ
ｒａｍ Ｋｏｒｅｎ”から公知である。この文献には自
走式ユニットにおいて超音波センサを用いて周辺マップ
がどのように作成されるかが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、セル
構造化された周辺マップの作成が、周辺マップ内部にお
ける自走式移動ユニットの局所化の改善によりさらに改
善される方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記課題
は、センサを用いてセンサから周辺対象物までの距離を
求め、測定時点に対する自走式移動ユニットの固有位置
として周辺マップにおける原点セル内部の座標基準点の
正確な位置を用い、前記周辺マップにおける周辺対象物
の位置の確定のために、少なくとも各セル毎に占有度を
割当て、前記セルは前記固有位置と間隔距離とセンサの
配設位置の考慮下で座標基準点に対して相対的に求めら
れるようにして解決される。
【０００８】本発明による別の有利な実施例は従属請求
項に記載される。
【０００９】本発明の方法によれば有利には、周辺領域
における障害物からの間隔距離の決定の際に、周辺マッ
プにおける原点セル内部で自走式移動ユニットの局所化
が考慮される。これにより選択されたセルサイズに依存
して周辺マップがさらに改善されより正確なものにな
る。なぜなら周辺マップの割当てるべきセルへの個別化
が限定され、ことさら自走式移動ユニットの位置を個別
に示す必要がなくなるからである。
【００１０】自走式移動ユニットのより良好な機動性を
補償するために本発明の方法によれば、自走式移動ユニ
ット近傍において比較的小さい格子状セルが用いられ
る。なぜならこの小さな格子状セルによっては、それに
より得られる高解像度により、相互に密に隣接する障害
物の間でもその間を縫って機動させることが可能となる
からである。この場合有利には、比較的離れて存在する
セルは比較的大きな寸法を有し得る。それにより値の割
当ての際に要求される制御計算機に関するコストもさら
に低く抑えられる。
【００１１】セル構造の格子内における運動の個別化に
より生ぜしめられるオリエンテーションエラーの累積を
避けるために本発明の方法によれば有利には、局所的周
辺マップとグローバルな周辺マップが用いられる。自走
式移動ユニットの制御と実用的なプラン形成に対しては
グローバルな周辺マップのみが用いられる。しかしなが
ら局所的周辺マップの利用には次のような利点がある。
すなわち全てのセルが自走式移動ユニットに対する固定
的な位置関係を有し、複数のセルで同時に行われる値の
割当てが僅かな計算機コストで実施できる利点がある。
【００１２】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。
【００１３】図１には自走式移動ユニットＳＥが周辺マ
ップＵＫの中で示されている。この周辺マップはセル状
に構造化され、座標系ｘ，ｙによって構成されている。
この図では周辺マップの原点セルＵＺが拡大して示され
ている。但し自走式移動ユニットのサイズは維持されて
いない。周辺マップ内での自走式移動ユニットＳＥの局
所化をさらに改善するために、自走式移動ユニットＳＥ
の瞬時の位置が原点セルＺ内の測定過程の際に座標値ｙ
_ｐｏｓ_ｃｅｎｔｅｒとｘ_ｐｏｓ_ｃｅｎｔｅｒｔｏｓ
ｉｔｅｄｅとして固定的に保持される。この２つの座標
値は座標基準点の位置ＫＲＰを示す。周辺マップ内の１
つのセルへの周辺対象物（これは大抵の場合障害物を表
している）の割当てはこのようにして正確に行われ得
る。一方では自走式移動ユニットの寸法は既知であり、
他方では自走式移動ユニット上のセンサの位置も既知で
ある。１つのセンサが障害物までの距離を検出した場合
には自走式移動ユニットの幾何構造と座標基準点ＫＲＰ
の座標指示に基づいて障害物の位置が周辺マップ内で設
定され得る。これは１つの割当てグレードで割当てられ
るセルの決定の際に比較的高い精度が得られ、マップの
結像品質が向上することを意味する。
【００１４】図２には１つの自走式移動ユニットＳＥが
周辺マップＵＫに示されている。この周辺マップの実施
例では２つの異なるセルサイズＺ１，Ｚ２が選択されて
いる。相互に近隣する障害物の間においても自走式移動
ユニットＳＥの機動性をさらに向上させるために、自走
式移動ユニットＳＥの近傍では比較的小さいセルサイズ
が設定される。このようにして周辺領域の識別の際には
比較的高い解像度が得られ、より正確な自走式移動ユニ
ットの運動シーケンス制御が行われ得る。自走式移動ユ
ニットからさらに隔たった個所に比較的大きなセルを用
いれば、評価に関するコストを比較的僅かに抑えること
ができる。つまり測定過程とそれに結び付く割当てグレ
ードでのセルの割当てに対しては僅かな計算機コストし
か必要なくなる。
【００１５】図３には局所的周辺マップＬＵＫとグロー
バル周辺マップＧＵＫを用いた実施例が示されている。
この図では自走式移動ユニットがグローバル周辺マップ
ＧＵＫに示されている。このグローバル周辺マップＧＵ
Ｋは座標系ｘ，ｙによって構成されている。その中には
周辺マップの様々な割当てられたセル１〜６が含まれて
いる。これらのセル１〜６は異なる濃さで示された種々
異なる占有度を有している。自走式移動ユニットＳＥ
は、グローバル周辺マップ内では１つの回転角度Θ
（ｋ）によって表わされる回転式オリエンテーリングを
行う。
【００１６】自走式移動ユニットＳＥがその周辺で移動
している間は自走式移動ユニットＳＥに関する個々の格
子状セルの並進運動のみが行われる。この１つ又は複数
のセルの並進運動の種類と大きさはグローバル周辺マッ
プＧＵＫ内の自走式移動ユニットの速度とオリエンテー
ションに依存する。
【００１７】周辺マップにおける種々異なるセルのデー
タ値の簡単な補正を実施し得るために、グローバル周辺
マップから局所的周辺マップが導出される。このマップ
では自走式移動ユニットＳＥは回転オリエンテーション
を有さない。しかしながら個々のセル１，３，４が角度
Θの値分だけ回転されてプロットされていることが認め
られる。局所的周辺マップＬＵＫは座標系ｘ′，ｙ′に
よって形成される。この場合例えば所定の距離ＭＡＸ＿
ＤＩＳＴ圏外にある全ての各セルがマップから消去され
る。これに対して例えば局所的周辺マップＬＵＫに関す
る全てのセルのオリエンテーションを固定的に自走式移
動ユニットの制御計算機内に記憶させてもよい。また割
当てされたセルに対する記憶内容を記憶座標配置データ
と比較し、自走式移動ユニットまでの距離が単位ＭＡＸ
_ＤＩＳＴを上回るかどうかが検出されなければならな
い。この評価過程によって割当てられたセル２，５，６
が省かれていることが識別可能となる。この場合重要な
のは自走式移動ユニットがグローバル周辺マップＧＵＫ
内部でのみオリエンテーションされ、この自走式移動ユ
ニットＳＥの移動プラン形成がグローバル周辺マップか
らの記憶された値にだけ基づいて行われるていることが
考慮されることである。グローバル周辺マップから局所
的周辺マップへの換算の際に発生する、セル位置を表わ
す値の個別化によって生じるエラーは累積され得ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１にはセル構造の周辺マップに自走式移動ユ
ニットを示した図である。
【図２】周辺マップにおける２つのセルサイズの例を示
した図である。
【図３】グローバルな局所的周辺マップ。
【符号の説明】
ＳＥ 自走式移動ユニット ＵＫ 周辺マップ ＧＵＫ グローバル周辺マップ ＬＵＫ 局所的周辺マップ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも波動反射に基づくセンサを用
    いて周辺領域におけるオリエンテーションを行う自走式
    移動ユニットのセル構造化された周辺マップの作成方法
    において、 ａ）センサを用いてセンサから周辺対象物までの距離を
    求め、 ｂ）測定時点に対する自走式移動ユニット（ＳＥ）の固
    有位置（x_pos_center,y_pos_center)として周辺マップ
    （ＵＫ）における原点セル（ＵＺ）内部の座標基準点
    （ＫＲＰ）の正確な位置を用い、 ｃ）前記周辺マップ（ＵＫ）における周辺対象物の位置
    の確定のために、少なくとも各セル毎に占有度を割当
    て、前記セルは前記固有位置と間隔距離とセンサの配設
    位置の考慮下で座標基準点（ＫＲＰ）に対して相対的に
    求められることを特徴とする、自走式移動ユニットのセ
    ル構造化された周辺マップの作成方法。
  2. 【請求項２】 前記周辺マップ（ＵＫ）の作成に対して
    種々異なるサイズのセル（Ｚ１，Ｚ２）が用いられる、
    請求項１記載の自走式移動ユニットのセル構造化された
    周辺マップの作成方法。
  3. 【請求項３】 前記自走式移動ユニットの近傍に比較的
    小さいセルサイズが細分化されたセルとして用いられて
    いる、請求項２記載の自走式移動ユニットのセル構造化
    された周辺マップの作成方法。
  4. 【請求項４】 ａ）自走式移動ユニットによって局所的
    周辺マップ（ＬＵＫ）とグローバルな周辺マップ（ＧＵ
    Ｋ）を作成し、前記局所的周辺マップ（ＬＵＫ）におい
    て全てのセルが自走式移動ユニットに対する固定的位置
    関係を有し、これに対して前記グローバル周辺マップ
    （ＧＵＫ）内のセルは、自走式移動ユニットの運動に起
    因した自走式移動ユニットに対する可変の回転特性量を
    有し、該回転特性量は回転角度（Θ）によって定めら
    れ、 ｂ）自走式移動ユニットの運動期間中は、グローバルな
    格子状セルに並進運動のみを行わせ、運動に依存して別
    の回転角度（Θ）をセッティングし、 ｃ）周辺マップの複数のセルに該当する評価に対して、
    グローバルな周辺マップ（ＧＵＫ）から回転角度を用い
    た三角関数の適用により局所的周辺マップ（ＬＵＫ）を
    導出し、 ｄ）自走式移動ユニット（ＳＥ）の経路プラン形成に対
    してグローバル周辺マップ（ＧＵＫ）のみを利用する、
    請求項１〜３いずれか１項記載の自走式移動ユニットの
    セル構造化された周辺マップの作成方法。
JP7051518A 1994-03-11 1995-03-10 自走式移動ユニットのセル構造化された周辺マップの作成方法 Withdrawn JPH07295634A (ja)

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DE4408328.9 1994-03-11
DE4408328A DE4408328C2 (de) 1994-03-11 1994-03-11 Verfahren zum Aufbau einer zellular strukturierten Umgebungskarte von einer selbstbeweglichen mobilen Einheit, welche sich mit Hilfe von auf Wellenreflexion basierenden Sensoren orientiert

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JP7051518A Withdrawn JPH07295634A (ja) 1994-03-11 1995-03-10 自走式移動ユニットのセル構造化された周辺マップの作成方法

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