KR101228487B1

KR101228487B1 - 환경 지도 수정 장치 및 자율 이동 장치

Info

Publication number: KR101228487B1
Application number: KR1020117004984A
Authority: KR
Inventors: 쇼지 타나카; 츠요시 나카노
Original assignee: 무라다기카이가부시끼가이샤
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2013-01-31
Also published as: US20110178668A1; JP5304128B2; EP2348375A1; WO2010032381A1; JP2010072762A; US8515613B2; EP2348375A4; KR20110036861A

Abstract

실제 주위 환경에 맞는 환경 지도를 취득할 수 있는 환경 지도 수정 장치를 제공한다.
글로벌 맵 수정 장치(3)는 글로벌 맵을 구성하는 각 그리드가 갖는 물체 존재 확률 정보를 화상 정보(흑백 화상의 농담 정보)로 변환하는 변환부(31)와, 변환된 화상 정보에 의거하여 글로벌 맵 화상을 표시하는 표시부(35)와, 유저로부터의 수정 조작을 접수하는 조작 입력부(36)와, 유저의 수정 조작에 따라서 표시부(35)에 표시되어 있는 글로벌 맵 화상을 수정하는 수정부(37)와, 수정된 글로벌 맵 화상(농담 정보)을 물체 존재 확률 정보로 역변환함으로써 수정된 글로벌 맵을 취득하는 역변환부(32)를 구비한다.

Description

환경 지도 수정 장치 및 자율 이동 장치{ENVIRONMENTAL MAP CORRECTION DEVICE AND AUTONOMOUS MIGRATION DEVICE}

본 발명은 환경 지도 수정 장치, 및 상기 환경 지도 수정 장치를 구비한 자율 이동 장치에 관한 것이다.

종래부터, 주위 환경 내를 자율적으로 이동하는 자율 이동 장치가 알려져 있다. 자율 이동 장치가 주위 환경 내를 자율적으로 이동하기 위해서는 이동 공간 내의 물체(이하 「장해물」이라고도 한다)가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 나타낸 환경 지도가 필요하다. 여기에서, 특허문헌 1에는 레이저 레인지 파인더(또는 카메라)에 의한 거리 계측의 결과 얻어진 지형 데이터를 이용하여 지형도(환경 지도)를 생성하는 이동 로보트가 개시되어 있다.

일본 특허공개 평7-129238호 공보

레이저 레인지 파인더(Laser Range Finder) 등에 의한 검출 결과에는 노이즈가 포함되는 경우가 있다. 또한, 환경 지도 작성시에 사람이나 이동체 등이 레이저 레인지 파인더의 검출 범위 내를 통과했을 경우에는 정상(定常)적으로는 존재하지 않는 물체가 환경 지도 상에 배치될 우려가 있다. 한편, CAD 데이터로부터 환경 지도를 생성할 경우라도 CAD 데이터가 작성된 후에 장해물이 되는 물체가 놓여지는 경우도 있을 수 있다. 그 때문에, 생성 또는 취득된 환경 지도와 실제 주위 환경이 상위한 경우가 생길 수 있다. 여기에서, 생성 또는 취득된 환경 지도와 실제 주위 환경이 상위한 경우에는, 예를 들면 환경 지도로부터 이동 경로를 계획할 때에 실제로는 통과할 수 있는 통로를 장해물이 있기 때문에 통과할 수 없다고 판단하고, 결과적으로 우회 경로를 선택해버리는 문제가 발생할 우려가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것이고, 실제 주위 환경에 맞는 환경 지도를 취득할 수 있는 환경 지도 수정 장치, 및 상기 환경 지도 수정 장치를 구비한 자율 이동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 환경 지도 수정 장치는 물체가 존재하는 물체 영역이 나타내어지는 환경 지도를 표시하는 표시 수단과, 표시 수단에 의해 표시된 환경 지도에 대한 유저로부터의 수정 조작을 접수하는 입력 수단과, 입력 수단에 의해 접수된 수정 조작에 의거하여 표시 수단에 표시되어 있는 환경 지도를 수정하는 수정 수단과, 환경 지도를 구성하는 복수의 그리드가 갖는 물체의 존재 확률 정보를 화상 정보로 변환하는 변환 수단과, 화상 정보를 물체의 존재 확률 정보로 역변환하는 역변환 수단을 구비하고, 표시 수단이 변환 수단에 의해 변환된 화상 정보에 의거하여 환경 지도 화상을 표시하고, 입력 수단이 환경 지도 화상을 수정하는 색을 지정받고, 수정 수단이 표시 수단에 의해 표시된 환경 지도 화상을 입력 수단에 의해 지정된 색으로 수정하고, 역변환 수단이 수정 수단에 의해 수정된 환경 지도 화상의 화상 정보를 물체의 존재 확률 정보로 역변환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 환경 지도 수정 장치에 의하면, 유저는 입력 수단을 통해서 수정 조작을 행함으로써 표시 수단 상에서 환경 지도를 수정할 수 있다. 그 때문에, 환경 지도와 실제 주위 환경의 상위함을 유저의 매뉴얼 조작에 의해 수정할 수 있다. 그 결과, 실제 주위 환경에 맞는 환경 지도를 취득할 수 있게 된다. 또한, 이 경우, 물체의 존재 확률 정보와 화상 정보 사이에서 서로 변환/역변환이 행하여진다. 그 때문에 환경 지도를 환경 지도 화상으로 변환해서 표시함과 아울러 표시 수단 상에 표시된 환경 지도 화상을 지정된 색으로 수정함으로써 수정된 환경 지도를 취득할 수 있다. 따라서, 보다 용이하게 환경 지도를 수정할 수 있게 된다.

삭제

본 발명에 의한 환경 지도 수정 장치에서는 상기 화상 정보가 흑백 화상의 농담 정보인 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 물체의 존재 확률 정보를 갖는 복수의 그리드로 구성되는 환경 지도를 물체의 존재 확률 정보가 흑백의 농담으로 표현된 흑백 화상(환경 지도 화상)으로서 시인(視認)할 수 있게 된다. 특히, 이 경우, 물체의 존재 확률 정보 및 흑백 화상의 농담 정보가 모두 1차원 데이터이기 때문에, 물체 존재 확률 정보와 농담 정보(화상 정보) 사이의 변환/역변환을 간단하게 수행할 수 있다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치는 물체가 존재하는 물체 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단과, 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 환경 지도를 수정하는 상기 어느 하나의 환경 지도 수정 장치와, 환경 지도 수정 장치에 의해 수정된 환경 지도로부터 이동 경로를 계획하는 이동 경로 계획 수단과, 이동 경로 계획 수단에 의해 계획된 이동 경로를 따라 이동하도록 자기(自機)를 구동하는 이동 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면, 상술한 어느 하나의 환경 지도 수정 장치를 구비하고 있기 때문에 실제 주위 환경에 맞는 환경 지도를 취득할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 환경 지도로부터 이동 경로를 계획할 때에 실제로는 통과할 수 있는 통로를 장해물이 있기 때문에 통과할 수 없다고 판단해버리는 것 같은 문제를 방지할 수 있다. 그 결과, 유저가 파악하고 있는 현실의 주위 환경에 합치한 최적의 이동 경로를 따라 이동할 수 있게 된다. 또한, 자율 이동 장치에 환경 지도 수정 장치가 탑재되어 있기 때문에 환경 지도의 취득, 환경 지도의 수정, 및 환경 지도로부터의 경로 계획이라는 일련의 작업을 효율적으로 행할 수 있다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 유저로부터의 수정 조작에 의거하여 표시되어 있는 환경 지도를 수정하는 구성으로 했으므로, 보다 실제 주위 환경에 맞는 환경 지도를 취득할 수 있게 된다.

도 1은 실시형태에 의한 글로벌 맵 수정 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 글로벌 맵(그리드 맵)의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 표시용 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시형태에 의한 글로벌 맵 수정 장치의 표시 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 수정 전과 수정 후의 글로벌 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시형태에 의한 글로벌 맵 수정 장치에 의한 글로벌 맵 수정 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 실시형태에 의한 글로벌 맵 수정 장치가 탑재된 자율 이동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 요소에는 동일 부호를 붙여서 중복되는 설명을 생략한다.

우선, 도 1을 이용하여 실시형태에 의한 환경 지도 수정 장치(이하 「글로벌 맵 수정 장치」라고 한다)(3)의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 글로벌 맵 수정 장치(3)의 구성을 나타내는 블럭도이다.

글로벌 맵 수정 장치(3)는 유저의 조작에 의거하여 환경 지도[물체(장해물)가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 나타낸 지도, 이하 「글로벌 맵」이라고 한다]를 수정하는 것이다. 글로벌 맵 수정 장치(3)는 연산을 행하는 마이크로프로세서, 마이크로프로세서에 각 처리를 실행시키기 위한 프로그램 등을 기억하는 ROM, 연산 결과 등의 각종 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM, 및 그 기억 내용이 유지되는 백업 RAM 등으로 구성되어 있다. 글로벌 맵 수정 장치(3)는 글로벌 맵의 수정을 행하기 위해서 기억부(30), 변환부(31), 역변환부(32), 일시 기억부(33), 터치스크린(34), 및 수정부(37)를 갖고 있다. 또한, 이들 각 부는 상술한 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구축된다. 이하, 각 구성 요소에 대해서 상세하게 설명한다.

기억부(30)는, 예를 들면 상술한 백업 RAM 등으로 구성되어 있고, 예를 들면 후술하는 글로벌 맵 취득부(41)에 의해 취득된 글로벌 맵을 기억하는 것이다. 글로벌 맵은, 예를 들면 공지의 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)을 이용해서 생성할 수 있다. 또한, 글로벌 맵은 건축 도면으로 작성해도 되고, 또한 다른 장치로 생성한 글로벌 맵을 이식해도 된다.

여기에서, 기억부(30)에 기억되는 글로벌 맵의 일례를 도 2에 나타낸다. 글로벌 맵은 자율 이동 장치의 이동 영역의 그리드 맵이고, 벽면 등의 고정물(물체)의 위치가 기록되어 있다. 여기에서, 그리드 맵은 수평면을 소정 크기(예를 들면 1㎝×1㎝)의 셀(이하 「단위 그리드」 또는 간단히 「그리드」라고 한다)로 분할한 평면으로 이루어지는 지도이고, 단위 그리드마다 물체가 있는지의 여부를 나타내는 물체 존재 확률 정보가 주어져 있다. 본 실시형태에서는 단위 그리드는

1>물체 존재 확률[P(n,m)]>0 : occupied(물체 유)

-1<물체 존재 확률[P(n,m)]<0 : empty(물체 무)

물체 존재 확률[P(n,m)]=0 : unknown(불명)

의 영역 정보를 갖는다.

즉, 물체(장해물)가 있는 그리드에는 그 존재 확률에 따라서 「0~1」의 값이 부여되고, 물체(장해물)가 없는 그리드에는 그 존재 확률에 따라서 「0~-1」의 값이 부여된다. 또한 물체(장해물)의 유무가 불분명한 그리드에는 「0」이 부여된다. 따라서, 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 벽면(도 2 중에 흰색선으로 나타내어진 영역)이 위치하는 그리드는 「0.8~1.0」의 값을 갖고 있다. 또한, 물체가 존재하지 않는 통로 부분(도 2 중 흑색으로 칠해진 영역)에 대응하는 그리드는 「-0.8~-1.0」의 값을 갖고 있다. 또한, 벽면의 배면측(도 2 중 회색으로 나타내어진 영역)은 물체의 유무가 불분명하므로 대응하는 그리드는 「0」의 값을 갖고 있다.

변환부(31)는 기억부(30)에 기억되어 있는 글로벌 맵을 판독하고, 상기 글로벌 맵(그리드 맵)을 구성하는 각 그리드가 갖는 물체 존재 확률 정보를 화상 정보, 즉 흑백 화상의 농담 정보로 변환해서 표시용 맵(글로벌 맵 화상)을 생성하는 것이다. 즉, 변환부(31)는 특허청구범위에 기재된 변환 수단으로서 기능한다. 보다 구체적으로는, 물체 존재 확률 정보를 농담 정보로 변환할 경우 변환부(31)는 그리드 마다 물체 존재 확률 정보(-1~0~1)를 농담 정보[0~128(80H)~255(FFH)]로 변환해서 표시용 맵을 생성한다. 또한, 흑백 화상의 농담 정보에서는 완전한 백이 「255」, 완전한 흑이 「0」이 되도록 대응되어 있다. 여기에서, 변환부(31)에 의해 생성된 표시용 맵의 일례를 도 3에 나타낸다. 또한, 도 3에 나타내어진 표시용 맵은 도 2에 나타내어진 글로벌 맵(그리드 맵)을 변환한 것이다. 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 벽면이 위치하는 셀은 대략 백색(230~255)으로 변환되어 있다. 또한, 물체가 존재하지 않는 통로 부분은 대략 흑색(0~26)으로 변환되어 있다. 또한, 물체의 유무가 불분명한 벽면의 배면측은 회색(128)으로 변환되어 있다. 변환부(31)에 의해 생성된 표시용 맵은, 예를 들면 상술한 RAM 등으로 구성되는 일시 기억부(33)에 출력되고, 수정 작업이 행하여지고 있는 동안에 상기 일시 기억부(33)에서 일시적으로 유지된다. 또한, 여기에서 상술한 글로벌 맵의 데이터(물체 존재 확률 정보)를 흑백 화상의 농담 정보와 동일한 8비트 데이터[0~255(FFH)]로 표현하고 있는 경우에는 글로벌 맵의 데이터를 변환하지 않고 그대로 표시할 수 있기 때문에 맵 변환은 불필요해진다.

터치스크린(34)은 액정 디스플레이(LCD) 등으로 이루어지는 표시부(35)와, 유저의 터치 조작(입력)을 검출하는 터치패널 등으로 이루어지는 조작 입력부(36)를 갖고 구성되는 입력 장치이다. 표시부(35)는 변환부(31)에 의해 생성된 표시용 맵의 화상 정보(농담 정보)에 의거하여 글로벌 맵 화상(특허청구범위에 기재된 환경 지도 화상에 상당)을 표시한다. 또한, 표시부(35)는 유저로부터의 글로벌 맵 화상에 대한 수정 조작을 접수하기 위한 메뉴바 및 각종 툴 등을 표시한다. 즉, 표시부(35)는 특허청구범위에 기재된 표시 수단으로서 기능한다.

여기에서, 표시부(35)에 표시되는 표시 화면의 일례를 도 4에 나타낸다. 도 4에 나타내어지는 바와 같이, 표시부(35)에 표시되는 표시 화면은 예를 들면 글로벌 맵 화상 표시 영역(400), 메뉴바 표시 영역(401), 툴 박스 표시 영역(402), 및 팔레트 표시 영역(403) 등으로 구성되어 있다. 글로벌 맵 화상 표시 영역(400)에는 수정 중인 글로벌 맵 화상이 표시된다. 메뉴바 표시 영역(401)에는, 예를 들면 파일 다이얼로그(410) 등 이용할 수 있는 각종 기능을 분류해서 정리한 메뉴가 표시된다. 툴 박스 표시 영역(402)에는, 예를 들면 스포이트 툴(411), 연필 툴(412), 영역 지정 툴(413), 페인트통 툴(414) 등 글로벌 맵 화상의 선택, 묘화 등의 역할을 갖는 복수의 툴이 표시된다. 팔레트 표시 영역(403)에는 묘화색을 지정하기 위한 팔레트(415)가 표시된다.

조작 입력부(36)는 표시부(35)의 표시 화면을 덮도록 설치되어 있고, 그 표면에는 2차원 좌표(X-Y 좌표)가 가상적으로 배치되어 있다. 조작 입력부(36)는 유저로부터의 수정 조작을 접수하는 것이고, 유저에 의한 터치 조작이 이루어지면 그 터치 위치에 따른 좌표 정보를 출력한다. 또한, 터치 위치의 검출에는 예를 들면 압력, 정전 용량, 적외선, 및 초음파 등이 이용된다. 즉, 조작 입력부(36)는 특허청구범위에 기재된 입력 수단으로서 기능한다. 조작 입력부(36)는 각종 아이콘 등의 표시 위치와 유저의 터치 위치를 나타내는 좌표 정보에 의거하여 유저의 조작 내용을 판단한다. 그리고, 조작 입력부(36)는 판단된 조작 내용을 수정부(37)에 출력한다.

수정부(37)는 조작 입력부(36)에 의해 접수된 유저의 수정 조작에 따라서 표시부(35)에 표시되어 있는 글로벌 맵 화상을 수정한다. 즉, 수정부(37)는 특허청구범위에 기재된 수정 수단으로서 기능한다. 여기에서, 조작 입력부(36) 및 수정부(37)는 유저에 대하여, 예를 들면 다음과 같은 기능을 제공한다. 또한, 이어서 서술하는 기능은 조작 입력부(36) 및 수정부(37)에 의해 제공되는 기능의 일례이다.

1. 수정하는 글로벌 맵의 판독(글로벌 맵 지정·입력)

(1) 파일 다이얼로그(410)를 열고, 수정할 글로벌 맵을 지정한다. 또한, 파일은 글로벌 맵 전체로서 호출하는 것도, 몇 개의 영역마다 구분된 글로벌 맵으로서 호출하는 것도 가능하다.

2. 겹쳐쓰기하는 색의 지정(글로벌 맵 수정)

(1) 스포이트 툴(411)로 글로벌 맵 내의 점을 지정하고, 그 점의 색으로 지정한다.

(2) 팔레트(415) 중에서 색을 지정한다.

(3) 0~255의 값을 입력해서 색을 지정한다. 또한, 흑색은 0~127, 회색은 128, 백색은 129~255의 범위에서 지정한다.

3. 수정하고 싶은 영역의 지정 및 수정(글로벌 맵 수정)

(1) 연필 툴(412)로 글로벌 맵 내의 점을 지정하고, 그 점을 지정색으로 오버라이트(overwrite)한다.

(2) 영역 지정 툴(413)로 영역을 지정하고, 페인트통 툴(414)로 그 영역을 지정색으로 칠한다.

4. 수정한 글로벌 맵의 보존(글로벌 맵 지정·보존)

(1) 파일 다이얼로그(410)를 열고, 보존하고 싶은 글로벌 맵을 지정한다.

유저는 상술한 기능을 이용하여 글로벌 맵 화상 상의 물체(장해물)를 소거하거나, 글로벌 맵 화상 상에 물체를 추가하거나 할 수 있다. 즉, 예를 들면 글로벌 맵 상의 물체(장해물)를 소거할 경우에는 백색으로 표시되어 있는 물체를 흑색으로 수정한다. 한편, 글로벌 맵 상에 물체(장해물)를 추가하고 싶을 때에는 물체의 위치, 형상에 맞춰서 상기 물체를 백색으로 묘화한다.

역변환부(32)는 수정부(37)에 의해 수정된 글로벌 맵 화상의 농담 정보를 그리드 맵(글로벌 맵)의 물체 존재 확률 정보로 역변환함으로써 표시용 맵(글로벌 맵 화상)을 글로벌 맵으로 역변환하는 것이다. 즉, 역변환부(32)는 특허청구범위에 기재된 역변환 수단으로서 기능한다. 보다 구체적으로는, 역변환부(32)는 농담 정보[0~128(80H)~255(FFH)]를 그리드마다의 물체 존재 확률 정보(-1~0~1)로 변환해서 글로벌 맵(그리드 맵)을 취득한다. 즉, 역변환부(32)는 상술한 변환부(31)와 반대의 기능을 갖는 것이다. 여기에서, 상술한 도 3에 나타내어진 표시용 맵이 역변환 된 경우에는 도 2에 나타내어진 그리드 맵(글로벌 맵)이 생성된다. 또한, 역변환부(32)에 의해 생성된 글로벌 맵은 기억부(30)에 출력되고, 상기 기억부(30)에서 기억된다.

이어서, 도 6을 참조하면서 글로벌 맵 수정 장치(3)의 동작에 대하여 설명한다. 도 6은 글로벌 맵 수정 장치(3)에 의한 글로벌 맵 수정 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 6에 나타내어지는 글로벌 맵 수정 처리는 유저의 조작을 받아서 실행된다.

스텝 S100에서는 유저로부터의 맵 판독 조작을 받아서 지정된 수정 대상이 되는 글로벌 맵이 판독되어 표시부(35)에 표시된다. 보다 구체적으로는, 터치스크린(34)을 구성하는 조작 입력부(36)가 유저로부터의 맵 판독 조작을 접수했을 때에 기억부(30)에 기억되어 있는 글로벌 맵(그리드 맵)이 변환부(31)에 의해 변환되어 글로벌 맵 화상(표시용 맵)이 생성되고(도 2, 도 3 참조), 터치스크린(34)의 표시부(35)에 표시된다.

이어서, 스텝 S102에서는 유저로부터의 수정 조작을 받아서 표시부(35)에 표시된 글로벌 맵 화상의 수정이 행하여진다. 보다 상세하게는, 유저로부터의 색 지정 조작을 받고서 오버라이트하는 색의 설정이 행하여짐과 아울러 유저로부터의 수정 영역 지정 조작을 받고서 지정된 영역이 설정된 색 및 농담으로 오버라이트하거나 또는 칠해진다(도 4 참조). 또한, 유저에 의한 오버라이팅 색의 지정 방법, 및 수정 영역의 지정 방법에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 유저로부터의 수정 조작에 따라서 모든 수정점에 대한 수정이 종료할 때까지 본 수정 처리가 반복하여 행하여진다.

수정이 모두 종료되고, 유저로부터의 맵 보존 조작을 접수했을 경우에 이어지는 스텝 S104에서 수정된 글로벌 맵이 보존된다. 보다 상세하게는, 조작 입력부(36)가 유저로부터의 맵 보존 조작을 접수했을 때에 일시 기억부(33)에 유지되어 있는 수정 후의 글로벌 맵 화상(표시용 맵)이 역변환부(32)에 의해 역변환되어 수정된 글로벌 맵(그리드 맵)이 생성되고(도 3, 도 2 참조), 기억부(30)에 보존된다.

여기에서, 수정 전의 글로벌 맵과 수정 후의 글로벌 맵의 일례를 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타낸 예에서는 수정 전에 점선으로 둘러싼 프레임(500) 내에 존재하고 있었던 물체(장해물)가 소거되어 있다. 이렇게 하여, 글로벌 맵이 현실의 주위 환경과 합치하도록 수정된다.

본 실시형태에 의하면, 유저는 터치스크린(34)의 조작 입력부(36)를 통해서 수정 조작을 행함으로써 표시부(35) 상에서 글로벌 맵을 수정할 수 있다. 그 때문에, 글로벌 맵과 실제 주위 환경의 상위함을 유저의 메뉴얼 조작에 의해 수정할 수 있다. 그 결과, 실제 주위 환경에 맞는 글로벌 맵을 취득할 수 있게 된다.

또한, 본 실시형태에 의하면 물체의 존재 확률 정보와 화상 정보(흑백 화상의 농담 정보) 사이에서 서로 변환/역변환이 행하여진다. 그 때문에, 글로벌 맵을 글로벌 맵 화상으로 변환해서 표시함과 아울러 표시부(35) 상에 표시된 글로벌 맵 화상(농담)을 수정함으로써 수정된 글로벌 맵(물체 존재 확률 정보)을 취득할 수 있다. 따라서, 보다 용이하게 글로벌 맵을 수정할 수 있게 된다.

본 실시형태에 의하면, 물체 존재 확률 정보에 대응하는 화상 정보로서 흑백 화상의 농담 정보를 사용했으므로, 물체 존재 확률 정보를 갖는 복수의 그리드로 구성되는 글로벌 맵을 물체 존재 확률 정보가 흑백의 농담으로 표현된 흑백 화상(글로벌 맵 화상)으로서 시인할 수 있게 된다. 또한, 물체 존재 확률 정보 및 흑백 화상의 농담 정보는 모두 1차원 데이터이기 때문에 물체 존재 확률 정보-농담 정보(화상 정보)간의 변환/역변환을 간단하게 행할 수 있다.

이어서, 도 7을 이용하여 상술한 글로벌 맵 수정 장치(3)를 탑재한 자율 이동 장치(1)에 대하여 설명한다. 도 7은 글로벌 맵 수정 장치(3)가 탑재된 자율 이동 장치(1)의 구성을 나타내는 블럭도이다.

자율 이동 장치(1)는 글로벌 맵을 취득해서 글로벌 맵 수정 장치(3)에 출력함과 아울러 글로벌 맵 수정 장치(3)로부터 얻어진 수정 후의 글로벌 맵을 이용하여 상기 글로벌 맵 상의 출발점(스타트 위치)과 목적지(골 위치) 사이를 연결하는 이동 경로를 계획하고, 계획된 이동 경로를 따라 스타트 위치로부터 골 위치까지 자율적으로 이동하는 기능을 갖는 것이다. 그 때문에, 자율 이동 장치(1)는 상술한 글로벌 맵 수정 장치(3)를 구비함과 아울러 하부에 전동 모터(12) 및 상기 전동 모터(12)에 의해 구동되는 옴니휠(omni wheel;13)이 설치된 본체(10)와, 주위에 존재하는 장해물의 거리를 계측하는 레이저 레인지 파인더(20)를 구비하고 있다. 또한, 자율 이동 장치(1)는 글로벌 맵 수정 장치(3)에 의해 수정된 글로벌 맵을 이용하여 이동 경로를 계획함과 아울러 계획된 경로를 따라 이동하도록 전동 모터(12)를 제어하는 전자 제어 장치(40)를 구비하고 있다. 이하, 각 구성 요소에 대해서 상세하게 설명한다.

본체(10)는, 예를 들면 대략 바닥이 있는 원통 형상으로 형성된 금속제 프레임이고, 이 본체(10)에 상술한 레이저 레인지 파인더(20), 및 글로벌 맵 수정 장치(3)를 포함하는 전자 제어 장치(40) 등이 장착되어 있다. 또한, 본체(10)의 형상은 대략 바닥이 있는 원통 형상에 한정되지 않는다. 본체(10)의 하부에는 4개의 전동 모터(12)가 십자 형상으로 배치되어서 장착되어 있다. 4개의 전동 모터(12) 각각의 구동축(12A)에는 옴니휠(13)이 장착되어 있다. 즉, 4개의 옴니휠(13)은 동일 원주 상에 둘레 방향을 따라 90°씩 간격을 두고서 장착되어 있다.

옴니휠(13)은 전동 모터(12)의 구동축(12A)을 중심으로 해서 회전하는 2개의 휠(14)과, 각 휠(14)의 외주에 전동 모터(12)의 구동축(12A)과 직교하는 축을 중심으로 해서 회전 가능하게 설치된 6개의 프리롤러(15)를 갖는 차륜이고, 모든 방향으로 이동 가능하게 한 것이다. 또한, 2개의 휠(14)은 위상을 30° 어긋나게 해서 장착되어 있다. 이러한 구성을 갖기 때문에, 전동 모터(12)가 구동되어서 휠(14)이 회전하면 6개의 프리롤러(15)는 휠(14)과 일체가 되어서 회전한다. 한편, 접지하고 있는 프리롤러(15)가 회전함으로써 옴니휠(13)은 그 휠(14)의 회전축에 평행한 방향으로도 이동할 수 있다. 그 때문에, 4개의 전동 모터(12)를 독립적으로 제어하여 4개의 옴니휠(13) 각각의 회전 방향 및 회전 속도를 개별적으로 조절함으로써 자율 이동 장치(1)를 임의의 방향(모든 방향)으로 이동시킬 수 있다.

4개의 전동 모터(12) 각각의 구동축(12A)에는 상기 구동축(12A)의 회전 각도를 검출하는 인코더(16)가 장착되어 있다. 각 인코더(16)는 전자 제어 장치(40)와 접속되어 있고, 검출한 각 전동 모터(12)의 회전 각도를 전자 제어 장치(40)에 출력한다. 전자 제어 장치(40)는 입력된 각 전동 모터(12)의 회전 각도로부터 자율 이동 장치(1)의 이동량을 연산한다.

레이저 레인지 파인더(20)는 자기의 정면 방향(전방)을 향하도록 해서 자율 이동 장치(1)의 전방부에 장착되어 있다. 레이저 레인지 파인더(20)는 레이저를 사출함과 아울러 사출한 레이저를 회전 미러로 반사시킴으로써 자율 이동 장치(1)의 주위를 중심각 240°의 부채 형상으로 수평 방향으로 주사한다. 그리고, 레이저 레인지 파인더(20)는, 예를 들면 벽이나 장해물 등의 물체에 의해 반사되어서 되돌아온 레이저를 검출하고, 레이저(반사파)의 검출 각도, 및 레이저를 사출한 후에 물체에 의해 반사되어서 되돌아올 때까지의 시간(전파 시간)을 계측함으로써 물체와의 각도 및 거리를 검출한다. 또한, 레이저 레인지 파인더(20)는 전자 제어 장치(40)와 접속되어 있고, 검출한 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보를 전자 제어 장치(40)에 출력한다.

전자 제어 장치(40)는 자율 이동 장치(1)의 제어를 종합적으로 담당하는 것이다. 전자 제어 장치(40)는 연산을 행하는 마이크로프로세서, 마이크로프로세서에 각 처리를 실행시키기 위한 프로그램 등을 기억하는 ROM, 연산 결과 등의 각종 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM, 및 그 기억 내용이 유지되는 백업 RAM 등으로 구성되어 있다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 레이저 레인지 파인더(20)와 마이크로프로세서를 전기적으로 접속시키는 인터페이스 회로, 및 전동 모터(12)를 구동하는 모터 드라이버 등도 구비하고 있다.

전자 제어 장치(40)는 글로벌 맵 수정 장치(3)와 서로 데이터를 교환할 수 있도록 구성되어 있고, 글로벌 맵을 생성해서 글로벌 맵 수정 장치(3)에 출력함과 아울러 글로벌 맵 수정 장치(3)로부터 수정된 글로벌 맵을 취득한다. 그리고, 전자 제어 장치(40)는 수정된 글로벌 맵으로부터 이동 경로를 계획함과 아울러 계획된 이동 경로를 따라 이동하도록 전동 모터(12)를 제어한다. 그 때문에, 전자 제어 장치(40)는 글로벌 맵 취득부(41), 센서 정보 취득부(42), 자기 위치 검지부(43), 경로 계획부(44), 주행 제어부(45), 장해물 회피 제어부(46) 등을 구비하고 있다. 또한, 이들 각 부는 상술한 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구축된다. 전자 제어 장치(40), 전동 모터(12), 및 옴니휠(13)은 특허청구범위에 기재된 이동 수단으로서 기능한다.

글로벌 맵 취득부(41)는, 예를 들면 SLAM 기술 등을 이용하여 물체(장해물)가 존재하는 물체 영역(장해물 영역)과 존재하지 않는 영역을 나타낸 글로벌 맵을 생성한다. 즉, 글로벌 맵 취득부(41)는 특허청구범위에 기재된 환경 지도 취득 수단으로서 기능한다. 예를 들면, SLAM 기술을 이용해서 글로벌 맵을 생성할 경우, 우선 글로벌 맵 취득부(41)는 레이저 레인지 파인더(20)로부터 센서 정보 취득부(42)를 통해서 판독된 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보에 의거하여 로컬 맵을 생성한다. 또한, 글로벌 맵 취득부(41)는 자기 위치 검지부(43)로부터 자기 위치를 취득한다. 또한, 자기 위치 검지부(43)는 인코더(16)로부터 판독된 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 따라서 산출된 자기의 이동량을 고려하여 로컬 맵과 글로벌 맵을 대조하고, 그 결과에 의거하여 자기 위치를 추정한다. 이어서, 글로벌 맵 취득부(41)는 레이저 레인지 파인더(20)를 원점으로 한 로컬 맵을 레이저 레인지 파인더(20)를 원점으로 한 좌표계로부터 글로벌 맵의 좌표계에 자기 위치에 맞춰서 좌표 변환함으로써 로컬 맵을 글로벌 맵에 투영한다. 그리고, 글로벌 맵 취득부(41)는 이 처리를 이동하면서 반복해서 실행하여 로컬 맵을 글로벌 맵에 순차적으로 더해 감으로써(보충해 감으로써) 주위 환경 전체의 글로벌 맵을 생성한다. 또한, 글로벌 맵 취득부(41)에서 생성된 글로벌 맵은 글로벌 맵 수정 장치(3)에 출력된다.

경로 계획부(44)는 글로벌 맵 수정 장치(3)에 의해 수정된 글로벌 맵을 판독하고, 이 수정된 글로벌 맵으로부터 자율 이동 장치(1)의 이동 경로를 계획하는 것이다. 즉, 경로 계획부(44)는 특허청구범위에 기재된 이동 경로 계획 수단으로서 기능한다. 경로 계획부(44)는 우선 수정된 글로벌 맵에 포함되는 장해물 영역의 윤곽을 밍코프스키(Minkowski) 합을 이용하여 자기의 반경만큼 확장해서 확장 장해물 영역을 생성하고, 상기 확장 장해물 영역을 제외한 영역을 장해물과 접촉하지 않고 이동할 수 있는 이동 가능 영역으로서 추출한다. 이어서, 경로 계획부(44)는 힐디치(Hilditch)의 세선화법을 이용하여 추출한 이동 가능 영역을 세선화한다. 그리고, 경로 계획부(44)는 세선화된 이동 가능 영역 중에서 A* 알고리즘(A스타 알고리즘)을 이용하여 스타트 위치와 골 위치 사이를 연결하는 최단 경로를 탐색함으로써 이동 경로를 계획한다.

주행 제어부(45)는 장해물을 회피하면서 계획된 이동 경로를 따라 자기를 골 위치까지 이동시키도록 전동 모터(12)를 제어한다. 여기에서, 본 실시형태에서는 장해물을 회피하면서 이동 경로를 따라 자기를 골 위치까지 이동시키는 제어 방법으로서 가상 포텐셜법을 채용했다. 이 가상 포텐셜법은 골 위치에 대한 가상적인 인력 포텐셜장과, 회피해야 할 장해물에 대한 가상적인 척력 포텐셜장을 생성해서 중합함으로써 장해물과의 접촉을 회피하면서 골 위치로 향하는 방법이다. 보다 구체적으로는, 주행 제어부(45)는 우선 자기 위치에 의거하여 골 위치로 향하기 위한 가상 인력을 계산한다. 한편, 장해물 회피 제어부(46)에 의해 자기 위치, 이동 속도, 및 장해물의 위치 및 속도에 의거하여 장해물을 회피하기 위한 가상 척력이 산출된다. 이어서, 주행 제어부(45)는 얻어진 가상 인력과, 가상 척력을 벡터 합성함으로써 가상 힘벡터를 계산한다. 그리고, 주행 제어부(45)는 얻어진 가상 힘벡터에 따라서 전동 모터(12)[옴니휠(13)]를 구동함으로써 장해물을 회피하면서 골 위치로 이동하도록 자기의 주행을 컨트롤한다.

본 실시형태에 의하면, 상술한 글로벌 맵 수정 장치(3)를 구비하고 있기 때문에 실제 주위 환경에 맞는 글로벌 맵을 취득할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 글로벌 맵으로부터 이동 경로를 계획할 때에 실제로는 통과할 수 있는 통로를 장해물이 있기 때문에 통과할 수 없다고 판단해버린다고 하는 문제를 방지할 수 있다. 그 결과, 현실의 주위 환경에 합치한 최적의 이동 경로를 따라 이동할 수 있게 된다. 또한, 자율 이동 장치(1)에 글로벌 맵 수정 장치(3)가 탑재되어 있기 때문에 글로벌 맵의 생성, 글로벌 맵의 수정, 및 글로벌 맵으로부터의 경로 계획과 같은 일련의 작업을 효율적으로 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 글로벌 맵을 화상으로서 표시할 때에 글로벌 맵을 구성하는 각 그리드가 갖는 물체 존재 확률 정보를 흑백의 농담 정보로 변환했지만, 변환하는 화상 정보는 흑백의 농담 정보에 한정되지 않는다. 예를 들면, 흑백 이외의 색(단색)의 농담 정보, 또는 컬러 정보로 변환해도 된다. 또한, 물체 존재 확률과 농담 정보의 대응 관계는 상기 실시형태에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 물체 존재 확률에 대응하는 흑과 백의 관계를 역으로 해도 된다.

상기 실시형태에서는 화상을 수정함으로써 글로벌 맵을 수정했지만, 글로벌 맵(그리드 맵)을 구성하는 각 그리드의 물체 존재 확률의 수치를 직접 수정하는 구성으로 해도 된다.

상기 실시형태에서는 표시부와 조작 입력부가 일체로 된 터치스크린을 사용했지만, 표시 수단으로서 통상의 디스플레이를 사용함과 아울러 조작 입력 수단으로서 키보드, 마우스 등을 사용하는 구성으로 해도 된다.

상기 실시형태에서는 글로벌 맵 수정 장치(3)와 전자 제어 장치(40)가 분리된 구성으로 했지만, 글로벌 맵 수정 장치(3)와 전자 제어 장치(40)의 구성 및 기능 분담은 상기 실시형태에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 글로벌 맵 수정 장치(3)와 전자 제어 장치(40)를 동일한 하드웨어로 구성해도 된다.

1 : 자율 이동 장치 3 : 글로벌 맵 수정 장치
10 : 본체 12 : 전동 모터
13 : 옴니휠 14 : 휠
15 : 프리롤러 16 : 인코더
20 : 레이저 레인지 파인더 30 : 기억부
31 : 변환부 32 : 역변환부
33 : 일시 기억부 34 : 터치스크린
35 : 표시부 36 : 조작 입력부
37 : 수정부 40 : 전자 제어 장치
41 : 글로벌 맵 취득부 42 : 센서 정보 취득부
43 : 자기 위치 검지부 44 : 경로 계획부
45 : 주행 제어부 46 : 장해물 회피 제어부

Claims

물체가 존재하는 물체 영역이 나타내어지는 환경 지도를 표시하는 표시 수단,
상기 표시 수단에 의해 표시된 환경 지도에 대한 유저로부터의 수정 조작을 접수하는 입력 수단,
상기 입력 수단에 의해 접수된 수정 조작에 의거하여 상기 표시 수단에 표시되어 있는 환경 지도를 수정하는 수정 수단,
상기 환경 지도를 구성하는 복수의 그리드가 갖는 물체의 존재 확률 정보를 화상 정보로 변환하는 변환 수단, 및
상기 화상 정보를 상기 물체의 존재 확률 정보로 역변환하는 역변환 수단을 구비하고,
상기 표시 수단은 상기 변환 수단에 의해 변환된 화상 정보에 의거하여 환경 지도 화상을 표시하고,
상기 입력 수단은 상기 환경 지도 화상을 수정하는 색을 지정받고,
상기 수정 수단은 상기 표시 수단에 의해 표시된 환경 지도 화상을 상기 입력 수단에 의해 지정된 색으로 수정하고,
상기 역변환 수단은 상기 수정 수단에 의해 수정된 환경 지도 화상의 화상 정보를 물체의 존재 확률 정보로 역변환하는 것을 특징으로 하는 환경 지도 수정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 화상 정보는 흑백 화상의 농담 정보인 것을 특징으로 하는 환경 지도 수정 장치.
물체가 존재하는 물체 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단;
상기 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 환경 지도를 수정하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 환경 지도 수정 장치;
상기 환경 지도 수정 장치에 의해 수정된 환경 지도로부터 이동 경로를 계획하는 이동 경로 계획 수단; 및
상기 이동 경로 계획 수단에 의해 계획된 이동 경로를 따라 이동하도록 자기를 구동하는 이동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 물체의 존재 확률 정보 및 상기 흑백 화상의 농담 정보는 모두 1차원 데이터인 것을 특징으로 하는 환경 지도 수정 장치.
물체가 존재하는 물체 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단;
상기 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 환경 지도를 수정하는 제 4 항에 기재된 환경 지도 수정 장치;
상기 환경 지도 수정 장치에 의해 수정된 환경 지도로부터 이동 경로를 계획하는 이동 경로 계획 수단; 및
상기 이동 경로 계획 수단에 의해 계획된 이동 경로를 따라 이동하도록 자기를 구동하는 이동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.