KR101271114B1 - 자율 이동 장치 - Google Patents

Abstract

설정 포인트를 포함하는 신뢰성이 높은 환경 지도를 보다 적은 부하로 작성할 수 있고, 또한 상기 환경 지도를 이용하여 보다 정확한 자율 이동을 행할 수 있는 자율 이동 장치를 제공한다.
자율 이동 장치(1)를 구성하는 전자 제어 장치(30)는 주위 물체와의 거리·각도 정보로부터 작성되는 국소 지도 및 옴니휠(13)의 이동량에 의거하여 자기 위치를 추정하는 자기 위치 추정부(32)와, 조이스틱(21)에 의한 유도 이동 중에 자기 위치 및 국소 지도로부터 이동 영역의 환경 지도를 작성하는 환경 지도 작성부(33)와, 유도 이동 중에 자기가 소정의 설정 포인트에 도달했을 때에 자기 위치를 설정 포인트의 위치 좌표로서 등록하는 등록 스위치(23)와, 환경 지도 및 설정 포인트를 기억하는 기억부(34)와, 기억부(34)에 기억되어 있는 환경 지도 상의 설정 포인트를 이용해서 이동 경로를 계획하는 경로 계획부(35)와, 이동 경로를 따라 자율 이동하도록 제어하는 주행 제어부(36)를 구비한다.

Description

자율 이동 장치{AUTONOMOUS MOVEMENT DEVICE}

본 발명은 이동 경로를 계획함과 아울러 상기 이동 경로를 따라 자율적으로 이동하는 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(장해물)가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 나타낸 환경 지도가 필요하다. 이러한 환경 지도의 취득 방법에 대해서는 여러 가지 방법이 고안되어 있다. 여기에서, 특허문헌 1에는 주위의 환경을 랜드마크를 이용한 지도로 표현하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는, 예를 들면 이동 영역이 오피스일 경우에는 복도의 코너나 분기점, 방의 중심, 방문의 입구나 출구 등의 자율 이동 로보트 장치가 통과 가능한 위치에 랜드마크가 설치된다. 한편, 이동하면서 리얼타임으로 자기 위치의 추정과 환경 지도의 작성을 행하는 기술로서 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)이 알려져 있다. 여기에서, 특허문헌 2에는 SLAM을 이용하여 레이저 레인지 파인더(laser range finder)(또는 카메라)에 의한 거리 계측의 결과 얻어진 지형 데이터를 이용하여 지형도(환경 지도)를 생성하는 이동 로보트가 개시되어 있다.

일본 특허공개 평10-143243호 공보 일본 특허공개 평7-129238호 공보

상술한 특허문헌 1에 기재된 랜드마크를 이용해서 환경 지도를 작성하는 기술에서는 랜드마크의 설치 등에 대한 유저 부하가 높아 환경 지도 작성에 막대한 수고(노력, 공수)가 필요하다. 한편, SLAM을 이용해서 환경 지도를 작성하는 방법에서는, 예를 들면 미리 준비된 환경 지도 상에 설정 포인트(예를 들면 스타트 지점, 목표 통과 지점, 골 지점)를 설정하려고 하면 실제 위치와 어긋날 우려가 있다. 그 때문에, 실환경에 대한 맞추어봄이 필요해지는 경우도 있다.

또한, SLAM을 이용해서 환경 지도를 작성하는 방법에서는 다음과 같은 문제점이 지적되고 있었다.

1. 계측 오차가 누적됨으로써 작성된 환경 지도에 부정합이 발생하는 경우가 있다. 특히, 환상의 환경 지도를 작성할 때에 개시 부분과 종료 부분이 일치하지 않게 되는 경우가 있다(소위, 환상 경로 문제).

2. 이동 영역 일부의 레이아웃이 변경이 되었을 때에 환경 지도 전체를 다시 작성할 필요가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것이고, 환경 지도 상의 설정 포인트를 포함하는 신뢰성이 높은 환경 지도를 보다 적은 부하로 작성할 수 있고, 또한 상기 환경 지도를 이용하여 보다 정확한 자율 이동을 행할 수 있는 자율 이동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 계측 오차의 누적에 기인하는 환경 지도의 부정합을 해소할 수 있고, 또한 이동 영역의 부분적인 레이아웃 변경에 유연하게 대응할 수 있는 자율 이동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치는 자기(自機)의 주위에 존재하는 물체의 위치 정보를 취득하는 물체 정보 취득 수단과, 물체 정보 취득 수단에 의해 취득된 물체의 위치 정보로부터 자기 주변의 국소 지도를 작성하는 국소 지도 작성 수단과, 자기를 이동시키는 이동 수단과, 국소 지도 작성 수단에 의해 작성된 국소 지도, 및 이동 수단의 이동량에 의거하여 자기(自己) 위치를 추정하는 자기 위치 추정 수단을 구비하는 자율 이동 장치에 있어서, 유저의 조작에 의거하여 이동 수단을 구동해서 자기를 유도하는 유도 수단과, 유도 수단에 의한 유도 중에 자기 위치 추정 수단에 의해 추정된 자기 위치 및 국소 지도로부터 이동 영역의 환경 지도를 작성하는 환경 지도 작성 수단과, 유도 수단에 의한 유도 중에 자기가 소정의 설정 포인트에 위치하고 있을 때의 자기 위치를 설정 포인트의 위치 좌표로서 등록하도록 교시하는 교시 수단과, 환경 지도 및 설정 포인트를 기억하는 기억 수단과, 기억 수단에 기억되어 있는 환경 지도 상의 설정 포인트를 이용하여 이동 경로를 계획하는 경로 계획 수단과, 경로 계획 수단에 의해 계획된 이동 경로를 따라 자율 이동하도록 이동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면, 유저의 조작에 따라서 자기가 유도되고 있을 때에 환경 지도가 작성됨과 아울러 유도되어서 소정의 설정 포인트(예를 들면 엘리베이터 앞 등 골이 되는 후보)에 도달했을 때에 그때의 실제 자기 위치가 환경 지도 상의 설정 포인트의 위치 좌표로서 등록된다. 그 때문에, 자율 이동 장치의 가동 영역 내를 유도하면서 설정 포인트를 등록하는 것만으로 실제 이동 환경에 대한 어긋남이 없는 설정 포인트를 포함하는 환경 지도를 작성할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면 작성되어서 기억되어 있는 환경 지도 상의 설정 포인트가 이용되어서 이동 경로가 계획되고, 그 이동 경로를 따라 자율 이동하도록 이동 수단이 제어된다. 그 때문에, 예를 들면 설정 포인트를 골 지점으로 해서 이동 경로를 계획하면 실제 이동 영역과의 어긋남이 적은 이동 경로를 계획하여 재현성 좋게 자율 이동할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면 환경 지도 상의 설정 포인트를 포함하는 신뢰성이 높은 환경 지도를 간이하게 작성할 수 있고, 또한 상기 환경 지도를 이용하여 보다 정확한 자율 이동을 행할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치는 이동 경로를 따라 자율 이동할 때에 이동 영역 내의 물체 변화 정도를 나타내는 차분 지도를 작성하는 차분 지도 작성 수단과, 이동 경로를 따라 자율 이동할 때에 차분 지도 작성 수단에 의해 작성되는 차분 지도와, 환경 지도의 가산 결과에 의거하여 동적 환경 지도를 작성하는 동적 환경 지도 작성 수단을 더 구비하고, 이동 경로를 따라 자율 이동할 때에 자기 위치 추정 수단이 환경 지도 및 동적 환경 지도 각각과 국소 지도를 대조하고, 그 대조 결과에 의거하여 자기 위치를 추정하고, 차분 지도 작성 수단이 동적 환경 지도와 국소 지도의 가산 결과와, 환경 지도의 차분에 의거하여 차분 지도를 갱신하는 것이 바람직하다.

이 경우, 이동 경로를 따라 이동할 때에 이동 영역 내의 물체 변화 정도를 나타내는 차분 지도가 작성됨과 아울러 환경 지도와 차분 지도의 가산 결과로부터 동적 환경 지도가 작성된다. 또한 환경 지도 및 동적 환경 지도 각각과 국소 지도가 대조되고, 그 대조 결과에 의거하여 자기 위치가 추정된다. 자율 이동 중에는 차분 지도만이 갱신되고, 신뢰도가 높은 환경 지도는 수정되는 일없이 유지되기 때문에, 예를 들면 추정된 자기 위치가 실제의 자기 위치와 어긋나 있는 경우 등에 신뢰도가 높은 환경 지도를 잘못해서 수정해버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 예를 들면 추정된 자기 위치가 실제 자기 위치와 일시적으로 어긋났다고 하여도 복귀할 수 있게 된다. 또한, 이동 영역 내에 환경 변화가 있었을 경우, 예를 들면 이동체가 자기의 근방을 통과하거나, 통로 상에 새로운 물체가 놓여지거나 했을 경우에는 그 변화가 차분 지도로서 추출되고, 동적 환경 지도에 반영된다. 그 때문에, 이동 환경의 환경 변화에 대응할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 교시 수단이 설정 포인트의 등록과 함께 상기 설정 포인트의 속성 정보를 등록하도록 교시하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 설정 포인트에 대응시켜서 상기 설정 포인트의 속성 정보(예를 들면 엘리베이터 앞, 회의실 앞, 비상계단 앞 등)를 등록할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치는 주위에 존재하는 물체의 위치 정보를 취득하는 취득 수단과, 취득 수단에 의해 취득된 물체의 위치 정보에 의거하여 이동 영역의 환경 지도를 구성하는 복수의 부분 지도를 작성하는 작성 수단과, 작성 수단에 의해 복수의 부분 지도가 작성될 때에 복수의 부분 지도를 연결하는 연결점을 설정하는 설정 수단과, 설정 수단에 의해 설정된 연결점 중에서 서로 연결하는 부분 지도 각각의 연결점을 선택하는 선택 수단과, 선택 수단에 의해 선택된 부분 지도의 연결점간의 연결 관계를 정하는 연결 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면, 독립된 복수의 부분 지도가 작성됨과 아울러 부분 지도 작성시에 연결점이 설정된다. 그리고, 부분 지도끼리를 연결하는 연결점이 선택되고, 연결점간의 연결 관계가 정해진다. 따라서, 이동 환경 전체의 환경 지도를 독립된 부분 지도로 분할함으로써 오차의 누적을 억제할 수 있기 때문에 오차의 누적에 의한 환경 지도의 부정합을 해소할 수 있다. 또한, 각 부분 지도에는 부분 지도에 포함되는 연결점간의 연결 관계가 정해져 있기 때문에 이 연결 관계에 따라서 다른 부분 지도로 옮길 수 있다. 또한, 이동 환경 전체의 환경 지도가 부분 지도로 분할되어서 관리되기 때문에 이동 영역의 부분적인 레이아웃 변경이 있었을 경우에 레이아웃이 변경이 된 부분 지도만을 다시 작성함과 아울러 다시 작성된 부분 지도만을 교체할 수 있다. 따라서, 이동 영역의 부분적인 레이아웃 변경에 유연하게 대응할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치는 상기 작성 수단에 의해 작성된 복수의 부분 지도 각각에 대해서 이동 가능 영역을 추출해서 세선화하는 추출 수단과, 복수의 부분 지도마다 추출 수단에 의해 세선화된 이동 가능 영역의 분기점을 탐색하고, 상기 분기점의 연결 관계를 나타내는 위상 지도(topological map)를 작성하는 위상 지도 작성 수단과, 위상 지도 작성 수단에 의해 작성된 부분 지도마다의 위상 지도를 상기 선택 수단에 의해 선택된 연결점으로 연결하고, 연결된 위상 지도에 의한 최단 경로를 탐색하는 탐색 수단과, 탐색 수단에 의해 탐색된 최단 경로를 복수의 부분 지도마다의 위상 지도로 분할하는 분할 수단과, 분할 수단에 의해 분할된 부분 지도마다 위상 지도에 포함되는 연결점을 연결하는 이동 경로를 계획하는 계획 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면, 부분 지도마다 세선화된 이동 가능 영역의 분기점의 연결 관계가 위상 지도로 표현됨과 아울러 부분 지도마다 작성된 위상 지도가 연결됨으로써 이동 영역 전체가 1장의 위상 지도로 표현된다. 여기에서, 위상 지도는 분기점의 연결 관계와 연결되어 있는 분기점간의 거리만을 정보로서 갖는(즉, 좌표의 정보를 갖지 않는) 맵이기 때문에 연결했다고 하여도 계측 오차에 의한 변형의 영향을 받는 일이 없다. 그리고, 연결된 위상 지도를 이용하여 최단 경로 검색이 실행된 후에 다시 위상 지도가 부분 지도마다 분할되고, 검색된 최단 경로에 따라서 이동 경로가 계획된다. 그 결과, 복수의 부분 지도에 걸쳐지는 최단 이동 경로를 계획할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치는 자기를 이동시키는 이동 수단과, 상기 계획 수단에 의해 복수의 부분 지도마다 계획된 이동 경로를 따라 자율적으로 이동하도록 이동 수단을 제어하는 제어 수단과, 이동 중의 부분 지도로부터 다른 부분 지도로 옮길 때에 상기 연결 수단에 의해 정해진 부분 지도의 연결점간의 연결 관계에 의거하여 이동에 사용하는 부분 지도를 이행처의 부분 지도로 스위칭하는 스위칭 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면, 복수의 부분 지도에 걸쳐지는 이동 경로를 따라 자율 이동할 경우, 이동 중의 부분 지도로부터 다른 부분 지도로 옮길 때에 부분 지도간의 연결 관계에 의거하여 부분 지도가 스위칭된다. 따라서, 복수의 부분 지도를 걸쳐서 목적지(골 지점)까지 자율 이동할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는, 스위칭 수단이 다른 부분 지도로 옮길 때에 사용하는 좌표계를 이동 중의 부분 지도의 좌표계로부터 이행처의 부분 지도의 좌표계로 스위칭하는 것이 바람직하다.

이 경우, 다른 부분 지도로 옮길 때에 이동 중의 부분 지도의 좌표계로부터 이행처의 부분 지도의 좌표계로 좌표계가 스위칭된다. 따라서, 이동 중의 부분 지도로부터 이행처의 부분 지도로 옮기는 것이 가능해진다.

본 발명에 의하면, 환경 지도 상의 설정 포인트를 포함하는 신뢰성이 높은 환경 지도를 보다 적은 부하로 작성할 수 있고, 또한 상기 환경 지도를 이용하여 보다 정확한 자율 이동을 행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 계측 오차의 누적에 기인하는 환경 지도의 부정합을 해소할 수 있고, 또한 이동 영역의 부분적인 레이아웃 변경에 유연하게 대응할 수 있게 된다.

도 1은 제 1 실시형태에 의한 자율 이동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 의한 자율 이동 장치에 의한 설치 처리(설치 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 제 1 실시형태에 의한 자율 이동 장치에 의한 반송 처리(반송 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 제 2 실시형태에 의한 자율 이동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 의한 자율 이동 장치에 의한 반송 처리(반송 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 제 3 실시형태에 의한 자율 이동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 7은 연결점의 선택 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 부분 지도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 레이아웃 변경시에 있어서의 부분 지도의 교체에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 부분 지도의 좌표 변환 매트릭스를 나타내는 도면이다.
도 11은 제 3 실시형태에 의한 자율 이동 장치에 의한 부분 지도 작성 처리(설치 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 12는 제 3 실시형태에 의한 자율 이동 장치에 의한 경로 계획 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 13은 제 3 실시형태에 의한 자율 이동 장치에 의한 자율 이동 처리(반송 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 14는 부분 지도로 분할된 환경 지도의 일례를 나타내는 도면이다
도 15는 이동 가능 영역의 세선화가 실시된 부분 지도를 나타내는 도면이다.
도 16은 노드(분기점) 탐색이 행하여진 부분 지도를 나타내는 도면이다.
도 17은 분할된 위상 지도를 나타내는 도면이다.
도 18은 연결된 위상 지도를 나타내는 도면이다.
도 19는 최단 경로 탐색이 행하여진 위상 지도를 나타내는 도면이다.
도 20은 다시 분할된 위상 지도를 나타내는 도면이다.
도 21은 이동 경로가 계획된 부분 지도를 나타내는 도면이다.
도 22는 접속 포인트의 최적화에 대해서 설명하기 위한 도면이다.

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

[제 1 실시형태]

우선, 도 1을 이용하여 제 1 실시형태에 의한 자율 이동 장치(1)의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 자율 이동 장치(1)의 구성을 나타내는 블럭도이다.

자율 이동 장치(1)는 유저의 원격 조작에 따라서 자기가 유도되고 있을 때에 SLAM을 이용하여 이동 공간(영역)의 환경 지도(장해물이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 나타낸 그리드 맵)를 작성함과 아울러 유도되어서 소정의 설정 포인트에 도달했을 때에 그때의 실제 자기 위치를 환경 지도 상의 설정 포인트의 위치 좌표로서 등록하는 기능을 갖는다(본 기능을 실행하는 모드를 「설치 모드」라고 칭한다). 또한, 자율 이동 장치(1)는 작성되어서 기억되어 있는 환경 지도 상의 설정 포인트를 이용해서 이동 경로를 계획함과 아울러 계획된 이동 경로를 따라 스타트 지점(자기의 현재지를 포함한다)에서부터 골 지점까지 자율적으로 이동하는 기능을 갖는다(본 기능을 실행하는 모드를 「반송 모드」라고 칭한다). 그 때문에, 자율 이동 장치(1)는 그 하부에 전동 모터(12) 및 상기 전동 모터(12)에 의해 구동되는 옴니휠(omni wheel;13)이 설치된 본체(10)와 주위에 존재하는 물체(예를 들면 벽이나 장해물 등)의 거리를 계측하는 레이저 레인지 파인더(20)와, 자율 이동 장치(1)를 유도함과 아울러 설정 포인트를 등록하는 조이스틱(21)을 구비하고 있다. 또한, 자율 이동 장치(1)는 설치 모드에 있어서의 환경 지도의 작성, 및 반송 모드에 있어서의 이동 경로의 계획 및 상기 이동 경로를 따른 자율 이동을 통합적으로 담당하는 전자 제어 장치(30)를 구비하고 있다. 이하, 각 구성 요소에 대해서 상세하게 설명한다.

본체(10)는, 예를 들면 대략 바닥이 있는 원통 형상으로 형성된 금속제의 프레임이고, 이 본체(10)에 상술한 레이저 레인지 파인더(20), 및 전자 제어 장치(30) 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)의 각각의 회전 방향 및 회전 속도를 개별적으로 조절함으로써 자율 이동 장치(1)를 임의의 방향(모든 방향)으로 이동시킬 수 있다. 즉, 전동 모터(12) 및 옴니휠(13)은 특허청구범위에 기재된 이동 수단으로서 기능한다.

4개의 전동 모터(12) 각각의 구동축(12A)에는 상기 구동축(12A)의 회전 각도(즉 구동량 또는 회전량)를 검출하는 인코더(16)가 장착되어 있다. 각 인코더(16)는 전자 제어 장치(30)와 접속되어 있고, 검출한 각 전동 모터(12)의 회전 각도를 전자 제어 장치(30)에 출력한다. 전자 제어 장치(30)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 레이저(검출 파)를 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. 즉, 레이저 레인지 파인더(20)는 특허청구범위에 기재된 물체 정보 취득 수단으로서 기능한다. 또한, 레이저 레인지 파인더(20)는 전자 제어 장치(30)와 접속되어 있고, 검출한 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보를 전자 제어 장치(30)에 출력한다.

조이스틱(21)은 유저의 원격 조작에 따라서 자율 이동 장치(1)를 유도해서 이동시키기 위한 입력 장치이고, 자율 이동 장치(1)를 유도하기 위한 방향을 지시하는 막대 형상의 레버(22)와, 환경 지도 상의 설정 포인트를 등록하기 위한 등록 스위치(23)를 갖고 있다. 유저는 조이스틱(21)의 레버(22)를 조작함으로써 자율 이동 장치(1)에 대하여 이동 방향을 지시하여 자율 이동 장치(1)를 유도할 수 있다. 또한, 유저는 자율 이동 장치(1)를 유도하면서 소정의 설정 포인트(예를 들면 스타트 지점 후보, 목표 통과 지점 후보, 골 지점 후보)에 도달했을 때에 등록 스위치(23)를 누름으로써 그때의 자기 위치를 설정 포인트의 위치 좌표로서 등록할 수 있다. 또한 유저는, 설정 포인트의 속성 정보(예를 들면 엘리베이터 앞, 회의실 앞, 비상계단 앞 등)를 등록하도록 교시할 수 있다. 즉, 조이스틱(21)을 구성하는 레버(22)는 특허청구범위에 기재된 유도 수단으로서 기능하고, 등록 스위치(23)는 특허청구범위에 기재된 교시 수단으로서 기능한다. 또한, 조이스틱(21)은 전자 제어 장치(30)와 접속되어 있고, 유도 제어(방향 지시) 신호, 및 설정 포인트 등록 신호를 전자 제어 장치(30)에 출력한다.

전자 제어 장치(30)는 자율 이동 장치(1)의 제어를 통합적으로 담당하는 것이다. 전자 제어 장치(30)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(30)는 레이저 레인지 파인더(20), 조이스틱(21)과 마이크로프로세서를 전기적으로 접속시키는 인터페이스 회로, 및 전동 모터(12)를 구동하는 드라이버 회로 등도 구비하고 있다.

전자 제어 장치(30)는 설치 모드를 실행함으로써 SLAM을 이용하여 이동 공간(영역)의 환경 지도를 작성함과 아울러 환경 지도 상의 설정 포인트의 위치 좌표를 등록한다. 또한, 전자 제어 장치(30)는 반송 모드를 실행함으로써 설정 포인트를 예를 들면 골 후보로 해서 이동 경로를 계획함과 아울러 계획된 이동 경로를 따라 스타트 지점(자기의 현재 위치)에서부터 골 지점까지 자율적으로 이동하도록 전동 모터(12)를 제어한다. 그 때문에, 전자 제어 장치(30)는 국소 지도 작성부(31), 자기 위치 추정부(32), 환경 지도 작성부(33), 기억부(34), 경로 계획부(35), 주행 제어부(36), 센서 정보 취득부(37), 및 장해물 회피 제어부(38) 등을 구비하고 있다. 또한, 이들 각 부는 상술한 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구축된다.

국소 지도 작성부(31)는 레이저 레인지 파인더(20)로부터 센서 정보 취득부(37)를 통해서 판독된 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보(특허청구범위에 기재된 물체 정보에 상당)에 의거하여 레이저 레인지 파인더(20)를 원점으로 한 자기 주변[레이저 레인지 파인더(20)의 검지 가능 범위 내]의 국소 지도를 작성한다. 즉, 국소 지도 작성부(31)는 특허청구범위에 기재된 국소 지도 작성 수단으로서 기능한다.

자기 위치 추정부(32)는 각 인코더(16)로부터 판독된 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 따라서 산출된 자기의 이동량을 고려하여 환경 지도의 좌표계(절대 좌표계)로 좌표 변환한 국소 지도와 환경 지도를 대조하고, 그 결과에 의거하여 자기 위치를 추정한다. 즉, 자기 위치 추정부(32)는 특허청구범위에 기재된 자기 위치 추정 수단으로서 기능한다. 또한, 자기 위치 추정부(32)는 조이스틱(21)[등록 스위치(23)]으로부터 설정 포인트 등록 신호가 입력되었을 때에 그때의 자기 위치를 환경 지도 상의 설정 포인트의 위치 좌표로서 기억부(34)에 등록한다.

환경 지도 작성부(33)는 유도 이동시(설치 모드 실행시)에 SLAM을 이용하여 이동 공간(영역)의 환경 지도를 작성한다. 즉, 환경 지도 작성부(33)는 특허청구범위에 기재된 환경 지도 작성 수단으로서 기능한다. 환경 지도는 자율 이동 장치(1)의 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 있는지 여부를 나타내는 물체 존재 확률 정보가 주어져 있다. 본 실시형태에서는 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.

여기에서, 환경 지도의 작성 방법을 보다 구체적으로 설명하면, 환경 지도 작성부(33)는 우선 국소 지도 작성부(31)로부터 국소 지도를 취득함과 아울러 자기 위치 추정부(32)로부터 환경 지도 상의 자기 위치를 취득한다. 이어서, 환경 지도 작성부(33)는 레이저 레인지 파인더(20)를 원점으로 한 국소 지도를, 환경 지도 상의 자기 위치에 의거하여 레이저 레인지 파인더(20)를 원점으로 한 좌표계를 자기 위치를 바탕으로 환경 지도의 좌표계(이하 「절대 좌표계」라고 한다)로 좌표 변환함으로써 국소 지도(이하, 좌표 변환된 국소 지도를 「국소 지도@절대 좌표계」라고 한다)를 환경 지도에 투영한다. 그리고, 환경 지도 작성부(33)는 자율 이동 장치(1)가 유도되어서 이동하고 있는 동안에 이 처리를 반복하여 실행하여 국소 지도@절대 좌표계를 환경 지도에 순차적으로 더해 감으로써(보충해 감으로써) 이동 공간(영역) 전체의 환경 지도를 작성한다. 또한, 환경 지도 작성부(33)는 자율 이동시(반송 모드 실행시)에는 환경 지도의 작성·갱신을 정지한다.

기억부(34)는, 예를 들면 상술한 백업 RAM 등으로 구성되어 있고, 환경 지도 작성부(33)에 의해 작성된 환경 지도를 기억한다. 또한, 기억부(34)는 설정 포인트의 위치 좌표, 및 후술하는 경로 계획부(35)에 의해 계획되는 이동 경로 정보 등을 기억하는 기억 영역을 갖고 있고, 이들 정보도 기억한다. 즉, 기억부(34)는 특허청구범위에 기재된 기억 수단으로서 기능한다. 또한, 기억부(34)는 SRAM이나 EEPROM 등이어도 된다.

경로 계획부(35)는 자기의 자기 위치와 유저가 선택한 설정 포인트[기억부(34)에 기억되어 있는 환경 지도 상의 설정 포인트(예를 들면 스타트 지점, 목표 통과 지점, 골 지점)]간을 접속시킴으로써 자율 이동 장치(1)의 이동 경로를 계획한다. 또한, 설정 포인트를 골 지점으로 해서 이동 경로를 계획할 경우, 자기 위치를 파악할 수 있기 때문에 반드시 설정 포인트끼리를 접속할 필요는 없다. 즉, 경로 계획부(35)는 특허청구범위에 기재된 경로 계획 수단으로서 기능한다. 보다 상세하게는, 경로 계획부(35)는 예를 들면 우선 환경 지도에 포함되는 장해물 영역의 윤곽을 밍코프스키(Minkowski) 합을 이용하여 자기의 반경만큼 확장해서 확장 장해물 영역을 작성하고, 상기 확장 장해물 영역을 제외한 영역을 장해물과 접촉하지 않고 이동할 수 있는 이동 가능 영역으로서 추출한다. 이어서, 경로 계획부(35)는 힐디치(Hilditch)의 세선화법을 이용하여 추출한 이동 가능 영역을 세선화한다. 그리고, 경로 계획부(35)는 세선화된 이동 가능 영역 중에서 A* 알고리즘(A스타 알고리즘)을 이용하여 설정 포인트(스타트 지점, 목표 통과 지점, 골 지점)간을 연결하는 최단 경로를 탐색함으로써 이동 경로를 계획한다.

주행 제어부(36)는 설치 모드 실행시에 조이스틱(21)[레버(22)]으로부터 입력되는 유도 제어(방향 지시) 신호(즉 유저의 조작)에 따라서 자율 이동 장치(1)가 이동하도록(유도되도록) 전동 모터(12)를 구동한다. 한편, 주행 제어부(36)는 반송 모드 실행시에 장해물을 회피하면서 계획된 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 자율 이동시키도록 전동 모터(12)를 제어한다. 즉, 주행 제어부(36)는 특허청구범위에 기재된 제어 수단으로서 기능한다. 여기에서, 본 실시형태에서는 반송 모드 실행시에 장해물을 회피하면서 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 자율 이동시키는 제어 방법으로서 가상 포텐셜법을 채용했다. 이 가상 포텐셜법은 골 지점에 대한 가상적인 인력 포텐셜장과, 회피해야 할 장해물에 대한 가상적인 척력 포텐셜장을 작성해서 중합함으로써 장해물과의 접촉을 회피하면서 골 지점으로 향하는 방법이다. 보다 구체적으로는, 주행 제어부(36)는 우선 자기 위치에 의거하여 골 지점으로 향하기 위한 가상 인력을 계산한다. 한편, 장해물 회피 제어부(38)에 의해 자기 위치, 이동 속도, 및 장해물의 위치 및 속도에 의거하여 장해물을 회피하기 위한 가상 척력이 산출된다. 이어서, 주행 제어부(36)는 얻어진 가상 인력과, 가상 척력을 벡터 합성함으로써 가상 힘벡터(force vector)를 계산한다. 그리고, 주행 제어부(36)는 얻어진 가상 힘벡터에 따라서 전동 모터(12)[옴니휠(13)]를 구동함으로써 장해물을 회피하면서 골 지점으로 이동하도록 자기의 주행을 컨트롤한다.

이어서, 도 2, 도 3을 아울러 이용하여 자율 이동 장치(1)의 동작에 대하여 설명한다. 도 2는 자율 이동 장치(1)에 의한 설치 처리(설치 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 또한, 도 3은 자율 이동 장치(1)에 의한 반송 처리(반송 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 2, 도 3에 나타내어지는 각 처리는 주로 전자 제어 장치(30)에 의해 행하여지는 것이고, 유저로부터의 조작에 의해 기동되고, 실행된다. 또한, 도 2에 나타내어지는 설치 처리(설치 모드)는 도 3에 나타내어지는 반송 처리(반송 모드)에 앞서 실행된다.

우선, 도 2에 나타내어지는 설치 처리(설치 모드)의 처리 순서에 대하여 설명한다. 또한, 설치 처리를 개시하기 전에 사전 준비로서 유도 경로 상에 놓인 가동물(可動物)을 배제해 두는 것이 바람직하다. 또한, 자율 이동 장치(1)를 유도하면서 환경 지도를 작성하고 있을 때에는 이동체가 레이저 레인지 파인더(20)의 검지 범위에 들어가지 않도록 하는 것이 바람직하다.

스텝 S100에 있어서, 유저로부터의 환경 지도 작성 개시 지시가 접수되면 자율 이동 장치(1)가 유도되어서 이동을 개시한다. 이어지는 스텝 S102에서는 SLAM을 이용하여 이동 영역의 환경 지도가 작성(또는 갱신)된다. 또한, 환경 지도의 작성 방법은 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어서, 스텝 S104에서는 조이스틱(21)[레버(22)]으로부터 입력되는 유도 제어(방향 지시) 신호(즉 유저의 조작)에 따라서 자율 이동 장치(1)가 유도되어서 이동한다.

이어서, 스텝 S106에서는 조이스틱(21)[등록 스위치(23)]으로부터 설정 포인트 등록 신호가 입력되었는지 여부에 대한 판단이 행하여진다. 여기에서, 설정 포인트 등록 신호가 입력되었을 경우에는 스텝 S108에 있어서 그 지점의 자기 위치가 환경 지도 상의 설정 포인트의 위치 좌표로서 등록된다. 한편, 설정 포인트 등록 신호가 입력되어 있지 않을 때에는 스텝 S110으로 처리가 이행한다.

스텝 S110에서는 유저로부터의 환경 지도 작성 종료 지시가 접수되었는지 여부에 대한 판단이 행하여진다. 여기에서, 환경 지도 작성 종료 지시가 접수되어 있지 않은 경우에는 스텝 S102로 처리가 이행하고, 환경 지도 작성 종료 지시가 접수될 때까지 상술한 스텝 S102~스텝 S108의 처리가 반복하여 실행된다. 한편, 환경 지도 작성 종료 지시가 접수되었을 때에는 작성된 설정 포인트를 포함하는 환경 지도가 기억되고, 설치 처리(설치 모드)가 종료된다.

이어서, 자율 이동 장치(1)에 의한 반송 처리(반송 모드)의 처리 순서에 대하여 설명한다. 우선, 스텝 S200에서 유저로부터의 경로 계획 지시가 접수되면 스텝 S202에서 자율 이동 장치(1)의 이동 경로가 계획된다. 즉, 유저에 의해 기억부(34)에 기억되어 있는 환경 지도 상의 설정 포인트(스타트 지점, 목표 통과 지점, 골 지점) 중 적어도 1개가 지정됨으로써 자율 이동 장치(1)의 이동 경로가 계획된다. 또한, 경로 계획의 방법에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어서, 스텝 S204에서는 자기 위치 추정이 행하여진다. 즉, 레이저 레인지 파인더(20)의 검출 결과로부터 국소 지도 작성부(31)에 의해 국소 지도가 취득됨과 아울러 인코더(16)로부터 판독된 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 따라서 산출된 자기의 이동량을 고려하여 복수의 가상 자기 위치가 가정된다. 취득된 국소 지도는 각 가상의 자기 위치에 있어서의 국소 지도@절대 좌표계로 변환되어 복수의 국소 지도@절대 좌표계가 취득된다. 이 복수의 국소 지도@절대 좌표계의 각각과 환경 지도가 대조되어 각 가상의 자기 위치에 있어서의 우도(尤度)가 연산되고, 각 가상의 자기 위치에 있어서의 우도에 대하여 베이시안 필터링이 적용되어서(사전 확률과 우도가 승산되어서) 각 가상의 자기 위치에 있어서의 사후 확률이 산출된다. 산출된 복수의 사후 확률 중 가장 높은 것이 추출되고, 이것에 대응하는 가상의 자기 위치가 참된 자기 위치로서 추정된다. 이 가장 높은 사후 확률의 추출에서는 복수의 사후 확률 분포 중에서 가장 높은 피크를 갖는 사후 확률을 추출해도 되고, 또는 가장 기대치가 높은 사후 확률을 추출해도 된다.

이어서, 스텝 S206에서는 자율 이동 제어가 실행되고, 장해물을 회피하면서 계획된 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 자율 이동시키도록 전동 모터(12)가 제어된다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는 장해물을 회피하면서 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 이동시키는 제어 방법으로서 가상 포텐셜법을 채용했다. 또한, 가상 포텐셜법에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어지는 스텝 S208에서는 자기가 골 지점에 도착했는지 여부에 대한 판단이 행하여진다. 여기에서, 자기가 골 지점에 도착하지 않은 경우에는 스텝 S204로 처리가 이행되고, 골 지점에 도착할 때까지 상술한 스텝 S204(자기 위치 추정) 및 스텝 S206(자율 이동 제어)의 처리가 반복하여 실행된다. 한편, 자기가 골 지점에 도착했을 때에는 반송 처리(반송 모드)가 종료한다.

본 실시형태에 의하면, 유저의 조작에 따라서 자기가 유도되고 있을 때에 환경 지도가 작성됨과 아울러 유도되어서 소정의 설정 포인트에 도달했을 때에 그때의 실제의 자기 위치가 환경 지도 상의 설정 포인트의 위치 좌표로서 등록된다. 그 때문에, 자율 이동 장치를 이동시키고 싶은 경로를 따라 유도하면서 설정 포인트를 등록하는 것만으로 실제 이동 환경에 대한 어긋남이 없는 설정 포인트를 포함하는 환경 지도를 작성할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면 작성되어서 기억되어 있는 환경 지도 상의 설정 포인트가 지정되어서 이동 경로가 계획되고, 그 이동 경로를 따라 자율 이동하도록 제어된다. 그 때문에, 예를 들면 설정 포인트를 스타트 지점 및/또는 골 지점으로 해서 이동 경로를 계획하면 실제 이동 영역과의 어긋남이 적은 이동 경로를 계획하고, 재현성 좋게 자율 이동할 수 있다. 이상의 결과, 본 실시형태에 의하면 환경 지도 상의 설정 포인트를 포함하는 신뢰성이 높은 환경 지도를 간이하게 작성할 수 있고, 또한 상기 환경 지도를 이용하여 보다 정확한 자율 이동을 행할 수 있게 된다.

[제 2 실시형태]

이어서, 도 4를 이용하여 제 2 실시형태에 의한 자율 이동 장치(2)의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 자율 이동 장치(2)의 구성을 나타내는 블럭도이다. 또한, 도 4에 있어서 제 1 실시형태와 동일하거나 또는 동등한 구성요소에 대해서는 동일한 부호가 붙여져 있다.

자율 이동 장치(2)는 상술한 전자 제어 장치(30) 대신에 전자 제어 장치(40)를 구비하고 있는 점에서 자율 이동 장치(1)와 다르다. 이 전자 제어 장치(40)는 차분 지도 작성부(41), 동적 환경 지도 작성부(42)를 더 갖는 점, 및 자기 위치 추정부(32), 기억부(34) 대신에 자기 위치 추정부(43), 기억부(44)를 갖고 있는 점에서 전자 제어 장치(30)와 다르다. 이하, 이들 자율 이동 장치(1)와 다른 구성 요소에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 그 이외의 구성에 대해서는 자율 이동 장치(1)와 동일하거나 또는 동등하므로 여기에서는 설명을 생략한다.

동적 환경 지도 작성부(42)는 자기가 이동 경로를 따라 자율 이동할 때에 후술하는 차분 지도 작성부(41)에 의해 작성되는 차분 지도와, 상술한 환경 지도 작성부(33)에 의해 작성되고, 기억부(44)에 기억되어 있는 환경 지도(이하 「정적 환경 지도」라고 한다)를 그리드마다 더해서 현재의 실환경을 나타내는 동적 환경 지도를 작성한다. 즉, 동적 환경 지도 작성부(42)는 특허청구범위에 기재된 동적 환경 지도 작성 수단으로서 기능한다. 또한, 정적 환경 지도의 각 그리드에 계수 P1(예를 들면 0.5)을 곱한 것과, 차분 지도의 각 그리드에 계수 P2(예를 들면 1.0)를 곱한 것을 그리드마다 더함으로써 동적 환경 지도를 작성하도록 해도 된다.

차분 지도 작성부(41)는 자기가 이동 경로를 따라 자율 이동할 때에 동적 환경 지도와 정적 환경 지도의 차분, 즉 이동 영역 내의 물체 변화 정도를 나타내는 차분 지도를 작성·갱신한다. 보다 구체적으로는, 차분 지도 작성부(41)는 동적 환경 지도(t-1 : 전회 값)와 국소 지도@절대 좌표계(t : 금회 값)를 그리드마다 더한 결과와, 정적 환경 지도의 차분을 그리드마다 구함으로써 차분 지도(t : 금회 값)를 작성(갱신)한다. 즉, 차분 지도 작성부(41)는 특허청구범위에 기재된 차분 지도 작성 수단으로서 기능한다. 또한, 차분 지도의 좌표계는 정적 환경 지도와 동일(절대 좌표)하다. 또한, 후술하는 기억부(44)에 기억되는 차분 지도는 자기의 주변부만이고, 자기가 이동하는데 따라 통과한 영역의 차분 지도는 기억부(44)로부터 소거된다. 또한, 동적 환경 지도와 국소 지도@절대 좌표계를 그리드마다 더한 결과와, 정적 환경 지도의 각 그리드에 계수 P1(예를 들면 0.5)을 곱한 것의 차분을 그리드마다 구함으로써 차분 지도를 작성(갱신)하도록 해도 된다. 이 경우, 상기 계수 P1을 고려하여 동적 환경 지도의 상한값을 「0.5」 하한값을 「-0.5」로 제한한다.

기억부(44)는 정적 환경 지도에 추가하여 차분 지도를 기억하는 기억 영역을 갖고 있어, 정적 환경 지도 및 차분 지도를 기억한다. 또한, 동적 환경 지도는 자기 위치의 추정(후술)이 행하여지는 동안만 일시적으로 작성·기억되고, 기억부(44)에는 항구적으로는 기억되지 않는다.

자기 위치 추정부(43)는 자기가 이동 경로를 따라 자율 이동할 때에 인코더(16)로부터 판독된 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 따라서 산출된 자기의 이동량을 고려하여 정적 환경 지도 및 동적 환경 지도 각각과 국소 지도@절대 좌표계를 대조(그리드마다 매칭)하고, 그 대조 결과에 의거하여(상술한 스텝 S204와 마찬가지의 처리를 실행하여) 자기 위치를 추정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 우선 자기 위치 추정부(43)는 국소 지도@절대 좌표계에 포함되는 그리드의 값(물체 존재 확률)이 1.0인 그리드를 정적 환경 지도 및 동적 환경 지도에 투영하고, 국소 지도@절대 좌표계의 그리드 값과, 상기 그리드에 대응하는 정적 환경 지도 및 동적 환경 지도 각각의 그리드 값을 대조한다. 그리고, 그리드마다 보다 일치도가 높은 쪽의 지도의 그리드 값을 채용하고, 채용된 그리드 값의 평균을 그 위치(가상의 자기 위치)의 스코어(우도)로 한다. 예를 들면, 국소 지도@절대 좌표계의 그리드 값이 1.0이고, 정적 환경 지도의 그리드 값이 1.0, 동적 환경 지도의 그리드 값이 0.5인 경우에는 정적 환경 지도의 그리드 값 1.0이 채용된다. 또한, 예를 들면 국소 지도@절대 좌표계의 그리드 값이 1.0이고, 정적 환경 지도의 그리드 값이 -1.0, 동적 환경 지도의 그리드 값이 0.3인 경우에는 동적 환경 지도의 그리드 값 0.3이 채용된다. 그리고, 예를 들면 4개의 그리드에 대해서 채용된 그리드 값이 1.0, 1.0, 0.3, 0.3이었을 경우에는 그들 평균값 0.65가 가상의 자기 위치에서의 스코어가 된다. 마찬가지로 해서, 가상의 자기 위치를 A점, B점, C점, D점, … 으로 해서 스코어를 구해 가고, 가장 스코어가 높은 위치를 자기 위치라고 추정한다. 여기에서, 자기 위치의 스코어(우도)를 구할 때에는 그리드의 값(물체 존재 확률)이 1.0인 그리드만을 대상으로 하는 것은 아니고, 예를 들면 그리드 값(물체 존재 확률)이 -1.0인 그리드를 대상으로 해서 스코어를 구해도 되고, 모든 그리드를 대상으로 해서 스코어를 구해도 된다.

이어서, 도 5를 참조하면서 자율 이동 장치(2)의 동작에 대하여 설명한다. 도 5는 자율 이동 장치(2)에 의한 반송 처리(반송 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 5에 나타내어지는 반송 처리는 주로 전자 제어 장치(40)에 의해 행하여지는 것이고, 유저로부터의 조작에 의해 기동되고, 실행된다. 또한, 자율 이동 장치(2)에 의한 설치 처리(설치 모드)의 처리 순서는 상술한 자율 이동 장치(1)의 경우와 동일하므로, 여기에서는 설명을 생략한다.

스텝 S300에 있어서, 유저로부터의 경로 계획 지시가 접수되면 스텝 S302에서 자율 이동 장치(2)의 이동 경로가 계획된다. 즉, 기억부(44)에 기억되어 있는 환경 지도 상의 설정 포인트(스타트 지점, 목표 통과 지점, 골 지점)가 지정됨으로써 자율 이동 장치(2)의 이동 경로가 계획된다. 또한, 경로 계획의 방법에 대해서는 상술한 바와 같으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어서, 스텝 S304에서는 자기 위치 추정이 행하여진다. 즉, 인코더(16)로부터 판독된 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 따라서 산출된 자기의 이동량을 고려하여 정적 환경 지도 및 동적 환경 지도 각각과 국소 지도@절대 좌표계가 대조(매칭)되고, 그 대조 결과에 의거하여(상술한 스텝 S204와 마찬가지의 처리가 실행되어) 자기 위치가 추정된다. 또한, 자기 위치의 추정 방법에 대해서는 상술한 바와 같으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어서, 스텝 S306에서는 동적 환경 지도(t-1 : 전회 값)와 국소 지도@절대 좌표계(t : 금회 값)의 가산 결과와, 정적 환경 지도의 차분으로부터 차분 지도(t : 금회 값)가 작성(갱신)된다. 이어지는 스텝 S308에서는 정적 환경 지도와 차분 지도(t : 금회 값)가 그리드마다 더해져서 동적 환경 지도(t : 금회 값)가 작성된다.

이어서, 스텝 S310에서는 자율 이동 제어가 실행되고, 장해물을 회피하면서 계획된 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 자율 이동시키도록 전동 모터(12)가 제어된다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는 장해물을 회피하면서 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 이동시키는 제어 방법으로서 가상 포텐셜법을 채용했다. 또한, 가상 포텐셜법에 대해서는 상술한 바와 같으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어지는 스텝 S312에서는 자기가 골 지점에 도착했는지 여부에 대한 판단이 행하여진다. 여기에서, 자기가 골 지점에 도착하지 않은 경우에는 스텝 S304로 처리가 이행하고, 골 지점에 도착할 때까지 상술한 스텝 S304~스텝 S310의 처리가 반복하여 실행된다. 한편, 자기가 골 지점에 도착했을 때에는 반송 처리(반송 모드)가 종료한다.

본 실시형태에 의하면, 이동 경로를 따라 자율 이동할 때에 이동 영역 내의 물체 변화 정도를 나타내는 차분 지도가 작성됨과 아울러 환경 지도와 차분 지도의 가산 결과로부터 동적 환경 지도가 작성된다. 또한 환경 지도 및 동적 환경 지도 각각과 국소 지도@절대 좌표계가 대조되고, 그 대조 결과에 의거하여(상술한 스텝 S204와 마찬가지의 처리가 행하여져) 자기 위치가 추정된다. 자율 이동 중에는 차분 지도만이 갱신되고, 신뢰도가 높은 환경 지도는 수정되지 않고 유지되기 때문에, 예를 들면 추정된 자기 위치가 실제의 자기 위치와 어긋나 있는 경우 등에 신뢰도가 높은 환경 지도를 잘못해서 수정해버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 예를 들면 추정된 자기 위치가 실제의 자기 위치와 일시적으로 어긋났다고 하여도 복귀할 수 있게 된다. 또한, 이동 영역 내에 환경 변화가 있었을 경우, 예를 들면 이동체가 자기의 근방을 통과하거나, 통로 상에 새로운 물체가 놓여지거나 했을 경우에는 그 변화가 차분 지도로서 추출되고, 동적 환경 지도에 반영된다. 그 때문에, 이동 환경의 다이나믹한 환경 변화에 대응할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 자율 이동 장치(1,2)를 원격 조작하기 위한 입력 장치로서 조이스틱(21)을 사용했지만, 자율 이동 장치(1,2)를 유도함과 아울러 설정 포인트를 등록할 수 있으면 되고, 키보드나 텐키패드 등 다른 형식의 리모트 콘트롤러 등을 이용해도 된다.

상기 실시형태에서는 레이저 레인지 파인더(20)를 이용하여 장해물과의 거리를 측정했지만, 레이저 레인지 파인더 대신에 또는 추가하여, 예를 들면 스테레오 카메라, 초음파 센서 등을 사용하는 구성으로 해도 된다.

상기 실시형태에서는 차륜으로서 전방위로 이동 가능한 옴니휠(13)을 채용했지만, 통상의 차륜(조타륜 및 구동륜)을 사용하는 구성으로 해도 된다.

[제 3 실시형태]

이어서, 도 6을 이용하여 제 3 실시형태에 의한 자율 이동 장치(3)의 구성에 대하여 설명한다. 도 6은 자율 이동 장치(3)의 구성을 나타내는 블럭도이다.

자율 이동 장치(3)는 복수의 부분 지도로 이루어지는 환경 지도를 작성하는 환경 지도 작성 기능, 복수의 부분 지도에 걸쳐지는 이동 경로를 계획하는 경로 계획 기능, 및 복수의 부분 지도에 걸쳐서 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 기능을 갖는다. 보다 상세하게는, 자율 이동 장치(3)는 유저의 원격 조작에 따라서 자기가 유도되고 있을 때에 SLAM을 이용하여 이동 영역의 환경 지도(장해물이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 나타낸 그리드 맵)를 구성하는 복수의 부분 지도를 작성함과 아울러, 유도되어서 부분 지도간의 연결점(이하 「연결 포인트」라고 하고, 유저가 지정한다)에 도달했을 때에 그때의 자기 위치를 부분 지도 상의 연결 포인트의 위치 좌표로서 등록하는 기능을 갖는다(본 기능을 실행하는 모드를 「설치 모드」라고 칭한다). 또한, 자율 이동 장치(3)는 작성된 복수의 부분 지도마다 이동 가능 영역을 추출하고, 위상 지도를 이용하여 연결하고, 위상 지도 상에서 최단 경로 탐색을 행한 후에 다시 분할하고, 부분 지도마다의 이동 경로를 계획하는 기능을 갖는다. 또한, 자율 이동 장치(3)는 계획된 이동 경로를 따라 스타트 지점으로부터 골 지점까지 복수의 부분 지도에 걸쳐서 자율 이동하는 기능을 갖는 다(본 기능을 실행하는 모드를 「반송 모드」라고 칭한다).

그 때문에, 자율 이동 장치(3)는 그 하부에 전동 모터(12) 및 상기 전동 모터(12)에 의해 구동되는 옴니휠(13)이 설치된 본체(10)와, 주위에 존재하는 물체(예를 들면 벽이나 장해물 등)와의 거리를 계측하는 레이저 레인지 파인더(20)와, 자율 이동 장치(3)를 유도함과 아울러 연결 포인트를 등록하는 조이스틱(21)을 구비하고 있다. 또한, 자율 이동 장치(3)는 복수의 부분 지도(환경 지도) 작성, 복수의 부분 지도에 걸치는 이동 경로의 계획, 및 상기 이동 경로를 따른 자율 이동을 통합적으로 담당하는 전자 제어 장치(50)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 전자 제어 장치(50) 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)의 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)의 각각의 회전 방향 및 회전 속도를 개별적으로 조절함으로써 자율 이동 장치(3)를 임의의 방향(모든 방향)으로 이동시킬 수 있다. 즉, 전동 모터(12) 및 옴니휠(13)은 특허청구범위에 기재된 이동 수단으로서 기능한다.

4개의 전동 모터(12) 각각의 구동축(12A)에는 상기 구동축(12A)의 회전 각도(즉 구동량 또는 회전량)를 검출하는 인코더(16)가 장착되어 있다. 각 인코더(16)는 전자 제어 장치(50)와 접속되어 있고, 검출한 각 전동 모터(12)의 회전 각도를 전자 제어 장치(50)에 출력한다. 전자 제어 장치(50)는 입력된 각 전동 모터(12)의 회전 각도로부터 자율 이동 장치(3)의 이동량을 연산한다.

레이저 레인지 파인더(20)는 자기의 정면 방향(전방)을 향하도록 해서 자율 이동 장치(3)의 전방부에 장착되어 있다. 레이저 레인지 파인더(20)는 레이저(검출 파)를 사출함과 아울러 사출한 레이저를 회전 미러로 반사시킴으로써 자율 이동 장치(3)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. 즉, 레이저 레인지 파인더(20)는 특허청구범위에 기재된 취득 수단으로서 기능한다. 또한, 레이저 레인지 파인더(20)는 전자 제어 장치(50)와 접속되어 있고, 검출한 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보를 전자 제어 장치(50)에 출력한다.

조이스틱(21)은 유저의 원격 조작에 따라서 자율 이동 장치(3)를 유도해서 이동시키기 위한 입력 장치이고, 자율 이동 장치(3)를 유도하기 위한 방향을 지시하는 막대 형상의 레버(22)와, 부분 지도 상의 연결 포인트를 등록하기 위한 등록 스위치(23)를 갖고 있다. 유저는 조이스틱(21)의 레버(22)를 조작함으로써 자율 이동 장치(3)에 대하여 이동 방향을 지시하고, 자율 이동 장치(3)를 유도할 수 있다. 또한, 유저는 자율 이동 장치(3)를 유도하면서 부분 지도의 연결 포인트에 도달했을 때에 등록 스위치(23)를 누름으로써 그때의 자기 위치를 연결 포인트의 위치 좌표로서 등록할 수 있다. 즉, 조이스틱(21)을 구성하는 등록 스위치(23)는 특허청구범위에 기재된 설정 수단으로서 기능한다. 또한, 조이스틱(21)은 전자 제어 장치(50)와 접속되어 있고, 유도 제어(방향 지시) 신호, 및 연결 포인트 등록 신호를 전자 제어 장치(50)에 출력한다.

터치스크린(24)은 액정 디스플레이(LCD) 등으로 이루어지는 표시부(25)와, 표시부(25) 상의 유저의 터치 조작(입력)을 검출하는 터치패널 등으로 이루어지는 조작 입력부(26)를 갖고서 구성되는 입력 장치이다. 표시부(25)는, 예를 들면 연결 포인트를 등록할 때, 및 연결 포인트를 선택할 때에 연결 포인트를 포함하는 부분 지도 및 연결 포인트의 좌표 정보 등을 표시한다. 또한, 표시부(25)는 연결 포인트 및 스타트 지점/골 지점 등을 선택하는 유저로부터의 조작을 접수하기 위한 각종 스위치 등을 표시한다. 여기에서, 표시부(25)에 표시되는 연결 포인트의 선택 화면의 일례를 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타낸 화면에서는 선택된 연결 포인트의 좌표 정보, 및 연결 포인트의 연결 관계 등이 표시되어 있다.

조작 입력부(26)는 표시부(25)의 표시 화면을 덮도록 설치되어 있고, 그 표면에는 2차원 좌표(X-Y좌표)가 가상적으로 배치되어 있다. 조작 입력부(26)는 유저로부터의 선택 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. 조작 입력부(26)는 각종 스위치 등의 표시 위치와 유저의 터치 위치를 나타내는 좌표 정보에 의거하여 유저의 조작 내용을 판단한다. 그리고, 조작 입력부(26)는 판단된 조작 내용을 전자 제어 장치(50)에 출력한다. 여기에서, 유저는 경로 계획을 행할 때에 조작 입력부(26)를 조작함으로써 부분 지도를 연결하는 연결 포인트를 선택하거나, 스타트 지점/골 지점 등을 설정할 수 있다. 즉, 조작 입력부(26)는 특허청구범위에 기재된 선택 수단으로서 기능한다.

전자 제어 장치(50)는 자율 이동 장치(3)의 제어를 통합적으로 담당하는 것이다. 전자 제어 장치(50)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(50)는 레이저 레인지 파인더(20), 조이스틱(21), 터치스크린(24)과 마이크로프로세서를 전기적으로 접속시키는 인터페이스 회로, 및 전동 모터(12)를 구동하는 드라이버 회로 등도 구비하고 있다.

전자 제어 장치(50)는 설치 모드를 실행함으로써 SLAM을 이용하여 복수의 부분 지도로 구성되는 이동 영역의 환경 지도를 작성함과 아울러 부분 지도 상의 연결 포인트의 위치 좌표를 등록한다. 또한, 전자 제어 장치(50)는 복수의 부분 지도에 걸치는 이동 경로를 계획한다. 또한, 전자 제어 장치(50)는 반송 모드를 실행함으로써 계획된 이동 경로를 따라 스타트 지점에서부터 골 지점까지 복수의 부분 지도에 걸쳐서 자율 이동하도록 전동 모터(12)를 제어한다. 그 때문에, 전자 제어 장치(50)는 국소 지도 작성부(31), 자기 위치 추정부(32), 주행 제어부(36), 센서 정보 취득부(37), 장해물 회피 제어부(38), 부분 지도 작성부(51), 기억부(52), 연결부(53), 경로 계획부(54), 및 스위칭부(60) 등을 구비하고 있다. 또한, 이들 각 부는 상술한 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구축된다.

국소 지도 작성부(31)는 레이저 레인지 파인더(20)로부터 판독된 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보(특허청구범위에 기재된 위치 정보에 상당)에 의거하여 레이저 레인지 파인더(20)를 원점으로 한 자기 주변[레이저 레인지 파인더(20)의 검지 가능 범위 내]의 국소 지도를 작성한다.

자기 위치 추정부(32)는 인코더(16)로부터 판독된 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 따라서 산출된 자기의 이동량을 고려하여 국소 지도와 부분 지도를 대조하고, 그 결과에 의거하여 자기 위치를 추정한다. 또한, 자기 위치 추정부(32)는 조이스틱(21)[등록 스위치(23)]으로부터 연결 포인트 등록 신호가 입력되었을 때에, 그때의 자기 위치를 환경 지도 상의 연결 포인트의 위치 좌표로서 기억부(52)에 등록한다.

부분 지도 작성부(51)는 유도 이동시(설치 모드 실행시)에 SLAM을 이용하여 이동 영역의 환경 지도를 구성하는 복수의 부분 지도를 작성한다. 즉, 부분 지도 작성부(51)는 특허청구범위에 기재된 작성 수단으로서 기능한다. 보다 구체적으로는, 우선 부분 지도 작성부(51)는 국소 지도 작성부(31)로부터 국소 지도를 취득함과 아울러 자기 위치 추정부(32)로부터 자기 위치를 취득한다. 이어서, 부분 지도 작성부(51)는 레이저 레인지 파인더(20)를 원점으로 한 국소 지도를, 레이저 레인지 파인더(20)를 원점으로 한 좌표계로부터 부분 지도의 좌표계로 자기 위치에 맞춰서 좌표 변환함으로써 국소 지도를 부분 지도에 투영한다. 그리고, 부분 지도 작성부(51)는 자율 이동 장치(3)가 유도되어서 이동하고 있는 동안에 이 처리를 반복해서 실행하여 국소 지도를 부분 지도에 순차적으로 더해 감으로써(보충해 감으로써) 부분 지도를 작성한다. 또한, 부분 지도 작성부(51)는 마찬가지로 해서 이동 영역을 형성하는 복수의 영역마다 대응하는 복수의 부분 지도를 순차적으로 작성함으로써 이동 영역의 전체 범위를 커버하는 복수의 부분 지도를 작성한다. 또한, 이동 영역 일부분의 레이아웃만이 변경이 되었을 경우에는 그 레이아웃이 변경이 된 영역의 부분 지도만을 작성하도록 해도 된다.

연결부(53)는 유저의 조작에 의거하여 조작 입력부(26)에 의해 선택된 부분 지도의 연결 포인트간의 연결 관계(즉, 어느 연결 포인트와 어느 연결 포인트가 연결되어 있는지)를 정한다. 즉, 연결부(53)는 특허청구범위에 기재된 연결 수단으로서 기능한다. 여기에서, 연결 포인트에 의해 연결된 부분 지도의 일례를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타내어진 예에서는 환상의 이동 영역이 4개의 부분 지도 I~IV로 구성되어 있다. 또한, 부분 지도 I의 일단과 부분 지도 Ⅱ의 일단, 및 부분 지도 I의 타단과 부분 지도 Ⅳ의 일단이 연결 포인트로 연결됨과 아울러, 부분 지도 Ⅱ의 타단과 부분 지도 Ⅲ의 일단, 및 부분 지도 Ⅳ의 타단과 부분 지도 Ⅲ의 타단이 연결되어 있다. 또한, 이동 영역의 레이아웃 변경에 대응해서 상술한 부분 지도 Ⅲ이 교체된 환경 지도를 도 9에 나타낸다. 도 9에 나타낸 예에서는, 도 8에 나타내어진 부분 지도 Ⅲ에서 부분 지도 Ⅲ'로 교체가 행하여져 있다. 이렇게, 이동 영역의 일부분(여기에서는 부분 지도 Ⅲ의 영역)의 레이아웃이 변경이 되었을 경우에는 그 레이아웃이 변경이 된 영역의 부분 지도만을 교체함과 아울러 연결 관계를 갱신함으로써 대응할 수 있다.

기억부(52)는, 예를 들면 상술한 백업 RAM 등으로 구성되어 있고, 부분 지도 작성부(51)에 의해 작성된 복수의 부분 지도를 기억한다. 또한, 기억부(52)는 연결 포인트의 위치 좌표, 연결 포인트의 연결 관계를 나타내는 연결 정보, 및 후술하는 경로 계획부(54)에서 계획되는 이동 경로 정보 등을 기억하는 기억 영역을 갖고 있고, 이들 정보도 기억한다.

경로 계획부(54)는 부분 지도 작성부(51)에서 작성된 복수의 부분 지도에 걸치는 이동 경로를 계획한다. 보다 구체적으로는, 경로 계획부(54)는 작성된 복수의 부분 지도마다 이동 가능 영역을 추출해서 세선화하고, 위상 지도를 이용하여 연결하고, 위상 지도 상에서 최단 경로 탐색을 행한 후에 다시 분할하여 부분 지도마다 이동 경로를 계획한다. 이를 위해서, 경로 계획부(54)는 이동 가능 영역 추출부(55), 위상 지도 작성부(56), 최단 경로 탐색부(57), 분할부(58), 및 계획부(59)를 갖고 있다.

이동 가능 영역 추출부(55)는 부분 지도마다 부분 지도에 포함되는 장해물 영역의 윤곽을 밍코프스키 합을 이용하여 자기의 반경만큼 확장해서 확장 장해물 영역을 작성하고, 상기 확장 장해물 영역을 제외한 영역을 장해물과 접촉하지 않고 이동할 수 있는 이동 가능 영역으로서 추출한다. 이어서, 이동 가능 영역 추출부(55)는 힐디치의 세선화법을 이용하여 추출한 이동 가능 영역을 세선화한다. 즉, 이동 가능 영역 추출부(55)는 특허청구범위에 기재된 추출 수단으로서 기능한다.

위상 지도 작성부(56)는 복수의 부분 지도마다 이동 가능 영역 추출부(55)에 의해 세선화된 이동 가능 영역의 분기점(노드)을 탐색하고, 분기점의 연결 관계를 나타내는 위상 지도를 작성한다. 즉, 위상 지도 작성부(56)는 특허청구범위에 기재된 위상 지도 작성 수단으로서 기능한다. 여기에서, 위상 지도는 분기점의 연결 관계와 연결되어 있는 분기점간의 거리만을 정보로서 갖는(즉, 좌표의 정보를 갖지 않는) 맵이다.

최단 경로 탐색부(57)는 위상 지도 작성부(56)에 의해 작성된 부분 지도마다의 위상 지도를 연결 포인트로 연결하고, 연결된 위상 지도 상에 있어서 A* 알고리즘(A스타 알고리즘)을 이용하여 스타트 지점과 골 지점을 연결하는 최단 경로를 탐색한다. 즉, 최단 경로 탐색부(57)는 특허청구범위에 기재된 탐색 수단으로서 기능한다.

분할부(58)는 최단 경로 탐색부(57)에 의해 탐색된 최단 경로를 복수의 부분 지도마다의 위상 지도로 분할한다. 즉, 분할부(58)는 특허청구범위에 기재된 분할 수단으로서 기능한다. 또한, 계획부(59)는 분할부(58)에 의해 분할된 부분 지도마다 위상 지도 상의 연결 포인트를 연결하는 이동 경로를 계획한다. 즉, 계획부(59)는 특허청구범위에 기재된 계획 수단으로서 기능한다.

주행 제어부(36)는 설치 모드 실행시에 조이스틱(21)[레버(22)]으로부터 입력되는 유도 제어(방향 지시) 신호에 따라서 자율 이동 장치(3)가 이동하도록(유도되도록) 전동 모터(12)를 구동한다. 한편, 주행 제어부(36)는 반송 모드 실행시에 장해물을 회피하면서 복수의 부분 지도에 걸쳐서 계획된 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 자율 이동시키도록 전동 모터(12)를 제어한다. 즉, 주행 제어부(36)는 특허청구범위에 기재된 제어 수단으로서 기능한다.

여기에서, 본 실시형태에서는 반송 모드 실행시에 장해물을 회피하면서 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 자율 이동시키는 제어 방법으로서 가상 포텐셜법을 채용했다. 이 가상 포텐셜법은 골 지점에 대한 가상적인 인력 포텐셜장과, 회피해야 할 장해물에 대한 가상적인 척력 포텐셜장을 작성해서 중합함으로써 장해물과의 접촉을 회피하면서 골 지점으로 향하는 방법이다. 보다 구체적으로는, 주행 제어부(36)는 우선 자기 위치에 의거하여 골 지점으로 향하기 위한 가상 인력을 계산한다. 한편, 장해물 회피 제어부(38)에 의해 자기 위치, 이동 속도, 및 장해물의 위치 및 속도에 의거하여 장해물을 회피하기 위한 가상 척력이 산출된다. 이어서, 주행 제어부(36)는 얻어진 가상 인력과, 가상 척력을 벡터 합성함으로써 가상 힘벡터를 계산한다. 그리고, 주행 제어부(36)는 얻어진 가상 힘벡터에 따라서 전동 모터(12)[옴니휠(13)]를 구동함으로써 장해물을 회피하면서 골 지점으로 이동하도록 자기의 주행을 컨트롤한다.

또한, 이동 중의 부분 지도로부터 다른 부분 지도로 옮길 때에는 스위칭부(6 0)에 의해서 연결부(53)에 의해 정해진 부분 지도의 연결 포인트간의 연결 관계에 의거하여 이동에 사용하는 부분 지도가 스위칭된다. 보다 구체적으로는, 스위칭부(60)는 다른 부분 지도로 옮길 때에 사용하는 좌표계를 이동 중의 부분 지도의 좌표계로부터 이행처의 부분 지도의 좌표계로 도 10의 식(2)로 나타내어지는 좌표 변환 매트릭스를 이용하여 스위칭한다. 즉, 스위칭부(60)는 특허청구범위에 기재된 스위칭 수단으로서 기능한다. 이것에 의해, 자율 이동 장치(3)는 복수의 부분 지도에 걸쳐서 자율 이동할 수 있게 된다.

이어서, 도 11~도 13을 이용하여 자율 이동 장치(3)의 동작에 대하여 설명한다. 도 11은 자율 이동 장치(3)에 의한 부분 지도 작성 처리(설치 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 12는 자율 이동 장치(3)에 의한 경로 계획 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 또한, 도 13은 자율 이동 장치(3)에 의한 자율 이동 처리(반송 모드)의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 11~도 13에 나타내어지는 각 처리는 주로 전자 제어 장치(50)에 의해 행하여지는 것이고, 유저로부터의 조작에 의해 기동되고, 실행된다.

우선, 도 11에 나타내어지는 부분 지도 작성 처리(설치 모드)의 처리 순서에 대하여 설명한다. 또한, 부분 지도 작성 처리를 개시하기 전에 사전 준비로서 유도 경로 상에 놓여진 가동물을 배제해 두는 것이 바람직하다. 또한, 자율 이동 장치(3)를 유도하면서 환경 지도를 작성하고 있을 때에는 이동체가 레이저 레인지 파인더(20)의 검지 범위에 들어가지 않도록 하는 것이 바람직하다.

스텝 S400에 있어서, 유저로부터의 부분 지도 작성 개시 지시가 접수되면 자율 이동 장치(3)가 유도되어서 이동을 개시한다. 이어지는 스텝 S402에서는 SLAM을 이용하여 부분 지도가 작성된다. 또한, 부분 지도의 작성 방법은 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어서, 스텝 S404에서는 조이스틱(21)[레버(22)]으로부터 입력되는 유도 제어(방향 지시) 신호(즉 유저의 조작)에 따라서 자율 이동 장치(3)가 유도되어서 이동한다.

이어서, 스텝 S406에서는 조이스틱(21)[등록 스위치(23)]으로부터 연결 포인트 등록 신호가 입력되었는지 여부에 대한 판단이 행하여진다. 여기에서, 연결 포인트 등록 신호가 입력되었을 경우에는 스텝 S408에 있어서 그 지점의 자기 위치가 부분 지도 상의 연결 포인트의 위치 좌표로서 등록된다. 한편, 연결 포인트 등록 신호가 입력되어 있지 않을 때에는 스텝 S410으로 처리가 이행한다.

스텝 S410에서는 필요로 되는 모든 부분 지도의 작성이 종료되고, 유저로부터의 부분 지도 작성 종료 지시가 접수되었는지 여부에 대한 판단이 행하여진다. 여기에서, 부분 지도 작성 종료 지시가 접수되어 있지 않은 경우에는 스텝 S402로 처리가 이행하고, 부분 지도 작성 종료 지시가 접수될 때까지 상술한 스텝 S402~스텝 S408의 처리가 반복하여 실행되어 복수의 부분 지도가 작성된다. 한편, 모든 부분 지도의 작성이 종료되고, 부분 지도 작성 종료 지시가 접수되었을 때에는 부분 지도 작성 처리(설치 모드)가 종료된다.

이어서, 도 12에 나타내어지는 경로 계획 처리의 처리 순서에 대하여 설명한다. 우선, 스텝 S500에서는 상술한 부분 지도 작성 처리에 의해 작성된 부분 지도가 판독되고(도 14 참조), 부분 지도마다 그 부분 지도에 포함되어 있는 장해물 영역의 윤곽이 자기의 반경만큼 확장되어 확장 장해물 영역이 생성된다.

이어지는 스텝 S502에서는 부분 지도로부터 스텝 S500에서 생성된 확장 장해물 영역을 제외한 영역이 장해물과 접촉하지 않고 이동할 수 있는 이동 가능 영역으로서 추출된다. 이어서, 스텝 S504에서는 추출된 이동 가능 영역의 세선화 처리가 행하여진다(도 15 참조).

이어서, 스텝 S506에서는 부분 지도마다 세선화된 이동 가능 영역의 분기점(노드) 탐색이 실행된다(도 16 참조). 이어서, 스텝 S508에서는 부분 지도마다 스텝 S506에서 탐색된 분기점의 연결 관계, 및 연결되어 있는 분기점간의 거리를 나타내는 위상 지도가 작성된다(도 17 참조). 이어서, 스텝 S510에서는 스텝 S508에서 작성된 부분 지도마다의 위상 지도가 선택된 연결 포인트에 의해 연결된다(도 18 참조).

이어지는 스텝 S512에서는 유저로부터 부여된 스타트 지점과 골 지점을 기점으로 해서, 예를 들면 A* 알고리즘을 이용하여 위상 지도 상의 어느 분기점을 통과하면 최소 비용(최단 경로)이 되는지가 구해진다(도 19 참조). 이어서, 스텝 S514에서는 스텝 S512에서 탐색된 최단 경로가 부분 지도마다의 위상 지도로 다시 분할된다(도 20 참조). 그리고, 이어지는 스텝 S516에 있어서 스텝 S514에서 분할된 부분 지도마다 위상 지도에 포함되는 연결 포인트를 연결하는 이동 경로 및 서브 골이 결정되고, 서브 골 점열(좌표열)로 나타내어진 경로 정보가 취득된다(도 21 참조).

이어서, 도 13에 나타내어지는 자율 이동 처리(반송 모드)의 처리 순서에 대하여 설명한다. 우선, 스텝 S600에서는 자기 위치 추정이 행하여진다. 즉, 인코더(16)로부터 판독된 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 따라서 산출된 자기의 이동량을 고려하여 국소 지도와 부분 지도가 대조되고, 그 결과에 의거하여 자기 위치가 추정된다.

이어서, 스텝 S602에서는 자율 이동 제어가 실행되고, 장해물을 회피하면서 상술한 경로 계획 처리에서 계획된 부분 지도마다의 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 부분 지도에 걸쳐서 자율 이동시키도록 전동 모터(12)가 제어된다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는 장해물을 회피하면서 이동 경로를 따라 자기를 골 지점까지 이동시키는 제어 방법으로서 가상 포텐셜법을 채용했다. 또한, 가상 포텐셜법에 대해서는 상술한 바와 같으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어지는 스텝 S604에서는 부분 지도의 연결 포인트 근방, 즉 부분 지도의 스위칭 영역에 도달했는지 여부에 대한 판단이 행하여진다. 보다 상세하게는, 자기를 중심으로 하는 소정 반경(예를 들면 구체적으로는 2m이고, 센싱의 유효 범위로부터 결정되는 거리가 바람직하다)의 원과, 연결 포인트를 중심으로 하는 소정 반경(예를 들면 구체적으로는 2m이고, 주행시에 출력되는 최고 속도로부터 역산된 충분히 지도를 스위칭할 수 있는 거리가 바람직하다)의 원이 겹쳐져 있는지 여부에 의해 부분 지도의 스위칭 영역에 도달했는지 여부가 판단된다. 여기에서, 부분 지도의 스위칭 영역에 도달하지 않은 경우(즉 원끼리가 겹쳐져 있지 않은 경우)에는 스텝 S608로 처리가 이행한다. 한편, 부분 지도의 스위칭 영역에 도달하고 있을 때(즉 원끼리가 겹쳐져 있을 때)에는 스텝 S606으로 처리가 이행한다.

스텝 S606에서는 사용되는 좌표계가 이동 중의 부분 지도의 좌표계로부터 이행처의 부분 지도의 좌표계로, 상술한 좌표 변환 매트릭스[도 10의 식(2) 참조]에 의해 스위칭되는 처리를 수반하여 사용되는 부분 지도의 스위칭이 행하여진다. 그 후, 스텝 S608로 처리가 이행한다. 또한, 원활하게 주행하기 위해서 현재 위치로부터 앞의 복수의 서브 골에 의거하여 축차적으로 설정되는 타깃을 목표로 해서 자율 이동 장치(3)의 이동 제어가 행하여질 경우에는, 연결 포인트 근방의 서브 골 점열을 이동 중의 부분 지도와 이행처의 부분 지도 양쪽에서 갖는 중복 구간이 설정됨과 아울러 주행 중에 연결 포인트 근방에서 경계선이 설정되고, 그 경계선을 자기가 걸쳤을 때에 지도가 스위칭된다.

스텝 S608에서는 복수의 부분 지도에 걸쳐서 자기가 골 지점에 도착했는지 여부에 대한 판단이 행하여진다. 여기에서, 자기가 골 지점에 도착하지 않은 경우에는 스텝 S600으로 처리가 이행하고, 골 지점에 도착할 때까지 상술한 스텝 S600~S606의 처리가 반복하여 실행된다. 한편, 자기가 골 지점에 도착했을 때에는 자율 이동 처리(반송 모드)가 종료한다.

본 실시형태에 의하면, 독립된 복수의 부분 지도가 작성됨과 아울러 부분 지도 작성시에 연결 포인트가 설정된다. 그리고, 부분 지도끼리를 연결하는 연결 포인트가 선택되고, 연결 포인트간의 연결 관계가 정해진다. 따라서, 이동 환경 전체의 환경 지도를 독립된 부분 지도로 분할함으로써 오차의 누적을 억제할 수 있기 때문에 오차의 누적에 의한 환경 지도의 부정합을 해소할 수 있게 된다. 또한, 각 부분 지도에는 부분 지도에 포함되는 연결 포인트간의 연결 관계가 정해져 있기 때문에 이 연결 관계에 따라서 다른 부분 지도로 옮길 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면 이동 환경 전체의 환경 지도가 부분 지도로 분할되어서 관리되기 때문에, 이동 영역의 부분적인 레이아웃 변경이 있었을 경우에 레이아웃이 변경이 된 부분 지도만을 다시 작성함과 아울러 다시 작성된 부분 지도만을 교체할 수 있다. 따라서, 이동 영역의 부분적인 레이아웃 변경에 유연하게 대응할 수 있게 된다.

본 실시형태에 의하면, 부분 지도마다 세선화된 이동 가능 영역의 분기점(노드)의 연결 관계가 위상 지도로 표현됨과 아울러 부분 지도마다 작성된 위상 지도가 연결됨으로써 이동 영역 전체가 1장의 위상 지도로 표현된다. 여기에서, 위상 지도는 분기점의 연결 관계와 연결되어 있는 분기점간의 거리만을 정보로서 갖는(즉, 좌표의 정보를 갖지 않는) 맵이기 때문에 연결했다고 하여도 계측 오차에 의한 변형의 영향을 받을 일이 없다. 그리고, 연결된 위상 지도를 이용하여 최단 경로 검색이 실행된 후에 다시 위상 지도가 부분 지도마다 분할되고, 검색된 최단 경로에 따라서 이동 경로가 계획된다. 그 결과, 복수의 부분 지도에 걸치는 최단 이동 경로를 계획할 수 있게 된다.

본 실시형태에 의하면, 복수의 부분 지도에 걸쳐지는 이동 경로를 따라 자율 이동할 때에 이동 중의 부분 지도로부터 다른 부분 지도로 옮길 때에 부분 지도간의 연결 관계에 의거하여 부분 지도가 스위칭된다. 따라서, 복수의 부분 지도에 걸쳐서 목적지(골 지점)까지 자율 이동할 수 있게 된다.

본 실시형태에 의하면, 다른 부분 지도로 옮길 때에 이동 중의 부분 지도의 좌표계로부터 이행처의 부분 지도의 좌표계로 좌표계가 스위칭된다. 따라서, 이동 중의 부분 지도로부터 이행처의 부분 지도로 옮길 수 있게 된다.

본 실시형태에서는 이동 경로를 계획할 때에 유저에 의해 설정된 연결 포인트를 그대로 이용했지만, 자율 이동 장치(3)가 설정된 연결 포인트의 위치를 최적화하는 연결 포인트 최적화부(연결 포인트 최적화 수단)를 더 구비하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 상술한 스텝 S504와 스텝 S506 사이에서 다음에 설명하는 연결 포인트 최적화 처리(스텝 S505)가 실행된다. 여기에서, 도 22를 참조하면서 연결 포인트의 최적화 처리에 대하여 설명한다. 또한, 도 22에 있어서 「A」는 유저 입력 등으로 미리 준비된 연결 포인트, 「B」는 최적화된 연결 포인트, 「S」는 스타트 지점, 「G」는 골 지점, 「L1」은 연결 포인트 A를 통과하는 가상의 이동 경로, 「L2」는 최적 이동 경로, 「R1~R8」은 각 맵의 영역선, 「P1~P4」는 중복 영역의 영역선을 나타낸다.

스텝 S505에서는 다음의 순서를 따라 연결 포인트 B가 구해진다.

(1) 부분 지도 2를 부분 지도 1의 좌표계로 변환하고, 부분 지도 1+부분 지도 2의 임시 맵을 준비한다.

(2) 임시 맵 상에서 연결 포인트 A를 통과하는 가상의 이동 경로(L1)를 산출한다.

(3) 최적화 방법(공지의 방법, 또는 예를 들면 일본 특허출원 2008-231519에 기재되어 있는 직선화 방법, 평활화 방법)으로 최적 경로(L2)를 결정한다.

(4) 최적 경로(L2) 상에서 부분 지도 1과 부분 지도 2의 중복 영역으로 연결 포인트를 바꿔 놓고, 이것을 연결 포인트(B)라고 한다.

여기에서, 연결 포인트(B)의 결정 알고리즘에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 연결 포인트(B)는 최적 경로(L2)와 영역선(R6)의 교점(Bs)을 스타트, 최적 경로(L2)와 영역선(R4)의 교점(Be)을 엔드로 해서 교점(Bs)~교점(Be) 사이에서 소정 스텝 단위로 이하의 순서를 반복함으로써 결정된다.

(5) n회째의 스텝으로서 연결 포인트 후보 B(n)을 통과하고 영역선(R1)에 평행한 직선을 긋고, 이 직선과 각 영역선(R1~R8)의 교점을 구하고, 각 교점과 B(n)을 연결하는 선분의 길이를 구하고, 이들 선분 중 최소의 선분 값을 홀드한다.

(6) 영역선(R2~R8)에 대하여 상기 (5)의 처리를 행하고, 8개의 최소값 중에서 가장 작은 값 h(n)을 홀드한다.

(7) n+1회째의 스텝으로 옮겨 다음의 연결 포인트 후보 B(n+1)에 대하여 상기 (5)(6)의 처리를 행하고, 선분의 최소값 h(n+1)을 홀드한다.

(8) h(n)과 h(n+1)을 비교하여 값이 큰 쪽을 h(n+1)로 수정하여 홀드한다.

(9) 상기 (5)~(8) 처리를 Bs~Be까지 소정 스텝마다 반복함으로써 중복 영역의 영역선(P1~P4)의 각각에 대하여 전체적으로 떨어진 점 B(n)을 산출하고, 이것을 새로운 연결 포인트(B)로 한다. 이상의 처리에 의해, 중복 영역의 각 영역선(P1~P4)의 각각에 대하여 전체적으로 떨어져 있는 최적 경로(L2) 상의 (최적화된)연결 포인트(B)를 구할 수 있다. 또한, 연결 포인트가 치환된 후에는 이 최적화된 연결 포인트를 이용하여 상술한 스텝 S506 이후의 처리가 실행된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니고 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 실시형태에서는 자율 이동 장치(3)를 원격 조작하기 위한 입력 장치로서 조이스틱(21)을 사용했지만, 자율 이동 장치(3)를 유도함과 아울러 연결 포인트를 등록할 수 있으면 되고, 다른 형식의 리모트 콘트롤러 등을 이용해도 된다.

본 실시형태에서는 유저의 조작에 의거하여 부분 지도의 작성(연결 포인트의 설정, 선택)을 행했지만, 부분 지도의 작성을 자동적으로 행하는 구성으로 할 수도 있다. 예를 들면, 부분 지도를 작성할 때에, 예를 들면 자율 이동 장치의 이동 거리, 부분 지도의 면적, 및/또는 센서 입력(예를 들면 연결 포인트 부근에 설치한 마커를 카메라로 검출했을 경우) 등을 트리거로 해서 자동적으로 다음 신규 부분 지도를 작성하도록 해도 된다. 여기에서, 트리거를 가하기 위한 자율 이동 장치의 이동 거리나 부분 지도의 면적 등의 임계값은 자율 이동 장치의 센서계가 갖는 지도 작성시의 누적 오차의 정도에 따라서 결정할 수 있다. 또한, 자동적으로 다음 신규 부분 지도를 작성할 경우에는 기성 부분 지도에 있어서의 현재의 위치 자세와 신규 부분 지도에 있어서의 원점의 위치 자세를 연결 포인트로서 설정하고, 그 2점을 1세트로 해서 선택하여 지도 스위칭에 사용할 수 있다.

본 실시형태에서는 표시부(25)와 조작 입력부(26)가 일체로 된 터치스크린(24)을 사용했지만, 표시 수단으로서 통상의 디스플레이를 사용함과 아울러 조작 입력 수단으로서 키보드, 마우스 등을 사용하는 구성으로 해도 된다.

본 실시형태에서는 레이저 레인지 파인더(20)를 이용하여 장해물과의 거리를 측정했지만, 레이저 레인지 파인더 대신에 또는 추가하여, 예를 들면 스테레오 카메라, 초음파 센서 등을 사용하는 구성으로 해도 된다.

본 실시형태에서는 차륜으로서 전방위로 이동 가능한 옴니휠(13)을 채용했지만, 통상의 차륜(조타륜 및 구동륜)을 사용하는 구성으로 해도 된다.

1, 2, 3 : 자율 이동 장치 10 : 본체
12 : 전동 모터 13 : 옴니휠
14 : 휠 15 : 프리롤러
16 : 인코더 20 : 레이저 레인지 파인더
21 : 조이스틱 22 : 레버
23 : 등록 스위치 24 : 터치스크린
25 : 표시부 26 : 조작 입력부
30, 40, 50 : 전자 제어 장치 31 : 국소 지도 작성부
32, 43 : 자기 위치 추정부 33 : 환경 지도 작성부
34, 44, 52 : 기억부 35, 54 : 경로 계획부
36 : 주행 제어부 37 : 센서 정보 취득부
38 : 장해물 회피 제어부 41 : 차분 지도 작성부
42 : 동적 환경 지도 작성부 51 : 부분 지도 작성부
53 : 연결부 55 : 이동 가능 영역 추출부
56 : 위상 지도 작성부 57 : 최단 경로 탐색부
58 : 분할부 59 : 계획부
60 : 스위칭부

Claims (4)

1. 주위에 존재하는 물체의 위치 정보를 취득하는 취득 수단;
   상기 취득 수단에 의해 취득된 상기 물체의 위치 정보에 의거하여 이동 영역의 환경 지도를 구성하는 복수의 부분 지도를, 각 부분 지도의 적어도 일부의 영역이 적어도 하나의 다른 부분 지도와 중첩하도록 작성하는 작성 수단;
   상기 작성 수단에 의해 상기 복수의 부분 지도가 작성되었을 때에 상기 복수의 부분 지도를 연결하는 연결점을 상기 중첩하는 영역에 설정하는 설정 수단;
   상기 설정 수단에 의해 설정된 연결점 중에서 서로 연결하는 부분 지도 각각의 연결점을 선택하는 선택 수단; 및
   상기 선택 수단에 의해 선택된 상기 부분 지도의 연결점간의 연결 관계를 정하는 연결 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 작성 수단에 의해 작성된 상기 복수의 부분 지도 각각에 대해서 이동 가능 영역을 추출해서 세선화하는 추출 수단;
   상기 복수의 부분 지도마다 상기 추출 수단에 의해 세선화된 이동 가능 영역의 분기점을 탐색하고, 상기 분기점의 연결 관계를 나타내는 위상 지도를 작성하는 위상 지도 작성 수단;
   상기 위상 지도 작성 수단에 의해 작성된 부분 지도마다의 위상 지도를 상기 선택 수단에 의해 선택된 연결점으로 연결하고, 연결된 위상 지도에 의한 최단 경로를 탐색하는 탐색 수단;
   상기 탐색 수단에 의해 탐색된 최단 경로를 상기 복수의 부분 지도마다의 위상 지도로 분할하는 분할 수단; 및
   상기 분할 수단에 의해 분할된 부분 지도마다 위상 지도에 포함되는 연결점을 연결하는 이동 경로를 계획하는 계획 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   자기를 이동시키는 이동 수단;
   상기 계획 수단에 의해 상기 복수의 부분 지도마다 계획된 이동 경로를 따라 자율적으로 이동하도록 상기 이동 수단을 제어하는 제어 수단과; 및
   이동 중의 부분 지도로부터 다른 부분 지도로 옮길 때에 상기 연결 수단에 의해 정해진 부분 지도의 연결점간의 연결 관계에 의거하여 이동에 사용하는 부분 지도를 이행처의 부분 지도로 스위칭하는 스위칭 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 스위칭 수단은 다른 부분 지도로 옮길 때에 사용하는 좌표계를 이동 중의 부분 지도의 좌표계로부터 이행처의 부분 지도의 좌표계로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.

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