KR101420201B1 - 자율 이동 장치 - Google Patents

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Abstract

장애물이 존재하지 않아도 진입을 회피해야 할 영역을 자율적으로 회피해서 이동하는 것이 가능한 자율 이동 장치를 제공한다.
자율 이동 장치(1)는 주위의 장애물 정보를 취득하는 레이저 레인지 파인더(13)와, 장애물이 존재하는 장애물 영역(31)을 나타내는 환경 지도(211), 및 진입을 금지하는 진입 금지 영역(33)을 나타내는 진입 금지 영역 지도(212)를 기억하는 기억부(21)와, 레이저 레인지 파인더(13)에 의해 취득된 장애물 정보와 환경 지도(211)를 이용하여 자기 위치를 추정하는 자기 위치 추정부(25)와, 추정된 자기 위치, 환경 지도(211), 및 진입 금지 영역 지도(212)에 의거하여 장애물 영역(31) 및 진입 금지 영역(33)을 회피해서 목적지까지 자율 이동하도록 제어하는 이동 제어부(28)를 구비한다.

Description

자율 이동 장치{AUTONOMOUS MOBILE DEVICE}
본 발명은 목적지까지 자율적으로 이동하는 자율 이동 장치에 관한 것이다.
종래부터, 벽 등의 장애물의 형상을 나타내는 지도 정보와 거리 센서에 의해 측정한 자기(自機)로부터 장애물까지의 수평거리를 이용하여 장애물을 회피하면서 목적지까지 자율적으로 이동하는 자율 이동 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2005-157625호 공보
그런데, 자율 이동 장치가 진입을 회피해야 할 영역은 장애물이 존재하는 영역에만 한정되지 않을 경우가 있다. 예를 들면, 병원 등의 환경에 있어서는 자율 이동 장치가 진입을 회피해야 할 영역으로서 자율 이동 장치가 이동할 수 없는 계단 등의 단차가 있는 영역, 환자의 처치실 등 이동하면 위험한 영역 등이 있다. 이 경우, 장애물이 존재하지 않는 영역이여도 자율 이동 장치의 진입을 회피하도록 제어할 필요가 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 자율 이동 장치에서는 장애물이 없으면 상기의 진입을 회피해야 할 영역을 검출할 수 없다. 이 때문에, 장애물은 존재하지 않지만 진입을 회피해야 할 영역을 자율적으로 회피해서 이동할 수 없다.
본 발명은 상기 문제점을 제거하기 위하여 이루어진 것으로서, 장애물이 존재하지 않아도 진입을 회피해야 할 영역을 자율적으로 회피해서 이동하는 것이 가능한 자율 이동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 자율 이동 장치는 주위의 장애물 정보를 취득하는 장애물 센서와, 장애물이 존재하는 장애물 영역을 나타내는 환경 지도 및 진입을 금지하는 진입 금지 영역을 나타내는 진입 금지 영역 지도를 기억하는 기억 수단과, 장애물 센서에 의해 취득된 장애물 정보와 환경 지도를 이용하여 자기 위치를 추정하는 추정 수단과, 추정 수단에 의해 추정된 자기 위치, 환경 지도, 및 진입 금지 영역 지도에 의거하여 자율 이동을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면, 장애물 영역을 나타내는 환경 지도에 추가해서 자율 이동 장치의 진입을 금지하는 진입 금지 영역을 나타내는 진입 금지 영역 지도가 기억 수단에 의해 기억된다. 그리고, 환경 지도와 취득한 장애물 정보에 의거하여 환경 지도 상의 자기 위치가 추정 수단에 의해 추정된다. 이에 따라, 장애물 센서에 의해 취득된 장애물 정보와 환경 지도에 의거하여 진입 금지 영역의 영향을 받지 않고 환경 지도 상의 자기 위치를 추정할 수 있다. 따라서, 자기 위치 추정의 잘못을 억제할 수 있다. 또한 추정된 자기 위치, 환경 지도, 및 진입 금지 영역 지도에 의거하여 자율 이동이 제어 수단에 의해 제어된다. 이에 따라 자기 위치를 추정하면서 장애물 영역 및 진입 금지 영역을 회피해서 이동할 수 있다. 즉, 장애물이 존재하지 않아도 진입을 회피해야 할 영역을 자율적으로 회피해서 이동하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 진입 금지 영역을 설정하기 위한 조작을 접수하는 접수 수단을 구비하고, 기억 수단은 접수 수단에 의해 접수된 조작에 의거하여 설정된 진입 금지 영역 지도를 기억하는 것이 바람직하다. 이 경우, 진입 금지 영역을 사용자가 임의로 설정할 수 있다.
본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 환경 지도와 진입 금지 영역 지도를 합성한 합성 지도를 생성하는 합성 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 이 합성 수단은 환경 지도와 진입 금지 영역 지도의 서로 대응하는 픽셀마다 환경 지도에 의해 나타내어지는 장애물 영역과 진입 금지 영역 지도에 의해 나타내어지는 진입 금지 영역 쌍방이 반영된 합성 지도를 생성하는 것이 바람직하다. 또한, 합성 수단에 의해 생성된 합성 지도를 이용하여 목적지까지의 경로를 계획하는 계획 수단을 더 구비하고, 제어 수단은 계획 수단에 의해 계획된 경로에 의거하여 자율 이동을 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우, 계획 수단은 합성 지도에 의거하여 경로를 계획하므로 장애물 영역과 진입 금지 영역 쌍방의 영역을 회피하도록 경로를 계획할 수 있다.
본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 추정 수단에 의해 추정된 자기 위치와 합성 수단에 의해 생성된 합성 지도를 이용하여 장애물 영역 및 진입 금지 영역에 의거한 회피 정보를 산출하는 산출 수단을 더 구비하고, 제어 수단은 산출 수단에 의해 산출된 회피 정보와 장애물 센서에 의해 취득된 장애물 정보를 이용하여 장애물을 회피하는 제어를 행하는 것이 바람직하다.
이 경우, 합성 지도에 있어서의 장애물 영역에 의거한 회피 정보와 진입 금지 영역에 의거한 회피 정보가 자기 위치를 기준으로 해서 산출된다. 이에 따라, 장애물 센서에 의해 장애물 정보를 취득할 수 없을 경우이여도 장애물 영역에 의거한 회피 정보를 취득할 수 있다. 이에 따라, 장애물을 회피하는 제어를 보다 확실하게 행할 수 있다. 또한 진입 금지 영역의 회피 정보가 산출되어 산출된 회피 정보를 이용하여 장애물을 회피하는 제어가 행하여진다. 이에 따라, 장애물 영역과 동일하도록 진입 금지 영역을 회피해야 할 영역으로 간주해서 진입 금지 영역을 회피하는 제어를 행할 수 있다.
본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 산출 수단이 장애물 센서에 의한 장애물 정보의 출력 형식과 호환성이 있는 회피 정보를 산출함으로써 가상적인 센서 출력을 생성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 산출 수단에 의한 회피 정보를 장애물 센서에 의한 장애물 정보와 동일한 알고리즘을 이용하여 정보 처리할 수 있다.
본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 장애물 센서에 의한 장애물 정보와 산출 수단에 의한 회피 정보를 통합하는 통합 수단을 더 구비하고, 제어 수단은 통합 수단에 의해 통합된 장애물 정보 및 회피 정보를 이용하여 장애물을 회피하는 제어를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 장애물 센서의 수가 변경되는 경우에도 통합된 장애물 정보가 제어 수단에 입력되므로 제어 수단에 있어서의 소프트웨어의 변경을 최소한으로 억제할 수 있다.
본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 장애물 센서가 레이저 레인지 파인더(laser range finder)인 것이 바람직하다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면, 장애물이 존재하지 않아도 진입을 회피해야 할 영역을 자율적으로 회피해서 이동하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 실시형태에 의한 자율 이동 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 자율 이동 장치가 구비하는 전자 제어 장치의 기능적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a는 자율 이동 장치가 사용하는 환경 지도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3b는 자율 이동 장치가 사용하는 진입 금지 영역 지도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3c는 자율 이동 장치가 사용하는 합성 지도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4a는 자율 이동 장치가 구비하는 자기 위치 추정부에 의해 자기 위치를 추정하는 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 자율 이동 장치가 구비하는 자기 위치 추정부에 의해 자기 위치를 추정하는 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 자율 이동 장치가 구비하는 지도 센서에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 자율 이동 장치가 사용하는 장애물 정보의 예를 나타내는 표이다.
도 7a는 자율 이동 장치가 구비하는 레이저 레인지 파인더에 의한 실제의 장애물 정보와 지도 센서에 의한 가상적인 장애물 정보에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 자율 이동 장치가 구비하는 레이저 레인지 파인더에 의한 실제의 장애물 정보와 지도 센서에 의한 가상적인 장애물 정보에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 자율 이동 장치에 의한 장애물 회피 제어의 처리 순서를 나타내는 플로우챠트이다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
우선, 도 1을 참조하여 본 실시형태에 의한 자율 이동 장치(1)의 구성에 관하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 의한 자율 이동 장치(1)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 자율 이동 장치(1)는 사람 및 물건 등의 장애물 및 설정된 진입 금지 영역을 회피하여 목적지까지 자율적으로 이동하는 장치이다.
이 자율 이동 장치(1)는 금속으로 형성된 중공 원기둥 형상의 본체(10)와, 본체(10)의 하측에 설치된 4개의 옴니 휠(omni wheel)(11)과, 옴니 휠(11)을 구동하는 4개의 전동 모터(12)를 구비하고 있다. 자율 이동 장치(1)는 4개의 옴니 휠(11) 각각의 회전 방향 및 회전 속도를 각 전동 모터(12)에 의해 개별적으로 조절함으로써 이동면에 있어서의 임의의 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 자율 이동 장치(1)는 레이저 레인지 파인더(13), 스테레오 카메라(14), 터치 스크린(15), 및 전자 제어 장치(20)를 구비하고 있다.
레이저 레인지 파인더(13)는 자기 주위의 장애물 정보를 취득하는 센서이며, 특허 청구 범위에 기재된 장애물 센서로서 기능한다. 레이저 레인지 파인더(13)는 본체(10)의 정면에 부착되고, 부채꼴 또한 수평 방향으로 레이저를 출사하고, 각 출사 각도에 대해서 장애물에 의해 반사된 반사파의 전파 시간을 계측한다. 출사 각도 및 반사파의 전파 시간으로부터 산출되는 거리가 레이저 레인지 파인더(13)로부터 출력되는 장애물 정보이다.
스테레오 카메라(14)는 스테레오 화상을 사용한 삼각측량의 원리에 의거하여 자기로부터 장애물까지의 거리 및 각도를 산출한다. 이 거리 및 각도가 스테레오 카메라(14)로부터 출력되는 장애물 정보이다. 터치 스크린(15)은 액정 디스플레이, 및 터치 패널로 구성된 입력장치이다. 사용자가 액정 디스플레이에 표시된 정보에 대하여 터치 조작을 행하면 터치 패널이 터치 조작을 검출하여 사용자의 조작이 접수된다.
전자 제어 장치(20)는 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)로부터 출력되는 장애물 정보를 입력하고, 자율 이동의 제어를 행한다. 이 때문에, 전자 제어 장치(20)는 연산을 행하는 마이크로 프로세서, 마이크로 프로세서에 각 처리를 실행시키기 위한 프로그램 등을 기억하는 ROM, 연산 결과 등의 각종 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM, 및 그 기억 내용이 유지되는 백업 RAM이나 하드디스크 등으로 구성되어 있다.
도 2를 참조하여 상술한 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 실현되는 전자 제어 장치(20)의 기능적인 구성 요소에 관하여 설명한다. 도 2는 전자 제어 장치(20)의 기능적인 구성을 나타내는 블록도이다. 전자 제어 장치(20)는 기억부(21), 설정부(22), 합성부(23), 경로 계획부(24), 자기 위치 추정부(25), 지도 센서(26), 센서 데이터 통합부(27), 및 이동 제어부(28)를 구비한다.
기억부(21)는 백업 RAM 등으로 구성되며, 환경 지도(211) 및 진입 금지 영역 지도(212)를 기억하고 있다. 즉, 기억부(21)는 특허 청구 범위에 기재된 기억 수단으로서 기능한다. 환경 지도(211)와 진입 금지 영역 지도(212)는 한쪽의 변경이 다른쪽에 영향을 주지 않도록 다른 레이어에 기억되어 있다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 환경 지도(211)는 장애물이 존재하는 장애물 영역(31)을 나타내는 지도이다. 도 3a에 있어서 백색의 영역은 장애물이 존재하는 장애물 영역(31)을 나타내고, 회색의 영역은 장애물이 존재하지 않는 영역(32)을 나타내고 있다. 환경 지도(211)에 나타내어지는 장애물 영역(31)은 움직이지 않는 정적인 장애물이 존재하는 영역이며, 예를 들면 벽이나 가구 등이 차지하는 영역이다. 이 장애물 영역(31)은 레이저 레인지 파인더(13) 및/또는 스테레오 카메라(14)에 의해 미리 검출된 것이다. 또한, 장애물 영역(31)은 자율 이동 장치(1)가 이동하는 건물의 CAD 데이터 등에 벽이나 가구 등의 데이터를 부가함으로써도 작성할 수 있다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 진입 금지 영역 지도(212)는 진입 금지 영역(33)을 나타내는 지도이다. 도 3b에 있어서 엷은 회색의 영역이 진입 금지 영역(33)을 나타내고, 짙은 회색의 영역은 진입 금지 영역 이외의 영역(34)을 나타내고 있다. 진입 금지 영역(33)은 자율 이동 장치(1)의 진입을 금지하기 위해서 설정되는 영역이다. 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)는 진입 금지 영역(33) 내의 장애물을 감지할 수 있어도 진입 금지 영역(33) 그 자체를 감지할 수는 없다.
진입 금지 영역(33)은 사용자가 임의로 설정할 수 있다. 예를 들면, 자율 이동 장치(1)를 이동할 수 없는 계단 또는 단차 등의 바로앞에 진입 금지 영역(33)이 설정됨으로써 자율 이동 장치(1)가 계단이나 단차에는 진입하지 않도록 할 수 있다. 또한, 예를 들면 병원의 처치실 등 자율 이동 장치(1)가 이동하면 위험한 영역 등을 진입 금지 영역(33)으로 설정할 수 있다. 또한, 장애물이 존재하지만 레이저 레인지 파인더(13) 또는 스테레오 카메라(14)에 의해 감지될 수 없는 영역, 감지하기 어려운 영역이 진입 금지 영역(33)으로서 설정되어도 좋다.
이 진입 금지 영역(33)은 사용자가 터치 스크린(15)을 통해서 임의로 설정할 수 있다. 구체적으로는 사용자가 터치 스크린(15)에 의해 표시된 환경 지도(211) 상에 있어서 터치 조작에 의해 진입 금지 영역을 지정하면 터치 스크린(15)은 사용자의 터치 조작을 접수한다. 즉, 터치 스크린(15)은 특허 청구 범위에 기재된 접수 수단으로서 기능한다. 터치 스크린(15)은 접수한 터치 조작의 정보를 설정부(22)에 출력한다.
설정부(22)는 터치 스크린(15)으로부터 출력된 터치 조작에 의거하여 지정된 진입 금지 영역을 진입 금지 영역 지도(212) 상에 설정하고, 설정 후의 진입 금지 영역 지도(212)의 정보를 기억부(21)에 출력한다. 이에 따라, 사용자에 의해 임의로 설정된 진입 금지 영역이 기억부(21) 내의 진입 금지 영역 지도(212)에 반영된다.
합성부(23)는 환경 지도(211)와 진입 금지 영역 지도(212)를 합성해서 합성 지도(213)를 생성한다. 즉, 합성부(23)는 특허 청구 범위에 기재된 합성 수단으로서 기능한다. 도 3c에 나타낸 바와 같이, 합성 지도(213)에는 환경 지도(211)와 진입 금지 영역 지도(212)의 서로 대응하는 픽셀마다 환경 지도(211)에 의해 나타내어지는 장애물 영역(31)과 진입 금지 영역 지도(212)에 의해 나타내어지는 진입 금지 영역(33) 쌍방이 반영되어 있다. 본 실시형태에 있어서 픽셀이란 도 3a∼도 3c에 있어서의 그리드에 의해 분할된 직사각형의 각 영역을 말한다.
도 3c에 있어서 백색의 영역(35)은 환경 지도(211)의 장애물 영역(31)이 반영되어 있다. 엷은 회색의 영역(36)은 진입 금지 영역 지도(212)의 진입 금지 영역(33)이 반영되어 있다. 짙은 회색의 영역(37)은 장애물 영역(31) 및 진입 금지 영역(33) 이외의 영역이다.
경로 계획부(24)는 합성부(23)에 의해 생성된 합성 지도(213)를 사용하여 목적지까지의 경로를 계획한다. 즉, 경로 계획부(24)는 특허 청구 범위에 기재된 계획 수단으로서 기능한다. 경로 계획부(24)는 합성 지도(213)를 사용함으로써 환경 지도(211)에 포함되는 장애물 영역(31)과 진입 금지 영역 지도(212)에 포함되는 진입 금지 영역(33) 쌍방을 회피해서 이동하도록 경로를 계획한다.
자기 위치 추정부(25)는 레이저 레인지 파인더(13)로부터 출력된 장애물 정보와 환경 지도(211)를 이용하여 자기 위치를 추정한다. 즉, 자기 위치 추정부(25)는 특허 청구 범위에 기재된 추정 수단으로서 기능한다. 여기서, 도 4a, 도 4b를 참조하여 자기 위치를 추정하는 방법에 관하여 설명한다. 또한, 도 4a, 도 4b는 자기 위치 추정부(25)에 의해 자기 위치를 추정하는 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 4a에 있어서의 5개의 화살표가 레이저 레인지 파인더(13)로부터 출력되는 5개의 장애물 정보(41)에 해당된다. 장애물 정보(41)를 나타내는 화살표는 장애물 정보(41)에 포함되는 출사 각도 및 거리를 나타내고 있다. 자기 위치 추정부(25)는 환경 지도(211) 상에서 장애물 영역(31)과, 레이저 레인지 파인더(13)로부터 출력된 장애물 정보(41)의 일치도가 높은 좌표를 탐색하여 가장 일치도가 높은 좌표를 자기 위치로 추정한다.
도 4b에 나타낸 바와 같이, 자기 위치 후보(1)와 자기 위치 후보(2)를 비교하면 장애물 영역(31)과 장애물 정보(41)의 일치도는 자기 위치 후보(2)쪽이 높다. 이 경우, 자기 위치 후보(2)가 자기 위치로 추정된다. 또한 자기 위치 추정부(25)는 환경 지도(211)에 있어서의 자기의 방향을 추정한다. 자기 위치 추정부(25)는, 예를 들면 옴니 휠(11)의 회전량, 장애물 정보(41)에 포함되는 각 출사 각도의 정보 등으로부터 자기의 방향을 추정한다.
또한, 자기 위치를 추정할 때에는 합성 지도(213)를 사용하지 않고 환경 지도(211)를 사용한다. 합성 지도(213)를 사용해서 자기 위치를 추정하면 레이저 레인지 파인더(13)로 감지 가능한 장애물 영역(31)과 레이저 레인지 파인더(13)로 감지 불가능한 진입 금지 영역(33)의 식별을 할 수 없으므로 자기 위치의 추정을 잘못할 가능성이 높아지기 때문이다.
상술한 바와 같이, 자율 이동 장치(1)에서는 자기 위치를 추정할 때에 환경 지도(211)가 사용된다. 한편, 목적지까지의 경로를 계획할 때에는 환경 지도(211)와 진입 금지 지도(212)를 합성한 합성 지도(213)가 사용된다. 이 때문에, 자율 이동 장치(1)에서는 기억부(21)가 환경 지도(211)와 진입 금지 영역 지도(212)를 다른 레이어로 기억하고, 합성부(23)가 환경 지도(211)와 진입 금지 영역 지도(212)를 합성한 합성 지도(213)를 생성한다.
지도 센서(26)는 추정된 자기 위치와 합성 지도(213)를 이용하여 장애물 영역(31) 및 진입 금지 영역(33)에 대응하는 가상적인 장애물 정보를 산출한다. 가상적인 장애물 정보란 합성 지도(213)에 있어서의 장애물 영역(31)과 진입 금지 영역(33)에 의거하여 생성되어 회피 제어에 사용되는 회피 정보이다. 즉, 지도 센서(26)는 특허 청구 범위에 기재된 산출 수단으로서 기능한다. 여기서, 도 5를 참조해서 지도 센서(26)에 관하여 설명한다. 도 5에 나타낸 화살표가 지도 센서(26)에 의해 산출되는 가상적인 장애물 정보(43)를 나타낸다.
지도 센서(26)는 추정된 자기 위치(50)를 합성 지도(213) 상에 투영하고, 가상적인 센서 출력을 장애물 정보(43)로서 산출한다. 가상적인 센서 출력은 장애물 영역(31)에 상당하는 영역(35) 및 진입 금지 영역(33)에 상당하는 영역(36)을 가상적으로 장애물이 존재하는 영역으로 간주했을 경우에 자기 위치(50)에 위치하는 가상적인 센서에 의해 얻어지는 출력이다. 즉, 장애물 정보(43)는 실제의 장애물의 존재에 의해 검출된 장애물의 정보가 아니라 연산에 의해 생성된 가상적인 장애물 정보이다.
이 가상적인 장애물 정보(43)는 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)로부터 출력되는 실제의 장애물 정보와 동일한 데이터 포맷을 갖고 있다. 도 6은 가상적인 장애물 정보(43)의 데이터 포맷을 나타내는 표이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 가상적인 장애물 정보(43)는 각도 번호(예를 들면 100)와 자기로부터 장애물까지의 거리(예를 들면 2525㎜)를 나타내는 정보를 포함한다. 또한, 각도 번호가 레이저 레인지 파인더(13)로부터 출력되는 장애물 정보의 출사 각도에 상당한다.
센서 데이터 통합부(27)는 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)에 의해 취득된 실제의 장애물 정보와 지도 센서(26)에 의해 산출된 가상적인 장애물 정보(43)를 통합한다. 즉, 센서 데이터 통합부(27)는 특허 청구 범위에 기재된 통합 수단으로서 기능한다.
예를 들어, 레이저 레인지 파인더(13)에 대해서 장애물의 검출이 보증된 거리가 5m이며, 스테레오 카메라(14)에 대해서는 그 거리가 10m일 경우가 있다. 이 경우, 센서 데이터 통합부(27)는 입력되는 실제의 장애물 정보에 대해서 거리가 5m보다 큰 것은 삭제 등을 하여 거리 5m 이내의 정보에 통합한다.
실제의 장애물 정보 및 가상적인 장애물 정보(43)가 통합됨으로써 레이저 레인지 파인더(13) 또는 스테레오 카메라(14)에 의해 에러 등의 요인으로 취득할 수 없었던 장애물 정보를 지도 센서(26)에 의한 가상적인 장애물 정보(43)에 의해 보완할 수 있다. 이 점에 대해서 도 7a, 도 7b를 참조해서 설명한다. 도 7a는 소정 시각에 레이저 레인지 파인더(13)에 의해 취득된 실제의 장애물 정보(42)를 나타낸다.
파선으로 나타내는 직사각형의 영역(39)은 장애물 영역(31) 내이지만 레이저 레인지 파인더(13)에 의해 검출할 수 없었던 영역이다. 이것은 장애물의 색이나 재질 또는 레이저의 반사 각도에 따라서 레이저 레인지 파인더(13)가 반사파를 검출할 수 없을 경우가 있기 때문이다. 이 때문에, 레이저 레인지 파인더(13)에 의해 어느 순간에는 감지되고 다음 순간에는 감지되지 않는 소위 깜빡거림이 발생하는 일이 있다.
한편, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 지도 센서(26)에 의한 가상적인 장애물 정보(43)는 미리 기억된 장애물 영역(31)에 상당하는 영역(35)에 의거하여 산출된다. 이 때문에, 레이저 레인지 파인더(13)에 의해 감지할 수 없었던 영역(39)에 상당하는 가상적인 장애물 정보(43)가 포함되어 있다. 이 지도 센서(26)에 의한 가상적인 장애물 정보(43)과 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)에 의한 실제의 장애물 정보를 통합함으로써 레이저 레인지 파인더(13) 또는 스테레오 카메라(14)에 의해 취득할 수 없었던 장애물 정보를 보완할 수 있다. 이에 따라, 소위 깜빡거림을 방지하여 안정하게 장애물 정보를 얻을 수 있다.
이동 제어부(28)는 자기 위치 추정부(25)에 의해 추정된 자기 위치에 의거하여 경로 계획부(24)에 의해 계획된 경로를 따라 이동하도록 모터(12)의 제어를 행한다. 이동 제어부(28)는 장애물 회피부(29)를 구비한다. 장애물 회피부(29)는 경로 계획부(24)에 의해 계획된 경로를 따라 목적지로 이동하는 도중에 장애물을 감지했을 경우에 센서 데이터 통합부(27)로부터 출력된 장애물 정보를 이용하여 자기와 장애물의 간섭 계산 등을 행하여 장애물을 회피하는 제어를 행한다. 장애물을 회피하는 제어에는 장애물과 접촉하지 않도록 정지하는 제어, 우회하는 제어 등이 포함된다.
이어서, 도 8을 이용하여 자율 이동 장치(1)에 의한 장애물 회피 제어의 처리 순서에 관하여 설명한다. 도 8은 자율 이동 장치(1)에 의한 장애물 회피 제어의 처리 순서를 나타내는 플로우챠트이다. 이 장애물 회피 제어는 자율 이동 장치(1)가 계획한 경로를 따라 목적지까지 자율적으로 이동할 때에 전자 제어 장치(20)에 의해 실행된다.
우선, 스텝 S101에 있어서 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)에 의해 취득된 실제의 장애물 정보가 판독된다. 이어서, 스텝 S102에 있어서 자기 위치가 환경 지도(211)와 레이저 레인지 파인더(13)에 의한 실제의 장애물 정보에 의거하여 자기 위치 추정부(25)에 의해 추정된다. 또한, 자기 위치의 추정 방법은 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 스텝 S103에 있어서 환경 지도(211)와 진입 금지 영역 지도(212)가 합성된 합성 지도(213)를 사용하여 자기 위치를 기준으로 한 가상적인 센서 출력인 가상적인 장애물 정보(43)가 지도 센서(26)에 의해 산출된다. 즉, 장애물 영역(31)에 상당하는 영역(35) 및 진입 금지 영역(33)에 상당하는 영역(36)을 가상적으로 장애물이 존재하는 영역으로 간주했을 경우에 자기 위치(50)에 위치하는 가상적인 센서에 의해 얻어지는 센서 출력이 생성된다.
계속해서, 스텝 S104에 있어서 스텝 S101에서 판독된 실제의 장애물 정보와 스텝 S103에서 산출된 가상적인 장애물 정보(43)가 센서 데이터 통합부(27)에 의해 통합된다. 즉, 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)에 의해 취득된 장애물 정보와 지도 센서(26)에 의한 장애물 영역(31) 및 진입 금지 영역(33)에 대응하는 가상적인 장애물 정보(43)가 통합된다.
그리고, 스텝 S105에 있어서 스텝 S104에서 통합된 장애물 정보에 의거하여 장애물을 회피하는 제어가 이동 제어부(28)에 의해 행하여진다. 이에 따라, 자율 이동 장치(1)는 환경 지도(211) 상의 장애물 영역(31)과, 진입 금지 영역(212) 상의 진입 금지 영역(212)과, 이동중에 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)에 의해 검출된 동적인 장애물을 회피해서 이동할 수 있다. 이상의 도 8에 나타내는 처리가 자율 이동 장치(1)의 제어 주기마다 되풀이해서 실행된다.
이상에서 설명한 본 실시형태에 의한 자율 이동 장치(1)에서는 장애물 영역(31)을 나타내는 환경 지도(211)에 추가해서 진입 금지 영역(33)을 나타내는 진입 금지 영역 지도(212)가 기억부(21)에 의해 기억된다. 그리고, 실제의 장애물 정보와 장애물 영역(31)에 의거하여 자기 위치가 추정된다. 따라서, 자기 위치 추정의 잘못을 억제할 수 있다. 한편, 추정된 자기 위치와, 환경 지도(211) 및 진입 금지 영역 지도(212)가 합성된 합성 지도(213)에 의거하여 자율 이동이 제어된다. 이에 따라, 장애물 영역(31) 및 진입 금지 영역(33)을 회피해서 이동할 수 있다. 즉, 장애물이 존재하지 않아도 진입을 회피해야 할 영역을 자율적으로 회피해서 이동하는 것이 가능해진다.
또한 본 실시형태에 의하면, 진입 금지 영역(33)을 설정하기 위한 조작이 터치 스크린(15)에 의해 접수되고, 설정된 진입 금지 영역(33)이 진입 금지 영역 지도(212)에 반영된다. 이 때문에, 진입 금지 영역(33)을 사용자가 상황에 맞춰서 임의로 설정할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 합성 지도(213)에 의거하여 목적지까지의 경로가 계획되므로 장애물 영역(31)과 진입 금지 영역(33) 쌍방의 영역을 회피하도록 경로를 계획할 수 있다.
또한 본 실시형태에 의하면, 합성 지도(213)에 있어서의 장애물 영역(31)에 대응하는 가상적인 장애물 정보(43)와 진입 금지 영역(33)에 대응하는 가상적인 장애물 정보(43)가 자기 위치를 기준으로 해서 산출된다. 이에 따라, 레이저 레인지 파인더(13)에 의해 실제의 장애물 정보를 취득할 수 없을 경우이여도 장애물 영역(31)의 가상적인 장애물 정보(43)를 취득할 수 있다. 따라서, 소위 깜빡거림을 방지할 수 있다. 또한 진입 금지 영역(33)을 장애물 영역(31)과 동일하도록 회피해야 할 영역으로 간주해서 진입 금지 영역(33)의 가상적인 장애물 정보(43)를 취득할 수 있다. 이에 따라, 장애물을 회피하는 제어를 보다 확실하게 행할 수 있음과 아울러 진입 금지 영역(33)을 회피하는 제어를 행할 수 있다.
또한 본 실시형태에 의하면, 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)에 의한 실제의 장애물 정보와 동일한 데이터 포맷의 가상적인 장애물 정보(43)가 지도 센서(26)에 의해 산출됨으로써 가상적인 센서 출력이 생성된다. 이에 따라, 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)에 의한 실제의 장애물 정보와 지도 센서(26)에 의한 가상적인 장애물 정보를 통합하는 처리를 용이하게 행할 수 있다. 또한 레이저 레인지 파인더(13) 및 스테레오 카메라(14)를 구비하는 자율 이동 장치에 지도 센서(26)를 뒤에서 증설했을 경우, 지도 센서(26)로부터 출력되는 가상적인 장애물 정보(43)를 통합하기 위한 소프트웨어의 변경을 최소한으로 억제할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 통합된 장애물 정보를 이용하여 장애물을 회피하는 제어가 이동 제어부(28)에 의해 행하여진다. 이에 따라, 장애물을 감지하는 센서의 수가 변경되는 경우에도 통합된 장애물 정보가 이동 제어부(28)에 입력되므로 이동 제어부(28)에 있어서의 소프트웨어의 변경을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 수단 변경에 유연하게 대응할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 관하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라 여러가지로 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 주위의 장애물 정보를 취득하는 수단으로서 레이저 레인지 파인더(13)와 스테레오 카메라(14)를 사용했지만 이것에 한정되지 않는다. 레이저 레인지 파인더(13)와 스테레오 카메라(14) 중 어느 하나이여도 좋고, 초음파 센서 등을 조합시켜도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는 레이저 레인지 파인더(13)에 의한 장애물 정보를 자기 위치 추정에 사용했지만 다른 스테레오 카메라나 초음파 센서에 의한 장애물 정보를 이용하여 자기 위치를 추정해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 지도 센서(26)가 레이저 레인지 파인더(13)에 의한 실제의 장애물 정보의 데이터 포맷과 동일한 포맷의 가상적인 장애물 정보(43)를 산출하는 것으로 했지만 이것에 한정되지 않는다. 지도 센서(26)는 레이저 레인지 파인더(13)에 의한 실제의 장애물 정보와 호환성이 있는 데이터 포맷을 갖는 가상적인 장애물 정보를 산출해도 좋다. 이 경우, 예를 들면 센서 데이터 통합부(27)에 있어서 데이터 포맷을 통일하는 처리를 행한다.
1 : 자율 이동 장치 13 : 레이저 레인지 파인더
14 : 스테레오 카메라 15 : 터치 스크린
20 : 전자 제어 장치 21 : 기억부
211 : 환경 지도 212 : 진입 금지 영역 지도
213 : 합성 지도 22 : 설정부
23 : 합성부 24 : 경로 계획부
25 : 자기 위치 추정부 26 : 지도 센서
27 : 센서 데이터 통합부 28 : 이동 제어부
29 : 장애물 회피부

Claims (13)

  1. 주위의 장애물 정보를 취득하는 장애물 센서와,
    장애물이 존재하는 장애물 영역을 나타내는 환경 지도 및 장애물이 존재하지 않는 경우에도 진입을 금지하는 진입 금지 영역을 나타내는 진입 금지 영역 지도를 기억하는 기억 수단과,
    상기 장애물 센서에 의해 취득된 장애물 정보와 상기 환경 지도를 이용하여 자기 위치를 추정하며, 진입 금지 영역 지도를 사용하지 않고 자기 위치를 추정하는 추정 수단과,
    상기 추정 수단에 의해 추정된 자기 위치, 상기 환경 지도, 및 상기 진입 금지 영역 지도에 의거하여 자율 이동을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 환경 지도와 상기 진입 금지 영역 지도를 합성한 합성 지도를 생성하는 합성 수단을 더 구비하고,
    상기 추정 수단에 의해 추정된 자기 위치와 상기 합성 수단에 의해 생성된 합성 지도를 이용하여 상기 장애물 영역 및 상기 진입 금지 영역에 의거한 회피 정보를 산출하는 산출 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 산출 수단에 의해 산출된 회피 정보와 상기 장애물 센서에 의해 취득된 장애물 정보를 이용하여 장애물을 회피하는 제어를 행하고,
    상기 산출 수단은 상기 장애물 센서에 의한 장애물 정보의 출력 형식과 호환성이 있는 상기 회피 정보를 산출함으로써 가상적인 센서 출력을 생성하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진입 금지 영역을 설정하기 위한 조작을 접수하는 접수 수단을 구비하고,
    상기 기억 수단은 상기 접수 수단에 의해 접수된 조작에 의거하여 설정된 상기 진입 금지 영역 지도를 기억하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 합성 수단은 상기 환경 지도와 상기 진입 금지 영역 지도의 서로 대응하는 픽셀마다 상기 환경 지도에 의해 나타내어지는 장애물 영역과 상기 진입 금지 영역 지도에 의해 나타내어지는 진입 금지 영역 쌍방이 반영된 상기 합성 지도를 생성하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 합성 수단에 의해 생성된 합성 지도를 이용하여 목적지까지의 경로를 계획하는 계획 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 계획 수단에 의해 계획된 경로에 의거하여 자율 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 장애물 센서에 의한 장애물 정보와 상기 산출 수단에 의한 회피 정보를 통합하는 통합 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 통합 수단에 의해 통합된 상기 장애물 정보 및 상기 회피 정보를 이용하여 장애물을 회피하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 장애물 센서는 레이저 레인지 파인더인 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
  10. 삭제
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 합성 수단에 의해 생성된 합성 지도를 이용하여 목적지까지의 경로를 계획하는 계획 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 계획 수단에 의해 계획된 경로에 의거하여 자율 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 추정 수단에 의해 추정된 자기 위치와 상기 합성 수단에 의해 생성된 합성 지도를 이용하여 상기 장애물 영역 및 상기 진입 금지 영역에 의거한 회피 정보를 산출하는 산출 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 산출 수단에 의해 산출된 회피 정보와 상기 장애물 센서에 의해 취득된 장애물 정보를 이용하여 장애물을 회피하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 추정 수단에 의해 추정된 자기 위치와 상기 합성 수단에 의해 생성된 합성 지도를 이용하여 상기 장애물 영역 및 상기 진입 금지 영역에 의거한 회피 정보를 산출하는 산출 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 산출 수단에 의해 산출된 회피 정보와 상기 장애물 센서에 의해 취득된 장애물 정보를 이용하여 장애물을 회피하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
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