KR20110036136A

KR20110036136A - 경로 계획 방법, 경로 계획 장치, 및 자율 이동 장치

Info

Publication number: KR20110036136A
Application number: KR1020117004540A
Authority: KR
Inventors: 쇼지 타나카; 히데오 시타모토
Original assignee: 무라다기카이가부시끼가이샤
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2011-04-06
Also published as: US20110166737A1; US8515612B2; EP2821875A3; EP2821876A2; KR101262778B1; KR20120083524A; EP2821876A3; KR101307299B1; EP2343617A1; KR101228485B1; EP2343617A4; EP2821875A2; WO2010026710A1; KR20120083523A

Abstract

계획된 이동 경로 상의 통과 지점의 경로 여유를 미리 파악할 수 있는 경로 계획 장치를 제공한다.
경로 계획 장치(5)는 장해물이 존재하는 장해물 영역(300)이 나타내어지는 글로벌 맵을 생성하는 글로벌 맵 취득부(31)와, 글로벌 맵에 포함되는 장해물 영역(300)의 윤곽을 단계적으로 확장하여 확장 장해물 영역(320) 및 3개의 확장 영역(321~323)을 생성하는 확장 영역 생성부(32)와, 확장 장해물 영역(320) 및 3개의 확장 영역(321~323)을 중합해서 적산하여 적산 맵을 생성하는 적산 맵 생성부(33)와, 적산 맵으로부터 이동 가능 영역(340)을 추출해서 세선화하는 이동 가능 영역 추출부(34)와, 세선화된 이동 가능 영역(341)으로부터 이동 경로(350)를 계획할 때에 이동 경로(350) 상의 서브골(360)이 속하는 적산 맵 상의 확장 영역(321~323) 에 따라서 상기 서브골(360)에 있어서의 경로 여유를 취득하는 경로 계획부(35)를 구비한다.

Description

경로 계획 방법, 경로 계획 장치, 및 자율 이동 장치{ROUTE PLANNING METHOD, ROUTE PLANNING UNIT, AND AUTONOMOUS MOBILE DEVICE}

본 발명은 이동 경로를 계획하는 경로 계획 방법, 경로 계획 장치, 및 자율 이동 장치에 관한 것이다.

종래부터 장해물과의 접촉을 회피하면서 계획된 경로를 따르도록 출발점(스타트 위치)부터 목적지(골 위치)까지 자율적으로 이동하는 자율 이동 장치가 알려져 있다. 이러한 자율 이동 장치로서, 주위의 환경 조건(예를 들면 주위의 밝기 등)에 따라서 자율적으로 이동 속도 및 이동 방향을 제어하는 이동 로봇(자율 이동 장치)이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 이동 로봇은 주위의 환경 조건이 좋을 경우에는 고속으로 이동하고, 주위의 환경 조건이 나쁜 경우에는 이동 속도를 떨어뜨려 장해물과의 접촉을 회피한다.

한편, 자율 이동하는 경로의 계획을 행할 때에는, 예를 들면 SLAM(Si multaneous Localization and Mapping) 기술 등을 이용하여 xy평면을 그리드 분할한 환경 지도(장해물이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 나타낸 지도)를 생성하고, 상기 환경 지도로부터 이동 가능 영역을 추출하고, 그 이동 가능 영역을 따라 유저로부터 주어진 스타트 위치와 골 위치 사이를 연결함으로써 이동 경로를 계획한다.

여기에서, 환경 지도로부터 이동 가능 영역을 추출할 때에 자율 이동 장치의 크기를 점으로 간주할 수 있도록 장해물 영역의 경계를 자율 이동 장치의 크기에 상당하는 양만큼 확장(신장)하는 방법이 사용되고 있다. 이러한 장해물 영역의 경계를 확장하는 방법으로서 포텐셜 함수를 이용하는 방법이 특허문헌 2에 기재되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 방법에 의하면, 우선 장해물 영역에 있어서 어느 일정 포텐셜값을 갖고, 장해물 영역으로부터의 거리에 따라서 단조롭게 감소하는 포텐셜 함수를 고려하여 이동 가능 영역의 각 그리드에 대하여 포텐셜 함수로 계산되는 값의 총 합계를 그 위치의 포텐셜값으로 하는 포텐셜장이 작성된다. 이어서, 그 포텐셜장을 이용하여 포텐셜값이 소정의 임계값 이상이 되는 영역이 새로운 장해물 영역으로서 본래의 장해물 영역에 추가된다. 또한, 포텐셜값이 소정의 임계값 이하가 되는 영역이 새로운 이동 가능 영역으로 된다.

보다 상세하게는, 이 경로 생성 방법에서는 다음의 순서을 따라 이동 경로가 생성된다.

1. 레이저 레인지 파인더(laser range finder)에 의한 거리 계측의 결과 얻어진 지형 데이터를 이용하여 지형도를 생성한다.

2. 생성한 지형도에 대하여 장해물 영역이 산등성이, 주행 가능 영역이 골짜기가 되는 포텐셜장을 생성하고, 그 포텐셜값이 소정 값 이상이 되는 영역을 장해물 영역, 소정 값 이하가 되는 영역을 주행 가능 영역으로서 재정의한다.

3. 주행 가능 영역이 기준 방향에 관해서 분기 또는 접속하는 점에서 분할함으로써 그 주행 가능 영역 전체를 기준 방향의 각 좌표에 일대일 대응하는 상기 기준 방향과는 다른 타방향의 구간의 집합으로 표현되는 부분 영역으로 분할하고, 그 부분 영역을 노드, 그 부분 영역간의 연결 관계를 아크로 하는 그래프 구조로 해서 표현한다.

4. 스타트 지점에서부터 골 지점에 이르는 경로의 도중 통과 영역열 및 통과 점열을 스타트 지점과 그때까지 선정한 통과점 및 골 지점을 연결하는 꺾인 선 경로의 경로 길이를 거리 예측값으로 하고, 그것이 최소가 되도록 그래프 구조를 탐색해서 결정한다.

5. 통과점을 연결하는 꺾인 선 경로와 장해물 영역의 충돌 체크를 그래프 구조인 노드의 구간 정보를 이용하여 행하고, 꺾인 선 경로 상에서 장해물 영역과 충돌하는 부분에 대응하는 경계점열 또는 그것에 적당한 오프셋을 적용한 점열을 꺾인 선의 정점열에 추가함으로써 장해물 영역과 충돌하지 않는 꺾인 선 경로를 생성한다.

일본 특허공개 2007-213111호 공보 일본 특허공개 평7-129238호 공보

여기에서, 자율 이동 장치의 주행 제어를 행할 경우에 있어서 제어 주기 및 제어 지연을 제로로 할 수는 없다. 그 때문에, 현실의 자율 이동 장치의 거동은 의도한 거동에 대하여 조금이지만 오차(응답 지연)가 생긴다. 또한, 이 오차는 이동 속도가 빨라질수록 현저해진다. 한편, 자율 이동 장치가 이동하는 경로의 여유(통로의 폭)는 항상 일정한 것은 아니다. 그 때문에, 특허문헌 1에 기재된 이동 로봇에서는 자율 이동 장치가, 예를 들면 좁은 통로(경로)를 통과할 경우나 좁은 통로에서 장해물을 회피할 때에 상술한 오차의 영향에 의해 장해물과 접촉할 우려가 있었다. 따라서, 그 경로 상의 통과 지점이 통행 가능하다는 것밖에 모르는 상황에 있어서는 통로(경로)가 충분히 넓은 경우라도, 좁은 경우라도, 상술한 오차가 작아지는 느린 속도로 이동할 필요가 있었다.

상술한 경로 생성 방법에 의하면, 포텐셜값이 소정의 임계값 이하이면 통과 가능하다고 판단되어서 경로가 계획되지만, 계획된 경로의 여유(통로의 폭)를 미리 파악하는 것에 대해서는 전혀 고려되어 있지 있다. 즉, 이동 경로 상의 통과 지점에 있어서의 경로 여유는 통과 지점마다 다른 경우가 많지만, 상술한 경로 생성 방법에서는 계획된 이동 경로 상의 통과 지점마다의 경로 여유를 미리 파악할 수 없었다. 그 때문에 제어 주기 및 제어 지연을 고려하여 경로에 여유가 있는 장소에서도 경로에 여유가 없는 장소와 마찬가지로 느린 속도로 이동할 필요가 있었다.

또한, 상술한 경로 생성 방법에 의하면 장해물 영역과 충돌하지 않는 꺾인 선 경로를 생성할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는 꺾인 선 경로 상에서 장해물 영역과 충돌하는 부분에 대응하는 경계점열 또는 그것에 적당한 오프셋을 적용한 점열을 꺾인 선의 정점열에 추가함으로써 장해물 영역과 충돌하지 않는 꺾인 선 경로를 생성하고 있기 때문에, 장해물 영역의 형상에 따라서는 복잡한 형상의 꺾인 선 경로(예를 들면 지그재그인 경로, 예각으로 굴곡된 경로 등)가 생성될 우려가 있다. 그 때문에, 생성된 이동 경로가 자율 이동 장치의 운동 성능(운동 특성)으로부터 보아 반드시 자율 이동 장치의 이동에 적합한 형상으로 되지 않을 우려가 있었다. 즉, 자율 이동 장치가 생성된 꺾인 선 경로를 따라 실제로 이동할 수 없거나, 생성된 꺾인 선 경로를 따라 이동하면 진동해버리는 일이 일어날 수 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서, 계획된 이동 경로 상의 통과 지점의 경로 여유를 미리 파악할 수 있는 경로 계획 방법, 경로 계획 장치, 및 상기 경로 계획 장치를 구비한 자율 이동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치가 보다 원활하게 이동할 수 있는 이동 경로를 계획할 수 있는 경로 계획 장치, 및 상기 경로 계획 장치를 구비한 자율 이동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 이동 경로의 경로 여유에 따른 적절한 주행 제어를 행할 수 있는 자율 이동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 경로 계획 방법은 장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 스텝과, 환경 지도 취득 스텝에 있어서 취득된 환경 지도에 포함되는 장해물 영역의 윤곽을 단계적으로 확장하여 복수의 확장 영역을 생성하는 확장 영역 생성 스텝과, 확장 영역 생성 스텝에 있어서 생성된 복수의 확장 영역을 중합해서 적산하여 적산 지도를 생성하는 적산 지도 생성 스텝과, 적산 지도 생성 스텝에 있어서 생성된 적산 지도로부터 이동 가능 영역을 추출하는 이동 가능 영역 추출 스텝과, 이동 가능 영역 추출 스텝에 있어서 추출된 이동 가능 영역으로부터 이동 경로를 계획함과 아울러 이동 경로 상의 통과 지점이 속하는 적산 지도 상의 확장 영역에 따라서 상기 통과 지점에 있어서의 경로 여유를 취득하는 경로 계획 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 경로 계획 장치는 장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단과, 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 환경 지도에 포함되는 장해물 영역의 윤곽을 단계적으로 확장하여 복수의 확장 영역을 생성하는 확장 영역 생성 수단과, 확장 영역 생성 수단에 의해 생성된 복수의 확장 영역을 중합해서 적산하여 적산 지도를 생성하는 적산 지도 생성 수단과, 적산 지도 생성 수단에 의해 생성된 적산 지도로부터 이동 가능 영역을 추출하는 이동 가능 영역 추출 수단과, 이동 가능 영역 추출 수단에 의해 추출된 이동 가능 영역으로부터 이동 경로를 계획함과 아울러 이동 경로 상의 통과 지점이 속하는 적산 지도 상의 확장 영역에 따라서 상기 통과 지점에 있어서의 경로 여유를 취득하는 경로 계획 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 경로 계획 방법 및 경로 계획 장치에 의하면, 장해물 영역의 윤곽이 단계적으로 확장됨으로써 생성된 복수의 확장 영역이 중합되고 적산되어 적산 지도가 생성된다. 즉, 적산 지도 상의 각 확장 영역의 경계(윤곽)는 장해물 영역으로부터의 거리에 따라서 배치된다. 그 때문에, 적산 지도로부터 추출된 이동 가능 영역을 통과하도록 이동 경로가 계획될 때에 이동 경로 상의 통과 지점이 속하는 적산 지도 상의 확장 영역으로부터 상기 통과 지점의 경로 여유를 파악할 수 있다. 따라서, 계획된 이동 경로 상의 통과 지점의 경로 여유를 미리(경로 계획 단계에서) 파악할 수 있게 된다. 또한, 통과 지점이 속하는 확장 영역으로부터 경로 여유를 파악할 수 있기 때문에 보다 적은 연산량으로 통과 지점의 경로 여유를 인식할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 경로 계획 방법은 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치에 의해 사용되는 이동 경로를 계획하는 경로 계획 방법으로서, 상기 확장 영역 생성 스텝에 있어서 장해물 영역의 윤곽을 자율 이동 장치의 반경만큼 확장함과 아울러 확장된 장해물 영역의 윤곽을 소정의 확장폭으로 단계적으로 더 확장하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 경로 계획 장치는 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치에 의해 사용되는 이동 경로를 계획하는 경로 계획 장치로서, 상기 확장 영역 생성 수단이 장해물 영역의 윤곽을 자율 이동 장치의 반경만큼 확장함과 아울러 확장된 장해물 영역의 윤곽을 소정의 확장폭으로 단계적으로 더 확장하는 것이 바람직하다.

이 경우, 우선 자기(自機)의 반경만큼 장해물 영역의 윤곽이 확장되기 때문에 이동 가능 영역을 추출할 때에 확장된 장해물 영역의 윤곽에 대하여 자기의 크기를 점으로 간주할 수 있다. 또한, 확장된 장해물 영역의 윤곽이 소정의 확장폭으로 더 확장되기 때문에 이동 경로 상의 통과 지점의 경로 여유를 상기 확장폭을 단위로 하여 상기 확장폭의 배수로 파악할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 경로 계획 방법에서는 상기 소정의 확장폭이 자율 이동 장치의 반경인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 상기 소정의 확장폭이 자율 이동 장치의 반경인 것이 바람직하다.

이 경우, 확장된 장해물 영역의 윤곽이 자기의 반경씩 단계적으로 확장되기 때문에 이동 경로 상의 통과 지점의 경로 여유를 자기의 반경의 배수로 파악할 수 있게 된다. 또한, 확장폭을 자기의 반경으로 통일함으로써 제어 장치의 연산 부하를 저감할 수 있다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치는 주위 환경 내를 계획된 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치로서, 상술한 어느 하나의 경로 계획 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면, 상술한 어느 하나의 경로 계획 장치를 구비하고 있기 때문에 각 통과 지점마다의 경로 여유를 미리 파악할 수 있다. 따라서, 예를 들면 각 통과 지점의 경로 여유에 따른 적절한 이동 속도를 각 통과 지점마다 미리 설정하는 것 등이 가능해진다.

본 발명에 의한 경로 계획 장치는 장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단과, 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 환경 지도로부터 이동 가능 영역을 추출하는 이동 가능 영역 추출 수단과, 이동 가능 영역 추출 수단에 의해 추출된 이동 가능 영역으로부터 이동 경로를 계획하는 경로 계획 수단과, 경로 계획 수단에 의해 계획된 이동 경로를 장해물 영역과 간섭하는 일없이 직선화하는 직선화 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 경로 계획 장치에 의하면, 환경 지도로부터 추출된 이동 가능 영역을 통과하도록 계획된 이동 경로가 장해물 영역과 간섭하는 일없이 직선화된다. 그 때문에, 예를 들면 경로 계획 수단에 의해 지그재그인 이동 경로가 계획되었을 경우라도 상기 이동 경로를 장해물과 접촉하지 않는 범위에서 직선화할 수 있다. 그 결과, 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치가 보다 원활하게 이동할 수 있는 이동 경로를 계획할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 경로 계획 장치에서는 직선화 수단이 이동 경로 상의 2점을 추출하고, 상기 2점을 직선으로 연결하고, 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우에 상기 직선을 상기 2점을 연결하는 이동 경로로서 재설정하는 것이 바람직하다.

이 경우, 추출된 이동 경로 상의 2점을 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우에 상기 2점을 연결하는 직선이 이동 경로로서 재설정된다. 그 때문에, 적절하고 또한 확실하게 장해물 영역과 간섭하는 일없이 이동 경로를 직선화할 수 있게 된다.

또한, 상기 직선화 수단은 2점을 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우 상기 2점 중 한쪽의 점을 고정하고, 2점을 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭할 때까지 다른쪽의 점을 한쪽 점과의 거리가 보다 떨어진 점으로 순차적으로 교체해 가는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 장해물 영역과 간섭하지 않는 범위에서 보다 크게 이동 경로의 직선화를 진행시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 직선화 수단은 이동 경로의 한쪽 끝점으로부터 다른쪽 끝점까지 반복하여 이동 경로의 직선화를 행하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 이동 경로의 한쪽 끝점(예를 들면 스타트 지점)에서부터 다른쪽 끝점(예를 들면 골 지점)까지 이동 경로 전체에 걸쳐 직선화를 행할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 경로 계획 장치는 장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단과, 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 환경 지도로부터 이동 가능 영역을 추출하는 이동 가능 영역 추출 수단과, 이동 가능 영역 추출 수단에 의해 추출된 이동 가능 영역으로부터 이동 경로를 계획하는 경로 계획 수단과, 경로 계획 수단에 의해 계획된 이동 경로를 장해물 영역과 간섭하는 일없이 평활화하는 평활화 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 경로 계획 장치에 의하면, 환경 지도로부터 추출된 이동 가능 영역을 통과하도록 계획된 이동 경로가 장해물 영역과 간섭하는 일없이 평활화된다. 그 때문에, 예를 들면 경로 계획 수단에 의해 예각으로 굴곡된 이동 경로가 계획되었을 경우라도 상기 이동 경로를 장해물과 접촉하지 않는 범위에서 평활화할 수 있다. 그 결과, 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치가 보다 원활하게 이동할 수 있는 이동 경로를 계획하는 것이 가능해진다.

본 발명에 의한 경로 계획 장치에서는 평활화 수단이 이동 경로 상의 점, 및 상기 점을 사이에 둔 이동 경로 상의 2개의 점을 추출하고, 상기 2개의 점끼리를 직선으로 연결하고, 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우 상기 직선을 상기 2개의 점을 연결하는 이동 경로로서 재설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 추출된 이동 경로 상의 점을 사이에 둔 2개의 점끼리를 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우에 상기 2개의 점을 연결하는 직선이 이동 경로로서 재설정된다. 그 때문에, 적절하고 또한 확실하게 장해물 영역과 간섭하는 일없이 이동 경로를 평활화할 수 있게 된다.

또한, 상기 평활화 수단은 2개의 점끼리를 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우 상기 2개의 점에 끼인 상기 점을 고정하고, 2개의 점끼리를 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭할 때까지 상기 2개의 점 각각을 상기 점과의 거리가 보다 떨어진 점으로 순차적으로 교체해 가는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 장해물 영역과 간섭하지 않는 범위에서 보다 크게 이동 경로의 평활화를 진행시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 평활화 수단은 이동 경로의 한쪽 끝점으로부터 다른쪽 끝점까지 반복하여 이동 경로의 평활화를 행하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 이동 경로의 한쪽 끝점(예를 들면 스타트 지점)에서부터 다른쪽 끝점(예를 들면 골 지점)까지 이동 경로 전체에 걸쳐 평활화를 행할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 경로 계획 장치는 상기 직선화 수단에 의해 직선화된 이동 경로를 장해물 영역과 간섭하는 일없이 평활화하는 평활화 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.

이 경우, 이동 경로가 직선화된 후에 평활화되기 때문에 이동 경로를 보다 간략화할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 경로 계획 수단에 의해 복잡하게 구부러진 이동 경로가 계획되었을 경우라도 상기 이동 경로를 장해물과 접촉하지 않는 범위에서 간략화할 수 있다. 그 결과, 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치가 보다 원활하게 이동할 수 있는 이동 경로를 계획할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 경로 계획 장치에서는 평활화 수단이 직선화된 이동 경로 상의 점, 및 상기 점을 사이에 둔 직선화된 이동 경로 상의 2개의 점을 추출하고, 상기 2개의 점끼리를 직선으로 연결하고, 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우 상기 직선을 상기 2개의 점을 연결하는 이동 경로로서 재설정하는 것이 바람직하다.

이 경우, 직선화된 이동 경로 상의 점을 사이에 둔 2개의 점끼리를 연결한 직선이 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우에 상기 2개의 점을 연결하는 직선이 이동 경로로서 재설정된다. 그 때문에, 적절하고 또한 확실하게 장해물 영역과 간섭하는 일없이 직선화된 이동 경로를 평활화할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면, 상술한 어느 하나의 경로 계획 장치를 구비하고 있기 때문에 장해물과 접촉하는 일없이 직선화 및/또는 평활화된 이동 경로, 즉 자율 이동 장치의 이동에 보다 적합한 형상의 이동 경로를 취득할 수 있다. 그 결과, 자율 이동 장치가 계획된 이동 경로를 따라 이동할 때에 보다 원활하게 이동할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치는 장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단과, 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 환경 지도로부터 이동 경로를 계획하는 경로 계획 수단과, 경로 계획 수단에 의해 계획된 이동 경로의 경로 여유를 취득하는 경로 여유 취득 수단과, 자기를 이동시키는 이동 수단과, 자기 위치를 검지하는 자기 위치 검지 수단과, 자기 위치 검지 수단에 의해 검지된 자기 위치와, 경로 여유 취득 수단에 의해 취득된 경로 여유로부터 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유를 취득함과 아울러 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 이동 수단을 제어하는 주행 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에 의하면, 취득된 환경 지도로부터 이동 경로가 계획됨과 아울러 상기 이동 경로의 경로 여유가 취득된다. 한편, 검지된 자기 위치와 취득된 이동 경로의 경로 여유로부터 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유가 파악된다. 그리고, 파악된 자기 위치에서의 경로 여유에 따라 이동 수단이 제어된다. 그 때문에, 이동 경로를 따라 이동할 때에 이동 지점(자기 위치)에서의 경로 여유에 따라서 적절한 주행 제어를 행할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치는 경로 계획 수단에 의해 계획된 이동 경로, 및 경로 여유 취득 수단에 의해 취득된 경로 여유를 기억하는 기억 수단을 구비하고, 주행 제어 수단이 자기 위치 검지 수단에 의해 검지된 자기 위치와, 기억 수단에 기억된 경로 여유로부터 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유를 취득하는 것이 바람직하다.

이 경우, 이동 경로 및 상기 이동 경로의 경로 여유가 미리 취득되어서 기억된다. 그 때문에, 주행 중에 이동 경로의 경로 여유를 구할 필요가 없어지기 때문에 연산 부하를 저감할 수 있고, 주행시에 있어서의 제어 지연을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 주행 제어 수단이 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 자기의 이동 속도를 설정하고, 상기 이동 속도에 의거하여 이동 수단을 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 이동 지점의 경로 여유에 따라서 이동 속도를 조절할 수 있다. 그 때문에, 이동 지점의 경로 여유에 따른 적절한 이동 속도로 이동할 수 있다. 따라서, 예를 들면 좁은 통로에서는 속도를 떨어뜨려 이동하고, 반대로 넓은 통로는 속도를 올려서 이동할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 자율 이동 장치에서는 주행 제어 수단이 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 장해물을 회피하기 위한 회피력을 설정하는 장해물 회피 제어 수단을 갖고, 상기 장해물 회피 제어 수단에 의해 설정된 회피력에 의거하여 이동 수단을 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 이동 지점의 경로 여유에 따라서 장해물을 회피하기 위한 회피력을 조절할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 좁은 통로에서는 천천히 또한 작게 장해물을 회피하고, 반대로 넓은 통로에서는 재빠르고 또한 여유를 가지고 장해물을 회피할 수 있게 된다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 장해물 영역의 윤곽을 단계적으로 확장해서 복수의 확장 영역을 생성함과 아울러 이동 경로를 계획할 때에 이동 경로 상의 통과 지점이 속하는 확장 영역에 따라서 상기 통과 지점에 있어서의 경로 여유를 취득하는 구성으로 했으므로 계획된 이동 경로 상의 통과 지점의 경로 여유를 미리 파악할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치가 보다 원활하게 이동할 수 있는 이동 경로를 계획할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 자기 위치에 있어서의 경로 여유를 취득함과 아울러 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 이동 수단을 제어하는 구성으로 했으므로 이동 경로의 경로 여유에 따른 적절한 주행 제어를 행할 수 있게 된다.

도 1은 제 1 실시형태에 의한 경로 계획 장치가 탑재된 자율 이동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 의한 경로 계획 장치에 의한 경로 계획 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 장해물 영역의 확장 방법(밍코프스키 합연산)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 적산 맵의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 이동 가능 영역의 추출 방법 및 세선화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 노드의 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 최단 경로의 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 경로 여유의 취득 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 제 2 실시형태에 의한 경로 계획 장치가 탑재된 자율 이동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 10은 장해물 영역의 확장 방법(밍코프스키 합연산)을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 이동 가능 영역의 추출 방법 및 세선화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 노드의 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 최단 경로의 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 이동 경로의 직선화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 이동 경로 전체에 대한 직선화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 직선화된 이동 경로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 이동 경로의 평활화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 평활화된 이동 경로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는 제 2 실시형태에 의한 경로 계획 장치에 의한 직선화 처리 및 평활화 처리를 포함하는 경로 계획 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 20은 제 3 실시형태에 의한 자율 이동 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 21은 장해물 영역의 확장 방법(밍코프스키 합연산)을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 적산 맵의 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 이동 가능 영역의 추출 방법 및 세선화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 노드의 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 최단 경로의 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 경로 여유의 취득 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 제 3 실시형태에 의한 자율 이동 장치에 의한 경로 계획 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 28은 제 3 실시형태에 의한 자율 이동 장치에 의한 주행 제어 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 적절한 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 경로 계획 장치(5), 및 상기 경로 계획 장치(5)가 탑재된 자율 이동 장치(1)의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 경로 계획 장치(5)가 탑재된 자율 이동 장치(1)의 구성을 나타내는 기능 블럭도이다.

자율 이동 장치(1)는 주위의 환경 지도(장해물이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 나타낸 지도, 이하 「글로벌 맵」이라고도 한다)를 취득하고, 글로벌 맵 상의 출발점(스타트 위치)과 목적지(골 위치) 사이를 연결하는 이동 경로를 계획함과 아울러 계획된 경로를 따라 스타트 위치에서부터 골 위치까지 자율적으로 이동하는 기능을 갖는 것이다. 또한, 스타트 위치와 골 위치는 유저로부터 부여된다. 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 장해물과의 거리를 계측하는 레이저 레인지 파인더(20)를 구비하고 있다. 또한, 자율 이동 장치(1)는 이동 경로를 계획하는 경로 계획 장치(5)를 포함하고, 계획된 경로를 따라 이동하도록 전동 모터(12)를 제어하는 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 금속제 프레임이고, 이 본체(10)에 상술한 레이저 레인지 파인더(20), 및 경로 계획 장치(5)를 포함하는 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 이동할 수 있게 한 것이다. 또한, 2매의 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(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 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 검출하여 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(30)와 접속되어 있고, 검출한 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보를 전자 제어 장치(30)에 출력한다.

전자 제어 장치(30)는 자율 이동 장치(1)의 제어를 종합적으로 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)와 마이크로프로세서를 전기적으로 접속시키는 인터페이스 회로, 및 전동 모터(12)를 구동하는 모터 드라이버 등도 구비하고 있다.

전자 제어 장치(30)는 이동 경로의 계획 및 상기 이동 경로의 경로 여유의 취득을 행하는 경로 계획 장치(5)를 포함하고 있고, 이동 경로를 계획함과 아울러 계획된 경로를 따라 이동하도록 전동 모터(12)를 제어한다. 전자 제어 장치(30)를 구성하는 경로 계획 장치(5)는 이동 경로를 계획함과 아울러 상기 이동 경로의 경로 여유를 취득하기 위해서 글로벌 맵 취득부(31), 확장 영역 생성부(32), 적산 맵 생성부(33), 이동 가능 영역 추출부(34), 및 경로 계획부(35)를 갖고 있다. 또한, 전자 제어 장치(30)는 센서 정보 취득부(36), 장해물 정보 취득부(37), 주행 지령 계산부(38), 및 자기 정보 취득부(39) 등도 갖고 있다. 또한, 이들 각 부는 상술한 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구축된다.

글로벌 맵 취득부(31)는, 예를 들면 SLAM 기술 등을 이용하여 장해물이 존재하는 영역(장해물 영역)과 존재하지 않는 영역을 나타낸 글로벌 맵을 생성한다. 즉, 글로벌 맵 취득부(31)는 특허청구범위에 기재된 환경 지도 취득 수단으로서 기능한다. 여기에서, 글로벌 맵은 수평면을 소정 크기(예를 들면 종횡 1㎝)의 블럭으로 분할한 평면으로 이루어지는 지도이고, 장해물이 있는 그리드에는 예를 들면 「0」보다 큰 값이 부여되고, 장해물이 없는 그리드에는 「0」 미만의 값이 부여된다. SLAM 기술을 이용해서 글로벌 맵을 생성할 경우, 우선 글로벌 맵 취득부(31)는 레이저 레인지 파인더(20)로부터 센서 정보 취득부(36)를 통해서 판독된 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보에 의거하여 로컬 맵을 생성한다. 또한, 글로벌 맵 취득부(31)는 자기 정보 취득부(39)로부터 자기 위치를 취득한다. 또한, 자기 정보 취득부(39)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(31)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(31)는 이 처리를 이동하면서 반복해서 실행하고, 로컬 맵을 글로벌 맵에 순차적으로 더해 감으로써(보충해 감으로써) 주위 환경 전체의 글로벌 맵을 생성한다.

확장 영역 생성부(32)는 글로벌 맵 취득부(31)에 의해 생성된 글로벌 맵에 포함되는 장해물 영역의 윤곽을 자기의 반경만큼 확장하여 확장된 장해물 영역(이하 「확장 장해물 영역」이라고도 한다)을 생성함과 아울러 이 확장 장해물 영역의 윤곽을 소정의 확장폭으로 단계적으로 더 확장하여 복수의 확장 영역을 생성한다. 즉, 확장 영역 생성부(32)는 특허청구범위에 기재된 확장 영역 생성 수단으로서 기능한다. 확장 영역의 생성에는, 예를 들면 공지의 밍코프스키(Minkowski) 합을 이용할 수 있다. 즉, 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 장해물 영역(300)의 윤곽(경계)을 자율 이동 장치(1)의 반경(r)에 상당하는 양만큼 확장함으로써 확장 장해물 영역(320)이 생성된다. 이 처리에 의해, 확장 장해물 영역(320)에 대하여 자율 이동 장치(1)의 크기를 점으로 간주할 수 있다. 또한, 확장 영역 생성부(32)는 확장 장해물 영역(320)마다 그 윤곽을 소정의 확장폭씩 3단계로 확장하여 3개의 확장 영역, 즉 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 및 제 3 확장 영역(323)을 생성한다(도 4 참조). 또한, 본 실시형태에서는 소정의 확장폭으로서 자기의 반경(r)을 사용했다. 즉, 확장 영역 생성부(32)는 확장 장해물 영역(320)의 윤곽을 자율 이동 장치(1)의 반경(r)에 상당하는 양만큼 확장함으로써 제 1 확장 영역(321)을 생성하고, 상기 제 1 확장 영역(321)의 윤곽을 반경(r)에 상당하는 양만큼 확장함으로써 제 2 확장 영역(322)을 생성함과 아울러 상기 제 2 확장 영역(322)의 윤곽을 반경(r)만큼 확장함으로써 제 3 확장 영역(323)을 생성한다.

적산 맵 생성부(33)는 확장 영역 생성부(32)에 의해 생성된 복수의 확장 영역[본 실시형태에서는 확장 장해물 영역(320), 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 제 3 확장 영역(323)]을 중합해서 적산하여 적산 맵을 생성한다. 즉, 적산 맵 생성부(33)는 특허청구범위에 기재된 적산 지도 생성 수단으로서 기능한다. 보다 구체적으로는 도 4에 나타내어지는 바와 같이, 확장 장해물 영역(320), 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 제 3 확장 영역(323) 각각에 포함되는 전체 그리드에 예를 들면 「1」의 값(웨이트)을 부여하고, 확장 장해물 영역(320) 및 각 확장 영역(321~323)을 중합하여 적산함으로써 적산 맵이 생성된다. 즉, 적산 맵에 있어서, 제 1 확장 영역(321)과 제 2 확장 영역(322)과 제 3 확장 영역(323)이 겹치는 영역의 적산값(웨이트)은 「3」이 된다. 마찬가지로, 제 2 확장 영역(322)과 제 3 확장 영역(323)만이 겹치는 영역[제 2 확장 영역(322)으로부터 제 1 확장 영역(321)을 제외한 영역]의 적산값(웨이트)은 「2」가 된다. 또한, 제 3 확장 영역(323)만인 영역[제 3 확장 영역(323)으로부터 제 2 확장 영역(322)을 제외한 영역]의 값(웨이트)은 「1」이 된다. 그 때문에, 적산 맵 상의 각 영역(각 그리드)의 적산값은 자율 이동 장치(1)의 반경(r)을 단위로 해서 확장 장해물 영역(320)(즉 장해물)으로부터의 거리에 따른 값을 나타내게 되고, 적산값이 큰 영역(그리드)일수록 장해물에 가깝고, 반대로 적산값이 작은 영역(그리드)일수록 장해물로부터 먼 것을 나타낸다. 따라서, 적산 맵 상의 각 영역(각 그리드)의 적산값으로부터 장해물과의 거리(경로 여유)를 파악할 수 있다.

이동 가능 영역 추출부(34)는 적산 맵 생성부(33)에 의해 생성된 적산 맵으로부터 장해물과 접촉하지 않고 이동할 수 있는 영역(이동 가능 영역)을 추출한다. 즉, 이동 가능 영역 추출부(34)는 특허청구범위에 기재된 이동 가능 영역 추출 수단으로서 기능한다. 도 5에 나타내어지는 바와 같이, 본 실시형태에서는 적산 맵 상에 있어서, 확장 장해물 영역(320) 이외의 영역(도 5에 있어서 사선부를 제외한 영역)을 이동 가능 영역(340)으로서 추출한다. 또한, 이동 가능 영역 추출부(34)는 추출된 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리를 행한다. 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리는, 예를 들면 공지의 힐디치(Hilditch)의 세선화법을 이용해서 행할 수 있다. 즉, 이동 가능 영역 추출부(34)는 이동 가능 영역(340)이 선이 될 때까지 이동 가능 영역(340)을 확장 장해물 영역(320)으로부터 1픽셀씩 삭제해 감으로써 세선화를 행한다. 따라서, 세선화에 의해 얻어진 선 형상의 이동 가능 영역(341)은 주위에 존재하는 장해물로부터 가장 먼 이동 가능 영역을 나타낸다.

경로 계획부(35)는 이동 가능 영역 추출부(34)에 의해 추출되어 세선화된 이동 가능 영역(341) 중에서 스타트 위치와 골 위치 사이를 연결하는 최단 경로를 탐색함으로써 이동 경로를 계획한다. 또한, 경로 계획부(35)는 계획된 이동 경로 상의 통과 지점(이하 「서브골」이라고도 한다)이 속하는 적산 맵 상의 확장 영역(321~323)으로부터 서브골에 있어서의 경로의 여유를 취득한다. 즉, 경로 계획부(35)는 특허청구범위에 기재된 경로 계획 수단으로서 기능한다. 보다 상세하게는, 우선 경로 계획부(35)는 세선화된 이동 가능 영역(341)의 노드 탐색을 실행한다. 즉, 모든 노드(342)를 탐색하고, 도 6에 나타내어지는 바와 같은 노드 맵으로서 표현한다. 또한, 여기에서 세선화된 이동 가능 영역(341)의 분기점(또는 결합 점)을 노드(342)라고 하고, 노드(342)와 노드(342)를 연결하는 세선화된 이동 가능 영역(341)을 링크(343)라고 한다.

이어서, 경로 계획부(35)는 예를 들면 공지의 A* 알고리즘(A스타 알고리즘) 등의 탐색 알고리즘을 이용하여 최단 경로 탐색을 행하고, 이동 경로를 결정한다. 즉, 경로 계획부(35)는 도 7에 나타내어지는 바와 같이, 스타트 위치(351)와 골 위치(352)를 기점으로 해서, 예를 들면 A* 알고리즘을 이용하여 적산 맵 상의 어느 노드(342), 어느 링크(343)를 통과하면 최소 비용(최단 경로)이 될지를 연산하고, 이동 경로(350)를 결정한다. 이어서, 경로 계획부(35)는 도 8에 나타내어지는 바와 같이, 결정된 이동 경로(350) 상의 서브골(360)이 어느 확장 영역(321~323)에 속해 있는지[또는 확장 영역(321~323)에 속하지 않는지]에 의해 서브골(360)마다의 경로 여유 정보를 취득한다. 여기에서, 상술한 적산 맵 상의 각 확장 영역의 적산값(예를 들면 「1」「2」「3」)을 경로 여유 정보로서 사용할 수 있다. 그리고, 경로 계획부(35)는 취득한 각 서브골(360)의 경로 여유 정보를 서브골 점열(좌표열)로 나타내어진 경로 정보에 서브골(360)마다 대응시켜서 부가한다. 이렇게 하여, 경로 여유 정보가 부가된 경로 정보가 취득된다. 또한, 자율 이동 장치(1)가 이동 경로(350)를 따라 이동할 때에는 자기 위치에 대하여 다음의 목표 통과 위치가 되는 서브골의 좌표와, 상기 서브골에 있어서의 경로 여유 정보가 판독됨으로써 자기의 이동이 제어된다.

이어서, 도 2~도 8을 아울러 참조하면서 경로 계획 장치(5)의 동작, 및 경로 계획 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 경로 계획 장치(5)에 의한 경로 계획 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 2에 나타내어지는 경로 계획 처리는 경로 계획 장치(5)[전자 제어 장치(30)]에 의해 행하여지는 것이고, 자율 이동을 행하기 전에, 예를 들면 유저의 지시 조작을 받아서 실행된다.

우선, 스텝 S100에서는 레이저 레인지 파인더(20)로부터 판독된 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보 등에 의거하여 글로벌 맵이 생성된다. 또한, 글로벌 맵의 생성 방법에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 이어서, 스텝 S102에서는 우선 글로벌 맵에 포함되어 있는 장해물 영역(300)마다 그 윤곽이 자기의 반경(r)만큼 확장되어서 확장 장해물 영역(320)이 생성된다. 스텝 S102에서는 확장 장해물 영역(320)이 소정의 확장폭[본 실시형태에서는 자기의 반경(r)]씩 3단계로 더 확장되어 3개의 확장 영역, 즉 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 및 제 3 확장 영역(323)이 생성된다(도 3, 4 참조).

이어지는 스텝 S104에서는 스텝 S102에서 생성된 확장 장해물 영역(320), 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 및 제 3 확장 영역(323)이 중합되어 적산되어 적산 맵이 생성된다(도 4 참조). 이어서, 스텝 S106에서는 스텝 S104에서 생성된 적산 맵으로부터 확장 장해물 영역(320)을 제외한 영역이 장해물과 접촉하는 일없이 이동할 수 있는 이동 가능 영역(340)으로서 추출된다(도 5 참조). 이어서, 스텝 S108에서는 추출된 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리가 행하여진다. 또한, 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어지는 스텝 S110에서는 세선화된 이동 가능 영역(341)의 노드 탐색이 실행된다(도 6 참조). 이어서, 스텝 S112에서는 스타트 위치와 골 위치를 기점으로 해서, 예를 들면 A* 알고리즘을 이용하여 적산 맵 상의 어느 노드(342), 어느 링크(343)를 통과하면 최소 비용(최단 경로)이 될지가 연산되고, 경로(350)가 결정된다(도 7 참조).

이어지는 스텝 S114에서는 결정된 경로(350) 상의 서브골(360)이 어느 확장 영역(321~323)에 속해 있는지[또는 확장 영역(321~323)에 속하지 않는지]에 의해 서브골(360)마다의 경로 여유 정보가 취득된다(도 8 참조). 그리고, 취득된 각 서브골(360)의 경로 여유 정보가 서브골 점열(좌표열)로 나타내어진 경로 정보에 서브골(360)마다 대응시켜서 부가됨으로써 경로 여유 정보가 부가된 경로 정보가 취득된다. 그리고, 이렇게 하여 취득된 이동 경로(350)를 따라 자율 이동 장치(1)가 이동할 때, 예를 들면 웨이트 「0」의 경로를 통과하는 속도에 비하여 웨이트 「1」의 경로(도 8 중의 극태선으로 나타내어진 구간)를 통과하는 속도가 느려지도록 전자 제어 장치(30)는 자율 이동 장치(1)의 진행 속도를 제어한다. 또한, 상술한 예에서는 이동 경로(350)가 웨이트 「2」의 영역을 통과하고 있지 않지만, 이동 경로(350)가 웨이트 「2」의 영역을 통과할 경우에는 진행 속도를 웨이트 「1」의 영역보다 느리게 할 수도 있다. 또한, 웨이트 「3」의 영역을 통과할 경우에는 이동 경로(350)로부터 벗어나도록 제어해도 된다.

본 실시형태에 의하면, 장해물 영역(300)의 윤곽이 단계적으로 확장됨으로써 생성된 확장 장해물 영역(320) 및 3개의 확장 영역(321~323)이 중합되어 적산되어 적산 맵이 생성된다. 따라서, 적산 맵 상의 각 확장 영역(321~323)의 경계는 확장 장해물 영역(320)(즉 장해물)으로부터의 거리에 따라서 배치된다. 그 때문에, 이동 경로(350)가 계획될 때에 이동 경로(350) 상의 서브골(360)이 속하는 확장 영역(321~323)의 적산값으로부터 상기 서브골(360)의 경로 여유를 파악할 수 있다. 따라서, 계획된 이동 경로(350) 상의 서브골(360)의 경로 여유를 미리(경로 계획 단계에서) 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시형태에 의하면 서브골(360)이 속하는 확장 영역(321~323)의 적산값으로부터 경로 여유를 파악할 수 있기 때문에 보다 적은 연산량으로 서브골(360)의 경로 여유를 인식할 수 있게 된다.

본 실시형태에 의하면, 우선 자기의 반경(r)만큼 장해물 영역(300)의 윤곽이 확장되기 때문에 이동 가능 영역(340)을 추출할 때에 확장된 장해물 영역(300)[확장 장해물 영역(320)]의 윤곽에 대하여 자기의 크기를 점으로 간주할 수 있다. 또한, 확장 장해물 영역(320)의 윤곽이 소정의 확장폭[본 실시형태에서는 자기의 반경(r)]으로 더 확장되기 때문에 이동 경로 상의 통과 지점의 경로 여유를 상기 확장폭을 단위로 하여 상기 확장폭의 배수로 파악할 수 있게 된다. 또한, 본 실시형태에서는 소정의 확장폭으로서 자기의 반경(r)을 사용함으로써 확장폭을 같은 값으로 통일했으므로 전자 제어 장치(30)의 연산 부하를 저감할 수 있다.

본 실시형태에 의한 자율 이동 장치(1)에 의하면 상술한 경로 계획 장치(5)를 구비하고 있기 때문에 서브골(360)마다의 경로 여유를 미리 파악할 수 있다. 따라서, 예를 들면 각 서브골(360)의 경로 여유에 따른 적절한 이동 속도 및 장해물 회피 속도를 서브골(360)마다 미리 설정할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 확장 장해물 영역(320)을 확장할 때의 확장폭을 자기의 반경(r)으로 했지만, 이 확장폭은 자기의 반경(r)에 한정되지 않고 임의로 설정할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 확장 장해물 영역(320)을 3단계로 확장했지만, 2단계 또는 4단계 이상으로 확장해도 된다. 또한, 각 확장 영역(321~323)을 적산할 때에 각 확장 영역(321~323)을 구성하는 그리드에 부여되는 값(웨이트)은 「1」에 한정되지 않고, 임의의 값을 설정할 수 있다.

상기 실시형태에서는 최단 경로 탐색에 A* 알고리즘을 이용했지만, 그 이외의 알고리즘, 예를 들면 다익스트라법, 최량 우선 탐색 등을 이용해도 된다.

상기 실시형태에서는 글로벌 맵을 생성할 때에 SLAM 기술을 이용해서 생성했지만, 글로벌 맵은 SLAM 이외의 다른 방법을 이용해서 생성해도 된다. 또한, 글로벌 맵은 건축 도면으로 작성해도 되고, 또한 다른 장치로 생성한 글로벌 맵을 자기에 이식해도 된다. 또한, 글로벌 맵을 생성할 때에 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 모든 방향으로 이동 가능한 옴니휠(13)을 채용했지만, 통상의 차륜(조타륜 및 구동륜)을 사용하는 구성으로 해도 된다.

[제 2 실시형태]

이어서, 도 9를 이용하여 제 2 실시형태에 의한 경로 계획 장치(6), 및 상기 경로 계획 장치(6)가 탑재된 자율 이동 장치(2)의 구성에 대하여 설명한다. 도 9는 경로 계획 장치(6)가 탑재된 자율 이동 장치(2)의 구성을 나타내는 블럭도이다.

자율 이동 장치(2)는 주위의 환경 지도(장해물이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 나타낸 지도, 이하 「글로벌 맵」이라고도 한다)를 생성하고, 유저로부터 부여된 글로벌 맵 상의 출발점(스타트 지점)과 목적지(골 지점) 사이를 연결하는 이동 경로를 계획함과 아울러 계획된 경로를 따라 스타트 지점에서부터 골 지점까지 자율적으로 이동하는 기능을 갖는 것이다. 그 때문에, 자율 이동 장치(2)는 그 하부에 전동 모터(12) 및 상기 전동 모터(12)에 의해 구동되는 옴니휠(13)이 설치된 본체(10)와, 주위에 존재하는 장해물과의 거리를 계측하는 레이저 레인지 파인더(20)를 구비하고 있다. 또한, 자율 이동 장치(2)는 이동 경로를 계획하는 경로 계획 장치(6)를 포함하고, 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 경로 계획 장치(6)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 이동할 수 있게 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(2)를 임의의 방향(전체 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(2)의 이동량을 연산한다.

레이저 레인지 파인더(20)는 자기의 정면 방향(전방)을 향하도록 해서 자율 이동 장치(2)의 전방부에 장착되어 있다. 레이저 레인지 파인더(20)는 레이저를 사출함과 아울러 사출한 레이저를 회전 미러로 반사시킴으로써 자율 이동 장치(2)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(2)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 드라이버 회로 등도 구비하고 있다.

전자 제어 장치(40)는 이동 경로를 계획하는 경로 계획 장치(6)를 포함하고 있고, 이동 경로를 계획함과 아울러 계획된 경로를 따라 이동하도록 전동 모터(12)를 제어한다. 경로 계획 장치(6)는 이동 경로를 생성함과 아울러 생성된 이동 경로에 대하여 직선화 및 평활화를 행하기 위해서 글로벌 맵 취득부(31), 확장 영역 생성부(32), 이동 가능 영역 추출부(34), 경로 계획부(35), 직선화부(41), 및 평활화부(42)를 갖고 있다. 또한, 이들 각 부는 상술한 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구축된다.

글로벌 맵 취득부(31)는, 예를 들면 SLAM 기술 등을 이용하여 장해물이 존재하는 영역(장해물 영역)과 존재하지 않는 영역을 나타낸 글로벌 맵을 생성한다. 즉, 글로벌 맵 취득부(31)는 특허청구범위에 기재된 환경 지도 취득 수단으로서 기능한다. 여기에서, 글로벌 맵은 수평면을 소정 크기(예를 들면 1㎝×1㎝)의 블럭으로 분할한 평면으로 이루어지는 지도이고, 장해물이 있는 그리드에는 예를 들면 「0」보다 큰 값이 부여되고, 장해물이 없는 그리드에는 「0」 미만의 값이 부여되다.

SLAM 기술을 이용해서 글로벌 맵을 생성할 경우, 우선 글로벌 맵 취득부(31)는 레이저 레인지 파인더(20)로부터 판독된 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보에 의거하여 로컬 맵을 생성함과 아울러 인코더(16)로부터 판독된 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 의거하여 자기의 이동량을 연산한다. 이어서, 글로벌 맵 취득부(31)는 생성된 로컬 맵, 및 자기의 이동량으로부터 베이시안 필터링(Bayesian filtering)(베이즈의 정리)를 이용하여 확률적으로 자기 위치를 추정한다. 이어서, 글로벌 맵 취득부(31)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(31)는 이 처리를 이동하면서 반복해서 실행하여 로컬 맵을 글로벌 맵에 순차적으로 더해 감으로써(보충해 감으로써) 주위 환경 전체의 글로벌 맵을 생성한다.

확장 영역 생성부(32)는 글로벌 맵 취득부(31)에 의해 생성된 글로벌 맵에 포함되는 장해물 영역의 윤곽을 자기의 반경만큼 확장하여 확장 영역을 생성한다. 확장 영역의 생성에는, 예를 들면 공지의 밍코프스키 합을 이용할 수 있다. 즉, 도 10에 나타내어지는 바와 같이, 장해물 영역(300)의 윤곽(경계)을 자율 이동 장치(2)의 반경(r)에 상당하는 양만큼 확장함으로써 확장된 장해물 영역(이하 「확장 장해물 영역」이라고도 한다)(320)이 생성된다. 이 처리에 의해, 확장 장해물 영역(320)에 대하여 자율 이동 장치(2)의 크기를 점으로 간주할 수 있다.

이동 가능 영역 추출부(34)는 장해물 영역이 확장된 글로벌 맵으로부터 장해물과 접촉하지 않고 이동할 수 있는 영역(이동 가능 영역)을 추출한다. 즉, 이동 가능 영역 추출부(34)는 특허청구범위에 기재된 이동 가능 영역 추출 수단으로서 기능한다. 도 11에 나타내어지는 바와 같이, 본 실시형태에서는 글로벌 맵 상에 있어서 확장 장해물 영역(320)을 제외한 영역을 이동 가능 영역(340)으로서 추출한다. 또한, 이동 가능 영역 추출부(34)는 추출된 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리를 행한다. 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리는, 예를 들면 공지의 힐디치의 세선화법을 이용해서 행할 수 있다. 즉, 이동 가능 영역 추출부(34)는 이동 가능 영역(340)이 선이 될 때까지 이동 가능 영역(340)을 확장 장해물 영역(320)으로부터 1픽셀씩 삭제해 감으로써 세선화를 행한다. 따라서, 세선화에 의해 얻어진 선 형상의 이동 가능 영역(341)은 주위에 존재하는 장해물로부터 가장 먼 이동 가능 영역을 나타낸다.

경로 계획부(35)는 이동 가능 영역 추출부(34)에 의해 추출되어 세선화된 이동 가능 영역(341) 중에서 스타트 지점과 골 지점 사이를 연결하는 최단 경로를 탐색함으로써 이동 경로를 계획한다. 즉, 경로 계획부(35)는 특허청구범위에 기재된 경로 계획 수단으로서 기능한다. 보다 상세하게는, 우선 경로 계획부(35)는 세선화된 이동 가능 영역(341)의 노드 탐색을 실행한다. 즉, 모든 노드를 탐색하고, 도 12에 나타내어지는 바와 같은 노드 맵으로서 표현한다. 또한, 여기에서 세선화된 이동 가능 영역(341)의 분기점(또는 결합점)을 노드(342)라고 하고, 노드(342)와 노드(342)를 연결하는 세선화된 이동 가능 영역(341)을 링크(343)라고 한다.

이어서, 경로 계획부(35)는, 예를 들면 공지의 A* 알고리즘(A스타 알고리즘) 등의 탐색 알고리즘을 이용하여 최단 경로 탐색을 행하고, 이동 경로, 및 상기 이동 경로 상의 목표 통과 지점(이하 「서브골」이라고도 한다)을 결정한다. 즉, 경로 계획부(35)는 도 13에 나타내어지는 바와 같이, 스타트 지점(351)과 골 지점(352)을 기점으로 해서, 예를 들면 A* 알고리즘을 이용하여 글로벌 맵 상의 어느 노드(342), 어느 링크(343)를 통과하면 최소 비용(최단 경로)이 될지를 연산하여 이동 경로(350)를 결정함과 아울러 상기 이동 경로(350) 상의 서브골(360)을 결정한다. 그리고, 경로 계획부(35)는 결정된 이동 경로(350)를 서브골 점열(좌표열)로 나타낸 경로 정보를 취득한다.

직선화부(41)는 경로 계획부(35)에서 계획된 이동 경로(350)에 대하여 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않고 직선화하는 처리를 실시한다. 보다 상세하게는, 직선화부(41)는 이동 경로(350) 상의 2점(이하 「서브골 후보」라고도 한다)을 추출하고, 상기 2점을 직선으로 연결하고, 연결한 직선이 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않을 경우 상기 직선을 상기 2점을 연결하는 이동 경로로서 재설정한다. 또한, 그 경우 상기 2점에 끼인 서브골(360)은 삭제된다. 즉, 직선화부(41)는 특허청구범위에 기재된 직선화 수단으로서 기능한다.

여기에서, 이동 경로(350)의 직선화 방법에 대해서 도 14를 참조하면서 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 여기에서는 도 14에 나타내어지는 바와 같이 「스타트(351), 제 1 서브골(3601), 제 2 서브골(3602), 골(352)」이라고 하는 이동 경로(350)가 취득되었다고 가정해서 설명한다. 우선, 골(352)과 서브골 후보(3610)가 추출되었을 경우, 이 2점을 연결하는 직선은 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않기 때문에 상기 직선이 이동 경로로서 재설정된다. 또한, 이 경우 서브골 후보(3610)가 정규 서브골로서 설정됨과 아울러 상기 2점에 끼인 제 2 서브골(3602)은 삭제된다. 한편, 골(352)과 서브골 후보(3611)가 추출되었을 경우, 이 2점을 연결하는 직선은 확장 장해물 영역(320)과 간섭한다. 그 때문에, 상기 직선은 이동 경로로서 재설정되지 않는다.

또한, 직선화부(41)는 도 15에 나타내어지는 바와 같이, 골(352)부터 스타트(351)까지 반복해서 상술한 직선화 처리를 실행하고, 이동 경로(350) 및 서브골(360)의 재설정을 행한다. 여기에서, 직선화부(41)는 다음의 순서을 따라 골(352)에서부터 스타트(351)까지 이동 경로(350)에 대하여 직선화 처리를 실시한다.

1. 골(352)로부터 이동 경로(350) 상을 스타트(351) 방향으로, 소정 그리드(예를 들면 1그리드)씩 따라가면서 서브골 후보(위치 1, 2, 3, …n, …N, N+1, …)를 설정한다.

2. 골(352)과 서브골 후보(위치 n) 사이에 직선을 긋는다.

3. 새롭게 그은 직선이 확장 장해물 영역(320)과 간섭하는지 여부를 체크한다.

4. n=N+1일 때 새롭게 그었던 직선이 확장 장해물 영역(320)과 간섭할 경우, 위치 N의 서브골 후보를 새로운 서브골(360)로서 재설정한다.

5. 새로운 서브골(360)로부터 이동 경로(350) 상을 스타트(351) 방향으로 따라가면서 상기 1~4의 순서를 반복하여 실행해서 차례로 서브골(360)을 재설정해 가고, 스타트(351)에 도달한 시점에 종료한다.

여기에서, 도 13에 나타내어진 이동 경로(350)에 대하여 골(352)에서부터 스타트(351)까지 직선화 처리를 행한 결과를 도 16에 나타낸다.

평활화부(42)는 직선화부(41)로 직선화된 이동 경로(350)에 대하여 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않고 평활화하는 처리를 실시한다. 보다 상세하게는 평활화부(42)는 이동 경로(350) 상의 서브골(360), 및 상기 서브골(360)을 사이에 둔 이동 경로(350) 상의 2개의 점(서브골 후보)을 추출하고, 상기 2개의 점끼리를 직선으로 연결하고, 연결한 직선이 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않을 경우 상기 직선을 2개의 점을 연결하는 이동 경로로서 재설정한다. 또한, 그 경우 상기 2점에 끼인 서브골(360)은 삭제된다. 즉, 평활화부(42)는 특허청구범위에 기재된 평활화 수단으로서 기능한다.

여기에서, 이동 경로(350)의 평활화 방법에 대해서 도 17을 참조하면서 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 여기에서는 도 17에 나타내어지는 바와 같이 「스타트(351), 제 1 서브골(3601), 제 2 서브골(3602), 제 3 서브골(3603), 골(352)」이라고 하는 이동 경로(350)가 취득되었다고 가정해서 설명한다. 평활화부(42)는 다음 순서을 따라 이동 경로(350)의 평활화를 행한다.

1. 스타트(351), 제 1 서브골(3601), 제 2 서브골(3602)의 3점을 추출한다.

2. 3점이 이루는 각이 일정값[이 값은 자율 이동 장치(2)의 운동성에 따라서 결정된다] 이하일 경우에는 다음의 순서 3으로 진행한다. 한편, 3점이 이루는 각이 상기 일정값보다 클 경우에는 순서 1로 돌아와 다음의 3점, 즉 제 1 서브골(3601), 제 2 서브골(3602), 제 3 서브골(3603)의 3점을 추출하고, 본 순서를 다시 행한다.

3. 제 1 서브골(3601)에서부터 스타트(351) 방향으로 소정 그리드(예를 들면 1그리드)씩 이동 경로(350) 상을 따라가면서 서브골 후보(위치 A1, A2, A3, …, An, …, AN, AN+1, …)를 설정한다.

4. 마찬가지로, 제 1 서브골(3601)에서부터 제 2 서브골(3602)의 방향으로, 예를 들면 1그리드씩, 이동 경로(350) 상을 따라가면서 서브골 후보(위치 B1, B2, B3, …, Bn, …, BN, BN+1, …)를 설정한다.

5. 서브골 후보의 페어(위치 An, Bn) 사이에 직선을 긋는다.

6. 새롭게 그은 직선이 확장 장해물 영역(320)과 간섭하는지 여부를 체크한다.

7. n=N+1일 때 새롭게 그은 직선이 확장 장해물 영역(320)과 간섭할 경우, 위치 AN과 BN(도 17에서는 A1과 B1)의 서브골 후보의 페어를 새로운 서브골(360)로서 재설정한다.

8. 이어서, 위치 BN(도 17에서는 B1)의 서브골(360), 제 2 서브골(3602), 제 3 서브골(3603)을 추출하고, 상기와 마찬가지의 처리(1~7의 순서)를 행하여 골(352)에 도착한 시점에 종료한다.

여기에서, 도 16으로 나타내어진 이동 경로(350)에 대하여 평활화 처리를 행한 결과를 도 18에 나타낸다.

이이서, 도 19를 이용하여 경로 계획 장치(6)의 동작에 대하여 설명한다. 도 19는 경로 계획 장치(6)에 의한 직선화 처리 및 평활화 처리를 포함하는 경로 계획 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 19에 나타내어지는 경로 계획 처리는 경로 계획 장치(6)[전자 제어 장치(40)]에 의해 행하여지는 것이고, 자율 이동을 행하기 전에, 예를 들면 유저의 지시 조작을 받아서 실행된다.

우선, 스텝 S200에서는 레이저 레인지 파인더(20)로부터 판독된 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보 등에 의거하여 글로벌 맵이 생성된다. 또한, 글로벌 맵의 생성 방법에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 이어서, 스텝 S202에서는 글로벌 맵에 포함되어 있는 장해물 영역(300)마다 그 윤곽이 자기의 반경(r)만큼 확장되어 확장 장해물 영역(320)이 생성된다(도 10 참조).

이어서 스텝 S204에서는 글로벌 맵으로부터 스텝 S202에서 생성된 확장 장해물 영역(320)을 제외한 영역이 장해물과 접촉하지 않고 이동할 수 있는 이동 가능 영역(340)로서 추출된다. 이어서, 스텝 S206에서는 추출된 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리가 행하여진다(도 11 참조). 또한, 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어서, 스텝 S208에서는 세선화된 이동 가능 영역(341)의 노드 탐색이 실행된다(도 12 참조). 이어지는 스텝 S210에서는 스타트 지점(351)과 골 지점(352)을 기점으로 해서, 예를 들면 A* 알고리즘을 이용하여 맵 상의 어느 노드(342), 어느 링크(343)를 통과하면 최소 비용(최단 경로)이 될지가 연산되어 이동 경로(350) 및 서브골(360)이 결정되고, 서브골 점열(좌표열)로 나타내어진 경로 정보가 취득된다(도 13 참조).

이어서, 스텝 S212에서는 골(352)에서부터 스타트(351)까지 이동 경로(350)의 직선화 처리가 행하여진다(도 14~16 참조). 또한, 이동 경로(350)의 직선화에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어서, 스텝 S214에 있어서 스텝 S212에서 직선화된 이동 경로(350)의 평활화 처리가 행하여진다(도 17, 18 참조). 또한, 이동 경로(350)의 평활화에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

본 실시형태에 의하면, 계획된 이동 경로(350)가 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않고 직선화된다. 그 때문에, 예를 들면 경로 계획부(35)에 의해 지그재그인 이동 경로가 계획되었을 경우라도 상기 이동 경로를 장해물과 접촉하지 않는 범위에서 직선화할 수 있다. 그 결과, 자율 이동 장치(2)가 보다 원활하게 이동할 수 있는 이동 경로를 계획할 수 있게 된다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 추출된 이동 경로(350) 상의 2점을 연결한 직선이 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않을 경우에 상기 2점을 연결하는 직선이 이동 경로(350)로서 재설정된다. 그 때문에, 적절하고 또한 확실하게 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않고 이동 경로(350)를 직선화할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 이동 경로(350) 상의 골(352)에서부터 스타트(351)까지 반복하여 이동 경로(350)의 직선화가 행하여진다. 그 때문에, 이동 경로(350)의 스타트(351)에서부터 골(352)까지 이동 경로(350) 전체에 걸쳐 직선화를 행할 수 있게 된다.

본 실시형태에 의하면, 이동 경로(350)가 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않고 평활화된다. 그 때문에, 예를 들면 경로 계획부(35)에 의해 예각으로 굴곡된 듯한 이동 경로가 계획되었을 경우라도 상기 이동 경로를 장해물과 접촉하지 않는 범위에서 평활화할 수 있다. 그 결과, 자율 이동 장치(2)가 보다 원활하게 이동할 수 있는 이동 경로를 계획할 수 있게 된다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 추출된 이동 경로(350) 상의 서브골(360)을 사이에 둔 2개의 점끼리를 연결한 직선이 확장 장해물 영역(320)과 간섭하지 않을 경우에 상기 2개의 점을 연결하는 직선이 이동 경로(350)로서 재설정된다. 그 때문에, 적절하고 또한 확실하게 확장 장해물 영역(320)과 간섭하는 일없이 이동 경로(350)를 평활화할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 이동 경로(350) 상의 스타트(351)에서부터 골(352)까지 반복하여 이동 경로(350)의 평활화가 행하여진다. 그 때문에, 이동 경로(350)의 스타트(351)에서부터 골(352)까지 이동 경로(350) 전체에 걸쳐 평활화를 행할 수 있게 된다.

본 실시형태에 의하면, 이동 경로(350)가 직선화된 후에 또한 평활화되기 때문에 이동 경로(350)를 보다 간략화할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 경로 계획부(35)에 의해 복잡하게 구부러진 이동 경로가 계획되었을 경우라도 상기 이동 경로를 장해물과 접촉하지 않는 범위에서 간략화할 수 있다. 그 결과, 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치(2)가 보다 원활하게 이동할 수 있는 이동 경로를 계획할 수 있게 된다.

본 실시형태에 의한 자율 이동 장치(2)에 의하면, 상술한 경로 계획 장치(6)를 구비하고 있기 때문에 장해물과 접촉하는 일없이 직선화 및 평활화된 이동 경로(350), 즉 자율 이동 장치(2)의 이동에 보다 적합한 형상의 이동 경로(350)를 취득할 수 있다. 그 결과, 자율 이동 장치(2)가 계획된 이동 경로(350)를 따라 이동할 때에 보다 원활하게 이동할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 이동 경로(350)의 직선화와 평활화를 행했지만, 직선화, 평활화 어느 한쪽만을 행하는 구성으로 해도 된다. 또한, 상기 실시형태에서는 골(352)과 스타트(351) 사이에서 직선화 및 평활화를 행했지만, 부분적으로 직선화 및/또는 평활화를 행하는 구성으로 해도 된다.

또한, 본 실시형태에서는 1그리드씩 서브골 후보를 설정해 갔지만, 서브골 후보를 설정하는 폭은 상기 실시형태에 한정되지 않고 임의로 설정할 수 있다. 또한, 직선화 및 평활화가 실시되는 원래의 이동 경로(350)의 계획 방법은 본 실시형태에는 한정되지 않는다.

본 실시형태에서는 최단 경로 탐색에 A* 알고리즘을 이용했지만, 그 이외의 알고리즘, 예를 들면 다익스트라법, 최량 우선 탐색 등을 이용해도 된다.

본 실시형태에서는 글로벌 맵을 생성할 때에 SLAM 기술을 이용해서 생성했지만, 글로벌 맵은 SLAM 이외의 다른 방법을 이용해서 생성해도 된다. 또한, 다른 장치로 생성한 글로벌 맵을 이식해도 된다. 또한, 글로벌 맵을 생성할 때에 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.

[제 3 실시형태]

이어서, 도 20을 이용하여 제 3 실시형태에 의한 자율 이동 장치(3)의 구성 에 대하여 설명한다. 도 20은 자율 이동 장치(3)의 구성을 나타내는 블럭도이다.

자율 이동 장치(3)는 주위의 환경 지도(장해물이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역을 나타낸 지도, 이하 「글로벌 맵」이라고도 한다)를 취득하고, 유저로부터 부여된 글로벌 맵 상의 출발점(스타트 위치)과 목적지(골 위치) 사이를 연결하는 이동 경로를 계획함과 아울러 상기 이동 경로의 경로 여유를 취득한다. 또한, 자율 이동 장치(3)는 계획된 이동 경로를 따라 스타트 위치에서부터 골 위치까지 자율적으로 이동함과 아울러 이동할 때에 자기 위치(이동 지점)의 경로 여유에 따라서 주행 제어(예를 들면 이동 속도의 조절 등)를 행한다. 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 장해물과의 거리를 계측하는 레이저 레인지 파인더(20)와, 이동 경로를 계획하고, 상기 이동 경로를 따라 이동하도록 전동 모터(12)를 구동함과 아울러 자기 위치(이동 지점)에 있어서의 경로 여유를 취득하고, 상기 경로 여유에 따라서 전동 모터(12)를 제어하는 전자 제어 장치(50) 등을 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) 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 이동할 수 있게 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(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 각도를 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 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(50)와 접속되어 있고, 검출한 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보를 전자 제어 장치(50)에 출력한다.

전자 제어 장치(50)는 자율 이동 장치(3)의 제어를 종합적으로 담당하는 것이다. 전자 제어 장치(50)는 연산을 행하는 마이크로프로세서, 마이크로프로세서에 후술하는 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)와 마이크로프로세서를 전기적으로 접속시키는 인터페이스 회로, 및 전동 모터(12)를 구동하는 드라이버 회로 등도 구비하고 있다.

전자 제어 장치(50)는, 상술한 바와 같이 이동 경로를 계획하고, 상기 이동 경로를 따라 이동하도록 전동 모터(12)를 구동함과 아울러 자기 위치(이동 지점)에 있어서의 경로 여유를 취득하고, 상기 경로 여유에 따라서 전동 모터(12)를 제어한다. 그 때문에 전자 제어 장치(50)는 글로벌 맵을 취득하는 글로벌 맵 취득부(31), 이동 경로를 계획하는 경로 계획부(35), 이동 경로의 경로 여유를 취득하는 경로 여유 취득부(51), 이동 경로 및 상기 이동 경로의 경로 여유를 기억하는 기억부(52), 자기 위치를 검지하는 자기 위치 검지부(53), 및 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 전동 모터(12)를 제어하는 주행 제어부(54)를 구비하고 있다. 또한, 이들 각 부는 상술한 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구축된다.

글로벌 맵 취득부(31)는, 예를 들면 SLAM 기술 등을 이용하여 장해물이 존재하는 영역(장해물 영역)과 존재하지 않는 영역이 기록된 글로벌 맵을 생성한다. 즉, 글로벌 맵 취득부(31)는 특허청구범위에 기재된 환경 지도 취득 수단으로서 기능한다. 여기에서, 글로벌 맵은 수평면을 소정 크기(예를 들면 종횡 1㎝)의 블럭으로 분할한 평면으로 이루어지는 지도이고, 장해물이 있는 그리드에는 예를 들면 「0」보다 큰 값이 부여되고, 장해물이 없는 그리드에는 「0」미만의 값이 부여된다. SLAM 기술을 이용해서 글로벌 맵을 생성할 경우, 우선 글로벌 맵 취득부(31)는 후술하는 자기 위치 검지부(53)에 의해 취득된 자기 위치를 판독한다. 또한, 자기 위치 취득 방법의 상세에 대해서는 후술한다. 이어서, 글로벌 맵 취득부(31)는 자기 위치를 취득할 때에 생성된 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(31)는 이 처리를 이동하면서 반복해서 실행하고, 로컬 맵을 글로벌 맵에 순차적으로 더해 감으로써(보충해 감으로써) 주위 환경 전체의 글로벌 맵을 생성한다.

경로 계획부(35)는 글로벌 맵 취득부(31)에서 생성된 글로벌 맵으로부터 이동 경로를 계획하기 때문에 확장 영역 생성부(32), 적산 맵 생성부(33), 이동 가능 영역 추출부(34), 및 경로 탐색부(55)를 갖고 있다. 경로 계획부(35)는 특허청구범위에 기재된 경로 계획 수단으로서 기능한다.

확장 영역 생성부(32)는 글로벌 맵 취득부(31)에 의해 생성된 글로벌 맵에 포함되는 장해물 영역의 윤곽을 자기의 반경만큼 확장하여 확장된 장해물 영역(이하 「확장 장해물 영역」이라고도 한다)을 생성함과 아울러 이 확장 장해물 영역의 윤곽을 소정의 확장폭으로 단계적으로 더 확장하여 복수의 확장 영역을 생성한다. 확장 영역의 생성에는, 예를 들면 공지의 밍코프스키 합을 이용할 수 있다. 즉, 도 21에 나타내어지는 바와 같이, 장해물 영역(300)의 윤곽(경계)을 자율 이동 장치(3)의 반경(r)에 상당하는 양만큼 확장함으로써 확장 장해물 영역(320)이 생성된다. 이 처리에 의해, 확장 장해물 영역(320)에 대하여 자율 이동 장치(3)의 크기를 점으로 간주할 수 있다. 또한, 확장 영역 생성부(32)는 확장 장해물 영역(320)마다 그 윤곽을 소정의 확장폭씩 3단계로 확장하여 3개의 확장 영역, 즉 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 및 제 3 확장 영역(323)을 생성한다(도 22 참조). 또한, 본 실시형태에서는 소정의 확장폭으로서 자기의 반경(r)을 사용했다. 즉, 확장 영역 생성부(32)는 확장 장해물 영역(320)의 윤곽을 자율 이동 장치(3)의 반경(r)에 상당하는 양만큼 확장함으로써 제 1 확장 영역(321)을 생성하고, 상기 제 1 확장 영역(321)의 윤곽을 반경(r)에 상당하는 양만큼 확장함으로써 제 2 확장 영역(322)을 생성함과 아울러 상기 제 2 확장 영역(322)의 윤곽을 반경(r)만큼 확장함으로써 제 3 확장 영역(323)을 생성한다.

적산 맵 생성부(33)는 확장 영역 생성부(32)에 의해 생성된 복수의 확장 영역[본 실시형태에서는 확장 장해물 영역(320), 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 제 3 확장 영역(323)]을 중합해서 적산하여 적산 맵을 생성한다. 보다 구체적으로는 도 22에 나타내어지는 바와 같이, 확장 장해물 영역(320), 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 제 3 확장 영역(323) 각각에 포함되는 전체 그리드에 예를 들면 「1」의 값(웨이트)을 부여하고, 확장 장해물 영역(320) 및 각 확장 영역(321~323)을 중합하여 적산함으로써 적산 맵이 생성된다. 즉, 적산 맵에 있어서, 제 1 확장 영역(321)과 제 2 확장 영역(322)과 제 3 확장 영역(323)이 겹치는 영역의 적산값(웨이트)은 「3」이 된다. 마찬가지로, 제 2 확장 영역(322)과 제 3 확장 영역(323)만이 겹치는 영역[제 2 확장 영역(322)으로부터 제 1 확장 영역(321)을 제외한 영역]의 적산값(웨이트)은 「2」가 된다. 또한, 제 3 확장 영역(323)만인 영역[제 3 확장 영역(323)으로부터 제 2 확장 영역(322)을 제외한 영역]의 값(웨이트)은 「1」이 된다. 그 때문에, 적산 맵 상의 각 영역(각 그리드)의 적산값은 자율 이동 장치(3)의 반경(r)을 단위로 해서 확장 장해물 영역(320)(즉 장해물)으로부터의 거리에 따른 값을 나타내게 되고, 적산값이 큰 영역(그리드)일수록 장해물에 가깝고, 반대로 적산값이 작은 영역(그리드)일수록 장해물로부터 먼 것을 나타낸다. 따라서, 적산 맵 상의 각 영역(각 그리드)의 적산값으로부터 장해물과의 거리(여유)를 파악할 수 있다.

이동 가능 영역 추출부(34)는 적산 맵 생성부(33)에 의해 생성된 적산 맵으로부터 장해물과 접촉하지 않고 이동할 수 있는 영역(이동 가능 영역)을 추출한다. 도 23에 나타내어지는 바와 같이, 본 실시형태에서는 적산 맵 상에 있어서, 확장 장해물 영역(320) 이외의 영역(도 23에 있어서 사선부를 제외한 영역)을 이동 가능 영역(340)으로서 추출한다. 또한, 이동 가능 영역 추출부(34)는 추출된 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리를 행한다. 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리는, 예를 들면 공지의 힐디치의 세선화법을 이용해서 행할 수 있다. 즉, 이동 가능 영역 추출부(34)는 이동 가능 영역(340)이 선이 될 때까지 이동 가능 영역(340)을 확장 장해물 영역(320)으로부터 1픽셀씩 삭제해 감으로써 세선화를 행한다. 따라서, 세선화에 의해 얻어진 선 형상의 이동 가능 영역(341)은 주위에 존재하는 장해물로부터 가장 먼 이동 가능 영역을 나타낸다.

경로 탐색부(55)는 이동 가능 영역 추출부(34)에 의해 추출되어 세선화된 이동 가능 영역(341) 중에서 스타트 위치와 골 위치 사이를 연결하는 최단 경로를 탐색함으로써 이동 경로를 계획한다. 보다 상세하게는, 우선 경로 탐색부(55)는 세선화된 이동 가능 영역(341)의 노드 탐색을 실행한다. 즉, 모든 노드(342)를 탐색하여 도 24에 나타내어지는 바와 같은 노드 맵으로서 표현한다. 또한, 여기에서 세선화된 이동 가능 영역(341)의 분기점(또는 결합점)을 노드(342)라고 하고, 노드(342)와 노드(342)를 연결하는 세선화된 이동 가능 영역(341)을 링크(343)라고 한다. 이어서, 경로 탐색부(55)는, 예를 들면 공지의 A* 알고리즘(A스타 알고리즘) 등의 탐색 알고리즘을 이용하여 최단 경로 탐색을 행하고, 이동 경로를 결정한다. 즉, 경로 탐색부(55)는 도 25에 나타내어지는 바와 같이, 스타트 위치(351)와 골 위치(352)를 기점으로 해서, 예를 들면 A* 알고리즘을 이용하여 적산 맵 상의 어느 노드(342), 어느 링크(343)를 통과하면 최소 비용(최단 경로)이 될지를 연산하고, 경로(350)를 결정한다.

경로 여유 취득부(51)는 경로 탐색부(55)에 의해 계획된 이동 경로 상의 통과 지점(이하 「서브골」이라고도 한다)이 속하는 적산 맵 상의 확장 영역(321~323)으로부터 서브골에 있어서의 경로의 여유를 취득한다. 보다 구체적으로는, 경로 여유 취득부(51)는 도 26에 나타내어지는 바와 같이, 결정된 경로(350) 상의 서브골(360)이 어느 확장 영역(321~323)에 속해 있는지[또는 확장 영역(321~323)에 속해 있지 않은지]에 의해 서브골(360)마다의 경로 여유 정보를 취득한다. 여기에서, 상술한 적산 맵 상의 각 영역의 적산값(예를 들면 「1」「2」「3」. 또한, 어떠한 확장 영역에도 속하지 않는 영역의 적산값은 「0」이 된다.)을 경로 여유 정보로서 사용할 수 있다. 그리고, 경로 여유 취득부(51)는 취득한 각 서브골(360)의 경로 여유 정보를 서브골 점열(좌표열)로 나타내어진 경로 정보에 서브골(360)마다 대응시켜서 부가한다. 이렇게 하여, 경로 여유 정보가 부가된 이동 경로 정보가 취득된다. 즉, 경로 여유 취득부(51)는 특허청구범위에 기재된 경로 여유 취득 수단으로서 기능한다.

기억부(52)는, 예를 들면 상술한 백업 RAM 등으로 구성되어 있고, 경로 계획부(35)에 의해 계획된 경로 정보, 및 경로 여유 취득부(51)에서 취득된 이동 경로의 경로 여유 정보를 기억한다. 즉, 기억부(52)는 특허청구범위에 기재된 기억 수단으로서 기능한다.

자기 위치 검지부(53)는 자기 위치, 즉 이동 중의 자기의 위치를 추정한다. 따라서, 자기 위치 검지부(53)는 특허청구범위에 기재된 자기 위치 검지 수단으로서 기능한다. 보다 구체적으로는, 자기 위치 검지부(53)는 우선 레이저 레인지 파인더(20)로부터 센서 정보 취득부(36)를 통해서 판독된 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보에 의거하여 로컬 맵을 생성함과 아울러 인코더(16)로부터 판독된 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 의거하여 자기의 이동량을 연산한다. 이어서, 자기 위치 검지부(53)는 생성된 로컬 맵, 및 자기의 이동량으로부터 베이시안 필터링(베이즈의 정리)을 이용하여 확률적으로 자기 위치를 추정한다.

주행 제어부(54)는 자기 위치 검지부(53)에 의해 검지된 자기 위치와, 기억부(52)에 기억되어 있는 경로 정보, 경로 여유 정보로부터 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유를 취득하고, 상기 경로 여유에 따라서 전동 모터(12)를 제어함으로써 자기의 주행을 컨트롤한다. 즉, 주행 제어부(54)는 특허청구범위에 기재된 주행 제어 수단으로서 기능한다. 보다 구체적으로는, 주행 제어부(54)는 우선 경로 정보에 포함되는 서브골 점열(좌표열)로부터 자기 위치와 일치하거나 또는 가장 가까운 서브골을 검출하고, 상기 서브골과 대응해서 기억되어 있는 상기 서브골에 있어서의 경로 여유 정보를 취득한다. 또한, 경로 여유 정보는 가장 가까운 1개의 서브골이 갖는 값을 채용하는 것은 아니고, 검출된 가장 가까운 서브골보다 골측에 위치하는 서브골이고 자기 위치로부터 일정 범위에 포함되는 복수의 서브골의 경로 여유 정보 중 가장 좁은 것(큰 값)을 채용하도록 해도 된다.

이어서, 주행 제어부(54)는 취득된 경로 여유 정보에 따라서 목표 이동 속도를 설정한다. 예를 들면, 주행 제어부(54)는 경로 여유 정보가 「0」일 경우에는 목표 이동 속도를 시속 4㎞/h로 설정하고, 경로 여유 정보가 「1」일 경우에는 시속 3㎞/h로 설정하고, 경로 여유 정보가 「2」일 경우에는 시속 2㎞/h로 설정하고, 경로 여유 정보가 「3」일 경우에는 시속 1㎞/h로 설정한다. 즉, 경로 여유가 작아질수록(즉 통로폭이 좁을수록) 자기의 속도가 느려지도록 목표 이동 속도가 설정된다. 또한, 경로 여유 정보에 따라서 목표 이동 속도를 설정하는 대신에 경로 여유 정보에 따라서 계수를 설정하고, 이 계수를 다른 파라미터에 의거하여 설정된 목표 이동 속도에 대하여 곱하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 예를 들면 경로 여유 정보가 「0」인 경우에는 계수를 「1」로 설정하고, 경로 여유 정보가 「1」인 경우에는 계수를 「3/4」로 설정하고, 경로 여유 정보가 「2」인 경우에는 계수를 「2/4」로 설정하고, 경로 여유 정보가 「3」인 경우에는 계수를 「1/4」로 설정한다. 즉, 경로 여유가 작아질수록 이동 속도가 느려지도록 계수가 설정된다.

또한, 주행 제어부(54)는 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 장해물을 회피하기 위한 회피력(이하 「척력」이라고도 한다)을 설정하는 장해물 회피 제어부(56)를 갖고, 상기 장해물 회피 제어부(56)에 의해 설정된 척력에 의거하여 전동 모터(12)를 구동함으로써 장해물을 회피한다. 장해물 회피 제어부(56)는 특허청구범위에 기재된 장해물 회피 제어 수단으로서 기능한다. 여기에서, 본 실시형태에서는 장해물을 회피하면서 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 경로를 생성하는 방법이다. 본 실시형태에서는 이 가상 포텐셜법의 척력을 설정하는 파라미터의 하나로서 경로 여유를 채용한다.

보다 구체적으로는, 주행 제어부(54)는 우선 자기 위치에 의거하여 골 위치로 향하기 위한 가상 인력을 계산한다. 한편, 장해물 회피 제어부(56)는 자기 위치, 이동 속도, 장해물의 위치 및 속도, 및 경로 여유 정보에 따라서 설정되는 계수에 의거하여 장해물을 회피하기 위한 가상 척력을 산출한다. 여기에서, 경로 여유 정보에 따라서 설정되는 계수로서는, 예를 들면 상술한 목표 이동 속도에 곱해지는 계수와 같은 계수를 사용할 수 있다. 즉, 경로 여유가 작아질수록 가상 척력이 작아지도록(즉 회피하는 쪽이 느려지도록) 계수가 설정된다. 이어서, 주행 제어부(54)는 얻어진 가상 인력과, 가상 척력을 벡터 합성함으로써 가상 힘벡터(force vector)를 계산한다. 그리고, 주행 제어부(54)는 얻어진 가상 힘벡터에 따라서 전동 모터(12)[옴니휠(13)]를 구동함으로써 장해물을 회피하면서 골 위치로 이동하도록 자기의 주행을 컨트롤한다.

본 실시형태에서는 자기 위치에서의 경로 여유를 파악하고 있기 때문에, 레이저 레인지 파인더(20)에 의해 검출된 물체와의 거리에 의거하여 검출된 물체가 통로의 벽인지, 또는 장해물인지를 추측할 수 있다. 여기에서, 검출된 물체가 장해물이 아니라 벽이라면 상술한 회피 동작을 취하기 위한 연산(가상 척력을 구하기 위한 연산)을 생략할 수 있다.

이어서, 도 27 및 도 28을 참조하면서 자율 이동 장치(3)의 동작에 대하여 설명한다. 도 27은 자율 이동 장치(3)에 의한 경로 계획 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 또한, 도 28은 자율 이동 장치(3)에 의한 주행 제어 처리의 처리 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 27에 나타내어지는 경로 계획 처리는 전자 제어 장치(50)에 의해 행하여지는 것이고, 자율 이동을 행하기 전에, 예를 들면 유저의 지시 조작을 받아서 실행된다. 또한, 도 28에 나타내어지는 주행 제어 처리는 전자 제어 장치(50)에 의해 행하여지는 것이고, 자율 이동 장치(3)가 자율 이동하고 있을 때에 소정의 타이밍으로 반복하여 실행된다.

우선, 도 27에 나타내어지는 경로 계획 처리의 처리 순서에 대하여 설명한다. 스텝 S300에서는 레이저 레인지 파인더(20)로부터 판독된 주위 물체와의 거리 정보·각도 정보 등에 의거하여 글로벌 맵이 생성된다. 또한, 글로벌 맵의 생성 방법에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 이어서, 스텝 S302에서는 우선 글로벌 맵에 포함되어 있는 장해물 영역(300)마다 그 윤곽이 자기의 반경(r)만큼 확장되어서 확장 장해물 영역(320)이 생성된다. 스텝 S302에서는 확장 장해물 영역(320)이 소정의 확장폭[본 실시형태에서는 자기의 반경(r)]씩 3단계로 더 확장되어 3개의 확장 영역, 즉 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 및 제 3 확장 영역(323)이 생성된다(도 21, 22 참조).

이어지는 스텝 S304에서는 스텝 S302에서 생성된 확장 장해물 영역(320), 제 1 확장 영역(321), 제 2 확장 영역(322), 및 제 3 확장 영역(323)이 중합되어 적산되어 적산 맵이 생성된다(도 22 참조). 이어서, 스텝 S306에서는 스텝 S304에서 생성된 적산 맵으로부터 확장 장해물 영역(320)을 제외한 영역이 장해물과 접촉하지 않고 이동할 수 있는 이동 가능 영역(340)으로서 추출된다(도 23 참조). 이어서, 스텝 S308에서는 추출된 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리가 행하여진다. 또한, 이동 가능 영역(340)의 세선화 처리에 대해서는 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어지는 스텝 S310에서는 세선화된 이동 가능 영역(341)의 노드 탐색이 실행된다(도 24 참조). 이어서, 스텝 S312에서는 스타트 위치와 골 위치를 기점으로 해서, 예를 들면 A* 알고리즘을 이용하여 적산 맵 상의 어느 노드(342), 어느 링크(343)를 통과하면 최소 비용(최단 경로)이 될지가 탐색되고, 경로(350)가 결정된다(도 25 참조).

이어지는 스텝 S314에서는 결정된 경로(350) 상의 서브골(360)이 어느 확장 영역(321~323)에 속해 있는지[또는 확장 영역(321~323)에 속해 있지 않은지]에 의해 서브골(360)마다의 경로 여유 정보(「0」「1」「2」「3」)가 취득된다(도 26 참조). 그리고, 취득된 각 서브골(360)의 경로 여유 정보가 서브골 점열(좌표열)로 나타내어진 경로 정보에 서브골(360)마다에 대응시켜서 부가됨으로써 경로 여유 정보가 부가된 경로 정보가 취득된다. 스텝 S314에서 취득된 경로 여유 정보가 부가된 경로 정보(즉 경로 정보 및 경로 여유 정보)는 스텝 S316에 있어서 기억부(52)에 의해 기억된다.

이어서, 도 28에 나타내어지는 주행 제어 처리에 대하여 설명한다. 스텝 S400에서는 물체와의 거리·각도 정보에 의거하여 생성된 로컬 맵, 및 각 전동 모터(12)의 회전 각도에 의거하여 연산된 자기의 이동량으로부터 베이시안 필터링을 이용하여 주행 중의 자기 위치가 추정된다. 이어지는 스텝 S402에서는 경로 정보에 포함되는 서브골 점열(좌표열)로부터 자기 위치와 일치하거나 또는 가장 가까운 서브골이 검출되고, 상기 서브골과 대응해서 기억되어 있는 상기 서브골에 있어서의 경로 여유 정보가 취득된다. 또한, 상술한 바와 같이, 경로 여유 정보는 가장 가까운 1개의 서브골이 갖는 값을 채용하는 것은 아니고, 검출된 가장 가까운 서브골보다 골측에 위치하는 서브골로서 자기 위치로부터 일정 범위에 포함되는 복수의 서브골의 경로 여유 정보 중 가장 좁은 것(큰 값)을 채용하도록 하여도 된다.

이어서, 스텝 S404에서는 취득된 경로 여유 정보에 따라서 목표 이동 속도가 설정된다. 여기에서는, 경로 여유가 작을수록(즉 통로폭이 좁을수록) 자기의 속도가 느려지도록 목표 이동 속도가 설정된다. 또한, 목표 이동 속도의 설정 방법은 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

이어서, 스텝 S406에서는 스텝 S402에서 취득된 경로 여유 정보에 따라서 장해물을 회피하기 위한 가상 척력이 설정된다. 여기에서는, 경로 여유가 작아질수록 가상 척력이 작아지도록(즉 회피하는 쪽이 작아지도록) 가상 척력이 설정된다. 가상 척력의 설정 방법은 상술한 바와 같으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 스텝 S406에서는 자기 위치에 의거하여 골 위치로 향하기 위한 가상 인력이 산출되고, 얻어진 가상 인력과 가상 척력이 벡터 합성됨으로써 가상 힘벡터가 산출된다.

그리고, 이어지는 스텝 S408에 있어서, 스텝 S404에서 설정된 목표 이동 속도, 및 스텝 S406에서 구해진 가상 힘벡터에 의거하여 전동 모터(12)[옴니휠(13)]가 구동된다. 그 때문에, 이동 중 경로의 여유(통로폭)에 따라서 이동 속도 및 회피력(척력)이 최적인 값으로 조절된다.

본 실시형태에 의하면, 취득된 글로벌 맵으로부터 이동 경로가 계획됨과 아울러 상기 이동 경로의 경로 여유가 취득된다. 한편, 검지된 자기 위치와, 취득된 이동 경로의 경로 여유로부터 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유가 파악된다. 그리고, 파악된 자기 위치에서의 경로 여유에 따라서 전동 모터(12)가 제어된다. 그 때문에, 이동 경로를 따라 이동할 때에 이동 지점에서의 경로 여유에 따라서 적절한 주행 제어를 행할 수 있게 된다.

보다 구체적으로는, 본 실시형태에 의하면, 이동 지점의 경로 여유에 따라서 목표 이동 속도가 설정된다. 그 때문에, 이동 지점의 경로 여유에 따른 적절한 이동 속도로 이동할 수 있다. 따라서, 좁은 통로에서는 속도를 떨어뜨려서 이동하고, 반대로 넓은 통로는 속도를 올려서 이동할 수 있게 된다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 이동 지점의 경로 여유에 따라서 장해물을 회피하기 위한 척력을 조절할 수 있기 때문에 좁은 통로에서는 천천히 또한 작게 장해물을 회피하고, 반대로 넓은 통로에서는 재빠르고 또한 크게 장해물을 회피할 수 있게 된다.

본 실시형태에 의하면, 이동 경로 및 상기 이동 경로의 경로 여유가 미리 취득되어서 기억된다. 그 때문에, 주행 중에 이동 경로의 경로 여유를 구할 필요가 없어지기 때문에 연산 부하를 저감시킬 수 있고, 주행시에 있어서의 제어 지연을 감소시킬 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 확장 장해물 영역(320)을 단계적으로 확장해서 적산하고, 서브골이 속하는 확장 영역(321~323)으로부터 그 서브골에 있어서의 경로 여유를 구했지만, 경로 여유를 구하는 방법은 상술한 방법에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 서브골마다 장해물과의 유클리드 거리(Euclidean distance)를 연산함으로써 경로 여유를 구해도 된다.

또한, 경로 여유를 구하는 방법으로서 상술한 방법을 채용할 경우, 상기 실시형태에서는 확장 장해물 영역(320)을 확장할 때의 확장폭을 자기의 반경(r)으로 했지만, 이 확장폭은 자기의 반경(r)에 한정되지 않고 임의로 설정할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 확장 장해물 영역(320)을 3단계로 확장했지만, 2단계 또는 4단계 이상으로 확장해도 된다. 또한, 각 확장 영역(321~323)을 적산할 때에 각 확장 영역(321~323)을 구성하는 그리드에 부여되는 값(웨이트)은 「1」에 한정되지 않고, 임의의 값을 설정할 수 있다.

본 실시형태에서는 자율 이동 중에 이동 지점의 경로 여유에 따라서 목표 이동 속도 등의 설정을 행했지만, 이동 경로가 계획되고, 경로 여유 정보가 취득된 시점에서 상술한 목표 이동 속도 및 계수 등을 서브골마다 구하고, 미리 기억부(52)에 기억시켜 두는 구성으로 해도 된다.

본 실시형태에서는 글로벌 맵을 생성할 때에 SLAM 기술을 이용해서 생성했지만, 글로벌 맵은 SLAM 이외의 다른 방법을 이용해서 생성해도 된다. 또한, 다른 장치로 생성한 글로벌 맵을 이식해도 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. 또한, 옴니휠(13)의 수는 4개에 한정되지 않고, 예를 들면 3개 또는 6개이어도 된다.

1, 2, 3 : 자율 이동 장치 5, 6 : 경로 계획 장치
10 : 본체 12 : 전동 모터
13 : 옴니휠 14 : 휠
15 : 프리롤러 16 : 인코더
20 : 레이저 레인지 파인더 30, 40, 50 : 전자 제어 장치
31 : 글로벌 맵 취득부 32 : 확장 영역 생성부
33 : 적산 맵 생성부 34 : 이동 가능 영역 추출부
35 : 경로 계획부 41 : 직선화부
42 : 평활화부 51 : 경로 여유 취득부
52 : 기억부 53 : 자기 위치 검지부
54 : 주행 제어부 55 : 경로 탐색부
56 : 장해물 회피 제어부

Claims

이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치에 의해 사용되는 이동 경로를 상기 자율 이동 장치가 자율 이동을 행하기 전에 계획하는 경로 계획 방법으로서:
장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 스텝;
상기 환경 지도 취득 스텝에 있어서 취득된 상기 환경 지도에 포함되는 상기장해물 영역의 윤곽을 단계적으로 확장하여 복수의 확장 영역을 생성하는 확장 영역 생성 스텝;
상기 확장 영역 생성 스텝에 있어서 생성된 상기 복수의 확장 영역을 중합해서 적산하여 적산 지도를 생성하는 적산 지도 생성 스텝;
상기 적산 지도 생성 스텝에 있어서 생성된 상기 적산 지도로부터 이동 가능영역을 추출하는 이동 가능 영역 추출 스텝; 및
상기 이동 가능 영역 추출 스텝에 있어서 추출된 상기 이동 가능 영역으로부터 이동 경로를 계획함과 아울러 이동 경로 상의 통과 지점이 속하는 상기 적산 지도 상의 확장 영역에 따라서 상기 통과 지점에 있어서의 경로 여유를 취득하는 경로 계획 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 확장 영역 생성 스텝에서는 상기 장해물 영역의 윤곽을 상기 자율 이동 장치의 반경만큼 확장함과 아울러 확장된 장해물 영역의 윤곽을 소정의 확장폭으로 단계적으로 더 확장하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 소정의 확장폭은 상기 자율 이동 장치의 반경인 것을 특징으로 하는 경로 계획 방법.
이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치에 의해 사용되는 이동 경로를 상기 자율 이동 장치가 자율 이동을 행하기 전에 계획하는 경로 계획 장치로서:
장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단;
상기 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 상기 환경 지도에 포함되는 상기 장해물 영역의 윤곽을 단계적으로 확장하여 복수의 확장 영역을 생성하는 확장 영역 생성 수단;
상기 확장 영역 생성 수단에 의해 생성된 상기 복수의 확장 영역을 중합해서 적산하여 적산 지도를 생성하는 적산 지도 생성 수단;
상기 적산 지도 생성 수단에 의해 생성된 상기 적산 지도로부터 이동 가능 영역을 추출하는 이동 가능 영역 추출 수단; 및
상기 이동 가능 영역 추출 수단에 의해 추출된 상기 이동 가능 영역으로부터 이동 경로를 계획함과 아울러 이동 경로 상의 통과 지점이 속하는 상기 적산 지도 상의 확장 영역에 따라서 상기 통과 지점에 있어서의 경로 여유를 취득하는 경로 계획 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 확장 영역 생성 수단은 상기 장해물 영역의 윤곽을 상기 자율 이동 장치의 반경만큼 확장함과 아울러 확장된 장해물 영역의 윤곽을 소정의 확장폭으로 단계적으로 더 확장하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 소정의 확장폭은 상기 자율 이동 장치의 반경인 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
주위 환경 내를 계획된 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치로서:
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 경로 계획 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치에 의해 사용되는 이동 경로를 상기 자율 이동 장치가 자율 이동을 행하기 전에 계획하는 경로 계획 장치로서:
장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단;
상기 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 상기 환경 지도로부터 이동 가능 영역을 추출함과 아울러 추출된 이동 가능 영역을 세선화하는 이동 가능 영역 추출 수단;
상기 이동 가능 영역 추출 수단에 의해 추출되어 세선화된 상기 이동 가능 영역에서부터 목적지까지의 최단 경로를 탐색해서 이동 경로를 계획하는 경로 계획 수단;
상기 경로 계획 수단에 의해 계획된 상기 이동 경로를 상기 장해물 영역과 간섭하는 일없이 직선화하는 직선화 수단; 및
상기 직선화 수단에 의해 직선화된 이동 경로를 상기 장해물 영역과 간섭하는 일없이 평활화하는 평활화 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 직선화 수단은 상기 이동 경로 상의 2점을 추출하고, 상기 2점을 직선으로 연결하고, 연결한 직선이 상기 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우 상기 직선을 상기 2점을 연결하는 이동 경로로서 재설정하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 직선화 수단은 상기 2점을 연결한 직선이 상기 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우 상기 2점 중 한쪽의 점을 고정하고, 2점을 연결한 직선이 상기 장해물 영역과 간섭할 때까지 다른쪽의 점을 상기 한쪽의 점과의 거리가 보다 떨어진 점으로 순차적으로 교채해 가는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 직선화 수단은 상기 이동 경로의 한쪽의 끝점에서부터 다른쪽의 끝점까지 반복하여 상기 이동 경로의 직선화를 행하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 평활화 수단은 상기 직선화된 이동 경로 상의 점, 및 상기 점을 사이에 둔 상기 직선화된 이동 경로 상의 2개의 점을 추출하고, 상기 2개의 점끼리를 직선으로 연결하고, 연결한 직선이 상기 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우 상기 직선을 상기 2개의 점을 연결하는 이동 경로로서 재설정하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 평활화 수단은 상기 2개의 점끼리를 연결한 직선이 상기 장해물 영역과 간섭하지 않을 경우 상기 2개의 점에 끼인 상기 점을 고정하고, 2개의 점끼리를 연결한 직선이 상기 장해물 영역과 간섭할 때까지 상기 2개의 점 각각을 상기 점과의 거리가 보다 떨어진 점으로 순차적으로 교체해 가는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 평활화 수단은 상기 이동 경로의 한쪽 끝점으로부터 다른쪽 끝점까지 반복하여 상기 이동 경로의 평활화를 행하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 평활화 수단은 추출된 3개의 점이 이루는 각이 상기 자율 이동 장치의 운동성에 따라서 정해지는 일정값 이하일 경우에 상기 이동 경로의 평활화를 행하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 이동 가능 영역 추출 수단은 상기 환경 지도 상의 장해물 영역의 윤곽을 상기 자율 이동 장치의 반경만큼 확장해서 확장 장해물 영역을 생성하고, 상기 확장 장해물 영역을 제외한 영역을 상기 이동 가능 영역으로서 추출하는 것을 특징으로 하는 경로 계획 장치.
주위 환경 내를 계획된 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치로서:
제 8 항에 기재된 경로 계획 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단;
상기 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 상기 환경 지도로부터 이동 경로를 계획하는 경로 계획 수단;
상기 경로 계획 수단에 의해 계획된 상기 이동 경로의 경로 여유를 취득하는 경로 여유 취득 수단;
자기를 이동시키는 이동 수단;
자기 위치를 검지하는 자기 위치 검지 수단; 및
상기 자기 위치 검지 수단에 의해 검지된 자기 위치와, 상기 경로 여유 취득 수단에 의해 취득된 경로 여유로부터 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유를 취득함과 아울러 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 상기 이동 수단을 제어하는 주행 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 경로 계획 수단에 의해 계획된 상기 이동 경로, 및 상기 경로 여유 취득 수단에 의해 취득된 상기 경로 여유를 기억하는 기억 수단을 구비하고,
상기 주행 제어 수단은 상기 자기 위치 검지 수단에 의해 검지된 자기 위치와, 상기 기억 수단에 기억된 경로 여유로부터 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유를 취득하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 주행 제어 수단은 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 자기의 이동 속도를 설정하고, 상기 이동 속도에 의거하여 상기 이동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 주행 제어 수단은 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 장해물을 회피하기 위한 회피력을 설정하는 장해물 회피 제어 수단을 갖고, 상기 장해물 회피 제어 수단에 의해 설정된 회피력에 의거하여 상기 이동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
자율 이동을 행하기 전에 목적지까지의 이동 경로를 계획하고, 상기 이동 경로를 따라 이동하는 자율 이동 장치로서:
장해물이 존재하는 장해물 영역이 나타내어지는 환경 지도를 취득하는 환경 지도 취득 수단;
상기 환경 지도 취득 수단에 의해 취득된 상기 환경 지도에 포함되는 상기 장해물 영역의 윤곽을 단계적으로 확장하여 복수의 확장 영역을 생성하는 확장 영역 생성 수단;
상기 확장 영역 생성 수단에 의해 생성된 상기 복수의 확장 영역을 중합해서 적산하여 적산 지도를 생성하는 적산 지도 생성 수단;
상기 적산 지도 생성 수단에 의해 생성된 상기 적산 지도로부터 이동 가능 영역을 추출하는 이동 가능 영역 추출 수단;
상기 이동 가능 영역 추출 수단에 의해 추출된 상기 이동 가능 영역으로부터 이동 경로를 계획하는 경로 계획 수단;
상기 경로 계획 수단에 의해 계획된 상기 이동 경로 상의 통과 지점이 속하는 상기 적산 지도 상의 확장 영역에 따라서 상기 통과 지점에 있어서의 경로 여유를 취득하는 경로 여유 취득 수단;
자기를 이동시키는 이동 수단;
자기 위치를 검지하는 자기 위치 검지 수단; 및
상기 자기 위치 검지 수단에 의해 검지된 자기 위치와 상기 경로 여유 취득 수단에 의해 취득된 경로 여유로부터 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유를 취득함과 아울러 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유에 따라서 상기 이동 수단을 제어하는 주행 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 경로 계획 수단에 의해 계획된 상기 이동 경로, 및 상기 경로 여유 취득 수단에 의해 취득된 상기 경로 여유를 기억하는 기억 수단을 구비하고,
상기 주행 제어 수단은 상기 이동 경로 상의 목표 통과 지점열로부터 자기 위치와 일치하거나 또는 가장 가까운 하나의 목표 통과 지점, 또는 자기 위치로부터 일정 범위에 포함되는 복수의 목표 통과 지점을 검출하고, 검출한 목표 통과 지점에 대응해서 기억되어 있는 경로 여유를 취득하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
상기 경로 여유는 상기 적산 지도 상의 적산값으로부터 파악되고, 상기 적산값이 큰 영역일수록 장해물에 가깝고, 상기 적산값이 작은 영역일수록 장해물로부터 멀어지도록 나타내어지고,
상기 주행 제어 수단은 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유가 작아질수록 자기의 이동 속도가 느려지도록 목표 이동 속도를 설정하고, 상기 목표 이동 속도에 의거하여 상기 이동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
상기 경로 여유는 상기 적산 지도 상의 적산값으로부터 파악되고, 상기 적산값이 큰 영역일수록 장해물에 가깝고, 상기 적산값이 작은 영역일수록 장해물로부터 멀어지도록 나타내어지고,
상기 주행 제어 수단은 상기 자기 위치에 있어서의 경로 여유가 작아질수록 장해물을 완만하게 회피하도록 회피력을 설정하는 장해물 회피 제어 수단을 갖고, 상기 장해물 회피 제어 수단에 의해 설정된 회피력에 의거하여 상기 이동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 이동 장치.