WO2010032381A1 - 環境地図修正装置及び自律移動装置 - Google Patents

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WO2010032381A1
WO2010032381A1 PCT/JP2009/004079 JP2009004079W WO2010032381A1 WO 2010032381 A1 WO2010032381 A1 WO 2010032381A1 JP 2009004079 W JP2009004079 W JP 2009004079W WO 2010032381 A1 WO2010032381 A1 WO 2010032381A1
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environmental map
map
global map
correction
image
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PCT/JP2009/004079
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English (en)
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Inventor
田中昌司
中野剛
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村田機械株式会社
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    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
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    • G—PHYSICS
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    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B29/00—Maps; Plans; Charts; Diagrams, e.g. route diagram
    • G09B29/10—Map spot or coordinate position indicators; Map reading aids
    • G09B29/106—Map spot or coordinate position indicators; Map reading aids using electronic means

Definitions

  • the present invention relates to an environmental map correction device and an autonomous mobile device provided with the environmental map correction device.
  • Patent Document 1 discloses a mobile robot that generates a topographic map (environmental map) using topographic data obtained as a result of distance measurement by a laser range finder (or camera).
  • the detection result by the laser range finder or the like may include noise.
  • a person, a moving object, or the like passes through the detection range of the laser range finder at the time of creating the environmental map, there is a possibility that an object which does not constantly exist may be arranged on the environmental map.
  • an environmental map is generated from CAD data
  • an object as an obstacle may be placed after the CAD data is generated. Therefore, it may happen that the generated or acquired environmental map differs from the actual surrounding environment.
  • there is a difference between the generated or acquired environmental map and the actual surrounding environment for example, when planning a movement route from the environmental map, it is necessary to pass through an aisle that can actually pass through. It may be determined that it is not possible, and as a result, there may be a problem of selecting a bypass route.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an environmental map correction device capable of acquiring an environmental map suited to the actual surrounding environment, and an autonomous movement provided with the environmental map correction device It aims at providing an apparatus.
  • An environmental map correction apparatus comprises: display means for displaying an environmental map in which an object area in which an object is present is displayed; input means for receiving a correction operation from a user on the environmental map displayed by the display means; And correcting means for correcting the environmental map displayed on the display means based on the correction operation accepted by the means.
  • the user can correct the environmental map on the display means by performing the correction operation through the input means. Therefore, the difference between the environmental map and the actual surrounding environment can be corrected by the user's manual operation. As a result, it is possible to obtain an environmental map that matches the actual surrounding environment.
  • the environmental map correction apparatus comprises: conversion means for converting presence probability information of an object possessed by a plurality of grids into image information; and inverse conversion means for inversely transforming image information into object presence probability information
  • the means displays the environmental map image based on the image information converted by the conversion means, the correction means corrects the environmental map image displayed by the display means, and the reverse conversion means corrects the environment corrected by the correction means It is preferable to convert the image information of the map image back to the object presence probability information.
  • transformation / inverse transformation is performed between the object presence probability information and the image information. Therefore, the environmental map is converted into the environmental map image and displayed, and the corrected environmental map can be acquired by correcting the environmental map image displayed on the display means. Therefore, it becomes possible to correct the environmental map more easily.
  • the image information is preferably gray-scale information of a black and white image.
  • the autonomous mobile device is any of the above environmental map correction means for acquiring an environmental map acquisition means for acquiring an environmental map indicating an object region in which an object is present, and an environmental map acquired by the environmental map acquisition means.
  • Device movement route planning means for planning a movement route from the environmental map corrected by the environmental map correction device, movement means for driving the own machine to move along the movement route planned by the movement route planning means, And the like.
  • the autonomous mobile device of the present invention since any of the above-described environment map correction devices is provided, it is possible to acquire an environment map that matches the actual surrounding environment. Therefore, for example, when planning a movement route from an environmental map, it is possible to prevent a problem that it is determined that the user can not pass the passage which can actually pass because there is an obstacle. As a result, it is possible to move along an optimal moving path that matches the actual surrounding environment that the user is aware of. Further, since the environment map correction apparatus is mounted on the autonomous mobile device, a series of operations such as acquisition of the environment map, correction of the environment map, and route planning from the environment map can be efficiently performed.
  • the displayed environmental map is corrected based on the correction operation from the user, it is possible to acquire an environmental map that is more suitable for the actual surrounding environment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the global map correction device 3.
  • the global map correction device 3 corrects an environmental map (a map representing an area where an object (obstacle) is present and an area not present, hereinafter referred to as a "global map") based on the user's operation.
  • the global map correction device 3 includes a microprocessor that performs calculations, a ROM that stores programs for causing the microprocessor to execute each process, a RAM that temporarily stores various data such as calculation results, and storage contents thereof Backup RAM and the like.
  • the global map correction device 3 has a storage unit 30, a conversion unit 31, an inverse conversion unit 32, a temporary storage unit 33, a touch screen 34, and a correction unit 37 in order to correct the global map. Note that these units are constructed by a combination of the above-described hardware and software. Each component will be described in detail below.
  • the storage unit 30 includes, for example, the above-described backup RAM or the like, and stores, for example, a global map acquired by a global map acquisition unit 41 described later.
  • the global map can be generated, for example, using known SLAM (Simultaneous Localization and Mapping).
  • SLAM Simultaneous Localization and Mapping
  • the global map may be created from an architectural drawing, and further, the global map generated by another device may be ported.
  • the global map is a grid map of the movement area of the autonomous mobile device, and the position of a fixed object (object) such as a wall surface is recorded.
  • the grid map is a map made of a plane obtained by dividing a horizontal plane by cells of a predetermined size (for example, 1 cm ⁇ 1 cm) (hereinafter referred to as “unit grid” or simply “grid”).
  • Object presence probability information indicating whether or not there is given is given.
  • the unit grid is 1> Object existence probability P (n, m)> 0: occupied -1 ⁇ object presence probability P (n, m) ⁇ 0: empty (no object)
  • Object existence probability P (n, m) 0: unknown (unknown)
  • “0” is given to a grid whose presence or absence of an object (obstacle) is unknown. Therefore, as shown in FIG.
  • the grid in which the wall surface (the area shown by the white line in FIG. 2) is located has a value of “0.8 to 1.0”. Also, the grid corresponding to the passage portion where no object is present (the area painted black in FIG. 2) has a value of “ ⁇ 0.8 to ⁇ 1.0”. Furthermore, on the rear side of the wall (the area shown in gray in FIG. 2), the presence or absence of an object is unknown, so the corresponding grid has a value of “0”.
  • the conversion unit 31 reads the global map stored in the storage unit 30, and converts object presence probability information of each grid constituting the global map (grid map) into image information, that is, gray-scale information of a black and white image A display map (global map image) is generated. That is, the conversion unit 31 functions as a conversion unit described in the claims. More specifically, when object presence probability information is converted to gray level information, conversion unit 31 converts object presence probability information (-1 to 0 to 1) from gray level information (0 to 128 (80H) to each grid). Convert to 255 (FFH) to generate a display map. In the gray-scale information of the black and white image, complete white is associated with “255” and complete black is associated with “0”.
  • the display map shown in FIG. 3 is a conversion of the global map (grid map) shown in FIG.
  • the cell in which the wall surface is located is converted to substantially white (230-255).
  • the passage portion where no object exists is converted to substantially black (0 to 26).
  • the back side of the wall where the presence or absence of the object is unknown is converted to gray (128).
  • the display map generated by the conversion unit 31 is output to the temporary storage unit 33 configured of, for example, the above-described RAM or the like, and temporarily stored in the temporary storage unit 33 while the correction work is performed. .
  • map data object presence probability information
  • 8-bit data (0 to 255 (FFH)
  • Map conversion is unnecessary because data can be displayed as it is without conversion.
  • the touch screen 34 is an input device configured to have a display unit 35 formed of a liquid crystal display (LCD) or the like and an operation input unit 36 formed of a touch panel or the like for detecting a touch operation (input) of the user.
  • the display unit 35 displays a global map image (corresponding to an environmental map image described in the claims) based on the image information (grayscale information) of the display map generated by the conversion unit 31.
  • the display unit 35 also displays a menu bar, various tools, and the like for receiving a correction operation on the global map image from the user. That is, the display unit 35 functions as a display unit described in the claims.
  • the display screen displayed on the display unit 35 includes, for example, a global map image display area 400, a menu bar display area 401, a tool box display area 402, a pallet display area 403, and the like.
  • the global map image display area 400 displays the global map image being corrected.
  • the menu bar display area 401 for example, a menu in which various functions that can be used, such as the file dialog 410, are classified and summarized is displayed.
  • the toolbox display area 402 for example, a plurality of tools having a role of selecting a global map image, drawing, etc. are displayed, such as a dropper tool 411, a pencil tool 412, an area specifying tool 413, a fill tool 414.
  • a palette 415 for designating a drawing color is displayed.
  • the operation input unit 36 is provided to cover the display screen of the display unit 35, and two-dimensional coordinates (X-Y coordinates) are virtually arranged on the surface.
  • the operation input unit 36 receives a correction operation from the user, and outputs a coordinate information according to the touch position when the user performs a touch operation.
  • a correction operation from the user, and outputs a coordinate information according to the touch position when the user performs a touch operation.
  • the operation input unit 36 functions as an input unit described in the claims.
  • the operation input unit 36 determines the operation content of the user based on the display positions of various icons and the like and the coordinate information indicating the touch position of the user. Then, the operation input unit 36 outputs the determined operation content to the correction unit 37.
  • the correction unit 37 corrects the global map image displayed on the display unit 35 in accordance with the user's correction operation accepted by the operation input unit 36. That is, the correction unit 37 functions as a correction unit described in the claims.
  • the operation input unit 36 and the correction unit 37 provide, for example, the following functions to the user.
  • the function to be described next is an example of the function provided by the operation input unit 36 and the correction unit 37.
  • the user can delete an object (obstacle) on the global map image or add an object on the global map image by using the above-described function. That is, for example, when erasing an object (obstacle) on the global map, the object displayed in white is corrected to black. On the other hand, when it is desired to add an object (obstacle) on the global map, the object is drawn in white in accordance with the position and shape of the object.
  • the inverse transformation unit 32 converts the gray scale information of the global map image corrected by the correction unit 37 back to the object presence probability information of the grid map (global map) to convert the display map (global map image) into the global map. It is the reverse conversion. That is, the inverse conversion unit 32 functions as an inverse conversion unit described in the claims. More specifically, the inverse conversion unit 32 converts the gray level information (0 to 128 (80H) to 255 (FFH)) into object presence probability information (-1 to 0 to 1) for each grid to obtain a global map ( Get grid map). That is, the inverse conversion unit 32 has a function reverse to that of the conversion unit 31 described above.
  • the grid map (global map) shown in FIG. 2 is generated.
  • the global map generated by the inverse conversion unit 32 is output to the storage unit 30 and stored in the storage unit 30.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the processing procedure of the global map correction processing by the global map correction device 3.
  • the global map correction process shown in FIG. 6 is executed in response to a user operation.
  • step S100 in response to the map reading operation from the user, the designated global map to be corrected is read and displayed on the display unit 35. More specifically, when the operation input unit 36 configuring the touch screen 34 receives a map reading operation from the user, the global map (grid map) stored in the storage unit 30 is converted by the conversion unit 31. Then, a global map image (display map) is generated (see FIGS. 2 and 3) and displayed on the display unit 35 of the touch screen 34.
  • step S102 the global map image displayed on the display unit 35 is corrected in response to a correction operation from the user. More specifically, the color specification operation from the user is performed to set the color to be overwritten, and the correction area specification operation from the user is performed to overwrite the designated area with the set color and gradation or Filled out (see Figure 4).
  • the method of designating the overwrite color by the user and the method of designating the correction area are as described above, and thus detailed description will be omitted here.
  • the present correction processing is repeatedly performed until the correction for all the correction points is completed.
  • the corrected global map is saved in the subsequent step S104. More specifically, when the operation input unit 36 receives a map storage operation from the user, the corrected global map image (display map) held in the temporary storage unit 33 is inverted by the inverse conversion unit 32. The converted global map (grid map) is generated by conversion (see FIGS. 3 and 2) and stored in the storage unit 30.
  • FIG. 5 shows an example of the global map before the correction and the global map after the correction.
  • the object (obstacle) existing in the frame 500 surrounded by the dotted line before the correction is erased.
  • the global map is modified to match the real surrounding environment.
  • the user can correct the global map on the display unit 35 by performing the correction operation via the operation input unit 36 of the touch screen 34. Therefore, the difference between the global map and the actual surrounding environment can be corrected by the user's manual operation. As a result, it is possible to obtain a global map that matches the actual surrounding environment.
  • conversion / inverse conversion is performed between the object presence probability information and the image information (density information of the black and white image). Therefore, while converting and displaying a global map into a global map image and acquiring a global map (object presence probability information) corrected by correcting the global map image (grayscale) displayed on the display unit 35 Can. Therefore, it is possible to more easily correct the global map.
  • gray-scale information of a black-and-white image is used as image information corresponding to object presence probability information
  • a global map composed of a plurality of grids having object presence probability information It becomes possible to visually recognize as a black-and-white image (global map image) expressed by light and shade of.
  • both the object presence probability information and the gray level information of the black and white image are one-dimensional data, conversion / inverse conversion between the object presence probability information and the gray level information (image information) can be easily performed.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the autonomous mobile device 1 on which the global map correction device 3 is mounted.
  • the autonomous mobile device 1 acquires the global map and outputs it to the global map correction device 3 and, using the corrected global map obtained from the global map correction device 3, a starting point (start position on the global map And a destination (goal position) are planned, and has a function of autonomously moving from the start position to the goal position along the planned movement route. Therefore, the autonomous mobile device 1 is provided with the above-described global map correction device 3, and the main body 10 provided with the electric motor 12 and the omni wheel 13 driven by the electric motor 12 in the lower part, and obstacles existing around And a laser range finder 20 for measuring the distance between In addition, the autonomous mobile device 1 plans the movement route using the global map corrected by the global map correction device 3 and controls the electric motor 12 to move along the planned route. Is equipped. Each component will be described in detail below.
  • the main body 10 is, for example, a metal frame formed in a substantially bottomed cylindrical shape, to which the above-described laser range finder 20 and an electronic control device 40 including the global map correction device 3 are attached. There is.
  • the shape of the main body 10 is not limited to a substantially bottomed cylindrical shape.
  • four electric motors 12 are arranged and attached in a cross shape.
  • An omni wheel 13 is mounted on the drive shaft 12A of each of the four electric motors 12. That is, the four omni wheels 13 are attached at intervals of 90 ° along the circumferential direction on the same circumference.
  • the omni wheel 13 is provided rotatably on two wheels 14 rotating around the drive shaft 12A of the electric motor 12 and on the outer circumference of each wheel 14 about an axis orthogonal to the drive shaft 12A of the electric motor 12
  • the wheel has six free rollers 15 and is movable in all directions.
  • the two wheels 14 are attached with a phase shift of 30 °.
  • the omni wheel 13 can also move in the direction parallel to the rotation axis of the wheel 14. Therefore, by independently controlling the four electric motors 12 and individually adjusting the rotational direction and rotational speed of each of the four omni wheels 13, the autonomous mobile device 1 is moved in any direction (all directions). Can.
  • An encoder 16 for detecting the rotation angle of the drive shaft 12A is attached to the drive shaft 12A of each of the four electric motors 12. Each encoder 16 is connected to the electronic control unit 40, and outputs the detected rotation angle of each electric motor 12 to the electronic control unit 40.
  • the electronic control unit 40 calculates the amount of movement of the autonomous mobile device 1 from the input rotation angles of the respective electric motors 12.
  • the laser range finder 20 is attached to the front of the autonomous mobile device 1 so as to face the front direction (front) of the own machine.
  • the laser range finder 20 emits a laser and reflects the emitted laser by a rotating mirror, thereby horizontally scanning the periphery of the autonomous mobile device 1 in a fan shape having a central angle of 240 °.
  • the laser range finder 20 detects, for example, a laser reflected and returned by an object such as a wall or an obstacle, a detection angle of the laser (reflected wave), and the laser is emitted and then reflected by the object and returned. By measuring the time until it comes (propagation time), the angle and distance to the object are detected.
  • the laser range finder 20 is connected to the electronic control unit 40, and outputs the detected distance information and angle information to the surrounding object to the electronic control unit 40.
  • the electronic control device 40 comprehensively controls the autonomous mobile device 1.
  • the electronic control unit 40 includes a microprocessor for performing calculations, a ROM for storing programs for causing the microprocessor to execute each process, a RAM for temporarily storing various data such as calculation results, and storage contents thereof. Backup RAM and so on.
  • the electronic control unit 40 also includes an interface circuit for electrically connecting the laser range finder 20 and the microprocessor, a motor driver for driving the electric motor 12, and the like.
  • the electronic control unit 40 is configured to exchange data with the global map correction unit 3, generates a global map and outputs it to the global map correction unit 3, and is corrected from the global map correction unit 3. Get global map. Then, the electronic control unit 40 plans the movement path from the corrected global map, and controls the electric motor 12 to move along the planned movement path. Therefore, the electronic control device 40 includes a global map acquisition unit 41, a sensor information acquisition unit 42, a self position detection unit 43, a route planning unit 44, a travel control unit 45, an obstacle avoidance control unit 46, and the like. Note that these units are constructed by a combination of the above-described hardware and software.
  • the electronic control unit 40, the electric motor 12, and the omni wheel 13 function as moving means described in the claims.
  • the global map acquisition unit 41 generates a global map representing an object area (obstacle area) in which an object (obstacle) is present and an area in which no object (obstacle area) is present, using, for example, SLAM technology or the like. That is, the global map acquisition unit 41 functions as an environmental map acquisition unit described in the claims. For example, in the case of generating a global map using SLAM technology, first, the global map acquisition unit 41 calculates distance information / angle information with a surrounding object read from the laser range finder 20 via the sensor information acquisition unit 42. Generate a local map based on. Further, the global map acquisition unit 41 acquires the self position from the self position detection unit 43.
  • the self position detection unit 43 collates the local map with the global map in consideration of the movement amount of the own machine calculated in accordance with the rotation angle of each of the electric motors 12 read from the encoder 16. Estimate the self position based on. Subsequently, the global map acquisition unit 41 performs coordinate conversion of the local map with the laser range finder 20 as the origin from the coordinate system with the laser range finder 20 as the origin to the coordinate system of the global map according to the self position. Project a local map onto a global map. Then, the global map acquisition unit 41 repeatedly executes this processing while moving, and generates a global map of the entire surrounding environment by sequentially adding (adding) the local map to the global map. The global map generated by the global map acquisition unit 41 is output to the global map correction device 3.
  • the route planning unit 44 reads the global map corrected by the global map correction device 3 and plans the movement route of the autonomous mobile device 1 from the corrected global map. That is, the route planning unit 44 functions as a movement route planning unit described in the claims.
  • the route planning unit 44 first expands the outline of the obstacle area included in the corrected global map by the radius of the own aircraft using Minkowski sum to generate an expanded obstacle area, and the expanded obstacle An area excluding the area is extracted as a movable area which can move without contacting with the obstacle.
  • the path planning unit 44 thins out the extracted movable area using Hilditch's thinning method.
  • the path planning unit 44 searches the shortest path connecting the start position and the goal position using the A * algorithm (A star algorithm) from the thinned movable area. Plan a moving route.
  • the traveling control unit 45 controls the electric motor 12 so as to move the own machine to the goal position along the planned movement path while avoiding the obstacle.
  • the virtual potential method is adopted as a control method for moving the own machine to the goal position along the moving path while avoiding the obstacle.
  • This virtual potential method generates a virtual attractive potential field for the goal position and a virtual repulsive potential field for the obstacle to be avoided, and superimposes the goal position while avoiding contact with the obstacle. It is a way to More specifically, the traveling control unit 45 first calculates virtual attraction for going to the goal position based on the self position.
  • the obstacle avoidance control unit 46 calculates a virtual repulsive force for avoiding the obstacle based on the self position, the moving speed, and the position and speed of the obstacle. Subsequently, the traveling control unit 45 calculates a virtual force vector by performing vector synthesis on the obtained virtual attraction and virtual repulsion. The traveling control unit 45 controls the traveling of the vehicle to move to the goal position while avoiding the obstacle by driving the electric motor 12 (omni wheel 13) according to the obtained virtual force vector. Do.
  • the above-described global map correction device 3 since the above-described global map correction device 3 is provided, it is possible to acquire a global map that matches the actual surrounding environment. Therefore, for example, when planning the movement route from the global map, it is possible to prevent such a problem that it is judged that the passage which can actually pass can not be passed because there is an obstacle. As a result, it is possible to move along an optimal moving path that matches the actual surrounding environment.
  • the global map correction device 3 is mounted on the autonomous mobile device 1, it is possible to efficiently perform a series of operations such as generation of the global map, correction of the global map, and route planning from the global map.
  • the object presence probability information possessed by each grid constituting the global map is converted into gray-scale information of black and white, but the image information to be converted is converted to gray-scale information of black and white It is not limited. For example, it may be converted into gradation information or color information other than black and white (monochrome).
  • the correspondence between the object presence probability and the density information is not limited to the above embodiment. For example, the relationship between white and black corresponding to the object presence probability may be reversed.
  • the global map is corrected by correcting the image, but the numerical value of the object presence probability of each grid constituting the global map (grid map) may be directly corrected.
  • a normal display may be used as the display unit, and a keyboard, a mouse or the like may be used as the operation input unit.
  • the global map correction device 3 and the electronic control device 40 are separated.
  • the configuration and function sharing of the global map correction device 3 and the electronic control device 40 are not limited to the above embodiment.
  • the global map correction device 3 and the electronic control unit 40 may be configured by the same hardware.

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Abstract

　実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能な環境地図修正装置を提供する。 グローバルマップ修正装置（３）は、グローバルマップを構成する各グリッドが持つ物体存在確率情報を画像情報（白黒画像の濃淡情報）に変換する変換部（３１）と、変換された画像情報に基づいてグローバルマップ画像を表示する表示部（３５）と、ユーザからの修正操作を受け付ける操作入力部（３６）と、ユーザの修正操作に従って表示部（３５）に表示されているグローバルマップ画像を修正する修正部（３７）と、修正されたグローバルマップ画像（濃淡情報）を物体存在確率情報に逆変換することにより修正されたグローバルマップを取得する逆変換部（３２）とを備える。

Description

環境地図修正装置及び自律移動装置
　本発明は、環境地図修正装置、及び該環境地図修正装置を備えた自律移動装置に関する。
　従来から、周囲環境の中を自律して移動する自律移動装置が知られている。自律移動装置が周囲環境の中を自律して移動するためには、移動空間内の物体（以下「障害物」ともいう）が存在する領域と存在しない領域とを表した環境地図が必要となる。ここで、特許文献１には、レーザレンジファインダ（またはカメラ）による距離計測の結果得られた地形データを用いて地形図（環境地図）を生成する移動ロボットが開示されている。
特開平７－１２９２３８号公報
　レーザレンジファインダ等による検出結果にはノイズが含まれることがある。また、環境地図作成時に、人や移動体等がレーザレンジファインダの検出範囲内を通過した場合には、定常的には存在しない物体が環境地図上に配置されるおそれがある。一方、ＣＡＤデータから環境地図を生成する場合であっても、ＣＡＤデータが作成された後に、障害物となる物体が置かれることもあり得る。そのため、生成又は取得された環境地図と実際の周囲環境とが相違することが起こり得る。ここで、生成又は取得された環境地図と実際の周囲環境とが相違する場合には、例えば、環境地図から移動経路を計画する際に、実際には通過できる通路を障害物があるために通過できないと判断し、結果として迂回経路を選択してしまう問題が生じるおそれがある。
　本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能な環境地図修正装置、及び該環境地図修正装置を備えた自律移動装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る環境地図修正装置は、物体が存在する物体領域が示される環境地図を表示する表示手段と、表示手段により表示された環境地図に対する、ユーザからの修正操作を受け付ける入力手段と、入力手段により受け付けられた修正操作に基づいて、表示手段に表示されている環境地図を修正する修正手段とを備えることを特徴とする。
　本発明に係る環境地図修正装置によれば、ユーザは、入力手段を介して修正操作を行うことにより、表示手段上で環境地図を修正することができる。そのため、環境地図と実際の周囲環境との相違をユーザのマニュアル操作により修正することができる。その結果、実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能となる。
　本発明に係る環境地図修正装置は、複数のグリッドが持つ物体の存在確率情報を画像情報に変換する変換手段と、画像情報を物体の存在確率情報に逆変換する逆変換手段とを備え、表示手段が、変換手段により変換された画像情報に基づいて環境地図画像を表示し、修正手段が、表示手段により表示された環境地図画像を修正し、逆変換手段が、修正手段により修正された環境地図画像の画像情報を物体の存在確率情報に逆変換することが好ましい。
　この場合、物体の存在確率情報と画像情報との間で相互に変換／逆変換が行われる。そのため、環境地図を環境地図画像に変換して表示するとともに、表示手段上に表示された環境地図画像を修正することにより修正された環境地図を取得することができる。よって、より容易に環境地図を修正することが可能となる。
　本発明に係る環境地図修正装置では、上記画像情報が、白黒画像の濃淡情報であることが好ましい。
　このようにすれば、物体の存在確率情報を持つ複数のグリッドから構成される環境地図を、物体の存在確率情報が白黒の濃淡で表現された白黒画像（環境地図画像）として視認することが可能となる。
　本発明に係る自律移動装置は、物体が存在する物体領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、環境地図取得手段により取得された環境地図を修正する、上記いずれかの環境地図修正装置と、環境地図修正装置により修正された環境地図から移動経路を計画する移動経路計画手段と、移動経路計画手段により計画された移動経路に沿って移動するように自機を駆動する移動手段とを備えることを特徴とする。
　本発明に係る自律移動装置によれば、上述したいずれかの環境地図修正装置を備えているため、実際の周囲環境に合った環境地図を取得することができる。そのため、例えば環境地図から移動経路を計画する際に、実際には通過できる通路を障害物があるために通過できないと判断してしまうといった不具合を防止することができる。その結果、ユーザが把握している現実の周囲環境に合致した最適な移動経路に沿って移動することが可能となる。また、自律移動装置に環境地図修正装置が搭載されているため、環境地図の取得、環境地図の修正、及び環境地図からの経路計画といった一連の作業を効率よく行うことができる。
　本発明によれば、ユーザからの修正操作に基づいて、表示されている環境地図を修正する構成としたので、より実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能となる。
実施形態に係るグローバルマップ修正装置の構成を示すブロック図である。 グローバルマップ（グリッドマップ）の一例を示す図である。 表示用マップの一例を示す図である。 実施形態に係るグローバルマップ修正装置の表示画面の一例を示す図である。 修正前と修正後のグローバルマップの一例を示す図である。 実施形態に係るグローバルマップ修正装置によるグローバルマップ修正処理の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るグローバルマップ修正装置が搭載された自律移動装置の構成を示すブロック図である。
　１　自律移動装置
　３　グローバルマップ修正装置
　１０　本体
　１２　電動モータ
　１３　オムニホイール
　１４　ホイール
　１５　フリーローラ
　１６　エンコーダ
　２０　レーザレンジファインダ
　３０　記憶部
　３１　変換部
　３２　逆変換部
　３３　一時記憶部
　３４　タッチスクリーン
　３５　表示部
　３６　操作入力部
　３７　修正部
　４０　電子制御装置
　４１　グローバルマップ取得部
　４２　センサ情報取得部
　４３　自己位置検知部
　４４　経路計画部
　４５　走行制御部
　４６　障害物回避制御部
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
　まず、図１を用いて、実施形態に係る環境地図修正装置（以下「グローバルマップ修正装置」という）３の構成について説明する。図１は、グローバルマップ修正装置３の構成を示すブロック図である。
　グローバルマップ修正装置３は、ユーザの操作に基づいて、環境地図（物体（障害物）が存在する領域と存在しない領域とを表した地図、以下「グローバルマップ」という）を修正するものである。グローバルマップ修正装置３は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。グローバルマップ修正装置３は、グローバルマップの修正を行うために、記憶部３０、変換部３１、逆変換部３２、一時記憶部３３、タッチスクリーン３４、及び修正部３７を有している。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。以下、各構成要素について詳細に説明する。
　記憶部３０は、例えば、上述したバックアップＲＡＭ等で構成されており、例えば、後述するグローバルマップ取得部４１により取得されたグローバルマップを記憶するものである。グローバルマップは、例えば、公知のＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ）を利用して生成することができる。また、グローバルマップは建築図面から作成してもよく、さらに、他の装置で生成したグローバルマップを移植してもよい。
　ここで、記憶部３０に記憶されるグローバルマップの一例を図２に示す。グローバルマップは、自律移動装置の移動領域のグリッドマップであり、壁面等の固定物（物体）の位置が記録されている。ここで、グリッドマップは、水平面を所定の大きさ（例えば１ｃｍ×１ｃｍ）のセル（以下「単位グリッド」又は単に「グリッド」という）で分割した平面からからなる地図であり、単位グリッド毎に物体があるか否かを示す物体存在確率情報が与えられている。本実施形態では、単位グリッドは、
１＞物体存在確率Ｐ（ｎ，ｍ）＞０　：　ｏｃｃｕｐｉｅｄ（物体有）
－１＜物体存在確率Ｐ（ｎ，ｍ）＜０：　ｅｍｐｔｙ　　　（物体無）
物体存在確率Ｐ（ｎ，ｍ）＝０　　　：　ｕｎｋｎｏｗｎ　（不明）
の領域情報を有する。
すなわち、物体（障害物）が有るグリッドにはその存在確率に応じて「０～１」の値が与えられ、物体（障害物）が無いグリッドにはその存在確率に応じて「０～－１」の値が与えられる。また物体（障害物）の有無が不明なグリッドには「０」が与えられる。よって、図２に示されるように、壁面（図２中、白線で示された領域）が位置するグリッドは、「０．８～１．０」の値を有している。また、物体が存在しない通路部分（図２中、黒色で塗られた領域）に対応するグリッドは「－０．８～－１．０」の値を有している。さらに、壁面の背面側（図２中、灰色で示された領域）は、物体の有無が不明であるので、対応するグリッドは「０」の値を有している。
　変換部３１は、記憶部３０に記憶されているグローバルマップを読み出し、該グローバルマップ（グリッドマップ）を構成する各グリッドが有する物体存在確率情報を画像情報、すなわち白黒画像の濃淡情報に変換して表示用マップ（グローバルマップ画像）を生成するものである。すなわち、変換部３１は、特許請求の範囲に記載の変換手段として機能する。より具体的には、物体存在確率情報を濃淡情報に変換する場合、変換部３１は、グリッド毎に、物体存在確率情報（－１～０～１）を濃淡情報（０～１２８（８０Ｈ）～２５５（ＦＦＨ））に変換して表示用マップを生成する。なお、白黒画像の濃淡情報では、完全な白が「２５５」、完全な黒が「０」となるように対応付けられている。ここで、変換部３１により生成された表示用マップの一例を図３に示す。なお、図３に示された表示用マップは、図２に示されたグローバルマップ（グリッドマップ）を変換したものである。図３に示されるように、壁面が位置するセルは略白色（２３０～２５５）に変換されている。また、物体が存在しない通路部分は略黒色（０～２６）に変換されている。さらに、物体の有無が不明な壁面の背面側は、灰色（１２８）に変換されている。変換部３１により生成された表示用マップは、例えば上述したＲＡＭ等で構成される一時記憶部３３に出力され、修正作業が行われている間、該一時記憶部３３において一時的に保持される。なお、ここで、上述したグローバルマップのデータ（物体存在確率情報）を、白黒画像の濃淡情報と同一の８ビットデータ（０～２５５（ＦＦＨ））で表現している場合には、グローバルマップのデータを変換することなくそのまま表示することができるため、マップ変換は不要となる。
　タッチスクリーン３４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等からなる表示部３５と、ユーザのタッチ操作（入力）を検出するタッチパネル等からなる操作入力部３６とを有して構成される入力装置である。表示部３５は、変換部３１により生成された表示用マップの画像情報（濃淡情報）に基づいてグローバルマップ画像（特許請求の範囲に記載の環境地図画像に相当）を表示する。また、表示部３５は、ユーザからのグローバルマップ画像に対する修正操作を受け付けるためのメニューバー及び各種ツール等を表示する。すなわち、表示部３５は、特許請求の範囲に記載の表示手段として機能する。
　ここで、表示部３５に表示される表示画面の一例を図４に示す。図４に示されるように、表示部３５に表示される表示画面は、例えば、グローバルマップ画像表示領域４００、メニューバー表示領域４０１、ツールボックス表示領域４０２、及びパレット表示領域４０３等から構成されている。グローバルマップ画像表示領域４００には修正中のグローバルマップ画像が表示される。メニューバー表示領域４０１には、例えばファイルダイアログ４１０等、利用できる各種機能を分類してまとめたメニューが表示される。ツールボックス表示領域４０２には、例えば、スポイトツール４１１、鉛筆ツール４１２、領域指定ツール４１３、塗りつぶしツール４１４等、グローバルマップ画像の選択、描画等の役割を持つ複数のツールが表示される。パレット表示領域４０３には、描画色を指定するためのパレット４１５が表示される。
　操作入力部３６は、表示部３５の表示画面を覆うように設けられており、その表面には２次元座標（Ｘ－Ｙ座標）が仮想的に配置されている。操作入力部３６は、ユーザからの修正操作を受け付けるものであり、ユーザによるタッチ操作がなされると、そのタッチ位置に応じた座標情報を出力する。なお、タッチ位置の検出には、例えば、圧力、静電容量、赤外線、及び超音波等が利用される。すなわち、操作入力部３６は、特許請求の範囲に記載の入力手段として機能する。操作入力部３６は、各種アイコン等の表示位置とユーザのタッチ位置を示す座標情報とに基づいて、ユーザの操作内容を判断する。そして、操作入力部３６は、判断された操作内容を修正部３７に出力する。
　修正部３７は、操作入力部３６により受け付けられたユーザの修正操作に従って、表示部３５に表示されているグローバルマップ画像を修正する。すなわち、修正部３７は、特許請求の範囲に記載の修正手段として機能する。ここで、操作入力部３６及び修正部３７は、ユーザに対して、例えば次のような機能を提供する。なお、次に述べる機能は、操作入力部３６及び修正部３７により提供される機能の一例である。
１．修正するグローバルマップの読み込み（グローバルマップ指定・入力）
（１）ファイルダイアログ４１０を開き、修正するグローバルマップを指定する。なお、ファイルは、グローバルマップ全体として呼び出すことも、いくつかの領域毎に区分けされたグローバルマップとして呼び出すことも可能である。
２．上書きする色の指定（グローバルマップ修正）
（１）スポイトツール４１１でグローバルマップ中の点を指定して、その点の色で指定する。
（２）パレット４１５の中から色を指定する。
（３）０～２５５の値を入力して色を指定する。なお、黒色は０～１２７、灰色は１２８、白色は１２９～２５５の範囲で指定する。
３．修正したい領域の指定及び修正（グローバルマップ修正）
（１）鉛筆ツール４１２でグローバルマップ中の点を指定して、その点を指定色で上書きする。
（２）領域指定ツール４１３で領域を指定して、塗りつぶしツール４１４で、その領域を指定色で塗りつぶす。
４．修正したグローバルマップの保存（グローバルマップ指定・保存）
（１）ファイルダイアログ４１０を開き、保存したいグローバルマップを指定する。
　ユーザは、上述した機能を利用して、グローバルマップ画像上の物体（障害物）を消去したり、グローバルマップ画像上に物体を追加したりすることができる。すなわち、例えば、グローバルマップ上の物体（障害物）を消去する場合には、白色で表示されている物体を黒色に修正する。一方、グローバルマップ上に物体（障害物）を追加したいときには、物体の位置、形状に合わせて、該物体を白色で描画する。
　逆変換部３２は、修正部３７により修正されたグローバルマップ画像の濃淡情報をグリッドマップ（グローバルマップ）の物体存在確率情報に逆変換することにより、表示用マップ（グローバルマップ画像）をグローバルマップに逆変換するものである。すなわち、逆変換部３２は、特許請求の範囲に記載の逆変換手段として機能する。より具体的には、逆変換部３２は、濃淡情報（０～１２８（８０Ｈ）～２５５（ＦＦＨ））をグリッド毎の物体存在確率情報（－１～０～１）に変換してグローバルマップ（グリッドマップ）を取得する。すなわち、逆変換部３２は、上述した変換部３１と逆の機能を有するものである。ここで、上述した図３に示された表示用マップが逆変換された場合には、図２に示されたグリッドマップ（グローバルマップ）が生成される。なお、逆変換部３２により生成されたグローバルマップは、記憶部３０に出力され、該記憶部３０で記憶される。
　次に、図６を参照しつつグローバルマップ修正装置３の動作について説明する。図６は、グローバルマップ修正装置３によるグローバルマップ修正処理の処理手順を示すフローチャートである。図６に示されるグローバルマップ修正処理は、ユーザの操作を受けて実行される。
　ステップＳ１００では、ユーザからのマップ読み込み操作を受けて、指定された修正対象となるグローバルマップが読み込まれ、表示部３５に表示される。より具体的には、タッチスクリーン３４を構成する操作入力部３６がユーザからのマップ読み込み操作を受け付けたときに、記憶部３０に記憶されているグローバルマップ（グリッドマップ）が、変換部３１により変換されて、グローバルマップ画像（表示用マップ）が生成され（図２、図３参照）、タッチスクリーン３４の表示部３５に表示される。
　次に、ステップＳ１０２では、ユーザからの修正操作を受けて、表示部３５に表示されたグローバルマップ画像の修正が行われる。より詳細には、ユーザからの色指定操作を受けて、上書きする色の設定が行われるとともに、ユーザからの修正領域指定操作を受けて、指定された領域が設定された色及び濃淡で上書き又は塗りつぶされる（図４参照）。なお、ユーザによる上書き色の指定方法、及び修正領域の指定方法については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。そして、ユーザからの修正操作に従い、すべての修正点に対する修正が終了するまで、本修正処理が繰り返して行われる。
　修正がすべて終了し、ユーザからのマップ保存操作を受け付けた場合、続くステップＳ１０４において、修正されたグローバルマップが保存される。より詳細には、操作入力部３６がユーザからのマップ保存操作を受け付けたときに、一時記憶部３３に保持されている修正後のグローバルマップ画像（表示用マップ）が、逆変換部３２により逆変換されて、修正されたグローバルマップ（グリッドマップ）が生成され（図３、図２参照）、記憶部３０に保存される。
　ここで、修正前のグローバルマップと修正後のグローバルマップの一例を図５に示す。図５に示した例では、修正前に点線で囲った枠５００内に存在していた物体（障害物）が消去されている。このようにして、グローバルマップが現実の周囲環境と合致するように修正される。
　本実施形態によれば、ユーザは、タッチスクリーン３４の操作入力部３６を介して修正操作を行うことにより、表示部３５上でグローバルマップを修正することができる。そのため、グローバルマップと実際の周囲環境との相違をユーザのマニュアル操作により修正することができる。その結果、実際の周囲環境に合ったグローバルマップを取得することが可能となる。
　また、本実施形態によれば、物体の存在確率情報と画像情報（白黒画像の濃淡情報）との間で相互に変換／逆変換が行われる。そのため、グローバルマップをグローバルマップ画像に変換して表示するとともに、表示部３５上に表示されたグローバルマップ画像（濃淡）を修正することにより修正されたグローバルマップ（物体存在確率情報）を取得することができる。よって、より容易にグローバルマップを修正することが可能となる。
　本実施形態によれば、物体存在確率情報に対応する画像情報として白黒画像の濃淡情報を用いたので、物体存在確率情報を持つ複数のグリッドから構成されるグローバルマップを、物体存在確率情報が白黒の濃淡で表現された白黒画像（グローバルマップ画像）として視認することが可能となる。また、物体存在確率情報及び白黒画像の濃淡情報は共に１次元データであるため、物体存在確率情報－濃淡情報（画像情報）間の変換／逆変換を簡単に行うことができる。
　続いて、図７を用いて、上述したグローバルマップ修正装置３を搭載した自律移動装置１について説明する。図７は、グローバルマップ修正装置３が搭載された自律移動装置１の構成を示すブロック図である。
　自律移動装置１は、グローバルマップを取得してグローバルマップ修正装置３に出力するとともに、グローバルマップ修正装置３から得られた修正後のグローバルマップを用いて、該グローバルマップ上の出発点（スタート位置）と目的地（ゴール位置）との間をつなぐ移動経路を計画し、計画された移動経路に沿ってスタート位置からゴール位置まで自律して移動する機能を有するものである。そのため、自律移動装置１は、上述したグローバルマップ修正装置３を備えるとともに、下部に電動モータ１２及び該電動モータ１２により駆動されるオムニホイール１３が設けられた本体１０と、周囲に存在する障害物との距離を計測するレーザレンジファインダ２０とを備えている。また、自律移動装置１は、グローバルマップ修正装置３により修正されたグローバルマップを用いて移動経路を計画するとともに、計画された経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する電子制御装置４０を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
　本体１０は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体１０に、上述したレーザレンジファインダ２０、及びグローバルマップ修正装置３を含む電子制御装置４０等が取り付けられている。なお、本体１０の形状は略有底円筒状に限られない。本体１０の下部には、４つの電動モータ１２が十字状に配置されて取り付けられている。４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａにはオムニホイール１３が装着されている。すなわち、４つのオムニホイール１３は、同一円周上に周方向に沿って９０°ずつ間隔を空けて取り付けられている。
　オムニホイール１３は、電動モータ１２の駆動軸１２Ａを中心にして回転する２枚のホイール１４と、各ホイール１４の外周に電動モータ１２の駆動軸１２Ａと直交する軸を中心として回転可能に設けられた６個のフリーローラ１５とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、２枚のホイール１４は位相を３０°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ１２が駆動されてホイール１４が回転すると、６個のフリーローラ１５はホイール１４と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ１５が回転することにより、オムニホイール１３は、そのホイール１４の回転軸に並行な方向にも移動することができる。そのため、４つの電動モータ１２を独立して制御し、４つのオムニホイール１３それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置１を任意の方向（全方向）に移動させることができる。
　４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａには、該駆動軸１２Ａの回転角度を検出するエンコーダ１６が取り付けられている。各エンコーダ１６は、電子制御装置４０と接続されており、検出した各電動モータ１２の回転角度を電子制御装置４０に出力する。電子制御装置４０は、入力された各電動モータ１２の回転角度から、自律移動装置１の移動量を演算する。
　レーザレンジファインダ２０は、自機の正面方向（前方）を向くようにして自律移動装置１の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ２０は、レーザを射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置１の周囲を中心角２４０°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ２０は、例えば壁や障害物等の物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ（反射波）の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間（伝播時間）を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。なお、レーザレンジファインダ２０は、電子制御装置４０と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置４０に出力する。
　電子制御装置４０は、自律移動装置１の制御を総合的に司るものである。電子制御装置４０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置４０は、レーザレンジファインダ２０とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ１２を駆動するモータドライバ等も備えている。
　電子制御装置４０は、グローバルマップ修正装置３と相互にデータを交換できるように構成されており、グローバルマップを生成してグローバルマップ修正装置３に出力するとともに、グローバルマップ修正装置３から修正されたグローバルマップを取得する。そして、電子制御装置４０は、修正されたグローバルマップから移動経路を計画するとともに、計画された移動経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する。そのため、電子制御装置４０は、グローバルマップ取得部４１、センサ情報取得部４２、自己位置検知部４３、経路計画部４４、走行制御部４５、障害物回避制御部４６等を備えている。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。電子制御装置４０、電動モータ１２、及びオムニホイール１３は、特許請求の範囲に記載の移動手段として機能する。
　グローバルマップ取得部４１は、例えばＳＬＡＭ技術等を利用して、物体（障害物）が存在する物体領域（障害物領域）と存在しない領域とを表したグローバルマップを生成する。すなわち、グローバルマップ取得部４１は、特許請求の範囲に記載の環境地図取得手段として機能する。例えば、ＳＬＡＭ技術を利用してグローバルマップを生成する場合、まず、グローバルマップ取得部４１は、レーザレンジファインダ２０からセンサ情報取得部４２を介して読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報に基づいてローカルマップを生成する。また、グローバルマップ取得部４１は、自己位置検知部４３から自己位置を取得する。なお、自己位置検知部４３は、エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、ローカルマップとグローバルマップとを照合し、その結果に基づいて自己位置を推定する。続いて、グローバルマップ取得部４１は、レーザレンジファインダ２０を原点にしたローカルマップを、レーザレンジファインダ２０を原点にした座標系からグローバルマップの座標系に自己位置に合わせて座標変換することにより、ローカルマップをグローバルマップに投影する。そして、グローバルマップ取得部４１は、この処理を移動しつつ繰り返して実行し、ローカルマップをグローバルマップに順次足し込んで行く（継ぎ足してゆく）ことにより周囲環境全体のグローバルマップを生成する。なお、グローバルマップ取得部４１で生成されたグローバルマップは、グローバルマップ修正装置３に出力される。
　経路計画部４４は、グローバルマップ修正装置３により修正されたグローバルマップを読み込み、この修正されたグローバルマップから自律移動装置１の移動経路を計画するものである。すなわち、経路計画部４４は、特許請求の範囲に記載の移動経路計画手段として機能する。経路計画部４４は、まず、修正されたグローバルマップに含まれる障害物領域の輪郭を、Ｍｉｎｋｏｗｓｋｉ和を利用して、自機の半径だけ拡張して拡張障害物領域を生成し、該拡張障害物領域を除く領域を、障害物と接触することなく移動することができる移動可能領域として抽出する。次に、経路計画部４４は、Ｈｉｌｄｉｔｃｈの細線化法を利用して、抽出した移動可能領域を細線化する。そして、経路計画部４４は、細線化された移動可能領域の中から、Ａ＊アルゴリズム（Ａスター・アルゴリズム）を利用して、スタート位置とゴール位置との間をつなぐ最短経路を探索することにより移動経路を計画する。
　走行制御部４５は、障害物を回避しながら計画された移動経路に沿って自機をゴール位置まで移動させるように電動モータ１２を制御する。ここで、本実施形態では、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール位置まで移動させる制御方法として仮想ポテンシャル法を採用した。この仮想ポテンシャル法は、ゴール位置に対する仮想的な引力ポテンシャル場と、回避すべき障害物に対する仮想的な斥力ポテンシャル場とを生成して重ね合わせることで、障害物との接触を回避しつつゴール位置へ向かう方法である。より具体的には、走行制御部４５は、まず、自己位置に基づいてゴール位置へ向かうための仮想引力を計算する。一方、障害物回避制御部４６により、自己位置、移動速度、及び障害物の位置並びに速度に基づいて、障害物を回避するための仮想斥力が算出される。続いて、走行制御部４５は、得られた仮想引力と、仮想斥力とをベクトル合成することにより仮想力ベクトルを計算する。そして、走行制御部４５は、得られた仮想力ベクトルに応じて電動モータ１２（オムニホイール１３）を駆動することにより、障害物を回避しつつゴール位置へ移動するように自機の走行をコントロールする。
　本実施形態によれば、上述したグローバルマップ修正装置３を備えているため、実際の周囲環境に合ったグローバルマップを取得することができる。そのため、例えばグローバルマップから移動経路を計画する際に、実際には通過できる通路を障害物があるために通過できないと判断してしまうというような不具合を防止することができる。その結果、現実の周囲環境に合致した最適な移動経路に沿って移動することが可能となる。また、自律移動装置１にグローバルマップ修正装置３が搭載されているため、グローバルマップの生成、グローバルマップの修正、及びグローバルマップからの経路計画といった一連の作業を効率よく行うことができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、グローバルマップを画像として表示する際に、グローバルマップを構成する各グリッドが有する物体存在確率情報を白黒の濃淡情報に変換したが、変換する画像情報は白黒の濃淡情報に限られない。例えば、白黒以外の色（単色）の濃淡情報、又はカラー情報に変換してもよい。また、物体存在確率と濃淡情報との対応関係は上記実施形態には限られない。例えば、物体存在確率に対応する白と黒の関係を逆にしてもよい。
　上記実施形態では、画像を修正することによりグローバルマップを修正したが、グローバルマップ（グリッドマップ）を構成する各グリッドの物体存在確率の数値を直接修正する構成としてもよい。
　上記実施形態では、表示部と操作入力部が一体となったタッチスクリーンを用いたが、表示手段として通常のディスプレイを用いるとともに、操作入力手段としてキーボード、マウス等を用いる構成としてもよい。
　上記実施形態では、グローバルマップ修正装置３と電子制御措置４０とが分離された構成としたが、グローバルマップ修正装置３と電子制御措置４０の構成及び機能分担は上記実施形態には限られない。例えば、グローバルマップ修正装置３と電子制御措置４０とを同一のハードウェアで構成してもよい。
 

Claims (4)

  1. 　物体が存在する物体領域が示される環境地図を表示する表示手段と、
    　前記表示手段により表示された環境地図に対する、ユーザからの修正操作を受け付ける入力手段と、
    　前記入力手段により受け付けられた修正操作に基づいて、前記表示手段に表示されている環境地図を修正する修正手段と、を備える、ことを特徴とする環境地図修正装置。
  2. 　前記環境地図を構成する複数のグリッドが持つ物体の存在確率情報を画像情報に変換する変換手段と、
    　前記画像情報を前記物体の存在確率情報に逆変換する逆変換手段と、を備え、
    　前記表示手段は、前記変換手段により変換された画像情報に基づいて環境地図画像を表示し、
    　前記修正手段は、前記表示手段により表示された環境地図画像を修正し、
    　前記逆変換手段は、前記修正手段により修正された環境地図画像の画像情報を物体の存在確率情報に逆変換する、ことを特徴とする請求項１に記載の環境地図修正装置。
  3. 　前記画像情報は、白黒画像の濃淡情報であることを特徴とする請求項２に記載の環境地図修正装置。
  4. 　物体が存在する物体領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、
    　前記環境地図取得手段により取得された環境地図を修正する、請求項１～３のいずれか１項に記載の環境地図修正装置と、
    　前記環境地図修正装置により修正された環境地図から移動経路を計画する移動経路計画手段と、
    　前記移動経路計画手段により計画された移動経路に沿って移動するように自機を駆動する移動手段と、を備える、ことを特徴とする自律移動装置。
     
     
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017222309A (ja) * 2016-06-17 2017-12-21 日産自動車株式会社 駐車支援方法および装置
CN108803595A (zh) * 2017-04-27 2018-11-13 丰田自动车株式会社 环境布置机器人和存储其控制程序的计算机可读存储介质

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101782057B1 (ko) * 2010-05-03 2017-09-26 삼성전자주식회사 지도 생성 장치 및 방법
US8798840B2 (en) * 2011-09-30 2014-08-05 Irobot Corporation Adaptive mapping with spatial summaries of sensor data
TWM451103U (zh) * 2012-10-30 2013-04-21 Agait Technology Corp 行走裝置
JP6136435B2 (ja) * 2013-03-25 2017-05-31 村田機械株式会社 自律移動装置
JP6020326B2 (ja) * 2013-04-16 2016-11-02 富士ゼロックス株式会社 経路探索装置、自走式作業装置、プログラム及び記録媒体
JP6136543B2 (ja) * 2013-05-01 2017-05-31 村田機械株式会社 自律移動体
CN104161487B (zh) * 2013-05-17 2018-09-04 恩斯迈电子(深圳)有限公司 移动装置
KR101509566B1 (ko) 2013-06-18 2015-04-06 박재삼 이동로봇의 주행경로 입력 장치 및 방법
ES2818922T3 (es) * 2014-03-12 2021-04-14 Chugoku Electric Power Método de medición de una distancia
WO2015193941A1 (ja) * 2014-06-16 2015-12-23 株式会社日立製作所 地図生成システム及び地図生成方法
JP5902275B1 (ja) * 2014-10-28 2016-04-13 シャープ株式会社 自律移動装置
JP6539845B2 (ja) * 2015-03-31 2019-07-10 株式会社日本総合研究所 自走型走行装置、管理装置、及び歩行障害箇所判定システム
JP2017177328A (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 富士ゼロックス株式会社 プリントシステム、サーバ機器、プリンタ選定プログラム、およびプリント指示振分プログラム
US11132611B2 (en) * 2016-05-27 2021-09-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Information processing apparatus and information processing method for determining presence probability of object
US11222438B2 (en) * 2016-05-27 2022-01-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Information processing apparatus, vehicle, and information processing method for presence probability of object
US11204610B2 (en) * 2016-05-30 2021-12-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Information processing apparatus, vehicle, and information processing method using correlation between attributes
EP3252658B1 (en) 2016-05-30 2021-08-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Information processing apparatus and information processing method
US11212684B2 (en) * 2016-07-27 2021-12-28 Ryan Robert Hadley Systems and methods for the visual representation and simulation of electromagnetic radiation distribution in a volume of space
JP6867120B2 (ja) * 2016-07-28 2021-04-28 シャープ株式会社 地図作成方法及び地図作成装置
IL250762B (en) 2017-02-23 2020-09-30 Appelman Dina Method and system for unmanned vehicle navigation
US10222215B2 (en) * 2017-04-21 2019-03-05 X Development Llc Methods and systems for map generation and alignment
US10921816B2 (en) * 2017-04-21 2021-02-16 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method and apparatus for producing map based on hierarchical structure using 2D laser scanner
EP3729225A1 (en) * 2017-12-21 2020-10-28 University of Zagreb Faculty of Electrical Engineering and Computing Interactive computer-implemented method, graphical user interface and computer program product for building a high-accuracy environment map
US10835096B2 (en) * 2018-08-30 2020-11-17 Irobot Corporation Map based training and interface for mobile robots
PL3799618T3 (pl) 2018-08-30 2023-02-06 Elta Systems Ltd. Sposób nawigowania pojazdem i przewidziany dla niego system
KR102097722B1 (ko) * 2019-03-25 2020-04-06 주식회사 트위니 빅셀그리드맵을 이용한 이동체의 자세 추정 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07129238A (ja) 1993-11-01 1995-05-19 Fujitsu Ltd 障害物回避経路生成方式
JP2005326944A (ja) * 2004-05-12 2005-11-24 Hitachi Ltd レーザー計測により地図画像を生成する装置及び方法
JP2007323402A (ja) * 2006-06-01 2007-12-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 自走式機器およびそのプログラム

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5006988A (en) * 1989-04-28 1991-04-09 University Of Michigan Obstacle-avoiding navigation system
US6667592B2 (en) * 2001-08-13 2003-12-23 Intellibot, L.L.C. Mapped robot system
KR100703692B1 (ko) * 2004-11-03 2007-04-05 삼성전자주식회사 공간상에 존재하는 오브젝트들을 구별하기 위한 시스템,장치 및 방법
JP4243594B2 (ja) * 2005-01-31 2009-03-25 パナソニック電工株式会社 清掃ロボット
JP2006205348A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Sony Corp 障害物回避装置、障害物回避方法及び障害物回避プログラム並びに移動型ロボット装置
KR100791382B1 (ko) 2006-06-01 2008-01-07 삼성전자주식회사 로봇의 이동 경로에 따라 소정 영역의 특성에 관한 정보를수집하고 분류하는 방법 및 상기 영역 특성에 따라제어되는 로봇, 상기 영역 특성을 이용한 ｕｉ 구성 방법및 장치
US8271132B2 (en) * 2008-03-13 2012-09-18 Battelle Energy Alliance, Llc System and method for seamless task-directed autonomy for robots
KR101075615B1 (ko) * 2006-07-06 2011-10-21 포항공과대학교 산학협력단 주행 차량의 운전자 보조 정보 생성 장치 및 방법
JP2008134904A (ja) * 2006-11-29 2008-06-12 Toyota Motor Corp 自律移動体
TWI341779B (en) * 2007-12-04 2011-05-11 Ind Tech Res Inst Sytstem and method for graphically arranging robot's working space
KR101372482B1 (ko) * 2007-12-11 2014-03-26 삼성전자주식회사 이동 로봇의 경로 계획 방법 및 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07129238A (ja) 1993-11-01 1995-05-19 Fujitsu Ltd 障害物回避経路生成方式
JP2005326944A (ja) * 2004-05-12 2005-11-24 Hitachi Ltd レーザー計測により地図画像を生成する装置及び方法
JP2007323402A (ja) * 2006-06-01 2007-12-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 自走式機器およびそのプログラム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2348375A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017222309A (ja) * 2016-06-17 2017-12-21 日産自動車株式会社 駐車支援方法および装置
CN108803595A (zh) * 2017-04-27 2018-11-13 丰田自动车株式会社 环境布置机器人和存储其控制程序的计算机可读存储介质
CN108803595B (zh) * 2017-04-27 2021-07-13 丰田自动车株式会社 环境布置机器人和存储其控制程序的计算机可读存储介质

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Publication number Publication date
KR101228487B1 (ko) 2013-01-31
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