WO2014156502A1 - 位置同定装置、及びそれを備えた移動ロボット - Google Patents

位置同定装置、及びそれを備えた移動ロボット Download PDF

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正木　良三
修一 槙
拓久哉 中
一登 白根
高斉 松本
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Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0238—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors
    • G05D1/024—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors in combination with a laser
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a position identification device that estimates a position and an angle of a moving body on a map based on distance data of the surrounding environment measured by a distance sensor and map data of the surrounding environment, and a moving body including the position identification device. is there.
  • the term “moving body” and the term “mobile robot” are used together, but “mobile robot” is used as an embodiment of “moving body”. There is no significant difference.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-109200
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-109200
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-109200 relates to a technique for recognizing the position and orientation of a user in an actual environment, which is used in autonomous movement control of a mobile robot.
  • a two-dimensional environment that shows the position and orientation of the mobile robot, the sensing data from the distance sensor mounted on the mobile robot, and the geometric state of the environment, with the goal of automatically reaching the destination without human intervention.
  • a technique for calculating using a map is disclosed.
  • Patent Document 1 describes a method for estimating the position and orientation of a mobile robot by matching sensing data measured by a distance sensor with an environmental map.
  • the processing amount of data becomes enormous and the calculation time becomes long, it has been desired to reduce the processing amount. For this reason, no proposal has been made to perform processing using a map other than estimating the position and orientation.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and moves by matching distance data and map data within a predetermined area (specific area such as a running area and a specified area) set in advance.
  • a position identification device that classifies the type of object irradiated by the laser distance sensor by estimating the position and orientation of the body and collating the distance data with the map data again using the estimated position and orientation, and the same An object is to provide a mobile robot.
  • a position identification device identifies an object provided in an ambient environment by reflected light of a laser beam to be irradiated, and estimates a position and an angle of a movable body arranged to be movable in the ambient environment
  • map data of the surrounding environment where the moving body travels is stored
  • a distance sensor for measuring a distance from the moving body to an object provided in the surrounding environment
  • the movement measured by the distance sensor Means for discriminating an object provided in the surrounding environment based on distance data from the body to the object and the map data
  • traveling area storage means for storing the traveling area of the moving body, and storing in the traveling area storage means
  • an object determination means for determining whether or not the object is placed in the travel area of the mobile object.
  • a position identification device identifies an object provided in an ambient environment by reflected light of a laser beam to be irradiated, and estimates a position and an angle of a movable body arranged to be movable in the ambient environment
  • map data of the surrounding environment where the moving body travels is stored
  • a distance sensor for measuring a distance from the moving body to an object provided in the surrounding environment, and the movement measured by the distance sensor Means for discriminating an object provided in the surrounding environment from distance data from the body to the object and the map data
  • traveling area storage means for storing a traveling area of the moving object, and a traveling area of the moving object;
  • An object determining means for determining whether the serial object is located, characterized by comprising a.
  • the position identification device uses a distance sensor that measures a distance to a surrounding object, map data of a surrounding environment in which the moving body travels, and distance data measured by the distance sensor, so that the position of the moving body In the position identification device for estimating the angle, whether the object is placed in the specific area using the specific area storage means for storing the specific area of the map data, the map data, and the estimated position and angle And an object determination means for determining whether or not.
  • the position identification device measures the distance from the moving body to the object by the distance sensor a plurality of times, and the object moves based on the plurality of the distance data obtained by the plurality of measurements. It is characterized by classifying whether it is a body or a stationary body.
  • the mobile robot according to the present invention is a mobile robot comprising the position identification device and a control device that automatically controls autonomous traveling, wherein the control device indicates that the mobile robot has approached the object.
  • the travel route is changed based on the determination based on the distance data and based on the determination as to whether or not the object determined by the object determination means is placed in the travel area.
  • the control device when the control device determines from the distance data that the mobile robot has approached the object, the control device changes the travel limit speed of the mobile body according to the classification of the object.
  • the mobile robot according to the present invention is characterized in that the mobile robot includes a communication device that notifies the outside when the object determination means determines that the object is placed in the specific area.
  • the mobile robot according to the present invention collates distance data with map data, so that an object that matches the map, an object on a travel path, an object in a specific area of the map, etc. It is possible to easily classify, and it is possible to construct a control system that travels while avoiding obstacles and improving the convenience of a moving object.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the mobile robot of this embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the travel route of the mobile robot and the state of the surrounding environment.
  • FIG. 3A is an explanatory diagram showing map data of the surrounding environment.
  • FIG. 3B is an explanatory diagram showing a traveling area and a designated area of the mobile robot in the map data.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a state in which an object is identified by irradiating an object or the like with a laser from a laser distance sensor configured in the mobile robot.
  • FIG. 5A is an explanatory diagram showing a state in which the distance to the map object seen from the mobile robot 1 is measured in comparison with FIG. 3A.
  • FIG. 5A is an explanatory diagram showing a state in which the distance to the map object seen from the mobile robot 1 is measured in comparison with FIG. 3A.
  • FIG. 5B is an explanatory diagram illustrating a state in which it is determined that the object A is placed in a travel area stored in advance.
  • FIG. 5C is an explanatory diagram showing a state in which it is determined that the carriage B is placed in the designated area A1 stored in advance.
  • FIG. 5D is an explanatory diagram illustrating a state in which it is determined that an object exists in areas other than the travel areas 1, 2, 3 and the designated area.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a mobile robot 1 as a mobile body according to an example of the present invention. As shown in the figure, the mobile robot 1 is output from the relative position calculation unit 2 and the relative position calculation unit 2 to which the target positions Xg and Yg and the target angle ⁇ g output from the target point commanding device 9 are input.
  • Laser distance sensor for measuring the distance from the left and right motors 5 as the traveling means to which the left motor speed command and the right motor speed command are input, respectively, and the surrounding environment (wall, device, object A, etc.) to be described later 6
  • position identification means 7 that estimates the position and angle of the mobile robot 1 from the surrounding environment map data 10 and the surrounding environment distance data measured by the laser distance sensor 6, and communicates with the outside for notification or the like.
  • the position identification means 7 serving as a position identification device stores map data 10 of the surrounding environment where the mobile robot 1 travels, and position information up to the surrounding environment such as walls, devices, and objects measured by the laser distance sensor 6. And a map collating unit 11 for collating the map data 10 with each other.
  • the position identification means 7 divides the area into a “running area” and a “designated area” as a specific area in advance as shown in FIG. 3B. .
  • the “traveling area” is an area where the mobile robot 1 travels as the name suggests, and the “designated area” is a place for a carriage or an object.
  • the position identification means 7 includes a travel area storage means 12 that stores the travel area of the mobile robot 1 and a specified area storage means that is a specific area storage means that stores a specific area other than the travel area of the mobile robot 1. 13. Then, the presence of the “object” is determined by the object determination means 14 from the information on the surrounding environment such as the wall, device, and object measured by the laser distance sensor 6. Furthermore, referring to each area information from the running area storage means 12 and the designated area storage means 13, whether the “object” determined to exist is a map object, a running obstacle object, or a designated area object. The processing is performed in each processing unit, the map object proximity determination unit 15, the travel obstacle object processing unit 16, and the designated area object processing unit 17.
  • the map object and the traveling obstacle object need to pay attention to the traveling mobile robot 1. Therefore, information is output to the vehicle speed limit calculation unit 18, and information is calculated by the vehicle speed limit calculation unit 18. If it is determined that it is necessary to limit the vehicle speed, a speed limit command is issued to the control command unit 3.
  • the distance data measured by the laser distance sensor 6 is collated with the map data 10 to obtain the position and angle data of the mobile robot 1.
  • the position and angle data of the mobile robot 1 after collation by the data collation unit 11 is input to the object determination unit 14 together with the distance data measured by the laser distance sensor 6 and the map data 10.
  • the object determination means 14 refers to the area information from the travel area storage means 12 and the designated area storage means 13 and the “object” determined to exist is a map object or a travel obstacle object. It is determined whether the object is a specified area object.
  • the map object information is processed by the map object proximity determination unit 15, the travel obstacle object information is processed by the travel obstacle object processing unit 16, and the designated area object information is processed by the designated area object processing unit 17.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the travel route of the mobile robot 1 and the state of the surrounding environment.
  • the surrounding environment where the mobile robot 1 can travel there are walls, devices 1 to 5, an object B, a carriage C, and an object C as objects.
  • the object B is placed so as to cover the traveling route of the mobile robot 1 indicated by the dotted line, and the carriage C is placed in the carriage parking place.
  • the mobile robot 1 is intended to travel while avoiding the object B so as not to contact the object B when traveling on the travel route indicated by the dotted line.
  • FIG. 3A shows map data of the surrounding environment.
  • FIG. 3B shows the travel areas 1, 2, 3 and the designated area A1 of the mobile robot 1 in the map data.
  • the map data of the surrounding environment in FIG. 3A is stored in advance.
  • the traveling areas 1, 2, 3 and the designated area A1 in FIG. 3B can be stored in the traveling area storage means 12 and the designated area storage means 13 by a predetermined operation by the user.
  • FIG. 4 shows a state in which an object is discriminated by irradiating a laser from the laser distance sensor 6 configured in the mobile robot 1 to the objects A, B and the like.
  • the laser light emitted from the laser distance sensor 6 of the mobile robot 1 is in the range of 90 degrees to the left and right with respect to the front side of the mobile robot 1, that is, in the range of 180 degrees. Irradiated.
  • the distance to the boundaries of the objects A and B and the surrounding environment can be measured by reflected light.
  • the detection state shown in FIG. 4 is a result of estimating the position and posture of the mobile robot 1 by collating the distance data of the laser distance sensor 6 and the map data 10 by matching processing. That is, the position and orientation of the mobile robot 1 can be estimated from the distance data that matches the map data 10.
  • FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D show that the distance data is classified by a thick line.
  • FIG. 5A shows that the distance data matches the map data 10 by comparing again with the map data 10 shown in FIG. 3A. Since these data are described on the map, they can be regarded as fixed objects or stationary objects.
  • FIG. 5B shows a state in which it is determined that the object A is placed in the travel area stored in advance.
  • the object A existing in the travel area 2 can be an obstacle to travel of the mobile robot 1. That is, since the object A is on the traveling area where the vehicle is scheduled to travel, it is determined that there is a possibility of collision when traveling on the planned traveling route.
  • the approximate size of the object A can be estimated from the distance data, it is not specified any more.
  • the “object” existing in the travel area 2 is extracted from the “object” determined to exist.
  • three travel areas are set.
  • the “object” existing in the travel area may be determined when the mobile robot 1 enters the travel area. That is, the “object” existing in the travel area 1 is determined when entering the area from the entrance, and the “object” present in the travel area 3 is determined from the end of the travel area 2 to the travel area 3. It is possible to do it before entering. In addition, if the vehicle enters the traveling area during traveling, it is necessary to cope with it.
  • FIG. 5C shows a state in which it is determined that the carriage B is placed in the designated area A1 stored in advance.
  • the cart B in the designated area A1 does not become an obstacle to the traveling of the mobile robot 1, but when the designated area A1 is used as a cart parking place, the detected one can be regarded as the cart B.
  • the carriage B can be automatically transported to a designated transport destination by pulling it.
  • the mobile robot 1 when the mobile robot 1 is doing other work or is moving to another place, it can be communicated to the host controller outside by communication that the cart B has been found. . Note that if something different from the cart is placed depending on the size of the object, it can be determined.
  • FIG. 5D shows a state in which it is determined that an object exists in areas other than the travel areas 1, 2, 3 and the designated area. While the presence of the “object” is determined, an object that is neither in the traveling area nor in the designated area and is not a map object is determined as another object and processed.
  • the position identifying means 7 for identifying the object provided in the surrounding environment by the reflected light of the irradiated laser beam and estimating the position and angle of the mobile robot 1 arranged to be movable in the surrounding environment. 2
  • the map data of the surrounding environment where the mobile robot 1 travels is stored, the laser distance sensor 6 that measures the distance from the mobile robot 1 to the object provided in the surrounding environment, and the laser distance sensor 6 measures the distance.
  • Means for discriminating an object provided in the surrounding environment based on the distance data from the mobile robot 1 to the object and map data travel area storage means 12 for storing the travel area of the mobile robot 1,
  • the specified area storage means 13 as a specific area storage means for storing a specific area different from the travel area, and the mobile robot 1 stored in the travel area storage means 12
  • An object determination unit for determining whether or not an object is placed in a designated area that is stored in a row area or in a specified area that is stored in a specified area storage unit that is a specific area storage unit; is there.
  • the distance data and the map data 10 are collated again based on the estimated position and orientation, so that the distance data can be easily matched with the map data 10, the object on the traveling area, or in the specific area.
  • the mobile robot is controlled based on short distance data indicating that it is approaching among the distance data, but the type of the approaching distance data can be provided as information, so that the mobile robot 1 Can determine whether to decelerate and stop, so that the mobile robot 1 can be controlled better.
  • the position identification means 7 of the present embodiment performs the measurement of the distance from the mobile robot 1 to the object by the laser distance sensor 6 a plurality of times, and based on the plurality of distance data obtained by the plurality of measurements, the object is identified. It is possible to classify whether it is a moving body or a stationary body. Further, the control device determines that the mobile robot 1 has approached the object based on the distance data, and determines the travel route based on the determination as to whether or not the object determined by the object determination means 14 is placed in the travel region. change. Further, the control device decelerates the mobile robot 1 when determining that the mobile robot 1 has approached the object based on the distance data, and stops before the mobile robot 1 is collided with the object. When the approaching object matches the map data 10, the object can be regarded as a stationary object or a stationary object, so that the rate of deceleration of the traveling speed can be reduced as long as safe traveling can be guaranteed. It is.

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Abstract

　移動ロボット（１）の位置を推定する位置同定手段（７）において、移動ロボット（１）から物体までの距離を測定するレーザ距離センサ（６）と、測定された移動ロボット（１）から物体までの距離データと地図データとにより物体を判別する手段と、移動ロボット（１）の走行領域を記憶する走行領域記憶手段（１２）と、移動ロボット（１）の走行領域とは別の指定領域を記憶する指定領域記憶手段（１３）と、走行領域記憶手段（１２）に記憶された移動ロボット（１）の走行領域内に物体が置かれているのか否かの判定をする物体判定手段（１４）とを備える。

Description

位置同定装置、及びそれを備えた移動ロボット
　本発明は、距離センサで測定された周辺環境の距離データと周辺環境の地図データとにより、地図上の移動体の位置及び角度を推定する位置同定装置、及びそれを備えた移動体に関するものである。本明細書においては、「移動体」という用語と「移動ロボット」という用語を併用しているが、「移動ロボット」は「移動体」の一実施形態として用いているが、発明思想として実質的な相違はない。
　従来、レーザ距離センサで測定された距離データと地図データを用いて移動体の位置と角度を推定する位置姿勢推定装置が知られている。例えば、特許文献１（日本国特開２００９－１０９２００号公報）には、移動ロボットの自律移動制御等において利用される、実環境内における自己の位置姿勢を認識する技術に関し、特に、移動ロボットが目的地まで人の操作なしに自動的に到達することを目的とし、移動ロボットの位置姿勢を、移動ロボットに搭載された距離センサからのセンシングデータと、環境の幾何状況を示した二次元の環境地図とを用いて算出する技術が開示されている。
日本国特開２００９－１０９２００号公報
　上記特許文献１に記載されている技術では、距離センサによって測定されたセンシングデータと環境地図とをマッチングさせ、移動ロボットの位置姿勢を推定する方法が記載されているが、一般的なマッチング方法においては、データの処理量が膨大になり計算時間が長くなるといった問題があるため処理量の削減が望まれていた。そのため、位置姿勢を推定すること以外については、地図を利用した処理を行う提案はされてこなかった。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、予め設定させた所定領域（走行領域、指定領域等の特定領域）の範囲で、距離データと地図データとのマッチングを行うことにより、移動体の位置姿勢を推定するとともに、推定した位置姿勢を用いて、再度、距離データと地図データを照合することで、レーザ距離センサが照射した物体の種類を分類する位置同定装置及びそれを備えた移動ロボットを提供することを目的とする。
　本発明に係る位置同定装置は、照射するレーザ光の反射光により周囲環境に設けられた物体を識別し、周辺環境内で移動可能に配置された移動体の位置と角度を推定する位置同定装置において、前記移動体が走行する周辺環境の地図データを記憶しており、前記移動体から前記周囲環境に設けられた物体までの距離を測定する距離センサと、該距離センサにより測定された前記移動体から前記物体までの距離データと前記地図データとにより前記周囲環境に設けられた物体を判別する手段と、前記移動体の走行領域を記憶する走行領域記憶手段と、該走行領域記憶手段に記憶された前記移動体の走行領域内に前記物体が置かれているか否かを判定する物体判定手段と、を備えたことを特徴とする。
　本発明に係る位置同定装置は、照射するレーザ光の反射光により周囲環境に設けられた物体を識別し、周辺環境内で移動可能に配置された移動体の位置と角度を推定する位置同定装置において、前記移動体が走行する周辺環境の地図データを記憶しており、前記移動体から前記周囲環境に設けられた物体までの距離を測定する距離センサと、該距離センサにより測定された前記移動体から前記物体までの距離データと前記地図データとにより前記周囲環境に設けられた物体を判別する手段と、前記移動体の走行領域を記憶する走行領域記憶手段と、前記移動体の走行領域とは別の特定領域を記憶する特定領域記憶手段と、前記走行領域記憶手段に記憶された前記移動体の走行領域内又は前記特定領域記憶手段に記憶された前記特定領域内に前記物体が置かれているのか否かを判定する物体判定手段と、を備えたことを特徴とする。
　本発明に係る位置同定装置は、周囲の物体までの距離を測定する距離センサと、移動体が走行する周辺環境の地図データと前記距離センサで測定した距離データとを用いて前記移動体の位置と角度を推定する位置同定装置において、前記地図データの特定領域を記憶する特定領域記憶手段と、前記地図データと前記推定した位置と角度とを用いて、前記特定領域に物体が置かれているか否かを判定する物体判定手段と、を備えたことを特徴とする。
　本発明に係る位置同定装置は、前記距離センサによる前記移動体から前記物体までの距離の測定を複数回行い、該複数回の測定により得られた複数の前記距離データに基づき、前記物体が移動体であるのか静止体であるのかを分類することを特徴とする。
　本発明に係る移動ロボットは、前記位置同定装置と、自律走行を自動的に制御する制御装置と、を備えた移動ロボットにおいて、前記制御装置は、前記移動ロボットが前記物体に接近したことを前記距離データにより判断し、前記物体判定手段により判定された前記物体が前記走行領域内に置かれているか否かの判定に基づき、走行経路を変更することを特徴とする。
　本発明に係る移動ロボットにおいては、前記制御装置は、前記移動ロボットが前記物体に接近したことを前記距離データにより判断したときに、当該物体の分類により前記移動体の走行制限速度を変えることを特徴とする。
　本発明に係る移動ロボットにおいては、前記物体判定手段が前記特定領域内に前記物体が置かれているとして判定したとき、外部に通報する通信装置を備えたことを特徴とする。
　本発明に係る移動ロボットは、推定した位置、角度を基に、距離データを地図データと照合することにより、地図と一致する物体、走行通路上にある物体、地図の特定領域にある物体などに容易に分類することができ、障害物を避けながら、移動体を安全に且つ利便性を高めながら走行する制御システムを構築することができる。
図１は、本実施形態の移動ロボットの構成を示すブロック図である。 図２は、移動ロボットの走行経路と周囲環境の状態を示す説明図である。 図３Ａは、周辺環境の地図データを示す説明図である。 図３Ｂは、地図データにおける移動ロボットの走行領域、指定領域を示す説明図である。 図４は、移動ロボットに構成されたレーザ距離センサから物体等に対しレーザを照射して物体を判別している状態を示す説明図である。 図５Ａは、図３Ａとの比較において移動ロボット１から見える地図物体までの距離の測定を行っている状態を示す説明図である。 図５Ｂは、予め記憶された走行領域内に物体Ａが置かれていると判定された状態を示す説明図である。 図５Ｃは、予め記憶された指定領域Ａ１内に台車Ｂが置かれていると判定された状態を示す説明図である。 図５Ｄは、走行領域１、２、３及び指定領域以外に物体が存在すると判定された状態を示す説明図である。
　図１は、本発明の一例に係る移動体としての移動ロボット１の構成を示すブロック図である。同図に示すように、移動ロボット１は、目標点指令装置９から出力された目標位置Ｘｇ，Ｙｇ、目標角度Θｇが入力される相対位置演算部２と、相対位置演算部２から出力された制御指令ｄｘ,ｄｙ，ｄθが入力される制御指令部３と、制御指令部３から出力された走行速度指令、及び旋回速度指令が入力される走行制御部４と、走行制御部４から出力された左モータ速度指令、及び右モータ速度指令が夫々入力される走行手段たる左右モータ５と、移動ロボット１から後述する周辺環境（壁、装置、物体Ａ等）までの距離を測定するレーザ距離センサ６と、周辺環境の地図データ１０とレーザ距離センサ６で測定された周辺環境の距離データとから移動ロボット１の位置と角度を推定する位置同定手段７と、通報等のため外部と通信を行うための通信装置８とから構成されている。
　位置同定装置たる位置同定手段７には、移動ロボット１が走行する周辺環境の地図データ１０を記憶しており、レーザ距離センサ６で測定された壁、装置、物体等の周辺環境までの位置情報と地図データ１０とを照合するデータ照合部１１を備えている。この位置同定手段７は、移動ロボット１と周囲環境との位置関係を推定するために、図３Ｂに示すように、「走行領域」と特定領域たる「指定領域」とに予め区域を分けている。「走行領域」とは、その名のとおり移動ロボット１が走行する領域であり、「指定領域」とは、台車や物体等の置き場である。そのために、位置同定手段７は、移動ロボット１の走行領域を記憶する走行領域記憶手段１２と、移動ロボット１の走行領域以外の特定領域たる指定領域を記憶する特定領域記憶手段たる指定領域記憶手段１３とを備えている。そして、レーザ距離センサ６で測定された壁、装置、物体等の周辺環境の情報から、物体判定手段１４により「物体」の存在を判定する。さらに、走行領域記憶手段１２及び指定領域記憶手段１３からの各領域情報を参考にして、存在すると判定した「物体」が、地図物体であるか走行障害物体であるか指定領域物体であるかの処理を各処理部、地図物体近接判断部１５、走行障害物体処理部１６、指定領域物体処理部１７において処理する。地図物体及び走行障害物体は、走行する移動ロボット１としては注意を払う必要があるので、車両速度制限演算部１８に対して情報を出力し、車両速度制限演算部１８での情報の演算に基づいて車両速度の制限を加える必要があると判断した場合には、制御指令部３に対して制限速度指令を出す。
　レーザ距離センサ６で測定された距離データは、地図データ１０と照合されて移動ロボット１の位置及び角度のデータが求められる。データ照合部１１で照合された後の移動ロボット１の位置及び角度のデータは、レーザ距離センサ６で測定された距離データ及び地図データ１０と共に物体判定手段１４に入力される。物体判定手段１４では、前述のように、走行領域記憶手段１２及び指定領域記憶手段１３からの各領域情報を参考にして、存在すると判定した「物体」が、地図物体であるか走行障害物体であるか指定領域物体であるかを判定する。地図物体情報は地図物体近接判断部１５で処理され、走行障害物体情報は走行障害物体処理部１６で処理され、指定領域物体情報は指定領域物体処理部１７において処理される。
　図２は、移動ロボット１の走行経路と周囲環境の状態を示す説明図である。同図に示すように、移動ロボット１が走行可能な周辺環境には、物体としての、壁、装置１～５、物体Ｂ、台車Ｃ、物体Ｃが存在する。ここで、物体Ｂは、点線で示した、移動ロボット１の走行経路にかかるように置かれており、台車Ｃは台車置場内に置かれている。すると、移動ロボット１は、点線で示した走行経路を走行する際に、物体Ｂに接触しないように物体Ｂを回避して走行することを目的としている。
　図３Ａは周辺環境の地図データを示している。図３Ｂは地図データにおける移動ロボット１の走行領域１，２，３、及び指定領域Ａ１を示している。図３Ａの周辺環境の地図データは、予め記憶されているものである。図３Ｂの走行領域１，２，３及び指定領域Ａ１は、ユーザの所定の操作により、走行領域記憶手段１２及び指定領域記憶手段１３に記憶することができる。
　図４は、移動ロボット１に構成されたレーザ距離センサ６から物体Ａ，Ｂなどに対しレーザを照射して物体を判別している状態を示している。図４において矢印で表しているように、移動ロボット１のレーザ距離センサ６から照射されるレーザ光は、移動ロボット１の正面側を基準として、左右に９０度の範囲、すなわち１８０度の範囲で照射される。そして、太い黒線で表しているように、反射光により物体Ａ，Ｂや周辺環境の境界までの距離を測定することができる。図４に示されている検出状態は、レーザ距離センサ６の距離データと地図データ１０をマッチング処理により照合して、移動ロボット１の位置と姿勢を推定した結果である。つまり、地図データ１０と一致している距離データにより移動ロボット１の位置と姿勢を推定することができる。
　図４の位置推定結果を分類すると、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄのようになる。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄでは、距離データのうち、それぞれ太線で分類分けをしたことを示している。
　図５Ａは図３Ａに示す地図データ１０と再度比較することにより、地図データ１０と一致した距離データであることを示している。これらのデータは地図に記載されたものであることから、固定物あるいは静止物と見なすことができる。
　図５Ｂは予め記憶された走行領域内に物体Ａが置かれていると判定された状態を示している。走行領域２内に存在する物体Ａは、移動ロボット１の走行の障害となり得る。つまり、これから走行する予定の走行領域上に物体Ａがあるため、予定している走行経路で走行すると、衝突する可能性があると判断される。なお、物体Ａの概略の大きさは距離データにより推定することはできるが、それ以上の特定をするものではない。
　ここにおいて、走行領域記憶手段１２に走行領域２が記憶されている場合においては、図４で示すように、存在が判定された「物体」から、走行領域２内に存在する「物体」を抽出する。実施例においては、走行領域が３箇所設定されているが、走行領域内に存在する「物体」の判別は、移動ロボット１が当該走行領域内に侵入する際に行えばよい。つまり、走行領域１内に存在する「物体」の判別は、入り口からこのエリア内に入る際に行い、走行領域３内に存在する「物体」の判別は、走行領域２の終端から走行領域３に入るまでに行うことも可能である。また、走行中に、走行領域に侵入してくる場合には、それにも対応する必要がある。
　図５Ｃは予め記憶された指定領域Ａ１内に台車Ｂが置かれていると判定された状態を示している。指定領域Ａ１内の台車Ｂは、移動ロボット１の走行の障害とはならないが、この指定領域Ａ１を台車置場として運用する場合には、検出されたものを台車Ｂと見なすことができる。これにより、台車置場である指定領域Ａ１に台車があれば、移動ロボット１で台車を搬送することを要求していることを意味している。従って、検出した移動ロボット１が他の作業をしていない場合には、それを牽引して指定される搬送先まで台車Ｂを自動的に搬送することができる。また、移動ロボット１が他の仕事をしている場合、あるいは、他の場所に移動中である場合には、台車Ｂを発見したことを通信により外部にある上位制御装置に連絡することもできる。なお、物体の大きさにより、台車と異なるものが置かれた場合には、それを判断することも可能である。
　図５Ｄは走行領域１、２、３及び指定領域以外に物体が存在すると判定された状態を示している。「物体」の存在が判別されながら、走行領域内にも指定領域内にも存在しなく、地図物体でもない物体は、他の物として判断され、処理される。
　以上の構成によれば、照射するレーザ光の反射光により周囲環境に設けられた物体を識別し、周辺環境内で移動可能に配置された移動ロボット１の位置と角度を推定する位置同定手段７において、移動ロボット１が走行する周辺環境の地図データを記憶しており、移動ロボット１から前記周辺環境に設けられた物体までの距離を測定するレーザ距離センサ６と、該レーザ距離センサ６により測定された移動ロボット１から物体までの距離データと地図データとにより前記周辺環境に設けられた物体を判別する手段と、移動ロボット１の走行領域を記憶する走行領域記憶手段１２と、移動ロボット１の走行領域とは別の特定領域を記憶する特定領域記憶手段たる指定領域記憶手段１３と、走行領域記憶手段１２に記憶された移動ロボット１の走行領域内又は特定領域記憶手段たる指定領域記憶手段１３に記憶された特定領域内たる指定領域内に、物体が置かれているのか否かの判定をする物体判定手段１４とを備えたものである。これにより、推定した位置と姿勢を基に、距離データと地図データ１０を再度照合することで、簡単に、距離データを地図データ１０と一致する物体、走行領域上にある物体、特定領域にある物体、その他の領域にある物体に分類することができる。従来、距離データのうち、接近していることを示す短い距離データを基に移動ロボットの制御を行っていたことに対して、その接近した距離データの種類を情報として提供できるので、移動ロボット１は減速・停止するべきかを判断できるため、より優れた移動ロボット１の制御を行うことができる。
　また、本実施形態の位置同定手段７は、レーザ距離センサ６による移動ロボット１から物体までの距離の測定を複数回行い、該複数回の測定により得られた複数の距離データに基づき、物体が移動体であるのか静止体であるのかを分類することができる。さらに、制御装置は、移動ロボット１が物体に接近したことを距離データにより判断し、物体判定手段１４により判定された物体が走行領域内に置かれているか否かの判定に基づき、走行経路を変更する。さらに、制御装置は、移動ロボット１が物体に接近したことを距離データにより判断しときに移動ロボット１を減速させ、該移動ロボット１が物体に衝突される前に停止する。なお、接近した物体が地図データ１０と一致する場合には、その物体は静止物、あるいは、停止物と見なせるので、安全走行が保証できる範囲で、走行速度の減速する割合を少なくすることも可能である。
　１　移動ロボット
　２　相対位置演算部
　３　制御指令部
　４　走行制御部
　５　左右モータ
　６　レーザ距離センサ（距離センサ）
　７　位置同定手段（位置同定装置）
　８　通信装置
　９　目標点指令装置
　１０　地図データ
　１１　データ照合部
　１２　走行領域記憶手段
　１３　指定領域記憶手段（特定領域記憶手段）
　１４　物体判定手段
　１５　地図物体近接判断部
　１６　走行障害物体処理部
　１７　指定領域物体処理部
　１８　車両速度制限演算部

Claims (10)

  1. 　照射するレーザ光の反射光により周囲環境に設けられた物体を識別し、周辺環境内で移動可能に配置された移動体の位置と角度を推定する位置同定装置において、前記移動体が走行する周辺環境の地図データを記憶しており、前記移動体から前記周囲環境に設けられた物体までの距離を測定する距離センサと、該距離センサにより測定された前記移動体から前記物体までの距離データと前記地図データとにより前記周囲環境に設けられた物体を判別する手段と、前記移動体の走行領域を記憶する走行領域記憶手段と、該走行領域記憶手段に記憶された前記移動体の走行領域内に前記物体が置かれているか否かを判定する物体判定手段と、を備えたことを特徴とする位置同定装置。
  2. 　照射するレーザ光の反射光により周囲環境に設けられた物体を識別し、周辺環境内で移動可能に配置された移動体の位置と角度を推定する位置同定装置において、前記移動体が走行する周辺環境の地図データを記憶しており、前記移動体から前記周囲環境に設けられた物体までの距離を測定する距離センサと、該距離センサにより測定された前記移動体から前記物体までの距離データと前記地図データとにより前記周囲環境に設けられた物体を判別する手段と、前記移動体の走行領域を記憶する走行領域記憶手段と、前記移動体の走行領域とは別の特定領域を記憶する特定領域記憶手段と、前記走行領域記憶手段に記憶された前記移動体の走行領域内又は前記特定領域記憶手段に記憶された前記特定領域内に前記物体が置かれているのか否かを判定する物体判定手段と、を備えたことを特徴とする位置同定装置。
  3. 　周囲の物体までの距離を測定する距離センサと、移動体が走行する周辺環境の地図データと前記距離センサで測定した距離データとを用いて前記移動体の位置と角度を推定する位置同定装置において、前記地図データの特定領域を記憶する特定領域記憶手段と、前記地図データと前記推定した位置と角度とを用いて、前記特定領域に物体が置かれているか否かを判定する物体判定手段と、を備えたことを特徴とする位置同定装置。
  4. 　請求項１に記載の位置同定装置において、前記距離センサによる前記移動体から前記物体までの距離の測定を複数回行い、該複数回の測定により得られた複数の前記距離データに基づき、前記物体が移動体であるのか静止体であるのかを分類することを特徴とする位置同定装置。
  5. 　請求項２に記載の位置同定装置において、前記距離センサによる前記移動体から前記物体までの距離の測定を複数回行い、該複数回の測定により得られた複数の前記距離データに基づき、前記物体が移動体であるのか静止体であるのかを分類することを特徴とする位置同定装置。
  6. 　請求項３に記載の位置同定装置において、前記距離センサによる前記移動体から前記物体までの距離の測定を複数回行い、該複数回の測定により得られた複数の前記距離データに基づき、前記物体が移動体であるのか静止体であるのかを分類することを特徴とする位置同定装置。
  7. 　請求項１乃至３の何れか１項に記載の位置同定装置と、自律走行を自動的に制御する制御装置と、を備えた移動ロボットにおいて、前記制御装置は、前記移動ロボットが前記物体に接近したことを前記距離データにより判断し、前記物体判定手段により判定された前記物体が前記走行領域内に置かれているか否かの判定に基づき、走行経路を変更することを特徴とする移動ロボット。
  8. 　請求項７に記載の移動ロボットにおいて、前記制御装置は、前記移動ロボットが前記物体に接近したことを前記距離データにより判断したときに、当該物体の分類により前記移動体の走行制限速度を変えることを特徴とする移動ロボット。
  9. 　請求項５において、前記物体判定手段が前記特定領域内に前記物体が置かれているとして判定したとき、外部に通報する通信装置を備えたことを特徴とする移動ロボット。
  10. 　請求項６において、前記物体判定手段が前記特定領域内に前記物体が置かれているとして判定したとき、外部に通報する通信装置を備えたことを特徴とする移動ロボット。
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