WO2019031168A1 - 移動体および移動体の制御方法 - Google Patents
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- 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
Definitions
- the present invention relates to a mobile body and a control method of the mobile body. More specifically, the present invention relates to a moving object that performs formation traveling when a plurality of moving objects travel on the same track, and a control method of these moving objects.
- a range measuring sensor provided on the front of the mobile robot is used to detect an object (person, mobile robot, etc.) to be followed and travel while following the object Mobile robot technology is generally known.
- the mobile robot and the person to be followed are erroneously recognized. Then, a mobile robot to be followed may be missed halfway, and a human may be recognized as a target to be followed from halfway.
- each moving body forming the formation autonomously moves on a predesignated orbit while accurately recognizing its own current position. .
- FIG. 16 is a view showing an image when a plurality of moving bodies travel in formation on the same trajectory in Patent Document 1.
- the mobile robot 20 to be followed and the mobile robot 50 to be followed are each provided with a range measuring sensor 40.
- These mobile robots 20 and 50 store an environmental map and travel in a known environment.
- the mobile robot 20 to be followed autonomously travels at a designated speed while recognizing its own position using a range measurement sensor 40.
- the mobile robot 50 to follow also autonomously moves a pre-designated route at a designated speed while recognizing its own position using the range-finding sensor 40.
- both the mobile robots 20 and 50 travel at the same speed, if the mobile robot 50 to follow after securing a fixed distance starts to operate, these mobile robots 20 and 50 set a fixed distance. While securing, it can travel in formation on the same track.
- the present invention solves such a problem, and a moving body capable of forming a formation and traveling by a plurality of mobile robots on the same track even when an obstacle is present on the traveling path of the mobile robot It aims at providing a control method of a mobile.
- a mobile unit includes: a map unit that stores traveling route information; and an intelligence unit that recognizes whether or not an object present in the surroundings is to be followed.
- the intelligent unit is a moving object to be followed by the object, and the position to which the moving object to be followed is projected on the traveling route when the moving object to be followed is not present on the traveling route indicated by the traveling route information Set as a temporary destination.
- the method of controlling a moving object comprises the steps of: recognizing whether or not an object present in the surroundings is a moving object to be followed; And setting a position where the moving object to be followed is projected on the traveling route as a temporary destination, if the moving object to be followed is not present on the traveling route indicated by the traveling route information.
- the present invention when a plurality of mobile robots are caused to travel in formation on the same trajectory by using an autonomous movement technology, even if the mobile robot to be followed is decelerated due to some influence, the grid is broken. Formation can be continued.
- a perspective view showing an example of a mobile robot Block diagram showing an example of a control unit of the mobile robot according to the first embodiment A diagram showing an example of a map indicated by map information stored in the map unit
- the flowchart which shows one example of the autonomous movement control processing which the control section executes Diagram showing an example of autonomous movement of a mobile robot Figure showing an image of a mobile robot traveling in formation Flow chart showing an example of local destination calculation processing of the mobile robot according to the first embodiment
- a diagram showing an image of setting the intersection of the traveling route of the mobile robot as the parent machine and the traveling route of the mobile robot as the child machine as the local destination The figure which shows an example which sets the point which projected the mobile robot which is a parent machine on the traveling path of the mobile robot which is a child machine as a local destination
- a diagram showing an image for calculating a local destination in step S27 Figure showing an image of a mobile robot traveling in formation A diagram showing an image when a plurality of moving bodies travel in formation on the same route in Patent Document 1
- Block diagram showing an example of a control unit of a mobile robot according to Embodiment 2 Flow chart showing an example of local destination calculation processing of the mobile robot according to the second embodiment
- a diagram showing an image of setting the intersection of the traveling route of the mobile robot as the parent machine and the traveling route of the mobile robot as the child machine as the local destination The figure which shows an example which sets the point which projected the mobile robot which is a parent machine on the traveling path of the mobile robot which is a child machine as a local destination
- FIG. 1 is a perspective view showing an example of a mobile robot 100.
- the mobile robot 100 includes a mobile robot body 3, a pair of drive wheels 1 provided behind the lower part of the mobile robot body 3, one semi-wheel 2 provided forward of the lower part of the mobile robot body 3, and the mobile robot body
- a range measuring sensor 4 provided in front of the upper portion 3 and a control unit 5 provided inside the mobile robot body 3 are provided.
- a recognition marker unique to each mobile robot 100 is attached to the back of the mobile robot main body 3.
- the recognition marker is recognized by the range sensor 4 of another mobile robot 100 traveling following the mobile robot 100.
- the recognition marker is provided at the same height as the range sensor 4.
- the pair of drive wheels 1 is a member that supports the mobile robot main body 3 together with the quasi-wheel 2. As shown in FIG. 1, the pair of drive wheels 1 travels the mobile robot 100 in the direction of arrow b (advancing direction) by rotating in the direction of arrow a. In addition, the pair of drive wheels 1 can be rotationally driven separately in the direction of arrow a and in the direction opposite to arrow a. By rotating the pair of drive wheels 1 in the directions different from each other, the mobile robot 100 can perform the corner turn operation.
- the quasi-wheel 2 is a member for supporting the mobile robot main body 3 together with the pair of drive wheels 1 as described above.
- the semi-wheel 2 is rotatably mounted on the lower front of the mobile robot body 3 about an axis perpendicular to the traveling surface.
- the ranging sensor 4 is a sensor that detects an object within the scan range of the ranging sensor 4. That is, the range measuring sensor 4 detects an object present in the surroundings. Further, the range measurement sensor 4 detects a recognition marker attached to the back of the mobile robot body 3.
- the ranging sensor 4 is, for example, a ranging sensor 4 using a laser. The range measuring sensor 4 is attached to the foremost part in the traveling direction of the mobile robot body 3.
- FIG. 2 is a block diagram showing an example of the control unit 5 of the mobile robot 100 according to the first embodiment of the present invention.
- the control unit 5 includes a map unit 6, a destination setting unit 7, a sensor data acquisition unit 8, a self position estimation unit 9, an intelligence unit 10, and a drive wheel control unit 11.
- the map unit 6 is a storage unit that stores map information of a space in which the mobile robot 100 moves.
- FIG. 3 is a view showing an example of a map indicated by map information stored in the map unit 6.
- the map information may be two-dimensional space information or three-dimensional space information.
- a travel route 16 connecting several destinations 15 and the destinations 15 is set in advance. That is, the map unit 6 stores traveling route information of the mobile robot 100.
- Each destination 15 set in the map information is given an individual destination number.
- the destination setting unit 7 is a processing unit that registers a specific position in the map information stored in the map unit 6 as a movement destination of the mobile robot 100.
- the setting of the destination 15 is performed by setting the stored destination number corresponding to each destination 15.
- the sensor data acquisition unit 8 is an input unit that inputs measurement data measured by the range measurement sensor 4.
- the measurement data acquired by the sensor data acquisition unit 8 is transmitted to the self position estimation unit 9.
- the self position estimation unit 9 is a processing unit that calculates coordinate information of the current position of the mobile robot 100 based on the map information stored in the map unit 6 and the measurement data acquired by the sensor data acquisition unit 8.
- the intelligence unit 10 includes map information stored in the map unit 6, measurement data measured by the range measurement sensor 4, a destination number set by the destination setting unit 7, and a current position calculated by the self position estimation unit 9. Receive coordinate information etc.
- the intelligence unit 10 is a processing unit that performs obstacle recognition, identification of each mobile robot 100, and generation of path information of a path along which the mobile robot 100 travels, based on the received information.
- the driving wheel control unit 11 controls the driving wheel 1 based on the route information generated by the intelligence unit 10.
- the driving wheel control unit 11 includes, for example, a servomotor, and drives the driving wheel 1 by the servomotor.
- FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the autonomous movement control process performed by the control unit 5.
- the destination setting unit 7 sets the destination 15 (step S1).
- the destination setting unit 7 transmits the destination number of the destination 15 to the intelligence unit 10.
- the intelligence unit 10 also acquires map information from the map unit 6. Thereby, the intelligence unit 10 grasps the coordinates of the destination 15 to which the mobile robot 100 is going and the traveling route 16 to the destination 15.
- a path following process is performed.
- the mobile robot 100 can move along the path grasped by the intelligence unit 10.
- the route following process includes a local destination calculating process (step S2), a destination arrival determining process (step S3), and a local route following process (step S4).
- step S2 the intelligence unit 10 performs calculation and setting of the local destination.
- a local destination is the latest temporary destination to be aimed at at present. The specific calculation method will be described later.
- step S3 the intelligence unit 10 determines whether the mobile robot 100 has arrived at the destination 15.
- the intelligence unit 10 determines whether or not the local destination coincides with the destination 15, and when they coincide, the current position of the mobile robot 100 calculated by the self position estimation unit 9 That is, the distance between the self position and the destination 15 set by the destination setting unit 7 is calculated.
- the intelligent unit 10 determines that the mobile robot 100 has arrived at the destination 15 when the distance is equal to or less than a predetermined fixed distance N. On the other hand, if the local destination does not match the destination 15 or if the distance is greater than the distance N, it is determined that the mobile robot 100 has not arrived at the destination 15.
- the intelligence unit 10 receives the current position information from the self position estimation unit 9. It receives information on its own position and calculates the shortest path from the current self position to the local destination.
- the intelligence unit 10 outputs a command to the drive wheel control unit 11 so that the mobile robot 100 travels along the calculated shortest route.
- the driving wheel control unit 11 controls the driving wheel 1 based on the command received from the intelligence unit 10.
- an A * (Aester) algorithm can be used to calculate the shortest path. This algorithm can calculate the shortest path avoiding an obstacle even when the obstacle exists.
- the intelligence unit 10 determines that the distance of the shortest path from the current self position to the local destination is less than a predetermined distance M. It is determined whether or not it is.
- the intelligence unit 10 determines that the mobile robot 100 should pause. Then, the intelligence unit 10 causes the drive wheel control unit 11 to stop the drive of the drive wheel 1. Thereby, the mobile robot 100 stops.
- the intelligence unit 10 determines that the mobile robot 100 should stop temporarily, the distance between the self position of the mobile robot 100 and the local destination becomes equal to or more than the distance M again, the intelligence unit 10 Determine that the move should resume. In this case, the intelligence unit 10 causes the drive wheel control unit 11 to resume the drive of the drive wheel 1. Thereby, the movement of the mobile robot 100 is resumed.
- step S3 the local destination calculation process (step S2), the destination arrival determination process (step S3), the local path tracking process until it is determined that the mobile robot 100 has arrived at the destination 15 (Step S4) is repeatedly executed. Thereby, the mobile robot 100 gradually approaches the destination 15.
- step S3 When it is determined in step S3 that the mobile robot 100 has arrived at the destination 15 (in the case of Yes in step S3), the intelligence unit 10 causes the drive wheel control unit 11 to stop the drive of the drive wheel 1. Thereby, the movement of the mobile robot 100 is stopped (step S5).
- FIG. 5 is an image diagram showing an example of autonomous movement of the mobile robot 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
- the destination 15 and the travel route 16 have already been set in step S1 of the autonomous movement control process shown in FIG.
- the intelligence unit 10 performs the local destination calculation process (step S2) and the destination arrival determination process (step S3) described with reference to FIG. And the local path tracking process (step S4) is repeatedly executed.
- the intelligence unit 10 determines whether the distance between the current position of the mobile robot 100 calculated by the position estimation unit 9 and the destination 15 set by the destination setting unit 7 is equal to or less than the distance N It is determined whether or not the mobile robot 100 has arrived at the destination 15 by determining whether it is not.
- FIG. 6 is a view showing an image when the mobile robot 100 according to the embodiment of the present invention travels in formation.
- a case where two mobile robots 101 and 102 travel in formation will be described as an example.
- the mobile robot 101 is a master to be followed, and the mobile robot 102 is a slave to be followed.
- the local destination calculation process (step S2) described in FIG. 4 will be described in more detail.
- FIG. 7 is a flowchart showing the local destination calculation process.
- the intelligence unit 10 determines whether the mobile robot 101 which is a parent machine is present in the scan range of the range measurement sensor 4 (step S21).
- Whether or not the mobile robot 101 as a parent machine is present in the scan range is determined based on whether or not the range measurement sensor 4 has detected the recognition marker 12 attached to the back of the mobile robot 101 within the scan range. Ru.
- FIG. 8 shows an image in which the range sensor 4 detects the recognition marker 12 within its scan range 70.
- the recognition marker 12 attached to the mobile robot 101 as the parent machine is present in the scan range 70 of the range measuring sensor 4 provided to the mobile robot 102 as the child machine, the recognition marker 12 of the parent machine 101 is It is detected by the range measuring sensor 4 of the mobile robot 102 which is a machine.
- the intelligence unit 10 travels the traveling route of the mobile robot 102 which is a child machine. It is determined whether it exists on 16 (step S22).
- the intelligence unit 10 moves with the mobile robot 101 as a master and a slave
- the intersection with the traveling route 16 of the robot 102 is calculated, and the intersection is set as the local destination 17 (step S23), and the local destination calculation processing is ended.
- the intelligence unit 10 executes the above-mentioned traveling route 16 A point projected upward is calculated, and the point is set as the local destination 17 (step S24), and the local destination calculation process is ended.
- the intelligence unit 10 includes the recognition marker 12 in the scan range 70 of the range detection sensor 4 It is determined whether there is an obstacle other than the obstacle (step S25).
- FIG. 9 shows an image in which the range measuring sensor 4 detects the obstacle 19 within its scan range 70.
- the obstacle 19 exists in the scan range 70 of the range detection sensor 4, the obstacle 19 is detected by the range detection sensor 4 of the mobile robot 102 which is a slave unit.
- the intelligence unit 10 determines that the obstacle 19 is a slave. It is determined whether it exists on the traveling route 16 of the mobile robot 102 (step S26).
- the intelligence unit 10 calculates the intersection of the obstacle 19 and the traveling route 16 Then, the intersection is set as the local destination 17 (step S27), and the local destination calculation process is ended.
- the reason for setting the local destination 17 at the intersection of the obstacle 19 and the traveling route 16 is that, when the obstacle 19 is detected on the traveling route 16, the obstacle 19 may be a moving object such as a human. It is because sex is high. For example, it is assumed that a person who walks across the traveling route 16 is detected on the traveling route 16 during formation traveling. In this case, if the mobile robot 101 as the parent machine and the mobile robot 102 as the child machine try to travel around the walking person, the formation of the mobile robots 101 and 102 may be broken. Therefore, when the obstacle 19 is detected on the travel route 16, the intelligence unit 10 temporarily sets the local destination 17 on the travel route 16. In this case, when a human moves from the traveling route 16 to the outside of the scan range 70, the mobile robots 101 and 102 resume movement.
- the intelligence unit 10 is ahead of the traveling route 16 by a certain distance.
- the position is calculated, and the position is set to the local destination 17 (step S28), and the local destination calculation process is ended.
- the intelligence unit 10 similarly The destination 17 is set to a position ahead of the travel route 16 by a predetermined distance (step S28). However, if the intelligent unit 10 determines that the mobile robot 102, which is a slave unit, collides with the obstacle 19 before reaching a position ahead of the mobile robot 102 by a predetermined distance on the traveling path 16, then the mobile robot 102 is first moved by a predetermined distance. The vehicle travels around the obstacle 19 up to the set local destination 17.
- FIG. 10 is a view showing an image in which the intelligence unit 10 sets the intersection of the traveling path 16 of the mobile robot 101 as a parent machine and the mobile robot 102 as a child machine as the local destination 17.
- step S23 as shown in FIG. 10, the location where the traveling route 16 of the mobile robot 102 which is a slave unit and the recognition marker 12 intersect is set as the local destination 17.
- FIGS. 11 to 13 are diagrams showing an image in which the intelligence unit 10 sets a point obtained by projecting the mobile robot 101 as the parent machine onto the traveling route 16 of the mobile robot 102 as the child machine as the local destination 17. is there.
- step S24 as shown in FIG. 11, the position of the mobile robot 101 (for example, the middle point of the recognition marker 12) that is the parent machine and the position of the mobile robot 102 (for example, the center of the range sensor 4) The distance to the position) is calculated, and the arc is drawn around the center position of the range measurement sensor 4 with the distance as a radius. Then, an intersection point of this arc and the traveling route 16 of the mobile robot 102 which is a slave unit is set as the local destination 17.
- intersection of a straight line extending perpendicularly to the traveling direction of the mobile robot 100 from the position of the mobile robot 100 and the traveling path 16 may be set as the local destination 17.
- a straight line connecting the leftmost point and the rightmost point of the recognition marker 12 is drawn when viewed from the mobile robot 102 which is a slave, and the straight line and the traveling route of the mobile robot 102 which is a slave It is conceivable to make the intersection with 16 a local destination 17.
- a vertical line may be drawn from the middle point of the recognition marker 12 to the traveling route 16 of the mobile robot 102 which is a slave unit, and the intersection of the perpendicular and the traveling route 16 may be used as the local destination 17. .
- FIG. 14 is a view showing an image for calculating the local destination 17 in step S27.
- step S27 as shown in FIG. 14, the intersection of the obstacle 19 and the traveling route 16 of the mobile robot 102, which is a slave, is set as the local destination 17.
- step S28 as described above, the local destination 17 is set to a position which is advanced on the traveling route 16 by the fixed distance L from the current position of the mobile robot 102 which is a slave unit.
- FIG. 15 is a view showing an image when the formation of the mobile robot 100 in the embodiment of the present invention is traveling.
- FIG. 15A shows a state in which no obstacle 19 exists on the traveling path 16 of the mobile robot 101.
- FIG. The mobile robot 101 which is the parent machine, performs the autonomous movement by calculating the local destination 17 by the processing in step S28 because the obstacle 19 is not present on the traveling route 16.
- the mobile robot 102 as the slave detects the recognition marker 12 of the mobile robot 101 as the parent on the traveling route 16
- the local destination 17 is calculated by the processing in step S23, and the autonomous movement is made. It is carried out.
- FIG. 15B shows a state where there is an obstacle 19 in the vicinity of the traveling route 16 and the mobile robot 101 as the parent machine once deviates from the traveling route 16.
- the mobile robot 101 which is the parent machine, is calculated by the processing in step S28 so as to locate the local destination 17 on the traveling route 16, since there is no obstacle 19 on the traveling route 16, and moves autonomously. It is carried out.
- the intelligence unit 10 determines that the vehicle travels on the traveling route 16 as it collides with the obstacle 19, the shortest path 18 to the local destination 17 takes the obstacle 19 in order to avoid the collision with the obstacle 19. It becomes a route to bypass. That is, the intelligence unit 10 of the mobile robot 101, which is the parent machine, determines that the avoidance operation of the obstacle 19 is performed.
- the mobile robot 102 since the mobile robot 102, which is a slave unit, detects the recognition marker 12 within the scan range 70 of the range measurement sensor 4, the local destination 17 is calculated in the process of step S24 to perform autonomous movement. There is. That is, the mobile robot 102, which is a slave unit, sets a point obtained by projecting the mobile robot 101, which is a master unit, onto the traveling route 16 as a local destination 17, and performs autonomous movement. Therefore, the mobile robot 102, which is a slave unit, does not travel ahead of the position where the mobile robot 101, which is a master unit, is projected onto the traveling path 16. That is, the mobile robot 102 as a slave does not overtake the mobile robot 101 as a master.
- the intelligence unit 10 of the mobile robot 102 as the slave machine is the obstacle 19 It is determined to collide with In this case, as with the mobile robot 101 as the parent machine, the mobile robot 102 as the child machine sets the shortest path 18 for avoiding a collision with the obstacle 19.
- the mobile robot 102 as a slave unit travels on the traveling route 16 and the range measuring sensor 4 detects the obstacle 19, the shortest route 18 to the local destination 17 is obtained similarly to the mobile robot 101 as a parent machine. Is a route for bypassing the obstacle 19. That is, it is determined that the intelligence unit 10 of the mobile robot 102 which is a slave unit also performs the avoidance operation of the obstacle 19.
- FIG. 15C shows a state where an obstacle 19 is present on the traveling route 16. Since the obstacle 19 is present on the traveling route 16, the mobile robot 101, which is the parent machine, calculates the local destination 17 by the processing in step S27, and performs autonomous movement.
- the mobile robot 101 pauses.
- the mobile robot 102 which is a slave unit, detects the recognition marker 12 of the master unit on the traveling route 16, the local destination 17 is calculated by the processing in step S24, and autonomous movement is performed.
- the mobile robot 101 as the parent machine is temporarily stopped, and the distance between the current position of the mobile robot 102 as the child machine and the local destination 17 is less than a predetermined distance M. Also pause.
- the mobile robot 101 which is the parent machine resumes the autonomous movement.
- the distance between the local destination 17 and the position of the mobile robot 102 as a slave becomes equal to or greater than a predetermined distance M when the mobile robot 101 as a slave also resumes the autonomous movement. In order to resume autonomous movement.
- the range measuring sensor 4 detects the recognition marker 12 and the intelligence unit 10 recognizes the mobile robot 100 as a configuration for identifying each mobile robot 100. It is not limited to For example, the range measurement sensor 4 may detect the outer shape of the mobile robot 100 to acquire shape data, and recognize the mobile robot 100.
- the position information of the detection object detected by the range measurement sensor 4 and the information of the self position of each mobile robot 101 102 shared by each mobile robot 101 102 are used. Then, it is determined whether or not the mobile robot 101 exists in the scan range 70 of the range measurement sensor 4.
- the self position is, for example, the center position in the left and right direction on the back surface of each of the mobile robots 101 and 102 when the traveling direction of the mobile robots 101 and 102 is the front.
- FIG. 17 is a block diagram showing an example of the control unit 5 according to Embodiment 2 of the present invention.
- the control unit 5 includes a map unit 6, a destination setting unit 7, a sensor data acquisition unit 8, a self position estimation unit 9, an intelligence unit 10, a drive wheel control unit 11, and a communication unit 21.
- the map unit 6, the destination setting unit 7, the sensor data acquisition unit 8, the self position estimation unit 9, the intelligence unit 10 and the drive wheel control unit 11 are the same as in the first embodiment.
- the communication unit 21 is a communication device for causing the mobile robots 101 and 102 to exchange information when a plurality of mobile robots 101 and 102 travel in formation.
- the communication unit 21 exchanges information on its own position, for example.
- the mobile robot 101 is a master to be followed, and the mobile robot 102 is a slave to be followed. Between the mobile robot 101 as the parent machine and the mobile robot 102 as the child machine, information on the self position estimated by the self position estimation unit 9 is exchanged through the communication unit 21, and the mobile robots 101 and 102 , Share each other's self-location information.
- FIG. 18 is a flowchart showing the local destination calculation process.
- the intelligence unit 10 determines whether the mobile robot 101 which is a parent machine is present in the scan range 70 of the range measurement sensor 4 (step S31).
- the intelligence unit 10 calculates the distance between the own position of the mobile robot 101 and the own position of the mobile robot 102 shared between the mobile robots 101 and 102. This distance is called an estimated distance for convenience.
- the intelligence unit 10 moves the detection object based on the distance between the detection object detected closest to the measurement area sensor 4 within the scan range 30 of the measurement area sensor 4 and the measurement area sensor 4.
- the distance to the position of the robot 102 is calculated. This distance is called a detection distance for convenience.
- the position of the mobile robot 102 is, for example, the center position in the left-right direction on the back surface of the mobile robot 102 when the traveling direction of the mobile robot 102 is the forward direction.
- the intelligence unit 10 determines whether the difference between the estimated distance and the detected distance is equal to or less than a predetermined threshold. If the difference between the value indicating the estimated distance and the value indicating the detected distance is less than or equal to a predetermined threshold value, that is, if the difference between the value indicating the estimated distance and the value indicating the detected distance is small or zero. It is determined that the mobile robot 101, which is a parent machine, is present in the scan range 70.
- the intelligence unit 10 recognizes the mobile robot 101 as a master based on the self position of the mobile robot 101 shared by the mobile robots 101 and 102 and the self position of the mobile robot 102. May be
- FIG. 19 shows that the distance between the self position 111 of the mobile robot 101 and the self position 112 of the mobile robot 102, that is, the estimated distance, is the detected object detected closest to the range sensor 4 within the scan range 70 An image in which the distance between the robot 102 and the detection distance is matched is shown.
- the mobile robot 101 as a parent machine is present in the scan range 70 of the range measurement sensor 4 provided in the mobile robot 102 as a slave machine, and the self positions 111 and 112 estimated by the self position estimation unit 9 are If there is no deviation from the actual positions of the mobile robots 101 and 102, the distance between the position of the detected mobile robot 101 and the position of the mobile robot 102 and the self of the mobile robot 101 The distance between the position 111 and the self position 112 of the mobile robot 102 matches.
- the intelligence unit 10 is a mobile robot whose self position 111 of the mobile robot 101 is a child machine. It is determined whether it exists on the traveling route 16 of 102 (step S32).
- the intelligence unit 10 When it is determined that the self position 111 of the mobile robot 101 is present on the traveling path 16 of the mobile robot 102 which is a slave (in the case of Yes in step S32), the intelligence unit 10 The intersection with the traveling route 16 of the mobile robot 102, which is an aircraft, is calculated, and the intersection is set as the local destination 17 (step S33), and the local destination calculation processing is ended.
- the intelligence unit 10 sets the mobile robot 101 which is a master.
- the point projected onto the travel route 16 is calculated, and the point is set as the local destination 17 (step S34), and the local destination calculation processing is ended.
- the intelligence unit 10 detects an obstacle other than the parent machine in the scan range 70 of the range sensor 4 It is determined whether 19 exists (step S35).
- the intelligence unit 10 determines that the obstacle 19 is a slave. It is determined whether it exists on the traveling route 16 of the mobile robot 102 (step S36).
- the intelligence unit 10 calculates the intersection of the obstacle 19 and the traveling route 16 Then, the intersection is set as the local destination 17 (step S37), and the local destination calculation processing is ended.
- the intelligence unit 10 is ahead of the traveling route 16 by a predetermined distance.
- the position is calculated, and the position is set to the local destination 17 (step S38), and the local destination calculation process is ended.
- the intelligence unit 10 locally The destination 17 is set to a position ahead of the travel route 16 by a predetermined distance (step S38).
- the intelligent unit 10 determines that the mobile robot 102, which is a slave unit, collides with the obstacle 19 before reaching a position ahead of the mobile robot 102 by a predetermined distance on the traveling path 16, then the mobile robot 102 is first moved by a predetermined distance. The vehicle travels around the obstacle 19 up to the set local destination 17.
- FIG. 20 is a view showing an image in which the intelligence unit 10 sets the intersection of the traveling route 16 of the mobile robot 101 as a parent machine and the mobile robot 102 as a child machine as the local destination 17.
- step S33 as shown in FIG. 20, the location where the traveling path 16 of the mobile robot 102 which is a slave unit and the self position 111 of the mobile robot 101 intersect is set as the local destination 17.
- FIG. 21 to 23 show images in which the intelligence unit 10 sets, as the local destination 17, a point where the self position 111 of the mobile robot 101 as the parent machine is projected onto the traveling route 16 of the mobile robot 102 as the child machine.
- FIG. 21 to 23 show images in which the intelligence unit 10 sets, as the local destination 17, a point where the self position 111 of the mobile robot 101 as the parent machine is projected onto the traveling route 16 of the mobile robot 102 as the child machine.
- step S34 as shown in FIG. 21, the distance between the self position 111 of the mobile robot 101 as the master and the center position of the mobile robot 102 as the slave, for example, is calculated. With the distance as the radius, an arc centered at the center position of the range measurement sensor 4 is drawn. Then, an intersection point of this arc and the traveling route 16 of the mobile robot 102 which is a slave unit is set as the local destination 17.
- intersection of a straight line extending perpendicularly to the traveling direction of the mobile robot 100 from the position of the mobile robot 100 and the traveling path 16 may be set as the local destination 17.
- a straight line is drawn along the back of the mobile robot 101, passing through the self position 111 of the mobile robot 101 as viewed from the mobile robot 102 as a slave, and the straight line and the slave It is conceivable to set the intersection with the traveling path 16 of the mobile robot 102 as the local destination 17.
- a vertical line is drawn from the self position 111 of the mobile robot 101 to the traveling route 16 of the mobile robot 102 which is a slave unit, and the intersection of the perpendicular and the traveling route 16 is taken as the local destination 17. good.
- the position information of the detection object detected by the range measurement sensor 4 and the self positions 111 and 112 shared by the mobile robots 101 and 102 are used. It is determined whether the parent device 101 exists in the scan range 70 based on the information in the above. As a result, as in the first embodiment, even when the obstacle 19 is present on the traveling path 16 of the mobile robot 100, a plurality of mobile robots 100 can travel in formation on the same track.
- the present invention can be widely used in the field of autonomous mobile robots and autonomous driving.
Abstract
移動ロボットの走行経路上に障害物が存在する場合でも、複数台の移動ロボットが同一軌道において、編隊走行することが可能な移動体および移動体。この移動体（１００）は、走行経路情報を記憶する地図部（６）と、周囲に存在する物体が追従すべき移動体（１０１）であるか否かを認識する知能部（１０）と、を有し、知能部（１０）は、物体が追従すべき移動体（１０１）であり、かつ、追従すべき移動体（１０１）が走行経路情報の示す走行経路（１６）上に存在しない場合、追従すべき移動体（１０１）を走行経路（１６）に射影した位置を一時的な目的地（１７）に設定する。
Description
本発明は、移動体および移動体の制御方法に関するものである。具体的には、同一の軌道上を複数台の移動体が走行する際に、編隊走行を行う移動体およびこれらの移動体の制御方法に関するものである。
従来、移動ロボットの編隊走行の技術として、移動ロボットの前部に備え付けられた測域センサを用いて、追従するべき対象（人、移動ロボット等）を検出し、その対象に追従しながら走行する移動ロボットの技術が一般的に知られている。
しかし、この技術では、追従するべき対象以外の、別の対象が移動ロボットの周辺環境に存在する場合、移動ロボットは、追従するべき対象とこれとは別の対象とを区別することが困難である。
例えば、追従すべき移動ロボットの周辺に複数の人間が存在する場合、追従すべき移動ロボットと人間とを誤って認識してしまう。そして、追従すべき移動ロボットを途中で見失い、途中から人間を追従するべき対象として認識してしまう場合がある。
このような問題に対処する技術として、各移動体に予め走行経路を記憶させ、それぞれの移動体が同速度で自律移動することで、各移動体に同一軌道を編隊走行させる制御手法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記同一軌道上を編隊走行するためには、編隊を構成している各移動体が、自身の現在の位置を正確に認識しながら、予め指定された軌道上を自律的に移動する必要がある。
自律移動ロボットの自己位置認識技術として、事前に記憶した地図上のランドマークの位置と、測域センサから得られたランドマークの位置を照合する方法が知られている。
図１６は特許文献１において複数の移動体が同一軌道上を編隊走行する場合のイメージを示す図である。追従される移動ロボット２０と、追従する移動ロボット５０は、それぞれ測域センサ４０を備える。
これらの移動ロボット２０，５０は環境地図を記憶しており、既知の環境を走行している。追従される移動ロボット２０は予め指定された経路を、測域センサ４０を用いて自己位置を認識しながら、指定された速度で自律移動する。追従する移動ロボット５０も、予め指定された経路を、測域センサ４０を用いて自己位置を認識しながら、指定された速度で自律移動する。
この時、両移動ロボット２０，５０は同じ速度で走行するため、一定の距離を確保してから追従する移動ロボット５０が動作を開始すれば、これらの移動ロボット２０，５０は、一定の距離を確保しつつ、同一軌道上を編隊走行することができる。
しかしながら従来の技術では、追従される移動ロボット２０が走行経路上に存在する障害物の回避動作を行ったり、さらに減速したりした場合、追従される移動ロボット２０が追従する移動ロボット５０に追い抜かれたりして、編隊を崩してしまうという課題がある。
本発明は、このような課題を解決するものであり、移動ロボットの走行経路上に障害物が存在する場合でも、複数台の移動ロボットが同一軌道において、編隊走行することが可能な移動体および移動体の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る移動体は、走行経路情報を記憶する地図部と、周囲に存在する物体が追従すべき移動体であるか否かを認識する知能部と、を有し、知能部は、物体が追従すべき移動体であり、かつ、追従すべき移動体が走行経路情報の示す走行経路上に存在しない場合、追従すべき移動体を走行経路に射影した位置を一時的な目的地に設定する。
また、上記目的を達成するために本発明に係る移動体の制御方法は、周囲に存在する物体が追従すべき移動体であるか否かを認識するステップと、物体が追従すべき移動体であり、かつ、追従すべき移動体が走行経路情報の示す走行経路上に存在しない場合、追従すべき移動体を走行経路に射影した位置を一時的な目的地に設定するステップと、を含む。
本発明によれば、自律移動技術を用いて複数の移動ロボットに同一軌道上を編隊走行させた際に、追従される移動ロボットが何らかの影響を受けて減速してしまった場合でも、編列を崩すことなく、編隊走行を継続することができる。
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付している。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を模式的に示している。
まず、本発明の実施の形態１に係る移動ロボットの構成について説明する。図１は、移動ロボット１００の一例を示す斜視図である。移動ロボット１００は、移動ロボット本体３と、移動ロボット本体３の下部後方に設けられた一対の駆動輪１と、移動ロボット本体３の下部前方に設けられた１つの準輪２と、移動ロボット本体３の上部前方に設けられた測域センサ４と、移動ロボット本体３の内部に設けられた制御部５を有している。
また、移動ロボット本体３の背面には、各移動ロボット１００に固有の認識マーカーが取り付けられている。認識マーカーは、当該移動ロボット１００に追従して走行する他の移動ロボット１００の測域センサ４によって認識される。認識マーカーは、測域センサ４と同じ高さに設けられる。
一対の駆動輪１は、準輪２とともに移動ロボット本体３を支持する部材である。一対の駆動輪１は、図１に示すように、矢印ａの方向に回転することによって、移動ロボット１００を矢印ｂの方向（進行方向）に走行させる。また、一対の駆動輪１はそれぞれ、矢印ａの方向及び矢印ａとは逆方向に個別に回転駆動できる。一対の駆動輪１が互いに異なる方向に回転することで、移動ロボット１００は、超信地旋回動作を行うことができる。
準輪２は、上述したように、一対の駆動輪１とともに移動ロボット本体３を支持する部材である。準輪２は、移動ロボット本体３の下部前方において走行面に垂直な軸を中心に回転自在に取り付けられている。
測域センサ４は、測域センサ４のスキャン範囲内にある物体を検出するセンサである。すなわち、測域センサ４は、周囲に存在する物体を検知する。また、測域センサ４は、移動ロボット本体３の背面に取り付けられた認識マーカーを検知する。測域センサ４は、例えば、レーザを利用した測域センサ４である。測域センサ４は、移動ロボット本体３の進行方向最前部に取りつけられている。
図２は、本発明の実施の形態１に係る移動ロボット１００の制御部５の一例を示すブロック図である。制御部５は、地図部６と、目的地設定部７と、センサデータ取得部８と、自己位置推定部９と、知能部１０と、駆動輪制御部１１と、を備える。
地図部６は、移動ロボット１００が移動する空間の地図情報を記憶する記憶部である。図３は、地図部６に記憶される地図情報が示す地図の一例を示す図である。地図情報は、２次元空間情報であってもよいし、３次元空間情報であってもよい。地図部６に記憶される地図情報には、図３に示すように予めいくつかの目的地１５と、その目的地１５を結ぶ走行経路１６が設定されている。すなわち、地図部６は、移動ロボット１００の走行経路情報を記憶する。地図情報に設定された目的地１５には、それぞれ、個別の目的地番号が付与されている。
目的地設定部７は、地図部６に記憶される地図情報の中の特定の位置を移動ロボット１００の移動目的先として登録する処理部である。目的地１５の設定は、各目的地１５に対応して記憶された目的地番号を設定することにより行われる。
センサデータ取得部８は、測域センサ４で計測された計測データを入力する入力部である。センサデータ取得部８で取得された計測データは、自己位置推定部９に送信される。
自己位置推定部９は、地図部６に記憶された地図情報及びセンサデータ取得部８で取得した計測データに基づいて移動ロボット１００の現在位置の座標情報を算出する処理部である。
知能部１０は、地図部６に記憶された地図情報、測域センサ４で計測された計測データ、目的地設定部７で設定された目的地番号、自己位置推定部９で算出された現在位置座標情報などを受信する。知能部１０は、受信したこれらの情報に基づいて、障害物認識や各移動ロボット１００の識別、移動ロボット１００が走行する経路の経路情報の生成などを行う処理部である。
駆動輪制御部１１は、知能部１０が生成した経路情報に基づいて駆動輪１を制御する。駆動輪制御部１１は、例えば、サーボモータを含み、サーボモータによって駆動輪１を駆動する。
次に、移動ロボット１００の自律移動動作について説明する。図４は、制御部５が実行する自律移動制御処理の一例を示すフローチャートである。
この自律移動制御処理において、まず、目的地設定部７は、目的地１５の設定を行う（ステップＳ１）。
この場合、目的地設定部７は、知能部１０に目的地１５の目的地番号を送信する。また、知能部１０は地図部６から地図情報を取得する。これにより、知能部１０は、移動ロボット１００がこれから向かう目的地１５の座標と目的地１５までの走行経路１６を把握する。
次に、経路追従処理が実行される。この経路追従処理により、知能部１０が把握した経路に沿って移動ロボット１００は移動することができる。
経路追従処理には、局所的目的地算出処理（ステップＳ２）、目的地到着判定処理（ステップＳ３）、局所的経路追従処理（ステップＳ４）が含まれる。
局所的目的地算出処理（ステップＳ２）において、知能部１０は、局所的目的地の算出および設定を行う。局所的目的地とは、現在目指すべき直近の一時的な目的地である。具体的な算出方法については後述する。
次に、目的地判定処理（ステップＳ３）において、知能部１０は、移動ロボット１００が目的地１５に到着したか否かを判定する。
具体的には、知能部１０は、局所的目的地が目的地１５と一致するか否かを判定し、それらが一致する場合に、自己位置推定部９で算出された移動ロボット１００の現在位置、すなわち、自己位置と目的地設定部７で設定された目的地１５との間の距離を計算する。
そして、知能部１０は、その距離が予め定められた一定の距離Ｎ以下である場合、移動ロボット１００が目的地１５に到着したと判定する。一方、局所的目的地が目的地１５と一致しない場合、または、上記距離が距離Ｎより大きい場合、移動ロボット１００が目的地１５に到着していないと判定する。
移動ロボット１００が目的地１５に到着していないと判定された場合（ステップＳ３においてＮｏの場合）、局所的経路追従処理（ステップＳ４）において、知能部１０は、自己位置推定部９から現在の自己位置の情報を受信し、現在の自己位置から局所的目的地までの最短経路を算出する。
そして、知能部１０は、算出した最短経路を移動ロボット１００が走行するように駆動輪制御部１１に対して指令を出力する。駆動輪制御部１１は、知能部１０から受信した指令に基づいて駆動輪１を制御する。
最短経路の算出には、例えば、Ａ＊（エースター）アルゴリズムを用いることができる。このアルゴリズムは、障害物が存在した場合でも、障害物を避けた最短経路を算出することができる。
また、現在の自己位置から局所的目的地までの最短経路を算出する際、知能部１０は、現在の自己位置から局所的目的地までの最短経路の距離が予め定められた距離Ｍ未満になったか否かを判定する。
最短経路の距離が距離Ｍ未満になった場合、知能部１０は、移動ロボット１００が一時停止すべきと判断する。そして、知能部１０は、駆動輪制御部１１に、駆動輪１の駆動を停止させる。これにより、移動ロボット１００は停止する。
知能部１０が、移動ロボット１００が一時停止すべきと判断した後、移動ロボット１００の自己位置と局所的目的地との間の距離が再び距離Ｍ以上になった場合は、知能部１０は、移動を再開すべきと判断する。この場合、知能部１０は、駆動輪制御部１１に、駆動輪１の駆動を再開させる。これにより、移動ロボット１００の移動が再開する。
このように、ステップＳ３において、移動ロボット１００が目的地１５に到着したと判定されるまで、局所的目的地算出処理（ステップＳ２）、目的地到着判定処理（ステップＳ３）、局所的経路追従処理（ステップＳ４）が繰り返し実行される。これにより、移動ロボット１００は徐々に目的地１５に近づく。
ステップＳ３において、移動ロボット１００が目的地１５に到着したと判定された場合（ステップＳ３においてＹｅｓの場合）、知能部１０は、駆動輪制御部１１に、駆動輪１の駆動を停止させる。これにより、移動ロボット１００の移動は停止する（ステップＳ５）。
次に、自律移動制御処理によって制御される移動ロボット１００の挙動について説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る移動ロボット１００の自律移動の一例を示すイメージ図である。図５に示す例では、図４に示した自律移動制御処理のステップＳ１において、目的地１５および走行経路１６が既に設定されているものとする。
図５の上段は、時刻Ｔ＝ｔ１において、移動ロボット１００が、目的地１５につながる走行経路１６上に設定された局所的目的地１７に向かって、最短経路１８を走行している状態を示している。また、図５の中段は、時刻Ｔ１よりも後の時刻Ｔ＝ｔ２において、移動ロボット１００が、走行経路１６上に設定された局所的目的地１７に向かって、最短経路１８を走行している状態を示している。
移動ロボット１００が局所的目的地１７に向かって走行している間、知能部１０は、図４を用いて説明した局所的目的地算出処理（ステップＳ２）、目的地到着判定処理（ステップＳ３）、および、局所的経路追従処理（ステップＳ４）を繰り返し実行する。
一方、図５の下段は、時刻Ｔ２よりもあとの時刻Ｔ＝ｔ３において、移動ロボット１００が、目的地１５と一致する局所的目的地１７に向かって、最短経路１８を走行している状態を示している。
この場合、知能部１０は、自己位置推定部９で算出された移動ロボット１００の現在の自己位置と目的地設定部７で設定された目的地１５との間の距離が距離Ｎ以下であるか否かを判定することにより、移動ロボット１００が目的地１５に到着したか否かを判定する。
次に、移動ロボット１００を複数台用いた編隊走行について説明する。図６は、本発明の実施形態に係る移動ロボット１００が編隊走行する際のイメージを示す図である。ここでは、２台の移動ロボット１０１，１０２が編隊走行する場合を例にして説明する。
移動ロボット１０１は追従される親機であり、移動ロボット１０２は追従する子機である。まず、図４で説明した局所的目的地算出処理（ステップＳ２）についてさらに詳細に説明する。図７は、局所的目的地算出処理を示すフローチャートである。
局所的目的地算出処理では、まず、知能部１０は、測域センサ４のスキャン範囲内に親機である移動ロボット１０１が存在するか否かを判断する（ステップＳ２１）。
スキャン範囲内に親機である移動ロボット１０１が存在するか否かは、測域センサ４がそのスキャン範囲内で移動ロボット１０１の背面に付設された認識マーカー１２を検出したか否かで判断される。
図８は、測域センサ４がそのスキャン範囲７０内において認識マーカー１２を検出するイメージを示している。親機である移動ロボット１０１に付設された認識マーカー１２が子機である移動ロボット１０２に設けられた測域センサ４のスキャン範囲７０内に存在する場合、親機１０１の認識マーカー１２は、子機である移動ロボット１０２の測域センサ４によって検出される。
測域センサ４のスキャン範囲７０内に親機である移動ロボット１０１が存在する場合（ステップＳ２１においてＹｅｓの場合）、知能部１０は、認識マーカー１２が、子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在するか否かを判定する（ステップＳ２２）。
認識マーカー１２が子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在すると判定された場合（ステップＳ２２においてＹｅｓの場合）、知能部１０は、親機である移動ロボット１０１と子機である移動ロボット１０２の走行経路１６との交点を算出し、その交点を局所的目的地１７に設定して（ステップＳ２３）、局所的目的地算出処理を終了する。
認識マーカー１２が子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在しないと判定された場合（ステップＳ２２においてＮｏの場合）、知能部１０は、親機である移動ロボット１０１を上記走行経路１６上に射影した点を算出し、その点を局所的目的地１７に設定し（ステップＳ２４）、局所的目的地算出処理を終了する。
測域センサ４のスキャン範囲７０内に認識マーカー１２が検出されなかった場合（ステップＳ２１においてＮｏの場合）、知能部１０は、測域センサ４のスキャン範囲７０内に認識マーカー１２を備える親機以外の障害物が存在するか否かを判定する（ステップＳ２５）。
図９に、測域センサ４がそのスキャン範囲７０内において障害物１９を検出するイメージを示す。障害物１９が測域センサ４のスキャン範囲７０内に存在する場合、障害物１９は、子機である移動ロボット１０２の測域センサ４によって検出される。
子機である移動ロボット１０２に設けられた測域センサ４のスキャン範囲７０内に障害物１９が存在すると判定された場合（ステップＳ２５においてＹｅｓの場合）、知能部１０は、障害物１９が子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在するか否かを判定する（ステップＳ２６）。
障害物１９が子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在すると判定された場合（ステップＳ２６においてＹｅｓの場合）、知能部１０は、障害物１９と上記走行経路１６の交点を算出し、その交点を局所的目的地１７に設定して（ステップＳ２７）、局所的目的地算出処理を終了する。
局所的目的地１７を障害物１９と走行経路１６との交点に設定する理由は、走行経路１６上において障害物１９が検知された場合、当該障害物１９が人間などの移動する物体である可能性が高いからである。例えば、編隊走行時に、走行経路１６を横切るように歩行する人間が走行経路１６上において検知された場合を想定する。この場合、親機である移動ロボット１０１と、子機である移動ロボット１０２がそれぞれ、歩行する人間を迂回して走行しようとすると、各移動ロボット１０１，１０２の編隊が崩れてしまう恐れがある。そのため、走行経路１６上に障害物１９が検知された場合、知能部１０は、走行経路１６上に局所的目的地１７を一旦設定する。この場合、人間が、走行経路１６上からスキャン範囲７０外に移動すると、各移動ロボット１０１，１０２は移動を再開する。
子機である移動ロボット１０２の測域センサ４のスキャン範囲７０内に障害物１９が存在しない場合（ステップＳ２５においてＮｏの場合）、知能部１０は、上記走行経路１６上の一定距離だけ先の位置を算出し、その位置を局所的目的地１７に設定して（ステップＳ２８）、局所的目的地算出処理を終了する。
また、測域センサ４によって検出された障害物１９が、子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在しない場合（ステップＳ２６においてＮｏの場合）も同様に、知能部１０は、局所的目的地１７を、上記走行経路１６上の一定距離だけ先の位置に設定する（ステップＳ２８）。ただし、子機である移動ロボット１０２が走行経路１６上の一定距離だけ先の位置に到達するまでに障害物１９に衝突すると知能部１０が判定した場合、移動ロボット１０２は、一定距離だけ先に設定された局所的目的地１７まで障害物１９を回避して走行する。
次に、図７に示したステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２７及びＳ２８の処理における局所的目的地１７の算出方法について説明する。
図１０は、知能部１０が、親機である移動ロボット１０１と子機である移動ロボット１０２の走行経路１６の交点を局所的目的地１７に設定するイメージを示す図である。
ステップＳ２３では、図１０に示すように子機である移動ロボット１０２の走行経路１６と認識マーカー１２の交わる箇所を局所的目的地１７に設定する。
図１１～図１３は、知能部１０が、親機である移動ロボット１０１を子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に射影した点を局所的目的地１７に設定するイメージを示す図である。
ステップＳ２４では、図１１に示すように、親機である移動ロボット１０１の位置（例えば、認識マーカー１２の中点）と、子機である移動ロボット１０２の位置（例えば、測域センサ４の中心位置）との距離を算出し、その距離を半径として、測域センサ４の中心位置を中心とする円弧を描く。そして、この円弧と子機である移動ロボット１０２の走行経路１６との交点を局所的目的地１７に設定する。
また、移動ロボット１００の位置から移動ロボット１００の進行方向に対して垂直に延びる直線と走行経路１６との交点を局所的目的地１７としてもよい。例えば、図１２に示すように、子機である移動ロボット１０２から見て、認識マーカー１２の最左点と最右点を結ぶ直線を描き、その直線と子機である移動ロボット１０２の走行経路１６との交点を局所的目的地１７とすることが考えられる。
また、図１３に示すように、認識マーカー１２の中点から子機である移動ロボット１０２の走行経路１６に垂線を描き、その垂線と上記走行経路１６の交点を局所的目的地１７としても良い。
図１４は、ステップＳ２７にて局所的目的地１７を算出するイメージを示す図である。ステップＳ２７では、図１４に示すように、障害物１９と子機である移動ロボット１０２の走行経路１６との交点を局所的目的地１７に設定する。
ステップＳ２８では、前述のように、子機である移動ロボット１０２の現在位置より、上記走行経路１６上を一定の距離Ｌだけ進んだ位置を局所的目的地１７に設定する。
次に、具体的な編体走行の様子について説明する。図１５は、本発明の実施形態における移動ロボット１００の編隊走行時のイメージを示す図である。
図１５（ａ）は移動ロボット１０１の走行経路１６上に障害物１９が存在していない時の様子を示している。親機である移動ロボット１０１は、走行経路１６上に障害物１９が存在していないため、局所的目的地１７をステップＳ２８における処理で算出し、自律移動を行っている。
一方、子機である移動ロボット１０２は、走行経路１６上に親機である移動ロボット１０１の認識マーカー１２を検出しているため、局所的目的地１７をステップＳ２３における処理で算出し、自律移動を行っている。
図１５（ｂ）は、走行経路１６付近に障害物１９があり、親機である移動ロボット１０１が、一旦、走行経路１６から逸れる場合の様子を示している。
親機である移動ロボット１０１は、走行経路１６上に障害物１９が存在していないため、局所的目的地１７を走行経路１６上に位置するように、ステップＳ２８における処理で算出し、自律移動を行っている。
しかし、走行経路１６上をそのまま進むと障害物１９に衝突すると知能部１０が判定した場合は、障害物１９との衝突を避けるため、局所的目的地１７までの最短経路１８は障害物１９を迂回する経路となる。すなわち、親機である移動ロボット１０１の知能部１０は、障害物１９の回避動作を行うと判定する。
一方、子機である移動ロボット１０２は、測域センサ４のスキャン範囲７０内に認識マーカー１２を検出しているため、局所的目的地１７をステップＳ２４における処理で算出し、自律移動を行っている。つまり、子機である移動ロボット１０２は、親機である移動ロボット１０１を走行経路１６上に射影した点を局所的目的地１７として設定し、自律移動を行う。このため、子機である移動ロボット１０２は、親機である移動ロボット１０１を走行経路１６上に射影した位置よりも前を走行しない。すなわち、子機である移動ロボット１０２は、親機である移動ロボット１０１を追い越すことは無い。
親機である移動ロボット１０１が最短経路１８を進み、子機である移動ロボット１０２が走行経路１６をさらに進むと、子機である移動ロボット１０２の知能部１０は、移動ロボット１０２が障害物１９に衝突すると判定する。この場合、親機である移動ロボット１０１と同様、子機である移動ロボット１０２は、障害物１９との衝突を避ける最短経路１８が設定される。
なお、子機である移動ロボット１０２が走行経路１６上を進み、測域センサ４が障害物１９を検知すると、親機である移動ロボット１０１と同様に、局所的目的地１７までの最短経路１８は障害物１９を迂回する経路となる。すなわち、子機である移動ロボット１０２の知能部１０も、障害物１９の回避動作を行うと判定する。
図１５（ｃ）は、走行経路１６上に障害物１９が存在している時の様子を示している。親機である移動ロボット１０１は、走行経路１６上に障害物１９が存在しているため、局所的目的地１７をステップＳ２７における処理で算出し、自律移動を行っている。
この時、親機である移動ロボット１０１の現在位置と局所的目的地１７の距離は一定距離Ｍ未満になるため、移動ロボット１０１は一時停止する。
一方、子機である移動ロボット１０２は、走行経路１６上に親機の認識マーカー１２を検出しているため、局所的目的地１７をステップＳ２４における処理で算出し、自律移動を行っている。
この時、親機である移動ロボット１０１が一時停止しており、子機である移動ロボット１０２の現在位置と局所的目的地１７との間の距離は一定距離Ｍ未満になるため、移動ロボット１０２も一時停止する。
その後、この障害物１９が走行経路１６から移動した場合、図１５（ａ）に示すように走行経路１６上に障害物１９が存在していない状態になるため、親機である移動ロボット１０１は、局所的目的地１７をステップＳ２８の処理で算出する。
この時、局所的目的地１７と親機である移動ロボット１０１の現在位置との間の距離が一定距離Ｍ以上になるため、親機である移動ロボット１０１は自律移動を再開する。
一方、子機である移動ロボット１０２も親機である移動ロボット１０１が自律移動を再開することによって、局所的目的地１７と子機である移動ロボット１０２の位置の距離が一定距離Ｍ以上になるため、自律移動を再開する。
以上の処理を行うことにより、例えば、エアーターミナル等の移動障害物が周囲に存在する環境でも、複数台の移動ロボット１００を同一軌道上において編隊走行させる際の複数台の移動ロボット１００の追従制御が可能となる。
なお、本発明の実施の形態１では、各移動ロボット１００を識別する構成として、測域センサ４が認識マーカー１２を検知して知能部１０が移動ロボット１００を認識するものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、測域センサ４が、移動ロボット１００の外形形状を検知して形状データを取得し、移動ロボット１００を認識するようにしてもよい。
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２における局所的目的地算出処理では、測域センサ４によって検知される検知物の位置情報および各移動ロボット１０１、１０２が互いに共有する各移動ロボット１０１，１０２の自己位置の情報に基づいて、測域センサ４のスキャン範囲７０内に移動ロボット１０１が存在するか否かが判定される。ここで、自己位置とは、例えば、移動ロボット１０１，１０２の進行方向を前方とした場合、各移動ロボット１０１，１０２の背面における左右方向の中心位置である。
図１７は、本発明の実施の形態２に係る制御部５の一例を示すブロック図である。制御部５は、地図部６と、目的地設定部７と、センサデータ取得部８と、自己位置推定部９と、知能部１０と、駆動輪制御部１１と、通信部２１とを備える。
地図部６、目的地設定部７、センサデータ取得部８、自己位置推定部９、知能部１０および駆動輪制御部１１は、実施の形態１と同様のものである。
通信部２１は、複数台の移動ロボット１０１，１０２が編隊走行を行う際に、各移動ロボット１０１，１０２同士が情報をやり取りするための通信装置である。通信部２１は、例えば、互いに自己位置の情報をやり取りする。
次に、実施の形態２に係る移動ロボット１０１，１０２が、編隊走行を行う際の局所的目的地１７の算出方法について説明する。ここでは、図６に示すように、２台の移動ロボット１０１，１０２が編隊走行する場合を例にして説明する。
移動ロボット１０１は追従される親機であり、移動ロボット１０２は追従する子機である。親機である移動ロボット１０１と子機である移動ロボット１０２との間では、通信部２１を通して、自己位置推定部９で推定された自己位置の情報のやり取りが行われ、移動ロボット１０１，１０２は、互いの自己位置の情報を共有している。図１８は、局所的目的地算出処理を示すフローチャートである。
局所的目的地算出処理では、まず、知能部１０は、測域センサ４のスキャン範囲７０内に親機である移動ロボット１０１が存在するか否かを判断する（ステップＳ３１）。
スキャン範囲７０内に親機である移動ロボット１０１が存在するか否かは、次のように判定される。まず、知能部１０は各移動ロボット１０１，１０２の間で共有されている移動ロボット１０１の自己位置と移動ロボット１０２の自己位置との間の距離を算出する。この距離を便宜上、推定距離という。
次に、知能部１０は、測域センサ４のスキャン範囲３０内において測域センサ４の最も近くで検知された検知物と測域センサ４との間の距離に基づいて、当該検知物と移動ロボット１０２の位置との間の距離を算出する。この距離を便宜上、検知距離という。ここで、移動ロボット１０２の位置とは、例えば、移動ロボット１０２の進行方向を前方向とした場合、移動ロボット１０２の背面における左右方向の中心位置である。
最後に、知能部１０は、推定距離と検知距離の差分が所定のしきい値以下であるか否かが判定する。推定距離を示す値と検知距離を示す値の差分が所定のしきい値以下である場合、すなわち、推定距離を示す値と検知距離を示す値の差分が小さい場合、または、零である場合、スキャン範囲７０内に親機である移動ロボット１０１が存在すると判定される。
このような処理を行うことより、測域センサ４のスキャン範囲７０内に親機である移動ロボット１０１が存在するか否かが判定される。
なお、知能部１０は、各移動ロボット１０１，１０２の間で共有されている移動ロボット１０１の自己位置と移動ロボット１０２の自己位置とに基づいて、親機である移動ロボット１０１を認識するようにしてもよい。
図１９は、移動ロボット１０１の自己位置１１１と移動ロボット１０２の自己位置１１２との間の距離、すなわち推定距離が、スキャン範囲７０内において測域センサ４の最も近くで検知された検知物と移動ロボット１０２との間の距離、すなわち検知距離が一致しているイメージを示している。親機である移動ロボット１０１が子機である移動ロボット１０２に設けられた測域センサ４のスキャン範囲７０内に存在し、かつ、自己位置推定部９で推定される自己位置１１１，１１２が、実際の各移動ロボット１０１，１０２の位置とずれていない場合、検知された親機である移動ロボット１０１の位置と子機である移動ロボット１０２の位置との間の距離と、移動ロボット１０１の自己位置１１１と移動ロボット１０２の自己位置１１２との間の距離とが一致する。
ここで、図１８の説明に戻る。測域センサ４のスキャン範囲７０内に親機である移動ロボット１０１が存在する場合（ステップＳ３１においてＹｅｓの場合）、知能部１０は、移動ロボット１０１の自己位置１１１が、子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在するか否かを判定する（ステップＳ３２）。
移動ロボット１０１の自己位置１１１が子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在すると判定された場合（ステップＳ３２においてＹｅｓの場合）、知能部１０は、親機である移動ロボット１０１と子機である移動ロボット１０２の走行経路１６との交点を算出し、その交点を局所的目的地１７に設定して（ステップＳ３３）、局所的目的地算出処理を終了する。
移動ロボット１０１の自己位置１１１が子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在しないと判定された場合（ステップＳ３２においてＮｏの場合）、知能部１０は、親機である移動ロボット１０１を上記走行経路１６上に射影した点を算出し、その点を局所的目的地１７に設定し（ステップＳ３４）、局所的目的地算出処理を終了する。
親機である移動ロボット１０１がスキャン範囲７０内に存在しないと判定された場合（ステップＳ３１においてＮｏの場合）、知能部１０は、測域センサ４のスキャン範囲７０内に親機以外の障害物１９が存在するか否かを判定する（ステップＳ３５）。
子機である移動ロボット１０２に設けられた測域センサ４のスキャン範囲７０内に障害物１９が存在すると判定された場合（ステップＳ３５においてＹｅｓの場合）、知能部１０は、障害物１９が子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在するか否かを判定する（ステップＳ３６）。
障害物１９が子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在すると判定された場合（ステップＳ３６においてＹｅｓの場合）、知能部１０は、障害物１９と上記走行経路１６の交点を算出し、その交点を局所的目的地１７に設定して（ステップＳ３７）、局所的目的地算出処理を終了する。
子機である移動ロボット１０２の測域センサ４のスキャン範囲７０内に障害物１９が存在しない場合（ステップＳ３５においてＮｏの場合）、知能部１０は、上記走行経路１６上の一定距離だけ先の位置を算出し、その位置を局所的目的地１７に設定して（ステップＳ３８）、局所的目的地算出処理を終了する。
また、測域センサ４によって検出された障害物１９が、子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に存在しない場合（ステップＳ３６においてＮｏの場合）も同様に、知能部１０は、局所的目的地１７を、上記走行経路１６上の一定距離だけ先の位置に設定する（ステップＳ３８）。ただし、子機である移動ロボット１０２が走行経路１６上の一定距離だけ先の位置に到達するまでに障害物１９に衝突すると知能部１０が判定した場合、移動ロボット１０２は、一定距離だけ先に設定された局所的目的地１７まで障害物１９を回避して走行する。
次に、図１８に示したステップＳ３３，Ｓ３４，Ｓ３７及びＳ３８の処理における局所的目的地１７の算出方法について説明する。
図２０は、知能部１０が、親機である移動ロボット１０１と子機である移動ロボット１０２の走行経路１６の交点を局所的目的地１７に設定するイメージを示す図である。
ステップＳ３３では、図２０に示すように子機である移動ロボット１０２の走行経路１６と移動ロボット１０１の自己位置１１１の交わる箇所を局所的目的地１７に設定する。
図２１～図２３は、知能部１０が、親機である移動ロボット１０１の自己位置１１１を子機である移動ロボット１０２の走行経路１６上に射影した点を局所的目的地１７に設定するイメージを示す図である。
ステップＳ３４では、図２１に示すように、親機である移動ロボット１０１の自己位置１１１と、子機である移動ロボット１０２の、例えば、測域センサ４の中心位置との距離を算出し、その距離を半径として、測域センサ４の中心位置を中心とする円弧を描く。そして、この円弧と子機である移動ロボット１０２の走行経路１６との交点を局所的目的地１７に設定する。
また、移動ロボット１００の位置から移動ロボット１００の進行方向に対して垂直に延びる直線と走行経路１６との交点を局所的目的地１７としてもよい。例えば、図２２に示すように、子機である移動ロボット１０２から見て、移動ロボット１０１の自己位置１１１を通り、移動ロボット１０１の背面に沿うような直線を描き、その直線と子機である移動ロボット１０２の走行経路１６との交点を局所的目的地１７とすることが考えられる。
また、図２３に示すように、移動ロボット１０１の自己位置１１１から子機である移動ロボット１０２の走行経路１６に垂線を描き、その垂線と上記走行経路１６の交点を局所的目的地１７としても良い。
以上説明したように、実施の形態２における局所的目的地算出処理では、測域センサ４によって検知される検知物の位置情報および各移動ロボット１０１，１０２が互いに共有している自己位置１１１，１１２の情報に基づいて、親機１０１がスキャン範囲７０内に存在するか否かを判定している。これにより、実施の形態１と同様、移動ロボット１００の走行経路１６上に障害物１９が存在する場合でも、複数台の移動ロボット１００が同一軌道において、編隊走行することが可能となる。
２０１７年８月７日出願の特願２０１７－１５２５２３の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明は自律移動ロボットや、自動運転の分野において広く利用可能である。
１ 駆動輪
２ 準輪
３ 移動ロボット本体
４ 測域センサ
５ 制御部
６ 地図部
７ 目的地設定部
８ センサデータ取得部
９ 自己位置推定部
１０ 知能部
１１ 駆動輪制御部
１２ 認識マーカー
１５ 目的地
１６ 走行経路
１７ 局所的目的地
１８ 最短経路
１９ 障害物
２０ 追従される移動ロボット
２１ 通信部
４０ 測域センサ
５０ 追従する移動ロボット
７０ スキャン範囲
１００ 移動ロボット
１０１ 編隊走行時の移動ロボット（親機）
１０２ 編隊走行時の移動ロボット（子機）
１１１ 自己位置
１１２ 自己位置
２ 準輪
３ 移動ロボット本体
４ 測域センサ
５ 制御部
６ 地図部
７ 目的地設定部
８ センサデータ取得部
９ 自己位置推定部
１０ 知能部
１１ 駆動輪制御部
１２ 認識マーカー
１５ 目的地
１６ 走行経路
１７ 局所的目的地
１８ 最短経路
１９ 障害物
２０ 追従される移動ロボット
２１ 通信部
４０ 測域センサ
５０ 追従する移動ロボット
７０ スキャン範囲
１００ 移動ロボット
１０１ 編隊走行時の移動ロボット（親機）
１０２ 編隊走行時の移動ロボット（子機）
１１１ 自己位置
１１２ 自己位置
Claims (11)
- 走行経路情報を記憶する地図部と、
周囲に存在する物体が追従すべき移動体であるか否かを認識する知能部と、を有し、
前記知能部は、前記物体が前記追従すべき移動体であり、かつ、前記追従すべき移動体が前記走行経路情報の示す走行経路上に存在しない場合、前記追従すべき移動体を前記走行経路に射影した位置を一時的な目的地に設定することを特徴とする移動体。 - 前記知能部は、前記物体が障害物であり、前記走行経路情報が示す前記走行経路上に前記障害物が存在すると判定した場合、前記障害物と前記走行経路の交点を前記一時的な目的地に設定することを特徴とする請求項１に記載の移動体。
- 前記知能部は、前記物体が障害物であり、かつ、前記走行経路情報が示す走行経路上に前記障害物が存在しないと判定した場合、前記知能部は前記障害物の回避動作を行うと判定することを特徴とする、請求項１に記載の移動体。
- 前記知能部は、前記追従すべき移動体の位置から前記走行経路に引いた垂線と、前記走行経路との交点を前記一時的な目的地に設定することを特徴とする、請求項１に記載の移動体。
- 前記知能部は、前記追従すべき移動体の位置から前記追従すべき移動体の進行方向に対して垂直に延びる直線と前記走行経路との交点を前記一時的な目的地に設定することを特徴とする、請求項１に記載の移動体。
- 前記知能部は、前記移動体の所定の位置と前記追従すべき移動体との間の距離を半径とし、前記所定の位置を中心とした円弧と前記走行経路の交点を前記一時的な目的地に設定することを特徴とする、請求項１に記載の移動体。
- 前記物体を検知するセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の移動体。
- 前記センサは、前記追従すべき移動体の背面に備えられた認識マーカーを検知し、
前記知能部は、前記センサが検知した前記認識マーカーに基づいて前記追従すべき移動体を認識することを特徴とする、請求項７に記載の移動体。 - 前記センサは、前記物体の形状を検知し、
前記知能部は、前記センサが検知した前記物体の形状に基づいて前記追従すべき移動体を認識する請求項７に記載の移動体。 - 前記追従すべき移動体の自己位置の情報を受信する通信部をさらに有し、
前記知能部は、前記通信部が受信した前記自己位置の情報に基づいて前記追従すべき移動体を認識する請求項１～７の何れか１項に記載の移動体。 - 周囲に存在する物体が追従すべき移動体であるか否かを認識するステップと、
前記物体が前記追従すべき移動体であり、かつ、前記追従すべき移動体が走行経路情報の示す走行経路上に存在しない場合、前記追従すべき移動体を前記走行経路に射影した位置を一時的な目的地に設定するステップと、を含む移動体の制御方法。
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