JP2007141108A

JP2007141108A - 自律移動装置

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Publication number: JP2007141108A
Application number: JP2005336412A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Sakai; 龍雄酒井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-21
Also published as: JP4462173B2

Abstract

【課題】自律移動装置において、自己の位置と共に自己の向いている方向を、少数回の位置座標取得によって正確に認識可能とする。
【解決手段】自律移動装置１０は、デッドレコニングを用いた第１の位置情報取得手段１と、環境情報地図を記憶する記憶部２１及び環境情報を取得するセンシング部２２を有しセンシング部２２の取得した環境情報６と環境情報地図とを比較して自己の位置及び方向を取得する第２の位置情報取得手段２と、外部からの情報を受信するアンテナ３１が受信した複数の自己位置に関する情報に基づいて自己の位置及び方向を算出する第３の位置情報取得手段３と、第１、第２、及び第３の位置情報取得手段１，２，３が取得した自己の位置及び方向を比較して現在の自己の位置及び方向を決定する制御手段４と、を備え、制御手段４は、第３の位置情報取得手段３が取得した位置及び方向を優先的に現在の自己の位置及び方向として決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自己の位置及び方向を認識して自律的に移動する自律移動装置に関する。

従来、工場や公共施設などの所定の移動領域において自律的に移動する自律移動装置が用いられている。自律移動装置は、物の運搬作業や人が入り込めない場所における作業などを行う。このとき、自律移動装置が正確かつ安全に作業するためには、移動領域に設定されたグローバル座標系において、自律移動装置が自ら、自己の位置（位置座標）を正確に認識する必要がある。さらに、例えば、人や作業場所に正確に対面するために、自律移動装置が、自己の向いている方向（姿勢）を正確に認識する必要がある。

自律移動装置が自己位置を認識できる技術に、デッドレコニング（ＤｅａｄＲｅｃｋｏｎｉｎｇ）技術がある。デッドレコニング技術は、例えば、車輪の回転量を積算して移動量（移動距離と移動方向）を計算し、初期位置からの移動量の積算により現在の自己の位置を求める技術である。このデッドレコニング技術は、低コストである反面、走行距離が増加するに従って、移動量の測定誤差が累積し、認識している自己位置と方向が真の値からずれてくるという欠点を有する。

そこで、デッドレコニング技術の測定誤差を定期的に解消するため、ＲＦＩＤ（無線自動識別：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いることができる。例えば、自律移動装置の移動領域に座標情報を記録した多数のＲＦＩＤタグやカードを埋め込み、移動ロボットが、移動中にＲＦＩＤタグやカードを読み取ることにより、グローバル座標系における座標値を取得して自己の絶対位置を認識できる。その応用例として、例えば、多数のＲＦＩＤカードを読み取り、得られた複数の位置座標値を最小２乗法によって処理することにより、多数の情報から自己の絶対位置をより精度良く認識して移動する自律移動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２１９７８号公報

しかしながら、上述した技術や特許文献１に示されるような自律移動装置においては、グローバル座標系に対して、自己が認識している座標系が平行移動により座標原点がずれたり、回転により方向がずれたりして発生する位置の誤差を修正することに主眼がおかれており、自己の向いている方向（姿勢）を認識して修正することについては、何ら開示されていない。

本発明は、上記課題を解消するものであって、自己の位置と共に自己の向いている方向を、少数回の位置座標取得によって正確に認識できる自律移動装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、自律的に移動する自律移動装置であって、自己の動作情報により自己の位置及び方向を取得するデッドレコニングを用いた第１の位置情報取得手段と、自己の移動する領域の環境情報地図を記憶する記憶部及び環境情報を取得するセンシング部を有し、前記センシング部のセンサを用いて取得した周囲の環境情報と前記記憶部に記憶した環境情報地図とを比較することにより自己の位置及び方向を取得する第２の位置情報取得手段と、外部からの情報を受信するアンテナを有し、前記アンテナが受信した複数の自己位置に関する情報に基づいて、自己の位置及び方向を算出する第３の位置情報取得手段と、前記第１、第２、及び第３の位置情報取得手段が取得した自己の位置及び方向を比較して現在の自己の位置及び方向を決定する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１または第２の位置情報取得手段が取得した位置及び方向と、前記第３の位置情報取得手段が取得した位置及び方向と、の間に所定値よりも大きな差異があるとき、前記第３の位置情報取得手段が取得した位置及び方向を現在の自己の位置及び方向として決定するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の自律移動装置において、前記制御手段は、前記第３の位置情報取得手段の取得した位置が所定の領域内にあるときに、前記第２の位置情報取得手段によって少なくとも自己の方向を取得する再確認動作を行うものである。

請求項１の発明によれば、第１、第２の位置情報取得手段で生じた誤差を、第３の位置情報取得手段で得た位置と方向の情報によって修正するので、自己の位置及び方向を正確に認識して自律移動できる。第３の位置情報取得手段は、第１、第２の手段を補償するものであって常時機能する必要がないので、例えば、第３の手段としてＲＦＩＤタグを用いる場合、自律移動装置の走行領域におけるＲＦＩＤタグの設定領域を点在させることができ、ＲＦＩＤタグ設定のための手間やコストを削減できる。

請求項２の発明によれば、所定の特定の領域において、第２の位置情報取得手段によって自己の方向を再確認できる。ところで、壁面などの周囲の環境情報を取得して環境情報地図とを比較することによって自己の位置と方向を取得する場合、環境情報をより多く取得すれば、より精度が上がるが、より多くの時間がかかり、効率的な移動ができない。そこで、例えば、有用な環境情報の得やすい所定の領域を登録しておき、この所定領域において、自己の位置と方向を再確認することにより、より短時間で、より精度良く自己の位置と方向を修正できる。

以下、本発明の一実施形態に係る自律移動装置について、図面を参照して説明する。図１は本発明の自律移動装置１０のブロック構成を示し、図２は自律移動装置１０とその移動環境を示す。自律移動装置１０は、自律的に移動する装置であって、自己の動作情報により自己の位置及び方向を取得するデッドレコニングを用いた第１の位置情報取得手段１と、自己の移動する領域の環境情報地図を記憶する記憶部２１及び環境情報を取得するセンシング部２２を有し、センシング部２２のセンサを用いて取得した周囲の環境情報６と記憶部２１に記憶した環境情報地図とを比較することにより自己の位置及び方向を取得する第２の位置情報取得手段２と、外部（例えばＲＦＩＤタグ５）からの情報を受信するアンテナ３１を有し、アンテナ３１が受信した複数の自己位置に関する情報に基づいて、自己の位置及び方向を算出する第３の位置情報取得手段３と、第１、第２、及び第３の位置情報取得手段１，２，３が取得した自己の位置及び方向を比較して現在の自己の位置及び方向を決定する制御手段４と、を備えている。

制御手段４は、第１または第２の位置情報取得手段１，２が取得した位置及び方向と、第３の位置情報取得手段３が取得した位置及び方向と、の間に所定値よりも大きな差異があるとき、第３の位置情報取得手段３が取得した位置及び方向を現在の自己の位置及び方向として決定する。つまり、制御手段４は、第３の位置情報取得手段３が取得した位置及び方向を優先的に現在の自己の位置及び方向として決定する。制御手段４は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）などを用いて構成された中央制御ユニット（ＣＰＵ）と、入出力用の周辺機器を備えて構成される。

このように、自律移動装置１０は、制御手段４による制御のもとで、第１、第２、及び第３の位置情報取得手段１，２，３が取得した自己の位置と方向、及び記憶部２１に記憶した環境情報地図に基づいて、自己位置を修正すると共に、自己の向いている方向（すなわち、自己の姿勢）を認識しつつ目的地まで走行する。

自律移動装置１０は、図２に示すように、左右の駆動車輪１１と４隅の補助輪１１ａとを備えている。左右の駆動車輪１１は独立に制御され、その回転数の違いにより、前進、回転、後退を行うことができる。回転中心Ｑは自律移動装置１０の位置を示す代表点であり、両駆動車輪１１の中間点にある。また、駆動車輪１１は、その回転数や回転速度を検出するエンコーダ１２を備えている。第１の位置情報取得手段１は、このエンコーダ１２の出力に基づいて、自律移動装置１０の走行距離や走行方向（回転移動量）を取得し、これらの情報を積算して、自律移動装置１０の現在位置や走行方向を取得し、出力する。

また、自律移動装置１０は、少なくとも進行方向の領域をセンシングするように、環境情報６を取得するセンシング部２２のセンサを自律移動装置本体の前面に設けている。このセンサには、例えば、レーザレンジファインダ、超音波センサ、アレイ型超音波センサ、レーダ等を用いることができる。また、所定の離間距離を有して配置した２台のカメラを用いることができる。これらのカメラにより取得した画像を処理することにより、距離の認識ができ、環境情報となる距離画像を生成できる。

また、自律移動装置１０は、その底面に、ＲＦＩＤタグの情報を受信するためのアンテナ３１を備えている。ＲＦＩＤタグ５は、自律移動装置１０の移動領域の走行面の所定位置に、例えば、所定間隔で所定個数が埋め込まれて配置されている。アンテナ３１は、自律移動装置１０の回転中心Ｑから距離ｔｒの前方位置にアンテナ中心ｐを配置して設けられている。アンテナ中心ｐの回りの矩形領域にＲＦＩＤタグ５が大略入ると、ＲＦＩＤタグ５の情報を読みとることができる。ＲＦＩＤタグ５の大きさや、アンテナ３１の大きさは、ＲＦＩＤタグ５を読み取り可能な寸法であればよい。一般に、これらの寸法が小さいほど、読みとり位置精度が向上するが、読み取り感度が減少する。読み取り感度は、ＲＦＩＤタグ５とアンテナ３１との距離に依存し、一般に、互いに近いほど読み取り感度が高くなる。なお、ＲＦＩＤタグの配置間隔及び個数に限定はない。

ここで、３つの座標系ｕｖ，ＸＹ，ｘｙを定義する。座標系ｕｖは、自律移動装置１０と共に移動し回転する座標系である。座標系ｕｖの原点は、自律移動装置１０の回転中心Ｑにあり、自律移動装置１０の前方方向にｕ軸、これに直交する方向にｖ軸を有する。座標系ＸＹは、グローバル座標系であり、自律移動装置１０が移動する領域を一意にあらわす座標系である。すなわち、座標系ＸＹは、自律移動装置１０の移動領域に固定された座標系であり、いわば絶対座標系と見做すことができる。記憶部２１に記憶された環境情報地図は、通常、このグローバル座標系ＸＹで表現されている。自律移動装置１０の位置は、この座標系ＸＹにおける中心Ｑの位置で表される。

座標系ｘｙは、自律移動装置１０が認識しているグローバル座標系である。この座標系ｘｙは、自律移動装置１０の移動状態によって座標系ＸＹとの位置関係や回転関係が変化する。すなわち、自律移動装置１０が、第１、第２、及び第３の位置情報取得手段１，２，３によって、自己の位置と方向を正確に認識できている間は、座標系ｘｙは、座標系ＸＹと一致している。しかしながら、例えば、デッドレコニング中に自律移動装置１０がスリップして、平行移動したり回転したりした場合に、この２つの座標系ｘｙ，ＸＹは、互いの原点の位置ずれや、互いの座標軸の回転ずれを有する関係になる。

ここで、自律移動装置１０の走行移動の様子を説明する。自律移動装置１０は、上述のように、エンコーダ１２からの出力という、自己の内部情報のみに依拠する位置や移動方向の情報を、第１の位置情報取得手段１を介して取得し、これに基づく移動（いわゆるデッドレコニングによる移動）を行う。デッドレコニングによる移動において、自律移動装置１０は、各駆動車輪１１に取り付けたエンコーダ１２から得る車輪の回転数とその幾何学的な配置から移動距離を推測し、これによって自己位置を推測しながら移動する。そこで、車輪がスリップするなどした場合に、デッドレコニングによって推測している位置と実際の自律移動装置１０の位置との差が発生し、取得した環境情報と環境情報地図の地図情報とを照合できなくなったり、進入してはいけない場所へ進入したりする可能性がある。

これを回避するために、自律移動装置１０は、移動領域内の、例えば、壁や柱や目印となる構造物やラベルなどの環境情報６を地図情報として環境情報地図上に持ち、第２の位置情報取得手段２を介してこれらの環境情報６を取得し認識して、地図情報との照合を行いながら移動する。この場合、環境を認識して地図との照合を行うことにより、現在自己認識している位置を修正できる。そして、正しく位置を認識できている場所から、次の地図との照合が成功する位置までは、デッドレコニングによる推測移動となるが、デッドレコニングによる誤差の増大を避けつつ移動することができる。

また、自律移動装置１０が、第３の位置情報取得手段３を介して誤差のない位置情報を取得できるように、所定の場所、例えば、地図情報と照合する環境情報６が得られにくい場所や、環境情報６が得られても照合が難しい場所、あるいは、進入してはいけない領域への境界周辺などの、例えば、走行移動面に、ＲＦＩＤタグ５を埋めておく。移動面に埋めるＲＦＩＤタグ５は、パッシブ方式のタグを用いることができる。このようなタグ５は、自律移動装置１０の底面に取り付けたアンテナ３１（以下、ＲＦＩＤリーダ３１）からの電波により、非接触電力伝送技術による電力を供給され、予め記憶している位置情報を自律移動装置１０に送信する。これにより、自律移動装置１０は、位置情報を得ることができる。

このタグ５から得られる位置情報は、例えば、グローバル座標系ＸＹにおけるタグ５の位置座標値、又は、予めグローバル座標系ＸＹにおける位置座標値と対応付けされたタグ５のＩＤである。自律移動装置１０は、タグ５から送信され、リーダ３１で受信された位置情報によって、グローバル座標系ＸＹにおける絶対位置を知ることができる。

ただし、得られた位置情報が１つだけの場合は、自律移動装置１０はグローバル座標系ＸＹ上での位置座標値を知ることができるのみであり、自己の向いている方角は不明である。従って、自己の認識している座標系（以下、座標系ｘｙ）とグローバル座標系ＸＹとの位置関係も確定しない。そして、上述したように、例えば、デッドレコニング中に自律移動装置１０がスリップして、平行移動したり回転したりした場合に、この２つの座標系は、互いの原点の位置ずれや、座標軸の回転ずれを有した位置関係にある。つまり、１つだけの絶対位置の情報だけでは、自己の移動方向が不明のままであり、グローバル座標系ＸＹ上でどちらの方向を向いているのか、という情報は得られない。

なお、自己の認識している座標系ｘｙとグローバル座標系ＸＹとの位置関係は、後述するように、座標系ＸＹにおける任意の異なる２点の座標値（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）と、その２点の座標系ｘｙにおける座標値（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）と、が得られた場合に決定できる。このことは、例えば、座標系ｘｙ用の透明シートと、座標系ＸＹ用の透明シートとに、それぞれ２点を印し、２枚の透明シートを重ねて、一方のシート上の点が他方のシート上の点に重なるようにすれば、２つの座標系ｘｙ，ＸＹをずれや回転なく一致させることができることから理解できる。しかしながら、自律移動装置１０の移動方向、同じことだが、自律移動装置１０の姿勢は、現在位置を示す点だけでは定まらず、その点までの移動経路やその点以降の移動経路に依存する。つまり、駆動車輪１１にスリップがないとした前提で、正面方向に向かって進む自律移動装置１０の移動経路の接線方向が自律移動装置１０の姿勢となる。

次に、図２に加えて、図３、図４を参照して、第３の位置情報取得手段３を用いた自律移動装置１０の位置と方向の決定を説明する（図３、図４に示した座標系ｘｙ，ＸＹの各座標軸の交点は、点Ａ，Ｂになっているが、点Ａ，Ｂが原点ということではない）。図２に示した自律移動装置１０は、自己の中心Ｑから前方距離ｔのところに中心ｐを有するＲＦＩＤリーダ３１を１個備えている。このような自律移動装置１０が、図３に示すように、点Ａから点Ｂに移動したとする。点Ａ，Ｂは、自律移動装置１０の中心Ｑの位置である。点Ａ，Ｂの座標系ｘｙ、座標系ＸＹにおける座標値を、点Ａ（ｘ１，ｙ１），（Ｘ１，Ｙ１）、点Ｂ（ｘ１，ｙ１），（Ｘ１，Ｙ１）とする。

点Ａ，Ｂ間の移動は、直線移動に限定されず、任意の軌道に沿って移動できる。ただし、少なくとも、第１の位置情報取得手段１（デッドレコニング）によって、座標系ｘｙにおける点Ａ，Ｂの座標値が精度良く得られると共に、第３の位置情報取得手段３によって、点Ａ，ＢにおいてＲＦＩＤタグ５から位置情報を得られたとする。

点Ａ，Ｂ間の移動が直線とは限らないので、点Ａ，Ｂにおける自律移動装置１０の正面方向ａ，ｂ（一般性を失うことなく、座標系ｕｖにおけるｕ軸の方向）は、それぞれ座標系ｘｙのｘ軸との間で角度θ１，θ２を有し、その振れ角ｄθは、ｄθ＝θ２−θ１、となる。これらの角度θ１，θ２，ｄθは、第１の位置情報取得手段１（デッドレコニング）によって取得でき既知である。また、点Ａにおける自律移動装置１０の座標軸Ｘに対する姿勢を表す角度（正面方向ａと座標軸Ｘのなす角）を角度θｐとすると、この角度θｐは未知である。また、この角度θｐを用いると、座標系ＸＹに対する座標系ｘｙの回転角度αが、図４に示すように、α＝θｐ−θ１、となる。

各座標系ｘｙ，ＸＹにおいて、点Ａから点Ｂへの各座標軸に沿っての移動距離を、それぞれ（ｄｘ，ｄｙ），（ｄＸ，ｄＹ）とする。上述により、（ｄｘ，ｄｙ）は既知数であり、（ｄＸ，ｄＹ）は未知数である。ただし、点Ａ，Ｂ間の距離をＷとすると、Ｗ^２＝ｄｘ^２＋ｄｙ^２＝ｄＸ^２＋ｄＹ^２、の関係がある。

また、自律移動装置１０が点Ａ，Ｂにいるとき、ＲＦＩＤタグ５の位置は、ＲＦＩＤリーダ３１の中心ｐの位置と見做すことができる。ＲＦＩＤタグ５の座標系ＸＹにおける座標値はリーダ３１によって読みとられた既知量であり、点Ａ，Ｂにおいて、それぞれ（Ｘｔ１，Ｙｔ１），（Ｘｔ２，Ｙｔ２）である。これらの座標値と、上述した事柄と、角度θ１，θ２，ｄθ、及び自律移動装置１０の中心ＱからＲＦＩＤタグ５までの距離ｔと、を用いて、以下に示すように、例えば、点Ａにおける座標系ＸＹに対する、自律移動装置１０の位置と方向（すなわち、角度θｐ）を求めることができる。

点Ａ，Ｂの座標値（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）から（ｄＸ，ｄＹ）を求めると、
ｄＸ＝Ｘｔ１−ｔ×ｃｏｓ（θｐ）−（Ｘｔ２−ｔ×ｃｏｓ（θｐ＋ｄθ））、
ｄＹ＝Ｙｔ１−ｔ×ｓｉｎ（θｐ）−（Ｙｔ２−ｔ×ｓｉｎ（θｐ＋ｄθ））、となる。これらの式を、ｄｘ^２＋ｄｙ^２＝ｄＸ^２＋ｄＹ^２、の右辺に代入すると、未知数θｐを求めることができる。未知数θｐが求まると、点Ａ，Ｂの座標値（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）を求めることができる。すなわち、第３の位置情報取得手段３によって、自律移動装置１０の自己の位置及び方向が求められる。

上述のように、座標系ＸＹに対する自律移動装置１０の位置と方向（すなわち、角度θｐ、自律移動装置１０の姿勢）を容易に求めることができるのは、自律移動装置１０の位置を定義する代表点である回転中心Ｑに対して、ゼロでない距離（ｔ≠０）だけ離れた位置にＲＦＩＤリーダ３１を備えたことによる。このことは、以下に述べる複数のＲＦＩＤリーダ３１を備える場合についても同様である。

次に、図５、図６を参照して、ＲＦＩＤリーダ３１を複数備えた自律移動装置について説明する。上述の自律移動装置１０は、ＲＦＩＤリーダ３１を１つだけ有したものである（図２、図３）。ＲＦＩＤリーダ３１は、１つとは限らずに、複数備えることができる。図５に示した自律移動装置１０は、その底面の回転中心Ｑの回りに４つのＲＦＩＤリーダ３１を備えている。各リーダ３１の中心ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４は、それぞれ、回転中心Ｑからｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４の位置にある。すなわち、各リーダ３１は、座標系ｕｖにおいて確定した位置座標を有し、これらのいずれかがＲＦＩＤタグ５を読みとることにより、自律移動装置１０の中心ＱとＲＦＩＤタグ５の示す座標系ＸＹにおける座標値との関係が確定する。

図６に示した座標の関係は、図３に示した１つのＲＦＩＤリーダ３１に対する座標の関係を、複数のリーダ３１を有する場合に一般化したものである。この図において、点Ｔ１は、自律移動装置１０が、点Ａに位置する場合に、点Ａに位置する中心Ｑ（不図示）から距離ｔｒ１、及び、自律移動装置１０の正面方向ａ（座標系ｕｖのｕ軸方向）から角度θｒ１振れた位置にあるＲＦＩＤリーダ３１の位置を示し、これは、同時に、リーダ３１で読みとられるＲＦＩＤタグ５の位置、従って、座標系ＸＹにおけるリーダ３１の位置を示す。点Ｔ２についても同様である。

そこで、このようなＲＦＩＤリーダ３１を複数備えた自律移動装置１０が、２点Ａ，Ｂ間を移動して、各点Ａ，ＢでＲＦＩＤタグ５を読みとることにより、上述同様に、未知数θｐ、点Ａ，Ｂの座標値（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）を求めることができる。

なお、このように複数のＲＦＩＤリーダ３１を備えた自律移動装置１０は、床面に埋め込まれたＲＦＩＤタグ５の配置間隔が適切に設定されている場合、ＲＦＩＤタグ５を同時に２つ読みとることもできる。すると、この場合には、自律移動装置１０が、ある１点Ａにおいて、２対のＲＦＩＤリーダ３１とＲＦＩＤタグ５の組合せにより、自己の中心Ｑの位置を、座標系ＸＹの２点と結びつけることができると共に、自己の座標系ｕｖのｕ軸の方向を座標系ＸＹにおいて確定することができる。

次に、図７のフローを参照して、自律移動装置１０が第１、第２、及び第３の位置情報取得手段１，２，３を用いて自己の位置（座標系ｘｙにおける座標値で表現）と方向（向き又は姿勢、これは、座標系ｘｙの座標軸に対する自己の正面方向の成す角度で表現）を認識しながら移動するときの動作を説明する。自律移動装置１０が予め定められた目的地に向かって移動を開始すると（Ｓ１）、制御手段４は、第１の位置情報取得手段１を介して得られる位置情報（これは座標系ｘｙにおける座標値と向きを得るための情報であり、以下において、第１の位置情報と称し、他の位置情報も同様とする）の取得動作を、所定の制御周期のもとで繰り返し継続して行う（Ｓ２）。第１の位置情報が取得されると、その情報が位置認識へ反映される。つまり、座標系ｘｙにおける自律移動装置１０の座標値及び向きが更新される（Ｓ３）。制御手段４は前記座標値と向きの更新により、自律移動装置１０が目的地に到達したと判断すると、自律移動装置１０を停止させて処理を終了し（Ｓ４でＹｅｓ）、また、目的地に到達していないと判断したときは移動を続行する（Ｓ４でＮｏ）。

制御手段４は、例えば、定期的に、又は、例えば、記憶部２１に記憶した環境情報地図の所定領域に自律移動装置１０が達したときに、第２の位置情報取得手段２を動作させる。これにより第２の位置情報を取得すると（Ｓ５でＹｅｓ）、その情報を位置認識へ反映する。この処理は、言い換えると、座標系ｘｙを座標系ＸＹに一致させると共に、正しい自己の姿勢を得る処理である。

次に、第３の位置情報取得手段３が第３の位置情報を取得しないとき（Ｓ７でＮｏ）、制御手段４は、制御をステップＳ１に戻して、第１の位置情報取得手段１を介して第１の位置情報を取得しながら自律移動装置１０を移動させる。

また、第３の位置情報取得手段３が第３の位置情報を取得すると（Ｓ７でＹｅｓ）、制御手段４は、現時点で認識されている座標系ｘｙ上の座標値及び向きと第３の位置情報に基づいて得られた座標系ｘｙ上の座標値及び向きとの差を所定の値より大きいか否か比較する（Ｓ８）。座標値及び向きの差の大小比較は、例えば、座標成分であるｘ座標値、ｙ座標値、又は、向き（角度）について個別に差を求めてそれぞれ所定値と比較したり、個別のｘ，ｙ座標値の代わりに座標間の距離を求めて所定値と比較したりして行われる。この比較に際し、座標値及び向きの差との比較対象となる所定の値を小さくしすぎると、座標系ｘｙにおける座標値及び向きが頻繁に修正され、その修正作業により自律移動装置１０の移動速度が遅くなる可能性があるので、所定の値は、自律移動装置１０の特性に応じて決定されることが望ましい。

上述のステップＳ８の処理の結果、現時点で認識されている座標系ｘｙ上の座標値及び向きと第３の位置情報に基づく座標系ｘｙ上の座標値及び向きとの差が所定の値より大きい場合（Ｓ８でＹｅｓ）、制御手段４は、座標系ｘｙ上の座標値及び向きを第３の位置情報に基づく座標系ｘｙ上の座標値及び向きで更新する（Ｓ９）。また、この差が所定の値より小さい場合（Ｓ８でＮｏ）、制御手段４は、制御をステップＳ１に戻して、第１の位置情報取得手段１で第１の位置情報を取得しながら自律移動装置１０を移動させる。このように、自律移動装置１０は、現時点で認識されている座標系ｘｙ上の座標値及び向きを第２の位置情報又は第３の位置情報に基づく座標系ｘｙ上の座標値及び向きで修正することにより座標系ＸＹにおける正しい位置と自己の姿勢を得て、想定していない方向へ移動する不具合の発生や、予定した移動領域外へ進入するのを防止でき、正しくかつ効率的に目的地に到達することができる。

次に、第３の位置情報取得手段の取得した位置が所定の領域内にあるときに、前記第２の位置情報取得手段によって少なくとも自己の方向を取得する再確認動作を行うことについて説明する。自律移動装置１０は、上述したように、第３の位置情報が得られると、これによって現在の位置及び方向を修正する。しかしながら、第３の位置情報が、ＲＦＩＤタグ５の不具合やＲＦＩＤリーダ３１の受信エラーなどにより誤差を含む可能性があるので、自律移動装置１０は、このような再確認動作を行う。

ところで、第３の位置情報取得手段３で得られる位置から認識できる自律移動装置１０の位置と実際の位置との誤差は、ＲＦＩＤリーダ３１又はＲＦＩＤタグ５のサイズ程度と考えられ、このサイズは、自律移動装置１０が自律移動を行う上で十分小さいと考えられる。従って、少なくとも自律移動装置１０の向かっている方向、すなわち、角度θｐ（図３、図６）が、より正確に得られれば、精度良い自律移動にとって有効である。

そこで、第２の位置情報取得手段２によって位置と方向の認識を精度良く行うことができる移動領域内の特定領域を決めて、これを環境情報地図に予め所定の領域として登録しておき、自律移動装置１０が、その領域において第３の位置情報により位置の修正等を行った後、次に移動を開始する際に、一旦、所定の位置確認地点に移動して、位置と方向の再確認動作を行うこととする。

上述の第２の位置情報取得手段２による再確認の方法として、例えば、環境中の壁の位置を検出し、検出した壁と、記憶部２１に記憶した環境情報地図に登録されている壁とをマッチング処理して壁の位置と方向、従って、自律移動装置１０の位置と方向を再確認する方法を用いることができる。環境中の壁の検出方法には、例えば、レーザレンジファインダを用いて角度スキャンすることにより周囲環境をセンシングし、得られた測定点の角度分布集合であるセンシング情報から壁を抽出する方法がある（文献：ＬｉＺｈａｎｇ，ＢｉｊｏｙＫ．Ｇｈｏｓｈ，”ＬｉｎｅＳｅｇｍｅｎｔＢａｓｅｄＭａｐＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎＵｓｉｎｇ２ＤＬａｓｅｒＲａｎｇｅｆｉｎｄｅｒ”，ＩＥＥＥＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｐｐ２５３８−２５４０，Ａｐｒ．２０００）。

ここで、図８のフローを参照して、自律移動装置１０が位置の再確認動作を行う際の動作を説明する。自律移動装置１０は、目的地に向けて移動を開始し（＃１）、目的地への到達如何の判断をして移動を継続（＃２でＮｏ）、又は、終了する（＃２でＹｅｓ）。自律移動装置１０は、移動中に、第３の位置情報で現在の位置及び方向を修正しないときは、ステップ＃１に戻って走行を継続し（＃２でＮｏ）、第３の位置情報で現在の位置及び方向を修正したとき（＃３でＹｅｓ）、所定の再確認領域に居るかどうかを判断する（＃３）。再確認領域に居ないときは、走行を継続し（＃４でＮｏ）、再確認領域に居るときは（＃３でＹｅｓ）、所定の再確認地点（後述、図１０、図１１）に向けて走行する（＃５，＃６）。位置再確認地点に到達したとき（＃６でＹｅｓ）、第２の位置情報取得手段により第２の位置情報を取得する（＃７）。

上述のステップ＃７において、第２の位置情報取得手段２によって、少なくとも現在の自律移動装置１０の方向の確認ができた場合（＃８でＹｅｓ）、本来の目的地に向かって移動を再開する（＃１１）。方向の確認ができない場合（＃８でＮｏ）、所定の時間が経過したかどうかを判断し、所定の時間が経過していない場合は（＃９でＮｏ）、ステップ＃７に戻って、再度、第２の位置情報取得の動作を行う。所定の時間が経過している場合は（＃９でＹｅｓ）、自律移動装置１０は、例えば、警報ランプを点灯したり、警報音を発生したりして、異常状態であることを報知すると共に（＃１０）、ステップ＃７に戻って、再度、第２の位置情報取得の動作を行う。

ここで、予め定められた所定の時間とは、例えば、５分であり、第２の位置情報取得手段２が第２の位置情報を取得するのに十分な時間である。首尾良く、方向の確認ができた場合（＃８でＹｅｓ）、もとの目的地に向かって移動を再開する（＃１１）。移動再開の際に、位置認識異常の警報を出している場合には、これを解除する。方向の確認ができない場合とは、例えば、移動する障害物が自律移動装置１０の前方を通過する場合などであり、通過完了すれば、方向の確認が可能となる。

次に、図９〜図１１を参照して、上述の再確認動作における位置確認地点決定と再確認動作の例を説明する。これらの図に示した自律移動装置１０は、ＲＦＩＤリーダ３１を２つ備えているが、その個数は１つでも多数でもよく、ここでの説明を限定するものではない。図９において、自律移動装置１０は、移動面に複数配置されたＲＦＩＤタグ５を読みとって、第３の位置情報を得たものとする。そして、自律移動装置１０が現在位置している場所が、位置の再確認のための所定領域であるとする。

上述の所定領域における現在位置の近くには、例えば、垂直の平面を連結した構造の壁７，８，９が存在し、これらの壁７，８，９は、壁を表すラインの始点と終点の位置座標によって特定される。例えば、壁７については、始点Ｐ１、終点Ｐ２の位置座標が、記憶部２１に記憶した環境情報地図に登録されている。他の壁８，９についても同様である。これらの壁は、例えば、上述したレーザレンジファインダによって検出されるものである。

自律移動装置１０は、このような壁のラインを自己の方向検出に用いるため、制御手段４及び駆動車輪１１を介して、所定の条件を満たす壁に対面するように回転し、壁から予め定めた距離ｈの位置（これを再確認地点とする）まで移動する。この際、次に示す要領で、最短距離で移動できる点が、再確認地点として選ばれる。図９の状況において、まず、制御手段４は、自律移動装置１０の中心Ｑから、壁への垂線の足までの距離を算出する。そして、各ラインの垂線の足が、ラインの延長線上ではなく、ライン上の点であって、自律移動装置１０からその点までの間に他の壁のラインがなく、かつ、最短の点を選択する。この処理により、線分Ｌ１で示される移動経路が選択される。

次に、これとは別に、各ラインの端点Ｐ１〜Ｐ４までの距離の中で最小であって、自律移動装置１０と端点とを結ぶ直線が他の壁のラインに交差しないような端点を選択する。これにより、線分Ｌ２で示される移動経路が選択される。最後に、前記線分Ｌ１，Ｌ２のうち短い方を選択して、その線分上であって、壁から所定距離ｈにある点を再確認地点とする。図９の場合、これにより、線分Ｌ２、及び再確認地点Ｒが決定される。再確認地点Ｒが決定されると、自律移動装置１０は、線分Ｌ２に沿って移動し、再確認地点で停止すると共に、もとの位置からその点へ向かう方向をその位置での停止方向（正面方向）とする。この停止方向と、上述の壁の抽出方法によって得られる壁を表すラインの配置方向とを比較することにより、自己の方向（姿勢）を精度良く検出し認識することができる。

図１０は、自律移動装置１０が、上述の線分Ｌ１上の再確認地点Ｒに移動した状態を示す。また、図１１は、自律移動装置１０が、図９とは異なる状況のもとで選択された再確認地点Ｒに移動した例を示す。

上述の予め設定した距離ｈは、例えば、選択した点（垂線の足又は端点）を含むライン（壁）がレーザレンジファインダで十分検出できる位置であり、かつ、人等が間に入り込むことにより壁の検出ができなくなることのない距離である。また、自律移動装置１０が、再確認地点に到達する前に、第２の位置情報取得手段２で位置と方向を修正できた場合、再確認地点に到達する前に、本来の目的地に向かって移動を行う。また、再確認地点に到達して、予め定めた時間が経過しても、第２の位置情報取得手段２による方向取得ができなかった場合、自律移動装置１０は、例えば、自律移動装置本体に設置したディスプレイやランプなどの表示機器による報知や、無線通信による異常状態の連絡をする。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、センシング部２２のセンサは、自律移動装置１０の前方に設けるだけでなく、後方や左右に取り付ける構成であっても構わない。また、外部からの情報を受信するアンテナ３１は、ＲＦＩＤリーダとは限らず、ＧＰＳアンテナであってもよい。またこれらの両方を備えた構成としてもよい。ＧＰＳアンテナ３１を用いる場合、ＧＰＳアンテナ３１は、自律移動装置１０の底面ではなく、上面に配置される。この場合、ＧＰＳアンテナ３１が受信する外部からの情報は、ＧＰＳ衛星からの位置情報である。ＧＰＳアンテナ３１は、自律移動装置１０の回転中心Ｑから所定距離だけ離した位置に設けるのが望ましい。また、ビーコン航法のように、例えば、地上に電波送信用の複数のアンテナを備え、複数のアンテナからの電波を受信して位置情報を取得するものでもよい。

本発明の一実施形態に係る自律移動装置の構成を示すブロック図。同上装置の移動状態と環境状況を示す模式的平面図。同上装置が２点間を移動する際の２点における座標の関係を示す平面図。図３に示した座標軸の交点を１点に集めて角度の関係を見やすくした図。本発明の他の実施形態に係る自律移動装置の移動状態と環境状況を示す模式的平面図。同上装置が２点間を移動する際の２点における座標の関係を示す平面図。本発明の自律移動装置の移動時の動作を示すフロー図。本発明の自律移動装置が位置の再確認動作を行う際の動作を示すフロー図。同上再確認動作の様子を示す平面図。同上再確認動作における位置確認地点決定の例を示す平面図。同上再確認動作における位置確認地点決定の他の例を示す平面図。

符号の説明

１第１の位置情報取得手段
２第２の位置情報取得手段
３第３の位置情報取得手段
４制御手段
６環境情報
１０自律移動装置
２１記憶部
２２センシング部
３１アンテナ

Claims

自律的に移動する自律移動装置であって、
自己の動作情報により自己の位置及び方向を取得するデッドレコニングを用いた第１の位置情報取得手段と、
自己の移動する領域の環境情報地図を記憶する記憶部及び環境情報を取得するセンシング部を有し、前記センシング部のセンサを用いて取得した周囲の環境情報と前記記憶部に記憶した環境情報地図とを比較することにより自己の位置及び方向を取得する第２の位置情報取得手段と、
外部からの情報を受信するアンテナを有し、前記アンテナが受信した複数の自己位置に関する情報に基づいて、自己の位置及び方向を算出する第３の位置情報取得手段と、
前記第１、第２、及び第３の位置情報取得手段が取得した自己の位置及び方向を比較して現在の自己の位置及び方向を決定する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第１または第２の位置情報取得手段が取得した位置及び方向と、前記第３の位置情報取得手段が取得した位置及び方向と、の間に所定値よりも大きな差異があるとき、前記第３の位置情報取得手段が取得した位置及び方向を現在の自己の位置及び方向として決定することを特徴とする自律移動装置。
前記制御手段は、前記第３の位置情報取得手段の取得した位置が所定の領域内にあるときに、前記第２の位置情報取得手段によって少なくとも自己の方向を取得する再確認動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。