JP2010505179A - 障害物を迂回可能な自律移動ロボット及びその方法 - Google Patents

Abstract

障害物を迂回することが可能な自律移動ロボット及びその方法が提供される。前記自律移動ロボットは、移動体と、前記移動体に連結され前記移動体の引っ張る力に比例して伸びる伸長ユニットと、前記伸長ユニットに連結された前記物体の前記引っ張る力に対応して前記移動体に向かって前記自律移動ロボットを移動させる駆動ユニットと、前記移動体の前記引っ張る力に対応して前記伸長ユニットが伸びる伸長長さによるルート情報を獲得するルート情報獲得ユニットと、前記移動体に先導されている前記自律移動ロボットの進行方向の所定距離内に位置する障害物の存在を検出する障害物検出ユニットと、前記ルート情報に基づいたルートに沿って前記自律移動ロボットが移動するように前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを含む。これにより、障害物と自律移動ロボットとの衝突を防ぐことができ、自律移動ロボットは自然に障害物を迂回することができる。

Description

本発明は、自律移動ロボットの移動制御方法に関するもので、より詳しくは、連結された移動体に先導されて移動するときに、自律移動ロボットの進行方向に存在する障害物を迂回する自律移動ロボット及びこれを用いた障害物迂回方法に関する。

近年、自律移動ロボットは、事前知識無しで未知の環境に対処できるように開発されてきた。この自律移動ロボットは様々な分野で使用されている。例えば、自律移動ロボットは、障害者を助けるため、工場で生産物を運搬するため、宇宙探査を行うため、核廃棄物投機場所や深海のような危険な環境での人間が行う仕事を代わりにするために使用される。また、自律移動ロボットは、自動ロボットクリーナー、または自動芝刈り機としても使用することができる。

多様な機能を有する自律移動ロボットは、個人には快適な生活環境を提供し、また企業には多様な分野の産業化に基づく高付加価値市場を提供するものと期待される。

自律移動ロボットには、ユーザの所望する位置に移動させることができる幾つかの装置が存在する。しかし、これらのシステムは、ユーザが自律移動ロボットの移動を肉眼で確認しなければならないという不便がある。自律移動ロボットは、障害物との衝突により損傷したり、外部物体の破損を招くおそれがある。このような自律移動ロボットは、ユーザと衝突して、ユーザに肉体的な傷をもたらす可能性がある。これらの問題に対処するため、ユーザは自律移動ロボットをより注意して操縦しなければならず、常に自律移動ロボットの移動に注意を払わなければならない。また不利なことに、所望の方向に所望の速度で自律移動ロボットを操作することは、高度の操作技術を要する。

ユーザが移動システムを所望の目的地まで容易に移動させることを可能にするため、取り付けられた連結ユニットが引っ張られた程度、方向及び長さに対応する速度で移動システムを制御する方法が提案された。この方法では、連結ユニットが引っ張られた方向を測定し、この測定された方向に対応する方向に移動システムの移動を制御することができる。

従って、ユーザは、移動システムに取り付けられたナビガイド（ｎａｖｉｇｕｉｄｅ）の連結ユニットを単純に引っ張ることで移動システムの移動を容易に制御することができる。この方法は、まるで彼／彼女が鎖を用いて犬の移動を導くように、ユーザが移動システムを容易に制御することができるという点で有利である。

しかし、この方法では、移動システムは取り付けられた連結ユニットが引っ張られた長さ及び方向を測定することで制御されるので、連結ユニットは長い長さを有する可能性がある。従って、本装置は、移動システムが障害物を迂回しながら移動するユーザのルートの後に続くことを可能にする構造を提供しない。しかし、ユーザが現在の場所で転結ユニットを引っ張る長さと方向を測定し、移動システムが測定された方向に測定された速度で移動する構造を提供する。

それゆえ、たとえユーザが障害物を迂回したとしても、ユーザの後に続く移動システムが障害物に出くわす可能性がある。移動システム（例えば、自律移動ロボット）は、障害物を迂回する命令ではなく、現在のユーザの位置に移動するという命令に基づき移動するため、障害物と衝突する危険は高くなる。従って、自律移動ロボットを障害物が存在する環境で操作する場合、ユーザは、自律移動ロボットが障害物を迂回できるように、自律移動ロボットに取り付けられた連結ユニットを引っ張って操作しなければならないという不便を経験しなければならない。

不便の問題に対処するために、距離センサを利用するという方法が提案された。しかしながら、この方法もまた以下の問題を有する。自律移動ロボットの経路の中央に障害物が存在する場合、自律移動ロボットは、どちらの方向に自律移動ロボットを回転させて障害物を迂回するかを決定しなければならない。また、自律移動ロボットは、距離センサによって検出された障害物の大きさおよび位置を検出することはできないので、自律移動ロボットが自動的に障害物の外郭に沿って移動して、障害物を迂回することは不可能である。

例えば、自律移動ロボットの経路に障害物が検出された場合、障害物がもはや検出されなくなるまで、自律移動ロボットは障害物が存在しない方向に向けて回転する。その後、もはや距離センサにより障害物が検出されない場合、自律移動ロボットは当初の経路の方向、すなわち障害物の方向に戻って移動する。従って、自律移動ロボットのこのような移動は、１つの障害物を迂回するために繰り返し起こり、望ましくないことに多くの時間を消費する。

本発明は、従来技術の前述の問題を解決するためになされた。従って、本発明の態様は、連結された移動体に先導されて移動する間に、自律移動ロボットが移動する方向に存在する障害物を迂回することができる自律移動ロボット及びこれを用いた障害物を迂回する方法を提供することである。

本発明の別の態様は、ナビガイドのような連結ユニットを介して連結された移動体に先導されて移動する間に、自律移動ロボットが出くわす障害物を迂回することができる自律移動ロボット及びこれを用いた障害物迂回方法を提供することである。

本発明の態様に従って、本発明は自律移動ロボットを提供する。前記自律移動ロボットは、移動体と、前記移動体に連結され前記移動体の引っ張る力に比例して伸びる伸長ユニットと、前記伸長ユニットに連結された移動体の引っ張る力に対応して前記移動体に向かって移動させる駆動ユニットと、前記移動体の引っ張る力に対応して前記伸長ユニットが伸びる伸長長さによるルート情報を獲得するルート情報獲得ユニットと、前記移動体によって引かれている前記自律移動ロボットの進行方向の所定の距離内に位置する障害物の存在を検出する障害物検出ユニットと、前記ルート情報に基づいたルートに沿って前記自律移動ロボットが移動するように前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを含む。

好ましくは、前記ルート情報獲得ユニットは、前記伸長ユニットに連結された前記移動体の位置情報を算出する位置算出ユニットと、前記算出された移動体の位置情報に基づいて前記伸長ユニットの前記伸長長さに従って前記駆動ユニットのルートを算出するルート算出ユニットとを含む。

前記位置算出ユニットは、前記移動体の引っ張る力に対応して前記伸長ユニットが伸びる前記伸長長さ及び方向の情報を用いて前記移動体の位置情報を算出する。前記位置算出ユニットは、ナビガイドを用いて前記伸長ユニットの伸長長さ及び方向の情報を獲得する。

前記障害物検出ユニットは、距離センサを用いて前記障害物の存在を検出する。

本発明の態様による自律移動ロボットは、前記獲得したルート情報を記憶する記憶ユニットをさらに含む。従って、前記制御ユニットは、前記障害物が存在する場合、前記記憶ユニットに記憶されたルート情報に基づき前記駆動ユニットの移動を制御する。

物体を認識する本発明の別の態様に従って、自律移動ロボットの障害物を迂回する方法が提供される。前記方法は、移動体の引っ張る力に対応して、本体に連結された伸長ユニットが連結された前記移動体に向かって前記自律移動ロボットを移動させるステップと、前記移動体の引っ張る力に対応して前記伸長ユニットが伸びる伸長長さによるルート情報を獲得するステップと、前記移動体によって先導されている前記自律移動ロボットの進行方向の所定距離内に位置する障害物の存在を検出するステップと、前記障害物が存在する場合に前記ルート情報に基づいたルートに沿って前記自律移動ロボットを移動させるステップとを含む。

好ましくは、前記ルート情報を獲得するステップは、前記伸長ユニットに連結された前記移動体の位置情報を算出するステップと、前記算出された移動体の位置情報に基づいて前記伸長ユニットの伸長長さに対応する前記自律移動ロボットのルートを算出するステップとを含む。

前記位置情報を算出するステップでは、前記移動体の引っ張る力に対応して前記伸長ユニットが伸びる伸長長さ及び方向の情報を用いて前記移動体の位置情報を算出する。

前記位置情報を算出するステップでは、ナビガイドを用いて前記伸長ユニットの伸長長さ及び方向の情報を獲得する。

前記障害物の存在を検出するステップでは、距離センサを用いて前記障害物の存在を検出する。

本発明の好ましい実施形態によると、自律移動ロボットに伸長ユニットを介して連結された移動体が移動するので、伸長ユニットが伸びた伸長長さ及び方向に基づき自律移動ロボットのルートが算出される。自律移動ロボットが移動している方向に障害物が検出される場合、算出したルートに沿って自律移動ロボットの移動を制御する。それによって、伸長ユニットが原因で移動体と自律移動ロボットとの移動時間差により引き起こされる自律移動ロボットと障害物との衝突を防ぐ。

本発明の実施形態による障害物を迂回することが可能な自律移動ロボットのブロック図を示す図である。 本発明の実施形態による自律移動ロボットを用いた障害物迂回方法のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態による移動体の位置情報を算出する過程を説明するための図である。 本発明の実施形態による自律移動ロボットと移動体であるユーザとを２次元空間上に示す図である。 本発明の実施形態によるユーザがナビガイドを用いて自律移動ロボットを移動させるとき、自律移動ロボットと障害物との間の衝突を示す図である。 図５のユーザと自律移動ロボットとの間の移動時間遅延により、それらの間で発生する衝突を避けるための障害物を迂回する方法を説明する図である。

本発明のある実施形態が、これより添付図面への参照と共に詳しく説明される。同様の参照番号は、任意の可能性がある部分において、同様の構成要素を参照することに注意すべきである。また、本発明の主題を曖昧にする可能性があるので、公知の機能及び構成についての詳細な説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態による障害物を迂回可能な自律移動ロボットのブロック図である。

図示したように、自律移動ロボットは、制御ユニット６１０、記憶ユニット６２０、駆動ユニット６３０、位置算出ユニット６４０、伸長ユニット６５０、ルート算出ユニット６６０、及び障害物検出ユニット７７０を含む。

伸長ユニット６５０は移動体６９０に連結され、自律移動ロボットの移動を導く。本実施例において伸長ユニット６５０は、移動体６９０の引っ張る力に対応して伸びる特性を有する。本実施例において移動体６９０とは、ユーザである。

制御ユニット６１０は、自律移動ロボットの全般的な動作を制御する。本発明の実施形態に従って、制御ユニット６１０は、移動体６９０に先導された自律移動ロボットのルートの算出及び障害物と出くわしたとき自律移動ロボットが動く方向を制御する。

記憶ユニット６２０は、自律移動ロボットの動作に必要なプログラムを記憶する。本発明の実施形態に従って、記憶ユニット６２０は、自律移動ロボットのルートを算出及び障害物の存在を検出するために必要なプログラムを記憶する。

駆動ユニット６３０は、制御ユニット１１０の制御下で自律移動ロボットの進行に必要な動作を行う。本発明の実施形態に従って、制御ユニット６１０は、伸長ユニット６５０に連結された移動体６９０の進行方向に対応する方向に自律移動ロボットが移動するように駆動ユニット６３０を制御する。

位置算出ユニット６４０は、移動体６９０に連結された伸長ユニット６５０が引っ張られた長さ及び移動方向に基づき移動体６９０の位置を算出する。ここで、移動体６９０は、ユーザである。また、位置算出ユニット６４０は、移動体６９０に連結された伸長ユニット６５０が引っ張られた長さ及び方向についての情報を獲得するため、ナビガイドを用いることができる。

ルート算出ユニット６６０は、位置算出ユニット６４０により算出された移動体６９０の位置情報に基づいて自律移動ロボットのルートを算出する。ここで、制御ユニット６１０は移動体６９０の位置情報に基づいて算出されたルート情報を記憶ユニット６２０に記憶する。

障害物検出ユニット６７０は、自律移動ロボットが移動体６９０に先導されている間、自律移動ロボットの進行方向の所定距離内に位置する障害物を検出する。ここで、障害物検出ユニット６７０は、自律移動ロボットに装着される距離センサを用いて障害物の存在を検出する。

このように、障害物検出ユニット６７０が障害物を検出するときは、制御ユニット６１０は、自律移動ロボットが移動体６９０の引っ張ることにより作成された移動命令を無視するが、記憶されたルート情報に基づいて進行するように、駆動ユニット６３０を制御する。

従って、移動方向を操作する移動体６９０に連結された自律移動ロボットを所望の位置に移動させる場合、自律移動ロボットが障害物と衝突しないことで、機器の破損を防止する。また、自律移動ロボットがユーザと衝突しないので、ユーザは負傷しない。また、衝突が防止されるので、ユーザは自律移動ロボットの動作を容易に操作することもできる。

図２は、本発明の実施形態による自律移動ロボットを用いた障害物を迂回する方法を示すフローチャートである。

図示されたように、制御ユニット６１０は、移動体６９０が伸長ユニット６５０を引っ張る通りに作成された自律移動ロボットの移動命令を、駆動ユニット６３０に入力する（Ｓ１１０）。従って、自律移動ロボットは、伸長ユニット６５０を介して連結された移動体６９０に先導されることで移動する（Ｓ１２０）。

制御ユニット６１０は、伸長ユニット６５０が伸びる長さ及び方向に基づいて移動体６９０の位置情報を算出するように位置算出ユニット６４０を制御する（Ｓ１３０）。すなわち、位置算出ユニット６４０は、ナビガイドを用いて伸長ユニット６５０が伸びる長さと方向との情報を獲得し、この獲得した情報に基づき移動体６９０の位置情報を算出する。

移動体６９０の位置情報が算出されるとき、制御ユニット６１０は、移動体６９０の位置情報に基づいて自律移動ロボットのルートを算出するようにルート算出ユニット６６０を制御する（Ｓ１４０）。次いで、制御ユニット６１０は、移動体６９０の算出した位置情報に基づいたルート情報を記憶ユニット６２０に保存する（Ｓ１５０）。

制御ユニット６１０は、移動体６９０の操作により自律移動ロボットが移動している間、進行方向の所定距離内に位置する障害物を検出するように障害物検出ユニット６７０を制御する（Ｓ１６０）。

障害物検出ユニット６７０によって障害物が検出される場合、制御ユニット６１０は、移動体６９０から受け取った移動命令に従わないで、記憶ユニット６２０から移動体６９０のルート情報を抽出する（Ｓ１７０）。従って、制御ユニット６１０は、抽出されたルート情報に基づき自律移動ロボットが進行するように駆動ユニット６３０を制御する（Ｓ１８０）。

図３は、本発明の実施形態による移動体の位置情報算出の過程を説明するための図である。

ここで、移動体６９０の位置情報を算出するため、位置算出ユニット６４０はナビガイドを用いる。ナビガイドの具体的な構造及び原理は公知であるため、これに関する詳細な説明は省略する。位置算出ユニット６４０は、備えられたナビガイド１５０を用いて移動体６９０（図面ではユーザ１１０）によって引っ張られた紐（例えば、伸長ユニット６５０）の伸長長さＬ１４０と方向α１３０を検出及び算出して、算出された長さ及び距離の情報を制御ユニット６１０に与える。

制御ユニット６１０は、伸長ユニット６５０が伸びた長さＬ及び方向αの情報を受け取り、この受け取ったデータを用いて、自律移動ロボットの移動速度と移動方向とを制御する。制御器６１０は、移動体１１０に関する距離Ｌ及び方向αの情報を、自律移動ロボットが移動する環境における２次元空間座標に表示する。

図３を参照すると、位置算出ユニット６４０のナビガイド１５０は２次元座標の原点（０，０）に設定される。その結果、ユーザ１１０の２次元座標（ｘ，ｙ）を、原点に基づいて容易に獲得することができる。ユーザ１１０によって引っ張られた紐の長さＬ１４０と方向α１３０との情報は、既に知られているので、ナビガイド１５０に基づいて計算された、ユーザ１１０の位置情報を、２次元座標の

として表現することができる。

図４は、本発明の実施形態による自律移動ロボットと移動体であるユーザとを２次元空間上に示す図である。

図５は、本発明の実施例によるユーザがナビガイドを用いて自律移動ロボットを移動させる場合の、自律移動ロボットと障害物との間の衝突を示す例示的な図である。

図５に示すように、ユーザ３２０は、位置算出ユニット６４０のナビガイドに連結された紐を引っ張って自律移動ロボット３４０を移動させる。このため、ユーザ３２０と自律移動ロボット３４０との間にナビガイドに連結された紐の伸長長さに応じて移動時間遅延（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ）が発生する。

即ち、たとえユーザが障害物を避けて移動したとしても、自律移動ロボット３５０は障害物３１０をまだ迂回していない。しかしながら、ナビガイドの移動命令はユーザ３３０の現在位置に向けて自律移動ロボット３５０が移動するように制御するので、自律移動ロボット３５０と障害物３１０との間に衝突が発生する。従って、本発明は、自律移動ロボット３５０とユーザ３３０との間の移動時間遅延によって引き起こされるこの問題に対処する役割を果たすことができる。

図６は、図５のユーザと自律移動ロボットとの間の移動時間遅延が原因で発生する、障害物と自律移動ロボットとの間の衝突を防ぐ方法を説明するための図である。

図６を参照すると、本発明の実施形態は、自律移動ロボット４２０がユーザ４３０のルート４４０に従って進む移動制御命令により障害物と自律ロボット４２０との間の衝突を防ぐ方法を提示する。

図６に示すようにユーザ４３０が障害物４１０の周りを移動する場合、自律移動ロボット４２０は障害物４１０と衝突する可能性がある。しかしながら、本発明に従って、自律移動ロボット４２０は、移動中にユーザ４３０のルート４４０を記憶する。それゆえ、距離センサが障害物４１０との衝突が発生するかもしれないことを検出する場合、自律移動ロボット４２０はこの記憶されたルート情報４４０に基づいて移動することにより、障害物との衝突を防ぐことができる。

好ましい実施形態に関連して本発明を図示及び説明してきたが、添付した特許請求の範囲によって定義されるような本発明の趣旨及び範囲から外れなければ、変更及び変化をなすことができることが、当業者によって理解される。

本発明は、移動体の後について動くとき、障害物と衝突することなく安全に移動することができる自律移動ロボットの分野に適用することができる。

Claims (11)

1. 移動体と、
   前記移動体に連結され、前記移動体の引っ張る力に比例して伸長する伸長ユニットと、
   前記伸長ユニットに連結された前記物体の前記引っ張る力に対応して前記移動体に向かって自律移動ロボットを移動させる駆動ユニットと、
   前記移動体の前記引っ張る力に対応して前記伸長ユニットが伸びる伸長長さによるルート情報を獲得するルート情報獲得ユニットと、
   前記移動体に先導される前記自律移動ロボットの進行方向の所定距離内に位置する障害物の存在を検出する障害物検出ユニットと、
   前記ルート情報に基づいたルートに沿って前記自律移動ロボットが移動するように前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを備えることを特徴とする自律移動ロボット。
2. 請求項１に記載の自律移動ロボットにおいて、前記ルート情報獲得ユニットは、
   前記伸長ユニットに連結された前記移動体の位置情報を算出する位置算出ユニットと、
   前記算出された前記移動体の位置情報に基づいて、前記伸長ユニットの前記伸長長さによる前記駆動ユニットのルートを算出するルート算出ユニットとを備えることを特徴とする自律移動ロボット。
3. 前記位置算出ユニットは、前記移動体の引っ張る力に対応して前記伸長ユニットが伸びる前記伸長長さ及び方向の情報を用いて前記移動体の位置情報を算出することを特徴とする請求項２に記載の自律移動ロボット。
4. 前記位置算出ユニットは、ナビガイドを用いて前記伸長ユニットの前記伸長長さ及び方向の情報を獲得することを特徴とする請求項３に記載の自律移動ロボット。
5. 前記障害物検出ユニットは、距離センサを用いて前記障害物の存在の有無を検出することを特徴とする請求項１に記載の自律移動ロボット。
6. 前記獲得したルート情報を記憶する記憶ユニットをさらに備える請求項１に記載の自律移動ロボットにおいて、
   前記制御ユニットは、前記障害物が存在するとき、前記記憶ユニットに記憶された前記ルート情報に基づき前記駆動ユニットの移動を制御することを特徴とする自律移動ロボット。
7. 本体に連結された伸長ユニットに連結された移動体に向かって、前記移動体の引っ張る力に対応して、前記自律移動ロボットを移動させるステップと、
   前記移動体の引っ張る力に対応して前記伸長ユニットが伸びる伸長長さによるルート情報を獲得するステップと、
   前記移動体に先導されている前記自律移動ロボットの進行方向の所定距離内に位置する障害物の存在の有無を検出するステップと、
   前記障害物が存在するとき、前記ルート情報に基づいたルートに沿って前記自律移動ロボットを移動させるステップとを備えることを特徴とする自律移動ロボットの障害物を迂回する方法。
8. 前記ルート情報を獲得するステップは、
   前記伸長ユニットに連結された前記移動体の位置情報を算出するステップと、
   前記算出された前記移動体の位置情報に基づいて、前記伸長ユニットの伸長長さに対応する前記自律移動ロボットのルートを算出するステップとを備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記位置情報を算出するステップでは、前記移動体の前記引っ張る力に対応して前記伸長ユニットが伸びる伸長長さ及び方向の情報を用いて前記移動体の前記位置情報を算出することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記位置情報を算出するステップでは、ナビガイドを用いて前記伸長ユニットの前記伸長長さ及び方向の前記情報を獲得することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記障害物の存在を検出するステップでは、距離センサを用いて前記障害物の前記存在を検出することを特徴とする請求項７に記載の方法。

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