JP2017204043A - Autonomous traveling system and autonomous traveling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動移動体の移動を制御する自律移動システムおよび自律移動方法に関するものである。 The present invention relates to an autonomous movement system and an autonomous movement method for controlling movement of an automatic moving body.
従来、移動ロボットなど自律移動体の移動を制御する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。こうした自律移動体の作業空間内での移動にはSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)などの技術が用いられている。これは、レーザーレンジファインダなどの光学センサーにより周囲の形状を計測しその形状の変化から自己位置座標を推定する方法であるが、これを実際に運用する場合には事前に周辺形状を計測しておく必要がある。また、計測した周辺形状のうち自律移動体の稼働範囲を限定するためには計測された形状に対し人為的に範囲指定をする必要がある。 Conventionally, a technique for controlling the movement of an autonomous mobile body such as a mobile robot is known (see, for example, Patent Document 1). A technique such as SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) is used to move the autonomous mobile body in the work space. In this method, the surrounding shape is measured by an optical sensor such as a laser range finder, and the self-position coordinates are estimated from the change in the shape. However, when this is actually used, the surrounding shape is measured in advance. It is necessary to keep. Further, in order to limit the operating range of the autonomous mobile body among the measured peripheral shapes, it is necessary to artificially specify the range for the measured shape.
しかしながら、建設現場のように日々、時々刻々と周辺形状が変化する環境では事前の形状計測が意味を成さず、稼働範囲の設定が難しいという問題があった。このため、周辺形状の変化に左右されずに自己位置を検出して自律移動できる技術の開発が望まれていた。 However, in an environment where the peripheral shape changes every day, such as at a construction site, there is a problem that the prior shape measurement does not make sense and it is difficult to set the operating range. For this reason, there has been a demand for the development of a technology that can detect and move autonomously without being influenced by changes in the peripheral shape.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自己位置を検出して自律移動する自律移動システムおよび自律移動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an autonomous movement system and autonomous movement method that autonomously moves by detecting its own position even in an environment where the peripheral shape changes from moment to moment like a construction site The purpose is to provide.
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る自律移動システムは、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体と、この自律移動体に設けられ、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知手段と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定手段と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an autonomous mobile system according to the present invention is arranged in a preset section, and an autonomous mobile body that can move autonomously in the section, and this autonomous movement Marker position detecting means for detecting the position of a marker provided on the body and defining the section, self-position estimating means for estimating the self-position within the section based on this detection, and the estimated self-position And autonomous movement control means for controlling the autonomous movement of the autonomous mobile body based on the above.
また、本発明に係る他の自律移動システムは、上述した発明において、自律移動制御手段の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物***置検知手段と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成手段とをさらに備え、自己位置推定手段は、作成されたマップとマーカー位置検知手段による検知に基づいて区画内における自己位置を推定することを特徴とする。 Another autonomous mobile system according to the present invention is based on the detection of an object position detecting means for detecting the position of an object other than a marker during initial autonomous movement under the control of the autonomous movement control means. Map creation means for creating a map of the section, and the self-position estimation means estimates the self-position in the section based on the created map and detection by the marker position detection means.
また、本発明に係る他の自律移動システムは、上述した発明において、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されていることを特徴とする。 Another autonomous mobile system according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the section is a polygonal section, and the marker is arranged at the apex of the polygonal section.
また、本発明に係る自律移動方法は、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体から、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知工程と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定工程と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御工程とを備えることを特徴とする。 In addition, the autonomous movement method according to the present invention detects the position of a marker arranged at a position that defines a division from an autonomous mobile body that is arranged in a predetermined division and can move autonomously in the division. A marker position detecting step, a self-position estimating step for estimating the self-position within the section based on the detection, and an autonomous movement control step for controlling the autonomous movement of the autonomous mobile body based on the estimated self-position. It is characterized by.
また、本発明に係る他の自律移動方法は、上述した発明において、自律移動制御工程の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物***置検知工程と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成工程とをさらに備え、自己位置推定工程は、作成されたマップとマーカー位置検知工程による検知に基づいて区画内における自己位置を推定することを特徴とする。 Further, another autonomous movement method according to the present invention is based on the object position detection step of detecting the position of an object other than the marker during the initial autonomous movement by the control of the autonomous movement control step and the detection in the invention described above. And a map creation step of creating a map of the section, wherein the self-position estimation step estimates the self-position in the section based on the created map and detection by the marker position detection step.
また、本発明に係る他の自律移動方法は、上述した発明において、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されていることを特徴とする。 In addition, another autonomous movement method according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the section is a polygonal section, and the marker is arranged at the apex of the polygonal section.
本発明に係る自律移動システムによれば、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体と、この自律移動体に設けられ、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知手段と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定手段と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御手段とを備えるので、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体は設定された区画内を自己位置を検出しながら自律移動することができるという効果を奏する。 According to the autonomous mobile system according to the present invention, an autonomous mobile body that is arranged in a preset section and can move autonomously in the section, and is provided in the autonomous mobile body and disposed at a position that defines the section. Marker position detecting means for detecting the position of the marker that has been detected, self-position estimating means for estimating the self-position within the section based on this detection, and controlling the autonomous movement of the autonomous mobile body based on the estimated self-position Because it has autonomous movement control means, even in an environment where the surrounding shape changes every moment like a construction site, the autonomous moving body can move autonomously while detecting its own position within the set section There is an effect.
また、本発明に係る他の自律移動システムによれば、自律移動制御手段の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物***置検知手段と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成手段とをさらに備え、自己位置推定手段は、作成されたマップとマーカー位置検知手段による検知に基づいて区画内における自己位置を推定するので、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができるという効果を奏する。 According to another autonomous mobile system of the present invention, the object position detecting means for detecting the position of an object other than the marker during the initial autonomous movement under the control of the autonomous movement control means, and A map creation means for creating a map, and the self-position estimation means estimates the self-position in the section based on the created map and the detection by the marker position detection means, so it was created during the initial autonomous movement By using the map, it is possible to autonomously move while estimating the self-position within the set section with high accuracy.
また、本発明に係る他の自律移動システムによれば、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されているので、自律移動体が移動する区画を簡便に設定することができるという効果を奏する。 Further, according to another autonomous mobile system according to the present invention, the section is a polygonal section, and the marker is arranged at the apex of the polygonal section, so that the section where the autonomous mobile body moves can be simplified. There is an effect that it can be set.
また、本発明に係る自律移動方法によれば、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体から、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知工程と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定工程と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御工程とを備えるので、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体は設定された区画内を自己位置を検出しながら自律移動することができるという効果を奏する。 Moreover, according to the autonomous movement method according to the present invention, the position of the marker that is arranged in a preset section and is located at a position that defines the section from the autonomous mobile body that can move autonomously in the section. A marker position detecting step for detecting the self-position, a self-position estimating step for estimating the self-position in the section based on the detection, and an autonomous movement control step for controlling the autonomous movement of the autonomous mobile body based on the estimated self-position. Therefore, even in an environment where the peripheral shape changes from moment to moment as in the construction site, the autonomous mobile body can move autonomously while detecting its own position within the set section.
また、本発明に係る他の自律移動方法によれば、自律移動制御工程の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物***置検知工程と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成工程とをさらに備え、自己位置推定工程は、作成されたマップとマーカー位置検知工程による検知に基づいて区画内における自己位置を推定するので、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができるという効果を奏する。 Further, according to another autonomous movement method according to the present invention, an object position detection step for detecting the position of an object other than a marker during initial autonomous movement by control of the autonomous movement control step, and A map creation step for creating a map, and the self-position estimation step is performed during the initial autonomous movement because the self-location estimation step estimates the self-location within the section based on the created map and the detection by the marker position detection step. By using the map, it is possible to autonomously move while estimating the self-position within the set section with high accuracy.
また、本発明に係る他の自律移動方法によれば、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されているので、自律移動体が移動する区画を簡便に設定することができるという効果を奏する。 Further, according to another autonomous moving method according to the present invention, the section is a polygonal section, and the marker is arranged at the apex of the polygonal section. There is an effect that it can be set.
以下に、本発明に係る自律移動システムおよび自律移動方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では車輪を備えた自律移動体を例に挙げて説明するが、クローラを備える自律移動体や脚を備えるロボットなどにも本発明は適用可能であり、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of an autonomous mobile system and an autonomous mobile method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, an autonomous mobile body having wheels will be described as an example. However, the present invention can also be applied to an autonomous mobile body having a crawler, a robot having legs, and the like. It is not limited.
(自律移動システム)
まず、本発明に係る自律移動システムの実施の形態について説明する。
(Autonomous mobile system)
First, an embodiment of the autonomous mobile system according to the present invention will be described.
図1に示すように、本発明に係る自律移動システム10は、建設現場内に稼働範囲として設定した多角形状の区画12内に配置された自律移動体14と、この自律移動体14に設けられた周辺形状計測手段16と、自己位置推定手段18と、自律移動制御手段20と、マップ作成手段22とを備える。
As shown in FIG. 1, an autonomous
自律移動体14は、区画12内を自律的に移動可能な車輪を有する移動体であり、これに備わる周辺形状計測手段16、自己位置推定手段18、自律移動制御手段20、マップ作成手段22による各種の制御プログラムを実行するための図示しない演算処理装置(例えばCPU)と、当該制御プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶装置24(例えば、ROM、RAM、HDD、フラッシュメモリ)を備えている。
The autonomous
周辺形状計測手段16は、自律移動体14の周辺に存在する物体(例えば建物の壁やマーカー)などの静止物の形状を計測可能なレーザーレンジファインダなどの光学センサーを含んで構成される。この周辺形状計測手段16によって計測された周辺物体の形状は、その計測時刻とともに記憶装置24に入力され、形状データとして記憶される。また、この周辺形状計測手段16はマーカー位置検知手段26と、物***置検知手段28を備えている。
The peripheral shape measuring means 16 includes an optical sensor such as a laser range finder that can measure the shape of a stationary object such as an object (for example, a building wall or a marker) existing around the autonomous
マーカー位置検知手段26は、光学センサーによる周辺形状の計測を利用して、もしくはカメラによる画像認識を利用して、多角形の区画12の頂点部に配置されている複数のマーカーMの位置を検知するものである。より具体的には、マーカー位置検知手段26は、周辺形状計測手段16によって計測された形状と、記憶装置24に予め記憶されている既知のマーカーMの形状パターンとをパターンマッチング(重ね合わせ)することにより、各マーカーMの位置を検知する。パターンマッチングの具体的方法としては公知の方法を利用することができる。また、物***置検知手段28は、光学センサーによる周辺形状の計測を利用して、初期移動中(例えば自律移動制御手段20の制御による初期の自律移動中)にマーカーM以外の物体(例えば建物の壁)の位置を検知するものである。
The marker position detection means 26 detects the positions of a plurality of markers M arranged at the apexes of the
自己位置推定手段18は、周辺形状計測手段16による計測結果に基づいて区画内における自律移動体14の自己位置を推定するものである。周辺形状計測による自己位置の推定方法としては公知の方法を利用することができる。また、後述するように、自己位置推定手段18は、マップ作成手段22により作成されたマップとマーカー位置検知手段26による検知に基づいて区画内における自己位置を推定することができる。
The self-position estimating means 18 estimates the self-position of the autonomous
自律移動制御手段20は、推定した自己位置に基づいて自律移動体14の自律移動を制御するものであり、例えば、区画12内に予め設定した経路に沿って、自律移動体14が目的位置まで走行するように、自己位置推定手段18の推定結果を利用して自律移動体14の車輪などを駆動して自律走行を制御する。
The autonomous movement control means 20 controls the autonomous movement of the autonomous
マップ作成手段22は、物***置検知手段28の検知に基づいて区画のマップを作成するものである。上述したように、自己位置推定手段18は、作成されたマップとマーカー位置検知手段26による検知に基づいて区画12内における自己位置を推定する。このように、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、自律移動体14は、設定した区画12内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができる。
The map creating means 22 creates a map of the sections based on the detection by the object position detecting means 28. As described above, the self-position estimation unit 18 estimates the self-position within the
上記の構成によれば、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体14は設定された区画12内を自己位置を検出しながら自律移動することができる。また、区画12の頂点部にマーカーMを設置することで、自律移動体14の移動範囲である区画12を簡便に設定することができ、自律移動中においても光学センサーにより区画12を容易に検知することができる。また、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画12内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができる。
According to the above configuration, the autonomous
なお、上記の実施の形態において、例えば区画12外の管理室に管理装置を設けるとともに、自律移動体14と管理装置とを無線ネットワークを介して接続し、管理装置から自律移動体14のオンオフ、初期移動等の動作を遠隔操作するようにしてもよい。
In the above embodiment, for example, a management device is provided in a management room outside the
(自律移動方法)
次に、本発明に係る自律移動方法の実施の形態について説明する。
(Autonomous movement method)
Next, an embodiment of the autonomous movement method according to the present invention will be described.
本発明に係る自律移動方法は、上記の自律移動システム10を用いて、作業ロボットなどの自律移動体14が、予め設定した作業区画12の範囲内で自己位置を推定しながら周辺形状の変化に左右されずに自律移動する方法である。
The autonomous movement method according to the present invention uses the above-described
まず、図2に示すように、周囲に柱30が立てられた建設現場32内で、作業区画12として複数の直線で構成される多角形の区画を考える。
First, as shown in FIG. 2, a polygonal section composed of a plurality of straight lines is considered as a
次に、図3に示すように、多角形の作業区画12の頂点部にパイロンやポールなどのマーカーMとなる物体を設置し、作業区画12を規定する。
Next, as shown in FIG. 3, an object to be a marker M such as a pylon or a pole is installed at the apex of the
次に、図4に示すように、作業区画12内に自律移動体14を設置し、これに備わる周辺形状計測手段16の光学センサーにより周辺形状の計測を行ってマーカーMの探索を行う。図の自律移動体14から放射状に延びる矢印は、光学センサーの走査方向を示している。続いて、図5に示すように、計測結果からパターンマッチングによりマーカーMの位置を検知し(マーカー位置検知工程)、作業区画12と作業区画12内の自己位置を推定する(自己位置推定工程)。
Next, as shown in FIG. 4, the autonomous
図6に示すように、自律移動体14の光学センサーからマーカーMの位置を常に捕捉することで、予め設定された経路を自律移動する(自律移動制御工程)。
As shown in FIG. 6, the position of the marker M is always captured from the optical sensor of the autonomous
ここで、マーカー位置のみからでは自己位置の推定精度が低くなる可能性もある。そこで、図7に示すように、初期移動(例えば矢印Yで示す作業区画内の外周経路)を行っている間、マーカーM以外の建物の壁34など周囲の物体の形状計測を行い(物***置検知工程)、マップ作成手段22によるマップの作成を行う(マップ作成工程)。
Here, there is a possibility that the self-position estimation accuracy is lowered only from the marker position. Therefore, as shown in FIG. 7, during the initial movement (for example, the outer peripheral path in the work section indicated by the arrow Y), the shape of the surrounding object such as the
以後、マーカー位置の検知と作成したマップにより自己位置を推定しながら自律移動する。このようにすれば、高精度の自己位置推定が可能となり、自律移動の精度を向上することができる。 Thereafter, the robot moves autonomously while estimating its own position based on the detection of the marker position and the created map. In this way, highly accurate self-position estimation is possible, and the accuracy of autonomous movement can be improved.
以上説明したように、本発明に係る自律移動システムによれば、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体と、この自律移動体に設けられ、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知手段と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定手段と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御手段とを備えるので、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体は設定された区画内を自己位置を検出しながら自律移動することができる。 As described above, according to the autonomous mobile system of the present invention, an autonomous mobile body that is arranged in a preset partition and can move autonomously in the partition, and the autonomous mobile body is provided with the partition. Marker position detecting means for detecting the position of a marker arranged at a position defining the position, self-position estimating means for estimating the self-position in the section based on this detection, and an autonomous mobile body based on the estimated self-position Autonomous movement control means that controls the autonomous movement of the vehicle, so that the autonomous mobile body detects its own position within the set section even in an environment where the surrounding shape changes from moment to moment like a construction site Can move autonomously.
また、本発明に係る他の自律移動システムによれば、自律移動制御手段の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物***置検知手段と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成手段とをさらに備え、自己位置推定手段は、作成されたマップとマーカー位置検知手段による検知に基づいて区画内における自己位置を推定するので、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができる。 According to another autonomous mobile system of the present invention, the object position detecting means for detecting the position of an object other than the marker during the initial autonomous movement under the control of the autonomous movement control means, and A map creation means for creating a map, and the self-position estimation means estimates the self-position in the section based on the created map and the detection by the marker position detection means, so it was created during the initial autonomous movement By using the map, it is possible to move autonomously while accurately estimating its own position within the set section.
また、本発明に係る他の自律移動システムによれば、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されているので、自律移動体が移動する区画を簡便に設定することができる。 Further, according to another autonomous mobile system according to the present invention, the section is a polygonal section, and the marker is arranged at the apex of the polygonal section, so that the section where the autonomous mobile body moves can be simplified. Can be set to
また、本発明に係る自律移動方法によれば、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体から、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知工程と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定工程と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御工程とを備えるので、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体は設定された区画内を自己位置を検出しながら自律移動することができる。 Moreover, according to the autonomous movement method according to the present invention, the position of the marker that is arranged in a preset section and is located at a position that defines the section from the autonomous mobile body that can move autonomously in the section. A marker position detecting step for detecting the self-position, a self-position estimating step for estimating the self-position in the section based on the detection, and an autonomous movement control step for controlling the autonomous movement of the autonomous mobile body based on the estimated self-position. Therefore, even in an environment where the peripheral shape changes every moment, such as a construction site, the autonomous mobile body can move autonomously while detecting its own position within the set section.
また、本発明に係る他の自律移動方法によれば、自律移動制御工程の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物***置検知工程と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成工程とをさらに備え、自己位置推定工程は、作成されたマップとマーカー位置検知工程による検知に基づいて区画内における自己位置を推定するので、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができる。 Further, according to another autonomous movement method according to the present invention, an object position detection step for detecting the position of an object other than a marker during initial autonomous movement by control of the autonomous movement control step, and A map creation step for creating a map, and the self-position estimation step is performed during the initial autonomous movement because the self-location estimation step estimates the self-location within the section based on the created map and the detection by the marker position detection step. By using the map, it is possible to move autonomously while accurately estimating its own position within the set section.
また、本発明に係る他の自律移動方法によれば、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されているので、自律移動体が移動する区画を簡便に設定することができる。 Further, according to another autonomous moving method according to the present invention, the section is a polygonal section, and the marker is arranged at the apex of the polygonal section. Can be set to
以上のように、本発明に係る自律移動システムおよび自律移動方法は、移動ロボットなど自律移動体の移動を制御する技術に有用であり、特に、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自己位置を検出して自律移動するのに適している。 As described above, the autonomous mobile system and the autonomous mobile method according to the present invention are useful for a technique for controlling the movement of an autonomous mobile body such as a mobile robot, and in particular, the peripheral shape changes every moment as in a construction site. Even in the environment, it is suitable for autonomous movement by detecting its own position.
10 自律移動システム
12 区画、作業区画
14 自律移動体
16 周辺形状計測手段
18 自己位置推定手段
20 自律移動制御手段
22 マップ作成手段
24 記憶装置
26 マーカー位置検知手段
28 物***置検知手段
30 柱
32 建設現場
34 壁
M マーカー
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