JP4462156B2 - 自律移動装置 - Google Patents
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Description
図4は、目的地Tを含む走行領域、及び略対向する境界21の一部を示している。図中に示す自律移動装置1は、矢印が添えられており、矢印の向きは自律移動装置1の向きを示す(矢印の向きに走行する)。自律移動装置1は、各境界21に沿って移動するとともに、一方の境界21から他方の境界21まで移動する。図中の点Aには第2仮目的地P2が設定され、点Bには第1仮目的地P1が設定され、点Cには第2仮目的地P2が設定される。
次に、図5、図6を参照して、経路生成手段14による境界形状の取得と、第1仮目的地P1の方向を決める角度(境界の方位角)の決定について説明する。図5は点Aにおいて自律移動装置1が、その前方の物理的な境界を検出している様子を示し、図6は境界の方位角(すなわち境界形状)を求める手順を示す。ここでは、走行領域の境界が、上述した物理的な境界であって、レーザレーダなどによって、その位置と距離を測定可能なものとする。
2D Laser Rangefinder、 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation、 P.2538−2543(2000))に示された方法がある。この方法によると、例えば、環境情報取得手段12の距離センサとして、レーザレンジファインダ(LRF)を用いて、自律移動装置1の進行方向水平面を一定角度毎にスキャンして距離を測定し、前方に存在する物体までの距離測定点の集合(スキャンデータ)から壁を抽出することができる。すなわち、ある線分上に測定点が分布するとき、その線分を壁と見做すものであり、以下、その線分をスキャンセグメントと呼ぶ。
次に、図7、図8を参照して、経路生成手段14による地図の情報に基づいた境界形状の取得と、第1仮目的地P1の方向を決める角度(境界の方位角)の決定について説明する。図7は点Aにおいて自律移動装置1が、その前方の概念的な境界を検出している様子を示し、図8は境界の方位角(すなわち境界形状)を求める手順を示す。ここで説明する方法は、走行領域の境界が、概念的な境界であって、レーザレーダなどによって検出できない境界の場合、又は、距離センサなどを用いない場合に、走行領域の境界形状を決定する方法である。
d=(Vme×Ums−Vms×Ume)/(Vme−Vms)、によって求められる。
図9(a)(b)を参照して、第1仮目的地P1の設定を説明する。上述したように、スキャンセグメントsseg、又は、マップセグメントmseg(これらを総称して、境界セグメントsegと呼ぶことにする)を用いて、その方位角θss、又はθms(総称して、θs)で表現された、走行領域の境界形状が取得された。そこで、自律移動装置1から臨む最終の目的地Tの方向を考慮して、現在の第2仮目的地P2の位置から方位角θsの(正又は負の)方向に所定距離L1進んだ位置に、第1仮目的地P1を設定することができる。
α2t≧0のとき、θ1=θs、とし、
α2t<0のとき、θ1=θs−π、とすればよい。ここで、θ1は、上述したように、2πを足すか引くかして、−π<θ1≦π、とする。
X1=cos(θ1)×L1+X2、
Y1=sin(θ1)×L1+X2、によって求められる。
次に、図10を参照して、第2仮目的地P2の設定を説明する。点Aの第2仮目的地P2から、点Bの第1仮目的地P1に到達し、その第1仮目的地P1の位置する境界21に対し走行領域を挟んで略対向する他の境界21近傍の点Cにおける次の第2仮目的地P2を設定する際に、今いる第1仮目的地P1に向かうため前の点Aにおける第2仮目的地P2において回転した回転方向(図の場合左回り)と同じ回転方向に点Bにおける第1仮目的地P1を中心として所定の角度β、例えば、β=90度、回転した方向の方位角φであって、第1仮目的地P1から所定の距離L2だけ進んだ点Cの位置に、次の第2仮目的地P2を設定する。
α2t≧0のとき、φ=θ1+β、とし、
α2t<0のとき、φ=θ1−β、とすればよい。ここで、β=π/2ラジアン(90度)である。そして、第2仮目的地P2の位置座標(X2,Y2)は、第1仮目的地P1の位置座標(X1,Y1)、方位角φ、及び、所定の距離L2を用いて、
X2=cos(φ)×L2+X1、
Y2=sin(φ)×L2+Y1、によって求められる。そして、点Aにおける方位角θ2に対応して定義される点Cにおける方位角φ2は、上述の方位角φの値域を±πの範囲(−π<φ2≦π)に換算して得られる。
次に、図11、図12を参照して、第2仮目的地P2を設定する他の例を説明する。点Aの第2仮目的地P2から点Bの第1仮目的地P1に到達し、その第1仮目的地P1の位置する境界21に対し走行領域を挟んで略対向する他の境界21近傍の点Cにおける次の第2仮目的地P2を設定する際に、今いる第1仮目的地P1に向かうため前の点Aにおける第2仮目的地P2において回転した回転方向(図の場合左回り)と同じ回転方向に点Bにおける第1仮目的地P1を中心として所定の角度β、例えば、β=90度だけ回転した方向の方位角φであって、第1仮目的地P1から次に向かう第2仮目的地P2までの距離L2を記憶手段11に記憶した地図の情報に基づいて決定した距離とした位置、すなわち図の点Cにおける位置に、次の第2仮目的地P2を設定する。なお、距離L2の値は、略対向する2つの境界21の間隔がほぼ一定の場合などには、地図の情報に基づいて決定するのではなく、予め設定した所定の距離を用いるようにしてもよい。この場合には、後述の地図情報に基づく距離L2決定の手順は、省略される。
α2t≧0のとき、φ=θ1+β、とし、
α2t<0のとき、φ=θ1−β、とすればよい。ここで、β=π/2ラジアン(90度)である。そして、上述同様に方位角φに対して値域の換算を行って、点Cにおける方位角φ2(−π<φ2≦π)が得られる。
次に、移動中に障害物に遭遇したときの処置の例を説明する。自律移動装置1が、障害物を回避しつつ移動中に第2仮目的地P2に対し予め定めた距離に接近した場合、障害物回避を停止するとともに次の第1仮目的地P1を設定する。このような第1仮目的地P1の設定を行うことにより、地図の情報を記憶手段11に記憶した後に走行領域内に配置された物体、つまり障害物が存在した場合においても、当初予定の塗りつぶし作業のための走行が可能となる。障害物が走行路上にある場合はこれを回避し、境界付近にあって回避不能の場合は次の仮目的地に向かうことにするので、障害物に対して動的に対応して効率良く塗りつぶし作業ができる。
次に、第1仮目的地の設定に際して事前に準備した判断条件を参照する例を説明する。図14は、上述した自律移動装置1とは別の実施形態に係る自律移動装置1についてのブロック構成を示し、図15は自律移動装置1が不適切な走行を行う例を示し、図16は、本実施形態の自律移動装置1による適切な走行の例を示す。本実施形態の自律移動装置1では、走行領域の境界形状の情報と、その境界形状に沿って第1仮目的地を設定するか否かの判断条件の情報が、記憶手段11に記憶された地図の情報に含まれている。
次に、矩形でない領域を塗りつぶし移動する際の、塗りつぶし残しをより少なくする方法を説明する。図17(a)は矩形でない走行領域を示し、図17(b)は前記走行領域の曲がった境界領域部分を自律移動装置が不適切に走行する様子を示し、図18は、前記曲がった境界領域部分をより適切に走行する様子を示す。図18(b)において、曲がった境界21に沿って移動して、第1仮目的地P1を設定しているので、塗りつぶし残しの領域4が発生している。
2 走行領域
11 記憶手段
12 環境情報取得手段
13 自己位置取得手段
14 経路生成手段
15 走行手段
16 走行制御手段
18 判断部
21,22 境界
14a 経路
P1 第1仮目的地
P2 第2仮目的地
T 目的地
Claims (4)
- 目的地の情報を含む走行のための各種パラメータ及び走行領域の地図を記憶する記憶手段と、周囲の物体との距離を検出する距離センサと、地図上における自己位置を取得する自己位置取得手段と、前記地図上における自己位置及び記憶手段に記憶された目的地をもとに走行するための経路を生成する経路生成手段と、走行を行う走行手段と、前記自己位置取得手段により自己位置を認識するとともに前記周囲の物体に接近したときに当該周囲の物体を回避しつつ前記経路生成手段の生成した経路に基づいて前記走行手段を制御して前記目的地まで走行する走行制御手段と、を備えた自律移動装置において、
前記経路生成手段は、前記走行領域の境界形状に沿って所定距離だけ進んだ方向に第1仮目的地を設定し、前記第1仮目的地の位置する境界に対し走行領域を挟んで略対向する他の境界近傍に第2仮目的地を設定し、このような第1仮目的地及び第2仮目的地の設定を交互に行うとともにこれらの仮目的地を順次接続して走行用の経路を生成するものであり、
前記各第1仮目的地設定に際して、前記距離センサにより検出された周囲の物体との距離をもとに取得できる走行領域の境界形状、または前記距離センサによる物体との距離検出に基づく走行領域の境界形状を取得できない場合に前記記憶手段に記憶された地図から取得した境界形状に基づいて当該各第1仮目的地を設定することを特徴とする自律移動装置。 - 前記経路生成手段は、第1仮目的地設定時に前記距離センサによる物体との距離検出に基づく走行領域の境界形状の取得ができない場合、予め設定した角度の方向に第1仮目的地を設定することを特徴とする請求項1記載の自律移動装置。
- 前記記憶手段に記憶された地図には、走行領域の境界形状の情報と、その境界形状に沿って第1仮目的地を設定するか否かの判断条件の情報とが含まれており、
前記経路生成手段は、前記地図上の判断条件を参照する判断部を有し、
前記判断部は、前記経路生成手段が第1仮目的地を設定する際に、前記距離センサにより取得した境界形状に対応する地図上の判断条件を参照して、当該境界形状に沿って第1仮目的地を設定するか否かを決定することを特徴とする請求項1記載の自律移動装置。 - 前記経路生成手段は、現在位置である第2仮目的地から前回の第1仮目的地と境界形状に沿って設定される次の第1仮目的地とを見込む角が鈍角であるときには、前回の第2仮目的地から前回の第1仮目的地に向かった方向と平行な方向に次の第1仮目的地を設定することを特徴とする請求項1記載の自律移動装置。
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