JP5826795B2 - 自律移動体、その制御システム、および自己位置検出方法 - Google Patents
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Description
自己位置の検出をおこなう自律移動体であって、
ビームを照射して距離を計測するセンサ部と、
自律移動体の移動領域に在る障害物の位置情報、および当該障害物が上記ビームにより測距できる障害物であるか否かの情報を含む環境地図と、移動軌跡上において既に検出された自己位置とに基づいて、当該検出された自己位置から求められる推定自己位置から上記測距できる障害物に向かうビームの光線方向を特定する特定部と、
上記特定された光線方向のビームによって計測される自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とする検出部とを備えていることを特徴としている。
ビーム式のセンサ部を備え、
上記ビームを照射して距離を計測する計測手段と、
上記自律移動体の移動領域に在る障害物の位置情報、および当該障害物が上記ビームにより測距できる障害物であるか否かの情報を含む環境地図と、移動軌跡上において既に検出されている自己位置とに基づいて、当該検出された自己位置から求められる推定自己位置から上記測距できる障害物に向かうビームの光線方向を特定する特定手段と、
上記特定された光線方向のビームによる自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とする自己位置検出手段と、
上記自己位置検出手段によって上記推定自己位置を修正して得られる自己位置に基づいて自律移動体の走行を制御する走行制御手段とを備えることを特徴としている。
ビーム式のセンサ部を備えた自律移動体の自己位置検出方法であって、
上記ビームを照射して距離を計測する計測工程と、
上記自律移動体の移動領域に在る障害物の位置情報、および当該障害物が上記ビームにより測距できる障害物であるか否かの情報を含む環境地図と、移動軌跡上において既に検出されている自己位置とに基づいて、当該検出された自己位置から求められる推定自己位置から上記測距できる障害物に向かうビームの光線方向を特定する特定工程と、
上記特定された光線方向のビームによる自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とする自己位置検出工程とを含むことを特徴としている。
以下に、本発明に係る自律移動体の一実施形態を説明する。本実施形態1では、自律移動体の一例である清掃ロボットを挙げて説明するが、本発明は清掃ロボットに限定されるものではない。
レーザーレンジファインダー20、清掃ロボット1の前方に配設されている。レーザーレンジファインダー20は、清掃ロボット1の前方に対して所定の広がり角度でレーザ光を照射するための光源と、光源より照射されたレーザ光の反射光を受光するための受光部とを備えている。そして、レーザ光の照射した角度と、反射するまでに要した時間に基づいて、レーザ光の反射した障害物の位置を検出する、いわゆるTOF(Time of flight)の原理による障害物検知(センシング)が行われる。
演算部30は、清掃ロボット1全体の動作を制御する。演算部30は、記憶部としてのメモリなどの記憶領域と、図4に示す自己位置検出部31と、走行制御部32とを有している。
上記記憶領域は、制御信号に基づいて清掃ロボット1の移動速度や移動方向、移動距離などを制御するためのプログラムとともに、清掃ロボット1の移動領域とその領域内に存在する障害物(壁)の位置および形状に関する情報を含む環境地図を記憶する領域である。
自己位置検出部31は、自己位置を検出する手法としてMonte Carlo Localizationを用いる。この方法は、パーティクルフィルタ法を位置推定に適用した手法である。具体的には、ロボットの姿勢を示すパラメータ(位置 (x, y),方向 θ)で張られる空間に、確率を重みとして持つパーティクル(パーティクルはロボットの姿勢の解候補)を多数分布させる。そして、xyθ 空間の任意の領域にロボットが存在する確率を、その領域中に存在するパーティクルの重みの合計として近似表現する。さらにパーティクルの重み(後述する尤度)に従って、パーティクルを再配布することによって清掃ロボット1(図1)が存在する確率が高い位置を中心とするパーティクルの分布が得られる。存在確率は、現実のセンサ測定結果と、解候補の位置において得られるはずの測定結果とを、環境地図上から計算によって算出する。
走行制御部32は自己位置検出部31から送られた自己位置の情報に基づいて、目的の行動とるようモーター50(図1)に指令を送る。また、環境地図を参考にして、壁を避けて走行する。その場合、前述したレーザーレンジファインダー20によって正しく測距できない壁も避けて走行する。
本実施形態1によれば、測距できる壁を用いて自己位置を検出することから、複雑な鏡壁やガラス壁(つまりレーザーレンジファインダーによって正しく測距できない壁)がある環境、正しく測距できる壁が少ない環境においても適切に自己位置を検出することができる。
本発明の他の実施形態について、図9に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
上述の実施形態3では、隣接する光線方向で距離の変化が閾値以下の要素を抽出したが、上述の実施形態1の図6に示す自己位置推定フローチャートのステップS103において、自己位置検出部31は、隣接する上記光線方向の距離の差が閾値を超える場合、当該隣接する光線方向のビームは互いに異なる壁に照射されているとみなし、測距できる壁を複数検出した場合には、当該複数の測距できる壁のそれぞれの壁において信頼度が高い光線方向を特定して尤度計算に優先的に選択してもよい。
清掃ロボット1の演算部30の制御ブロック(特に自己位置検出部31)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
上記の課題を解決するために、本発明の形態1に係る自律移動体(清掃ロボット1)は、自己位置の検出をおこなう自律移動体(清掃ロボット1)であって、
ビーム(レーザー光)を照射して距離を計測するセンサ部(レーザーレンジファインダー20)と、
上記自律移動体(清掃ロボット1)の移動領域に在る障害物(壁41)の位置情報、および当該障害物(壁41)が上記ビームにより測距できる障害物(壁41)であるか否かの情報を含む環境地図と、移動軌跡上において既に検出された自己位置X(t−1)とに基づいて、当該検出された自己位置X(t−1)から求められる推定自己位置(自己位置候補X´(t−1))から上記測距できる障害物(壁41a)に向かうビームの光線方向を特定する特定部(自己位置検出部31)と、
上記特定された光線方向のビームによる自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物(壁41a)までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物(壁41a)までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とする検出部(自己位置検出部31)とを備えていることを特徴としている。
上記特定部(自己位置検出部31)は、上記ビームの光線方向を複数特定し、
上記検出部(自己位置検出部31)は、上記複数の光線方向のそれぞれに信頼度を付け、信頼度の高い光線方向のビームによって計測される上記自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物(壁41a)までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物(壁41a)までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とすることができる。
上記検出部(自己位置検出部31)は、上記複数の光線方向のビームのうちの隣接する二つのビームによってそれぞれ計測される上記測距できる障害物(壁41a)までの距離の差が閾値以下である場合、当該隣接する二つのビームは同一の障害物(壁41a)に照射されているとみなし、当該障害物(壁41a)の中央部に向かうビームの光線方向の上記信頼度を、当該中央部の周辺部に向かうビームの光線方向の上記信頼度よりも高くすることができる。
上記検出部(自己位置検出部31)は、上記距離の差が閾値を超える場合、上記隣接する二つのビームは互いに異なる障害物(壁41a)に照射されているとみなし、
上記検出部(自己位置検出部31)は、上記測距できる障害物(壁41a)を複数検出した場合には、当該複数の測距できる障害物(壁41a)のそれぞれにおいて信頼度が高い光線方向のビームによって計測される上記自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物(壁41a)までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物(壁41a)までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とすることができる。
上記環境地図は、上記移動領域内において一定間隔に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで作成されるグリッドマップであるか、もしくは、上記移動領域内において障害物オブジェクトを図形の種類、位置、寸法で記述するオブジェクトマップを用いることができる。
ビーム式のセンサ部(レーザーレンジファインダー20)を備え、
上記ビームを照射して距離を計測する計測手段と、
上記自律移動体(清掃ロボット1)の移動領域に在る障害物の位置情報、および当該障害物が上記ビームにより測距できる障害物であるか否かの情報を含む環境地図と、移動軌跡上において既に検出されている自己位置とに基づいて、当該検出された自己位置から求められる推定自己位置から上記測距できる障害物(壁41a)に向かうビームの光線方向を特定する特定手段と、
上記特定された光線方向のビームによる自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物(壁41a)までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物(壁41a)までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とする自己位置検出手段と、
上記自己位置検出手段によって上記推定自己位置を修正して得られる自己位置に基づいて自律移動体の走行を制御する走行制御手段とを備えることを特徴としている。
ビーム式のセンサ部(レーザーレンジファインダー20)を備えた自律移動体(清掃ロボット1)の自己位置検出方法であって、
上記ビームを照射して距離を計測する計測工程と、
上記自律移動体の移動領域に在る障害物の位置情報、および当該障害物の壁が上記ビームにより測距できる壁か否かの情報を含む環境地図と、移動軌跡上において既に検出されている自己位置とに基づいて、当該検出された自己位置から求められる推定自己位置から上記測距できる壁に向かうビームの光線方向を特定する特定工程と、
上記特定された光線方向のビームによる自律移動体の現実の位置から上記測距できる壁までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる壁までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とする自己位置検出工程とを含むことを特徴としている。
2 駆動輪
3 従輪
4 バッテリ
5 洗浄液タンク
6 洗浄液吐出部
7 廃液タンク
8 廃液吸引口
9 清掃ブラシ
10 ブラシモーター
11 筐体
12 保護部材
13 操作パネル
14 非常停止スイッチ
15 走行制御レバー
16 把手
20 レーザーレンジファインダー(センサ部)
30 演算部(特定部、検出部)
31 自己位置検出部(特定部、検出部)
32 走行制御部
41 壁(障害物)
41a 正しく測距できる壁(測距できる障害物)
41b 正しく測距できない壁(測距できない障害物)
50 モーター
60、60´ 環境地図
Claims (6)
- ビームを照射して距離を計測するセンサ部と、
自律移動体の移動領域に在る障害物の位置情報、および当該障害物が上記ビームにより測距できる障害物であるか否かの情報を含む環境地図と、移動軌跡上において既に検出された自己位置とに基づいて、当該検出された自己位置から求められる推定自己位置から上記測距できる障害物に向かうビームの光線方向を特定する特定部と、
上記特定された光線方向のビームによって計測される自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とする検出部とを備えていることを特徴とする自律移動体。 - 上記特定部は、上記ビームの光線方向を複数特定し、
上記検出部は、上記複数の光線方向のそれぞれに信頼度を付け、信頼度の高い光線方向のビームによって計測される上記自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とすることを特徴とする請求項1に記載の自律移動体。 - 上記検出部は、上記複数の光線方向のビームのうちの隣接する二つのビームによってそれぞれ計測される上記測距できる障害物までの距離の差が閾値以下である場合、当該隣接する二つのビームは同一の障害物に照射されているとみなし、当該障害物の中央部に向かうビームの光線方向の上記信頼度を、当該中央部の周辺に向かうビームの光線方向の上記信頼度よりも高くすることを特徴とする請求項2に記載の自律移動体。
- 上記検出部は、上記距離の差が閾値を超える場合、上記隣接する二つのビームは互いに異なる障害物に照射されているとみなし、
上記検出部は、上記測距できる障害物を複数検出した場合には、当該複数の測距できる障害物のそれぞれにおいて信頼度が高い光線方向のビームによって計測される上記自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とすることを特徴とする請求項3に記載の自律移動体。 - ビーム式のセンサ部を備えた自律移動体の自律移動制御システムであって、
上記ビームを照射して距離を計測する計測手段と、
上記自律移動体の移動領域に在る障害物の位置情報、および当該障害物が上記ビームにより測距できる障害物であるか否かの情報を含む環境地図と、移動軌跡上において既に検出されている自己位置とに基づいて、当該検出された自己位置から求められる推定自己位置から上記測距できる障害物に向かうビームの光線方向を特定する特定手段と、
上記特定された光線方向のビームによる自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とする自己位置検出手段と、
上記自己位置検出手段によって上記推定自己位置を修正して得られる自己位置に基づいて自律移動体の走行を制御する走行制御手段とを備えることを特徴とする自律移動制御システム。 - ビーム式のセンサ部を備えた自律移動体の自己位置検出方法であって、
上記ビームを照射して距離を計測する計測工程と、
上記自律移動体の移動領域に在る障害物の位置情報、および当該障害物が上記ビームにより測距できる障害物であるか否かの情報を含む環境地図と、移動軌跡上において既に検
出されている自己位置とに基づいて、当該検出された自己位置から求められる推定自己位置から上記測距できる障害物に向かうビームの光線方向を特定する特定工程と、
上記特定された光線方向のビームによる自律移動体の現実の位置から上記測距できる障害物までの距離と、上記環境地図から計算される上記自律移動体の位置の解候補から当該測距できる障害物までの距離とに基づいて上記推定自己位置を修正して自己位置とする自己位置検出工程とを含むことを特徴とする自己位置検出方法。
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