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技術 自律走行装置とプログラムおよび記録媒体

出願人 パナソニック株式会社
発明者 甲田哲也中谷直史山浦泉江口修栗本和典恩田雅一
出願日 2007年2月1日 (13年10ヶ月経過) 出願番号 2007-022686
公開日 2008年8月21日 (12年4ヶ月経過) 公開番号 2008-191738
状態 未査定
技術分野 電気掃除機(2) 移動体の位置、進路、高度又は姿勢の制御
主要キーワード 走行ずれ 床面状態 部屋面積 電池使用量 電池量 摩擦計 基本走行 自律走行装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年8月21日)のものです。
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図面 (10)

課題

往復走行工程の終了検知を精度よく行うことができるようにした自律走行装置を提供することを目的とする。

解決手段

部屋情報を記憶する部屋情報記憶手段1と、部屋情報から基準となる往復回数を計算し、基本往復回数として出力する往復回数計算手段2と、基本往復回数から基本走行時間を計算する走行時間計算手段3と、終了時刻入力手段4と、基本走行時間と終了時刻から走行開始時間を決定する走行開始時間決定手段5と、計測走行時間手段6と、基本走行時間と計測走行時間手段6による走行時間を入力として走行工程終了を判断する走行工程終了判断手段7とを備えたものである。これによって、部屋に応じて基本走行時間を決定し、基本走行時間と走行時間を入力として走行工程終了を判断するので、非常に簡単な構成でかつ精度良く往復走行の終了を判断することができる。

概要

背景

従来、自律走行装置において、往復走行工程の終了を予め設定した往復走行回数で決定することにより、センサが往復走行工程でずれた場合でも往復走行工程を正確に終了するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−44266号公報

概要

往復走行工程の終了検知を精度よく行うことができるようにした自律走行装置を提供することを目的とする。部屋情報を記憶する部屋情報記憶手段1と、部屋情報から基準となる往復回数を計算し、基本往復回数として出力する往復回数計算手段2と、基本往復回数から基本走行時間を計算する走行時間計算手段3と、終了時刻入力手段4と、基本走行時間と終了時刻から走行開始時間を決定する走行開始時間決定手段5と、計測走行時間手段6と、基本走行時間と計測走行時間手段6による走行時間を入力として走行工程終了を判断する走行工程終了判断手段7とを備えたものである。これによって、部屋に応じて基本走行時間を決定し、基本走行時間と走行時間を入力として走行工程終了を判断するので、非常に簡単な構成でかつ精度良く往復走行の終了を判断することができる。

目的

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、往復走行工程の終了検知を精度よく行うことができるようにした自律走行装置とプログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

走行する部屋の情報を記憶する部屋情報記憶手段と、前記走行部屋情報記憶手段が記憶する部屋情報から基準となる壁方向への往復回数を計算し、基本往復回数として出力する往復回数計算手段と、往復回数計算手段による基本往復回数から基本走行時間を計算する走行時間計算手段と、終了時刻を入力する終了時刻入力手段と、走行時間計算手段の基本走行時間と終了時刻入力手段の終了時刻から走行開始時間を決定する走行開始時間決定手段と、走行時間を計測する計測走行時間手段と、走行時間計算手段による基本走行時間と計測走行時間手段による走行時間を入力として走行工程終了を判断する走行工程終了判断手段とを備えた自律走行装置

請求項2

往復回数計算手段は、走行部屋の大きさから往復回数を計算する構成とする請求項1に記載の自律走行装置。

請求項3

往復回数計算手段は、走行部屋の面積から往復回数を計算する構成とする請求項1または2に記載の自律走行装置。

請求項4

往復回数計算手段は、床面状態から往復回数を計算する構成とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の自律走行装置。

請求項5

走行工程終了判断手段は、走行距離によっても走行工程終了を判断する構成とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の自律走行装置。

請求項6

走行工程終了判断手段は、電池電圧によっても走行工程終了を判断する構成とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の自律走行装置。

請求項7

請求項1〜6のいずれか1項に記載の自律走行装置における機能の少なくとも一部をコンピュータにより実行するためのプログラム

請求項8

請求項7に記載のプログラムを記録したコンピュータ読みとり可能な記録媒体

技術分野

0001

本発明は、部屋の全体を隈無く走行する自律走行装置プログラムおよび記録媒体に関するものである。

背景技術

0002

従来、自律走行装置において、往復走行工程の終了を予め設定した往復走行回数で決定することにより、センサが往復走行工程でずれた場合でも往復走行工程を正確に終了するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−44266号公報

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、前記従来の構成では、往復走行工程の終了検知ができるものの、検知が往復走行回数のみでは走行する部屋状態いかんによって、その正確性を欠くものであった。

0004

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、往復走行工程の終了検知を精度よく行うことができるようにした自律走行装置とプログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

前記従来の課題を解決するために、本発明の自律走行装置は、走行する部屋の情報を記憶する部屋情報記憶手段と、前記走行部屋情報記憶手段が記憶する部屋情報から基準となる壁方向への往復回数を計算し、基本往復回数として出力する往復回数計算手段と、往復回数計算手段による基本往復回数から基本走行時間を計算する走行時間計算手段と、終了時刻を入力する終了時刻入力手段と、走行時間計算手段の基本走行時間と終了時刻入力手段の終了時刻から走行開始時間を決定する走行開始時間決定手段と、走行時間を計測する計測走行時間手段と、走行時間計算手段による基本走行時間と計測走行時間手段による走行時間を入力として走行工程終了を判断する走行工程終了判断手段とを備えたものである。

0006

これによって、部屋に応じて基本走行時間を決定し、この基本走行時間と計測走行時間手段による走行時間を入力として走行工程終了を判断するので、非常に簡単な構成でかつ精度良く往復走行の終了を判断することができる。

0007

また、本発明の自律走行装置のプログラムおよび記録媒体は、自律走行装置の機能の少なくとも一部をコンピュータ上で実現できるとともに、プログラムの配布更新インストール作業が簡単にできる。

発明の効果

0008

本発明の自律走行装置とプログラムおよび記録媒体は、非常に簡単な構成でかつ精度良く往復走行の終了を判断することができる。

発明を実施するための最良の形態

0009

第1の発明は、走行する部屋の情報を記憶する部屋情報記憶手段と、前記走行部屋情報記憶手段が記憶する部屋情報から基準となる壁方向への往復回数を計算し、基本往復回数として出力する往復回数計算手段と、往復回数計算手段による基本往復回数から基本走行時間を計算する走行時間計算手段と、終了時刻を入力する終了時刻入力手段と、走行時間計算手段の基本走行時間と終了時刻入力手段の終了時刻から走行開始時間を決定する走行開始時間決定手段と、走行時間を計測する計測走行時間手段と、走行時間計算手段による基本走行時間と計測走行時間手段による走行時間を入力として走行工程終了を判断する走行工程終了判断手段とを備えた自律走行装置とするものである。これによって、部屋に応じて基本走行時間を決定し、この基本走行時間と計測走行時間手段による走行時間を入力として走行工程終了を判断するので、非常に簡単な構成でかつ精度良く往復走行の終了を判断することができる。

0010

第2の発明は、特に、第1の発明において、往復回数計算手段は、走行部屋の大きさから往復回数を計算する構成とすることにより、どのような部屋でも無駄なく最適な往復回数となり、全ての床を走行しながら、省時間、省エネを図ることができる。

0011

第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、往復回数計算手段は、走行部屋の面積から往復回数を計算する構成とすることにより、走行距離が長くなることによる自律走行装置のセンサずれを考慮した往復走行工程の終了検知を行うことができるため、より安定した往復走行工程の終了検知を行うことができる。

0012

第4の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明において、往復回数計算手段は、床面状態から往復回数を計算する構成とすることにより、走行状態による自律走行装置の走行ずれを考慮した往復走行工程の終了検知を行うことができるため、より安定した往復走行工程の終了検知を行うことができる。

0013

第5の発明は、特に、第1〜第4のいずれか1つの発明において、走行工程終了判断手段は、走行距離によっても走行工程終了を判断する構成とすることにより、万が一、往復走行回数による終了検知ができなかった場合でも、走行距離で終了することができるので、どのような場合でも終了検知を行うことができる。

0014

第6の発明は、特に、第1〜第5のいずれか1つの発明において、走行工程終了判断手段は、電池電圧によっても走行工程終了を判断する構成とすることにより、万が一、往復走行回数による終了検知ができなかった場合でも、電池使用量が少なくなった場合に走行時間を終了することにより、どのような場合でも終了検知を行うことができる。また、電池電圧を常に監視しているので、電池容量が少なくなり、往復走行工程中に自律走行装置が停止することを防ぐことができる。

0015

第7の発明は、特に、第1〜第5のいずれか1つの発明における自律走行装置における機能の少なくとも一部をコンピュータにより実行するためのプログラムとすることにより、プログラムであるので、自律走行装置の機能の少なくとも一部をコンピュータ上で実現できる。

0016

第8の発明は、特に、第7の発明におけるプログラムを記録したコンピュータ読みとり可能な記録媒体とすることにより、プログラムの配布・更新やインストール作業が簡単にできる。

0017

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

0018

(実施の形態1)
図1図5は、本発明の実施の形態1における自律走行装置を示している。

0019

図1に示すように、部屋情報記憶手段1は、自律走行装置10が走行する部屋に関する大きさ、面積、床面状態、障害物などの情報を記憶している。往復回数計算手段2は、部屋情報記憶手段1が記憶する部屋情報により自律走行装置10が往復走行する回数を計算し、基本往復回数として出力する。また、走行時間計算手段3は、往復回数計算手段2による基本往復回数から基本走行時間を計算し、出力する。

0020

終了時刻入力手段4は、自律走行装置10の終了時刻を使用者によって入力できるようになっている。また、走行開始時間決定手段5は、走行時間計算手段3による基本走行時間と終了時刻入力手段4を入力として、自律走行装置10の走行開始時間を決定する。この走行開始時間は終了時刻入力手段4による終了時刻から基本走行時間だけ引いた時間であり、制御手段8へ出力する。一例として挙げると、基本走行時間を2時間、終了予定時間が12時0分であるとすると、走行開始時間は10時0分となる。

0021

また、計測走行時間手段6は自律走行装置10の走行時間を計測する。走行工程終了判断手段7は、走行時間計算手段3による基本走行時間と計測走行時間手段6による走行時間とを比較し、走行工程が終了したかどうかを判断し、往復走行工程を終了する往復走行終了信号を制御手段8へ出力する。

0022

制御手段8は、走行開始時間決定手段5による走行開始時間になると走行モータ9を駆動して自律走行装置10の走行を開始し、走行工程終了判断手段7による往復走行終了信号が入力されると走行モータ9の駆動を停止して自律走行装置10の走行を中止するように自動制御する。

0023

次に、図2図3により、自律走行装置10の動作について説明する。

0024

まず、自律走行装置10の走行工程について説明する。図2は走行する部屋を示している。ただし、部屋の左下を座標(0、0)として右下を(X1、0)、左上(0、Y0)、右上(X1、Y1)とする。

0025

自律走行装置10は、例えば、床掃除、床拭きなどの目的として、部屋全面を走行する。つまり、例えば、図2の部屋の座標(0、0)から走行し、座標(X1、Y1)まで往復走行を繰り返しながら、部屋全体を隈無く走行する。

0026

まず、自律走行装置10は、部屋の壁に沿って反時計周り周回する周回工程を行う。自律走行装置10は、部屋の壁を沿うように周回走行することにより、走行する部屋の大きさ、例えば、部屋の隅座標を知ることができる。次に、部屋全体を隈無く往復走行する往復走行工程を、部屋の左下(0、0)から行い、部屋全体走行すると往復走行工程を終了するものである。

0027

図3に示すように、往復走行工程においては、自律走行装置10は、基準壁に平行でかつ上方向に、壁に到達するまで走行する。壁に到達したら、自律走行装置10の大きさ分だけ基準壁の垂直方向に走行する。次に、基準壁に平行で、かつ、図3の下方向に壁に到達するまで走行する。そして、壁に到達したら、自律走行装置10の大きさ分だけ基準壁の垂直方向に走行する。この走行を往復走行工程の1走行として繰り返すことにより、部屋全体を隈無く走行することができる。

0028

往復走行工程の終了を検知する方法としては、例えば、自律走行装置10が部屋の座標(X1、Y1)に達したときに部屋全体を終了する方法が考えられる。

0029

部屋の座標を測定するセンサ、例えば、車輪を用いて走行距離を測定する走行センサ、角速度を測定するジャイロセンサを用いて、自律走行装置10の部屋の座標(X、Y)を計測する。

0030

しかし、部屋の床の滑りによる走行センサのずれ、衝撃によるジャイロセンサのずれにより、自律走行装置10の部屋座標(X、Y)を正確に計測できない場合が多い。つまり、自律走行装置10が上記で説明した座標(X1、Y1)に到達したときに終了検知する方法を使用することができず、最悪の場合、自律走行装置10の電池が無くなるまで走行しづけるということとなる。

0031

そこで、本実施の形態では、往復走行工程の終了検知方法として、部屋の大きさに応じた往復走行回数を設定し、その往復走行回数から基本走行時間を設定する。自律走行装置が走行した走行時間と基本走行時間を比較して、走行時間が基本走行時間になると、往復走行終了に到達したと判断する方法を使用する。

0032

上記方法によると、往復走行工程の走行状態に関係なく、往復走行工程の終了を予め設定した往復走行回数から基本走行時間を設定するので、走行センサ、ジャイロセンサなどのセンサが往復走行工程でずれた場合でも確実に往復走行工程を終了することができる。また、部屋の大きさに応じた往復走行回数を設定するので、無駄な走行をすることなく往復走行工程を終了することができる。また、走行時間だけで判断するので、非常に簡単な構成でかつ精度良く往復走行の終了を判断することができる。

0033

次に、図4に基づき、往復走行回数の設定方法について説明する。

0034

部屋の形状が図2に示す大きさであるとすると、図2縦方向(上下)の往復走行工程が終了する基本往復回数Nsxは、自律走行装置10の大きさΔXとして、以下にようにして求めることができる。

0035

Nsx=(X1−0)/ΔX
図2の縦方向(上下)の往復走行回数nxを測定し、往復走行回数nxと基本往復回数Nsxが同じになると、往復走行工程が終了したとして往復走行工程を終了する。

0036

往復回数計算手段2は、部屋情報記憶手段1が記憶する部屋の情報、上記例では、部屋の隅座標(X1、0)を用いて、基本往復回数Nsxを計算する。

0037

次に、基本走行時間の設定方法に関して説明する。

0038

同様に、部屋の形状が図2に示す大きさであるとすると、図2の縦方向(上下)の往復走行工程が終了する基本走行時間Tsxは、自律走行装置10の走行速度Vとして、以下にようにして求めることができる。

0039

Tsx=(Nsx−1)×Tun+Nsx×(Y1−0)/V
ただし、Tunは自律走行装置10が壁で走行方向を1回ターンする際に必要な時間とする。

0040

基本往復回数Nsx回、自律走行装置10が往復走行している時、ターン数は(Nsx−1)になるから、自律走行装置10が走行を終了するまでのターンにかかる時間は、
(Nsx−1)×Tunとなる。

0041

また、1回の往復走行にかかる時間は(Y1−0)/Vであり、基本往復回数はNsxであるから、部屋内部を走行している時間は、Nsx×(Y1−0)/Vとなる。よって、基本走行時間Tsxは上記で求める時間となることがわかる。

0042

走行時間計算手段3は、部屋情報記憶手段1が記憶する部屋の情報、上記例では、部屋の隅座標(X1、0)、(0、Y1)を用いて、基本走行時間Tsxを上記式に代入することにより求める。

0043

また、計測走行時間手段6は、タイマーを用いて走行時間TXを測定する。

0044

さらに、走行工程終了判断手段7は、走行時間計算手段3による基本走行時間Tsxと計測走行時間手段6の走行時間TXを入力として、基本走行時間Tsxが走行時間TXになると、往復走行工程を終了する。

0045

次に、図5を用いて、自律走行装置10の走行アルゴリズムについて説明する。

0046

自律走行装置10は、周回走行工程(ステップ11)として、部屋の周囲を走行する。この周回走行工程によって部屋の情報、例えば、部屋の隅座標を計算し(ステップ12)、基本走行時間Tsxを計算する(ステップ13)。

0047

往復走行工程として往復走行を走行しながら、計測走行時間手段6により走行時間TXを測定する(ステップ14、15)。

0048

走行時間計算手段3の基本走行時間Tsxが計測走行時間手段6の走行時間TXになると、往復走行工程が終了する(ステップ16、17)。

0049

上記したように、本実施の形態は、部屋に応じて基本走行時間を決定し、この基本走行時間と計測走行時間手段による走行時間を入力として走行工程終了を判断するので、非常に簡単な構成でかつ精度良く往復走行の終了を判断することができる。

0050

(実施の形態2)
図6図8は、本発明の実施の形態2における自律走行装置を示している。実施の形態1と全体構成は同一であるのでその説明を省略し、相違点を中心に説明する。

0051

図6に示すように、往復回数計算手段2は、基本往復回数を計算する基本往復回数計算手段11と、部屋情報記憶手段1が記憶する部屋の床面積による補正量、床面積補正値を計算する走行面積補正量記憶手段12と、走行面積補正量記憶手段12による床面積補正値を入力として基本往復回数を補正する第一の補正手段13と、部屋情報記憶手段1が記憶する部屋の床状態による補正量、床状態補正値を計算する第二の補正手段15とを有するものである。これにより、往復回数計算手段2は、基本往復回数の計算の補正を行っているものである。

0052

次に、図7に基づき、本実施の形態の動作について説明する。

0053

図7は、横軸を床面積S、縦軸を第一の補正値Nf1として、床面積Sと第一の補正値Nf1の関係を一例にて示している。

0054

床面積Sが大きい場合は部屋の床全部を走行するために必要な走行距離も長くなる。よって、センサで自律走行を行う自律走行装置10の走行ずれも大きくなる。

0055

図7に示すように、床面積Sが大きい場合は自律走行装置10の走行ずれも大きくなるため、基本往復回数Nsxの補正値Nf1も大きくすることにより、自律走行装置10の往復走行工程の終了を確実に行う。

0056

走行面積補正量記憶手段12は、一例にて、図7に示す走行面積Sと第一の補正値の関係式を記憶しており、部屋情報記憶手段1が記憶する部屋の床面積Sから第一の補正値Nf1を求める。

0057

また、第一の補正手段13は、走行面積補正量記憶手段12が記憶する第一の補正値Nf1を以下の式に従って基本往復回数Nsxを補正する。

0058

Nsx ← Nsx+Nf1
このように、本実施の形態では、部屋面積に応じて基本往復回数Nsxを補正するものである。すなわち、走行距離が長くなることによる自律走行装置10のセンサずれを考慮した往復走行工程の終了検知を行うことができるため、より安定した往復走行工程の終了検知を行うことができる。

0059

次に、図8は、横軸を床の摩擦計数μ、縦軸を第二の補正値Nf2として、一例として、床の摩擦計数μと第二の補正値Nf2の関係を示している。ただし、床の摩擦計数μは、床が滑りやすい場合は小さく、床が滑りにくい場合は大きくなるように設定する。

0060

床の摩擦計数μが小さい場合は、床が滑り安いので自律走行装置10の車輪も滑りやすくなる。つまり、床の摩擦計数μが小さいほど、自律走行装置10の車輪の回転による距離と実際の自律走行装置10の走行距離差は大きくなる。

0061

図8に示すように、床の摩擦係数μが小さい場合は自律走行装置10の走行ずれも大きくなるため、基本往復回数Nsxの補正値Nf2も大きくすることにより、自律走行装置10の往復走行工程の終了を確実に行う。

0062

走行状態補正量記憶手段14は、一例にて、図8に示す走行摩擦係数μと第二の補正値の関係式を記憶しており、部屋情報記憶手段1が記憶する部屋の床摩擦係数μから第二の補正値Nf2を求める。

0063

また、第二の補正手段15は、走行状態補正量記憶手段14が記臆する第二の補正値Nf2を以下の式に従って基本往復回数Nsxを補正する。

0064

Nsx ← Nsx+Nf2
このように、本実施の形態では、部屋の床状態に応じて基本往復回数を補正するものである。すなわち、走行状態による自律走行装置10の走行ずれを考慮した往復走行工程の終了検知を行うことができるため、より安定した往復走行工程の終了検知を行うことができる。

0065

(実施の形態3)
図9は、本発明の実施の形態3における自律走行装置を示している。実施の形態1と全体構成は同一であるのでその説明を省略し、相違点を中心に説明する。

0066

図に示すように、走行工程終了判断手段7は、自律走行装置10の往復回数を測定する往復回数計測手段16と、往復回数が基本往復回数になると第二の往復走行終了信号を出力する往復回数判断手段17と、自律走行装置10を駆動する電池の電圧を測定し、電池量が少なくなったと判断できる電圧まで降下すると第三の往復走行終了信号を出力する電池電圧判断手段18と、走行時間計算手段3からの信号、往復回数判断手段17からの第二の往復走行終了信号、電池電圧判断手段18からの第三の往復走行終了信号のいずれか入力されると、走行が終了したとして往復走行停止信号を制御手段8へ出力する終了判断手段19とを有するものである。

0067

ここでは、電池電圧判断手段18の動作について説明する。

0068

自律走行装置10で使用する電池は常にフル充電とは限らない。その場合、往復走行工程中に電池が無くなるということもあり得る。そこで、電池の電圧を監視し、電池の電圧が、電池容量が少なくなったことを示す電圧まで降下したとき、往復走行を終了する。

0069

このように、本実施の形態では、終了判断手段19へ走行時間計算手段3からの信号、往復回数判断手段17からの第二の往復走行終了信号、電池電圧判断手段18からの第三の往復走行終了信号のいずれか入力されると、走行が終了したとして往復走行停止信号を制御手段8へ出力するので、どのような場合でも自律走行装置10の終了検知を行うことができる。

0070

また、特に、電池の電圧を常に監視しているので、電池容量が少なくなり、往復走行工程中に自律走行装置10が停止することを防ぐことができる。

0071

以上のように、本発明にかかる自律走行装置とプログラムおよび記録媒体は、非常に簡単な構成でかつ精度良く往復走行の終了を判断することができるので、掃除ロボットカメラ搭載ロボット芝刈りロボット、産業用ロボットなどの用途に適用できる。

図面の簡単な説明

0072

本発明の実施の形態1における自律走行装置の構成を示すブロック図
同自律走行装置が走行する部屋の構成を示す平面図
同自律走行装置の往復走行工程の動作を示す平面図
同自律走行装置の基本往復回数の計算方法を示す平面図
同自律走行装置の走行を示すフローチャート
本発明の実施の形態2における自律走行装置の往復回数計算手段を示すブロック図
同自律走行装置の床面積と第一の補正値の関係を示す図
同自律走行装置の床摩擦係数と第二の補正値の関係を示す図
本発明の実施の形態3における自律走行装置の走行工程終了判断手段を示すブロック図

符号の説明

0073

1部屋情報記憶手段
2往復回数計算手段
3走行時間計算手段
4終了時刻入力手段
5走行開始時間決定手段
6計測走行時間手段
7 走行工程終了判断手段
8 制御手段
9走行モータ
10自律走行装置
11基本往復回数計算手段
12走行面積補正量記憶手段
13 第一の補正手段
14走行状態補正量記憶手段
15 第二の補正手段
16 往復回数計測手段
17 往復回数判断手段
18電池電圧判断手段
19 終了判断手段

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