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技術 自律移動装置、自律移動方法及びプログラム

出願人 カシオ計算機株式会社
発明者 中嶋光康
出願日 2017年3月28日 (3年9ヶ月経過) 出願番号 2017-062492
公開日 2018年10月25日 (2年2ヶ月経過) 公開番号 2018-165872
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 動作終了指示 経路幅 逆方向駆動 コスト基準 グリッド幅 掃除機ロボット 残量閾値 床面センサ
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(2018年10月25日)のものです。
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図面 (13)

課題

充電器帰還する技術を改善する。

解決手段

自律移動装置100は、環境地図作成部12と、帰還地図作成部13と、移動制御部15と、を備える。環境地図作成部12は、障害物センサ31で検出した障害物の位置の情報に基づき周囲の環境の状態を表す環境地図を作成する。帰還地図作成部13は、環境地図作成部12が作成した環境地図に基づき環境地図の上の各地点から充電器まで移動するコストである帰還コストを各地点について算出し各地点の帰還コストを記録した帰還地図を作成する。移動制御部15は、帰還地図作成部13が作成した帰還地図を用いて現在の電池残量で充電器に帰還できる移動範囲の中で自機を移動させるように駆動部42を制御する。

概要

背景

屋内掃除のために自律的に移動する掃除機ロボットのような自律移動装置が普及してきている。自律移動装置は電池によって駆動されているため、電池残量が少なくなると自ら充電器に戻って充電を行うようにしていることが多い。例えば、特許文献1には、電池残量が多い時には掃除を行い、電池残量が少ない時には充電器からの帰還信号を探して充電器に戻る自律移動装置が記載されている。

概要

充電器に帰還する技術を改善する。自律移動装置100は、環境地作成部12と、帰還地作成部13と、移動制御部15と、を備える。環境地作成部12は、障害物センサ31で検出した障害物の位置の情報に基づき周囲の環境の状態を表す環境地を作成する。帰還地作成部13は、環境地作成部12が作成した環境地に基づき環境地の上の各地点から充電器まで移動するコストである帰還コストを各地点について算出し各地点の帰還コストを記録した帰還地を作成する。移動制御部15は、帰還地作成部13が作成した帰還地を用いて現在の電池残量で充電器に帰還できる移動範囲の中で自機を移動させるように駆動部42を制御する。

目的

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、充電器に帰還する技術を改善した自律移動装置、自律移動方法及びプログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

地点から充電器まで移動するコストである帰還コストを記録した帰還地図を作成する帰還地図作成部と、前記帰還地図作成部が作成した帰還地図に記録されている帰還コストに基づいて自機の移動を制御する移動制御部と、を備える自律移動装置

請求項2

前記移動制御部は、前記帰還地図を参照して前記充電器へ自機を移動させるように駆動部を制御する、請求項1に記載の自律移動装置。

請求項3

前記移動制御部は、前記帰還地図作成部が作成した帰還地図に基づき、前記帰還コストが最小となる地点をたどって自機が前記充電器に到達するように駆動部を制御する、請求項1又は2に記載の自律移動装置。

請求項4

前記移動制御部は、前記帰還地図作成部が作成した帰還地図を用いて現在の電池残量で前記充電器に帰還できる移動範囲の中で自機を移動させるように駆動部を制御する、請求項1に記載の自律移動装置。

請求項5

障害物センサで検出した障害物の位置の情報に基づき周囲の環境の状態を表す環境地図を作成する環境地図作成部を備え、前記帰還地図作成部は、前記環境地図作成部が作成した環境地図に基づき、前記環境地図の上の各地点から前記充電器まで移動するコストである帰還コストを該各地点について算出し、該各地点の帰還コストを記録した帰還地図を作成する、請求項1から4のいずれか1項に記載の自律移動装置。

請求項6

前記帰還地図作成部は、前記環境地図作成部が作成した環境地図の上の各地点間経路幅を求め、該経路幅を考慮して帰還コストを算出する、請求項5に記載の自律移動装置。

請求項7

前記環境地図作成部は、加速度センサが上下方向の揺れを検出した位置を悪路面とした環境地図を作成し、前記帰還地図作成部は、前記環境地図作成部が作成した環境地図の上の悪路面を考慮して帰還コストを算出する、請求項5又は6に記載の自律移動装置。

請求項8

前記帰還地図作成部が作成した帰還地図に含まれる地点の中で、前記帰還コストがコスト基準値未満である地点を目的地に設定し、該目的地までの経路を設定する行動計画部を備え、前記移動制御部は前記行動計画部が設定した経路に沿って自機を移動させるように駆動部を制御する、請求項5から7のいずれか1項に記載の自律移動装置。

請求項9

前記行動計画部は、前記コスト基準値を、電池残量が少なくなるにつれて小さい値に変更する、請求項8に記載の自律移動装置。

請求項10

前記移動制御部によって移動中に障害物センサが障害物を検出したら、前記環境地図作成部は前記障害物を記録した環境地図を作成し、前記帰還地図作成部は前記障害物を考慮した帰還地図を作成し、前記行動計画部は、前記障害物を記録した環境地図及び前記障害物を考慮した帰還地図に基づいて、目的地及び経路を設定し直す、請求項8又は9に記載の自律移動装置。

請求項11

前記環境地図の作成範囲を広げていく地図作成モードを含む動作モードを複数持ち、前記行動計画部は、前記動作モードが地図作成モードのときには、前記環境地図の上で、前記環境地図が作成済みの地点と作成されていない地点との境目の地点を目的地に設定する、請求項8から10のいずれか1項に記載の自律移動装置。

請求項12

ランダムに移動する自由散歩モードを含む動作モードを複数持ち、前記行動計画部は、前記動作モードが自由散歩モードのときには、前記環境地図の上で障害物の位置以外の位置を目的地としてランダムに設定する、請求項8から11のいずれか1項に記載の自律移動装置。

請求項13

前記行動計画部は、前記動作モードが自由散歩モードのときには、電池残量が所定の残量閾値以上なら、前記帰還コストの値によらず、前記環境地図の上で障害物の位置以外の位置を目的地としてランダムに設定する、請求項12に記載の自律移動装置。

請求項14

周囲に人がいることを検出する人感センサを備え、前記人感センサが周囲に人がいることを検出したら、前記行動計画部は、電池残量が所定の残量閾値以上なら、前記帰還コストの値によらずに目的地を設定する、請求項8から13のいずれか1項に記載の自律移動装置。

請求項15

各地点から充電器まで移動するコストである帰還コストを記録した帰還地図を作成し、前記帰還地図を用いて現在の電池残量で充電器に帰還できる移動範囲の中で移動する、自律移動方法。

請求項16

コンピュータを請求項1から14のいずれか1項に記載の自律移動装置として機能させるための、又は、コンピュータに請求項15に記載の自律移動方法を実行させるための、プログラム

技術分野

0001

本発明は、自律移動装置自律移動方法及びプログラムに関する。

背景技術

0002

屋内掃除のために自律的に移動する掃除機ロボットのような自律移動装置が普及してきている。自律移動装置は電池によって駆動されているため、電池残量が少なくなると自ら充電器に戻って充電を行うようにしていることが多い。例えば、特許文献1には、電池残量が多い時には掃除を行い、電池残量が少ない時には充電器からの帰還信号を探して充電器に戻る自律移動装置が記載されている。

先行技術

0003

特表2007−520012号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、自律移動装置は、電池残量が少ない時に充電器からの帰還信号を探しても、電池切れを起こす前に帰還信号を見つけて充電器に戻れるとは限らない。例えば、自律移動装置が充電器からかなり離れた場所に移動している等、帰還信号を見つけるのに長時間を要する場合があるからである。したがって、従来の自律移動装置では、充電器に帰還する技術に改善の余地がある。

0005

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、充電器に帰還する技術を改善した自律移動装置、自律移動方法及びプログラム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

0006

上記目的を達成するため、本発明の自律移動装置は、
地点から充電器まで移動するコストである帰還コストを記録した帰還地図を作成する帰還地図作成部と、
前記帰還地図作成部が作成した帰還地図に記録されている帰還コストに基づいて自機の移動を制御する移動制御部と、
を備える。

発明の効果

0007

本発明によれば、充電器に帰還する技術を改善することができる。

図面の簡単な説明

0008

本発明の実施形態1に係る自律移動装置の機能構成を示す図である。
実施形態1に係る環境地図の一例を示す図である。
実施形態1に係る自律移動処理全体のフローチャートである。
実施形態1に係る行動計画作成処理のフローチャートである。
実施形態1に係る行動計画作成処理の地図作成モードのフローチャートである。
実施形態1に係る帰還地図作成処理のフローチャートである。
実施形態1に係る帰還地図の一例を示す図である。
実施形態1に係る移動範囲を説明する図である。
実施形態1に係る移動範囲の変化の様子を説明する図である。
本発明の実施形態2に係る自律移動装置の機能構成を示す図である。
実施形態2に係る行動計画作成処理のフローチャートである。
実施形態2に係る行動計画作成処理の地図作成モードのフローチャートである。

実施例

0009

以下、本発明の実施形態に係る自律移動装置、自律移動方法及びプログラムについて、図表を参照して説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付す。

0010

(実施形態1)
本発明の実施形態に係る自律移動装置は、周囲の地図を作成しながら、用途に応じて自律的に移動する装置である。この用途とは、例えば、警備監視用、屋内掃除用ペット用、玩具用等である。

0011

図1に示すように、本発明の実施形態1に係る自律移動装置100は、制御部10、記憶部20、センサ部30、撮像部41、駆動部42、電池残量取得部43、通信部44、を備える。

0012

制御部10は、CPU(Central Processing Unit)等で構成され、記憶部20に記憶されたプログラムを実行することにより、後述する各部(位置推定部11、環境地図作成部12、帰還地図作成部13、行動計画部14、移動制御部15)の機能を実現する。また、制御部10は、タイマー(図示せず)を備え、経過時間をカウントすることができる。

0013

記憶部20は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成され、機能的に、画像記憶部21、特徴点記憶部22、環境地図記憶部23及び帰還地図記憶部24を含む。ROMには制御部10のCPUが実行するプログラム及びプログラムを実行する上で予め必要なデータが記憶されている。RAMには、プログラム実行中に作成されたり変更されたりするデータが記憶される。

0014

画像記憶部21には、撮像部41が撮影した画像が記憶される。ただし、記憶容量を節約するために、撮影した全ての画像を記憶しなくてもよい。自律移動装置100は、画像記憶部21に記憶された複数の画像を用いて、SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)処理により、SLAM用の地図の作成及び自機位置推定を行う。自機位置の推定に用いた画像については、その画像の情報と共に、その画像を撮影した時の自機位置(自機の位置及び向き)の情報も記憶される。

0015

特徴点記憶部22には、画像記憶部21に記憶された画像に含まれている特徴点のうち、3次元位置(X,Y,Z)が求められた特徴点について、その3次元位置とその特徴点の特徴量(例えばSIFT等で得た特徴量)とが紐付けられて記憶される。特徴点とは画像中のコーナー部分等、画像内の特徴的な部分のことを言う。特徴点は、SIFT(Scale−Invariant Feature Transform)やSURF(Speeded Up Robust Features)等のアルゴリズムを用いて取得することができる。上述のSLAM処理では、特徴点記憶部22に記憶されている特徴点の3次元位置に基づいて自機位置の推定を行うため、特徴点記憶部22は、SLAM用の地図の情報を記憶していると考えることもできる。

0016

環境地図記憶部23には、センサ部30からの情報に基づいて環境地図作成部12が作成した環境地図が記憶される。環境地図は、床面を例えば5cm×5cmのグリッドに分割し、グリッド単位でそのグリッドに対応する環境(床面、障害物等)の状態を表したものである。環境の状態としては、例えば、障害物がなく自由に通過できる「自由空間」、通過できるが路面状態が悪い「悪路面」、通過できない「障害物」、状態が不明な「不明空間」等がある。また、環境地図には、充電器301の位置も記録されている。環境地図の一例を図2に示す。図2に示す環境地図の例では、充電器301、障害物302、悪路面303、自由空間304、不明空間305が記録されている。

0017

帰還地図記憶部24には、各地点から充電器301まで移動するコストである帰還コストを各地点について記録した帰還地図が記憶される。この帰還コストは、環境地図記憶部23に記憶されている環境地図の情報に基づいて、帰還地図作成部13が算出するが、詳細は後述する。

0018

センサ部30は、障害物センサ31及び加速度センサ32を含む。障害物センサ31は、周囲に存在する物体(障害物)を検出し、該物体(障害物)までの距離を測定することができる距離センサであって、例えば、赤外線センサ超音波センサである。なお、独立した障害物センサ31を搭載せずに、撮像部41を用いて障害物を検出するようにしても良い。また、他の物体に衝突したことを検知するバンパーセンサ(図示せず)を備えても良い。

0019

加速度センサ32は、自律移動装置100のXYZ方向(3軸)の加速度を測定するセンサである。路面がでこぼこしている場所を走行すると上下方向の揺れが発生するので、加速度センサ32がこの揺れを検出することによって、自律移動装置100が路面の状態の悪い悪路面303を走行していることを検出することができる。また、床面センサを備えることによって、路面の状態及び自律移動装置100が床面に接しているか否かを検知してもよい。

0020

撮像部41は、単眼撮像装置カメラ)を備える。撮像部41は、例えば、30fps(frames per second)で画像(フレーム)を取得する。自律移動装置100は、撮像部41が逐次取得した画像に基づいて、SLAM処理により、自機位置と周囲環境とをリアルタイムに認識しながら、自律移動を行う。

0021

駆動部42は、独立2輪駆動型であって、車輪モータとを備える移動手段である。自律移動装置100は、2つの車輪の同一方向駆動により前後の平行移動並進移動)を、2つの車輪の逆方向駆動によりその場での回転(向き変更)を、2つの車輪のそれぞれ速度を変えた駆動により旋回移動並進+回転(向き変更)移動)を、行うことができる。また、各々の車輪にはロータリエンコーダが備えられており、ロータリエンコーダで車輪の回転数計測し、車輪の直径、車輪間の距離等の幾何学的関係を利用することで並進移動量及び回転量を計算できる。

0022

例えば、車輪の直径をD、回転数をR(ロータリエンコーダにより測定)とすると、その車輪の接地部分での並進移動量はπ・D・Rとなる。また、車輪の直径をD、車輪間の距離をI、右車輪の回転数をRR左車輪の回転数をRLとすると、向き変更の回転量は(右回転を正とすると)360°×D×(RL−RR)/(2×I)となる。この並進移動量及び回転量をそれぞれ逐次足し合わせていくことで、駆動部42は、いわゆるオドメトリとして機能し、自機位置(移動開始時の位置及び向きを基準とした位置及び向き)を計測することができる。

0023

なお、車輪の代わりにクローラを備えるようにしても良いし、複数(例えば二本)の足を備えて足で歩行することによって移動を行うようにしても良い。これらの場合も、二つのクローラの動き、足の動き等に基づいて、車輪の場合と同様に自機の位置及び向きの計測が可能である。

0024

電池残量取得部43は、自律移動装置100の電池の残量を取得する。残量の取得方法は任意の方法を適宜用いて良い。例えば、電池残量取得部43は、電池の現在の電圧を計測し、該電圧から電池の残量を算出することによって取得しても良い。

0025

通信部44は、外部装置と通信するためのモジュールであり、外部装置と無線通信する場合にはアンテナを含む無線モジュールである。例えば、通信部44は、Bluetooth(登録商標)に基づく近距離無線通信を行うための無線モジュールである。通信部44を用いることにより、自律移動装置100は、外部とデータの受け渡し等を行うことができる。

0026

次に、自律移動装置100の制御部10の機能的構成について説明する。制御部10は、位置推定部11、環境地図作成部12、帰還地図作成部13、行動計画部14、移動制御部15、の機能を実現し、自律移動装置100の移動制御等を行う。また、制御部10は、マルチスレッド機能に対応しており、複数のスレッド(異なる処理の流れ)を並行して実行することができる。

0027

位置推定部11は、撮像部41が撮影し画像記憶部21に記憶された画像を複数用いて、それらの画像から得られる特徴点の情報に基づき、SLAM処理により自機の位置及び向きを推定する。このSLAM処理を行う際には、画像に含まれる特徴点を抽出し、3次元位置を計算できた特徴点について、特徴点記憶部22に該特徴点の情報を記憶させる。なお、位置推定部11は、位置の推定の際に、駆動部42から取得できるオドメトリの情報を用いてもよい。

0028

環境地図作成部12は、障害物センサ31及び加速度センサ32からの情報を用いて障害物302及び悪路面303の位置を記録した環境地図を作成し、環境地図記憶部23に記憶する。

0029

帰還地図作成部13は、環境地図作成部12が作成した環境地図に含まれる障害物302及び悪路面303の情報に基づき、各地点から充電器301までの帰還コストを算出して帰還地図を作成し、帰還地図記憶部24に記憶する。帰還コストの算出方法については、後述する。

0030

行動計画部14は、自律移動装置100の動作モード及び電池残量取得部43が取得した電池残量に基づき、自律移動の際の目的地経路及び移動速度を設定する。動作モードとは、自律移動装置100の行動様式を定めるものであり、自律移動装置100は、ランダムに移動する「自由散歩モード」、環境地図の作成範囲を広げていく「地図作成モード」、充電器301に帰還する「帰還モード」、の3つの動作モードを持つ。動作モードは、例えば、初期値は地図作成モードで、地図がある程度作成されたら(例えば地図作成モードで10分経過したら)自由散歩モードになり、電池残量が少なくなったら帰還モードになるというように、予め変化する条件が設定されていてもよいし、外部(ユーザ、上位アプリケーション等)からの指示により、設定されてもよい。行動計画部14が経路を設定する際には、環境地図作成部12が作成した環境地図及び帰還地図作成部13が作成した帰還地図に基づき、自機の現在位置から目的地までの経路を設定する。

0031

移動制御部15は、行動計画部14が設定した経路に沿って、自機を移動させるように駆動部42を制御する。

0032

以上、自律移動装置100の機能構成について説明した。次に、自律移動装置100の自律移動処理について、図3を参照して説明する。図3は、自律移動装置100の自律移動処理全体のフローチャートである。自律移動装置100は、電源オフ時は充電器301(充電ステーション)に接続して充電されており、電源投入されると、充電器301に接続された位置で、自律移動処理が開始される。なお、自律移動装置100は電源が投入されると、用途に応じた上位アプリケーションプログラム別途別スレッドで)起動し、自律移動処理は、この上位アプリケーションから動作モード設定、動作終了等の指示を受ける。上位アプリケーションとは、例えば屋内掃除用アプリケーションである。

0033

まず、自律移動装置100の制御部10は、記憶部20に記憶されている各種地図(環境地図、帰還地図)を初期化し、SLAM処理のための各種スレッドを起動する(ステップS101)。各種地図の初期化については、自律移動装置100は起動すると充電器301の位置から移動を開始するので、この時点では、環境地図も帰還地図も「自機が充電器の位置に存在する」ということを示す情報で初期化される。

0034

また、SLAM処理のための各種スレッドとは、具体的には、自機位置推定スレッド、地図作成スレッド、ループクロージングスレッド等である。これらのスレッドが並行して動作することにより、位置推定部11は、撮像部41が撮影した画像から特徴点を抽出して、自機位置の推定を行う。もっとも本実施例において、SLAM処理は、位置推定部11が自機位置を推定するための一手法に過ぎず、位置推定部11が自機位置を推定する方法としては、SLAM処理以外の方法でも適宜用いることができる。SLAM処理に関して、本実施例では特別なことは行っていないため、これらSLAM処理のための各スレッドの詳細の説明は省略する。

0035

次に、制御部10は、行動計画作成処理を実行する(ステップS102)。ステップS102は、行動計画ステップとも呼ばれる。行動計画作成処理は、自律移動装置100が、動作モード及び電池残量に基づいて、目的地、経路及び移動速度を設定する処理である。詳細については後述する。

0036

次に、制御部10は、上位アプリケーションから動作終了指示を受けたか否かを判定する(ステップS103)。動作終了指示を受けたなら(ステップS103;Yes)、自律移動処理を終了する。動作終了指示を受けていないなら(ステップS103;No)、環境地図作成部12は、障害物センサ31及び加速度センサ32を用いて、環境地図の作成と更新を行う(ステップS104)。ステップS104は環境地図作成ステップとも呼ばれる。

0037

次に、制御部10は、自律移動装置100が目的地に到着したか否かを判定する(ステップS105)。目的地に到着したなら(ステップS105;Yes)、帰還地図作成部13が帰還地図作成処理を実行し(ステップS106)、ステップS102に戻る。ステップS106は帰還地図作成ステップとも呼ばれる。帰還地図作成処理の詳細については後述する。

0038

目的地に到着していなければ(ステップS105;No)、制御部10は、現在の設定経路上に障害物302があるか否かを判定する(ステップS107)。経路上に障害物302が無ければ(ステップS107;No)、ステップS103に戻る。経路上に障害物302があるなら(ステップS107;Yes)、移動制御部15は移動を停止し(ステップS108)、ステップS106に進む。これにより、目的地へ行く経路の途中に障害物302があって進めない場合にも、帰還地図作成処理が実行され、その後、再度目的地、経路及び移動速度を設定するための行動計画作成処理が実行される。

0039

次に、自律移動処理のステップS102で実行される行動計画作成処理について、図4及び図5を参照して説明する。この行動計画作成処理は、自律移動装置100が、動作モード及び電池残量に基づいて、目的地、経路及び移動速度を設定する処理である。

0040

まず、行動計画部14は、電池残量が第2残量閾値未満か否かを判定する(ステップS201)。なお、第2残量閾値には、自律移動装置100が最短経路で充電器301に向かえば確実に充電器301に戻れると考えられる電池残量の値(又はその値に若干の余裕を持たせた値)が予め設定されている。電池残量が第2残量閾値未満なら(ステップS201;Yes)、ステップS204に進む。

0041

電池残量が第2残量閾値以上なら(ステップS201;No)、行動計画部14は現在の自律移動装置100の動作モードが自由散歩モードであるか否かを判定する(ステップS202)。なお、動作モードには、上述したように自由散歩モード、地図作成モード、帰還モード、の3つがある。行動計画部14は、動作モードが自由散歩モードでないなら(ステップS202;No)、動作モードが帰還モードであるか否かを判定する(ステップS203)。

0042

動作モードが帰還モードでないなら(ステップS203;No)、動作モードは地図作成モードであることが判明するため、図5に示す地図作成モードの処理に進むが、この処理については後述する。動作モードが帰還モードなら(ステップS203;Yes)、行動計画部14は、充電器301を目的地に設定する(ステップS204)。そして、行動計画部14は、帰還地図記憶部24に記憶されている帰還地図に基づいて充電器301まで最小コストで到達できる経路を設定する(ステップS205)。充電器301まで最小コストで到達できる経路は、周囲の地点の中で帰還コストが最小となる地点をたどって充電器301に到達する経路なので、行動計画部14が帰還地図を参照して求めることができる。そして、行動計画部14は、自律移動装置100が充電器301に戻る時の速度(帰還速度)を、駆動部42により最も効率良く移動できる速度に設定する(ステップS206)。又は、確実に充電器301に戻ることができるように、帰還速度を安定した移動が行える低速度に設定しても良い。より最も効率良く移動できる速度とは、駆動部42が備えるモータに依存するが、家庭内で使用するものであれば、例えば10cm/s以上20cm/s以下の速度である。また、安定した移動が行える低速度とは、やはり駆動部42が備えるモータに依存するが、例えば5cm/sの速度である。

0043

そして、移動制御部15は、行動計画部14によって設定された経路及び速度で移動するよう、駆動部42の制御を開始する。これにより、自律移動装置100は移動を開始する(ステップS207)。ステップS207は、移動制御ステップとも呼ばれる。そして、行動計画作成処理を終了し、自律移動処理(図3)のステップS103に進む。

0044

一方、ステップS202で、動作モードが自由散歩モードなら(ステップS202;Yes)、行動計画部14は、電池残量が第1残量閾値未満か否かを判定する(ステップS211)。なお、第1残量閾値には、自律移動装置100が環境地図内のどこからでも充電器301まで戻ることが可能と考えられる電池残量の値(又はその値に若干の余裕を持たせた値。少なくとも第2残量閾値よりも大きい値)が予め設定されている。また、制御部10は、環境地図記憶部23に記憶されている環境地図の広さが広くなるのに応じて、第1残量閾値を増加させても良い。

0045

電池残量が第1残量閾値未満なら(ステップS211;Yes)、行動計画部14は、電池残量に応じた移動範囲を、帰還地図記憶部24に記憶されている帰還地図から取得する(ステップS212)。この電池残量に応じた移動範囲を帰還地図から取得する方法については後述する。そして、行動計画部14は、取得した移動範囲内で、目的地をランダムに設定し(ステップS213)、帰還地図を用いて目的地までの最小コストの経路を設定する(ステップS214)。そして、行動計画部14は、移動速度をランダムに設定し(ステップS215)、ステップS207に進み、自律移動装置100は移動を開始する。なお、自由散歩モード時は、行動計画部14は、目的地までの移動途中で、ランダムなタイミングで、移動速度をランダムな値に変更しても良い。

0046

一方、ステップS211で、電池残量が第1残量閾値以上なら(ステップS211;No)、行動計画部14は、移動範囲の制約無しに、目的地をランダムに設定する(ステップS216)。そして、行動計画部14は、環境地図記憶部23に記憶されている環境地図を利用して、障害物302を避けた目的地までの経路を設定し(ステップS217)、ステップS215に進む。障害物302を避けた目的地までの経路を設定する方法としては、例えば、障害物302が無い空間の移動コストを1とし、障害物302への移動コストを1000として、動的計画法を用いて経路を設定する方法がある。

0047

なお、自由散歩モードでは、目的地の設定に特別の意味はなく、自律移動装置100が自由に動き回ることが出来さえすれば良い。したがって、ステップS216及びステップS217の処理の代わりに、「行動計画部14は、環境地図を参照して障害物302に当たらない範囲で、ランダムに移動方向と移動距離を設定」という処理を行っても良い。自由散歩モードでは、以上のような処理を行うことで、自律移動装置100があたかも自由に散歩しているように振る舞うことができる。

0048

一方、ステップS203で、動作モードが帰還モードでないなら(ステップS203;No)、動作モードは地図作成モードであることが判明するため、図5に示す地図作成モードの処理に進む。まず、行動計画部14は、電池残量が第1残量閾値未満か否かを判定する(ステップS221)。

0049

電池残量が第1残量閾値未満なら(ステップS221;Yes)、行動計画部14は、電池残量に応じた移動範囲を、帰還地図記憶部24に記憶されている帰還地図から取得する(ステップS222)。そして、行動計画部14は、取得した移動範囲内で、環境地図を徐々に広げていくような場所を目的地として設定する(ステップS223)。環境地図を徐々に広げていくような場所とは、例えば、環境地図が作成できているところと作成できていないところの境目の場所である。なお、そのような場所が無ければ、環境地図内で障害物302の影響を受けなさそうな任意の場所を目的地として設定する。そして、行動計画部14は、帰還地図を用いて目的地までの最小コストの経路を設定し(ステップS224)、移動速度を安定した走行が行える低速度に設定する(ステップS225)。そして、図4に示すステップS207に進み、自律移動装置100は移動を開始する。

0050

一方、ステップS221で、電池残量が第1残量閾値以上なら(ステップS221;No)、行動計画部14は、移動範囲の制約無しに、環境地図を徐々に広げていくような場所を目的地として設定する(ステップS226)。そして、行動計画部14は、環境地図記憶部23に記憶されている環境地図を利用して、障害物302を避けた目的地までの経路を設定し(ステップS227)、ステップS225に進む。地図作成モードでは、以上のような処理を行うことで、自律移動装置100が徐々に環境地図の作成範囲を広げていくことができる。

0051

次に、自律移動処理(図3)のステップS106で実行される帰還地図作成処理について、図6を参照して説明する。この帰還地図作成処理は、自律移動装置100が、環境地図に含まれる障害物302及び悪路面303の情報に基づき、各地点から充電器301までの帰還コストを算出して帰還地図を作成する処理である。

0052

まず、帰還地図作成部13は、環境地図記憶部23に記憶されている環境地図から、充電器301の位置、障害物302の位置、路面状況及び経路幅を取得する(ステップS301)。そして、帰還地図作成部13は、環境地図のグリッド幅ノード幅を合わせ、各グリッドをノードに、隣り合うグリッド間の路面状況を移動コストとしてエッジの重みに、それぞれ対応させたグラフを生成する(ステップS302)。

0053

そして、帰還地図作成部13は、充電器301が存在するノードを起点として、各ノードまで移動するコストである帰還コストを算出する(ステップS303)。そして、該帰還コストを記録したグラフを帰還地図として、帰還地図記憶部24に記憶させる(ステップS304)。そして、帰還地図作成処理を終了し、自律移動処理(図3)のステップS102に戻る。

0054

帰還地図となるグラフの一例を図7に示す。このグラフは、環境地図の各グリッドに対応するノード311と、ノード311間を接続するエッジ312とから成り、各エッジ312には該エッジ312に対応する環境地図の路面状況に応じた移動コストが設定される。図7では、移動コストとして、障害物コスト313、経路幅コスト314及び路面コスト315の3種類が設定されている。

0055

障害物コスト313には、環境地図で該エッジ312に対応する路面に障害物302がなければ1、あれば1000が設定される。経路幅コスト314には、該エッジ312に対応する路面の幅が、自律移動装置100が問題なく通過できる幅であれば0が、ぎりぎり通過できる幅であれば50が設定される。例えば、自律移動装置100の横幅の長さの2倍以上の経路幅であれば0が、そうでなければ50が設定される。なお、該エッジ312に対応する路面の幅が自律移動装置100の横幅未満であれば、そこは路面ではなく障害物302とみなされ、該エッジ312の障害物コスト313に1000が設定される。路面コスト315には、該エッジ312に対応する路面が悪路面303であれば5が、そうでなければ0が設定される。

0056

ノード311間の総合移動コストは、これら3種類の移動コストを所定の比率加算したものになるが、ここではこれら3種類の移動コストを同じ比率で加算(つまり単純に3つの値を加算)するものとする。なお、以上の各値及び比率はすべて一例であり、適宜変更することが可能である。そして、各ノード311には、充電器301から該ノード311まで、最小の総合移動コストになるような経路を通った場合の総合移動コストの和が設定される。図7に、このように設定された帰還地図のグラフの一例を示す。帰還地図作成処理(図6)では、このようなグラフが帰還地図として作成され、帰還地図記憶部24に記憶される。

0057

帰還地図の各ノード311に設定された総合移動コストは、該ノード311から充電器301までを最小の移動コストとなる経路で移動した場合に要する全移動コストである。自律移動装置100は、電池残量が多いときには、総合移動コストが高い場所からでも充電器301に帰還できるが、電池残量が少なくなると、総合移動コストが低い場所からでないと充電器301に移動する前に電池切れを起こす可能性がある。

0058

そこで、電池残量と、その電池残量で充電器301に帰還できる最大の総合移動コストと、の相関関係を予め実験等で求めておき、その相関関係を記憶部20に記憶しておく。すると、電池残量に応じて、どの程度の総合移動コストのノード311からなら充電器301に帰還できるかを判定できるようになる。

0059

図4のステップS212及び図5のステップS222で行動計画部14が取得する移動範囲は、この相関関係から求まる電池残量に応じた総合移動コストから取得することができる。例えば、現在の電池残量に応じた総合移動コストを10未満とすると、総合移動コストが10未満のノード311に対応する環境地図上のグリッドの集合が、図8に示すように、現在の電池残量に応じた移動範囲306となる。なお、この、電池残量に応じた総合移動コストをコスト基準値とも呼ぶ。

0060

また、電池残量が変化すると、上記相関関係から求まる総合移動コスト(コスト基準値)も変化するため、移動範囲306も変化する。この移動範囲306の変化の様子を図9に示す。図9では、電池が満充電時の移動範囲306(1)、電池が少し減った時の移動範囲306(2)、電池がかなり減った時の移動範囲306(3)と、電池の残量が減るにつれて、移動範囲306が狭くなる様子が示されている。しかし、自律移動装置100は、動作モードが帰還モードでないなら、電池残量に応じた移動範囲306内を自由に移動することができる。

0061

以上説明した自律移動処理により、自律移動装置100は、電池残量がある程度(第1残量閾値より)少なくなっても、その電池残量で充電器に帰還できる移動範囲306の中で自由に移動できるので、電池残量が非常に(第2残量閾値より)少なくなるまでの間は、移動範囲306の中で自由な動作を継続することができる。また、自律移動装置100は、電池残量が非常に(第2残量閾値より)少なくなったら帰還地図に基づいて、最小の移動コストで充電器301に戻ることができる。

0062

(実施形態1の変形例)
実施形態1では、図4のステップS211における電池残量の判定と、図5のステップS221における電池残量の判定は、どちらも第1残量閾値と比較している。しかし、上位アプリケーションは、「周囲に人がいない時には地図作成モード、周囲に人がいる時には人に動きを見せるために自由散歩モード」と動作モードを設定することも考えられる。その場合、自由散歩モードのときには周囲に人がいると考えられるため、自律移動装置100は、万一充電器301に自力で帰還できなくても、人に助けてもらうことができる。そこで、自由散歩モードにおける閾値としては、第1残量閾値未満第2残量閾値以上の任意の値である第3残量閾値としてもよい。その場合、図4のステップS211では、電池残量が第3残量閾値未満か否かを判定する。

0063

このようにすることによって、自律移動装置100は、自由散歩モードにおいて、より広い範囲を自由に移動できる時間が長くなり、ユーザとのコミュニケーションをよりとりやすくなると考えられる。

0064

(実施形態2)
上記実施形態1の変形例で説明したように、周囲に人がいる場合には、自律移動装置100は、万一充電器301に自力で帰還できなくても、人に助けてもらうことができるので、第1残量閾値をより小さい値に設定することができる。実施形態1の変形例では、周囲に人がいるか否かの判定を上位アプリケーションに頼っているが、上位アプリケーションに頼ることなく、人の存否を判定して、残量閾値を変更する実施形態2について説明する。

0065

本発明の実施形態2に係る自律移動装置101の機能構成は、図10に示すように、実施形態1に係る自律移動装置100の機能構成のセンサ部30に、人感センサ33を追加した構成になっている。その他の構成については実施形態1に係る自律移動装置100と同じである。

0066

人感センサ33は、例えば赤外線センサであり、周囲に人がいることを検出する。また、赤外線センサに限らず、例えば、人の声を検出するマイクを人感センサ33として用いても良い。

0067

実施形態2に係る自律移動装置101の自律移動処理の全体のフローチャートは実施形態1に係る自律移動処理と同じであり、図3に示されるとおりである。図3のステップS106で実行される帰還地図作成処理のフローチャートも実施形態1に係る帰還地図作成と同じであり、図6に示されるとおりである。ただし、ステップS102で実行される行動計画作成処理のフローチャートは実施形態1と少し異なる。そこで、実施形態2に係る行動計画作成処理のフローチャートについて、実施形態1と異なる点を中心に説明する。

0068

実施形態2に係る自律移動装置101の行動計画作成処理は、図11及び図12に示すように、実施形態1に係る行動計画作成処理の図4のステップS201とステップS202の間に図11のステップS231からステップS233までの処理が加わり、図4のステップS211が図11のステップS234に置き換わり、図5のステップS221が図12のステップS235に置き換わるだけで、それ以外は同じである。

0069

図11のステップS231では、行動計画部14は、人感センサ33により、周囲に人がいるかいないかを判定する。周囲に人がいるなら(ステップS231;Yes)、閾値用の変数THに第3残量閾値をセットし(ステップS232)、ステップS202に進む。第3残量閾値には、第1残量閾値未満第2残量閾値以上の任意の値を設定することができる。

0070

周囲に人がいないなら(ステップS231;No)、閾値用の変数THに第1残量閾値をセットし(ステップS233)、ステップS202に進む。

0071

図11のステップS234及び図12のステップS235では、行動計画部14は、電池残量が閾値用の変数TH未満であるか否かを判定する。また、図11のステップS212及び図12のステップS222における移動範囲306の取得では、実施形態1での移動範囲306よりもより広い移動範囲306になるように、電池残量に応じた総合移動コストの値を所定の値だけ大きく設定しても良い。

0072

以上の処理により、実施形態2に係る自律移動装置101は、周囲に人がいるときには、実施形態1に係る自律移動装置100よりもより長い時間、より広い移動範囲306を自由に移動できるようになる。

0073

なお、自律移動装置100,101の各機能は、通常のPC(Personal Computer)等のコンピュータによっても実施することができる。具体的には、上記実施形態では、自律移動装置100,101が行う自律移動制御処理のプログラムが、記憶部20のROMに予め記憶されているものとして説明した。しかし、プログラムを、フレキシブルディスクCD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)及びMO(Magneto−Optical Disc)等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータに読み込んでインストールすることにより、上述の各機能を実現することができるコンピュータを構成してもよい。

0074

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

0075

(付記)
(付記1)
各地点から充電器まで移動するコストである帰還コストを記録した帰還地図を作成する帰還地図作成部と、
前記帰還地図作成部が作成した帰還地図に記録されている帰還コストに基づいて自機の移動を制御する移動制御部と、
を備える自律移動装置。

0076

(付記2)
前記移動制御部は、前記帰還地図を参照して前記充電器へ自機を移動させるように駆動部を制御する、
付記1に記載の自律移動装置。

0077

(付記3)
前記移動制御部は、前記帰還地図作成部が作成した帰還地図に基づき、前記帰還コストが最小となる地点をたどって自機が前記充電器に到達するように駆動部を制御する、
付記1又は2に記載の自律移動装置。

0078

(付記4)
前記移動制御部は、前記帰還地図作成部が作成した帰還地図を用いて現在の電池残量で前記充電器に帰還できる移動範囲の中で自機を移動させるように駆動部を制御する、
付記1に記載の自律移動装置。

0079

(付記5)
障害物センサで検出した障害物の位置の情報に基づき周囲の環境の状態を表す環境地図を作成する環境地図作成部を備え、
前記帰還地図作成部は、前記環境地図作成部が作成した環境地図に基づき、前記環境地図の上の各地点から前記充電器まで移動するコストである帰還コストを該各地点について算出し、該各地点の帰還コストを記録した帰還地図を作成する、
付記1から4のいずれか1つに記載の自律移動装置。

0080

(付記6)
前記帰還地図作成部は、前記環境地図作成部が作成した環境地図の上の各地点間の経路幅を求め、該経路幅を考慮して帰還コストを算出する、
付記5に記載の自律移動装置。

0081

(付記7)
前記環境地図作成部は、加速度センサが上下方向の揺れを検出した位置を悪路面とした環境地図を作成し、
前記帰還地図作成部は、前記環境地図作成部が作成した環境地図の上の悪路面を考慮して帰還コストを算出する、
付記5又は6に記載の自律移動装置。

0082

(付記8)
前記帰還地図作成部が作成した帰還地図に含まれる地点の中で、前記帰還コストがコスト基準値未満である地点を目的地に設定し、該目的地までの経路を設定する行動計画部を備え、
前記移動制御部は前記行動計画部が設定した経路に沿って自機を移動させるように駆動部を制御する、
付記5から7のいずれか1つに記載の自律移動装置。

0083

(付記9)
前記行動計画部は、前記コスト基準値を、電池残量が少なくなるにつれて小さい値に変更する、
付記8に記載の自律移動装置。

0084

(付記10)
前記移動制御部によって移動中に障害物センサが障害物を検出したら、
前記環境地図作成部は前記障害物を記録した環境地図を作成し、
前記帰還地図作成部は前記障害物を考慮した帰還地図を作成し、
前記行動計画部は、前記障害物を記録した環境地図及び前記障害物を考慮した帰還地図に基づいて、目的地及び経路を設定し直す、
付記8又は9に記載の自律移動装置。

0085

(付記11)
前記環境地図の作成範囲を広げていく地図作成モードを含む動作モードを複数持ち、
前記行動計画部は、前記動作モードが地図作成モードのときには、前記環境地図の上で、前記環境地図が作成済みの地点と作成されていない地点との境目の地点を目的地に設定する、
付記8から10のいずれか1つに記載の自律移動装置。

0086

(付記12)
ランダムに移動する自由散歩モードを含む動作モードを複数持ち、
前記行動計画部は、前記動作モードが自由散歩モードのときには、前記環境地図の上で障害物の位置以外の位置を目的地としてランダムに設定する、
付記8から11のいずれか1つに記載の自律移動装置。

0087

(付記13)
前記行動計画部は、前記動作モードが自由散歩モードのときには、
電池残量が所定の残量閾値以上なら、前記帰還コストの値によらず、前記環境地図の上で障害物の位置以外の位置を目的地としてランダムに設定する、
付記12に記載の自律移動装置。

0088

(付記14)
周囲に人がいることを検出する人感センサを備え、
前記人感センサが周囲に人がいることを検出したら、
前記行動計画部は、電池残量が所定の残量閾値以上なら、前記帰還コストの値によらずに目的地を設定する、
付記8から13のいずれか1つに記載の自律移動装置。

0089

(付記15)
各地点から充電器まで移動するコストである帰還コストを記録した帰還地図を作成し、
前記帰還地図を用いて現在の電池残量で充電器に帰還できる移動範囲の中で移動する、
自律移動方法。

0090

(付記16)
コンピュータを付記1から14のいずれか1つに記載の自律移動装置として機能させるための、又は、
コンピュータに付記15に記載の自律移動方法を実行させるための、
プログラム。

0091

10…制御部、11…位置推定部、12…環境地図作成部、13…帰還地図作成部、14…行動計画部、15…移動制御部、20…記憶部、21…画像記憶部、22…特徴点記憶部、23…環境地図記憶部、24…帰還地図記憶部、30…センサ部、31…障害物センサ、32…加速度センサ、33…人感センサ、41…撮像部、42…駆動部、43…電池残量取得部、44…通信部、100,101…自律移動装置、301…充電器、302…障害物、303…悪路面、304…自由空間、305…不明空間、306…移動範囲、311…ノード、312…エッジ、313…障害物コスト、314…経路幅コスト、315…路面コスト

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