位置识别装置和具有该位置识别装置的移动机器人

摘要

在估测移动机器人(1)位置的位置识别单元(7)中设置有：测量从移动机器人(1)到物体的距离的激光距离传感器(6)、根据测量出的从移动机器人(1)至物体的距离数据和地图数据来判别物体的单元、存储移动机器人(1)的行进区域的行进区域存储单元(12)、存储与移动机器人(1)的行进区域不同的指定区域的指定区域存储单元(13)、以及判断物体是否位于存储在行进区域存储单元(12)中的移动机器人(1)的行进区域内的物体判断单元(14)。

说明书

技术领域

本发明涉及根据由距离传感器测量的周边环境的距离数据和周边 环境的地图数据来估测地图上的移动体的位置和角度的位置识别装置 和具有该位置识别装置的移动体。在本说明书中同时使用“移动体” 这一术语和“移动机器人”这一术语，“移动机器人”作为“移动体” 的一个实施方式而使用，作为发明思想没有实质的差别。

背景技术

以往已知有利用由激光距离传感器测量的距离数据以及地图数据 来估测移动体的位置和角度的位置姿态估测装置。例如在专利文献1 (日本特开2009-109200号公报)中，公开了移动机器人的自主移动控 制等中使用的、识别实际环境中自身的位置姿态的技术，尤其是以移 动机器人在无人操作下自动地到达目的地为目的的、利用来自搭载在 移动机器人上的距离传感器的遥感数据和表示环境的几何状况的二维 环境地图来计算移动机器人的位置姿态的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-109200号公报

发明内容

在上述专利文献1记载的技术中，记载了使由距离传感器测量的 遥感数据与环境地图匹配来估测移动机器人的位置姿态的方法，但在 一般的匹配方法中，由于存在数据的处理量庞大、计算时间长等问题， 而期望减少处理量。因此，除了估测位置姿态以外没有提出进行使用 地图的处理的方案。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种位置识别 装置和具有位置识别装置的移动机器人，其在预先设定的规定区域(行 进区域、指定区域等特定区域)的范围内，通过进行距离数据与地图 数据的匹配，来估测移动体的位置姿态，并且通过利用估测出的位置 姿态，再次对比距离数据和地图数据，来对激光距离传感器照射的物 体的种类进行分类。

本发明的位置识别装置，其利用照射的激光的反射光来识别设置 在周围环境中的物体，并且估测以能够移动的方式配置在周边环境内 的移动体的位置和角度，上述位置识别装置的特征在于：存储有上述 移动体行进的周边环境的地图数据，上述位置识别装置设置有：测量 从上述移动体至设置在上述周围环境中的物体的距离的距离传感器； 根据由该距离传感器测量出的从上述移动体至上述物体的距离数据和 上述地图数据来判别设置在上述周围环境中的物体的单元；存储上述 移动体的行进区域的行进区域存储单元；和判断上述物体是否位于存 储在该行进区域存储单元中的上述移动体的行进区域内的物体判断单 元。

本发明的位置识别装置，其利用照射的激光的反射光来识别设置 在周围环境中的物体，并且估测以能够移动的方式配置在周边环境内 的移动体的位置和角度，上述位置识别装置的特征在于：存储有上述 移动体行进的周边环境的地图数据，上述位置识别装置设置有：测量 从上述移动体至设置在上述周围环境中的物体的距离的距离传感器； 根据由该距离传感器测量出的从上述移动体至上述物体的距离数据和 上述地图数据来判别设置在上述周围环境中的物体的单元；存储上述 移动体的行进区域的行进区域存储单元；存储与上述移动体的行进区 域不同的特定区域的特定区域存储单元；和判断上述物体是否位于存 储在上述行进区域存储单元中的上述移动体的行进区域内或存储在上 述特定区域存储单元中的上述特定区域内的物体判断单元。

本发明的位置识别装置，其具有测量至周围物体的距离的距离传 感器，利用移动体行进的周边环境的地图数据和由上述距离传感器测 量出的距离数据来估测上述移动体的位置和角度，上述位置识别装置 的特征在于，包括：存储上述地图数据的特定区域的特定区域存储单 元；和利用上述地图数据和上述估测出的位置和角度来判断是否有物 体位于上述特定区域内的物体判断单元。

本发明的位置识别装置，通过上述距离传感器对从上述移动体至 上述物体的距离进行多次测量，基于通过该多次测量而得到的多个上 述距离数据，对上述物体进行是移动体还是静止体的分类。

本发明的移动机器人，其特征在于：设置有上述位置识别装置和 对自主行进进行自动控制的控制装置，上述控制装置根据上述距离数 据判断上述移动机器人已接近上述物体，并基于由上述物体判断单元 进行的上述物体是否位于上述行进区域内的判断，来改变行进路径。

在本发明的移动机器人中，上述控制装置在根据上述距离数据判 断上述移动机器人已接近上述物体时，根据该物体的分类来改变上述 移动体的行进限制速度。

在本发明的移动机器人中，设置有通信装置，其在上述物体判断 单元判断为上述物体位于上述特定区域内时向外部进行通报。

本发明的移动机器人通过基于估测的位置、角度来对比距离数据 和地图数据，能够容易地分成与地图一致的物体、位于行进通路上的 物体、位于地图的特定区域内的物体等这些种类，能够构筑使移动体 避开障碍物、安全且提高了便利性地行进的控制系统。

附图说明

图1是表示本实施方式的移动机器人的结构的框图。

图2是表示移动机器人的行进路径和周边环境的状态的说明图。

图3A是表示周边环境的地图数据的说明图。

图3B是表示地图数据中的移动机器人的行进区域、指定区域的说 明图。

图4是表示从构成于移动机器人的激光距离传感器向物体等照射 激光来判别物体的状态的说明图。

图5A是表示为了与图3A比较进行了从移动机器人1至能看到的 地图物体的距离的测量的状态的说明图。

图5B是表示被判断为预先存储的行进区域内放置有物体A的状 态的说明图。

图5C是表示被判断为预先存储的指定区域A1内放置有台车B的 状态的说明图。

图5D是表示被判断为物体位于行进区域1、2、3和指定区域以外 的区域的状态的说明图。

附图标记说明

1……移动机器人

2……相对位置运算部

3……控制指令部

4……行进控制部

5……左右电动机(马达)

6……激光距离传感器(距离传感器)

7……位置识别单元(位置识别装置)

8……通信装置

9……目标点指令装置

10……地图数据

11……数据对比部

12……行进区域存储单元

13……指定区域存储单元(特定区域存储单元)

14……物体判断单元

15……地图物体接近判断部

16……行进障碍物体处理部

17……指定区域物体处理部

18……车辆速度限制运算部

具体实施方式

图1是表示作为本发明的一例的移动体的移动机器人1的结构的 框图。如该图所示，移动机器人1包括：被输入从目标点指令装置9 输出的目标位置Xg、Yg、目标角度Θg的相对位置运算部2、被输入 从相对位置运算部2输出的控制指令dx、dy、dθ的控制指令部3、被 输入从控制指令部3输出的行进速度指令和旋转速度指令的行进控制 部4、分别被输入从行进控制部4输出的左电动机速度指令和右电动机 速度指令的作为行进机构的左右电动机5、测量从移动机器人1到后述 的周边环境(墙壁、装置、物体A等)的距离的激光距离传感器6、 根据周边环境的地图数据10和由激光距离传感器6测量的周边环境的 距离数据估测移动机器人1的位置和角度的位置识别装置7、以及用于 与外部进行通信来实现通报等的通信装置8。

作为位置识别装置的位置识别单元7中存储有移动机器人1所行 进的周边环境的地图数据10，设置有将由激光距离传感器6测量出的 至墙壁、装置、物体等周边环境的位置信息与地图数据10对比的数据 对比部11。为了估测移动机器人1与周围环境的位置关系，如图3B 所示，该位置识别单元7预先将区域划分为“行进区域”和作为特定 区域的“指定区域”。“行进区域”正如其名，为移动机器人1行进的 区域，“指定区域”为台车或物体等的放置地点。因此，位置识别单元 7设置有：存储移动机器人1的行进区域的行进区域存储单元12和存 储移动机器人1的行进区域以外的作为特定区域的指定区域的特定区 域存储单元即指定区域存储单元13。而且，通过物体判断单元14根据 由激光距离传感器6测量出的墙壁、装置、物体等周边环境的信息来 判断“物体”的存在。进一步地，参考来自行进区域存储单元12和指 定区域存储单元13的各区域信息，在各处理部、地图物体接近判断部 15、行进障碍物体处理部16、指定区域物体处理部17中进行已判断为 存在的“物体”是地图物体、行进障碍物体还是指定区域物体的处理。 对于地图物体和行进障碍物体，由于作为行进的移动机器人1需要加 以注意，因此向车辆速度限制运算部18输出信息，在基于车辆速度限 制运算部18中的信息的运算而判断为需要对车辆速度施加限制的情况 下，向控制指令部3发出限制速度指令。

将由激光距离传感器6测量出的距离数据与地图数据10对比，求 取移动机器人1的位置和角度的数据。由数据对比部11对比后的移动 机器人1的位置和角度的数据与由激光距离传感器6测量出的距离数 据以及地图数据10一起输入到物体判断单元14。如上所述，在物体判 断单元14中，参考来自行进区域存储单元12和指定区域存储单元13 的各区域信息，判断已判断为存在的“物体”是地图物体、行进障碍 物体还是指定区域物体。地图物体信息由地图物体接近判断部15处理， 行进障碍物体信息由行进障碍物体处理部16处理，指定区域物体信息 由指定区域物体处理部17处理。

图2是表示移动机器人1的行进路径和周围环境的状态的说明图。 如该图所示，在移动机器人1可行进的周边环境中存在作为物体的墙 壁、装置1～5、物体B、台车C、物体C。在此，物体B以影响虚线 所示的移动机器人1的行进路径的方式放置，台车C放置在台车放置 区域内。于是，移动机器人1在沿虚线所示的行进路径行进时，回避 物体B地行进以便不会与物体B接触。

图3A表示周边环境的地图数据。图3B表示地图数据中的移动机 器人1的行进区域1、2、3和指定区域A1。图3A的周边环境的地图 数据被预先存储。图3B的行进区域1、2、3和指定区域A1能够通过 用户的规定操作而存储在行进区域存储单元12和指定区域存储单元 13中。

图4表示从构成在移动机器人1中的激光距离传感器6向物体A、 B等照射激光来判别物体的状态。如图4中箭头所示，从移动机器人1 的激光距离传感器6照射的激光照射在以移动机器人1的正面侧为基 准的左右90度的范围、即180度的范围内。并且，如粗黑线所示，能 够利用反射光测量到物体A、B或周边环境的边界的距离。图4所示 的检测状态是通过匹配处理对激光距离传感器6的距离数据与地图数 据10进行对比来估测移动机器人1的位置和姿态的结果。即，能够根 据与地图数据10一致的距离数据来估测移动机器人1的位置和姿态。

对图4的位置估测结果进行分类的话，则如图5A、图5B、图5C、 图5D所示。在图5A、图5B、图5C、图5D中示出了距离数据中的分 别用粗线分类的结果。

图5A表示通过再次与图3A所示的地图数据10比较而得到的与 地图数据10一致的距离数据。由于这些数据是被记录在地图中的数据， 所以能够看作是固定物体或静止物体。

图5B表示被判断为有物体A位于预先存储的行进区域内的状态。 位于行进区域2内的物体A可能成为移动机器人1的行进障碍。即被 判断为，由于物体A位于接下来要行进的预定的行进区域上，所以如 果沿预定的行进路径行进则有可能发生碰撞。此外，物体A的粗略大 小能够根据距离数据估测，但无法进行进一步的确定。

在此，在行进区域存储单元12中存储有行进区域2的情况下，如 图4所示，从被判断为存在的“物体”中提取位于行进区域2内的“物 体”。在实施例中设定了3个行进区域，位于行进区域内的“物体”的 判别在移动机器人1进入到该行进区域内时进行即可。即，位于行进 区域1内的“物体”的判别能够在从入口进入到该区域内时进行，位 于行进区域3内的“物体”的判别也能够在从行进区域2的终端起至 进入到行进区域3内进行。此外，在行进中逐渐进入到行进区域内的 情况下，也需要与其进行对应。

图5C表示被判断为有台车B位于预先存储的指定区域A1内的状 态。指定区域A1内的台车B并不构成移动机器人1行进的障碍，在 将该指定区域A1作为台车放置区域使用的情况下，能够将检测出的物 体看作是台车B。由此，如果在作为台车放置区域的指定区域A1内有 台车，则意味着要求利用移动机器人1运送台车。因此，在检测出的 移动机器人1不进行其它作业的情况下，能够自动地对台车B牵引将 其运送至指定的运送目的地。此外，在移动机器人1正在进行其它工 作的情况下或者在处于向其它位置移动的期间的情况下，也能够将发 现台车B的消息通过通信来联络位于外部的上级控制装置。此外，在 放置了不同于台车的物体的情况下，也能够通过物体的大小对其进行 判断。

图5D表示被判断为有物体位于行进区域1、2、3和指定区域以外 的区域的状态。在判别“物体”的存在时，对既不在行进区域内也不 在指定区域内、并非地图物体的物体，判断为其它物体并进行处理。

根据以上的结构，在利用照射的激光的反射光来识别周围环境中 设置的物体并估测在周边环境内以能够移动的方式配置的移动机器人 1的位置和角度的位置识别单元7中存储了移动机器人1行进的周边环 境的地图数据，并且移动机器人1包括：测量从移动机器人1至上述 周围环境中设置的物体的距离的激光距离传感器6；利用该激光距离传 感器6测量出的从移动机器人1到物体的距离数据和地图数据来判别 上述周围环境中设置的物体的单元；存储移动机器人1的行进区域的 行进区域存储单元12；作为存储与移动机器人1的行进区域不同的特 定区域的特定区域存储单元的指定区域存储单元13；判断行进区域存 储单元12中存储的移动机器人1的行进区域内或作为存储在特定区域 存储单元即指定区域存储单元13中的作为特定区域内的指定区域内是 否放置有物体的物体判断单元14。由此，通过基于估测出的位置和姿 态再次对比距离数据和地图数据10，能够简单地分类成距离数据与地 图数据10一致的物体、位于行进区域上的物体、位于特定区域内的物 体、位于其它区域内的物体。相对于以往基于距离数据中表示接近近 的短距离数据来进行移动机器人的控制，由于能够将该接近的距离数 据的种类作为信息提供，因此能够判断移动机器人1是否应减速、停 止，因此能够进行更良好的移动机器人1的控制。

此外，本实施方式的位置识别单元7通过激光距离传感器6对从 移动机器人1到物体的距离进行多次测量，基于通过该多次测量所得 到的多个距离数据，能够对物体进行是移动体还是静止体的分类。进 一步地，控制装置根据距离数据判断移动机器人1已接近物体，基于 由物体判断单元14进行的物体是否被放置在行进区域内的判断，来改 变行进路线。进一步地，控制装置在根据距离数据判断移动机器人1 已接近物体时，使移动机器人1减速，该移动机器人1在碰撞物体之 前停止。另外，在已接近的物体与地图数据10一致的情况下，由于可 将该物体看作为静止物或停止物，所以也能够在保证安全行进的范围 内减少行进速度减速的比例。