JPH04365104A - 最適化経路計画装置及び自律移動ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自律移動ロボッ
トの最適化経路を計画する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動ロボットが目標点に到達するために
は、障害物と衝突することなく出発点から目標点までロ
ボットを誘導する経路が必要である。そのためにはロボ
ットに移動経路を計画する機能が必要であり、この機能
を実現する方法を経路計画法という。経路計画法は経路
を計画する際に利用する情報に注目して大きく２つに分
類できる。一つは、ロボットが作業を行う場所にある障
害物に関する情報を含む地図が予め与えられ、この地図
を利用して出発点から目標点までの経路を計画する方法
である。他の一つは、この様な障害物に関する地図を一
切利用せずに経路を計画する方法である。

【０００３】ロボットの作業場所の障害物を示した地図
を利用する経路計画法を用いた経路計画装置は図１１に
示すように、命令入力部１より目標点の位置を受け取り
、自己位置認識部２より出発点の位置を得る。そして、
作業場所をロボットが移動可能な領域と障害物に分類し
た地図を地図記憶部４に持ち、その地図を利用して目標
点までの経路を経路探索部５で探索して、その経路をロ
ボットを駆動させる駆動部３に出力する。本方式による
経路計画法としては、地図中のロボットが移動可能な領
域の代表点と、出発点と目標点をノ−ドとして結ぶ全て
の経路（以下グラフという）を生成し、グラフ探索を行
うことにより出発点から目標点までの経路を探索する方
法が多く提案されている。この方法では、探索に適切な
評価関数を導入することによって、探索スピ−ドの高速
化や、経路の最適化を図ることが可能である。

【０００４】しかし従来の、地図を利用した経路計画法
はその地図が不完全であると目標点までの経路が計画で
きなかったり、障害物と実際には交差する経路が計画さ
れる場合などがあるので、ロボットが作業を行う場所の
障害物の存在を正確に表現した地図が必要となる。従っ
て、作業場所全体のロボットが移動可能な領域と障害物
を正確に表現した地図を事前に与えるか、または予め地
図獲得のためにロボットが作業場所全体を探索してから
経路を計画しなければならない。また、地図のない作業
場所や、地図獲得後の作業場所の変化、例えば新たな障
害物が作業場所に加えられたり、障害物の位置が変更さ
れた場合等には対応できない。

【０００５】一方、作業場所の地図を利用しない経路計
画法を用いた経路計画装置においては、図１２に示すよ
うに命令入力部１から目標点の位置を受け取る。そして
、自己位置認識部２から得られるロボットの現在位置と
、障害物認識部６から得られるロボットの周囲の作業場
所の状態だけを基に経路生成部７で誘導経路を生成して
、ロボットの駆動部３に計画した経路を出力する。本方
式の代表的なものとしては、例えばＬｕｍｅｌｓｋｙに
よって提案された経路計画法がある。この方法では、ロ
ボットは目標点への直進と障害物の表面に沿った移動の
みを行う。まず、ロボットは目標点に向かって直進する
。障害物によって目標点への直進が妨げられた場合は、
その障害物に沿って移動し、ロボットはその状態で目標
点に最も近く、目標点に向かって直進することができる
場所か、あるいは目標点と障害物を端点とする線分上で
障害物の表面をたどり始めた場所よりも目標点に近く、
目標点に向かって直進することができる場所まで移動し
たら、再び目標点に向かって直進する。この方法では障
害物表面をたどり始める場所と、障害物から離れる場所
の目標点までの距離が単調減少することより、到達可能
な目標点には確実に到達することが証明されている。

【０００６】しかし従来の、地図を利用しない経路計画
方法はロボットの周囲の作業場所の情報しか使用しない
ため、過去の移動経験を活用した経路の最適化は不可能
である。その結果、ロボットは同じ出発点と目標点では
毎回同じ冗長な経路で移動することになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】地図を利用した経路計
画法の場合にその地図が不完全であると、実際には障害
物と交差して通過できない経路が計画されたり、逆に、
実際にはロボットが通過可能な場所が通過不可能とみな
され、出発点から目標点までの経路の計画ができなくな
ることがある。そこで、目標点までの安全な経路を確実
に計画するためには、ロボットが作業を行う場所全体の
移動可能な領域と障害物との区分を正確に表現した地図
が必要になる。この地図は予め人の手で与えるか、事前
に作業場所全体をロボットが探索して獲得しなければな
らない。従って、地図を獲得した環境に変化が生じた場
合には地図は不正確となり、従来の経路計画法では対応
できない。

【０００８】本発明は、地図が表現するロボットが移動
可能な領域と障害物との区分が不正確な場合でもロボッ
トを目標点まで誘導でき、また、ロボットが通過した部
分の地図を生成し、移動を重ねる度にその地図を更新し
てより効率の良い経路を計画することにより、作業場所
における経路の最適化を図り、作業場所の変化にも対応
可能な経路計画装置を提供することを目的とする。 ［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、移動可能
領域を表す地図データを記憶する手段と、この記憶され
た地図データを利用して移動経路を計画する第１の経路
計画手段と、この手段により計画された経路上の物体の
有無を認識する手段と、この物体を回避する経路を計画
する第２の経路計画手段と、前記物体の有無を認識する
手段により認識された物体に関する情報に基づき、前記
の移動可能領域を表す地図データを更新する手段とを具
備することを特徴とする最適化経路計画装置である。

【００１０】第２の発明は、第１の発明の最適化経路計
画装置と、この装置によって計画された経路に従って前
記移動可能領域内を移動する駆動手段とを具備すること
を特徴とする自律移動ロボットである。

【００１１】第３の発明は、移動物体の移動可能な領域
に対応する地図データを記憶する地図記憶手段と、この
手段により記憶された地図データに基づいて前記移動物
体の移動経路を計画する経路計画手段と、この手段によ
り計画された移動経路に従って前記移動物体を移動させ
る駆動手段と、前記移動物体が移動した際、前記移動物
体の周囲の状況に関する情報を入力するための情報入力
手段と、この手段により入力された情報に基づき前記地
図記憶手段の地図データの内容をチェックする地図確認
手段とを備えた最適化経路計画装置である。

【００１２】第４の発明は、移動物体の移動可能な領域
に対応する地図データを記憶する地図記憶手段を有し、
この地図記憶手段の地図データに基づいて移動物体の移
動経路を計画する第１の経路計画手段と、前記移動物体
に搭載されて当該移動物体の周囲空間に関する情報を得
るための認識部を有し、この認識部から得られる情報に
基づいて前記移動物体の移動経路を計画する第２の経路
計画手段と、前記第１または第２の経路計画手段により
求められた移動経路に従って、前記移動物体を移動させ
る駆動手段と、前記認識部より得られた情報に基づいて
前記地図記憶手段の地図データを更新する更新手段とを
備えた最適化経路計画装置である。

【００１３】

【作用】本発明の最適化経路計画装置においては、最初
に、その時点までに得られたロボットが作業する場所の
不完全な地図を利用して出発点から目標点までを結ぶ経
路を計画して、ロボットにその計画した経路を指示する
。不完全な地図を利用して経路を計画するため、経路上
に障害物が存在し、ロボットが目標点に到達できない場
合がある。このような場合、最適化経路計画装置はロボ
ットが移動時に獲得するロボットの周囲の作業場所に関
する情報に基づいて、その障害物を回避するための経路
を計画する。そして、その経路をロボットに指示し、同
時に獲得した作業所内の情報を利用して地図の生成・修
正を行う。その障害物を回避しきったか、地図を利用し
て目標点までの経路が再び計画可能と判断できる位置ま
でロボットが移動したら、最適化経路計画装置はその位
置と目標点を結ぶ経路を再び地図を利用して計画する。 従って、ロボットが作業を重ねる度に地図は更新されて
、作業場所の状況をより完全に表すようになる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１５】図１は本発明の一実施例を機能的に示すブ
ロック図である。最適化経路計画装置１０は、ロボット
の作業場所全体の移動可能領域と障害物との区分を表し
た地図を記憶する地図記憶部４、ロボットの周囲の状況
についてのみの地図を生成し地図記憶部４の地図を更新
する地図生成・更新部８、地図記憶部４に記憶されてい
る地図を利用して目標点までの経路を計画する経路探索
部５、地図を利用せずに障害物を回避する経路を計画す
る経路生成部７から構成される。そして、この最適化経
路計画装置１０を搭載するロボットは、自己位置認識部
２より現在位置を、命令入力部１より目標点の位置を、
障害物認識部６から周囲の障害物の状態を受け取る。そ
れらの情報を用いて経路探索部５または経路生成部７に
より計画した経路は駆動部３に伝達され、その計画され
た経路に沿ってロボットは移動する。地図生成・更新部
８は、また自己位置認識部２より現在位置を、移動中に
障害物認識部６から周囲の障害物の状態を受け取って、
ロボットの周囲の状況について地図を生成し、それに基
づき地図記憶部４が記憶している作業場所全体の地図を
更新する。

【００１６】図２に経路計画の過程を示す。最適化経路
計画装置１０は経路探索部５や経路生成部７で計画され
た経路をロボットの駆動部３に伝達し、その伝達された
経路に従いロボットが移動する。経路探索部５は、地図
記憶部４に記憶された地図上で自己位置認識部２より受
け取った現在位置から命令入力部１より得た目標点の位
置（１ａ）までの安全で最適な経路を探索し、ロボット
はその経路に従って移動する（１ｂ）。ロボットが障害
物認識部６から経路上に障害物を発見した場合は経路生
成部７を起動する。経路生成部７は障害物認識部６から
ロボットの周囲の状況を受け取り、その障害物を回避す
る経路を計画する。ロボットがその障害物回避経路に沿
って移動し（１ｃ）、障害物を回避したと判断できる場
所か、地図記憶部４に記憶された地図により経路探索部
５が使用可能と判断できる場所に到達したら、最適化経
路計画装置１０は経路探索部５を再び起動する（１ｂ）
。次に経路探索部５と経路生成部７による移動の過程を
それぞれ図３と図４で説明する。

【００１７】経路探索部５は、図３に示すように自己位
置認識部２より現在位置を受け取り（２ａ）、地図記憶
部４に記憶された地図上で、その現在位置から命令入力
部１より指示された目標点までの安全で最適な経路を計
画する（２ｂ）。この最適な経路は多くの候補経路から
選択される。ロボットはその選択された経路に沿って移
動し（２ｃ）、障害物認識部６から得られる情報を基に
地図記憶部４の地図を地図生成・更新部８により修正す
る（２ｄ）。移動中に目標点に達したら、計画を終了す
る（２ｅ）。経路探索部５は不完全な地図を利用して経
路計画を行うため、計画された経路上に障害物が存在す
る可能性があり、ロボットが障害物認識部６により経路
上に障害物を発見した場合、最適化経路計画装置１０は
、経路生成部７を起動する（２ｆ）。

【００１８】経路生成部７は、図４のようにまず自己位
置認識部２よりロボットの現在位置を、障害物認識部６
より周囲の作業場所の状態を受け取り（３ａ、３ｂ）、
この障害物を回避するための経路を計画する（３ｃ）。 ロボットはその回避経路に沿って移動し（３ｄ）、最適
化経路計画装置１０は次回から経路探索部５がより安全
な経路を計画できるようにするために、障害物認識部６
からの情報を基に地図生成・更新部８でロボットの周囲
の作業場所の地図を生成し、それを基に地図記憶部４の
地図を修正する（３ｅ）。そしてロボットがその障害物
を回避し終わるか、経路探索部を使用することができる
場所まで移動したら、再び経路探索部５を用いて目標点
までの経路を計画する（３ｆ）。障害物の回避終了の場
所は、回避中の障害物に沿い、経路探索部５によって先
に生成された経路がその障害物と交差した場所よりも目
標点に近く、かつ、目標点に向かって直進できることを
障害物認識部６が認識できる場所である。また、経路探
索部５が使用できる場所は、回避している障害物に沿い
地図記憶部４の地図に記憶されている場所をロボットが
認識できる場所、もしくは先に経路探索部が生成した経
路や候補経路に接続する経路を経路探索部５が生成でき
る場所である。ロボットが障害物の回避中に目標点に到
達したら、作業場所全体の更新された地図を地図記憶部
４に格納して、計画を終了する（３ｇ）。回避した障害
物は地図に記憶されるため、経路探索部５は次回からそ
の障害物を考慮して、より効率の良い経路を計画できる
。

【００１９】地図記憶部４の地図の修正方法は、図５に
示すように、ロボットの現在位置とその周囲の作業場所
の状況を認識すると（４ａ、４ｂ）、地図生成・更新部
８でロボットの周囲の作業場所の地図を生成して（４ｃ
）、地図記憶部４の地図と比較する（４ｄ）。地図記憶
部４の地図に記録されていない障害物が障害物認識部６
により認識された場合は、その障害物の状態を地図記憶
部４の地図に記憶する（４ｅ）。逆に地図記憶部４の地
図に記録されている障害物が発見されなかった場合は、
地図記憶部４の地図からその障害物を削除して（４ｆ）
、地図の生成・修正は終了する（４ｇ）。図６から図１
０に基づいて経路探索、ロボットの移動、障害物の回避
の過程の詳細を説明する。地図は例えば図６のように障
害物のある作業場所を細かく分割し、各枡目に障害物の
有無を記録することにより障害物の状態を表す。

【００２０】経路計画開始時に、最適化経路計画装置１
０は出発点の位置と目標点の位置を受け取り、地図記憶
部４の地図上で安全で最適な出発点から目標点までの経
路を経路探索部５で計画する。経路探索部５では、例え
ば、障害物が多角形の場合、障害物の頂点を表す枡目を
代表点として選択し、この代表点と出発点、目標点を結
ぶ全ての経路を生成する。このような方法で形成される
各経路を以下グラフという。このグラフを用いて出発点
から目標点に至る最適な経路（例えば最短長のもの）を
探索する。地図記憶部４の地図に、出発点と目標点の間
に障害物が記録されていない場合、経路探索部５はまず
出発点と目標点を結ぶ直線を経路として計画する。続い
て、経路探索部５はこの計画された経路に従って移動す
るよう駆動部３に指示し、駆動部３によりロボットは図
７の矢印が示すように移動する。障害物認識部６によっ
て経路上に障害物が発見され、経路を塞いでいるその障
害物を回避しなければ目標点に到達できない場合には、
最適化経路計画装置１０は経路生成部７を起動して、障
害物を回避する経路を駆動部３に伝達するとともに地図
生成・更新部８がその障害物を地図に記憶する。図８に
回避経路Ａと回避中に地図に記録された障害物Ｂを示す
。

【００２１】障害物の回避が終了すると、地図記憶部４
の地図を利用して経路探索部５は再び、その障害物回避
終了場所から目標点までの経路を計画し、ロボットはそ
の経路に沿って移動する。

【００２２】その経路上に再び障害物を発見すると、最
適化経路計画装置１０は同様にして再び経路生成部７で
回避経路を計画する。この障害物の回避が終了すると、
最適化経路計画装置１０は、再度経路探索部５でその地
点から目標点までの経路を計画する。ロボットはその経
路に従って移動し、目標点に到達する。この例での出発
点から目標点までの経路Ｃと、移動中に地図に記憶され
た障害物Ｄは図９に示すとおりである。

【００２３】今回の移動中に得られた地図を経路探索部
５が利用することによって、次回の同じ出発点と目標点
間の移動は、図１０に示すように障害物の存在がより正
確に記録され、地図の不完全な部分が補われることによ
って、より安全で、より効率の良い経路（イ−ニ−ホ−
ヘ−チ−リ−ヌ）が計画できる。従って、同様の作業を
重ねる度に経路探索の最適化が図れる。

【００２４】

【発明の効果】このように、本発明の最適化経路計画装
置を使用することによって、ロボットが作業を行う場所
の地図が不完全であってもそれを利用してロボットを目
標点に到達させることが可能となる。また、ロボットの
移動時に得られる情報を基に地図の生成・修正を行うこ
とにより、ロボットが通過した周囲の作業場所の地図が
更新される。その結果、作業場所についての完全な情報
を事前に与える必要がなく、作業を重ねる度により効率
の良い経路の計画ができ、さらに、作業場所の状況の変
化にも対処できる自律移動ロボットの実現が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す機能ブロック図

【図２
】本発明の一実施例における経路計画手順を示すフロー
チャート

【図３】本発明の一実施例における経路探索部による移
動の手順を示すフローチャート

【図４】本発明の一実施例における経路生成部による移
動のの手順を示すフローチャート

【図５】本発明の一実施例における地図の生成・更新の
フローチャート

【図６】本発明の一実施例における作業場所の障害物の
有無を表す地図を示す図

【図７】本発明の一実施例におけるロボットの移動を示
す図

【図８】本発明の一実施例における障害物回避状況を示
す図

【図９】本発明の一実施例におけるロボットの全移動経
路を示す図

【図１０】本発明の一実施例における効率化の図られた
経路を示す図

【図１１】地図を利用した経路計画装置の機能ブロック
図

【図１２】地図を利用しない経路計画装置の機能ブロ
ック図

【符号の説明】

１　　命令入力部 ２　　自己位置認識部 ３　　駆動部 ４　　地図記憶部 ５　　経路探索部 ６　　障害物認識部 ７　　経路生成部 ８　　地図生成・更新部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動可能領域を表す地図データを記憶する
   手段と、この記憶された地図データを利用して移動経路
   を計画する第１の経路計画手段と、この手段により計画
   された経路上の物体の有無を認識する手段と、この物体
   を回避する経路を計画する第２の経路計画手段と、前記
   物体の有無を認識する手段により認識された物体に関す
   る情報に基づき、前記の移動可能領域を表す地図データ
   を更新する手段とを具備することを特徴とする最適化経
   路計画装置。
2. 【請求項２】移動可能領域を表す地図データを記憶する
   手段と、この記憶された地図データを利用して移動経路
   を計画する第１の経路計画手段と、この手段により計画
   された経路上の物体の有無を認識する手段と、この物体
   を回避する経路を計画する第２の経路計画手段と、前記
   物体の有無を認識する手段により認識された物体に関す
   る情報に基づき、前記の移動可能領域を表す地図データ
   を更新する手段と、前記第１及び第２の経路計画手段に
   より計画された経路に従って前記移動可能領域内を移動
   する駆動手段とを具備することを特徴とする自律移動ロ
   ボット。
3. 【請求項３】移動物体の移動可能な領域に対応する地図
   データを記憶する地図記憶手段と、この手段により記憶
   された地図データに基づいて前記移動物体の移動経路を
   計画する経路計画手段と、この手段により計画された移
   動経路に従って前記移動物体を移動させる駆動手段と、
   前記移動物体が移動した際、前記移動物体の周囲の状況
   に関する情報を入力するための情報入力手段と、この手
   段により入力された情報に基づき前記地図記憶手段の地
   図データの内容をチェックする地図確認手段とを備えた
   最適化経路計画装置。
4. 【請求項４】移動物体の移動可能な領域に対応する地図
   データを記憶する地図記憶手段を有し、この地図記憶手
   段の地図データに基づいて移動物体の移動経路を計画す
   る第１の経路計画手段と、前記移動物体に搭載されて当
   該移動物体の周囲空間に関する情報を得るための認識部
   を有し、この認識部から得られる情報に基づいて前記移
   動物体の移動経路を計画する第２の経路計画手段と、前
   記第１または第２の経路計画手段により求められた移動
   経路に従って、前記移動物体を移動させる駆動手段と、
   前記認識部より得られた情報に基づいて前記地図記憶手
   段の地図データを更新する更新手段とを備えた最適化経
   路計画装置。