環境地図修正装置及び自律移動装置
【課題】 実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能な環境地図修正装置を提供する。
【解決手段】 グローバルマップ修正装置３は、グローバルマップを構成する各グリッドが持つ物体存在確率情報を画像情報（白黒画像の濃淡情報）に変換する変換部３１と、変換された画像情報に基づいてグローバルマップ画像を表示する表示部３５と、ユーザからの修正操作を受け付ける操作入力部３６と、ユーザの修正操作に従って表示部３５に表示されているグローバルマップ画像を修正する修正部３７と、修正されたグローバルマップ画像（濃淡情報）を物体存在確率情報に逆変換することにより修正されたグローバルマップを取得する逆変換部３２とを備える。
【解決手段】 グローバルマップ修正装置３は、グローバルマップを構成する各グリッドが持つ物体存在確率情報を画像情報（白黒画像の濃淡情報）に変換する変換部３１と、変換された画像情報に基づいてグローバルマップ画像を表示する表示部３５と、ユーザからの修正操作を受け付ける操作入力部３６と、ユーザの修正操作に従って表示部３５に表示されているグローバルマップ画像を修正する修正部３７と、修正されたグローバルマップ画像（濃淡情報）を物体存在確率情報に逆変換することにより修正されたグローバルマップを取得する逆変換部３２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境地図修正装置、及び該環境地図修正装置を備えた自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、周囲環境の中を自律して移動する自律移動装置が知られている。自律移動装置が周囲環境の中を自律して移動するためには、移動空間内の物体（以下「障害物」ともいう）が存在する領域と存在しない領域とを表した環境地図が必要となる。ここで、特許文献１には、レーザレンジファインダ（またはカメラ）による距離計測の結果得られた地形データを用いて地形図（環境地図）を生成する移動ロボットが開示されている。
【特許文献１】特開平７−１２９２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
レーザレンジファインダ等による検出結果にはノイズが含まれることがある。また、環境地図作成時に、人や移動体等がレーザレンジファインダの検出範囲内を通過した場合には、定常的には存在しない物体が環境地図上に配置されるおそれがある。一方、ＣＡＤデータから環境地図を生成する場合であっても、ＣＡＤデータが作成された後に、障害物となる物体が置かれることもあり得る。そのため、生成又は取得された環境地図と実際の周囲環境とが相違することが起こり得る。ここで、生成又は取得された環境地図と実際の周囲環境とが相違する場合には、例えば、環境地図から移動経路を計画する際に、実際には通過できる通路を障害物があるために通過できないと判断し、結果として迂回経路を選択してしまう問題が生じるおそれがある。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能な環境地図修正装置、及び該環境地図修正装置を備えた自律移動装置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】
本発明に係る環境地図修正装置は、物体が存在する物体領域が示される環境地図を表示する表示手段と、表示手段により表示された環境地図に対する、ユーザからの修正操作を受け付ける入力手段と、入力手段により受け付けられた修正操作に基づいて、表示手段に表示されている環境地図を修正する修正手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る環境地図修正装置によれば、ユーザは、入力手段を介して修正操作を行うことにより、表示手段上で環境地図を修正することができる。そのため、環境地図と実際の周囲環境との相違をユーザのマニュアル操作により修正することができる。その結果、実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能となる。
【０００７】
本発明に係る環境地図修正装置は、複数のグリッドが持つ物体の存在確率情報を画像情報に変換する変換手段と、画像情報を物体の存在確率情報に逆変換する逆変換手段とを備え、表示手段が、変換手段により変換された画像情報に基づいて環境地図画像を表示し、修正手段が、表示手段により表示された環境地図画像を修正し、逆変換手段が、修正手段により修正された環境地図画像の画像情報を物体の存在確率情報に逆変換することが好ましい。
【０００８】
この場合、物体の存在確率情報と画像情報との間で相互に変換／逆変換が行われる。そのため、環境地図を環境地図画像に変換して表示するとともに、表示手段上に表示された環境地図画像を修正することにより修正された環境地図を取得することができる。よって、より容易に環境地図を修正することが可能となる。
【０００９】
本発明に係る環境地図修正装置では、上記画像情報が、白黒画像の濃淡情報であることが好ましい。
【００１０】
このようにすれば、物体の存在確率情報を持つ複数のグリッドから構成される環境地図を、物体の存在確率情報が白黒の濃淡で表現された白黒画像（環境地図画像）として視認することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る自律移動装置は、物体が存在する物体領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、環境地図取得手段により取得された環境地図を修正する、上記いずれかの環境地図修正装置と、環境地図修正装置により修正された環境地図から移動経路を計画する移動経路計画手段と、移動経路計画手段により計画された移動経路に沿って移動するように自機を駆動する移動手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る自律移動装置によれば、上述したいずれかの環境地図修正装置を備えているため、実際の周囲環境に合った環境地図を取得することができる。そのため、例えば環境地図から移動経路を計画する際に、実際には通過できる通路を障害物があるために通過できないと判断してしまうといった不具合を防止することができる。その結果、ユーザが把握している現実の周囲環境に合致した最適な移動経路に沿って移動することが可能となる。また、自律移動装置に環境地図修正装置が搭載されているため、環境地図の取得、環境地図の修正、及び環境地図からの経路計画といった一連の作業を効率よく行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ユーザからの修正操作に基づいて、表示されている環境地図を修正する構成としたので、より実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１５】
まず、図１を用いて、実施形態に係る環境地図修正装置（以下「グローバルマップ修正装置」という）３の構成について説明する。図１は、グローバルマップ修正装置３の構成を示すブロック図である。
【００１６】
グローバルマップ修正装置３は、ユーザの操作に基づいて、環境地図（物体（障害物）が存在する領域と存在しない領域とを表した地図、以下「グローバルマップ」という）を修正するものである。グローバルマップ修正装置３は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。グローバルマップ修正装置３は、グローバルマップの修正を行うために、記憶部３０、変換部３１、逆変換部３２、一時記憶部３３、タッチスクリーン３４、及び修正部３７を有している。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００１７】
記憶部３０は、例えば、上述したバックアップＲＡＭ等で構成されており、例えば、後述するグローバルマップ取得部４１により取得されたグローバルマップを記憶するものである。グローバルマップは、例えば、公知のＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）を利用して生成することができる。また、グローバルマップは建築図面から作成してもよく、さらに、他の装置で生成したグローバルマップを移植してもよい。
【００１８】
ここで、記憶部３０に記憶されるグローバルマップの一例を図２に示す。グローバルマップは、自律移動装置の移動領域のグリッドマップであり、壁面等の固定物（物体）の位置が記録されている。ここで、グリッドマップは、水平面を所定の大きさ（例えば１ｃｍ×１ｃｍ）のセル（以下「単位グリッド」又は単に「グリッド」という）で分割した平面からからなる地図であり、単位グリッド毎に物体があるか否かを示す物体存在確率情報が与えられている。本実施形態では、単位グリッドは、
１＞物体存在確率Ｐ（ｎ，ｍ）＞０ ： ｏｃｃｕｐｉｅｄ（物体有）
−１＜物体存在確率Ｐ（ｎ，ｍ）＜０： ｅｍｐｔｙ （物体無）
物体存在確率Ｐ（ｎ，ｍ）＝０ ： ｕｎｋｎｏｗｎ （不明）
の領域情報を有する。
すなわち、物体（障害物）が有るグリッドにはその存在確率に応じて「０〜１」の値が与えられ、物体（障害物）が無いグリッドにはその存在確率に応じて「０〜−１」の値が与えられる。また物体（障害物）の有無が不明なグリッドには「０」が与えられる。よって、図２に示されるように、壁面（図２中、白線で示された領域）が位置するグリッドは、「０．８〜１．０」の値を有している。また、物体が存在しない通路部分（図２中、黒色で塗られた領域）に対応するグリッドは「−０．８〜−１．０」の値を有している。さらに、壁面の背面側（図２中、灰色で示された領域）は、物体の有無が不明であるので、対応するグリッドは「０」の値を有している。
【００１９】
変換部３１は、記憶部３０に記憶されているグローバルマップを読み出し、該グローバルマップ（グリッドマップ）を構成する各グリッドが有する物体存在確率情報を画像情報、すなわち白黒画像の濃淡情報に変換して表示用マップ（グローバルマップ画像）を生成するものである。すなわち、変換部３１は、特許請求の範囲に記載の変換手段として機能する。より具体的には、物体存在確率情報を濃淡情報に変換する場合、変換部３１は、グリッド毎に、物体存在確率情報（−１〜０〜１）を濃淡情報（０〜１２８（８０Ｈ）〜２５５（ＦＦＨ））に変換して表示用マップを生成する。なお、白黒画像の濃淡情報では、完全な白が「２５５」、完全な黒が「０」となるように対応付けられている。ここで、変換部３１により生成された表示用マップの一例を図３に示す。なお、図３に示された表示用マップは、図２に示されたグローバルマップ（グリッドマップ）を変換したものである。図３に示されるように、壁面が位置するセルは略白色（２３０〜２５５）に変換されている。また、物体が存在しない通路部分は略黒色（０〜２６）に変換されている。さらに、物体の有無が不明な壁面の背面側は、灰色（１２８）に変換されている。変換部３１により生成された表示用マップは、例えば上述したＲＡＭ等で構成される一時記憶部３３に出力され、修正作業が行われている間、該一時記憶部３３において一時的に保持される。なお、ここで、上述したグローバルマップのデータ（物体存在確率情報）を、白黒画像の濃淡情報と同一の８ビットデータ（０〜２５５（ＦＦＨ））で表現している場合には、グローバルマップのデータを変換することなくそのまま表示することができるため、マップ変換は不要となる。
【００２０】
タッチスクリーン３４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等からなる表示部３５と、ユーザのタッチ操作（入力）を検出するタッチパネル等からなる操作入力部３６とを有して構成される入力装置である。表示部３５は、変換部３１により生成された表示用マップの画像情報（濃淡情報）に基づいてグローバルマップ画像（特許請求の範囲に記載の環境地図画像に相当）を表示する。また、表示部３５は、ユーザからのグローバルマップ画像に対する修正操作を受け付けるためのメニューバー及び各種ツール等を表示する。すなわち、表示部３５は、特許請求の範囲に記載の表示手段として機能する。
【００２１】
ここで、表示部３５に表示される表示画面の一例を図４に示す。図４に示されるように、表示部３５に表示される表示画面は、例えば、グローバルマップ画像表示領域４００、メニューバー表示領域４０１、ツールボックス表示領域４０２、及びパレット表示領域４０３等から構成されている。グローバルマップ画像表示領域４００には修正中のグローバルマップ画像が表示される。メニューバー表示領域４０１には、例えばファイルダイアログ４１０等、利用できる各種機能を分類してまとめたメニューが表示される。ツールボックス表示領域４０２には、例えば、スポイトツール４１１、鉛筆ツール４１２、領域指定ツール４１３、塗りつぶしツール４１４等、グローバルマップ画像の選択、描画等の役割を持つ複数のツールが表示される。パレット表示領域４０３には、描画色を指定するためのパレット４１５が表示される。
【００２２】
操作入力部３６は、表示部３５の表示画面を覆うように設けられており、その表面には２次元座標（Ｘ−Ｙ座標）が仮想的に配置されている。操作入力部３６は、ユーザからの修正操作を受け付けるものであり、ユーザによるタッチ操作がなされると、そのタッチ位置に応じた座標情報を出力する。なお、タッチ位置の検出には、例えば、圧力、静電容量、赤外線、及び超音波等が利用される。すなわち、操作入力部３６は、特許請求の範囲に記載の入力手段として機能する。操作入力部３６は、各種アイコン等の表示位置とユーザのタッチ位置を示す座標情報とに基づいて、ユーザの操作内容を判断する。そして、操作入力部３６は、判断された操作内容を修正部３７に出力する。
【００２３】
修正部３７は、操作入力部３６により受け付けられたユーザの修正操作に従って、表示部３５に表示されているグローバルマップ画像を修正する。すなわち、修正部３７は、特許請求の範囲に記載の修正手段として機能する。ここで、操作入力部３６及び修正部３７は、ユーザに対して、例えば次のような機能を提供する。なお、次に述べる機能は、操作入力部３６及び修正部３７により提供される機能の一例である。
１．修正するグローバルマップの読み込み（グローバルマップ指定・入力）
（１）ファイルダイアログ４１０を開き、修正するグローバルマップを指定する。なお、ファイルは、グローバルマップ全体として呼び出すことも、いくつかの領域毎に区分けされたグローバルマップとして呼び出すことも可能である。
２．上書きする色の指定（グローバルマップ修正）
（１）スポイトツール４１１でグローバルマップ中の点を指定して、その点の色で指定する。
（２）パレット４１５の中から色を指定する。
（３）０〜２５５の値を入力して色を指定する。なお、黒色は０〜１２７、灰色は１２８、白色は１２９〜２５５の範囲で指定する。
３．修正したい領域の指定及び修正（グローバルマップ修正）
（１）鉛筆ツール４１２でグローバルマップ中の点を指定して、その点を指定色で上書きする。
（２）領域指定ツール４１３で領域を指定して、塗りつぶしツール４１４で、その領域を指定色で塗りつぶす。
４．修正したグローバルマップの保存（グローバルマップ指定・保存）
（１）ファイルダイアログ４１０を開き、保存したいグローバルマップを指定する。
【００２４】
ユーザは、上述した機能を利用して、グローバルマップ画像上の物体（障害物）を消去したり、グローバルマップ画像上に物体を追加したりすることができる。すなわち、例えば、グローバルマップ上の物体（障害物）を消去する場合には、白色で表示されている物体を黒色に修正する。一方、グローバルマップ上に物体（障害物）を追加したいときには、物体の位置、形状に合わせて、該物体を白色で描画する。
【００２５】
逆変換部３２は、修正部３７により修正されたグローバルマップ画像の濃淡情報をグリッドマップ（グローバルマップ）の物体存在確率情報に逆変換することにより、表示用マップ（グローバルマップ画像）をグローバルマップに逆変換するものである。すなわち、逆変換部３２は、特許請求の範囲に記載の逆変換手段として機能する。より具体的には、逆変換部３２は、濃淡情報（０〜１２８（８０Ｈ）〜２５５（ＦＦＨ））をグリッド毎の物体存在確率情報（−１〜０〜１）に変換してグローバルマップ（グリッドマップ）を取得する。すなわち、逆変換部３２は、上述した変換部３１と逆の機能を有するものである。ここで、上述した図３に示された表示用マップが逆変換された場合には、図２に示されたグリッドマップ（グローバルマップ）が生成される。なお、逆変換部３２により生成されたグローバルマップは、記憶部３０に出力され、該記憶部３０で記憶される。
【００２６】
次に、図６を参照しつつグローバルマップ修正装置３の動作について説明する。図６は、グローバルマップ修正装置３によるグローバルマップ修正処理の処理手順を示すフローチャートである。図６に示されるグローバルマップ修正処理は、ユーザの操作を受けて実行される。
【００２７】
ステップＳ１００では、ユーザからのマップ読み込み操作を受けて、指定された修正対象となるグローバルマップが読み込まれ、表示部３５に表示される。より具体的には、タッチスクリーン３４を構成する操作入力部３６がユーザからのマップ読み込み操作を受け付けたときに、記憶部３０に記憶されているグローバルマップ（グリッドマップ）が、変換部３１により変換されて、グローバルマップ画像（表示用マップ）が生成され（図２、図３参照）、タッチスクリーン３４の表示部３５に表示される。
【００２８】
次に、ステップＳ１０２では、ユーザからの修正操作を受けて、表示部３５に表示されたグローバルマップ画像の修正が行われる。より詳細には、ユーザからの色指定操作を受けて、上書きする色の設定が行われるとともに、ユーザからの修正領域指定操作を受けて、指定された領域が設定された色及び濃淡で上書き又は塗りつぶされる（図４参照）。なお、ユーザによる上書き色の指定方法、及び修正領域の指定方法については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。そして、ユーザからの修正操作に従い、すべての修正点に対する修正が終了するまで、本修正処理が繰り返して行われる。
【００２９】
修正がすべて終了し、ユーザからのマップ保存操作を受け付けた場合、続くステップＳ１０４において、修正されたグローバルマップが保存される。より詳細には、操作入力部３６がユーザからのマップ保存操作を受け付けたときに、一時記憶部３３に保持されている修正後のグローバルマップ画像（表示用マップ）が、逆変換部３２により逆変換されて、修正されたグローバルマップ（グリッドマップ）が生成され（図３、図２参照）、記憶部３０に保存される。
【００３０】
ここで、修正前のグローバルマップと修正後のグローバルマップの一例を図５に示す。図５に示した例では、修正前に点線で囲った枠５００内に存在していた物体（障害物）が消去されている。このようにして、グローバルマップが現実の周囲環境と合致するように修正される。
【００３１】
本実施形態によれば、ユーザは、タッチスクリーン３４の操作入力部３６を介して修正操作を行うことにより、表示部３５上でグローバルマップを修正することができる。そのため、グローバルマップと実際の周囲環境との相違をユーザのマニュアル操作により修正することができる。その結果、実際の周囲環境に合ったグローバルマップを取得することが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、物体の存在確率情報と画像情報（白黒画像の濃淡情報）との間で相互に変換／逆変換が行われる。そのため、グローバルマップをグローバルマップ画像に変換して表示するとともに、表示部３５上に表示されたグローバルマップ画像（濃淡）を修正することにより修正されたグローバルマップ（物体存在確率情報）を取得することができる。よって、より容易にグローバルマップを修正することが可能となる。
【００３３】
本実施形態によれば、物体存在確率情報に対応する画像情報として白黒画像の濃淡情報を用いたので、物体存在確率情報を持つ複数のグリッドから構成されるグローバルマップを、物体存在確率情報が白黒の濃淡で表現された白黒画像（グローバルマップ画像）として視認することが可能となる。また、物体存在確率情報及び白黒画像の濃淡情報は共に１次元データであるため、物体存在確率情報−濃淡情報（画像情報）間の変換／逆変換を簡単に行うことができる。
【００３４】
続いて、図７を用いて、上述したグローバルマップ修正装置３を搭載した自律移動装置１について説明する。図７は、グローバルマップ修正装置３が搭載された自律移動装置１の構成を示すブロック図である。
【００３５】
自律移動装置１は、グローバルマップを取得してグローバルマップ修正装置３に出力するとともに、グローバルマップ修正装置３から得られた修正後のグローバルマップを用いて、該グローバルマップ上の出発点（スタート位置）と目的地（ゴール位置）との間をつなぐ移動経路を計画し、計画された移動経路に沿ってスタート位置からゴール位置まで自律して移動する機能を有するものである。そのため、自律移動装置１は、上述したグローバルマップ修正装置３を備えるとともに、下部に電動モータ１２及び該電動モータ１２により駆動されるオムニホイール１３が設けられた本体１０と、周囲に存在する障害物との距離を計測するレーザレンジファインダ２０とを備えている。また、自律移動装置１は、グローバルマップ修正装置３により修正されたグローバルマップを用いて移動経路を計画するとともに、計画された経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する電子制御装置４０を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００３６】
本体１０は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体１０に、上述したレーザレンジファインダ２０、及びグローバルマップ修正装置３を含む電子制御装置４０等が取り付けられている。なお、本体１０の形状は略有底円筒状に限られない。本体１０の下部には、４つの電動モータ１２が十字状に配置されて取り付けられている。４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａにはオムニホイール１３が装着されている。すなわち、４つのオムニホイール１３は、同一円周上に周方向に沿って９０°ずつ間隔を空けて取り付けられている。
【００３７】
オムニホイール１３は、電動モータ１２の駆動軸１２Ａを中心にして回転する２枚のホイール１４と、各ホイール１４の外周に電動モータ１２の駆動軸１２Ａと直交する軸を中心として回転可能に設けられた６個のフリーローラ１５とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、２枚のホイール１４は位相を３０°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ１２が駆動されてホイール１４が回転すると、６個のフリーローラ１５はホイール１４と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ１５が回転することにより、オムニホイール１３は、そのホイール１４の回転軸に並行な方向にも移動することができる。そのため、４つの電動モータ１２を独立して制御し、４つのオムニホイール１３それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置１を任意の方向（全方向）に移動させることができる。
【００３８】
４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａには、該駆動軸１２Ａの回転角度を検出するエンコーダ１６が取り付けられている。各エンコーダ１６は、電子制御装置４０と接続されており、検出した各電動モータ１２の回転角度を電子制御装置４０に出力する。電子制御装置４０は、入力された各電動モータ１２の回転角度から、自律移動装置１の移動量を演算する。
【００３９】
レーザレンジファインダ２０は、自機の正面方向（前方）を向くようにして自律移動装置１の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ２０は、レーザを射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置１の周囲を中心角２４０°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ２０は、例えば壁や障害物等の物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ（反射波）の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間（伝播時間）を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。なお、レーザレンジファインダ２０は、電子制御装置４０と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置４０に出力する。
【００４０】
電子制御装置４０は、自律移動装置１の制御を総合的に司るものである。電子制御装置４０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置４０は、レーザレンジファインダ２０とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ１２を駆動するモータドライバ等も備えている。
【００４１】
電子制御装置４０は、グローバルマップ修正装置３と相互にデータを交換できるように構成されており、グローバルマップを生成してグローバルマップ修正装置３に出力するとともに、グローバルマップ修正装置３から修正されたグローバルマップを取得する。そして、電子制御装置４０は、修正されたグローバルマップから移動経路を計画するとともに、計画された移動経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する。そのため、電子制御装置４０は、グローバルマップ取得部４１、センサ情報取得部４２、自己位置検知部４３、経路計画部４４、走行制御部４５、障害物回避制御部４６等を備えている。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。電子制御装置４０、電動モータ１２、及びオムニホイール１３は、特許請求の範囲に記載の移動手段として機能する。
【００４２】
グローバルマップ取得部４１は、例えばＳＬＡＭ技術等を利用して、物体（障害物）が存在する物体領域（障害物領域）と存在しない領域とを表したグローバルマップを生成する。すなわち、グローバルマップ取得部４１は、特許請求の範囲に記載の環境地図取得手段として機能する。例えば、ＳＬＡＭ技術を利用してグローバルマップを生成する場合、まず、グローバルマップ取得部４１は、レーザレンジファインダ２０からセンサ情報取得部４２を介して読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報に基づいてローカルマップを生成する。また、グローバルマップ取得部４１は、自己位置検知部４３から自己位置を取得する。なお、自己位置検知部４３は、エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、ローカルマップとグローバルマップとを照合し、その結果に基づいて自己位置を推定する。続いて、グローバルマップ取得部４１は、レーザレンジファインダ２０を原点にしたローカルマップを、レーザレンジファインダ２０を原点にした座標系からグローバルマップの座標系に自己位置に合わせて座標変換することにより、ローカルマップをグローバルマップに投影する。そして、グローバルマップ取得部４１は、この処理を移動しつつ繰り返して実行し、ローカルマップをグローバルマップに順次足し込んで行く（継ぎ足してゆく）ことにより周囲環境全体のグローバルマップを生成する。なお、グローバルマップ取得部４１で生成されたグローバルマップは、グローバルマップ修正装置３に出力される。
【００４３】
経路計画部４４は、グローバルマップ修正装置３により修正されたグローバルマップを読み込み、この修正されたグローバルマップから自律移動装置１の移動経路を計画するものである。すなわち、経路計画部４４は、特許請求の範囲に記載の移動経路計画手段として機能する。経路計画部４４は、まず、修正されたグローバルマップに含まれる障害物領域の輪郭を、Ｍｉｎｋｏｗｓｋｉ和を利用して、自機の半径だけ拡張して拡張障害物領域を生成し、該拡張障害物領域を除く領域を、障害物と接触することなく移動することができる移動可能領域として抽出する。次に、経路計画部４４は、Ｈｉｌｄｉｔｃｈの細線化法を利用して、抽出した移動可能領域を細線化する。そして、経路計画部４４は、細線化された移動可能領域の中から、Ａ＊アルゴリズム（Ａスター・アルゴリズム）を利用して、スタート位置とゴール位置との間をつなぐ最短経路を探索することにより移動経路を計画する。
【００４４】
走行制御部４５は、障害物を回避しながら計画された移動経路に沿って自機をゴール位置まで移動させるように電動モータ１２を制御する。ここで、本実施形態では、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール位置まで移動させる制御方法として仮想ポテンシャル法を採用した。この仮想ポテンシャル法は、ゴール位置に対する仮想的な引力ポテンシャル場と、回避すべき障害物に対する仮想的な斥力ポテンシャル場とを生成して重ね合わせることで、障害物との接触を回避しつつゴール位置へ向かう方法である。より具体的には、走行制御部４５は、まず、自己位置に基づいてゴール位置へ向かうための仮想引力を計算する。一方、障害物回避制御部４６により、自己位置、移動速度、及び障害物の位置並びに速度に基づいて、障害物を回避するための仮想斥力が算出される。続いて、走行制御部４５は、得られた仮想引力と、仮想斥力とをベクトル合成することにより仮想力ベクトルを計算する。そして、走行制御部４５は、得られた仮想力ベクトルに応じて電動モータ１２（オムニホイール１３）を駆動することにより、障害物を回避しつつゴール位置へ移動するように自機の走行をコントロールする。
【００４５】
本実施形態によれば、上述したグローバルマップ修正装置３を備えているため、実際の周囲環境に合ったグローバルマップを取得することができる。そのため、例えばグローバルマップから移動経路を計画する際に、実際には通過できる通路を障害物があるために通過できないと判断してしまうというような不具合を防止することができる。その結果、現実の周囲環境に合致した最適な移動経路に沿って移動することが可能となる。また、自律移動装置１にグローバルマップ修正装置３が搭載されているため、グローバルマップの生成、グローバルマップの修正、及びグローバルマップからの経路計画といった一連の作業を効率よく行うことができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、グローバルマップを画像として表示する際に、グローバルマップを構成する各グリッドが有する物体存在確率情報を白黒の濃淡情報に変換したが、変換する画像情報は白黒の濃淡情報に限られない。例えば、白黒以外の色（単色）の濃淡情報、又はカラー情報に変換してもよい。また、物体存在確率と濃淡情報との対応関係は上記実施形態には限られない。例えば、物体存在確率に対応する白と黒の関係を逆にしてもよい。
【００４７】
上記実施形態では、画像を修正することによりグローバルマップを修正したが、グローバルマップ（グリッドマップ）を構成する各グリッドの物体存在確率の数値を直接修正する構成としてもよい。
【００４８】
上記実施形態では、表示部と操作入力部が一体となったタッチスクリーンを用いたが、表示手段として通常のディスプレイを用いるとともに、操作入力手段としてキーボード、マウス等を用いる構成としてもよい。
【００４９】
上記実施形態では、グローバルマップ修正装置３と電子制御措置４０とが分離された構成としたが、グローバルマップ修正装置３と電子制御措置４０の構成及び機能分担は上記実施形態には限られない。例えば、グローバルマップ修正装置３と電子制御措置４０とを同一のハードウェアで構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態に係るグローバルマップ修正装置の構成を示すブロック図である。
【図２】グローバルマップ（グリッドマップ）の一例を示す図である。
【図３】表示用マップの一例を示す図である。
【図４】実施形態に係るグローバルマップ修正装置の表示画面の一例を示す図である。
【図５】修正前と修正後のグローバルマップの一例を示す図である。
【図６】実施形態に係るグローバルマップ修正装置によるグローバルマップ修正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】実施形態に係るグローバルマップ修正装置が搭載された自律移動装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 自律移動装置
３ グローバルマップ修正装置
１０ 本体
１２ 電動モータ
１３ オムニホイール
１４ ホイール
１５ フリーローラ
１６ エンコーダ
２０ レーザレンジファインダ
３０ 記憶部
３１ 変換部
３２ 逆変換部
３３ 一時記憶部
３４ タッチスクリーン
３５ 表示部
３６ 操作入力部
３７ 修正部
４０ 電子制御装置
４１ グローバルマップ取得部
４２ センサ情報取得部
４３ 自己位置検知部
４４ 経路計画部
４５ 走行制御部
４６ 障害物回避制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境地図修正装置、及び該環境地図修正装置を備えた自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、周囲環境の中を自律して移動する自律移動装置が知られている。自律移動装置が周囲環境の中を自律して移動するためには、移動空間内の物体（以下「障害物」ともいう）が存在する領域と存在しない領域とを表した環境地図が必要となる。ここで、特許文献１には、レーザレンジファインダ（またはカメラ）による距離計測の結果得られた地形データを用いて地形図（環境地図）を生成する移動ロボットが開示されている。
【特許文献１】特開平７−１２９２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
レーザレンジファインダ等による検出結果にはノイズが含まれることがある。また、環境地図作成時に、人や移動体等がレーザレンジファインダの検出範囲内を通過した場合には、定常的には存在しない物体が環境地図上に配置されるおそれがある。一方、ＣＡＤデータから環境地図を生成する場合であっても、ＣＡＤデータが作成された後に、障害物となる物体が置かれることもあり得る。そのため、生成又は取得された環境地図と実際の周囲環境とが相違することが起こり得る。ここで、生成又は取得された環境地図と実際の周囲環境とが相違する場合には、例えば、環境地図から移動経路を計画する際に、実際には通過できる通路を障害物があるために通過できないと判断し、結果として迂回経路を選択してしまう問題が生じるおそれがある。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能な環境地図修正装置、及び該環境地図修正装置を備えた自律移動装置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】
本発明に係る環境地図修正装置は、物体が存在する物体領域が示される環境地図を表示する表示手段と、表示手段により表示された環境地図に対する、ユーザからの修正操作を受け付ける入力手段と、入力手段により受け付けられた修正操作に基づいて、表示手段に表示されている環境地図を修正する修正手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る環境地図修正装置によれば、ユーザは、入力手段を介して修正操作を行うことにより、表示手段上で環境地図を修正することができる。そのため、環境地図と実際の周囲環境との相違をユーザのマニュアル操作により修正することができる。その結果、実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能となる。
【０００７】
本発明に係る環境地図修正装置は、複数のグリッドが持つ物体の存在確率情報を画像情報に変換する変換手段と、画像情報を物体の存在確率情報に逆変換する逆変換手段とを備え、表示手段が、変換手段により変換された画像情報に基づいて環境地図画像を表示し、修正手段が、表示手段により表示された環境地図画像を修正し、逆変換手段が、修正手段により修正された環境地図画像の画像情報を物体の存在確率情報に逆変換することが好ましい。
【０００８】
この場合、物体の存在確率情報と画像情報との間で相互に変換／逆変換が行われる。そのため、環境地図を環境地図画像に変換して表示するとともに、表示手段上に表示された環境地図画像を修正することにより修正された環境地図を取得することができる。よって、より容易に環境地図を修正することが可能となる。
【０００９】
本発明に係る環境地図修正装置では、上記画像情報が、白黒画像の濃淡情報であることが好ましい。
【００１０】
このようにすれば、物体の存在確率情報を持つ複数のグリッドから構成される環境地図を、物体の存在確率情報が白黒の濃淡で表現された白黒画像（環境地図画像）として視認することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る自律移動装置は、物体が存在する物体領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、環境地図取得手段により取得された環境地図を修正する、上記いずれかの環境地図修正装置と、環境地図修正装置により修正された環境地図から移動経路を計画する移動経路計画手段と、移動経路計画手段により計画された移動経路に沿って移動するように自機を駆動する移動手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る自律移動装置によれば、上述したいずれかの環境地図修正装置を備えているため、実際の周囲環境に合った環境地図を取得することができる。そのため、例えば環境地図から移動経路を計画する際に、実際には通過できる通路を障害物があるために通過できないと判断してしまうといった不具合を防止することができる。その結果、ユーザが把握している現実の周囲環境に合致した最適な移動経路に沿って移動することが可能となる。また、自律移動装置に環境地図修正装置が搭載されているため、環境地図の取得、環境地図の修正、及び環境地図からの経路計画といった一連の作業を効率よく行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ユーザからの修正操作に基づいて、表示されている環境地図を修正する構成としたので、より実際の周囲環境に合った環境地図を取得することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１５】
まず、図１を用いて、実施形態に係る環境地図修正装置（以下「グローバルマップ修正装置」という）３の構成について説明する。図１は、グローバルマップ修正装置３の構成を示すブロック図である。
【００１６】
グローバルマップ修正装置３は、ユーザの操作に基づいて、環境地図（物体（障害物）が存在する領域と存在しない領域とを表した地図、以下「グローバルマップ」という）を修正するものである。グローバルマップ修正装置３は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。グローバルマップ修正装置３は、グローバルマップの修正を行うために、記憶部３０、変換部３１、逆変換部３２、一時記憶部３３、タッチスクリーン３４、及び修正部３７を有している。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００１７】
記憶部３０は、例えば、上述したバックアップＲＡＭ等で構成されており、例えば、後述するグローバルマップ取得部４１により取得されたグローバルマップを記憶するものである。グローバルマップは、例えば、公知のＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）を利用して生成することができる。また、グローバルマップは建築図面から作成してもよく、さらに、他の装置で生成したグローバルマップを移植してもよい。
【００１８】
ここで、記憶部３０に記憶されるグローバルマップの一例を図２に示す。グローバルマップは、自律移動装置の移動領域のグリッドマップであり、壁面等の固定物（物体）の位置が記録されている。ここで、グリッドマップは、水平面を所定の大きさ（例えば１ｃｍ×１ｃｍ）のセル（以下「単位グリッド」又は単に「グリッド」という）で分割した平面からからなる地図であり、単位グリッド毎に物体があるか否かを示す物体存在確率情報が与えられている。本実施形態では、単位グリッドは、
１＞物体存在確率Ｐ（ｎ，ｍ）＞０ ： ｏｃｃｕｐｉｅｄ（物体有）
−１＜物体存在確率Ｐ（ｎ，ｍ）＜０： ｅｍｐｔｙ （物体無）
物体存在確率Ｐ（ｎ，ｍ）＝０ ： ｕｎｋｎｏｗｎ （不明）
の領域情報を有する。
すなわち、物体（障害物）が有るグリッドにはその存在確率に応じて「０〜１」の値が与えられ、物体（障害物）が無いグリッドにはその存在確率に応じて「０〜−１」の値が与えられる。また物体（障害物）の有無が不明なグリッドには「０」が与えられる。よって、図２に示されるように、壁面（図２中、白線で示された領域）が位置するグリッドは、「０．８〜１．０」の値を有している。また、物体が存在しない通路部分（図２中、黒色で塗られた領域）に対応するグリッドは「−０．８〜−１．０」の値を有している。さらに、壁面の背面側（図２中、灰色で示された領域）は、物体の有無が不明であるので、対応するグリッドは「０」の値を有している。
【００１９】
変換部３１は、記憶部３０に記憶されているグローバルマップを読み出し、該グローバルマップ（グリッドマップ）を構成する各グリッドが有する物体存在確率情報を画像情報、すなわち白黒画像の濃淡情報に変換して表示用マップ（グローバルマップ画像）を生成するものである。すなわち、変換部３１は、特許請求の範囲に記載の変換手段として機能する。より具体的には、物体存在確率情報を濃淡情報に変換する場合、変換部３１は、グリッド毎に、物体存在確率情報（−１〜０〜１）を濃淡情報（０〜１２８（８０Ｈ）〜２５５（ＦＦＨ））に変換して表示用マップを生成する。なお、白黒画像の濃淡情報では、完全な白が「２５５」、完全な黒が「０」となるように対応付けられている。ここで、変換部３１により生成された表示用マップの一例を図３に示す。なお、図３に示された表示用マップは、図２に示されたグローバルマップ（グリッドマップ）を変換したものである。図３に示されるように、壁面が位置するセルは略白色（２３０〜２５５）に変換されている。また、物体が存在しない通路部分は略黒色（０〜２６）に変換されている。さらに、物体の有無が不明な壁面の背面側は、灰色（１２８）に変換されている。変換部３１により生成された表示用マップは、例えば上述したＲＡＭ等で構成される一時記憶部３３に出力され、修正作業が行われている間、該一時記憶部３３において一時的に保持される。なお、ここで、上述したグローバルマップのデータ（物体存在確率情報）を、白黒画像の濃淡情報と同一の８ビットデータ（０〜２５５（ＦＦＨ））で表現している場合には、グローバルマップのデータを変換することなくそのまま表示することができるため、マップ変換は不要となる。
【００２０】
タッチスクリーン３４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等からなる表示部３５と、ユーザのタッチ操作（入力）を検出するタッチパネル等からなる操作入力部３６とを有して構成される入力装置である。表示部３５は、変換部３１により生成された表示用マップの画像情報（濃淡情報）に基づいてグローバルマップ画像（特許請求の範囲に記載の環境地図画像に相当）を表示する。また、表示部３５は、ユーザからのグローバルマップ画像に対する修正操作を受け付けるためのメニューバー及び各種ツール等を表示する。すなわち、表示部３５は、特許請求の範囲に記載の表示手段として機能する。
【００２１】
ここで、表示部３５に表示される表示画面の一例を図４に示す。図４に示されるように、表示部３５に表示される表示画面は、例えば、グローバルマップ画像表示領域４００、メニューバー表示領域４０１、ツールボックス表示領域４０２、及びパレット表示領域４０３等から構成されている。グローバルマップ画像表示領域４００には修正中のグローバルマップ画像が表示される。メニューバー表示領域４０１には、例えばファイルダイアログ４１０等、利用できる各種機能を分類してまとめたメニューが表示される。ツールボックス表示領域４０２には、例えば、スポイトツール４１１、鉛筆ツール４１２、領域指定ツール４１３、塗りつぶしツール４１４等、グローバルマップ画像の選択、描画等の役割を持つ複数のツールが表示される。パレット表示領域４０３には、描画色を指定するためのパレット４１５が表示される。
【００２２】
操作入力部３６は、表示部３５の表示画面を覆うように設けられており、その表面には２次元座標（Ｘ−Ｙ座標）が仮想的に配置されている。操作入力部３６は、ユーザからの修正操作を受け付けるものであり、ユーザによるタッチ操作がなされると、そのタッチ位置に応じた座標情報を出力する。なお、タッチ位置の検出には、例えば、圧力、静電容量、赤外線、及び超音波等が利用される。すなわち、操作入力部３６は、特許請求の範囲に記載の入力手段として機能する。操作入力部３６は、各種アイコン等の表示位置とユーザのタッチ位置を示す座標情報とに基づいて、ユーザの操作内容を判断する。そして、操作入力部３６は、判断された操作内容を修正部３７に出力する。
【００２３】
修正部３７は、操作入力部３６により受け付けられたユーザの修正操作に従って、表示部３５に表示されているグローバルマップ画像を修正する。すなわち、修正部３７は、特許請求の範囲に記載の修正手段として機能する。ここで、操作入力部３６及び修正部３７は、ユーザに対して、例えば次のような機能を提供する。なお、次に述べる機能は、操作入力部３６及び修正部３７により提供される機能の一例である。
１．修正するグローバルマップの読み込み（グローバルマップ指定・入力）
（１）ファイルダイアログ４１０を開き、修正するグローバルマップを指定する。なお、ファイルは、グローバルマップ全体として呼び出すことも、いくつかの領域毎に区分けされたグローバルマップとして呼び出すことも可能である。
２．上書きする色の指定（グローバルマップ修正）
（１）スポイトツール４１１でグローバルマップ中の点を指定して、その点の色で指定する。
（２）パレット４１５の中から色を指定する。
（３）０〜２５５の値を入力して色を指定する。なお、黒色は０〜１２７、灰色は１２８、白色は１２９〜２５５の範囲で指定する。
３．修正したい領域の指定及び修正（グローバルマップ修正）
（１）鉛筆ツール４１２でグローバルマップ中の点を指定して、その点を指定色で上書きする。
（２）領域指定ツール４１３で領域を指定して、塗りつぶしツール４１４で、その領域を指定色で塗りつぶす。
４．修正したグローバルマップの保存（グローバルマップ指定・保存）
（１）ファイルダイアログ４１０を開き、保存したいグローバルマップを指定する。
【００２４】
ユーザは、上述した機能を利用して、グローバルマップ画像上の物体（障害物）を消去したり、グローバルマップ画像上に物体を追加したりすることができる。すなわち、例えば、グローバルマップ上の物体（障害物）を消去する場合には、白色で表示されている物体を黒色に修正する。一方、グローバルマップ上に物体（障害物）を追加したいときには、物体の位置、形状に合わせて、該物体を白色で描画する。
【００２５】
逆変換部３２は、修正部３７により修正されたグローバルマップ画像の濃淡情報をグリッドマップ（グローバルマップ）の物体存在確率情報に逆変換することにより、表示用マップ（グローバルマップ画像）をグローバルマップに逆変換するものである。すなわち、逆変換部３２は、特許請求の範囲に記載の逆変換手段として機能する。より具体的には、逆変換部３２は、濃淡情報（０〜１２８（８０Ｈ）〜２５５（ＦＦＨ））をグリッド毎の物体存在確率情報（−１〜０〜１）に変換してグローバルマップ（グリッドマップ）を取得する。すなわち、逆変換部３２は、上述した変換部３１と逆の機能を有するものである。ここで、上述した図３に示された表示用マップが逆変換された場合には、図２に示されたグリッドマップ（グローバルマップ）が生成される。なお、逆変換部３２により生成されたグローバルマップは、記憶部３０に出力され、該記憶部３０で記憶される。
【００２６】
次に、図６を参照しつつグローバルマップ修正装置３の動作について説明する。図６は、グローバルマップ修正装置３によるグローバルマップ修正処理の処理手順を示すフローチャートである。図６に示されるグローバルマップ修正処理は、ユーザの操作を受けて実行される。
【００２７】
ステップＳ１００では、ユーザからのマップ読み込み操作を受けて、指定された修正対象となるグローバルマップが読み込まれ、表示部３５に表示される。より具体的には、タッチスクリーン３４を構成する操作入力部３６がユーザからのマップ読み込み操作を受け付けたときに、記憶部３０に記憶されているグローバルマップ（グリッドマップ）が、変換部３１により変換されて、グローバルマップ画像（表示用マップ）が生成され（図２、図３参照）、タッチスクリーン３４の表示部３５に表示される。
【００２８】
次に、ステップＳ１０２では、ユーザからの修正操作を受けて、表示部３５に表示されたグローバルマップ画像の修正が行われる。より詳細には、ユーザからの色指定操作を受けて、上書きする色の設定が行われるとともに、ユーザからの修正領域指定操作を受けて、指定された領域が設定された色及び濃淡で上書き又は塗りつぶされる（図４参照）。なお、ユーザによる上書き色の指定方法、及び修正領域の指定方法については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。そして、ユーザからの修正操作に従い、すべての修正点に対する修正が終了するまで、本修正処理が繰り返して行われる。
【００２９】
修正がすべて終了し、ユーザからのマップ保存操作を受け付けた場合、続くステップＳ１０４において、修正されたグローバルマップが保存される。より詳細には、操作入力部３６がユーザからのマップ保存操作を受け付けたときに、一時記憶部３３に保持されている修正後のグローバルマップ画像（表示用マップ）が、逆変換部３２により逆変換されて、修正されたグローバルマップ（グリッドマップ）が生成され（図３、図２参照）、記憶部３０に保存される。
【００３０】
ここで、修正前のグローバルマップと修正後のグローバルマップの一例を図５に示す。図５に示した例では、修正前に点線で囲った枠５００内に存在していた物体（障害物）が消去されている。このようにして、グローバルマップが現実の周囲環境と合致するように修正される。
【００３１】
本実施形態によれば、ユーザは、タッチスクリーン３４の操作入力部３６を介して修正操作を行うことにより、表示部３５上でグローバルマップを修正することができる。そのため、グローバルマップと実際の周囲環境との相違をユーザのマニュアル操作により修正することができる。その結果、実際の周囲環境に合ったグローバルマップを取得することが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、物体の存在確率情報と画像情報（白黒画像の濃淡情報）との間で相互に変換／逆変換が行われる。そのため、グローバルマップをグローバルマップ画像に変換して表示するとともに、表示部３５上に表示されたグローバルマップ画像（濃淡）を修正することにより修正されたグローバルマップ（物体存在確率情報）を取得することができる。よって、より容易にグローバルマップを修正することが可能となる。
【００３３】
本実施形態によれば、物体存在確率情報に対応する画像情報として白黒画像の濃淡情報を用いたので、物体存在確率情報を持つ複数のグリッドから構成されるグローバルマップを、物体存在確率情報が白黒の濃淡で表現された白黒画像（グローバルマップ画像）として視認することが可能となる。また、物体存在確率情報及び白黒画像の濃淡情報は共に１次元データであるため、物体存在確率情報−濃淡情報（画像情報）間の変換／逆変換を簡単に行うことができる。
【００３４】
続いて、図７を用いて、上述したグローバルマップ修正装置３を搭載した自律移動装置１について説明する。図７は、グローバルマップ修正装置３が搭載された自律移動装置１の構成を示すブロック図である。
【００３５】
自律移動装置１は、グローバルマップを取得してグローバルマップ修正装置３に出力するとともに、グローバルマップ修正装置３から得られた修正後のグローバルマップを用いて、該グローバルマップ上の出発点（スタート位置）と目的地（ゴール位置）との間をつなぐ移動経路を計画し、計画された移動経路に沿ってスタート位置からゴール位置まで自律して移動する機能を有するものである。そのため、自律移動装置１は、上述したグローバルマップ修正装置３を備えるとともに、下部に電動モータ１２及び該電動モータ１２により駆動されるオムニホイール１３が設けられた本体１０と、周囲に存在する障害物との距離を計測するレーザレンジファインダ２０とを備えている。また、自律移動装置１は、グローバルマップ修正装置３により修正されたグローバルマップを用いて移動経路を計画するとともに、計画された経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する電子制御装置４０を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００３６】
本体１０は、例えば略有底円筒状に形成された金属製のフレームであり、この本体１０に、上述したレーザレンジファインダ２０、及びグローバルマップ修正装置３を含む電子制御装置４０等が取り付けられている。なお、本体１０の形状は略有底円筒状に限られない。本体１０の下部には、４つの電動モータ１２が十字状に配置されて取り付けられている。４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａにはオムニホイール１３が装着されている。すなわち、４つのオムニホイール１３は、同一円周上に周方向に沿って９０°ずつ間隔を空けて取り付けられている。
【００３７】
オムニホイール１３は、電動モータ１２の駆動軸１２Ａを中心にして回転する２枚のホイール１４と、各ホイール１４の外周に電動モータ１２の駆動軸１２Ａと直交する軸を中心として回転可能に設けられた６個のフリーローラ１５とを有する車輪であり、全方向に移動可能としたものである。なお、２枚のホイール１４は位相を３０°ずらして取り付けられている。このような構成を有するため、電動モータ１２が駆動されてホイール１４が回転すると、６個のフリーローラ１５はホイール１４と一体となって回転する。一方、接地しているフリーローラ１５が回転することにより、オムニホイール１３は、そのホイール１４の回転軸に並行な方向にも移動することができる。そのため、４つの電動モータ１２を独立して制御し、４つのオムニホイール１３それぞれの回転方向及び回転速度を個別に調節することより、自律移動装置１を任意の方向（全方向）に移動させることができる。
【００３８】
４つの電動モータ１２それぞれの駆動軸１２Ａには、該駆動軸１２Ａの回転角度を検出するエンコーダ１６が取り付けられている。各エンコーダ１６は、電子制御装置４０と接続されており、検出した各電動モータ１２の回転角度を電子制御装置４０に出力する。電子制御装置４０は、入力された各電動モータ１２の回転角度から、自律移動装置１の移動量を演算する。
【００３９】
レーザレンジファインダ２０は、自機の正面方向（前方）を向くようにして自律移動装置１の前部に取り付けられている。レーザレンジファインダ２０は、レーザを射出するとともに、射出したレーザを回転ミラーで反射させることで、自律移動装置１の周囲を中心角２４０°の扇状に水平方向に走査する。そして、レーザレンジファインダ２０は、例えば壁や障害物等の物体で反射されて戻ってきたレーザを検出し、レーザ（反射波）の検出角度、及びレーザを射出してから物体で反射されて戻ってくるまでの時間（伝播時間）を計測することにより、物体との角度及び距離を検出する。なお、レーザレンジファインダ２０は、電子制御装置４０と接続されており、検出した周囲の物体との距離情報・角度情報を電子制御装置４０に出力する。
【００４０】
電子制御装置４０は、自律移動装置１の制御を総合的に司るものである。電子制御装置４０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等から構成されている。また、電子制御装置４０は、レーザレンジファインダ２０とマイクロプロセッサとを電気的に接続するインターフェイス回路、及び電動モータ１２を駆動するモータドライバ等も備えている。
【００４１】
電子制御装置４０は、グローバルマップ修正装置３と相互にデータを交換できるように構成されており、グローバルマップを生成してグローバルマップ修正装置３に出力するとともに、グローバルマップ修正装置３から修正されたグローバルマップを取得する。そして、電子制御装置４０は、修正されたグローバルマップから移動経路を計画するとともに、計画された移動経路に沿って移動するように電動モータ１２を制御する。そのため、電子制御装置４０は、グローバルマップ取得部４１、センサ情報取得部４２、自己位置検知部４３、経路計画部４４、走行制御部４５、障害物回避制御部４６等を備えている。なお、これらの各部は、上述したハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構築される。電子制御装置４０、電動モータ１２、及びオムニホイール１３は、特許請求の範囲に記載の移動手段として機能する。
【００４２】
グローバルマップ取得部４１は、例えばＳＬＡＭ技術等を利用して、物体（障害物）が存在する物体領域（障害物領域）と存在しない領域とを表したグローバルマップを生成する。すなわち、グローバルマップ取得部４１は、特許請求の範囲に記載の環境地図取得手段として機能する。例えば、ＳＬＡＭ技術を利用してグローバルマップを生成する場合、まず、グローバルマップ取得部４１は、レーザレンジファインダ２０からセンサ情報取得部４２を介して読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報に基づいてローカルマップを生成する。また、グローバルマップ取得部４１は、自己位置検知部４３から自己位置を取得する。なお、自己位置検知部４３は、エンコーダ１６から読み込まれた各電動モータ１２の回転角度に応じて算出された自機の移動量を考慮して、ローカルマップとグローバルマップとを照合し、その結果に基づいて自己位置を推定する。続いて、グローバルマップ取得部４１は、レーザレンジファインダ２０を原点にしたローカルマップを、レーザレンジファインダ２０を原点にした座標系からグローバルマップの座標系に自己位置に合わせて座標変換することにより、ローカルマップをグローバルマップに投影する。そして、グローバルマップ取得部４１は、この処理を移動しつつ繰り返して実行し、ローカルマップをグローバルマップに順次足し込んで行く（継ぎ足してゆく）ことにより周囲環境全体のグローバルマップを生成する。なお、グローバルマップ取得部４１で生成されたグローバルマップは、グローバルマップ修正装置３に出力される。
【００４３】
経路計画部４４は、グローバルマップ修正装置３により修正されたグローバルマップを読み込み、この修正されたグローバルマップから自律移動装置１の移動経路を計画するものである。すなわち、経路計画部４４は、特許請求の範囲に記載の移動経路計画手段として機能する。経路計画部４４は、まず、修正されたグローバルマップに含まれる障害物領域の輪郭を、Ｍｉｎｋｏｗｓｋｉ和を利用して、自機の半径だけ拡張して拡張障害物領域を生成し、該拡張障害物領域を除く領域を、障害物と接触することなく移動することができる移動可能領域として抽出する。次に、経路計画部４４は、Ｈｉｌｄｉｔｃｈの細線化法を利用して、抽出した移動可能領域を細線化する。そして、経路計画部４４は、細線化された移動可能領域の中から、Ａ＊アルゴリズム（Ａスター・アルゴリズム）を利用して、スタート位置とゴール位置との間をつなぐ最短経路を探索することにより移動経路を計画する。
【００４４】
走行制御部４５は、障害物を回避しながら計画された移動経路に沿って自機をゴール位置まで移動させるように電動モータ１２を制御する。ここで、本実施形態では、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール位置まで移動させる制御方法として仮想ポテンシャル法を採用した。この仮想ポテンシャル法は、ゴール位置に対する仮想的な引力ポテンシャル場と、回避すべき障害物に対する仮想的な斥力ポテンシャル場とを生成して重ね合わせることで、障害物との接触を回避しつつゴール位置へ向かう方法である。より具体的には、走行制御部４５は、まず、自己位置に基づいてゴール位置へ向かうための仮想引力を計算する。一方、障害物回避制御部４６により、自己位置、移動速度、及び障害物の位置並びに速度に基づいて、障害物を回避するための仮想斥力が算出される。続いて、走行制御部４５は、得られた仮想引力と、仮想斥力とをベクトル合成することにより仮想力ベクトルを計算する。そして、走行制御部４５は、得られた仮想力ベクトルに応じて電動モータ１２（オムニホイール１３）を駆動することにより、障害物を回避しつつゴール位置へ移動するように自機の走行をコントロールする。
【００４５】
本実施形態によれば、上述したグローバルマップ修正装置３を備えているため、実際の周囲環境に合ったグローバルマップを取得することができる。そのため、例えばグローバルマップから移動経路を計画する際に、実際には通過できる通路を障害物があるために通過できないと判断してしまうというような不具合を防止することができる。その結果、現実の周囲環境に合致した最適な移動経路に沿って移動することが可能となる。また、自律移動装置１にグローバルマップ修正装置３が搭載されているため、グローバルマップの生成、グローバルマップの修正、及びグローバルマップからの経路計画といった一連の作業を効率よく行うことができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、グローバルマップを画像として表示する際に、グローバルマップを構成する各グリッドが有する物体存在確率情報を白黒の濃淡情報に変換したが、変換する画像情報は白黒の濃淡情報に限られない。例えば、白黒以外の色（単色）の濃淡情報、又はカラー情報に変換してもよい。また、物体存在確率と濃淡情報との対応関係は上記実施形態には限られない。例えば、物体存在確率に対応する白と黒の関係を逆にしてもよい。
【００４７】
上記実施形態では、画像を修正することによりグローバルマップを修正したが、グローバルマップ（グリッドマップ）を構成する各グリッドの物体存在確率の数値を直接修正する構成としてもよい。
【００４８】
上記実施形態では、表示部と操作入力部が一体となったタッチスクリーンを用いたが、表示手段として通常のディスプレイを用いるとともに、操作入力手段としてキーボード、マウス等を用いる構成としてもよい。
【００４９】
上記実施形態では、グローバルマップ修正装置３と電子制御措置４０とが分離された構成としたが、グローバルマップ修正装置３と電子制御措置４０の構成及び機能分担は上記実施形態には限られない。例えば、グローバルマップ修正装置３と電子制御措置４０とを同一のハードウェアで構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態に係るグローバルマップ修正装置の構成を示すブロック図である。
【図２】グローバルマップ（グリッドマップ）の一例を示す図である。
【図３】表示用マップの一例を示す図である。
【図４】実施形態に係るグローバルマップ修正装置の表示画面の一例を示す図である。
【図５】修正前と修正後のグローバルマップの一例を示す図である。
【図６】実施形態に係るグローバルマップ修正装置によるグローバルマップ修正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】実施形態に係るグローバルマップ修正装置が搭載された自律移動装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 自律移動装置
３ グローバルマップ修正装置
１０ 本体
１２ 電動モータ
１３ オムニホイール
１４ ホイール
１５ フリーローラ
１６ エンコーダ
２０ レーザレンジファインダ
３０ 記憶部
３１ 変換部
３２ 逆変換部
３３ 一時記憶部
３４ タッチスクリーン
３５ 表示部
３６ 操作入力部
３７ 修正部
４０ 電子制御装置
４１ グローバルマップ取得部
４２ センサ情報取得部
４３ 自己位置検知部
４４ 経路計画部
４５ 走行制御部
４６ 障害物回避制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体が存在する物体領域が示される環境地図を表示する表示手段と、
前記表示手段により表示された環境地図に対する、ユーザからの修正操作を受け付ける入力手段と、
前記入力手段により受け付けられた修正操作に基づいて、前記表示手段に表示されている環境地図を修正する修正手段と、を備える、ことを特徴とする環境地図修正装置。
【請求項２】
前記環境地図を構成する複数のグリッドが持つ物体の存在確率情報を画像情報に変換する変換手段と、
前記画像情報を前記物体の存在確率情報に逆変換する逆変換手段と、を備え、
前記表示手段は、前記変換手段により変換された画像情報に基づいて環境地図画像を表示し、
前記修正手段は、前記表示手段により表示された環境地図画像を修正し、
前記逆変換手段は、前記修正手段により修正された環境地図画像の画像情報を物体の存在確率情報に逆変換する、ことを特徴とする請求項１に記載の環境地図修正装置。
【請求項３】
前記画像情報は、白黒画像の濃淡情報であることを特徴とする請求項２に記載の環境地図修正装置。
【請求項４】
物体が存在する物体領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、
前記環境地図取得手段により取得された環境地図を修正する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の環境地図修正装置と、
前記環境地図修正装置により修正された環境地図から移動経路を計画する移動経路計画手段と、
前記移動経路計画手段により計画された移動経路に沿って移動するように自機を駆動する移動手段と、を備える、ことを特徴とする自律移動装置。
【請求項１】
物体が存在する物体領域が示される環境地図を表示する表示手段と、
前記表示手段により表示された環境地図に対する、ユーザからの修正操作を受け付ける入力手段と、
前記入力手段により受け付けられた修正操作に基づいて、前記表示手段に表示されている環境地図を修正する修正手段と、を備える、ことを特徴とする環境地図修正装置。
【請求項２】
前記環境地図を構成する複数のグリッドが持つ物体の存在確率情報を画像情報に変換する変換手段と、
前記画像情報を前記物体の存在確率情報に逆変換する逆変換手段と、を備え、
前記表示手段は、前記変換手段により変換された画像情報に基づいて環境地図画像を表示し、
前記修正手段は、前記表示手段により表示された環境地図画像を修正し、
前記逆変換手段は、前記修正手段により修正された環境地図画像の画像情報を物体の存在確率情報に逆変換する、ことを特徴とする請求項１に記載の環境地図修正装置。
【請求項３】
前記画像情報は、白黒画像の濃淡情報であることを特徴とする請求項２に記載の環境地図修正装置。
【請求項４】
物体が存在する物体領域が示される環境地図を取得する環境地図取得手段と、
前記環境地図取得手段により取得された環境地図を修正する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の環境地図修正装置と、
前記環境地図修正装置により修正された環境地図から移動経路を計画する移動経路計画手段と、
前記移動経路計画手段により計画された移動経路に沿って移動するように自機を駆動する移動手段と、を備える、ことを特徴とする自律移動装置。
【図１】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−７２７６２（Ｐ２０１０−７２７６２Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３７１９６（Ｐ２００８−２３７１９６）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、ロボット搬送システム（サービスロボット分野）、全方向移動自律搬送ロボット開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、ロボット搬送システム（サービスロボット分野）、全方向移動自律搬送ロボット開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
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