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JP5157803B2 - Autonomous mobile device - Google Patents

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JP5157803B2
JP5157803B2 JP2008259402A JP2008259402A JP5157803B2 JP 5157803 B2 JP5157803 B2 JP 5157803B2 JP 2008259402 A JP2008259402 A JP 2008259402A JP 2008259402 A JP2008259402 A JP 2008259402A JP 5157803 B2 JP5157803 B2 JP 5157803B2
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昌司 田中
剛 中野
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Murata Machinery Ltd
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Murata Machinery Ltd
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Description

本発明は、環境地図作成機能、経路計画機能、及び自律移動機能を有する自律移動装置に関する。   The present invention relates to an autonomous mobile device having an environment map creation function, a route planning function, and an autonomous movement function.

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。このような環境地図の取得方法については種々の方法が考案されているが、近年、移動しつつ、リアルタイムで自己位置の推定と環境地図の作成とを行う技術としてSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)が注目されている。ここで、特許文献1には、SLAMを利用し、レーザレンジファインダ(又はカメラ)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。
特開平7−129238号公報
Conventionally, an autonomous mobile device that moves autonomously in the surrounding environment is known. In order for an autonomous mobile device to move autonomously in the surrounding environment, an environment map that represents areas where objects (hereinafter also referred to as “obstacles”) in the moving space exist and areas that do not exist is required. . Various methods have been devised for obtaining such an environment map. Recently, SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) is a technique for performing self-location estimation and environment map creation in real time while moving. Attention has been paid. Here, Patent Document 1 discloses a mobile robot that uses SLAM and generates a topographic map (environmental map) using topographic data obtained as a result of distance measurement by a laser range finder (or camera). .
JP 7-129238 A

しかしながら、SLAMを利用して環境地図を作成する方法では、次のような問題点が指摘されていた。
1.計測誤差が累積することにより作成された環境地図に不整合が生じることがある。特に、環状の環境地図を作成する際に、開始部分と終了部分が一致しなくなることがある(所謂、環状経路問題)。
2.移動領域の一部のレイアウトが変更になったときに、環境地図全体を作り直す必要がある。
However, the following problems have been pointed out in the method of creating an environmental map using SLAM.
1. An inconsistency may occur in the created environmental map due to accumulation of measurement errors. In particular, when creating a circular environment map, the start portion and the end portion may not match (so-called circular route problem).
2. When the layout of a part of the moving area is changed, it is necessary to recreate the entire environment map.

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、計測誤差の累積に起因する環境地図の不整合を解消でき、かつ、移動領域の部分的なレイアウト変更に柔軟に対応することが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, can solve inconsistencies in the environmental map due to accumulation of measurement errors, and can flexibly cope with partial layout changes of moving areas. An object of the present invention is to provide an autonomous mobile device capable of performing the above.

本発明に係る自律移動装置は、周囲に存在する物体の位置情報を取得する取得手段と、取得手段により取得された物体の位置情報に基づいて、移動領域の環境地図を構成する複数の部分地図を作成する作成手段と、作成手段により複数の部分地図が作成される際に、複数の部分地図を連結する連結点を設定する設定手段と、設定手段により設定された連結点の中から、互いに連結する部分地図それぞれの連結点を選択する選択手段と、選択手段により選択された部分地図の連結点間の連結関係を定める連結手段とを備えることを特徴とする。   An autonomous mobile device according to the present invention includes an acquisition unit that acquires position information of an object existing in the surroundings, and a plurality of partial maps that constitute an environment map of a movement region based on the position information of the object acquired by the acquisition unit A creation means for creating a plurality of partial maps by the creation means, a setting means for setting a connection point for connecting the plurality of partial maps, and a connection point set by the setting means, A selection means for selecting a connection point for each of the partial maps to be connected, and a connection means for determining a connection relationship between the connection points of the partial maps selected by the selection means.

本発明に係る自律移動装置によれば、独立した複数の部分地図が作成されるとともに、部分地図作成時に連結点が設定される。そして、部分地図同士を連結する連結点が選択され、連結点間の連結関係が定められる。よって、移動環境全体の環境地図を独立した部分地図に分割することにより、誤差の累積を抑制できるため、誤差の累積による環境地図の不整合を解消することができる。また、各部分地図には、部分地図に含まれる連結点間の連結関係が定められているため、この連結関係に従って異なる部分地図に移ることができる。さらに、移動環境全体の環境地図が部分地図に分割されて管理されるため、移動領域の部分的なレイアウト変更があった場合に、レイアウトが変更になった部分地図のみを作成し直すとともに、作り直された部分地図のみを入替えることができる。よって、移動領域の部分的なレイアウト変更に柔軟に対応することが可能となる。   According to the autonomous mobile device according to the present invention, a plurality of independent partial maps are created, and connection points are set when the partial map is created. And the connection point which connects partial maps is selected and the connection relation between connection points is defined. Therefore, since the accumulation of errors can be suppressed by dividing the environment map of the entire mobile environment into independent partial maps, inconsistencies in the environment map due to the accumulation of errors can be eliminated. Further, since each partial map has a connection relationship between connection points included in the partial map, it is possible to move to a different partial map according to this connection relationship. In addition, since the environment map of the entire moving environment is managed by dividing it into partial maps, if there is a partial layout change in the moving area, only the partial map with the changed layout is recreated and recreated. It is possible to replace only the partial map. Therefore, it is possible to flexibly cope with a partial layout change of the moving area.

本発明に係る自律移動装置は、上記作成手段により作成された複数の部分地図それぞれについて、移動可能領域を抽出して細線化する抽出手段と、複数の部分地図毎に、抽出手段により細線化された移動可能領域の分岐点を探索し、該分岐点の連結関係を表すトポロジカルマップを作成するトポロジカルマップ作成手段と、トポロジカルマップ作成手段により作成された部分地図毎のトポロジカルマップを、上記選択手段により選択された連結点で連結し、連結されたトポロジカルマップでの最短経路を探索する探索手段と、探索手段により探索された最短経路を、複数の部分地図毎のトポロジカルマップに分割する分割手段と、分割手段により分割された部分地図毎に、トポロジカルマップに含まれる連結点をつなぐ移動経路を計画する計画手段とを備えることを特徴とする。   An autonomous mobile device according to the present invention includes an extraction unit that extracts and thins a movable area for each of a plurality of partial maps created by the creation unit, and is thinned by the extraction unit for each of the plurality of partial maps. The topological map creating means for searching for branch points in the movable area and creating a topological map representing the connection relation of the branch points, and the topological map for each partial map created by the topological map creating means are selected by the selecting means. Search means for connecting the selected connection points and searching for the shortest path in the connected topological map; and dividing means for dividing the shortest path searched by the search means into a topological map for each of the plurality of partial maps; For each partial map divided by the dividing means, it is planned to plan a movement route that connects the connection points included in the topological map. Characterized in that it comprises a means.

本発明に係る自律移動装置によれば、部分地図毎に、細線化された移動可能領域の分岐点の連結関係がトポロジカルマップで表現されるとともに、部分地図毎に作成されたトポロジカルマップが連結されることにより、移動領域全体が1枚のトポロジカルマップで表現される。ここで、トポロジカルマップは、分岐点の連結関係と連結している分岐点間の距離のみを情報として有する(すなわち、座標の情報を持たない)マップであるため、連結したとしても、計測誤差による歪の影響を受けることがない。そして、連結されたトポロジカルマップを用いて最短経路検索が実行された後に、再度、トポロジカルマップが部分地図毎に分割され、検索された最短経路に従って移動経路が計画される。その結果、複数の部分地図をまたぐ最短の移動経路を計画することが可能となる。   According to the autonomous mobile device of the present invention, for each partial map, the connection relationship between the branch points of the thinned movable area is expressed by the topological map, and the topological map created for each partial map is connected. As a result, the entire moving area is represented by a single topological map. Here, the topological map is a map having only the distance between the branch points connected to the connection relation of the branch points as information (that is, having no coordinate information). Not affected by distortion. Then, after the shortest route search is executed using the connected topological maps, the topological map is again divided for each partial map, and the movement route is planned according to the searched shortest route. As a result, it is possible to plan the shortest movement route across a plurality of partial maps.

本発明に係る自律移動装置は、自機を移動させる移動手段と、上記計画手段により複数の部分地図毎に計画された移動経路に沿って自律して移動するように移動手段を制御する制御手段と、移動中の部分地図から、異なる部分地図に移る際に、上記連結手段により定められた部分地図の連結点間の連結関係に基づいて、移動に用いる部分地図を、移行先の部分地図に切替える切替手段とを備えることを特徴とする。   The autonomous mobile device according to the present invention includes a moving means for moving the own device, and a control means for controlling the moving means so as to move autonomously along a moving route planned for each of a plurality of partial maps by the planning means. When moving from a moving partial map to a different partial map, the partial map used for movement is changed to the partial map of the destination based on the connection relationship between the connecting points of the partial maps determined by the connecting means. And switching means for switching.

本発明に係る自律移動装置によれば、複数の部分地図にまたがる移動経路に沿って自律移動する場合、移動中の部分地図から異なる部分地図へ移る際に、部分地図間の連結関係に基づいて部分地図が切替えられる。よって、複数の部分地図をまたいで目的地(ゴール地点)まで自律移動することが可能となる。   According to the autonomous mobile device according to the present invention, when moving autonomously along a movement route extending over a plurality of partial maps, when moving from a moving partial map to a different partial map, based on the connection relationship between the partial maps. The partial map is switched. Therefore, it becomes possible to autonomously move to a destination (goal point) across a plurality of partial maps.

本発明に係る自律移動装置では、切替手段が、異なる部分地図に移る際に、使用する座標系を、移動中の部分地図の座標系から、移行先の部分地図の座標系に切替えることが好ましい。   In the autonomous mobile device according to the present invention, when the switching unit moves to a different partial map, it is preferable to switch the coordinate system to be used from the coordinate system of the moving partial map to the coordinate system of the destination partial map. .

この場合、異なる部分地図に移る際に、移動中の部分地図の座標系から移行先の部分地図の座標系に座標系が切替えられる。よって、移動中の部分地図から移行先の部分地図に移ることが可能となる。   In this case, when moving to a different partial map, the coordinate system is switched from the coordinate system of the moving partial map to the coordinate system of the destination partial map. Therefore, it is possible to move from the moving partial map to the destination partial map.

本発明によれば、計測誤差の累積に起因する環境地図の不整合を解消でき、かつ、移動領域の部分的なレイアウト変更に柔軟に対応することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to eliminate inconsistencies in the environmental map due to accumulation of measurement errors, and to flexibly cope with partial layout changes in the moving area.

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。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.

まず、図1を用いて、第1実施形態に係る自律移動装置1の構成について説明する。図1は、自律移動装置1の構成を示すブロック図である。   First, the configuration of the autonomous mobile device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the autonomous mobile device 1.

自律移動装置1は、複数の部分地図からなる環境地図を作成する環境地図作成機能、複数の部分地図にまたがる移動経路を計画する経路計画機能、及び、複数の部分地図をまたいで移動経路に沿って移動する自律移動機能を有する。より詳細には、自律移動装置1は、ユーザの遠隔操作に従って自機が誘導されているときに、SLAMを用いて移動領域の環境地図(障害物が存在する領域と存在しない領域を表したグリッドマップ)を構成する複数の部分地図を作成するとともに、誘導されて部分地図間の連結点(以下「連結ポイント」といい、ユーザが指定する)に到達したときに、そのときの自己位置を部分地図上の連結ポイントの位置座標として登録する機能を有する(本機能を実行するモードを「据付モード」と呼ぶ)。また、自律移動装置1は、作成された複数の部分地図毎に移動可能領域を抽出し、トポロジカルマップを用いて連結し、トポロジカルマップ上で最短経路探索を行った後に再び分割して、部分地図毎の移動経路を計画する機能を有する。さらに、自律移動装置1は、計画された移動経路に沿ってスタート地点からゴール地点まで、複数の部分地図をまたいで自律移動する機能を有する(本機能を実行するモードを「搬送モード」と呼ぶ)。   The autonomous mobile device 1 includes an environment map creation function for creating an environment map composed of a plurality of partial maps, a route planning function for planning a travel route that spans a plurality of partial maps, and a travel route that spans the plurality of partial maps. It has an autonomous movement function to move. More specifically, the autonomous mobile device 1 uses the SLAM to map an environment map of a moving area (a grid indicating an area where an obstacle exists and an area where an obstacle does not exist) when the self-machine is guided according to a remote operation by a user. Multiple partial maps that make up a map), and when it is guided to reach a connection point between partial maps (hereinafter referred to as a “connection point”, specified by the user) It has a function of registering as a position coordinate of a connection point on a map (a mode for executing this function is referred to as “installation mode”). In addition, the autonomous mobile device 1 extracts a movable area for each of the created partial maps, connects them using a topological map, performs a shortest path search on the topological map, and then divides the partial map again. It has a function to plan each movement route. Furthermore, the autonomous mobile device 1 has a function of autonomously moving across a plurality of partial maps from a start point to a goal point along a planned movement route (a mode in which this function is executed is referred to as a “transport mode”) ).

そのため、自律移動装置1は、その下部に電動モータ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、周囲に存在する物体(例えば壁や障害物等)との距離を計測するレーザレンジファインダ20と、自律移動装置1を誘導するとともに連結ポイントを登録するジョイスティック21とを備えている。また、自律移動装置1は、複数の部分地図(環境地図)の作成、複数の部分地図をまたぐ移動経路の計画、及び、該移動経路に沿った自律移動を統合的に司る電子制御装置30を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。   Therefore, the autonomous mobile device 1 is a distance between the main body 10 provided with the electric motor 12 and the omni wheel 13 driven by the electric motor 12 at a lower portion thereof and an object (for example, a wall or an obstacle) existing in the surroundings. And a joystick 21 for guiding the autonomous mobile device 1 and registering a connection point. In addition, the autonomous mobile device 1 includes an electronic control device 30 that manages the creation of a plurality of partial maps (environmental maps), the planning of a travel route across the plurality of partial maps, and the autonomous movement along the travel route in an integrated manner. I have. Hereinafter, each component will be described in detail.

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、及び電子制御装置30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のそれぞれの駆動軸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。   The main body 10 is, for example, a metal frame formed in a substantially bottomed cylindrical shape, and the above-described laser range finder 20 and the electronic control device 30 are attached to the main body 10. The shape of the main body 10 is not limited to a substantially bottomed cylindrical shape. Four electric motors 12 are arranged in a cross shape and attached to the lower portion of the main body 10. Omni wheels 13 are attached to the drive shafts 12A of the four electric motors 12, respectively. That is, the four omni wheels 13 are mounted on the same circumference at intervals of 90 ° along the circumferential direction.

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の回転軸に平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の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。すなわち、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。   The omni wheel 13 is provided so as to be rotatable around two wheels 14 that rotate about the drive shaft 12A of the electric motor 12 and an axis that is orthogonal to the drive shaft 12A of the electric motor 12 on the outer periphery of each wheel 14. Further, the wheel has six free rollers 15 and is movable in all directions. The two wheels 14 are attached with a phase shifted by 30 °. Due to such a configuration, when the electric motor 12 is driven and the wheel 14 rotates, the six free rollers 15 rotate together with the wheel 14. On the other hand, when the grounded free roller 15 rotates, the omni wheel 13 can also move in a direction parallel to the rotation axis of the wheel 14. For this reason, the autonomous mobile device 1 is moved in any direction (omnidirectional) by independently controlling the four electric motors 12 and individually adjusting the rotational direction and rotational speed of the four omni wheels 13. be able to. That is, the electric motor 12 and the omni wheel 13 function as moving means described in the claims.

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(すなわち駆動量あるいは回転量)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30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30に出力する。電子制御装置30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。   An encoder 16 that detects the rotation angle (that is, the drive amount or the rotation amount) of the drive shaft 12A is attached to the drive shaft 12A of each of the four electric motors 12. Each encoder 16 is connected to the electronic control unit 30, and outputs the detected rotation angle of each electric motor 12 to the electronic control unit 30. The electronic control unit 30 calculates the movement amount of the autonomous mobile device 1 from the input rotation angle of each electric motor 12.

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(検出波)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。すなわち、レーザレンジファインダ20は、特許請求の範囲に記載の取得手段として機能する。なお、レーザレンジファインダ20は、電子制御装置30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30に出力する。   The laser range finder 20 is attached to the front part of the autonomous mobile device 1 so as to face the front direction (front) of the own device. The laser range finder 20 emits a laser (detection wave) and reflects the emitted laser with a rotating mirror, thereby scanning the periphery of the autonomous mobile device 1 in a fan shape with a central angle of 240 ° in the horizontal direction. The laser range finder 20 detects, for example, a laser reflected and returned by an object such as a wall or an obstacle, and detects a detection angle of the laser (reflected wave) and returns after being reflected by the object. By measuring the time (propagation time) until it comes, the angle and distance from the object are detected. That is, the laser range finder 20 functions as an acquisition unit described in the claims. The laser range finder 20 is connected to the electronic control device 30, and outputs distance information and angle information with respect to the detected surrounding object to the electronic control device 30.

ジョイスティック21は、ユーザの遠隔操作に従って自立移動装置1を誘導して移動させるための入力装置であり、自律移動装置1を誘導するための方向を指示する棒状のレバー22と、部分地図上の連結ポイントを登録するための設定スイッチ23とを有している。ユーザは、ジョイスティック21のレバー22を操作することにより、自律移動装置1に対して移動方向を指示し、自律移動装置1を誘導することができる。また、ユーザは、自律移動装置1を誘導しつつ、部分地図の連結ポイントに到達したときに、設定スイッチ23を押下ることにより、そのときの自己位置を連結ポイントの位置座標として登録することができる。すなわち、ジョイスティック21を構成する設定スイッチ23は特許請求の範囲に記載の設定手段として機能する。なお、ジョイスティック21は、電子制御装置30と接続されており、誘導制御(方向指示)信号、及び連結ポイント登録信号を電子制御装置30に出力する。   The joystick 21 is an input device for guiding and moving the autonomous mobile device 1 according to a user's remote operation. The joystick 21 is connected to a bar-shaped lever 22 that indicates a direction for guiding the autonomous mobile device 1 and a partial map. And a setting switch 23 for registering points. The user can guide the autonomous mobile device 1 by operating the lever 22 of the joystick 21 to instruct the autonomous mobile device 1 in the moving direction. Further, when the user reaches the connection point of the partial map while guiding the autonomous mobile device 1, the user can register the self position at that time as the position coordinates of the connection point by pressing the setting switch 23. it can. That is, the setting switch 23 constituting the joystick 21 functions as a setting unit described in the claims. The joystick 21 is connected to the electronic control unit 30 and outputs a guidance control (direction instruction) signal and a connection point registration signal to the electronic control unit 30.

タッチスクリーン24は、液晶ディスプレイ(LCD)等からなる表示部25と、表示部25上の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26とを有して構成される入力装置である。表示部25は、例えば、連結ポイントを登録するとき、及び、連結ポイントを選択するときに、連結ポイントを含む部分地図及び連結ポイントの座標情報等を表示する。また、表示部25は、連結ポイント及びスタート地点/ゴール地点等を選択するユーザからの操作を受け付けるための各種スイッチ等を表示する。ここで、表示部25に表示される連結ポイントの選択画面の一例を図2に示す。図2に示した画面では、選択された連結ポイントの座標情報、及び連結ポイントの連結関係等が表示されている。   The touch screen 24 includes an input unit configured by a display unit 25 including a liquid crystal display (LCD) and the like, and an operation input unit 26 including a touch panel that detects a user's touch operation (input) on the display unit 25. Device. For example, when registering a connection point and selecting a connection point, the display unit 25 displays a partial map including the connection point, coordinate information of the connection point, and the like. Further, the display unit 25 displays various switches and the like for accepting an operation from a user who selects a connection point, a start point / goal point, and the like. Here, an example of the connection point selection screen displayed on the display unit 25 is shown in FIG. In the screen shown in FIG. 2, the coordinate information of the selected connection point, the connection relationship of the connection points, and the like are displayed.

操作入力部26は、表示部25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26は、ユーザからの選択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。操作入力部26は、各種スイッチ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26は、判断された操作内容を電子制御装置30に出力する。ここで、ユーザは、経路計画を行う際に、操作入力部26を操作することにより、部分地図を連結する連結ポイントを選択したり、スタート地点/ゴール地点等を設定することができる。すなわち、操作入力部26は、特許請求の範囲に記載の選択手段として機能する。   The operation input unit 26 is provided so as to cover the display screen of the display unit 25, and two-dimensional coordinates (XY coordinates) are virtually arranged on the surface thereof. The operation input unit 26 receives a selection operation from the user, and outputs coordinate information corresponding to the touch position when the user performs a touch operation. For example, pressure, capacitance, infrared rays, and ultrasonic waves are used for detecting the touch position. The operation input unit 26 determines the operation content of the user based on the display position of various switches and the coordinate information indicating the touch position of the user. Then, the operation input unit 26 outputs the determined operation content to the electronic control device 30. Here, when performing a route plan, the user can select a connection point for connecting partial maps, or set a start point / goal point, etc. by operating the operation input unit 26. That is, the operation input unit 26 functions as selection means described in the claims.

電子制御装置30は、自律移動装置1の制御を統合的に司るものである。電子制御装置30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30は、レーザレンジファインダ20、ジョイスティック21、タッチスクリーン24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を駆動するドライバ回路等も備えている。   The electronic control device 30 integrally controls the autonomous mobile device 1. The electronic control unit 30 includes a microprocessor that performs calculations, a ROM that stores a program for causing the microprocessor to execute each process, a RAM that temporarily stores various data such as calculation results, and a storage content thereof Backup RAM or the like. The electronic control unit 30 also includes a laser range finder 20, a joystick 21, an interface circuit that electrically connects the touch screen 24 and the microprocessor, a driver circuit that drives the electric motor 12, and the like.

電子制御装置30は、据付モードを実行することにより、SLAMを用いて複数の部分地図から構成される移動領域の環境地図を作成するとともに、部分地図上の連結ポイントの位置座標を登録する。また、電子制御装置30は、複数の部分地図にまたがる移動経路を計画する。さらに、電子制御装置30は、搬送モードを実行することにより、計画された移動経路に沿ってスタート地点からゴール地点まで複数の部分地図をまたいで自律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30は、局所地図作成部31、自己位置推定部32、部分地図作成部33、記憶部34、経路計画部35、走行制御部36、センサ情報取得部37、障害物回避制御部38、連結部44、及び切替部45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。   By executing the installation mode, the electronic control unit 30 creates an environment map of a moving area composed of a plurality of partial maps using SLAM, and registers the position coordinates of the connection points on the partial map. In addition, the electronic control unit 30 plans a movement route that spans a plurality of partial maps. Furthermore, the electronic control unit 30 controls the electric motor 12 so as to autonomously move across a plurality of partial maps from the start point to the goal point along the planned movement route by executing the transfer mode. Therefore, the electronic control device 30 includes a local map creation unit 31, a self-position estimation unit 32, a partial map creation unit 33, a storage unit 34, a route plan unit 35, a travel control unit 36, a sensor information acquisition unit 37, and obstacle avoidance control. A portion 38, a connecting portion 44, a switching portion 45, and the like. Each of these units is constructed by a combination of the hardware and software described above.

局所地図作成部31は、レーザレンジファインダ20から読み込まれた周囲の物体との距離情報・角度情報(特許請求の範囲に記載の位置情報に相当)に基づいて、レーザレンジファインダ20を原点にした自機周辺(レーザレンジファインダ20の検知可能範囲内)の局所地図を作成する。   The local map creation unit 31 uses the laser range finder 20 as the origin based on distance information and angle information (corresponding to position information described in claims) with surrounding objects read from the laser range finder 20. A local map around the own device (within the detectable range of the laser range finder 20) is created.

自己位置推定部32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、局所地図と部分地図とを照合し、その結果に基づいて自己位置を推定する。また、自己位置推定部32は、ジョイスティック21(設定スイッチ23)から連結ポイント登録信号が入力されたときに、そのときの自己位置を環境地図上の連結ポイントの位置座標として記憶部34に登録する。   The self-position estimation unit 32 collates the local map with the partial map in consideration of the movement amount of the own machine calculated according to the rotation angle of each electric motor 12 read from the encoder 16, and based on the result. To estimate the self-position. Further, when a connection point registration signal is input from the joystick 21 (setting switch 23), the self-position estimation unit 32 registers the self-position at that time in the storage unit 34 as the position coordinates of the connection point on the environment map. .

部分地図作成部33は、誘導移動時(据付モード実行時)に、SLAMを利用して、移動領域の環境地図を構成する複数の部分地図を作成する。すなわち、部分地図作成部33は、特許請求の範囲に記載の作成手段として機能する。より具体的には、まず、部分地図作成部33は、局所地図作成部31から局所地図を取得するとともに、自己位置推定部32から自己位置を取得する。次に、部分地図作成部33は、レーザレンジファインダ20を原点にした局所地図を、レーザレンジファインダ20を原点にした座標系から部分地図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、局所地図を部分地図に投影する。そして、部分地図作成部33は、自律移動装置1が誘導されて移動している間中この処理を繰り返して実行し、局所地図を部分地図に順次足し込んで行く(継ぎ足してゆく)ことにより部分地図を作成する。また、部分地図作成部33は、同様にして、移動領域を形成する複数の領域毎に、対応する複数の部分地図を順次作成することにより、移動領域の全範囲をカバーする複数の部分地図を作成する。なお、移動領域の一部分のレイアウトのみが変更になった場合には、そのレイアウトが変更になった領域の部分地図のみを作成するようにしてもよい。   The partial map creation unit 33 creates a plurality of partial maps constituting the environmental map of the movement area using SLAM during guided movement (when the installation mode is executed). That is, the partial map creation unit 33 functions as creation means described in the claims. More specifically, first, the partial map creation unit 33 obtains a local map from the local map creation unit 31 and obtains a self-position from the self-position estimation unit 32. Next, the partial map creation unit 33 performs coordinate conversion of the local map with the laser range finder 20 as the origin from the coordinate system with the laser range finder 20 as the origin to the coordinate system of the partial map according to its own position, Project a local map onto a partial map. Then, the partial map creation unit 33 repeatedly executes this process while the autonomous mobile device 1 is guided and moved, and sequentially adds the local map to the partial map. Create a map. Similarly, the partial map creation unit 33 sequentially creates a plurality of corresponding partial maps for each of a plurality of areas forming the movement area, thereby generating a plurality of partial maps covering the entire range of the movement area. create. When only the layout of a part of the moving area is changed, only the partial map of the area where the layout is changed may be created.

連結部44は、ユーザの操作に基づいて、操作入力部26により選択された部分地図の連結ポイント間の連結関係(すなわち、どの連結ポイントとどの連結ポイントが連結されているか)を定める。すなわち、連結部44は、特許請求の範囲に記載の連結手段として機能する。ここで、連結ポイントで連結された部分地図の一例を図3に示す。図3に示された例では、環状の移動領域が4つの部分地図I〜IVから構成されている。また、部分地図Iの一端と部分地図IIの一端、及び部分地図Iの他端と部分地図IVの一端とが連結ポイントで連結されるとともに、部分地図IIの他端と部分地図IIIの一端、及び部分地図IVの他端と部分地図IIIの他端とが連結されている。また、移動領域のレイアウト変更に対応して、上述した部分地図IIIが入替えられた環境地図を図4に示す。図4に示した例では、図3に示された部分地図IIIから部分地図III’に入替えが行われている。このように、移動領域の一部分(ここでは部分地図IIIの領域)のレイアウトが変更になった場合には、そのレイアウトが変更になった領域の部分地図のみを入替えるとともに、連結関係を更新することにより、対応することができる。   The connection unit 44 determines a connection relationship between connection points of the partial map selected by the operation input unit 26 (that is, which connection point is connected to which connection point) based on a user operation. That is, the connecting portion 44 functions as connecting means described in the claims. Here, FIG. 3 shows an example of the partial map connected at the connection point. In the example shown in FIG. 3, the annular moving area is composed of four partial maps I to IV. In addition, one end of the partial map I and one end of the partial map II, and the other end of the partial map I and one end of the partial map IV are connected at a connection point, and the other end of the partial map II and one end of the partial map III, And the other end of the partial map IV and the other end of the partial map III are connected. Further, FIG. 4 shows an environment map in which the above-described partial map III is replaced in accordance with the layout change of the movement area. In the example shown in FIG. 4, the partial map III shown in FIG. 3 is replaced with the partial map III '. Thus, when the layout of a part of the moving area (here, the area of the partial map III) is changed, only the partial map of the area where the layout is changed is replaced and the connection relation is updated. This can be dealt with.

記憶部34は、例えば、上述したバックアップRAM等で構成されており、部分地図作成部33により作成された複数の部分地図を記憶する。また、記憶部34は、連結ポイントの位置座標、連結ポイントの連結関係を示す連結情報、及び後述する経路計画部35で計画される移動経路情報等を記憶する記憶領域を有しており、これらの情報も記憶する。   The storage unit 34 is composed of, for example, the backup RAM described above, and stores a plurality of partial maps created by the partial map creation unit 33. In addition, the storage unit 34 has a storage area for storing the position coordinates of the connection points, connection information indicating the connection relationship of the connection points, movement route information planned by the route planning unit 35 described later, and the like. This information is also stored.

経路計画部35は、部分地図作成部33で作成された複数の部分地図をまたぐ移動経路を計画する。より具体的には、経路計画部35は、作成された複数の部分地図毎に移動可能領域を抽出して細線化し、トポロジカルマップを用いて連結し、トポロジカルマップ上で最短経路探索を行った後に再び分割して、部分地図毎の移動経路を計画する。そのために、経路計画部35は、移動可能領域抽出部39、トポロジカルマップ作成部40、最短経路探索部41、分割部42、及び、計画部43を有している。   The route plan unit 35 plans a travel route that crosses a plurality of partial maps created by the partial map creation unit 33. More specifically, the route planning unit 35 extracts a movable area for each of the created partial maps, thins the connected regions, connects them using a topological map, and performs a shortest route search on the topological map. Divide again and plan the movement route for each partial map. For this purpose, the route planning unit 35 includes a movable region extracting unit 39, a topological map creating unit 40, a shortest route searching unit 41, a dividing unit 42, and a planning unit 43.

移動可能領域抽出部39は、部分地図毎に、部分地図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作成し、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、移動可能領域抽出部39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。すなわち、移動可能領域抽出部39は、特許請求の範囲に記載の抽出手段として機能する。   For each partial map, the movable area extraction unit 39 creates an extended obstacle area by expanding the outline of the obstacle area included in the partial map by using the Minkowski sum and by expanding the outline of the obstacle area. The area excluding the obstacle area is extracted as a movable area that can move without contacting the obstacle. Next, the movable area extracting unit 39 thins the extracted movable area using the thinning method of Hilitch. That is, the movable area extraction unit 39 functions as an extraction unit described in the claims.

トポロジカルマップ作成部40は、複数の部分地図毎に、移動可能領域抽出部39により細線化された移動可能領域の分岐点(ノード)を探索し、分岐点の連結関係を表すトポロジカルマップを作成する。すなわち、トポロジカルマップ作成部40は、特許請求の範囲に記載のトポロジカルマップ作成手段として機能する。ここで、トポロジカルマップは、分岐点の連結関係と連結している分岐点間の距離のみを情報として有する(すなわち、座標の情報を持たない)マップである。   The topological map creation unit 40 searches for branch points (nodes) in the movable area thinned by the movable area extraction unit 39 for each of the plurality of partial maps, and creates a topological map representing the connection relation of the branch points. . That is, the topological map creation unit 40 functions as a topological map creation unit described in the claims. Here, the topological map is a map having only the distance between the branch points connected to the connection relation of the branch points as information (that is, having no coordinate information).

最短経路探索部41は、トポロジカルマップ作成部40により作成された部分地図毎のトポロジカルマップを連結ポイントで連結し、連結されたトポロジカルマップ上において、A*アルゴリズム(Aスター・アルゴリズム)を利用して、スタート地点とゴール地点とをつなぐ最短経路を探索する。すなわち、最短経路探索部41は、特許請求の範囲に記載の探索手段として機能する。   The shortest path search unit 41 connects the topological maps of the partial maps created by the topological map creation unit 40 at connection points, and uses the A * algorithm (A star algorithm) on the connected topological maps. The shortest path connecting the start point and the goal point is searched. That is, the shortest path search unit 41 functions as search means described in the claims.

分割部42は、最短経路探索部41により探索された最短経路を、複数の部分地図毎のトポロジカルマップに分割する。すなわち、分割部42は、特許請求の範囲に記載の分割手段として機能する。また、計画部43は、分割部42により分割された部分地図毎に、トポロジカルマップ上の連結ポイントをつなぐ移動経路を計画する。すなわち、計画部43は、特許請求の範囲に記載の計画手段として機能する。   The dividing unit 42 divides the shortest route searched by the shortest route searching unit 41 into a topological map for each of a plurality of partial maps. That is, the dividing unit 42 functions as a dividing unit described in the claims. In addition, the planning unit 43 plans a movement route that connects the connection points on the topological map for each partial map divided by the dividing unit 42. That is, the planning unit 43 functions as a planning unit described in the claims.

走行制御部36は、据付モード実行時に、ジョイスティック21(レバー22)から入力される誘導制御(方向指示)信号に従って自律移動装置1が移動する(誘導される)ように電動モータ12を駆動する。一方、走行制御部36は、搬送モード実行時に、障害物を回避しながら、複数の部分地図をまたいで計画された移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律移動させるように電動モータ12を制御する。すなわち、走行制御部36は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。   The traveling control unit 36 drives the electric motor 12 so that the autonomous mobile device 1 moves (guides) in accordance with a guidance control (direction instruction) signal input from the joystick 21 (lever 22) when the installation mode is executed. On the other hand, the traveling control unit 36 causes the electric motor 12 to move autonomously to the goal point along a planned movement route across a plurality of partial maps while avoiding obstacles when the conveyance mode is executed. Control. That is, the traveling control unit 36 functions as a control unit described in the claims.

ここで、本実施形態では、搬送モード実行時に、障害物を回避しながら移動経路に沿って自機をゴール地点まで自律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、ゴール地点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作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地点へ向かう方法である。より具体的には、走行制御部36は、まず、自己位置に基づいてゴール地点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38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36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36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地点へ移動するように自機の走行をコントロールする。   Here, in the present embodiment, the virtual potential method is employed as a control method for autonomously moving the aircraft to the goal point along the movement path while avoiding an obstacle when the transfer mode is executed. This virtual potential method creates and superimposes a virtual attractive potential field for the goal point and a virtual repulsive potential field for the obstacle to be avoided, thereby avoiding contact with the obstacle. The way to head. More specifically, the traveling control unit 36 first calculates a virtual attractive force for heading to the goal point based on the self position. On the other hand, the obstacle avoidance control unit 38 calculates a virtual repulsive force for avoiding the obstacle based on the self position, the moving speed, and the position and speed of the obstacle. Subsequently, the traveling control unit 36 calculates a virtual force vector by vector combining the obtained virtual attractive force and the virtual repulsive force. Then, the traveling control unit 36 drives the electric motor 12 (omni wheel 13) according to the obtained virtual force vector, thereby controlling the traveling of the aircraft so as to move to the goal point while avoiding the obstacle. To do.

また、移動中の部分地図から異なる部分地図に移る際には、切替部45によって、連結部44により定められた部分地図の連結ポイント間の連結関係に基づいて、移動に用いる部分地図が切替えられる。より具体的には、切替部45は、異なる部分地図に移る際に、使用する座標系を、移動中の部分地図の座標系から、移行先の部分地図の座標系に、図5の式(2)に示される座標変換マトリックスを用いて切替える。すなわち、切替部45は、特許請求の範囲に記載の切替手段として機能する。これにより、自律移動装置1は、複数の部分地図をまたいで自律移動することが可能となる。   In addition, when moving from a moving partial map to a different partial map, the switching unit 45 switches the partial map used for movement based on the connection relationship between the connection points of the partial maps determined by the connection unit 44. . More specifically, when switching to a different partial map, the switching unit 45 changes the coordinate system to be used from the coordinate system of the moving partial map to the coordinate system of the destination partial map ( Switching is performed using the coordinate transformation matrix shown in 2). That is, the switching unit 45 functions as switching means described in the claims. Thereby, the autonomous mobile device 1 can move autonomously across a plurality of partial maps.

次に、図6〜図8を用いて自律移動装置1の動作について説明する。図6は、自律移動装置1による部分地図作成処理(据付モード)の処理手順を示すフローチャートである。図7は、自律移動装置1による経路計画処理の処理手順を示すフローチャートである。また、図8は、自律移動装置1による自律移動処理(搬送モード)の処理手順を示すフローチャートである。図6〜図8に示される各処理は、主として電子制御装置30によって行われるものであり、ユーザからの操作によって起動され、実行される。   Next, operation | movement of the autonomous mobile apparatus 1 is demonstrated using FIGS. FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of partial map creation processing (installation mode) by the autonomous mobile device 1. FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of route planning processing by the autonomous mobile device 1. FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of autonomous movement processing (transport mode) by the autonomous mobile device 1. Each process shown in FIGS. 6 to 8 is mainly performed by the electronic control unit 30 and is activated and executed by an operation from the user.

始めに、図6に示される部分地図作成処理(据付モード)の処理手順について説明する。なお、部分地図作成処理を開始する前に、事前準備として、誘導経路上に置かれた可動物を排除しておくことが好ましい。また、自律移動装置1を誘導しつつ環境地図を作成しているときには、移動体がレーザレンジファインダ20の検知範囲に入らないようにすることが好ましい。   First, the processing procedure of the partial map creation process (installation mode) shown in FIG. 6 will be described. In addition, before starting a partial map creation process, it is preferable to exclude the movable object placed on the guidance route as advance preparation. Further, when the environment map is created while guiding the autonomous mobile device 1, it is preferable that the moving body does not enter the detection range of the laser range finder 20.

ステップS100において、ユーザからの部分地図作成開始指示が受け付けられると、自律移動装置1が誘導されて移動を開始する。続くステップS102では、SLAMを利用して、部分地図が作成される。なお、部分地図の作成方法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。   In step S100, when a partial map creation start instruction is received from the user, the autonomous mobile device 1 is guided to start moving. In subsequent step S102, a partial map is created using SLAM. In addition, since the creation method of a partial map is as above-mentioned, detailed description is abbreviate | omitted here.

続いて、ステップS104では、ジョイスティック21(レバー22)から入力される誘導制御(方向指示)信号(すなわちユーザの操作)に従って自律移動装置1が誘導されて移動する。   Subsequently, in step S104, the autonomous mobile device 1 is guided and moved in accordance with a guidance control (direction instruction) signal (ie, user operation) input from the joystick 21 (lever 22).

次に、ステップS106では、ジョイスティック21(設定スイッチ23)から連結ポイント登録信号が入力されたか否かについての判断が行われる。ここで、連結ポイント登録信号が入力された場合には、ステップS108において、その地点の自己位置が部分地図上の連結ポイントの位置座標として登録される。一方、連結ポイント登録信号が入力されていないときには、ステップS110に処理が移行する。   Next, in step S106, it is determined whether or not a connection point registration signal has been input from the joystick 21 (setting switch 23). Here, when the connection point registration signal is input, in step S108, the self position of the point is registered as the position coordinate of the connection point on the partial map. On the other hand, when the connection point registration signal is not input, the process proceeds to step S110.

ステップS110では、必要とされるすべての部分地図の作成が終了し、ユーザからの部分地図作成終了指示が受け付けられたか否かについての判断が行われる。ここで、部分地図作成終了指示が受け付けられていない場合には、ステップS102に処理が移行し、部分地図作成終了指示が受け付けられるまで、上述したステップS102〜ステップS108の処理が繰り返し実行され、複数の部分地図が作成される。一方、すべての部分地図の作成が終了し、部分地図作成終了指示が受け付けられたときには、部分地図作成処理(据付モード)が終了する。   In step S110, creation of all necessary partial maps is completed, and it is determined whether or not a partial map creation termination instruction from the user has been accepted. If the partial map creation end instruction is not accepted, the process proceeds to step S102, and the above-described steps S102 to S108 are repeatedly executed until a partial map creation end instruction is accepted. A partial map of is created. On the other hand, when all the partial maps have been created and a partial map creation end instruction has been received, the partial map creation process (installation mode) ends.

次に、図7に示される経路計画処理の処理手順について説明する。まず、ステップS200では、上述した部分地図作成処理によって作成された部分地図が読み込まれ(図9参照)、部分地図毎に、その部分地図に含まれている障害物領域の輪郭が自機の半径だけ拡張され、拡張障害物領域が生成される。   Next, the process procedure of the route planning process shown in FIG. 7 will be described. First, in step S200, the partial map created by the partial map creation process described above is read (see FIG. 9), and for each partial map, the contour of the obstacle area included in the partial map is the radius of the own aircraft. Only an extended obstacle area is generated.

続くステップS202では、部分地図からステップS200で生成された拡張障害物領域を除いた領域が、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される。続いて、ステップS204では、抽出された移動可能領域の細線化処理が行われる(図10参照)。   In the subsequent step S202, the area excluding the extended obstacle area generated in step S200 from the partial map is extracted as a movable area that can move without contacting the obstacle. Subsequently, in step S204, thinning processing of the extracted movable area is performed (see FIG. 10).

次に、ステップS206では、部分地図毎に、細線化された移動可能領域の分岐点(ノード)探索が実行される(図11参照)。続いて、ステップS208では、部分地図毎に、ステップS206で探索された分岐点の連結関係、及び連結している分岐点間の距離を表すトポロジカルマップが作成される(図12参照)。次に、ステップS210では、ステップS208で作成された部分地図毎のトポロジカルマップが選択された連結ポイントで連結される(図13参照)。   Next, in step S206, a branch point (node) search of the thinned movable area is performed for each partial map (see FIG. 11). Subsequently, in step S208, for each partial map, a topological map representing the connection relation of the branch points searched in step S206 and the distance between the connected branch points is created (see FIG. 12). Next, in step S210, the topological maps for each partial map created in step S208 are connected at the selected connection point (see FIG. 13).

続くステップS212では、ユーザから与えられたスタート地点とゴール地点を基点として、例えばA*アルゴリズムを用いて、トポロジカルマップ上のどの分岐点を通ると最小コスト(最短経路)になるかが求められる(図14参照)。続いて、ステップS214では、ステップS212で探索された最短経路が、部分地図毎のトポロジカルマップに再度分割される(図15参照)。そして、続くステップS216において、ステップS214で分割された部分地図毎に、トポロジカルマップに含まれる連結ポイントをつなぐ移動経路及びサブゴールが決定され、サブゴール点列(座標列)で表された経路情報が取得される(図16参照)。 In the following step S212, the starting point and the goal point given by the user are used as the base points, and for example, using the A * algorithm, it is determined which branch point on the topological map passes through the minimum cost (shortest route) ( (See FIG. 14). Subsequently, in step S214, the shortest path searched in step S212 is divided again into a topological map for each partial map (see FIG. 15). In step S216, for each partial map divided in step S214, a movement route and a subgoal connecting the connection points included in the topological map are determined, and route information represented by a subgoal point sequence (coordinate sequence) is acquired. (See FIG. 16).

続いて、図8に示される自律移動処理(搬送モード)の処理手順について説明する。まず、ステップS300では、自己位置推定が行われる。すなわち、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、局所地図と部分地図とが照合され、その結果に基づいて自己位置が推定される。   Next, the processing procedure of the autonomous movement process (transport mode) shown in FIG. 8 will be described. First, in step S300, self-position estimation is performed. That is, the local map and the partial map are collated in consideration of the movement amount of the own machine calculated according to the rotation angle of each electric motor 12 read from the encoder 16, and the self position is estimated based on the result. Is done.

続いて、ステップS302では、自律移動制御が実行され、障害物を回避しながら、上述した経路計画処理で計画された部分地図毎の移動経路に沿って自機をゴール地点まで部分地図をまたいで自律移動させるように電動モータ12が制御される。上述したように、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地点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。なお、仮想ポテンシャル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。   Subsequently, in step S302, autonomous movement control is executed, and while crossing the partial map to the goal point along the movement route for each partial map planned in the route planning process described above, avoiding obstacles. The electric motor 12 is controlled to move autonomously. As described above, in the present embodiment, the virtual potential method is employed as a control method for moving the aircraft to the goal point along the movement path while avoiding the obstacle. Since the virtual potential method is as described above, detailed description thereof is omitted here.

続くステップS304では、部分地図の連結ポイントの近傍、つまり部分地図の切替領域に到達したか否かについての判断が行われる。より詳細には、自機を中心とする所定の半径(例えば、具体的には2mであって、センシングの有効範囲から決定される距離が好ましい)の円と、連結ポイントを中心とする所定の半径(例えば、具体的には2mであって、走行時に出力される最高速度から逆算された十分に地図を切替えることができる距離が好ましい)の円とが重なり合っているか否かにより部分地図の切替領域に到達したか否かが判断される。ここで、部分地図の切替領域に到達していない場合(すなわち円同士が重なり合っていない場合)には、ステップS308に処理が移行する。一方、部分地図の切替領域に到達しているとき(すなわち円同士が重なり合っているとき)には、ステップS306に処理が移行する。   In the subsequent step S304, a determination is made as to whether or not the vicinity of the connection point of the partial map, that is, the partial map switching area has been reached. More specifically, a circle having a predetermined radius centered on the own aircraft (for example, a distance that is specifically 2 m and preferably determined from the effective range of sensing) and a predetermined center centered on the connection point are described. Switching between partial maps depending on whether or not they overlap with a circle with a radius (for example, a distance of 2 m, which is preferably a distance that can be switched back enough from the maximum speed output during driving). It is determined whether or not the area has been reached. Here, if the partial map switching area has not been reached (that is, if the circles do not overlap), the process proceeds to step S308. On the other hand, when the switching area of the partial map has been reached (that is, when the circles overlap), the process proceeds to step S306.

ステップS306では、使用される座標系が、移動中の部分地図の座標系から、移行先の部分地図の座標系に、上述した座標変換マトリックス(図5の式(2)参照)により切替えられる処理を伴って、使用される部分地図の切替えが行われる。その後、ステップS308に処理が移行する。なお、滑らかに走行するために、現在位置から先の複数のサブゴールに基づいて逐次的に設定されるターゲットを目標として自律移動装置1の移動制御が行われる場合には、連結ポイント近傍のサブゴール点列を移動中の部分地図と移行先の部分地図の両方で持つ重複区間が設定されるとともに、走行中に連結ポイント近傍で境界線が設定され、その境界線を自機がまたいだときに地図が切替えられる。   In step S306, the coordinate system to be used is switched from the coordinate system of the moving partial map to the coordinate system of the destination partial map by the above-described coordinate transformation matrix (see equation (2) in FIG. 5). As a result, the partial map to be used is switched. Thereafter, the process proceeds to step S308. In addition, in order to run smoothly, when the movement control of the autonomous mobile device 1 is performed with the target sequentially set based on a plurality of subgoals ahead of the current position as a target, the subgoal points near the connection point An overlap section is set for both the moving partial map and the destination partial map, and a boundary line is set near the connection point while driving, and the map is displayed when the aircraft crosses the boundary line. Is switched.

ステップS308では、複数の部分地図をまたいで自機がゴール地点に到着したか否かについての判断が行われる。ここで、自機がゴール地点に到着していない場合には、ステップS300に処理が移行し、ゴール地点に到着するまで、上述したステップS300〜S306の処理が繰り返し実行される。一方、自機がゴール地点に到着したときには、自律移動処理(搬送モード)が終了する。   In step S308, a determination is made as to whether or not the aircraft has arrived at the goal point across a plurality of partial maps. If the aircraft has not arrived at the goal point, the process proceeds to step S300, and the above-described steps S300 to S306 are repeatedly executed until the aircraft arrives at the goal point. On the other hand, when the aircraft arrives at the goal point, the autonomous movement process (conveyance mode) ends.

本実施形態によれば、独立した複数の部分地図が作成されるとともに、部分地図作成時に連結ポイントが設定される。そして、部分地図同士を連結する連結ポイントが選択され、連結ポイント間の連結関係が定められる。よって、移動環境全体の環境地図を独立した部分地図に分割することにより、誤差の累積を抑制できるため、誤差の累積による環境地図の不整合を解消することが可能となる。また、各部分地図には、部分地図に含まれる連結ポイント間の連結関係が定められているため、この連結関係に従って異なる部分地図に移ることができる。   According to the present embodiment, a plurality of independent partial maps are created, and connection points are set when the partial map is created. And the connection point which connects partial maps is selected and the connection relation between connection points is defined. Therefore, since the accumulation of errors can be suppressed by dividing the environment map of the entire mobile environment into independent partial maps, it is possible to eliminate inconsistencies in the environment map due to the accumulation of errors. Further, since each partial map has a connection relationship between connection points included in the partial map, it is possible to move to a different partial map according to this connection relationship.

さらに、本実施形態によれば、移動環境全体の環境地図が部分地図に分割されて管理されるため、移動領域の部分的なレイアウト変更があった場合に、レイアウトが変更になった部分地図のみを作成し直すとともに、作り直された部分地図のみを入替えることができる。よって、移動領域の部分的なレイアウト変更に柔軟に対応することが可能となる。   Furthermore, according to the present embodiment, since the environment map of the entire moving environment is divided and managed, only the partial map whose layout has been changed when the partial layout of the moving area is changed. It is possible to replace only the recreated partial map. Therefore, it is possible to flexibly cope with a partial layout change of the moving area.

本実施形態によれば、部分地図毎に、細線化された移動可能領域の分岐点(ノード)の連結関係がトポロジカルマップで表現されるとともに、部分地図毎に作成されたトポロジカルマップが連結されることにより、移動領域全体が1枚のトポロジカルマップで表現される。ここで、トポロジカルマップは、分岐点の連結関係と連結している分岐点間の距離のみを情報として有する(すなわち、座標の情報を持たない)マップであるため、連結したとしても、計測誤差による歪の影響を受けることがない。そして、連結されたトポロジカルマップを用いて最短経路検索が実行された後に、再度、トポロジカルマップが部分地図毎に分割され、検索された最短経路に従って移動経路が計画される。その結果、複数の部分地図をまたぐ最短の移動経路を計画することが可能となる。   According to the present embodiment, for each partial map, the connection relationship between the branch points (nodes) of the thinned movable area is expressed by the topological map, and the topological map created for each partial map is connected. As a result, the entire moving area is represented by a single topological map. Here, the topological map is a map having only the distance between the branch points connected to the connection relation of the branch points as information (that is, having no coordinate information). Not affected by distortion. Then, after the shortest route search is executed using the connected topological maps, the topological map is again divided for each partial map, and the movement route is planned according to the searched shortest route. As a result, it is possible to plan the shortest movement route across a plurality of partial maps.

本実施形態によれば、複数の部分地図にまたがる移動経路に沿って自律移動する際に、移動中の部分地図から、異なる部分地図へ移る際に、部分地図間の連結関係に基づいて、部分地図が切替えられる。よって、複数の部分地図をまたいで目的地(ゴール地点)まで自律移動することが可能となる。   According to this embodiment, when moving autonomously along a movement route that spans a plurality of partial maps, when moving from a moving partial map to a different partial map, based on the connection relationship between the partial maps, The map is switched. Therefore, it becomes possible to autonomously move to a destination (goal point) across a plurality of partial maps.

本実施形態によれば、異なる部分地図に移る際に、移動中の部分地図の座標系から移行先の部分地図の座標系に座標系が切替えられる。よって、移動中の部分地図から移行先の部分地図に移ることが可能となる。   According to this embodiment, when moving to a different partial map, the coordinate system is switched from the coordinate system of the moving partial map to the coordinate system of the destination partial map. Therefore, it is possible to move from the moving partial map to the destination partial map.

上述した実施形態では、移動経路を計画する際に、ユーザにより設定された連結ポイントをそのまま利用したが、自律移動装置1が設定された連結ポイントの位置を最適化する連結ポイント最適化部(連結ポイント最適化手段)をさらに備える構成としてもよい。この場合、上述したステップS204とステップS206との間で次に説明する連結ポイント最適化処理(ステップS205)が実行される。ここで、図17を参照しつつ、連結ポイントの最適化処理について説明する。なお、図17において、「A」はユーザ入力等で予め準備された連結ポイント、「B」は最適化された連結ポイント、「S」はスタート地点、「G」はゴール地点、「L1」は連結ポイントAを通る仮の移動経路、「L2」は最適移動経路、「R1〜R8」は各マップの領域線、「P1〜P4」は重複領域の領域線を表す。   In the above-described embodiment, when planning a movement route, the connection point set by the user is used as it is. However, the connection point optimization unit (linkage) that optimizes the position of the connection point set by the autonomous mobile device 1 A point optimizing means may be further provided. In this case, a connection point optimization process (step S205) described below is executed between step S204 and step S206 described above. Here, the optimization process of a connection point is demonstrated, referring FIG. In FIG. 17, “A” is a connection point prepared in advance by user input, “B” is an optimized connection point, “S” is a start point, “G” is a goal point, and “L1” is A temporary movement route passing through the connection point A, “L2” represents an optimum movement route, “R1 to R8” represent region lines of each map, and “P1 to P4” represent region lines of overlapping regions.

ステップS205では、次の手順に沿って連結ポイントBが求められる。
(1)部分地図2を部分地図1の座標系に変換して、部分地図1+部分地図2のテンポラリマップを準備する。
(2)テンポラリマップ上で連結ポイントAを通る仮の移動経路L1を算出する。
(3)最適化手法(公知の手法、あるいは、例えば特願2008−231519に記載されている直線化手法、平滑化手法)で、最適経路L2を決定する。
(4)最適経路L2上で、部分地図1と部分地図2との重複領域に連結ポイントを置き換え、これを連結ポイントBとする。
In step S205, a connection point B is obtained according to the following procedure.
(1) The partial map 2 is converted into the coordinate system of the partial map 1, and a temporary map of the partial map 1 + the partial map 2 is prepared.
(2) A temporary movement route L1 passing through the connection point A is calculated on the temporary map.
(3) The optimum route L2 is determined by an optimization method (a known method or a linearization method or a smoothing method described in Japanese Patent Application No. 2008-231519, for example).
(4) A connection point is replaced with an overlapping area between the partial map 1 and the partial map 2 on the optimum route L2, and this is set as a connection point B.

ここで、連結ポイントBの決定アルゴリズムについてより詳細に説明する。連結ポイントBは、最適経路L2と領域線R6との交点Bsをスタート、最適経路L2と領域線R4との交点Beをエンドとして、交点Bs〜交点Be間で所定ステップ刻みで以下の手順を繰り返すことにより決定される。
(5)n回目のステップとして連結ポイント候補B(n)を通り領域線R1に平行な直線を引き、この直線と各領域線R1〜R8との交点を求め、各交点とB(n)とを結ぶ線分の長さを求め、これらの線分のうち最小の線分の値をホールドする。
(6)領域線R2〜R8に対して、上記(5)の処理を行い、8つの最小値の中から最も小さい値h(n)をホールドする。
(7)n+1回目のステップに移り、次の連結ポイント候補B(n+1)に対して上記(5)(6)の処理を行い、線分の最小値h(n+1)をホールドする。
(8)h(n)とh(n+1)とを比較して、値の大きい方をh(n+1)に書きかえてホールドする。
(9)上記(5)〜(8)処理を、Bs〜Beまで所定ステップ毎に繰り返すことで、重複領域の領域線P1〜P4のそれぞれに対して総じて離れた点B(n)を算出し、これを新たな連結ポイントBとする。以上の処理により、重複領域の各領域線P1〜P4のそれぞれに対して総じて離れている、最適経路L2上の(最適化された)連結ポイントBを求めることができる。なお、連結ポイントが置き換えられた後は、この最適化された連結ポイントを利用して、上述したステップS206以降の処理が実行される。
Here, the determination algorithm of the connection point B is demonstrated in detail. The connection point B starts at the intersection Bs between the optimum path L2 and the area line R6, and ends at the intersection Be between the optimum path L2 and the area line R4, and repeats the following procedure between the intersection Bs and the intersection Be in steps of a predetermined step. Is determined by
(5) As a n-th step, a straight line that passes through the connection point candidate B (n) and is parallel to the region line R1 is drawn, and the intersection of this straight line and each of the region lines R1 to R8 is obtained. Is obtained, and the value of the minimum line segment among these line segments is held.
(6) The above processing (5) is performed on the region lines R2 to R8, and the smallest value h (n) is held among the eight minimum values.
(7) The process proceeds to the (n + 1) th step, the processes (5) and (6) are performed on the next connection point candidate B (n + 1), and the minimum value h (n + 1) of the line segment is held.
(8) Compare h (n) and h (n + 1), rewrite the larger one to h (n + 1) and hold.
(9) By repeating the processes (5) to (8) at predetermined steps from Bs to Be, points B (n) that are generally separated from each of the region lines P1 to P4 of the overlapping region are calculated. This is the new connection point B. Through the above processing, the (optimized) connection point B on the optimum route L2 that is generally separated from each of the region lines P1 to P4 of the overlapping region can be obtained. Note that after the connection point is replaced, the above-described processing from step S206 is executed using the optimized connection point.

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、自律移動装置1を遠隔操作するための入力装置としてジョイスティック21を用いたが、自律移動装置1を誘導するとともに、連結ポイントを登録することができればよく、他の形式のリモートコントローラ等を利用してもよい。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the joystick 21 is used as an input device for remotely operating the autonomous mobile device 1, but it is only necessary to be able to guide the autonomous mobile device 1 and register a connection point. A remote controller or the like may be used.

上記実施形態では、ユーザの操作に基づいて、部分地図の作成(連結ポイントの設定、選択)を行ったが、部分地図の作成を自動的に行う構成とすることもできる。例えば、部分地図を作成する際に、例えば自律移動装置の移動距離、部分地図の面積、及び/又はセンサ入力(例えば、連結ポイント付近に設置したマーカをカメラで検出した場合)等をトリガとして自動的に次の新規部分地図を作成するようにしてもよい。ここで、トリガをかけるための自律移動装置の移動距離や部分地図の面積等のしきい値は、自律移動装置のセンサ系が持つ地図作成時の累積誤差の度合いに応じて決定することができる。また、自動的に次の新規部分地図を作成する場合には、既成部分地図における現在の位置姿勢と新規部分地図における原点の位置姿勢を連結ポイントとして設定し、その2点を1組として選択し、地図切替に使用することができる。   In the above-described embodiment, a partial map is created (setting and selection of connection points) based on the user's operation. However, the partial map may be automatically created. For example, when creating a partial map, for example, the movement distance of the autonomous mobile device, the area of the partial map, and / or sensor input (for example, when a marker placed near a connection point is detected by a camera) is automatically triggered Alternatively, the following new partial map may be created. Here, thresholds such as the movement distance of the autonomous mobile device and the area of the partial map for triggering can be determined according to the degree of accumulated error at the time of map creation of the sensor system of the autonomous mobile device. . When automatically creating the next new partial map, the current position and orientation in the existing partial map and the position and orientation of the origin in the new partial map are set as connection points, and the two points are selected as a set. Can be used for map switching.

上記実施形態では、表示部25と操作入力部26が一体となったタッチスクリーン24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。   In the above embodiment, the touch screen 24 in which the display unit 25 and the operation input unit 26 are integrated is used. However, a normal display may be used as the display unit, and a keyboard, a mouse, or the like may be used as the operation input unit. .

上記実施形態では、レーザレンジファインダ20を用いて障害物との距離を測定したが、レーザレンジファインダに代えて又は加えて、例えばステレオカメラ、超音波センサ等を用いる構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the distance to the obstacle is measured using the laser range finder 20, but instead of or in addition to the laser range finder, for example, a stereo camera, an ultrasonic sensor, or the like may be used.

上記実施形態では、車輪として全方位に移動可能なオムニホイール13を採用したが、通常の車輪(操舵輪及び駆動輪)を用いる構成としてもよい。   In the said embodiment, although the omni wheel 13 which can move to all directions was employ | adopted as a wheel, it is good also as a structure which uses a normal wheel (a steering wheel and a drive wheel).

実施形態に係る自律移動装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the autonomous mobile apparatus which concerns on embodiment. 連結点の選択画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the selection screen of a connection point. 部分地図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a partial map. レイアウト変更時における部分地図の入替えについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating replacement of the partial map at the time of layout change. 部分地図の座標変換マトリックスを示す図である。It is a figure which shows the coordinate transformation matrix of a partial map. 実施形態に係る自律移動装置による部分地図作成処理(据付モード)の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the partial map creation process (installation mode) by the autonomous mobile device which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動装置による経路計画処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the route planning process by the autonomous mobile apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動装置による自律移動処理(搬送モード)の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the autonomous movement process (conveyance mode) by the autonomous mobile device which concerns on embodiment. 部分地図に分割された環境地図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the environmental map divided | segmented into the partial map. 移動可能領域の細線化が施された部分地図を示す図である。It is a figure which shows the partial map where the thinning of the movable area | region was performed. ノード(分岐点)探索が行われた部分地図を示す図である。It is a figure which shows the partial map in which the node (branch point) search was performed. 分割されたトポロジカルマップを示す図である。It is a figure which shows the divided topological map. 連結されたトポロジカルマップを示す図である。It is a figure which shows the connected topological map. 最短経路探索が行われたトポロジカルマップを示す図である。It is a figure which shows the topological map in which the shortest path | route search was performed. 再び分割されたトポロジカルマップを示す図である。It is a figure which shows the topological map divided | segmented again. 移動経路が計画された部分地図を示す図である。It is a figure which shows the partial map where the movement path | route was planned. 接続ポイントの最適化について説明するための図である。It is a figure for demonstrating optimization of a connection point.

符号の説明Explanation of symbols

1 自律移動装置
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
21 ジョイスティック
22 レバー
23 設定スイッチ
24 タッチスクリーン
25 表示部
26 操作入力部
30 電子制御装置
31 局所地図作成部
32 自己位置推定部
33 部分地図作成部
34 記憶部
35 経路計画部
36 走行制御部
37 センサ情報取得部
38 障害物回避制御部
39 移動可能領域抽出部
40 トポロジカルマップ作成部
41 最短経路探索部
42 分割部
43 計画部
44 連結部
45 切替部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Autonomous mobile device 10 Main body 12 Electric motor 13 Omni wheel 14 Wheel 15 Free roller 16 Encoder 20 Laser range finder 21 Joystick 22 Lever 23 Setting switch 24 Touch screen 25 Display part 26 Operation input part 30 Electronic control unit 31 Local map creation part 32 Self-position estimation unit 33 Partial map creation unit 34 Storage unit 35 Route planning unit 36 Travel control unit 37 Sensor information acquisition unit 38 Obstacle avoidance control unit 39 Movable region extraction unit 40 Topological map creation unit 41 Shortest path search unit 42 Dividing unit 43 Planning Department 44 Connection Department 45 Switching Department

Claims (4)

周囲に存在する物体の位置情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記物体の位置情報に基づいて、移動領域の環境地図を構成する複数の部分地図を作成する作成手段と、
前記作成手段により前記複数の部分地図が作成される際に、前記複数の部分地図を連結する連結点を設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された連結点の中から、互いに連結する部分地図それぞれの連結点を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された前記部分地図の連結点間の連結関係を定める連結手段と、を備える、ことを特徴とする自律移動装置。
An acquisition means for acquiring position information of an object existing around;
Creating means for creating a plurality of partial maps constituting the environmental map of the moving region based on the position information of the object obtained by the obtaining means;
Setting means for setting connection points for connecting the plurality of partial maps when the plurality of partial maps are created by the creation means;
A selection means for selecting a connection point of each of the partial maps connected to each other from the connection points set by the setting means;
An autonomous mobile device comprising: a coupling unit that determines a coupling relationship between coupling points of the partial map selected by the selection unit.
前記作成手段により作成された前記複数の部分地図それぞれについて、移動可能領域を抽出して細線化する抽出手段と、
前記複数の部分地図毎に、前記抽出手段により細線化された移動可能領域の分岐点を探索し、該分岐点の連結関係を表すトポロジカルマップを作成するトポロジカルマップ作成手段と、
前記トポロジカルマップ作成手段により作成された部分地図毎のトポロジカルマップを、前記選択手段により選択された連結点で連結し、連結されたトポロジカルマップでの最短経路を探索する探索手段と、
前記探索手段により探索された最短経路を、前記複数の部分地図毎のトポロジカルマップに分割する分割手段と、
前記分割手段により分割された部分地図毎に、トポロジカルマップに含まれる連結点をつなぐ移動経路を計画する計画手段と、を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の自律移動装置。
For each of the plurality of partial maps created by the creating means, extracting means for extracting and thinning a movable area;
For each of the plurality of partial maps, a topological map creating unit that searches for a branch point of the movable area thinned by the extracting unit and creates a topological map that represents a connection relation of the branch point;
Search means for connecting the topological map for each partial map created by the topological map creating means at the connecting point selected by the selecting means, and searching for the shortest path in the connected topological map;
A dividing unit that divides the shortest path searched by the searching unit into a topological map for each of the plurality of partial maps;
The autonomous mobile device according to claim 1, further comprising: planning means for planning a movement route that connects connection points included in the topological map for each partial map divided by the dividing means.
自機を移動させる移動手段と、
前記計画手段により前記複数の部分地図毎に計画された移動経路に沿って自律して移動するように前記移動手段を制御する制御手段と、
移動中の部分地図から、異なる部分地図に移る際に、前記連結手段により定められた部分地図の連結点間の連結関係に基づいて、移動に用いる部分地図を、移行先の部分地図に切替える切替手段と、を備える、ことを特徴とする請求項2に記載の自律移動装置。
Moving means for moving the aircraft;
Control means for controlling the moving means so as to move autonomously along the movement route planned for each of the plurality of partial maps by the planning means;
When switching from a moving partial map to a different partial map, switching to switch the partial map used for the movement to the partial map to be migrated based on the connection relationship between the connection points of the partial maps determined by the connecting means. The autonomous mobile device according to claim 2, further comprising: means.
前記切替手段は、異なる部分地図に移る際に、使用する座標系を、移動中の部分地図の座標系から、移行先の部分地図の座標系に切替えることを特徴とする請求項3に記載の自律移動装置。

The said switching means switches the coordinate system to be used from the coordinate system of the moving partial map to the coordinate system of the transfer destination partial map when moving to a different partial map. Autonomous mobile device.

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