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JPH07306042A - セルラ構造の周辺地図の作成方法および装置 - Google Patents

セルラ構造の周辺地図の作成方法および装置

Info

Publication number
JPH07306042A
JPH07306042A JP7051533A JP5153395A JPH07306042A JP H07306042 A JPH07306042 A JP H07306042A JP 7051533 A JP7051533 A JP 7051533A JP 5153395 A JP5153395 A JP 5153395A JP H07306042 A JPH07306042 A JP H07306042A
Authority
JP
Japan
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sensor
moving
cellular structure
occupancy
creating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7051533A
Other languages
English (en)
Inventor
Rudolf Bauer
バウアー ルードルフ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Publication of JPH07306042A publication Critical patent/JPH07306042A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/0274—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means using mapping information stored in a memory device
    • G—PHYSICS
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    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

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  • Instructional Devices (AREA)
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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 波動反射に基づいて動作するセンサＳを用い
てオリエンティールングされる自己移動する移動ユニッ
トＳＥによるセルラ構造の周辺地図の作成方法を改良す
ることである。 【構成】 近い物体に対しては、その時評価されている
セルの占有度に対して比較的高いインクリメントが選択
され、占有度は速度にも依存して高められ、移動ユニッ
トの停止時には、センサから出る波面の開口円錐ローブ
内にある、周辺地図のすべてのセルの占有度が変更さ
れ、移動ユニットの回りは、地図の格子セルの占有度が
変化しないブラインドゾーンとして定義される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波動反射に基づいて動
作するセンサを用いて周辺地域のオリエンテーションが
行われる自己移動する移動ユニットのセルラ構造の周辺
地図の形成方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、自律行動する移動ユニットに対す
る使用は非常に多岐にわたっている。この関連におい
て、遠隔探知ゾンデ、危険区域で行動する移動ユニッ
ト、自己移動する工業用集塵機、製造工業における搬送
車両およびとりわけ自己移動するロボットが挙げられ
る。しかし予め未知の地域において有意義な課題を満足
することができるようにするためには、自律移動するロ
ボットは、その作業区域の信頼できる地図を除々に形成
しなければならないばかりでなく、この地図に基づいて
いついかなる時点においても自分で位置確認できなけれ
ばならない。この種の自己移動するユニットが場合によ
り行動する非常に複雑でかつ構造化されていない周辺区
域のため、その使用領域はしばしば事務所および家庭区
域に制限されている。一般に、既存の地図は使用するこ
とができないので、この種の自己移動するユニットはセ
ンサを装備していなければならず、このセンサによって
ユニットは、その周辺区域とフレキシブルに相互作用を
行うことができる。この種のセンサのいくつかは、レー
ザ遠隔スキャナー、ビデオカメラおよび例えば超音波セ
ンサである。
【０００３】この種の移動ユニットの特別な問題点は、
周辺地図の作成および移動ユニットの位置確認が相互に
依存している点にある。その際種々の誤りが生じる。一
方においてこの種の移動ユニットは、出発位置から進ん
だ区間距離を誤測定し、他方において距離センサによっ
て現れる妨害物までの距離を誤測定しかつこの妨害物を
を周辺地図に標識として書き込む。この誤りが積み重な
りかつ比較的長い区間にわたって累積すると、所定の限
界から、移動ユニットの有意義な操縦性はもはや不可能
になる。
【０００４】自己移動する移動ユニットを未知の領域に
おいてオリエンテーションする方法は、当該ユニットが
その周辺地域の２次元の格子地図を形成しかつこの格子
地図の個々のセルに占有値を付与することにある。それ
ぞれの格子セルに与えられた占有値が、周辺地域におけ
る妨害物の発生を表す。
【０００５】自己移動するユニットを格子地図において
オリエンティールングする方法は、米国特許第５００６
９８８号明細書に示されている。そこには、超音波セン
サによって、自己移動する移動ユニットの周辺地図の作
成法が記載されている。この方法では、周辺地図の、セ
ンサの照射面に対して垂直である軸線上に存在する格子
セルの占有値を変更するだけである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、自己
移動する移動ユニットの改良されたセルラ構造の周辺地
図を作成する方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、ａ）センサによって少なくとも１つの測定サイク
ルにおいて、センサの、周辺物体に対する距離と、該周
辺物体の位置を、前記センサを円中心点としかつ前記距
離を半径とした円の円弧部分上の不特定の場所として求
め、該円弧部分は前記センサから出る円錐状の波面の開
口角度によって制限され、ｂ）それぞれの測定サイクル
に依存して、前記円弧部分上にある、任意のセルの占有
度を正方向にインクリメントし、ｃ）占有度を、そのよ
うなものが存在する場合には、前記波面の開口角度と前
記円弧部分によって規定される円の扇形内部に存在する
セルの少なくとも１つを負方向にインクリメントするこ
とによって解決される。
【０００８】または、本発明の装置は、波動反射に基づ
いて動作するセンサを用いて周辺地域のオリエンテーシ
ョンが行われる自己移動する移動ユニットのセルラ構造
の周辺地図を作成する装置において、少なくとも２つの
センサは、該センサが、自己移動する移動ユニットの移
動方向に対して相対的に上下に配置されているという特
徴を有している。
【０００９】本発明の有利な実施例はその他の請求項に
記載されている。
【００１０】本発明の方法の大きな利点は、本発明の方
法によって、センサ表面に対して垂直である軸線上に存
在する格子セルを処理することができるのみならず、例
えば超音波センサの開口円錐ローブ内に存在するすべて
の格子セルが、本発明の方法によって、その占有度を変
更できるという点にある。このようにして殊に、移動ユ
ニットの停止状態において、センサから出ているこの波
面の開口円錐ローブ内にある妨害物を、周辺地図から再
び削除することができることが保証される。このこと
は、妨害物が、センサ表面に対して垂直である軸線上に
ぶつかる可能性がないときにも、当てはまる。
【００１１】有利にも本発明の方法は、開口円錐ローブ
内のセンサによって検出される物体がその位置およびそ
の角度に関して正確に地図に書き込むことができないと
云う事実も考慮している。それ故に、本発明の方法は、
センサを中心としかつ妨害物の距離を半径とする円の円
弧部分上に存在するすべてのセルの占有度が連続的に高
められるようにする。例えば、１つの物体を検出するそ
れぞれの測定によって、円弧部分上の任意のセルの占有
度がインクリメントされる。
【００１２】有利には本発明の方法は、センサの測定の
不正確さを周辺地図のセル状の地図形成において一緒に
関連付けるようにしている。殊に、このことは、このセ
ンサの近傍においてこのセンサに隣接して例えばブライ
ンドゾーンを設け、そこでは周辺地図の格子セルをイン
クリメントしないようにすることによって実現される。
このことは、自己移動する移動ユニットのセンサに向か
って移動する妨害物を、殊に移動ユニットの近傍におけ
る測定不正確さに基づいてこれらのセルの占有値のデク
リメントによって、除去してしまう可能性がないという
利点を有する。
【００１３】本発明の方法によって有利にも、格子セル
の占有度をインクリメントするインクリメント値を、妨
害物がそれ自体移動する移動ユニットが既にどのように
存在しかつその際自己移動するユニットが妨害物にどの
ような速度で移動しているかに依存して行うことによっ
て、センサの観測領域に到来する移動する妨害物に対し
て迅速な応答が実現される。自己移動するユニットがそ
こに迅速に移動すればするほどかつ検出された妨害物が
より近くに存在していればいるほど、有利にも格子セル
の占有度に割り当てられるインクリメント値は一層高く
高められる。
【００１４】実際の環境におけるオリエンテーションの
ために有利には、移動ユニットが移動する床に関して上
下の異なった平面に超音波センサを配置した装置が使用
される。その理由は、実際の環境においてはしばしば、
妨害物が脚で立っておりかつ床上１０ないし２０ｃｍに
おいてようやく妨害物として識別することができる物体
に遭遇することがあるからである。床面に対して平行に
配置されている２つのセンサ平面によって、床に近い妨
害物も、床から離れている妨害物も検出することができ
かつこのようにして得られる２つのセルラ周辺地図の処
理によって、改良された衝突回避を保証することができ
るようになる。そこでこのことは有利には、自己移動す
る移動ユニットの妨害物検出のために、それぞれの周辺
地図のセルのその都度高い方の値を用いることによっ
て、実施することができる。
【００１５】また、本発明では、自己移動する移動ユニ
ットがセルラ構造の周辺地図を形成するということが重
要である。周辺地域に存在する妨害物は、自己移動する
移動ユニットによって超音波センサを用いて検出されか
つその距離が測定される。その際に次のような問題が生
じる：超音波センサは開口円錐ローブを有しており、こ
の開口円錐ローブ内で測定される物体の角度位置を示す
ことができない。従って、超音波センサによって捕捉検
出される物体をどのような角度位置で周辺地図に書き込
むべきであるかは明確でない。従来技術においては、物
体の距離を測り、周辺地図の、センサ面に対して垂直で
ある軸線上にあるセルの占有度を高めると云う、簡単な
解決法を選択している。妨害物が測定される頻度が高け
れば高いほど、周辺地図における当該セルの占有度はま
すます高い。従来技術における問題は、周辺地図に書き
込まれた占有度をそこからもはや削除することができな
いと云う点にある。移動ユニットのさらなる移動によっ
て、このように占有度を付けられたセルが異なった超音
波セルの測定領域に移動しかつそこに妨害物は存在しな
いにも拘らず、このような状況のために、移動ユニット
はオリエンテーションの際に、妨害物と見做されている
ものを考慮しなければならないので、移動ユニットはも
はや正しく移動することができなくなる。この問題を解
決するために、本発明によれば、超音波センサの検出の
不正確さのために、超音波の開口円錐ローブ内にありか
つ占有度を有しているセルの占有度をデクリメントしさ
えすればよい。そこに占有度が存在しない場合は、それ
はまた、デクリメントすべきではない。従来技術からも
明らかであるように、負の占有度は意味をなさないから
である。請求項１のｃ）に記載のこの構成によって実際
に、超音波センサの開口円錐ローブをその中に入って来
る占有度を有するセルの占有度を削除することできれい
にしたい。検出の不正確さのために、それが占有度を含
んでいると云う唯一の前提条件を満たしている任意のセ
ルが選ばれる。
【００１６】
【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。
【００１７】図１には、セルラ構造の周辺地図Ｇにおけ
る自己移動するユニットＳＥが示されている。セルラ構
造の周辺地図は、個々の同じ大きさのセルＺを有してい
る。自己移動するユニットＳＥに配置されているセンサ
Ｓから、ここでは直線として略示されている測定パルス
が送出される。
【００１８】この種のセンサは例えば、超音波センサ、
音波センサ、赤外線センサまたはレーザセンサとするこ
とができる。不正確な測定を回避しかつ殊にセンサＳと
点Ａとの間にある妨害物の受信を改善するために、Ｓと
Ａとの間のこの区間はブラインドゾーンとして定義され
る。すなわち、点Ａと点Ｅとの間において直線上にある
セルのみの占有度を変更する。ここでは例えば、点Ｅに
おけるセルにおいて、センサによって距離ｄｉｓｔにあ
る妨害物が測定されている。通例、この種の測定は、自
己移動する移動ユニットＳＥに順次相並べて配置された
センサによって行われかつその測定信号送出が、それら
が個別測定過程において相互に影響し合わないように調
整されている。通例、この種のセンサは、固有に送出さ
れる信号の種類に依存している特有の拡がり角度を有し
ている円錘体ローブを有している。円錐ローブ内におい
て信号が測定される場合、測定された妨害物が円錐ロー
ブ内でどんな角度で到来したかを検出することができな
い。Borenstein の慣用の方法は、妨害物が、測定され
た距離だけ離れたところにおいてセンサ表面に対して垂
直に存在していることから出発している。
【００１９】しかし本発明の方法によって、円錐ローブ
内に存在するすべてのセルの占有度値が変更される。自
己移動する移動ユニットの移動によってブラインドゾー
ン内に入るセルに限って、占有度の変更は行われない。
従って、この種のセルの占有度値をブラインドゾーンに
入った後デクリメントすることによって、例えば妨害物
が、自己移動する移動ユニットの移動およびその近傍に
おける誤測定によって、再び周辺地図から削除されるこ
とが回避される。
【００２０】有利にも、本発明の方法の実施の際に、自
己移動する移動ユニットの停止状態において殊に、開口
円錐ローブ、センサから出ている波面内に存在しかつセ
ンサ表面に対して垂直である軸線上に配置されていない
妨害物を、セルラ構造の周辺地図Ｇから削除ことができ
るようになる。例えば、このことはソフトウェア技術に
より、次のように行うことができる。区間ＡＥがセンサ
表面、すなわち例えば自己移動するユニットＳＥのケー
シング縁と成す角度をソフトウェア技術的に変化し、そ
の結果周辺地図の作成と関連して、この区間が、測定サ
イクルに依存して常に、周辺地図にある別のセルを順に
通過し、ひいては常に測定サイクルに依存して異なった
セルが検出されかつその占有値が高められるかもしくは
低減されるようにする。
【００２１】図２には、１回の測定過程において自己移
動する移動ユニットＳＥが示されている。例えば、セン
サＳから波面が送出され、それは、円弧部分ＫＳ上にあ
る妨害物によって反射される。このセンサから出る波面
の開口円錐ローブは例えば、開口角φを有する。そこで
慣用の方法では、格子地図の、ＫＳ上およびセンサに対
して垂直に存在するセルの占有度のみが高められかつＫ
Ｓ上になく、Ｓに対して垂直でない格子セル占有度は低
減される。開口円錐ローブ内の周辺地図のすべての他の
セルは影響されない。本発明の方法によって、例えば、
ソフトウェア技術的にセンサの測定角度を変化するよう
に設定されている。この測定角度は、例えばＲＡと表さ
れかつそれぞれの測定サイクル毎に別の測定角度ＲＡ
が、それがφによって規定される範囲内で変動しかつセ
ンサから出る測定ビームによって、波面のこの開口円錐
ローブ内に存在するすべてのセルを捕捉検出することが
できるように、調整設定される。これにより有利にも、
停止状態において開口円錐ローブ内に存在する妨害物
が、自己移動する移動ユニットＳＥの移動がない場合に
も、妨害物がこの開口円錐ローブから離れかつセンサに
対して垂直である軸線上にぶつかる可能性がない場合
に、再び周辺地図から削除することができることが保証
される。
【００２２】図３には、角度φを有するセンサＳの波面
の開口円錐ローブが例示されている。円弧部分から、例
えばここでは、セルラ構造の周辺地図の３つのセルＺ１
ないしＺ３が切り出されている。セルＺ１はここでは、
インクリメント＋１だけインクリメントされかつセンサ
表面に対して垂直に出ているビーム上にあるセルＺ２
は、インクリメント＋３が与えられかつセルＺ３は同様
に、インクリメント＋１が与えられる。この測定が停止
状態において行われている場合、円弧上にあるすべての
セルの値は、センサ測定装置の種々実施される測定サイ
クルに依存してその占有度を高めることができる。
【００２３】図４には、測定された速度もしくは周辺地
図において検出された物体の距離と、周辺地図の格子セ
ルにおける占有度の変化に対するインクリメントの値に
対するプリセットとの間の定性的な関係が示されてい
る。
【００２４】図４のａ）には、速度ｖに依存した占有度
のインクリメント値ＩＮＣvが図示されている。ここで
は、周辺地図内に入って来た妨害物へ自己移動する移動
ユニットが速度Ｖで移動するものとして図示されてい
る。すなわち、その占有度において周辺物体を含んでい
る格子セルの中の周辺物体は、その固有速度と自己移動
するユニットの速度とからの和ベクトルによって自己移
動する移動ユニットに接近する。妨害物周辺に対する後
続の処理過程のために、自己移動する移動ユニットの近
傍でこのユニットに大きな速度で接近するような妨害物
に一層高い優先順位を与えることが重要である。このこ
とはここでは例えば、速度ｖに依存して、最小値ｍｉｎ
と最大値ｍａｘとの間のインクリメント値ＩＮＣvを割
り当てることによって実現される。そこでは、大きな速
度ｖに、移動する物体の所在場所を示すセルの移動度に
対して高いインクリメントが割り当てられる。
【００２５】図４のｂ）には、周辺地図の格子セルの占
有度に対するインクリメント値ＩＮＣvと物体の測定さ
れた距離Ｒとの定性的な関係が示されている。ここで
は、方法、例えば妨害物回避方法の後続のプロセスに対
して、一層良好な出発データを使用することができるよ
うにするために、例えば、自己移動する移動ユニットの
近傍に存在する物体は、移動ユニットから遠く離れて出
現しかつ検出される物体より高く重み付けされる。すな
わち、センサが自己移動する移動ユニットの近傍におい
て距離Ｒを有する物体を検出する場合、占有すべき格子
個所に、例えばｍａｘのインクリメント値ＩＮＣRが割
り当てられる。しかし物体が遠く離れて、例えばセンサ
の測定限界において検出される場合、このセルは、例え
ばｍｉｎのインクリメント値ＩＮＣRが割り当てられ
る。
【００２６】このようにして簡単にかつ大きな計算コス
トなしに、近傍で測定された物体、または自己移動する
ユニットに迅速に移動する可能性がある物体にも、本発
明の方法の後続の評価過程において一層高い優先順位を
与えるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルラ構造の周辺地図にある自己移動ユニット
の概略図である。
【図２】自己移動ユニットの測定過程を説明する略図で
ある。
【図３】占有度のインクリメントの例を説明する略図で
ある。
【図４】占有度と、速度または距離の定性的な関係を説
明する線図である。
【符号の説明】
ＳＥ 自己移動するユニット、 Ｓ センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０９Ｂ 29/00 Ｚ // Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｈ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波動反射に基づいて動作するセンサを用
    いて周辺地域のオリエンテーションが行われる自己移動
    する移動ユニットのセルラ構造の周辺地図の作成方法に
    おいて、 ａ）センサ（Ｓ）によって少なくとも１つの測定サイク
    ルにおいて、センサの、周辺物体に対する距離（ｄｉｓ
    ｔ）と、該周辺物体の位置を、前記センサを円中心点と
    しかつ前記距離を半径とした円の円弧部分（ＫＳ）上の
    不特定な場所として求め、該円弧部分は前記センサから
    出る円錐状ローブの波面の開口角度（φ）によって制限
    され、 ｂ）それぞれの測定サイクルに依存して、前記円弧部分
    上にある、任意のセル（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）の占有度を
    正方向にインクリメントし、 ｃ）占有度を、そのようなものが存在する場合には、前
    記波面の開口角度（φ）と前記円弧部分（ＫＳ）によっ
    て規定される円の扇形内部に存在するセル（Ｚ）の少な
    くとも１つを負方向にインクリメントすることを特徴と
    するセルラ構造の周辺地図の作成方法。
  2. 【請求項２】 ａ）少なくとも１つのセンサの測定装置
    において、当該センサの測定不正確さに依存して、当該
    センサに隣接しているブラインドゾーンを予め定め、か
    つ ｂ）前記ブラインドゾーン内に存在する、前記周辺地図
    のセルの占有度を変化しない 請求項１記載のセルラ構造の周辺地図の作成方法。
  3. 【請求項３】 占有度をインクリメントするインクリメ
    ント値（ＩＮＣR）は、周辺物体の距離（ｄｉｓｔ）に
    依存している請求項１または２記載のセルラ構造の周辺
    地図の作成方法。
  4. 【請求項４】 比較的小さな距離に対するインクリメン
    ト値を、比較的大きな距離に対するインクリメント値よ
    り大きく選択する請求項３記載のセルラ構造の周辺地図
    の作成方法。
  5. 【請求項５】 前記インクリメント値（ＩＮＣV）は、
    前記自己移動するユニットの前進移動速度に依存してい
    る請求項１から４までのいずれか１項記載のセルラ構造
    の周辺地図の作成方法。
  6. 【請求項６】 比較的高い前進移動速度に対するインク
    リメント値を、比較的低い前進移動速度に対するインク
    リメント値より大きく選択する請求項５記載のセルラ構
    造の周辺地図の作成方法。
  7. 【請求項７】 周辺を、前記それ自体で移送する移動ユ
    ニットの下面から見て異なった高さにおいて表示する、
    少なくとも２つのセルラ構造の周辺地図を作成する請求
    項１から６までのいずれか１項記載のセルラ構造の周辺
    地図の作成方法。
  8. 【請求項８】 波動反射に基づいて動作するセンサを用
    いて周辺地域のオリエンテーションが行われる自己移動
    する移動ユニットのセルラ構造の周辺地図の作成装置に
    おいて、少なくとも２つのセンサは、該センサが、自己
    移動する移動ユニットの移動方向に対して相対的に上下
    に配置されていることを特徴とするセルラ構造の周辺地
    図の作成装置。
JP7051533A 1994-03-11 1995-03-10 セルラ構造の周辺地図の作成方法および装置 Withdrawn JPH07306042A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4408329.7 1994-03-11
DE4408329A DE4408329C2 (de) 1994-03-11 1994-03-11 Verfahren zum Aufbau einer zellular strukturierten Umgebungskarte von einer selbstbeweglichen mobilen Einheit, welche sich mit Hilfe von auf Wellenreflexion basierenden Sensoren orientiert

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07306042A true JPH07306042A (ja) 1995-11-21

Family

ID=6512566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7051533A Withdrawn JPH07306042A (ja) 1994-03-11 1995-03-10 セルラ構造の周辺地図の作成方法および装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5684695A (ja)
JP (1) JPH07306042A (ja)
DE (1) DE4408329C2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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