KR100523367B1

KR100523367B1 - 장해물 회피기능을 가지는 자율이동장치

Info

Publication number: KR100523367B1
Application number: KR10-2001-0060486A
Authority: KR
Inventors: 사카이타쯔오; 키타노유키히코
Original assignee: 마츠시다 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: DE10152927A1; KR20020032302A; US20020075180A1; US6515614B2; DE10152927B4

Abstract

장해물을 검출하여 장해물의 회피동작을 행하면서 목적지로의 이동을 행하는 자율이동장치로서, 진행방향의 수평면 내를 스캔하여 장해물의 위치를 검출하는 레이더 장치와, 레이더 장치에 의한 스캔면과 다른 공간의 장해물을 검출하는 장해물센서를 구비한다. 레이더 장치에 의한 스캔정보로부터 미리 설정하여 두는 특정형상을 검출하는 특정형상 검출부에 의한 검출출력으로부터 레이더 장치 및 장해물 센서에 의한 검출정보에 기초하여 장해물을 회피하면서 목적지로의 이동제어를 행한다. 위치정보를 정확하게 알 수 있는 레이더 장치에 의한 스캔정보로부터 특정형상을 검출하는 특정형상 검출부를 설치하는 것이므로, 상부 구조물을 보유하고 있는 장해물을 예측하여 효율이 좋은 회피동작을 행한다.

Description

장해물 회피기능을 가지는 자율이동장치{SELF-CONTROLLING MOVEMENT DEVICE HAVING OBSTACLE AVOIDANCE FUNCTION}

본 발명은 장해물을 검출하여 장해물을 회피하면서 목적지까지의 이동 등의 소정의 동작을 행하는 자율이동장치에 관한 것이다.

장해물의 회피를 위해서 자율이동장치에 장해물 검출부를 설치하는 경우, 초음파 센서나 적외선 센서를 장해물 검출부로 한 것과, 수평면 내를 스캔하는 레이더 장치를 장해물 검출부로 한 것이 공지되어 있다.

그러나, 전자의 장해물 검출부, 요컨대 초음파 센서나 적외선 센서로 장해물을 검출하는 경우, 장해물의 검출영역을 넓게 또한 장해물의 위치를 정밀도 좋게 검출할 수 있도록 하기 위해서는, 검출영역이 작은 센서를 다수 배치하게 된다(예컨대, 일본 특개평7-49381호 공보 참조).

도면을 이용하여 설명하면, 도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 자율이동장치 (1)에 초음파나 적외선을 이용한 장해물 센서(5)를 탑재하고 상기 센서(5)의 검출영역(50)이 큰 경우에는, 소수의 센서(5)로 넓은 검출영역을 취할 수 있다. 그러나, 어느 센서(5)로 장해물(9)을 검출하더라도, 그 장해물(9)이 위치(e)에 있는지 위치(f)에 있는지를 판단하는 것이 불가능하다. 이것은 장해물의 회피동작을 행함에 있어서, 어느 방향으로 얼만큼 움직이면 회피가 가능한지 여부가 명백하지 않고, 효율좋은 회피동작이 가능하지 않다는 것을 의미한다.

도 15(b)에 나타내는 바와 같이, 검출영역(50)이 작은 센서(5)를 다수 배치하여도, g로 나타낸 작은 장해물을 빠트릴 가능성이 있고, 또한 h로 나타낸 초음파나 적외선을 수신부로 향하여 반사하지 않는 장해물을 검출할 수 없다. 그래서, 도 15(c)에 나타내는 바와 같이, 검출영역(50)의 간극을 보충하는 센서 (5')나 각도를 바꾼 센서(5'') 등 다수의 센서를 배치하지 않으면 안된다. 그런데, 이와 같이 다수의 센서를 설치하는 것은 비용의 증대를 초래할 뿐만 아니라. 센서 간의 간섭을 피하기 위해서 복잡한 처리를 필요로 한다.

한편, 도 16에 나타내는 바와 같이, 수평면 내를 예컨대 180°의 범위에서 스캔하는 검출영역(40)을 보유하는 레이더 장치(4)가 이용되는 경우는, 장해물의 위치 및 거리를 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 그러나, 장해물(9)이 의자나 테이블과 같이 스캔면에 다리부(90)가 위치할 뿐이어서, 스캔면 이외의 곳에 상부판 등의 상부 구조물(91)이 존재하는 것일 때는, 레이더 장치(4)는 다리부(90)를 인식하는 것이 가능할 뿐이고, 상부 구조물(91)을 인식하는 것은 불가능하다. 이 때문에, 자율이동장치(1)는, 다리부(90) 사이를 통과가능하다라고 판단하여 장애물을 회피함이 없이 직진이동하고, 상부 구조물(91)에 충돌해 버리게 된다. 도면 중 L은 설정된 장해물 검출거리(반경)이다.

또한, 전자의 초음파 센서나 적외선 센서인 장해물 검출부와, 후자의 레이더 장치인 장해물 검출부를 단순히 조합시키면 장해물에 충돌하지는 않게 되지만, 그것만으로는 전자의 장해물 검출부가 가지고 있었던 문제점을 해소하지 못하고, 전자의 장해물 검출부에서 검출할 수 있는 장해물을 회피하는 동작은 효율이 나쁜 동작으로 되어 버린다.

본 발명은 이와 같은 점에 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은 장해물을 확실하게 검출할 수 있는데다가 효율이 좋은 회피동작을 행할 수 있는 자율이동장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 장해물을 검출하여 장해물을 회피하면서 목적지로 이동하는 자율이동장치에 있어서, 진행방향의 수평면을 스캔하여 장해물의 위치를 검출하는 스캔형 센서와, 상기 스캔형 센서에 의한 스캔면과 다른 공간의 장해물을 스캔하지 않고 검출하는 비스캔형 센서와, 평상시는 상기 스캔형 센서의 검출정보에 기초하여 장해물을 검출하고, 상기 스캔형 센서에 의해 장해물이 검출된 경우에, 비스캔형 센서를 가동상태로 하고, 상기 스캔형 센서와 비스캔형 센서의 양방의 검출정보에 기초하여 장해물의 위치를 추정하는 장해물 검출부와, 상기 장해물 검출부에서 얻어진 장해물의 위치에 기초하여 목적지로의 주행제어를 행하는 제어부를 구비하고 있다.

본 발명에 의하면, 스캔형 센서에 의해 장해물이 검출된 경우에만 비스캔형 센서를 가동상태로 하고, 스캔형 센서와 비스캔형 센서의 양방의 검출정보에 기초하여 장해물의 위치를 추정하는 것이므로, 항상 양방의 센서의 검출정보를 이용하는 경우에 비해서 효율좋은 검출동작이 가능하게 된다.

또한 본 발명은, 장해물을 검출하여 장해물을 회피하면서 목적지로 이동하는 자율이동장치에 있어서, 진행방향의 수평면을 스캔하여 장해물의 위치를 검출하는 스캔형 센서와, 상기 스캔형 센서에 의한 스캔면과 상이한 공간의 장해물을 스캔하지 않고 검출하는 비스캔형 센서와, 상기 스캔형 센서에 의한 스캔각도마다의 검출물체 거리정보로부터 검출물체의 형상을 추정하고, 미리 설정하여 둔 특정형상을 검출하는 특정형상 검출부와, 상기 특정형상 검출부에 의해 특정형상이 검출된 경우에는 상기 스캔형 센서와 비스캔형 센서의 양방의 검출정보에 기초하여 장해물의 위치를 추정하고, 특정형상 검출부에 의해 특정형상이 검출되지 않은 경우에는 상기 스캔형 센서의 검출정보에만 기초하여 장해물의 위치를 추정하는 장해물 검출부와, 상기 장해물 검출부에서 얻어진 장해물의 위치에 기초하여 목적지로의 주행제어를 행하는 제어부를 구비하고 있다.

본 발명에 의하면, 특정형상 검출부가 스캔형 센서에 의한 검출물체 거리정보로부터 검출물체의 형상을 추정하고 특정형상을 검출한 경우에, 스캔형 센서와 비스캔형 센서의 양방의 검출정보에 기초하여 장해물의 위치를 추정한다. 이렇게 하여, 스캔형 센서만으로 검출할 수 없는 장해물이 있는 영역에서만 비스캔형 센서를 유효하게 하고, 특정형상의 장해물을 예측하여 효율좋은 검출이 가능하게 되고 장해물을 확실하고 효율좋게 회피하는 것이 가능하다.

또한, 비스캔형 센서가 항상 유효한 경우, 동 센서는 검출영역 내에 장해물이 있으면 영역단부에만 장해물이 있을 때라도 장해물있음으로 표시한다. 이 때문에, 예컨대, 장치가 벽과 장해물과의 사이의 좁은 통로를 통하도록 한 경우에, 통과가능한 폭이 있어도 그에 상관없이 통과할 수 없는 폐해가 있다. 본 발명에서는, 이와 같은 경우에 스캔형 센서만 유효하기 때문에 그와 같은 폐해가 해소된다.

본 발명에서 상기 특정형상 검출부는, 기둥형상물을 특정형상으로 하여 검출하기 위한 정보를 미리 기억시킨 기억부를 가지고, 상기 스캔형 센서로부터 얻어지는 일련의 각도마다의 검출물체 거리데이터에 기초하여, 이웃하는 데이터의 거리의 차가 상기 기억부에 설정된 범위에 있는 데이터로부터 추정가능한 검출물체의 폭이 상기 기억부에 설정된 범위에 있고, 또한, 이 추정물체데이터의 양측의 데이터가 상기 기억부에 설정된 거리이상으로 길고 상기 기억부에 설정된 폭 이상으로 연속되어 있을 때, 상기 데이터에 표시되는 형상을 특정형상으로 한다. 이것에 의해, 기둥형상물이 특정형상으로서 검출되는 것이므로, 다리부를 가지는 책상이나 의자 등의 중공에서 튀어나온 상부판을 보유하는 물체가 존재하는 것이 검출된다.

또한 상기 장해물 검출부는, 상기 특정형상 검출부에 의해 검출된 특정형상까지의 거리가 상기 기억부에 설정된 값보다 짧은 경우, 상기 스캔형 센서와 비스캔형 센서의 양방의 검출정보에 기초하여 장해물의 위치를 추정하고, 상기 특정형상까지의 거리가 상기 기억부에 설정된 값보다 길거나, 또는 특정형상이 검출되지 않은 경우, 상기 스캔형 센서의 검출정보에만 기초하여 장해물의 위치를 추정한다. 이것에 의해, 특정형상의 물체까지의 거리가 먼 경우 또는 특정형상의 물체가 검출되지 않는 경우는, 스캔형 센서만으로 장해물 검출을 행하고 장해물의 회피를 행하는 것이 가능하고, 효율좋은 회피동작이 가능하다.

또한 상기 장해물 검출부는, 특정형상 검출부에 의한 검출출력이 있었던 경우에 비스캔형 센서를 가동상태로 한다. 이것에 의해, 비스캔형 센서에서의 전력소비를 감소시킬 수 있다.

이하 본 발명을 실시형태의 일예에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 자율이동장치(1)의 블럭도이다. 자율이동장치(1)는, 주행 및 조타가 가능한 주행장치(2)와, 이 주행장치(2)를 제어하는 주행 제어부(3)와, 레이더 장치 등으로 이루어지고 이동장치의 진행방향의 수평면 내를 스캔하여 장해물의 위치를 검출하는 스캔형 센서(4)(이하에서는 레이더 장치로 함)와, 초음파센서나 적외선 센서로 이루어지고 상기 레이더 장치(4)에 의한 스캔면과 다른 공간의 장해물을 검출하는 비스캔형 센서(5)(이하에서는 장해물 센서라 함)와, 특정형상 검출부(6)와, 장해물 검출부(7)와, 기억부(메모리)(8)를 구비한다.

특정형상 검출부(6)는, 레이더 장치(4)에 의한 스캔면의 스캔정보로부터 미리 설정하여 둔 특정형상을 검출한다. 장해물 검출부(7)는, 레이더 장치(4)나 장해물 센서(5) 및 특정형상 검출부(6)의 출력을 총합하여 장해물을 검출하고, 그 정보를 이용하여 주행 제어부(3)는 장해물을 회피하여 목표위치로 향하도록 주행장치(2)를 제어한다. 기억부(8)는, 목표위치나 특정형상의 특징 등을 미리 기억한다. 자율이동장치(1)는, 또한 전원(배터리)(95)과, 목표위치의 설정, 특정형상의 특징 등을 기억부(8)에 입력하기 위한 휴먼 인터페이스(96)를 구비한다.

상기 레이더 장치(4)는, 예컨대 도 2에 나타내는 바와 같이, 진행방향 전방의 수평면 180°의 범위를 스캔함과 아울러, 상기 180°만큼을 0.5°단위로 거리측정을 행하는 것이므로, 정면(각도 90° 부근)에 장해물(9)이 있었던 경우, 다음 표에 나타내는 바와 같은 데이터를 출력한다. 여기에, L은 레이더 장치(4)에 설정된 거리이고, 거리(L)출력이 나오고 있는 각도영역에는 장해물이 존재하지 않는 것으로 된다. d1, d2는 장해물(9)의 크기나 위치에 의해 변동하는 값이다. α, β는 검출된 장해물(9)까지의 각도이다.

각도 θ(°)	거리
0.00.51.01.52.0...90.0 - d1 - 0.590.0 - d1...90.0 + d290.0 + d2 + 0.5...178.0178.5179.0179.5180.0	LLLLL...Lα...βL...LLLLL

본 실시예에 있어서, 레이더 장치(4)에 의한 장해물 검출거리의 쪽을 장해물 센서(5)에 의한 장해물 검출거리보다 길게 설정하고 있다. 그래서, 자율이동장치 (1)는, 레이더 장치(4)에 의한 검출를 주체로 하여 목적지로의 자율이동을 행한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 자율이동장치(1)가 목적지(10)로 향하여 대향하는 벽 사이의 통로(P)를 통과하고 있는 경우, 레이더 장치(4)에 의해 진행방향 정면에 장해물(9)이 검출된 것으로 한다. 점으로 나타내는 영역(A)은, 레이더 장치(4)에 의해 벽이나 장해물(9)이 없다라고 생각되는 영역이다. 이 때, 주행 제어부(3)는, 장해물(9)이 없다라고 생각되는 우측 전방측으로 진행방향을 일단 변경하고, 장해물 (9)을 회피하는 동작을 행한다. 이 동작은, 주행 제어부(3)가 장해물 검출부(7)의 검출정보를 기초로 주행장치(2)를 제어하는 것으로 행해진다.

한편, 장해물(9)이, 특정형상물(91), 예컨대 테이블의 다리와 같은 기둥형상물인 경우, 테이블의 상부 구조물인 상부판을 레이더 장치(4)로 검출할 수 없는 경우가 있다. 이 때, 레이더 장치(4)의 검출출력은, 도 4에 나타내는 바와 같이 된다. 점으로 나타내는 영역(A)은 장해물(9)이 없다고 생각되는 영역이지만, 특정형상물(91)의 존재에 의해 레이더 장치(4)의 출력은 특이하게 나타나게 된다. 이 것을 이용하여, 특정형상 검출부(6)는, 특정형상물의 존재를 검출하도록 하고 있다(상세한 내용은 후술함).

다음에, 도 5를 참조하여 특정형상물(90)의 존재를 검출하는 방법에 관해서 설명한다. 레이더 장치(4)의 스캔에 있어서의 거리데이터를 얻는 간격을 ΔD로 하고 있다.

i	θ	거리	ΔD=D(i)-D(i-1)
...m-2m-1mm+1m+2m+3m+4...	...i×Δθi×Δθi×Δθi×Δθi×Δθi×Δθi×Δθ...	...D(m-2)D(m-1)D(m)D(m+1)D(m+2)D(m+3)D(m+4)...	...｜ΔD｜＜DR｜ΔD｜＜DR ΔD＜-DR｜ΔD｜＜DR｜ΔD｜＜DR ΔD＞DR｜ΔD｜＜DR...

특정형상 검출부(6)는, 상기와 같은 검출출력변화를 이용하여 도 6의 플로우차트에서 나타내는 처리를 행하는 것이므로, 특정형상물(90)(이 경우는, 기둥형상물)의 존재를 검출한다. 또, 인접하는 데이터의 거리의 차가 설정치를 넘고 있는 복수의 데이터로부터, 장치 앞에 돌출하고 있는 물체가 존재한다고 추정가능하고, 이 추정물체 데이터의 양측의 데이터가 설정거리 이상으로 길고, 또한 추정물체 데이터가 설정폭범위 이내로 연속하고 있을 때, 특정형상물(90)이 있다라고 한다. 상기 각 설정치는 기억부(8)에 미리 기억시켜 두고, 자율이동장치가 이동하는 환경에 의해서 그 값을 변환하도록 하여도 좋다.

1회의 스캔으로 발진되는 레이더의 수N는, 0≤i≤N이다. 특정형상물의 존재를 추정하기 위한 인접하는 데이터의 거리차의 설정치를 DR, 추정특정형상물이라고 추정하기 위한 폭의 설정치를 DN, 추정특정형상물의 면의 레이더 장치에 대향하는 거리변화의 최대치를 dd로 한다(미리 설정한 양의 값). dd는, 예컨대, 설정하는 특정형상이 원기둥이고, 존재하는 원기둥의 중에서 최대의 반경이 rr일 때에는, dd=rr로 설정할 수 있다.

도 6 중, i는 i번째인 정수값, j는 1스캔의 N데이터에 관한 처리에서, 특정형상을 발견할 때마다 증가되는 정수값, c는 1개의 특정형상으로부터 반사된 레이더의 수를 나타낸다. 도 5의 경우, c=3이다. DN＞c의 경우에 특정형상인 것으로 한다.

도 6에 있어서, 처리루틴마다 i는 1씩 증가되고(단계#2), 인접하는 거리데이터차ΔD, 즉, D(i)-D(i-1)의 크기가 조정된다(단계#4). 도 5의 예에서는,

i=m에 있어서, D(m)-D(m-1)＜-DR이므로, 처리는 단계#5로 향하고, c=1, m=i로 된다.

i=m+1에있어서, ｜D(m+1)-D(m)｜≤DR, 또한 D(m+1)-D(m)＜dd이므로, 처리는 단계#6, #7, #8을 통해 c=2로 된다.

i=m+2에있어서, ｜D(m+2)-D(m)｜≤DR, 또한 D(m+2)-D(m)＜dd이므로, 마찬가지로 하여, c=3로 된다.

i=m+3에있어서, D(m+3)-D(m+2)＞DR이므로, 처리는 단계#10, #11, #12을 거친다. int(x)는 x를 넘지 않는 최대의 정수를 되돌리는 것으로 하고 있다. 여기서는 연속하는 최대수만을 고정하여 설정하고 있다. 이렇게 하여, D(m), D(m+1), D(m+2)가 1개의 특정형상으로부터의 반사에 의해서 얻어진 거리인 것으로 판단한다. 특정형상까지의 거리를 H(j)=int(m+m+2)/2)=m+1번째의 거리로 하고 있다(단계#12). 또한, 단계#9, #13에서는 c=0, 요컨대, c는 리셋된다.

1회의 스캔이 종료하였을 때, 단계#14, 단계#15를 통해 검출한 특정형상물의 위치(각도와 거리)데이터를 기억한다.

상기 플로우차트에서 나타내는 처리를 레이더 장치(4)에 의한 1회의 스캔마다의 장해물 검출정보를 얻을 때마다 행하는 것에 의해, 기둥형상물인 특정형상물을 인식함과 아울러, 그 위치(θ, D)를 기억하였으면, 곧바로 회피동작에 이동함이 없이, 진행방향 수평면 이외의 공간의 장해물을 검출하는 장해물 센서(5)를 유효(또는 장해물 센서(5)의 전원을 넣어서 가동상태)하게 한다.

도 7은 별도의 실시예에 의한 플로우차트이고, 도 6의 단계#12의 처리가 단계#21, 단계#22, 단계#23으로 변경되어 있다. 이 처리에 있어서는 고려해야만 하는 특정형상까지의 거리(S)를 미리 설정하여 두고, 거리데이터 예컨대 D(m+1)와 S가 비교되고, 거리데이터가 S보다 크면 그 거리데이터를 무시하도록 하고 있다. 고려해야 할 특정형상물이 있으면, j를 증가시켜 최후에 기억한다.

또한, DN의 값은, 고정값이어도 좋고, 또는 특정형상의 크기를 미리 가정하여, 거리마다 값을 변화시켜도 좋다. 이 경우, 1개의 거리데이터로부터 추정가능한 검출물의 크기를, D(i)×sin(ΔΘ)으로 가정한다. 도 5에 나타낸 특정형상의 크기는, D(m)×sin(ΔΘ)×c로 추정된다. 여기에서, 특정형상의 최대의 폭을 Ｏmax로 하면, 어떤 거리(x)에서의 DN은, Ｏmax/x/sin(ΔΘ) 이상의 최소의 정수로 하는 것이 가능하다.

도 6 및 도 7의 플로우챠트에서는 특정형상물(90)의 위치를 인식하고 있지만, 진행방향에 있어서의 특정형상물의 유무를 판단할 정도라면 족하다.

또한 다른 실시예로서, 특정형상물을 인식하고 나서 특정형상물에 소정의 거리 접근할 때에만, 장해물 센서(5)를 유효하게 하거나 가동상태로 하여도 좋다. 이것은, 테이블이나 의자 등 다리부로부터 튀어나온 부분의 단부까지의 최대값을 지정가능한 경우에 유효하다.

또는, 특정형상 검출부(6)에서 특정의 형상이 검출되었으면, 일단 자율이동의 속도를 감속하는 루틴을 유효하게 하는 것이어도 좋다. 이것에 의해, 장해물 센서(5)의 검출거리가 짧아지고, 상부 구조를 보유할 수 있는 장해물(9)에 충돌함이 없이 정지 또는 회피하는 것이 가능하다.

또한, 자유이동장치가 장해물(9)에 접근할 수 있는 거리를 미리 설정하여 두고서, 그 이상 가까워짐이 없도록 하는 루틴을 유효하게 하여도 좋다. 이것에 의해, 특정형상물을 가지지 않지만 상부 구조물을 보유하고 있는 장해물, 예컨대, 카운터나 난간에 자율이동장치(1)가 충돌하게 되는 것을 피할 수 있다.

상기 장해물 센서(5)로서 초음파 센서를 이용하는 것이면, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 센서를 그 검출영역(50)이 상부 구조물의 상정되는 높이(H) 내의 장해물을 모두 검출하는 것이 가능한 배치로 하여 둔다. 이 때, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 이들 복수의 초음파 센서(장해물 센서(5))에 의한 포괄장해물 검출영역(50)이 진행방향 수평면 내에 있어서 반원을 그리는 것으로 되도록 하여 둠으로써, 자율이동장치(1)가 상부 구조물에 대해서 어떠한 각도로 접근하여도, 장해물 센서(5)에 의해 장해물(9)을 검출하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 상하로 장해물 센서(5)를 병렬 배열할 때에는, 상하의 장해물 센서(5, 5)를 동기시켜서 초음파의 송신타이밍을 동시로 하여 두면, 일방의 센서로부터 나온 초음파의 장해물(9)에 의한 반사를 타방의 센서에 의해 검출하므로, 상하방향의 장해물 유무의 검출 정밀도를 올릴 수 있다. 또한, 도면에서는 장해물(9)이 상하 2개의 장해물 센서(5, 5)의 중간의 높이에 있는 장해물(9)의 단면을 검출하고 있는 상태를 나타내고 있지만, 상기 단면은 통상 곡면이나 경사면으로 되어 있는 것이므로 상하 2개의 장해물 센서(5, 5)의 중간의 높이에 없는 장해물(9)도 검출할 수 있다. 또한, 장해물 센서(5)로서의 초음파 센서는, 송수신겸용형인 것 뿐만 아니라 송수신독립형인 것도 사용가능하다.

장해물 센서(5)로서는, 도 9(a)(b)에 나타내는 바와 같이, 상하 방향으로 넓히는 슬릿광을 출력하고 또는 장해물로부터의 반사광으로 장해물을 검출하는 광학적 센서를 이용하고, 이것을 자율이동장치(1)의 폭방향의 양 단부에 배치한 것으로 하여도 좋다.

다음에, 도 10, 도 11을 참조하여, 특정형상물을 검출한 경우의 회피동작에 관해서 설명한다. 특정형상물을 검출하였다면, 장해물 센서(5)를 유효하게 또는 가동상태로 하고, 게다가 장해물 센서(5)로부터도 장해물 검출출력이 얻어졌다면 소정의 방향으로 회전하여 방향을 바꾸고, 스캔 평면 상에서의 장해물의 검출이 없게 된 시점에서 자율이동을 재개한다.

예컨대, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 특정형상물(90)의 검출 후에 장해물 센서(5)(도시안함)로부터 장해물의 검출출력이 얻어졌다면, 일단 주행장치(2)를 정지시켜 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 자율이동장치(1)의 정면에 가상장해물 (9')을 설정한다. 설정된 가상장해물(9')의 사이즈 및 자율이동장치(1)로부터의 거리는, 미리 다른 설정치와 마찬가지로 기억부(8)에 설정하여 두는 것으로 한다. 또한, 도면에서는 가상장해물(9')을 직사각형으로 표시하고 있지만, 일정간격으로 늘어선 점열이어도 좋다. 다음에, 가상장해물(9')이 검출되지 않게 되기까지 자율이동장치(1)를 회전시킨다. 회전시키는 방향은, 레이더 장치(4)에서의 수평면의 데이터에서 θ=0° 및 θ=180°의 2개의 데이터(L1, L2)(도 10(a)) 중, 장해물(벽)까지의 거리가 긴 쪽으로 한다. 본 예에서는, 우회전으로 된다. 이 회전에서 자율이동장치(1)의 전방에 가상장해물(9')이 없게 되면, 그 방향으로 전진하고, 스캔평면 상에서의 장해물의 검출이 없게 된 시점에서 자율이동을 재개한다. 특정형상 검출부(6)는, 자율이동의 재개 전에 장해물(9)의 위치를 가상 장해물(9')로서 기억부 (8)에 기억시킨다. 이 위치정보는, 장해물을 표시하는 점열의 좌표라도 좋다. 이 후, 레이더 장치(4)로 수평면을 스캔할 때마다, 수평면의 스캔 데이터에 기억하여 두는 가상장해물(9')의 데이터를 중첩시키고, 이것을 기초로 회피동작을 행한다.

상기 회전의 방향은, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 자율이동장치(1)의 좌우에 배치되어서 좌측 전방 및 우측 전방에 각각 검출영역(50)을 가지는 복수의 장해물 센서(5)의 어느 한쪽이 장해물을 검출하였을 때에, 반대방향측으로 장해물 센서(5)의 장해물 검출출력이 없게 될 때까지 회전하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하는 것에 의해서, 효율적인 회피동작을 행할 수 있다. 이 경우도, 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 새롭게 가상장해물(9')을 설정하여 이것을 기억시키고, 스캔평면 상에서의 장해물의 검출이 없게 된 시점에서 자율이동을 재개한다.

자율이동의 재개후에는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 자율이동장치(1)와 목적지(10)까지의 거리(Rd)와, 설정한 가상장해물(9', 9")과 목적지(10)까지의 거리 (Ra, Rb)를 비교하여, 거리(Rd)보다도 거리(Ra, Rb)의 쪽이 길면, 설정한 가상장해물(9', 9")에 관해서의 위치기억을 소거한다(Rb〈Rd〈Ra이면, 거리(Ra)의 가상장해물 (9')을 소거). 이것에 의해, 자율이동에 있어서의 장해물을 회피하기 위한 계산처리를 적게 하는 것이 가능하다.

상기 소거처리는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 자율이동장치(1)와 가상장해물(9', 9")과의 사이의 거리(Rda, Rdb)가 미리 설정한 거리(Rset)보다 크게 되면, 설정한 가상장해물(9')에 관해서 기억하고 있는 위치데이터를 소거 (Rda〉Rset〉Rdb이면, 거리(Rda)의 가상장해물(9')을 소거)하도록 하여도 좋다. 이렇게 하여, 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

그런데, 장해물이 이동가능한 이동체인 경우도 존재하고 있다. 이것을 처리하기 위하여, 특정형상물이 검출된 때에, 도 6 또는 도 7의 플로우챠트 중의 H(i)[0≤i〈j]번째의 데이터θ 및 D의 값을 기억하고, 다음에 미리 정한 시간만큼 자율이동장치(1)를 정지시키고, 그 후, 레이더 장치(4)에서 스캔면 내의 장해물 검출, 요컨대 특정형상물의 인식처리를 다시 행한다. 다시, H(i)[0≤i〈j]번째의 데이터 θ 및 D가 얻어지면, 전회의 데이터 θ 및 D와 비교하여, 양자가 다를 때에는 장해물이 이동체인 것으로 판단하여, 자율이동장치(1)의 정지를 소정 시간만큼 계속시키고, 그 후에도 정기적으로 레이더 장치(4)나 장해물 센서(5)를 작동시킨다. 그 결과, 장해물까지의 거리변화가 없게 되었으면, 장해물이 정지한 것으로 하여 자율이동을 재개시키면 좋다.

또한, 전회의 데이터와의 비교에 있어서, 거리(D)를 미리 설정한 거리 이하의 것으로만 한정하면, 물체의 이동이 자율이동장치(1)의 이동에 영향을 미치는 것만큼을 대상으로 하는 것이 가능하다.

회피동작을 위한 특별한 회피 알고리즘을 준비하는 것이 아니라, 레이더 장치(4)의 출력에 장해물 센서(5)의 출력을 중첩시킨 정보에 기초하여 자율이동동작을 계속하도록 하여도 좋다. 요컨대, 특정형상물을 레이더 장치(4)가 검출하고, 다음에 장해물 센서(5)가 상부 구조물을 검출한 경우, 레이더 장치(4)의 출력에 장해물 센서(5)의 출력을 중첩시켜서, 장해물 센서(5)에서의 검출정보가 마치 레이더 장치(4)에서 얻어진 것과 같이 취급하는 것에 의해 자율이동동작을 계속시키고, 자율이동을 위한 프로그램이 구비되어 있는 회피 알고리즘에 회피동작을 맡겨버리도록 하여도 좋다. 예컨대, 특정형상물을 레이더 장치(4)에서 검출한 후, 장해물 센서(5)에서 상부 구조물을 검출하였을 때, 장해물 센서(5)의 검출영역 상의 소정 반경(r)을, 레이더 장치(4)의 스캔각도 마다의 검출거리와 비교하여 짧은 쪽의 값으로 레이더 장치(4)의 출력을 가공하고, 이 상태에서 장해물 회피 알고리즘을 포함하고 있는 자율이동 프로그램에 자율이동동작을 계속시키는 것이다. 상기 r은, 장해물 센서(5)가 거리를 검출할 수 있는 타입의 것이면 그 거리로 하면 좋고, 장해물(8)의 유무정도를 검출할 수 있는 것이면 미리 설정한 값을 이용하는 것으로 한다.

상기에 관해서 도 14(a)(b)(c)를 참조하여 설명한다. 여기에 나타낸 특정형상물(90)은, 테이블의 상부판 등의 상부 구조물(91)로부터 하방으로 연장하는 다리 등의 기둥형상물이다. 장해물 센서(5)는 진행방향 내에서 서로 다른 방향으로 향한 복수(A, B, C)의 영역 센서로 이루어진다. 우선, 도 14(a)에 있어서 레이더 장치(4)만으로 특정형상물(90)을 검출한다. 레이더 장치(4)의 검출영역(40)을 점으로 표시하고 있다. R은 스캔 검출거리이다. 특정형상물(90)이 검출되면, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 장해물 센서(5)에 의해 검출정보를 유효하게 한다. 상기 각 검출영역(50)을 해칭(hatching)으로 나타낸다. 도시의 경우, 장해물 센서(5)(B)가 장해물인 상부 구조물(91) 요컨대 테이블의 상부판을 검출하고 있다. 도 14(c)에 나타내는 바와 같이, 장해물 센서(5)의 출력을 레이더 장치(4)의 출력에 중첩한다. 이것에 의해, 장해물 센서(5)에 의한 검출정보를 마치 레이더 장치(4)로 검출한 것과 같이 취급할 수 있고, 자율이동동작을 계속할 수 있다. 장해물 센서(5)가 거리를 검출할 수 있는 센서인 경우는, 장해물 센서(5)(B)의 검출영역 상의 반경(r)의 위치에 장해물을 검출하도록 구성한다. 장해물의 유무만을 검출하는 센서의 경우는, 미리 설정한 값을 이용한다.

이상과 같은 구성을 구비하는 자율이동장치(1)는, 사무소나 병원, 레스토랑 등의 테이블이나 의자와 같은 장해물이 다수 존재하고 있는 환경에서, 반송이나 경비나 청소 등의 목적으로 이용되는 로보트로서 바람직하게 이용할 수 있다.

또한, 도 3, 도 4, 도 10, 및 도 11에 있어서, 레이더 장치(4)에 의한 검출영역이 직사각형으로 되어 있는 것은 복도 등의 통로에 있어서의 벽을 이미지하기 위한 것이며, 직사각형에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 실시예에서 레이더 장치(4)를 1개정도 설치한 것에 대해 설명하고 있지만, 복수의 레이더 장치를 구비한 것이어도 관계없다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음의 효과가 얻어진다.

1. 특정형상 검출출력이 있었던 경우에 주행속도를 저하시키면, 장해물 센서의 검출거리가 짧아도 상부 구조물을 보유하고 있는 장해물에 충돌하는 일없이 정지 또는 회피할 수 있다.

2. 레이더 장치로 검출된 장해물로의 접근을 소정 거리까지밖에 허가하지 않는 것이라면, 특정형상물을 가지지 않음에도 불구하고 상부 구조물을 보유하고 있는 것과의 충돌의 회피에 유효하다.

3. 장해물 센서에는 초음파 센서가 비용면에서 유리하고, 이 경우 초음파 센서를 복수개 배치함과 아울러, 이들 복수의 초음파 센서에 의한 포괄 장해물 검출영역이 진행방향 수평면 내에 있어서 반원을 그리게 되도록 배치하면, 상부 구조물에 대하여 어떠한 각도로 접근하여도 상부 구조물을 검출할 수 있게 된다. 또한,상하로 병렬 배열되어 있는 복수의 초음파 센서는 그 초음파 발신 타이밍을 동기시켜 두면, 장해물 검출을 유리하게 행할 수 있고 장해물 센서 개수의 삭감을 도모할 수 있다.

4. 장해물 센서에는, 초음파 센서 외에도, 폭방향의 양 단부에 각각 배치되어 있음과 아울러 상하방향으로 넓어지는 슬릿광을 출력하고 또는 장해물로부터의 반사광으로 장해물을 검출하는 광학적 센서를 이용하여도 비용면에서 유리하다.

5. 회피동작에 관해서는, 레이더 장치 출력에 장해물 센서의 출력을 중첩시킨 정보에 기초하여 자율이동동작을 계속하는 것으로 하여, 자율이동을 위한 프로그램이 구비되어 있는 회피 알고리즘에 회피동작을 맡겨버리도록 하면, 특별한 회피 알고리즘을 필요로 함이 없이 장해물을 회피하는 자율이동이 가능하다.

6. 장해물 센서에 의한 장해물 검출출력에 의해 소정의 방향으로 장해물 센서의 장해물 검출출력이 없게 되기까지 방향을 바꾸게 하고 그 후 자율이동을 재개시키는 것으로 하거나, 장해물 센서에 의한 좌우 어느 한 방향의 장해물 검출출력에서 역방향으로 장해물 센서의 장해물 검출출력이 없게 되기까지 방향을 바꾸게 하고 그 후 자율이동을 재개시키는 것으로 하면, 장해물의 상세한 위치를 검출하지 않아도 간단한 방법으로 효율좋은 회피동작을 행할 수 있다.

7. 상기에 있어서, 제어부는 장해물 센서에 의한 장해물 검출출력으로 해당 방향으로 장해물을 설정하여 그 위치를 기억함과 아울러 그 위치보다도 목적지에 가까워진 시점에서 상기 위치기억을 소거하는 것이나, 장해물 센서에 의한 장해물 검출출력으로 해당 방향으로 장해물을 설정하여 그 위치를 기억함과 아울러 그 위치로부터 소정 거리 떨어진 시점에서 상기 위치기억을 소거하는 것을 이용하면, 장해물 회피처리에 필요한 계산에 있어서의 불필요한 데이터를 소거해야하는 시점을 간편하게 판단할 수 있고, 이것에 수반하여 상기 계산처리의 부하를 감소시킬 수 있고, 고속의 회피동작을 행할 수 있다.

8. 제어부는, 특정형상 검출부에 의한 검출출력에 대해서 복수회의 검출결과로부터 특정형상물이 이동하고 있는지 여부의 판단을 행하고, 특정형상물이 이동하고 있는 경우에는 정지를, 이동을 하고 있지 않은 경우는 장해물 센서의 검출정보를 유효하게 하는 것으로 하면, 이동하고 있는 장해물의 충돌의 회피 및 이동하는 장해물이 다른 자율이동장치인 경우의 상호 회피동작의 교착상태의 방지를 도모할 수 있다.

9. 자율이동장치는, 사무소나 병원 또는 레스토랑 등의 실내에 있어서 반송이나 경비나 청소 등의 목적으로 이용되는 로보트로서 매우 바람직하게 이용할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일실시예에 의한 자율이동장치의 블럭도이다.

도 2는, 레이더 장치의 동작설명도이다.

도 3은, 장해물 검출에 있어서의 기본동작을 나타내는 설명도이다.

도 4는, 상부 구조물을 보유하는 장해물의 검출시의 상황을 나타내는 설명도이다.

도 5는, 특정형상물 인식동작을 설명하기 위한 도이다.

도 6은, 특정형상물 인식처리의 플로우차트이다.

도 7은, 특정형상물 인식처리의 다른 예의 플로우차트이다.

도 8의 (a), (b) 및 (c)는 장해물 센서의 일예에 관해서의 사시도와 평면도와 측면도이다.

도 9는, 상기 장해물 센서의 다른 예를 나타내는 것이고, (a)는 평면도, (b)는 측면도이다.

도 10의 (a) 및 (b)는 상기 자율이동장치의 동작설명도이다.

도 11의 (a) 및 (b)는 상기 자율이동장치의 동작설명도이다.

도 12는, 상기 자율이동장치의 동작설명도이다.

도 13은, 상기 자율이동장치의 동작설명도이다.

도 14의 (a), (b) 및 (c)는 특정형상물 인식동작을 설명하는 도이다.

도 15의 (a), (b) 및 (c)는 각각 종래예의 설명도이다.

도 16의 (a) 및 (b)는 다른 종래예의 평면도와 측면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 … 자율이동장치 2 … 주행장치

3 … 주행 제어부 4 … 레이더 장치

5 … 장애물 센서 6 … 특정형상 검출부

7 … 장애물 검출부 8 … 기억부

9 … 장애물 10 … 목적지

50 … 검출영역 90 … 특정 형상물

91 … 상부 구조물 96 … 휴먼 인터페이스

Claims

삭제
장해물을 검출하여 장해물을 회피하면서 목적지로 이동하는 자율이동장치에 있어서,

진행방향의 수평면을 스캔하여 장해물의 위치를 검출하는 스캔형 센서와,

상기 스캔형 센서에 의한 스캔면과 상이한 공간의 장해물을 스캔하지 않고 검출하는 비스캔형 센서와,

상기 스캔형 센서에 의한 스캔각도마다의 검출물체 거리정보로부터 검출물체의 형상을 추정하고, 미리 설정되어 있는 특정형상을 검출하는 특정형상 검출부와,

상기 특정형상 검출부에 의해 특정형상이 검출된 경우에는 상기 스캔형 센서와 비스캔형 센서의 양방의 검출정보에 기초하여 장해물의 위치 또는 장해물이 존재하는 영역을 추정하고, 특정형상 검출부에 의해 특정형상이 검출되지 않은 경우에는 상기 스캔형 센서의 검출정보에만 기초하여 장해물의 위치를 추정하는 장해물 검출부와,

상기 장해물 검출부에서 얻어진 장해물의 위치에 기초하여 목적지로의 주행제어를 행하는 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 특정형상 검출부는,

기둥형상물을 특정형상으로서 검출하기 위한 정보를 미리 기억시킨 기억부를 가지고,

상기 스캔형 센서로부터 얻어지는 일련의 각도마다의 검출물체 거리데이터에 기초하여, 인접하는 데이터의 거리의 차가 상기 기억부에 설정된 범위에 있는 데이터로부터 검출물체의 폭을 추정하고, 해당 검출물체의 폭이 상기 기억부에 설정된 범위에 있는 데이터로부터 추정할 수 있는 검출물체의 폭이 상기 기억부에 설정된 범위에 있고, 또한, 이 추정물체데이터의 양측의 데이터가 상기 기억부에 설정된 거리이상으로 긴 경우, 상기 데이터에 표시되는 형상을 특정형상인 것으로 하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 3항에 있어서, 상기 장해물 검출부는,

상기 특정형상 검출부에 의해 검출된 특정형상까지의 거리가 상기 기억부에 설정된 값보다 짧은 경우, 상기 스캔형 센서와 비스캔형 센서의 양방의 검출정보에 기초하여 장해물의 위치 또는 장해물이 존재하는 영역을 추정하고, 상기 특정형상까지의 거리가 상기 기억부에 설정된 값보다 길거나, 또는 특정형상이 검출되지 않은 경우, 상기 스캔형 센서의 검출정보에만 기초하여 장해물의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 장해물 검출부는 특정형상 검출부에 의한 검출출력이 있었던 경우에 비스캔형 센서를 가동상태로 하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 제어부는 특정형상 검출부에 의한 검출출력이 있었던 경우에 주행속도를 저하시키는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 제어부는 스캔형 센서로 검출된 장해물로의 접근을 소정 거리까지밖에 허가하지 않도록 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 비스캔형 센서가 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 8항에 있어서, 초음파 센서가 복수개 배치되어 있음과 아울러, 이들 복수의 초음파 센서에 의한 장해물 검출영역이 진행방향 수평면 내에서 반원을 그리게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 8항에 있어서, 상하로 병렬 배열되어 있는 복수의 초음파 센서는 그 초음파 발신타이밍이 동기하고 있는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 비스캔형 센서가 광학적 센서이고, 장치의 폭방향의 양단부에 각각 배치되어 있음과 아울러 상하방향으로 넓어지는 슬릿광을 출력하고, 또한 장해물로부터의 반사광으로 장해물을 검출하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 제어부는 스캔형 센서의 출력에 비스캔형 센서의 출력을 중첩시킨 정보에 기초하여 장치를 자율이동시키는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 제어부는 비스캔형 센서에 의한 장해물 검출출력에 기초하여, 소정의 방향으로 장해물 검출출력이 없게 되기까지 장치의 방향을 변경하고, 그 후 자율이동을 재개시키는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 제어부는 비스캔형 센서에 의한 좌우 어느 한방향의 장해물 검출출력에서 역방향으로 장해물 검출출력이 없게 되기까지 장치의 방향을 변경하고, 그 후 자율이동을 재개시키는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 13항에 있어서, 상기 제어부는 비스캔형 센서에 의한 장해물 검출출력에서 해당 방향으로 장해물을 설정하여 그 위치를 기억함과 아울러, 그 위치보다도 목적지에 가까워진 시점에서 상기 위치기억을 소거하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 13항에 있어서, 상기 제어부는 비스캔형 센서에 의한 장해물 검출출력에서 해당 방향으로 장해물을 설정하여 그 위치를 기억함과 아울러, 그 위치로부터 소정거리 떨어진 시점에서 상기 위치기억을 소거하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 상기 제어부는 특정형상 검출부에 의한 복수회의 검출결과에 기초하여 특정형상물이 이동하고 있는지 여부를 판단하고, 특정형상물이 이동하고 있는 경우에는 장치의 주행을 정지시키고, 특정형상물이 이동하고 있지 않은 경우에는 비스캔형 센서의 검출정보를 유효하게 하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.
제 2항에 있어서, 장치가 물체의 반송 또는 청소 등의 목적으로 이용되는 로보트에 적용되고 있는 것을 특징으로 하는 장애물 회피기능을 가지는 자율이동장치.