(57)【要約】ホスト設備（2）に対し測位航法を行うための自律測位航法設備（1）である。該自律測位航法設備（1）は、第1伝達装置（11）と、第2伝達装置（12）と、処理装置（13）と、を備え、第1伝達装置（11）は、ホスト設備（2）の下位層装置（22）とデータ通信を行うことにより、下位層の測位航法の関連情報を取得し、ホスト設備（2）の運動を制御するための運動制御指令を送信し、第2伝達装置（12）は、ホスト設備（2）の上位層装置（21）とデータ通信を行うことにより、上位層の測位航法の関連情報を取得し、ホスト設備（2）がビジネスロジック分析を行うための運動関連のロジックデータを送信し、処理装置（13）は、複数のセンシング情報、下位層の測位航法の関連情報、及び上位層の測位航法の関連情報を取得し、運動関連のロジックデータ及び運動制御指令を生成する。
2019501384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１伝達装置と、第２伝達装置と、処理装置と、を備える、ホスト設備に対し測位航法を行うための自律測位航法設備であって、
前記第１伝達装置は、前記ホスト設備の下位層装置とデータ通信を行うことにより、下位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令を送信し、
前記第２伝達装置は、前記ホスト設備の上位層装置とデータ通信を行うことにより、上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを送信し、
前記処理装置は、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報、及び前記上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記動作関連のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成する、
自律測位航法設備。
【請求項２】
内蔵センサ及び外付センサをさらに備え、
前記処理装置は、前記内蔵センサ及び前記外付センサから複数の前記センシング情報を取得する、
請求項１に記載の自律測位航法設備。
【請求項３】
前記内蔵センサは、
ジャイロスコープ、加速度センサ、電子コンパス、温度センサ、湿度センサ、及び気圧センサのうち少なくとも何れか一つを含み、
前記外付センサは、
レーザーレーダー、ソナーレーダー、視覚センサ、及びＵＷＢビーコンセンサのうち少なくとも何れか一つを含む、
請求項２に記載の自律測位航法設備。
【請求項４】
前記処理装置は、
複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報、及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備の前記動作関連のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成するメイン処理ユニットと、
前記内蔵センサから前記センシング情報をリアルタイムに取得することにより、姿勢演算タスクを取得し、前記動作制御指令を前記第１伝達装置により前記ホスト設備の下位層制御装置に送信するサブ処理ユニットと、を有する、
請求項２又は３に記載の自律測位航法設備。
【請求項５】
前記第１伝達装置は、さらに、前記ホスト設備の下位層制御装置からホスト設備のセンシング情報を取得し、
前記処理装置は、前記ホスト設備のセンシング情報、複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備の動作制御の関連情報を生成する
請求項１から４のいずれか一項に記載の自律測位航法設備。
【請求項６】
前記第１伝達装置は、ＵＡＲＴシリアルポート、ＣＡＮバス、ＳＰＩバス、及びＩ２Ｃバスのうち少なくとも何れか一つを含み、
前記第２伝達装置は、イーサネット（登録商標）インターフェース、無線ネットワークインターフェース、ＵＳＢインターフェース、及び光ファイバインターフェースのうち少なくとも何れか一つを含む、
請求項１から５のいずれか一項に記載の自律測位航法設備。
【請求項７】
前記下位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備のホイールセット状態情報を含み、前記上位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備が経路計画を要求するリクエスト及び／又は前記ホスト設備がその下位層制御装置の動作制御を要求するリクエストを含み、前記動作関連のロジックデータは、地図データ、同時測位データ及び経路計画のロジックデータを含み、
前記処理装置は、複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、地図データ及び同時測位データを生成し、前記同時測位データ、前記地図データ及び前記ホスト設備の上位層の測位航法の関連情報に基づいて、経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の自律測位航法設備。
【請求項８】
前記下位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備のパラメータ情報をさらに含み、
前記処理装置は、さらに、前記パラメータ情報に基づいて動作初期制御指令を生成し、
前記第１伝達装置は、前記動作初期制御指令を前記ホスト設備の下位層装置に送信する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の自律測位航法設備。
【請求項９】
第１伝達装置と、第２伝達装置と、処理装置と、を備える、ホスト設備に対し測位航法を行うための自律測位航法設備を用いた測位航法方法であって、
Ａ．前記第１伝達装置は、前記ホスト設備の下位層制御装置から下位層の測位航法の関連情報を取得し、前記第２伝達装置は、前記ホスト設備の上位層制御装置から上位層の測位航法の関連情報を取得する工程と、
Ｂ．前記処理装置は、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成する工程と、
Ｃ．前記第１伝達装置は、前記動作制御指令を前記ホスト設備の下位層制御装置に送信し、前記第２伝達装置は、前記動作関連のロジックデータを前記ホスト設備の上位層制御装置に送信する工程と、
を含む、自律測位航法設備を用いた測位航法方法。
【請求項１０】
前記自律測位航法設備は、内蔵センサ及び外付センサをさらに備え、
前記工程Ｂは、前記処理装置が前記内蔵センサ及び外付センサから複数の前記センシング情報を取得することをさらに含む、
請求項９に記載の自律測位航法設備を用いた測位航法方法。
【請求項１１】
前記工程Ａは、前記第１伝達装置が前記ホスト設備の下位層制御装置からホスト設備のセンシング情報を取得することをさらに含み、
前記工程Ｂは、前記処理装置が、前記ホスト設備のセンシング情報、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備の動作制御の関連情報を生成することを含む、
請求項９又は１０に記載の自律測位航法設備を用いた測位航法方法。
【請求項１２】
前記下位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備のホイールセット状態情報を含み、前記上位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備が経路計画を要求するリクエスト及び／又は前記ホスト設備がその下位層制御装置の動作制御を要求するリクエストを含み、前記動作関連のロジックデータは、地図データ、同時測位データ及び経路計画のロジックデータを含み、
前記工程Ｂは、前記処理装置が、複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、地図データ及び同時測位データを生成し、前記同時測位データ、前記地図データ及び前記ホスト設備の上位層の測位航法の関連情報に基づいて、経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成することを含む、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の自律測位航法設備を用いた測位航法方法。
【請求項１３】
前記下位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備のパラメータ情報をさらに含み、
前記工程Ｂは、前記処理装置が、さらに、前記パラメータ情報に基づいて動作初期制御指令を生成することをさらに含み、
前記工程Ｃは、前記第１伝達装置が、前記動作初期制御指令を前記ホスト設備の下位層装置に送信することをさらに含む、
請求項１２に記載の自律測位航法設備を用いた測位航法方法。
【請求項１４】
ａ．ホスト設備の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を取得する工程と、
ｂ．複数のセンシング情報を取得し、複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行う工程と、
ｃ．予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成する工程と、
ｄ．前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を前記ホスト設備に送信する工程と、
を含む、測位航法方法。
【請求項１５】
前記動作関連のロジックデータは、地図データ、同時測位データ及び経路計画のロジックデータを含み、
前記工程ｃは、
予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、地図データ及び同時測位データを生成することと、
前記同時測位データ、前記地図データ及び前記ホスト設備の上位層の測位航法の関連情報に基づいて、経路計画のロジックデータ及び前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令を生成することと、を含む、
請求項１４に記載の測位航法方法。
【請求項１６】
前記工程ｄは、
得られた前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令に基づいて、統一されたデータプロトコールフォーマットに応じて実装することと、
実装後のデータを前記ホスト設備に送信することと、を含む、
請求項１５に記載の測位航法方法。
【請求項１７】
前記工程ｂは、
内蔵センシング情報、外付センシング情報及びホスト設備のセンシング情報のうち少なくとも何れか一つを含む複数の前記センシング情報を取得することと、
複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行うことと、を含む、
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の測位航法方法。
【請求項１８】
ホスト設備の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を取得するための第１装置と、
複数のセンシング情報を取得し、複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行うための第２装置と、
予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成するための第３装置と、
を備え、
前記第１装置は、さらに、前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を前記ホスト設備に送信するためのものである、
自律測位航法設備。
【請求項１９】
前記動作関連のロジックデータは、地図データ、同時測位データ及び経路計画のロジックデータを含み、
前記第３装置は、
予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、地図データ及び同時測位データを生成するための第１ユニットと、
前記同時測位データ、前記地図データ及び前記ホスト設備の上位層の測位航法の関連情報に基づいて、経路計画のロジックデータ及び前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令を生成するための第２ユニットと、を有する、
請求項１８に記載の自律測位航法設備。
【請求項２０】
前記第１装置は、
得られた前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令に基づいて、統一されたデータプロトコールフォーマットに応じて実装するための第５ユニットと、
実装後のデータを前記ホスト設備に送信するための第６ユニットと、をさらに有する、
請求項１９に記載の自律測位航法設備。
【請求項２１】
前記第２装置は、
内蔵センシング情報、外付センシング情報及びホスト設備のセンシング情報のうち少なくとも何れか一つを含む複数の前記センシング情報を取得するための第３ユニットと、
複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行うための第４ユニットと、を含む、
請求項１８から２０のいずれか一項に記載の自律測位航法設備。
【請求項２２】
請求項１８から２１のいずれか一項に記載の自律測位航法設備と、
前記自律測位航法設備に前記ホスト設備の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を送信し、前記ホスト設備により送信された前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを取得するための第４装置を含むホスト設備と、
を備える自律測位航法システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの分野に関し、特に、測位航法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自律測位航法機能は、サービス機器設備の実用化を実現するためのキーポイントである。この機能によって、ロボットは、人の補助なく、自律的にセンサデータに基づいて、今置かれる場所の環境の地図情報を構築し、リアルタイムに環境位置の位置決めを行う。さらに、構築された地図データ及び位置情報を利用してナビゲーションを行うことができる。ロボットは、スマートに経路を計画してタスクに規定される目的地に向かうとともに、環境における通行人、家具などの障害物を効果的に避ける必要がある。
【０００３】
現在、上記した自律測位航法機能は、業界では、それぞれ同時自己位置推定及び地図作成アルゴリズム（ＳＬＡＭ，  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍａｐｐｉｎｇ）と経路計画（Ｍｏｔｉｏｎ  Ｐｌａｎｎｉｎｇ）アルゴリズムとによって実現される。同時自己位置推定及び地図作成アルゴリズムにより、ロボットは、任意の未知の環境において所定のセンサデータに基づいて、地図を構築しながらリアルタイムに位置決めすることができるので、現在、自律測位航法の中で最も有効的なアルゴリズムである。一方、ロボットに行動させるためには、ある経路計画アルゴリズムでロボットの運動軌跡を計画することにより、ロボットが動作中に各種の障害物を動的に避け、目的地に安全に到着するようにする必要がある。
【０００４】
しかし、現在、サービスロボットにおいて上記したアルゴリズムを直接に実行するには、まだ挑戦が多く存在している。まず、このようなアルゴリズムとロボット自体の実現は高度結合性を有し、現在、世の中では、何の修正もせずに任意のロボットにおいて実行できる既存の汎用型アルゴリズムの実現がまだできていない。これによって、ロボットの開発者は、異なるロボットに対して上記した同時自己位置推定及び地図作成アルゴリズムと経路計画アルゴリズムとを改めて設計、開発しなければならない。しかし、このようなアルゴリズムを実現するためには、開発者が、かなり深い理論基礎を持つことが要求される。実現の過程が複雑で煩雑で時間がかかるので、実力のある少数のメーカー及び学術機構だけが自社のロボットに自律測位航法アルゴリズムを直接有効的に使用することができる。ＲＯＳ（Ｒｏｂｏｔ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）は、現在業界内でこのような汎用型アルゴリズムを実現するための試みであり、開発者が使用しやすいように、各アルゴリズムモジュールを独立インターフェースのモジュールとした。しかし、ＲＯＳは、単なるソフトウェアの面でのシステムに過ぎず、具体的なロボットシステムの下位層と上位層と提携する能力を有していないので、上記したこのようなアルゴリズムに関する使用の難しさの問題を緩和できない。一方、このようなアルゴリズム自体の複雑性により、現在、主流のコンピューターシステムであっても、このようなアルゴリズムを実行する際に大きな負荷圧力を受ける。このようなアルゴリズムを、演算性能の低い組込み型計算システムに採用したサービスロボットにおいて効率よく実行するためには、開発者は、従来のアルゴリズムに対してある程度の最適化を実現しなければならないので、このようなアルゴリズムを直接に使用する難しさをより一層増やしている。次に、地図の作成、リアルタイム測位及び障害物の回避を行うために、開発者は、上記のアルゴリズムにデータを提供するための多種のセンサを、ロボットに配置する必要がある。各種のセンサの性能の差異、キャリブレーションの効果の良し悪しも測位航法アルゴリズムの実行効果に大きく影響する。
【０００５】
上記した現状により、現在、自律測位航法機能は、幅広いサービスロボットに用いることが困難である。現在、世の中にある自律測位航法機能を有するロボットは、実力のある大手企業及び研究機構に占有される傾向がある。しかも、システムの高度結合性と特異化によって、現在のロボットソフトウェアシステムは、異なるロボットの間で繰り返して使用し難く、サービスロボットの産業化過程を極めて大きく阻害している。
【０００６】
この現状を解決するために、最も直接的な手段は、測位航法機能を独立のモジュール化システムとして実現することである。これにより、幅広いサービスロボット開発者を、航法測位アルゴリズムを繰り返して実現する作業負担から解放することができる。しかし、従来の実現では、拡張柔軟性と外部システムの結合度との間にバランスを見つけることが困難である。ロボットに素早く組み込むことができる航法測位設備に対し、機能は、比較的、固定的かつ単一的になる傾向があり、ユーザーは、これを基に自分に必要な機能を拡張し難い。高い拡張柔軟性を有する設備も、ロボットシステムと大きな外部依存性を有することで、統合過程において大きな技術上の困難さが存在する。
【０００７】
この問題が生じる根本的な原因は、このような測位航法アルゴリズムが、異なるロボットプラットフォームにおけるセンサの配置、ロボットの外形寸法、駆動モードの何れかにも大きく依存していることにある。即ち、自律測位航法設備とロボットのホスト設備は高い結合度がある。このような結合度により、ホストとしてのロボットシステムの開発者は、自律測位航法設備に適合するために多くの準備作業をする必要がある。また、ロボットの具体的な作業行為は、このロボットの用途によって定義されるものであり、例えば、清掃ロボットには、経路計画アルゴリズムにより、壁の辺縁に沿って移動してから弓字状に往復移動する経路計画モードを実行できることが要求されるが、セキュリティパトロールロボットには、ロボットができるだけ少ない代価で環境に対し１回のパトロールのタスクを完成することが要求される。したがって、現在、このようなビジネスロジックの差異化を良好に処理できる自律測位航法設備はまだ存在していない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的の一つは、高度モジュール化された自律測位航法設備、自律測位航法設備に基づいて実現される測位航法方法、及び前記自律測位航法設備に基づいて実現される自律測位航法システムを提案することにより、ホスト設備への自律測位航法設備の依存性を低減させ、それ自体の拡張性を向上させることにある。
【０００９】
上記の目的を実現するために、本願の一つの局面によれば、第１伝達装置と、第２伝達装置と、処理装置と、を備える、ホスト設備に対し測位航法を行うための自律測位航法設備であって、
前記第１伝達装置は、前記ホスト設備の下位層装置とデータ通信を行うことにより、下位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令を送信し、
前記第２伝達装置は、前記ホスト設備の上位層装置とデータ通信を行うことにより、上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを送信し、
前記処理装置は、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記動作関連のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成する自律測位航法設備を提供する。
【００１０】
本願の別の局面によれば、第１伝達装置と、第２伝達装置と、処理装置と、を備える、ホスト設備に対し測位航法を行うための自律測位航法設備を用いた測位航法方法であって、
Ａ．前記第１伝達装置は、前記ホスト設備の下位層制御装置から下位層の測位航法の関連情報を取得し、前記第２伝達装置は、前記ホスト設備の上位層制御装置から上位層の測位航法の関連情報を取得する工程と、
Ｂ．前記処理装置は、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成する工程と、
Ｃ．前記第１伝達装置は、前記動作制御指令を前記ホスト設備の下位層制御装置に送信し、前記第２伝達装置は、前記動作関連のロジックデータを前記ホスト設備の上位層制御装置に送信する工程と、を含む、自律測位航法設備を用いた測位航法方法を提供する。
【００１１】
本願のまた別の局面によれば、
ａ．ホスト設備の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を取得する工程と、
ｂ．複数のセンシング情報を取得し、複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行う工程と、
ｃ．予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成する工程と、
ｄ．前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を前記ホスト設備に送信する工程と、を含む測位航法の方法を提供する。
【００１２】
本願のさらに別の局面によれば、
ホスト設備の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を取得するための第１装置と、
複数のセンシング情報を取得し、複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行うための第２装置と、
予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成するための第３装置と、を備え、
前記第１装置は、さらに、前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を前記ホスト設備に送信するためのものである自律測位航法設備を提供する。
【００１３】
従来技術と比べると、本願の実施例によれば、本願に記載される自律測位航法設備は、高度にモジュール化され、ホスト設備との結合度を極めて大きく低減させ、従来のホスト設備に素早く組み込みやすく、柔軟に拡張できるという利点を有する。これによって、ロボットなどのホスト設備は、より簡潔で明らかなシステム構成を有し、自律測位航法設備を備えるホスト設備の開発の困難さ及び時間サイクルが極めて大きく低減した。しかも、自律測位航法設備の高度モジュール化のおかげで、ホスト設備の小体積化が可能となる。
【００１４】
さらに、前記自律測位航法設備は、大部分の自律測位航法設備に必要なセンシング情報の依存性をまとめることにより、複数のセンシング情報への処理を自律測位航法設備自体に集積したので、ホスト設備との結合度合いを低減させた。
【００１５】
さらに、前記自律測位航法設備は、第１伝達装置及び第２伝達装置により、高度柔軟性を有する統一の外部通信インターフェース及びプロトコール規格を形成することにより、このインターフェースプロトコール規格に合致するホスト設備のいずれも、自律測位航法設備１とのドッキングを簡単に実現し、機能の拡張を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
以下の添付図面を参照してなされた非制限的実施例の詳細な説明を読むことにより、本発明の他の特徴、目的、及び利点はより明らかになる。
【図１】本願の一つの局面により提供される自律測位航法設備とホスト設備の統合構造の模式図を示す。
【図２】本願による好ましい実施例における自律測位航法設備の構造の模式図を示す。
【図３】本願による好ましい実施例における自律測位航法設備の第１伝達装置とホスト設備の下位層制御装置の統合過程におけるデータ伝達の模式図を示す。
【図４】本願の別の局面により提供される自律測位航法設備の測位航法方法を示す。
【図５】本願による好ましい実施例で提供される自律測位航法設備とホスト設備の統合構造の模式図を示す。
【図６】本願による好ましい実施例で提供される自律測位航法設備とホスト設備の統合構造の模式図を示す。
【図７】本願による別の好ましい実施例で提供される自律測位航法設備とホスト設備の統合構造の模式図を示す。
【図８】本願による好ましい実施例で提供される測位航法方法を示す。
【００１７】
添付図面において、同じ又は類似する添付図面の符号は、同じ又は類似する部材を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、添付図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
本願は、高度モジュール化された自律測位航法設備及び自律測位航法設備を提案することにより、ホスト設備への依存性を低減させ、それ自体の拡張性を向上させることを目的とする。
【００１９】
図１は、本願の一つの局面により提供される自律測位航法設備とホスト設備の統合構造の模式図を示す。図１において、前記自律測位航法設備１は、ホスト設備２に測位航法機能を提供するためのものであり、前記自律測位航法設備１は、第１伝達装置１１と、第２伝達装置１２と、処理装置１３と、を備える。
【００２０】
前記第１伝達装置１１は、前記ホスト設備２の下位層制御装置とデータ通信を行うことにより、下位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備２の動作を制御するための動作制御指令を送信し、前記第２伝達装置１２は、前記ホスト設備２の上位層装置とデータ通信を行うことにより、上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備２がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを送信し、前記処理装置１３は、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記動作関連のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成する。
【００２１】
ここで、前記ホスト設備２は、ロボット等の、作業を自動的に実行する機器装置であってもよい。前記ホスト設備２は、人間に指示されてもよく、予め作られたプログラムを実行してもよく、人工知能技術で規定した原則方針に従って行動することで人間の仕事に提携し、又はその代わりになってもよい。前記ホスト設備２は、ビジネスロジックを処理し、分析して行動目標を立てる上位層制御装置を備え、実行機構を動作させる下位層制御装置をさらに備え、即ち、制御設備により送信された制御信号に基づいて、動力部材によりホスト設備２に各種の動作を実行させることができる。入力される制御信号は、電気信号であり、線、角変位量を出力する。前記ホスト設備２に用いられる駆動装置は、ステッピングモーター、サーボモーターなどの電力駆動装置（機械的ホイールセット）であってもよく、また、液圧、空気圧などを採用した駆動装置などであってもよい。前記自律測位航法設備１は、前記ホスト設備２に搭載されることが好ましい。
【００２２】
ここで、前記下位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備２のホイールセット状態情報を含んでもよく、また、ホスト設備２のパラメータ情報をさらに含んでもよく、前記上位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備２が経路計画を要求するリクエスト及び／又は前記ホスト設備２がその下位層制御装置の動作制御を要求するリクエストを含んでもよく、前記動作関連のロジックデータは、地図データ、同時測位データ及び経路計画のロジックデータを含む。
【００２３】
具体的には、第１伝達装置１１は、ホスト設備２及び前記ホスト設備２の下位層装置との間でデータ通信を行うことにより、下位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備２の動作を制御するための動作制御指令を送信する。前記第１伝達装置１１（制御信号インターフェース）は、主に、モーターの作動状況、ホイールセットエンコーダのデータ等の前記ホスト設備２の下位層の作動状態を取得するためのものであり、また、自律測位航法設備１のホスト設備２に対する動作制御指令も前記第１伝達装置１１により送信される。
【００２４】
前記自律測位航法設備１と前記ホスト設備２は、前記第１伝達装置１１において、予め定義された統一の通信プロトコールを用いてデータを交換する。前記第１伝達装置１１は、実現の面から、ＵＡＲＴシリアルポート（汎用非同期送受信機、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）を用いることが好ましい。ＵＡＲＴシリアルポートは、殆どすべてのシングルチップコンピューター及び組込み型設備に支持され、前記ホスト設備２は、予め定義された通信プロトコールの処理を実現すれば、自律測位航法設備１と前記ホスト設備２との提携を実現でき、ホスト設備２と自律測位航法設備１との統合を最大限に容易にすることができるからである。また、具体的な応用の必要に応じて、例えば、ＣＡＮバス（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＣＡＮ）、ＳＰＩバス（シリアルペリフェラルインターフェース，Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、Ｉ２Ｃバス等の制御信号の通信を同様に完成できるインターフェース形式が前記第１伝達装置１１に用いられてもよい。また、一つの自律測位航法設備１は、上記の制御信号が前記第１伝達装置１１で実現されるように、任意複数の、任意多種の異なるタイプの物理的インターフェースをさらに含んでもよい。
【００２５】
さらに、より多くの異なるタイプのセンサに適応するため、前記第１伝達装置１１には、任意タイプのセンサへの支持を実現できる抽象化された外部センサデータ取得プロトコールがさらに定義されている。
【００２６】
好ましい実施例において、前記第１伝達装置１１により伝達されるプロトコールデータのタイプは、前記ホスト設備２から前記自律測位航法設備１に送信されるホスト設備２のパラメータ情報、ホイールセット状態情報とホスト設備２のセンシング情報、及び前記自律測位航法設備１から前記ホスト設備２に送信される動作制御指令を含む。前記ホスト設備２のパラメータ情報は、ホスト設備２に関連する配置パラメータの記載であり、例えば、設備の寸法、駆動モード、取り付けられるセンサの種類及び位置などが挙げられるが、これらに限られない。前記ホイールセット状態情報は、ホスト設備２の各ホイールセットの作動データの記載であり、例えば、オドメーター情報が挙げられるが、これに限られない。前記ホスト設備２のセンシング情報は、ホスト設備２に装着される自律測位航法設備１に処理を行わせたい規定外のセンサの抽象的なデータ定義の記載であり、ホスト設備２に装着される自律測位航法設備１に処理を行わせたい規定外のセンサの抽象的なデータ定義への記載である。前記動作制御指令は、測位航法がホスト設備２に移動させたい記述を識別することを記述している。前記動作制御指令は、自律測位航法設備１がホスト設備２に移動を希望する旨の記述を含む。
【００２７】
図３は、本願による好ましい実施例における自律測位航法設備１の第１伝達装置とホスト設備２の下位層制御装置との統合過程におけるデータ伝達の模式図を示す。自律測位航法設備１が作動し始める時刻に、ホスト設備２は、まず、自律測位航法設備１に自装置情報に関連するホスト設備２のパラメータ情報を含む情報を提供する必要がある。ホスト設備２のパラメータ情報は、現在のホスト設備２のプラットフォーム特性を記述するものであり、例えば、それ自体の寸法情報、駆動モード（二輪差分駆動／全方向輪構造など）、外付センサ（即ち、ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｓｅｎｓｏｒ）の取付け位置及び角度が挙げられ、また、他のセンサが追加で取り付けられる場合に、このようなセンサの関連説明情報を自律測位航法設備１に提供する必要がある。
【００２８】
ホスト設備２のパラメータ情報を受信すると、自律測位航法設備１は、必要な初期化作業を行うことにより現在のホスト設備２に適応する。その後、自律測位航法設備１は、ホスト設備２に前記動作制御指令を定期的に送信する。前記動作制御指令は、自律測位航法設備１が次の時刻に望むホスト設備２の移動モードを記述するものである。二輪差分駆動を採用したロボットに関して、前記動作制御指令は、左右のホイールセットの望ましい作動速度であってもよく、全方向輪方式を採用したロボットに関して、前記動作制御指令は、ロボットが次の時刻に平行移動と回転をする線速度（ｖ）と角速度（ｗ）であってもよい。自律測位航法設備１が前記動作制御指令を定期的に送信すると同時に、ホスト設備２も自律測位航法設備１にそれ自体の動作状況を記述するホイールセット状態情報を定期的に送信する必要がある。この情報は、一般的に、前の時刻に対するホスト設備２の変位量及び進路角の変化量を含む。二輪差分駆動を採用したホスト設備２に関して、前記ホイールセット状態情報は、左右輪の積算回転数或いは走行した積算オドメーター情報を直接に送信してもよい。
【００２９】
また、ホスト設備２に一つ又は複数の規定外のセンサが取り付けられる場合、自律測位航法設備１に統一された定義を有するセンサデータの記述情報を含むホスト設備２のセンシング情報を定期的に送信してもよい。自律測位航法設備１は、このセンサデータの記述情報を受信して規定外の外部センサを処理することにより、それ自体の機能を拡充することができる。
【００３０】
本分野の技術者は、上記データが、自律測位航法設備１の正常な作動を確保するために前記第１伝達装置１１により伝達しなければならない最小のデータタイプの集合であり、自律測位航法設備１の前記第１伝達装置１１とホスト設備２の下位層制御装置２１との間の通信過程に伝達されるデータの好ましい例に過ぎず、自律測位航法設備１の機能を拡充して強化するために、具体的な実現過程において、多種の規定外のデータプロトコールタイプを新たに追加してもよく、本願に適用できる自律測位航法設備１の前記第１伝達装置１１とホスト設備２の下位層制御装置２１との間に適する他の伝達データのタイプが、同様に引用によってここに含まれることができることを理解できるはずである。
【００３１】
さらに、前記第２伝達装置１２は、前記ホスト設備２の上位層制御装置と接続されることによりデータ通信を行う。前記第２伝達装置１２（高速信号インターフェース）は、自律測位航法設備１とホスト設備２の上位層制御装置のデータ交換作業を実現するためのものであり、例えば、地図データ、位置決め座標、制御経路計画データ、及びホスト設備２の行為データの伝達などのビジネスロジックに関連する提携データは、いずれも前記第２伝達装置１２により伝達される。
【００３２】
前記第２伝達装置１２は、実現の面から、外部ホスト設備２とのビッグデータスループットの通信を実現するように、８０２．１１規格のイーサネット（登録商標）インターフェースを採用することが好ましい。応用の必要に応じて、前記第２伝達装置１２は、ＷＩＦＩ無線通信インターフェース、ＵＳＢインターフェース、光ファイバインターフェース等の、ビッグデータ量の交換を同様に実現できる通信方式を含んでもよい。また、具体的な実現の必要の差異に応じて、高速信号インターフェースには、複数のイーサネット（登録商標）インターフェース、多種の異なるタイプのインターフェース形式が含まれてもよく、例えば、有線のイーサネット（登録商標）インターフェース及び無線のＷＩＦＩインターフェースを同時に有する。
【００３３】
好ましい実施例において、前記第２伝達装置１２は、自律測位航法設備１から前記ホスト設備２の上位層制御装置への地図データ、位置姿勢情報及び位置決め状態情報を含む同時測位データ、動作状態情報を含む経路計画のロジックデータ、並びにホスト設備２から自律測位航法設備１の上位層制御装置への動作実行リクエスト、下位層への動作制御リクエストを伝達する役割を果たす。前記地図データは、自律測位航法設備１により構築される所定の領域の地図データを含む。前記位置姿勢情報は、自律測位航法設備１により計算された現在のホスト設備２の空間位置と姿勢情報を含む。前記位置決め状態情報は、自律測位航法設備１により計算された地図の寸法、位置決め状態（例えば、共分散、位置決めが成功したか否かについての情報）を含む。前記動作状態情報は、自律測位航法設備１が現在実行している経路計画アルゴリズム情報を含み、例えば、経路計画をしている時刻の計画経路が挙げられるが、これに限られない。前記動作実行リクエストは、ホスト設備２が自律測位航法設備１に内蔵経路計画アルゴリズムの実行を要求するリクエストパケットを含む。下位層動作制御リクエストは、前記ホスト設備２が、自律測位航法設備１がホスト設備の下位層システムを動作させるように直接に制御することを要求するリクエストパケットを含み、例えば、特定の目的地に向かうようにロボットを制御するリクエストが挙げられるが、これに限られない。
【００３４】
具体的には、前記地図データは、ホスト設備２が気になる地図データ情報を記述する。この地図データは、常に、自律測位航法設備１により予め構築された環境地図における一部に位置する。ホスト設備２は、それ自体の必要に応じて、自律測位航法設備１よりこのデータをランダムに取得することができる。前記位置姿勢情報は、自律測位航法設備１により計算されたホスト設備２の現在の位置座標と姿勢情報を含む。例えば、レーザーレーダーを用いて二次元環境移動を行うホイールロボットに対して、この情報は、ロボットの平面内における座標（ｘ，ｙ）及び進路角θであってもよい。ホスト設備２は、それ自体の必要に応じて、自律測位航法設備１よりこのデータをランダムに取得してもよく、自律測位航法設備１は、このデータをホスト設備２に自発的に届けてもよい。前記位置決め状態情報は、自律測位航法設備１が現在位置決め及び地図の構築を行う作業状況を記述するためのものである。それに含まれる情報は、現在既に構築された地図の総寸法、位置決め精度情報、位置決めが成功したか否かについての情報、及びホスト設備２に必要な他のデータの集合を含む。ホスト設備２は、それ自体の必要に応じて、自律測位航法設備１よりこのデータをランダムに取得してもよく、自律測位航法設備１は、このデータをホスト設備２に自発的に届けてもよい。前記動作状態情報は、現在自律測位航法設備１が行っている経路計画アルゴリズムの実行状況の記述である。例えば、現在作業している経路計画アルゴリズムのタイプ（停止、経路計画、自律回帰充電など）、既に計画された目的地に向かう経路データ、ホスト設備２の動作制御量への要求などの情報が挙げられる。ホスト設備２は、それ自体の必要に応じて、自律測位航法設備１よりこのデータをランダムに取得してもよく、自律測位航法設備１は、このデータをホスト設備２に自発的にまとめて届けてもよい。前記動作実行リクエストは、ホスト設備２が自律測位航法設備１に自律測位航法設備１の内部に内蔵される経路計画アルゴリズムの関連記述データを送信するためのものである。一般的な実現には、ホスト設備２が実行しようとする経路計画アルゴリズムのタイプ（すべての動作の停止、経路計画、自律回帰充電など）、及び関連パラメータ（目的地の座標、移動速度など）が含まれる。この情報は、ホスト設備２により自律測位航法設備１に自発的に送信されるものである。前記下位層動作制御リクエストは、ホスト設備２が自律測位航法設備１によりホスト設備２の下位層制御装置２１に動作に関連する制御指令リクエストを直接に要求するためのものである。このデータパケットは、自律測位航法設備１の内部における従来の動作制御アルゴリズムへの論理的な書き換え及び拡充を実現するためのものである。一般的な実現において、このリクエストにより、ホスト設備２は特定の速度で前進、後退、回転などの下位層の動作を直接に行うことが可能となる。二輪差分駆動のロボットについて、下位層動作制御リクエストは、左右輪のモーターの回転速度への直接な制御のデータを含んでもよい。
【００３５】
本分野の技術者は、前記自律測位航法設備１の第２伝達装置１２とホスト設備２の上位層制御装置２２との間の通信過程に伝達されるデータが、好ましい例であり、サポートすべき最小のデータパケットプロトコールの集合を含み、本願に適用できる自律測位航法設備１の第２伝達装置１２とホスト設備２の上位層制御装置２２との間に適する他の伝達データのタイプが、同様に引用によってここに含まれることができることを理解できるはずである。
【００３６】
本願の前記自律測位航法設備１は、前記第１伝達装置１１と前記第２伝達装置１２との提携により、自律測位航法設備１とホスト設備２との間の通信規格及び依存関係を明らかにする。前記自律測位航法設備１と前記ホスト設備２との交換及びデータ依存は、いずれも前記第１伝達装置１１及び前記第２伝達装置１２のうちの一つの通信インターフェースリンクに発生するものである。
【００３７】
さらに、前記処理装置１３は、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記動作関連のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成する。具体的には、前記処理装置１３は、複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、地図データ及び同時測位データを生成し、前記同時測位データ、前記地図データ及び前記ホスト設備２の上位層の測位航法の関連情報に基づいて、経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成する。
【００３８】
さらに、前記第１伝達装置１１は、前記ホスト設備２の下位層制御装置からホスト設備２の固有センサのホスト設備２のセンシング情報を取得してもよく、前記処理装置１３は、ホスト設備２のセンシング情報及び複数の前記センシング情報を組み合わせてデータ処理を行ってもよい。具体的には、前記第１伝達装置１１は、さらに、前記ホスト設備２の下位層制御装置からホスト設備２のセンシング情報を取得し、前記処理装置１３は、前記ホスト設備２のセンシング情報、複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備２の動作制御の関連情報を生成する。
【００３９】
好ましくは、前記下位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備２のパラメータ情報をさらに含み、自律測位航法設備１とホスト設備２の初期化の段階において、前記第１伝達装置１１は、前記パラメータ情報を取得し、前記処理装置１３は、さらに、前記パラメータ情報に基づいて、動作初期制御指令を生成し、前記第１伝達装置１１は、前記動作初期制御指令を前記ホスト設備２の下位層装置に送信する。
【００４０】
前記自律測位航法設備１は、内蔵センサ１４及び外付センサ１５をさらに備え、前記処理装置１３は、前記内蔵センサ１４及び外付センサ１５から複数の前記センシング情報を取得する。
【００４１】
好ましい実施例において、前記内蔵センサ１４は、ジャイロスコープ、加速度センサ、電子コンパス、温度センサ、湿度センサ、及び気圧センサのうち少なくとも何れか一つを含む。前記外付センサは、レーザーレーダー、ソナーレーダー、視覚センサ、及びＵＷＢビーコンセンサのうち少なくとも何れか一つを含む。
【００４２】
ここで、前記内蔵センサ１３は、自律測位航法設備１の内部に集積される一連のセンサである。前記内蔵センサ１４は、実現の面から、ＭＥＭＳ技術を採用したジャイロスコープ、加速度計、電子コンパスなどの慣性ナビゲーションセンサ、及び温度センサ、湿度センサ、気圧センサなどのセンサのうちの一種又は複数種の組合せを含んでもよい。前記内蔵センサ１４は、物理的に集積して取り付ける際に、自律測位航法設備１に直接に配置すること、例えば、前記自律測位航法設備１の内部のＰＣＢなどに直接に配置することができ、外部ホスト設備２の提携がなくても、関連する内蔵センシング情報を自ら収集することができることを特徴とする。また、具体的な実現及び応用の必要の差異に応じて、内蔵センサ１３は、より多くの異なるタイプのセンサを含んでもよい。
【００４３】
前記内蔵センサ１４で得られる内蔵センシング情報は、前記処理装置１３がホスト設備２の姿勢演算タスクを実行しやすいように、現在自律測位航法設備１の位置する環境の縦揺れ角、横揺れ角、進路角、高さ情報、環境温度及び湿度などを確定するために用いることができる。
【００４４】
ここで、前記外付センサ１５は、レーザーレーダー、視覚センサ（カメラなど）、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅｂａｎｄ）ビーコンセンサなどのうちの一種又は複数種の組合せを含むことが好ましい。具体的な選択は、自律測位航法設備１において具体的に実行しているアルゴリズムに関連する。測位航法アルゴリズムの差異に応じて、複数の、多種の異なるタイプの外付センサ１５を含むことがある。例えば、位置決め及び地図の構築の効果を向上させるために、一つの自律測位航法設備１内には、複数のレーザーレーダー及び複数の視覚センサ部材を同時に用いることができる。外付センサ１５と内蔵センサ１３との違いは、外付センサ１５が外部環境で直接に計測して観測する必要があるので、内蔵センサ１３のように、物理的に取り付ける際に、自律測位航法設備１の内部に直接に配置することができず、物理環境を直接に計測するために外部に露出しなければならないことにある。前記外付センサ１５の取付け位置及び角度と、他のセンサの追加取付けの関連記述情報は、前記自律測位航法設備１の初期化段階において、前記第１伝達装置１１により伝達される。
【００４５】
本願の好ましい実施例において、具体的なハードウェア設備の実現の面で、前記装置の一部が、前記自律測位航法設備１の具体的なハードウェアチップの選択に応じて、物理的に同じチップ内に設計されることがあり、同じ部材が複数の異なる独立したハードウェアで構成されることもある。また、設備を作動させるために、具体的な実現においては、例えば内部の給電管理装置等の規定外の機能ユニットを追加することもあるが、これらの部分は、本発明の自律測位航法設備１を構成するのに必要なハードウェアユニットではない。
【００４６】
好ましい実施例において、前記処理装置１３は、主に自動測位航法に関連するアルゴリズムを実行するためのものであり、例えば、同時自己位置推定及びマップ作成（ＳＬＡＭ）、経路計画アルゴリズム、障害物回避アルゴリズム及び内蔵センサデータに対しロボット空間の姿勢演算を行うアルゴリズムを含むが、それらに限られない。実現の面から、前記処理装置１３は、一つ又は複数のコンピューターシステムで構成されてもよく、専用ＡＳＩＣチップ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はＦＰＧＡチップ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などの純粋なハードウェア化の実現であってもよい。汎用のコンピューターシステムを用いて実現する場合、このユニット内には、一つ又は複数のＣＰＵユニット（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び永続的なプログラムとデータを記憶するためのＲＯＭが含まれる。
【００４７】
任意的に、前記処理装置１３は、複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報、及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備２の前記動作関連のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成するメイン処理ユニットと、前記内蔵センサから前記センシング情報をリアルタイムに取得することにより、姿勢演算タスクを取得し、前記動作制御指令を前記第１伝達装置により前記ホスト設備２の下位層制御装置に送信するサブ処理ユニットと、を備える。
【００４８】
図２は、本願による好ましい実施例における自律測位航法設備１の構造の模式図を示す。図２に示す制御信号インターフェースは、図１における前記第１伝達装置１１に対応し、図２に示す高速信号インターフェースは、図１における前記第２伝達装置１２に対応し、前記処理装置１３は、メイン処理ユニット及びサブ処理ユニットを備え、メイン演算ユニット（ＣＰＵであることが好ましい）は、図１に示す前記メイン処理ユニットに対応し、図２に示すサブ演算ユニット（ＭＣＵ、Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ｕｎｉｔであることが好ましい）は、図１における前記サブ処理ユニットに対応する。説明の便宜上、本実施例において、前記第１伝達装置１１と前記制御信号インターフェース、前記第２伝達装置と前記高速信号インターフェース、前記メイン処理ユニットと前記メイン演算ユニット、前記サブ処理ユニットと前記サブ演算ユニットが、それぞれ互いに交換して用いられる。
【００４９】
前記処理装置１３は、実現の面で、一つのメイン演算ユニット及び一つのサブ演算ユニットを用いている。メイン演算ユニットは、高い演算能力を有し、大部分の測位航法アルゴリズムは、メイン演算ユニットにおいて演算を行うようにされる。サブ演算ユニットは、シングルチップコンピューターにより実現され、その演算能力が比較的に低いが、良好なリアルタイム性を有するので、内蔵センサからデータを取得する姿勢演算タスクを行うために用いられ、また、設備に定義される制御信号インターフェースの実現、および外部ホスト設備２の下位層制御装置との通信の役割も果たす。上記の実現には、高速信号インターフェースを実現する２つの物理的インターフェース、即ち、１００Ｍのイーサネット（登録商標）インターフェース及び８０２．１１ｂ／ｇのＷＩＦＩ無線ネットワークインターフェースが含まれる。ホスト設備２は、それ自体の必要に応じて、そのうちのいずれか一つの具体的な物理的インターフェースにより、測位航法モジュールと通信を行うことができる。
【００５０】
また、図２における電子コンパス、ジャイロスコープ、加速度計及び気圧計は、内蔵センサを構成し、それらにより、現在、自律測位航法設備１の位置する環境の縦揺れ角、横揺れ角、進路角及び高さ情報を収集することができ、付属される外付センサとして、上記の実現において、レーザーレーダーを用いている。
【００５１】
上記したことは、本願の前記自律測位航法設備のハードウェアの面における参考としての設計実現に過ぎないことを指摘しなければならない。本願の該当設備を実現するために、等価のハードウェア構成及び外部インターフェースを実現できる他の方案は、いずれも使用できるものである。
【００５２】
従来技術に対して、本願の好ましい実施例における前記自律測位航法設備１は、大部分の自律測位航法設備１に必要なセンサをまとめ、ジャイロスコープ、加速度計及び電子コンパスなどの慣性ナビゲーションセンサなどを内蔵センサとして自律測位航法設備１の内部に物理的に融合し、レーザー、レーダー又は視覚センサなどの外付センサを直接に物理的に組み合わせることにより、測位航法の依存する殆どすべてのセンサデータを自律測位航法設備１内の処理装置において処理する。したがって、ホスト設備２へのセンサの依存性が極めて大きく低減された。前記ホスト設備２が規定外のセンサの配置を備えていない場合であっても、自律測位航法設備１が測位航法の作業を完成できるので、ホスト設備２との高い結合性という従来の航法測位設備に普遍に存在する問題を良好に解決するとともに、柔軟拡張性を保証する。
【００５３】
図４は、本願の一つの局面により提供される自律測位航法設備１を用いた測位航法方法を示す。図４において、前記自律測位航法設備１は、ホスト設備２に対し測位航法を行うためのものであり、前記自律測位航法設備１は、処理装置と、第１伝達装置と、第２伝達装置と、を備え、前記方法は、ステップＳ１１と、ステップＳ１２と、ステップＳ１３と、を含む。
【００５４】
前記ステップＳ１１：前記第１伝達装置は、前記ホスト設備２の下位層制御装置から下位層の測位航法の関連情報を取得し、前記第２伝達装置は、前記ホスト設備２の上位層制御装置から上位層の測位航法の関連情報を取得する。前記ステップＳ１２：前記処理装置は、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備２の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備２がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成する。前記ステップＳ１３：前記第１伝達装置は、前記動作制御指令を前記ホスト設備２の下位層制御装置に送信し、前記第２伝達装置は、前記動作関連のロジックデータを前記ホスト設備２の上位層制御装置に送信する。
【００５５】
ここで、前記ホスト設備２は、ロボット等の、作業を自動的に実行する機器装置であってもよい。前記ホスト設備２は、人間に指示されてもよく、予め作られたプログラムを実行してもよく、人工知能技術で規定した原則方針に従って行動することで人間の仕事に提携し、又はその代わりになってもよい。前記ホスト設備２は、ビジネスロジックを処理し、分析して行動目標を立てる上位層制御装置を備え、実行機構を動かせる下位層制御装置をさらに備え、即ち、制御設備により送信された制御信号に基づいて、動力部材によりホスト設備２に各種の動作を実行させることができる。入力された制御信号は、電気信号であり、線、角変位量を出力する。前記ホスト設備２に用いられる駆動装置は、ステッピングモーター、サーボモーター等の電力駆動装置（機械的ホイールセット）であってもよく、また、液圧、空気圧などを採用した駆動装置などであってもよい。
【００５６】
ここで、前記下位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備２のホイールセット状態情報を含んでもよく、前記上位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備２が経路計画を要求するリクエスト及び／又は前記ホスト設備２がその下位層制御装置の動作制御を要求するリクエストを含んでもよく、前記動作関連のロジックデータは、地図データ、同時測位データ及び経路計画のロジックデータを含む。
【００５７】
具体的には、前記ステップＳ１１と前記ステップＳ１３において、前記第１伝達装置１１は、前記ホスト設備２の下位層装置とデータ通信を行い、前記第２伝達装置１２は、前記ホスト設備２の上位層装置とデータ通信を行い、前記第１伝達装置は、前記ホスト設備２の下位層制御装置から下位層の測位航法の関連情報を取得し、前記第２伝達装置は、前記ホスト設備２の上位層制御装置から上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記第１伝達装置は、前記動作制御指令を前記ホスト設備２の下位層制御装置に送信し、前記第２伝達装置は、前記動作関連のロジックデータを前記ホスト設備２の上位層制御装置に送信する。
【００５８】
ここで、前記第１伝達装置の内容は、図１に示す第１伝達装置１１の内容と同じ又は基本的に同じであり、前記第２伝達装置の内容は、図１に示す第２伝達装置１２の内容と同じ又は基本的に同じであるので、簡明化のため、これ以上繰り返して述べず、ただ引用によってここに含まれる。
【００５９】
本願の前記測位航法方法は、前記第１伝達装置１１と前記第２伝達装置１２との提携により、自律測位航法設備１とホスト設備２との間の通信規格及び依存関係を明らかにし、前記自律測位航法設備１と前記ホスト設備２との交換及びデータ依存は、いずれも前記第１伝達装置１１及び前記第２伝達装置１２のうちの一つの通信インターフェースリンクに発生するものである。
【００６０】
図３は、本願による好ましい実施例における自律測位航法設備１の第１伝達装置とホスト設備２の下位層制御装置との統合過程におけるデータ伝達の模式図を示す。自律測位航法設備１が作動し始める時刻に、ホスト設備２は、まず、自律測位航法設備１に自装置情報に関連するホスト設備２のパラメータ情報を含む情報を提供する必要があり、ホスト設備２のパラメータ情報は、現在のホスト設備２のプラットフォーム特性を記述するためのものであり、例えば、それ自体の寸法情報、駆動モード（二輪差分駆動／全方向輪構造など）、外付センサの取付け位置及び角度が挙げられ、また、他のセンサが追加で取り付けられる場合に、このようなセンサの関連記述情報を自律測位航法設備１に提供する必要がある。
【００６１】
ホスト設備２のパラメータ情報を受信すると、自律測位航法設備１は、必要な初期化作業を行うことにより現在のホスト設備２に適応する。その後、自律測位航法設備１は、ホスト設備２に前記動作制御指令を定期的に送信する。前記動作制御指令は、自律測位航法設備１が次の時刻に望むホスト設備２の移動モードを記述するためのものである。二輪差分駆動を採用したロボットに関して、前記動作制御指令は、左右のホイールセットの望ましい作動速度であってもよく、全方向輪方式を採用したロボットに関して、前記動作制御指令は、ロボットが次の時刻に平行移動と回転をする線速度（ｖ）と角速度（ｗ）であってもよい。自律測位航法設備１が前記動作制御指令を定期的に送信すると同時に、ホスト設備２も自律測位航法設備１にそれ自体の動作状況を記述するホイールセット状態情報を定期的に送信する必要がある。この情報は、一般的に、前の時刻に対するホスト設備２の変位量及び進路角の変化量を含む。二輪差分駆動を採用したホスト設備２に関して、前記ホイールセット状態情報は、左右輪の積算回転数或いは走行した積算オドメーター情報を直接に送信してもよい。
【００６２】
また、ホスト設備２に一つ又は複数の規定外のセンサが取り付けられる場合、自律測位航法設備１に統一された定義を有するセンサデータの記述情報を含むホスト設備２のセンシング情報を定期的に送信してもよい。自律測位航法設備１は、このセンサデータの記述情報を受信して規定外の外部センサを処理することにより、それ自体の機能を拡充することができる。
【００６３】
本分野の技術者は、上記データが、自律測位航法設備１の通常作動を確保するために前記第１伝達装置１１により伝達しなければならない最小のデータタイプの集合であり、自律測位航法設備１の前記第１伝達装置１１とホスト設備２の下位層制御装置２１との間の通信過程に伝達されるデータの好ましい例に過ぎず、自律測位航法設備１の機能を拡充して強化するために、具体的な実現過程において、多種の規定外のデータプロトコールタイプを新たに追加してもよく、本願に適用できる自律測位航法設備１の前記第１伝達装置１１とホスト設備２の下位層制御装置２１との間に適する他の伝達データのタイプが、同様に引用によってここに含まれることができることを理解できるはずである。
【００６４】
好ましい実施例において、前記第２伝達装置１２は、自律測位航法設備１から前記ホスト設備２の上位層制御装置への、地図データ、位置姿勢情報及び位置決め状態情報を含む同時測位データ、動作状態情報を含む経路計画のロジックデータ、並びにホスト設備２から自律測位航法設備１の上位層制御装置への動作実行リクエスト、下位層の動作制御リクエストを伝達する役割を果たす。前記地図データは、自律測位航法設備１により構築される所定の領域の地図データを含む。前記位置姿勢情報は、自律測位航法設備１により計算された現在のホスト設備２の空間位置と姿勢情報を含む。前記位置決め状態情報は、自律測位航法設備１により計算された地図の寸法、位置決め状態（例えば、共分散、位置決めが成功したか否かについての情報）を含む。前記動作状態情報は、現在自律測位航法設備１が実行している経路計画アルゴリズム情報を含み、例えば、経路計画をしている時刻の計画経路が挙げられるが、これに限られない。前記動作実行リクエストは、ホスト設備２が自律測位航法設備１の内蔵経路計画アルゴリズムへの実行を要求するリクエストパケットを含む。下位層動作制御リクエストは、前記ホスト設備２が、自律測位航法設備１がホスト設備２の下位層システムを動作させるように直接に制御することを要求するリクエストパケットを含み、例えば、特定の目的地に向かうようにロボットを制御するリクエストが挙げられるが、これに限られない。
【００６５】
具体的には、前記地図データは、ホスト設備２が気になる地図データ情報を記述する。この地図データは、常に、自律測位航法設備１により予め構築された環境地図における一部に位置する。ホスト設備２は、それ自体の必要に応じて、自律測位航法設備１よりこのデータをランダムに取得することができる。前記位置姿勢情報は、自律測位航法設備１により計算されたホスト設備２の現在の位置座標と姿勢情報を含む。例えば、レーザーレーダーを用いて二次元環境移動を行うホイールロボットに対して、この情報は、ロボットの平面内における座標（ｘ，ｙ）及び進路角θであってもよい。ホスト設備２は、それ自体の必要に応じて、自律測位航法設備１よりこのデータをランダムに取得してもよく、自律測位航法設備１は、このデータをホスト設備２に自発的に届けてもよい。前記位置決め状態情報は、自律測位航法設備１が現在位置決め及び地図の構築を行う作業状況を記述するためのものである。それに含まれる情報は、現在既に構築された地図の総寸法、位置決め精度情報、位置決めが成功したか否かについての情報、及びホスト設備２に必要な他のデータの集合を含む。ホスト設備２は、それ自体の必要に応じて、自律測位航法設備１よりこのデータをランダムに取得してもよく、自律測位航法設備１は、このデータをホスト設備２に自発的に届けてもよい。前記動作状態情報は、現在自律測位航法設備１が行っている経路計画アルゴリズムの実行状況のへ記述である。例えば、現在作業している経路計画アルゴリズムのタイプ（停止、経路計画、自律回帰充電など）、既に計画された目的地に向かう経路データ、ホスト設備２の動作制御量への要求などの情報が挙げられる。ホスト設備２は、それ自体の必要に応じて、自律測位航法設備１よりこのデータをランダムに取得してもよく、自律測位航法設備１が、このデータをホスト設備２に自発的にまとめて届けてもよい。前記動作実行リクエストは、ホスト設備２が自律測位航法設備１に自律測位航法設備１の内部に内蔵される経路計画アルゴリズムの関連説明データを送信するためのものである。一般的な実現には、ホスト設備２が実行しようとする経路計画アルゴリズムのタイプ（すべての動作の停止、経路計画、自律回帰充電など）、及び関連パラメータ（目的地の座標、移動速度など）が含まれる。この情報は、ホスト設備２により自律測位航法設備１に自発的に送信されるものである。前記下位層動作制御リクエストは、ホスト設備２が自律測位航法設備１によりホスト設備２の下位層制御装置２１に動作に関連する制御指令リクエストを直接に要求するためのものである。このデータパケットは、自律測位航法設備１の内部における従来の動作制御アルゴリズムへの論理的な書き換え及び拡充を実現するためのものである。一般的な実現において、このリクエストにより、ホスト設備２は特定の速度で前進、後退、回転などの下位層の動作を直接に行うことが可能となる。二輪差分駆動のロボットについて、下位層動作制御リクエストは、左右輪のモーターの回転速度への直接な制御のデータを含んでもよい。
【００６６】
本分野の技術者は、前記自律測位航法設備１の第２伝達装置１２とホスト設備２の上位層制御装置２２との間の通信過程に伝達されるデータが、好ましい例であり、サポートすべき最小のデータパケットプロトコールの集合を含み、本願に適用できる自律測位航法設備１の第２伝達装置１２とホスト設備２の上位層制御装置２２との間に適する他の伝達データのタイプが、同様に引用によってここに含まれることができることを理解できるはずである。
【００６７】
続いて、前記ステップＳ１２において、前記処理装置は、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記ホスト設備２の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備２がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成する。
【００６８】
ここで、前記処理装置の内容は、図１に示す前記処理装置１３の内容と同じ又は基本的に同じであるので、簡明化のため、これ以上繰り返して述べず、ただ引用によってここに含まれる。
さらに、前記自律測位航法設備１は、内蔵センサ及び外付センサをさらに備え、前記ステップＳ１２は、前記処理装置が前記内蔵センサ及び外付センサから複数の前記センシング情報を取得することをさらに含む。
【００６９】
前記内蔵センサの内容は、図１に示す内蔵センサ１４の内容と同じ又は基本的に同じであり、前記外付センサの内容は、図１に示す外付センサ１５の内容と同じ又は基本的に同じであるので、簡明化のため、これ以上繰り返して述べず、ただ引用によってここに含まれる。
【００７０】
さらに、前記ステップＳ１１は、前記第１伝達装置が前記ホスト設備２の下位層制御装置からホスト設備２のセンシング情報を取得することをさらに含む。前記ステップＳ１２は、前記処理装置が、前記ホスト設備２のセンシング情報、複数のセンシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備２の動作制御の関連情報を生成することを含む。
【００７１】
さらに、前記下位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備２のホイールセット状態情報を含み、前記上位層の測位航法の関連情報は、前記ホスト設備２が経路計画を要求するリクエスト及び／又は前記ホスト設備２がその下位層制御装置の動作制御を要求するリクエストを含み、前記動作関連のロジックデータは、地図データ、同時測位データ及び経路計画のロジックデータを含む。前記ステップＳ１２は、前記処理装置が、複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、地図データ及び同時測位データを生成し、前記同時測位データ、前記地図データ及び前記ホスト設備２の上位層の測位航法の関連情報に基づいて、経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を生成することを含む。
【００７２】
好ましくは、自律測位航法設備１及びホスト設備２がまだ初期化している段階で、前記ステップＳ１２は、前記処理装置が前記パラメータ情報に基づいて動作初期制御指令を生成することをさらに含み、前記ステップＳ１３は、前記第１伝達装置が前記動作初期制御指令を前記ホスト設備２の下位層装置に送信することをさらに含む。
【００７３】
図５は、本願による好ましい実施例で提供される自律測位航法設備１とホスト設備２の統合構造の模式図を示す。前記自律測位航法設備１は、第１装置３１と、第２装置３２と、第３装置３３と、を備える。
【００７４】
前記第１装置３１は、ホスト設備２の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を取得するためのものである。前記第２装置３２は、複数のセンシング情報を取得し、複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行うためのものである。前記第３装置３３は、予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備２の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備２がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成するためのものである。前記第１装置３１は、さらに、前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を前記ホスト設備２に送信するためのものである。
【００７５】
さらに、前記第１装置３１は、前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を前記ホスト設備２に送信するためのものである。前記第３装置３３は、前記運動関連のロジックデータが地図データ、同時測位データ及び経路計画のロジックデータを含み、予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、地図データ及び同時測位データを生成するための第１ユニット３３１と、前記同時測位データ、前記地図データ及び前記ホスト設備２の上位層の測位航法の関連情報に基づいて、経路計画のロジックデータ及び前記ホスト設備２の動作を制御するための動作制御指令を生成するための第２ユニット３３２と、を備える。
【００７６】
さらに、前記第２装置３２は、内蔵センシング情報、外付センシング情報及びホスト設備２のセンシング情報のうち少なくとも何れか一つを含む複数の前記センシング情報を取得するための第３ユニットと、複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行うための第４ユニットと、を備える。
【００７７】
さらに、前記第１装置３１は、前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を、統一されたデータプロトコールフォーマットに応じて実装するための第５ユニットと、実装後のデータを前記ホスト設備２に送信するための第６ユニットと、をさらに備える。
【００７８】
図６は、本願による好ましい実施例で提供される自律測位航法設備１とホスト設備２の統合構造の模式図を示す。図５と図６を参照し、前記自律測位航法設備１は、位置決め及び地図構築モジュール、経路計画モジュール、動作制御及び状態取得モジュール、及び通信交換管理モジュールを含む。前記ホスト設備２は、行為制御及び拡張モジュールを含む。前記位置決め及び地図構築モジュールは、前記第１ユニット３３１に対応し、前記経路計画モジュールは、前記第２ユニット３３２に対応し、前記動作制御及び状態取得モジュールは、前記第２装置３２に対応し、前記通信交換管理モジュールは、前記第１装置３１に対応し、前記行為制御及び拡張モジュールは、前記第４装置４１に対応する。説明の便宜上、以下で、上記の対応用語が互いに交換して使用される。
【００７９】
前記行為制御及び拡張モジュールは、前記通信交換管理モジュールと提携して、自律測位航法設備１とホスト設備２との間のデータ伝達を行い、物理的な実現の面で、ホスト設備２のコンピューターの内部に実行されることが一般的であるが、ソフトウェアの面から、依然として自律測位航法システム全体に属する。
【００８０】
前記位置決め及び地図構築モジュールは、地図データ及び同時測位データを構築する。具体的には、前記位置決め及び地図構築モジュールは、特定の同時自己位置推定とマップ作成（ＳＬＡＭ）アルゴリズムに対する実現であり、粒子フィルタとグリッド地図に基づくモデルを利用してレーザーレーダーを主な入力信号として用いるＳＬＡＭアルゴリズムであってもよく、カメラにより提供される二次元データを用いた視覚ＳＬＡＭアルゴリズムであってもよい。このモジュールは、内蔵センサ及び外付センサにより入力データを取得し、演算により得られた地図情報と位置決め座標情報を自律測位航法設備１の内部の他のモジュールに提供する。
【００８１】
前記経路計画モジュールは、ホスト設備２の行動制御を行う役割を果たし、一般的な実現においては、例えば、Ａ＊、Ｄ＊などの地図に基づく経路計画アルゴリズム、ホスト設備２（ロボット）がリアルタイムに障害物を避けるようにガイドする障害物回避アルゴリズムを含む。具体的な応用の必要に応じて、このモジュールは、例えば、自律回帰充電の充電ポストへのドッキングアルゴリズム又は清掃ロボットに必要なグラウンドカバーアルゴリズムを含んでもよい。このモジュールのもう一つのコア機能は、外部ホスト設備２における行為制御及び拡張モジュールから返送された拡張制御指令を受信することである。この拡張制御指令は、前記ホスト設備が経路計画を要求するリクエスト又は前記ホスト設備がその下位層制御装置の動作制御を要求するリクエストを含み、それ自体の経路計画のロジックと融合して操作するためのものであり、従来の経路計画アルゴリズムへの拡張と修正が行われたより複雑な制御ロジックを実現できる。
【００８２】
前記動作制御と状態取得モジュールは、内蔵センシング情報、外付センシング情報及びホスト設備２からのホスト設備のセンシング情報を収集し、これらに対し必要なデータ予備処理と融合処理を行い、自律測位航法設備内の他のモジュールに提供する役割を果たし、また、このモジュールもホスト設備の差異の抽象化層の役割を果たす。異なるホスト設備２のプラットフォームの間の差異を隠して、必要なシミュレーションを行うことにより、その上に実行される位置決め及び地図構築モジュール及び経路計画モジュールが具体的なホスト設備２の差異を最大限に無視し、比較的に汎用の実現アルゴリズムを採用することができる。
【００８３】
前記通信と交換管理モジュールは、ホスト設備２の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を取得し、自律測位航法設備１の高速信号インターフェース及び制御信号インターフェースによりホスト設備２と交換を直接に行う役割を果たし、具体的な通信インターフェースに対する抽象化層と見なされてもよい。このモジュールは、自律測位航法設備１の他のモジュールに必要なデータを、対応するインターフェースによりホスト設備２から取得する役割を果たし、ホスト設備２に送信されるデータを、統一されたデータプロトコールフォーマットに応じて実装してから伝達する役割を果たす。また、前記通信と交換管理モジュールは、動作制御指令及び動作関連のロジックデータを、統一されたプロトコール規則に準じて相応的に実装し、実装後にホスト設備２に送信する。
【００８４】
また、前記行為制御及び拡張モジュールは、前記通信交換管理モジュールと提携して、自律測位航法設備１とホスト設備２との間のデータ伝達を行うことにより、ホスト設備２におけるソフトウェアシステムが自律測位航法設備１と交換提携を行うように協力するので、ホスト設備２のコンピューターシステムにより実行されるのが一般的である。このモジュールは、高速信号インターフェースによって、自律測位航法設備１の他のモジュールにより提供される地図、位置座標などの状態情報を取得することができ、予め定義された経路計画拡張指令によって、経路計画モジュール内における従来のアルゴリズムに対し呼び出しと実行、及び拡張と修正などの操作を行うことができる。具体的な実現の面で、このモジュールは、ソフトウェア開発キット（ＳＤＫ）としてホスト設備２に提供され、ホスト設備２における他のソフトウェアモジュールと統合されることが一般的である。
【００８５】
本分野の技術者は、上記した自律測位航法の具体的なアルゴリズムへの説明は、いずれも例であり、今後現れる可能性があり、かつ本願に適用するものは、本願の範囲内に含まれることができることを理解できるはずである。
【００８６】
本願の別の局面によれば、上記した自律測位航法設備１と、前記自律測位航法設備１に前記ホスト設備２の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を送信し、前記ホスト設備２により送信された前記ホスト設備２の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備２がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを取得するための第４装置を含むホスト設備２と、を備える自律測位航法システムを提供する。
【００８７】
図７は、本願による別の好ましい実施例で提供される自律測位航法設備１とホスト設備２の統合構造の模式図を示す。
ホスト設備２において実行される行為制御及び拡張モジュールは、役割によって、ホストの下位層制御向けの部分及びホストの上位層ビジネスロジック向けの部分という２つの部分に分かれ、それぞれ図における下位層ＳＤＫ（ソフトウェアキット）及び上位層ＳＤＫに対応する。ホスト設備２の下位層制御装置向けの部分に関して、制御信号インターフェースにより自律測位航法設備１の本体と通信を行い、ホスト設備２とのロボット動作信号の伝達、及びホスト設備２からの規定外の拡張センサデータの伝達の役割を果たす。一方、ホスト設備２の上位層制御装置向けの部分は、高速信号インターフェースにより自律測位航法設備１の本体と通信を行い、自律測位航法設備１により生成する地図、位置決め座標などの情報をホスト設備２に提供し、また、ホスト設備２の測位航法モジュールの内部の経路計画アルゴリズムロジックの呼び出し、拡張と行為修正という作業を実現するための拡張経路計画フレームと呼ばれるサブモジュールを含む。
【００８８】
上記の例において、自律測位航法設備１の内部には、レーザーレーダーを外付センサとして用いたので、位置決め及び地図構築モジュールは、粒子フィルタのグリッド地図を用いたＳＬＡＭアルゴリズムにより実現される。ＳＬＡＭに必要なセンサデータは、他のモジュールにより取得され、必要なデータに予備融合を行ってから最終的に読み込まれる。ＳＬＡＭモジュールが処理を完了した後、得られた地図と座標データは、他のモジュール及び外部のホスト設備２の使用に備えて、自律測位航法設備のメモリに一時的にバッファリングされる。
【００８９】
経路計画モジュールには、任意の２点間の直接最短経路計算ができるＤ＊経路計画アルゴリズム、各センサデータによりホスト設備２の動作過程における障害物回避をリアルタイムに補助する障害物回避アルゴリズム、及び充電ポストに自発的に帰ってドッキング充電を行うロジックが内蔵されている。このモジュールが作動している際に、そのアルゴリズム演算により生じる制御信号は、ホスト設備へのホイールセット制御指令に最終的に変換され、制御信号インターフェースによりホスト設備２に伝達される。
【００９０】
上記した例は、本発明で説明される自律測位航法設備１のソフトウェア部分の参考実現例に過ぎないことに注意しなければならない。同じ機能を実現でき、かつ本発明で説明されるソフトウェアシステムモジュールの区分に合致する他の何れかの具体的な実現も許容できる。
【００９１】
本分野の技術者は、上記した自律測位航法の具体的なアルゴリズムへの説明は、いずれも例であり、今後現れる可能性があり、かつ本願に適用するものは、本願の範囲内に含まれることができることを理解できるはずである。
【００９２】
図８は、本願による好ましい実施例で提供される測位航法方法を示す。本願の別の局面で提供される測位航法の方法によれば、前記方法は、ステップＳ３１と、ステップＳ３２と、ステップＳ３３と、ステップＳ３４と、を含む。
【００９３】
ステップＳ３１：ホスト設備２の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を取得する。ステップＳ３２：複数のセンシング情報を取得し、複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行う。ステップＳ３３：予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、前記ホスト設備２の動作を制御するための動作制御指令及び前記ホスト設備２がビジネスロジック分析を行うための動作関連のロジックデータを生成する。ステップＳ３４：前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を前記ホスト設備２に送信する。
【００９４】
さらに、前記動作関連のロジックデータは、地図データ、同時測位データ及び経路計画のロジックデータを含み、前記ステップＳ３３は、予備処理及び予備融合を経た複数の前記センシング情報、前記下位層の測位航法の関連情報及び前記上位層の測位航法の関連情報に基づいて、地図データ及び同時測位データを生成することと、
前記同時測位データ、前記地図データ及び前記ホスト設備２の上位層の測位航法の関連情報に基づいて、経路計画のロジックデータ及び前記ホスト設備２の動作を制御するための動作制御指令を生成することと、を含む。
【００９５】
さらに、前記ステップＳ３２は、内蔵センシング情報、外付センシング情報及びホスト設備２のセンシング情報のうち少なくとも何れか一つを含む複数の前記センシング情報を取得することと、複数の前記センシング情報に対し予備処理及び予備融合を行うことと、を含む。
【００９６】
さらに、前記ステップＳ３４は、前記同時測位データ、前記地図データ、前記経路計画のロジックデータ及び前記動作制御指令を、統一されたデータプロトコールフォーマットに応じて実装することと、実装後のデータを前記ホスト設備２に送信することと、を含む。
【００９７】
引き続き図５と図６を参照し、前記自律測位航法設備１は、位置決め及び地図構築モジュール、経路計画モジュール、動作制御及び状態取得モジュール、及び通信交換管理モジュールを含む。前記ホスト設備２は、行為制御及び拡張モジュールを含む。前記位置決め及び地図構築モジュールは、前記第１ユニット３３１に対応し、前記経路計画モジュールは、前記第２ユニット３３２に対応し、前記動作制御及び状態取得モジュールは、前記第２装置３２に対応し、前記通信交換管理モジュールは、前記第１装置３１に対応し、前記行為制御及び拡張モジュールは、前記第４装置４１に対応する。説明の便宜上、以下で、上記の対応用語が互いに交換して使用される。
【００９８】
ステップＳ３１において、前記通信と交換管理モジュールは、ホスト設備２の下位層の測位航法の関連情報及び上位層の測位航法の関連情報を取得し、前記通信と交換管理モジュールは、自律測位航法設備１の高速信号インターフェース（ハードウェア形式のインターフェース又はソフトウェア形式のインターフェース）及び制御信号インターフェース（ハードウェア形式のインターフェース又はソフトウェア形式のインターフェース）によりホスト設備２と交換を直接に行うことができる役割を果たし、具体的な通信インターフェースに対する抽象化層と見なされてもよい。このモジュールは、自律測位航法設備１の他のモジュールに必要なデータを、対応するインターフェースによりホスト設備２から取得する役割を果たし、ホスト設備２に送信されるデータを、統一されたデータプロトコールフォーマットに応じて実装してから伝達する役割を果たす。
【００９９】
前記ステップＳ３２において、前記動作制御及び状態取得モジュールは、内蔵センシング情報、外付センシング情報及びホスト設備２からのホスト設備のセンシング情報を収集し、これらに対し必要なデータ予備処理と融合処理を行い、自律測位航法設備内の他のモジュールに提供する役割を果たし、また、このモジュールもホスト設備の差異の抽象化層の役割を果たす。異なるホスト設備２のプラットフォームの間の差異を隠して、必要なシミュレーションを行うことにより、その上に実行される位置決め及び地図構築モジュール及び経路計画モジュールが具体的なホスト設備２の差異を最大限に無視し、比較的汎用の実現アルゴリズムを採用することができる。
【０１００】
前記ステップＳ３３において、前記位置決め及び地図構築モジュールは、地図データ及び同時測位データを構築し、前記経路計画モジュールは、動作制御指令及び動作関連のロジックデータを生成し、前記位置決め及び地図構築モジュールは、特定の同時自己位置推定とマップ作成（ＳＬＡＭ）アルゴリズムに対する実現であり、粒子フィルタとグリッド地図に基づくモデルを利用してレーザーレーダーを主な入力信号として用いるＳＬＡＭアルゴリズムであってもよく、カメラにより提供される二次元データを用いた視覚ＳＬＡＭアルゴリズムであってもよい。前記位置決め及び地図構築モジュールは、内蔵センサ及び外付センサにより入力データを取得し、演算により得られた地図情報と位置決め座標情報を自律測位航法設備１の内部の他のモジュールに提供する。前記経路計画モジュールは、ホスト設備２の行動制御を行う役割を果たし、一般的な実現においては、例えば、Ａ＊、Ｄ＊などの地図に基づく経路計画アルゴリズム、ホスト設備２（ロボット）がリアルタイムに障害物を避けるようにガイドする障害物回避アルゴリズムを含む。具体的な応用の必要に応じて、このモジュールは、例えば、自律回帰充電の充電ポストへのドッキングアルゴリズム又は清掃ロボットに必要なグラウンドカバーアルゴリズムを含んでもよい。このモジュールのもう一つのコア機能は、外部ホスト設備２における行為制御及び拡張モジュールから返送された拡張制御指令を受信することである。この拡張制御指令は、前記ホスト設備が経路計画を要求するリクエスト又は前記ホスト設備がその下位層制御装置の動作制御を要求するリクエストを含み、それ自体の経路計画のロジックと融合して操作するためのものであり、従来の経路計画アルゴリズムへの拡張と修正が行われたより複雑な制御ロジックを実現できる。
【０１０１】
前記ステップＳ３４において、前記通信と交換管理モジュールは、動作制御指令及び動作関連のロジックデータを、統一されたプロトコール規則に準じて相応的に実装し、実装後にホスト設備２に送信する。
【０１０２】
また、前記行為制御及び拡張モジュールは、前記通信交換管理モジュールと提携して、自律測位航法設備１とホスト設備２との間のデータ伝達を行う。前記行為制御及び拡張モジュールは、物理的な実現の面で、ホスト設備２のコンピューターの内部に実行されることが一般的であるが、ソフトウェアの面から、依然として自律測位航法システム全体に属する。前記行為制御及び拡張モジュールの用途は、ホスト設備２におけるソフトウェアシステムが自律測位航法設備１と交換提携を行うように協力することであるので、ホスト設備２のコンピューターシステムに実行されることが一般的である。このモジュールは、高速信号インターフェースによって、自律測位航法設備１の他のモジュールにより提供される地図、位置座標などの状態情報を取得することができ、予め定義された経路計画拡張指令によって、経路計画モジュール内における従来のアルゴリズムに対し呼び出しと実行、及び拡張と修正などの操作を行うことができる。具体的な実現の面で、このモジュールは、ソフトウェア開発キット（ＳＤＫ）としてホスト設備２に提供され、ホスト設備２における他のソフトウェアモジュールと統合されることが一般的である。
【０１０３】
本分野の技術者は、上記した自律測位航法の各装置のモジュール化への説明は、いずれも例であり、今後現れる可能性があり、かつ本願に適用するものは、本願の範囲内に含まれることができることを理解できるはずである。
【０１０４】
引き続き図７を参考すると、ホスト設備２において実行される行為制御及び拡張モジュールは、役割によって、ホストの下位層制御向けの部分及びホストの上位層ビジネスロジック向けの部分という２つの部分に分かれ、それぞれ図における下位層ＳＤＫ（ソフトウェアキット）及び上位層ＳＤＫに対応する。ホスト設備２の下位層制御装置向けの部分に関して、制御信号インターフェースにより自律測位航法設備１の本体と通信を行い、ホスト設備２とのロボット動作信号の伝達、及びホスト設備２からの規定外の拡張センサデータの伝達の役割を果たす。一方、ホスト設備２の上位層制御装置向けの部分は、高速信号インターフェースにより自律測位航法設備１の本体と通信を行い、自律測位航法設備１により生成する地図、位置決め座標などの情報をホスト設備２に提供し、また、ホスト設備２の測位航法モジュールの内部の経路計画アルゴリズムロジックの呼び出し、拡張と行為修正という作業を実現するための拡張経路計画フレームと呼ばれるサブモジュールを含む。
【０１０５】
上記の例において、自律測位航法設備１の内部には、レーザーレーダーを外付センサとして用いたので、位置決め及び地図構築モジュールは、粒子フィルタのグリッド地図を用いたＳＬＡＭアルゴリズムにより実現される。ＳＬＡＭに必要なセンサデータは、他のモジュールにより取得され、必要なデータに予備融合を行ってから最終的に読み込まれる。ＳＬＡＭモジュールが処理を完了した後、得られた地図と座標データは、他のモジュール及び外部のホスト設備２の使用に備えて、自律測位航法設備１のメモリに一時的にバッファリングされる。
【０１０６】
経路計画モジュールには、任意の２点間の直接最短経路計算ができるＤ＊経路計画アルゴリズム、各センサデータによりホスト設備２の動作過程における障害物回避をリアルタイムに補助する障害物回避アルゴリズム、及び充電ポストに自発的に帰ってドッキング充電を行うロジックが内蔵されている。このモジュールが作動している際に、そのアルゴリズム演算により生じる制御信号は、ホスト設備２へのホイールセット制御指令に最終的に変換され、制御信号インターフェースによりホスト設備２に伝達される。
【０１０７】
上記した例は、本発明で説明される自律測位航法設備１のソフトウェア部分の参考実現例に過ぎないことに注意しなければならない。同じ機能を実現でき、かつ本発明で説明されるソフトウェアシステムモジュールの区分に合致する他の何れかの具体的な実現も許容できる。
【０１０８】
従来技術と比べると、本願の実施例によれば、本願に記載される自律測位航法設備１は、高度モジュール化され、ホスト設備２との結合度を極めて大きく低減させ、従来のホスト設備２に素早く組み込みやすく、柔軟に拡張できるという利点を有する。これによって、ロボットなどのホスト設備２は、より簡潔で明らかなシステム構成を有し、自律測位航法設備１を備えるホスト設備２の開発の困難さ及び時間サイクルが極めて大きく低減した。しかも、システムの高度モジュール化のおかげで、ホスト設備２の小体積化が可能となる。
【０１０９】
さらに、前記自律測位航法設備１は、大部分の自律測位航法システムに必要なセンシング情報の依存性をまとめることにより、複数のセンシング情報への処理を自律測位航法設備１自体に集積したので、ホスト設備２との結合度合いを低減させた。
【０１１０】
さらに、前記自律測位航法設備１は、第１伝達装置及び第２伝達装置により、高度柔軟性を有する統一の外部通信インターフェース及びプロトコール規格を形成することにより、このインターフェースプロトコール規格に合致するホスト設備２のいずれも、自律測位航法設備１とのドッキングを簡単に実現し、機能の拡張を実現することができる。
【０１１１】
本発明は、ソフトウェア及び／又はソフトウェアとハードウェアとの統合体において実施することができ、例えば、特定用途向け集積電路（ＡＳＩＣ）、汎用目的のコンピューター又は類似する他の何れかのハードウェア設備により実現することができることに注意しなければならない。一つの実施例において、本発明のソフトウェアプログラムは、処理装置の実行により上記した工程又は機能を実現できる。同様に、本発明のソフトウェアプログラム（関連するデータ構造を含む）は、コンピューター可読記録媒体、例えば、ＲＡＭメモリ、磁気や光駆動装置又はフレキシブルディスク及び類似する設備に記憶されてもよい。また、本発明のいくつかの工程又は機能は、ハードウェアにより実現することができ、例えば、処理装置と提携して各工程又は機能を実行する回路とすることができる。
【０１１２】
なお、本発明の一部は、コンピュータープログラム製品として応用することができ、例えば、コンピュータープログラム指令が挙げられる。この指令がコンピューターにより実行される際に、当該コンピューターの操作により、本発明による方法及び／又は技術方案を呼び出し、或いは提供することができる。本発明の方法を呼び出すプログラム指令は、固定された、又は移動可能な記録媒体に記憶され、及び／又は放送又は他の信号伝送媒体におけるデータフローにより伝達され、及び／又は前記プログラム指令に応じて実行されるコンピューター設備のワークメモリに記憶されることができる。ここで、本発明による一つの実施例は、コンピュータープログラム指令を記憶するためのメモリおよびプログラム指令を実行するための処理装置を備える装置を含む。このコンピュータープログラム指令がこの処理装置により実行される際に、この装置が上記した本発明による複数の実施例に基づく方法及び／又は技術方案を実行するように触発される。
【０１１３】
本分野の技術者にとって、本発明は、上記した例示的な実施例の細部に限らず、しかも、本発明の精神又は基本的な特徴から逸脱しない場合に、他の具体的な形式により本発明を実現できることは自明である。したがって、いずれの面からも、実施例を例示的かつ非制限的なものとして見なすべきである。本発明の範囲は、上記の説明ではなく、添付される特許請求の範囲により限定されるので、特許請求の範囲の同等な要件の意味と範囲に入るすべての変化を本発明に含むことを旨とする。特許請求の範囲における添付図面の符号の何れかも関連請求項を制限するものとして見なしてはならない。また、「含む」という言葉は、他のユニット又は工程を除外しているわけではなく、単数は、複数を除外しているわけではないことは明らかである。装置の請求項に記載される複数のユニット又は装置は、一つのユニット又は装置によりソフトウェア又はハードウェアを用いて実現してもよい。「第１」、「第２」などの言葉は、名称を示すためのものであり、決して特定の順序を示すものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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