(57)【要約】【課題】速いサンプリング速度と制限的誤差範囲を有する安定した位置及び方向の認識を可能にする移動ロボットの位置及び方向認識装置及び方法を提供する。【解決手段】移動ロボットの現在位置に対する絶対座標と移動変位に対する相対座標を獲得し、前記絶対座標に相対座標を反映して現在の位置及び方向を認識する。【選択図】　　　　図１２Ａ
2004021978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動ロボットにおいて、
移動ロボットの現在位置に対する絶対座標を獲得するための絶対座標検出部と、
移動ロボットの移動変位に対する相対座標を獲得するための相対座標検出部と、
前記絶対座標に前記相対座標を反映して前記移動ロボットの位置及び方向を認識するための制御部とを含んでなることを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
前記絶対座標検出部は前記移動ロボットの作業領域に設けられた少なくとも一つのＲＦＩＤ（無線自動識別：Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）カードから固有番号を獲得するためのＲＦＩＤ検出部であることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
前記ＲＦＩＤカードは、
円形に巻線され、ＲＦ信号を送受信するためのインダクタと、
前記ＲＦＩＤカードの位置を示す前記固有番号を記憶する記憶部とを含むことを特徴とする請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
前記相対座標検出部は、前記移動ロボットの移動速度を検出する速度センサーと前記移動ロボットの進行方向を検出する方向センサーとを含む推測航法装置（ｄｅａｄ−ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ）であることを特徴とする請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項５】
移動ロボットの位置及び方向認識方法において、
移動ロボットの現在位置に対する絶対座標を獲得する段階と、
移動ロボットの移動変位に対する相対座標を獲得する段階と、
前記絶対座標に前記相対座標を反映して、前記移動ロボットの位置及び方向を認識する段階とを含んでなることを特徴とする移動ロボットの位置及び方向認識方法。
【請求項６】
前記方法は、前記絶対座標と前記相対座標の座標整列を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の移動ロボットの位置及び方向認識方法。
【請求項７】
前記絶対座標を獲得する段階は、
前記移動ロボットの作業領域に設けられた少なくとも一つのＲＦＩＤカードを検出する段階と、
前記ＲＦＩＤカードに割り当てられた固有番号を獲得する段階と、
前記固有番号に対応する絶対座標を獲得する段階とを含むことを特徴とする請求項５に記載の移動ロボットの位置及び方向認識方法。
【請求項８】
前記相対座標は、前記移動ロボットの回転中心と前記絶対座標の装着位置間の距離及び方向に鑑みて前記移動ロボットの位置及び方向が認識できるように、前記移動ロボットの回転中心に固定されることを特徴とする請求項６に記載の移動ロボットの位置及び方向認識方法。
【請求項９】
移動ロボットの位置及び方向認識に関連した方法を行うためのデータを記憶するための記憶媒体において、前記方法は、
移動ロボットの現在位置に対する絶対座標を獲得する段階と、
移動ロボットの移動変位に対する相対座標を獲得する段階と、
前記絶対座標に前記相対座標を反映して、前記移動ロボットの位置及び方向を認識する段階とを含んでなることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１０】
前記法方法は、前記絶対座標と前記相対座標の座標整列を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の記憶媒体。
【請求項１１】
前記絶対座標を獲得する段階は、
前記移動ロボットの作業領域に設けられた少なくとも一つのＲＦＩＤカードを検出する段階と、
前記ＲＦＩＤカードに割り当てられた固有番号を獲得する段階と、
前記固有番号に対応する絶対座標を獲得する段階とを含むことを特徴とする請求項９に記載の記憶媒体。
【請求項１２】
移動ロボットの制御装置において、
ＲＦＩＤリーダと、
エンコーダと、
入力端が前記ＲＦＩＤリーダ及び前記エンコーダに連結され、前記ＲＦＩＤリーダ及び前記エンコーダにより獲得した情報に基づき移動ロボットの位置及び方向を認識するための制御部とを含んでなることを特徴とする移動ロボットの制御装置。
【請求項１３】
前記ＲＦＩＤリーダは、移動ロボットの作業領域に設けられたＲＦＩＤカードを検出し、その検出されたＲＦＩＤカードから固有番号を獲得し、前記移動ロボットのＲＦＩＤ座標を獲得するため、前記制御部に前記固有番号を伝送することを特徴とする請求項１２に記載の移動ロボットの制御装置。
【請求項１４】
前記エンコーダは、前記移動ロボットのホイールの回転速度及び回転方向を検出し、前記移動ロボットのオドメトリ座標を獲得するため、前記ホイールの回転速度及び回転方向に対応する検出値を前記制御部に伝送することを特徴とする請求項１３に記載の移動ロボットの制御装置。
【請求項１５】
前記移動ロボットの制御装置は、
前記ＲＦＩＤカードから固有番号を得るための多数のＲＦＩＤリーダモジュールと、
前記ＲＦＩＤリーダモジュールが前記ＲＦＩＤリーダに直接連結されるようにして前記制御部の負荷を減少させるため、前記制御部と前記ＲＦＩＤリーダモジュール間に配置されたＲＦＩＤリーダとをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の移動ロボットの制御装置。
【請求項１６】
前記ＲＦＩＤカードは前記ＲＦＩＤカードの検出中の前記移動ロボットの移動方向の検出エラーを除去して、前記移動ロボットの前記ＲＦＩＤカードへの接近方向にかかわらず同一の検出時点を獲得するため、円形に形成されたコイルであることを特徴とする請求項１３に記載の移動ロボットの制御装置。
【請求項１７】
前記ＲＦＩＤカードは、整流装置、基本的なＲＦ変調装置及び非揮発性メモリを含む回路部からなることを特徴とする請求項１６に記載の移動ロボットの制御装置。
【請求項１８】
前記ＲＦＩＤカードが検出されるとき、前記ＲＦＩＤカードから与えられた絶対位置情報を用いて前記移動ロボットの位置及び方向がアップデートされ、オドメトリにより累積したエラーを補正することを特徴とする請求項１６に記載の移動ロボットの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動ロボットに係り、より詳しくは移動ロボットの位置及び方向を認識する装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットは多くの産業分野で人が通常行う多様な作業を実行する。例えば、製品生産現場で行われる溶接作業、部品組立作業などがあるが、このような作業を行うロボットはロボットアームを有する。このロボットアームは多数の関節を有し、一場所に固定的に設置され、指示された作業を行う。したがって、ロボットアームの作業空間は極めて制限される。
【０００３】
移動ロボットはロボットアームとは異なり、一場所に固定的に設置されないので、自由に移動できるロボットである。移動ロボットは製品生産に必要な部品、作業道具などを所望の位置に移すのに用いられる。また、移した部品などを組み立てて製品を生産する作業も行える。近年、産業分野だけでなく、家庭での移動ロボットの活用事例も多く発表されている。家庭において、移動ロボットは掃除、物体の移動などの作業を行う。
【０００４】
このように、産業分野だけでなく家庭においても移動ロボットを積極的に活用するためには、移動ロボットが自分の現在位置を正確に認識しなければならない。産業分野では正常の製品の生産のため、家庭では使用者の安全及び財産の保護のため、移動ロボットの正確な位置認識が切実に要求される。
【０００５】
移動ロボットの位置及び方向を認識する最も古典的な概念としてはオドメトリ（ｏｄｏｍｅｔｒｙ）が挙げられ、これは推測航法（Ｄｅａｄ−Ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ）ともいう。オドメトリが適用された移動ロボットは走行距離計（ｏｄｏｍｅｔｅｒ）又はホイールセンサーを用いて速度情報を獲得し、磁性センサーなどを用いて方位角情報を獲得することにより、初期位置からつぎの位置までの移動距離及び方向に対する情報を算出して移動ロボット自分の位置と方向を認識する。
【０００６】
図１は従来のオドメトリ座標系における位置及び方向認識概念を示すものである。同図に示すように、オドメトリ座標系において、移動ロボット１０２の位置は、移動ロボット１０２の回転中心１０８が位置する地点の座標ｘｒとｙｒで決定され、方向は移動ロボット１０２の正面方向とｘ軸間の角度ｔｒで決定される。
【０００７】
オドメトリは外部からの別の情報入力なしに自体で発生する情報のみを用いる。オドメトリは非常に高い速度で位置情報を獲得するため、位置情報のアップデートが早い。さらに、比較的短い距離では正確度が大変高いし、費用も低廉である。しかし、オドメトリは積分法により位置と方向を計算するため、移動ロボットの走行距離が増加するほど測定誤差が累積する重大な欠点を持っている。特に、移動ロボットは作業領域の床面材の状態によって滑りなどが発生し、これにより、発生誤差が全然補正されなく、時間が経るにつれてそのまま累積していくため、問題となる。
【０００８】
移動ロボットの位置及び方向を認識するほかの方法として、ＲＦＩＤ（無線自動識別：Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）カード及びＲＦＩＤリーダを用いるものがある。この方法において、固有の位置情報が付与された多数のＲＦＩＤカードを移動ロボットが作業すべき領域の床面に埋め込んでおくと、移動ロボットがこの作業領域の床面上で移動しながらＲＦＩＤリーダでＲＦＩＤカードを検出して固有の位置情報を判読することにより、移動ロボット自分の現在位置（絶対位置）を認識することができる。ＲＦＩＤカードはパシブ方式であるため、別途の電力供給が不要である。ＲＦＩＤカード及びＲＦＩＤリーダを用いる位置認識装置及び方法は、韓国特許出願第２００２−１９０３９号に開示されている。
【０００９】
図２は従来のＲＦＩＤ座標系における位置及び方向の認識概念を示すものである。同図に示すように、移動ロボットの現在位置は、作業領域の床面に格子状に埋め込まれた多数のＲＦＩＤカード２０２に基づき、現在移動ロボット（図示せず）により検出されたＲＦＩＤカード２０４の座標ｘｃとｙｃにより決定される。それぞれのＲＦＩＤカード２０２には固有番号が記憶されており、移動ロボットには、前記固有番号に対応するＲＦＩＤ座標値を参照テーブルの形態として持っている。移動ロボットはＲＦＩＤリーダによりＲＦＩＤカードを検出して固有番号を獲得し、参照テーブルから当該固有番号に対応するＲＦＩＤ座標値を探し出すことにより、移動ロボットの現在位置を認識する。
【００１０】
このようなＲＦＩＤを用いる位置及び方向認識方法は、ＲＦＩＤカードの分布密度によって移動ロボットの位置及び方向認識の精度が決定される。ＲＦＩＤカードの分布密度が低過ぎると、移動ロボットの精密な位置及び方向認識は期待することができない。反対に、ＲＦＩＤカードの分布密度が高過ぎると、ＲＦＩＤカードから出力されるＲＦ信号間の相互干渉により固有番号判読のエラーが発生し得る。
【００１１】
図３は従来のＲＦＩＤを用いる位置及び方向認識方法において、高すぎる分布密度を有するＲＦＩＤカードの相互干渉により発生するエラーの概念を示すものである。同図に示すように、ＲＦＩＤリーダ３０８から電力用ＲＦ信号が出力されると、床面材３０４に埋め込まれたＲＦＩＤカード３０２はデータを有するＲＦ信号をＲＦＩＤリーダ３０８に出力する。
【００１２】
図３において、ＲＦＩＤリーダ３０８はＲＦＩＤカード３０２ｂのみを認識してその固有番号を判読する。しかし、ＲＦＩＤカード３０２ｂに隣接したほかのＲＦＩＤカード３０２ａ、３０２ｃから出力されるＲＦ信号の干渉のため、ＲＦＩＤリーダ３０８が目的とするＲＦＩＤカード３０２ｂの固有番号のみを正確に判読し得ないエラーが発生し得る。したがって、エラーが発生しないようにするためには、ＲＦＩＤカードの埋め込み分布密度を適切な範囲に制限するしかないが、この制限はＲＦＩＤを用いる位置及び方向認識方法の精度を低下させる原因となる。また、ＲＦＩＤカードが埋め込まれた場所に、磁場を吸収する物体がある場合にもエラーが発生し得る。さらに、ＲＦＩＤ法においては、移動ロボットの方向を認識するため、少なくとも二つのＲＦＩＤカードを同時に認識しなければならないが、ＲＦＩＤカードの分布密度が十分高くなければ方向を認識し難い。
【００１３】
このような従来のオドメトリ法とＲＦＩＤ法のエラー特性を図４に示す。同図に示すように、オドメトリ法は、角度センサーのサンプリング速度が高くて位置及び方向情報のアップデートが早いが、移動ロボットの走行距離が増加するほど積分エラーも増加する。ＲＦＩＤ法はエラーが累積しないため、エラー範囲が一定の大きさに制限されるが、位置及び方向センサーのサンプリングが間欠的に行われるため、新たな位置及び方法情報のアップデートが相対的に遅い。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の前記のような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、オドメトリ法とＲＦＩＤ法を統合運営して、移動ロボットの位置及び方向認識において、両方法の利点を全て取り、両方法の欠点を保管することにより、速いサンプリング速度と制限的誤差範囲を有する安定した位置及び方向の認識を可能にする移動ロボットの位置及び方向認識装置及び方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、移動ロボットの現在位置に対する絶対座標を獲得するための絶対座標検出部と、移動ロボットの移動変位に対する相対座標を獲得するための相対座標検出部と、前記絶対座標に前記相対座標を反映して前記移動ロボットの位置及び方向を認識するための制御部とを含んでなる移動ロボットを提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面の図５ないし図１３に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図５は本発明による移動ロボットの制御装置を示すブロック図である。図５に示すように、制御部５０２の入力側にはＲＦＩＤリーダ５０４とエンコーダ５０６が連結される。ＲＦＩＤリーダ５０４はＲＦＩＤカードを検出し、検出されたＲＦＩＤカードの固有番号を獲得して制御部５０２に伝送する。ＲＦＩＤリーダ５０４により検出されるＲＦＩＤカードの固有番号は移動ロボットのＲＦＩＤ座標を求めるためのものである。エンコーダ５０６は移動ロボットのホイールの回転速度と回転方向を検出し、その検出値を制御部５０２に伝送する。エンコーダ５０６により検出されるホイールの回転速度と回転方向は移動ロボットのオドメトリ座標を求めるためのものである。移動ロボットは、ＲＦＩＤリーダ５０４とエンコーダ５０６により獲得した位置情報から現在位置を認識し、ホイール駆動部５０８及びホイールモータ５１０を駆動して目的地まで移動する。
【００１８】
図６Ａ本発明による移動ロボットの制御部６０２に直接連結される複数のＲＦＩＤリーダモジュールの構造を示すものである。同図に示すように、多数のＲＦＩＤリーダモジュール６０４によりＲＦＩＤカード６０６を検出してその固有番号を獲得し、この固有番号を制御部６０２に直接伝送する。制御部６０２は参照テーブルから当該固有番号に対応するＲＦＩＤ座標値を獲得することにより、移動ロボットのＲＦＩＤ座標上で現在の位置を認識する。このように、移動ロボットの制御部６０２とＲＦＩＤリーダモジュール６０４間に直接通信がなされるので、通信速度が著しく向上できる。
【００１９】
ただし、移動ロボットの制御部６０２が多すぎるＲＦＩＤリーダモジュール６０４と通信すると、制御部６０３の負荷が過度に増加するので、図６Ｂに示すように、制御部６１２とＲＦＩＤリーダモジュール６１４間にＲＦＩＤリーダシステム６１８をさらに加えて、ＲＦＩＤカード６１６から固有番号を得るＲＦＩＤリーダモジュール６１４がＲＦＩＤリーダシステム６１８と通信するようにすることにより、制御部６１２の負荷を減らすことができる。
【００２０】
図７は本発明によるＲＦＩＤカードの形状を示すものである。同図に示すように、本発明によるＲＦＩＤカード７００は比較的薄い二枚の四角パネル７０６間に円形のコイル７０２を介在させ、その両端をコイル７０２の中心に誘導して回路部７０４に連結する。本発明による移動ロボットが移動中にＲＦＩＤカード７００を検出するに際して、移動方向による検出エラーを無くすため、コイル７０２の形態を円形に形成する。すなわち、コイルを四角形などに形成すると、移動ロボットがコイルの角部に接近する場合と辺側に接近する場合において、ＲＦＩＤカード検出時点が異なり得るため、測定値の接近方向に対するＲＦＩＤカードの検出エラーを発生することになる。したがって、コイル７０２を円形に形成して、移動ロボットの接近方向にかかわらず、同一検出時点を得るようにする。
【００２１】
図７の回路部７０４には、抵抗、キャパシタ及びマイクロチップが含まれる（図示せず）。このうち、マイクロチップは、整流装置、基本的なＲＦ変調装置及び非揮発性メモリから構成される。マイクロチップに内蔵される非揮発性メモリはＲＦＩＤカード７００の位置を示す固有番号を記憶するためのものである。非揮発性メモリとしては、読取り及び書込みの両方が可能なＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）を用いるか、又は読取りのみが可能なＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）などを用いる。ＥＥＰＲＯＭは読取り及び書込みの両方が可能なので、ＲＦＩＤカード７００の位置情報を必要に応じて自由に変更することができるので、本発明による移動ロボットの活用に大きな柔軟性を提供する。これとは異なり、ＥＰＲＯＭの場合は、既に記憶されている固有番号を読み取ることのみが可能であるが、ＥＥＰＲＯＭより安価であるので、設置及び維持、補修による費用を節減することができる。
【００２２】
このように構成される本発明による移動ロボットはオドメトリ法とＲＦＩＤ法を統合して運営するため、二つの座標系を有する。オドメトリ座標系は相対座標系であって、座標値を初期化するときの移動ロボットの位置によってその最終位置及び方向が変化し得る。これとは異なり、ＲＦＩＤ座標系は絶対座標系であって、作業領域の床面に埋め込まれたＲＦＩＤカードの位置が固定されており、各ＲＦＩＤカードごとに固有番号が付与されているため、埋め込まれたＲＦＩＤカードを検出すると、移動ロボットの絶対位置を認識することができる。
【００２３】
したがって、本発明による移動ロボットにおいて、オドメトリ法とＲＦＩＤ法を統合して運営するためには、絶対座標系であるＲＦＩＤ座標系と相対座標系であるオドメトリ座標系を一つの座標系として整列する必要がある。オドメトリ座標系の初期化状態がＲＦＩＤの座標軸と一致していないと、オドメトリ座標系とＲＦＩＤ座標系を統合して運営することができないので、オドメトリ座標系とＲＦＩＤ座標系の座標軸整列が必要である。
【００２４】
図８Ａは本発明による移動ロボットのオドメトリ座標とＲＦＩＤ座標が一致していない状態を示すものである。同図に示すように、オドメトリとＲＦＩＤを統合運営して位置及び方向を認識する移動ロボットにおいて、オドメトリ座標８０２とＲＦＩＤ座標８０４が常に一致しているものではない。移動ロボットのオドメトリ座標８０２とＲＦＩＤ座標８０４が一致していないと、それぞれの利点を取り得ないので、両座標を一致させることによりオドメトリとＲＦＩＤの利点を取ることができる。
【００２５】
図８Ａの場合、オドメトリ座標系８０２の原点はＲＦＩＤ座標系８０４の原点からｘ方向にｄｘだけ、ｙ方向にｄｙだけ離れており、方向はＲＦＩＤ座標系８０４に対してαだけ回転した状態にある。したがって、図８Ｂに示すように、距離ｄｘとｄｙ、角度αを求め、オドメトリ座標系８０２をｘ方向に−ｄｘだけ、ｙ方向に−ｄｙだけ移動させ、−αだけ回転させると、オドメトリ座標系８０２がＲＦＩＤ座標系８０４と一致することになる。
【００２６】
ところで、オドメトリ座標系の原点は移動ロボットの回転中心に合わせられているため、このような座標整列は単に移動ロボットの回転中心と方向をＲＦＩＤ座標系に一致させたものに過ぎない。仮に、ＲＦＩＤリーダが移動ロボットの回転中心から外れた位置に装着されていると、移動ロボットの回転中心とＲＦＩＤリーダの装着位置間の距離と角度まで考慮して位置と方向を計算する場合に限り、移動ロボットの正確な位置及び方向の認識が可能である。
【００２７】
図９は本発明の移動ロボットの位置及び方向認識方法において、ロボットのｋ番目ＲＦＩＤリーダによりｉ番目ＲＦＩＤカードが検出された場合のオドメトリ座標を示すものである。同図に示すように、移動ロボット９０４は左側ホイール９０２ａ及び右側ホイール９０２ｂの順回転と逆回転により移動し、二つのホイール９０２ａ、９０２ｂ間の回転差により方向を転換する。したがって、二つのホイール９０２ａ、９０２ｂの装着位置によって決定される回転中心９０６の位置に、ＲＦＩＤカード９１０を検出したｋ番目ＲＦＩＤリーダ９０８の位置を反映したものが移動ロボット９０４の実際位置である。
【００２８】
図９において、移動ロボット９０４の回転中心９０６はオドメトリ座標のｘ方向にＡｘｒｉだけ、ｙ方向にＡｙｒｉだけ離れて位置する。この回転中心９０６とｋ番目ＲＦＩＤリーダ９０８間の距離γｋと角度βｋは移動ロボット９０４の説明で既に知られた値である。ここで、βｋは移動ロボット９０４の正面方向とｋ番目ＲＦＩＤリーダ９０８間の角度であるので、オドメトリ座標系のｘ軸とｋ番目ＲＦＩＤリーダ９０８間の実際角度はβｋにθｉを合わせたものとなる。
【００２９】
結局、オドメトリ座標系８０２をＲＦＩＤ座標８０４と一致させるため、図８Ａの距離ｄｘとｄｙ、角度αを求め、これに図９のオドメトリ座標値ＡｘｒｉとＡｙｒｉを反映し、移動ロボットの回転中心とＲＦＩＤリーダ間の距離γｋと角度βｋ＋θｉをさらに反映すると、移動ロボットのオドメトリ座標とＲＦＩＤ座標を一致させるのに必要な情報を得ることができる。
【００３０】
移動ロボットのオドメトリ座標とＲＦＩＤ座標を一致させるのに必要な情報を整理するとつぎのようである。まず、ＲＦＩＤ座標において、ｉ番目カードを検出したｋ番目ＲＦＩＤリーダの位置ベクトルＣＰｉはつぎのように表現できる。
【数１】
2004021978.tif 000003
【００３１】
また、オドメトリ座標において、移動ロボットの回転中心の位置ベクトルＡＰｒｉはつぎのように表現できる。
【数２】
2004021978.tif 000004
【００３２】
オドメトリ座標において、ｉ番目カードを検出したｋ番目ＲＦＩＤリーダの位置ベクトルＡＰｉはつぎのように表現できる。
【数３】
2004021978.tif 000005
【００３３】
式（３）のＡＰｉはさらにＡＰｉ＝ＡＰｒｉ＋ＡＰｒｋｉとして表現できる。ここで、ＡＰｒｋｉは移動ロボットの回転中心からＲＦＩＤリーダのオドメトリ座標までの位置ベクトルで、つぎのように表現できる。
【数４】
2004021978.tif 000006
【００３４】
結局、ＣＰｉはつぎのように整理できる。
【数５】
2004021978.tif 000007
【００３５】
式（５）において、
【数６】
2004021978.tif 000008
はＡＰｉをＣＰｉに一致させるための変換行列であって、つぎのように表現できる。
【数７】
2004021978.tif 000009
【００３６】
したがって、図１０に示す移動ロボットのテストモーションを実施した後、その結果を分析して式（５）の値を求めると、オドメトリ座標をＲＦＩＤ座標に一致させるのに必要な情報を得ることができる。前述したテストのため、移動ロボットは必ず二つ以上のＲＦＩＤカードを認識しなければならないし、移動ロボットのモーション中に発生するオドメトリ座標系における累積誤差がＲＦＩＤカードの大きさより小さくなければならない。
【００３７】
図１０は本発明による移動ロボットのオドメトリ座標とＲＦＩＤ座標を一致させるためのテストモーションを示すものであって、本発明による移動ロボット１００８が出発地点１００２と到着地点１００４間を移動しながら総ｎ個のＲＦＩＤカード１００６を検出した場合である。移動ロボット１００８のテストモーション経路は任意に指定し得る。
【００３８】
図１０に示すように、移動ロボット１００８がテストモーションを開始する出発地点１００２のオドメトリ座標は（Ａｘｒｓ、Ａｙｒｓ、Ａθｒｓ）であるが、一般に（０、０、０）の値として初期化する。移動ロボット１００８がモーションを行いながら全てｎ個のＲＦＩＤカード１００６を検出し、各ＲＦＩＤカード検出地点でのＲＦＩＤ座標及びオドメトリ座標をそれぞれ獲得する。移動ロボット１００８の到着地点１００４でのオドメトリ座標は（Ａｘｒｅ、Ａｙｒｅ、Ａθｒｅ）であり、これを修正した座標が（Ｃｘｒｅ、Ｃｙｒｅ、Ｃθｒｅ）である。これを整理すると、つぎの表１のようである。
【表１】
2004021978.tif 000010
【００３９】
このような移動ロボットのテストモーションによるデータが求められると、つぎのようなアルゴリズムにより、未知値ｄｘとｄｙ、αを求めることができる。
【００４０】
まず、前述した式（５）を展開すると、つぎのような二つの式で表わし得る。
【数８】
2004021978.tif 000011
【００４１】
式（７）と（８）から求めようとするパラメータを抽出し、これお行列で表わすと、図１１のような結果が得られる。また、図１１の各行列をそれぞれｑ、Ｍ、ｐとして示すと、つぎのような関係式が得られる。
【数９】
2004021978.tif 000012
【００４２】
図１１の式（９）において、ベクトル行列ｐはオドメトリ座標系とＲＦＩＤ座標系を一致させるために求めるべき未知量であり、のこりｑとＭは測定により分る値である。未知量であるベクトル行列ｐの元素のうち、角度αに係る未知量がｃαとｓαに増加した理由は、ｃｏｓαとｓｉｎαが非線形式であるためαのみを求めることが難しいからである。したがって、未知量をｃαとｓαなどのほかの未知量で表わす。
【００４３】
最小２乗法（ｌｅａｓｔ　ｓｑｕａｒｅｓ　ｍｅｔｈｏｄ）は測定した実験データから、そのデータを最もよく代表し得る関数を求める方法である。この最小２乗法を用いると、図１１に示す式（９）からつぎのようなパラメータベクトルｐを求めることができる。
【数１０】
2004021978.tif 000013
【００４４】
式（１０）において、Ｗは重みベクトルであって、つぎのような式により算出される。
【数１１】
2004021978.tif 000014
【００４５】
また、二つの座標系間の角度αはつぎのように求められる。
【数１２】
2004021978.tif 000015
【００４６】
このように求められたｄｘとｄｙ、αを用いると、つぎのような移動ロボットの絶対位置と方向を求めることができるできる
【数１３】
2004021978.tif 000016
【００４７】
図１２ＡはＲＦＩＤカードが感知されない場合の本発明によるＲＦＩＤリーダモジュールのアルゴリズムを示すフローチャートである。ここで、つぎの表２に示すように、ＲＦＩＤリーダモジュールはＲＦＩＤカードを検出するとそのＩＤを記憶し、ＲＦＩＤカードが検出されないと０を記憶する。ただし、以前に検出された固有番号（０も含む）でない新たなＲＦＩＤカードの固有番号を検出した場合にだけ、上位システムにデータを伝送することにより通信量と制御部の負荷を減少させる。
【表２】
2004021978.tif 000017
【００４８】
図１２Ａに示すように、既に検出されて移動ロボットの制御部に記憶されている以前固有番号ＩＤＡを０に初期化させる（Ｓ１２０２）。ＲＦＩＤカードの検出を試し（Ｓ１２０４）、ＲＦＩＤカードが検出されると（Ｓ１２０６）、検出された新たなＲＦＩＤカードの固有番号ＣａｒｄＩＤを現在の固有番号ＩＤＣに割り当てる（Ｓ１２０８）。前記段階Ｓ１２０４及びＳ１２０６において、ＲＦＩＤカードの検出を試したところ、ＲＦＩＤカードが検出されないと、現在の固有番号ＩＤＣに０を割り当てて、新たなＲＦＩＤカードが検出されていないことを示す（Ｓ１２１０）。
【００４９】
現在の固有番号ＩＤＣの値がアップデートされると、ＩＤＣとＩＤＡが同値であるかを判断する（Ｓ１２１２）。ＩＤＣとＩＤＡが同一であると、つまり新たなＲＦＩＤカードが検出されない場合には、ＲＦＩＤカード検出試し段階Ｓ１２０４に戻る。反対に、ＩＤＣとＩＤＡが同一でない場合、つまり新たなＲＦＩＤカードが検出され、ＩＤＣに０でない新たな固有番号が割り当てられた場合には、以前の固有番号ＩＤＡに新たに検出された現在の固有番号ＩＤＣを割り当てる（Ｓ１２１４）。新たな値が割り当てられたＩＤＡを上位システムに伝送する（Ｓ１２１６）。新たなＩＤＡの伝送が完了すると、ほかのＲＦＩＤカード検出を試すか、或いは作業を終了する（Ｓ１２１８）。
【００５０】
図１２Ｂは通信量をより減少させるための本発明によるＲＦＩＤリーダモジュールのアルゴリズムを示すフローチャートである。この場合、つぎの表３に示すように、ＲＦＩＤリーダモジュールはＲＦＩＤカードが検出されない場合を示すＩＤ＝０は自体記憶も行わなく、上位システムへの伝送も行わない。
【表３】
2004021978.tif 000018
【００５１】
図１２Ｂに示すように、既に検出され移動ロボットの制御部に記憶されている以前の固有番号ＩＤＡを０に初期化させる（Ｓ１２５２）。ＲＦＩＤカードの検出を試し（Ｓ１２５４）、ＲＦＩＤカードが検出されると（Ｓ１２５６）、検出された新たなＲＦＩＤカードの固有番号ＣａｒｄＩＤを現在の固有番号ＩＤＣに割り当てる（Ｓ１２５８）。仮に、前記段階Ｓ１２５４及びＳ１２５６において、ＲＦＩＤカードが検出されないと、ＲＦＩＤカード検出試し段階Ｓ１２５４を繰り返す。
【００５２】
新たなＲＦＩＤカードが検出され、現在の固有番号ＩＤＣの値がアップデートされると、ＩＤＣとＩＤＡが同一値であるかを判断する（Ｓ１２０６）。ＩＤＣとＩＤＡが同一である場合、つまり新たなＲＦＩＤカードが検出されない場合には、ＲＦＩＤカード検出試し段階Ｓ１２５４に戻る。反対に、ＩＤＣとＩＤＡが同一でない場合、つまり新たなＲＦＩＤカードが検出されＩＤＣに新たな固有番号が割り当てられた場合は、以前の固有番号ＩＤＡに新たに検出された現在の固有番号ＩＤＣを割り当てた後（Ｓ１２６４）、新たな値が割り当てられたＩＤＡを上位システムに伝送する（Ｓ１２６６）。新たなＩＤＡの伝送が完了すると、ほかのＲＦＩＤカード検出を試すか、或いは作業を終了する（Ｓ１２６８）。
【００５３】
図１３は本発明による移動ロボットの位置及び方向認識方法による誤差特性を示すものである。同図に示すように、オドメトリとＲＦＩＤを統合して運営すると、短い移動距離ではオドメトリにより位置及び方向を認識し、ＲＦＩＤカードが検出される都度、ＲＦＩＤカードから提供される絶対位置に位置及び方向情報をアップデートし、オドメトリにより累積した誤差を補正する。このようにオドメトリとＲＦＩＤを統合して運営することにより、ＲＦＩＤにより誤差範囲が一定の範囲内に制限されるとともに、オドメトリにより高サンプリング速度を得る相乗効果を得ることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による移動ロボットの位置及び方向認識装置及び方法は、オドメトリ座標系とＲＦＩＤ座標系を統合して運営することにより、ＲＦＩＤにより誤差が一定の範囲内に制限されるとともにオドメトリにより高サンプリング速度を得ることができる。このように、移動ロボットの位置及び方向認識において、ＲＦＩＤ座標系及びオドメトリ座標系の両方の利点を取り、両方の欠点を補完することにより、速いサンプリング速度と制限された誤差範囲を有する安定した位置及び認識が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のオドメトリ座標系における位置及び方向認識の概念を示す図である。
【図２】従来のＲＦＩＤ座標系における位置及び方向認識の概念を示す図である。
【図３】従来のＲＦＩＤを用いる位置認識の概念において、高すぎる分布密度を有するＲＦＩＤカードの相互干渉によるエラー発生の概念を示す図である。
【図４】従来のオドメトリ法とＲＦＩＤ法のそれぞれの誤差特性を示す図である。
【図５】本発明による移動ロボットの制御装置を示すブロック図である。
【図６Ａ】本発明による移動ロボットの制御部に直接連結される複数のＲＦＩＤリーダモジュールの構造を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す移動ロボットの制御部と複数のＲＦＩＤリーダモジュール間にＲＦＩＤリーダシステムが連結された構造を示す図である。
【図７】本発明によるＲＦＩＤカードの形状を示す図である。
【図８Ａ】本発明による移動ロボットのオドメトリ座標とＲＦＩＤ座標が一致していない状態を示す図である。
【図８Ｂ】本発明による移動ロボットの位置及び方向認識方法において、オドメトリ座標とＲＦＩＤ座標が一致している状態を示す図である。
【図９】本発明による移動ロボットの位置及び方向認識方法において、ロボットのｋ番目ＲＦＩＤリーダによりｉ番目ＲＦＩＤカードが検出された場合のオドメトリ座標系を示す図である。
【図１０】本発明による移動ロボットのオドメトリ座標とＲＦＩＤ座標を一致させるためのテストモーションを示す図である。
【図１１】本発明による移動ロボットの位置及び方向認識において、オドメトリ座標とＲＦＩＤ座標を一致させるのに必要な未知数の関係を示す図である。
【図１２Ａ】ＲＦＩＤカードが感知されていない場合のＲＦＩＤリーダモジュールのアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１２Ｂ】通信量をより減少させるためのＲＦＩＤリーダモジュールのアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１３】本発明による移動ロボットの位置及び方向認識方法による誤差特性を示す図である。
【符号の説明】
１０２　移動ロボット
１０８　回転中心
２０２、２０４　ＲＦＩＤカード
３０２、３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ　ＲＦＩＤカード
３０４　床面材
３０８　ＲＦＩＤリーダ
５０２　制御部
５０４　ＲＦＩＤリーダ
５０６　エンコーダ
５０８　ホイール駆動部
５１０　ホイールモータ
６０２　制御部
６０４　ＲＦＩＤリーダモジュール
６０６　ＲＦＩＤカード
６１２　制御部
６１４　ＲＦＩＤリーダモジュール
６１６　ＲＦＩＤカード
６１８　ＲＦＩＤリーダシステム
７００　ＲＦＩＤカード
７０２　コイル
７０４　回路部
７０６　四角パネル
８０２　オドメトリ座標
８０４　ＲＦＩＤ座標
９０２ａ、９０２ｂ　ホイール
９０４　移動ロボット
９０６　回転中心
９０８　ＲＦＩＤリーダ
９１０　ＲＦＩＤカード
【図１】
2004021978.tif 000019
【図２】
2004021978.tif 000020
【図３】
2004021978.tif 000021
【図４】
2004021978.tif 000022
【図５】
2004021978.tif 000023
【図６Ａ】
2004021978.tif 000024
【図６Ｂ】
2004021978.tif 000025
【図７】
2004021978.tif 000026
【図８Ａ】
2004021978.tif 000027
【図８Ｂ】
2004021978.tif 000028
【図９】
2004021978.tif 000029
【図１０】
2004021978.tif 000030
【図１１】
2004021978.tif 000031
【図１２Ａ】
2004021978.tif 000032
【図１２Ｂ】
2004021978.tif 000033
【図１３】
2004021978.tif 000034