(57)【要約】      （修正有）【課題】各ロボットからの情報を融合して環境地図全体を生成できる装置を提供する。【解決手段】地図を作成しようとする探索範囲を自律走行する各ロボット間の相対位置を検出２０４、検出された相対位置に基づいて各ロボット別の探索区域を分割２０６、各ロボットから地図の生成のために用いられる探索区域に対するローカル情報をそれぞれ獲得２０８した後、これらの情報を融合して環境地図全体を生成２１０するようにすることで、インフォーマルな環境で地図の作成のための探索範囲を縮小して探索時間が過度にかかるのを効果的に抑制でき、選択的なマッチングを通じて各ロボットから獲得したローカル情報２０２の併合時間を低減できる。【選択図】図２
2013109325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ロボット間の相対距離を測定して前記各ロボット間の相対位置を検出する過程と、
検出された相対位置に基づいて各ロボット別の探索区域を分割する過程と、
分割された各探索区域情報を対応する前記各ロボットに伝送する過程と、
前記各ロボットから地図の生成のために用いられるローカル情報をそれぞれ獲得する過程と、
獲得された各ローカル情報を融合して環境地図全体を生成する過程と
を含む群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項２】
前記相対距離は、
ＴＷＲ技法を通じて測定されることを特徴とする請求項１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項３】
前記相対位置は、
前記各ロボット間の相対距離に基づいて生成した相対的な座標値であることを特徴とする請求項２に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項４】
分割された各探索区域のそれぞれは、
隣接する区域同士がオーバーラップ指定されることを特徴とする請求項１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項５】
前記ローカル情報は、
超音波、赤外線、レーザ、カメラ、オドメトリを含むことを特徴とする請求項１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項６】
前記環境地図全体を生成する過程は、
各ローカル情報から特徴点を抽出する過程と、
前記各ローカル情報が近くのロボットのローカル情報であるかをチェックする過程と、
前記近くのロボットの情報であるとき、該当ロボット間のマッチングを行って互いに一致する部分の特徴点を併合する過程と、
抽出された特徴点及び併合された特徴点を用いて前記環境地図全体を作成する過程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項７】
前記特徴点の抽出は、
分離と結合アルゴリズムを通じて行われることを特徴とする請求項６に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項８】
前記特徴点の抽出は、
ＳＩＲＦアルゴリズムを通じて行われることを特徴とする請求項６に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項９】
前記特徴点は、
ランドマーク又は特定パターンに対する特徴点であることを特徴とする請求項７又は８に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項１０】
前記環境地図全体は、
ＳＬＡＭアルゴリズムを用いて作成されることを特徴とする請求項１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築方法。
【請求項１１】
各ロボット間の相対位置を検出して共有する相対位置獲得ブロックと、
前記検出された相対位置に基づいて各ロボット別の探索区域を分割する探索区域分割ブロックと、
前記各ロボットから地図の生成のために用いられるローカル情報をそれぞれ獲得するローカル情報収集ブロックと、
獲得された各ローカル情報を融合して環境地図全体を生成する統合環境地図生成ブロックと
を備える群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【請求項１２】
前記相対位置獲得ブロックは、
ＴＷＲ技法を通じて測定される相対距離を通じて前記相対位置を検出することを特徴とする請求項１１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【請求項１３】
前記相対位置は、
前記各ロボット間の相対距離に基づいて生成した相対的な座標値であることを特徴とする請求項１２に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【請求項１４】
前記探索区域分割ブロックは、
隣接する区域同士がオーバーラップされるように、前記各探索区域を指定することを特徴とする請求項１１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【請求項１５】
前記ローカル情報は、
超音波、赤外線、レーザ、カメラ、オドメトリを含むことを特徴とする請求項１１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【請求項１６】
前記統合環境地図生成ブロックは、
前記各ローカル情報から特徴点を抽出する特徴点抽出ブロックと、
ローカル情報が近くのロボットの情報であるとき、該当ロボット間のマッチングを行って互いに一致する部分の特徴点を併合する併合マッチングブロックと、
抽出された特徴点及び併合された特徴点を用いて前記環境地図全体を作成する地図作成ブロックと
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【請求項１７】
前記特徴点抽出ブロックは、
分離と結合アルゴリズムを通じて前記特徴点を抽出することを特徴とする請求項１６に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【請求項１８】
前記特徴点抽出ブロックは、
ＳＩＲＦアルゴリズムを通じて前記特徴点を抽出することを特徴とする請求項１６に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【請求項１９】
前記特徴点は、
ランドマーク又は特定パターンに対する特徴点であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【請求項２０】
前記統合環境地図生成ブロックは、
ＳＬＡＭアルゴリズムを用いて前記環境地図全体を生成することを特徴とする請求項１１に記載の群集の知能ロボットを用いた地図構築装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、群集の知能ロボットを用いて地図を構築する技法に関し、更に詳しくは、地図を作成しようとする区域全体（領域全体）を多数の各ロボット別の探索区域にそれぞれ分割し、各探索区域から獲得したローカル情報を用いて環境地図全体を生成するのに適した群集の知能ロボットを用いた地図構築方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、自律移動ロボットのような移動体の最も基本的な機能は、移動体が所望する目標地点まで衝突なしに移動できなければならないということにあり、このような機能は自律移動ロボットの位置測定技術及びマップ（地図）の構成技術により行われる。
【０００３】
ここで、マップの構成と移動体自身の位置を認識する方法としては、例えば、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）アルゴリズムを利用することが知られている。
【０００４】
このようにＳＬＡＭアルゴリズムを利用する従来の典型的な技術においては、２次元のフォーマルな環境内で位置を認識し、環境を認識する研究が主流をなしており、このような従来技術は実際の製品への適用も始まっているのが現状である。
【０００５】
しかし、ＳＬＡＭアルゴリズムを用いて移動体の位置と周囲環境を認識する従来技術はフォマールな環境に限られているため、インフォーマルな環境に適用する場合、その範囲が広く、膨大であり、多くの探索時間がかかるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】大韓民国公開特許 第２０１０-０００５４８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、地図を作成しようとする探索範囲を自律走行する各ロボット間の相対位置を検出し、検出された相対位置に基づいて各ロボット別の探索区域を分割し、各ロボットから地図の生成のために用いられる探索区域に対するローカル情報をそれぞれ獲得した後、これらの情報を融合して環境地図全体を生成するようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一観点によって、各ロボット間の相対距離を測定して前記各ロボット間の相対位置を検出する過程と、検出された相対位置に基づいて各ロボット別の探索区域を分割する過程と、分割された各探索区域情報を対応する前記各ロボットに伝送する過程と、前記各ロボットから地図の生成のために用いられるローカル情報をそれぞれ獲得する過程と、獲得された各ローカル情報を融合して環境地図全体を生成する過程とを含む群集の知能ロボットを用いた地図構築方法を提供する。
【０００９】
本発明は、他の観点によって、各ロボット間の相対位置を検出して共有する相対位置獲得ブロックと、前記検出された相対位置に基づいて各ロボット別の探索区域を分割する探索区域分割ブロックと、前記各ロボットから地図の生成のために用いられるローカル情報をそれぞれ獲得するローカル情報収集ブロックと、獲得された各ローカル情報を融合して環境地図全体を生成する統合環境地図生成ブロックとを含む群集の知能ロボットを用いた地図構築装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、地図を作成しようとする探索範囲を自律走行する各ロボット間の相対位置を検出し、検出された相対位置に基づいて各ロボット別の探索区域を分割し、各ロボットから地図の生成のために用いられる探索区域に対するローカル情報をそれぞれ獲得した後、これらの情報を融合して環境地図全体を生成するようにすることによって、インフォーマルな環境で地図の作成のための探索範囲を縮小して探索時間が過度にかかるのを効果的に抑制でき、選択的なマッチングを通じて各ロボットから獲得したローカル情報の併合時間を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によって探索範囲を多数の各ロボット別の探索区間に分割した後、各ロボットから獲得されるローカル情報を用いて環境地図全体を生成する例を説明する概念図である。
【図２】本発明による群集の知能ロボットを用いた地図構築装置のブロック構成図である。
【図３】本発明によって探索範囲を各ロボット別の探索区間に分割して割り当てる例を説明する探索区域の分割例示図である。
【図４】本発明によって群集の知能ロボットを用いて地図を構築する主要過程を示す順序図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の技術の要旨は、フォーマルな環境でＳＬＡＭアルゴリズムを用いて移動体の位置と周囲環境を認識する前述した従来技術とは異なり、地図を作成しようとする探索範囲（探索領域）を自律走行する各ロボット間の相対位置を検出し、検出された相対位置に基づいて各ロボット別の探索区域を分割し、各ロボットから地図（マップ）の生成のために用いられる探索区域に対するローカル情報をそれぞれ獲得した後、これらの情報を融合して環境地図全体を生成することにあり、本発明はこのような技術的手段を通じて目的とするところを実現することによって、従来方式の問題を効果的に改善できる。
【００１３】
ここで、分割された各探索区域のローカル情報を併合して環境地図全体を作成することは、例えば、ＳＬＡＭアルゴリズムを用いて実行され得る。
【００１４】
なお、下記の本発明を説明するにおいて公知の機能又は構成などに関する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にするおそれがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義されたものであって、これはユーザ、運用者などの意図又は慣例などによって変わり得るのはもちろんである。従って、その定義は、本明細書の全般にわたって記述される技術思想に基づいてなされるべきである。
【００１５】
以下、添付する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。
【００１６】
図１は、本発明によって探索範囲を多数の各ロボット別の探索区間に分割した後、各ロボットから獲得されるローカル情報を用いて環境地図全体を生成する例を説明する概念図である。
【００１７】
図１を参照すれば、概念図では探索範囲（探索領域）の環境地図全体を作成（生成）する１つのロボット１１１と全体の探索範囲に群集の知能を有する４つのロボット１１２〜１１５が備えられており、ロボット１１１は各ロボット１１２〜１１５間の相対距離を測定して各ロボット間の相対位置を検出し、このように検出された状態位置に基づいて各ロボット別に探索区間を分割する。ここで、各ロボットは探索範囲の走行中に獲得するローカル情報（例えば、超音波、赤外線、レーザ、カメラ、オドメトリ（ｏｄｏｍｅｔｒｙ）など）を無線伝送する無線通信手段が備えられた移動体と定義され得る。そして、超音波、赤外線、レーザ、カメラ、オドメトリなどのセンサ情報は、通称して映像データと定義（表現）され得る。
【００１８】
例えば、ロボット１１２には探索区間１２１が割り当てられ、ロボット１１３には探索区間１２２が割り当てられ、ロボット１１４には探索区間１２３が割り当てられ、ロボット１１５には探索区間１２４が割り当てられることができ、各ロボット１１２〜１１５は自身に割り当てられた探索区間を探索して獲得するローカル情報をロボット１１１に無線伝送するようになる。ここで、各ロボット１１２〜１１５が獲得してロボット１１１に無線伝送するローカル情報は、例えば、超音波情報、赤外線情報、レーザ情報、カメラ情報、オドメトリなどを含むことができる。
【００１９】
このとき、探索範囲の地図の作成に参加するロボットの数は、探索時間が過度にかかるのを防止できるように、探索範囲の広さに比例して増減させることが好ましい。
【００２０】
図２は、本発明による群集の知能ロボットを用いた地図構築装置のブロック構成図であって、インターフェースブロック２０２、相対位置獲得ブロック２０４、探索区域分割ブロック２０６、ローカル情報収集ブロック２０８及び統合環境地図生成ブロック２１０などを含むことができ、統合環境地図生成ブロック２１０は、特徴点抽出ブロック２１０２、併合マッチングブロック２１０４及び地図作成ブロック２１０６などを含むことができる。
【００２１】
図２を参照すれば、相対位置獲得ブロック２０４は、インターフェースブロック２０２を通じて各ロボット１１２〜１１５との無線データの送受信を行ってロボット１１１を基準に各ロボット１１２〜１１５の相対距離を測定し、この測定された相対距離による各ロボット間の相対位置（各ロボット間の相対距離に基づいて生成した相対的な座標値）を検出（認識）して共有する機能を提供できるが、この際に検出される各ロボット間の相対位置情報は探索区域分割ブロック２０６に伝達される。
【００２２】
ここで、各ロボット間の相対距離は、例えば、ネットワーク基盤のＷＰＡＮ又はＷＬＡＮ信号を用いたＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）技法の１つであるＴＷＲ（Ｔｗｏ Ｗａｙ Ｒａｎｇｉｎｇ）技法を用いて測定され得る。
【００２３】
次に、探索区域分割ブロック２０６は、相対位置獲得ブロック２０４から伝達された相対位置に基づいて探索範囲全体を各ロボット別の探索区域に分割、一例として、図３に示すように、探索範囲全体３２０に環境地図全体の作成のための１つのロボット３１１と４つの群集知能ロボット３１２〜３１５が属している場合と仮定するとき、ロボット３１２には探索区域３２１が分割され（割り当てられ）、ロボット３１３には探索区域３２２が分割され（割り当てられ）、ロボット３１４には探索区域３２３が分割され（割り当てられ）、ロボット３１５には探索区域３２４が分割され得る（割り当てられ得る）。
【００２４】
ここで、探索区間は該当ロボットの位置から相対的に近い領域に指定され、隣接する探索区域同士は一定領域だけオーバーラップされるように指定され得るが、これは作成地図の精度を増進させるためである。即ち、図３において、参照符号ＯＬ１はロボット３１２とロボット３１３の探索区間がオーバーラップされる重複領域を、参照符号ＯＬ２はロボット３１３とロボット３１４の探索区間がオーバーラップされる重複領域を、参照符号ＯＬ３はロボット３１４とロボット３１５の探索区間がオーバーラップされる重複領域をそれぞれ示す。
【００２５】
また、探索区域分割ブロック２０６は、各ロボットが自身に割り当てられた探索区域を探索できるように、各ロボットに対してそれぞれ割り当てたそれぞれの探索区域情報をインターフェースブロック２０２を通じて該当する各ロボットに無線伝送でき、各ロボット別の探索区間情報をローカル情報収集ブロック２０８に伝達できる。
【００２６】
そして、ローカル情報収集ブロック２０８は、各ロボット１１２〜１１５から地図の生成のために用いられるローカル情報（例えば、超音波情報、赤外線情報、レーザ情報、カメラ情報、オドメトリなど）をそれぞれ獲得、即ち、各ロボット１１２〜１１５が自身にそれぞれ割り当てられた探索区域での走行を通じて獲得したローカル情報をインターフェースブロック２０２を通じて収集して各ロボット別の区分子情報及び探索区間情報と共に統合環境地図生成ブロック２１０に伝達するなどの機能を提供できる。
【００２７】
次に、統合環境地図生成ブロック２１０は、例えば、ＳＬＡＭアルゴリズムの実行を通じてローカル情報収集ブロック２０８から伝達される各ロボット別のローカル情報を併合して環境地図全体を生成するなどの機能を提供できるものであって、このために特徴点抽出ブロック２１０２、併合マッチングブロック２１０４及び地図作成ブロック２１０６などを含むことができる。
【００２８】
まず、特徴点抽出ブロック２１０２は、例えば分離と結合（ｓｐｌｉｔ ａｎｄ ｍｅｒｇｅ）アルゴリズム及び／又はＳＩＲＦ（Ｓｃａｌｅ Ｉｎｖａｒａｎｔ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）アルゴリズムを利用することによって、各ローカル情報から特徴点（例えば、直線、曲線、特定パターンなど）を抽出する機能を提供できるが、ここで抽出される特徴点は、ランドマーク又は特定パターンに対する特徴点を意味し得る。
【００２９】
次に、併合マッチングブロック２１０４は、ローカル情報が近くのロボットの情報であるかを判断、即ち、各ロボット別の探索区間情報と各ロボット別のローカル情報間のマッチングを通じて、図３に一例として示すように、重複領域ＯＬ１、ＯＬ２、ＯＬ３に該当する映像情報であるかを判断し、重複領域に該当する映像情報であると判断されるとき、該当ロボット間のマッチングを行って互いに一致する部分の特徴点を併合させるなどの機能を提供する。ここで、マッチング作業を通じて互いに一致する部分の特徴点を併合させることは、地図の作成における計算量を低減させるためである。即ち、併合マッチングブロック２１０４は、マッチング作業を通じて同じ情報に対する映像情報の存否を確認した後、同じ情報であるとき、これを１つに併合させ、そうでない場合、併合対象から除外させる。
【００３０】
最後に、地図作成ブロック２１０６は、特徴点抽出ブロック２１０２を通じて抽出された特徴点及び併合マッチングブロック２１０４を通じて併合された特徴点を用いて各ロボットが獲得したローカル情報を融合することで、探索範囲に対する環境地図全体を作成するなどの機能を提供できる。
【００３１】
次に、前述したような構成を有する地図構築装置を通じて群集の知能ロボットを用いて環境地図全体を作成する一連の過程について説明する。
【００３２】
図４は、本発明によって群集の知能ロボットを用いて地図を構築する主要過程を示す順序図である。
【００３３】
図４を参照すれば、相対位置獲得ブロック２０４ではインターフェースブロック２０２を通じて各ロボット１１２〜１１５との無線データの送受信を行ってロボット１１１を基準に各ロボット１１２〜１１５の相対距離を測定し、この測定された相対距離による各ロボット間の相対位置（各ロボット間の相対距離に基づいて生成した相対的な座標値）を検出して探索区間分割ブロック２０６に伝達する（段階４０２）。ここで、各ロボット間の相対距離は、例えばネットワーク基盤のＷＰＡＮ又はＷＬＡＮ信号を用いたＲＴＴ技法の１つであるＴＷＲ技法を用いて測定され得る。
【００３４】
これに応答して、探索区域分割ブロック２０６では検出された各ロボット間の相対位置に基づいて探索範囲全体を各ロボット別の探索区域に分割する（段階４０４）。一例として、図３に示すように、全体の探索範囲３２０に環境地図全体の作成のための１つのロボット３１１と４つの群集知能ロボット３１２〜３１５が属している場合と仮定するとき、ロボット３１２には探索区域３２１を分割し（割り当て）、ロボット３１３には探索区域３２２を分割し（割り当て）、ロボット３１４には探索区域３２３を分割し（割り当て）、ロボット３１５には探索区域３２４を分割（割り当て）できる。ここで、探索区間は該当ロボットの位置から相対的に近い領域に指定され、隣接する探索区域同士は一定領域だけオーバーラップされるように指定され得る。
【００３５】
次に、探索区域分割ブロック２０６では各ロボットに対してそれぞれ割り当てたそれぞれの探索区域情報をインターフェースブロック２０２を通じて該当する各ロボットに無線伝送し（段階４０６）、その結果、各ロボットは自身に割り当てられた探索区間を走行しながら、ローカル情報を収集するようになる。
【００３６】
即ち、探索範囲にある各ロボットは自身に割り当てられた探索区間を走行しながら、ローカル情報（例えば、超音波情報、赤外線情報、レーザ情報、カメラ情報、オドメトリなど）を収集し、この収集されたローカル情報を環境地図全体を作成するロボットに無線伝送するが、このような各ロボット別のローカル情報はインターフェースブロック２０２を通じてローカル情報収集ブロック２０８に受信（ローカル情報の獲得）される（段階４０８）。
【００３７】
そして、ローカル情報収集ブロック２０８では各ロボットから獲得したローカル情報を各ロボット別の区分子情報及び探索区間情報と共に統合環境地図生成ブロック２１０に伝達するが、まず特徴点抽出ブロック２１０２では各ローカル情報から特徴点（例えば、直線、曲線、特定パターンなど）を抽出するが（段階４１０）、このような特徴点の抽出は、例えば、分離と結合アルゴリズム及び／又はＳＩＲＦアルゴリズムを用いて実行され得る。
【００３８】
次に、併合マッチングブロック２１０４ではローカル情報が近くのロボットの情報であるかを判断、即ち、各ロボット別の探索区間情報と各ロボット別のローカル情報間のマッチングを通じて、図３に一例として示すように、重複領域ＯＬ１、ＯＬ２、ＯＬ３に該当する映像情報であるかを判断するが（段階４１２）、ここでの判断結果、ローカル情報が近くのロボットの情報（重複領域の映像情報）でないと判断されれば、該当情報を併合対象から除外させる（段階４１４）。
【００３９】
前記段階（４１２）での判断結果、ローカル情報が近くのロボットの情報（重複領域の映像情報）であると判断されれば、併合マッチングブロック２１０４では該当ロボット間のローカル情報マッチングを行って互いに一致する部分の特徴点を併合させる併合マッチングを行う（段階４１６）。即ち、併合マッチングブロック２１０４は、マッチング作業を通じて同じ情報に対する映像情報の存否を確認した後、同じ情報であるとき、これを１つに併合させ、そうでない場合、併合対象から除外させる。
【００４０】
次に、地図作成ブロック２１０６では抽出された特徴点及び併合された特徴点を用いて各ロボットが獲得したローカル情報を融合することで、探索範囲に対する環境地図全体を作成する（段階４１８）。
【００４１】
以上の説明では、本発明の好適な実施形態を提示して説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であることが容易に分かる。
【符号の説明】
【００４２】
２０２    インターフェースブロック
２０４    相対位置獲得ブロック
２０６    探索区間分割ブロック
２０８    ローカル情報収集ブロック
２１０    統合環境地図生成ブロック
２１０２    特徴点抽出ブロック
２１０４    併合マッチングブロック
２１０６    地図作成ブロック
【図１】
2013109325.tif 000003
【図２】
2013109325.tif 000004
【図３】
2013109325.tif 000005
【図４】
2013109325.tif 000006