(57)【要約】本発明は、複数の移動体の移動を、膨大な演算を行うことなく円滑に制御することのできる、移動体移動制御システムを実現するものである。部屋等の空間２０１の床部分には複数の自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎが移動自在に走行しており、天井部分には複数台のテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍが取り付けられている。空間には可動物体としての机２０７や椅子２１８も配置されている。環境側コンピュータ２０５は各テレビカメラ２０３の画像を処理して各自律型ロボット２０２等に取り付けられたロボット識別マーク２１２や物体識別マーク２１３を識別してこれらを特定すると共に位置を把握する。そして各自律型ロボットの走行経路を設定し、所定単位ずつ走行しては経路を再設定するといった制御を繰り返すことで衝突やデッドロックを回避する。またスムーズな走行を確保するために各種の通行規制も行う。
2002023297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の移動体の移動する空間の一部または全部をそれぞれカバーし、この空間内を自力で移動する移動体および通路上に存在するその他の物体を撮像する１または複数の撮像カメラを有する環境側撮像手段と、
この環境側撮像手段の撮像した画像データからそれぞれの移動体および通路上に存在するその他の物体を特定する対象特定手段と、
前記環境側撮像手段の撮像した画像データから移動体および通路上に存在するその他の物体の位置を特定する位置特定手段と、
前記対象特定手段の特定した移動体ごとに位置特定手段によって特定された現在位置からこれらのゴールとなるそれぞれの位置までの走行のための経路を設定する経路設定手段と、
この経路設定手段によって設定されたそれぞれの移動体ごとの経路に沿って移動体を他の移動体および通路上に存在するその他の物体に衝突しない移動経路で現在位置から所定単位ずつゴールに向かう走行制御を行わせる移動体別走行制御手段と、
前記複数の移動体がそれぞれのゴールに到達するまでは移動体ごとに前記現在位置からゴールとなる位置までの走行のための経路を前記経路設定手段によって再度設定して前記移動体別走行制御手段によってゴールに向かう走行制御を繰り返させる走行制御手段
とを具備することを特徴とする移動体移動制御システム。
【請求項２】
複数の移動体の移動する空間の一部または全部をそれぞれカバーし、この空間内を自力で移動する移動体および他から加えられた力で移動が可能な可動物体のうちの必要なものに予め取り付けられたマークを撮像する１または複数の撮像カメラを有する環境側撮像手段と、
この環境側撮像手段の撮像したマークごとの固有のパターンからそれぞれの移動体および可動物体を特定する対象特定手段と、
前記環境側撮像手段の撮像したマークの位置から前記空間内におけるマークの取り付けられた移動体および可動物体の位置を特定する位置特定手段と、
前記対象特定手段の特定した移動体ごとに位置特定手段によって特定された現在位置からこれらのゴールとなるそれぞれの位置までの走行のための経路を設定する経路設定手段と、
この経路設定手段によって設定されたそれぞれの移動体ごとの経路に沿って移動体を他の移動体等の障害物に衝突しない移動範囲で現在位置から所定単位ずつゴールに向かう走行制御を行わせる移動体別走行制御手段と、
前記複数の移動体がそれぞれのゴールに到達するまでは移動体ごとに前記現在位置からゴールとなる位置までの走行のための経路を前記経路設定手段によって再度設定して前記移動体別走行制御手段によってゴールに向かう走行制御を繰り返させる走行制御手段
とを具備することを特徴とする移動体移動制御システム。
【請求項３】
前記経路設定手段は、複数の移動体の経路が交差あるいは近接して平行する可能性のある予め定めた箇所にこれらの移動体が衝突しないで走行するための走行順序を規制したりあるいは走行方向を互いに規制する規制通路を配置することを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項４】
前記経路設定手段は、複数の移動体の経路が交差あるいは近接して平行する可能性のある予め定めた箇所の近傍でこれらの移動体の経路となっていない場所に、衝突の可能性のある移動体の少なくとも一つを他の移動体との衝突の回避のために一時的に退避させるように経路設定を行う一時退避点設定手段を具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項５】
前記経路設定手段は、複数の移動体が同時に走行することのできる空間を複数に分割して分割された小領域を連結する箇所に一方の小領域から他方の小領域に移動する移動体をチェックする関所を配置しており、前記移動体別走行制御手段はこの関所を該当の移動体が通過するまでは通過後の小領域の前記障害物を考慮せずに走行制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項６】
前記マークは赤外光を発しており、前記環境側撮像手段は赤外光に感応することを特徴とする請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項７】
前記規制通路は、複数の移動体の移動経路を共通と見なせる領域の範囲でこれらの移動体を少なくとも互いに接触しない所定の間隔を置いて予め定められた共通の方向に等速度で移動させるようにした通路であることを特徴とする請求項３記載の移動体移動制御システム。
【請求項８】
複数の移動体の移動経路の交差点まで移動してきた各移動体をそれぞれ所望の移動方向に切り替える移動体回転手段を具備することを特徴とする請求項３記載の移動体移動制御システム。
【請求項９】
移動体の移動する空間を配置空間に写像し、その上で配置空間を所定単位のセルの集まりとし、前記経路設定手段はセルを単位として経路の設定を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項１０】
前記移動体は周囲の障害物を検知するための搭載型センサと、その搭載型センサが前記経路設定手段によって設定された経路に回避可能な障害物を検知したとき障害物を回避するための修正経路を独自に設定する修正経路設定手段を更に具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項１１】
前記修正経路設定手段が修正経路を設定したときその経路の修正結果を経路設定手段に通知することを特徴とする請求項１０記載の移動体移動制御システム。
【請求項１２】
前記経路設定手段が特定の移動体についてそのゴールまでの経路を設定不可能であるとき他の移動体およびその他の物体を順に消去して経路を設定可能であるかの判別を行うことで移動に障害となる障害物を特定する障害物特定手段を具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項１３】
前記障害物特定手段で特定した障害物が少なくとも一定時間以上移動不能であるときその除去を指示する特定障害物除去指示手段を具備することを特徴とする請求項１２記載の移動体移動制御システム。
【請求項１４】
前記環境側撮像手段の一部または全部はそれぞれのマークの３次元な位置を計測可能な画像データを出力するステレオ撮像手段であることを特徴とする請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項１５】
複数の移動体の経路上に互いに他の移動体が存在することでこれらの移動体が相互に移動不可能なデッドロックの状態になることの検出を、経路上の互いの移動体を消去することで移動が可能であるか否かによって行うデッドロック検出手段を具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項１６】
前記環境側撮像手段は前記マークを構成するパターンの方向性によって移動体の回転角を検出することを特徴とする請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項１７】
前記移動体別走行制御手段は、前記位置特定手段で特定した各物体の位置に基づいてそれぞれの移動体の移動を制御するコマンドを逐次発行し移動体がこれら受信したコマンドを用いて自身の移動の制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システム。
【請求項１８】
特定の移動体の移動する空間の一部または全部をカバーし、この空間内を自力で移動する移動体および通路上に存在するその他の物体を撮像する１または複数の撮像カメラを有する環境側撮像手段と、
この環境側撮像手段の撮像した画像データから前記特定の移動体および通路上に存在するその他の物体を特定する対象特定手段と、
前記環境側撮像手段の撮像した画像データから前記特定の移動体および通路上に存在するその他の物体の位置を特定する位置特定手段と、
前記特定の移動体が前記空間内で移動可能な経路を設定する経路設定手段と、
この経路設定手段で設定された経路上における前記特定の移動体が次々と移動する移動先のそれぞれについて、移動に関する指示を与える移動指示手段と、
前記特定の移動体が移動するとき前記位置特定手段によって特定される移動の途中あるいは移動後の位置を移動指示手段の指示内容にフィードバックするフィードバック制御手段
とを具備することを特徴とする移動体移動制御システム。
【請求項１９】
前記移動体は、複数の移動体を有するグループを含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の移動体移動制御システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はロボット等の移動体が所望の地点に移動するための移動体移動制御システムに係わり、特に複数の移動体がそれぞれ所望の地点に円滑に移動することを可能にする移動体移動制御システムに関する。
背景技術
室内等の所定の空間内を自律的に移動するロボット等の移動体が各種提案されている。これらの中で比較的安定した技術成果として商品化された移動体にヘルプメイト（Ｈｅｌｐｍａｔｅ）と呼ばれるものが存在している。ヘルプメイトは車輪を備えこれを用いて走行する移動ロボットであり、内部に空間内の障害物等の所在を示す電子地図を所持している。また、ロボットの進行に際しての障害を検知するロボット搭載型のセンサを備えており、障害物を検知してこれを避けながら目的地（ゴール）に到達することができる。
このような移動体は、電子地図やセンサによって障害物を検知し、これを避けるようなルートを設定してゴールまで移動するようになっている。また、人間がその移動体の直前を横切るような場合における衝突を回避するために、センサがこのようなルート上の障害物を検知すると反射的にその移動を停止するようになっている。そして、所定時間経過後にこのセンサが障害物が無くなったことを検知すると、その時点で移動を再開するようになっている。
ところで、ロボットが進化して工業用のロボットのように定位置で決まった作業を行うものと共に室内等の所定の空間を動き回り掃除をしたり書類を運んだり、あるいは病人の介護を行ったりするというようなものも各種提案されている。後者の提案が具体化していくと、１つの空間内に複数の自力で走行する移動体（以下、単に自律型ロボットという。）が共存する関係が発生し得ることになる。たとえばある空間で、掃除をしている自律型ロボットの近傍を病人に食事を運ぶ他の自律型ロボットがすれ違うといった場合がその一例である。このような場合に自律型ロボット同士の移動時に衝突を避けようとすると一方または双方の自律型ロボットが走行を停止してしまうといった現象が発生することがある。
図２９は、このような現象を説明するためのものである。第１の自律型ロボット１０１が実線で示したルート１０２で所定の空間内を走行する計画を持っているものとし、第２の自律型ロボット１０３は破線で示した他のルート１０４で同一の空間内を走行する計画を持っているものとする。両ルート１０２、１０４がたとえば第１の地点１０５と第２の地点１０６で交差していたものとする。このような場合でたとえば第１の自律型ロボット１０１が先行して地点１０５に到達したとする。この時点で第２の自律型ロボット１０３が走行を開始しようとしたとすると、ルート１０４をふさぐ形で障害物が存在すると認識する。
このため、出発点にいる第２の自律型ロボット１０３はそのルート１０４で走行しようとしている限り出発点から出発することができない。第１の自律型ロボット１０１というような移動中の物体が第１の地点１０５にたまたま存在しているのか、あるいはこの位置に障害物が永続的に存在しているのかといった判別は、第２の自律型ロボット１０３の側から行うことができないからである。第２の地点１０６についても同様な問題が生じる。すなわち第２の地点１０６に第１または第２の自律型ロボット１０１、１０３のいずれかが先に到達すると、他方の自律型ロボットは、いずれかの自律型ロボット１０１、１０３がその通路を阻止している限り移動を開始することができず、停止状態となる。
すなわち、人間や他の動物であれば相手の自律型ロボットの移動状態を予測して、相手が自分の走行するルート１０２、１０４上に存在する場合である場合には第１あるいは第２の地点１０５、１０６の近傍まで進行して障害状態が解かれるのを待機する。このような動作を行っている途中で、障害状態を引き起こしたその自律型ロボットが自分の走行するルート１０２、１０４から外れることになれば、何ら途中で走行を停止させる必要がなく、効率的な移動が可能である。ところが、自律型ロボット１０１、１０３がこのような予測を行うことは困難である。したがって、一度設定した走行経路としてのルート１０２、１０４上に他の障害物が存在するというような事態が発生すると、その障害物を取り除いたり、その障害物が自律的に他の場所に移動しない限り、移動自体を全く行えない状態となる。
以上、２つの自律型ロボット１０１、１０３が同一空間内に存在し２つの地点１０５、１０６でルート１０２、１０４が交差する場合を説明したが、実際には掃除ロボットのように１つの空間内で複雑なルートを採る場合がある。このような場合には他の自律型ロボットとの間で、実に多くの交差箇所が発生するおそれがある。また、自律型ロボットの数が多くなれば、これらのルートが交差する機会も当然増加する。そしてこれらの交差箇所で各自律型ロボットの１つでも動作を停止させる状態を発生させると、この自律型ロボットが停止状態を解かれない限り、この自律型ロボットのルートと交差する他の自律型ロボットも移動を行うことができなくなる。比較的密集した空間内にこのように動作を停止させられた自律型ロボットが複数台発生すると、これを引き金により多くの自律型ロボットが静止状態を強いられることになる。
もちろん、個々の自律型ロボットがそれらのルート上に存在する物体を前記したように定位置に固定された障害物なのか移動する可能性のある障害物であるかを判別すると共に、それらの過去の移動状態を把握して将来の進路を予測することは全く不可能なことではない。しかしながらこれらの判断を比較的広い空間内で不特定数の数の自律型ロボットに対して行うことは、必要とする膨大な演算量に対する個々の自律型ロボットの演算処理速度の関係から現実には不可能である。すなわち、個々の自律型ロボットが他のロボットあるいは障害物を特定し、必要な場合にはその動きを追跡するには自律型ロボット側での高度の画像認識技術と予測制御が必要となる。更に、図２９では２つの自律型ロボットの一方のみが一時的に停止する場合を示したが、双方が同時にこの状態になると停止状態を解除できなくなる。
図３０は双方の自律型ロボットが身動きができなくなるデッドロックという現象が生じる場合の例を示したものである。障害物１１１、１１２のある空間で第１の自律型ロボット１１３がこれらを避けるルートでそのゴール１１４に向かって進行するものとし、同様に第２の自律型ロボット１１５が同様に障害物１１１、１１２を避ける形でそのゴール１１６に向かって進行するものとする。両自律型ロボット１１３、１１５が自分のルート上で他方を認識して衝突を回避するために図のような位置で停止したとする。この際は、時間が経過しても両自律型ロボット１１３、１１５の位置関係が固定されたままになるので、デッドロックは解除されない。このように恒久的な停止状態としてのデッドロックという問題は、複数台の自律型ロボットが存在する状況で発生する。
従来から１つの自律型ロボットが１つの空間内を移動することに関する移動制御技術について各種の提案がされているものの、デッドロックの発生という事態を回避するために、複数の自律型ロボットあるいは移動体が混在して移動する移動制御技術についての実用的な提案は全く行われておらず、未解決の領域となっている。しかしながら、既に説明したように自律型ロボットの活躍の場が各種広がりを見せている現状で、複数の自律型ロボットあるいは移動体が同一空間内に共存し、かつこれらが円滑に移動できる環境が実現されることは必須の課題である。
そこで本発明の目的は、複数の移動体の移動を、これらの移動制御に障害となる膨大な演算を行うことなく円滑に制御することのできる移動体移動制御システムを提供することにある。
発明の開示
請求項１記載の発明では、（イ）複数の移動体の移動する空間の一部または全部をそれぞれカバーし、この空間内を自力で移動する移動体および通路上に存在するその他の物体を撮像する１または複数の撮像カメラからなる環境側撮像手段と、（ロ）この環境側撮像手段の撮像した画像データからそれぞれの移動体および通路上に存在するその他の物体を特定する対象特定手段と、（ハ）環境側撮像手段の撮像した画像データから移動体および通路上に存在するその他の物体の位置を特定する位置特定手段と、（ニ）対象特定手段の特定した移動体ごとに位置特定手段によって特定された現在位置からこれらのゴールとなるそれぞれの位置までの走行のための経路を設定する経路設定手段と、（ホ）この経路設定手段によって設定されたそれぞれの移動体ごとの経路に沿って移動体を他の移動体および通路上に存在するその他の物体に衝突しない移動経路で現在位置から所定単位ずつゴールに向かう走行制御を行わせる移動体別走行制御手段と、（ヘ）複数の移動体がそれぞれのゴールに到達するまでは移動体ごとに現在位置からゴールとなる位置までの走行のための経路を経路設定手段によって再度設定して移動体別走行制御手段によってゴールに向かう走行制御を繰り返させる走行制御手段とを移動体移動制御システムに具備させる。
すなわち請求項１記載の発明では、複数の移動体の移動する空間の一部または全部をそれぞれカバーして撮像する１または複数の撮像カメラを用意して、環境側撮像手段の撮像した画像データからそれぞれの移動体および通路上に存在するその他の物体を対象特定手段によって特定し、環境側撮像手段の撮像した画像データから移動体および通路上に存在するその他の物体の位置を特定するようにしている。そして、対象特定手段の特定した移動体ごとに位置特定手段によって特定された現在位置からこれらのゴールとなるそれぞれの位置までの走行のための経路を経路設定手段によって設定する。そして設定した経路にそって移動体別走行制御手段によって移動体を現在位置から所定単位ずつゴールに向かう走行制御を行わせる。ここで所定単位ずつとは所定時間単位で走行制御を行ってもよいし、所定量ずつ走行制御を行ってもよいという意味である。走行制御手段は複数の移動体がそれぞれのゴールに到達するまでは移動体ごとに現在位置からゴールとなる位置までの走行のための経路を経路設定手段によって再度設定して移動体別走行制御手段によってゴールに向かう走行制御を繰り返させる。これにより、それぞれの移動体は一時的に他の移動体の移動によって停止することはあっても、特別の場合を除きそれぞれのゴールに有限の時間で到達することができる。
請求項２記載の発明では、（イ）複数の移動体の移動する空間の一部または全部をそれぞれカバーし、この空間内を自力で移動する移動体および他から加えられた力で移動が可能な可動物体のうちの必要なものに予め取り付けられたマークを撮像する１または複数の撮像カメラからなる環境側撮像手段と、（ロ）この環境側撮像手段の撮像したマークごとの固有のパターンからそれぞれの移動体および可動物体を特定する対象特定手段と、（ハ）環境側撮像手段の撮像したマークの位置から空間内におけるマークの取り付けられた移動体および可動物体の位置を特定する位置特定手段と、（ニ）対象特定手段の特定した移動体ごとに位置特定手段によって特定された現在位置からこれらのゴールとなるそれぞれの位置までの走行のための経路を設定する経路設定手段と、（ホ）この経路設定手段によって設定されたそれぞれの移動体ごとの経路に沿って移動体を他の移動体等の障害物に衝突しない移動範囲で現在位置から所定単位ずつゴールに向かう走行制御を行わせる移動体別走行制御手段と、（ヘ）複数の移動体がそれぞれのゴールに到達するまでは移動体ごとに現在位置からゴールとなる位置までの走行のための経路を経路設定手段によって再度設定して移動体別走行制御手段によってゴールに向かう走行制御を繰り返させる走行制御手段とを移動体移動制御システムに具備させる。
すなわち請求項２記載の発明では、複数の移動体の移動する空間の一部または全部をそれぞれカバーしてこの空間内を自力で移動する移動体および他から加えられた力で移動が可能な可動物体のうちの必要なものに予め取り付けられたマークを撮像する１または複数の撮像カメラを用意して、環境側撮像手段の撮像したマークごとの固有のパターンからそれぞれの移動体および可動物体を対象特定手段によって特定し、環境側撮像手段の撮像したマークの位置から空間内におけるマークの取り付けられた移動体および可動物体の位置を位置特定手段によって特定するようにしている。そして、対象特定手段の特定した移動体ごとに位置特定手段によって特定された現在位置からこれらのゴールとなるそれぞれの位置までの走行のための経路を経路設定手段によって設定する。そして設定した経路にそって移動体別走行制御手段によって移動体を現在位置から所定単位ずつゴールに向かう走行制御を行わせる。ここで所定単位ずつとは所定時間単位で走行制御を行ってもよいし、所定量ずつ走行制御を行ってもよいという意味である。走行制御手段は複数の移動体がそれぞれのゴールに到達するまでは移動体ごとに現在位置からゴールとなる位置までの走行のための経路を経路設定手段によって再度設定して移動体別走行制御手段によってゴールに向かう走行制御を繰り返させる。これにより、それぞれの移動体は一時的に他の移動体の移動によって停止することはあっても、特別の場合を除きそれぞれのゴールに有限の時間で到達することができる。
請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、経路設定手段は、複数の移動体の経路が交差あるいは近接して平行する可能性のある予め定めた箇所にこれらの移動体が衝突しないで走行するための走行順序を規制したりあるいは走行方向を互いに規制する規制通路を配置することを特徴としている。
すなわち請求項３記載の発明では、経路設定手段は、複数の移動体の経路が交差あるいは近接して平行する可能性のある予め定めた箇所にこれらの移動体が衝突しないで走行するための走行順序を規制したりあるいは走行方向を互いに規制する規制通路を配置することにしている。これにより、移動体同士が衝突することなく交通規制された状態でそれぞれの経路を移動することが可能になる。
請求項４記載の発明では、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、経路設定手段は、複数の移動体の経路が交差あるいは近接して平行する可能性のある予め定めた箇所の近傍でこれらの移動体の経路となっていない場所に、衝突の可能性のある移動体の少なくとも一つを他の移動体との衝突の回避のために一時的に退避させるように経路設定を行う一時退避点設定手段を具備することを特徴としている。
すなわち請求項４記載の発明では、経路設定手段は、移動体同士で衝突が発生する可能性のある経路が設定される可能性があるときに、衝突の可能性のある移動体の少なくとも一つを他の移動体との衝突の回避のために一時的に退避させるように一時退避点を一時退避点設定手段によって設定することで衝突の回避を図っている。
請求項５記載の発明では、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、経路設定手段は、複数の移動体が同時に走行することのできる空間を複数に分割して分割された小領域を連結する箇所に一方の小領域から他方の小領域に移動する移動体をチェックする関所を配置しており、移動体別走行制御手段はこの関所を該当の移動体が通過するまでは通過後の小領域の障害物を考慮せずに走行制御を行うことを特徴としている。
すなわち請求項５記載の発明では、経路設定手段は、複数の移動体が同時に走行することのできる空間を複数に分割して分割された小領域を連結する箇所に一方の小領域から他方の小領域に移動する移動体をチェックする関所を配置することで、この関所を通過する前は関所を通過した後に生じるであろう走行制御のことを配慮することなく走行制御ができるようにしており、少なくとも関所までの走行制御の円滑化を図っている。
請求項６記載の発明では、請求項２記載の移動体移動制御システムで、マークは赤外光を発しており、環境側撮像手段は赤外光に感応することを特徴としている。
すなわち請求項６記載の発明では、マークが赤外光を発するもので、環境側撮像手段はこれに感応する手段であることを特徴としている。これにより、人間に目障りにならないマークを使用して移動体の移動を制御することができる。
請求項７記載の発明では、請求項３記載の移動体移動制御システムで、規制通路は、複数の移動体の移動経路を共通と見なせる領域の範囲でこれらの移動体を少なくとも互いに接触しない所定の間隔を置いて予め定められた共通の方向に等速度で移動させるようにした通路であることを特徴としている。
すなわち請求項７記載の発明では、請求項３で説明した規制通路の１つの態様を扱っている。この規制通路は、複数の移動体を互いに接触しない所定の間隔を置いて予め定められた共通の方向に等速度で移動させるようにした通路となっている。これにより、エスカレータに乗った場合のようにそれぞれの移動体を共に停止させることなく移動させることができる。
請求項８記載の発明では、請求項３記載の移動体移動制御システムで、複数の移動体の移動経路の交差点まで移動してきた各移動体をそれぞれ所望の移動方向に切り替える移動体回転手段を具備することを特徴としている。
すなわち請求項８記載の発明では、請求項３で説明した規制通路の他の態様を扱っている。この規制通路は、複数の移動体に共通の交差点を設け、ここまで移動してきた各移動体をそれぞれ所望の移動方向に移動できるように移動方向を切り替えることにしている。交差点がリング状の通路とこれに接続された放射状の複数の通路によって構成されていれば、複数の移動体が交差点を利用する場合にもこれらの移動体を効率よくリング状の通路を移動させて放射状の複数の通路の中の１つを使用して所望の方向に送り出すことができる。
請求項９記載の発明では、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、移動体の移動する空間を配置空間に写像すなわちマッピングし、その上で配置空間を所定単位のセルの集まりとし、経路設定手段はセルを単位として経路の設定を行うことを特徴としている。
すなわち請求項９記載の発明では、移動体の経路をセル単位で設定することで経路の計画を容易にしている。もちろん、セル単位で初期的に設定した経路が滑らかな曲線あるいは直線を構成していないときには、これを滑らかな経路に修正することは可能である。
請求項１０記載の発明では、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、移動体は周囲の障害物を検知するための搭載型センサと、その搭載型センサが経路設定手段によって設定された経路に回避可能な障害物を検知したとき障害物を回避するための修正経路を独自に設定する修正経路設定手段を更に具備することを特徴としている。
すなわち請求項１０記載の発明では、移動体自身がは周囲の障害物を検知するための搭載型センサを有しており、環境側撮像手段が撮像して設定した経路を運行しているときにこの経路上で存在しないはずの障害物が存在したような場合にはこれを最小限避けるための修正経路を独自に設定することができるようにしている。設定した経路に突如として人間が現われたような場合にも、修正経路設定手段による修正経路の設定によって衝突の回避が可能になる。
請求項１１記載の発明では、請求項１０記載の移動体移動制御システムで、修正経路設定手段が修正経路を設定したときその経路の修正結果を経路設定手段に通知することを特徴としている。
すなわち請求項１１記載の発明では、移動体側の修正経路設定手段が修正経路を設定したとき経路の修正結果を経路設定手段に通知させることで、その移動体の今後の経路を作成するときの参考にさせるだけでなく、この修正経路を用いた走行時の他の移動体の走行経路の設定の参考にさせることができる。
請求項１２記載の発明では、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、経路設定手段が特定の移動体についてそのゴールまでの経路を設定不可能であるとき他の移動体およびその他の物体を順に消去して経路を設定可能であるかの判別を行うことで移動に障害となる障害物を特定する障害物特定手段を具備することを特徴としている。
すなわち請求項１２記載の発明では、経路設定手段が特定の移動体についてそのゴールまでの経路を設定不可能であるとき他の移動体およびその他の物体を順に消去して経路を設定可能であるかの判別を行うことで移動に障害となる障害物を特定するようにしている。
請求項１３記載の発明では、請求項１２記載の移動体移動制御システムで、障害物特定手段で特定した障害物が少なくとも一定時間以上移動不能であるときその除去を指示する特定障害物除去指示手段を具備することを特徴としている。
すなわち請求項１３記載の発明では、他の移動体が一時的に経路上に存在しても、やがてこれは移動していくものであるので、少なくとも一定時間以上移動不能であるような障害物が存在する場合に初めてその除去を特定障害物除去指示手段で指示させるようにしている。
請求項１４記載の発明では、請求項２記載の移動体移動制御システムで、環境側撮像手段の一部または全部はそれぞれのマークの３次元な位置を計測可能な画像データを出力するステレオ撮像手段であることを特徴としている。
すなわち請求項１４記載の発明では、環境側撮像手段の一部または全部がステレオ撮像手段であれば、それぞれのマークの３次元的な位置の把握が可能になることを示している。
請求項１５記載の発明では、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、複数の移動体の経路上に互いに他の移動体が存在することでこれらの移動体が相互に移動不可能なデッドロックの状態になることの検出を、経路上の互いの移動体を消去することで移動が可能であるか否かによって行うデッドロック検出手段を具備することを特徴としている。
すなわち請求項１５記載の発明では、デッドロック検出手段が、経路上の互いの移動体を消去することで移動が可能であるか否かによって検出を行うことを示している。
請求項１６記載の発明では、請求項２記載の移動体移動制御システムで、環境側撮像手段は記マークを構成するパターンの方向性によって移動体の回転角を検出することを特徴としている。
すなわち請求項１６記載の発明では、環境側撮像手段はマークの位置だけでなく移動体の回転角度を検出可能なことを示している。
請求項１７記載の発明では、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、移動体別走行制御手段は、位置特定手段で特定した各物体の位置に基づいてそれぞれの移動体の移動を制御するコマンドを逐次発行し移動体がこれら受信したコマンドを用いて自身の移動の制御を行うことを特徴としている。
すなわち請求項１７記載の発明では、移動体別走行制御手段が環境側としての位置特定手段で特定した各物体の位置に基づいてそれぞれの移動体の移動を制御するコマンドを逐次発行することにしたので、各移動体はこれらのコマンドを受信して自分の駆動機構を使用して移動のための制御を行うことができ、移動のための複雑な制御から開放される。
請求項１８記載の発明では、（イ）特定の移動体の移動する空間の一部または全部をカバーし、この空間内を自力で移動する移動体および通路上に存在するその他の物体を撮像する１または複数の撮像カメラからなる環境側撮像手段と、（ロ）この環境側撮像手段の撮像した画像データから特定の移動体および通路上に存在するその他の物体を特定する対象特定手段と、（ハ）環境側撮像手段の撮像した画像データから前記した特定の移動体および通路上に存在するその他の物体の位置を特定する位置特定手段と、（ニ）前記した特定の移動体が空間内で移動可能な経路を設定する経路設定手段と、（ホ）この経路設定手段で設定された経路上における前記した特定の移動体が次々と移動する移動先のそれぞれについて、移動に関する指示を与える移動指示手段と、（ヘ）前記した特定の移動体が移動するとき位置特定手段によって特定される移動の途中あるいは移動後の位置を移動指示手段の指示内容にフィードバックするフィードバック制御手段とを移動体移動制御システムに具備させる。
すなわち請求項１８記載の発明では、経路設定手段によって特定の移動体が空間内で移動可能な経路を設定し、この経路に沿って移動指示手段により、特定の移動体が次々と移動する移動先のそれぞれについて移動に関する指示を与えるようにしている。このとき、環境側に存在する環境側撮像手段、対象特定手段および位置特定手段を用いることで、その特定の移動体の移動の途中あるいは移動後の位置を把握できるので、フィードバック制御手段が移動の途中あるいは移動後の位置を移動指示手段の指示内容にフィードバックすることができる。したがって、移動体自体が自分の側の撮像手段によって撮像しながら経路設定手段の設定した経路を移動する場合と比べてより正確な移動を簡単に実現することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例における移動体移動制御システムの概要を示したものである。部屋の内部等の所定の空間２０１内には複数の自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎが移動自在に配置されている。この図ではこのうちの第１および第Ｎの自律型ロボット２０２１、２０２Ｎがこの空間２０１内に存在しているが、時間の経過と共に他の自律型ロボットがこの空間２０１内に入ってきたり、反対にこの空間２０１から出て行くこともあり得る。
空間２０１の天井部分には、複数台のテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍが取り付けられている。これらのテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍは共通した画像伝送ケーブル２０４に接続されており、それぞれの画像データは環境側コンピュータ２０５に入力されている。複数台のテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍは、空間２０１内でそれぞれの自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎの移動状態を、互いに一部重複したそれぞれの担当領域内で、画像として捉えるために用意されているものである。したがって、狭い空間や比較的見通しの良い空間ではこれらテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍの数を適宜減少させることができ、極端な場合には１台のテレビカメラを使用することも可能である。ただし、この図では簡略に示しているが、部屋の内部等の所定の空間２０１内には机２０７１〜２０７３や椅子２１８１、２１８２等の各種の障害物が存在する。したがって、各自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎがこれらの影になって認識されないといった事態を回避するためにはテレビカメラ２０３が複数台設置されていることが好ましい。また、場合によっては比較的低い位置にも図示しないテレビカメラ２０３を配置して、死角を避けるようにすることも好ましい。
本実施例の複数台のテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍはそれぞれ赤外透過フィルタ２１１を取り付けており、赤外線を発する画像のみを撮像するようになっている。これに対応させて、複数の自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎ（移動体）および机２０７、椅子２１８（可動物体）等の所定の障害物にはロボット識別マーク２１２あるいは物体識別マーク２１３が取り付けられている。この図では簡略化するためにロボット識別マーク２１２および物体識別マーク２１３を自律型ロボット２０２およびその他の物体２０７、２０８に１つずつ取り付けた例を示しているが、それぞれに複数配置することは自由である。机２０７、椅子２１８に物体識別マーク２１３が取り付けられているのは、これらが可動物体として人為的に空間２０１内を移動する可能性があるので、固定的なマップのみを基にして制御を行うよりも障害物の位置に関して信頼性のある情報を取得できるからである。
ロボット識別マーク２１２および物体識別マーク２１３は、時間的に変化するあるいは時間的に一定した赤外線パターンを発生させる発光ダイオード列照射板あるいは赤外線反射板で構成されている。ここで発光ダイオード列照射板とは後に説明するように赤外線を発する発光ダイオードが複数個所定間隔で一列に配置した板であり、赤外線反射板とはたとえば可視光を吸収して所定のパターンで赤外光を射出する板である。
あるがままの環境中で各種の物体を高精度に認識することは一般に困難である。したがって、信頼性と実時間性を備えた汎用の認識システムの構築は現状では経済的にも不可能である。そこで本実施例ではロボット識別マーク２１２および物体識別マーク２１３という特別のマークを物体に付けることでこれらの認識を容易にすると共に、更に赤外線を使用することでテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍ側における可視光のノイズによる処理の困難性を解消し、画像処理の高速化と信頼性を確保している。また、空間２０１内に人間が居る場合であっても、赤外線を使用することでロボット識別マーク２１２および物体識別マーク２１３を目障りにならないものとすることができる。
環境側コンピュータ２０５は、テレビカメラ２０３１〜２０３Ｍの撮像したロボット識別マーク２１２と物体識別マーク２１３の画像データを処理して、空間２０１内におけるこれらの位置を示す座標（以下、ワールド座標という。）や姿勢を判別する。ここで姿勢の判別とは、たとえば自律型ロボット２０２が平面内でどの方向に向いているかをその回転角度によって判別することをいう。このような２次元平面での姿勢だけでなく、システムの処理が可能であれば、ロボットの腕が傾くといった３次元的な位置を変えるものを姿勢の変化として判別するものであってもよい。
環境側コンピュータ２０５は処理結果を無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）で出力するためのアンテナ２１６を備えている。それぞれの自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎも無線ＬＡＮ用のアンテナ２１７１、……、２１７Ｎを備えており、自分の位置の座標データ等の各種の物体の位置に関する座標データを受信することができるようになっている。このような座標データは、環境側座標で示していてもよいし、個々の自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎ側の座標（以下、ローカル座標という。）に変換した後のデータであってもよい。本実施例では自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎ側が環境側座標を意識せずに簡単に制御を行えるようにするために、環境側コンピュータ２０５がそれぞれの自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎに対してこれらのローカル座標を送出するようにしている。
これら自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎは、同様にそれぞれの本体側に備えた図示しないコンピュータの処理の負荷を軽減するために、アンテナ２１７１、……、２１７Ｎを使用して環境側コンピュータ２０５と通信し、複雑な演算処理を環境側コンピュータ２０５に委託したり、自分以外の自律型ロボット２０２が走行するルートに関する情報等を必要に応じて取得するようになっている。本実施例では環境側コンピュータ２０５として通常のパーソナルコンピュータ（たとえばインテル株式会社のペンティアムＩＩＩの７００Ｍ（メガ）ヘルツのものを使用しており、作業用メモリは１２８Ｍバイトのサイズのもの）を使用している。また、画像処理用には、シャープ株式会社製の画像処理ボード（ＧＰＢ−Ｋ）を使用している。
所定の机２０７２にはユーザインタフェース端末としてのパーソナルコンピュータ２２１が設置されている。このパーソナルコンピュータ２２１も無線ＬＡＮを構成するためのアンテナ２２２を備えている他、所定のケーブル２２３によってインターネットに接続されている。椅子２１８１に座る図示しないユーザは、インターネットのブラウザを介して、この移動体移動制御システムに指示を与え、それぞれの自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎによる各種制御を行わせるようになっている。
図２は、本実施例で使用されるロボット識別マークの原理的な構成を示したものである。ロボット識別マーク２１２は、第１の発光素子２３１を自律型ロボット２０２側のローカル座標の原点として、第１の発光素子２３１から第２の発光素子２３２を結んだ線分２３３をＸ軸とし、第１の発光素子２３１から第３の発光素子２３４を結んだ線分２３５をＹ軸とする。すなわち、両線分２３３、２３５の交点は常に直角となるように第１〜第３の発光素子２３１、２３２、２３４が自律型ロボット２０２の表面の所定の領域に配置されている。そして、Ｘ軸成分２３３の長さＬ１は既知の固定長となっており、Ｙ軸成分２３５の長さＬ２はこれらの発光素子２３１、２３２、２３４の組み合わせに固有の長さとなっている。たとえば、長さＬ１は常に２ｃｍとなっているが、長さＬ２は１ｃｍになったり、２ｃｍになったり、あるいは３ｃｍになるというように異なった長さとなっている。
このため、仮に第１〜第３の発光素子２３１、２３２、２３４の配置された面がＸ，Ｙ軸平面と平行な面を保った状態で物体が移動したとすると、テレビカメラ２０３は長さＬ１とＬ２の比から発光素子２３１、２３２、２３４の配置された面あるいは物体そのものの種類を特定することができる。また、Ｘ軸成分２３３やＹ軸成分２３５で決まる面における回転方向から、基準となるワールド座標系での回転の様子を判別することができる。
また１つの自律型ロボット２０２の異なった場所にこのような第１〜第３の発光素子２３１、２３２、２３４を複数組配置して、これらを環境側コンピュータ２０５で解析することで、そのＺ軸方向の移動あるいは自律型ロボット２０２の姿勢の変化を判別することができる。
なお、以上の説明では図１に示す所定の室内２０１に自律型ロボット２０２が１台存在する場合を示した。複数の自律型ロボット２０２が同時に存在したり、あるいはこれらが同一の室内２０１に相次いで登場したとき、これらの表面に表わされる第１〜第３の発光素子２３１、２３２、２３４の組み合わせをすべて異ならせる必要は無い。これを次に説明する。
図３〜図８は物体の１つの面に第１〜第３の発光素子を１つずつ配置したパターン（以下、組パターンという。）がそれぞれ３つずつ配置されると仮定した場合の取り得る総合的なパターン（以下、面総合パターンという。）の幾つかの例を示したものである。まず図３では、ある注目した面２４１にＡ、Ｂ、Ｃという３つの組パターンがこの図に示した位置関係で配置されている。一例としては、Ａパターンでは長さＬ２が１ｃｍであり、Ｂパターンでは長さＬ２が２ｃｍであり、Ｃパターンでは長さＬ２が３ｃｍである。
これに対して、図４では面２４２にＡ、Ｂ、Ｄという３つの組パターンがこの図に示した位置関係で配置されている。一例としては、Ｄパターンは長さＬ２が４ｃｍである。このように面２４１と面２４２では、組パターンＡ、Ｂが共通するものの、相互に共通しない組パターンＣ、Ｄによって面総合パターンが異なることになる。すなわち、これらの物体の個別の識別が可能になる。
図５に示した面２４３では、面２４１と組パターンＡ、Ｂ、Ｃがすべて共通するものの、これらの組パターンの配置される場所が入れ替わっている。このため、面総合パターンが異なってくる。図６に示した面２４４では組パターンの配置される位置が異なる。図７に示した面２４５についても同様である。図８に示した面２４６の場合には組パターンＡが１つからそれ以上に増えており、これによって面総合パターンを異なったものにしている。このように、１つの面に組パターンを複数配置することで、これらの組パターンをすべて異なったものにしなくても面総合パターンを互いに相違したものにすることができる。
図９は、これに対してそれぞれの発光素子を複数の発光ダイオードの集合として構成する場合の１つの発光素子の構成例を示したものである。図２〜図８では第１〜第３の発光素子２３１、２３２、２３４を示し、これらはそれぞれ１つずつの発光ダイオードから構成されるものとして説明した。ところが、図１に示したような空間２０１が比較的広いような場合とか、大きな催し物用会場のようにテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍが比較的高い位置に据え付けられている場合には、それぞれの発光素子２３１、２３２、２３４を１つずつの発光ダイオードで構成すると、発光量が不足するといった場合も考えられる。このような場合には、それぞれの発光素子２３１、２３２、２３４を複数個の発光ダイオード２５１の集合として構成することが有効である。
図１０は、本実施例で使用する自律型ロボットの一例を示したものである。本実施例で使用する自律型ロボット２０２は全体として円筒形をしたロボット本体部分２６１を備えており、その下部には複数の車輪２６２を使用した全方向移動プラットフォーム２６３が配置されている。これにより任意の並進２自由度、回転動作１自由度の動作が可能である。
ロボット本体部分２６１の頂上部分には円周に沿って等間隔に８個のＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｄｅｖｉｃｅ）センサ２６５１〜２６５８が取り付けられている。これらのＰＳＤセンサ２６５１〜２６５８は、ロボット本体部分２６１の近傍の障害物の存在を検出するセンサである。自律型ロボット２０２は内蔵の図示しないパーソナルコンピュータにこれらのＰＳＤセンサ２６５１〜２６５８の出力を入力することで、これら近傍に存在する個々の障害物を避けながら移動を行う制御を行うようになっている。自律型ロボット２０２の移動経路の設定は、既に説明したようにロボット識別マーク２１２を図１に示したテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍが認識して得た位置座標に基づいて行われる。障害物を回避する移動制御は、その指示された経路を修正するという形で行われる。
ロボット本体部分２６１には比較的大きな空洞部２６７が配置されている。この空洞部２６７には各種のアタッチメントを装着できるようになっており、装着するアタッチメントを交換することで各種の用途のロボットを実現するようになっている。この図１０では掃除アタッチメント２６８を空洞部２６７に装着し、掃除ロボットとして使用する例が示されている。ロボット本体部分２６１には、図示しないバッテリが格納されており、本体部分だけでなくアタッチメントが必要とする電源を供給するようになっている。自律型ロボット２０２はその制御について環境側コンピュータ２０５の援助を受けるものの、このバッテリによりエネルギ的な自立を確保している。バッテリは、空間２０１内の図示しない充電ステーションでロボット自身によって充電を行うことができるようになっている。
なお、アタッチメントを交換するとその自律型ロボット２０２の機能が異なる。したがって、アタッチメントの交換時に自律型ロボット２０がこれを判別し、ロボット識別マーク２１２が機能の変化に対応して一部または全部を変化させるようにロボット側で制御を行うようにするとよい。たとえば自律型ロボット２０２自体の個体識別情報に相当する個体識別パターンはそのままにして、掃除ロボットや介護ロボットといった機能を表わす機能壁別パターンを変更するようにすればよい。
図１１は、アタッチメントの他の例としてコンテナアタッチメントを示したものである。コンテナアタッチメント２７１は各種の物品２７２を収容できる蓋付きコンテナ本体２７３と図示しないコンテナ本体押出し機構から構成されている。蓋付きコンテナ本体２７３に適宜物品２７２を収容してコンテナアタッチメント２７１を図１０に示した空洞部２６７に装着することで、コンテナロボットとしてこれらの物品２７２を配達することが可能になる。配達は、ゴールとなる目的地でコンテナアタッチメント２７１を空洞部２６７から一部だけ押し出して、ユーザに必要なものを取り出させる態様を採ることができるだけでなく、コンテナアタッチメント２７１自体を空洞部２６７から完全に押し出してゴールに置いてくる態様も採ることができる。
なお、アタッチメントを各種取り替えることで、たとえば図示しないスピーカや表示用のディスプレイを備えた案内ロボットや、特殊カメラ等を装備した警備ロボット、腰掛けアタッチメントを備えた人間運搬用ロボットの他、ごみ収集ロボット、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ　Ｇｕｉｄｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）ロボット等の各種のロボットを実現することができる。
本実施例の移動体移動制御システムでは、１つの空間２０１（図１）内で複数の自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎが並行して移動できる制御環境を実現する。このために各自律型ロボット２０２は目標とする地点まで一気に移動制御されるのではなく、最終地点に至るルートに至る途中の地点（サブゴール）まで移動して、周囲の障害物の状況を判断し、続いて次のサブゴールまで進むといった制御を繰り返すようになっている。このような制御は、図１に示した環境側コンピュータ２０５内のＣＰＵ（中央処理装置）が、図示しない記憶媒体に格納された制御用のプログラムを実行することによって達成する。すなわち、個々の自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎもパーソナルコンピュータを内蔵しているが、移動制御に関しては環境側コンピュータ２０５が算出した移動制御用データを逐次受信して、その指示（コマンド）に従って図１０に示した全方向移動プラットフォーム２６３を駆動制御することにしており、移動に関する複雑な制御から開放されている。
図１２は、自律型ロボットが障害物と衝突することなく経路を生成する手法を説明するためのものである。ここでは説明を分かりやすくするために自律型ロボット２０２をやや厚みを持ったＬ字に近い形状をしたものと仮定する。自律型ロボット２０２の位置姿勢を明確に定義することを目的として自律型ロボット２０２に固定した座標系ＣＲ（図示せず）を導入する。座標系ＣＲ（図示せず）の原点ＯＲは制御の中心となる代表点に一致させる。このとき、自律型ロボット２０２の位置はワールド座標系ＣＸＹ（図示せず）から見た原点ＯＲのＸ，Ｙ座標によって、姿勢はワールド座標系のＣＸＹ（図示せず）のＸ軸と座標系ＣＲ（図示せず）のｘ軸の間の角度θによって定義される。
本実施例で使用するコンフィギュレーション空間法（配置空間法ともいう。）では、自律型ロボット２０２の代表点ＯＲのｘ，ｙ座標と回転角θで配置（コンフィギュレーション）を表わす。図１２では、自律型ロボット２０２が回転角θを一定にした状態で障害物３２１に最も近づいた状態で一周したとした場合の軌跡３２２を示している。この軌跡３２２によって形成される閉空間（ハッチングで示した内部空間）は、自律型ロボット２０２の代表点が入り込めない障害領域である。この障害領域をＣ障害物３２３と呼ぶことにする。
Ｘ，Ｙ軸に直交するθ軸を張って、各回転角でＸ−Ｙ面でのＣ障害物３２３を記述することによって、完全な３次元配置空間が構築される。このような３次元配置空間を使用することで、実空間における各種形状を有するロボットの経路探索問題を、配置空間における点の経路探索問題に置き換えることができる。
図１３は、図１２に示した空間をセルに分割して、そのうちのＣ障害物に掛かっているセルをＣ障害物の一部とみなした場合の配置空間を示したものである。図１２に示したＣ障害物３２３の境界を示す軌跡３２２に掛かっているそれぞれのセル３３１がＣ障害物の一部とみなされた部分である。自律型ロボット２０２の経路探索は、出発する位置のセル（以下、出発セルという。）からゴールのセル（以下、ゴールセルという。）までを１つ１つのセルを連続させて形成した経路を探索することであって、かつＣ障害物３２３の一部とみなされたセル３３１に属さないセルの列を求めることになる。
本実施例ではセル化された配置空間での経路探索として、出発セルから同心円状に探索範囲を拡大していく横型探索を採用した。横型探索の場合には、探索時間は概ね配置空間を構成するセルの数に比例する。３次元の配置空間における各軸方向のセルの分割数をそれぞれＫとすると、配置空間内のセルの総数はＫ３となる。
次に複数台の自律型ロボット２０２が移動する場合についての特殊性を考察する。Ｎ台の自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎの配置を記述するための配置空間は３Ｎ次元となる。配置空間の１点を決めることで、各自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎの座標（Ｘ，Ｙ，θ）が一意に定まり、その逆も成立する。
このときの配置空間におけるＣ障害物の記述は次のように行う。配置空間をセルに分割し、各セルに対応する配置が実空間で採りうるかどうかをチェックする。Ｎ台の自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎに対応する配置をとらせたとき、それらのうちの１台でも障害物や他の自律型ロボット２０２と干渉している場合には、そのセルを前記したＣ障害物とみなしている。このチェックをすべてのセルについて実施すると、配置空間全体のＣ障害物を記述することができる。次にこの配置空間での横型探索を考える。横型探索時間はセルの総数としてのセル総数に比例し、セル総数は、各軸方向の分割数をＫとするとＫ３Ｎである。分割数Ｋを“１００”とすると、自律型ロボット２０２の台数Ｎが“１”のときこれは１００万オーダとなり、台数Ｎが“２”になると１００万×１００万オーダ回数の処理が必要となる。このため、この手法を採用すると、自律型ロボット２０２の台数Ｎが“２”以上で実際的に計算が不可能となる。
そこで本実施例では自律型ロボット２０２の運行制御において、前記したように各ロボットの経路計画を他のロボットを障害物と見立てて作成し、１回の経路計画で生成した経路に沿って僅かな距離を進み、そこで再度全体の状況を認識して経路計画を行うという手法を採っている。これによって、移動障害物や自律型ロボット２０２が多数台存在する状況においても、それぞれの自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎの経路計画を独立に行うことができる。具体的な運行制御の例を次に示す。
図１４は、複数の自律型ロボットについての経路の生成処理の流れを表わしたものである。Ｎ台の自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎについての処理は、１台ずつ順次行われる。処理の行われる自律型ロボット２０２を第ｉのロボットとする。そこでまず変数ｉを“１”に設定する（ステップＳ４０１）。次に第ｉのロボットの配置空間を作成する。このとき自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎのうちの第ｉのロボットを除くロボットはすべて障害物として扱う（ステップＳ４０２）。すでに経路の計画が終了した自律型ロボット２０２の移動による掃引領域（セル）についても障害物として扱う。
次のステップＳ４０３では、第ｉのロボットについての配置空間を探索して、ゴールセルに至る経路を生成する（ステップＳ４０３）。そして、現在位置からこの経路に沿って所定の距離だけ進んだ位置までを今回の移動経路とする（ステップＳ４０４）。
以上の処理が終了したら、変数ｉを“１”だけ加算する（ステップＳ４０５）。そして加算後の変数ｉの値が“Ｎ”よりも大きくなっていない状態では（Ｎ）、まだ自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎのうちで同様の処理が行われていないものがある。そこでこの場合にはステップＳ４０２に戻って同様の処理を繰り返すことになる（ステップＳ４０２〜Ｓ４０６）。
このようにして自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎのすべてについてそれぞれ所定長の経路が生成されたら（ステップＳ４０６：Ｙ）、これらすべての自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎの経路がゴールセルまで到達したかどうかをチェックする（ステップＳ４０７）。到達していない場合には（Ｎ）、ステップＳ４０１に戻って変数ｉを再び“１”に初期化し、残りの経路を順次生成していくことになる（ステップＳ４０１〜Ｓ４０７）。
このような図１４の処理を実行することで、各自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎは障害物や他の自律型ロボット２０２に衝突することなくゴールセルまで到達することができる。１回当たりに移動する距離あるいは移動のための制御時間の間隔を短く設定することによって、向かってくる移動障害物を避けるといった反射的な制御も可能になる。この手法による横型探索はＮ×Ｋ３のオーダ回の処理で済むので、実行上で特に問題も発生させない。
以上説明した経路設定によってすべての自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎは、次項以下に述べる特別な場合以外は、有限の時間内にそれぞれのゴールセルに到達が可能となる。しかしながら、本実施例では更に次のような工夫を行うことで各自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎの走行をより確実にかつ迅速に行えるようにしている。そのための概念について次に説明する。
図３０でも説明したように移動する経路上に移動障害物が存在する場合には本実施例の自律型ロボット２０２であってもデッドロックが生じる可能性がある。図３０で説明すると、自律型ロボット１１５と自律型ロボット１１３が途中ですれ違える状況で移動している最中に、遠くにあった可動障害物１１１が接近し図３０の状況となり、すれ違い不可能となるようなケースである。このようなデッドロックの発生は、路線を計画するに当たって、それぞれ一方の自律型ロボット１１３（１１５）を消去したとしたときに他方の自律型ロボット１１５（１１３）が移動可能になることを確認すれば、検出することができる。デッドロックの解消は一般に困難な課題とされている。
図１５は、本発明でデッドロックを解消できる１つの手法として退避点を導入する手法を示したものである。空間２０１内にたとえば２つの本立等の障害物３４１、３４２が所定の間隔で配置されており、その間に狭い通路３４３が形成されているものとする。このような場合にたとえば第１の自律型ロボット２０２１がゴールセル３４４を目指してこの通路３４３を通る経路を計画し、第２の自律型ロボット２０２２がゴールセル３４５を目指してこの通路３４３を逆向きに通る経路を計画していたとする。
本実施例では通路３４３の比較的近傍に退避点３４７を予め設定している。そして、両自律型ロボット２０２１、２０２２の経路計画でデッドロックの可能性が検出されたら、両自律型ロボット２０２１、２０２２のいずれが退避点３４７に近い位置に存在するかを判別する。そして、近いほうのロボット、この場合には第１の自律型ロボット２０２１を退避点３４７に一度退避させるように経路を変更する。
図１６は、第１の自律型ロボットが退避点に退避してデッドロックが解消した状態を示したものである。第１の自律型ロボット２０２１が一度退避点３４７に退避することで、通路３４３を通過する自律型ロボット２０２１、２０２２同士がかち合う事態がなくなり、これらはそれぞれのゴールセル３４４、３４５に到達できることになる。
図１７は、移動障害物による経路の閉鎖状態を示したものである。机等の障害物は人間の操作等によってその位置を移動させる場合がある。このような移動障害物３５１が２つの部屋３５２、３５３を接続する狭い通路３５４の近傍に置かれたりすると、一方の部屋３５３から他方の部屋３５２内のゴールセル３５５に進もうとする自律型ロボット２０２がその経路を閉ざされることになる。
本実施例では図１に示した複数台のテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍによる前記した大域的情報センシングシステムによって、自律型ロボット２０２の経路を計画する際の経路上の進行不可能な障害物を特定することができる。移動障害物３５１が自律型ロボット２０２のような移動型のロボットでないような場合には、図１５および図１６で説明したように経路を変更して互いの進路を確保するといったことができない。したがって、このような場合にはたとえば環境側コンピュータ２０５がシステムの管理者に通報して移動障害物３５１を経路上から排除してもらうことになる。
図１８〜図２０は、一度設定した経路を大域的情報センシングシステムによっては検知できない障害物によって変更する様子を説明するためのものである。このうち図１８は障害回避の第１段階を示したものである。自律型ロボット２０２は障害物３７３を避けつつゴールセル３７１に向かう経路３７２に沿って僅かな距離進んだ先として、サブゴール３７４を最初の段階の到達地点に設定し、そこまでのパスとして第１のパス３７５を設定している。
図１９は、障害回避の第２段階を示したものである。自律型ロボット２０２がサブゴール３７４まで進行しようとする状態で、大域的情報センシングシステムでは検出されなかった移動障害物３８１が、図１０に示したセンサ２６５１〜２６５８の検出動作で第１のパス３７５上に検出されたとする。移動障害物３８１としてはたとえば人間が考えられる。この検出動作によって自律型ロボット２０２が第１のパス３７５を走行することが不可能と判断すると、センサ２６５１〜２６５８の検出に基づいた障害物回避移動制御モードへの切り替えが行われる。そして移動障害物３８１を回避した第２のパス３８２をサブゴール３７４との間に設定する。
このとき、自律型ロボット２０２はセンサ２６５１〜２６５８の検出による移動障害物３８１に関する情報および第２のパス３８２の設定を行ったことをアンテナ２１７から環境側コンピュータ２０５に送信する。環境側コンピュータ２０５はテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍの検出しなかった情報を取得することで、この自律型ロボット２０２の最終的なゴールセル３７１に至る経路の決定にこれを役立てることができる。
図２０は、この例における障害回避の第３段階を示したものである。第２のパス３８２を走行しているときに自律型ロボット２０２が更に人間等による他の障害物３８４を検出してサブゴール３７４まで到達できないことを判別したときには、途中で第３のパス３８５に切り替えて走行する。この場合にもこれらの情報が環境側コンピュータ２０５に伝達され、その後の経路の設定に役立てられる。
図２１は、走行を迅速に行うための第１の概念としての中継点の概念を説明するためのものである。空間２０１内に通路４２１を狭めるようなＬ字形状の障害物４２２があるものとする。障害物４２２によって仕切られた狭い空間４２３に第１の自律型ロボット２０２１のゴール４２５が存在すると仮定する。第２の自律型ロボット２０２２はこの狭い空間４２３の所定位置４２６と通路４２１を経た広い空間側の他の所定位置４２７の間を繰り返し往復して所定の作業を行っているものとする。
このような状況の下で第１の自律型ロボット２０２１がそのゴール４２５に至る経路を生成しようとすると、図１４に示した所定距離ずつ経路を生成する過程で第２の自律型ロボット２０２２が通路４２１を塞ぐ位置に存在すると、これが解除されるまで第１の自律型ロボット２０２１の移動は停止する。この結果として、第１の自律型ロボット２０２１がそのゴール４２５に有限の時間に到達できることは保証されているものの、その動作は第２の自律型ロボット２０２２が通路４２１を塞ぐ位置に来るたびに停止するといった間歇的で遅いものとなる。
このような問題を解消するために本実施例では通路４２１の比較的近い位置で第２の自律型ロボット２０２２の走行が障害とならない位置に中継点４２８を配置している。そして、第１の自律型ロボット２０２１はまず中継点４２８に立ち寄ってからゴール４２５を目指すように経路の生成を行うようにしている。このようにすると、第１の自律型ロボット２０２１は第２の自律型ロボット２０２２の走行とは全く無関係に、中継点４２８まで到達することができる。そして、中継点４２８からは第２の自律型ロボット２０２２の走行と共存を図るように走行を調整しながら最終的なゴール４２５まで走行することになる。すなわち、第１の自律型ロボット２０２１が走行を開始した段階から第２の自律型ロボット２０２２の走行に影響される場合と比べると、ゴール４２５まで走行するのに要する時間がかなり短縮されることになる。
図２２は、走行を迅速に行うための第２の概念として方向規制の概念を説明するためのものである。この図に示すように２つの細長い障害物４４１、４４２があり、この間を各自律型ロボット２０２が通行するものとする。このような場合には、これらの障害物４４１、４４２によって挟まれた空間に通行方向を規制するための中央分離帯４４３を概念的に設ける。そして、これを境にしてこの空間を第１方向通路４４５と第２方向通路４４６に設定する。ここで第１方向通路４４５はすべての自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎの走行を第１の方向にのみ許容する通路であり、第２方向通路４４６は、第１方向通路４４５と逆方向にのみすべての自律型ロボット２０２１、……、２０２Ｎの走行を許容する通路である。
第１方向通路４４５の末端には第２方向通行禁止壁４４７が概念上配置されており、第２方向に走行しようとする自律型ロボット２０２が第１方向通路４４５に間違って入り込まないようにしている。同様に、第２方向通路４４６の末端には第１方向通行禁止壁４４８が概念上配置されており、第１方向に走行しようとする自律型ロボット２０２が第２方向通路４４６に間違って入り込まないようにしている。
このように特定の空間領域を一方向のみ走行が可能な領域として設定する。これにより、自律型ロボット２０２同士が比較的狭い通路を無秩序で走行するような経路設定が行われることによる無駄な待機時間の発生を防止することができる。この図２２では、第１方向通路４４５を第１〜第３の自律型ロボット２０２１、……、２０２３が順次走行し、第２方向通路４４６を第４〜第６の自律型ロボット２０２４、……、２０２６が順次走行する様子を示している。各自律型ロボット２０２１、……、２０２６の走行速度も一定であれば、あたかもエスカレータに乗ったようにこれらの自律型ロボット２０２の間隔を十分詰めて効率的な走行が可能になる。
なお、図２２に示した例では中央分離帯４４３を設けることで左右両方向の走行を時間的に平行して行うことを可能にしているが、比較的狭い通路では一方向に限定したり、通行できる方向を所定時間ごとに切り替えるようにすることも可能である。
図２３は、走行を迅速に行うための第３の概念としてのロータリの概念を説明するためのものである。空間２０１内には環状の一方向環状通路４５１と、これに接続された放射状の複数組の双方向通路４５２１、……、４５２Ｌが設けられている。それぞれの双方向通路４５２１、……、４５２Ｌは図２２に示した第１方向通路４４５と第２方向通路４４６を組み合わせたものである。一方向環状通路４５１を使用することで図示しない自律型ロボット２０２を所望の方向から一方向環状通路４５１に導き入れ、他の所望の方向に送り出すことができる。
なお、図２３では一方向環状通路４５１に平行して２方向の通行を可能とする双方向通路４５２１、……、４５２Ｌを接続させたが、１つの自律型ロボット２０２が走行できる幅だけの通路を設け、通路ごとに進行方向を定めたり、あるいは１つの通路を適宜両方向の走行に切り替えて使用するようにしてもよい。
図２４は、走行を迅速に行うための第４の概念としての関所の概念を説明するためのものである。空間２０１が比較的広い場合やその空間２０１が図２４に示すように複数の小領域４７１、４７２に分けられるような場合には、空間２０１を複数に区分けした概念を採用する。小領域４７１、４７２の間は、壁等の物理的な仕分けが存在することは必ずしも必要ない。区分けした接続部分に関所４７３という通路規制概念を配置する。図のように２つの小領域４７１、４７２に区分けされる場合には、その間に関所４７３を置く。そして、自律型ロボット２０２は関所４７３に来るまでそれ以降の区分けあるいは小領域４７１（４７２）の障害物を配慮しないようにする。
これにより、たとえば第１の自律型ロボット２０２１が一方の小領域４７２に存在し他方の小領域４７１内のゴールセル４７４に向かおうとしているときに、その小領域４７１内の障害物、たとえば第２の自律型ロボット２０２２を気にすることなく関所４７３までいっきに到達することができる。このように空間を適宜分割して、分割されたある小領域に入ろうとする時点でその小領域の障害物を考慮した走行制御を行うことで、各自律型ロボット２０２の走行を円滑に行うことができることになる。関所４７３は１つの空間２０１に複数配置してもよいことは当然である。
図２５は実際の空間配置の一例を示したものである。机５０１や台５０２あるいは本棚５０３等によって、この例の空間２０１は第１のテレビカメラ２０３１の視野となる第１の可動空間５０５１と、第２のテレビカメラ２０３２の視野となる第２の可動空間５０５２と、第３のテレビカメラ２０３３の視野となるこれらの通路的な第３の可動空間５０５３から構成されている。第３の可動空間５０５３は第１および第２の可動空間５０５１、５０５２と一部重複している。このような空間配置となっているような場合には、矢印５１１で示すように第１の可動空間５０５１から第２の可動空間５０５２に移動するとき、第３の可動空間５０５３の中央部分で両空間５０５１、５０５２に挟まれた位置に関所を設けることで、この図には示していない自律型ロボット２０２の移動制御が単純化する。
図２６は、複数階で構成される建物における関所の一例を示したものである。この例では第１の空間２０１１が建物の１階のフロアを構成しており、第２の空間２０１２が建物の２階のフロアを構成している。両空間２０１１、２０１２はエレベータ５２１で連結されている。このような空間２０１内を図示しない自律型ロボット２０２が複数台移動する場合には、エレベータ５２１の部分を関所５２２とすることで、エレベータ５２１に乗って所望の階に到達するまでの自律型ロボット２０２をその階の空間２０１１または２０１２で一切考慮しないで済むことができることになる。
もちろん、上下の空間を連結する部分に関所５２２を設けると共に、それぞれの階を構成する空間２０１１、２０１２を更に複数に分割してこれらの間にも関所を設けることは既に説明したように可能である。
図２７は、本実施例の自律型ロボットの軌道制御の流れを表わしたものである。軌道制御は経路計画で設定した経路に沿って僅かな距離を移動したり、方向規制された通路内やロータリでの移動を制御するためのものである。このため環境側コンピュータ２０５内の前記したＣＰＵはまず移動制御を行おうとする自律型ロボット２０２の軌道Ｘ（ｔ）、Ｙ（ｔ）、θ（ｔ）を設定する（図２７ステップＳ３０１）。ここで符号Ｘ（ｔ）およびＹ（ｔ）はシステム側の２次元座標位置を示しており、符号θ（ｔ）は図１０に示したロボット本体部分２６１の回転角度を示している。符号ｔは現時刻である。設定を行ったら、まずパラメータｎを初期的に“０”に設定し（ステップＳ３０２）、次にこの値ｎを“１”だけカウントアップして（ステップＳ３０３）、次の時刻としてのｔ（＝ｎ・ΔＴ）における自律型ロボット２０２の目標位置およびその姿勢（回転角）を算出する（ステップＳ３０４）。算出した値をＸ（ｔｎ）、Ｙ（ｔｎ）、θ（ｔｎ）とする。符号ΔＴは１回の移動制御に要する時間間隔である。
次にＣＰＵは図１に示した複数台のテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍを使用して処理した環境側コンピュータ２０５によって把握された大域的情報センシングシステムによるこの自律型ロボット２０２の位置および姿勢、（ｘ，ｙ，θ）を取得する（ステップＳ３０５）。そして、次の時刻にその位置および姿勢になるための自律型ロボット２０２の速度設定値（ｖｘ，ｖｙ，ω）を算出し（ステップＳ３０６）、その設定速度をその自律型ロボット２０２のローカル座標系に変換する（ステップＳ３０７）。この変換後の速度が自律型ロボット２０２に通知されて、次の時刻までその移動制御が行われることになる（ステップＳ３０８）。これによる自律型ロボット２０２の実際の移動の状態はテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍを使用して環境側コンピュータ２０５によってチェックすることができる。すなわち、移動の途中あるいは移動後に移動状態をフィードバック制御することが可能である。
以上の移動制御が終了したら、ＣＰＵは該当の自律型ロボット２０２が最終目的地に到達して移動が完了したかどうかをチェックする（ステップＳ３０９）。移動が完了していない場合には（Ｎ）、ステップＳ３０３に進んで、移動が完了するまで同様の制御を繰り返すことになる（ステップＳ３０３〜Ｓ３０９）。
図２８は、この図２７に示した制御で自律型ロボットをＬ字型の軌道に沿って移動させた結果を示したものである。本実施例では自律型ロボット２０２の移動を図１に示したテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍを使用して環境側コンピュータ２０５でフィードバック制御している。このため、従来のように自律型ロボット２０２自体が自分に備えられたテレビカメラで自力で移動制御を行う場合と比べると簡単な移動制御で遥かに高精度の移動が可能になることが分かる。
以上説明した実施例ではロボット識別マーク２１２あるいは物体識別マーク２１３を時間的に変化しない固定パターンを発するものとして説明したが、時間的に変化するパターンを発するものであってもよい。たとえば環境側コンピュータ２０５が全体の障害物を検出する初期状態ではこれらのロボット識別マーク２１２あるいは物体識別マーク２１３がそれぞれ光量が最大となるような発光パターンで発光して所在を容易に把握させ、その後に各自の認識を可能にさせるように個別のパターンを発光するといった手法も可能である。また、これらの識別マーク２１２、２１３のパターンを複数の発光ダイオードの点灯制御で経時的に変化させることができるものであれば、単にロボット等を区別する情報を発信させるだけでなく、環境側コンピュータ２０５に伝達すべきその他の情報をパターン変化によって伝達するようにすることも可能である。
また実施例ではテレビカメラ２０３１〜２０３Ｍが赤外光を検出する場合を説明したが、これに限らず可視光等の所定の波長領域の光を検出するものであってもよい。
なお、ロボットがゴールまで到達するために順次通過させる関所は、最初に他のロボットをすべて消去した状態でゴールまでの経路計画を実施し、その時に通過することになった関所を採用するようにしている。したがって、たとえば図２１に示した状況では中継点の代りに関所を利用することも可能である。関所と中継点の大きな違いは、前者がシステム側で自動的に選択するのに対し、後者では利用者（プログラマ）が指定するものである。
また、実施例ではロボットがデッドロック状態にあるかどうかのチェックについて詳細を説明しなかったが、このようなチェックを行うために、一定時間移動不可能になった複数のロボットがあるかどうかを常に監視するようにすればよい。そして、もしこのように一定時間移動不可能になった複数のロボットが存在した場合には、前記の方法でデッドロックであるかどうかを判断する。デッドロックでない場合で、一定時間以上移動不可能なロボットがある場合には、移動不可能の原因となっている可動障害物を特定することになる。
更に、通行量に応じて、ある領域におけるロボットの通行を方向規制しようとするような場合には、その領域におけるロボットの数を監視し一定数以上になったとき、方向規制通行を実施するようにすればよい。
また、方向規制通路における多数台ロボットの連続走行は、その入口において広域運行規制から軌道制御に切り替え、各ロボットにロボット間の距離を一定以上に保つ軌道を与えることで制御できる。このような制御を行う場合には、方向規制通路の出口で各ロボットは広域運行規制に切り替えられることになる。また方向規制通路の外にあるロボットがゴールまでの経路計画をたてる時は、方向規制通路にあるロボットを無視することにより、そこが移動の障害になることを防ぐことができる。
なお、ゴール、退避点、中継点はこれらに位置するロボットが他のロボットの移動を妨げない場所に設定されることはもちろんである。
つぎに、図３１〜３３を用いて、移動体をグループとして扱う例について説明する。すなわち、この例では、前記した移動体という語の意味に、「複数の移動体を有するグループ」を含ませたものである。まず、自律型ロボット２０２１〜２０２６を、図３１に示されるように、グループＡ〜Ｃに分ける。グループＣは、一つの移動体２０２６から構成されている。このように、グループは、一つの移動体から構成されていても良い。
このグループを単位として、前記したような、移動体の移動制御を行う。すなわち、グループごとに、そのグループに属する各移動体がゴールに到達するための経路生成を行う。ここで、グループ内の各移動体については、一緒に経路生成を行うこととする。換言すれば、前記実施例では、他の移動体を静止させた状態である一台の移動体の経路生成を行ったが、この例では、他のグループを静止させた状態で、あるグループに属する移動体の経路生成を行うことになる。
このようにすると、グループ内では、より効率の良い経路生成を行うことができる。ただし、複数の移動体に対して一緒に経路生成を行うことは、計算量の増加を来すことになる。したがって、コンピュータの計算速度は高速であることが望まれる。もちろん、グループに分割しているので、全ての移動体に対して一緒に経路生成することに比べれば、計算量を大幅に減少させることが可能である。
グループ化の利点を図３２および図３３を用いてさらに説明する。図３２（ａ）において、自律型ロボット２０２１と２０２２とは、同じグループに属するとする。また、ロボット２０２１はゴールＧ１を目指し、ロボット２０２２はゴールＧ２を目指しているとする。すると、ロボット２０２１と２０２２とは、それぞれ同時に進行することができる（同図ｂ）。したがって、ロボット２０２２はゴールＧ２に速やかに到着できる。
一方、グループ化をしない例を図３３に示す。この場合は、ロボット２０２１が狭隘スペース（通路）を通過する間、ロボット２０２２は静止している。したがって、ロボット２０２２がゴールＧ２に到着する時間は長くなる。
産業上の利用可能性
以上説明したように請求項１および請求項２記載の発明によれば、対象特定手段の特定した移動体ごとに位置特定手段によって特定された現在位置からこれらのゴールとなるそれぞれの位置までの走行のための経路を経路設定手段で設定し、移動体別走行制御手段によってそれぞれの移動体ごとの経路に沿って移動体を現在位置から所定単位ずつゴールに向かう走行制御を行わせ、この後、再度、経路設定手段で経路を設定しては所定単位ずつゴールに向かわせるといった制御を最終的なゴール到達まで繰り返させる。これにより比較的単純な制御で複数の移動体をそれぞれのゴールに移動させることができるようになる。
請求項２〜請求項１６記載の発明によれば、環境側撮像手段が空間内を自力で移動する移動体および他から加えられた力で移動が可能な可動物体のうちの必要なものに予め取り付けられたマークを撮像する１または複数の撮像カメラを備えることにしたので、個々の移動体および可動物体を認識する高度の認識技術を不要にしてこれらの物体の認識が可能である。これによりその物体が自力で移動する移動体であるか、あるいは他から加えられた力で移動が可能な可動物体であるかといった識別も可能になる。自力で移動する移動体である場合には、自己の移動体の経路を塞いでいてもこれが一時的なものである可能性があり、このときは衝突の生じない範囲で移動を進行させることができる。特に環境側撮像手段が空間内を移動するそれぞれの移動体の経路を設定するので、これら移動体の移動の調整を図ることが容易であり、個々の移動体が自分の搭載しているカメラのみで走行を制御している場合と比べると同一空間内の複数の移動体の移動制御を格段に容易に実現することができることになる。
更に請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、経路設定手段は、複数の移動体の経路が交差あるいは近接して平行する可能性のある予め定めた箇所にこれらの移動体が衝突しないで走行するための走行順序を規制したりあるいは走行方向を互いに規制する規制通路を配置することにしたので、比較的狭い通路で移動体同士が互いに相手の存在によって身動きができなくなるデッドロックを生じる可能性がある場合でも、環境側の通行規制によってこのような危険を解消させることができ、それぞれのゴールに到達する時間を早めることができる。
請求項４記載の発明はこの規制通路の１つの形態を示しており、衝突の可能性のある移動体の少なくとも一つを他の移動体との衝突の回避のために一時的に退避させるように経路設定を行う一時退避点設定手段を具備させて経路を部分的に異なったものに変更することで衝突あるいはデッドロックの回避を図ることができる。
また請求項５記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、経路設定手段は、複数の移動体が同時に走行することのできる空間を複数に分割して分割された小領域を連結する箇所に一方の小領域から他方の小領域に移動する移動体をチェックする関所を配置することにしたので、関所に至るまでの経路の走行時にはこれ以後通過する小領域内での他の移動体の挙動に影響されることがなく、制御を簡略化することができるだけでなく、関所までの走行制御の時間を短縮することができる。
更に請求項６記載の発明によれば、請求項２記載の移動体移動制御システムで、マークは赤外光を発しており、環境側撮像手段は赤外光に感応するので、人間に目障りにならないマークを使用することができ、人間と移動体が共存する空間内で人間に配慮した環境を実現することができる。
また請求項７記載の発明によれば、請求項３記載の移動体移動制御システムで、規制通路は、複数の移動体の移動経路を共通と見なせる領域の範囲でこれらの移動体を少なくとも互いに接触しない所定の間隔を置いて予め定められた共通の方向に等速度で移動させるようにした通路であるので、エスカレータに乗った場合のようにそれぞれの移動体を共に停止させることなく効率的に移動させることができる。
更に請求項８記載の発明によれば、請求項３記載の移動体移動制御システムで、複数の移動体の移動経路の交差点まで移動してきた各移動体をそれぞれ所望の移動方向に切り替える移動体回転手段を具備することにしたので、交差点がリング状の通路とこれに接続された放射状の複数の通路によって構成されていれば、複数の移動体が交差点を利用する場合にもこれらの移動体を効率よくリング状の通路を移動させて放射状の複数の通路の中の１つを使用して所望の方向に送り出すことができる。
また請求項９記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、移動体の移動する空間を配置空間に写像すなわちマッピングし、その上で配置空間を所定単位のセルの集まりとし、経路設定手段はセルを単位として経路の設定を行うことにしたので、細かな座標で経路を設定するよりも移動体の各経路の計画が容易になる。
更に請求項１０記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の移動体移動制御システムで、移動体は周囲の障害物を検知するための搭載型センサと、その搭載型センサが経路設定手段によって設定された経路に回避可能な障害物を検知したとき障害物を回避するための修正経路を独自に設定する修正経路設定手段を更に具備するので、環境側撮像手段が撮像して設定した経路を運行しているときにこの経路上で存在しないはずの障害物が存在したような場合にもこれを最小限避けるための修正経路を独自に設定することができる。すなわち、これにより環境側撮像手段によって検知できなかったような障害物に対処することができる他、経路設定後に人間等の障害物が突然移動して経路を塞いだような場合にも臨機応変に対応することができる。
また請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の移動体移動制御システムで、修正経路設定手段が修正経路を設定したときその経路の修正結果を経路設定手段に通知するので、その移動体の今後の経路を作成するときの参考にすることができるだけでなく、この修正経路を用いた走行時の他の移動体の走行経路の設定の参考にすることができる。
また請求項１３記載の発明によれば、請求項１２記載の移動体移動制御システムで、障害物特定手段で特定した障害物が少なくとも一定時間以上移動不能であるときその除去を指示する特定障害物除去指示手段を具備させたので、たとえば人間が移動体の経路上に腰掛を移動させてしまった場合のように移動ができなくなったような場合にはこれを経路から取り除かせて移動を確保させることができる。
更に請求項１４記載の発明によれば、請求項２記載の移動体移動制御システムで、環境側撮像手段の一部または全部はそれぞれのマークの３次元な位置を計測可能な画像データを出力するステレオ撮像手段であるので、移動体が机の下に移動して掃除を行うような場合でも障害物との間の３次元的な経路の設定が可能である。
また、請求項１７記載の発明によれば、移動体別走行制御手段が環境側としての位置特定手段で特定した各物体の位置に基づいてそれぞれの移動体の移動を制御するコマンドを逐次発行することにしたので、各移動体はこれらのコマンドを受信して自分の駆動機構を使用して移動のための制御を行うことができ、移動のための複雑な制御から開放されるだけでなく、制御のための回路を大幅に単純化することができ、小型の移動体でも高精度な移動を行うことができるという利点がある。
更に請求項１８記載の発明によれば、環境側に存在する環境側撮像手段、対象特定手段および位置特定手段を用いることで、その特定の移動体の移動の途中あるいは移動後の位置をその都度把握することができるので、フィードバック制御手段が移動の途中あるいは移動後の位置を移動指示手段の指示内容にフィードバックすることにより、移動体自体が自分の側の撮像手段によって撮像しながら経路設定手段の設定した経路を移動する場合と比べてより正確な移動を簡単に実現することができるという効果がある。
請求項１９記載の移動体移動制御システムは、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のものにおいて、移動体という語の意味として、「複数の移動体を有するグループ」を含むこととしているので、能率の良い経路生成が可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施例における移動体移動制御システムの概要を示した概略構成図である。
図２は、本実施例における第１〜第３の発光素子の配置パターンの一例を示した説明図である。
図３は、物体の１つの面に組パターンがそれぞれ３つずつ配置されると仮定した場合の取り得る面総合パターンの第１の例を示した平面図である。
図４は、物体の１つの面に組パターンがそれぞれ３つずつ配置されると仮定した場合の取り得る面総合パターンの第２の例を示した平面図である。
図５は、物体の１つの面に組パターンがそれぞれ３つずつ配置されると仮定した場合の取り得る面総合パターンの第３の例を示した平面図である。
図６は、物体の１つの面に組パターンがそれぞれ３つずつ配置されると仮定した場合の取り得る面総合パターンの第４の例を示した平面図である。
図７は、物体の１つの面に組パターンがそれぞれ３つずつ配置されると仮定した場合の取り得る面総合パターンの第５の例を示した平面図である。
図８は、物体の１つの面に組パターンがそれぞれ３つずつ配置されると仮定した場合の取り得る面総合パターンの第６の例を示した平面図である。
図９は、１つの発光素子を複数の発光ダイオードの集合として構成した場合を示す平面図である。
図１０は、本実施例で使用する自律型ロボットの一例を示した斜視図である。
図１１は、ロボット本体部分に装着するアタッチメントの他の例としてコンテナアタッチメントを示した斜視図である。
図１２は、自律型ロボットが障害物と衝突することなく経路を生成する手法を示した説明図である。
図１３は、図１２に示した空間をセルに分割して、そのうちのＣ障害物に掛かっているセルをＣ障害物の一部とみなした場合の配置空間を示した説明図である。
図１４は、複数の自律型ロボットについての経路の生成処理の流れを表わした流れ図である。
図１５は、退避点を使用しないでデッドロックが発生する状態を示した説明図である。
図１６は、第１の自律型ロボットが退避点に退避してデッドロックが解消した状態を示した説明図である。
図１７は、移動障害物による経路の閉鎖状態の一例を示した平面図である。
図１８は、大域的情報センシングシステムによっては検知できない障害物によって経路を変更する障害回避の第１段階を示した説明図である。
図１９は、図１８に示した例の障害回避の第２段階を示した説明図である。
図２０は、図１８に示した例の障害回避の第３段階を示した説明図である。
図２１は、走行を迅速に行うための第１の概念としての中継点の概念を示した説明図である。
図２２は、走行を迅速に行うための第２の概念として方向規制の概念を示した説明図である。
図２３は、走行を迅速に行うための第３の概念としてのロータリの概念を示した説明図である。
図２４は、走行を迅速に行うための第４の概念としての関所の概念を示した説明図である。
図２５は、空間の実際の配置例を示した平面図である。
図２６は、３次元空間における関所の配置例を示した斜視図である。
図２７は、本実施例の自律型ロボットの移動制御の基本を表わした流れ図である。
図２８は、図２７に示した制御で自律型ロボットをＬ字型の軌道に沿って移動させた結果を示した特性図である。
図２９は、従来における一方の自律型ロボットが一時的に移動できなくなる場合の例を示した説明図である。
図３０は、従来における双方の自律型ロボットがデッドロックを生じる場合の例を示した説明図である。
図３１は、本実施例の変形例を説明するための説明図であって、自律型ロボットのグループ分けを示す図である。
図３２は、本実施例の変形例を説明するための説明図であって、グループ化された自律型ロボットの移動状態を示す図である。図（ａ）〜（ｃ）は、時間経過に伴うロボット位置の変化を示している。
図３３は、本実施例の変形例を説明するための説明図であって、グループ化されていない自律型ロボットの移動状態を示す図である。図（ａ）〜（ｃ）は、時間経過に伴うロボット位置の変化を示している。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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