專利名稱：機(jī)器人系統(tǒng)以及地圖更新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自主移動機(jī)器人所參照的環(huán)境地圖的更新方法以及機(jī)器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
參照表示機(jī)器人的移動順序的路徑，求出從機(jī)器人的當(dāng)前位置姿勢起的移動控制，從而進(jìn)行機(jī)器人的自主移動。例如，根據(jù)專利文獻(xiàn)1，通過基于所設(shè)定的移動路徑數(shù)據(jù)的移動控制，機(jī)器人能夠進(jìn)行到達(dá)目的地為止的自主移動的基本動作。在專利文獻(xiàn)1中，在表示空間內(nèi)的存在物的幾何狀況的環(huán)境地圖上生成機(jī)器人移動的路徑，根據(jù)機(jī)器人的當(dāng)前位置姿勢進(jìn)行移動控制。這里，通過將利用距離傳感器等測量出的周圍形狀與該環(huán)境地圖進(jìn)行幾何學(xué)組合，來估計機(jī)器人的位置姿勢。作為環(huán)境地圖，例如，將機(jī)器人移動的空間分割成二維的格子狀，賦予在與由格子包圍的各小區(qū)對應(yīng)的該空間的區(qū)域內(nèi)是否存在物體的信息。作為環(huán)境地圖的生成技術(shù)，在專利文獻(xiàn)2中公開了如下技術(shù)一邊移動激光距離傳感器，一邊生成和/或顯示傳感器移動的周圍的環(huán)境地圖作為圖像。這里，在實際的應(yīng)用場合中，在多數(shù)情況下，空間內(nèi)的物體的配置或形狀隨時間而變化。因此，過去生成的環(huán)境地圖與當(dāng)前空間內(nèi)的存在物的狀態(tài)不同。該情況下，無法進(jìn)行所述機(jī)器人位置姿勢估計用的所述幾何學(xué)組合。由此，為了在環(huán)境形狀變化的狀況下運用自主移動機(jī)器人，需要伴隨物體的配置或形狀的變更來更新環(huán)境地圖，以使得實際的存在物的狀態(tài)與環(huán)境地圖一致。作為環(huán)境地圖的更新技術(shù)，在專利文獻(xiàn)3中公開了防止通過包含誤識別的低精度的地圖來更新環(huán)境地圖的技術(shù)。并且，在專利文獻(xiàn)4中公開了如下技術(shù)消除了地圖生成時的地圖形狀的不匹配，進(jìn)而，能夠進(jìn)行局部的環(huán)境地圖更新。具體而言，生成表示獨立空間的一部分區(qū)域的局部地圖，以操作員設(shè)定的連接點為基準(zhǔn)將該局部地圖與過去的環(huán)境地圖連接起來，從而更新地圖。專利文獻(xiàn)1日本特開2009-291M0專利文獻(xiàn)2日本特開2005-3^94專利文獻(xiàn)3日本特開2009-16984專利文獻(xiàn)4日本特開2OlO-92H7這些地圖更新手段在過去的環(huán)境地圖上改寫新測量的形狀，作為基準(zhǔn)的過去的環(huán)境地圖的形狀中包含的誤差(以下將與實際形狀之間的差異作為環(huán)境地圖的誤差)會影響組合新的測量數(shù)據(jù)時的精度。因此，在更新后的環(huán)境地圖中產(chǎn)生新的誤差，由此，反復(fù)進(jìn)行更新處理，誤差蓄積，地圖的精度降低。在專利文獻(xiàn)3中，將機(jī)器人測量的周圍的形狀與環(huán)境地圖進(jìn)行幾何學(xué)組合，在環(huán)境地圖中反映存在變更的被測量區(qū)域，從而進(jìn)行環(huán)境地圖的更新。此時，環(huán)境地圖中表現(xiàn)的形狀與實際形狀不完全一致，所以，產(chǎn)生組合誤差。由于該影響，在環(huán)境地圖內(nèi)的改寫更新后的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生新的誤差。由此，反復(fù)進(jìn)行上述更新時，環(huán)境地圖的誤差蓄積。
在專利文獻(xiàn)4中，在結(jié)合過去的環(huán)境地圖和新測量而得到的新的環(huán)境地圖時，以在兩個環(huán)境地圖共有的區(qū)域內(nèi)設(shè)定的連接點為基準(zhǔn)，更新環(huán)境地圖。但是，兩個環(huán)境地圖分別具有誤差，所以，在以在兩個環(huán)境地圖上設(shè)定的連接點為基準(zhǔn)而得到的更新后的環(huán)境地圖中，相對于過去的環(huán)境地圖產(chǎn)生新的誤差。其結(jié)果，反復(fù)進(jìn)行更新時，誤差蓄積。

發(fā)明內(nèi)容
與此相對，根據(jù)本發(fā)明的目的，提供能夠在確保過去的環(huán)境地圖的精度的狀態(tài)下進(jìn)行更新處理而不會在環(huán)境地圖中蓄積誤差的移動機(jī)器人、機(jī)器人系統(tǒng)、地圖更新方法。作為用于解決上述課題的本發(fā)明的特征的一例，能夠在空間內(nèi)移動的移動機(jī)器人或機(jī)器人系統(tǒng)具有存儲部，存儲表示過去時點的空間幾何信息的環(huán)境地圖；傳感部，能夠測量機(jī)器人周圍的存在物的形狀；以及測量部位計算部，計算所述傳感部測量出的部位，其特征在于，所述存儲部具有如下功能將多個由預(yù)先設(shè)定的所述環(huán)境地圖中的規(guī)定區(qū)域的形狀信息與所述環(huán)境地圖上的該規(guī)定區(qū)域的屬性成對地存儲多個，所述移動機(jī)器人或機(jī)器人系統(tǒng)還具有屬性讀出部，對所述環(huán)境地圖與存儲在所述存儲部中的規(guī)定區(qū)域進(jìn)行比較， 讀出與該規(guī)定區(qū)域?qū)?yīng)的所述屬性；以及環(huán)境地圖更新部，按照所述測量部位計算部計算出的測量部位中的由所述屬性讀出部讀出的所述屬性，更新所述環(huán)境地圖。能夠進(jìn)行環(huán)境地圖的更新處理而不會引起誤差的蓄積。由此，即使反復(fù)進(jìn)行更新處理，環(huán)境地圖的精度也不會降低。


圖1是示出機(jī)器人系統(tǒng)的全體結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出機(jī)器人系統(tǒng)的動作流程圖的圖。圖3是示出機(jī)器人的動作的圖。圖4是示出使用距離傳感器的測量的圖。圖5是示出測量出的距離數(shù)據(jù)的圖。圖6是示出環(huán)境地圖中的格子的狀態(tài)的圖。圖7是示出距離數(shù)據(jù)針對環(huán)境地圖的幾何學(xué)組合的圖。圖8是示出環(huán)境地圖的更新的圖。圖9是示出從距離傳感器得到的數(shù)據(jù)針對地圖的登記的圖。圖10是示出環(huán)境地圖更新的流程圖的圖。圖11是示出區(qū)域形狀和更新影響度的設(shè)定的圖。圖12是示出區(qū)域形狀和更新影響度的存儲形式的圖。圖13是示出所設(shè)定的各區(qū)域中的格子的狀態(tài)的更新的圖。圖14是示出更新前的地圖和不變區(qū)域的設(shè)定的圖。圖15是示出存在物形狀變化時的形狀的測量的圖。圖16是示出不變區(qū)域以外的更新結(jié)果的圖。圖17是示出在實施例中使用的數(shù)學(xué)式的圖。標(biāo)號說明10 移動機(jī)器人；101 傳感部；101 自己位置估計部；103 測量部位計算部；104 屬性讀出部；105 環(huán)境地圖更新部；106 移動控制部；107 驅(qū)動部；11 區(qū)域設(shè)定裝置；110 區(qū)域設(shè)定部；111 更新影響度設(shè)定部；113 ；保存部；112 ；顯示部；120 環(huán)境地圖； 121 區(qū)域形狀；122 區(qū)域?qū)傩裕?3 實際空間內(nèi)的存在物；600 環(huán)境地圖；610 在地圖上表現(xiàn)的存在物；620 環(huán)境地圖中的詳細(xì)格子；630 沒有物體的區(qū)域的格子；640 存在物體的區(qū)域的格子；800 形狀沒有由于更新而變化的部位；810 通過更新而被消除的部位；820 通過更新而追加的部位；900 測量了距離的地點中的格子；910 在激光通過的空間內(nèi)不存在任何物體的區(qū)域中的格子；1100 更新影響度高的區(qū)域；1110 更新影響度低的區(qū)域； 1120 不進(jìn)行更新的區(qū)域；1130 移動頻度高的物體；1140 移動頻度少的物體；1150 不進(jìn)行移動的物體；1200 表示區(qū)域形狀的格子；1210 存儲部中的更新影響度的保持形式； 1300 激光通過更新影響度高的區(qū)域時的格子狀態(tài)的更新；1310 在更新影響度高的區(qū)域中測量了距離時的格子狀態(tài)的更新；1320 激光通過更新影響度低的區(qū)域時的格子狀態(tài)的更新；1330 在更新影響度低的區(qū)域中測量了距離時的格子狀態(tài)的更新；1340 激光通過不進(jìn)行更新的區(qū)域時的格子狀態(tài)的更新；1350 在不進(jìn)行更新的區(qū)域中測量了距離時的格子狀態(tài)的更新；1400 過去的環(huán)境地圖；1410 不進(jìn)行更新的區(qū)域；1420 不變的形狀；1430 移動前的形狀；1500 移動后的形狀。
具體實施例方式在本發(fā)明中，在環(huán)境地圖上將多個任意的區(qū)域形狀和每個該規(guī)定區(qū)域的屬性成對地設(shè)定多個，根據(jù)該屬性進(jìn)行更新處理。在使用在機(jī)器人的移動中得到的周圍的形狀來更新環(huán)境地圖時，按照更新部分中的所述屬性來更新環(huán)境地圖。例如，針對實際形狀不變的區(qū)域設(shè)定形狀不變這樣的屬性(以下作為不變區(qū)域)。 關(guān)于不變區(qū)域，不進(jìn)行所述更新，不更新該區(qū)域中包含的環(huán)境地圖上的形狀。由此，即使針對環(huán)境地圖反復(fù)進(jìn)行更新處理，也不對該區(qū)域進(jìn)行更新，不會蓄積誤差。當(dāng)使用該環(huán)境地圖進(jìn)行最佳的幾何學(xué)組合時，與沒有蓄積誤差的該區(qū)域取得匹配性。在組合時取得測量數(shù)據(jù)的一部分與該區(qū)域內(nèi)的形狀之間的匹配性，由此，不會在組合中產(chǎn)生誤差蓄積的影響。根據(jù)該結(jié)果來更新環(huán)境地圖，所以，不會在環(huán)境地圖中產(chǎn)生誤差的蓄積。由此，即使反復(fù)進(jìn)行更新，也能夠確保不變區(qū)域以外的形狀的精度。這些組合處理和更新處理分別能夠自動執(zhí)行，所以，如果預(yù)先設(shè)定所述屬性，則在機(jī)器人的移動中也能夠自動地確保地圖為最新狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，能夠進(jìn)行環(huán)境地圖的更新處理而不會引起誤差的蓄積。由此，即使反復(fù)進(jìn)行更新處理，環(huán)境地圖的精度也不會降低。下面，使用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。實施例1圖1是示出本實施例的機(jī)器人系統(tǒng)的概念圖。首先，本發(fā)明的機(jī)器人系統(tǒng)由移動機(jī)器人10和區(qū)域設(shè)定裝置11構(gòu)成。移動機(jī)器人10具有表示在空間內(nèi)存在的物體的形狀的環(huán)境地圖120、存儲區(qū)域形狀121和區(qū)域?qū)傩?22的多個對的存儲部100、測量周圍的形狀的傳感部101、自己位置估計部102、測量部位計算部103、區(qū)域?qū)傩宰x出部104、環(huán)境地圖更新部105、根據(jù)機(jī)器人的位置來決定移動的方向和量的移動控制部106、移動機(jī)構(gòu)部107。另外，在本實施例中，所述區(qū)域?qū)傩?22表示更新時的針對所述環(huán)境地圖的影響度即更新影響度，所述區(qū)域?qū)傩宰x出部104讀出所述更新影響度。并且，區(qū)域設(shè)定裝置11具有區(qū)域設(shè)定部110、更新影響度設(shè)定部111、顯示部112、顯示部113。這里，移動機(jī)器人10也可以構(gòu)成為，至少具有測量周圍的形狀的傳感部101和移動機(jī)構(gòu)部107，除此之外的環(huán)境地圖120、存儲部100等存儲在與移動機(jī)器人10不同的裝置 (例如區(qū)域設(shè)定裝置11)中，設(shè)置有線或無線通信單元等，進(jìn)行控制以便將這些信息適當(dāng)?shù)匕l(fā)送到移動機(jī)器人。傳感部101通過激光距離傳感器或聲納傳感器等測量與位于機(jī)器人10周邊的物體13之間的距離，從而能夠得到測量對象的形狀。另外，所述傳感器只要能夠測量周圍的形狀即可，不限于所述傳感器的例子。在自己位置估計部102中，通過對測量所得到的機(jī)器人10的周圍的形狀與存儲部 100所保持的環(huán)境地圖120進(jìn)行幾何學(xué)組合，估計測量時的機(jī)器人的位置姿勢。在測量部位計算部103中，根據(jù)估計出的所述自己位置，根據(jù)測量出的數(shù)據(jù)，求出環(huán)境地圖上的被測量點的位置坐標(biāo)。更新影響度讀出部104從存儲在存儲部100中的區(qū)域形狀121中選擇包含所述被測量點的位置的區(qū)域，求出與該區(qū)域?qū)?yīng)的更新影響度122。另外，關(guān)于區(qū)域形狀與更新影響度之間的對應(yīng)，操作員預(yù)先任意設(shè)定區(qū)域，按照該規(guī)定區(qū)域設(shè)定更新影響度。環(huán)境地圖更新部105按照所述更新影響度，更新與所述測量部位對應(yīng)的環(huán)境地圖上的部位。移動控制部106根據(jù)自己位置估計部102估計出的機(jī)器人的自己位置，沿著路徑?jīng)Q定移動方向和速度的移動控制。移動機(jī)構(gòu)部107按照移動控制部106所決定的移動控制使機(jī)器人移動。另外，在本說明中，為了簡便，將所述系統(tǒng)收納在機(jī)器人內(nèi)，但是，存儲部100、自己位置估計部102、測量部位計算部103、更新影響度讀出部104、環(huán)境地圖更新部105也可以設(shè)置在設(shè)于機(jī)器人外部的計算機(jī)等中，經(jīng)由通信設(shè)備，根據(jù)它們的計算結(jié)果遠(yuǎn)程操作機(jī)器人。通過由外部計算機(jī)具有這些部位，能夠應(yīng)用于多個機(jī)器人協(xié)作更新一個地圖的作業(yè)。圖2是本實施例的處理順序。移動機(jī)器人10根據(jù)路徑和估計出的自己位置，通過移動控制部106決定移動的方向和速度(移動控制)，通過移動機(jī)構(gòu)部107進(jìn)行移動處理 (S200)。接著，通過傳感部101測量機(jī)器人10的周邊的形狀(S210)。將測量出的形狀與環(huán)境地圖進(jìn)行幾何學(xué)組合，從而估計機(jī)器人的自己位置(S220)。最后，根據(jù)從傳感部101得到的形狀來更新環(huán)境地圖，從而對環(huán)境地圖進(jìn)行更新(S230)。在測量結(jié)束之前，反復(fù)進(jìn)行這些處理。圖3是機(jī)器人避開空間上的存在物13并沿著路徑移動的狀況。機(jī)器人沿著預(yù)先指定或自動生成的路徑進(jìn)行移動。如果具有雙腳步行式或履帶式等的使機(jī)器人系統(tǒng)10移動的機(jī)構(gòu)，則本機(jī)器人系統(tǒng)10中的移動機(jī)構(gòu)部107不限于圖2所示的使用車輪的形式。圖4是傳感部101測量與周圍存在的物體13之間的距離時的概念圖。這里，為了進(jìn)行說明，假設(shè)采用距離傳感器作為傳感部101的測量裝置。傳感部照射的激光觸碰周圍的存在物13，傳感部對其反射光進(jìn)行受光，從而根據(jù)從照射到受光的時間來測量與存在物 13之間的距離。針對周圍全方向進(jìn)行該測量，從而能夠測量周圍的形狀。圖5示出使用距離傳感器測量周邊的形狀時的測量例。距離傳感器向周圍照射紅外線激光，對觸碰了在各方向上存在的物體后的激光的反射光進(jìn)行受光，根據(jù)從照射到受光的時間差來測量與物體之間的距離。距離傳感器一邊使測量方向Φ逐次變化角度分辨率δ Φ，一邊同時測量η個數(shù)據(jù)。設(shè)第i個測量數(shù)據(jù)的測量方向為Cti、測量出的距離為此時的距離與方向的組合(ri; Φ,)成為以距離傳感器為中心的測量對象物體的由相對極坐標(biāo)系表示的位置。另外，點劃線箭頭表示測量結(jié)果，箭頭的終端成為被測量點的位置。閉合的點劃線表示空間上的物體，觸碰該物體的點劃線箭頭是測量成功的數(shù)據(jù)。未觸碰閉合的點劃線的點劃線箭頭表示無法測量任何物體。通過圖17所示的數(shù)學(xué)式(數(shù)學(xué)式1)，從由極坐標(biāo)系表示的位置(ri; Φ,)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系(sxi，syi)。圖6是環(huán)境地圖600的概念圖。在圖6中，為了進(jìn)行說明，示出僅表示是否存在物體的2值表現(xiàn)。考慮了本實施例中的更新影響度的是否存在物體的表現(xiàn)方法在后面詳細(xì)敘述。作為環(huán)境地圖的表現(xiàn)形式，假設(shè)分割成620那樣的細(xì)小的格子。但是，將空間全體的形狀圖示為格子時，格子的表記過小，所以，在使用格子進(jìn)行說明時，如620那樣放大示出一部分。在以下的說明中，分別表現(xiàn)環(huán)境地圖600和格子620，但是，它們只是放大率不同， 內(nèi)部構(gòu)造相同。在環(huán)境地圖600上示出環(huán)境地圖的坐標(biāo)軸和存在物。這里，環(huán)境地圖的坐標(biāo)系設(shè)地圖的中心為(0，0)，設(shè)右方向為χ軸的正方向，設(shè)上方向為y軸的正方向。另外，環(huán)境地圖的坐標(biāo)系不限于此。空間內(nèi)存在的形狀作為黑線如存在物610那樣表現(xiàn)。這里表現(xiàn)的存在物610是在過去時點測量并記錄在環(huán)境地圖600上的存在物。接著，說明格子中的表現(xiàn)例。格子630表示在空間內(nèi)對應(yīng)的區(qū)域中不存在任何物體。并且，格子640表示在格子內(nèi)存在物體。在圖6中，為了進(jìn)行說明，簡化示出是否存在物體的2值，但是，在本實施例中，不是2值，而是將其作為以下所述的多值的概率形式來表現(xiàn)物體的存在概率。詳細(xì)說明本實施例中的環(huán)境地圖上的物體的表現(xiàn)方法。在本實施例中，將空間內(nèi)的物體的形狀作為物體的存在概率而表現(xiàn)在環(huán)境地圖上。在環(huán)境地圖的內(nèi)部，記錄物體的信息作為投票值，在讀出時轉(zhuǎn)換為存在概率。首先，針對環(huán)境地圖坐標(biāo)系的坐標(biāo)(x，y)中的格子小區(qū)m(x，7)，設(shè)物體存在的概率為？(1110^，y))。這里，例如根據(jù)ρ (m(x，y))的值與參數(shù)的比較結(jié)果來判定是否存在物體。并且，各格子保持投票值ν (x, y)，根據(jù)投票值ν (x, y) 的值來計算概率？0110^，7))。另外，這些環(huán)境地圖的表現(xiàn)方法不限于上述方法，表現(xiàn)方法只要是能夠考慮更新影響度的形狀即可。圖7示出通過自己位置估計部102進(jìn)行的測量了周圍的形狀時的機(jī)器人的位置姿勢估計例。在自己位置估計中，以幾何學(xué)的方式在圖6所示的環(huán)境地圖600上組合由傳感部101測量出的圖5所示的距離數(shù)據(jù)，由此，機(jī)器人估計測量了周圍的形狀時的環(huán)境地圖上的位置姿勢。設(shè)環(huán)境地圖的坐標(biāo)系中的機(jī)器人的位置為(x，y，θ)。這里，將式1的機(jī)器人坐標(biāo)系所示的測量結(jié)果的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為環(huán)境地圖的坐標(biāo)系(txi，tyi)時，如圖17所示的數(shù)學(xué)式(數(shù)學(xué)式2、那樣。通過從機(jī)器人坐標(biāo)系進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換來求出環(huán)境地圖的坐標(biāo)系。將轉(zhuǎn)換為上述環(huán)境地圖的坐標(biāo)系后的距離結(jié)果與環(huán)境地圖進(jìn)行幾何學(xué)組合時的最佳位置(χ*，/，Θ*)如圖17 所示的數(shù)學(xué)式(數(shù)學(xué)式幻那樣求出。預(yù)先給出接近最佳解的初始值，通過最速下降法等，能夠解出式3的解。以下，設(shè)估計后的自己位置為(χ，ι, Θ )、測量出的環(huán)境地圖坐標(biāo)系中的被測量點的位置為(tx，ty) 進(jìn)行說明。
圖8示出基于從傳感部101得到的距離信息的環(huán)境地圖的更新例。針對記錄在過去的環(huán)境地圖中的形狀記錄當(dāng)前測量的傳感結(jié)果，從而進(jìn)行環(huán)境地圖的更新。通過測量部位計算部103求出所測量出的部位。測量部位計算部103的計算與式2同樣，求出自己位置(x，y，θ)和被測量點的位置(tx，ty)，并且探索自己位置與被測量點之間的區(qū)域的各格子，從而求出部位。圖8分別示出記錄在環(huán)境地圖中的形狀與測量出的形狀相同的形狀 800、記錄在過去的環(huán)境地圖中但是當(dāng)前沒有測量出的形狀810、以及新測量出的形狀820。 首先，根據(jù)通過所述組合而求出的移動機(jī)器人10的自己位置(x，y，θ )，將被測量點轉(zhuǎn)換為環(huán)境地圖的坐標(biāo)系。于是，如形狀800那樣，關(guān)于與構(gòu)筑過去的環(huán)境地圖時的形狀相比沒有變化的部位，測量出的形狀與環(huán)境地圖一致。另一方面，如形狀810那樣，在由于配置物移動等原因而消失的情況下，距離傳感器照射的激光通過。該情況下，通過減少與激光通過的區(qū)域?qū)?yīng)的部分的所述存在概率，能夠從環(huán)境地圖上消除形狀810。另外，存在概率的計算在后面敘述。關(guān)于在過去的環(huán)境地圖中沒有記錄但是在當(dāng)前的測量中新測量出的形狀820， 在環(huán)境地圖上的被測量點的坐標(biāo)中沒有記錄形狀。該情況下，通過增加被測量點的位置的所述存在概率，新記錄形狀。如上所述，能夠更新環(huán)境地圖。接著，說明由環(huán)境地圖更新部105實現(xiàn)的環(huán)境地圖的更新中的所述存在概率的計算方法。按照每個區(qū)域，利用所述更新影響度增減格子的投票值，從而進(jìn)行更新。在本實施例中，操作員設(shè)定與坐標(biāo)(x，y)對應(yīng)的區(qū)域中的增加參數(shù)α (X，y)和減少參數(shù)β (X，y)的值，作為更新影響度。通過更新影響度讀出部104讀出所設(shè)定的更新影響度。設(shè)作為更新對象的格子為與由測量部位計算部103計算出的被測量點對應(yīng)的格子和與沒有測量出任何物體的區(qū)域?qū)?yīng)的格子。圖9示出通過針對格子900增加投票值ν (x，y)來更新格子的例子。首先，說明與測量了距離時的被測量點對應(yīng)的格子的更新。在測量了距離的情況下，測量部位計算部103 使用式2求出被測量點的坐標(biāo)，環(huán)境地圖更新部105增加在與該坐標(biāo)對應(yīng)的格子中保存的所述投票值v(x，y)。由此，該位置中的物體的存在概率增加。根據(jù)測量出的距離和測量時的機(jī)器人的位置，通過式2求出格子900的位置(tx，ty)。關(guān)于投票值的變更，使用與格子的位置(tx，ty)對應(yīng)的增加參數(shù)α (tx，ty)，如圖17所示的數(shù)學(xué)式(數(shù)學(xué)式4)那樣更新。接著，說明與沒有測量出任何物體的區(qū)域?qū)?yīng)的格子的更新。關(guān)于與沒有測量出任何物體的區(qū)域?qū)?yīng)的格子910，通過減少投票值ν(X，y)來更新格子。將連接傳感部101 的位置與被測量點的位置的線段所通過的格子作為對象。關(guān)于投票值的變更，使用與格子的位置(tx，ty)對應(yīng)的減少參數(shù)β (tx，ty)，如圖17所示的數(shù)學(xué)式(數(shù)學(xué)式5)那樣更新。通過上述的格子的投票值的增減，能夠增減在格子內(nèi)存在物體的概率p(m(x，y))。 投票值越小，概率P (m (χ，y))越小，投票值越大，概率越大。圖10示出本實施例的更新的處理順序。首先，根據(jù)由自己位置估計部102得到的自己位置(X，1，θ )，使用式2將來自傳感部101的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為環(huán)境地圖上的坐標(biāo)(tx，ty) (SlOOO)。接著，檢測與傳感部101的各測量方向所通過的沒有測量出任何物體的區(qū)域?qū)?yīng)的格子(S1010)，讀出作為與該格子對應(yīng)的更新影響度的所述減少參數(shù)β (tx，ty) (S1020), 根據(jù)該參數(shù)減少該格子的投票值V (tx，ty)，從而降低格子中的物體的存在概率P (m(tx，ty)) (S1030)。如果檢測出形狀，則通過式2求出與檢測出的位置對應(yīng)的格子(S1040)，讀出作為與該格子對應(yīng)的更新影響度的所述增加參數(shù)α (tx，ty) (S1050)，根據(jù)該參數(shù)增加該格子的投票值V (tx，ty)，從而提高格子中的物體的存在概率P (m (tx，ty)) (S1060)。圖11是所述更新影響度的設(shè)定畫面的例子。在本實施例中，使用區(qū)域設(shè)定裝置 11設(shè)定區(qū)域形狀121和更新影響度122的多個對。首先，操作員通過區(qū)域設(shè)定部110指定環(huán)境地圖上的區(qū)域，通過更新影響度設(shè)定部111，按照每個區(qū)域設(shè)定更新影響度。作為設(shè)定方法，通過顯示部113在畫面上顯示環(huán)境地圖，根據(jù)所顯示的環(huán)境地圖，操作員利用鼠標(biāo)等指示裝置設(shè)定環(huán)境地圖的區(qū)域形狀，進(jìn)而，操作員針對所設(shè)定的區(qū)域設(shè)定更新影響度。區(qū)域的設(shè)定方法具有使用該指示裝置的基于自由曲線的包圍或基于矩形的包圍方法等。另外， 該指示裝置只要能夠指示畫面上的坐標(biāo)即可，不限于鼠標(biāo)。保存部112在機(jī)器人10所具有的存儲部10中保存所設(shè)定的區(qū)域形狀121和更新影響度122。圖11按照更新影響度設(shè)定了 3個區(qū)域。這里，分別將各區(qū)域設(shè)定為更新影響度高的區(qū)域1100、更新影響度低的區(qū)域 1110、不進(jìn)行更新的區(qū)域1120。另外，在圖11中，將更新影響度限定為3種進(jìn)行說明，但是不限于此。并且，也可以設(shè)定為連續(xù)地變更參數(shù)。圖12示出區(qū)域形狀和更新影響度的存儲形式。這里，列舉圖11所示的區(qū)域1100 和區(qū)域1110的例子進(jìn)行說明。在本實施例中，區(qū)域形狀和更新影響度與圖6所示的地圖的保持形式同樣，如1200那樣將空間分割成格子狀，預(yù)先在存儲部中保持與各格子對應(yīng)的更新影響度的值。作為存儲形式，如1210所示，在存儲部上的與(X，y)坐標(biāo)值對應(yīng)的位置分別存儲更新影響度的值。由此，僅通過讀出與所指定的坐標(biāo)對應(yīng)的值的處理，就能夠讀出更新影響度。另外，作為區(qū)域形狀的形式，也可以不使用格子，而利用數(shù)值保持由多邊形或曲線包圍的區(qū)域。該情況下，針對各區(qū)域，分別對應(yīng)地保持更新影響度。在讀出更新影響度時， 探索與所指定的坐標(biāo)對應(yīng)的區(qū)域，讀出與該區(qū)域?qū)?yīng)的值。圖13示出對設(shè)定了更新影響度后的環(huán)境地圖進(jìn)行更新的例子。另外，各區(qū)域的更新影響度與圖11相同。首先，關(guān)于更新影響度大的區(qū)域1100所包含的格子中的沒有測量出形狀的格子1300，大幅減少投票值v(tx，ty)。于是，該格子中的物體的存在概率p(m(tx， ty))也大幅減少。另一方面，關(guān)于區(qū)域1100所包含的格子中的測量出形狀的格子1310，大幅增加投票值v(tx，ty)。于是，該格子中的物體的存在概率p(m(tx，ty))也大幅增加。其結(jié)果，當(dāng)在該區(qū)域中產(chǎn)生形狀的變更或移動時，區(qū)域內(nèi)的格子中的物體的存在概率P(m(tx， ty))大幅增減，立即在環(huán)境地圖中反映形狀。關(guān)于更新影響度低的區(qū)域1110所包含的格子，投票值v(tx，ty)的增減變小。沒有測量出形狀的格子1320稍微減少投票值v(tx，ty)。 于是，該格子中的物體的存在概率P(m(tx，ty))小幅減少。并且，區(qū)域1110所包含的格子中的測量出形狀的格子1330稍微增加投票值ν (tx，ty)。該情況下，同樣地，物體的存在概率 P(m(tx，ty))也小幅增加。其結(jié)果，在該區(qū)域中，相對于形狀的變更或移動，區(qū)域內(nèi)的格子中的物體的存在概率P(m(tx，ty))的增減變小，針對環(huán)境地圖的影響變得緩和。關(guān)于區(qū)域1120 所包含的格子，不變更投票值ν(tx，ty)。因此，相對于任何測量，區(qū)域內(nèi)的形狀均不變。在圖13中，沒有測量出形狀的格子1340和測量出形狀的格子1350均不改變投票值。在該不變區(qū)域內(nèi)記錄的形狀不變，即使反復(fù)進(jìn)行更新，也不會產(chǎn)生誤差的蓄積。作為如上所述將更新影響度分為多種時的效果，存在如下效果能夠防止在環(huán)境地圖中誤記錄移動中的物體，并且能夠在環(huán)境地圖中記錄靜止的物體。當(dāng)在環(huán)境地圖中記錄了正在移動的物體時，在自己位置估計時不存在該移動中的物體，地圖與實際的環(huán)境不一致，所以引起精度降低。因此，優(yōu)選在環(huán)境地圖中記錄不移動的物體。在本實施例中，通過根據(jù)各區(qū)域中的物體的移動頻度來設(shè)定更新影響度，能夠如上所述更新環(huán)境地圖。例如， 在移動的物體較多的道路等區(qū)域中，將更新影響度設(shè)定為較低，由此，難以在環(huán)境地圖中記錄不希望反映到環(huán)境地圖中的移動中的物體。并且，在存在大量不移動的靜止的物體的區(qū)域中，將更新影響度設(shè)定為較高，由此，即使測量次數(shù)較少，也能夠立即反映到環(huán)境地圖中， 容易在環(huán)境地圖中記錄該物體。圖14 圖16示出實際的更新例。圖14是設(shè)定2種更新影響度的例子。一個更新影響度設(shè)定為較高，另一個影響度設(shè)定為零而不進(jìn)行更新。圖14由過去的環(huán)境地圖1400、 不進(jìn)行更新的區(qū)域1410、在區(qū)域1410內(nèi)存在的不變形狀1420、以及在區(qū)域1410外存在的形狀1430構(gòu)成。另外，假設(shè)區(qū)域1410是操作員預(yù)先設(shè)定的。以存儲部保持圖14的環(huán)境地圖為前提，如圖15那樣進(jìn)行測量。假設(shè)圖15的環(huán)境為圖14的地圖上的形狀1430移動到 1500的位置。因此，在該測量時，在此前的環(huán)境地圖中登記的形狀1430的部分不存在任何物體，所以，測量出位于其里側(cè)的不變形狀1420的一部分。并且，新測量出形狀1500。根據(jù)該測量結(jié)果，在圖16中更新環(huán)境地圖。在區(qū)域1410內(nèi)不進(jìn)行更新，所以，不進(jìn)行環(huán)境地圖的變更。在區(qū)域1410以外的區(qū)域中，根據(jù)新測量出的結(jié)果來更新形狀。由此，消除形狀 1430，記錄形狀1500。不更新形狀1420，所以，即使反復(fù)進(jìn)行更新，形狀1420也不會蓄積誤差。這樣，在更新時，將存在形狀不變或者不移動的物體的區(qū)域中的更新影響度設(shè)為零，由此，在反復(fù)進(jìn)行更新時，不會在該不變區(qū)域內(nèi)的形狀中產(chǎn)生誤差的蓄積。通過使用該更新， 在自己位置中的形狀的組合中，在取得所測量出的形狀的一部分與沒有蓄積所述誤差的形狀之間的匹配性的情況下，不會在自己位置估計結(jié)果中出現(xiàn)所述誤差蓄積的影響。由此，如果根據(jù)該所述自己位置估計的結(jié)果來更新地圖，則在所述不變區(qū)域以外的地圖中也不會蓄積誤差。根據(jù)上述方式，在操作員預(yù)先指定了區(qū)域和更新影響度后，能夠自動進(jìn)行更新，但是，通過在更新時手動設(shè)定希望更新的區(qū)域，不會在環(huán)境地圖中反映不應(yīng)該反映到環(huán)境地圖中的數(shù)據(jù)，本發(fā)明不限于自動執(zhí)行的利用方法。在本發(fā)明中，如果操作員預(yù)先設(shè)定了更新的區(qū)域和影響度，則能夠執(zhí)行地圖更新和自己位置估計，而不蓄積誤差。因此，在本發(fā)明的機(jī)器人系統(tǒng)中，自動生成高精度的地圖。 由此，在機(jī)器人的移動中，也能夠自動將地圖更新為最新狀態(tài)，即使在環(huán)境形狀變化的狀況下，不進(jìn)行手動作業(yè)或再次測量作業(yè)，也能夠進(jìn)行機(jī)器人的自主移動。實施例2在所述實施例中，作為傳感部101，使用對在二維平面上存在的物體進(jìn)行測量的距離傳感器進(jìn)行了說明。與此相對，作為傳感部101，也可以使用能夠測量三維形狀的距離傳感器。下面，說明使用三維距離傳感器時的實施例。在對三維空間進(jìn)行處理的情況下，將空間分割成格子時，使用存儲量龐大。因此， 直接在存儲部100中保持由距離傳感器測量出的被測量點的集合(點群)。當(dāng)然，在能夠使用安裝了大量存儲介質(zhì)的計算機(jī)的情況下，也能夠如所述實施例那樣對格子進(jìn)行處理。搭載在移動機(jī)器人上的功能/處理的順序與所述實施例相同。下面對各功能進(jìn)行說明。在本方式中，利用被測量點的集合表示空間內(nèi)的物體。并且，代替格子，按照每個點在存儲部100中記錄各投票率。自己位置估計部102針對當(dāng)前保持的點群應(yīng)用由傳感部101得到的周圍的點群，從而估計自己位置。探索所保持的點中的存在率為0. 5以上的點和測量出的各點之間的距離的平方距離和最小的對應(yīng)和姿勢，來進(jìn)行估計。在測量部位計算部103中，計算所保持的物體的形狀和測量出的形狀的變更部分。這里，探索位于各激光通過的線狀軌跡的一定距離內(nèi)的點群，作為“沒有測量出的點”。 并且，將離被測量點的一定距離內(nèi)的點群作為“測量出的點”。更新影響度讀出部104探索在存儲部100中保持的包含由所述測量部位計算部 103計算出的點在內(nèi)的區(qū)域，讀出與該區(qū)域?qū)?yīng)的影響度。環(huán)境地圖更新部根據(jù)由所述影響度讀出部104讀出的所述影響度，對在由測量部位計算部103計算出并由存儲部100保持的點中記錄的投票值進(jìn)行增減。由測量部位計算部103計算出的“沒有測量出的點”降低投票值。另一方面，由測量部位計算部103計算出的“測量出的點”降低投票值。在區(qū)域設(shè)定部110中，操作員選擇任意的區(qū)域。無法直接利用鼠標(biāo)指定三維空間內(nèi)的任意區(qū)域。因此，存在如下方法等在2個正交方向的視點上分別指定矩形，將兩個矩形的共同區(qū)域作為指定區(qū)域。并且，關(guān)于各指定區(qū)域，通過更新影響度設(shè)定部111設(shè)定更新影響度。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人系統(tǒng)具有能夠在空間內(nèi)移動的移動機(jī)器人，具有能夠測量周圍的存在物的形狀的傳感部；存儲部，存儲表示過去時點的空間幾何信息的環(huán)境地圖；以及測量部位計算部，計算所述傳感部測量出的部位，所述存儲部將由預(yù)先設(shè)定的所述環(huán)境地圖中的規(guī)定區(qū)域的形狀信息與所述環(huán)境地圖上的該規(guī)定區(qū)域的屬性成對地存儲多個，所述機(jī)器人系統(tǒng)還具有屬性讀出部，對所述環(huán)境地圖與存儲在所述存儲部中的規(guī)定區(qū)域進(jìn)行比較，讀出與該規(guī)定區(qū)域?qū)?yīng)的所述屬性；以及環(huán)境地圖更新部，按照所述測量部位計算部計算出的測量部位中的由所述屬性讀出部讀出的所述屬性，更新所述環(huán)境地圖。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人系統(tǒng)具有區(qū)域設(shè)定部，該區(qū)域設(shè)定部分別設(shè)定環(huán)境地圖上的任意的規(guī)定區(qū)域和所述規(guī)定區(qū)域的所述屬性。
3.如權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述屬性是進(jìn)行該規(guī)定區(qū)域中的環(huán)境地圖更新時的對地圖的更新影響度。
4.如權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述屬性是進(jìn)行該規(guī)定區(qū)域中的環(huán)境地圖更新時的可否對地圖進(jìn)行更新。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人系統(tǒng)具有自己位置估計部，該自己位置估計部根據(jù)所述環(huán)境地圖上的形狀和來自所述傳感部的數(shù)據(jù)的幾何學(xué)組合，估計機(jī)器人的位置姿勢，所述測量部位計算部根據(jù)所述自己位置估計部的結(jié)果，計算所述傳感部測量出的地圖上的測量部位。
6.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感部是測量與周圍物體之間的距離的距離傳感器。
7.如權(quán)利要求2所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述區(qū)域設(shè)定部具有能夠設(shè)定所述規(guī)定區(qū)域的區(qū)域設(shè)定部；屬性設(shè)定部，能夠針對所述規(guī)定區(qū)域設(shè)定所述屬性的參數(shù)；以及保存部，使所述存儲部將由通過區(qū)域設(shè)定部設(shè)定的規(guī)定區(qū)域的信息和由所述屬性設(shè)定部設(shè)定的該規(guī)定區(qū)域中的所述屬性成對地存儲多個。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人系統(tǒng)具有顯示部，該顯示部在畫面上顯示所述環(huán)境地圖和輸入中的由所述區(qū)域設(shè)定部設(shè)定的所述規(guī)定區(qū)域。
9.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，在所述移動機(jī)器人內(nèi)部收納所述存儲部、所述測量部位計算部、所述屬性讀出部以及所述環(huán)境地圖更新部。
10.一種環(huán)境地圖更新方法，是能夠在空間內(nèi)移動的移動機(jī)器人的表示移動空間內(nèi)的存在物的形狀的環(huán)境地圖的更新方法，其特征在于，所述環(huán)境地圖更新方法包括以下步驟區(qū)域設(shè)定步驟，操作員設(shè)定所述環(huán)境地圖上的規(guī)定區(qū)域；屬性設(shè)定步驟，操作員針對所述規(guī)定區(qū)域設(shè)定所述屬性； 測量部位計算步驟，根據(jù)來自所述傳感部的傳感數(shù)據(jù)計算測量部位； 屬性讀出步驟，在由所述測量部位計算步驟計算出的測量部位中，讀出在包含測量部位的所述規(guī)定區(qū)域中設(shè)定的所述屬性；以及環(huán)境地圖更新步驟，根據(jù)由所述屬性讀出步驟讀出的所述屬性，更新環(huán)境地圖上的由所述測量部位計算步驟計算出的部位。
11.如權(quán)利要求10所述的環(huán)境地圖更新方法，其特征在于，所述屬性是進(jìn)行該規(guī)定區(qū)域中的環(huán)境地圖更新時的對地圖的影響度。
12.如權(quán)利要求10所述的環(huán)境地圖更新方法，其特征在于， 所述屬性是進(jìn)行該規(guī)定區(qū)域中的環(huán)境地圖更新時的可否更新。
13.如權(quán)利要求10所述的環(huán)境地圖更新方法，其特征在于，所述環(huán)境地圖更新方法包括位置姿勢估計步驟，在該位置姿勢估計步驟中，按照所述環(huán)境地圖上的形狀和由傳感部測量出的傳感數(shù)據(jù)的幾何學(xué)組合，估計機(jī)器人的位置姿勢，在測量部位計算步驟中，按照基于所述位置姿勢估計步驟的結(jié)果的位置姿勢，根據(jù)來自所述傳感部的傳感數(shù)據(jù)計算測量部位。
14.如權(quán)利要求10所述的環(huán)境地圖更新方法，其特征在于， 所述傳感部是測量與周圍物體之間的距離的距離傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)器人系統(tǒng)以及地圖更新方法。由于進(jìn)行地圖更新，在過去的環(huán)境地圖和更新后的環(huán)境地圖中產(chǎn)生誤差。因此，當(dāng)反復(fù)進(jìn)行更新處理時，誤差蓄積。存儲多個由預(yù)先設(shè)定的環(huán)境地圖中的規(guī)定區(qū)域的形狀信息與環(huán)境地圖上的規(guī)定區(qū)域的屬性構(gòu)成的對，對環(huán)境地圖與存儲在存儲部中的規(guī)定區(qū)域進(jìn)行比較，讀出與規(guī)定區(qū)域?qū)?yīng)的屬性，按照測量部位中的屬性，更新環(huán)境地圖。
文檔編號G09B29/00GK102538779SQ20111032439
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者守屋俊夫, 木村宣隆, 藤本敬介 申請人:株式會社日立制作所