JP2769972B2 - Autonomous driving system for mobile robots on uneven terrain - Google Patents
Autonomous driving system for mobile robots on uneven terrainInfo
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、危険な災害地域や噴火
口等のように、人の行けない場所へ観測器材等を運ぶこ
とができる不整地移動ロボットの自律走行システムに関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an autonomous traveling system for an irregular terrain mobile robot capable of carrying observation equipment and the like to a place where no one can access, such as a dangerous disaster area or a crater.
【0002】[0002]
【従来の技術】火山噴火に伴う火砕流や、集中豪雨によ
る土石流などの自然災害の発生のおそれのある地域で
は、現在は、陸上自衛隊が出動し、装甲車等に隊員が乗
車して監視警戒活動にあたっている。2. Description of the Related Art In areas where natural disasters such as pyroclastic flows due to volcanic eruptions and debris flows due to torrential downpours may occur, the Ground Self-Defense Force is currently dispatched and armed vehicles are used by members to monitor and monitor. I have.
【0003】しかし、隊員を乗車させることなく、遠隔
操縦できる車両を上記任務にあたらせることができれ
ば、貴重な人命を自然の猛威にさらすことなく、安全に
監視警戒活動を行うことができる。[0003] However, if a vehicle that can be remotely controlled can be assigned to the above-mentioned duties without a member getting on board, a surveillance and warning activity can be performed safely without exposing valuable human lives to the violence of nature.
【0004】ところで、屋外の不整地を走行する無人ダ
ンプトラックの分野においては、走行路面を二次元平面
と仮定し、予定経路を教示することで、ダンプトラック
を自律走行させる発明が公知となっている。In the field of unmanned dump trucks traveling on rough terrain outdoors, an invention has been known in which a traveling road surface is assumed to be a two-dimensional plane, and a dump route is taught to autonomously travel. I have.
【0005】この種の屋外用ロボットに対する自律化に
ついては、ロボットの移動機構として、車輪式やクロー
ラ式を用いており、行動としては、平坦地の移動・障害
物回避ぐらいであった。すなわち、ロボットに対する自
律化よりは、費用対効果に鑑み、遠隔操縦、あるいは、
一部機能を自動化することが行われている。[0005] With regard to autonomy of this kind of outdoor robot, a wheel type or a crawler type is used as a moving mechanism of the robot, and the action is about moving on a flat ground and avoiding obstacles. In other words, remote control or
Some functions have been automated.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、火山噴火に伴
う火砕流や豪雨による土石流の監視活動は、予測できな
い自然の猛威を相手にすることにより、上述したシステ
ムでは対応することができず、また、遠隔操縦において
は、随伴する隊員が災害にまきこまれるおそれがある。
したがって、隊員は随伴せずに後方の地点で指揮命令と
監督を行うだけですむ安全な自律型の車両の開発が望ま
れている。However, the above-mentioned system cannot cope with the monitoring of debris flows caused by pyroclastic flows and heavy rains associated with volcanic eruptions due to unpredictable violence of nature. In remote control, attendants may be involved in disasters.
Therefore, there is a need for the development of a safe, autonomous vehicle that requires only command and supervision at the rear point without attendants.
【0007】ところで、火山噴火に伴う火砕流や豪雨に
よる土石流の不整地を移動するロボットの移動機構の形
態は、さまざま存在する。また、自律型の災害救援車両
が実際に走行する現場は、ダンプトラックが走行するよ
うな単なる凹凸があるにすぎない平坦な路面ではなく、
崖、川、斜面、山、谷等が存在する3次元的に起伏のあ
る自然災害地である。しかも、自然災害地であることか
ら、地形は絶えず変動するとともに当初は存在していな
いと判断していた障害物が新たに発生することがある。
このように流動的に変化する路面を走行する車両を誘導
するためには、走行路面を2次元平面と仮定し予定経路
を教示するといった上記誘導方法をそのまま採用するこ
とができない。このため、流動的に変化する自然災害地
を確実に走行できる装置の開発が望まれている。By the way, there are various types of moving mechanisms of a robot that moves on irregular terrain due to pyroclastic flows due to volcanic eruptions or debris flows due to heavy rain. In addition, the site where the autonomous disaster relief vehicle actually runs is not a flat road surface with only ruggedness like a dump truck runs,
It is a three-dimensional undulating natural disaster area with cliffs, rivers, slopes, mountains, valleys, etc. Moreover, since the area is a natural disaster area, the terrain is constantly changing, and new obstacles may be newly generated which are initially determined not to exist.
In order to guide a vehicle traveling on a road surface that changes in a fluid manner as described above, it is not possible to directly adopt the above-described guidance method in which a traveling road surface is assumed to be a two-dimensional plane and a planned route is taught. For this reason, there is a demand for the development of a device that can reliably travel in a dynamically changing natural disaster area.
【0008】そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み
てなされたもので、その目的は、自然災害地等のように
流動的に変化する不整地を路面とする現場でも、無人に
より安全かつ確実に自律走行が行える不整地移動ロボッ
トの自律走行システムを提供することにある。Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a safer and more unmanned environment even on a site where the road surface is an irregularly changing surface such as a natural disaster site. An object of the present invention is to provide an autonomous traveling system of an irregular terrain mobile robot that can reliably perform autonomous traveling.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による不整地移動ロボットの自律走行システ
ムは、モータを有する移動機構を備え、車体を水平に保
って路面を走行するように姿勢の変化が可能な移動ロボ
ットと、図形情報、距離情報、地面の固さ、形状等の接
触圧情報、地形の凹凸情報、凸物体の有無情報を得るた
めの外界センサと、走行する前記移動ロボットの加速
度、角速度、車体の傾斜角、前記モータの回転角および
負荷を検出するための内界センサとを備えて前記移動ロ
ボットに搭載された検出部と、前記移動ロボットに搭載
され、前記検出部の検出情報に基づいて決定される行動
パターンに従い前記移動機構を制御して前記移動ロボッ
トを自律制御する制御装置とを備えており、該制御装置
は、前記検出部による図形情報に基づいて比較的狭い視
野での距離画像から前記移動ロボット前方の地形の高さ
情報を生成し、前記検出部による図形情報に基づいて平
坦地と凹凸地・障害物との境界をエッジ情報として抽出
し、該エッジ情報と前記検出部による図形情報に基づい
て領域分割を行って走破不可能領域を検知し、前記領域
分割情報と前記検出部による図形情報に基づいて物体認
識を行い、前記移動ロボットの周辺を移動する移動体の
形状、種類を示す情報を得る第1画像処理部と、前記検
出部による距離情報に基づいて比較的広い視野での距離
画像を生成し、該距離画像から得られる高さ情報により
凹領域、凸領域、平坦地領域、死角領域に分割し、該分
割された各領域に走破可能な領域と走破不可能な領域の
境界線を引いて多角形近似し、前記移動ロボットの車体
から地形までの距離の差による領域内の地形の傾き情報
を用いて前記多角形近似された地形を多面体近似する第
2画像処理部と、前記検出部による接触圧情報に基づい
て前記移動ロボットの通過が可能か否かを判定するため
の地面の固さ、形状等の接触圧信号を生成するととも
に、前記検出部による地面との接触情報に基づいて前記
移動ロボット前方の一次元的な地形の凹凸を示す接触信
号を生成する信号生成手段と、前記検出部による凸物体
有無情報に基づいて凸物体の有無に応じた信号を生成す
る信号処理部と、前記第1画像処理部による図形情報お
よび物体情報と、前記第2画像処理部による距離画像お
よび多面体近似情報と、前記信号生成手段による接触圧
信号に基づいて3次元地形形状、地面の固さ、前記移動
ロボットの周囲を移動する移動体の環境を認識する環境
認識部と、前記検出部による加速度情報および回転角情
報に基づいて前記移動ロボットの自己位置を認識し、前
記検出部による傾斜情報、モータの回転角情報および負
荷情報を補正情報として位置誤差を補正して前記移動ロ
ボットの3次元的な位置情報を得る自己位置認識部と、
入力される地図情報の出発点と目標点に基づいて大局的
な移動経路を計画するとともに、前記地図情報を入力と
して、又は前記環境認識部で認識された環境情報および
前記自己位置認識部で認識された位置情報を入力とし
て、地図上でのマッチングをとりながら地図を更新する
地形情報入出力部と、凹凸地等の地形とその地形の越え
方、姿勢についての知識データベースが予め記憶され、
前記画像処理部による多角形近似情報および前記地形情
報入出力部の大局的な移動経路による情報に基づいて障
害物回避用の経路を生成して前記移動ロボットの移動速
度および方向を計画するとともに、前記環境認識部が認
識した環境情報および前記自己位置認識部が認識した位
置情報から越え方が分かっている既知の凹凸地を移動す
る場合に前記知識データベースに従う行動パターンを推
論し、前記環境認識部が認識した環境情報および前記自
己位置認識部が認識した位置情報から越え方が分からな
い未知の凹凸地を移動する場合に前記移動ロボットの行
動パターンを新たに計画し、前記環境認識部が認識した
環境情報、前記自己位置認識部が認識した位置情報、前
記移動機構の性能情報に従って障害物回避時の行動パタ
ーン、平坦地の移動時の行動パターン、推論された越え
方が分かっている既知の凹凸地の移動の行動パターン、
新規に計画された未知の凹凸地の移動の行動パターンの
何れかの行動パターンを選択する統合制御部と、該統合
制御部で選択された行動パターンに従って方向・速度お
よび姿勢の指令を発生して前記移動ロボットの近傍に存
在する凹凸地・障害物を無条件に避けるように前記移動
機構のモータの回転・停止を制御する移動機構制御部と
を具備したことを特徴としている。To achieve the above object, an autonomous traveling system for an irregular terrain mobile robot according to the present invention is provided with a moving mechanism having a motor, and a posture for traveling on a road surface while keeping a body level. A mobile robot capable of changing the shape, distance information, contact pressure information such as the hardness and shape of the ground, terrain irregularity information, and presence / absence information of a convex object, and the traveling mobile robot A detection unit mounted on the mobile robot, comprising: an acceleration sensor, an angular velocity, an inclination angle of a vehicle body, an inner field sensor for detecting a rotation angle and a load of the motor, and a detection unit mounted on the mobile robot. And a control device for controlling the moving mechanism in accordance with an action pattern determined based on the detection information of the autonomous control of the mobile robot. Based on shape information, height information of the terrain in front of the mobile robot is generated from a distance image in a relatively narrow field of view, and a boundary between a flat ground and an uneven ground / obstacle is edged based on graphic information by the detection unit. Extracting as information, performing a region division based on the edge information and the graphic information by the detection unit to detect a non-traveling region, performing object recognition based on the region division information and the graphic information by the detection unit, A first image processing unit that obtains information indicating the shape and type of the moving object moving around the mobile robot; and a distance image with a relatively wide field of view based on the distance information from the detection unit. Is divided into a concave area, a convex area, a flat ground area, and a blind spot area according to the height information obtained from, and a polygonal approximation is performed by drawing a boundary line between a travelable area and a non-travelable area in each of the divided areas. The said move A second image processing unit that approximates the polygon-approached terrain with a polyhedron using the terrain inclination information in the area due to the difference in distance from the bot's body to the terrain; In addition to generating a contact pressure signal such as hardness or shape of the ground for determining whether the mobile robot can pass or not, one-dimensionally in front of the mobile robot based on contact information with the ground by the detection unit. Signal generating means for generating a contact signal indicating unevenness of the terrain, a signal processing unit for generating a signal corresponding to the presence or absence of a convex object based on the presence or absence information of the convex object by the detection unit, and the first image processing unit Based on the graphic information and the object information, the distance image and the polyhedral approximation information by the second image processing unit, and the contact pressure signal by the signal generating means, the three-dimensional topographic shape, the hardness of the ground, the moving robot An environment recognizing unit that recognizes the environment of a moving object that moves around the vehicle, and recognizes the self-position of the mobile robot based on acceleration information and rotation angle information obtained by the detecting unit. A self-position recognition unit that corrects a position error using the rotation angle information and the load information as correction information to obtain three-dimensional position information of the mobile robot;
A global movement route is planned based on the starting point and the target point of the input map information, and the map information is input, or the environment information recognized by the environment recognition unit and the self-location recognition unit recognizes the environment information. With the input position information as input, a terrain information input / output unit that updates the map while matching on the map, and a knowledge database on terrain such as uneven terrain and how to cross the terrain, posture are stored in advance,
While generating a path for obstacle avoidance based on polygon approximate information by the image processing unit and information on the global movement path of the terrain information input / output unit, and planning the moving speed and direction of the mobile robot, The environment recognition unit infers a behavior pattern in accordance with the knowledge database when moving on a known uneven surface having a known way to cross from the environment information recognized by the environment recognition unit and the position information recognized by the self-position recognition unit. When moving on an unknown bumpy terrain that does not know how to cross from the environmental information recognized by the self-position recognition unit and the position information recognized by the self-position recognition unit, the behavior pattern of the mobile robot is newly planned and recognized by the environment recognition unit. Environmental information, the position information recognized by the self-position recognition unit, the behavior pattern at the time of avoiding an obstacle in accordance with the performance information of the moving mechanism, Behavior pattern of movement of the behavior patterns, known to have been found way beyond inferred of uneven land when,
An integrated control unit for selecting any one of the newly planned movement patterns of the movement of the unknown uneven terrain, and generating a direction / speed and attitude command according to the action pattern selected by the integrated control unit; A moving mechanism control unit that controls rotation and stop of a motor of the moving mechanism so as to unconditionally avoid uneven terrain and obstacles existing near the mobile robot.
【0010】[0010]
【作用】移動ロボットに搭載された検出部における外界
センサは、図形情報、距離情報、地面の固さ、形状等の
接触圧情報、地形の凹凸情報、凸物体の有無情報を得て
いる。又、同検出部における内界センサは、走行する移
動ロボットの加速度、角速度、車体の傾斜角、モータの
回転角および負荷を検出している。そして、移動ロボッ
トに搭載された制御装置は、地形情報入力部により地図
情報の出発点と目標点がオペレータにより設定されて大
局的な移動経路が計画されると、その後は検出部の検出
情報に基づいて決定される行動パターンに従って移動ロ
ボットを自律制御する。ここで、上記行動パターンを決
定するにあたっては、自己位置認識部により移動ロボッ
トの3次元的な位置情報を得るとともに、環境認識部に
よって3次元地形形状、地面の固さ、移動ロボットの周
囲を移動する移動体の環境を認識しており、画像処理に
よって得られる多角形近似情報および大局的な移動経路
による情報に基づいて障害物回避用の経路を生成して移
動ロボットの移動速度および方向を計画する。そして、
環境認識部が認識した環境情報および自己位置認識部が
認識した位置情報から越え方が分かっている既知の凹凸
地を移動する場合に予め記憶された知識データベースに
従う行動パターンを推論する。これに対し、環境認識部
が認識した環境情報および自己位置認識部が認識した位
置情報から越え方が分からない未知の凹凸地を移動する
場合には、移動ロボットの行動パターンを新たに計画す
る。統合制御部は、環境認識部が認識した環境情報、自
己位置認識部が認識した位置情報、移動機構の性能情報
に従って障害物回避時の行動パターン、平坦地の移動時
の行動パターン、推論された越え方が分かっている既知
の凹凸地の移動の行動パターン、新規に計画された未知
の凹凸地の移動の行動パターンの何れかの行動パターン
を選択する。そして、移動機構制御部では、統合制御部
で選択された行動パターンに従って方向・速度および姿
勢の指令を発生して移動機構のモータの回転・停止を制
御し、移動ロボットを自律走行させる。The external sensor in the detection unit mounted on the mobile robot obtains graphic information, distance information, contact pressure information such as the hardness and shape of the ground, terrain unevenness information, and presence / absence information of a convex object. The internal sensor in the detection unit detects the acceleration, angular velocity, inclination angle of the vehicle body, rotation angle of the motor, and load of the traveling mobile robot. When the starting point and the target point of the map information are set by the operator by the terrain information input unit and the general moving path is planned, the control device mounted on the mobile robot then outputs the detection information of the detecting unit. The mobile robot is autonomously controlled according to the behavior pattern determined based on the mobile robot. In determining the behavior pattern, the self-position recognition unit obtains the three-dimensional position information of the mobile robot, and the environment recognition unit obtains the three-dimensional topography, the rigidity of the ground, and the movement around the mobile robot. Recognizes the environment of a moving mobile object and generates a path for avoiding obstacles based on approximate polygon information obtained by image processing and information on a global moving path, and plans the moving speed and direction of the mobile robot. I do. And
An action pattern is inferred according to a knowledge database stored in advance when moving on a known bumpy land where the way to go is known from the environment information recognized by the environment recognition unit and the position information recognized by the self-position recognition unit. On the other hand, in the case of moving on an unknown bumpy land whose way of movement is unknown from the environment information recognized by the environment recognition unit and the position information recognized by the self-position recognition unit, the behavior pattern of the mobile robot is newly planned. The integrated control unit infers the behavior pattern when avoiding obstacles, the behavior pattern when moving on a flat ground, according to the environment information recognized by the environment recognition unit, the position information recognized by the self-position recognition unit, and the performance information of the moving mechanism. One of a behavior pattern of movement of a known uneven terrain with a known way of crossing and a behavior pattern of movement of a newly planned unknown terrain is selected. Then, the moving mechanism control unit generates a direction, speed and posture command according to the action pattern selected by the integrated control unit, controls the rotation and stop of the motor of the moving mechanism, and causes the mobile robot to travel autonomously.
【0011】[0011]
【実施例】図1は本発明による不整地移動ロボットの自
律走行システムの一実施例を示す機能ブロック図、図2
は同システムの詳細なブロック構成図である。FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of an autonomous traveling system for an irregular terrain mobile robot according to the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a detailed block diagram of the system.
【0012】この実施例による自律走行システムは、例
えば自然災害地のように流動的に変化する不整地を走行
する災害救援用の装軌車両としてのロボット車両1と、
このロボット車両1を自律制御する制御装置2とによっ
て概略構成されている。The autonomous traveling system according to this embodiment includes a robot vehicle 1 as a tracked vehicle for disaster relief traveling on uneven terrain that changes fluidly such as a natural disaster area,
The control device 2 for autonomously controlling the robot vehicle 1 is roughly configured.
【0013】ここで、実施例における不整地とは、地形
と障害とによって定義されるもので、地形は、成分粒子
の種類、含水比、湿潤密度で決まる土質・岩質と、傾斜
角度、地表の曲率、地表の凹凸変化率で決まる形状とに
よって定義され、障害は、森林、岩、河川、湖沼、草、
氷による天然障害と、天然障害の人工障害化、都市、人
工物、地雷原による人工障害とによって定義される。Here, the irregular terrain in the embodiment is defined by topography and obstacles. The terrain includes soil / rock quality determined by the type of component particles, water content and wet density, inclination angle, ground surface Obstacles are defined by the curvature of the forest, the shape determined by the rate of change of the surface irregularities, and the obstacles are forests, rocks, rivers, lakes, marshes, grasses,
It is defined by natural obstacles caused by ice and artificial obstacles caused by natural obstacles, cities, artifacts and minefields.
【0014】ロボット車両1は、姿勢の変化が導入され
た車両本体の前後左右に4つのクローラを有する4輪ト
ラックフレーム構造の装軌車両から構成されている。さ
らに説明すると、ロボット車両1は、車両本体を整地、
不整地等の路面で走行させるための移動機構4と、車両
本体に搭載されて周囲の状況や車両本体の走行状態を認
識するための検出部(検出手段)5と制御装置2を備え
て構成されている。The robot vehicle 1 comprises a tracked vehicle having a four-wheel track frame structure having four crawlers on the front, rear, left and right sides of a vehicle body in which a change in posture is introduced. More specifically, in the robot vehicle 1, the vehicle body is leveled,
A moving mechanism 4 for traveling on a road surface such as uneven terrain, a detecting unit (detecting means) 5 mounted on the vehicle body for recognizing surrounding conditions and a traveling state of the vehicle body, and a control device 2. Have been.
【0015】移動機構4は、各クローラを前後方向に移
動させる4つの移動用モータ4aと、各クローラを固定
軸を中心として360°の範囲で回動させる4つの回動
用モータ4bとの合計8つのモータを有している。そし
て、ロボット車両1は、制御装置2からの指令に基づい
て各モータ4a,4bが独立に制御され、自然災害地の
起伏のある路面を有効にグリップしながら走行するよう
に構成されている。The moving mechanism 4 comprises four moving motors 4a for moving the respective crawlers in the front-rear direction and four rotating motors 4b for rotating the respective crawlers within a range of 360 ° around a fixed axis. Have two motors. Then, the robot vehicle 1 is configured such that the motors 4a and 4b are independently controlled based on a command from the control device 2, and travel while effectively gripping an uneven road surface in a natural disaster area.
【0016】なお、ロボット車両1は、路面を走行する
移動体であればよく、用途、走行機構の形式(車輪式、
覆帯式等)等は任意である。The robot vehicle 1 may be any moving body that travels on a road surface.
And the like are optional.
【0017】ロボット車両1に搭載された検出部5は、
環境、自己位置、地図、車体等の各種情報に基づいて周
囲の状況を認識しており、外界センサ7と内界センサ8
とで構成されている。外界センサ7は、例えば図2に示
すように、図形情報と距離情報を得るためのCCD(ch
arge coupled device )7aと、レーザ光の出射による
反射から距離情報を得るためのLRF(Laser Range Fi
nder)7bと、地面の固さ、形状等の接触圧情報や地形
の凹凸情報を得るための触覚センサ7cと、凸物体の有
無情報を得るための超音波センサ7dとを備えて構成さ
れている。The detection unit 5 mounted on the robot vehicle 1 includes:
It recognizes the surrounding situation based on various information such as environment, self-position, map, and vehicle body.
It is composed of As shown in FIG. 2, for example, an external sensor 7 is a CCD (ch) for obtaining graphic information and distance information.
arge coupled device) 7a and an LRF (Laser Range Fi) for obtaining distance information from reflection by emission of laser light.
nder) 7b, a tactile sensor 7c for obtaining contact pressure information such as the hardness and shape of the ground, and terrain unevenness information, and an ultrasonic sensor 7d for obtaining information on the presence or absence of a convex object. I have.
【0018】内界センサ8は、例えば図2に示すよう
に、慣性センサ8Aと車体制御用センサ8Bで構成さ
れ、慣性センサ8Aは、走行するロボット車両1の加速
度を検出するための加速度計8Aaと、走行するロボッ
ト車両1の角速度を検出するためのFOG(Fiber Opti
cal Gyro)8Abと、車体の傾斜角を検出するための傾
斜計8Acとを備えている。また、車体制御用センサ8
Bは、各クローラを回転制御するモータ4a,4bの回
転角を検出するためのエンコーダ8Baと、モータ4
a,4bの負荷を検出するためのモータ負荷計8Bbと
を備えている。As shown in FIG. 2, for example, the inner field sensor 8 is composed of an inertia sensor 8A and a body control sensor 8B. The inertia sensor 8A is an accelerometer 8Aa for detecting the acceleration of the traveling robot vehicle 1. And a FOG (Fiber Optic) for detecting the angular velocity of the traveling robot vehicle 1.
cal Gyro) 8Ab and an inclinometer 8Ac for detecting the inclination angle of the vehicle body. Also, the vehicle control sensor 8
B is an encoder 8Ba for detecting the rotation angle of the motors 4a and 4b for controlling the rotation of each crawler;
and a motor load meter 8Bb for detecting the loads a and 4b.
【0019】制御装置2は、CCD画像処理部9、LR
F画像処理部10、触覚機構部11、超音波信号処理部
12、環境認識部13、自己位置認識部14、地形情報
入出力部(設定手段)15、統合制御部16、移動機構
制御部(移動制御手段)17を備えて構成されており、
各部相互間は、RS232Cやイサーネット等の通信用
インターフェース18を介して電気的に接続されてい
る。ここで、CCD画像処理部9、LRF画像処理部1
0、触覚機構部11、超音波信号処理部12、環境認識
部13、自己位置認識部14、統合制御部16によって
行動パターン決定手段2aを構成している。The control device 2 includes a CCD image processing unit 9, an LR
F image processing unit 10, haptic mechanism unit 11, ultrasonic signal processing unit 12, environment recognition unit 13, self-position recognition unit 14, terrain information input / output unit (setting means) 15, integrated control unit 16, moving mechanism control unit ( (Movement control means) 17,
The components are electrically connected to each other via a communication interface 18 such as RS232C or Ethernet. Here, the CCD image processing unit 9 and the LRF image processing unit 1
0, a tactile mechanism section 11, an ultrasonic signal processing section 12, an environment recognition section 13, a self-position recognition section 14, and an integrated control section 16 constitute an action pattern determination means 2a.
【0020】さらに各構成について図2を参照して説明
すると、CCD画像処理部9は、距離画像生成手段9
a、エッジ抽出手段9b、領域分割手段9c、パターン
認識手段9dを備えて構成されている。距離画像生成手
段9aは、CCD7aからの図形情報に基づいて比較的
狭い視野での距離画像からロボット車両1前方の地形の
高さ情報を高分解能に生成している。エッジ抽出手段9
bは、CCD7aからの図形情報に基づいて地形の変化
部分である平坦地と凹凸地・障害物との境界をエッジ情
報として高速に抽出している。領域分割手段9cは、エ
ッジ抽出手段9bで抽出されたエッジ情報とCCD7a
からの図形情報とに基づいて所定のテキスチャによる模
様毎の領域分割を行い走破不可能領域を検知している。
物体認識手段9dは、領域分割手段9cで得られた領域
分割情報とCCD7aからの図形情報とに基づいて物体
認識を行い、ロボット車両1の周辺を移動する移動体等
のシーン情報として移動体、形状、種類の各情報を得て
いる。Each component will be further described with reference to FIG. 2. The CCD image processing unit 9 includes a distance image generation unit 9
a, edge extracting means 9b, area dividing means 9c, and pattern recognizing means 9d. The distance image generation means 9a generates high-resolution height information of the terrain in front of the robot vehicle 1 from the distance image in a relatively narrow field of view based on the graphic information from the CCD 7a. Edge extraction means 9
“b” extracts a boundary between a flat land and a bumpy land / obstacle, which is a portion where the terrain changes, based on the graphic information from the CCD 7a at high speed as edge information. The area dividing means 9c is provided with the edge information extracted by the edge extracting means 9b and the CCD 7a.
Area is divided for each pattern by a predetermined texture on the basis of the graphic information from, and a running impossible area is detected.
The object recognizing means 9d performs object recognition based on the area division information obtained by the area dividing means 9c and the graphic information from the CCD 7a, and outputs a moving object as scene information such as a moving object moving around the robot vehicle 1. Information on shape and type is obtained.
【0021】LRF画像処理部10は、距離画像生成手
段10a、領域分割手段10b、多角形近似手段10
c、多面体近似手段10dを備えて構成されている。距
離画像生成手段10aは、LRF7bの距離情報に基づ
いて比較的広い視野での距離画像を生成している。領域
分割手段10bは、LRF7bの距離情報に対して座標
変換を行い、距離画像生成手段10aの距離画像から得
られる高さ情報により凹領域、凸領域、平坦地領域、死
角領域の4つの領域に粗く分割している。多角形近似手
段10cは、領域分割手段10bで4つに分割された各
領域に走破可能な領域と走破不可能な領域の境界線を引
いてさらに多角形で近似している。多面体近似手段10
dは、車体から地形までの距離の差による領域内の地形
の傾き情報を用いて多角形近似手段10cにより多角形
近似された地形を多面体近似している。The LRF image processing unit 10 includes a distance image generating unit 10a, a region dividing unit 10b, a polygon approximating unit 10
c, a polyhedron approximating means 10d. The distance image generation unit 10a generates a distance image with a relatively wide field of view based on the distance information of the LRF 7b. The area dividing means 10b performs coordinate conversion on the distance information of the LRF 7b, and converts the distance information into four areas of a concave area, a convex area, a flat ground area, and a blind spot area by height information obtained from the distance image of the distance image generating means 10a. It is roughly divided. The polygon approximating unit 10c approximates each of the four regions divided by the region dividing unit 10b with a polygon by drawing a boundary line between a region that can travel and a region that cannot travel. Polyhedron approximation means 10
d is a polyhedral approximation of the terrain polygonally approximated by the polygon approximation means 10c using the inclination information of the terrain in the area due to the difference in the distance from the vehicle to the terrain.
【0022】触覚機構部11は、接触圧信号生成手段1
1a、接触信号生成手段11bを備えて構成されてい
る。接触圧信号生成手段11aは、触覚センサ7cの接
触圧情報に基づいてロボット車両1の通過が可能か否か
を判定するための地面の固さ、形状等の接触圧信号を生
成しており、通過可能な場合にはオンの接触圧信号を、
通過不可能な場合にはオフの接触圧信号をそれぞれ出力
している。接触信号生成手段11bは、触覚センサ7c
による地面との接触情報に基づいてロボット車両1前方
の一次元的な地形の凹凸を示す接触信号を高速に生成し
ており、地形が凹凸の場合にはオンの接触信号を、平坦
の場合にはオフの接触信号をそれぞれ生成している。The tactile mechanism 11 includes a contact pressure signal generating means 1
1a and a contact signal generating means 11b. The contact pressure signal generating means 11a generates a contact pressure signal such as hardness or shape of the ground for determining whether or not the robot vehicle 1 can pass based on the contact pressure information of the tactile sensor 7c, If it can pass, the ON contact pressure signal
When the passage is impossible, the contact pressure signal is turned off. The contact signal generating means 11b is provided with a tactile sensor 7c.
A high-speed contact signal indicating one-dimensional terrain unevenness in front of the robot vehicle 1 is generated based on contact information with the ground by the robot. Generates off contact signals.
【0023】超音波信号処理部12は、超音波センサ7
dからの凸物体有無情報に基づいて凸物体が有る場合に
は方向、距離をあいまいなベクトルで表現したファジー
ベクトルによる凸物体信号を、凸物体が無い場合にはオ
フの凸物体信号をそれぞれ生成している。The ultrasonic signal processing unit 12 includes the ultrasonic sensor 7
If there is a convex object based on the convex object presence information from d, a convex object signal is generated by a fuzzy vector expressing the direction and distance as an ambiguous vector, and an off convex object signal is generated if there is no convex object. doing.
【0024】環境認識部13は、環境認識手段13a、
コーション発生手段13b、センサ選択制御手段13c
を備えて構成されている。環境認識手段13aは、CC
D画像処理部9からの距離画像,シーン情報、LRF画
像処理部10からの距離画像,多面体近似情報、触覚機
構部11からの接触圧信号に基づいて3次元地形形状、
地面の固さ、ロボット車両1の周囲を移動する移動体等
の環境の認識を行っている。コーション発生手段13b
は、CCD画像処理部9からのエッジ情報,LRF画像
処理部10、触覚機構部11からの凸物体の有無または
超音波信号処理部12からの地形の凹凸を示すオン・オ
フ信号に基づいて誤認識による無用な停止を避けるため
に、平坦地から凹凸地・障害物への真の変化を検知して
方向、危険度をパラメータとするコーションファジーベ
クトルを生成して検出能力の向上を図るためのコーショ
ン信号を発生している。センサ選択制御手段13cは、
環境認識手段13aが認識した環境に不足する情報を得
るために必要な外界センサ7を選択するとともに、選択
された外界センサ7の機構部、例えば雲台、視野、ズー
ム等を制御している。The environment recognition unit 13 includes environment recognition means 13a,
Caution generation means 13b, sensor selection control means 13c
It is provided with. The environment recognition means 13a uses CC
Based on the distance image and scene information from the D image processing unit 9, the distance image from the LRF image processing unit 10, the polyhedral approximation information, and the three-dimensional topographic shape based on the contact pressure signal from the haptic mechanism unit 11,
It recognizes the hardness of the ground and the environment such as a moving object moving around the robot vehicle 1. Caution generating means 13b
Error is detected based on the edge information from the CCD image processing unit 9, the presence or absence of a convex object from the LRF image processing unit 10, the tactile mechanism unit 11, or the on / off signal indicating the irregularities of the terrain from the ultrasonic signal processing unit 12. In order to avoid unnecessary stopping due to recognition, to detect the true change from flat ground to uneven terrain / obstacles, to generate a caution fuzzy vector with the direction and risk level as parameters, to improve the detection ability A caution signal is being generated. The sensor selection control means 13c includes:
In addition to selecting an external sensor 7 necessary for obtaining information that is insufficient in the environment recognized by the environment recognizing unit 13a, the controller controls a mechanism of the selected external sensor 7, for example, a camera platform, a visual field, and a zoom.
【0025】自己位置認識部14は、加速度計8Aaか
らの加速度情報、FOG8Abからの回転角情報に基づ
いてロボット車両1の自己位置を認識しており、傾斜計
8Acの傾斜情報、エンコーダ8Ba、モータ負荷計8
Bbからの信号を補正情報とし、この補正情報に基づい
て慣性センサ8Aのドリフトにより生じる位置誤差を補
正して高精度な三次元的な位置情報を得ている。The self-position recognizing unit 14 recognizes the self-position of the robot vehicle 1 based on the acceleration information from the accelerometer 8Aa and the rotation angle information from the FOG 8Ab, and the tilt information of the inclinometer 8Ac, the encoder 8Ba, and the motor. Load meter 8
A signal from Bb is used as correction information, and a position error caused by a drift of the inertial sensor 8A is corrected based on the correction information to obtain highly accurate three-dimensional position information.
【0026】地形情報入出力部15は、グローバルパス
生成手段15a、マップ更新手段15bを備えて構成さ
れている。グローバルパス生成手段15aは、オペレー
タの操作により入力される情報欠落、誤りを含むあいま
いな地図情報において出発点と目標点が設定されると、
この出発点と目標点との間の位置と速度を点(図3の×
印に相当)として生成し、さらに滑らかな走行を行うた
めに各点間を補間(図3の破線に相当)して大局的な移
動経路を計画している。マップ更新手段15bは、オペ
レータの操作によって入力される地図情報を入力とし
て、または環境認識手段13aで認識された環境情報と
自己位置認識部14で認識された位置情報とを入力とし
て、地図上でのマッチングをとりながらマップの更新を
行っている。The terrain information input / output unit 15 includes a global path generating unit 15a and a map updating unit 15b. When the starting point and the target point are set in the ambiguous map information including information missing or error input by the operation of the operator,
The position and speed between the starting point and the target point are represented by points (× in FIG. 3).
(Corresponding to a mark), and interpolation is performed between the points (corresponding to the broken line in FIG. 3) in order to perform a smoother traveling, thereby planning a global movement route. The map updating unit 15b receives the map information input by the operation of the operator as input, or receives the environment information recognized by the environment recognizing unit 13a and the position information recognized by the self-position recognition unit 14 on the map. The map is updated while matching.
【0027】統合制御部16は、ローカルパス生成手段
16a、データベース記憶手段16b、行動パターン推
論手段16c、行動パターン生成手段16d、行動パタ
ーン選択手段16eを備えて構成されている。ローカル
パス生成手段16aは、多角形近似手段10cからの多
角形近似情報とグローバルパス生成手段15aから入力
された大局的な経路によるグローバルパス情報とに基づ
いて障害物回避用の経路を生成してロボット車両1の移
動速度および方向を計画している。データベース記憶手
段16bには、凹凸地等の地形とその地形の越え方、姿
勢について予めデータベース化された知識データベース
が記憶されている。さらに説明すると、このデータベー
ス記憶手段16bには、移動機構4に対する走破性能が
記述されている移動機構データベースと、不整地の地形
モデルが記述されている不整地データベースと、移動機
構4が取り得る姿勢が記述されている姿勢データベース
と、地形に対する行動が姿勢を1つの状態として行動演
算子をその姿勢遷移とした状態遷移図で表現された行動
パターンデータベースとが記憶されている。行動パター
ン推論手段16cは、環境認識手段13aが認識した環
境情報および自己位置認識部14が認識した位置情報か
ら越え方が分かっている既知の凹凸地を移動する場合
に、データベース記憶手段16bに記憶された行動パタ
ーンデータベースに従って行動パターンを選択するため
の推論を行っている。行動パターン生成手段16dは、
環境認識手段13aが認識した環境情報および自己位置
認識部14が認識した位置情報から越え方が分からない
未知の凹凸地を移動する場合に、データベース記憶手段
16bに記憶された姿勢データベースを用いて姿勢の変
化、速度、方向等のロボット車両1の行動パターンを新
たに計画している。行動パターン選択手段16eは、環
境認識手段13aが認識した環境情報、自己位置認識部
14が認識した位置情報、移動機構4の性能情報に従っ
て障害物回避時の行動パターン、平坦地の移動時の行動
パターン、行動パターン推論手段16cで推論された越
え方が分かっている既知の凹凸地の移動の行動パター
ン、行動パターン生成手段16dで新規に計画された未
知の凹凸地の移動の行動パターンの何れかの選択を行っ
ている。The integrated control section 16 includes a local path generating means 16a, a database storing means 16b, an action pattern inference means 16c, an action pattern generating means 16d, and an action pattern selecting means 16e. The local path generation unit 16a generates a path for obstacle avoidance based on the polygon approximation information from the polygon approximation unit 10c and the global path information based on the global path input from the global path generation unit 15a. The moving speed and direction of the robot vehicle 1 are planned. The database storage unit 16b stores a knowledge database that is preliminarily made into a database on terrain such as uneven terrain, how to cross the terrain, and posture. More specifically, the database storage means 16b includes a moving mechanism database in which the running performance of the moving mechanism 4 is described, an irregular terrain database in which an irregular terrain model is described, and a possible attitude of the moving mechanism 4. Is stored, and an action pattern database expressed by a state transition diagram in which the action on the terrain is one attitude and the action operator is the attitude transition. The action pattern inference means 16c stores the information in the database storage means 16b when moving on a known uneven surface whose way of passing is known from the environment information recognized by the environment recognition means 13a and the position information recognized by the self-position recognition unit 14. Inference for selecting an action pattern according to the obtained action pattern database. The behavior pattern generation means 16d includes:
When the user moves on an unknown bumpy terrain that cannot be determined from the environment information recognized by the environment recognition unit 13a and the position information recognized by the self-position recognition unit 14, the posture is determined using the posture database stored in the database storage unit 16b. The behavior pattern of the robot vehicle 1 such as the change, speed, direction, etc., is newly planned. The action pattern selecting unit 16e is configured to perform an action pattern when avoiding an obstacle and an action when moving on a flat ground according to the environment information recognized by the environment recognition unit 13a, the position information recognized by the self-position recognition unit 14, and the performance information of the moving mechanism 4. Either the movement pattern of the known uneven terrain that is known to be crossed inferred by the pattern or action pattern inference means 16c, or the movement pattern of the unknown uneven terrain newly planned by the action pattern generation means 16d Have made a choice.
【0028】移動機構制御部17は、車体監視手段17
a、指令手段17b、走行・姿勢制御手段17cを備え
て構成されている。車体監視手段17aは、地形の凹凸
を示す触覚機構部11からのオン・オフ信号、凸物体の
オン・オフを示す超音波信号処理部12からのオン・オ
フ信号、傾斜計8Acおよび車体制御用センサ8Bから
の信号に基づいて、ロボット車両1が正常に動作してい
るか否かを監視している。指令手段17bは、行動パタ
ーン選択手段16eで選択された行動パターンに従って
方向・速度および姿勢の各々の指令信号を発生してい
る。また、コーション発生手段13bからコーション信
号の入力がある場合には、コーション発生手段13bか
らのコーションファジーベクトルにより生成されるリア
クションベクトルと、計画された移動経路とを合成する
ことによってロボット車両1の近傍(例えば車体の両
側)に存在する凹凸地・障害物を無条件に避けるように
方向・速度および姿勢の各々の指令信号を発生してお
り、危険な状態を検知した場合には、ロボット車両1が
自動的に停止するようになっている。走行・姿勢制御手
段17cは、指令手段17bからの各指令信号および車
体監視手段17aからの各信号に従ってロボット車両1
における移動機構4の8つのモータ4a,4bの回転・
停止を独立に制御しており、例えば平坦地では車体を水
平に保ち、地形変化に対してはクローラを固定軸を中心
に回動させて姿勢を変化させることにより、車体を水平
に保ってロボット車両1を円滑に走行制御している。The moving mechanism control unit 17 includes a vehicle body monitoring unit 17
a, command means 17b, and running / posture control means 17c. The vehicle body monitoring means 17a includes an on / off signal from the tactile mechanism section 11 indicating irregularities of the terrain, an on / off signal from the ultrasonic signal processing section 12 indicating on / off of a convex object, an inclinometer 8Ac, and a body control section. Based on the signal from the sensor 8B, it monitors whether the robot vehicle 1 is operating normally. The command unit 17b generates a command signal for each of the direction, speed, and posture according to the action pattern selected by the action pattern selection unit 16e. When a caution signal is input from the caution generation unit 13b, the reaction vector generated by the caution fuzzy vector from the caution generation unit 13b and the planned movement path are combined to generate a vicinity of the robot vehicle 1. Each direction, speed and attitude command signals are generated so as to unconditionally avoid uneven terrain and obstacles existing on both sides of the vehicle body (for example, on both sides of the vehicle body). Is automatically stopped. The running / posture control means 17c is configured to control the robot vehicle 1 in accordance with each command signal from the command means 17b and each signal from the vehicle body monitoring means 17a.
Of the eight motors 4a, 4b of the moving mechanism 4 at
The robot controls the stop independently, for example, on a flat ground, keeps the car body horizontal by turning the crawler around a fixed axis to change the posture, thereby keeping the car body horizontal. The running control of the vehicle 1 is performed smoothly.
【0029】上記のように構成された自律走行システム
では、電源が投入され、地形情報入出力部15より地図
情報が入力されて出発点と目標点を結ぶ大局的な移動経
路が決定されると、ロボット車両1に搭載された検出部
5からの検出信号によって得られる各種情報に基づい
て、環境認識部13および自己位置認識部14が環境、
自己位置および車体状態を認識する。そして、認識した
環境、自己位置および車体の各情報に基づいて統合制御
部16が行動パターンの生成、選択を行い指令信号を出
力する。移動機構制御部17では、選択された行動パタ
ーンに伴う指令信号によりロボット車両の方向・速度お
よび姿勢を制御してロボット車両1を自律走行させる。In the autonomous traveling system configured as described above, when the power is turned on, map information is input from the terrain information input / output unit 15, and a global moving route connecting the starting point and the target point is determined. The environment recognizing unit 13 and the self-position recognizing unit 14 determine the environment, based on various information obtained by the detection signal from the detecting unit 5 mounted on the robot vehicle 1.
Recognize the self-position and the vehicle state. Then, the integrated control unit 16 generates and selects an action pattern based on the recognized information on the environment, the self-position, and the vehicle body, and outputs a command signal. The moving mechanism control unit 17 controls the direction, speed, and attitude of the robot vehicle by a command signal associated with the selected action pattern, and causes the robot vehicle 1 to autonomously travel.
【0030】さらに図3を用いて出発点から目標点まで
の地形の変化に伴うロボット車両の自律走行動作を説明
する。図3は上記システムにおけるロボットの自律走行
動作の一例を示している。なお、移動経路上をロボット
車両1が自律走行するにあたっては、移動経路上または
近傍に障害物が存在する場合、移動経路上に凹凸地が存
在する場合にコーションを発生してロボット車両1が次
に取るべき方向・速度および姿勢の制御がなされる。Further, the autonomous running operation of the robot vehicle according to the change in the terrain from the starting point to the target point will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an example of the autonomous traveling operation of the robot in the above system. When the robot vehicle 1 autonomously travels on the movement route, a caution is generated when an obstacle exists on or near the movement route, and when there is uneven ground on the movement route, and the robot vehicle 1 The direction, speed and attitude to be taken are controlled.
【0031】まず、区間Aにおいて、移動経路の近傍に
障害物が存在することを検知してコーションが発生する
と、方向、危険度をパラメータとするコーションファジ
ーベクトルにより生成されるリアクションベクトルと移
動経路のベクトルとを合成したベクトルを指令値とし、
この指令値に従ってロボット車両1の方向・速度および
姿勢が制御され、ロボット車両1は障害物を無条件に避
けるリアクション行動により自律走行する。First, in section A, when a caution is generated by detecting the presence of an obstacle near the moving route, a reaction vector generated by a caution fuzzy vector using the direction and the degree of danger as parameters and the movement vector of the moving route are determined. The command value is a vector obtained by combining the vector and
The direction, speed, and attitude of the robot vehicle 1 are controlled in accordance with the command values, and the robot vehicle 1 autonomously travels by a reaction action to avoid obstacles unconditionally.
【0032】次に、区間Bにおいて、移動経路上に障害
物が存在することを検知してコーションが発生すると、
障害物回避用の移動経路を生成し、その移動経路に従っ
てロボット車両1の方向・速度および姿勢が制御され、
ロボット車両1は障害物を回避するように自律走行す
る。Next, in section B, when a caution is generated upon detecting the presence of an obstacle on the moving route,
A moving path for obstacle avoidance is generated, and the direction, speed, and attitude of the robot vehicle 1 are controlled according to the moving path,
The robot vehicle 1 runs autonomously so as to avoid obstacles.
【0033】次に、区間Cまたは区間Dにおいて、移動
経路上に越え方が分かっている凹凸地(超堤または超
壕)の存在を検知してコーションが発生すると、予めデ
ータベースとして記憶された種々の行動パターンの中か
ら次にロボット車両1が取るべき行動パターンを選択
し、この選択された行動パターンに従ってロボット車両
1の方向・速度および姿勢が制御され、ロボット車両1
は既知の凹凸地である超堤または超壕を越えて自律走行
する。Next, in section C or section D, when a caution is generated by detecting the presence of a bumpy land (super levee or super bunker) which is known to cross over on the moving route, various cautions are stored in advance as a database. Of the robot vehicle 1 is selected next, and the direction, speed and attitude of the robot vehicle 1 are controlled in accordance with the selected behavior pattern.
Self-driving over a known bumpy super-bank or super-trench.
【0034】次に、区間Eにおいて、移動経路上に移動
体や軟弱地による未知の凹凸地の存在を検知してコーシ
ョンが発生すると、自ら新たな行動パターンを生成し、
この行動パターンに従ってロボット車両1の方向・速度
および姿勢が制御され、ロボット車両1は未知の凹凸地
を越えて自律走行する。Next, in section E, when a caution is generated by detecting the presence of an unknown uneven land due to a moving object or a soft land on the moving route, a new behavior pattern is generated by itself.
The direction, speed, and attitude of the robot vehicle 1 are controlled according to this behavior pattern, and the robot vehicle 1 travels autonomously over unknown uneven terrain.
【0035】したがって、上記のように構成された自律
走行システムによれば、地図上において出発点と目標点
が決まると、後はオペレータが介在せずにロボット車両
1を地形の変化に応じて自律走行させることができる。
しかも、ロボット車両1の自律走行と並行してマップの
更新とともに移動経路が修正されるので、特に、自然災
害地等のように流動的に変化する不整地を路面とする危
険な現場でも、姿勢変化を導入したロボット車両1を無
人により安全かつ確実に自律走行することができ、単純
な作業(例えば地雷の処理、探知、運搬、偵察等)にお
ける省人化および省力化を図ることができる。Therefore, according to the autonomous traveling system configured as described above, when the starting point and the target point are determined on the map, the robot vehicle 1 is autonomously operated according to the change in the terrain without the intervention of the operator. You can run.
In addition, since the moving route is corrected along with updating the map in parallel with the autonomous traveling of the robot vehicle 1, the posture can be improved even in a dangerous site such as a natural disaster area where the road surface is a fluidly changing irregular surface. The robot vehicle 1 in which the change is introduced can autonomously and safely travel autonomously, and labor and labor can be saved in simple tasks (for example, landmine processing, detection, transportation, reconnaissance, etc.).
【0036】そして、ロボット車両1の走行にあたって
は、平坦地から凹凸地・障害物への真の変化を検知して
いるので、平坦地の走行において、移動経路上に障害物
が存在する場合だけでなく、移動経路の近傍に障害物が
存在する場合にも無用にロボット車両1を停止させずに
障害物を回避して自律走行させることができる。When the robot vehicle 1 travels, since a true change from a flat ground to a bumpy terrain / obstacle is detected, only when there is an obstacle on the moving route in traveling on a flat terrain. Alternatively, even when an obstacle is present near the moving route, the robot vehicle 1 can be autonomously driven to avoid the obstacle without needlessly stopping.
【0037】また、ロボット車両1の走行中は、常にそ
の姿勢が水平に保たれるので、ロボット車両1上に装備
されたマニピュレータ等の作業装置を安定した状態に保
持して走行を行うことができる。Further, since the posture of the robot vehicle 1 is always kept horizontal while traveling, it is possible to carry out traveling while holding a working device such as a manipulator mounted on the robot vehicle 1 in a stable state. it can.
【0038】さらに、凹凸地のように地形に変化がある
場合、ロボット車両1によって越えられる地形について
は、その行動パターンが予めデータベースとして記憶さ
れており、未知の地形についても自ら行動パターンを生
成するので、特別な入力操作を必要とせず、オペレータ
による作業負担を軽減でき、地形に応じたロボット車両
1の走行が可能である。Furthermore, when there is a change in the terrain such as uneven terrain, the behavior pattern of the terrain that can be crossed by the robot vehicle 1 is stored in advance as a database, and the behavior pattern is generated for unknown terrain by itself. Therefore, no special input operation is required, the work load on the operator can be reduced, and the robot vehicle 1 can travel according to the terrain.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による不整
地移動ロボットの自律走行システムによれば、以下に示
す効果を奏する。 (1)地図上において出発点と目標点が決まると、後は
オペレータが介在せずに移動ロボットを地形の変化に応
じて自律走行させることができる。しかも、移動ロボッ
トの自律走行と並行して地図の更新とともに移動経路が
修正されるので、特に、自然災害地等のように流動的に
変化する不整地を路面とする危険な現場でも、姿勢変化
を導入した移動ロボットを無人により安全かつ確実に自
律走行することができ、例えば地雷の処理、探知、運
搬、偵察等の単純な作業における省人化および省力化を
図ることができる。 (2)移動ロボットの走行にあたっては、平坦地から凹
凸地・障害物への変化を検知しているので、平坦地の走
行において、移動経路上に障害物が存在する場合だけで
なく、移動経路の近傍に障害物が存在する場合にも無用
に移動ロボットを停止させずに障害物を回避して自律走
行させることができる。 (3)凹凸地のように地形に変化がある場合、移動ロボ
ットによって越えられる地形については、その行動パタ
ーンが予めデータベースとして記憶されており、未知の
地形についても自ら行動パターンを生成するので、特別
な入力操作を必要とせず、オペレータによる作業負担を
軽減でき、地形に応じた移動ロボットの走行が可能とな
る。As described above, according to the autonomous traveling system of the mobile robot for rough terrain according to the present invention, the following effects can be obtained. (1) When the starting point and the target point are determined on the map, the mobile robot can be made to travel autonomously according to the change in the terrain without the intervention of the operator. In addition, since the traveling route is corrected along with updating the map in parallel with the autonomous traveling of the mobile robot, the posture change can be made even on dangerous sites such as natural disaster areas where the road surface changes dynamically. In this way, the mobile robot incorporating the system can autonomously and safely travel autonomously, and can save labor and labor in simple operations such as landmine processing, detection, transportation, and reconnaissance. (2) When the mobile robot travels, it detects a change from a flat ground to a bumpy terrain / obstacle. Even if there is an obstacle in the vicinity of the vehicle, the mobile robot can autonomously travel while avoiding the obstacle without needlessly stopping the mobile robot. (3) When there is a change in the terrain such as uneven terrain, the behavior pattern of the terrain that can be passed by the mobile robot is stored in advance as a database, and the unknown terrain generates its own behavior pattern. This eliminates the need for a simple input operation, reduces the work load on the operator, and enables the mobile robot to travel according to the terrain.
【図1】本発明による不整地移動ロボットの自律走行シ
ステムの一実施例を示す機能ブロック図FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of an autonomous traveling system for an irregular mobile robot according to the present invention.
【図2】同システムの詳細なブロック構成図FIG. 2 is a detailed block diagram of the system.
【図3】同システムにおけるロボットの自律走行動作の
一例を示す図FIG. 3 is a diagram showing an example of an autonomous traveling operation of the robot in the system.
1…ロボット車両、2…制御装置、2a…行動パターン
決定手段、4…移動機構、5…検出部(検出手段)、7
…外界センサ、8…内界センサ、9…CCD画像処理
部、10…LRF画像処理部、11…触覚機構部、12
…超音波信号処理部、13…環境認識部、14…自己位
置認識部、15…地形情報入出力部(設定手段)、16
…統合制御部、17…移動機構制御部(移動制御手
段)。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot vehicle, 2 ... Control device, 2a ... Behavior pattern determination means, 4 ... Moving mechanism, 5 ... Detection part (detection means), 7
... external sensor, 8 ... internal sensor, 9 ... CCD image processing unit, 10 ... LRF image processing unit, 11 ... tactile mechanism unit, 12
... Ultrasonic signal processing unit, 13 ... Environment recognition unit, 14 ... Self position recognition unit, 15 ... Terrain information input / output unit (setting means), 16
... Integrated control unit, 17 ... Moving mechanism control unit (movement control means).
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 1/02Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G05D 1/02
Claims (1)
水平に保って路面を走行するように姿勢の変化が可能な
移動ロボットと、 図形情報、距離情報、地面の固さ、形状等の接触圧情
報、地形の凹凸情報、凸物体の有無情報を得るための外
界センサと、走行する前記移動ロボットの加速度、角速
度、車体の傾斜角、前記モータの回転角および負荷を検
出するための内界センサとを備えて前記移動ロボットに
搭載された検出部と、 前記移動ロボットに搭載され、前記検出部の検出情報に
基づいて決定される行動パターンに従い前記移動機構を
制御して前記移動ロボットを自律制御する制御装置とを
備えており、 該制御装置は、前記検出部による図形情報に基づいて比
較的狭い視野での距離画像から前記移動ロボット前方の
地形の高さ情報を生成し、前記検出部による図形情報に
基づいて平坦地と凹凸地・障害物との境界をエッジ情報
として抽出し、該エッジ情報と前記検出部による図形情
報に基づいて領域分割を行って走破不可能領域を検知
し、前記領域分割情報と前記検出部による図形情報に基
づいて物体認識を行い、前記移動ロボットの周辺を移動
する移動体の形状、種類を示す情報を得る第1画像処理
部と、 前記検出部による距離情報に基づいて比較的広い視野で
の距離画像を生成し、該距離画像から得られる高さ情報
により凹領域、凸領域、平坦地領域、死角領域に分割
し、該分割された各領域に走破可能な領域と走破不可能
な領域の境界線を引いて多角形近似し、前記移動ロボッ
トの車体から地形までの距離の差による領域内の地形の
傾き情報を用いて前記多角形近似された地形を多面体近
似する第2画像処理部と、 前記検出部による接触圧情報に基づいて前記移動ロボッ
トの通過が可能か否かを判定するための地面の固さ、形
状等の接触圧信号を生成するとともに、前記検 出部によ
る地面との接触情報に基づいて前記移動ロボット前方の
一次元的な地形の凹凸を示す接触信号を生成する信号生
成手段と、 前記検出部による凸物体有無情報に基づいて凸物体の有
無に応じた信号を生成する信号処理部と、 前記第1画像処理部による図形情報および物体情報と、
前記第2画像処理部による距離画像および多面体近似情
報と、前記信号生成手段による接触圧信号に基づいて3
次元地形形状、地面の固さ、前記移動ロボットの周囲を
移動する移動体の環境を認識する環境認識部と、 前記検出部による加速度情報および回転角情報に基づい
て前記移動ロボットの自己位置を認識し、前記検出部に
よる傾斜情報、モータの回転角情報および負荷情報を補
正情報として位置誤差を補正して前記移動ロボットの3
次元的な位置情報を得る自己位置認識部と、 入力される地図情報の出発点と目標点に基づいて大局的
な移動経路を計画するとともに、前記地図情報を入力と
して、又は前記環境認識部で認識された環境情報および
前記自己位置認識部で認識された位置情報を入力とし
て、地図上でのマッチングをとりながら地図を更新する
地形情報入出力部と、 凹凸地等の地形とその地形の越え方、姿勢についての知
識データベースが予め記憶され、前記画像処理部による
多角形近似情報および前記地形情報入出力部の大局的な
移動経路による情報に基づいて障害物回避用の経路を生
成して前記移動ロボットの移動速度および方向を計画す
るとともに、前記環境認識部が認識した環境情報および
前記自己位置認識部が認識した位置情報から越え方が分
かっている既知の凹凸地を移動する場合に前記知識デー
タベースに従う行動パターンを推論し、前記環境認識部
が認識した環境情報および前記自己位置認識部が認識し
た位置情報から越え方が分からない未知の凹凸地を移動
する場合に前記移動ロボットの行動パターンを新たに計
画し、前記環境認識部が認識した環境情報、前記自己位
置認識部が認識した位置情報、前記移動機構の性能情報
に従って障害物回避時の行動パターン、平坦地の移動時
の行動パターン、推論された越え方が分かっている既知
の凹凸地の移動の行動パターン、新規に計画された未知
の凹凸地の移動の行動パターンの何れかの行動パターン
を選択する統合制御部と、 該統合制御部で選択された行動パターンに従って方向・
速度および姿勢の指令を発生して前記移動ロボットの近
傍に存在する凹凸地・障害物を無条件に避けるように前
記移動機構のモータの回転・停止を制御する移動機構制
御部 とを具備したことを特徴とする不整地移動ロボット
の自律走行システム。1. A vehicle having a moving mechanism having a motor,
The posture can be changed so as to run on the road surface while keeping it level
Mobile robot and contact information such as figure information, distance information, ground hardness, shape, etc.
Information to obtain information about the terrain
Field sensor, acceleration and angular velocity of the traveling mobile robot
Angle, body tilt angle, motor rotation angle and load.
To the mobile robot with an internal sensor for
A detection unit mounted on the mobile robot;
The moving mechanism according to the action pattern determined based on the
A control device for controlling the mobile robot by autonomous control.
The control device has a ratio based on the graphic information by the detection unit.
From the distance image in a relatively narrow field of view,
Generates terrain height information and converts it into graphic information by the detection unit.
Edge information on the boundary between flat ground and uneven ground / obstacle based on
As the edge information and the graphic information
Segmentation is performed based on the information to detect unrunnable areas
Based on the area division information and the graphic information from the detection unit.
And move around the mobile robot.
Image processing for obtaining information indicating the shape and type of a moving object to be moved
And a relatively wide field of view based on the distance information from the detection unit.
Of the distance image, and height information obtained from the distance image
Divided into concave, convex, flat ground, and blind spot areas
In each of the divided areas, the area that can run and the area that cannot run
Polygonal approximation by drawing the boundaries of
Of the terrain in the area due to the difference in the distance from the vehicle body to the terrain
Using the slope information, approximate the terrain approximated by the polygon to a polyhedron
A second image processing unit similar to the moving robot based on contact pressure information from the detection unit;
The shape and hardness of the ground to determine whether
It generates the contact pressure signal such Jo, the detection unit
Based on the contact information with the ground
A signal generator that generates a contact signal indicating one-dimensional terrain irregularities
Generating means for detecting whether a convex object exists
A signal processing unit that generates a signal according to the absence, graphic information and object information by the first image processing unit,
The distance image and the polyhedron approximate information by the second image processing unit
Information and a contact pressure signal by the signal generation means.
Dimensional terrain shape, ground hardness, around the mobile robot
An environment recognition unit for recognizing the environment of the moving moving object; and an acceleration recognition unit and a rotation angle information obtained by the detection unit.
To recognize the self-position of the mobile robot,
Tilt information, motor rotation angle information and load information.
Correcting the position error as the correct information,
A self-position recognition unit that obtains dimensional position information, and globally based on the starting point and target point of the input map information
Planning the travel route and entering the map information
Or the environment information recognized by the environment recognition unit and
The position information recognized by the self-position recognition unit is used as an input.
Update the map while matching on the map
Terrain information input / output unit, and knowledge of terrain such as uneven terrain, how to cross the terrain, and attitude
Knowledge database is stored in advance, and the image processing unit
Global approximation of polygon approximation information and the terrain information input / output unit
Generates a route for obstacle avoidance based on the information on the travel route
To plan the moving speed and direction of the mobile robot.
And the environment information recognized by the environment recognition unit and
From the position information recognized by the self-position recognition unit, the way to cross
When moving on known uneven terrain,
The environment recognition unit infers an action pattern according to the database.
The environment information recognized by the
On unknown bumpy terrain where it is not clear how to cross from the location information
New behavior pattern of the mobile robot
Environment information recognized by the environment recognition unit,
Position information recognized by the position recognition unit, performance information of the moving mechanism
According to the behavior pattern when avoiding obstacles and when moving on flat ground
Known behavior patterns, inferred ways to cross
Movement pattern of uneven terrain, newly planned unknown
Any of the movement patterns of the movement pattern on uneven terrain
An integrated control unit for selecting a direction, and a direction /
Generates speed and attitude commands to generate a
Before unconditionally avoiding uneven terrain and obstacles that exist next to you
Moving mechanism control to control rotation and stop of motor of moving mechanism
Autonomous system of uneven terrain robot, characterized by comprising a control unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6040097A JP2769972B2 (en) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | Autonomous driving system for mobile robots on uneven terrain |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6040097A JP2769972B2 (en) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | Autonomous driving system for mobile robots on uneven terrain |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07248820A JPH07248820A (en) | 1995-09-26 |
| JP2769972B2 true JP2769972B2 (en) | 1998-06-25 |
Family
ID=12571374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6040097A Expired - Lifetime JP2769972B2 (en) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | Autonomous driving system for mobile robots on uneven terrain |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2769972B2 (en) |
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-
1994
- 1994-03-10 JP JP6040097A patent/JP2769972B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH07248820A (en) | 1995-09-26 |
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