自主移动机器人及其控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及自主移动机器人及其控制方法，该自主移动机器人估计自身位置并基于估计的自身位置自主地移动。
【背景技术】
[0002]已知一种自主移动物体，其基于由距离传感器测量的距离估计自身位置(日本未审查专利申请公开第2005-157689号(JP 2005-157689 A))。
[0003]例如，当自主移动物体10在如图2中图解的出现彼此垂直的壁的环境中移动时，确定在前后方向及左右方向上的相对位置。相应地，自主移动物体10能够以高准确度估计自身位置。
[0004]另一方面，当自主移动物体10在如图3中图解的仅在一个方向上出现壁的环境中移动时，确定在左右方向上的相对位置，但是没有确定在前后方向上的相对位置。以这种方式，当在一个方向上距离传感器的距离信息被偏置并且从而不足时，存在自身位置估计误差将变得更大的可能性。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种自主移动机器人及其控制方法，该自主移动机器人能够提高自身位置的估计准确度以及提高安全性。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种自主移动机器人。自主移动机器人包括:距离传感器，其测量到物体的距离；估计单元，被配置成基于由距离传感器测量的距离以及指示自主移动机器人的移动环境的地图信息估计自身位置；法线计算单元，被配置成基于由距离传感器测量的距离计算平面，以及计算平面的法线；以及确定单元，被配置成计算表示指示由法线计算单元计算的法线的方向的法线角度的分布的直方图以及基于计算的直方图确定用于估计自身位置的距离传感器的信息是否不足。基于由估计单元估计的自身位置，自主移动机器人自主地移动。当确定单元确定距离传感器的信息不足时，执行改变距离传感器的测量方向的控制过程、改变自身位置的估计方法的过程或采取预定安全行动的控制过程中的至少一个。
[0007]根据该方面，当距离传感器的信息不足时，通过执行改变距离传感器的测量方向的控制过程增加距离传感器的信息量，以及通过改变自身位置的估计方法抑制距离传感器的误差的影响，从而能够提高自身位置的估计准确度。也能够通过执行采取预定安全行动的控制过程提高安全性。
[0008]在能够提高自身位置的估计准确度以及能够改善安全性的方面中，当在计算的直方图中没有出现具有正交关系的法线角度的频率峰、在计算的直方图中没有均匀地出现法线角度的多个频率峰以及在计算的直方图中法线角度没有均匀地分布时，确定单元可以确定用于估计自身位置的距离传感器的信息不足。
[0009]根据该方面，能够容易地初步确定距离传感器的信息量不足，由此能够基于该初步确定来采取对策，诸如改变距离传感器的测量方向的控制过程、改变自身位置的估计方法的过程、以及采取预定安全行动的控制过程。
[0010]在此方面，当确定单元确定距离传感器的信息不足时，估计单元可以基于由距离传感器测量的距离来计算被估计为自身位置的多个估计位置候选，可以将从所计算的估计位置候选中提取的位置估计为自身位置，以及可以增加在直方图中垂直于峰法线角度的方向上的估计位置候选的数目。
[0011]根据该方面，能够提高在相对位置未被确定的垂直方向上的自身位置的估计准确度。
[0012]在此方面，当确定单元确定距离传感器的信息不足的状态被维持预定时间量或更多时间量时，可以执行改变距离传感器的测量方向的控制过程、改变自身位置的估计方法的过程或采取预定安全行动的控制过程中的至少一个。
[0013]根据该方面，能够迅速地应对由于距离传感器的信息不足的状态被维持预定时间量或更多时间量而被放大的自身位置的估计误差。
[0014]在此方面，自主移动机器人可以进一步包括控制单元，其被配置成执行改变距离传感器的测量方向的控制过程，以在直方图中产生具有正交关系的法线角度的频率峰，以及执行采取减速并停止自主移动机器人或发出警告的预定安全行动的控制过程。
[0015]通过执行改变距离传感器的测量方向的控制过程以及改变自身位置的估计方法的过程以补偿距离传感器的信息的不足，能够提高自身位置的估计准确度。通过在自身位置丢失之前减速并停止自主移动机器人或发出警告，能够抑制自身位置的丢失。
[0016]在此方面，自主移动机器人可以进一步包括:车轮，其允许自主移动机器人移动；旋转检测单元，其检测车轮的旋转信息；以及图像获取单元，其获取自主移动机器人周围的图像信息。估计单元可以基于第一估计方法和第二估计方法估计自身位置，并且当确定单元确定距离传感器的信息不足时，估计单元可以将第二估计方法的权重设置为比第一估计方法的权重高，其中，第一估计方法基于由距离传感器测量的距离和地图信息，使用测程法方法来估计自身位置，第二估计方法基于由旋转检测单元检测的旋转信息或由图像获取单元获取的图像信息中的至少一个，使用测程法方法来估计自身位置。第二估计方法的权重被设置为比第一估计方法的权重高，以减少使用包含距离传感器的误差的第一估计方法的自身位置的影响，并增加使用不包含距离传感器的误差的第二估计方法的自身位置的影响。
[0017]根据该方面，能够减少归因于距离传感器的误差的影响，并能够以高准确度估计自身位置。
[0018]根据本发明的另一方面，提供了一种自主移动机器人的控制方法，该自主移动机器人包括距离传感器和估计单元，距离传感器测量到物体的距离，估计单元被配置成基于由距离传感器测量的距离和指示自主移动机器人的移动环境的地图信息估计自身位置，并且基于由估计单元估计的自身位置自主地移动。自主移动机器人的控制方法包括:基于由距离传感器测量的距离计算平面，以及计算平面的法线；计算表示指示计算的法线的方向的法线角度的分布的直方图，以及基于计算的直方图确定用于估计自身位置的距离传感器的信息是否不足；以及当确定距离传感器的信息不足时，执行改变距离传感器的测量方向的控制过程、改变自身位置的估计方法的过程或采取预定安全行动的控制过程中的至少一个。
[0019]根据本发明的各方面，可以提供能够提高自身位置的估计准确度以及改善安全性的自主移动机器人以及其控制方法。
【附图说明】
[0020]参考附图，在下面将描述本发明的示例性实施方式的特征、优点和技术及工业意义，在附图中相似的附图标记指代相似的元件，其中:
[0021]图1是示意性地图解根据本发明的实施方式的自主移动机器人的系统配置的框图；
[0022]图2是图解基于通过测量垂直的壁得到的距离信息来估计自身位置的情形的图；
[0023]图3是图解基于通过仅在诸如通道的一个方向上测量壁得到的距离信息来估计自身位置的情形的图；
[0024]图4是示意性地图解根据本发明的实施方式的控制单元的系统配置的框图；
[0025]图5是图解计算的法线的方向的图；
[0026]图6是图解具有正交关系的峰法线角度的图；
[0027]图7是图解均匀地出现多个峰法线角度的情形的图；
[0028]图8是图解法线角度均匀地分布的情形的图；
[0029]图9是图解仅出现一个峰法线角度的情形的图；
[0030]图10是图解根据本发明的实施方式的自主移动机器人的控制方法的控制过程流的流程图；以及
[0031]图11是图解执行使得距离传感器的测量方向面对垂直于壁表面的表面的控制的情形的图。
【具体实施方式】
[0032]在下文中，参考附图，将描述本发明的实施方式。根据本发明的实施方式的自主移动机器人以高准确度估计自身位置，并基于估计的自身位置自主地移动。图1是示意性地图解根据本实施方式的自主移动机器人的系统配置的框图。根据本实施方式的自主移动机器人I包括测量到物体的距离的距离传感器2、检测车轮的旋转信息的旋转传感器3、旋转地驱动车轮的电动机4、以及控制电动机4的控制单元5。
[0033]距离传感器2测量到诸如自主移动机器人I移动的移动环境中的障碍物、壁表面和道路表面的物体的距离(多个测量点)。距离传感器2例如是激光传感器或超声传感器，并被附接至自主移动机器人身体，以在自主移动机器人I的行进方向上面向道路表面。距离传感器2例如是二维距离传感器，其在水平方向上发出激光束以通过波动扫描移动环境。距离