[发明专利]移动机器人及其控制方法和程序

说明书

技术领域

本发明涉及可以执行各种动作的移动机器人及其控制方法和程序，该移动机器人能够执行的动作例如是给人作向导或引路、运输物体以及来回走动或巡逻；更具体而言，本发明涉及行进到目的地位置并同时从捕获的照相机图像中估计当前行进位置的移动机器人及其控制方法和程序。

背景技术

最近，除了工作在制造场所的工业机器人之外，对适合人们用于例如家用、福利、医疗服务和公共事务的移动机器人的开发也正在进行中。这样的机器人需要根据自我位置估计方法的自动移动功能，在此自我位置估计方法中，机器人自身在行进中的位置被利用(一个或多个)传感器估计出，以便沿目标轨迹(路径)而行。作为移动机器人的自我位置估计方法，推算定位(dead reckoning)被频繁采用，该推算定位根据转角传感器利用移动机器人的模型获得的轮子转角来估计行进位置。机器人利用环境中的特定标记来识别位置的方法也被采用，所述特定标记例如是如白线等之类的路标、磁轨以及角隅棱镜(corner cube)。此外，作为不使用特定标记的方法，还提出了通过根据照相机获得的图像测量墙或地面的边缘的位置和方向来估计机器人的位置和姿态的方法(JP 09-053939)。

但是，这些传统的机器人自我位置估计方法包含以下问题。首先，根据轮子转角估计移动机器人行进位置的推算定位方法的问题在于轮子的滑动等会导致误差积累。因此，将推算定位和陀螺传感器组合起来的方法被广泛采用；但是，虽然滑动等的影响可以消除，但是仍旧存在由于陀螺仪的偏移导致的误差积累。机器人利用特定标记识别环境中的位置的方法的问题在于必须在环境中放置特定标记，这提高了成本。此外，在通过根据照相机的图像测量墙和地面的边缘的位置和方向来估计机器人的位置和姿态的方法中，必须预先注册多种指定图像特性在真实空间中的位置。在当前环境下，这种注册操作是一种人为操作，其中在每次测量和注册的地点及其位置上，特性例如是利用人眼来确定的，这存在需要长时间工作的问题。

发明内容

另外，根据本发明，提供了一种能够通过利用照相机的图像来容易而精确地估计行进位置的移动机器人及其控制方法和程序。

本发明提供了一种移动机器人。在本发明中，一种在诸如工厂之类环境中行进的移动机器人，其特征在于具有：

路径规划单元，该单元基于估计出的当前行进位置规划到目的地的行进路径并输出行进命令；

行进控制单元，该单元执行行进控制，以便基于所述路径规划单元的行进命令来沿所述行进路径而行；

位置预测单元，该单元将由轮子的转角传感器检测到的行进距离累加到所述估计出的当前行进位置中，并预测当前行进位置；

预测图像生成单元，该单元基于所述环境的布局信息生成多个预测边缘图像，所述多个预测边缘图像由边缘信息构成，并且是在成像单元被假设放置在所述位置预测单元预测的当前行进位置上和在所述当前行进位置附近的候选位置上时捕获到的；

边缘图像生成单元，该单元从由所述成像单元捕获的行进方向上的实际图像中提取出边缘信息并生成实际边缘图像；以及

位置估计单元，该单元将所述实际边缘图像与所述多个预测边缘图像相比较，估计出相似度最大的预测边缘图像的候选位置作为行进位置，并更新所述路径规划单元和所述位置预测单元中的行进位置。

这里，所述位置估计单元计算通过对实际图像的微分处理生成的实际边缘图像与每个预测边缘图像之间的相关性，并估计出相关性最大的预测边缘图像的候选位置，作为所述行进位置。

所述位置估计单元可以计算通过对实际图像的微分处理生成的实际边缘图像与每个预测边缘图像之间的重叠像素的数目，并估计出重叠像素数目最多的预测边缘图像的候选位置，作为所述行进位置。

所述预测图像生成单元针对每个所述候选位置改变所述成像单元的图像捕获方向，并生成所述多个预测边缘图像。

所述预测图像生成单元基于所述成像单元的照相机参数和所述布局信息的三维坐标生成所述预测边缘图像。

本发明的移动机器人每隔预定行进距离或每隔预定移动时间重复基于所述实际边缘图像和所述多个预测边缘图像对当前行进位置的估计过程。

(方法)

本发明提供了一种对移动机器人的控制方法。在本发明中，一种对在诸如工厂之类环境中行进的移动机器人的控制方法，其特征在于具有：

路径规划步骤，在该步骤中，基于估计出的当前行进位置对到目的地的行进路径进行规划并输出行进命令；