JPH11304489A - Method for position inference - Google Patents

Method for position inference

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JPH11304489A
JPH11304489A JP12431398A JP12431398A JPH11304489A JP H11304489 A JPH11304489 A JP H11304489A JP 12431398 A JP12431398 A JP 12431398A JP 12431398 A JP12431398 A JP 12431398A JP H11304489 A JPH11304489 A JP H11304489A
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JP
Japan
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landmark
matrix
reliability
validation
pattern data
Prior art date
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Pending
Application number
JP12431398A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidefumi Hida
秀文 飛田
Hitoshi Wakisako
仁 脇迫
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To broaden the range of inference by increasing the number of validation grids and to prevent the possibility of contradiction from increasing during checks, no matter how much the range within which inference can be made is broadened, by enabling the sizes of the validation grids to be freely set. SOLUTION: For landmark information 101, pattern data which could be extracted by a landmark extraction means 102 and statistical data showing the probability of extraction are associated with plural sites of a map, and a position estimated by a position inference means 104 is inputted. The landmark information is provided to a reliability value matrix updating means 105, and an impulse response matrix generation means 106 generates a matrix by use of state values measured by a state measurement means 107. The means 102 extracts the pattern data by processing measurement data obtained by an environment measurement means 103, and the means 105 updates an internally held reliability-value matrix by convoluting the matrix generated by the means 106 with the reliability-value matrix to allow for changes in reliability value, and checking the data extracted by the means 102 with the data provided by the information 101. The means 104 estimates the position of a moving object by use of the position measured by the means 107 and the reliability-value matrix provided by the means 105.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【発明の属する技術分野】本発明は、移動物体例えば移
動用ロボット等の位置推定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for estimating the position of a moving object such as a mobile robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】移動物体、例えば移動型ロボットの従来
から行われていた位置推定方法では、推定位置の信頼性
を管理するためにバリデーション・ゲート(Validation
Gate)と称される誤差領域が用いられ、カルマンフィル
タ(Kalman Filter) を使って推定値と推定誤差の状態遷
移や環境の観測結果に基づいた更新がなされている。前
記バリデーション・ゲートは、推定位置の確率密度関数
に対して適当な閾値を設けて閾値以上の値を示す領域と
して定義されることから、比較的信頼性の高い推定値を
示す領域と考えることが出来る。また、移動型ロボット
の位置推定に於いては、推定誤差の分布状態が正規分布
に従うと仮定したものが多く、この場合のバリデーショ
ン・ゲートは、楕円の内部領域として再定義されて、ラ
ンドマーク抽出装置によって抽出されたランドマークの
パターン・データと、地図情報を参照して得られるラン
ドマークのパターン・データを照合する際に、移動ロボ
ットがバリデーション・ゲート内部の領域に位置してい
るとした仮定に反する地図中のランドマーク情報を除外
するフィルタとしても利用される。
2. Description of the Related Art In a conventional position estimation method for a moving object, for example, a mobile robot, a validation gate (Validation gate) is used to manage the reliability of the estimated position.
An error region called “Gate” is used, and a Kalman filter is used to update the estimated value and the estimated error based on the state transition and the observation result of the environment. Since the validation gate is defined as a region that provides an appropriate threshold value for the probability density function of the estimated position and indicates a value equal to or larger than the threshold value, the validation gate may be considered as a region indicating a relatively reliable estimated value. I can do it. In addition, in estimating the position of a mobile robot, it is often assumed that the distribution state of the estimation error follows a normal distribution. In this case, the validation gate is redefined as an inner area of an ellipse, and landmark extraction is performed. Assuming that the mobile robot is located in the area inside the validation gate when matching the landmark pattern data extracted by the device with the landmark pattern data obtained by referring to the map information It is also used as a filter that excludes landmark information in the map that is contrary to.

【0003】図7は、従来例の位置推定方法で利用され
るバリデーション・ゲートの説明図である。線分704、
線分705、線分706、線分707で表現された環境地図中の
移動型ロボット701の推定位置は、位置移動に伴う誤差
のために次第に不確定にはなるが、統計的にバリデーシ
ョン・ゲート702内部に居る可能性が高く、中でも楕円
形状をしたバリデーション・ゲートの中心位置703に居
る可能性が最も高いことを表現している。また、多くの
場合、バリデーション・ゲートの中心位置703が、移動
型ロボット701の推定位置として選択される。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a validation gate used in a conventional position estimation method. Line segment 704,
The estimated position of the mobile robot 701 in the environment map represented by the line segments 705, 706, and 707 becomes gradually uncertain due to an error accompanying the position movement, but is statistically determined by a validation gate. It is highly likely that the user is inside the inside of the validation gate 702, and in particular, it is most likely to be at the center position 703 of the validation gate having an elliptical shape. In many cases, the center position 703 of the validation gate is selected as the estimated position of the mobile robot 701.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の方法
では、推定範囲を拡大するためにバリデーション・ゲー
トのサイズを大きくした場合や、地図情報が緻密な場合
には、バリデーション・ゲートによる誤ランドマーク情
報のフィルタ作用が十分に機能せず、照合過程で複数の
矛盾した照合パターンが発生することがある。ところ
が、バリデーション・ゲートで管理可能な推定誤差の分
布は正規分布に従う必要があるため、矛盾する複数の照
合パターンが生じる仮説に適切に対処することが困難で
あった。また、従来の方法では、照合に成功した情報の
みが推定値や推定誤差の更新のために利用され、照合に
失敗した事実は無視されてきた。しかし、よりシステム
のロバスト(robust)性を増すためには、照合に失敗した
事実も活用可能な位置推定をするのが望ましい。
In such a conventional method, when the size of the validation gate is increased in order to enlarge the estimation range, or when the map information is precise, an erroneous land due to the validation gate may be lost. The filtering of the mark information may not work well, and a plurality of inconsistent matching patterns may occur during the matching process. However, since the distribution of estimation errors that can be managed by the validation gate must follow a normal distribution, it has been difficult to properly deal with the hypothesis that a plurality of inconsistent matching patterns occur. Further, in the conventional method, only information that has been successfully collated is used for updating the estimated value or the estimation error, and the fact that the collation has failed has been ignored. However, in order to further increase the robustness of the system, it is desirable to perform position estimation that can utilize the fact that the matching has failed.

【0005】[0005]

【発明を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の請求項1の発明は、移動物体の推定位置の
信頼性をバリデーション・グリッドから構成される信頼
値マトリクスを用いて管理し、ランドマーク抽出手段に
よって生成されたランドマークのパターンデータと、予
め求めておいたランドマーク・アソシエーション・ポイ
ントにおけるランドマーク情報との照合によって、前記
信頼値マトリクスを更新し、位置推定のために利用する
ことを特徴とする位置推定方法である。
According to a first aspect of the present invention, the reliability of an estimated position of a moving object is managed using a reliability value matrix composed of a validation grid. The reliability value matrix is updated by comparing the landmark pattern data generated by the landmark extraction means with landmark information at landmark association points obtained in advance, and is used for position estimation. A position estimation method.

【0006】このように本発明は、ロボットの推定位置
の信頼性をバリデーション・グリッド(Validation Gri
d)から構成される信頼値マトリクスを用いて管理し、ラ
ンドマーク抽出手段によって抽出されたランドマークの
パターン・データと、予め求めておいたランドマーク・
アソシエーション・ポイント(Landmark AssociationPo
int以下、LAPとも記す)におけるランドマーク情報との
照合によって、前記信頼値マトリクスを更新し、位置推
定のために利用することを特徴とする位置推定方法であ
るから、そのバリデーション・グリッドの数を増加して
推定範囲の拡大も可能であり、またバリデーション・グ
リッドのサイズも任意に設定できるので、推定可能範囲
を幾ら拡大しても照合で矛盾は生じないという、特段の
効果を奏する。
As described above, according to the present invention, the reliability of an estimated position of a robot is evaluated by a validation grid.
d) is managed using a reliability value matrix composed of the landmark pattern data extracted by the landmark extracting means and the landmark pattern data obtained in advance.
Association Point (Landmark AssociationPo)
(int, hereinafter also referred to as LAP)) is a position estimation method characterized by updating the confidence value matrix by collating with landmark information and using it for position estimation. The estimation range can be increased to increase the size of the validation grid, and the size of the validation grid can be set arbitrarily. Therefore, even if the estimation range is increased, there is no particular inconsistency in matching.

【0007】本発明の請求項2の発明は、推定位置の信
頼値の分布状態を複数のグリッド状の領域で表現したバ
リデーション・グリッドを用いることを特徴とする請求
項1記載の位置推定方法である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the position estimating method according to the first aspect, wherein a validation grid in which a distribution state of the reliability value of the estimated position is represented by a plurality of grid-like regions is used. is there.

【0008】本発明の請求項3の発明は、前記ランドマ
ーク情報は、ランドマークを構成するパターン・データ
と、各パターン・データの出現確率を示す統計データか
らなり、環境地図の複数の場所において、予め前記ラン
ドマーク情報が求められているランドマーク・アソシエ
ーション・ポイントを用いることを特徴とする請求項1
記載の位置推定方法である。
According to a third aspect of the present invention, the landmark information comprises pattern data constituting a landmark and statistical data indicating the probability of occurrence of each pattern data. And a landmark association point for which the landmark information is determined in advance.
It is the position estimation method described.

【0009】本発明の請求項4の発明は、前回の処理か
ら今回までの位置移動に伴う推定誤差を表す確率密度分
布を有限のグリッド領域によって近似表現したマトリク
スと、前記信頼値マトリクスとをコンボルーション演算
を行い、更に、前記ランドマーク抽出手段が生成するラ
ンドマーク情報のパターン・データと前記ランドマーク
・アソシエーション・ポイントにおけるランドマーク情
報のパターン・データとの照合結果により、各パターン
・データに属する統計データを用いて信頼値マトリクス
の更新を行うことを特徴とする請求項1記載の位置推定
方法である。
According to a fourth aspect of the present invention, a matrix obtained by approximating a probability density distribution representing an estimation error due to a position movement from a previous process to a current process by a finite grid area and the confidence value matrix are combined. A lution operation is performed, and the pattern data of the landmark information generated by the landmark extracting means is compared with the pattern data of the landmark information at the landmark association point. 2. The position estimating method according to claim 1, wherein the confidence value matrix is updated using the statistical data.

【0010】さらにまた、本発明の請求項2ないし請求
項4の発明では、推定位置の信頼値が各バリデーション
・グリッド毎に管理されているため、その分布の仕方に
何の制約も生じない。このことは、対立する複数の仮説
が発生した場合でも全ての仮説を考慮した柔軟な処理が
可能であり、仮にあるバリデーション・グリッドで照合
を誤ったとしても、その他のバリデーション・グリッド
で正しい照合ができていれば、後の推定にも大きな悪影
響を及ぼさない。また、照合に失敗した事実もランドマ
ーク情報の統計データに基づき評価されるため、情報を
効率的に利用した最適な推定を実現可能という顕著な効
果を発揮できる。
Furthermore, in the invention of claims 2 to 4 of the present invention, since the reliability value of the estimated position is managed for each validation grid, there is no restriction on the distribution method. This means that even if multiple conflicting hypotheses occur, it is possible to perform flexible processing considering all the hypotheses, and even if the validation is incorrectly performed on one validation grid, correct verification can be performed on the other validation grids. If done, it will not have a significant adverse effect on later estimates. In addition, since the fact that the collation has failed is also evaluated based on the statistical data of the landmark information, a remarkable effect that it is possible to realize optimal estimation using information efficiently can be achieved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下本発明の具体的例を図を使っ
て説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるシス
テム構成を示すブロック図である。ランドマーク情報10
1は、予めオフラインにて、ランドマーク抽出手段102で
抽出される可能性のあるパターン・データと、そのパタ
ーン・データが抽出される確率を示す統計データを、位
置推定を実施する環境地図の複数の場所( 座標)にア
ソシエートして構成され、オンラインにて、位置推定手
段104によって推定された最新の推定位置を入力とし、
信頼値マトリクス更新手段105で必要とされるランドマ
ーク情報を提供する。インパルス応答マトリクス生成手
段106は、状態計測手段107で計測された移動ロボットの
状態値( 位置x、位置y、向きθ、速度v )を利用して
インパルス応答マトリクスを生成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration according to the embodiment of the present invention. Landmark information 10
1 includes, in advance, pattern data that may be extracted by the landmark extracting means 102 and statistical data indicating the probability of extracting the pattern data in a plurality of environmental maps for performing position estimation. And the latest estimated position estimated by the position estimating means 104 is input online.
The landmark information required by the reliability value matrix updating means 105 is provided. The impulse response matrix generation means 106 generates an impulse response matrix using the state values (position x, position y, direction θ, velocity v) of the mobile robot measured by the state measurement means 107.

【0012】ランドマーク抽出手段102は、環境計測手
段103によって得られた計測データを処理して、ランド
マークのパターン・データを抽出する。信頼値マトリク
ス更新手段105は、インパルス応答マトリクス生成手段1
06で生成されるインパルス応答マトリクスと、内部保持
した信頼値マトリクスのコンボルーション(convo-luti
on) によって、位置移動に伴う信頼値の変化を考慮した
後、ランドマーク抽出手段102によって抽出されたパタ
ーン・データとランドマーク情報101が提供するパター
ン・データとの照合結果に応じ、各パターン・データに
属する統計データも考慮して信頼値マトリクスを更新す
る。位置推定手段104は、状態計測手段107によって計測
される位置( x , y )と、信頼値マトリクス更新手段1
05によって逐次更新される信頼値マトリクスを利用し
て、より正確な位置( x , y )を推定する。
The landmark extracting means 102 processes the measurement data obtained by the environment measuring means 103 to extract landmark pattern data. The reliability value matrix updating means 105 includes an impulse response matrix generating means 1
Convolution of the impulse response matrix generated in 06 and the internally held confidence value matrix (convo-luti
on), after considering the change in the reliability value due to the position movement, each pattern is extracted in accordance with the result of the comparison between the pattern data extracted by the landmark extracting means 102 and the pattern data provided by the landmark information 101. The reliability value matrix is updated in consideration of the statistical data belonging to the data. The position estimating means 104 includes a position (x, y) measured by the state measuring means 107 and the confidence value matrix updating means 1
A more accurate position (x, y) is estimated using the confidence value matrix that is sequentially updated by 05.

【0013】図2は、本発明の位置推定方法の操作手順
を説明したフローチャートである。以下に、図2につい
てステップ(A1〜A10)毎に説明する。 A1: 状態値( 位置x、位置y、向きθ、速度v )と、信
頼値マトリクスの値を初期設定する。信頼値マトリクス
の初期値は、移動ロボットの初期位置の不確定性の程度
に基づき適切な値を設定する。もし、移動ロボットの初
期値が正確に把握可能であれば、信頼値マトリクスの中
央位置に対応するバリデーション・グリッドの信頼値を
100%に設定すればよく、不確定にしか把握出来なけれ
ば中央位置を中心として周辺のバリデーション・グリッ
ドに、その合計値が100%になるよう正規分布状の配分
をすればよい。 A2: 移動ロボットの周囲環境の形状等をレーザセンサや
超音波センサ等の環境計測手段103によって計測する。
FIG. 2 is a flowchart illustrating the operation procedure of the position estimation method according to the present invention. Hereinafter, FIG. 2 will be described for each of the steps (A1 to A10). A1: Initialize the state values (position x, position y, direction θ, velocity v) and values of the reliability value matrix. An appropriate value is set as the initial value of the reliability value matrix based on the degree of uncertainty of the initial position of the mobile robot. If the initial value of the mobile robot can be accurately grasped, the confidence value of the validation grid corresponding to the center position of the confidence value matrix is calculated.
The value may be set to 100%, and if it can be grasped only in an uncertain manner, a normal distribution may be allocated to the validation grid around the center position so that the total value becomes 100%. A2: The shape and the like of the surrounding environment of the mobile robot are measured by environment measuring means 103 such as a laser sensor or an ultrasonic sensor.

【0014】A3: 移動ロボットの状態値(位置x、位置
y、向きθ、速度v )を、エンコーダやジャイロ等の状
態計測手段107によって計測する。 A4: ステップA3で計測した移動ロボットの状態値を利用
し、移動ロボットの推定位置を以下の式によって更新す
る。
A3: State values of the mobile robot (position x, position
y, direction θ, velocity v) are measured by the state measuring means 107 such as an encoder or a gyro. A4: Using the state value of the mobile robot measured in step A3, the estimated position of the mobile robot is updated by the following equation.

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】A5: ランドマーク抽出手段102によってラ
ンドマークのパターン・データを抽出する。 A6: インパルス応答マトリクス生成手段106で、インパ
ルス応答マトリクスを生成する。
A5: The landmark pattern data is extracted by the landmark extracting means 102. A6: The impulse response matrix generation means 106 generates an impulse response matrix.

【0017】[0017]

【数2】 (Equation 2)

【0018】A7: 信頼値マトリクスの信頼値をステップ
A6で求めたインパルス応答マトリクスとのコンボルーシ
ョンをとることで遷移する。 A8: ランドマーク抽出手段102によって抽出されたパタ
ーン・データとランドマーク情報101が提供するパター
ン・データとを照合し、その結果に応じて各パターン・
データに属する統計データを考慮して信頼値マトリクス
を更新する。 A9: 信頼値マトリクスの信頼値の分布状態を分析( 例
えば、最大値の検出)して移動ロボットの位置を推定し
た結果が、ステップA4で求めた位置とずれていた場合
は、推定位置と信頼値マトリクスの値を補正量に応じて
補正する。 A10: 終了要求が有れば終了し、無ければステップA2に
戻る。
A7: Step the confidence value of the confidence value matrix
The transition is made by taking a convolution with the impulse response matrix obtained in A6. A8: The pattern data extracted by the landmark extracting means 102 is compared with the pattern data provided by the landmark information 101, and each pattern is extracted according to the result.
The reliability value matrix is updated in consideration of the statistical data belonging to the data. A9: If the result of estimating the position of the mobile robot by analyzing the distribution of the reliability values in the reliability value matrix (for example, detecting the maximum value) and deviating from the position obtained in step A4, The value of the value matrix is corrected according to the correction amount. A10: If there is an end request, the process ends, and if not, the process returns to step A2.

【0019】図3は、本発明の対立する複数の仮説が生
じたときのバリデーション・グリッドの一例を示す説明
図である。推定位置として信頼値の高い領域301、領域3
02が発生した状態を示しており、従来の手法では表現で
きない状態である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a validation grid when a plurality of conflicting hypotheses of the present invention occur. Regions 301 and 3 with high confidence values as estimated positions
02 indicates a state where it has occurred and cannot be expressed by the conventional method.

【0020】図4は、本発明を実際に移動型ロボットに
応用した場合の実施の形態を回路構成で示すブロック図
である。ランドマーク情報401は、直線成分抽出装置402
で抽出される可能性のある直線成分を表すパラメータ値
( 以下、直線パラメータ値と称する )をパターン・デ
ータとし、更にその直線パラメータ値が抽出される確率
を統計データとして、位置推定を実施する環境の2次元
平面地図の複数の場所( 座標値 )にアソシエートして
構成され、位置推定装置404によって推定された最新の
移動ロボットの位置( x , y )を入力として、信頼値
マトリクス更新装置405で必要とされるランドマーク情
報を提供する。
FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration of an embodiment in which the present invention is actually applied to a mobile robot. The landmark information 401 includes a linear component extraction device 402
An environment in which position estimation is performed by using a parameter value (hereinafter, referred to as a straight line parameter value) representing a linear component that may be extracted as pattern data, and further using the probability of extracting the linear parameter value as statistical data. Are associated with a plurality of locations (coordinate values) of the two-dimensional planar map of the mobile robot, and the latest position (x, y) of the mobile robot estimated by the position estimation device 404 is input to the confidence value matrix updating device 405. Provide the required landmark information.

【0021】インパルス応答マトリクス生成装置406
は、状態計測装置407で計測された移動ロボットの位置
( x , y )と向きθと速度Vを利用してインパルス応
答マトリクスを生成する。直線成分抽出装置402は、レ
ーザスキャナ403によって計測された環境のイメージ・
データをハフ変換処理して、前記イメージ・データ中の
直線パラメータ値を抽出する。信頼値マトリクス更新装
置405は、インパルス応答マトリクス生成装置406で生成
されるインパルス応答マトリクスと、内部保持した信頼
値マトリクスのコンボルーションによってロボットの位
置移動に伴う信頼値マトリクスの信頼値の変化を計算し
た後、直線成分抽出装置402によって抽出された直線パ
ラメータ値とランドマーク情報401が提供する直線パラ
メータ値との照合結果に応じ、各直線パラメータ値に属
する統計データも考慮して内部保持した信頼値マトリク
スを更新する。位置推定装置404は、状態計測装置407に
よって計測される移動ロボットの位置( x , y )と信頼
値マトリクス更新装置405によって逐次更新される信頼
値マトリクスを利用して移動ロボットのより正確な位置
( x , y )を推定する。次に、前記ステップA8の処理で
ある信頼値マトリクスの更新方法について説明する。
Impulse response matrix generator 406
Generates an impulse response matrix using the position (x, y), direction θ, and velocity V of the mobile robot measured by the state measurement device 407. The linear component extraction device 402 is an image / environment image of the environment measured by the laser scanner 403.
The data is subjected to Hough transform processing to extract straight line parameter values in the image data. The confidence value matrix updating device 405 calculates the change in the confidence value of the confidence value matrix accompanying the position movement of the robot by the convolution of the impulse response matrix generated by the impulse response matrix generation device 406 and the internally held confidence value matrix. After that, according to the result of matching between the straight line parameter value extracted by the straight line component extraction device 402 and the straight line parameter value provided by the landmark information 401, a confidence value matrix internally held in consideration of statistical data belonging to each straight line parameter value To update. The position estimating device 404 uses the position (x, y) of the mobile robot measured by the state measuring device 407 and the confidence value matrix sequentially updated by the confidence value matrix updating device 405 to obtain a more accurate position of the mobile robot.
Estimate (x, y). Next, a method of updating the confidence value matrix, which is the process of step A8, will be described.

【0022】図5は、本発明の信頼値マトリクス更新手
段で処理される信頼値マトリクスの更新方法のフローチ
ャートである。以下、図5の信頼値マトリクス更新手段
105,405 の処理についてステップ別に説明する。 B1: カウンタIにバリデーション・グリッドの個数を設
定する。 B2: 第I番のバリデーション・グリッドの環境地図中で
の座標値( x , y )を求める。ここで、バリデーショ
ン・グリッドによって2次元の長方形状に構成された推
定可能領域の中心に位置するバリデーション・グリッド
の座標は、現時点に於ける移動ロボットの推定位置と同
一に設定されている。 B3: 第I番のバリデーション・グリッドでの成功率を1
( 100% )に、照合回数を0回に初期設定する。成功率
の値は、ランドマーク情報の照合に失敗する毎に、統計
データに基づき削減される。これに対して照合回数は、
ランドマーク情報の照合に成功する毎に1づづ増され
て、ステップB21で信頼値を再配分するために利用され
る。
FIG. 5 is a flowchart of a method of updating a confidence value matrix processed by the confidence value matrix updating means of the present invention. Hereinafter, the reliability value matrix updating means of FIG.
Steps 105 and 405 will be described step by step. B1: Set the number of validation grids in Counter I. B2: Find the coordinates (x, y) of the No. I validation grid in the environment map. Here, the coordinates of the validation grid located at the center of the estimable area formed in a two-dimensional rectangular shape by the validation grid are set to be the same as the estimated position of the mobile robot at the present time. B3: 1st success rate on the 1st validation grid
(100%), and initialize the number of times of collation to 0. The value of the success rate is reduced based on the statistical data every time the verification of the landmark information fails. In contrast, the number of matches is
It is incremented by one each time landmark information is successfully collated, and is used to redistribute confidence values in step B21.

【0023】B4: 第I番のバリデーション・グリッドに
最も近い距離にあるLAPをランドマーク情報中から検索
する。 B5: カウンタJに、ステップB4で検索されたLAPにアソシ
エートされているランドマーク情報の個数を設定する。 B6: 第J番のランドマーク情報が、直線成分抽出装置で
抽出された直線パラメータ値と照合した事実を示すフラ
グを "失敗" に初期設定する。
B4: The LAP located closest to the I-th validation grid is searched from the landmark information. B5: The counter J is set with the number of pieces of landmark information associated with the LAP searched in step B4. B6: The flag indicating the fact that the J-th landmark information has been collated with the straight-line parameter value extracted by the straight-line component extraction device is initialized to "failure".

【0024】[0024]

【数3】 (Equation 3)

【0025】B8: カウンタKに、直線成分抽出装置502
で抽出された直線の個数を設定する。 B9: ステップB7で第J番の直線パラメータ値を補正して
得た直線パラメータ値と、直線成分抽出装置402で得た
第K番の直線パラメータ値を照合してみる。照合可否の
判断は、両パラメータ値の差の絶対値が、予め決められ
た閾値以内であるか否かによって行う。
B8: The counter K has a linear component extracting device 502
Set the number of straight lines extracted in. B9: The straight-line parameter value obtained by correcting the J-th straight-line parameter value in step B7 and the K-th straight-line parameter value obtained by the straight-line component extraction device 402 are compared. The determination as to whether collation is possible is made based on whether or not the absolute value of the difference between the two parameter values is within a predetermined threshold.

【0026】B10: ステップB9の照合に成功した場合は
ステップB11に進み、失敗した場合はステップB12に進
む。 B11: ステップB7で第J番の直線パラメータ値を補正し
て得た直線パラメータ値が、直線成分抽出装置502で抽
出された直線パラメータ値と照合した事実を示すフラグ
を "成功" に設定し、第I番のバリデーション・グリッ
ドでの照合回数を1増加する。
B10: If the collation in step B9 is successful, the process proceeds to step B11; otherwise, the process proceeds to step B12. B11: A flag indicating the fact that the straight-line parameter value obtained by correcting the J-th straight-line parameter value in step B7 is compared with the straight-line parameter value extracted by the straight-line component extraction device 502 is set to “success”, Increment the number of checks in the 1st validation grid by 1.

【0027】B12: 直線成分抽出装置502で抽出された
直線の番号を示すカウンタKを1減らす。 B13: カウンタKの値が正ならステップB9に戻り、それ
以外であればステップB14に進む。 B14: ステップB7で第J番の直線パラメータ値を補正し
て得た直線パラメータ値が、直線成分抽出装置402で得
られた直線パラメータ値と照合した場合はステップB15
に進み、それ以外であればステップB16に進む。 B15: 第I番のバリデーション・グリッドに対応する成
功率を以下の式により更新する。
B12: Decrease the counter K indicating the number of the straight line extracted by the straight line component extracting device 502 by one. B13: If the value of the counter K is positive, the process returns to step B9; otherwise, the process proceeds to step B14. B14: If the straight-line parameter value obtained by correcting the J-th straight-line parameter value in Step B7 matches the straight-line parameter value obtained by the straight-line component extraction device 402, Step B15
Otherwise, to step B16. B15: Update the success rate corresponding to the 1st validation grid by the following formula.

【0028】[0028]

【数4】 (Equation 4)

【0029】B16: ランドマーク情報の番号を示すカウ
ンタJを1減らす。 B17: カウンタJの値が正ならステップB6に戻り、それ以
外であればステップB18に進む。 B18: 第I番のバリデーション・グリッドに対応する信頼
値を以下の式により更新する。
B16: Decrease the counter J indicating the landmark information number by one. B17: If the value of the counter J is positive, the process returns to step B6; otherwise, the process proceeds to step B18. B18: Update the confidence value corresponding to the 1st validation grid by the following formula.

【0030】[0030]

【数5】 (Equation 5)

【0031】B19: バリデーション・グリッドの番号を
示すカウンタIを1減らす。 B20: カウンタIの値が正ならステップB2に戻り、それ以
外であればステップB21に進む。 B21: 信頼値マトリクスの信頼値の全減少分を、第I番の
バリデーション・グリッドに対応する照合回数ni を利
用した以下の式により、信頼値マトリクスの各バリデー
ション・グリッドに再配分する。
B19: Decrement the counter I indicating the number of the validation grid by one. B20: If the value of the counter I is positive, the process returns to step B2; otherwise, the process proceeds to step B21. B21: all decrease confidence value confidence value matrix, by matching the number n i the following formula using the corresponding to validation grid of the I-th and reallocated to the validation grid confidence value matrix.

【0032】[0032]

【数6】 (Equation 6)

【0033】ところでここに、推定位置補正について詳
細な説明を試みる。本発明の基本的な操作手順を示す図
2の流れ図のステップA9 の位置のずれΔZによる補正
は下記の通りである。
Now, a detailed description will be given of the estimated position correction. The correction based on the positional deviation ΔZ in step A9 of the flowchart of FIG. 2 showing the basic operation procedure of the present invention is as follows.

【0034】[0034]

【数7】 (Equation 7)

【0035】次に信頼値マトリクスの補正は、補正前と
補正後でオーバラップするメモリ領域を求めて、補正後
の信頼値マトリクスの対応するメモリ領域に補正前の値
をコピーし、オーバラップしない領域には適切な初期値
(例えば、0)を設定する。
Next, in the correction of the confidence value matrix, a memory area that overlaps before and after the correction is obtained, and the value before the correction is copied to the corresponding memory area of the confidence value matrix after the correction, without overlapping. An appropriate initial value (for example, 0) is set in the area.

【0036】これまでの従来手段での移動型ロボットの
自分自身の位置を推定する手法としては、統計的に推定
位置を求める手法を使い、推定位置を表す信頼値の分布
が正規分布に従うと仮定しているため、推定位置が楕円
形状に限定され、照合過程で矛盾が生じた場合に対応が
難しかった。然るに本発明では、従来の難点を払拭する
ために、推定位置の信頼値分布を従来のバリデーション
・ゲートからバリデーション・グリッドに改め、平面地
図内の複数のグリッド状の領域で表現しているから、こ
れによって推定範囲の拡大が容易になり、分布の形状に
制約がなく照合過程での矛盾にも対応可能となり、初期
の目的が達成された。
As a method for estimating the position of the mobile robot itself by the conventional means, a method for statistically obtaining the estimated position is used, and it is assumed that the distribution of the confidence values representing the estimated position follows a normal distribution. Therefore, the estimated position is limited to an elliptical shape, and it is difficult to cope with inconsistency in the collation process. However, in the present invention, in order to eliminate the conventional difficulties, the reliability distribution of the estimated position is changed from a conventional validation gate to a validation grid, and is represented by a plurality of grid-like regions in a planar map. This facilitated the expansion of the estimation range, made it possible to deal with inconsistencies in the matching process without any restriction on the shape of the distribution, and achieved the initial purpose.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上、本発明によれば、推定範囲を拡大
するにはバリデーション・グリッドの数を増加すること
で対応でき、バリデーション・グリッドのサイズは任意
に設定することが出来るため、推定可能範囲を幾ら拡大
しても照合で矛盾を生じる可能性は増えない。また、推
定位置の信頼値が各バリデーション・グリッド毎に管理
されているため、その分布の仕方には何の制約も生じな
い。このことは、対立する複数の仮説が発生した場合で
も全ての仮説を考慮した柔軟な処理が可能であることを
意味しており、仮にあるバリデーション・グリッドで照
合を誤ったとしても、その他のバリデーション・グリッ
ドで正しい照合が出来ていれば、後の推定にも大きな悪
影響を及ぼす可能性は少なくなる。この他、照合に失敗
した事実もランドマーク情報の統計データに基づき評価
されるため、情報を効率的に利用した最適な推定を実現
できる。
As described above, according to the present invention, the range of estimation can be expanded by increasing the number of validation grids, and the size of the validation grid can be set arbitrarily. No matter how wide the range is, the likelihood of inconsistency in matching does not increase. Further, since the reliability value of the estimated position is managed for each validation grid, there is no restriction on the distribution method. This means that even if multiple conflicting hypotheses occur, it is possible to perform flexible processing considering all the hypotheses, and even if the validation is incorrect in one validation grid, other validations -If the grid is correctly collated, the possibility of having a large adverse effect on later estimation is reduced. In addition, since the fact that the matching has failed is also evaluated based on the statistical data of the landmark information, it is possible to realize an optimal estimation using the information efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態におけるシステム構成を示
すブロック図
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の位置推定方法の操作手順を説明したフ
ローチャート
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation procedure of a position estimation method according to the present invention.

【図3】本発明の対立する複数の仮説が生じたときのバ
リデーション・グリッドの一例を示す説明図
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a validation grid when a plurality of conflicting hypotheses according to the present invention occur.

【図4】本発明の実際に移動型ロボットに応用した場合
の実施の形態をシステム構成で示すブロック図
FIG. 4 is a block diagram showing a system configuration of an embodiment when the present invention is actually applied to a mobile robot;

【図5】本発明の信頼値マトリクス更新手段で処理され
る信頼値マトリクスの更新方法のフローチャート
FIG. 5 is a flowchart of a method of updating a confidence value matrix processed by the confidence value matrix updating means of the present invention.

【図6】本発明の基本的な操作手順を示す図2の流れ図
のステップA9 の位置のずれによる補正が、各時刻にお
ける位置のずれによる移動型ロボットの推定位置及び信
頼値マトリクスの補正(更新)として実施される態様を
示す説明図
FIG. 6 is a flowchart showing the basic operation procedure of the present invention, in which the correction based on the positional deviation in step A9 in the flowchart of FIG. 2 is performed by correcting (updating) the estimated position and the reliability value matrix of the mobile robot due to the positional deviation at each time. Explanatory diagram showing an embodiment implemented as

【図7】従来例の位置推定方法で利用されるバリデーシ
ョン・ゲートの説明図
FIG. 7 is an explanatory diagram of a validation gate used in a conventional position estimation method.

【符合の説明】[Description of sign]

101,401 ランドマーク情報 102 ランドマーク抽出手段 103 環境計測手段 104 位置推定手段 105 信頼値マトリクス更新手段 106 インパルス応答マトリクス生成手段 107 状態計測手段 300 バリデーション・グリッド 301,302 推定位置( 移動物体) 402 直線成分抽出装置 403 レーザスキャナ 404 位置推定装置 405 信頼値マトリクス更新装置 406 インパルス応答マトリクス生成装置 407 状態計測装置 701 移動型ロボット 702 バリデーション・ゲート 703 バリデーション・ゲートの中心 704,705,706,707 線分 101,401 Landmark information 102 Landmark extraction means 103 Environmental measurement means 104 Position estimation means 105 Reliability value matrix updating means 106 Impulse response matrix generation means 107 State measurement means 300 Validation grid 301,302 Estimated position (moving object) 402 Linear component extraction device 403 Laser scanner 404 Position estimation device 405 Reliability value matrix update device 406 Impulse response matrix generation device 407 State measurement device 701 Mobile robot 702 Validation gate 703 Center of validation gate 704,705,706,707 line segment

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 移動物体の推定位置の信頼性をバリデー
ション・グリッドから構成される信頼値マトリクスを用
いて管理し、 ランドマーク抽出手段によって生成されたランドマーク
のパターン・データと、予め求めておいたランドマーク
・アソシエーション・ポイントにおけるランドマーク情
報との照合によって、 前記信頼値マトリクスを更新し、位置推定のために利用
することを特徴とする位置推定方法。
1. The reliability of an estimated position of a moving object is managed using a confidence value matrix composed of a validation grid, and landmark pattern data generated by landmark extraction means is obtained in advance. A position estimating method comprising: updating the confidence value matrix by collating with landmark information at a landmark association point that has been used;
【請求項2】 推定位置の信頼値の分布状態を複数のグ
リッド状の領域で表現したバリデーション・グリッドを
用いることを特徴とする請求項1記載の位置推定方法。
2. The position estimating method according to claim 1, wherein a validation grid in which the reliability value distribution state of the estimated position is represented by a plurality of grid regions is used.
【請求項3】 前記ランドマーク情報は、ランドマーク
を構成するパターン・データと、各パターン・データの
出現確率を示す統計データからなり、環境地図の複数の
場所において、予め前記ランドマーク情報が求められて
いるランドマーク・アソシエーション・ポイントを用い
ることを特徴とする請求項1記載の位置推定方法。
3. The landmark information includes pattern data constituting a landmark and statistical data indicating the probability of occurrence of each pattern data. The landmark information is obtained in advance at a plurality of locations on an environment map. 2. The position estimating method according to claim 1, wherein landmark association points are used.
【請求項4】 前回の処理から今回までの位置移動に伴
う推定誤差を表す確率密度分布を有限のグリッド領域に
よって近似表現したマトリクスと、前記信頼値マトリク
スとをコンボルーション演算を行い、更に、前記ランド
マーク抽出手段が生成するランドマーク情報のパターン
・データと前記ランドマーク・アソシエーション・ポイ
ントにおけるランドマーク情報のパターン・データとの
照合結果により、各パターン・データに属する統計デー
タを用いて信頼値マトリクスの更新を行うことを特徴と
する請求項1記載の位置推定方法。 【0001】
4. A convolution operation is performed between a matrix obtained by approximating a probability density distribution representing an estimation error due to a position movement from a previous process to a current process by a finite grid region and the confidence value matrix, Based on the result of matching between the pattern data of the landmark information generated by the landmark extracting means and the pattern data of the landmark information at the landmark association points, a reliability value matrix is obtained using statistical data belonging to each pattern data. The position estimating method according to claim 1, wherein the position is updated. [0001]
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004333293A (en) * 2003-05-07 2004-11-25 Mitsutoyo Corp Signal processing device, signal processing method, signal processing program, recording medium for recording signal processing program and measuring machine
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