JP2007322138A - 移動装置及び移動装置の自己位置推定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロボット1は、カメラ部101によって作業環境内に存在する物体を撮像した画像データを入力し、レーザレンジファインダ107によって作業環境内に存在する物体との距離を計測して得たレンジデータを入力する。また、i)再投影誤差算出部103が、画像データから検出したランドマークの画像上での位置と、記憶部106に格納された地図情報に含まれる作業空間におけるランドマークの位置を前記画像データに再投影した位置との再投影誤差を算出し、ii)位置誤差算出部108が、レンジデータと地図情報に含まれる形状データとの位置合わせ誤差を算出する。さらに、最適化部109が、これら再投影誤差及び位置合わせ誤差を含む目的関数をロボット1の周囲環境に応じて決定し、決定した目的関数を最適化してロボット1の自己位置を算出する。
【選択図】図1
Description
本実施の形態にかかるロボット1の要部構成を図1に示す。ロボット1は、カメラ部101及びレーザレンジファインダ107の2つのセンサによって外界の情報を入力し、これら2つのセンサによって取得した画像データ及びレンジデータの夫々に基づいて自己位置推定を行うことができる。さらに、外部環境に応じて2つの推定結果の信頼度を決定し、決定した信頼度を反映した重み付けを行って2つの推定結果を統合することにより、最終的な自己位置推定の結果を得るものである。以下では、図1を参照してロボット1が有する各機能ブロックについて説明する。
発明の実施の形態1にかかるロボット1は、再投影誤差E1及び位置合わせ誤差E2を反映した目的関数の最適化により、精度の高い自己位置推定を行うこととした。しかしながら、画像データを用いて推定した自己位置(第1の候補値と呼ぶ)と、レンジデータを用いて推定した自己位置(第2の候補値と呼ぶ)を、環境情報を反映した重み付けを行って統合することにより、簡便な自己位置推定を行うこととしてもよい。このような簡便な自己位置推定を行うロボット2の構成を図4に示す。
発明の実施の形態1では、カメラ部101が備える2つのカメラ101a及び101bによるステレオ視によって、撮像されたランドマークのカメラ座標系における位置、つまりロボットから見たランドマークの相対位置を算出することにより、自己位置を求める場合を例示した。しかしながら、2つのカメラ101a及び101bによって撮影した画像データが必ずしもステレオ視に適したものとは限らない。例えば、一方の画像データには、ランドマークが1つしか写っていない場合や、撮像された複数のランドマークが近接している場合には、ステレオ視に適さない画像となる。このように、ステレオ視に適した画像データが得られない状況では、1枚の画像データを用いた自己位置推定を行う構成とすることにより、自己位置推定の信頼性を向上させることができる。なお、以下では、発明の実施の形態1で説明した2つの画像データによるランドマーク認識を"複眼によるランドマーク認識"と呼ぶ。また、1つの画像データによるランドマーク認識を"単眼によるランドマーク認識"と呼ぶ。
発明の実施の形態1にかかるロボット1は、始めに画像データを用いて自己位置を推定することとした。しかしながら、レーザレンジファインダ107によって取得したレンジデータと三次元形状データとのマッチングによる自己位置推定を行う推定部をロボット1にさらに備えることとし、始めにレンジデータを用いた自己位置推定を行ってもよい。また、ロボット1の移動履歴を示すオドメトリ情報によって、レンジデータと三次元形状データとのマッチングを行う際の自己位置の初期値を決定しても良い。
101 カメラ部
102 ランドマーク検出部
103 三次元位置算出部
104 自己位置推定部
105 再投影誤差算出部
106 記憶部
107 レーザレンジファインダ
108 位置合わせ誤差算出部
109 最適化部
110 環境情報入力部
111 制御部
201 自己位置推定部
202 統合部
Claims (9)
- 作業環境内を自律移動する移動装置であって、
前記作業環境の地図情報を格納した記憶部と、
前記作業環境内に存在する物体との距離を計測してレンジデータを生成する距離センサと、
前記作業環境内に存在する物体を撮像した画像データを生成するカメラ部と、
前記レンジデータを前記地図情報に含まれる形状データと照合することによって、当該移動装置の自己位置を推定する第1の推定手段と、
前記画像データからランドマークを検出し、検出したランドマークの画像上での位置情報及び前記地図情報に含まれる前記作業空間におけるランドマークの位置情報を用いた演算によって、当該移動装置の自己位置を推定する第2の推定手段と、
当該移動装置の周囲環境に応じて、前記第1の推定手段及び前記第2の推定手段の信頼度を決定する信頼度決定手段と、
前記第1の推定手段による推定結果と前記第2の推定手段による推定結果とを、前記信頼度決定手段によって決定された信頼度に応じた重み付けを行って統合することにより、当該移動装置の自己位置を決定する自己位置決定手段と、
を備える移動装置。 - 前記自己位置決定手段は、
前記第1の推定手段による自己位置推定の誤差と前記第2の推定手段による自己位置推定の誤差とを含む目的関数を、前記第1の推定手段及び前記第2の推定手段の信頼度を反映して決定し、
決定した目的関数を最適化して得られる前記作業空間内での位置を当該移動装置の自己位置とする請求項1に記載の移動装置。 - 前記第1の推定手段による自己位置推定の誤差は、前記レンジデータと前記形状データとの位置合わせ誤差であり、
前記第2の推定手段による自己位置推定の誤差は、前記画像データへのランドマークの再投影誤差である請求項2に記載の移動装置。 - 前記信頼度決定手段は、前記作業環境の明るさに基づいて、前記第1の推定手段及び前記第2の推定手段の信頼度を決定する請求項1又は2に記載の移動装置。
- 前記カメラ部は、複数の異なる位置から撮像した複数の画像データを生成し、
前記第2の推定手段は、前記複数の画像データそれぞれに含まれるランドマークの数及び画像上でのランドマーク間距離の少なくとも一方に基づいて、前記複数の画像データから自己位置の推定に用いる画像データを選択する請求項1に記載の移動装置。 - 前記第2の推定手段は、複数の画像データを用いる場合と、1の画像データを用いる場合とで、異なる演算によって自己位置を算出する請求項5に記載の移動装置。
- 作業環境の地図情報を格納した記憶部を有し、作業環境内を自律的に移動する移動装置が行う自己位置推定方法であって、
距離センサによって取得したレンジデータを、前記地図情報に含まれる形状データと照合することによって第1の自己位置推定値を算出し、
カメラによって撮像した画像データからランドマークを検出し、検出したランドマークの画像上での位置情報及び前記地図情報に含まれるランドマークの前記作業空間における位置情報を用いた演算によって第2の自己位置推定値を算出し、
前記移動装置の周囲環境に応じて、前記第1の自己位置推定値及び前記第2の自己位置推定値の信頼度を決定し、
前記第1の自己位置推定値及び前記第2の自己位置推定値を、決定した信頼度に応じた重み付けにより統合した値を自己位置とする自己位置推定方法。 - 作業環境の地図情報を格納した記憶部を有し、作業環境を自律的に移動する移動装置が行う自己位置推定方法であって、
距離センサによって前記作業環境内に存在する物体との距離を計測したレンジデータ、及び、カメラによって前記作業環境内に存在する物体を撮像した画像データを入力し、
i)前記レンジデータを前記地図情報に含まれる形状データと照合することにより推定した自己位置の第1の誤差と、ii)前記画像データから検出したランドマークの画像上での位置情報及び前記地図情報に含まれるランドマークの前記作業空間における位置情報を用いた演算により推定した自己位置の第2の誤差とを含む目的関数を、当該移動装置の周囲環境に応じて決定し、
決定した目的関数を最適化して得られる前記作業空間内での位置を当該移動装置の自己位置とする自己位置推定方法。 - 前記第1の誤差は、前記レンジデータと前記地図情報に含まれる形状データとの位置合わせ誤差であり、
前記第2の誤差は、前記画像データから検出したランドマークの画像上での位置と、前記作業空間におけるランドマークの三次元位置を前記画像データに再投影した位置との再投影誤差である請求項8に記載の自己位置推定方法。
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