JP2009123061A - ロボット位置検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 遠隔操作するロボットの位置および方向をディスプレイ上で確認でき、必要に応じてロボットの表示位置および方向を修正できるようにする。
【解決手段】
ロボット１０は、走行体１１と、走行体１１に回動可能に搭載されたビデオカメラ１２と、モータエンコーダ１５と、角速度センサ１６とを有している。遠隔制御装置２０のディスプレイ２２は、ビデオカメラ１２からの映像を表示し、かつ障害物のマップを表示し、ロボット１０の位置および方向を示すマークをリアルタイムで表示する。ロボット１０の位置および方向は、モータエンコーダ１５と、角速度センサ１６の情報に基づいて積分演算を行うことにより得る。このロボットの表示位置および方向は、修正することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、床下点検システム等に適用されるロボット位置検出システムに関する。

近年、家屋の床下空間等の点検を行う点検システムの需要が高まっている。特許文献１に開示された点検システムでは、床下空間にレールを配置し、このレールに沿って走行体を走らせ、走行体に設置したカメラで床下空間内を撮影し、その画像を外部の表示装置に表示させるようになっている。走行体にはＩＣタグリーダが設けられ、このＩＣタグリーダが、レールの所定位置に設けたＩＣタグから位置情報を得ることにより、走行体の現在位置を表示装置で確認できるようになっている。
特開２００７−５６５０４号公報

上記特許文献１の点検システムでは、床下空間にレールを設置したり、ＩＣタグを配置する等、インフラを整備する必要があるため、点検システムのコストが高くなる欠点があった。また、点検の自由度も低かった。

そこで、遠隔制御により自由に走行するロボットを用いることが考えられる。すなわち、ロボットにビデオカメラを搭載し、ビデオカメラからの映像を見ながらロボットの走行を遠隔操作するのである。
しかし、このシステムでは、ロボットの現在位置を正確に確認することができず、ロボットが迷子になる可能性もあった。

本発明のロボット位置検出システムは、上記課題を解決するためになされたもので、ロボットと、このロボットを遠隔制御する遠隔制御装置とを備え、上記ロボットは、走行体と、撮影手段と、ロボットの移動量を測定する移動量測定手段と、ロボットの旋回時の角速度を測定する角速度測定手段とを有し、上記遠隔制御装置は、（ア）上記ロボットの走行体を手動操作により制御する走行制御手段と、（イ）ディスプレイと、
（ウ）上記移動量測定手段からの移動量情報と、角速度測定手段からの角速度情報に基づき、ロボットの現在の位置および方向を自動的に算出する位置・方向演算手段と、（エ）上記ディスプレイに、障害物のマップを表示し、上記撮影手段からの映像を表示し、さらにマップ上において上記位置・方向演算手段からの情報に基づいてロボットの位置および方向を示すマークを表示する表示制御手段と、（オ）手動操作により、上記ディスプレイに表示されたマップ上のマークの位置および方向を修正する位置・方向修正手段と、を備え、上記位置・方向演算手段は、上記位置・方向修正手段で修正されたマークの位置および方向に対応するロボットの修正位置，方向に基づき、ロボットの現在の位置及び方向を演算することを特徴とする。

上記構成によれば、ロボットの位置および方向をマップ上に表示されたマークによりリアルタイムで確認しながら、ロボットを遠隔制御できる。また、必要に応じてロボットの位置および方向を修正することができ、ロボットの位置および方向を正確に把握することができる。しかも、この修正は、手動操作によりマップ上のマークの表示位置および方向を変えることにより、簡単に行うことができる。

好ましくは、上記ロボットは更に、上記走行体に搭載された多方向もしくはスキャン型の距離測定手段を有し、上記遠隔制御装置は上記距離測定手段の所定角度範囲にわたる障害物までの距離情報に基づき、ロボットを中心とした障害物検知図を作成し、上記表示制御手段はこの画像を上記ディスプレイに表示する。
この構成によれば、ロボットを中心とした障害物検知図を上記位置、方向の修正に提供することもでき、より正確な修正を行うことができる。

好ましくは、上記位置・方向修正手段による修正を、上記走行体の停止状態でのみ可能にした。
この構成によれば、演算の負担を軽減できるとともに、正確な修正を行うことができる。

本発明の他の態様のロボット位置検出システムは、ロボットと、このロボットを遠隔制御する遠隔制御装置とを備え、上記ロボットは、走行体と、撮影手段と、ロボットの移動量を測定する移動量測定手段と、ロボットの旋回時の角速度を測定する角速度測定手段と、障害物までの距離を測定する距離測定手段を有し、上記遠隔制御装置は、（ア）上記ロボットの走行体を手動操作により制御する走行制御手段と、（イ）ディスプレイと、（ウ）上記移動量測定手段からの移動量情報と、角速度測定手段からの角速度情報に基づき、ロボットの現在の位置および方向を自動的に算出する位置・方向演算手段と、（エ）上記ディスプレイに、障害物のマップを表示し、上記撮影手段からの映像を表示し、さらにマップ上において上記位置・方向演算手段からの情報に基づいてロボットの位置および方向を示すマークを表示する表示制御手段と、（オ）手動操作により、ロボットの位置および方向の修正を指令する修正指令手段と、（カ）上記修正指令手段からの指令に応答して、距離測定手段によるロボットからの複数方向の障害物までの距離情報と、上記マップとを照合することにより、ロボットの位置および方向を自動的に修正する位置・方向修正手段と、を備え、上記位置・方向演算手段は、上記位置・方向修正手段で修正されたロボットの修正位置，方向に基づき、ロボットの現在の位置及び方向を演算することを特徴とする。
この構成によれば、ロボットの位置および方向をマップ上に表示されたマークによりリアルタイムで確認しながら、ロボットを遠隔制御できる。また、必要に応じてロボットの位置および方向を修正することができ、ロボットの位置および方向を正確に把握することができる。しかも、この位置，方向の修正を自動的に行うので操作者の負担を軽減することができる。

好ましくは、上記遠隔制御装置は更に、上記ディスプレイに表示されたマップ上のマークの位置および方向を、手動により初期設定する位置・方向初期設定手段を備えている。

好ましくは、上記位置・方向修正手段は、修正指令直前に位置・方向演算手段で演算されたロボットの位置を中心として探査エリアを設定し、ロボットがこの探査エリア内にあることを条件として、上記距離情報とマップデータを照合する。
この構成によれば、探査エリアを設定することにより演算の負担を軽減することができる。

好ましくは、上記位置・方向修正手段は、マップ上の所定の複数方向から１つを選択して上記ロボットの方向であると推定し、上記探査エリアの多数の座標の１つを選択してロボットの位置であると推定し、上記ロボットが選択位置および選択方向にあると推定した時のロボットからの複数方向の障害物までの距離を、マップデータから演算し、この演算距離と、距離測定手段によるロボットからの上記複数方向の障害物までの実測距離とを照合し、両者が誤差範囲内で一致した場合には、上記選択位置および選択方向を実際の位置および方向として特定し、選択方向において上記探査エリアの全ての座標を順に選択して上記演算距離と実測距離の一致を確認できない時には、異なる方向を選択して、探査エリアの多数の座標毎の照合を繰り返す。
この構成によれば、高度な演算をせずに実測距離情報とマップの照合を行うことができる。

好ましくは、上記表示制御手段は、上記位置・方向演算手段で移動量情報および角速度情報のサンプリングタイム毎に、演算されたロボットの位置および方向に基づき、上記マークの表示を更新する。
好ましくは、上記表示制御手段は、上記走行体の停止の度に、演算されたロボットの位置および方向に基づき、上記マークの表示を更新する。

好ましくは、上記移動量測定手段は、上記走行体の左右の走行部にそれぞれ設けたモータの回転を検出するエンコーダを含み、これらエンコーダにより検出された単位時間当たりのモータの回転数の平均値を、ロボットの移動量に相当する情報として提供する。
好ましくは、上記移動量測定手段は、ロボットの前後方向の加速度を検出する加速度センサを含み、この加速度センサの検出加速度の積分値をロボットの移動量として提供する。

本発明のロボット位置検出方法は、上記ロボット位置検出システムを用い、走行体が走行停止の状態で、上記ディスプレイに表示された撮影手段による映像に基づき、上記位置・方向修正手段を操作して上記マークの位置および方向を修正することを特徴とする。
これによれば、映像により簡便にロボットの表示位置、方向を修正できる。

本発明の他のロボット位置検出方法は、障害物検知図の表示機能を有するロボット位置検出システムを用い、走行体が走行停止の状態で、上記ディスプレイに表示された画像演算手段による障害物の画像に基づき、上記位置・方向修正手段を操作して上記マークの位置および方向を修正することを特徴とする。
これによれば、障害物の画像により、正確にロボットの表示位置、方向を修正できる。

本発明によれば、リアルタイムでロボットの位置を確認しながらロボットを遠隔制御でき、また必要に応じてロボットの位置および方向を修正することにより、その後のロボットの位置および方向を正確に把握することができる。

以下、本発明のロボット位置検出システムを含む床下点検システムの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１、図２に示すように、床下点検システムは、ロボット１０と、このロボット１０を遠隔制御する遠隔制御装置２０とを備えている。

ロボット１０はクローラ１１（走行体）を備えている。このクローラ１１は、左右の走行部１１a毎に正逆回転可能なモータ１１ｂを有している。

上記クローラ１１には、ビデオカメラ１２（撮影手段）と、レーザー距離計１３（距離測定手段）と、通信機１４と、走行部１１a毎のモータエンコーダ１５（移動量測定手段）と、ジャイロセンサ等の角速度センサ１６（角速度測定手段）が搭載されている。

上記ビデオカメラ１２は、全方向に水平回動可能である。上記距離計１３は、ロボット１０の真正面を基準に例えば左右１２０°、合計２４０°の角度範囲を走査して障害物までの距離情報を得ることができる。

上記モータエンコーダ１５は対応するモータ１１ｂの回転数を検出できるようになっている。回転数は、走行部１１aの移動量に相当する情報である。

上記角速度センサ１６は、例えば走行体１１の中心に位置し（走行体１１の任意の位置でも可）、ロボット１０の旋回時の角速度を検出するものである。

上記遠隔制御装置２０は、パソコン２１（表示制御手段、位置・方向演算手段、位置・方向修正手段、位置・方向初期設定手段、障害物検知図演算手段等）と、このパソコン２１に接続されたディスプレイ２２、ジョイスティックコントローラ２３（走行制御手段、ビデオカメラ制御手段）と、通信機２４とを備えている。パソコン２１にはキーボードやマウスも含まれるものとする。

本実施形態では、通信機２４は上記ロボット１０の通信機１４と無線で通信を行うが、光ファイバー等により有線で通信を行ってもよい。

上記ジョイスティックコントローラ２３は２つのジョイスティックを有し、一方のジョイスティックの操作信号は、パソコン２１で処理され通信機２４を介して通信機１４で受信され、クローラ１１の２つのモータ１１ｂのドライバに送られ、これにより、クローラ１１の前進、後退、左右への走行旋回（走行を伴った方向転換）、超信地旋回（位置を変えないで方向転換）等を行えるようになっている。

また、他方のジョイスティックの操作により、ビデオカメラ１２を自在に回動操作できるようになっている。

上記走行制御やビデオカメラ１２の制御は、ジョイスティックの代わりにキーボード、マウス、ディスプレイ２２のタッチキー等の操作により行ってもよい。

ビデオカメラ１２の映像信号や距離計１３、モータエンコーダ１５、角速度センサ１６からの測定信号は、通信機１４、２４を介してパソコン２１に送られるようになっている。ビデオカメラ１２の映像はディスプレイ２２に表示される。

図３は、点検対象となる建造物の１階のマップを示している。このマップにおいて太線は壁を表すが、この壁の位置は床下空間での布基礎（床下空間における壁、障害物）に対応している。換言すれば、この太線は床下空間の布基礎を表している。

本実施形態では、紙面に描画したマップがスキャナーで読み込まれ、パソコン２１で画像編集ソフトを用いて画像処理され、マップデータとしてパソコン２１の記憶媒体に記憶される。

上記マップデータは、Ｘ−Ｙ座標の多数の画素によるデータである。なお、布基礎はＸ座標軸またはＹ座標軸と平行になるように修正されている。
ディスプレイ２２には、スキャナーで読み込まれたマップがそのまま表示されるとともに、上記画像処理により認識された布基礎に相当する画素が指定された色（例えば青）に色づけされている。

次に、上記システムにより実行される床下点検の工程を、ロボット１０の位置検出を中心にして、図５、図６のフローチャートを参照しながら説明する。

パソコン２１は、操作者の操作により、プログラムをスタートさせ、初期状態すなわち図５のステップ１００の操作待ち状態になる。

パソコン２１の手動操作によりマップデータ読込の指令が生じると、この指令に応答してパソコン２１は、記憶媒体からマップデータを読み込むとともに、このマップデータを上記映像の表示領域と異なる領域において、図３に示すようにディスプレイ２２に表示し（ステップ１０１）、それからステップ１００に戻る。このステップ１０１では、後述のスケール設定、初期位置設定が未だ実行されていないことを認識する。

パソコン２１の手動操作、具体的には図４に示すディスプレイ２２上のスケール設定ボタン５１をクリックすることにより、スケール設定の指令が生じる（ステップ１０２）。この指令に応答してパソコン２１は、マップデータの読込が有ったかどうか判断し（ステップ１０３）、ここで否定判断した時（ステップ１０１を予め実行していない時）には、ステップ１００に戻り、肯定判断した時にはステップ１０４に進み、スケール値の入力を待つ。

上記ステップ１０４では、スケール設定を促す表示をしてもよい。操作者はディスプレイ２２上のマップにおいて、マウスを操作して図３に示すようにスケール６０の開始点６１と終了点６２を指定するとともに、図４に示すように、このスケール６０の長さを数値表示部５２に入力する。

パソコン２１は、上記スケール６０と設定長さの情報に基づき、上記マップで表示された建物の実寸（換言すればマップの縮尺）を認識することができる。
マップに建物の実寸が寸法線とともに表示されている場合には、表示された寸法線に合わせてスケールを描き、表示された実寸をスケールの設定長さとして入力してもよい。

スケール設定に際しては、上記ディスプレイ２２においてスケール６０を一定長さで表示しておき、操作者がこのスケール６０の長さ（数値）だけを入力してもよいし、これとは逆に、設定長さを一定にしておき、操作者がディスプレイ２２にスケール６０を入力してもよい。また、上記スケールではなく、マップの縮尺情報を数値として直接パソコンに入力してもよい。

上述したステップ１０１〜１０４は、ロボット１０の位置および方向を初期設定するまでの準備工程である。この準備工程と相前後して、床板の一部を開いてロボット１０を床下空間に置く。次に、パソコン２１の手動操作により、ロボットの位置および方向の初期設定を行う（ステップ１０５）。具体的には、図４に示すように、位置セットボタン５３をクリックし、その後で、多数（例えば３０°間隔で１２個）の方向表示部５４の１つをロボット１０のマップ上での実際の方向に合わせて選択する。さらに、カーソルをマップ上においてロボット１０の実際の位置に合わせてクリックする。

上記ステップ１０５は、ロボット１０の位置および方向を初期設定する手段を構成するが、後述するように位置および方向を修正する手段をも構成する。

上記操作に応答してパソコン２１は、ステップ１０４のスケール設定があったかどうか判断し（ステップ１０６）、否定判断した時にはステップ１００に戻り、肯定判断した時にはロボット１０の位置、方向を示すマーク７０をマップ上に表示する。本実施形態では図３に示すように、ロボット１０の位置を小さな円７１で表示し、方向をこの円に連なる矢印７２で表す。

操作者は、図４に示すディスプレイ２２の数値表示部５５，５６において直進係数と、旋回係数を入力することもできる（ステップ１０８）。これら係数は通常１．００に設定されている。直進係数は、エンコーダ１５の計数値と実際の移動量との関係を示すものであり、例えばクローラベルトの磨耗により走行部１１aの径が小さくなった時には、直進係数を大きくする。旋回係数は、角速度センサ１６で測定された角速度と実際の角速度との関係を示すものである。

ジョイスティックコントローラ２３の手動操作でクローラ１１の操作を開始すると（ステップ１０９）、初期位置設定ありか否かを判断し（ステップ１１０）、ここで否定判断した場合には、本発明の位置検出システムを利用せずに、ビデオカメラ１２からの映像情報だけで、以下のクローラ１１の走行制御を実行する。

ジョイスティックコントローラ２３のジョイスティックの倒し方向および倒し量から、クローラ１１のモータ回転指令およびその手動指令値を読み込み、それに応じて左右のモータ１１ｂの駆動電流を制御し、ひいてはクローラ１１の走行制御を行う（ステップ１１１）。

次に、サンプリングタイム（２０ｍｓ）を経過したか否かを判断する（ステップ１１２）。サンプリングタイムを経過したら、クローラ１１の操作を停止したか否かを判断する（ステップ１１３）。この判断はジョイスティックコントローラ２３からの操作信号に基づく。ここで否定判断した時には、ステップ１１１に戻ってクローラ１１制御を継続する。
上記ステップ１１３で肯定判断した場合にはステップ１００に戻る。

上記ステップ１１０で肯定判断した時には、図６に示すように、位置および方向検出を伴う制御を実行する。
まず、左右のエンコーダ１５の値を「旧値」として記憶する（ステップ１２０）。次に、クローラ操作信号に基づきクローラ１１の制御を行う（ステップ１２１）。このステップ１２１の制御は、ステップ１１１の制御と同様であるので説明を省略する。

次に、サンプリングタイム（２０ｍｓ）が経過したか否かを判断する（ステップ１２２）。このステップ１２２でサンプリングタイムが経過したと判断したら、左右エンコーダ１５の値を「新値」として記憶する（ステップ１２３）。

次に、「直進、走行旋回のいずれか」であるか否かを判断する（ステップ１２４）。この判断は、ジョイスティックコントローラ２３からの操作信号に基づいて行う。

上記ステップ１２４で肯定判断の場合（すなわちロボット１０が走行していると判断した場合）には、左右のエンコーダ１５の「新値」と「旧値」の差をそれぞれ算出し、その差の左右平均値からサンプリングタイム間隔（単位時間）での移動量を得（ステップ１２５）、次のステップ１２６に進む。

上記ステップ１２４で否定判断した場合、すなわち超信地旋回であると判断した場合には、ステップ１２５をパスしてステップ１２６に進む。

ステップ１２６では、旋回（走行旋回もしくは超信地旋回）しているか否かを判断する。この判断も上記ジョイスティックコントローラ２３からの操作信号に基づいて行う。

上記ステップ１２６で肯定判断した場合には、ステップ１２７で角速度センサ１６の測定値を読み込んだ後、ステップ１２８に進む。
ステップ１２８では、上記角速度測定値にサンプリングタイムを乗じて、このサンプリングタイムでの角度変更値を演算し、これを前回演算された方向を表す旋回角度（初期設定直後は初期設定された角度）に加算する（換言すれば角速度をサンプリングタイムで積分する）ことにより、現在の方向（旋回角度）を算出し、ステップ１２９に進む。

上記ステップ１２６で否定判断した場合、すなわち直進と判断した場合には、ステップ１２７，１２８をパスし（すなわち、角速度を測定せず角度変更値を演算せずに）、ステップ１２９に進む。

ステップ１２９では、ステップ１２８で演算された方向（旋回角度）と、ステップ１２５で演算された単位時間当たりの移動量から、単位時間当たりのＸ方向、Ｙ方向の移動成分をそれぞれ演算し、これを前回演算したＸ座標位置およびＹ座標位置（初期設定直後は初期設定値）にそれぞれ加算する（換言すればＸ方向の移動成分およびＹ方向の移動成分をそれぞれサンプリングタイムで積分する）ことにより、現在の位置（Ｘ座標位置およびＹ座標位置）を算出する。そして、算出されたロボット１０の方向、および位置に応じてマーク７０をマップ上に表示する。

上記ステップ１２４で超信地旋回と判断した場合には、前述したようにステップ１２９での位置演算は省略し、前にステップ１２９で演算されたロボット１０の位置と今回のステップ１２８で演算したロボット１０の方向に基づき、マーク７０を表示する。

上記ステップ１２６で否定判断した場合、すなわち直進であると判断した場合には、前述したようにステップ１２７，１２８の方向演算を省略し、前にステップ１２８で算出した方向と、ステップ１２５で演算したサンプリングタイム当たりの移動量と、前回算出したＸ座標位置およびＹ座標位置に基づき、ロボット１０の位置を演算し、この演算した位置と前回演算した方向に基づき、マーク７０を表示する。

上記ステップ１２９の次にクローラ操作が停止されたか否かをジョイスティックコントローラ２３の操作信号から判断し（ステップ１３０）、否定判断であればステップ１２０に戻り、上記制御と位置・方向検出を繰り返し実行する。なお、次のサイクルのステップ１２０では、前サイクルのステップ１２３で検出したエンコーダ値を「旧値」として記憶する。
上記ステップ１３０で肯定判断した時には、ステップ１００へ戻る。

上述したように、サンプリングタイム毎にロボットの現在の位置および方向を示すマーク７０の表示を更新するので、操作者はこのマーク７０によりリアルタイムでロボット１０の位置および方向を確認し、かつビデオカメラ１２からの映像を見ながら、ロボット１０の走行制御を円滑に行うことができる。

図３には、理解を容易にするため、ロボット１０の移動に伴って、マーク７０がＡ，Ａ’，Ａ”と順に移動している様子を示す。このような移動軌跡を線または点で表示してもよい。

操作者は、ロボット１０の位置を確認しながらビデオカメラ１２の映像により布基礎の壁面状態を含む床下空間の状態を点検することができる。そのため、例えば布基礎の壁面に異常がある場合には、その箇所を正確に特定できる。また、位置確認ができずにロボット１０を戻すことが困難になるような不都合も生じない。

布基礎の壁面等に異常を発見した場合には、その位置をディスプレイ２２のマップ上で特定して表示し、その異常個所の位置と映像を記憶するようにしてもよい。

ところで、ロボット１０の方向および位置は実質的に積分演算で求めているため、ロボット１０の走行制御を継続して行っていると、マーク７０による表示位置および方向（すなわち演算された位置と方向）が実際のロボット１０の位置および方向と一致しなくなってくる。

そこで、操作者にはクローラ１１の操作を停止する度に、ロボット１０の位置および方向を修正する機会が与えられる。すなわち、マップ上にマーク７０で表示されたロボット１０の位置および方向と、映像から推測されるロボット１０の位置および方向とを照合することができる。

上記マーク７０の位置、方向が映像から推測される位置、方向と異なる場合には、ステップ１０５を実行する。すなわち、映像から推測される位置および方向を前述の初期位置、初期方向の入力と同様にして入力する。これにより、例えば図３で示すようにＡ”で示すマーク７０を、Ｂで示すマーク７０（破線で示す）に修正することができる。

ロボット１０の位置および方向が修正された後では、この修正位置および方向を基準にして（初期値として）、上述した積分演算を行うことにより、ロボット１０の位置および方向を演算する。その結果、正確な位置および方向をリアルタイムで表示することができる。

上記実施形態では、ビデオカメラ１２の映像だけでロボット１０の位置、方向の修正を行ったが、ロボット１０の所定方向（例えば正面）における距離計１３からの距離情報をディスプレイ２２に表示し、この距離情報をも参考にして上記修正を行ってもよい。

また、距離計１３からの多方向の距離情報から得られる障害物検知図に基づいてあるいはこの障害物検知図とビデオカメラ１２の映像に基づいて上記修正を行ってもよい。

詳述すると、定期的にパソコン２１は、距離計１３を制御して２４０°の走査範囲で障害物（布基礎壁面等）までの距離情報を得る。この距離情報から、ロボット１０を中心にした障害物検知図を作成し、この画像８０を図７に示すようにディスプレイ２２の所定領域（映像表示領域、マップ表示領域と異なる領域）に定期的に表示する。この際、壁面の画像８０とともにロボット１０の前後方向、左右方向に延びるスケール８１も表示する。

操作者は、ビデオカメラ１２の映像から距離計１３の走査範囲において壁面以外に障害物が無いことを確認しつつ、この障害物検知図の画像８０を見ながらロボット１０の正確な位置および方向を認識し、前述のステップ１０５で修正を行うことができる。なお、壁とロボットのなす角度を演算し、表示してもよい。

さらに本実施形態では、ロボット１０の位置および方向を、操作者の手動修正によらず、自動修正することもできる。この場合、操作者は、ビデオカメラ１２の映像から距離計１３の走査範囲において壁面以外に障害物が無いことを確認してから、図４に示す自動修正ボタン５８（修正指令手段）をクリックする。

上記自動修正ボタン５８がクリックされると、図８のプログラムを実行する。まず、マップデータに基づき壁面認識処理を行う（ステップ２０１）。この壁面認識処理は、前述したように青に着色された画素を布基礎と認識することを意味する。

次に、現在のロボット１０の表示位置（例えば図３におけるＡ”）を中心としてマップ上でスキャンエリア９０（探査エリア）の指定を行う（ステップ２０２）。このスキャンエリア９０は、ロボット１０が位置する可能性がある範囲を意味する。

次に、距離計１３により、ロボット１０の前方向および左右方向（９０°離れた３方向）に位置する布基礎壁面までの距離を測定し、記憶する（ステップ２０３）。

次に、推定方向の指定、変更を行う（ステップ２０４）。このステップ２０４における方向の推定とは、マップ上でのロボット１０の向きの推定を意味する。例えば、ロボット１０の向きをマップの上方向（０°）を初めとして、所定角度（例えば１０°）間隔で時計周りに順に推定する。

次に、ステップ２０５に進み、スキャンエリア９０内の探査座標の推定、変更を行う。前述したように操作者が指定したスキャンエリア９０はロボット１０が位置する可能性がある範囲を意味するから、このスキャンエリア９０にＸ，Ｙ軸に沿ってマトリックス状（碁盤目状）に配置された座標点を、順にロボット１０の現在位置と推定する。

上記探査座標のスキャンは例えば次のようにして行われる。スキャンエリア９０において左上隅の座標点から始まり右方向に順にスキャンし、その列が終わったらその下の列の座標点を左から順にスキャンし、最後の座標点が右下隅の座標点となる。

次に、３方向の実測距離データと、３方向の演算距離が一致するか否かを判断する（ステップ２０６）。３方向の演算距離とは、ロボット１０が推定方向にある時の、ロボット１０の前方向、左右方向におけるロボット１０と壁面までの距離をマップデータから演算して求めた距離である。

ステップ２０６で一致したとの判断した場合には、推定した座標点をロボット１０の現在位置として決定し、推定した方向をロボットの現在の方向として決定し、この決定された位置及び方向のマーク７０を表示する（ステップ２０７）。

途中でロボット１０の現在位置に相当する座標が見つかった場合には、残りの座標のスキャンを省略する。

推定した方向、座標で一致しなかった場合には、推定した方向で上記スキャンエリア９０の全ての座標で照合が完了したか否かを判断する（ステップ２０８）。ここで否定判断した場合には、ステップ２０５に戻り、推定座標を変えてステップ２０６の判断を繰り返す。

ステップ２０８で肯定判断した場合には、全方向で、スキャンエリアの走査が完了したか否かを判断する（ステップ２０９）。ここで否定判断した場合には、ステップ２０４に戻り、推定方向を１０°変更して上記ステップ２０５〜２０９を繰り返す。

ステップ２０９で肯定判断した時には、ロボット１０の位置および方向を特定できなかったとして、その旨表示し（ステップ２１０）、このプログラムを終了する。

上記自動修正した後は、手動修正と同様に、この修正位置、方向に基づいて積分演算を行い現在のロボット１０の位置および方向を算出する。
位置検出システムは、上記手動修正機能を持たず、上記自動修正機能だけを持つようにしてもよい。

本発明は上記実施形態に制約されず、種々の態様を採用可能である。例えば、マークの表示更新は、サンプリングタイム毎ではなくクローラ停止毎に行ってもよい。この場合でも実質的にリアルタイムでロボットの位置および方向を表示できる。
図６におけるステップ１２４，１２６は省いても良い。

モータエンコーダを用いる場合、走行旋回の際のクローラベルトと床面のすべりにより、左右エンコーダの平均値で移動量を求めても誤差が大きくなる場合がある。この場合には、クローラの操作において走行旋回を禁じ、直進と超信地旋回だけを行うようにしてもよい。

モータエンコーダの代わりに、クローラ１１の前後方向の加速度を検出する１つの加速度センサをクローラに搭載してもよい。加速度センサの場合には、その測定加速度の積分値が、走行速度（単位時間当たりの移動量）として用いられる。
上記モータエンコーダや加速度センサは、移動量測定手段の主要部分を構成している。

自動修正に際して、予めロボットの前後方向を壁面に対して平行または垂直にしてもよい。この場合には、推定方向を９０°間隔に変更しても正確な位置検出を行うことができる。

上記実施形態ではマップデータを紙面に描いたマップをスキャニングして得たが、パソコンにマップデータを直接入力するようにしてもよい。
走行体はクローラの代わりにタイヤ式のものを用いてもよい。

本発明は床下の点検システムに適用したが、室内空間の点検システムに適用してもよい。この場合、部屋を仕切る壁面のマップデータが用いられる。
本発明は、建造物以外でも対象物の位置が固定的である空間例えば工場プラント内を走行するロボットの位置検出に用いることもできる。
本発明は、点検以外の種々の用途に用いることもできる。

本発明のロボット位置検出システムを、床下点検システムに適用した実施形態を示す概略側面図である。 同床下点検システムのロボットの概略平面図である。 同システムのディスプレイに表示された点検対象となる床下のマップを示す図である。 同ディスプレイに表示される種々の入力部を示す図である。 同システムのパソコンで実行されるロボット位置検出のためのフローチャートの前段部分を示す図である。 同フローチャートの後段部分を示す図である。 距離センサの情報に基づいて算出された障害物検知を示す図である。 ロボットの位置・方向の自動修正のためのプローチャートを示す図である。

符号の説明

１０ ロボット
１１ クローラ（走行体）
１２ ビデオカメラ（撮影手段）
１３ 距離計（距離測定手段）
１５ モータエンコーダ（移動量測定手段）
１６ 角速度センサ（角速度測定手段）
２０ 遠隔制御装置
２１ パソコン（表示制御手段、位置・方向演算手段、位置・方向修正手段、位置方向初期設定手段、障害物検知図演算手段等）
２２ ディスプレイ
２３ ジョイスティックコントローラ（走行制御手段、カメラ制御手段）
７０ マーク
８０ 壁面（障害物検知の画像）
９０ 探索エリア

Claims (11)

1. ロボットと、このロボットを遠隔制御する遠隔制御装置とを備え、
   上記ロボットは、走行体と、撮影手段と、ロボットの移動量を測定する移動量測定手段と、ロボットの旋回時の角速度を測定する角速度測定手段とを有し、
   上記遠隔制御装置は、
   （ア）上記ロボットの走行体を手動操作により制御する走行制御手段と、
   （イ）ディスプレイと、
   （ウ）上記移動量測定手段からの移動量情報と、角速度測定手段からの角速度情報に基づき、ロボットの現在の位置および方向を自動的に算出する位置・方向演算手段と、
   （エ）上記ディスプレイに、障害物のマップを表示し、上記撮影手段からの映像を表示し、さらにマップ上において上記位置・方向演算手段からの情報に基づいてロボットの位置および方向を示すマークを表示する表示制御手段と、
   （オ）手動操作により、上記ディスプレイに表示されたマップ上のマークの位置および方向を修正する位置・方向修正手段と、を備え、
   上記位置・方向演算手段は、上記位置・方向修正手段で修正されたマークの位置および方向に対応するロボットの修正位置，方向に基づき、ロボットの現在の位置及び方向を演算することを特徴とするロボット位置検出システム。
2. 上記ロボットは更に、上記走行体に搭載された多方向もしくはスキャン型の距離測定手段を有し、上記遠隔制御装置は上記距離測定手段の所定角度範囲にわたる障害物までの距離情報に基づき、ロボットを中心とした障害物検知図を作成し、上記表示制御手段はこの画像を上記ディスプレイに表示することを特徴とする請求項１に記載のロボット位置検出システム。
3. 上記位置・方向修正手段による修正を、上記走行体の停止状態でのみ可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載のロボット位置検出システム。
4. ロボットと、このロボットを遠隔制御する遠隔制御装置とを備え、
   上記ロボットは、走行体と、撮影手段と、ロボットの移動量を測定する移動量測定手段と、ロボットの旋回時の角速度を測定する角速度測定手段と、障害物までの距離を測定する距離測定手段を有し、
   上記遠隔制御装置は、
   （ア）上記ロボットの走行体を手動操作により制御する走行制御手段と、
   （イ）ディスプレイと、
   （ウ）上記移動量測定手段からの移動量情報と、角速度測定手段からの角速度情報に基づき、ロボットの現在の位置および方向を自動的に算出する位置・方向演算手段と、
   （エ）上記ディスプレイに、障害物のマップを表示し、上記撮影手段からの映像を表示し、さらにマップ上において上記位置・方向演算手段からの情報に基づいてロボットの位置および方向を示すマークを表示する表示制御手段と、
   （オ）手動操作により、ロボットの位置および方向の修正を指令する修正指令手段と、
   （カ）上記修正指令手段からの指令に応答して、距離測定手段によるロボットからの複数方向の障害物までの距離情報と、上記マップとを照合することにより、ロボットの位置および方向を自動的に修正する位置・方向修正手段と、を備え、
   上記位置・方向演算手段は、上記位置・方向修正手段で修正されたロボットの修正位置，方向に基づき、ロボットの現在の位置及び方向を演算することを特徴とするロボット位置検出システム。
5. 上記遠隔制御装置は更に、上記ディスプレイに表示されたマップ上のマークの位置および方向を、手動により初期設定する位置・方向初期設定手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載のロボット位置検出システム。
6. 上記位置・方向修正手段は、修正指令直前に位置・方向演算手段で演算されたロボットの位置を中心として探査エリアを設定し、ロボットがこの探査エリア内にあることを条件として、上記距離情報とマップデータを照合することを特徴とする請求項４または５に記載のロボット位置検出システム。
7. 上記位置・方向修正手段は、
   マップ上の所定の複数方向から１つを選択して上記ロボットの方向であると推定し、上記探査エリアの多数の座標の１つを選択してロボットの位置であると推定し、
   上記ロボットが選択位置および選択方向にあると推定した時のロボットからの複数方向の障害物までの距離を、マップデータから演算し、この演算距離と、距離測定手段によるロボットからの上記複数方向の障害物までの実測距離とを照合し、両者が誤差範囲内で一致した場合には、上記選択位置および選択方向を実際の位置および方向として特定し、
   選択方向において上記探査エリアの全ての座標を順に選択して上記演算距離と実測距離の一致を確認できない時には、異なる方向を選択して、探査エリアの多数の座標毎の照合を繰り返すことを特徴とする請求項６に記載のロボット位置検出システム。
8. 上記表示制御手段は、上記位置・方向演算手段で移動量情報および角速度情報のサンプリングタイム毎に、演算されたロボットの位置および方向に基づき、上記マークの表示を更新することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のロボット位置検出システム。
9. 上記表示制御手段は、上記走行体の停止の度に、演算されたロボットの位置および方向に基づき、上記マークの表示を更新することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のロボット位置検出システム。
10. 上記移動量測定手段は、上記走行体の左右の走行部にそれぞれ設けたモータの回転を検出するエンコーダを含み、これらエンコーダにより検出された単位時間当たりのモータの回転数の平均値を、ロボットの移動量に相当する情報として提供することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のロボット位置検出システム。
11. 上記移動量測定手段は、ロボットの前後方向の加速度を検出する加速度センサを含み、この加速度センサの検出加速度の積分値をロボットの移動量として提供することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のロボット位置検出システム。

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