JP2010061483A

JP2010061483A - 自走移動体及び自走移動体の目的位置設定方法

Info

Publication number: JP2010061483A
Application number: JP2008227743A
Authority: JP
Inventors: Kosai Matsumoto; 高斉松本; Toshio Moriya; 俊夫守屋; Ryozo Masaki; 良三正木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】
荷降ろしを行う際の車体の停止位置と姿勢とを、実際の環境内で教示可能な搬送車の構築を目的とする。
【解決手段】
ユーザが、ジョイスティックを用いて搬送車を操縦し、搬送車に備わるレーザー距離センサにより得られる環境の幾何データと、荷降ろし位置の設定に相当するジョイスティックのボタン押し下げのデータとを収集していく。これにより得られる時系列の幾何データをマッチングしていくことで、センサによる計測開始時を基準として各幾何データの位置・姿勢が求められる。この各幾何データについて、荷降ろし位置設定に相当するボタンの押し下げデータと関連付けられているかを調べ、関連付けられている場合はその幾何データの位置と姿勢を搬送車の荷降ろし位置・姿勢として算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、自走移動体の目的位置や中間位置を設定する方法および装置に係り、特に、自動搬送車への荷降ろし位置と姿勢の設定方法及び装置に関する。

特許文献１では、ロボットに搭載されたカメラにより、充電装置に設置された球状のマーカの位置・姿勢を計測することで、ロボットを充電装置にドッキングさせる方法が提案されている。

特開２００３−２８５２８８号公報

特許文献１の方法では、ロボットに停止位置を認識させるためには、予め特殊なマーカを準備し、設置するコストが生じる。

本発明の目的は、特殊なマーカの設置無しに、ロボットに停止位置を設定することが可能な装置および方法を提供することである。

本発明は、入力装置から得られた目的位置の指示と、そのときの計測装置からの自走移動体の周囲の環境のデータとを関連付けて記録しておき、目的位置の指示に関連付けられた自走移動体の周囲の環境のデータと所定周期で得られた自走移動体の周囲の環境のデータ同士のマッチングにより得られた地図とに基づいて、地図上の目的位置を算出することを特徴とする。

本発明は、入力装置から得られた目的位置の指示と、そのときの計測装置からの自走移動体の周囲の環境のデータとを関連付けて記録し、目的位置の指示に関連付けられた自走移動体の周囲の環境のデータと予め準備された自走移動体の移動経路上の地図とに基づいて、地図上の目的位置を算出することを特徴とする。

本発明は、搬送を行うための事前の準備モードと搬送を行う際の運用モードとを備え、準備モードでは、ユーザによるジョイスティックによる操縦によって移動し、このときのレーザー距離センサデータのマッチングによって環境の地図を作成し、運用モードでは作成した地図とレーザー距離センサデータのマッチングによって自己位置と姿勢を推定しながら与えられた経路に追従して自律移動することを特徴とする。

本発明により、ユーザが実際の環境を確認しながら、また、特殊なマーカなど用いることなく、搬送車の荷降ろし位置を設定することが可能となる。

ユーザが、入力装置（例えば、ジョイスティック）を用いて自走移動体（例えば、搬送車）を操縦し、搬送車に備わるセンサ（例えば、レーザー距離センサ）により得られる搬送車の周囲の環境の幾何データと、荷降ろし位置の設定に相当する入力装置（例えば、ジョイスティックに備えられたボタン）への入力（例えば、押し下げ）データとを収集していく。これにより得られる時系列の幾何データをマッチングしていくことで、センサによる計測開始時を基準として各幾何データの位置・姿勢が求められる。この各幾何データについて、荷降ろし位置設定に相当する入力データと関連付けられているかを調べ、関連付けられている場合はその幾何データの位置と姿勢を自走移動体の荷降ろし位置・姿勢として算出する。

以下、実施例１および２を説明する。

ここでは、1つの実施例として、環境の地図を持たない搬送車をユーザがジョイスティックで操縦することで実際に走らせながら、ジョイスティックの荷降ろし位置の指定用ボタンを押すと、このジョイスティックのデータとこの時の搬送車のセンサデータを用いて、地図を作ると同時に、搬送車が荷降ろしを行う際の位置と姿勢をその場で求める例について述べる。なお、以下では、搬送車が荷降ろしを行う際の位置と姿勢を単に荷降ろし位置と呼ぶものとする。

本実施例で用いる装置の構成を図１に示す。本装置は、搬送車１００１とジョイスティック１０２３に大きく分けられる。このうち搬送車１００１は、プロセッサ１００２、メモリ１００３、キーボード１００４、ビデオカード１００５、ディスプレイ１００６、通信線１００７、レーザー距離センサ１００８、移動機構１００９、カメラ１０１０、記憶装置１０１１から構成される。また、ジョイスティック１０２３は、荷降ろし位置設定ボタン１０２５、移動指令ボタン１０２６、計測終了ボタン１０２６から構成される。

本実施例では、ユーザが搬送車を操縦し、また搬送車への荷降ろし位置の指定のための入力デバイスとしてジョイスティックを想定しているが、入力機器であれば、キーボード、タッチパネル、マウス、音声入力、カメラへのジェスチャによる入力など、入力の形態は問わない。また、本実施例では、移動機構として車両型の移動機構を想定しているが、車輪や脚により移動するロボット、船舶、航空機など、移動機構の形態は問わない。また、本実施例では、環境の幾何形状を計測するセンサとして、水平方向にレーザーを走査しながら、照射したレーザー光が障害物から反射して戻る時間の計測によって障害物までの距離を算出し、2次元水平面における物体の幾何形状を計測するレーザー距離センサを想定している。しかし、この他のセンサとして、例えば、水平方向以外も走査することで3次元の物体の幾何形状を計測するレーザー距離センサ、画像特徴より物体の幾何形状を計測するステレオカメラ、超音波センサなど、幾何形状が計測可能であればそのセンサの形態は問わない。また、本実施例では、それぞれの構成要素が有線の通信線にて接続されていることを想定しているが、通信が可能であれば無線であってもよい。また、本実施例における搬送車の構成要素のうち、特定の要素のみが物理的に遠隔にあってもよい。

記憶装置１０１１には、ＯＳ１０１２、全体制御部１０１３、レーザー距離センサ１００８を用いて幾何データを取得するレーザー距離センサ制御部１０１４、ジョイスティック１０２３からの入力に従って車輪の回転制御を行う移動機構制御部１０１５、ジョイスティック１０２３からの入力を取得するジョイスティック制御部１０１６、レーザー距離センサ１００８による幾何データを用いて搬送車の位置と姿勢を求める位置推定部１０１７、位置推定結果とジョイスティックデータから荷降ろし位置を求める荷降ろし位置算出部１０１８、同じく位置推定結果を用いて環境の地図を生成する地図生成部１０１９、ビデオカード１００５を介して地図や荷降ろし位置の画像をディスプレイ１００６に表示する表示部１０２０、求めた地図と荷降ろし位置をそれぞれ保存した地図ファイル１０２１と荷降ろし位置ファイル１０２２が格納されている。なお、本実施例では、プロセッサ１００２が、記憶装置１０１１のプログラムをメモリ１００３にロードして処理として実行することを想定しているが、これと同等の働きをするのであれば、FPGA（Field Programmable Grid Array）やCPLD（Complex Programmable Logic Device）などのプログラマブルなハードウェアで実現してもよい。また、前述のプログラムやデータは、CD-ROM等の記憶媒体から移してもよいし、ネットワーク経由で他の装置からダウンロードしてもよい。また、以上のハードウェアやソフトウェアは、実施形態に応じて、取捨選択してもよい。

このような装置構成において、ユーザがジョイスティックを用いて搬送車を実際の環境内で走行させながら、荷降ろし位置を指定すると、搬送車のレーザー距離センサにより取得される幾何データを用いて、荷降ろしとして指定された位置における搬送車の位置と姿勢と地図とが求められる。この一連の処理を搬送車を走行させる環境の例図２を用いて説明する。机や椅子、壁など、図中斜線部で示される障害物２００１がある環境において、ユーザ２００２は、ジョイスティック２００３（図１の１０２３に相当）を用いて搬送車２００４（図１の１００１に相当）を初期位置２００６から目的地２００９まで、経路２０１０に沿って移動させていくものとする。また、この移動の際、ユーザ２００２は、テーブル前での荷降ろしを想定して、荷降ろし位置２００８を指定するものとする。また、ユーザ２００２が搬送車２００４を操縦する間、搬送車はレーザー距離センサ２００５（図１の１００８に相当）のデータとジョイスティック２００３のデータとを収集し、地図と荷降ろし位置の算出を行うものとする。この一連の処理を図３に示す。

以下では、前述の図２の状況において、搬送車にて行われる図３の処理について述べる。キーボード１００４入力によりプログラムが開始されると（３００１）、レーザー距離センサ制御部１０１４とジョイスティック制御部１０１６により、レーザー距離センサ２００５とジョイスティック２００３のそれぞれのデータ取得が行われる（３００２）。

レーザー距離センサデータとジョイスティックデータのフォーマットを図４に示す。レーザー距離センサデータ４００１とジョイスティックデータ４００３は、一対のデータとして、一定時間毎（例えば、１秒毎）に記録される。処理３００２でデータ取得が行われた時点においては、レーザー距離センサデータが取得された位置・姿勢のデータ４００４は付加されておらず、４００５で示されるレーザー距離センサデータ４００１とジョイスティックデータ４００３だけが得られた状態となっている。レーザー距離センサデータ４００１には、レーザー距離センサ２００５が、車体前方を一定角度毎にレーザーで走査しながら計測した場合に得られる、レーザーのスポット光が障害物に当たった座標のデータ４００２が記録されている。また、ジョイスティックデータ４００３には、ユーザ２００２が操作するボタンの押し下げに関するデータが記録されている。

このレーザー距離センサデータを用いることで、次に搬送車の位置推定が行われる（３００３）。今、搬送車が計測地点２００７と計測地点２００８で、レーザー距離センサ２００５による計測を行ったとする。計測地点２００７のときに得られるレーザー距離センサデータを図５の５００１に、また、計測地点２００８のときに得られるセンサデータを５００２に示す。位置推定は、時系列に得られるこれらのレーザー距離センサデータのマッチングによって行われる。ここでのマッチングとは、過去のレーザー距離センサデータ２００７と最新のセンサデータ２００８の幾何的な特徴（例えば、コーナー）が重なり合うように、互いのセンサデータの相対的な位置と姿勢とを算出することを指す（５００３）。マッチングの手法として、本実施例では、ICP（Iterative Closest Point）の利用を想定するが、同様の効果が得られる手法であれば手法は問わない。このマッチングにより、計測地点２００７での搬送車の位置・姿勢を基準としたときの計測地点２００８の相対位置Δｘ、Δｙ、相対姿勢Δθが算出される。この計測地点間の相対位置・姿勢を、センサデータが得られる度に算出し、また積算していくことで、計測開始時の位置と姿勢を基準としたときの搬送車の位置と姿勢とが求められる。この搬送車の位置と姿勢の算出を位置推定と呼ぶ。なお、得られた搬送車の位置と姿勢は、位置・姿勢データ４００４として、レーザー距離センサとジョイスティックを合わせたデータ４００５に追加される。このジョイスティックのデータに荷降ろし位置指定を示すデータが含まれていた場合は、搬送車の位置・姿勢データ４００４が荷降ろし位置となる。より詳しくは処理３００９にて述べる。

続いて、求めた推定位置を用いて地図の生成を行う（３００４）。これは、各計測地点で求められた搬送車の位置・姿勢にその地点で得られたレーザー距離センサデータを初期位置２００６の座標系に変換することで、逐次得られるセンサデータを同一の座標系に統合することである。本実施例では、ICPによる位置推定とその推定結果を用いたセンサデータの統合による地図生成を想定しているが、位置と地図を生成する手法であれば手法は問わない。また、ここでは２次元の位置推定を想定しているが、３次元計測可能なセンサのデータより３次元での位置推定を行い、これを用いてもよい。また、この位置推定結果を用いて、3次元の地図を生成してもよい。なお、求めた地図は地図ファイル１０２１に記録される。

次に、ジョイスティックデータ４００３より、ユーザからの指令を解析し、これに応じた処理を行う（３００６）。ジョイスティックデータ４００３から、計測終了が検出された場合は、その時点でプログラムを終了する（３００７）。また、ジョイスティックデータ４００３から、移動指令ボタン１０２５の押し下げが検出された場合は、移動機構制御部１０１５によって車輪が制御され、前進や旋回などの動作が行われる（３００８）。
また、ジョイスティックデータ４００３から、荷降ろし位置設定ボタン１０２４の押し下げが検出された場合は、荷降ろし位置を求める（３００９）。ジョイスティックデータ４００３はレーザー距離センサデータ４００１と同時に記録されているが、このセンサデータ４００１を得たときの搬送車の位置・姿勢データ４００４は処理３００３により求められている。この搬送車の位置・姿勢データ４００４を荷降ろし位置とする。なお、求めた荷降ろし位置は荷降ろし位置ファイル１０２２に記録される。

以上の処理は、ユーザが搬送車を初期位置２００６から目的地２００９まで操縦する間中、繰り返し行われ、最終的には図６の６００１で示される環境の全体の地図が求められる。今、搬送車が計測地点２００８を通過する際に、ユーザが荷降ろし位置設定ボタン１０２４を押したとすると、上記の荷降ろし位置算出の処理３００９により、荷降ろし位置６００２が求められる。環境の地図６００１と荷降ろし位置６００２は、表示部１０２０により画像として生成され、ビデオカード１００８を介してディスプレイ１００９に表示される。

以上の実施例では、ユーザがジョイスティックで操縦しながら、搬送車の後ろをついて行くことを想定しているが、搬送車に搭乗して同様の操作を行う、あるいは搬送車に搭載されたカメラ１０１０の映像を遠隔地で確認しながら操作を行うなど、操縦の形態は問わない。

本実施例によれば、荷降ろし時に搬送車を停車させる環境を、ユーザが現場で確認しながら、その停車位置での搬送車の位置と姿勢とを設定することが可能となる。これにより、工場などでのロボットによる資材の搬送のための荷降ろし位置の設定の他に、例えば、移動ロボット一般への充電ステーションの位置の設定、郵便物配達ロボットへの配達位置の設定、カメラによる監視ロボットへの監視位置の設定などへの応用が期待できる。

ここでは、1つの実施例として、作成済みの環境の地図を持つ搬送車をユーザが実際に走らせながら、ジョイスティックにより荷降ろし位置を指定すると、搬送車が自身のセンサデータとジョイスティックのデータとを用いて、地図と荷降ろし位置での車体の位置・姿勢をその場で求める例について述べる。

既に地図がある場合は、実施例１のうち、処理３００３〜３００５が異なる。具体的には、実施例１では、処理３００３にて、レーザー距離センサデータと過去のセンサデータとをマッチングして、得られる相対移動量を積算することにより、その時点での搬送車の位置・姿勢を算出していたが、ここでは、レーザー距離センサデータを、過去のセンサデータではなく、地図に対してマッチングすることにより、地図上での搬送車の位置・姿勢を求める。ここでのマッチングも実施例１と同様にICPなどを用いる。また、実施例２では、処理３００４と３００５は省略される。ただし、既にある地図を最新の情報に更新するのであれば省略が必要ないことは言うまでもない。

装置の構成を示す図。環境の計測と荷降ろし位置の設定の様子を示す図。処理の流れを示す図。データフォーマットを示す図。レーザー距離センサデータのマッチングによる位置推定を示す図。地図と荷降ろし位置を示す図。

符号の説明

１００１…搬送車、１００２…プロセッサ、１００３…メモリ、１００４…キーボード、１００５…ビデオカード、１００６…ディスプレイ、１００７…通信線、１００８…レーザー距離センサ、１００９…移動機構、１０１０…カメラ、１０１１…記憶装置、１０１２…ＯＳ、１０１３…全体制御部、１０１４…レーザー距離センサ制御部１０１４、１０１５…移動機構制御部、１０１６…ジョイスティック制御部、１０１７…位置推定部、１０１８…荷降ろし位置算出部、１０１９…地図生成部、１０２０…表示部、１０２１…地図ファイル、１０２２…荷降ろし位置ファイル、１０２３…ジョイスティック、１０２４…荷降ろし位置設定ボタン、１０２５…移動指令ボタン、１０２６…計測終了ボタン

Claims

ユーザから自走移動体への指示を受け付けるための入力装置と自走移動体の周囲の環境を計測する計測装置とを備えた自走移動体において、
前記計測装置から所定周期に得られた前記自走移動体の周囲の環境のデータを記録する手段と、
前記入力装置から得られた目的位置の指示と、そのときの前記計測装置からの前記自走移動体の周囲の環境のデータとを関連付けて記録する手段と、
前記所定周期に得られた自走移動体の周囲の環境のデータ同士をマッチングし、合成することにより、自走移動体が移動してきた経路上の地図を作成する手段と、
前記目的位置の指示に関連付けられた前記自走移動体の周囲の環境のデータと前記地図とに基づいて、前記地図上の前記目的位置を算出する手段とを備えたことを特徴とする自走移動体。
ユーザから自走移動体への指示を受け付けるための入力装置と自走移動体の周囲の環境を計測する計測装置とを備えた自走移動体の目的位置設定方法において、
前記計測装置から所定周期で得られた前記自走移動体の周囲の環境のデータを記録し、
前記入力装置から得られた目的位置の指示と、そのときの前記計測装置からの前記自走移動体の周囲の環境のデータとを関連付けて記録し、
前記所定周期で得られた自走移動体の周囲の環境のデータ同士をマッチングし、合成することにより、自走移動体が移動してきた経路上の地図を作成し、
前記目的位置の指示に関連付けられた前記自走移動体の周囲の環境のデータと前記地図とに基づいて、前記地図上の前記目的位置を算出することを特徴とする自走移動体の目的位置設定方法。
ユーザから自走移動体への指示を受け付けるための入力装置と自走移動体の周囲の環境を計測する計測装置とを備えた自走移動体において、
前記入力装置から得られた目的位置の指示と、そのときの前記計測装置からの前記自走移動体の周囲の環境のデータとを関連付けて記録する手段と、
前記目的位置の指示に関連付けられた前記自走移動体の周囲の環境のデータと予め準備された自走移動体の移動経路上の地図とに基づいて、前記地図上の前記目的位置を算出する手段とを備えたことを特徴とする自走移動体。
ユーザから自走移動体への指示を受け付けるための入力装置と自走移動体の周囲の環境を計測する計測装置とを備えた自走移動体の目的位置設定方法において、
前記入力装置から得られた目的位置の指示と、そのときの前記計測装置からの前記自走移動体の周囲の環境のデータとを関連付けて記録し、
前記目的位置の指示に関連付けられた前記自走移動体の周囲の環境のデータと予め準備された自走移動体の移動経路上の地図とに基づいて、前記地図上の前記目的位置を算出することを特徴とする自走移動体の目的位置設定方法。
搬送を行うための事前の準備モードと搬送を行う際の運用モードとを備え、準備モードでは、ユーザによるジョイスティックによる操縦によって移動し、このときのレーザー距離センサデータのマッチングによって環境の地図を作成し、運用モードでは作成した地図とレーザー距離センサデータのマッチングによって自己位置と姿勢を推定しながら与えられた経路に追従して自律移動することを特徴とする自走移動体。