JP2010140080A - 移動体の制御方法及び制御装置並びに移動体システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置4をそなえた移動体1の走行を制御する方法であって、教示画像と実画像とに基づいて移動体1を定常速度で走行させ、複数の教示画像の中から予め設定された減速開始位置画像と実画像との一致度が第1閾値に達すると定常速度よりも小さい減速速度で走行させ、複数の教示画像の中の位置決め開始位置画像と実画像との一致度が第2閾値に達すると減速速度よりも小さい位置決め速度で走行させ、複数の教示画像の中の目標位置画像と実画像との一致度が第3閾値に達すると移動体1を停止させる。
【選択図】図1
Description
このような自律走行が可能な移動体は、床に設置した反射テープやマグネットテープなどのガイド部材をセンサ等で検知してこれらの反射テープやマグネットテープに沿う経路を走行するものが主流であった。
ところが、この方法では移動体の走行経路に沿ったガイド部材を予め敷設する必要があり、設置作業が煩雑となる。また、移動体の走行経路を変更する際にはその都度ガイド部材を設置する必要があり移動体の走行経路の変更の自由度が制限されるというデメリットがある。
特許文献1の技術によれば、移動体の走行経路に沿ったガイド部材を設けることなく、移動体を目標の位置まで自律して移動させることができる。
即ち、教示画像と実画像との比較結果に基づいて移動体の走行を制御する場合には、移動体の旋回方向に対しては比較的精度良く移動体を走行経路に沿って自律走行させることができるが、移動体の前後方向(進行方向)については、教示画像と実画像との比較のみで精度良く移動体の走行を制御することが困難であった。
このため、例えば、移動体を目標とする位置に停止させようとした場合等に、移動体が目標位置を超えて停止(オーバーラン)したり、移動体が目標位置に達する前に停止したりするなど、移動体の自律走行の精度に限界があった。
また、前記複数の教示画像は、それぞれに対応する目標位置までの距離の情報を有しており、前記走行制御部は、前記定常速度,前記減速速度及び前記位置決め速度に基づいて、前記複数の教示画像から前記減速開始位置画像,前記位置決め開始位置画像を自動的に選択することが好ましい(請求項4)。
また、本願発明(請求項5)は、請求項2〜4のいずれか1項に記載の移動体の制御装置を有する移動体システムであって、複数の前記移動体と、前記移動体と情報通信可能な画像サーバと、を備え、前記移動体の撮像装置により得られた教示画像を前記画像サーバに蓄積し、走行経路上を走行する別の移動体に前記教示画像を転送することを特徴としている。
本願発明(請求項4)によれば、操作者が減速開始位置および位置決め開始位置を設定する手間を省くことができる。また操作者による設定ミスを防ぐことができる。また移動体の性能に応じた減速および位置決め走行を自動的に設定することができる。
本願発明(請求項5)によれば、1つの移動体が取得した教示画像を他の移動体と共有することができ、移動体の教示画像記憶部に教示画像を記憶させる手間を低減することができる。また、複数の移動体が共通の教示画像に基づいて制御されるので、移動体毎の走行にかかる精度のばらつきを軽減することができる。
図1〜図3は、いずれも本発明の第1実施形態にかかる移動体の制御装置の構成を示すものであり、図1は移動体の制御装置の処理手順を示すフローチャート、図2は全体構成を模式的に示す図、図3は移動体の制御態様を模式的に示す図である。
図2に示すように無人搬送システム(移動体システム)50は、複数の移動体1,1Aと、これらの移動体1,1Aそれぞれと情報通信可能な画像サーバ21とを有して構成されている。
移動体1は、車体2,駆動装置3,撮像装置4及び制御装置(教示画像記憶部、走行制御部)5を備えている。
また、移動体1には図示しない荷台が設けられており、移動体1は、荷台に積載された荷物を走行開始位置Xsから荷物の搬送先である目標位置Xtに搬送するようになっている。なお、移動体1Aは移動体1とは別の移動体であり、移動体1と同様に構成されている。
また、撮像装置4は、CCDカメラやCMOSカメラにより構成されており、移動体1の進行方向に配向されている。撮像装置4は移動体の進行方向を予め設定された撮像周期Ts(例えば、10ms(ミリ秒))毎に撮像するように構成されており、撮像された画像データは制御装置5に送られるようになっている。
教示画像記憶部6には、後述する手順により取得した複数の画像データである教示画像が記憶されている。
走行制御部7は、教示画像記憶部6に記憶されている複数の教示画像の中から後述するように1つの教示画像を選択し、撮像装置4から入力される画像データ(実画像)とを比較して、教示画像と実画像との一致度がより大きくなるように移動体1の進行方向の補正量を駆動装置3の動作を制御するように構成されている。
ここでは、走行制御部7は、教示画像及び実画像の中から画像パターンが類似する点を1箇所以上、画像の特徴点として選択し、教示画像と実画像とでそれぞれ選択した特徴点の位置を比較して対応する特徴点間の距離(即ち、教示画像と実画像とのずれ量)を算出する。特徴点が1箇所以上である場合にはずれ量はその距離の平均値とする。
そして、算出したずれ量の水平成分が最小となる移動体1の進行方向を算出して駆動装置3への操舵量指令値を算出し、駆動装置3へ信号を送信する。
まず、教示画像記憶部6に記憶される教示画像を取得する教示作業について説明する。
図1に示すように、ステップS10では、操作者が移動体1をマニュアル操作で走行開始位置Xsに移動させる。
なお、マニュアル操作とは操作者が移動体1を押す(あるいは引く)など物理的に移動させることやジョイスティック等の手動コントローラを用いて駆動装置3を動作させることをいう。
操作者は、移動体1を走行開始位置Xsに移動させ、走行経路に沿う方向に配向させると、撮像装置4により進行方向の画像データを走行開始位置画像Psとして画像記憶部6に記憶させる(ステップS20)。
そして、操作者は移動体1を予め実験等により求められた減速開始位置Xbまで移動させて操作者は制御装置5の入力端末から設定を行い、撮像装置4により撮像を行う(ステップS40)。
その後、操作者は移動体1をさらに手動で位置決め開始位置Xaまで移動させてステップS40と同様に撮像装置4により撮像を行う(ステップS60)。
ステップS60において撮像された画像データは、当該画像データが位置決め開始位置画像Paであるという情報と共に教示画像記憶部6に記憶される(ステップS70)。
なお、教示画像記憶部6に記憶された教示画像のデータは無線で画像サーバ21に伝送され画像サーバ21に蓄積され、他の移動体(例えば、移動体1A)に教示画像のデータが伝送される(ステップS90)。
以上のステップS10〜ステップS90の処理が教示作業(軌道教示)に相当する。なお、上述したように教示作業は無人搬送システム50内の1つの移動体についてのみ実行されればよい。
なお、減速開始位置Xbから位置決め開始位置Xaまでの距離及び位置決め開始位置Xaから目標位置Xtまでの距離は、定常走行区間16での教示画像の取得間隔(ステップS30)よりも小さく設定されている。
移動体1を走行開始位置XsにセットするとステップS100として、移動体1が自律走行を開始する。移動体1の走行開始とともに、撮像装置4が撮像周期Ts毎に撮像動作を実行し得られた画像データ(実画像Pr)が制御装置5に入力される。
そして、走行制御部7は移動体1を定常速度V1で走行させるように駆動装置3を制御する。この速度にかかる制御は駆動量検出装置33の検出結果に基づいて実行される。
そして、選択された教示画像と実画像Prとの一致度が予め定められた閾値M1以上になると、順番情報が次の教示画像を選択し、教示画像と実画像Prとを比較して、より一致度が大きくなるように駆動装置3を制御する。
そして、ステップS120として減速開始位置画像Pbと実画像Prとの一致度が予め設定された閾値M2以上になると、走行制御部7では次の教示画像(即ち、位置決め開始位置画像Pa)が選択されるとともに、移動体1の進行速度を定常速度V1よりも遅い減速速度V2(V1>V2)にまで徐々に減速させる(ステップS130)。
そして、走行制御部7は、目標位置画像Ptと実画像Prとの一致度が予め設定された閾値M4に達すると移動体1の進行を停止させる(ステップS180)。
例えば、高速走行区間16を走行する際には制御装置5は比較的長い周期(例えば、10ms(ミリ秒))で画像比較を行い、高い位置補正が求められる位置決め走行区間18では高速走行区間16を走行する際よりも短い周期(例えば、2ms(ミリ秒))で画像比較を行うように設定してもよい。
図4は本発明の第2実施形態を説明するためのものであり、実画像と目標位置画像との比較による駆動装置への移動量指令量(目標移動量)の算出方法に関する図である。
本実施形態では、走行制御部7は、実画像Prが位置決め開始位置画像Paとの一致度
に略一致したと判定したら、実画像Prと目標位置画像14とを比較することで現在位置と目標位置Xtとの間の距離を算出し、以降は駆動量検出装置33により検出された駆動量(駆動輪30が回転した量)を判断基準として目標位置Xtに対して位置決めする。
目標位置画像と実画像Prとのそれぞれにおいて、画像内でのパターン(画素の配置態様)が類似する箇所を選択して特徴点20とし、特徴点20の四角部右下点Aおよび四角部左上点Bの位置を検出する。そして、X方向,Y方向それぞれの画素の差をΔXA,ΔYAおよびΔXB,ΔYBとする。事前に行うキャリブレーションにより、ΔXA,ΔYAおよびΔXB,ΔYBにそれぞれ係数αA,βAおよびαB,βBをかけた量の平均値を、移動体1の移動量ΔX,ΔYとして算出し、走行制御部7が目標位置Xtまでの目標移動量を算出するようになっている。
これにより、第1実施形態のごとく、目標位置画像Ptと実画像Prとの一致度を比較して停止させる場合よりも、目標位置Xtに達したと判定してから移動体1が停止するまで応答時間を短縮することができ、その分だけ移動体1の停止位置の精度を向上させることができる。
例えば、実施形態では移動体を無人搬送システムに適用したものを例として説明したが本発明は無人搬送システムに限らず、サービスロボット等、自律して移動する移動体であれば適宜適用することができる。
2 車体
3 駆動装置
4 撮像装置
5 制御装置
6 画像記憶部
7 走行制御部
8 走行経路
16 定常走行区間
17 低速走行区間
18 位置決め区間
20 特徴点
21 画像サーバ
30 駆動輪
31 従動輪
32 アクチュエータ
33 駆動量検出装置
Claims (5)
- 撮像装置をそなえた移動体の走行経路上の離散した複数の教示地点毎に取得された複数の教示画像と、前記撮像装置によって撮像された実画像と、を比較して前記実画像と前記教示画像との一致度が大きくなるように前記移動体の走行を制御する移動体の制御方法であって、
前記教示画像と前記実画像とに基づいて前記移動体を定常速度で走行させる定常走行ステップと、
前記複数の教示画像の中から予め設定された減速開始位置画像と前記実画像との一致度が予め設定された第1閾値に達すると前記移動体を前記定常速度よりも小さい減速速度で走行させる低速走行ステップと、
前記複数の教示画像の中から予め設定された前記位置決め開始位置画像と前記実画像との一致度が予め設定された第2閾値に達すると前記移動体を前記減速速度よりも小さい位置決め速度で走行させる位置決めステップと、
前記複数の教示画像の中から予め設定された前記目標位置画像と前記実画像との一致度が予め設定された第3閾値に達すると前記駆動装置を停止させる停止ステップと、を有している
ことを特徴とする、移動体の制御方法。 - 移動体に取り付けられた撮像装置と、前記移動体を駆動させる駆動装置と、を有し、予め教示された走行経路上を目標位置まで移動する移動体の制御装置であって、
前記走行経路上の離散した複数の教示地点毎に取得された複数の教示画像を記憶する教示画像記憶部と、
前記撮像装置によって撮像された実画像と前記教示画像とを比較して、前記実画像と前記教示画像との一致度が大きくなるように前記駆動装置を制御する走行制御部と、を有し、
前記複数の教示画像には、
前記移動体を減速させる位置であるという減速位置情報を含む減速開始位置画像と、前記移動体を前記目標位置に最終的に停止されるための位置決め制御を開始する位置であるという位置決め開始位置情報を含む位置決め開始位置画像と、前記移動体が前記目標位置に達しているという目標位置情報を含む目標位置画像と、が含まれ、
前記走行制御部は、前記減速開始位置画像と前記実画像との一致度が予め設定された第1閾値に達すると前記移動体を定常速度よりも小さい減速速度で駆動するように前記駆動装置を制御し、
前記位置決め開始位置画像と前記実画像との一致度が予め設定された第2閾値に達すると前記移動体を前記減速速度よりも小さい位置決め速度で駆動するように前記駆動装置を制御し、
前記目標位置画像と前記実画像との一致度が予め設定された第3閾値に達すると前記駆動装置を停止させる
ことを特徴とする、移動体の制御装置。 - 前記駆動装置は、前記駆動装置の駆動量を検出する駆動量検出手段を備え、
前記走行制御部は、前記位置決め開始位置画像と前記実画像との一致度が前記第2閾値に達すると、前記実画像と前記目標位置画像とに基づいて前記移動体の現在の位置と前記目標位置との距離を算出し、
前記駆動量検出手段の出力に基づいて前記目標位置との距離だけ前記駆動装置を駆動させることを特徴とする、請求項1記載の移動体の制御装置。 - 前記複数の教示画像は、それぞれに対応する目標位置までの距離の情報を有しており、
前記走行制御部は、前記定常速度,前記減速速度及び前記位置決め速度に基づいて、前記複数の教示画像から前記減速開始位置画像,前記位置決め開始位置画像を自動的に選択する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の移動体の制御装置。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載の移動体の制御装置を有する移動体システムであって、
複数の前記移動体と、
前記移動体と情報通信可能な画像サーバと、を備え、
前記移動体の撮像装置により得られた教示画像を前記画像サーバに蓄積し、
走行経路上を走行する別の移動体に前記教示画像を転送する
ことを特徴とする、移動体システム。
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