JP2011059071A

JP2011059071A - 移動環境認識装置及び方法

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Publication number: JP2011059071A
Application number: JP2009212086A
Authority: JP
Inventors: Yari Kanamori; 哉吏金森; Kazuteru Hida; 和輝飛田; Akira Yamazaki; 暁山▲崎▼; Hironori Ogawa; 博教小川
Original assignee: NSK Ltd; University of Electro Communications NUC
Current assignee: NSK Ltd; University of Electro Communications NUC
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-14
Also published as: JP5499355B2

Abstract

【課題】移動体の移動対象を簡易に測定する。
【解決手段】円錐検出光ＤＥＴと測定対象の表面Ｓ２との交点ＴＲからの反射光に基づいてセンサ原点Ｏから測定対象Ｓ２までの距離を測定し、当該測定結果から得た交円ＴＲの特徴量によって測定対象表面Ｓ２の形状を求めるようにしたことにより、円錐検出光ＤＥＴの立体的な構成を利用して測定対象Ｓ２の形状を簡便かつ確実に測定することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は移動環境認識装置及び方法に関し、例えば脚型ロボットや脚車輪型ロボットのような脚動作型移動体が移動する際に、必要とする移動環境の有無を認識する場合に適用して好適なものである。

脚型ロボットや、脚着地部材として車輪を有する脚車輪型ロボットのような脚動作型移動体は、段差がある移動環境を脚により歩行動作をする際には、例えば階段の踏み板のように、一歩移動するごとに脚によって自立できる場所（これを踏み場と呼ぶ）を踏みしめている必要があり、当該踏み場が存在することを歩行動作を開始する前に認識しておく必要がある。

従来、この種の認識手法として、特許文献１〜３の手法が提案されている。

特開平９−６１１１７号公報特開２００２−１４４２７８公報特開２００８−２２４３８０公報

特許文献１に記載の手法は、円錐状の広がりをもつリング光を対象物に対して斜め方向から照射し、対象物に対して垂直軸上にあるカメラで画像を取得し、画像座標検出手段により対象物までの距離を算出する三次元座標計算手段と、予め画像メモリに記録した画像の一部又は全部との比較によって、距離を測定する三次元位置検出手法である。

この手法は、いわゆる三角測量を基本原理としたリング照明を用いたステレオカメラの機能をもっている。

しかしながら、この特許文献１の手法では、平面の傾きを検出することができず、また傾きの変化を検出することもできない問題がある。

また、特許文献２の手法は、腰部に取り付けられた外部センサが、床面までの距離や床面形状の計測を行うために、スリット光を照射する発光手段と、光切断線を撮像する視準値の異なる２つの撮像手段と、光切断方向から撮像された画像を基に計測対象までの距離を算出する手段と、周囲を監視する手段と、を設け、当該２つの撮像手段により同一物体の対応付け及び視差を利用して距離の算出を行う二眼立体視構成を有する。

この特許文献２の手法は、腰部に取り付けられることにより検出感度が向上することや、ロボットの動作中も安定に床面の計測を行うことができるところに特徴があり、基本となる技術は従来技術そのままを用いている点において環境の認識が未だ不十分である。

さらに特許文献３の手法は、三次元レーザレーダによって得られた垂直走査面内の距離データのデータ配列から認識対象の垂直方向及び水平方向の特徴を抽出するようにしたことにより、脚動作型移動体が認識対象を歩行できるような移動環境情報を得るようになされているが、レーザの走査による切断面の特徴量から三次元形状を再構築するために、処理すべき情報量が多く、また手順も複雑であるため、これらを軽減することが望ましい。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、一段と少ない情報処理量と簡素化された手順によって、詳細な移動環境情報を得ることができるようにした移動環境認識装置を提案するものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、測定対象７に対して、センサ原点Ｏから視準方向Ｚを中心として円錐面に沿う方向に走査する円錐走査検出光ＤＥＴを投射し、当該円錐走査検出光ＤＥＴと測定対象７の表面Ｓ２との交円ＴＲから反射して来る円錐走査検出光ＤＥＴを受光してセンサ原点Ｏから測定対象７までの距離を測定する移動環境検出手段３と、移動環境検出手段３が測定した距離測定データに基づいて交円ＴＲの特徴量Ｋ１、Ｋ１１、Ｋ２１、Ｋ３１、Ｋ４１を算出する特徴量算出手段９と、交円ＴＲの特徴量Ｋ１、Ｋ１１、Ｋ２１、Ｋ３１、Ｋ４１によって測定対象表面Ｓ２の形状を求める形状判定手段５２とを設ける。

本発明によれば、円錐走査検出光と測定対象の表面との交円からの反射光に基づいてセンサ原点から測定対象までの距離を測定し、当該測定結果から得た交円の特徴量によって測定対象表面の形状を求めるようにしたことにより、交円の立体的な構成を利用して測定対象の形状を簡便かつ確実に測定することができる。

移動体の構成を示す略線的側面図である。図１の外界認識装置９の詳細構成を示すブロック図である。図１の移動環境検出器の詳細構成を示す略線的斜視図である。円錐走査式距離測定法と円錐走査駆動法（αと、θ、φ）との関係の説明に供する略線図である。円錐走査の駆動方法の説明に供する略線図である。円錐走査式距離測定法（設定値ｄ_ＳＴ，ｒ_ＳＴ、指定α測定値Ｌ）の説明に供する略線図である。距離画像センサを用いる場合の円錐走査式測定法と距離画像撮像面の関係の説明に供する略線図である。距離画像データメモリの構成を示す略線図である。円錐検出光によって階段の踏み面の検出の仕方の説明に供する略線図である。円錐検出光により階段の不連続面を測定する仕方の説明に供する略線図である。円錐検出光により階段の断崖を測定する仕方の説明に供する略線図である。凸結合の特徴量を示す特性曲線図である。平面の特徴量を示す特性曲線図である。凹結合の特徴量を示す特性曲線図である。不連続面の特徴量を示す特性曲線図である。断崖の特徴量を示す特性曲線図である。交円の特徴量と測定面の特徴との関係を示す図表である。図２の交円特徴量抽出部４１による特徴量抽出処理手順を示すフローチャートである。図１８の交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２の詳細構成を示すフローチャートである。図１９における特徴量の分類プログラム手順の説明に供する図表である。図１９の凸結合の特徴量の算出処理手順ＲＴ１１の詳細構成を示すフローチャートである。図２１の凸結合の特徴量の算出処理手順において算出する凸結合の特徴の説明に供する略線図である。図２１の凸結合の特徴量の算出処理手順によって算出される凸結合の特徴量を示す特性曲線図である。図１９の凹結合の特徴量の算出処理手順の詳細構成を示すフローチャートである。凹結合の特徴の説明に供する略線図である。図２４の凹結合の特徴量の算出処理手順ＲＴ１２によって算出された凹結合の特徴量を示す特性曲線図である。図１９の断崖の特徴量の算出処理手順ＲＴ１３の詳細構成を示すフローチャートである。断崖の特徴の説明に供する略線図である。図２７の断崖特徴量の算出処理手順によって得られる断崖の特徴量を示す特性曲線図である。図１９の平面特徴量の算出処理手順ＲＴ１４の詳細構成を示すフローチャートである。平面の特徴の説明に供する略線図である。図３０の平面特徴量の算出処理手順ＲＴ１４によって得た平面の特徴量を示す特性曲線図である。平面の特徴の計算の仕方を示す略線図である。図１９の不連続面特徴量の算出処理手順ＲＴ１５の詳細構成を示すフローチャートである。不連続面の特徴の説明に供する略線図である。図３４の不連続面特徴量の算出処理手順ＲＴ１５によって求めた不連続面の特徴量を示す特性曲線図である。上り階段の垂直走査の仕方の説明に供する略線図である。図３７の場合における円錐検出光における円錐検出光による垂直走査の仕方の説明に供する略線図である。平面の立体的特徴の検出の仕方の説明に供する略線図である。垂直走査による階段特徴量の算出処理手順を示すフローチャートである。下り階段の垂直走査の仕方の説明に供する略線図である。垂直走査による下り階段特徴量の算出処理手順を示すフローチャートである。下り段差が限界高さを越える場合の説明に供する略線図である。断崖の垂直走査の仕方の説明に供する略線図である。垂直走査による断崖特徴量の算出処理手順を示すフローチャートである。踏み面の水平走査の仕方の説明に供する略線図である。水平走査による踏み面特徴量の算出処理手順を示すフローチャートである。踏み場の範囲の決定の仕方の説明に供する略線図である。蹴込面の水平走査の仕方の説明に供する略線図である。水平走査による蹴込面特徴量の算出処理手順を示すフローチャートである。時系列走査外界確認部４７の踏み場確認処理手順を示すフローチャートである。本体駆動部１５による前脚階段上昇処理手順を示すフローチャートである。上り階段に対する移動体の上り動作の説明に供する略線的斜視図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）脚動作型移動体の構成と動作
図１において、１は全体として移動体を示し、直方体形状の移動体本体２の前面上端中央部に前方に突出するように移動環境検出器３が設けられている。

移動体本体２の前面下部の左右両端位置には左前脚４Ｌ及び右前脚４Ｒが装着されていると共に、移動体本体２の後面下部の左右両端位置には左後脚５Ｌ及び右後脚５Ｒが装着されている。

左前脚４Ｌ及び右前脚４Ｒ並びに左後脚５Ｌ及び右後脚５Ｒは、それぞれ支軸周りの関節Ｊ０、股関節Ｊ１及び膝関節Ｊ２を介して脚車輪Ｊ３を歩行動作ができるように保持している。

かくして、左前脚４Ｌ及び右前脚４Ｒ並びに左後脚５Ｌ及び右後脚５Ｒが平らな床面６上に自立しているときには、脚車輪Ｊ３を回転駆動することにより、移動体本体２を車輪の回転動作を利用して移動できるようになされていると共に、移動体本体２が測定対象としての階段７を上り下りする際には、左前脚４Ｌ若しくは右前脚４Ｒ又は左後脚５Ｌ若しくは右後脚５Ｒのいずれか１つを階段７の１段分の段差を上り下りするように脚車輪Ｊ３を回転駆動させずに歩行動作させ、これにより脚車輪Ｊ３を階段７の踏み面８を踏む手段として用いて階段７を１歩ずつ上ったり下ったりできるようになされている。

このような移動体１の移動動作は、移動体本体２内に設けられている外界認識装置９が移動環境検出器３の検出結果を用いて移動環境を認識して左前脚４Ｌ若しくは右前脚４Ｒ又は左後脚５Ｌ若しくは右後脚５Ｒを駆動制御することによって行われる。

外界認識装置９は、図２に示すように、移動環境検出器３として円錐走査式距離測定部３１あるいは距離画像測定部３６を装備し、情報処理を行うパーソナルコンピュータによって構成され、データ入力手段１１からユーザが入力した指令データをバス１２を介してシステム制御用中央処理ユニット（ＣＰＵ）１３が受け取ったとき、これに応じてＣＰＵ１３がプログラムＲＯＭ・動作メモリＲＡＭ１４を用いて移動環境検出器３の検出結果に応じた環境認識演算処理を実行し、データ入出力手段１１を通じて本体駆動部１５に当該環境認識結果を通知することにより、左前脚４Ｌ若しくは右前脚４Ｒ又は左後脚５Ｌ若しくは右後脚５Ｒを移動動作させる。

（２）移動環境検出機能
移動環境検出器３は、図３に示すように、水平走査機構２１を有し、この水平走査機構２１が移動体本体２の前面から前方に突出する突出支持部２２（図１）に支持されており、これにより水平走査機構２１が垂直方向の中心軸ｚを中心として水平ターンテーブル２３を矢印ａで示すように水平面内において回動動作させる。

水平ターンテーブル２３の下面には、取付部材２４を介して垂直走査機構２５が取り付けられており、これにより垂直走査機構２５が垂直ターンテーブル２６を、矢印ｂで示すように、一方の水平軸ｙを中心として垂直面内において回動動作させる。

垂直ターンテーブル２６には距離測定器２７が取り付けられ、これにより距離測定器２７の距離測定方向が他方の水平軸ｘを基準にして垂直面内（従って仰角が変更する方向）において変更制御される。

この実施の形態の場合、距離測定器２７は、赤外線パルスビームを所定の測定方向に放出すると共に、当該赤外線パルスビームが測定対象において反射して得られる戻り光を受光し、当該赤外線パルスビームの発射時刻と戻り光の到達時刻との時間差に基づいて、距離測定器２７から測定対象までの距離Ｌを測定する。

この実施の形態の場合、水平ターンテーブル２３に取り付けられた取付部材２４、垂直走査機構２５、垂直ターンテーブル２６及び距離測定器２７は保護カバー２８によって覆われている。

当該距離測定器２７に対する水平走査機構２１及び垂直走査機構２５の走査は、データ入力手段１１から入力されるユーザの動作命令によって、距離測定器２７から放出される円錐走査検出光ＤＥＴ（図４）の放出方向（これを視準方向と呼ぶ）を、ＣＰＵ１３が制御することにより行われる。

かくして移動環境検出器３は、水平面内のｘｙ座標を順次指定して行くことにより距離測定器２７を水平面内のすべての角度方向に走査できると共に、当該水平面内のすべての角度位置について、垂直面内の角度位置を走査することができ、これにより移動体１が移動すべき環境に存在する認識対象と距離測定器２７との間の距離を、図４に示す円錐走査式距離測定法によって、測定することができる。

図４において、距離測定器２７が配設されている位置Ｏを原点として（これをセンサ原点と呼ぶ）、距離測定器２７の視準方向をＺ軸で表わすと共に、当該視準方向軸Ｚと直交する平面の座標を直交座標軸Ｘ及びＹによって表わす。

図４の場合、視準方向軸Ｚのセンサ原点Ｏから基準距離ｄ_ＳＴの位置に、視準方向軸Ｚ（以下これを視準方向と呼ぶ）を中心として描いた半径ｒ_ＳＴの円形平面を水平垂直走査面Ｓ１として定義し、センサ原点Ｏからの赤外線パルス検出ビームを水平垂直走査面Ｓ１の円形軌道に沿うように走査させることにより、センサ原点Ｏを頂点としかつ水平垂直走査面Ｓ１を円錐底面とする円錐走査立体を想定する。

このセンサ原点Ｏを頂点としかつ水平垂直走査面Ｓ１を円錐底面とする円錐体については、図５（Ａ）に示すように、ＸＺ平面についてセンサ原点Ｏから水平垂直走査面Ｓ１の中心位置Ｃ_ＳＴ（水平垂直走査面Ｓ１とＺ軸との交点位置）から半径ｒ_ＳＴだけＸ軸と平行に移動した点と、センサ原点Ｏとを結ぶ線は、センサ原点Ｏから発射された検出パルス光Ｌｐ（すなわち赤外線パルスビーム）が通る円錐面を表している。

従って、当該円錐面の円錐底面の半径ｒ_ＳＴは、円錐半頂角βと、センサ原点Ｏから水平垂直走査面Ｓ１までの基準距離ｄ_ＳＴとから、次式

によって表すことができる。

水平垂直走査面Ｓ１の各走査位置について、水平垂直走査面Ｓ１の直交座標軸ＸＹについて、Ｘ軸と平行なｘ軸との交点を起点として、円錐走査回転角度α（＝０〜３６０〔°〕）によって円錐底面の外周面に沿った走査点Ｐ１を順次走査すると考えると、この走査点Ｐ１を通る検出パルス光は水平垂直走査面Ｓ１より前方位置にある測定対象面Ｓ２の測定点Ｐ２に到達するから、測定対象面Ｓ２上に水平垂直走査面Ｓ１の走査点Ｐ１の走査に対応して移動する測定点Ｐ２が考えられる。

ここで走査対象面Ｓ２は、測定対象の外観形状が任意であれば、視準方向軸Ｚに対して直交する面をもつとは限らず、傾きをもっているものもあるが、直交するものと考えると、測定対象面Ｓ２は水平垂直走査面Ｓ１と相似の円を描くことになる。

かくして水平垂直走査面Ｓ１上の走査点Ｐ１のｘｙ平面のｘ座標点Ｐ１ｘは、図５（Ｂ）に示すように、水平走査角θによって、次式

によって表すことができると共に、ｙｚ平面のｙ座標点Ｐ１ｙは、図５（Ｂ）に示すように、垂直走査角φによって

によって表すことができる。

水平垂直走査面Ｓ１上の走査点Ｐ１のｘ軸上の座標ｘは、図５（Ｃ）に示すように、円錐走査回転角度αが時間の経過と共にωｔで変化すると考えれば、次式、

のように表すことができると共に、ｙ軸上の座標ｙは次式、

のように表すことができる。

以上の動作原理に基づいて、ＣＰＵ１３（図２）は、円錐走査式距離測定部３１を起動することにより、円錐走査式距離測定部３１の円錐走査制御部３２によって水平垂直走査面Ｓ１上の走査点座標ｘ及びｙを、（４）式及び（５）式に基づいて、円錐走査回転角度αを角速度ωで変更制御することにより、センサ原点Ｏにある距離測定器２７から放出されるパルスビームを円錐底面の円軌道に沿って走査するために必要な水平走査角θ及び垂直走査角φを表す駆動角度データを生成する。

この水平走査角θ及び垂直走査角φの駆動角度データは水平垂直走査部３３に与えられ、当該水平垂直走査部３３が移動環境検出器３に対して、水平走査機構２１及び垂直走査機構２５の駆動出力を送出する。

これにより測定対象面Ｓ２上にパルスビームがα＝０〔°〕からα＝３６０〔°〕まで走査するように投射される。

ここで、測定対象面Ｓ２が、図６に示すように、視準方向Ｚの軸に対して直交する平面を有するとすれば、距離測定器２７から放出された検出パルス光Ｌｐは走査点Ｐ１を通って測定点Ｐ２に当たって反射される。

この結果、測定点Ｐ２は、測定対象面Ｓ２上に、水平垂直走査面Ｓ１と相似の円形の交円軌跡ＴＲ（以下これを交円と呼ぶ）を描き、これに対して測定対象面Ｓ２が視準方向Ｚの軸に対して直交せずに傾いているときは楕円形の交円ＴＲを描く。

かくして、測定対象面Ｓ２の交円ＴＲから反射された検出パルス光Ｌｐが移動環境検出器３（図２）の距離測定器２７に戻ってきたとき、その検出データがバス１２を介して円錐走査式距離測定部３１の距離検出部３４に取り込まれてセンサ原点Ｏから測定点Ｐ２までの距離を検出できることになり、当該測定距離Ｌが、円錐走査回転角度α（＝０〜３６０〔°〕）に対応するデータ（α、Ｌ）として、円錐走査距離データメモリ３５Ａに蓄積される。

一方、距離画像センサを用いる実施の形態の場合、測定対象面Ｓ２の交円ＴＲから距離画像測定部３６によって測定された測定距離Ｌの検出距離データは、図７の距離画像撮像面ＤＴの交円ＴＲに対応する画素位置のデータとして距離画像データメモリ３６Ｂに蓄積される。

この距離画像撮像面ＤＴを記憶する距離画像データメモリ３６Ｂは、図８に示すように、水平垂直走査面Ｓ１と同じように、直交座標ｘｙ座標系に対応するラインアドレスｉ及びカラムアドレスｊによって指定されるメモリエリアを有し、水平垂直走査面Ｓ１上の走査点Ｐ１上の走査点座標（ｘ、ｙ）における測定距離Ｌについての測定距離データが得られたとき、これを対応するラインアドレスｉ及びカラムアドレスｊを有する検出データメモリ位置（ｉ、ｊ）に格納する。

図８の距離画像データメモリ３６Ｂは、左上隅メモリアドレスをラインアドレスｉ＝０、カラムアドレスｊ＝０とするメモリエリアに対して水平垂直走査面Ｓ１上の走査線座標（ｘ、ｙ）をラインアドレス＝ｉ及びカラムアドレス＝ｊに換算した検出データＬ（ｉ、ｊ）として格納する。

この結果距離画像データメモリ３６Ｂには、水平垂直走査面Ｓ１における１回の走査（α＝０〜３６０〔°〕）ごとに得られる１つの交円ＴＲ（図７）の測定点Ｐ２についての測定距離Ｌのデータが得られたとき、これに対応するように水平垂直走査面Ｓ１の中心位置Ｃ_ＳＴに対応するラインアドレスｉ及びカラムアドレスｊを中心として、円錐底面の半径ｒ_ＳＴに対応する円形のメモリアドレス位置に、円錐走査回転角度α（＝０〜３６０〔°〕）に対応する測定距離データを格納してなる１枚の画像データを得ることができる。

（３）多様な測定対象の測定
測定対象が図１について上述した階段７であれば、円錐走査検出光ＤＥＴが、平面である床面６や踏み面８を投射しているときに測定対象面Ｓ２が視準方向Ｚに対して傾いている場合や、床面６又は踏み面８から蹴込面に至る蹴込を投射している場合や、蹴込面から１段上の踏み面に至る段鼻を投射している場合や、踏み面から断崖に至る部分を投射している場合には、１回の撮影で得られたデータＬ（ｉ、ｊ）は距離画像データメモリ３６Ｂに、個々の円錐走査検出光が投射している部分の立体的な外観形状を表す測定データは距離データメモリ３５に蓄積される。

以下、円錐走査式距離測定部を用いて測定データ（α、Ｌ）を距離データメモリ３５に蓄積する場合について述べる。

図１について上述したような脚動作型の移動体１が階段７を上ったり下りたりする場合、各脚が安全に踏み面８を踏むために、多様な測定対象を見分ける必要がある。

（３−１）平面形状の踏み面
図９は階段７を上る場合に、平面形状の踏み面８を検出する際の円錐走査検出光ＤＥＴの動きを示したもので、移動環境検出器３が踏み面８に近づく際に、移動環境検出器３が位置３Ａにあるとき円錐走査検出光ＤＥＴは凸形状の段鼻８Ａを照射した状態（これを「凸結合」と呼ぶ）になる。

このとき円錐走査検出光ＤＥＴは、段鼻８Ａと、その前後に隣接する蹴込面１９の上端部及び踏み面８の前端部とを照射する。

この状態から少し進んだ位置３Ｂに移動環境検出器３が来ると、円錐走査検出光ＤＥＴが段鼻８Ａから蹴込８Ｃまでの間の平面８Ｂを照射する状態（これを「平面」と呼ぶ）になる。

さらに進んだ位置３Ｃに移動環境検出器３が来ると、円錐走査検出光ＤＥＴは凹形状の蹴込８Ｃを照射する状態（これを「凹結合」と呼ぶ）になる。

このとき円錐走査検出光ＤＥＴは、蹴込８Ｃと、その前後に隣接する踏み面８の後端部及び蹴込面１９の下端部とを照射する。

図９の場合、床面６から移動環境検出器３までの高さが５００〔ｍｍ〕、踏み面８から移動環境検出器３までの高さが４００〔ｍｍ〕、視準方向Ｚの俯角が４５〔°〕に設定されているものとする。

（３−２）不連続面
図１０は移動体１が階段７を床面６から１段低い踏み面８に下りる場合を示したもので、この場合位置３Ｄにある移動環境検出器３からの円錐走査検出光ＤＥＴは床面６から下の段の踏み面８に移る不連続の平面を照射している状態（これを「不連続面」と呼ぶ）になる。

図１０の場合、床面６から移動環境検出器３までの高さが４００〔ｍｍ〕、踏み面８から移動環境検出器３までの高さが５００〔ｍｍ〕、視準方向Ｚの俯角が４５〔°〕に設定されているものとする。

（３−３）断崖
図１１は移動体１が踏み面８から先の形状が不明の断崖１０に来たとき、位置３Ｅにある移動環境検出器３からの円錐走査検出光ＤＥＴは、一部に反射光が戻って来ない状態（これを「断崖」と呼ぶ）になる。

図１１の場合、踏み面８から移動環境検出器３までの高さが４００〔ｍｍ〕、踏み面８から移動環境検出器３までの高さが５００〔ｍｍ〕、視準方向Ｚの俯角が４５〔°〕に設定されているものとする。

（４）距離画像データの特徴
移動環境検出器３が図９〜図１１の測定対象を測定した結果、距離データメモリ３５に格納される距離データ（α、Ｌ）は、円錐走査検出光ＤＥＴが円錐走査回転角度αが０〜３６０〔°〕まで一巡する間に、測定距離Ｌの大きさが、図１２〜図１６に示すような変化（これを特徴量と呼ぶ）を呈する。

（４−１）凸結合特徴量
円錐走査検出光ＤＥＴが、図９について上述したように、測定対象として、段鼻８Ａと凸結合した場合、距離データメモリ３５に蓄積された測定距離Ｌの値は、図１２に示すように、円錐走査回転角度αが０〜３６０〔°〕まで一巡する間に、連続的な変化をする２つの極大値ＭＸ１及びＭＸ２を生ずると共に、折り返すように変化をする２つの極小値ＭＮ１及びＭＮ２を生ずるような特徴量Ｋ１を表す特性曲線が得られる。

図１２において、測定距離Ｌは、αが０〜１８０〔°〕の間は交円ＴＲの前半部分が、１段高い水平面でなる踏み面８を一旦遠くなる前方に向った後近くなる後方に戻るように走査するので連続的に極大値ＭＸ１を通る変化をし、続いてαが１８０〜３６０〔°〕の間は交円ＴＲの後半部分が、段鼻８Ａを通って垂直面でなる蹴込面１９を一旦遠くなる下方に向った後近くなる上方の段鼻８Ａまで戻るように走査するので、段鼻８Ａ位置で遠くなる方向に折り返すように変化する極小値ＭＮ１及びＭＮ２の間において、連続的に極大値ＭＸ２を通る変化をする。

この特徴量Ｋ１の特性曲線は、円錐走査回転角度αが０〜３６０〔°〕まで変化したときの測定距離Ｌの特性曲線の一次微分、すなわちエッジ強度が、極小値ＭＮ１及びＭＮ２において不連続（これはジャンプエッジであることを表している）であり、これにより当該極小値ＭＮ１及びＭＮ２の前後の変化が折り返していることを判定することにより、測定対象が段鼻８Ａであること及びその極小値ＭＮ１及びＭＮ２が移動環境検出器３のセンサ原点Ｏから段鼻８Ａまでの測定距離Ｌであることを検出できる。

この図１２の特徴量Ｋ１は、図４について上述したように、測定対象面Ｓ２が視準方向Ｚに対して直交する（従って傾きがない）平面である場合の測定値に基づくものであるので、極小値ＭＮ１及びＭＮ２はα＝０及び１８０〔°〕において生ずると共に極大値ＭＸ１及びＭＸ２はα＝９０及び２７０〔°〕において生ずる。

（４−２）平面特徴量
円錐走査検出光ＤＥＴが図９の平面８Ｂを照射しているとき、距離データメモリ３５の距離画像データは、図１３に示すように、円錐走査回転角度αが０〜３６０〔°〕まで一巡する間に、連続的な１つの極大値ＭＸ１１及び連続的な１つの極小値ＭＮ１１を生じ、しかも不連続な箇所がないような特徴量Ｋ１１の特性曲線が得られる。

図１３において、測定距離Ｌは、αが０〜１８０〔°〕の間は交円ＴＲの前半部分が水平面でなる踏み面８の平面８Ｂを一旦遠くなる前方に向った後近くなる後方に戻るように走査するので連続的に極大値ＭＸ１１を通る変化をし、続いてαが１８０〜３６０〔°〕の間は交円ＴＲの後半部分が平面８Ｂを一旦近くなる後方に向った後遠くなる前方に戻るように走査するので連続的に極小値ＭＮ１１を通る変化をする。

これに対して、測定距離Ｌは、蹴込面９のように垂直面でなる平面を走査する場合は、αが０〜１８０〔°〕の間は交円ＴＲの前半部分が垂直面を一旦近くなる上方に向った後遠くなる下方に戻るように走査するので連続的に極小値ＭＮ１１を通る変化をし、続いてαが１８０〜３６０〔°〕の間は交円ＴＲの後半部分が垂直面を一旦遠くなる下方に向った後上方に戻るように走査するので連続的に極大値ＭＸ１１を通る変化をする。

このように水平面及び垂直面のいずれの場合も、測定距離Ｌは、連続的極大値１点と、連続的極小値１点とをもち、しかも不連続な箇所がないような変化をする。

かくして、距離データメモリ３５に蓄積された距離データについて、エッジについて１次微分をすることによりエッジ強度の計算をすることによってジャンプエッジがないとの判定が得られれば、当該測定対象は平面であること及び移動環境検出器３から測定した平面までの距離及びその姿勢を算出することができる。

この図１３の特徴量Ｋ１１は、図４について上述したように、測定対象面Ｓ２が視準方向Ｚに対して直交する（従って傾きがない）平面である場合の測定値に基づくものであるので、極大値ＭＸ１１及び極小値ＭＮ１１はα＝９０及び２７０〔°〕において生ずる。

（４−３）凹結合特徴量
円錐走査検出光ＤＥＴが図９の蹴込８Ｃを照射する状態にあるとき、距離データメモリ３５の距離データは、図１４に示すように、円錐走査回転角度αが０〜３６０〔°〕まで一巡する間に、２つの極小値ＭＮ２１及びＭＮ２２が連続的な変化として現れると共に、折り返すように変化する２つの極大値ＭＸ２１及びＭＸ２２が生ずるような特徴量Ｋ２１の特性曲線が得られる。

図１４において、測定距離Ｌは、αが０〜１８０〔°〕の間は交円ＴＲの前半部分が垂直面でなる蹴込面を一旦近くなる上方に向った後遠くなる下方に戻るので連続的に極小値ＭＮ２１を通る変化をし、続いてαが１８０〜３６０〔°〕の間は交円ＴＲの後半部分が蹴込８Ｃを通って水平面でなる踏み面８を一旦近くなる後方に向った後遠くなる前方に戻るように走査するので、蹴込８Ｃ位置で近くなる方向に折り返すように変化する極大値ＭＸ２１及びＭＸ２２の間で、連続的に極小値ＭＮ２２を通る変化をする。

この場合極大値ＭＸ２１及びＭＸ２２のエッジ強度は不連続であることから、エッジの１次微分から、２つの折り返しがあることを判定すると共に、連続的な２つの極小値ＭＮ２１及びＭＮ２２があることを判定することにより、当該測定対象は蹴込８Ｃであり、かつ移動環境検出器３から蹴込８Ｃまでの距離を算出することができる。

この図１４の特徴量Ｋ２１は、図４について上述したように、測定対象面Ｓ２が視準方向Ｚに対して直交する（従って傾きがない）平面である場合の測定値に基づくものであるので、極小値ＭＮ２１及びＭＮ２２はα＝９０及び２７０〔°〕において生ずると共に、極大値ＭＸ２１及びＭＸ２２はα＝０及び１８０〔°〕において生ずる。

（４−４）不連続面特徴量
移動環境検出器３が図１０の不連続面を検出する場合、距離データメモリ３５には円錐走査回転角度αが０〜３６０〔°〕を一巡する間に、図１５に示すように、連続的に変化する１つの極大値ＭＸ３１及び１つの極小値ＭＮ３１を生ずると共に、２つの不連続な箇所があるような特徴量Ｋ３１の特性曲線を描く。

図１５において、測定距離Ｌは、αが０〜１８０〔°〕の間は交円ＴＲの前半部分が１段低い（従って遠い）水平面でなる踏み面８を一旦遠くなる前方に向った後近くなる後方に戻るように走査するので、連続的に極大値ＭＸ３１を通る変化をし、続いてαが１８０〜３６０〔°〕の間は段鼻８Ａを通って踏み面８より１段高い（従って踏み面８よりも近い）水平面でなる床面６を一旦近くなる後方に向った後遠くなる前方に段鼻８Ａに戻るように走査するので、不連続点ＮＣ３１及びＮＣ３２を両端にもって連続的に極小値ＭＮ３１を通る変化をする。

この場合、踏み面８の走査から床面６の走査に移る際、及び床面６の走査から踏み面８の走査に戻る際、測定距離Ｌはその段差に対応する値だけ急激に変化するから、連続的に極大値ＭＸ３１を通る変化の両端の不連続点ＮＣ３１及びＮＣ３２と同じαの位置に、連続的に極小値を通る変化の両端の不連続点ＮＣ３１Ｘ及びＮＣ３２Ｘをもつことになる。

かくして、エッジの１次微分によるエッジ強度の計算をすることにより１つの極大値及び１つの極小値をもち、かつジャンプエッジがあることを判定すれば、現在測定している測定対象は不連続面であると判断できる。

この図１５の特徴量Ｋ３１は、図４について上述したように、測定対象面Ｓ２が視準方向Ｚに対して直交する（従って傾きがない）平面である場合の測定値に基づくものであるので、極大値ＭＸ３１及び極小値ＭＮ３１はα＝９０及び２７０〔°〕において生ずると共に、２つの不連続はα＝０及び１８０〔°〕において生ずる。

（４−５）断崖特徴量
移動環境検出器３が図１１について上述した断崖を測定したとき、距離データメモリ３５には、図１６に示すように、円錐走査回転角度αが０〜３６０〔°〕だけ一巡する間に、２つの極大値ＭＸ４１及びＭＸ４２を生ずると共に、１つの極小値ＭＮ４１を発生するような特徴量Ｋ４１の特性曲線が得られる。

図１６において、測定距離Ｌは、αが０〜１８０〔°〕の間は交円ＴＲの前半部分が戻り光が得られない断崖１０を照射するので検出値をもっていないのに対して、αが１８０〜３６０〔°〕の間は交円ＴＲの後半部分が水平面でなる踏み面８をその縁を通って一旦近くなる後方に向った後遠くなる前方に縁まで戻るように走査するので、両端に不連続な極大値ＭＸ４１及びＭＸ４２をもって、連続的に極小値ＭＮ４１を通る変化をする。

このとき、円錐走査回転角度αが回転方向に一巡したときに不連続な箇所があり、かつエッジの１次微分によりエッジ強度の計算をすることによりジャンプがあると判定し、かつ不連続な箇所が２箇所存在することを判定したとき、移動環境検出器３によって測定している測定対象は断崖であると判定することができる。

この場合円錐走査回転角度αについて、α＝０〜３６０〔°〕だけ一巡する間にデータが欠落している点について、当該データの欠落した領域があることを断崖の判定条件の１つに加えることもできる。

この図１６の特徴量Ｋ４１は、図４について上述したように、測定対象面Ｓ２が視準方向Ｚに対して直交する（従って傾きがない）平面である場合の測定値に基づくものであるので、極小値ＭＮ４１はα＝２７０〔°〕において生ずると共に、不連続な箇所はα＝１８０及び３６０〔°〕において生ずる。

（４−６）特徴量による測定対象の特定
図２の外界認識装置９のＣＰＵ１３は、交円特徴量算出部４１によって、距離画像データメモリ３５の測定距離データを用いた上述の特徴量の抽出処理をすることにより、図１７に示すように、円錐走査回転角度αの一巡ごとに得られる交円ＴＲの特徴量を算出させて交円番号を付して交円特徴量メモリ４２に蓄積させる。

交円特徴量算出部４１は、測定距離データが、極大値２つ、極小値２つ、ジャンプエッジなし、大きさの変化が微小であって、かつ測定データの折り返しが２つの極小点の位置に生じたとき、交円ＴＲの特徴量が凸結合であることを表す特徴量データを、交円番号を付して交円特徴量メモリ４２に蓄積する。

また交円特徴量算出部４１は、測定距離データが極大値１つ、極小値１つ、ジャンプエッジなし、大きさの変化が微小であって、かつ測定データの折り返しがないとき、交円ＴＲの特徴量が平面結合であることを表す特徴量データを、交円番号を付して交円特徴量メモリ４２に蓄積する。

さらに交円特徴量算出部４１は、極大値２つ、極小値２つ、ジャンプエッジなし、大きさの変化が微小であってかつ測定データの折り返しが２つの極大点において生じたとき、交円ＴＲの特徴量が凹結合であることを表す特徴量データを、交円番号を付して交円特徴量メモリ４２に蓄積する。

さらに交円特徴量算出部４１は、極大値１つ、極小値１つ、ジャンプエッジ２つ、測定データの変化が次の面までの大きさであり、かつ測定データの折り返しがないとき、交円ＴＲの特徴量が不連続面であることを表す特徴量データを、交円番号を付して交円特徴量メモリ４２に蓄積する。

さらに、交円特徴量算出部４１は、極大値２つ、極小値１つ、ジャンプエッジ２つ、測定データの大きさの変化が原点までの距離であり、かつ測定データの折り返しはないとき、交円ＴＲの特徴量が断崖結合であることを表す特徴量データを、交円番号を付して交円特徴量メモリ４２に蓄積する。

かくして交円特徴量算出部４１は、測定対象の特徴量に基づいて移動体１が踏むべき足場の状態を表す特徴量データを、１つの交円ＴＲごとに、特徴量メモリ４２に蓄積して行く。

（５）測定対象の測定処理
（５−１）特徴量の抽出
ＣＰＵ１３は、データ入力手段１１によってユーザが動作命令を入力したとき、図１８に示す特徴量抽出処理手順ＲＴ１の処理に入り、ステップＳＰ１において測定対象に対する測定方向として視準方向Ｚの設定を行う。

このときＣＰＵ１３は、垂直走査特徴量抽出部４５、又は水平走査特徴抽出部４６、又は時系列走査外界確認部４７から視準方向Ｚを円錐走査式距離測定部３１に入力させることにより、水平垂直走査部３３によって移動環境検出器３の距離測定器２７を設定された視準方向Ｚに合わせる。

この実施の形態の場合、外界認識装置９は、移動体１が停止している状態において、垂直走査特徴量抽出部４５及び水平走査特徴抽出部４６によって現在位置を中心とした外界の認識を行うために複数の垂直方向及び水平方向の視準方向Ｚを順次設定するようになされていると共に、移動体１を時間の経過に従って移動させるために時系列走査外界確認部４７から垂直走査特徴量抽出部４５又は水平走査特徴抽出部４６に対して移動体１の移動に対応して測定すべき方向について順次視準方向Ｚを設定させるようになされている。

続いてＣＰＵ１３はステップＳＰ２において、水平垂直走査部３３によって水平走査機構２１及び垂直走査機構２５（図３）を円錐走査制御部３２の制御信号に応じて、図５について上述した円錐走査の駆動原理に基づいて、移動環境検出部３の距離測定器２７から円錐走査型の円錐走査検出光ＤＥＴを放出させる。

この円錐走査検出光ＤＥＴは水平垂直走査面Ｓ１（図４）に沿って検出光パルスの放射方向を円周方向に角速度ωで走査する（図５（Ｃ））ことにより、立体走査型の検出光として測定対象に照射される。

測定対象から反射して来た検出パルス光は距離測定器２７において受光されて、距離検出部３４が測定対象までの距離を測定し、当該測定距離データを距離データメモリ３５の操作アドレス画素位置（ｉ、ｊ）（図８）に格納する。

これにより距離データメモリ３５には、円錐走査検出光ＤＥＴが上述のステップＳＰ１において設定された視準方向にある測定対象面Ｓ２（図４）とセンサ原点Ｏまでの測定距離Ｌを表す検出データが、一巡分の走査軌跡について距離データメモリ３５に蓄積される。

この蓄積された距離データに基づいてＣＰＵ１３は、次のサブルーチンＲＴ２において、交円特徴量算出部４１に対して、図１９に示す交円特徴量抽出処理手順を実行させる。

交円特徴量算出部４１は、当該交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２に入ると、まずステップＳＰ１１において、対象データ（α−Ｌ）を距離データメモリ３５から読み出すことにより処理対象として設定する。

ここで、各円錐走査回転角度αに対して距離データＬが処理対象データとして決まることから、当該処理対象データを（α−Ｌ）によって表す。

続いて交円特徴量算出部４１は、次のステップＳＰ１２において、処理対象データ（α−Ｌ）を円錐走査回転角度αが増大する方向の測定距離Ｌのエッジ強度ΔＬを計算することにより「１次微分エッジオペレータ」を得る。

この「１次微分エッジオペレータ」は円錐走査回転角度αが微小変化したとき、蓄積された距離検出データＬの変化分ΔＬ（従って変化率）を表している。

続いて交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ１３において、Ｌジャンプエッジ（すなわち測定距離Ｌの不連続点）の数と大きさを決定する。

このＬジャンプエッジ（不連続点）は、図１５のような不連続面の特徴量Ｋ３１の距離画像データがもっているときに、当該不連続点の数と大きさを確認することにより、特徴量Ｋ３１を表すような測定対象を検出するために用いられる。

続いて交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ１４において、エッジ強度ΔＬの符号変化点を抽出する。

この処理は、図１２ないし図１６の特徴量Ｋ１〜Ｋ１４において、円錐走査回転角度αを増大させて行ったとき、エッジ強度ΔＬ、従って１次微分エッジオペレータの符号が、「＋」であった状態から「−」に変化すれば、当該円錐走査回転角度αの当該変化した位置において距離検出データＬが極大値となっていることが分かる。

これとは逆に、１次微分エッジオペレータの符号が「−」から「＋」になったときには、当該変化点における距離検出データＬは極小値であることを意味する。

続いて交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ１５において、当該測定対象の交円について極大及び極小になった数を決定する。

続いて交円特徴量算出部４１は、次のステップＳＰ１６において、極大の数及び極小の数（これを極値の組み合せと呼ぶ）の組合せ方を確認することにより、特徴量の分類を判定する。

このステップＳＰ１６における特徴量の分類プログラムの手順は、図２０に示すように、判定すべき特徴量の順序を、「凸結合」、「凹結合」、「断崖」、「平面」及び「不連続面」の順序とする。

この順序に従って、交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ１６の極値の組み合せ判定の結果極値が「極大２、極小２」であったとき、ステップＳＰ１７に移って０〜３６０〔°〕の円錐走査回転角度αにそれぞれ対応する処理対象データ（α−ΔＬ）の１次微分エッジオペレータの変化率（すなわち（ΔΔＬ））を計算することにより「２次微分エッジオペレータ」を求める。

交円特徴量算出部４１は、この「２次微分エッジオペレータ」ΔΔＬを求めることにより、次のステップＳＰ１８において、処理対象データ（α−ΔＬ）の１次微分エッジオペレータによって特徴量の極大及び極小の連続性並びに折り返し性の確認決定を行う。

その決定結果に基づいて、交円特徴量算出部４１は、次のステップＳＰ１９において連続並びに折り返しの組合せ方を判定し、極大連続かつ極小折り返しの判定結果が得られたときサブルーチンＲＴ１１に移って、「凸結合の特徴量の計算」を、図２１に示す「凸結合特徴量の算出処理手順」ＲＴ１１を実行することにより行う。

これに対して、交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ１９において、極大折り返しかつ極小連続の判定結果が得られたとき、サブルーチンＲＴ１２に移って、「凹結合の特徴量の計算」を、図２４に示す「凹結合特徴量の算出処理手順」ＲＴ１２を実行することにより行う。

また、交円特徴量算出部４１は、上述のステップＳＰ１６における極値の組み合せ判定結果が「極大２、極小１」であったとき、サブルーチンＲＴ１３に移って、「断崖の特徴量の計算」を、図２７に示す「断崖特徴量の算出処理手順」ＲＴ１３を実行することにより行う。

さらに交円特徴量算出部４１は、上述のステップＳＰ１６における極値の組み合せ判定結果が「極大１、極小１」であったとき、ステップＳＰ２０において、「Ｌジャンプエッジ」の有無の判定をし、Ｌジャンプエッジがないとの判定結果が得られたとき、サブルーチンＲＴ１４に移って、「平面の特徴量の計算」を、図３０に示す「平面特徴量の算出処理手順」ＲＴ１４を実行することにより行う。

これに対して、交円特徴量算出部４１は、上述のステップＳＰ２０において、Ｌジャンプエッジがあるとの判定結果が得られたときには、サブルーチンＲＴ１５に移って、「不連続面の特徴量の計算」を、図３４の「不連続面特徴量の算出処理手順」ＲＴ１５を実行することにより行う。

このようにして交円特徴量算出部４１は、距離データメモリ３５に蓄積された距離データに基づく処理対象データ（α−Ｌ）が凸結合、凹結合、断崖、平面、不連続面のどの特徴をもつものであるかを抽出してその特徴量を算出した後、ステップＳＰ２１に移って処理対象データ（α−Ｌ）の全ての処理が終ったか否かを確認し、否定結果が得られたとき上述のステップＳＰ１１に戻って残る処理対象データ（α−Ｌ）の処理を繰り返す。

これに対して、ステップＳＰ２１において肯定結果が得られたとき、交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ２２に移って当該交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２を終了する。

かくして交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ１（図１８）において、現在設定されている視準方向の測定対象について、その特徴量を算出して交円特徴量メモリ４２に保存した後、ステップＳＰ４に移って、予定されている全視準方向についての特徴量抽出処理が終了したか否かを判断し、否定結果が得られたとき上述のステップＳＰ１に戻って残る視準方向についての特徴量抽出処理を繰り返す。

これに対してステップＳＰ４において肯定結果が得られたとき、交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ５に移って当該特徴量抽出処理手順ＲＴ１を終了する。

（５−２）各測定対象の特徴量の算出
図１９について上述した各特徴量の計算は、交円特徴量算出部４１が、図２１、図２４、図２７、図３０及び図３４の算出処理手順を実行することにより行う。

（５−２−１）凸結合特徴量の算出処理手順
交円特徴量抽出部４１は、凸結合特徴量の算出処理手順ＲＴ１１（図２１）に入ると、ステップＳＰ３１において、図１９の交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２のステップＳＰ１６〜ＳＰ１９の処理において、距離データメモリ３５から取得した処理対象データ（α−Ｌ）と、連続極大２点及び折返極小２点の処理対象データ（図１２）とを設定する。

この場合の処理対象データ（α−Ｌ）は、具体的な実施の形態として、図２２の測定条件の下に検出したものを用いる。

この測定条件は、図２２（Ｂ）に示すように、床面６上に立っている移動体１の移動環境検出器３が、矢印ａで示す環境検出方向について、床面６に続く蹴込面１９の上端部、段鼻８Ａ及び踏み面８の後端部に対して円錐走査検出光ＤＥＴを照射し、その結果、図２２（Ａ）に示すように、円錐走査検出光ＤＥＴの交円ＴＲに段鼻８Ａを挟んで踏み面８の照射部分（図２２（Ａ））と蹴込面１９の照射部分（図２２（Ｃ））の距離データを含んでいる。

図２２の場合、踏み面８及び蹴込面１９に対して視準方向Ｚが後上方のセンサ原点Ｏから斜交しているので、交円ＴＲは環境検出方向ａの方向に長径を有する楕円を描く。

かくして、検出距離Ｌは、図２３に示すように、円錐走査回転角度αが、α＝０〜１８０〔°〕の範囲で踏み面８上の交円ＴＲに沿って連続極大値ＭＸ１を通る変化をした後、α＝１８０〜３６０〔°〕の範囲では、引き続き踏み面８上を走査した後折返極小値ＭＮ１において段鼻８Ａを通って蹴込面９（図２２（Ｃ））を走査することにより、連続極大ＭＸ２を通った後段鼻８Ａの折返極小ＭＮ２を通って踏み面８に戻るような楕円軌跡に沿って距離の検出操作をする。

この結果、円錐走査検出光ＤＥＴは、蹴込面１９及び踏み面８に亘って立体を形成する測定対象面を、円錐底面を構成する交円ＴＲの走査軌跡を利用して当該測定対象の立体形状として、検出距離Ｌの値及びその変化によって表わした、処理対象データ（α−Ｌ）を得ることができる。

交円特徴量抽出部４１は、当該設定された処理対象データ（α−Ｌ）に基づいて、次のステップＳＰ３２において、段鼻８Ａによって作られている踏み面８と蹴込面１９との間の境界線（これを段鼻ラインと呼ぶ）Ｗ１を折返極小２点ＭＮ１及びＭＮ２によって決定する。

この段鼻ラインＷ１は、移動体１の脚車輪Ｊ３が越えなければならない段鼻８Ａのセンサ原点Ｏからの距離並びに姿勢及び高さを表わしており、かくして外界認識装置９が当該三次元的立体環境を検出できたことを意味する。

続いて交円特徴量検出部４１は、次のステップＳＰ３３において、水平平面（すなわち踏み面８）の存在を、折返極小２点ＭＮ１及びＭＮ２と連続極大１点ＭＸ１とによって決定する。

さらに続くステップＳＰ３４において、交円特徴量検出部４１は、垂直平面（すなわち蹴込面１９）を折返極小２点ＭＮ１及びＭＮ２と、その間にある連続極大１点ＭＸ２とによって決定する。

この水平面及び垂直面は、段鼻ラインＷ１に続く奥及び手前の交円位置に立体的な測定対象部分があること及びその大きさを外界認識装置９が検出できたことを意味する。

かくして交円特徴量検出部４１は、ステップＳＰ３５において当該凸結合特徴量の算出処理手順ＲＴ１１の処理を終了して、上述の交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２（図１９）にリターンする。

このようにして、外界認識装置９は、設定した視準方向Ｚに存在する上り階段のうち、移動体１が立っている床面６から垂直平面である蹴込面１９の存在と、蹴込面１９の上端にある段鼻８Ａと、当該段鼻８Ａに続く水平面である踏み面８とを凸結合の特徴として検出することができる。

（５−２−２）凹結合特徴量の算出処理手順
交円特徴量算出部４１は、図１９のステップＳＰ１６〜ＳＰ１９の処理に基づくサブルーチンＲＴ１２における凹結合特徴量の計算を、図２４の凹結合特徴量の算出処理手順ＲＴ１２を実行することにより行う。

交円特徴量算出部４１は、凹結合特徴量の算出処理手順ＲＴ１２に入ると、ステップＳＰ４１において、図１９の交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２のステップＳＰ１６〜ＳＰ１９において、距離データメモリ３５から取得した処理対象データ（α−Ｌ）のうち、折返極大２点及び連続極小２点の処理データ（図１４）を設定する。この場合の処理対象データ（α−Ｌ）は、具体的な実施形態として、図２５の測定条件の下に検出したものを使う。

この測定条件は、図２５（Ｂ）に示すように、床面６上に立っている移動体１が、矢印ａで示す環境検出方向について、床面６に続く階段の蹴込８Ｃ及び蹴込面１９に対して円錐走査検出光ＤＥＴを照射し、その結果図２５（Ａ）に示すように、円錐走査検出光ＤＥＴの交円ＴＲは蹴込８Ｃを挟んで床面６と蹴込面１９（図２５（Ｃ））を含んでいる。

図２５の場合も、床面６及び蹴込面１９に対して視準方向Ｚが後上方のセンサ原点Ｏから斜交しているので、交円ＴＲは環境検出方向ａの方向に長径を有する楕円を描く。

かくして、検出距離Ｌは、図２６に示すように、円錐走査回転角度αがα＝０から回転を開始して、蹴込８Ｃに至るまでの間は大きくなって行き、蹴込８Ｃの位置で折返極大値ＭＸ２１になった後、垂直面でなる蹴込面１９を回転している間に連続極小値ＭＮ２１を通って蹴込８Ｃから床面６に戻るとき折返極大値ＭＸ２２に至り、その後床面６を回転している間に連続極小値ＭＮ２２を通ってα＝３６０〔°〕に戻るような変化をする。

この結果、円錐走査検出光ＤＥＴは、床面６ないし蹴込面１９に亘って立体を形成する測定対象面について、円錐底面を構成する交円ＴＲの軌跡を利用して当該測定対象の立体形状を表す処理対象データ（α−Ｌ）を得る。

交円特徴量算出部４１は、当該設定された処理対象データ（α−Ｌ）に基づいて、次のステップＳＰ４２において、蹴込８Ｃによって作られている床面６と蹴込面１９との間の境界線（これを蹴込ラインと呼ぶ）Ｗ２を、折返極大値ＭＸ２１及びＭＸ２２によって決定する。

続いて交円特徴量算出部４１は、次のステップＳＰ４３において、折返極大２点ＭＸ２１及びＭＸ２２と、その間にある連続極小１点ＭＮ２２によって水平平面（この場合床面６）を決定する。

続いて交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ４４において、折返極大２点ＭＸ２１及びＭＸ２２と、その間にある連続極小１点ＭＮ２１とによって垂直平面である蹴込面１９を決定する。

ここで、蹴込ラインＷ２は、移動体１の脚車輪Ｊ３が前方に進んで行ける蹴込８Ｃまでの距離、及び蹴込面１９の姿勢を表しており、また決定した水平面及び垂直面は蹴込８Ｃまで床面が続いていると共に、蹴込８Ｃが蹴込面１９に続いていることを検出できたことを意味する。

かくして交円特徴量検出部４１は、ステップＳＰ４５において当該凹結合特徴量の算出処理手順ＲＴ１２の処理を終了して、交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２（図１９）にリターンする。

このようにして、外界認識装置９は設定した視準方向Ｚに存在する階段のうち、移動体１が立っている床面６から垂直平面である蹴込面１９の存在と、床面６と蹴込面１９との間にある蹴込８Ｃとを、交円ＴＲ位置にある立体的な測定対象部分として検出することができる。

（５−２−３）断崖特徴量の算出処理手順
交円特徴量算出部４１は、図１９の交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２のステップＳＰ１６に続いて断崖特徴量の計算サブルーチンＲＴ１３に入ると、先ず図２７に示す断崖特徴量の算出処理手順ＲＴ１３のステップＳＰ５１において、距離データメモリ３５から不連続極大２点及び連続極小１点を有する処理対象データ（α−Ｌ）（図１６）を設定する。

この場合の処理対象データ（α−Ｌ）は、具体的な実施形態として、図２８の測定条件の下に検出したものを使う。

この測定条件は、図２８（Ｂ）に示すように、床面６（又は踊り場面）上に立っている移動体１が矢印ａで示す環境検出方向について、床面６に続く検出面がない断崖１０に対して円錐走査検出光ＤＥＴを照射し、その結果、図２８（Ａ）に示すように、交円ＴＲに床面６の縁部分を含むのに対して、断崖１０から前方には交円を形成するような測定対象面が存在しない状態になっている。

図２８の場合、床面６の縁部分には、環境検出方向ａの方向に長径を有する楕円の後端部が、交円ＴＲとして照射される。

かくして測定距離Ｌは、図２９に示すように、円錐走査回転角度αがα＝１８０〜３６０〔°〕の範囲のうち、床面６の断崖１０に隣接する縁部分を交円ＴＲとして走査することにより、床面６と断崖１０との境界線（これを断崖ラインと呼ぶ）Ｗ３位置に対応する不連続極大値ＭＸ４１及びＭＸ４２とその間に連続極小値ＭＮ４１とを生ずるような処理対象データ（α−Ｌ）が得られる。

この設定された処理対象データ（α−Ｌ）に基づいて、交円特徴量算出部４１は、次のステップＳＰ５２において、不連続極大２点によって断崖ラインＷ３を決定する。

この断崖ラインＷ３は、移動体１の脚車輪Ｊ３が踏み入れてはならない断崖１０の縁までのセンサ原点Ｏからの距離並びに姿勢を表しており、かくして外界認識装置９が当該断崖１０のある環境を検出できたことを意味する。

続いて交円特徴量算出部４１は、次のステップＳＰ５３において、不連続極大２点ＭＸ４１及びＭＸ４２と、その間に連続極小１点ＭＮ４１が存在することに基づいて水平面である床面６（又は踊り場面）の決定をする。

この水平面は、移動体１が断崖１０に行くまでに立つことができる踏み面の限界が断崖ラインＷ３の手前にあることを外界認識装置９が検出できたことを意味する。

かくして交円特徴量検出部４１は、ステップＳＰ５４において当該断崖特徴量の算出処理手順ＲＴ１３の処理を終了して、交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２（図１９）にリターンする。

このようにして、外界認識装置９は、設定した視準方向Ｚに存在する水平面部と断崖ラインＷ３との存在に基づいて、測定対象が断崖の特徴量Ｋ４１をもつ立体環境であることを検出することができる。

（５−２−４）平面特徴量の算出
交円特徴量算出部４１は、図１９の交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２のステップＳＰ１６及びＳＰ２０に続いて平面特徴量の算出処理サブルーチンＲＴ１４に入ると、図３０に示す平面特徴量の算出処理手順ＲＴ１４のステップＳＰ６１において、距離データメモリ３５から不連続極大１点及び連続極小１点を有する処理対象データ（α−Ｌ）（図１３）を設定する。

この場合の処理対象データ（α−Ｌ）は、具体的な実施形態として、図３１に示す測定条件の下に検出したものを用いる。

この測定条件は、図３１（Ａ）に示すように、センサ原点Ｏから前下方に向って、矢印ｃで示すように左奥から右手前の方向に傾斜している床面６に対して、円錐走査検出光ＤＥＴを照射することにより、床面６に形成された楕円形状の交円ＴＲから、図３２に示す平面の特徴量Ｋ１１を有する処理対象データ（α−Ｌ）を得ている。

この平面の特徴量は、円錐走査回転角度αをα＝４５〔°〕まで回転したとき交円ＴＲが傾斜面を登って行くことにより、測定距離Ｌが小さくなって行き、やがて連続極小点ＭＮ１１を通過してさらに回転して行くと、交円ＴＲは傾斜を下りながら長径方向に遠ざかって行くことにより、測定距離Ｌが上昇に転じて行く。

その後α＝９０〜２２５〔°〕までの間は、交円ＴＲが傾斜面を下って行くことにより測定距離Ｌは大きくなって行き、その傾斜面の最も低い点において連続極大値ＭＸ１１になる。

この連続極大値ＭＸ１１を通り過ぎると、交円ＴＲは傾斜面を登って行くことにより測定距離Ｌは小さくなって行く。

このような特徴量Ｋ１１をもつ処理対象データ（α−Ｌ）に基づいて、交円特徴量算出部４１は、次のステップＳＰ６２において測定距離Ｌの最大値Ｌｍａｘ、最大値となる回転角度位置α（Ｌｍａｘ）、測定距離Ｌの最小値Ｌｍｉｎ及び最小値となる回転角度位置α（Ｌｍｉｎ）を同定する。

続いて交円特徴量検出部４１は、次のステップＳＰ６３において床面６でなる測定対象平面の傾斜方向α（Ｌｍａｘ）、傾斜角γ、センサ原点Ｏから平面までの距離ｄｚを、図３３に示す極大点ＭＸ１１の極小点ＭＮ１１からの位置関係に基づいて算出する。

図３３において、ｚはセンサ原点Ｏから視準方向Ｚへとった距離を表し、主軸ｍはｚに対して直交する方向の距離を表す。

また図３３において、βは円錐走査回転角度αによって形成される円錐走査検出光ＤＥＴの半頂角で、センサ原点Ｏから極小点ＭＮ１１までの距離ｄｍｉｎは、次式、

によって求められると共に、センサ原点Ｏから極大点ＭＸ１１までの距離ｄｍａｘは、次式、

によって求めることができ、その差分ｈは、次式、

になる。

ここで、極大点ＭＸ１１と極小点ＭＮ１１とを結ぶ線は、平面６上の成分を表しており、差分ｈは当該平面の傾斜の高さを表している。

一方極小点ＭＮ１１及び極大点ＭＸ１１からそれぞれｚ軸に下ろした脚の長さｒｍｉｎ及びｒｍａｘは、

のように、半頂角βによって表すことができるから、両者の和ｋは、

になる。

この結果、（８）式の差分ｈとの間には、

の関係がある。

（12）式のγは、極大点ＭＸ１１と極小点ＭＮ１１とを結ぶ傾斜面（すなわち測定対象である平面６）の、円錐走査検出光ＤＥＴの円錐底面からの傾斜角を表しており、当該傾斜角γを（12）式から求めることができる。

かくして求めた傾斜角γによって、センサ原点Ｏから測定対象平面までの距離ｄｚは、次式、

によって求めることができる。

このようにして交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ６３において平面の傾斜方向α（Ｌｍａｘ）、傾斜角γ、センサ原点Ｏから平面までの距離ｄｚを算出した後、ステップＳＰ６４に移って、平面の傾斜角γに基づいて平面が水平平面であるか（γが正）、又は垂直平面であるか（γが負）を決定する。

かくして交円特徴量算出部４１は、ステップＳＰ６５において当該平面特徴量の算出処理手順ＲＴ１４を終了して、交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２（図１９）にリターンする。

このようにして、外界認識装置９は、測定対象が、設定した視準方向Ｚに存在する平面の傾斜方向、傾斜角、センサ原点Ｏから平面までの距離及び当該平面が水平方向であるか又は垂直平面であるかを、平面の特徴量Ｋ１１をもつ立体的環境であることとして検出できる。

（５−２−５）不連続面特徴量の算出
交円特徴量算出部４１は、図１９の交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２のステップＳＰ１６及びＳＰ２０に続いて不連続面特徴量の算出処理手順ＲＴ１５に入ると、図３４に示す不連続面特徴量の算出処理手順ＲＴ１５のステップＳＰ７１において、距離データメモリ３５から連続極大１点、連続極小１点及び不連続２点の処理対象データ（α−Ｌ）（図１５）を設定する。

この場合の処理対象データ（α−Ｌ）は、具体的な実施形態として、図３５の測定条件の下に検出したものを用いる。

この測定条件は、図３５（Ｂ）に示すように、床面６（又は踊り場面）上に立っている移動体１が矢印ａで示す環境検出方向について、床面６に続く階段を１段下った踏み面８（又は踊り場面）に対して円錐走査検出光ＤＥＴを照射し、その結果図３５（Ａ）に示すように、円錐走査検出光ＤＥＴの交円ＴＲに段鼻８Ａを挟んで床面６と踏み面８とを含んでいる。

図３５の場合、円錐走査検出光ＤＥＴは、センサ原点Ｏから前下方に向って照射しているので、環境検出方向ａの後端位置及び先端位置の床面６及び踏み面８からの検出戻り光が得られることにより、ＴＲの後方部分と前方部分とに分離したような交円部分が生ずるのに対して、当該交円部分の間に踏み面８の先端にある段鼻８Ａの影８Ｘが下の段の踏み面８に生ずることにより、当該影の範囲ＴＲＸにおいては検出戻り光が得られなくなる。

この結果、不連続面の特徴量Ｋ３１は、図３６に示すように、円錐走査回転角度αがα＝０〜１８０〔°〕の回転範囲においては、踏み面８の交円ＴＲからの検出光に基づいて連続極大点ＭＸ３１をもつような変化が得られるのに対して、交円ＴＲがα＝１８０〔°〕を過ぎて影の範囲ＴＲＸに入ると、当該影の範囲ＴＲＸに入った回転角度αの位置において踏み面８側の不連続点ＮＣ３１及び床面６側の不連続点ＭＸ４１が現れる。

このとき、踏み面８側の不連続点ＮＣ３１は段鼻８Ａより遠い１段下った踏み面８からの戻り光に基づく測定距離を表わすことになるので測定距離Ｌの値は大きいのに対して、床面６側の不連続点ＭＸ４１は段鼻８Ａより近い床面６からの戻り光に基づく測定距離を表わすことになるので測定距離Ｌの値は小さくなり、その結果不連続点ＮＣ３１及びＭＸ４１間には測定距離Ｌに大きなジャンプが生じる。

その後円錐走査回転角度αの回転が続くと、床面６上の交円ＴＲによってα＝２７０〔°〕において不連続極小点ＭＮ３１を通って段鼻ラインの境界線Ｌ４に至る。

ここで交円は再び影の範囲ＴＲＸに入ることにより、特徴量Ｋ３１に床面６の不連続点ＭＸ４２及び踏み面８の不連続点ＮＣ３２が生じ、その後α＝３６０〔°〕の点で踏み面８の交円ＴＲが繋がる。

このとき、不連続点ＭＸ４２から不連続点ＮＣ３２に戻る際にも、不連続点ＭＸ４２及びＮＣ３２間に大きなジャンプが生ずる。

この結果、円錐走査検出光ＤＥＴは、床面６及び踏み面８上に形成する交円ＴＲと、踏み面８と段鼻８Ａとの間の影の範囲ＴＲＸに亘って立体を形成する測定対象面を、円錐底面を形成する交円ＴＲの走査軌跡を利用して当該測定対象の立体形状を表す処理対象データ（α−Ｌ）を得る。

交円特徴量算出部４１は、当該設定された処理対象データ（α−Ｌ）に基づいて、次のステップＳＰ７２において、床面６側の不連続点ＮＣ３１及びＮＣ３２によって段鼻ラインＷ４に基づく境界線を決定する。

続いて、交円特徴量算出部４１は、次のステップＳＰ７３において、床面６について、連続極小点ＭＮ３１を含む特徴量曲線とその両端の不連続点ＭＸ４１及びＭＸ４２とによって床面６（又は踊り場面）を構成する水平平面を決定する。

続いて、交円特徴量算出部４１は次のステップＳＰ７４において、踏み面８について不連続極大点ＭＸ３１を含む特徴量曲線とその両端にある不連続点ＮＣ３１及びＮＣ３２とによって踏み面８（又は踊り場面）を構成する水平平面を決定する。

かくして交円特徴量算出部４１はステップＳＰ７５において当該不連続面特徴量の算出処理手順ＲＴ１５を終了して図１９の交円特徴量抽出処理手順ＲＴ２にリターンする。

このようにして、外界認識装置９は設定した視準方向Ｚに存在する階段のうち、移動体１が立っている床面６から段鼻８Ａにおいて踏み面８に１段降りる立体的な測定環境を不連続面の特徴として検出することができる。

（６）外界の認識
上述したように、移動体１の外界認識装置９は、立体的な測定対象の各部分の特徴を、円錐走査検出光ＤＥＴを用いた測定距離Ｌの変化に表われる特徴量（すなわち凸結合特徴量、凹結合特徴量、断崖特徴量、平面特徴量、及び不連続面特徴量）の算出機能を利用して、例えば図３７に示す上り階段ＫＤ１のような立体的な測定対象を垂直走査及び水平走査することによって、移動体１が上り下りするために必要な階段特徴量の算出をする。

この実施の形態の場合、垂直走査は、移動環境検出器３が円錐走査検出光ＤＥＴを上り階段ＫＤ１に対して直交する方向に走査させることによって上り階段ＫＤ１の立体構造を検出することを意味し、また水平走査は、垂直走査によって検出した測定対象の平面について、円錐走査検出光ＤＥＴを水平方向に走査することによって上り階段ＫＤ１の幅方向の構造を検出することを意味する。

(６−１)垂直走査による上り階段特徴量の算出
移動体１の外界認識装置９は、図３７に示すように、床面Ｄ０から、第１段目の踏み面１（Ｈ１）、第２段目の踏み面２（Ｈ２）……を有する上り階段ＫＤ１を上る場合、図３８に示すように、上り階段ＫＤ１に対して直交する垂直走査線ＳＮ１に沿って円錐走査検出光ＤＥＴを垂直走査することによって交円ＴＲを垂直走査線ＳＮ１に沿って床面Ｄ０、踏み面Ｈ１、Ｈ２……上に照射し、これにより床面Ｄ０、踏み面Ｈ１、Ｈ２……の存在を確認すると共に、確認した、床面Ｄ０、踏み面Ｈ１、Ｈ２……について横方向に交円ＴＲを水平走査することによって、移動体１が安全に上って行くことができる左右幅の範囲の確認をすることができる。

この実施の形態の場合、外界認識装置９のＣＰＵ１３は、ユーザによってデータ入力手段１１から垂直走査命令が入力されたとき、垂直走査特徴量抽出部４５を駆動することにより、図３９に示すように、垂直走査線ＳＮ１上の各測定対象部分に円錐走査式距離測定部３１によって生成された円錐走査検出光ＤＥＴを照射させ、これにより距離データメモリ３５に測定距離Ｌのデータを取り込ませると共に、当該測定距離データに基づいて交円特徴量算出部４１によって算出された特徴量のデータを交円特徴量メモリ４２に蓄積させる。

このとき垂直走査特徴量抽出部４５は、円錐走査検出光ＤＥＴが、図３９（Ａ）に示すように、段鼻Ｇ１（Ｇ２、Ｇ３……）を照射したとき、交円ＴＲから立体的な構成部分である蹴込面−段鼻−踏み面を含んだ立体構造部の検出処理を行う。

また、垂直走査特徴量抽出部４５は、図３９（Ｂ）に示すように、円錐走査検出光ＤＥＴが踏み面Ｈ１（Ｈ２、Ｈ３……）及び蹴込面Ｆ１（Ｆ２、Ｆ３……）を照射したとき、当該平面を走査する交円ＴＲから当該平面の特徴と種類及び面の位置と姿勢の検出処理を行う。

また、垂直走査特徴量抽出部４５は、図３９（Ｃ）に示すように、円錐走査検出光ＤＥＴが蹴込Ｅ２（Ｅ３、Ｅ４……）を走査したとき、その交円ＴＲから踏み面−蹴込−蹴込面でなる立体構成部分の検出処理を行う。

このような処理は、垂直走査特徴量抽出部４５が図４０に示す「垂直走査による上り階段特徴量の算出処理手順」ＲＴ２１を実行することにより行う。

当該算出処理手順ＲＴ２１に入ると、垂直走査特徴量抽出部４５は、先ずステップＳＰ１０１において垂直走査による交円特徴リストの設定する。

交円特徴リストは、交円特徴量抽出部４１が図３７の上り階段ＫＤ１について、走査線ＳＮ１の走査をすることにより、交円特徴量メモリ４２に蓄積したものを用いる。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１０２において、床面Ｄ０の平面特徴量ないし蹴込１（Ｅ１）の凹結合特徴量によって床面Ｄ０を決定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１０３において、蹴込１（Ｅ１）について、その凹結合特徴量に基づいて蹴込ラインを決定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１０４において、蹴込１（Ｅ１）の凹結合特徴量と、これに続く蹴込面１（Ｆ１）の平面特徴量と、さらにこれに続く段鼻１（Ｇ１）における凸結合特徴量とに基づいて、蹴込面１（Ｆ１）を決定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、次のステップＳＰ１０５において、段鼻１（Ｇ１）の凸結合結合量に基づいて段鼻１（Ｇ１）の段鼻ラインを決定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１０６において、段鼻１（Ｇ１）における凸結合結合量とこれに続く踏み面１（Ｈ１）における平面特徴量と、さらにこれに続く蹴込２（Ｅ２）における凹結合特徴量とに基づいて踏み面１（Ｈ１）を決定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

かくして、垂直走査特徴量抽出部４５は、床面Ｄ０から１段目の踏み面１（Ｈ１）に亘る交円特徴リストについて、その構造を決める蹴込ライン、蹴込面、段鼻ライン及び踏み面を決定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１０７においてすべての垂直方向特徴リストの処理が終了したか否かを確認し、否定結果が得られたとき上述のステップＳＰ１０３に戻って次の段の踏み面についての各構造を決定する処理を繰り返す。

この繰返し処理は、垂直走査特徴量抽出部４５が垂直走査した範囲、従って移動体１が上ろうと予定している上り階段ＫＤ１の踏み面、すなわち２段目の踏み面２（Ｈ２）、３段目の踏み面３（Ｈ３）……についての垂直方向特徴リストが終了するまで、繰り返される。

やがて、当該垂直走査線ＳＮ１についての垂直方向特徴リストの全ての処理が終わると、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１０７において肯定結果が得られることによりステップＳＰ１０８に移る。

垂直走査特徴量抽出部４５は、このステップＳＰ１０８において、決定された床面Ｄ０について、センサ原点Ｏの直下の位置から、最初の蹴込ライン、すなわち蹴込１（Ｅ１）の位置までの距離を、階段までの距離として、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、次のステップＳＰ１０９において最初の蹴込ライン、すなわち蹴込１（Ｅ１）のラインの姿勢を求め、この最初の蹴込ラインの姿勢によってセンサ原点Ｏに対する上り階段ＫＤ１の傾きを求めて垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

この上り階段ＫＤ１の傾きについてのデータは、実際に移動体１が当該上り階段ＫＤ１を上る際に、移動体１を上り階段ＫＤ１の正面に正しく位置取りさせるために用いられる。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１１０に移って踏み面の数、すなわち階段の段数を蹴込ラインの数及び段鼻ラインの数に基づいて求めた後、ステップＳＰ１１１において段鼻ラインの水平間隔を踏み面の長さとして求めると共に、ステップＳＰ１１２において踏み面間の高度差を蹴込み高さに基づいて求めて、求めたデータを垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

かくして垂直走査特徴量抽出部４５は、垂直走査による上り階段特徴量の算出処理手順ＲＴ２１の処理をステップＳＰ１１３において終了する。

以上の構成によれば、垂直走査特徴量抽出部４５は、移動体１がこれから上ろうとする上り階段ＫＤ１について、各脚の脚車輪Ｊ３が床面Ｄ０上を移動して上り階段ＫＤ１に近づくと共に、１段目、２段目……の踏み面Ｈ１、Ｈ２……を順次踏んで行くために必要な認識情報を確実に得ることができる。

（６−２）垂直走査による下り階段特徴量の算出
移動体１が図４１（Ｂ）に示す下り階段ＫＤ２を、床面Ｌ０から１段ずつ下の踏み面Ｎ１、Ｎ２を通って踊り場Ｌ１まで下って行く場合には、移動環境検出器３は、センサ原点Ｏから放出する円錐走査検出光ＤＥＴを、直下の床面Ｌ０から、図４１（Ａ）に示すように、走査線ＳＮ１１に沿って前方に垂直走査をする。

このとき、ＣＰＵ１３は垂直走査特徴量抽出部４５によって図４２の「垂直走査による下り階段特徴量の算出処理手順」ＲＴ２２を実行させ、垂直走査特徴量抽出部４５は、先ずステップＳＰ１２０において、円錐走査検出光ＤＥＴを床面Ｌ０から１段目の段鼻１（Ｍ１）と１段目の踏み面１（Ｎ１）を照射する状態から、踏み面１（Ｎ１）上を２段目の段鼻２（Ｍ２）までの走査をし、以下同様にして２段目の踏み面２（Ｎ２）及び３段目の踊り場Ｌ１の走査を繰り返すことにより、下り階段ＫＤ２についての特徴量を交円特徴量算出部４１によって算出して交円特徴量メモリ４２に蓄積する。

かくして、垂直走査特徴量抽出部４５は、蓄積した交円特徴量リストを交円特徴量メモリ４２から設定した後、ステップＳＰ１２１において、床面Ｌ０についての平面特徴量から１段目の踏み面１（Ｎ１）に続く不連続面の上段特徴量とに基づいて、移動体１が立っている床面Ｌ０を決定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１２２に移って、床面Ｌ０から１段目の踏み面１（Ｎ１）に続く段鼻１（Ｍ１）における不連続面の境界線に基づいて、段鼻１（Ｍ１）の段鼻ラインＷ１１を決定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、次のステップＳＰ１２３に移って、最初の不連続面の特徴量に続く１段目の踏み面１（Ｎ１）の平面特徴量に基づいて、当該１段目の踏み面１（Ｎ１）を決定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、次のステップＳＰ１２４において、当該１段目の踏み面１（Ｎ１）に続く不連続面の特徴に基づいて、これが下の踊り場このときは２段目の踏み面２（Ｎ２）であるか否かを判定して、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

次のステップＳＰ１２５は、交円特徴量メモリ４２に蓄積されている垂直方向特徴リストについての決定処理がすべて終了したか否かの判断をするステップで、否定結果が得られると、このことはいまだ全ての平面、すなわち踏み面Ｎ２、Ｎ３及び踊り場Ｌ１についての処理が終了していないことを意味し、このとき垂直走査特徴量抽出部４５は上述のステップＳＰ１２２に戻って当該次の垂直走査による交円特徴リストについてステップＳＰ１２２〜ＳＰ１２５の処理を繰り返す。

やがてステップＳＰ１２５において肯定結果が得られると、このことは、踏み面１（Ｎ１）、踏み面２（Ｎ２）及び踊り場Ｌ１の決定ないし判定が終了したことを意味し、このとき垂直走査特徴量抽出部４５はステップＳＰ１２６に移って、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積されたデータに基づいて、床面Ｌ０の直下の位置から最初の段鼻１（Ｍ１）の段鼻ラインＷ１１までの距離を、移動体１が下り階段ＫＤ２の直前まで行くのに必要な距離として求めて、垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、次のステップＳＰ１２７において、最初の段鼻ラインＷ１１の姿勢に基づいて、下り階段ＫＤ２の傾き（センサ原点Ｏから見て直交する方向からの傾き）を求めた後、ステップＳＰ１２８において、前方方向にある不連続面下段の数及び段鼻ラインの数に基づいて、前方にある踏み面の数、すなわち階段の段数を求めて垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

ここで、段鼻ラインＷ１１の傾きの情報は、移動体１が実際に下り階段ＫＤ２を下りる際に、移動体１の移動方向を下り階段ＫＤ２と正対する向きに修正することにより直交する方向に下りて行けるように用いられる。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１２９において、段鼻ラインＷ１１、Ｗ１２……の水平方向の間隔に基づいて、１段目、２段目の踏み面Ｎ１及びＮ２の垂直方向の長さを求めると共に、ステップＳＰ１３０において隣合う踏み面Ｌ０及びＮ１、Ｎ１及びＮ２並びにＮ２及びＬ１間の高度差を、蹴上げ高さｈ１、ｈ２並びにｈ３として求めて垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積する。

かくして垂直走査特徴量抽出部４５は、当該垂直走査による下り階段特徴量の算出処理手順ＲＴ２２を、ステップＳＰ１３１において終了する。

以上の構成によれば、外界認識装置９は移動体１が、これから床面Ｌ０から踊り場Ｌ１まで下りようとする階段ＫＤ２について、各脚の脚車輪Ｊ３が歩行するために必要な踏み面の位置、垂直方向の長さ及び蹴上げ高さを確実に測定して、測定結果を垂直走査測定対象特徴メモリ５０に保存することができる。

（６−３）段差が限界高さを超える場合
図４１の場合は、垂直走査によって下り階段ＫＤ２を下る場合に、各段の蹴上げ高さｈ１、ｈ２及びｈ３が移動体１の脚車輪Ｊ３が踏み下ろすことができる許容限界内である場合であるが、図４３に示すように、床面Ｌ０から１段下の踏み面ＮＸ１までの蹴上面ＱＸの蹴上げ高さｈＸが限界高さを超えている場合には、垂直走査特徴量抽出部４５は、図４２のステップＳＰ１２２における段鼻ラインの決定をせずに、当該移動体１が下りることが不可能であると判断して、図４５について後述する断崖ラインの判定処理手順ＲＴ２３にその処理を切り換える。

（６−４）垂直走査による断崖特徴量の算出
垂直走査特徴量抽出部４５は、図４４に示すように、センサ原点Ｏから垂直走査線ＳＮ２１に沿って垂直検出光ＤＥＴを垂直走査したとき、移動体１が立っている床面Ｒ０の前方に断崖面Ｓ１がある場合には、図４５の「垂直走査による断崖特徴量の算出処理手順」ＲＴ２３を実行する。

当該算出処理手順ＲＴ２３に入ると、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１４０において断崖を垂直走査することによって垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積された交円特徴量データに基づいて、垂直走査による交円特徴リストを設定した後、ステップＳＰ１４１において、当該設定された特徴量のうち、床面Ｒ０を走査することにより得られる交円ＴＲ０による平面特徴量と、断崖面Ｓ１の上縁を含む交円ＴＲ１による断崖特徴量とに基づいて床面Ｒ０を決定する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１４２において、床面Ｒ０と断崖面Ｓ１との境界線に基づいて断崖ラインＷ２１を決定する。

続いて、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１４３において、走査線ＳＮ２１に基づく垂直方向特徴リストのすべてについての処理を終了したか否かの判断をし、否定結果が得られたとき上述のステップＳＰ１４２に戻って断崖ラインＷ２１の決定処理を繰り返す。

やがてステップＳＰ１４３において肯定結果が得られると、垂直走査特徴量抽出部４５は、ステップＳＰ１４４に移って移動体１が現在立っている位置から断崖ラインＷ２１までの距離に基づいて、移動体１が移動できる床面Ｒ０における断崖面Ｓ１までの距離を求める。

続いて垂直走査特徴量抽出部４５は、次のステップＳＰ１４５に移って、断崖ラインＷ２１の姿勢に基づいて断崖面Ｓ１の傾き（すなわち垂直方向に対する傾き）を求める。

かくして垂直走査特徴量抽出部４５は、当該垂直走査により断崖特徴量の算出処理手順をステップＳＰ１４６において終了する。

以上の構成によれば、外界認識装置９は、垂直走査によって、移動体１の前方に、進むことができない断崖があることを確実に認識することができる。

図４４の場合は断崖面Ｓ１を測定する場合について述べたが、図４３について上述した下り段差が限界高さを超えているような場合であっても、断崖面Ｓ１の場合と同様に、移動体１が当該段差を下りることが不可能であるから、この場合垂直走査特徴量抽出部４５は、図４２の垂直走査による下り階段特徴量の算出処理手順ＲＴ２２の実行中に下り段差が限界高さを超えるものであることを判知したとき、当該算出処理手順ＲＴ２２から図４５の垂直走査による断崖特徴量の算出処理手順ＲＴ２３の処理に切換えることにより、ステップＳＰ１４４及びＳＰ１４５において、当該下りることができない下り段差までの距離及びその傾きを検出することにより、この場合も前方に存在する危険な状態を確実に測定することができる。

（６−５）水平走査による踏み面特徴量の算出
ＣＰＵ１３は、データ入力手段１１によってユーザが垂直走査特徴量抽出部４５による垂直走査の実行命令を入力することにより、図４６に示すように、階段ＫＤ３に対して垂直走査線ＳＮ３１について垂直走査が行われた結果、垂直走査特徴量抽出部４５が踏み面Ｘ５を抽出したとき、水平走査特徴量抽出部４６によって図４７の「水平走査による踏み面特徴量の算出処理手順」ＲＴ２４を実行させることにより、当該踏み面Ｘ５の両側又は片側に、垂直方向の壁面Ｘ１や、断崖Ｘ２が隣接していることを、検出させる。

この実施の形態の場合、外界認識装置９は、移動体１が現在立っている床面Ｘ３のセンサ原点Ｏから、蹴込面Ｘ４からその蹴上げ高さだけ高い位置にある踏み面Ｘ５を、左右方向の走査線ＳＮ３２に沿って水平方向に円錐走査検出光ＤＥＴによって水平走査をする。

当該水平走査による踏み面特徴量の算出処理手順ＲＴ２４に入ると、水平走査特徴量抽出部４６は、先ずステップＳＰ１５０において垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積されている垂直走査結果から基準となる踏み面Ｘ５を設定した後、ステップＳＰ１５１に移って円錐走査式距離測定装置３１によって水平走査線ＳＮ３２上の走査を行わせることにより、距離データメモリ３５、交円特徴量算出部４１及び交円特徴量メモリ４２を介して得られる水平走査による交円特徴リストを設定する。

続いて水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１５２に移って、左側にある、踏み面Ｘ５及び壁面Ｘ１間の蹴込Ｘ６についてその交円ＴＲＸの凹結合特徴量が示す境界線から、蹴込ラインＷ３１を決定して、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

続いて水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１５３において、蹴込Ｘ６に続く壁面Ｘ１上の交円ＴＲＸのデータから平面特徴量が垂直面であることを検出すると共に、当該垂直面の位置が移動体１が上ることができる蹴込高さより十分に大きい特徴をもっていることに基づいて、壁ラインＷ３２を判定して、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

続いて水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１５４において、右側にある、踏み面Ｘ５及び断崖Ｘ２間の凸結合不連続面の境界線の特徴量に基づいて、段鼻Ｘ７２及びその段鼻ラインＷ３３を決定すると共に、次のステップＳＰ１５５に移って断崖の特徴量に基づいて断崖ラインＷ３４を決定して、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

このステップＳＰ１５２〜ＳＰ１５５の処理は、ステップＳＰ１５６において否定結果が得られることにより水平走査線ＳＮ３２の全ての交円ＴＲＸの処理が終了するまで繰り返えされる。

やがてステップＳＰ１５６において肯定結果が得られると、水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１５７において、図４８に示すように、平面の左右走査方向の平面間隔を、移動体１の脚車輪Ｊ３が踏むことができる踏み場の範囲Ｘ１０として決定した後、ステップＳＰ１５８において左右方向の両側にある境界線、すなわち、壁ラインＷ３２及び断崖ラインＷ３４の水平方向間隔を段幅Ｘ１１として判定して、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

続いて、水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１５９において、上述のステップＳＰ１５３において判定した壁ラインＷ３２に基づいて壁面Ｘ１があることに基づいて、これを移動体１が進入できない進入不可能領域として決定して、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

かくして水平走査特徴量抽出部４６は、当該水平走査による踏み面特徴量の算出処理手順ＲＴ２４の処理をステップＳＰ１６０において終了する。

以上の構成によれば、外界認識装置９は階段ＫＤ３を構成する踏み面Ｘ５について、移動体１の脚車輪Ｊ３が立つことができる踏み場の範囲や段幅を安全かつ確実に測定することができる。

(６−６)水平走査による蹴込面特徴量の算出
外界認識装置９は、図４９に示すように、図４６について上述したと同じ階段ＫＤ３について、移動体１が現在立っている床面Ｘ３のセンサ原点Ｏから、床面Ｘ３に対して蹴込Ｘ１１を介して続く垂直面でなる蹴込面Ｘ４を水平走査することにより、当該蹴込面Ｘ４の両側又は片側に、壁面Ｘ１や、断崖Ｘ２が隣接していることを、水平走査特徴量抽出部４６によって、図５０に示す「水平走査による蹴込面特徴量の算出処理手順」ＲＴ２５を実行させることにより、検出させる。

水平走査による蹴込面特徴量の算出処理手順ＲＴ２５に入ると、水平走査特徴量抽出部４６は、先ずステップＳＰ１７０において垂直走査測定対象特徴メモリ５０に蓄積されている垂直走査結果から基準となる蹴込面Ｘ４を設定した後、ステップＳＰ１７１に移って円錐走査式距離測定部３１によって水平走査線ＳＮ３３上の走査を行わせることにより、距離データメモリ３５、交円特徴量算出部４１及び交円特徴量メモリ４２を介して得られる水平走査による交円特徴リストを設定する。

続いて水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１７２に移って、左側にある、蹴込面Ｘ４及び壁面Ｘ１間にある垂直方向の壁面Ｘ１について、その交円ＴＲＹの凹結合特徴量が示す境界線から、壁ラインＷ２２を決定して、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

続いて水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１７３において、垂直方向に延長する断崖Ｘ２の縁を走査する交円ＴＲＹが断崖特徴量を示す境界線に基づいて、垂直方向の断崖ラインＷ３４を決定して、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

かくして水平走査特徴量抽出部４６は、水平走査線ＳＮ３３について壁ラインＷ２２及び断崖ラインＷ３４を決定し、続くステップＳＰ１７４において全ての水平方向特徴リストについての処理が終了するまで、上述のステップＳＰ１７２及びＳＰ１７３の処理を繰り返す。

やがてステップＳＰ１７４において全ての水平方向特徴リストの処理が終了したと判断すると、水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１７５において、蹴込面Ｘ４についての平面特徴量の水平間隔から蹴込面Ｘ４の範囲Ｘ２４を求めて、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

続いて水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１７６において、上述のステップＳＰ１７２及びＳＰ１７３において求めた境界線の水平方向の間隔から蹴込面Ｘ４の段幅Ｘ２５を求めて、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

続いて水平走査特徴量抽出部４６は、ステップＳＰ１７７において、上述のステップＳＰ１７２において測定した壁ラインＷ２２に基づいて壁面Ｘ１があることに基づいて、これを移動体１が進入できない進入不可能領域として求めて、水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積する。

かくして水平走査特徴量抽出部４６は、当該水平走査による蹴込面特徴量の算出処理手順ＲＴ２５の処理をステップＳＰ１７８において終了する。

以上の構成によれば、外界認識装置９は、階段ＫＤ３を構成する蹴込面Ｘ４に基づいて、移動体１が進入して良い蹴込面Ｘ４の範囲と、進入してはならない壁面Ｘ１及び断崖Ｘ２とを、安全かつ確実に測定することができる。

(６−７)時系列走査による外界確認処理手順
外界認識装置９のＣＰＵ１３は、時系列走査外界確認部４７によって、図５１に示す「階段上昇時の踏み場確認処理手順」ＲＴ３１を実行させることにより、移動体１の本体駆動部１５を図５２に示すような「前脚階段上昇動作処理手順」ＲＴ３２を実行させることにより、移動体１を図５３に示す上り階段ＫＤＹを上るように駆動制御する。

図５３の移動体の動作は、移動体１が１段目の踏み面（Ｙ１）、２段目の踏み面（Ｙ２）及び３段目の踊り場（Ｙ３）を有する上り階段ＫＤＹを上る動作の一部として、時系列走査外界確認部４７によって１段目の踏み面１（Ｙ１）に左前脚４Ｌ及び右前脚４Ｒの脚車輪３Ｊを着地させる動作について例示したものである。

図５３の場合、移動体本体１Ｘは、図５３（Ａ）に示すように、上り階段ＫＤＹの正面に正対して静止した状態（両方の前脚が同じ高さにある状態）において、正面の踏み面である第１段目の踏み面１（Ｙ１）を円錐走査検出光ＤＥＴによって確認している状態から移動動作を開始する。

移動体１はまず図５３（Ｂ）に示すように、左前脚４Ｌの踏み場予定場所を円錐走査検出光ＤＥＴによって視準して確認したとき、左前脚４Ｌを本体の位置姿勢を変えずに上げるような動作をする。

続いて移動体１は図５３（Ｃ）に示すように、左前脚４Ｌの脚車輪Ｊ３が第１段踏み面１（Ｙ１）の段鼻を十分に越えるように、本体の位置姿勢を少し上向きに変えながら左前脚４Ｌをさらに上げる。

このとき本体の位置姿勢が上向きに変わるために、左前脚４Ｌの踏み場予定場所への視準がずれて、第１段踏み面Ｙ１の前方にある境界線にまで円錐走査検出光ＤＥＴの照射位置がずれる。

このとき図５３（Ｄ）に示すように、移動体１の移動環境検出器３が円錐走査検出光ＤＥＴの視準方向を左前脚４Ｌの踏み場予定場所に視準し直して確認をする。

当該確認後、図５３（Ｅ）に示すように、移動体１は左前脚４Ｌを踏み場予定場所に着地させるが、このとき本体の位置姿勢が変わる。

この状態において、移動体１の移動環境検出器３が円錐走査検出光ＤＥＴを右前脚踏み場予定場所に視準し直し、これを確認する。

続いて移動環境検出器３は、図５３（Ｆ）に示すように、円錐走査検出光ＤＥＴを右前脚４Ｒの踏み場予定場所に視準してこれを確認した後、移動体１は本体の位置姿勢を変えずに右前脚４Ｒを上げる。

続いて移動体１は図５３（Ｇ）に示すように、本体の位置姿勢を少し上向きに変えて右前脚４Ｒをさらに上げることにより、右前脚４Ｒの脚車輪Ｊ３が１段目の踏み面Ｙ１の段鼻を確実に越えるように動作させる。

このとき右前脚の踏み場予定場所に視準していた円錐走査検出光ＤＥＴの視準がずれて当該１段目の踏み面１（Ｙ１）の前方の境界線を照射する状態になる。

続いて移動環境検出器３は、図５３（Ｈ）に示すように、円錐走査検出光ＤＥＴの視準方向を視準し直したうえ、右前脚４Ｒの踏み場予定場所を確認する。

当該確認をした後移動体１は、図５３（Ｉ）に示すように、右前脚４Ｒを踏み場予定場所に着地させ、このとき本体の位置姿勢が変わって円錐走査検出光ＤＥＴを照射する状態になる。

時系列走査外界確認部４７は、階段上昇時の踏み場確認処理手順ＲＴ３１に入ると、まずステップＳＰ２０１において階段情報及び踏み場情報をデータ入力手段１１によってユーザが入力することにより読み込む。

図５３（Ｉ）の状態は、移動体１が左及び右前脚を１段目の踏み面１（Ｙ１）に着地させた状態で、円錐走査検出光ＤＥＴを正面の踏み面である２段目の踏み面２（Ｙ２）を視準することにより、当該踏み面２（Ｙ２）を確認した状態になる。

従って移動体１は更に上り階段ＫＤＹを上昇する場合は、当該２段目の踏み面２（Ｙ２）について、図５３（Ｂ）〜（Ｉ）の動作を繰り返す。

かくして移動体１は図５３（Ａ）〜（Ｉ）の動作を順次行うことにより、左及び右前脚４Ｌ及び４Ｒを１段目の踏み面１（Ｙ１）の踏み場予定位置に着地させ、これにより両前脚を予定の踏み場場所に置くような移動動作を行うことができる。

かかる図５３（Ａ）〜（Ｉ）の移動体１の動作は、時系列走査外界確認部４７が、図５１の「階段上昇時の踏み場確認処理手順」ＲＴ３１を実行すると共に、これに応動するように、本体駆動部１５が図５２の「前脚階段上昇動作手順」ＲＴ３２を実行することにより移動体１を駆動することにより行われる。

このステップＳＰ２０１において時系列走査外界確認部４７が読み込んだ情報は、移動体１が上昇しようとする上り階段ＫＤＹの構造及び移動体１の左及び右前脚４Ｌ及び４Ｒ（並びに左及び右後脚５Ｌ及び５Ｒ）が歩行すべき踏み場の指定を受けたことを意味し、かくして外界認識装置９の時系列走査外界確認部４７は指定を受けた踏み場について、左及び右前脚４Ｌ及び４Ｒ（並びに左及び右後脚５Ｌ及び５Ｒ）を指定どおりに動作したことを確認しながら移動体１を移動させて行く。

このようにして時系列走査外界確認部４７がステップＳＰ２０１において階段情報を取得したとき、本体駆動部１５は、図５２の「前脚階段上昇動作処理」ＲＴ３２に入って、ステップＳＰ２１１において、上り階段ＫＤＹの正面で待機した状態になる（図５３（Ａ））。

この状態において、時系列走査外界確認部４７は、ステップＳＰ２０２に移って、データ入力手段１１によるユーザからの入力操作に応じて、円錐走査距離測定のための円錐走査検出光ＤＥＴの円錐半頂角を設定すると共に、円錐走査検出光ＤＥＴの視準方向Ｚを左前脚４Ｌの踏み場予定場所に設定する（図５３（Ｂ））。

続いて時系列走査外界確認部４７はステップＳＰ２０３において円錐走査検出光ＤＥＴの交円ＴＲからの戻り光に基づいて円錐走査距離の測定を行うとともに、ステップＳＰ２０４において交円特徴量の抽出を行った後、ステップＳＰ２０５において踏み場の認識を実行する。

このステップＳＰ２０５における踏み場の認識は、移動体１が左前脚４Ｌを着地させようとする踏み場予定場所（図５３（Ｂ））についての踏み場情報として、円錐走査検出光ＤＥＴが照射している踏み面１（Ｙ１）の位置、姿勢及び範囲を認識する。

続いて時系列走査外界確認部４７は、次のステップＳＰ２０６に移って、ステップＳＰ２０５において認識した踏み場情報において境界線を検出したか否かの判断をし、否定結果が得られたとき、このことは円錐走査検出光ＤＥＴが正しく踏み面を視準していることを意味するので、ステップＳＰ２０７に移って踏み場確認情報を移動体１の本体駆動部１５に通報する。

この実施の形態の場合、上述のステップＳＰ２０２〜ＳＰ２０６における情報の取得処理は、垂直走査特徴量抽出部４５及び水平走査特徴量抽出部４６の処理動作に基づいて垂直走査測定対象特徴メモリ５０及び水平走査測定対象特徴メモリ５１に蓄積した情報に基づいて実行され、かくして時系列走査外界確認部４７の処理結果は外界確認データメモリ５２に蓄積される。

このような時系列走査外界確認部４７の確認情報の取得処理と平行して、移動体１の本体駆動部１５は、前脚階段上昇動作処理手順ＲＴ３２の左前脚上昇動作サブルーチンＲＴ３２ＡのステップＳＰ２１２において、左前脚４Ｌの踏み場確認要求を時系列走査外界確認部４７に発信して、ステップＳＰ２１３において時系列走査外界確認部４７から踏み場確認情報の通報（ステップＳＰ２０７）が得られるのを待ち受ける状態になる。

かくして本体駆動部１５は、図５３（Ｂ）において円錐走査検出光ＤＥＴが左前脚４Ｌの踏み場を視準照射している状態で踏み場の確認を待ち受けた状態にあるのに対して、時系列走査外界確認部４７がステップＳＰ２０７において踏み場確認情報の通報をしたとき、本体駆動部１５はステップＳＰ２１３において肯定結果が得られることにより、次のステップＳＰ２１４に移る。

このステップＳＰ２１４において、本体駆動部１５は移動体１の左前脚４Ｌを上げる動作をした後、ステップＳＰ２１５に移って踏み場の確認を待ち受ける状態になる。

この左前脚を上げる動作は、まず図５３（Ｂ）について上述したように本体の位置姿勢を変えずに左前脚を挙げた後、図５３（Ｃ）について上述したように本体の位置姿勢を少し上向きに変えることにより、左前脚４Ｌをさらに上げる動作を含んでいる。

従って図５３（Ｃ）のように本体の位置姿勢が変わったために円錐走査検出光ＤＥＴの視準方向が前方にずれて、２段目の踏み目２（Ｙ２）の段鼻を照射する位置にずれると、時系列走査外界確認部４７は当該段鼻の境界線を検出することによりステップＳＰ２０６において肯定結果を得て、上述のステップＳＰ２０２に戻る。

このとき時系列走査外界確認部４７は、円錐走査検出光ＤＥＴを左前脚４Ｌの踏み場と指定位置に戻す再設定動作をした後、ステップＳＰ２０３〜ＳＰ２０６のループの処理を繰り返す。

このとき時系列走査外界確認部４７は、円錐走査検出光ＤＥＴを境界線を検出しない踏み面１（Ｙ１）に視準方向を修正したので（図５３（Ｄ））、ステップＳＰ２０６において否定結果を得て、ステップＳＰ２０７において本体駆動部１５に対する踏み場確認情報の通報を行うと共に、ステップＳＰ２０８において踏み場の確認をし、否定結果が得られたとき上述のステップＳＰ２０３に戻ってステップＳＰ２０３〜ＳＰ２０８の処理を繰り返す。

このとき、本体駆動部１５は、時系列走査外界確認部４７からの通報に応動して、ステップＳＰ２１５において踏み場の確認ができたと判断してステップＳＰ２１６に移って移動体１の本体を下向き方向に位置姿勢を変えることにより、左前脚を踏み面１（Ｙ１）に着地させる（図５３（Ｅ））。

かくして本体駆動部１５は踏み面１（Ｙ１）の指定された踏み場位置に左前脚４Ｌを着地させたことにより、次のステップＳＰ２１７において左前脚４Ｌの踏み場確認処理を終了し、これにより、左前脚上昇動作サブルーチンＲＴ３２Ａの処理を終了して、続いて右前脚上昇動作サブルーチンＲＴ３２Ｂの処理に入る。

本体駆動部１５は、右前脚上昇動作サブルーチンＲＴ３２Ｂに入ると、先ずステップＳＰ２１８において右前脚４Ｒの踏み場確認要求を時系列走査外界確認部４７に送る。

このとき時系列走査外界確認部４７は、ステップＳＰ２１０において全ての踏み場の確認が終了していないことに基づいてステップＳＰ２０２に戻って、右前脚４Ｒの踏み場の確認について、円錐走査距離測定のための円錐半頂角及び視準方向の設定を行い、当該右前脚４Ｒの踏み場である踏み面１（Ｙ１）についてステップＳＰ２０３において円錐走査距離測定動作をし、ステップＳＰ２０４において交円特徴量の抽出処理をし、ステップＳＰ２０５において踏み場の認識処理をすることにより踏み場情報として右前脚４Ｒの位置、踏み面１（Ｙ１）の姿勢、踏み面の範囲を認識する。

続いて時系列走査外界確認部４７は、次のステップＳＰ２０６において境界線を検出したか否かの判断をするが、このとき設定された円錐走査検出光ＤＥＴは踏み面１（Ｙ１）の平面に交円を照射しているので否定結果が得られることにより、ステップＳＰ２０７において踏み場確認情報の通報を本体駆動部１５に送る。

このとき本体駆動部１５はステップＳＰ２１９において踏み場情報の確認得たことにより、ステップＳＰ２２０に移って右前脚４Ｒを上げる動作をする。

このとき本体駆動部１５は図５３（Ｆ）について上述したように、本体の位置姿勢を変えずに右前脚４Ｒを上げた後、図５３（Ｇ）について上述したように本体の位置姿勢を上向きに変えた状態で右前脚４Ｒをさらに上げる。

このとき円錐走査検出光ＤＥＴの視準方向が右前脚４Ｒの踏み場予定場所から前方にずれて２段目の踏み面２（Ｙ２）の段鼻を照射する状態になる。

このとき踏み場情報として、２段目の踏み面２（Ｙ２）の段鼻ラインについての境界線を抽出する状態になるので、時系列走査外界確認部４７は、上述のステップＳＰ２０２に戻って円錐走査検出光ＤＥＴの視準方向の再設定を行う。

時系列走査外界確認部４７は、当該再設定された視準方向についてステップＳＰ２０３において円錐走査距離測定を行うと共に、ステップＳＰ２０４において交円特徴量の抽出をした後ステップＳＰ２０５において踏み場の認識処理を行う。

このとき円錐走査検出光ＤＥＴは踏み面２（Ｙ２）の平面を照射しているので、時系列走査外界確認部４７は、ステップＳＰ２０６において否定結果を得ることによりステップＳＰ２０７において踏み場確認情報の通報を本体駆動部１５に送る。

また本体駆動部１５はステップＳＰ２２１において、図５３（Ｈ）について上述したように、円錐走査検出光ＤＥＴの視準方向の修正がなされた状態において右前脚４Ｒの踏み場予定場所を視準できたことを確認できることにより、ステップＳＰ２２２に移って図５３（Ｉ）について上述したように本体の位置姿勢を変えながら右前脚を踏み面１（Ｙ１）に着地する。

かくして本体駆動部１５は右前脚上昇動作サブルーチンＲＴ３２Ｂの処理を終了したことにより当該前脚階段上昇動作処理手順ＲＴ３２の処理をステップＳＰ２２４において終了する。

これと共に、時系列走査外界確認部４７は、本体駆動部１５の右前脚上昇動作サブルーチンＲＴ３２Ｂについての踏み場の確認をステップＳＰ２０８において終了すると共に、ステップＳＰ２０９において左前脚４Ｌ及び右前脚４Ｒの全ての踏み場の確認処理を終了したことにより、ステップＳＰ２１０において階段上昇時の踏み場確認処理手順ＲＴ３１の処理を終了する。

図５１〜図５３の構成において、時系列走査外界確認部４７は、移動体１の移動環境検出器３から投射される円錐走査検出光ＤＥＴに基づいて、この交円特徴量に基づいて照射した上り階段の踏み場を時間の経過に従って順次検出することにより、ユーザによって指定された踏み場を移動体１の前脚がその着地に至るまでの動作を確認しながら本体駆動部１５を駆動制御することにより、時間の経過に従って移動体１の本体の位置や姿勢が例え変わったとしても、その変化に対応して前脚を予定した踏み場に順次着地させて行くことにより、移動体１を安全かつ確実に上り階段ＫＤＹを上って行かせるようにすることができる。

（７）他の実施の形態
（７−１）上述の実施の形態においては、移動体１の脚車輪Ｊ３は平面でなる踏み面を確認しながら移動体１を移動させる場合について述べたが、踏み面の形状はこれに限らず、円筒面や球面であってもよく、この場合安全に整合するような特徴量を設定すれば、上述の場合と同様の効果を得ることができる。

（７−２）図５１〜図５３の実施の形態においては、移動体１の前脚の階段上昇動作について述べたが、後脚の上昇動作についても同様に、時系列走査外界確認部４７と移動駆動部１５との対応動作によって安全かつ確実に行わせることができる。

また下り階段を下る場合にも、特徴量の抽出の仕方を下り階段に対応させることにより、同じようにして安全かつ確実に移動体１を下らせることができる。

（７−３）上述の実施の形態においては、距離データメモリ３５の円錐走査距離データメモリ３５Ａに蓄積された距離データ（α、Ｌ）を用いて処理対象データ（α−Ｌ）を得て認識対象の特徴量の演算処理をする場合について述べたが、これに代え、距離画像データメモリ３６Ｂの画像データ（ｉ、ｊ、Ｌ）を用いた場合も同様にして特徴量の演算処理をすることができる。

本発明は移動体を円錐走査式検出光によって検出しながら移動させる場合に利用できる。

１……移動体、２……移動体本体、３……移動環境検出器、４Ｌ、４Ｒ……左及び右前脚、５Ｌ、５Ｒ……左及び右後脚、６……床面、７……階段、８……踏み面、８Ａ……段鼻、８Ｂ……平面、８Ｃ……蹴込、９……外界認識装置、１０……断崖、１１……データ入力手段、１２……バス、１３……システム制御用中央処理ユニット、１４……プログラムＲＯＭ・動作ＲＡＭ、１５……本体駆動部、１９……蹴込面、２１……水平走査機構、２５……垂直走査機構、２７……距離測定器、３１……円錐走査式距離測定部、３１Ａ……三次元距離データメモリ（θ、φ、Ｌ）、３２……円錐走査制御部、３３……水平垂直走査部、３４……距離検出部、３５……距離データメモリ、３５Ａ……円錐走査距離データメモリ（α、Ｌ）、３６……距離画像測定部、３６Ｂ……距離画像データメモリ（ｉ、ｊ、Ｌ）、ＫＤ１……上り階段、Ｅ１、Ｅ２…蹴込、Ｆ１、Ｆ２……蹴込面、Ｇ１、Ｇ２……段鼻、ＴＲ、ＴＲ０、ＴＲ１〜ＴＲ３……交円、ＫＤ２……下り階段、Ｌ０……床面、Ｌ１……踊り場、Ｍ１、Ｍ２……段鼻、Ｎ１、Ｎ２……踏み面、４１……交円特徴量算出部、４２……交円特徴量メモリ、４５……垂直走査特徴量抽出部、４６……水平走査特徴量抽出部、４７……時系列走査外界確認部、５０……垂直走査測定対象特徴メモリ、５１……水平走査測定対象特徴メモリ、５２……外界確認データメモリ。

Claims

測定対象に対して、センサ原点から視準方向を中心として円錐面に沿う方向に走査する円錐走査検出光を投射し、当該円錐走査検出光と上記測定対象の表面との交円から反射して来る上記円錐走査検出光を受光して上記センサ原点から上記測定対象までの距離を測定する移動環境検出手段と、
上記移動環境検出手段が測定した距離測定データに基づいて上記交円の特徴量を算出する特徴量算出手段と、
上記交円の特徴量によって上記測定対象表面の形状を求める形状判定手段と
を具えることを特徴とする移動環境認識装置。
上記移動環境検出手段によって測定した上記距離測定データを、上記円錐走査検出光の円錐走査回転角度に対応させて記憶する距離画像データメモリを有し、上記特徴量算出手段は、上記円錐走査回転角度の回転方向に対する上記距離測定データの変化の仕方に基づいて上記特徴量を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の移動環境認識装置。
上記移動環境検出手段は、上記円錐走査検出光の上記視準方向を走査させ、上記形状判定手段は、当該走査によって上記距離測定データに生ずる変化に応じて上記測定対象表面の形状を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の移動環境認識装置。
上記移動環境検出手段は、上記円錐走査検出光の上記視準方向を上記測定対象に対して垂直方向に走査させることにより上記特徴量算出手段が平面特徴量を検出したとき、当該平面特徴量を検出した上記測定対象の部分について、上記円錐走査検出光の上記視準方向を水平方向に走査させることにより上記形状判定手段が当該測定対象部分の境界ラインを求める
ことを特徴とする請求項１に記載の移動環境認識装置。
測定対象に対して、センサ原点から視準方向を中心として円錐面に沿う方向に走査する円錐走査検出光を投射し、当該円錐走査検出光と上記測定対象の表面との交円から反射して来る上記円錐走査検出光を受光して上記センサ原点から上記測定対象までの距離を測定する移動環境検出手段と、
上記移動環境検出手段が測定した距離測定データに基づいて上記交円の特徴量を算出する特徴量算出手段と、
上記交円の特徴量によって上記測定対象表面の形状を求める形状判定手段と
を具えることを特徴とする移動環境認識方法。
測定対象に対して、センサ原点から視準方向を中心として円錐面に沿う方向に走査する円錐走査検出光を投射し、当該円錐走査検出光と上記測定対象の表面との交円から反射して来る上記円錐走査検出光を受光して上記センサ原点から上記測定対象までの距離を測定する移動環境検出手段と、
上記移動環境検出手段が測定した距離測定データに基づいて上記交円の特徴量を算出する特徴量算出手段と、
上記交円の特徴量によって上記測定対象表面の形状を求める形状判定手段と
を搭載し、上記形状判定手段の判定結果に基づいて移動動作を制御する
ことを特徴とする移動体。