JP2013130911A - 位置特定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な方法によって移動体の自己位置を算出すること。
【解決手段】位置特定装置１００は、制御信号に基づいて第１及び第２の出力方法で出力を行う表示装置２と、制御信号を生成して前記表示装置に送信する制御部１２と、表示装置２による第１及び第２の出力を取得する入力部１１と、表示装置２を含む周囲の環境を地図情報として記憶する地図情報記憶部１４と、を有する移動体１と、を備える。移動体１は、入力部１１が表示装置２による第１の出力を取得することで、表示装置２の存在を認識及び／又は存在する方向の識別を行い、制御部１２は表示装置２に第２の出力方法で出力させ、入力部１１が表示装置２による第２の出力を取得することで表示装置２から移動体１までの相対位置を算出し、算出された相対位置と、地図情報記憶部１４が有する地図情報に基づいて、移動体１の位置を特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体の位置特定装置に関する。

近年、周囲の環境を認識し、自走する移動体の開発が進められている。例えば移動体は、移動体に搭載した視覚センサーにより周囲の環境内に配置された２次元マーカーを認識し、その結果をあらかじめ用意した環境データと照合することにより自己位置を推定して走行する。

特許文献１には、幾何学形状の組み合わせ及び／又は色の組み合わせを用いてパターン化情報を表記する情報表示部材について記載されている。これによると、パターン化情報を撮像することにより、情報表示部材との間の距離を測定する。

特許文献２には、未知空間に置いて自己位置を取得する無人車両について記載されている。無人車両は、搭載したステレオカメラを用いて撮影した画像から、ドア、コーナー、照明、換気口を認識し、これをランドマークとみなす。

特許文献３には、位置検出手段があらかじめ記憶された天井面を検出した画像と、撮影装置を用いて撮影した画像から抽出した天井面の画像とを比較して、位置を検出する移動体が記載されている。

特許文献４には、映写装置により指示対象物に投影された映像パターンを、画像取得部により取得する自走式ロボットについて記載されている。自走式ロボットは、取得した映像パターンに基づいて、指示対象物を特定する。

特許文献５には、複数のパーティクルに基づいて、自己位置を推定する移動体の位置推定方法について記載されている。

特開２００１−１１８１８７号公報 特開２０１１−０３９９６８号公報 特開２００４−１３３５６７号公報 特開２００９−１２９０５８号公報 特開２０１０−２２４７５５号公報

移動体に搭載した視覚センサーによる計測結果と、事前に用意した環境データとを照合することにより行う自己位置推定では、以前の推定自己位置と駆動系から出力される移動量から得られる位置の周囲にいることを前提としているため、車輪のスリップや、環境変化による自己位置誤差により、自己位置を見失う（ロスト）問題が発生する場合がある。このようなロストが発生した場合や、部屋の模様替えを行う場合などには、マーカーを認識しやすい位置にランドマークを再設置、再設定する必要がある。

本発明に係る位置特定装置は、制御信号に基づいて第１及び第２の出力方法で出力を行う表示装置と、前記制御信号を生成して前記表示装置に送信する制御部と、前記表示装置による第１及び第２の出力を取得する入力部と、前記表示装置を含む周囲の環境を地図情報として記憶する地図情報記憶部と、を有する移動体と、を備える位置特定装置であって、前記移動体は、前記入力部が前記表示装置による第１の出力を取得することで、前記表示装置の存在を認識及び／又は存在する方向の識別を行い、前記制御部は前記表示装置に第２の出力方法で出力させ、前記入力部が前記表示装置による第２の出力を取得することで前記表示装置から前記移動体までの相対位置を算出し、算出された相対位置と、前記地図情報記憶部が有する地図情報に基づいて、前記移動体の位置を特定する。
これにより、ロストが発生した場合や部屋の模様替えによる、ランドマークの再設置、再設定の手間を省くことができる。

簡便な方法によって、移動体の自己位置を算出することができる。

実施の形態１にかかる位置特定装置の構成図である。 実施の形態１にかかる移動体と表示装置の位置関係を示す図である。 実施の形態１にかかる表示装置により表示されたマーカーの一例を示す図である。 実施の形態１にかかる移動体の位置を特定するフローチャートである。 実施の形態２にかかる位置特定装置の構成図である。 実施の形態２にかかる移動体の位置を特定するフローチャートである。 実施の形態３にかかる位置特定装置の構成図である。 実施の形態３にかかる移動体の位置を特定するフローチャートである。 実施の形態４にかかる表示装置からの視界を表した図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、位置特定装置１００の構成を示した図である。位置特定装置１００は、移動体１と表示装置２を備える。また図２は、移動体１と表示装置２が室内に存在している場合の一例である。

移動体１は、入力部１１と、制御部１２と、演算部１３と、地図情報記憶部１４と、駆動部１５と、を備える。

入力部１１は、映像入力部１１ａを備える。映像入力部１１ａは、制御部１２による制御に基づいて、移動体１の周囲の環境を撮影する。言い換えると、映像入力部１１ａは周囲の環境の映像を入力する。例えば映像入力部１１ａは、ステレオカメラである。また映像入力部１１ａは、表示装置２に表示された特定の映像を撮影する。図２において、映像入力部１１ａが表示装置２を撮影する場合の撮影領域が破線で示されている。

制御部１２は、表示装置２に表示させる映像の種類を制御する。例えば、制御部１２から表示装置２に制御信号を送信することで、表示装置２に記憶された映像を表示する制御を行う。また制御部１２は、演算部１３による演算結果に基づいて駆動部１５を駆動させ、移動体１の動作を制御する。

演算部１３は、映像入力部１１ａにより取得された画像を処理することで、移動体１の位置を推定する。より具体的には演算部１３は、表示装置２に表示された特定の映像に基づいて、移動体１と表示装置２との相対位置ｐ１を算出する。さらに演算部１３は、表示装置２から見た移動体１の相対位置ｐ１と、地図情報記憶部１４に記憶された地図情報に含まれる、表示装置２から基準位置までの相対的な位置情報ｐ２に基づいて、基準位置から移動体１までの相対位置から地図上の自己位置ｐ３を算出する。なお基準位置は、例えばあらかじめ定めた部屋の１つのコーナーの部分と定める。

地図情報記憶部１４は、移動体１の周囲の環境情報を地図情報としてあらかじめ記憶する。例えば地図情報記憶部１４は、基準位置と、表示装置２の位置と、部屋の中にある家具の位置の情報を記憶する。

駆動部１５は、移動体１の下部に設けられた車輪を駆動させる。典型的には駆動部１５は、制御部１２から与えられた制御信号に基づいて駆動するモータである。駆動部１５が駆動することにより車輪が動作し、移動体１が移動する。

表示装置２は、移動体１の制御部１２から送信された制御信号に基づいて、第１の出力方法で出力を行う。ここでは表示装置２は、第１の出力方法として第１の映像２１を表示する。さらに表示装置２は、制御部１２による指示に基づき、第２の出力方法で出力を行う。ここでは表示装置２は第２の出力方法として、第２の映像２２を表示する。第２の映像２２はマーカーである。図３は、表示装置２が表示する第２の映像の一例である。典型的には表示装置２は、テレビやデジタルフォトスタンドなどの汎用表示機器である。なお、ここでは表示装置２は部屋内に１台のみが存在するものとして説明する。

次に、位置特定装置１００の動作について説明する。図４は、移動体１の位置を特定するためのフローチャートである。

移動体１が移動状態である場合には移動を停止する。その後、制御部１２で生成した制御信号を表示装置２に送信することにより、表示装置２に第１の映像２１を表示させる（ステップＳ１１）。

移動体１は、映像入力部１１ａを用いて周囲の映像を撮影する（ステップＳ１２）。

移動体１は、映像入力部１１ａを用いて撮影した画像の中に、表示装置２に表示させた第１の映像２１が含まれているか否かを確認する（ステップＳ１３）。例えば演算部１３は、映像入力部１１ａを用いて撮影した映像についてパターンマッチングや画像の相関の演算を行い、制御部１２が表示装置２に表示させている画像が含まれているか否かを判定する。

映像入力部１１ａを用いて撮影した画像の中に、表示装置２に表示させた第１の映像２１が含まれていない場合には（ステップＳ１３で含まれない）、制御部１２は映像入力部１１ａを旋回させ、移動体１を移動させる（ステップＳ１４）。より具体的には、制御部１２が映像入力部１１ａを旋回させ、移動体１の周囲を全て探索し終えたときに、表示装置２に表示された第１の映像２１が見つからない場合には、制御部１２は移動体１を移動させる。その後ステップＳ１２に戻り、処理を繰り返す。なお、映像入力部１１ａを用いて撮影した画像の中に、表示装置２の一部が含まれていれば、移動体１は表示装置２の探索を終了する。例えば、表示装置２が物陰に隠れており、表示装置２に表示させた第１の映像２１の一部分のみが映像入力部１１ａによる撮影で確認できる場合であっても、探索を終了する。

映像入力部１１ａを用いて撮影した画像の中に、表示装置２に表示させた第１の映像２１が含まれていた場合には（ステップＳ１４で含まれる）、制御部１２は、表示装置２に第２の映像２２を表示させる（ステップＳ１５）。このとき移動体１から表示装置２の一部のみが見えている場合には、制御部１２は、表示装置２が見えている範囲に第２の映像２２の全体が表示されるよう制御する。

移動体１は、映像入力部１１ａで撮影した画像を取り込む（ステップＳ１６）。

演算部１３は、表示装置２に第２の映像２２が表示された状態を撮影した画像から、表示装置２から移動体１の相対位置ｐ１を推定する（ステップＳ１７）。例えば演算部１３は、映像入力部１１ａがステレオカメラであれば、表示装置２に表示された第２の映像２２に対する２つのカメラの視差を利用して、相対位置ｐ１を推定する。

演算部１３は、表示装置２からの相対位置ｐ１と、地図情報記憶部１４に記憶されている表示装置２の位置情報ｐ２に基づいて、移動体１の自己位置ｐ３を推定する（ステップＳ１８）。

これにより移動体１は、表示装置２に第１の映像２１が表示されているのを認識することで、表示装置２がランドマークであると識別することができる。さらに移動体１は、識別した表示装置２に第２の映像２２を表示させることで、表示装置２と移動体１の相対位置を算出する。これにより、移動体１が自己位置を見失った状態となった場合であっても、簡便な方法で、移動体１の自己位置を特定することができる。そのため、移動体の状態を初期化して、初期位置から再起動させるという手間が無くなる。また部屋の模様替えなどを行う際にも、テレビ等をランドマークとして使用することができるため、ユニークなランドマークを設置し直す必要がない。

実施の形態２
図５は、位置特定装置２００の構成図である。位置特定装置２００は、１つの移動体１と複数の表示装置２を備える。以下、実施の形態１に示した位置特定装置１００と同様の機能を有する構成物品については同一の符号を付し、説明を省略する。

表示装置２は、移動体１の制御部１２から送信された制御信号に基づいて、映像を表示する。複数の表示装置２を、それぞれ表示装置２ａ、表示装置２ｂ、表示装置２ｃとする。なお、設置される表示装置２の個数はこれらに限られない。

次に、位置特定装置２００の動作について説明する。図６は、移動体１の位置を特定するためのフローチャートである。

移動体１が移動状態である場合には移動を停止する。その後、制御部１２で生成した制御信号を表示装置２に送信することにより、表示装置２ａ、２ｂ、２ｃに、それぞれ第１の映像２１ａ、２１ｂ、２１ｃを表示させる（ステップＳ２１）。

移動体１は、映像入力部１１ａを用いて周囲の映像を撮影する（ステップＳ２２）。

移動体１は、映像入力部１１ａを用いて撮影した画像の中に、表示装置２ａ、２ｂ、２ｃに表示させた第１の映像２１が含まれているか否かを確認する（ステップＳ２３）。

映像入力部１１ａを用いて撮影した画像の中に、表示装置２ａ、２ｂ、２ｃに表示させた第１の映像２１ａ、２１ｂ、２１ｃが含まれていない場合には（ステップＳ２３で含まれない）、制御部１２は映像入力部１１ａを旋回させ、移動体１を移動させる（ステップＳ２４）。その後ステップＳ２２に戻り、処理を繰り返す。

映像入力部１１ａを用いて撮影した画像の中に、表示装置２ａ、２ｂ、２ｃに表示させた、いずれかの第１の映像２１ａ、２１ｂ、２１ｃが含まれていた場合には（ステップＳ２４で含まれる）、制御部１２は、表示装置２ａ、２ｂ、２ｃのうち、発見した表示装置に第２の映像２２を表示させる（ステップＳ２５）。

移動体１は、映像入力部１１ａで撮影した画像を取り込む（ステップＳ２６）。

演算部１３は、表示装置２に第２の映像２２が表示された状態を撮影した画像から、表示装置２から移動体１までの相対位置ｐ１を推定する（ステップＳ２７）。

演算部１３は、表示装置２からの相対位置ｐ１と、地図情報記憶部１４に記憶されている表示装置２の位置情報ｐ２に基づいて、移動体１の自己位置ｐ３を推定する（ステップＳ２８）。

このように複数台の表示装置２を利用することによって、映像入力部１１ａが表示装置２ａ、２ｂ、２ｃのうちの少なくとも１つを撮影する可能性が高まる。したがって、移動体１は表示装置２を発見しやすくなり、自己位置ｐ３の推定を短時間で行うことができる。

実施の形態３
図７は、位置特定装置３００の構成図である。位置特定装置３００は、移動体３と表示装置４を備える。以下、実施の形態１の位置特定装置１００及び実施の形態２の位置特定装置２００と同様の機能を有する構成物品については同一の符号を付し、説明を省略する。

移動体３は、入力部３１と、制御部３２と、演算部１３と、地図情報記憶部１４と、駆動部１５と、を備える。

入力部３１は、映像入力部１１ａと、音声入力部１１ｂと、を備える。
音声入力部１１ｂは、複数の音源入力部をアレイ状に並べたマイクである。典型的には音声入力部１１ｂは、音が複数のマイクに到達するときの時間差に基づいて、音源方向を特定する。

制御部３２は、制御信号を生成して表示装置４に送信し、表示装置４における特定の音声２３の出力や、第２の映像２２の出力を制御する。

表示装置４は、制御部３２から送信された制御信号に基づいて、第１の出力方法として特定の音声２３を出力する。さらに表示装置４は、第２の出力方法として、制御部３２から送信された制御信号に基づいて、第２の映像２２を表示する。

次に、位置特定装置３００の動作について説明する。図８は、移動体３の位置を特定するためのフローチャートである。

移動体３が移動状態である場合には移動を停止する。その後、制御部３２で生成した制御信号を表示装置４に送信することにより、表示装置４から音声２３を出力させる（ステップＳ３１）。

移動体３は、音声入力部１１ｂを用いて周囲の音声を取り込み、表示装置４から出力された音声２３を探索する（ステップＳ３２）。

移動体３は、表示装置４から出力された音声２３が見つからない場合には（ステップＳ３２でみつからない）、移動する（ステップＳ３３）。その後ステップＳ３２に戻り、移動体３は、移動先で表示装置４から出力された音声２３を再探索する。

制御部３２は、表示装置４から出力された音声２３が見つかった場合には（ステップＳ３２でみつかった）、映像入力部１１ａを音源方向に向ける（ステップＳ３４）。

制御部３２は、表示装置４に第２の映像２２を表示させる（ステップＳ３５）。

移動体３は、映像入力部１１ａで周囲を撮影し、撮影した画像を取り込む（ステップＳ３６）。

演算部１３は、周囲の映像内に第２の映像２２があるか否かを解析する（ステップＳ３７）。第２の映像２２が見つからない場合には（ステップＳ３７で見つからない）、移動体３は移動し、ステップＳ３６に戻る。

第２の映像２２が見つかった場合には（ステップＳ３７で見つかった）、演算部１３は、表示装置４から移動体３までの相対位置ｐ１を推定する（ステップＳ３８）。

演算部１３は、表示装置４からの相対位置ｐ１と、地図情報記憶部１４に記憶されている表示装置４の位置情報ｐ２に基づいて、移動体３の自己位置ｐ３を推定する（ステップＳ３９）。

このように音声を利用して表示装置４の存在する方向を識別し、相対位置ｐ１を探索することにより、音声を用いない場合に比べて、移動体３から表示装置４の探索を迅速に行うことができる。したがって音声を用いない場合に比べ、移動体３の位置の特定を短時間で行うことができる。

実施の形態４
実施の形態１及び実施の形態２に示した位置特定装置１００及び位置特定装置２００において、映像入力部１１ａが表示装置２を発見した後に、移動体１がマーカー認識を行うものとして説明したが、マーカー認識を行わずに表示装置２の見える範囲、あるいは、おおよその位置・向きｐ１から推測される位置ｐ３の周辺にパーティクルを撒くことで、自己位置ｐ３を収束させても良い。

ここでパーティクルとは、自己位置推定の手法（モンテカルロ法）において、自己位置である可能性のある向き情報付きの座標群を指す。この座標毎に、移動体１から見えている領域と、移動体１の持つ地図情報上の当該座標から見えるはずの環境との照合により、当該座標が自己位置である確率を算出し、全座標の算出した確率から、尤もらしい自己位置を推定する。

図９は、位置特定装置１００又は位置特定装置２００において、移動体１が表示装置２を発見できる位置１６と、発見できない位置１７を示した図である。言い換えると、図９は表示装置２の視界を表した図である。

移動体１は、表示装置２を発見した後、移動体１の持つ地図情報に基づいて表示装置２が発見できる位置１６にパーティクルを撒くことで、移動体１の自己位置ｐ３の推測を収束させることができる。

また移動体１は、回転を伴わずに旋回させて周囲の探索を行ったときに表示装置２を発見できない場合には、移動体１が有する地図上の表示装置２を発見できない位置１７にパーティクルを撒くことで、移動体１の自己位置ｐ３の推定を収束させることができる。

さらに、実施の形態３で示した位置特定装置３００にも、同様にパーティクルを使用することができる。この場合には位置特定装置３００では、音声を用いることによりおよその移動体３の位置が絞り込むことができるため、パーティクルを撒く範囲を更に絞り込むことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、映像入力部１１ａが撮影する画像は、動画と静止画のいずれであっても良い。基準位置は部屋の１つのコーナーの部分としたが、任意に定めた他の場所であっても良い。表示装置２及び表示装置４は、制御部１２からの制御信号に基づいて表示装置内に保存されている映像や音声を出力するのではなく、移動体から映像データや音声データを受信し出力するものであっても良い。実施の形態３において、１つの表示装置４が室内にあるものとして説明したが、複数の表示装置４が室内にあるものとして、複数の表示装置４のうちの１台のみが音声を発生させることや、各々の表示装置４から識別可能な音声を発生させることとしても良い。

１ 移動体
２ 表示装置
２ａ、２ｂ、２ｃ 表示装置
３ 移動体
４ 表示装置
１１ 入力部
１１ａ 映像入力部
１１ｂ 音声入力部
１２ 制御部
１３ 演算部
１４ 地図情報記憶部
１５ 駆動部
１６ 発見できる位置
１７ 発見できない位置
２１ 第１の映像
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 第１の映像
２２ 第２の映像
２３ 音声
３１ 入力部
３２ 制御部
１００ 位置特定装置
２００ 位置特定装置
３００ 位置特定装置

Claims (1)

1. 制御信号に基づいて第１及び第２の出力方法で出力を行う表示装置と、
   前記制御信号を生成して前記表示装置に送信する制御部と、
   前記表示装置による第１及び第２の出力を取得する入力部と、
   前記表示装置を含む周囲の環境を地図情報として記憶する地図情報記憶部と、
   を有する移動体と、
   を備える位置特定装置であって、
   前記移動体は、前記入力部が前記表示装置による第１の出力を取得することで、前記表示装置の存在を認識及び／又は存在する方向の識別を行い、前記制御部は前記表示装置に第２の出力方法で出力させ、前記入力部が前記表示装置による第２の出力を取得することで前記表示装置から前記移動体までの相対位置を算出し、算出された相対位置と、前記地図情報記憶部が有する地図情報に基づいて、前記移動体の位置を特定する、
   位置特定装置。

Images