JP2014078254A - 移動ロボット環境の同時局在化およびマッピング方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】誤り粒子が、局在化の粒子フィルタリングプロセス中に導入される。SLAMに維持された粒子に対する誤り粒子の重量をモニタすることは、ロボットが局在化していることの検証、および、それが最早局在化していないことの検出を提供する。他の実施例において、移動ロボット環境のセルベースのグリッドマッピングはさらに、それらのセルの占有確率における変化をモニタする。占有確率が変化するセルは動的であるとしてマークされ、このようなセルのマップへの更新は、それら個々の占有確率が安定化するまで停止され或いは修正される。
【選択図】図1
Description
局在化は、その環境内で、ロボット姿勢(位置及び角度)の規則的な更新を必要とする。これがなされる頻度は、更新操作の結果、どの程度頻繁にデータが処理されるかに依存して、システムパフォーマンス全体に影響する。計算負荷を最小とすることは、低コストハードウエア環境において効率的に機能することができる、SLAMシステムを提供するために重要である。
1)誤り位置および傾斜した粒子を、追跡粒子セットに導入することができる。後で、検証粒子としても言及される誤り粒子は、それらが、ロボットの位置および傾斜の現在の推定に追加のエラーを導入しないような方法で、選択されることができる。
2)通常、誤り粒子は低い重量を有し、これは、通常、ロボットの現在の位置を正確に表現する確率が低いことに相当している。もし誤り粒子が、一様に低くないがしかしむしろ低い重量と大きい重量の分布或いはある組合せである場合、これはロボットが非局在化されたことを暗示する。
3)もし、ロボットが非局在化されたらしいと決定された場合、その周辺のマップ内でのその位置の更新を、誤り粒子の重量が低い値のより均一な分布に戻るまで、停止しても良い。
SLAMスキームの元での局在化への典型的なアプローチは、以下のステップを含むことができる。
1)それぞれの粒子に対して:
a)理想的な移動モデル(例えば、走行距離計測法)を適用する。
b)エラーモデル分布から引き出された、位置および角度(x、y、θ)調整を適用する。
c)重量を計算するために、現在のマップに関して評価する。
2)計算された重量に比例する粒子を再サンプリングする。
非局在化の実際の決定は、誤り(検証)粒子の平均のインデックス値を調べることを含む、種々の方法で行うことができる。局在化条件において、殆どまたは全ての誤り粒子は、これらが最も低い重量を有するため、インデックスの底において比較的近接して存在している。局在化ケースにおいて、誤り粒子のインデックスを平均化することによって、誤りおよび非誤り粒子の両者を含む、全粒子セットのサイズに対する大きな数が生成される。
自身ロ周辺のマップを作成し且つ更新することに携わる、ロボットの前に立ちはだかる難問の一つは、その周辺内における静的および動的エレメントの潜在的な混合である。通常、殆どのロボットの周辺は固定されたままであることが期待される一方、ロボットは、人々、ペット等が動く環境内で機能するように準備されなければならない。
1)ロボットは、メモリ中に得えられるセルのグリッド空間内にその環境(マップ)の抽象的概念を作成することができ、ここでそれぞれのセルは、セル中の空間が空っぽであるかまたは占有されているかの相対的確率を示す数値を含んでいる。これらの値は、例えば、それぞれのセル内の初期状態値として127(即ち、スペクトルの中央の値)を有する、ゼロ(空)から254(占有)に及び得る。
2)最も都合よくはレーザ距離計である、空間センサがロボットの周辺を走査し、境界およびその他のオブジェクトまでの距離を測定することができる。このデータストリームは、セルが占有されているか空かをロボットが決定することができる基本情報を提供することができる。例えば、空間センサが壁までの距離を測定すると、ロボット生成マップ上の壁に沿ったその点に対応するセルが占有されている占有確率は増加するが、その一方で、ロボットと壁の間の測定ベクトルに沿った全てのセルに対する占有確率は減少する(何故なら、壁は検出される第1のオブジェクトであるから)。空間センサからの測定を繰り返すことによって、その確率はより確かとなることができる。
3)現在空であると特定されたセルが変化する占有確率を有している場合(即ち、突然占有されているとして現れる)、それはマップの潜在的な動的領域を意味する。
4)もしこのようなセルが検出されると、これらが動的である間、障害物を含む尤度に関して更新されないように、これらにマークを付けることができる。
マッピングと局在化の一部としてロボットの周辺を正確に描写するためには、空間データを生成しているセンサの方位を周辺形状の主表面に一致するように保持することが必要である。このことは、建物の中或いは同様の筐体内で作動するロボットに対して、2次元内で情報を収集するセンサが、好ましくは、その検出表面を床に平行に維持することを意味する。これは、その床が、そこを移動するロボットが利用可能な移動主表面を定義するからである。
一般的に、人々、ペットまたは人間によって動かされ或いは使用されているオブジェクトによって生成された動的領域は、マークすべき動的領域を提供し、この領域は通常、その足跡内に限定される。しかしながら、動的領域が比較的広い領域に沿って広がっている場合、これは、異なるシナリオを提供する場合がある。例えば、マップの境界領域が急にずれ、或いは、多くの可能な連続セルがアクティブとしてタグ付けされる方法でシフトした場合、ロボットが傾斜している可能性が大きい。このような場合、以前に記載した事例で示したように、空間センサの検出面が、ロボットに近い床の一部分が境界であると読めるように、傾斜している可能性がある。動的領域が人間、ペットまたは移動するオブジェクトによって生成されたものよりも、前者との相対的比率において大きい領域を含んでいることをロボットが特定すると、マップの更新が停止されることがある。
ハードウエアにおける傾斜の検出は、部品取りつけ表面の方位における変化を検出する加速度計または類似の部品を含むことができる。
Claims (25)
- a.移動ロボットと、
b.前記ロボットの動き制御するシステムと、を備え、当該制御するシステムは、
i.ロボットの物理環境を特定するデータを生成するデータ取得システムであって、ロボットの物理環境に対して好ましい動作方位を有するデータ取得システムと、
ii.前記データ取得システムに応答して、前記ロボットの物理環境と、当該物理環境内の前記データ取得システムの位置とをマップ化しまたはモデル化する、処理装置と、および
iii.前記データ取得システムが、ロボットの物理環境に関してその好ましい方位を失ったか否かを決定するセンサユニットと、を備え、
iv.前記処理装置は、前記データ取得システムがロボットの物理環境に対して好ましい動作方位を失ったと前記センサユニットが決定した場合、ロボットの物理環境をマップ化しまたはモデル化するために前記データ取得システムによって生成されたデータの使用を、前記センサユニットに応答して停止しまたは修正する装置を含む、移動ロボットシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、前記データ取得システムは、ロボットの動作環境における品目を特定するための距離測定装置を備える、移動ロボットシステム。
- 請求項2に記載のシステムにおいて、前記距離測定装置は、反射光によって距離を測定するために光を発射する、発光および受光装置を備える、移動ロボットシステム。
- 請求項2に記載のシステムにおいて、前記距離測定システムはレーザ距離計を含む、移動ロボットシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記センサユニットは加速度計を備える、移動ロボットシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記処理装置は前記移動ロボットから物理的に分離されており、前記移動ロボットと通信している、移動ロボットシステム。
- a.移動ロボットと、
b.前記ロボットの動きを制御するシステムと、を備え、当該制御するシステムは、
i.前記ロボットの物理環境を特定するためのデータを生成するデータ取得システムであって、前記ロボットの物理環境に関して好ましい動作方位を有する、データ取得システムと、および
ii.前記データ取得システムに応答し、前記ロボットの物理環境と、当該物理環境内の前記データ取得システムの位置とのマップを生成する処理装置と、を備え、
iii.前記処理装置は、閾値限界を超える前記マップの一部分が前記マップ中の1個またはそれ以上のエレメントの予め決められたシフトに対応する場合、前記データ取得システムによって生成されたデータに応答して、前記データ取得システムによって生成されたデータの使用を停止しまたは修正する、装置を備える、移動ロボットシステム。 - 請求項7に記載のシステムにおいて、前記データ取得システムは、前記ロボットの物理環境中の品目を特定するための距離測定装置を備える、移動ロボットシステム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記距離測定装置は、反射光に基づいて距離を測定するために光を発射する、発光および受光装置を備える、移動ロボットシステム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記距離測定装置はレーザ距離計を含む、移動ロボットシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記処理装置は前記移動ロボットから物理的に離れており、且つ、前記移動ロボットと通信する、移動ロボットシステム。
- a.デバイスの物理環境のマップを生成する装置であって、前記生成は、前記デバイスの位置の追跡と同時に或いは追跡の前の何れかに行われ、前記生成する装置は前記デバイスの位置の追跡と同時に或いは追跡の前の何れかに前記マップを更新する、マップを生成する装置と、および
b.前記マップ内の前記デバイスの現在の位置を、粒子を生成することによって決定する処理装置であって、前記粒子のそれぞれは前記物理環境内の前記デバイスの潜在的位置および/または方位を表し、前記粒子のデータセットは、前記物理環境内で前記デバイスの位置の変化を追跡するために繰り返して生成され且つ維持される、処理装置と、を備え、前記処理装置は、
i.それぞれの粒子に重量を割当てる装置であって、粒子の重量は、前記ロボットの位置を正確に表現する粒子尤度の他の粒子に対する相対値である、割当てる装置と、
ii.誤り粒子を導入する装置であって、前記誤り粒子のポテンシャル位置は、それらの粒子に割当てられた重量が前記(b)で記載された粒子の重量に対して一様に低くなるように選択されている、導入する装置と、および、
iii.かなりの数の誤り粒子が前記(b)で記載した粒子の重量に対して最早均一に低くはない重量を有する場合に、前記移動デバイスが非局在化されたか否かを決定するために、前記誤り粒子の重量と前記(b)で記載した粒子の重量とを比較する装置と、を備える、移動デバイス追跡システム。 - 請求項12に記載のシステムにおいて、前記誤り粒子は、前記移動デバイスの位置の現在の推定に追加のエラーの導入を避けるように選択されている、移動デバイス追跡システム。
- 請求項12に記載のシステムにおいて、前記移動デバイスはロボットである、移動デバイス追跡システム。
- 請求項12に記載のシステムにおいて、前記非局在化の決定は、前記誤り粒子の平均重量または重量の中央値を、繰り返して計算しモニタすることを含む、移動デバイス追跡システム。
- 移動デバイスの物理環境のマップの動的領域を特定し且つマーキングするためのシステムであって、
a.前記移動デバイスの物理環境を特定するデータを生成するデータ取得システムと、および
b.前記デバイス取得システムに応答して、前記移動デバイスの物理環境と当該物理環境内の前記デバイス取得システムの位置とを、セルベースのグリッド内にマップし或いはモデル化するための処理装置であって、前記セルベースのグリッド内のセルは、1つのセルに相当する物理空間がオブジェクトによって占有されているかまたは空の空間を含んでいるかについての確実性を示す確率が割当てられている、処理装置と、を備え、
c.前記処理装置は、
i.前記データ取得システムによって生成されたデータから前記グリッドマップ内のそれぞれのセルに確率を割り当て且つ更新し、
ii.セルの占有確率における変化が、現在空であると特定されているセルが占有されるようになったことを示すか、或いは、現在占有されていると特定されているセルが空になったことを示すか、を決定し、さらに
iii.前記確率が変化する間に、障害物を含むか否かのセルの確率について更新されないように、これらのセルにマークを付ける、装置を含む、システム。 - 請求項16に記載のシステムにおいて、前記マークが付けられたセルはさらに、前記マークが付けられたセル周辺の、予め決められたサイズのゾーンを含む、システム。
- 請求項16に記載のシステムにおいて、前記移動デバイスはロボットであり、前記システムはさらに距離測定装置を備え、前記距離測定装置は反射光に基づいて距離を測定するために光を発射する発光および受光装置を備え、前記データ取得システムは、前記距離測定装置に応答して前記移動デバイスの物理環境を特定するデータを生成する、システム。
- 請求項18に記載のシステムにおいて、前記距離測定装置はレーザ距離計を含む、システム。
- ロボットの移動を制御する方法において、前記方法は、
a.前記ロボットの物理環境を特定するデータを生成し、
b.前記データを使用して前記ロボットの物理環境をマップしまたはモデル化し、
c.前記ロボットがその好ましい動作方位を失ったか否かを決定し、
d.前記ロボットがその好ましい方位を失った場合、ロボットがその好ましい方位を失っている間、前記マップの作成を中止し、且つ、前記ロボットがその好ましい方位を取り戻したとき、前記マップの作成を再開し、さらに
e.前記(a)から(d)に従って、前記ロボットの動きを制御する、各ステップを備える方法。 - 請求項20に記載の方法において、前記生成は、レーザ距離計を使用して、前記ロボットの物理環境内でオブジェクトからの距離を測定することを含む、方法。
- 請求項20に記載の方法において、前記決定は、加速度計によって前記ロボットの非局在化を測定することを含む、方法。
- ロボットの動きを制御する方法において、前記方法は、
a.ロボットの物理環境と、当該物理環境内のロボット位置とを特定するデータを生成し、
b.閾値限界以上のマップの一部分がマップ中の1個またはそれ以上のエレメントの予め決められたシフトに対応する場合、前記データ取得システムによって生成されたデータの使用を停止しまたは修正し、さらに、
c.上記(a)および(b)に従って前記ロボットの動きを制御する、各ステップを備える、方法。 - ロボットの動きを制御する方法において、前記方法は、
a.ロボットの物理環境のマップを、ロボット位置の追跡と同時に、或いは先立って生成するステップと、
b.前記マップを、前記ロボット位置の追跡と同時に、或いは先立って、更新するステップと、
c.粒子を生成することによって前記マップ内での前記ロボットの現在位置を決定するステップであって、前記粒子のそれぞれは、ロボットの物理環境内での前記ロボットの潜在位置および/または方位を表現し、ここで、前記粒子のデータセットがロボットの物理環境内での前記ロボットの位置の変化を追跡するために、繰り返して生成され且つ維持され、前記決定するステップはさらに、
i.それぞれの粒子に重量を割当てるステップであって、粒子重量は、ロボット位置を正確に表す粒子尤度の他の粒子に対する相対値である、ステップと、および
ii.誤り粒子を導入するステップであって、前記誤り粒子の潜在位置は、それらに割当てられた重量が前記ロボットの潜在位置および/または方位を表す粒子の重量に対して均一に低くなるように、選択されている、ステップと、および
iii.かなりの数の誤り粒子が、ロボットの潜在位置および/または方位を表す粒子の重量に関して均一に低い重量を最早持たない場合、前記ロボットが非局在化したか否かを決定するために、前記誤り粒子の重量と前記ロボットの潜在位置および/または方位を表す粒子の重量とを比較するステップと、を含み、
d.前記方法はさらに、前記(a)から(c)に従って前記ロボットの動きを制御するステップを備える、方法。 - ロボットの動きを制御するための方法であって、前記方法は、
a.前記ロボットの物理環境を特定するデータを生成するステップと、および
b.セルベースのグリッド内に、ロボットの物理環境と当該物理環境内のロボット位置とをマップ化しまたはモデル化するステップであって、前記セルベースのグリッド内のセルは、セルに該当する物理空間がオブジェクトによって占有されているか或いは空の空間を含むかについての確実性を表す確率が割当てられている、ステップと、
c.グリッドマップ内のそれぞれのセルに、前記生成されたデータから、確率を割り当て且つ更新するステップと、
d.セルの占有確率における変化が、現在空であると特定されたセルが占有されたこと、或いは現在占有されていると特定されたセルが空になったことの何れを示すかを決定するステップと、
e.前記確率が変化する間に、障害物を含むそれらのセルの確率が更新されないように、このようなセルをマーキングするステップと、さらに
f.上記(a)から(c)に従って、前記ロボットの動きを制御するステップと、を備える、方法。
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