JP2017090796A

JP2017090796A - 地図作成方法

Info

Publication number: JP2017090796A
Application number: JP2015223812A
Authority: JP
Inventors: 佳佑竹下; Keisuke Takeshita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2017-05-25

Abstract

【課題】障害物の存在が認識されない領域ではあるものの侵入が禁止されるべき領域への自律移動ロボットの侵入を回避することができる地図作成方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る地図作成方法は、地図上で通過可能と設定された領域内を自律的に移動する自律移動ロボットの地図作成方法であって、地図の作成範囲内における、予め定められた期間内の不特定の人の移動範囲を取得し、取得された前記移動範囲に基づいて、前記地図の作成範囲のうち人が存在したことのある領域を通過可能領域と設定し、前記地図の作成範囲のうち人が存在したことのない領域を通過不可能領域と設定する。【選択図】図３

Description

本発明は地図作成方法に関し、特に自律移動ロボットの地図作成方法に関する。

地図を用いて自律的に移動する自律移動ロボットが知られている。例えば、特許文献１では、移動体の移動経路を、移動体の移動環境を示す格子状のグリッドマップ上で算出する経路算出手段を有する移動体制御装置について開示している。この移動体制御装置は、グリッドマップに通過不能を示す通過不可ポテンシャルを設定し、通過不可ポテンシャルが設定された場所の通過を避ける。

特開２０１４−１２３２００号公報

障害物が存在すると識別された位置だけを通過不能と判断する場合、障害物が存在すると識別されなかった領域は通過可能と判断される。このため、障害物の存在が認識されない領域ではあるものの侵入が禁止されるべき領域への自律移動ロボットの侵入を回避することが難しかった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、障害物の存在が認識されない領域ではあるものの侵入が禁止されるべき領域への自律移動ロボットの侵入を回避することができる地図作成方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る地図作成方法は、地図上で通過可能と設定された領域内を自律的に移動する自律移動ロボットの地図作成方法であって、地図の作成範囲内における、予め定められた期間内の不特定の人の移動範囲を取得し、取得された前記移動範囲に基づいて、前記地図の作成範囲のうち人が存在したことのある領域を通過可能領域と設定し、前記地図の作成範囲のうち人が存在したことのない領域を通過不可能領域と設定する、方法である。
このような方法によれば、侵入が禁止されるべき領域ではない蓋然性が高い領域である、実際に人が存在したことのある領域について、通過可能領域と地図上で設定され、それ以外の領域について通過不可能領域と地図上で設定される。このため、障害物の存在が認識されない領域ではあるものの侵入が禁止されるべき領域を特定することができる。

本発明によれば、障害物の存在が認識されない領域ではあるものの侵入が禁止されるべき領域への自律移動ロボットの侵入を回避することができる地図作成方法を提供することができる。

実施の形態に係る地図作成装置の構成を示すブロック図である。ポテンシャルマップの一例を示す模式図である。地図更新部の動作の流れについて示すフローチャートである。抽出された人の位置の一例を示す模式図である。全てのグリッドにおいて、値として１００％が設定されたポテンシャルマップの一例を示す模式図である。人の位置によってポテンシャルが更新された地図の一例を示す模式図である。侵入が禁止された領域が存在する環境の一例を示す模式図である。設定されることが望まれる通過不可能領域を示す模式図である。一般的なＳＬＡＭにより設定される通過不可能領域を示す模式図である。

本発明の実施の形態について説明する前に、まず、発明者による事前の検討事項について説明する。発明者は、一般的なＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）においては、次のような点について、地図に反映することが困難であることを見出した。

まず、センサで認識することができない障害物について、地図に反映することができなかった。例えば、レーザーを用いた距離センサにより障害物を認識する場合には、障害物がガラスといった透明体などの場合、障害物として認識されない恐れがある。

また、社会的な移動に関するルールなどといった何らかの事情により、侵入が禁止された領域について、地図に反映することができなかった。この問題について、図を用いてさらに説明する。ここでは、図７に示すように、何らかの事情により侵入が禁止された領域の周囲に、間隔をあけてパイロン９０が置かれているものとする。図７では、具体的には、壁９１、９２の間の通路９３上にパイロン９０で囲まれた領域が存在する環境が示されている。このような環境に対し、図８に示すように、通過不可能領域が設定されることが望まれる。図８は、図７に示される環境に対し設定されることが望まれる通過不可能領域を示す模式図であり、図中のハッチング領域が、設定されることが望まれる通過不可能領域である。しかしながら、一般的なＳＬＡＭでは、図９に示されるように通過不可能領域が設定される。なお、図９は、図７に示される環境に対し一般的なＳＬＡＭにより設定される通過不可能領域を示す模式図であり、図中のハッチング領域が設定される通過不可能領域である。すなわち、一般的なＳＬＡＭでは、パイロン９０の存在する位置のみが、通過不可能領域として設定され、パイロン９０に囲まれた領域を含むその他の領域が通過可能領域として設定されてしまう。

このような一般的なＳＬＡＭの問題点を解消するべく、人が教示することにより正しい通過不可能領域を設定することも考えられるが、通過不可能領域の形状が複雑である場合やその数が多い場合などには、教示の手間が膨大となる。

実施の形態
実施の形態に係る地図作成装置は、人の位置を検出する構成と、人の位置を記憶する構成と、地図を生成する構成とを含んでいる。ここで、人の位置を検出する構成は、地図の作成範囲内の人の位置の検出を継続して行う。その際、人の位置を検出する構成は、個人の識別までは不要であるが、不特定の人の位置の検出を継続して行う。人の位置を検出する構成の検出範囲は広いほど好ましく、好適には、地図の作成範囲内の全ての領域を検出対象とする。なお、人の位置を検出する構成は、同時に複数の人の位置を検出できることが好ましいが、同時に１人しか検出できなくてもよい。

人の位置を記憶する構成は、人の位置を検出する構成により検出された人の位置情報を記憶する。この構成は、少なくとも人の位置情報を記憶すればよいが、位置情報に限らず、検出された時間、又は検出された順番を表す通し番号などといった他の情報をさらに記憶してもよい。

地図を生成する構成は、記憶されている人の位置群から自律移動ロボットのための地図を生成する。この自律移動ロボットは、地図上で通過可能と設定された領域内を自律的に移動する。地図を生成する構成における地図の基本的な生成方針では、人が存在したことのある位置は通過可能領域と設定され、人が存在したことのない位置は通過不可能領域と設定される。なお、地図を生成する構成により生成される地図は、当該地図単体で利用されてもよいし、他の障害物地図等とマージされて利用されてもよい。また、地図を生成する構成における地図の作成は、定期的に行われてもよいし、何らかの指示があった時に行われてもよい。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。図１は、実施の形態に係る地図作成装置１の構成を示すブロック図である。

地図作成装置１は、情報処理装置１０と、カメラ群１１と備えている。情報処理装置１０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリなどを有し、コンピュータとしての機能を備えている。また、情報処理装置１０は、人検出部１２と、位置記憶部１３と、地図更新部１４とを有する。なお、人検出部１２及び地図更新部１４は、例えば、ＣＰＵの制御によって、プログラムが実行されることによって実現できる。より具体的には、例えば図示しないメモリ等の記憶装置に格納されたプログラムを、ＣＰＵの制御によって実行して実現する。また、これら各構成要素は、プログラムによるソフトウェアで実現することに限ることなく、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせ等により実現してもよい。位置記憶部１３は、例えばメモリ等の記憶装置により実現される。

なお、地図作成装置１において、カメラ群１１及び人検出部１２が、上述の人の位置を検出する構成に相当し、位置記憶部１３が上述の人の位置を記憶する構成に相当し、地図更新部１４が上述の地図を生成する構成に相当する。

カメラ群１１は、複数のカメラであり、地図の作成範囲に対応する実環境の範囲に分散して配置されている。すなわちカメラ群１１は、地図の作成範囲内の人の移動を撮影することが可能に配置されている。好適には、カメラ群１１は、地図の作成範囲内の全ての領域を撮像範囲とする。

人検出部１２は、カメラ群１１による撮像画像から人の位置を検出する。具体的には、人検出部１２は、人毎に、二次元平面（地図）上の座標位置を検出し、位置記憶部１３に出力する。人検出部１２は、例えば、カメラ群１１の各カメラの撮影場所についての情報及び撮像画像中の人の位置についての情報などから、二次元平面上の座標位置を検出する。

位置記憶部１３は、人検出部１２により検出された人の位置を記憶する。具体的には、位置記憶部１３は、人の存在した座標群を記憶する。位置記憶部１３は、地図更新部１４からの要求により、記憶した座標群を出力する。

地図更新部１４は、位置記憶部１３に記憶された情報に基づいて、ポテンシャルマップを定期的に更新する。ここで、ポテンシャルマップは、図２に示すような二次元の地図であり、通過不能領域である可能性を数値により示す地図である。本実施の形態では、ポテンシャルマップは、地図作成範囲の平面をグリッド状に区切った地図であり、格子ごとに当該格子内の領域が通過不可能領域である可能性を数値（％値）により示している。なお、ポテンシャルマップの格子数は任意に設定される。グリッドの大きさ及び形状についても任意に設定可能である。一例としては、ポテンシャルマップのグリッドは、１辺が実環境の数ｃｍに対応する正方形である。

地図更新部１４による更新周期は、地図を作成したい領域の環境によって異ならせてもよい。例えば、通路などのように、人の移動が十分に多い場所では、地図更新部１４は、１０分に１回といった比較的短い周期で更新するようにしてもよい。また、オフィスなどのように、人の移動が少ない場所では、地図更新部１４は、１日２回といった比較的長い周期で更新するようにしてもよい。

以下、フローチャートに沿って、地図更新部１４の詳細を説明する。図３は、地図更新部１４の動作の流れについて示すフローチャートである。

ステップ１００（Ｓ１００）において、地図更新部１４は、位置記憶部１３に記憶されている人の位置情報（座標群）を取得する。

ステップ１０１（Ｓ１０１）において、地図更新部１４は、ステップ１００で取得された座標群の中から、前回の更新時以後の人の位置情報を抽出する。図４は、ステップ１０１で抽出された人の位置９４の一例を示す模式図である。なお、図４において、黒く塗りつぶされた複数の点がそれぞれ抽出された位置９４を示している。図４に示されるように、人はパイロン９０で囲まれた領域以外の通路部分を通過するため、パイロン９０で囲まれた領域については人の位置情報がない。このようにして、地図更新部１４は、地図の作成範囲内における、予め定められた期間内の不特定の人の移動範囲を取得する。

ステップ１０２〜ステップ１０５により、地図更新部１４は、更新用ポテンシャルマップを作成する。具体的には、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、地図更新部１４は、ポテンシャルが全て１００％の地図を作成する。すなわち、地図更新部１４は、図５に示されるように、全てのグリッドにおいて、値として１００％が設定されたポテンシャルマップを作成する。

ステップ１０３（Ｓ１０３）において、地図更新部１４は、ステップ１０１で抽出された座標の１つがマップ上のどのグリッドに属するかの対応付け行う。例えば、地図更新部１４は、座標値と各グリッドに関する位置情報とを用いて演算することによりこの対応付けを行う。

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、ステップ１０３において対応付けられたグリッドのポテンシャルを０％に変更する。

次に、ステップ１０５（Ｓ１０５）において、地図更新部１４は、ステップ１０１で抽出された全ての座標について、ステップ１０３及びステップ１０４の処理が完了したかを判定する。すなわち、地図更新部１４は、ステップ１０１で抽出した全座標のポテンシャルを０％にしたかを判定する。全ての座標についてステップ１０３及びステップ１０４の処理が完了していない場合、地図更新部１４は残りの座標についてステップ１０３及びステップ１０４の処理を実行する。全ての座標についてステップ１０３及びステップ１０４の処理が完了している場合、地図更新部１４はステップ１０６の処理を実行する。このようにして、ステップ１０１で取得された移動範囲に基づいて、地図の作成範囲のうち人が存在したことのある領域を通過可能領域（０％）と設定し、地図の作成範囲のうち人が存在したことのない領域を通過不可能領域（１００％）と設定した地図（図６参照）が作成される。

ステップ１０６（Ｓ１０６）では、地図更新部１４が、過去のマップと上記処理により得られるマップとをマージすることにより、ポテンシャルマップを更新する。すなわち、地図更新部１４は、前回の更新の際に得られたポテンシャルマップと、今回の更新におけるステップ１００〜ステップ１０５の処理により得られたマップをマージして、今回の更新処理により更新されたポテンシャルマップを作成する。なお、ポテンシャルマップをマージする方法は、任意の方法が採用可能であり、例えばベイズ推定又は重み付き和などによるマージが行われてもよい。また、ここでは、過去のマップと上記処理により得られるマップとをマージすることにより、新たなマップを生成しているが、マージをせずに、ステップ１００〜ステップ１０５の処理により得られたマップが自律移動ロボットに利用される地図とされてもよい。

上記実施の形態にかかる地図作成装置１によれば、人の位置に基づいて地図が作成されるため、何らかのルールによって侵入が禁止されている場所や、ガラスやへこみ等といったセンサで検知しにくい侵入禁止場所を、自律移動ロボットのための地図に反映することができる。また、明示的な教示作業を行う必要がないため、手間が低減される。

すなわち、上記実施の形態にかかる地図作成装置１によれば、障害物の存在が認識されない領域ではあるものの侵入が禁止されるべき領域（例えば、パイロン９０に囲まれた領域）への自律移動ロボットの侵入を回避することができる地図を作成することができる。なお、侵入が禁止されるべき領域は、パイロンやチェーンなどで囲まれていることもあるが、上記実施の形態にかかる地図作成装置１によれば、そのような囲いの有無にかかわらず、侵入が禁止されるべき領域への侵入が回避される。

なお、上述の説明では、人が存在した位置のポテンシャルを０％に設定したが、以下のような別の設定が行われてもよい。すなわち、グリッドに人の位置が対応付けられる回数に応じてそのグリッドのポテンシャルの値を小さくするように設定してもよい。例えば、当該グリッドに人が存在する度に、当該グリッドのポテンシャルを所定値（例えば２０％）ずつ減少させてもよい。ただし、その際の下限値は０％とする。また、別の設定方法として、人の存在した位置に対応したグリッドのみならず、所定の規則に従って、そのグリッドの周辺のグリッドのポテンシャルを低下させてもよい。例えば、人の存在した位置を中心とする半径Ｒの円と重なるグリッドのポテンシャル値を０％にしてもよい。なお、人の存在した位置の周辺のグリッドもポテンシャルを低下させる場合、一律に０％に設定するのではなく、例えば、人の位置とグリッド中心の距離に応じてポテンシャル値を低下させてもよい。より具体的には、例えば、比例関係又は正規分布等に基づいて、距離に応じたポテンシャル値の設定がなされてもよい。

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、上記実施の形態では、カメラ群１１を用いたが、地図の作成範囲に対応する実環境の範囲に分散して配置されたレーザーレンジファインダ群が用いられてもよい。この場合、各レーザーレンジファインダの設置高さを人の足の高さ程度として、レーザーレンジファインダの出力から人の足の位置を検出することにより人の位置情報を検出してもよい。また、カメラ群１１又はレーザーレンジファインダ群を配置する代わりに、カメラ又はレーザーレンジファインダを搭載した自律移動ロボットが移動しながら人の位置を検出するよう構成されてもよい。

１地図作成装置
１０情報処理装置
１１カメラ群
１２人検出部
１３位置記憶部
１４地図更新部
９０パイロン
９１、９２壁
９３通路
９４位置

Claims

地図上で通過可能と設定された領域内を自律的に移動する自律移動ロボットの地図作成方法であって、
地図の作成範囲内における、予め定められた期間内の不特定の人の移動範囲を取得し、
取得された前記移動範囲に基づいて、前記地図の作成範囲のうち人が存在したことのある領域を通過可能領域と設定し、前記地図の作成範囲のうち人が存在したことのない領域を通過不可能領域と設定する
地図作成方法。