JP2017102700A - 情報取得装置、情報取得システム、自律移動装置、自律移動装置システム及び移動体の位置情報取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも大きな情報量が関連付けられた標識の情報を取得することが可能となる情報取得装置、情報取得システム、自律移動装置、自律移動装置システム及び移動体の位置情報取得方法を提供する。【解決手段】レーザー光Ｌを照射して検出範囲内の物体である柱や壁４０の表面までの距離及び表面からの反射光の受光強度を検出する測距手段である測域センサ５と、柱や壁４０の表面に設けられた標識である光学式マークＭで反射した反射光の受光強度の検出値に基づいて光学式マークＭに関連付けられた情報を生成する標識情報生成手段であるデータ処理部とを備える情報取得装置である自走ロボット１で、データ処理部は、測域センサ５で検出した光学式マークＭでの反射光の受光強度の検出値を七段階に区分し、各区分に割り当てられた所定の情報であるコード番号に基づいて光学式マークＭの識別情報であるＩＤを生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、情報取得装置、情報取得システム、自律移動装置、自律移動装置システム及び位置情報取得方法に関するものである。

従来、自律移動装置として、距離センサで周囲の物体までの方位と距離とを検出し、その検出結果と、予め記憶されている移動領域の地図情報における物体の位置情報とに基づいて、自己位置を推定するものが知られている。
このような自律移動装置として、特許文献１には、移動領域内における位置が予め地図情報上に入力された標識を距離センサで検出し、標識までの方位と距離から求まる相対的な自己位置に基づいて、移動領域内における自己位置を推定する構成が記載されている。

特許文献１に記載の標識は、光を反射する線状マークと光を吸収する線状マークとを交互に所定回数繰り返す構成である。そして、特許文献１の自律移動装置は、受光した反射光の受光強度が所定値よりも高い検出結果と、受光強度が所定値よりも低い検出結果との組み合わせに基づいて、上述した標識を検出する。

しかしながら、距離センサによって検出した反射光の受光強度が、所定の値よりも高いか低いかのみの判断では、受光強度の違いよって割り当てることができる情報の数が少なく、標識に関連付けすることができる情報量が少なくなる。

上述した課題を解決するために、本発明は、光を照射して検出範囲内の物体の表面までの距離及び前記表面からの反射光の受光強度を検出する測距手段と、前記物体の表面に配置された標識で反射した反射光の前記受光強度の検出値に基づいて前記標識に関連付けられた標識情報を生成する標識情報生成手段とを備える情報取得装置において、前記標識情報生成手段は、前記測距手段で検出した前記標識での反射光の前記受光強度の検出値を三段階以上に区分し、各区分に割り当てられた所定の情報に基づいて前記標識情報を生成することを特徴とするものである。

本発明によれば、従来よりも大きな情報量が関連付けられた標識の情報を取得することが可能となる。

第一光学式マークの手前に到達した自走ロボットの測域センサからレーザー光を照射した状態を模式的に示す斜視図。 実施形態の自走ロボットの説明図、（ａ）は上面図、（ｂ）は右側面図。 自走ロボットの制御システムの一例を示すブロック図。 自走ロボットシステムにおける自走ロボットの移動領域での自己位置の推定方法を説明する模式図。 第一光学式マークの手前に自走ロボットが到達した状態を模式的に示す斜視図。 実施例１の光学式マークの説明図。 測域センサによって得られる距離情報と、反射強度情報とを模式的に示した説明図。 自走ロボットでの自己位置を検出する制御のフローチャート。 光学式マークに対する距離による測域センサの分解能の変化を示した説明図、（ａ）は近い状態の説明図、（ｂ）は離れた状態の説明図。 実施例２の光学式マークの説明図。 実施例３の光学式マークの説明図。 実施例４の光学式マークの説明図。 実施例５の光学式マークの説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。
図２は、実施形態の自律移動装置である自走ロボット１の説明図であり、図２（ａ）は、自走ロボット１の上面図、図２（ｂ）は自走ロボット１の右側面図である。自律移動装置としては、車両の上に物を積載し、指定された場所まで無人で物を配送するタイプや、台車などを牽引するタイプなどがある。本実施形態の自走ロボット１は、何れのタイプの自律移動装置においても適用することが可能である。図２中の右側が自走ロボット１の前方である。

図３は、自走ロボット１の制御システムの一例を示すブロック図である。
図２及び図３に示すように、自走ロボット１は、車両本体２、駆動輪３、補助輪４、駆動モータ１７、測域センサ５、駆動輪３の回転数を検出するためのエンコーダ９及び自律走行制御を行う制御部１０を備える。

図３に示すように、制御部１０は、記憶部１１、自己位置推定部１２、エンコーダ演算部１３、データ処理部１４、経路演算部１５及び駆動モータ制御部１６を備える。記憶部１１は移動領域の地図情報等を記憶する。駆動モータ制御部１６は、駆動輪３を駆動するための制御信号を作成し、駆動モータ１７にその制御信号を送信する。エンコーダ演算部１３は、エンコーダ９によって検出した駆動輪３の回転量に基づいて、自走ロボット１の移動量の算出を行う。

図２に示すように、自走ロボット１は、車両本体２の前面に移動する方向に現れた障害物などを認識するための非接触式の測域センサ５が配置されている。測域センサ５は、移動領域内に存在する物体との距離を計測して環境データを生成する。自己位置推定部１２は、測域センサ５の計測結果より得た周囲の物体の輪郭データを記憶部１１に記憶される地図情報に含まれる壁等の固定障害物の輪郭データと照合することによって、自走ロボット１の自己位置を推定する推定手段である。

本実施形態では、測域センサ５としてレーザー光Ｌを照射する一般的な二次元のレーザー測域センサ（レーザーレンジファインダ）を用いており、レーザー光Ｌの照射方向が略水平となるように配置されている。
測域センサ５は、照射方向を連続的に変化させてレーザー光Ｌを照射し、その扇型状の検出領域内の物体からの反射光を受光することで、その物体までの距離と方向とを測定することができる。また、測域センサ５、走査範囲の中央となる正面方向が、自走ロボット１の直進時の進行方向と一致するように自走ロボット１に配置されている。
自律走行制御では、予め記憶部１１に記憶している地図情報と、オドメトリ（エンコーダ９の回転数から移動距離を算出）による推定される移動距離と、測域センサ５にて検出された距離情報と、をマッチングさせることによって、自己位置の推定を行う。

記憶部１１に記憶している地図情報は、自走ロボット１の運用開始前に、自走ロボット１を移動領域内で移動させ、測域センサ５によって測定した距離情報に基づいて作成しても良い。詳しくは、自走ロボット１を移動させながら測域センサ５により周囲のものまでの方位と距離とを検出し、検出された物体について測域センサ５が配置された高さにおける測域センサ５と対向する表面の輪郭を示すグリッド画像を生成する。そして、移動の前後でグリッド画像の特徴点を照合して同じ特徴点が最もよく一致するように画像を重ね合わせて行き、移動領域全体の地図情報を作成する。地図情報作成時に自走ロボット１を移動領域内で移動させる方法としては人間が押すなど手動によっても良いし、自走ロボット１を自動で移動させても良い。

自走ロボット１が自律走行するときには、測域センサ５で物体までの方位と距離とを検出し、検出された周囲の物体について測域センサ５が配置された高さにおける測域センサ５と対向する表面の輪郭を示すグリッド画像を生成する。そして、このグリッド画像と、記憶部１１に予め記憶されている移動領域全体の固定障害物の輪郭を示した地図情報のグリッド画像とを照合し、移動領域全体の地図情報のグリッド画像の中で、検出した物体の輪郭のグリッド画像と重なる部分を探し出す。そして、検出した周囲の物体までの方位と距離とに基づいて地図情報上における現在位置を算出し、移動領域内における自己位置を推定する。

図４は、自走ロボット１を所定の移動領域内に配置した自走ロボットシステム１００における自走ロボット１の移動領域での自己位置の推定方法を説明する模式図である。図４（ａ）は、移動領域のレイアウトを構成する固定障害物である柱３０や壁４０と自走ロボット１との位置関係を示している。また、図４（ｂ）は、測域センサ５によって検出した柱３０の位置を示し、図４（ｃ）は、マッチングによって自己位置を特定することを示す。

図４（ａ）に示す移動領域における壁４０や柱３０の位置と形状は、地図情報として記憶部１１に予め記憶されている。図４（ｂ）で示すように測域センサ５によって柱３０等の輪郭を検出し、検出結果と地図情報とを照合することによって図４（ｃ）に示すように自己位置を推定する。
図４（ａ）に示すように、自走ロボットシステム１００における移動領域内の壁４０や柱３０に複数の光学式マークＭ（Ｍ１〜Ｍ４）が配置されている。

本実施形態の自走ロボット１では、光学式マークＭを検出することにより、移動領域における自己位置を正確に把握することが可能となる。以下、光学式マークＭを用いて自己位置を把握する構成について説明する。

図５は、第一光学式マークＭ１の手前に自走ロボット１が到達した状態を模式的に示す斜視図である。図１及び図５に示すように、屋内等における自走ロボット１の予め定められた範囲である移動領域内の壁４０や柱３０などに、個々の識別が可能な指標として、複数の光学式マークＭを特定の位置に設置している。

〔実施例１〕
本実施形態に適用可能な光学式マークＭの一つ目の実施例（以下、「実施例１」という）について説明する。
図６は、実施例１の光学式マークＭの構成例の説明図である。図６（ａ）は、光学式マークＭに使用する黒色の濃度が異なる線状マークＮの濃度の種類と、各濃度に割り当てられたコード番号との関係を示す説明図である。図６（ｂ）は、光学式マークＭの一つ目の例と、それをコード化した数字の説明図であり、図６（ｃ）は、光学式マークＭの二つ目の例と、それをコード化した数字の説明図である。

図６（ａ）に示すように、黒色の濃度の異なる五種類の線状マークＮを用いており、それぞれの濃度に対してコード番号が割り当てられている。
図３に示すデータ処理部１４には、各濃度の線状マークＮに対応した反射光の受光強度に対してコード番号が記憶されており、測域センサ５の受光強度に応じて、コード番号を出力する。例えば、測域センサ５からが照射したレーザー光Ｌが図６（ａ）中の「３」のコード番号が割り当てられた濃度の線状マークＮで反射し、その反射光を測域センサ５が受光した場合、その受光強度に基づいてデータ処理部１４は「３」というコード番号を出力する。

図６に示すように、光学式マークＭは、多段階的に濃度が異なる複数本（本実施形態では七本）の線状マークＮで構成される。本実施形態の自走ロボット１は、バーコードのように線状マークの幅を認識するのではなく所定の幅の線状マークＮのそれぞれの濃度を認識する。本実施形態では、一つの線状マークＮの幅は３０［ｍｍ］である。これは、運用上、光学式マークＭを設ける媒体としてＡ４用紙を使用し、測域センサ５として角分解能が０．２５［°］の測域センサを用いた場合、５０００［ｍｍ］程度離れたところから認識できるように設定するためである。そして、以下の式（１）及び式（２）に基づいて一つの線状マークＮの幅を３０［ｍｍ］と設定した。
Ａ４の用紙幅（２９７［ｍｍ］）÷９本分（線状マークが７本＋両脇の余白が２本）
＝３３［ｍｍ］ ・・・・・（１）
ｔａｎ（０．２５［°］）×５０００［ｍｍ］≒２１［ｍｍ］ ・・・・・（２）

光学式マークＭにおける線状マークＮの濃度が同じであっても、測域センサ５に対する光学式マークＭの距離や角度の違い、すなわち、測域センサ５に対する光学式マークＭの相対位置の違いによって測域センサ５で取得する反射光の受光強度は異なる場合がある。詳しくは、測域センサ５に対する光学式マークＭの距離が変化すると、線状マークＮからの反射光の受光強度も変化する。また、測域センサ５からのレーザー光Ｌの照射方向に対する光学式マークＭの表面の角度が変化した場合も線状マークＮからの反射光の受光強度も変化する。よって、本実施形態では相対位置の違いによる受光強度の補正値を予め実験等によって求めておき、データ処理部１４に記憶しておく。そして、光学式マークＭに対する測域センサ５の相対位置に基づいて、受光強度の値を補正することで線状マークＮに割り当てられたコード番号を取得する。

また、他の方法として、光学式マークＭを検出したときに、光学式マークＭに対して測域センサ５が所定の位置となるように自走ロボット１を移動させ、光学式マークＭに再度、レーザー光Ｌを照射し、固定された相対位置で光学式マークＭを検出しても良い。
また、光学式マークＭにおける線状マークＮの濃度が同じであっても、光学式マークＭを設ける媒体の材質によって測域センサ５で取得する反射光の受光強度は異なる場合がある。この場合、光学式マークＭを設ける媒体に使用する材質の種類の数だけ補正値を事前に求めておくことで、線状マークＮのそれぞれの濃度を適切に認識することが可能となる。

個々の光学式マークＭはコード化した数字が識別番号（以下、「ＩＤ」という）として関連付けられている。図６（ｂ）に示す光学式マークＭは、第一線状マークＮ１からは「２」、第二線状マークＮ２からは「５」というコード番号が出力され、光学式マークＭの全体として「２５１３２４１」というＩＤを取得することができる。同様に、図６（ｃ）に示す光学式マークＭからは「４５４１２４３」というＩＤを取得することができる。

図６に示すように、七本の線状マークＮで光学式マークＭが構成されており五値でコード化するため、光学式マークＭに振り分けることが可能なＩＤの数は、理論上では、「５^７＝７８１２５」個となる。一方、従来のように濃度変調しない構成では、七本の線状マークからなる標識に振り分けることが可能なＩＤの数は、理論上では、「２^７＝１２８」個となる。よって、本実施形態のように、濃度変調によってコード化することにより、より多くのＩＤ数を確保することが可能となる。

図３に示すように、自走ロボット１は、光学式マークＭの距離情報と反射光の受光強度情報とを取り込むための取得手段としての測域センサ５を備える。
データ処理部１４は、測域センサ５から出力される距離情報と受光強度情報とに基づいて、取得情報内の光学式マークＭを示す情報を抽出し、情報を抽出した光学式マークＭに対する自走ロボット１の相対位置の算出と、光学式マークＭのＩＤを検出する。
記憶手段である記憶部１１には、移動領域内に設置された全ての光学式マークＭのＩＤと、個々のＩＤに対応した全ての光学式マークＭの位置データ（緯度、経度等）とがテーブル化して記憶されている。
自己位置推定部１２は、記憶部１１から得られる検出した光学式マークＭの絶対位置と、データ処理部１４から得られる光学式マークＭに対する自走ロボット１の相対位置とにより、自走ロボット１の絶対位置を算出する。これにより、オドメトリによる移動距離と、測域センサ５による距離情報と、をマッチングさせることで推定された自己位置にずれが生じて自己位置を見失った場合でも、光学式マークＭを見つけることで自己位置を認識することが可能となる。

測域センサ５は、壁４０や柱３０に設けられた光学式マークＭの識別標識部分の高さと略同じ高さ位置となるように、自走ロボット１の先端部に取り付けられている。

ここで、光学式マークＭと測域センサ５とを用いた自走ロボット１の自己位置の算出原理について、図１及び図７を用いて説明する。
図１は、第一光学式マークＭ１の手前に到達した自走ロボット１の測域センサ５からレーザー光Ｌを照射した状態を模式的に示す斜視図である。図７は、図１の状態で、測域センサ５によって得られる距離情報と、反射光の受光強度情報（以下、「反射強度情報」という）とを模式的に示した説明図である。

図１に示すように、自走ロボット１の前方の第一光学式マークＭ１が、測域センサ５によって検出されたとする。図１に示すように、測域センサ５の高さに対して、第一光学式マークＭ１の識別標識部分とが略同じ高さとなるように、壁４０に第一光学式マークＭ１が貼ってある。このため、図７（ａ）に示す第一光学式マークＭ１が貼り付けられた位置周辺の壁４０の距離情報と、図７（ｂ）に示す第一光学式マークＭ１が貼り付けられた位置周辺の壁４０の反射強度情報とが同時に取得される。

図７に示すように、距離情報と反射強度情報とは、測域センサ５の周りの角度に関して互いに対応している。
自走ロボット１の制御部１０が備えるデータ処理部１４は、測域センサ５によって取得した反射強度情報から正面に光学式マークＭが存在することを認識し、さらに、反射強度情報から第一光学式マークＭ１の識別番号を認識する。そして、データ処理部１４で認識した識別番号に基づいて自己位置推定部１２が識別番号に対応する光学式マークＭの移動領域内における絶対位置の位置データを記憶部１１から読み出す。測域センサ５によって測定された距離情報から算出される第一光学式マークＭ１との相対位置と、記憶部１１から読み出された第一光学式マークＭ１の絶対位置とに基づいて、自走ロボット１の現在位置を算出することが可能となる。

図８は、本実施形態の自走ロボット１での自己位置を検出する制御のフローチャートである。
まず、測域センサ５で周囲の距離情報と反射強度情報とを取り込む（Ｓ１）。次に、周囲に光学式マークＭが存在するか否かを判定する（Ｓ２）。ここで、周囲に光学式マークＭが存在しないと判定された場合（「Ｓ２」で「Ｎｏ」）は、「Ｓ１」に戻る。周囲に光学式マークＭが存在すると判定された場合（「Ｓ２」で「Ｙｅｓ」）は、「Ｓ３」に進む。ここでは、反射強度情報に基づいて検出した光学式マークＭの線状マークＮを解析し、識別番号を認識する（Ｓ３）。そして、検出した光学式マークＭの位置情報を記憶部１１から読み出す。さらに、反射強度情報より認識された光学式マークＭの自走ロボット１に対する角度に対応する距離を距離情報より読み込み、この距離情報と光学式マークＭの位置情報とに基づいて自走ロボット１の現在位置を算出する。

自走ロボット１のような移動体の絶対位置を認識する構成としては、近年では全地球測位システム（以下、「ＧＰＳ」という。）を用いたものが主流となっている。しかしながら、ＧＰＳ電波は、建物や山等が多く電波障害が発生し易い環境にある屋外や、電波の潜り込みが難しい工場、空港ビル、駅構内等の屋内等では、電波障害や受信感度の悪化等により移動体の位置認識の信頼性が低下するという問題がある。そのため、ＧＰＳを用いない移動体の位置認識技術として、特許文献１には、特定の反射強度パターンにより位置情報を付与された標識を測域センサで検出することで、移動体の位置を認識する構成が記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の構成のように、反射光の受光強度が、所定の値よりも高いか低いかのみの判断では、識別できるＩＤ数が少なくなる。
図９は、光学式マークＭを構成する複数本の線状マークを黒と白との二値で作成し、距離による測域センサ５の分解能の変化を示した説明図である。図９（ａ）は、光学式マークＭと測域センサ５とが近い状態を示し、図９（ｂ）は、光学式マークＭと測域センサ５とが離れた状態を示している。

図９（ａ）に示すように、光学式マークＭに対して測域センサ５が近くに位置していると、多くのレーザー光Ｌを光学式マークＭに照射することができ、分解能が高くなる。このため、線状マークの間隔を狭めて、限られた横幅の範囲での黒と白との線状マークの配列の組み合わせの種類を増やし、光学式マークＭによって示す情報量を多くすることが可能である。
しかし、図９（ｂ）に示すように、光学式マークＭに対して測域センサ５が遠くに位置していると、図９（ａ）に比べて光学式マークＭに照射することができるレーザー光Ｌの数が少なくなり、分解能が低くなる。このため、線状マークの間隔を狭めると、一部の線状マークにレーザー光Ｌが照射されずに検出されなかったり、照射されるレーザー光の数が少なく幅の情報が取得できなかったりするおそれがある。

このため、限られた横幅の範囲で配置することができる線状マークの数には限りがあり、線状マークの一つ一つを黒と白との二値で現そうとすると、個々の標識を識別できるＩＤ数が少なくなる。例えばＡ３幅の標識を５０００［ｍｍ］離れた位置から検出した場合に識別できるＩＤ数は１０個程度となり、例えば５０［ｍ］×５０［ｍ］の移動領域の範囲で絶対位置認識を行うための標識としては、十分な数のＩＤを確保できない。

反射光の受光強度が、所定の値よりも高いか低いかのみの判断を行い標識を検出する特許文献１に記載の自律移動装置では、標識があるということを認識できるだけで、複数の標識を個別に識別しているものではない。このため、特許文献１に記載の標識に関連付けられた標識情報は、そこに標識があるということを示す情報のみである。

これに対して、本実施形態の自走ロボットシステム１００では、自走ロボット１の絶対位置の認識に用いる光学式マークＭを構成する個々の線状マークＮの黒色の濃度を変調している。そして、自走ロボット１が備える制御部１０のデータ処理部１４では、測域センサ５から照射されたレーザー光Ｌが光学式マークＭの線状マークＮで反射した反射光の反射強度情報をコード化する。

光学式マークＭの個々の線状マークＮの幅が測域センサ５で検出できる最小幅であるとすると、本実施形態のように濃淡を検出することによるコード化の場合は一つの線状マークＮで一つの値を表現できる。しかし、黒及び白のみの幅変調の場合は複数の線状マーク（ＪＡＮコードの場合は七つ）を用いらなければ、一つの値を表現できない。
よって、線状マークの幅を変調するよりも本実施形態のように線状マークの色の濃度を変調してコード化する方が、標識の単位面積あたりで表示できるＩＤ数を多く確保できる。これにより、識別可能な光学式マークＭの数を増やすことができる。

次に、図８のフローチャートの「Ｓ２」での光学式マークＭが存在するか否かを判定する際の光学式マークＭを検出する構成を備えた光学式マークＭの実施例について説明する。

〔実施例２〕
本実施形態に適用可能な光学式マークＭの二つ目の実施例（以下、「実施例２」という）について説明する。
図１０は、実施例２の光学式マークＭの説明図である。

実施例１の光学式マークＭのようなコード化する線状マークＮのみの配置では、図１０（ｃ）に示すように、複数の線状マークＮの濃度が変化しない場合は、光学式マークＭであることを検出できない。
これに対して、図１０（ａ）や図１０（ｂ）に示すように、実施例１の光学式マークＭの片方の端部あるいは両端に、所定の濃度の線状マークＮである基準線状マークＮ０が設置された構成とすることで、光学式マークＭの検出を行う。
図１０（ｃ）に示す線状マークＮの濃度が変化しない光学式マークＭであっても、図１０（ｄ）に示すように、端部に基準線状マークＮ０を設置することで、基準線状マークＮ０に対応した反射強度情報を検出し、光学式マークＭが存在することの検出が可能となる。

実施例２の光学式マークＭを検出する場合は、まず、測域センサ５で移動領域内を走査する。そして、基準線状マークＮ０を検出したときに、周囲に光学式マークＭが存在すると判定する（「Ｓ２」で「Ｙｅｓ」）。次に、検出した基準線状マークＮ０に対して所定の位置（図１０（ａ）では基準線状マークＮ０の右側、図１０（ｂ）では二つの基準線状マークＮ０の間）にある線状マークＮの配列を読み込み、光学式マークＭのＩＤを認識する（Ｓ３）。

〔実施例３〕
本実施形態に適用可能な光学式マークＭの三つ目の実施例（以下、「実施例３」という）について説明する。
図１１は、実施例３の光学式マークＭの説明図であり、図１１（ａ）の光学式マークＭと図１１（ｂ）の光学式マークＭとのはＩＤが異なる。

実施例３の光学式マークＭは、任意の位置に濃度の増減を繰り返す線状マークＮの組み合わせからなる光学式マーク検出部Ｍａを備えている。そして、光学式マークＭにおける光学式マーク検出部Ｍａ以外の部分が光学式マークＭのＩＤを示す光学式マーク識別部Ｍｂとなっている。
実施例３では、光学式マークＭの検出を確実に行うため、所定の濃度変化をする線状マークＮの組み合わせ（光学式マーク検出部Ｍａ）を実施例１の光学式マークＭ（光学式マーク識別部Ｍｂ）の所定の位置（図１１では左側）に配置している。

実施例３の光学式マークＭを検出する場合は、まず、測域センサ５で移動領域内を走査する。そして、光学式マーク検出部Ｍａを検出したときに、周囲に光学式マークＭが存在すると判定する（「Ｓ２」で「Ｙｅｓ」）。次に、検出した光学式マーク検出部Ｍａに対して所定の位置（図１１では光学式マーク検出部Ｍａの右側）にある光学式マーク識別部Ｍｂの線状マークＮの配列を読み込み、光学式マークのＩＤを認識する（Ｓ３）。

〔実施例４〕
本実施形態に適用可能な光学式マークＭの四つ目の実施例（以下、「実施例４」という）について説明する。
図１２は、実施例４の光学式マークＭの説明図である。図１２（ａ）は、図６（ａ）と同様に、線状マークＮの濃度の種類と、各濃度に割り当てられたコード番号との関係を示す説明図である。図１２（ｂ）は、ＩＤにおいて同じコード番号が連続する場合を実施例１の光学式マークＭで示した説明図である。図１２（ｃ）は、ＩＤにおいて同じコード番号が連続する場合を実施例４の光学式マークＭで示す説明図である。

図１２（ｃ）に示すように、実施例４の光学式マークＭは、隣接する線状マークＮ同士が同じ濃度とならない構成である。
図１２（ｂ）の下図に示すように、光学式マークＭに対して「２２１１４４３」のように、同じコード番号が連続するＩＤを付与しようとした場合、実施例１の光学式マークＭでは図１２（ｂ）の上図に示すようになる。図１２（ｂ）上図の第一線状マークＮ１と第二線状マークＮ２とは、隣り合う線状マークＮ同士が同じ濃度となっているため、隣り合う線状マークＮの区別が付かない状態となっている。第三線状マークＮ３と第四線状マークＮ４との組み合わせ、第五線状マークＮ５と第六線状マークＮ６との組み合わせも同様である。

一方、実施例４の光学式マークＭは隣接する線状マークＮ同士が同じ濃度とならない構成である。そのため、コード化は図１２（ｃ）中の矢印（１）で示す処理で個々の線状マークＮに振り分けられたコード番号を取得し、図１２（ｃ）中の矢印（２）で示す処理で表１に示すマトリクスにしたがってＩＤを示すコード番号を取得する。

隣接する二つの線状マークＮの反射強度情報の検出値に基づいて、ＩＤを示すコード番号の一つを算出する。
表１に示すマトリクスは、縦軸が隣接する二つの線状マークＮの左側の線状マークＮに振り分けられたコード番号であり、横軸が隣接する二つの線状マークＮの右側の線状マークＮに振り分けられたコード番号である。

図１２（ｃ）に示す例では、第一線状マークＮ１のコード番号は「４」であり、第二線状マークＮ２のコード番号は「５」である。このため、第一線状マークＮ１と第二線状マークＮ２とから求められるＩＤを示すコード番号は、表１中の縦軸が「４」横軸が「５」の「４」が求められる。
同様にして、第二線状マークＮ２と第三線状マークＮ３とから求められるＩＤを示すコード番号は「４」であり、第三線状マークＮ３と第四線状マークＮ４とから求められるＩＤを示すコード番号は「１」である。そして、図１２（ｃ）に示す実施例４の光学式マークＭからは、「４４１１３３」というＩＤを取得することができる。

また、実施例４の光学式マークＭは、実施例４の光学式マークＭは、隣接する線状マークＮ同士が同じ濃度とならないという特徴的な濃度変調の配列を備える。このため、この特徴的な濃度変調の配列を検出することで光学式マークＭが存在することの検出が可能となる。

実施例４の光学式マークＭを検出する場合は、まず、測域センサ５で移動領域内を走査する。そして、隣接する線状マークＮ同士が同じ濃度とならない複数の線状マークＮを検出したときに、周囲に光学式マークＭが存在すると判定する（「Ｓ２」で「Ｙｅｓ」）。これと同時に、線状マークＮの配列を読み込み、光学式マークＭのＩＤを認識する（Ｓ３）。

〔実施例５〕
本実施形態に適用可能な光学式マークＭの五つ目の実施例（以下、「実施例５」という）について説明する。
図１３は、実施例５の光学式マークＭの説明図である。図１３（ａ）は、図６（ａ）と同様に、線状マークＮの濃度の種類と、各濃度に割り当てられたコード番号との関係を示す説明図である。図１３（ｂ）は、実施例５の光学式マークＭの一例を示す説明図である。

図１３（ｂ）に示すように、実施例５の光学式マークＭは、隣接する線状マークＮ同士が同じ濃度とならない構成である。さらに、隣り合う線状マークＮ同士の間で濃淡を繰り返す配置である。具体的には、第一線状マークＮ１から第二線状マークＮ２への濃度変化は濃度が薄くなっている。このため、次の第二線状マークＮ２から第三線状マークＮ３への濃度変化は濃度が濃くなり、さらに次の第三線状マークＮ３から第四線状マークＮ４への濃度変化は濃度が薄くなっている。
このように、実施例５の光学式マークＭは、隣接する線状マークＮ同士が同じ濃度とならず、さらに、濃淡を繰り返す特徴的な濃度変調の配列を備える。このため、この特徴的な濃度変調の配列を検出することで光学式マークＭが存在することの検出が可能となる。

実施例５の光学式マークＭをコード化する際は、図１３（ｂ）中の矢印（１）で示す処理で個々の線状マークＮに振り分けられたコード番号を取得し、図１３（ｂ）中の矢印（２）で示す処理で表２に示すマトリクスにしたがってＩＤを示すコード番号を取得する。

実施例５では、実施例４と同様に、隣接する二つの線状マークＮの反射強度情報の検出値に基づいて、ＩＤを示すコード番号の一つを算出する。
表２に示すマトリクスは、縦軸が隣接する二つの線状マークＮの左側の線状マークＮに振り分けられたコード番号であり、横軸が隣接する二つの線状マークＮの右側の線状マークＮに振り分けられたコード番号である。

図１３（ｂ）に示す例では、第一線状マークＮ１のコード番号は「２」であり、第二線状マークＮ２のコード番号は「５」である。このため、第一線状マークＮ１と第二線状マークＮ２とから求められるＩＤを示すコード番号は、表２中の縦軸が「２」横軸が「５」の「３」が求められる。
同様にして、第二線状マークＮ２と第三線状マークＮ３とから求められるＩＤを示すコード番号は「４」であり、第三線状マークＮ３と第四線状マークＮ４とから求められるＩＤを示すコード番号は「２」である。そして、図１３（ｂ）に示す実施例５の光学式マークＭからは、「３４２１２３」というＩＤを取得することができる。

実施例５の光学式マークＭを検出する場合は、まず、測域センサ５で移動領域内を走査する。そして、隣接する線状マークＮ同士が同じ濃度とならず、さらに濃淡を繰り返す複数の線状マークＮを検出したときに、周囲に光学式マークＭが存在すると判定する（「Ｓ２」で「Ｙｅｓ」）。これと同時に、線状マークＮの配列を読み込み、光学式マークＭのＩＤを認識する（Ｓ３）。
実施例５の光学式マークＭでは、左側から順に線状マークＮを認識し、線状マークＮと思われる検出値の組み合わせが、濃淡を二回以上繰り返しているときに、光学式マークＭとして識別し、線状マークＮの配列を読み込む構成としてもよい。

自走ロボット１を設置する移動領域では、壁の表面に模様が付されている場合も考えられる。この場合、壁の表面の模様として段階的に色が濃くなったり、薄くなったりするグラデーションが施されていると、濃度が異なる線状マークＮからなる光学式マークＭとして誤認されるおそれがある。これに対して、実施例５のように濃淡を繰り返すものを光学式マークＭとして認識する構成であれば、グラデーションを光学式マークＭとして誤認することを防止できる。

上述した実施例２及び実施例３の光学式マークＭでは、光学式マークＭ内にＩＤとしての情報を持たない線状マークＮ（基準線状マークＮ０、光学式マーク検出部Ｍａ）を設置している。このため、光学式マークＭにおける線状マークＮを配列できる範囲の無駄となる。これに対して、実施例４及び実施例５では、光学式マークＭ全体が特徴をもつような線状マークＮの組み合わせとなっている。
何れの実施例についても、検出した光学式マークＭのＩＤが記憶部１１に記憶されている地図情報に記憶されていないＩＤであった場合は、誤検出として図８に示すフローチャートの「Ｓ１」に戻る。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。

（態様Ａ）
レーザー光Ｌ等の光を照射して検出範囲内の柱３０や壁４０等の物体の表面までの距離及び表面からの反射光の受光強度を検出する測域センサ５等の測距手段と、物体の表面に設けられた光学式マークＭ等の標識で反射した反射光の受光強度の検出値に基づいて標識に関連付けられた標識情報を生成するデータ処理部１４等の標識情報生成手段とを備える自走ロボット１等の情報取得装置において、標識情報生成手段は、測距手段で検出した標識での反射光の受光強度の検出値を七段階等の三段階以上に区分し、各区分に割り当てられたコード番号等の所定の情報に基づいてＩＤ等の標識情報を生成する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、反射光の受光強度を三段階以上に区分することで、標識における濃度変調を検出することが可能となる。これにより、反射光の受光強度が、所定の値よりも高いか低いかのみを判断する従来の構成に比べて大きな情報量が関連付けられた標識の情報を取得することが可能となる。

また、上述した実施形態では、標識の情報を取得する情報取得装置が自走ロボット１である場合について説明した。情報取得装置としてはこれに限るものではなく、例えば、測域センサ５のような測距手段を備えたハンディスキャナで、離れた位置にある光学式マークＭのような標識の表面を読み取る構成にも適用可能である。

（態様Ｂ）
表面の線状マークＮ等の情報表示部によって関連付けられた標識情報を表示する光学式マークＭ等の標識と、標識の標識情報を取得する自走ロボット１等の情報取得装置とを備え、情報取得装置は、レーザー光Ｌ等の光を照射して検出範囲内の柱３０や壁４０等の物体の表面までの距離及び表面からの反射光の受光強度を検出する測域センサ５等の測距手段と、物体の表面に設けられた情報表示部で反射した反射光の受光強度の検出値に基づいて標識情報を生成するデータ処理部１４等の標識情報生成手段とを有する構成の自走ロボットシステム１００等の情報取得システムにおいて、標識は、複数の情報表示部が所定の間隔で配置され、標識情報生成手段は、測距手段で検出した情報表示部での反射光の受光強度の検出値を七段階等の三段階以上に区分し、各区分に割り当てられたコード番号等の所定の情報に基づいてＩＤ等の標識情報を生成する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、反射光の受光強度を三段階以上に区分することで、標識における濃度変調を検出することが可能となる。これにより、反射光の受光強度が、所定の値よりも高いか低いかのみを判断する従来の構成に比べて、標識に対してより大きな情報量を関連付けることが可能となり、この標識に表示された標識情報を情報取得装置で取得することが可能となる。

（態様Ｃ）
駆動モータ１７及び駆動輪３等の移動手段と、移動領域の地図情報を格納する記憶部１１等の地図記憶手段と、レーザー光Ｌ等の光を照射して移動領域内に存在する柱３０や壁４０等の物体の表面までの距離及び表面からの反射光の受光強度を検出する測域センサ５等の測距手段と、移動領域内における自己位置を算出する自己位置推定部１２等の自己位置算出手段とを備える自走ロボット１等の自律移動装置において、物体の表面に配置された光学式マークＭ等の標識で反射した反射光の受光強度の検出値を七段階等の三段階以上に区分し、各区分に割り当てられたコード番号等の所定の情報に基づいて標識のＩＤ等の識別情報を生成するデータ処理部１４等の標識情報生成手段を備え、自己位置算出手段は、測距手段によって検出された標識までの距離に基づいて算出される標識に対する自律移動装置の相対位置の位置情報と、地図記憶手段の地図情報内に記憶された識別情報に対応する標識の移動領域内における位置情報とに基づいて、自律移動装置の移動領域内における自己位置を算出する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、反射光の受光強度を三段階以上に区分することで、標識における濃度変調を検出することが可能となる。これにより、反射光の受光強度が、所定の値よりも高いか低いかのみを判断する従来の構成に比べて、標識に対してより大きな情報量を関連付けることが可能となり、この標識に表示された標識情報を自律移動装置で取得することが可能となる。また、標識に対して付与することができる識別情報の数が増え、移動領域内に配置可能な標識の数が増えるため、移動領域内における自律移動装置の自己位置の算出精度を向上させることが可能となる。

（態様Ｄ）
態様Ｃにおいて、データ処理部１４等の標識情報生成手段は、相対位置の位置情報に基づいて、光学式マークＭ等の標識での反射光の受光強度の検出値を補正する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、測域センサ５等の測距手段に対する標識の相対位置の違いによって測距手段で取得する反射光の受光強度は異なる場合であってもコード番号等の所定の情報を適切に取得できる。よって、標識についてのＩＤ等の識別情報を適切取得することが可能となる。

（態様Ｅ）
自走ロボット１等の自律移動装置と、自律移動装置が移動可能な移動領域と、移動領域に配置され、表面の線状マークＮ等の情報表示部によって関連付けられた標識情報を表示する光学式マークＭ等の標識と、移動領域の地図情報を格納する記憶部１１等の地図記憶手段と，移動領域内における自律移動装置の位置を算出する自己位置推定部１２等の移動装置位置算出手段とを備え、自律移動装置は、駆動モータ１７及び駆動輪３等の移動手段と、レーザー光Ｌ等の光を照射して移動領域内に存在する柱３０や壁４０等の物体の表面までの距離及び表面からの反射光の受光強度を検出する測域センサ５等の測距手段と、を有する構成の自走ロボットシステム１００等の自律移動装置システムにおいて、標識は、複数の情報表示部が所定の間隔で配置された構成であり、測距手段で検出した情報表示部での反射光の受光強度の検出値を七段階等の三段階以上に区分し、各区分に割り当てられたコード番号等の所定の情報に基づいて標識のＩＤ等の識別情報を生成するデータ処理部１４等の標識情報生成手段を備え、移動装置位置算出手段は、測距手段によって検出された標識までの距離に基づいて算出される標識に対する自律移動装置の相対位置の位置情報と、地図記憶手段の地図情報内に記憶された識別情報に対応する標識の移動領域内における位置情報とに基づいて、自律移動装置の移動領域内における位置情報を算出する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、反射光の受光強度を三段階以上に区分することで、標識における濃度変調を検出することが可能となる。これにより、反射光の受光強度が、所定の値よりも高いか低いかのみを判断する従来の構成に比べて、標識に対してより大きな情報量を関連付けることが可能となり、この標識に表示された標識情報を自律移動装置で取得することが可能となる。また、標識に対して付与することができる識別情報の数が増え、移動領域内に配置可能な標識の数が増えるため、移動領域内における自律移動装置の位置情報の算出精度を向上させることが可能となる。

また、上述した実施形態では、地図記憶手段、移動装置位置算出手段及び標識情報生成手段が自律移動装置である自走ロボット１に配置された構成について説明した。これらの手段は、自律移動装置に配置するものに限らない。例えば、自律移動装置システム内に自律移動装置とは別に設けたサーバー装置に配置し、自律移動装置とサーバー装置とで無線通信を行うことで、各種情報のやり取りを行う構成としてもよい。

（態様Ｆ）
態様Ｅにおいて、データ処理部１４等の標識情報生成手段は、相対位置の位置情報に基づいて、線状マークＮ等の情報表示部での反射光の受光強度の検出値を補正する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、測域センサ５等の測距手段に対する光学式マークＭ等の標識の相対位置の違いによって測距手段で取得する反射光の受光強度は異なる場合であってもコード番号等の所定の情報を適切に取得できる。よって、標識についてのＩＤ等の識別情報を適切取得することが可能となる。

（態様Ｇ）
態様ＥまたはＦにおいて、光学式マークＭ等の標識は、所定の間隔で配置された複数の線状マークＮ等の情報表示部の一端または両端に所定の反射強度を有する基準線状マークＮ０等の情報表示部を備える。
これによれば、上記実施例２について説明したように、移動領域内に標識が存在することの検出が可能となる。

（態様Ｈ）
態様ＥまたはＦにおいて、光学式マークＭ等の標識は、所定の濃度変化をする線状マークＮ等の情報表示部の組み合わせ（光学式マーク検出部Ｍａ等）を複数の情報表示部における所定の位置に配置している。
これによれば、上記実施例３について説明したように、移動領域内に標識が存在することの検出が可能となる。

（態様Ｉ）
態様Ｅ乃至Ｈの何れかの態様において、光学式マークＭ等の標識は、複数の線状マークＮ等の情報表示部のうち隣り合う情報表示部が同じ濃度とならない構成である。
これによれば、上記実施例４について説明したように、隣り合う情報表示部の区別が付かない状態となることを防止できる。

（態様Ｊ）
態様Ｉにおいて、光学式マークＭ等の標識は、複数の線状マークＮ等の情報表示部が、隣り合う情報表示部の間で濃淡を繰り返す配置である。
これによれば、上記実施例５について説明したように、特徴的な濃度変調の配列を検出することで標識が存在することの検出が可能となる。

（態様Ｋ）
移動領域内における自走ロボット１等の移動体の位置を測定する移動体の位置測定方法において、移動体に配置され、レーザー光Ｌ等の光を照射して移動領域内に存在する柱３０や壁４０等の物体の表面までの距離及び表面からの反射光の受光強度を検出する測域センサ５等の測距手段を用いて、移動領域内に配置された光学式マークＭ等の標識までの距離と、標識を構成する複数の線状マークＮ等の情報表示部での反射光の受光強度とを検出し、検出した受光強度の検出値を七段階等の三段階以上に区分して、各区分に割り当てられたコード番号等の所定の情報に基づいて標識のＩＤ等の識別情報を生成し、測距手段によって検出された標識までの距離に基づいて算出される標識に対する移動体の相対位置の位置情報と、記憶部１１等の地図記憶手段の地図情報内に記憶された識別情報に対応する標識の移動領域内における位置情報とに基づいて、移動体の移動領域内における位置情報を算出する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、反射光の受光強度を三段階以上に区分することで、標識における濃度変調を検出することが可能となる。これにより、反射光の受光強度が、所定の値よりも高いか低いかのみを判断する従来の構成に比べて、標識に対してより大きな情報量を関連付けることが可能となり、この標識に表示された標識情報を自律移動装置で取得することが可能となる。そして、標識に対して付与することができる識別情報の数が増え、移動領域内に配置可能な標識の数が増えるため、移動領域内における自律移動装置の位置情報の算出精度を向上させることが可能となる。

１ 自走ロボット
２ 車両本体
３ 駆動輪
４ 補助輪
５ 測域センサ
９ エンコーダ
１０ 制御部
１１ 記憶部
１２ 自己位置推定部
１３ エンコーダ演算部
１４ データ処理部
１５ 経路演算部
１６ 駆動モータ制御部
１７ 駆動モータ
３０ 柱
４０ 壁
１００ 自走ロボットシステム
Ｌ レーザー光
Ｍ 光学式マーク
Ｍ１ 第一光学式マーク
Ｍａ 光学式マーク検出部
Ｍｂ 光学式マーク識別部
Ｎ 線状マーク

特開２０１４−６８３５号公報

Claims (11)

1. 光を照射して検出範囲内の物体の表面までの距離及び前記表面からの反射光の受光強度を検出する測距手段と、
   前記物体の表面に配置された標識で反射した反射光の前記受光強度の検出値に基づいて前記標識に関連付けられた標識情報を生成する標識情報生成手段とを備える情報取得装置において、
   前記標識情報生成手段は、前記測距手段で検出した前記標識での反射光の前記受光強度の検出値を三段階以上に区分し、各区分に割り当てられた所定の情報に基づいて前記標識情報を生成することを特徴とする情報取得装置。
2. 表面の情報表示部によって関連付けられた標識情報を表示する標識と、
   前記標識の前記標識情報を取得する情報取得装置とを備え、
   前記情報取得装置は、光を照射して検出範囲内の物体の表面までの距離及び前記表面からの反射光の受光強度を検出する測距手段と、前記物体の表面に設けられた前記情報表示部で反射した反射光の前記受光強度の検出値に基づいて前記標識情報を生成する標識情報生成手段とを有する構成の情報取得システムにおいて、
   前記標識は、複数の前記情報表示部が所定の間隔で配置され、
   前記標識情報生成手段は、前記測距手段で検出した前記情報表示部での反射光の前記受光強度の検出値を三段階以上に区分し、各区分に割り当てられた所定の情報に基づいて前記標識情報を生成することを特徴とする情報取得システム。
3. 移動手段と、
   移動領域の地図情報を格納する地図記憶手段と、
   光を照射して前記移動領域内に存在する物体の表面までの距離及び前記表面からの反射光の受光強度を検出する測距手段と、
   前記移動領域内における自己位置を算出する自己位置算出手段とを備える自律移動装置において、
   前記物体の表面に配置された標識で反射した反射光の前記受光強度の検出値を三段階以上に区分し、各区分に割り当てられた所定の情報に基づいて前記標識の識別情報を生成する標識情報生成手段を備え、
   前記自己位置算出手段は、前記測距手段によって検出された前記標識までの距離に基づいて算出される前記標識に対する前記自律移動装置の相対位置の位置情報と、前記地図記憶手段の前記地図情報内に記憶された前記識別情報に対応する前記標識の前記移動領域内における位置情報とに基づいて、前記自律移動装置の前記移動領域内における自己位置を算出することを特徴とする自律移動装置。
4. 請求項１の自律移動装置において、
   前記標識情報生成手段は、前記相対位置の位置情報に基づいて、前記標識での反射光の前記受光強度の検出値を補正することを特徴とする自律移動装置。
5. 自律移動装置と、
   前記自律移動装置が移動可能な移動領域と、
   前記移動領域に配置され、表面の情報表示部によって関連付けられた標識情報を表示する標識と、
   前記移動領域の地図情報を格納する地図記憶手段と，
   前記移動領域内における前記自律移動装置の位置を算出する移動装置位置算出手段とを備え、
   前記自律移動装置は、移動手段と、光を照射して前記移動領域内に存在する物体の表面までの距離及び前記表面からの反射光の受光強度を検出する測距手段と、を有する構成の自律移動装置システムにおいて、
   前記標識は、複数の前記情報表示部が所定の間隔で配置された構成であり、
   前記測距手段で検出した前記情報表示部での反射光の前記受光強度の検出値を三段階以上に区分し、各区分に割り当てられた所定の情報に基づいて前記標識の識別情報を生成する標識情報生成手段を備え、
   前記移動装置位置算出手段は、前記測距手段によって検出された前記標識までの距離に基づいて算出される前記標識に対する前記自律移動装置の相対位置の位置情報と、前記地図記憶手段の前記地図情報内に記憶された前記識別情報に対応する前記標識の前記移動領域内における位置情報とに基づいて、前記自律移動装置の前記移動領域内における位置情報を算出することを特徴とする自律移動装置システム。
6. 請求項５の自律移動装置システムにおいて、
   前記標識情報生成手段は、前記相対位置の位置情報に基づいて、前記情報表示部での反射光の前記受光強度の検出値を補正することを特徴とする自律移動装置システム。
7. 請求項５または６の自律移動装置システムにおいて、
   前記標識は、所定の間隔で配置された前記複数の情報表示部の一端または両端に所定の反射強度を有する情報表示部を備えることを特徴とする自律移動装置システム。
8. 請求項５または６の自律移動装置システムにおいて、
   前記標識は、所定の濃度変化をする情報表示部の組み合わせを前記複数の情報表示部における所定の位置に配置していることを特徴とする自律移動装置システム。
9. 請求項５乃至８の何れかに記載の自律移動装置システムにおいて、
   前記標識は、前記複数の情報表示部のうち隣り合う情報表示部が同じ濃度とならない構成であることを特徴とする自律移動装置システム。
10. 請求項９の自律移動装置システムにおいて、
    前記標識は、前記複数の情報表示部が、隣り合う情報表示部の間で濃淡を繰り返す配置であることを特徴とする自律移動装置システム。
11. 移動領域内における移動体の位置を測定する移動体の位置測定方法において、
    前記移動体に配置され、光を照射して前記移動領域内に存在する物体の表面までの距離及び前記表面からの反射光の受光強度を検出する測距手段を用いて、前記移動領域内に配置された標識までの距離と、前記標識を構成する複数の情報表示部での反射光の受光強度とを検出し、
    検出した受光強度の検出値を三段階以上に区分して、各区分に割り当てられた所定の情報に基づいて前記標識の識別情報を生成し、
    前記測距手段によって検出された前記標識までの距離に基づいて算出される前記標識に対する前記移動体の相対位置の位置情報と、地図記憶手段の地図情報内に記憶された前記識別情報に対応する前記標識の前記移動領域内における位置情報とに基づいて、前記移動体の前記移動領域内における位置情報を算出することを特徴とする移動体の位置測定方法。