JP2017129681A

JP2017129681A - 地図作成方法

Info

Publication number: JP2017129681A
Application number: JP2016008224A
Authority: JP
Inventors: 和都村瀬; Kazuto Murase
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-27

Abstract

【課題】路面をより正確に反映した地図を作成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。【解決手段】本発明の一態様に係る地図作成方法は、自律移動ロボットの地図作成方法であって、不特定の人の注目点の高さ方向の軌跡を取得し、取得した軌跡から路面の高さを推定し、推定された高さを、二次元平面を表す地図と関連付ける地図作成方法である。移動している人における注目点の高さの移動軌跡は、実際に自律移動ロボットが走行する路面の高さに対応している蓋然性が高い。したがって、このような方法によれば、距離センサ等により路面が認識できない場合であっても、実際の路面の高さを取得することができる。【選択図】図６

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、次のような地図作成方法について開示している。この方法では、起伏がある地形において距離センサにより地形の３次元位置計測点群を収集し、得られた計測点を、平面を表すパラメータ空間に、例えば３次元ハフ変換により写像し、その計測点の含有数が多い順に平面を算出する。そして、この算出された平面から含有している計測点に対応する地形に相当する領域を抽出し、抽出された領域を組合せて経路計画用の勾配地図を作成する。

特開平０７−３３２９８０号公報

関連技術においては、距離センサなどにより認識される地表面が路面であるとして地図が作成される。このため、距離センサで路面を認識できない場合には、地図に表される３次元位置が、実際に自律移動ロボット走行する路面とは異なることがあり、経路計画の精度の劣化を招く。つまり、距離センサなどにより認識される地表面と実際の路面とが異なっている場合には、正しい路面情報を用いた経路計画を行うことが困難となる。例えば、地面に草が生えている場合には、草の表面の位置が路面であるとして地図が作成されてしまうが、実際に走行する路面は、草の表面の位置ではなく草の根元付近の位置である。

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、路面をより正確に反映した地図を作成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、自律移動ロボットの地図作成方法であって、不特定の人の注目点の高さ方向の軌跡を取得し、取得した軌跡から路面の高さを推定し、推定された高さを、二次元平面を表す地図と関連付ける、方法である。
移動している人における注目点の高さの移動軌跡は、実際に自律移動ロボットが走行する路面の高さに対応している蓋然性が高い。したがって、このような方法によれば、距離センサ等により路面が認識できない場合であっても、実際の路面の高さを取得することができる。

本発明によれば、路面をより正確に反映した地図を作成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。３次元軌跡取得部による軌跡の取得について説明する模式図である。２次元地図上での注目点の軌跡例を示す模式図である。３次元軌跡取得部により取得された軌跡の高さ方向（Ｚ軸方向）の変化を示すグラフである。勾配地図作成部による勾配地図の作成について説明する模式図である。実施の形態にかかる地図作成装置の動作の流れについて示すフローチャートである。

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、環境情報取得装置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、地図情報記憶部１２と、３次元軌跡取得部１３と、路面高さ推定部１４と、勾配地図作成部１５とを有する。なお、３次元軌跡取得部１３、路面高さ推定部１４、及び勾配地図作成部１５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。地図情報記憶部１２は、例えばメモリ等の記憶装置により実現される。

環境情報取得装置１１は、人における注目点の３次元軌跡を取得するために用いられる計測装置又は観測装置であり、環境内の物体に関する情報を取得する。ここで、人における注目点とは、人の体の所定の部分であり、例えば、頭部、足部などの任意の部分が該当する。環境情報取得装置１１は、例えば環境内又は自律移動ロボットなどに設置されている。環境情報取得装置１１は、任意の認識手法を用いて注目点を検出及び追跡するために、環境内の物体に関する情報を取得する。環境情報取得装置１１は、具体的には、例えば、ＲＧＢ−Ｄカメラ、ステレオカメラ、レーザー測域センサ、又はモーションキャプチャなどである。

地図情報記憶部１２は、２次元地図情報、及び、この２次地図情報を用いて後述する勾配地図作成部１５により作成又は更新された勾配地図情報を記憶する。２次元地図情報は、自律移動ロボットの自己位置推定や経路計画に用いられる平面地図データであり、具体的には、例えば、レーザー測域センサなどを用いて予め作成された、自律移動ロボットの移動対象エリアに存在する障害や壁などの領域情報を蓄積した２次元地図データである。

３次元軌跡取得部１３は、環境情報取得装置１１により取得された環境情報に基づいて、地図情報記憶部１２が記憶する２次元地図情報と関連付けられた３次元軌跡を取得する。この３次元軌跡は、具体的には、上述の注目点の軌跡群である。３次元軌跡取得部１３は、具体的には、例えば、環境情報取得装置１１により取得される点群データなどに対し、ランダムフォレストによる人物姿勢推定やパーティクルフィルタによるトラッキングなどの処理を行うことで、環境情報取得装置１１により取得されるデータから、人の動作に対応するデータを抽出する。また、３次元軌跡取得部１３は、抽出されたデータにおいて予め定められた注目点（例えば、人の頭部の重心）を特定し、抽出されたデータに基づいて注目点の軌跡を求める。図２は、３次元軌跡取得部１３による軌跡の取得について説明する模式図である。また、図３は、２次元地図上での注目点の軌跡例を示す模式図である。なお、図２及び図３では、人５０が壁９１、９２の間の通路を移動した際の注目点５１の軌跡５２が示されている。また、図３では、平面上の軌跡、すなわちｘ方向及びｙ方向の軌跡が示されている。ここで、図２に示されるように、環境情報取得装置１１により取得された情報から得られた軌跡は、環境情報取得装置１１の基準座標系で表された軌跡であるため、３次元軌跡取得部１３は、２次元地図上における環境情報取得装置１１の位置姿勢を予め固定又は検知することにより、この軌跡を２次元地図の基準座標系で表された軌跡へと変換する。すなわち、図２及び図３に示されるように、３次元軌跡取得部１３は、環境情報取得装置１１の基準座標系で表された軌跡の座標（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，Ｚ_ｔ）を、２次元地図の基準座標系で表された軌跡の座標（Ｘ’_ｔ，Ｙ’_ｔ，Ｚ’_ｔ）に変換する。

路面高さ推定部１４は、３次元軌跡取得部１３により取得された軌跡群から勾配地図の作成又は更新に用いる軌跡を順番に抽出し路面の高さを推定する。路面高さ推定部１４は、高さ方向をＺ軸とした場合、人の歩行において、人の接地時と、軌跡のＺ値の負方向のピーク時とが対応しているとの仮定をし、このピーク時のＺ値に所定値を減算した値を路面の高さと推定する。なお、この所定値は、人５０の足裏から注目点５１までの距離（高さ）に相当する。図４は、３次元軌跡取得部１３により取得された軌跡の高さ方向（Ｚ軸方向）の変化を示すグラフである。路面高さ推定部１４は、負方向のピーク時のＺ値であるＺ_１、Ｚ_２、Ｚ_３、Ｚ_４、Ｚ_５、Ｚ_６、Ｚ_７を、路面の高さの推定に用いる。

勾配地図作成部１５は、路面高さ推定部１４により推定された路面の高さを用いて、地図情報記憶部１２が記憶する２次元地図に対応する勾配地図を作成又は更新する。図５は、勾配地図作成部１５による勾配地図の作成について説明する模式図であり、図５上部には平面上の軌跡及び推定された路面の高さが示されており、図５下部には作成された勾配地図が示されている。勾配地図作成部１５は、例えば、２次元地図で表される平面を一定幅で区切ったグリッドマップ６０を作成し、軌跡に対して推定された路面の高さの値を、グリッドマップ６０の各グリッドのうちこの軌跡のＸ及びＹ座標値が属するグリッドに割り当てることにより、高さ情報を設定した勾配地図を作成する。また、勾配地図作成部１５は、３次元軌跡取得部１３により取得された一連の軌跡が通過する各グリッドのうち、高さの値が割り当てられないグリッドについては、高さの値が割り当てられた前後のグリッドの高さの値の中間値を高さ情報として設定する。

次に、地図作成装置１の動作の流れについて説明する。図６は、地図作成装置１の動作の流れについて示すフローチャートである。以下、図６に沿って動作を説明する。
ステップ１０（Ｓ１０）において、３次元軌跡取得部１３は、環境情報取得装置１１により取得された情報に基づいて人の３次元軌跡群を取得する。次に、ステップ１１（Ｓ１１）において、３次元軌跡取得部１３は、取得された軌跡群の中から今回新たに取得された軌跡群を抽出する。すなわち、既に勾配地図が作成済みである場合に、本フローチャートでこの勾配地図を更新する際は、更新分の軌跡群のみが抽出されることとなる。

次に、ステップ１２（Ｓ１２）において、ステップ１１で抽出された全ての軌跡に対して後述の所定の処理が既に完了しているかを判定する。全ての軌跡に対して処理が既に完了していない場合、処理がなされていない軌跡について、以下のステップ１３乃至１５の処理が行われ、再び、ステップ１２の判定が行われる。これに対し、ステップ１１で抽出された全ての軌跡に対して処理が既に完了していると判定された場合、勾配地図の作成または更新が完了したとして、一連の処理が終了する。

ステップ１３（Ｓ１３）では、路面高さ推定部１４が、ステップ１１で得られた軌跡群から勾配地図の作成又は更新に用いる軌跡を取り出す。次に、ステップ１４（Ｓ１４）において、路面高さ推定部１４が、上述のようにして地面の高さ情報を推定する。そして、ステップ１５（Ｓ１５）において、勾配地図作成部１５は、軌跡の２次元地図上における位置に、推定された高さ情報を関連付けることにより、勾配地図を作成又は更新する。

すなわち、地図作成装置１によれば、自律移動ロボットの地図作成方法であって、不特定の人の注目点の高さ方向の軌跡を取得し（ステップ１０）、取得した軌跡から路面の高さを推定し（ステップ１４）、推定された高さを、二次元平面を表す地図と関連付ける（ステップ１５）、地図作成方法が提供される。

上記実施の形態にかかる地図作成装置１によれば、移動している人における注目点の高さの移動軌跡から、路面の高さを推定している。したがって、地図作成装置１によれば、距離センサ等により路面が認識できない場合であっても、実際の路面の高さを取得することができる。よって、路面をより正確に反映した地図を作成することができる。そして、このような地図の作成は、自律移動ロボットにおける地図を用いた経路計画の精度の向上に寄与する。

また、上記実施の形態にかかる地図作成装置１によれば、次のような利点も提供される。例えば、起伏がある地形において、自律移動ロボットは、自律移動ロボットに搭載された距離センサなどで３次元点を計測し、計測結果に基づいて地形を推定することで、経路計画用の勾配地図を作成することができる。しかし、環境内には、障害物などによって遮られた死角領域や降坂による死角領域が存在する。このため、本実施の形態にかかる地図作成方法によらない方法では、現在の地点からは認識できない領域であるものの経路計画に用いたい領域の勾配地図を作成したい場合には、死角領域を補間するために、自律移動ロボットは、距離センサの位置及び姿勢を変更する必要がある。これに対し、本実施の形態にかかる地図作成装置１を搭載した自律移動ロボットにおいては、注目点の高さの移動軌跡から路面の高さを推定している。このため、自律移動ロボットは、経路計画時は現在の位置姿勢から移動せずとも、搭載した距離センサなどで直接認識できない死角領域の勾配情報を含んだ勾配地図を得ることが可能となる。

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。

１地図作成装置
１０情報処理装置
１１環境情報取得装置
１２地図情報記憶部
１３３次元軌跡取得部
１４路面高さ推定部
１５勾配地図作成部
５０人
５１注目点
５２軌跡
６０グリッドマップ
９１、９２壁

Claims

自律移動ロボットの地図作成方法であって、
不特定の人の注目点の高さ方向の軌跡を取得し、
取得した軌跡から路面の高さを推定し、
推定された高さを、二次元平面を表す地図と関連付ける
地図作成方法。