JP2017198517A - Three dimensional map generation system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、3次元地図生成システムに関し、特に、たとえば移動ロボットに搭載した3次元レーザ距離計で獲得した3次元スキャンデータを用いて3次元地図を生成する、3次元地図生成システムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional map generation system, and more particularly to a three-dimensional map generation system that generates a three-dimensional map using, for example, three-dimensional scan data acquired by a three-dimensional laser rangefinder mounted on a mobile robot.
特許文献1には、レーザレンジファインダ(LRF:Laser Range Finder)のようなレーザ距離計による距離データを、計測時の移動体の位置および向きを基準とする位置データに変換し、その位置データを所定のルールに従って複数のクラスタにクラスタリングし、条件を満たさないクラスタを消去することによって、不要な位置データを消去して、必要な位置データだけで地図を作成する方法が開示されている。
In
特許文献1では、3次元地図については考慮されていない。
In
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、3次元地図生成システムを提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a novel three-dimensional map generation system.
この発明の他の目的は、3次元地図を容易に生成できる、3次元地図生成システムを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a 3D map generation system that can easily generate a 3D map.
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明等は、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. The reference numerals in parentheses, supplementary explanations, and the like indicate correspondence relationships with embodiments described later to help understanding of the present invention, and do not limit the present invention in any way.
第1の発明は、移動体、移動体に搭載される全方位レーザ距離計、全方位レーザ距離計によるスキャンで得られるデータセットに基づいて2次元グリッド地図を生成する2次元地図生成手段、2次元グリッド地図を所定の3次元座標系に整合する整合手段、データセットの各点を移動体の位置および方向に基づいて3次元座標系に変換する変換手段、3次元座標系に変換された各点を時系列のデータセットに従ってマッチングするマッチング手段、およびマッチングした各点をボクセル地図に書き込んで3次元地図を生成する生成手段を備える、3次元地図生成システムである。 The first invention is a mobile object, an omnidirectional laser distance meter mounted on the mobile object, a two-dimensional map generation means for generating a two-dimensional grid map based on a data set obtained by scanning with the omnidirectional laser distance meter, Matching means for matching the three-dimensional grid map with a predetermined three-dimensional coordinate system, conversion means for converting each point of the data set into a three-dimensional coordinate system based on the position and direction of the moving body, and each of the points converted into the three-dimensional coordinate system A 3D map generation system comprising: matching means for matching points according to a time-series data set; and generation means for writing each matched point to a voxel map to generate a 3D map.
第1の発明では、3次元地図生成システム(10:実施例において相当する部分を例示する参照符号。以下同様。)は、たとえば遠隔操作装置(14)によって移動を制御される移動体(12)を備え、その移動体にたとえば全方位レーザレンジファインダのような全方位レーザ距離計(28)が搭載される。移動体が移動されるとき、全方位レーザ距離計によるスキャンが行われ、それによって得られるデータセットに基づいて、2次元地図生成手段(30、S1)が2次元グリッド地図を生成する。整合手段(30、S5)が、2次元グリッド地図を所定の3次元座標系に整合する。変換手段(30、S25)が、データセットの各点を移動体の位置および方向に基づいて3次元座標系に変換する。マッチング手段(30、S27‐S39)が3次元座標系に変換された各点を時系列のデータセットに従ってマッチングする。それによって、各点(Pj)が3次元座標系の正しい位置に位置合わせされる。生成手段(30、S41)が、マッチングした各点をボクセル地図に書き込んで3次元地図を生成する。 In the first invention, the three-dimensional map generation system (10: reference numerals exemplifying corresponding parts in the embodiment; the same applies hereinafter) is a moving body (12) whose movement is controlled by, for example, a remote control device (14). The omnidirectional laser rangefinder (28) such as an omnidirectional laser range finder is mounted on the moving body. When the moving body is moved, scanning with an omnidirectional laser rangefinder is performed, and the two-dimensional map generation means (30, S1) generates a two-dimensional grid map based on the data set obtained thereby. The matching means (30, S5) matches the two-dimensional grid map with a predetermined three-dimensional coordinate system. The conversion means (30, S25) converts each point of the data set into a three-dimensional coordinate system based on the position and direction of the moving object. A matching means (30, S27-S39) matches each point converted to the three-dimensional coordinate system according to a time-series data set. Thereby, each point (Pj) is aligned with the correct position in the three-dimensional coordinate system. A generation means (30, S41) writes each matched point on the voxel map to generate a three-dimensional map.
第1の発明によれば、全方位レーザ距離計のスキャンデータから、容易に、3次元地図が生成できる。 According to the first invention, a three-dimensional map can be easily generated from scan data of an omnidirectional laser rangefinder.
第2の発明は、第1の発明に従属し、マッチング手段は、3次元座標系における平面内に含まれる特定の点のマッチングを行い、その結果に従って残りの点をマッチングする、3次元地図生成システムである。 A second invention is dependent on the first invention, and the matching means matches a specific point included in a plane in a three-dimensional coordinate system, and matches the remaining points according to the result. System.
第2の発明では、マッチング手段(S27‐S39)は、3次元座標系における平面内に含まれる特定の点(Pl,Pk)のマッチングを行い(S27‐S37)、その結果に従って残りの点をマッチングする(S39)。 In the second invention, the matching means (S27-S39) performs matching of specific points (P1, Pk) included in the plane in the three-dimensional coordinate system (S27-S37), and the remaining points are determined according to the result. Matching is performed (S39).
第2の発明によれば、まず特定の点だけを用いてマッチングを行うことによって、所要時間を短縮できるだけでなく、マッチングの精度が向上する。 According to the second invention, by first performing matching using only a specific point, not only the required time can be shortened, but also the matching accuracy is improved.
第3の発明は、第1または第2の発明に従属し、3次元地図のデータを蓄積する蓄積手段、および蓄積手段によって蓄積している複数の3次元地図に基づいて合成3次元地図を生成する合成地図生成手段をさらに備える、3次元地図生成システムである。 A third invention is dependent on the first or second invention, and generates a synthesized three-dimensional map based on a storage means for storing data of a three-dimensional map and a plurality of three-dimensional maps stored by the storage means A three-dimensional map generation system further comprising a synthetic map generation means.
第3の発明では、蓄積手段(72)が、生成手段(S41)が生成した3次元地図のデータを蓄積しておき、合成地図生成手段(30、S11、S13、S51‐S61)は、典型的には時系列に従った順次の3次元地図に基づいて、合成3次元地図を生成する。 In the third invention, the storage means (72) stores the three-dimensional map data generated by the generation means (S41), and the composite map generation means (30, S11, S13, S51-S61) Specifically, a composite three-dimensional map is generated based on a sequential three-dimensional map according to a time series.
第3の発明によれば、合成3次元地図が生成できる。 According to the third aspect of the invention, a synthetic 3D map can be generated.
第4の発明は、移動体および移動体に搭載される全方位レーザ距離計を備える3次元地図生成システムのコンピュータによって実行され、コンピュータを、全方位レーザ距離計によるスキャンで得られるデータセットに基づいて2次元グリッド地図を生成する2次元地図生成手段、2次元グリッド地図を所定の3次元座標系に整合する整合手段、
データセットの各点を移動体の位置および方向に基づいて3次元座標系に変換する変換手段、3次元座標系に変換された各点を時系列のデータセットに従ってマッチングするマッチング手段、およびマッチングした各点をボクセル地図に書き込んで3次元地図を生成する生成手段して機能させる、3次元地図生成プログラムである。
4th invention is performed by the computer of the three-dimensional map production | generation system provided with the moving body and the omnidirectional laser rangefinder mounted in a moving body, and a computer is based on the data set obtained by the scan by an omnidirectional laser rangefinder. A two-dimensional map generating means for generating a two-dimensional grid map and a matching means for matching the two-dimensional grid map with a predetermined three-dimensional coordinate system;
Conversion means for converting each point of the data set to a three-dimensional coordinate system based on the position and direction of the moving body. Matching means for matching each point converted to the three-dimensional coordinate system according to a time-series data set, and matching It is a 3D map generation program that causes each point to be written on a voxel map and functions as a generation unit that generates a 3D map.
第4の発明によれば、第1の発明と同様の効果が期待できる。 According to the fourth invention, the same effect as that of the first invention can be expected.
この発明によれば、3次元レーザ距離計のスキャンデータ(データセット)を用いて3次元地図を容易に生成することができる。 According to the present invention, a three-dimensional map can be easily generated using scan data (data set) of a three-dimensional laser rangefinder.
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above object, other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
図1を参照して、この実施例の3次元地図生成システム(以下、単に「地図生成システム」ということがある。)10は、移動体としての移動ロボット(以下、単に「ロボット」ということがある。)12およびそのロボット12の移動を制御する遠隔制御装置14を含む。ロボット12と遠隔制御装置14は、ネットワーク16を介して、相互に通信できる。
Referring to FIG. 1, a three-dimensional map generation system (hereinafter simply referred to as “map generation system”) 10 of this embodiment is a mobile robot (hereinafter simply referred to as “robot”) as a moving body. And a
ロボット12は、図1に示すように本体20を載せるベース18を含み、このベース18に、ロボット12を移動するための車輪22が設けられる。本体20の上に支持部24が設けられ、その支持部24に、RGBカメラ26が前方に向けて設けられるとともに、その支持部の上端に全方位レーザ距離計28が設けられる。全方位レーザ距離計28は、たとえば、水平を基準として上下40°(+30°‐−10°)の検知角度(垂直視野角)を有する3次元レーザ距離計である。この3次元全方位レーザ距離計(以下、単に「レーザ距離計」ということがある。)28は、たとえば0.1秒に1回転して、およそ100mまでの距離を計測する。実験では、レーザ距離計28として、Velodine社製のイメージングユニットLiDAR(HDL‐32e)(商品名)を用いた。このようなロボット12は、遠隔操作装置14によって、その移動が制御される。
As shown in FIG. 1, the
遠隔操作装置14は、コンピュータ30を含み、このコンピュータ30に接続された操作卓32に設けられる操作キーやジョイスティック(図示せず)をオペレータが操作することによって、その操作入力に応じて、コンピュータ30がロボット12の車輪22すなわちロボット12の移動を制御する。
The
コンピュータ30にはメモリ34が連結されるとともに、表示器36が接続される。メモリ34は、後述のように、地図生成のためのプログラムの他、上述のレーザ距離計28が取得するスキャンデータ(データセット)を記憶するだけでなく、2次元地図データや3次元地図データさらには、合成地図データ等を記憶する。表示器36は、ロボット12の移動を安全に行うために、ロボット12の移動状態やカメラ26で撮影した画像を表示して、オペレータに見せる。
A
コンピュータ30には、無線通信モジュール38が付属され、コンピュータ30はネットワーク16を経由して、ロボット12の無線通信モジュール40(図2)を通して、コンピュータ42と無線通信を行うことができる。
A
ロボット12のコンピュータ42には、バス44を介して、メモリ46が接続されるとともに、センサインタフェース48およびモータドライバ50が接続される。センサインタフェース48には、前述のRGBカメラ26およびレーザ距離計28が連結され、センサインタフェース48は、カメラ26からの画像データおよびレーザ距離計28からのセンサデータを受け、コンピュータ42の制御の下、無線通信モジュール40、ネットワーク16、無線通信モジュール38を通して、コンピュータ30(図1)に送る。
A
他方、遠隔操作装置14からの操作データが、無線通信モジュール38、ネットワーク16、無線通信モジュール40を通して、コンピュータ42に送られ、コンピュータ42からモータドライバ50に与えられる。したがって、車輪モータ52が駆動され、ロボット12が遠隔操作によって移動される。
On the other hand, operation data from the
このような地図生成システム10のロボット12は、たとえば図3に示すような場所において移動されながら、レーザ距離計28によってスキャンデータを取得する。図3に例示する場所は発明者等がこの地図生成システム10の実験のために利用した商業施設の2階の一部である。実験では、ロボット12は、1回の走行において、商業施設のこの場所を約25分かけて約530m移動し、およそ1億8200万の点群の位置データ(データセット)を出力する。そして、1つの3次元地図を生成するために、同じ場所を、一例として7回走行させて、7回分のデータセットを取得した。
The
図4がレーザ距離計28で取得した代表的な3次元スキャンデータ54を示し、この図4の中の円弧状の線がレーザ距離計28がスキャンしている様子を模式的に示す。図4に示すように、スキャンデータは、壁や床などのような静的オブジェクトだけでなく、人間のような動的オブジェクトからのデータを含む。他方、図4ではわからないが、実際のスキャンデータでは、高さ方向に色付けされていて、低い位置が赤色で、高い位置が青色でそれぞれ表現される。
FIG. 4 shows representative three-
このようなスキャンデータ54は上述のように、遠隔操作装置14のコンピュータ30のメモリ34に記憶される。そして、コンピュータ30は、1走行で得られた1億8200万の点群の位置データを示すデータセットを用いて、図5に示す2次元地図56を作る。図5に示すように、この2次元地図56は、たとえば10cmのグリッド地図である。この地図を作成する際、データセットに含まれる各点をその10cmグリッドに落とし込む(ダウンサンプリングする)。
図5の2次元グリッド地図56において、灰色の部分はロボット12のレーザ距離計28がスキャンできなかった場所であり、白色部分がレーザ距離計28でスキャンした場所である。
In the two-
その後、3次元地図を生成する。この3次元地図は、図6に示すような、10cmのボクセル(voxel)で表わす地図である。このボクセル地図は、図5のような2次元グリッド地図を生成した後に、3次元座標系のロボット12の正確な位置と向き(position, orientation)を利用して、図4に示すようなロボット12の1走行毎の2次元グリッド地図に基づいて、生成される。詳しくしは後述するが、2次元地図のグリッドに対応する平面の高さ方向にもボクセルが配置され、その2次元地図のグリッドにオブジェクトが存在すると、対応のボクセルに「1」が書き込まれる。たとえばロボット12の7走行の結果の7枚の2次元地図のすべてにおいて同じグリッドにあるオブジェクトは、3次元地図において、図6のように、その「1」が累積され、高さ情報を持つ3次元地図が生成される。
Thereafter, a three-dimensional map is generated. This three-dimensional map is a map represented by 10 cm voxel as shown in FIG. This voxel map is generated by generating a two-dimensional grid map as shown in FIG. 5 and then using the exact position and orientation of the
ここで、図1の遠隔操作装置14のコンピュータ30のメモリ34は、たとえば図7に示すように、プログラム記憶領域60およびデータ記憶領域62を含む。
Here, the
プログラム記憶領域60には、OSなどの必要なプログラムの他、ロボット12の移動を制御するための移動制御プログラム64および後に図8‐図10を参照して詳細に説明する地図作成プログラム66などが予め設定されている。
The
データ記憶領域62は、レーザ距離計28から得られるスキャンデータ54(データセット)を一時的に記憶するための計測データバッファ68、図5に示す2次元グリッド地図のデータを記憶する2次元地図データ記憶領域70、図6に示すような3次元ボクセル地図58のデータを記憶する3次元地図データ記憶領域72、2以上の3次元地図を合成した合成地図のデータ記憶するための合成地図データ記憶領域74等を含む。
The
図1に示す遠隔操作装置14のコンピュータ30は、移動制御プログラム64に従って、オペレータが操作する操作卓32からの操作データに基づいて、ロボット12をたとえば図3で示すような場所を走行させる。そのロボット12の1走行で得られたスキャンデータ(計測データのデータセット)が、メモリ34の計測データバッファ68に記憶される。
The
そして、地図作成プログラム66(図7)によって規定されている、図8の最初のステップS1では、コンピュータ30は、計測データバッファ68に蓄積されている1走行分のスキャンデータ(データセット)に基づいて、図5に示すような2次元グリッド地図を生成する。その2次元地図のデータは、2次元地図データ領域70(図7)に保存される。
Then, in the first step S1 of FIG. 8 defined by the map creation program 66 (FIG. 7), the
続くステップS3でコンピュータ30は、その2次元地図が最初のものかどうか判断する。“YES”なら、次のステップS5で、コンピュータ30は、その最初の2次元地図上の位置および向きを、所定の3次元座標系に整合する。その後、またはステップS3で“NO”のとき、すなわち2次元地図が最初のものではないとき、ステップS7に進む。
In subsequent step S3, the
ステップS7は、具体的には、図9のようなサブルーチンで構成される。 Step S7 is specifically composed of a subroutine as shown in FIG.
地図作成プログラム66(図7)によって規定されている、図9の最初のステップS21では、スキャン(走行)数を示す変数iをi=0とする。したがって、i番目のスキャン(走行)で計測したデータセットは、Si(S0,S1,…Si,…Sn)で表現される。続くステップS23では、点位置を示す変数jをj=0とする。したがって、i番目のデータセットにおけるj番目の点が、SiPjと表現される。つまり、Si={P1, P2, …Pj, …PN}である。 In the first step S21 of FIG. 9 defined by the map creation program 66 (FIG. 7), a variable i indicating the number of scans (running) is set to i = 0. Therefore, the data set measured in the i-th scan (running) is represented by Si (S0, S1,... Si,... Sn). In the subsequent step S23, a variable j indicating the point position is set to j = 0. Therefore, the j-th point in the i-th data set is expressed as SiPj. That is, Si = {P1, P2,... Pj,.
ステップS25では、コンピュータ30は、RPi(Siのときのロボット12の2次元地図上の位置および向き)を用いて、点位置Pjを、ステップS5で整合させた2次元地図上の3次元座標に変換する。
In step S25, the
次のステップS27で、コンピュータ30は、その点Pjの周囲の距離Rの範囲内のすべての点を使って、局所平面(local plan)を当てはめる。つまり、このステップS27では、点Pjを含む局所平面を推定する。
In the next step S27, the
そして、ステップS29では、コンピュータ30は、平面度αを、α=局所平面内の点の数÷距離R内の点の数として計算する。つまり、点Pjの近傍の点のどの程度がステップS27で推定した局所平面内にあるかを計算する。したがって、α=1であれば、Pjの周りの距離R内のすべての点が同じ局所平面にあることを意味する。つまり、αが「1」に近いほど平面に近いといえる。
In step S29, the
このようにして計算した平面度αおよびその局所平面の法線(Normal)を使って、点Pjを、Pj(xj,yj,zj,Nj,αj)と定義する。 The point Pj is defined as Pj (xj, yj, zj, Nj, αj) using the flatness α thus calculated and the normal (Normal) of the local plane.
ステップS31では、コンピュータ30は、データセットSiの中のすべての点についてステップS25‐S29の処理が終了したかどうか(j<NPSi)、判断する。“NO”ならステップS33で点番号jをインクリメントして、ステップS25に戻る。
In step S31, the
このようにして、データセットSiのすべての点Pについて、3次元座標上での定義が終了したなら、ステップS31で“YES”となり、コンピュータ30は、次のステップS35で、データセットの番号iが「0」かどうか、つまり、最初のデータセットについての上述の処理が終了したかどうか判断する。
In this way, when the definition on the three-dimensional coordinates is completed for all the points P of the data set Si, “YES” is determined in the step S31, and the
ステップS35で“NO”なら、次のステップS37でコンピュータ30は、今回のデータセットSiの中で前述の平面度αが閾値T(実施例では、一例として、0.9とした。)を超える点Pl(ピーエル)({Pl∈Si/Pl.α>T})と、前回のデータセットSi−1の中で前述の平面度αが閾値Tを超える点Pk{Pk∈Si−1/Pk.α>T})とのスキャンマッチングを実行する。なお、スキャンマッチングとは、ICP(Interactive Closest Point)に類似した手法で、異なるデータセット(スキャン)の対応する点どうしのずれを検出することである。
If “NO” in the step S35, the
このようにスキャンマッチングを行う際、ステップS29で計算した平面度αが閾値Tたとえば0.9を超えた点PlおよびPkだけを用いてスキャンマッチングを行うことによって、所要時間を短縮できるだけでなく、それぞれの点が平面上にあると推定されるので、マッチングの精度が向上する、という利点がある。 When performing scan matching in this way, not only can the required time be shortened by performing scan matching using only the points Pl and Pk at which the flatness α calculated in step S29 exceeds a threshold T, for example, 0.9, Since each point is estimated to be on a plane, there is an advantage that the accuracy of matching is improved.
ステップS37で実行したスキャンマッチングの結果を用いて、ステップS39で、コンピュータ30は、データセットSiのすべての点について、位置合わせ(ずれ補正)を行う。それによって、Si={P1, P2, …Pj, …PN}のすべての点が、3次元座標系上で、正しい位置に配置される。
Using the result of the scan matching executed in step S37, in step S39, the
ステップS39の後、またはステップS35で“YES”のとき、ステップS41に進む。このステップS41では、コンピュータ30は、データセットSiのすべての点を図6に示したようなボクセル形式の3次元地図に加入する。
After step S39 or if “YES” in the step S35, the process proceeds to a step S41. In step S41, the
このように、図8のステップS1でデータセットSiを用いて2次元グリッド地図(図5)を生成し、ステップS5でその2次元地図を所定の3次元座標系に整合(align)させ、データセットSi中のすべての点の3次元座標系での位置ずれを補正した上で、各点をボクセル形式の3次元地図にプロットすることによって、3次元地図が生成される。 In this manner, a two-dimensional grid map (FIG. 5) is generated using the data set Si in step S1 of FIG. 8, and the two-dimensional map is aligned with a predetermined three-dimensional coordinate system in step S5 to obtain data. A three-dimensional map is generated by correcting the positional shift in the three-dimensional coordinate system of all the points in the set Si and plotting each point on a three-dimensional map in the voxel format.
ただし、位置ずれを補正する際には、上述した理由で、データセットから抽出した特定の点でまず位置ずれを検出し、検出した位置ずれの情報(スキャンマッチングの結果)を用いて全部の点の位置ずれを補正する。 However, when correcting the misalignment, for the reasons described above, the misalignment is first detected at a specific point extracted from the data set, and all the points are detected using the detected misalignment information (scan matching result). Correct the misalignment.
ステップS41で3次元地図が生成されると、ステップS43でコンピュータ30は、スキャン番号すなわちデータセットの数iが全データセット数NSに達していないか判断する。“YES”ならステップS45で変数iをインクリメントした後に、ステップS23に戻って上述の処理を繰り返し実行する。つまり、すべてのデータセット(前述した発明者等の実験では7セット)を使って1つの3次元地図を生成する。この3次元地図のデータは、図7の3次元地図データ記憶領域72に記憶される。
When the three-dimensional map is generated in step S41, the
このようにして、図8のステップS7で3次元地図を生成した後、続くステップS9で、コンピュータ30は、ステップS7で作った3次元地図が最初のものかどうか判断する。“YES”であれば、ステップS11で合成地図(Composite map)初期化する。ここで、合成地図とは、異なる時間に作成した3次元地図からの情報の組み合わせであり、複数の3次元地図の情報を結合または統合することによって生成される3次元地図を意味する。このステップS11では、ステップS7で生成した3次元地図のデータを、図7に示す構成地図データ領域74に複写する。ここで、元の3次元地図のデータは3次元地図データ領域72に記憶されたままである。つまり、3次元地図データはそれが生成されると、3次元地図データ領域72に順次蓄積される。合成地図は、このようにして蓄積された3次元地図を合成することによって生成する。
図10は、図7の地図作成プログラム66に含まれる、合成地図の更新方法を示すフロー図であり、簡単に言うとこの更新処理では、n番目の3次元地図Mnを直前の合成地図CMn−1を結合して合成地図CMnを作ることである。ただし、直前の合成地図CMn−1は、3次元地図M1,M2,…,Mn−1を合成した3次元ボクセル地図である。また、3次元地図MnはJnのボクセルを含み、直前の合成地図CMn−1は、In−1のボクセルを含む。
In this way, after the three-dimensional map is generated in step S7 of FIG. 8, in step S9, the
FIG. 10 is a flowchart showing a method of updating the composite map included in the
この図10のステップS51‐S55において、コンピュータ30はまず、合成地図CMn(今回更新した結果得られる合成地図)のすべてのボクセルに、直前の合成地図CMn−1の対応するすべてのボクセルを設定する。
In steps S51 to S55 of FIG. 10, the
そして、ステップS57‐S61において、今回の合成地図の各ボクセルに、今回の3次元地図Mnの対応するボクセルを書き込む。つまり、今回の3次元地図の該当するボクセル(j)が「1」である場合、対応する合成地図CMnのボクセル(j)に「1」を加える(投票する)。ただし、今回の3次元地図の該当するボクセル(j)が「0」である場合、対応する合成地図CMnのボクセル(j)には投票しない。 In steps S57 to S61, the corresponding voxel of the current three-dimensional map Mn is written in each voxel of the current composite map. That is, when the corresponding voxel (j) of the current three-dimensional map is “1”, “1” is added to the voxel (j) of the corresponding composite map CMn (voting). However, if the corresponding voxel (j) in the current three-dimensional map is “0”, the voxel (j) of the corresponding composite map CMn is not voted.
このようにして、蓄積した複数の3次元地図のデータを合成して、合成3次元地図を生成することができる。 In this manner, a plurality of accumulated three-dimensional map data can be combined to generate a combined three-dimensional map.
発明者等は、図3のような商業施設でロボット12を巡回させて、毎日1回あるいは数回、3次元地図を生成して蓄積することを提案している。その意味で、図8のステップS15は不要であるが、図8の処理を終了するために、ステップS15で最後かどうか判断し、“NO”であればステップS1に戻り、“YES”データあれば合成地図作成動作を終了する。
The inventors have proposed that a
上述の実施例では、順次生成される3次元地図のデータに従って合成地図を更新することによって、合成地図を生成した。しかしながら、蓄積手段として作用するたとえば3次元地図データ記憶領域72に蓄積された複数の3次元地図の内の任意のものを用いて合成地図を生成することができる。任意の複数の3次元地図データを用いて合成地図を生成する手順は、図8‐図10で説明した手順と同様で、たとえば時間的に最先の3次元地図をステップS11で最初の合成地図として設定し、その後、各3次元地図に従ってステップS13のように合成地図を更新すればよい。
In the above-described embodiment, the composite map is generated by updating the composite map according to the data of the three-dimensional map that is sequentially generated. However, a composite map can be generated using any one of a plurality of three-dimensional maps stored in, for example, the three-dimensional map
たとえば3次元地図データ記憶領域72に記憶する3次元地図データにタイムスタンプのようにメタデータを付加しておけば、ユーザはそれを見て、任意の3次元地図を選択することができる。そうすれば、毎日1回蓄積した複数の3次元地図を、単に時系列的に合成することによってだけでなく、たとえば特定の曜日ごとの合成地図を簡単に作成することができる。そして、そのような合成地図では、3次元地図の対応するボクセルからの投票(ヒット)数が多い物体(オブジェクト)は静止物体である可能性が高い。なぜなら、どの3次元地図でもそのボクセルに存在するものだから。逆に、3次元地図の対応するボクセルからの投票(ヒット)数が少ない物体(オブジェクト)は移動物体である可能性が高い。たとえば、特定の曜日、たとえば日曜日に通路で行われるワゴンセールのワゴンや、顧客誘因のための看板(サイネージ)などが典型的である。
For example, if metadata such as a time stamp is added to the 3D map data stored in the 3D map
なお、上で挙げた具体的な材料や寸法などの具体的数値はいずれも単なる一例であり、製品の仕様などの必要に応じて適宜変更可能である。 Note that the specific numerical values such as the specific materials and dimensions mentioned above are merely examples, and can be appropriately changed according to the needs of the product specifications and the like.
10 …3次元地図生成システム
12 …移動ロボット
14 …遠隔操作装置
28 …3次元レーザ距離計
30 …コンピュータ
66 …地図作成プログラム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記移動体に搭載される全方位レーザ距離計、
前記全方位レーザ距離計によるスキャンで得られるデータセットに基づいて2次元グリッド地図を生成する2次元地図生成手段、
前記2次元グリッド地図を所定の3次元座標系に整合する整合手段、
前記データセットの各点を移動体の位置および方向に基づいて3次元座標系に変換する変換手段、
前記3次元座標系に変換された各点を時系列のデータセットに従ってマッチングするマッチング手段、および
マッチングした各点をボクセル地図に書き込んで3次元地図を生成する生成手段を備える、3次元地図生成システム。 Moving body,
An omnidirectional laser rangefinder mounted on the moving body,
2D map generation means for generating a 2D grid map based on a data set obtained by scanning with the omnidirectional laser rangefinder;
A matching means for matching the two-dimensional grid map with a predetermined three-dimensional coordinate system;
Conversion means for converting each point of the data set into a three-dimensional coordinate system based on the position and direction of the moving object;
A three-dimensional map generation system comprising: matching means for matching each point converted into the three-dimensional coordinate system according to a time-series data set; and generation means for writing each matched point to a voxel map to generate a three-dimensional map .
前記蓄積手段によって蓄積している複数の3次元地図に基づいて合成3次元地図を生成する合成地図生成手段をさらに備える、請求項1または2記載の3次元地図生成システム。 The storage means which accumulate | stores the data of the said 3D map, The synthetic | combination map production | generation means which produces | generates a synthetic | combination 3D map based on the some 3D map accumulate | stored by the said accumulation | storage means is further provided. 3D map generation system.
前記全方位レーザ距離計によるスキャンで得られるデータセットに基づいて2次元グリッド地図を生成する2次元地図生成手段、
前記2次元グリッド地図を所定の3次元座標系に整合する整合手段、
前記データセットの各点を移動体の位置および方向に基づいて3次元座標系に変換する変換手段、
前記3次元座標系に変換された各点を時系列のデータセットに従ってマッチングするマッチング手段、および
マッチングした各点をボクセル地図に書き込んで3次元地図を生成する生成手段
として機能させる、3次元地図生成プログラム。 Executed by a computer of a three-dimensional map generation system comprising a moving body and an omnidirectional laser rangefinder mounted on the moving body,
2D map generation means for generating a 2D grid map based on a data set obtained by scanning with the omnidirectional laser rangefinder;
A matching means for matching the two-dimensional grid map with a predetermined three-dimensional coordinate system;
Conversion means for converting each point of the data set into a three-dimensional coordinate system based on the position and direction of the moving object;
3D map generation that functions as a matching means for matching each point converted to the 3D coordinate system according to a time-series data set, and a generating means for writing each matched point to a voxel map to generate a 3D map program.
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