JP2018167354A - 外界状態センサの配置態様変化計算方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外界状態センサの移動体に対する配置態様の変化量を簡易に計算する方法を提供する。【解決手段】外界状態センサがロボット（移動体）に対して取り付けられている。外界状態センサにより検知される特徴量が場所に応じて変化するように構成されている標識要素がロボットの頭部に形成または配置されている。外界状態センサに標識要素を走査させる。複数のサンプリングポイントのうち、指定されたサンプリングポイントに関して、外界状態センサを基準とした方向を表わす回転角度と特徴量との相関関係に由来する第１因子が検知される。第１因子の検知結果の時系列に基づき、ロボット１に対する外界状態センサの相対的な配置態様の変化量を表わす第２因子が計算される。【選択図】図６

Description

本発明は、ロボットなどの移動体に対して取り付けられ、当該移動体の環境を走査することにより当該環境における状態を検知するための外界状態センサの、当該移動体に対する相対的な配置態様の変化量を計算する技術に関する。

センサによる較正用マーカの観測結果に基づき、当該センサの位置ずれを較正する技術が提案されている（特許文献１参照）。３次元視覚センサを用いて検知される２次元パターンの形状の歪みおよび明暗比率の変化の比較に基づき、認識対象物の位置および傾きを調整する方法が提案されている（特許文献２参照）。ロボットの腕体に白色補正版を取り付ける技術が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００９−０１４４８１号公報 特開平０９−０９６５０６号公報 特許公報第３８６８８９６号

しかし、ロボット等の移動体に対して取り付けられているセンサの当該移動体に対する相対的な配置態様が変化した場合、移動体とは別個の較正用マーカの観測結果に基づき、当該変化量を計算することは困難である。

そこで、本発明は、外界状態センサの移動体に対する配置態様の変化量を簡易に計算する方法を提供することを課題とする。

本発明の配置態様変化計算方法は、外界状態センサが移動体に対して取り付けられ、かつ、前記外界状態センサにより検知される特徴量が場所に応じて変化するように構成されている標識要素が前記移動体に形成または配置されている状態で、前記外界状態センサに前記標識要素を走査させることにより、複数のサンプリングポイントのうち、指定されたサンプリングポイントに関して、前記外界状態センサを基準とした方向を表わす回転角度と前記標識要素による前記特徴量との相関関係に由来する第１因子を検知する検知過程と、前記検知過程により検知された前記第１因子の時系列に基づき、前記移動体に対する前記外界状態センサの相対的な配置態様の変化量を表わす第２因子を計算する計算過程と、を備えていることを特徴とする。

本発明の配置態様変化計算方法によれば、移動体に形成または配置されている標識要素により、外界状態センサによる複数のサンプリングポイントのうち一または一群のサンプリングポイントの特徴量と他のサンプリングポイントの特徴量との間に差異が生じる。当該差異が反映された、各サンプリングポイントの外界状態センサを基準とした方向と特徴量との相関関係が用いられることにより、移動体に対する当該外界状態センサの配置態様の変化量が容易に計算される。

ロボットの構成に関する説明図。 ロボットの制御装置の構成に関する説明図。 外界状態センサによる第１走査範囲に関する説明図。 外界状態センサによる第２走査範囲に関する説明図。 センサ座標系の姿勢変化に関する説明図。 第１実施形態の標識要素における指定点の指数の初期検出態様に関する説明図。 指定点の指数の最新検出態様に関する説明図。 第１実施形態におけるセンサ姿勢変化量の計算方法に関する説明図。 第２実施形態の標識要素における指定点の指数の初期検出態様に関する説明図。 指定点の指数の最新検出態様に関する説明図。 第２実施形態におけるセンサ姿勢変化量の計算方法に関する説明図。 第３実施形態の標識要素における指定点の指数の初期検出態様に関する説明図。 指定点の指数の最新検出態様に関する説明図。 第３実施形態におけるセンサ姿勢変化量の計算方法に関する説明図。 本発明の他の実施形態としてのロボットの構成に関する説明図。

（第１実施形態）
（構成）
図１に示されている本発明の第１実施形態に係る移動体としてのロボット１は脚式移動ロボットである。移動体は、車両等の移動機能を有するあらゆる装置であってもよい。人間と同様に基体１０と、基体１０の上部に設けられた頭部１１と、基体１０の上部左右両側から延設された左右の腕体１２（第１肢体）と、腕体１２の先端部に設けられたハンド１３（手部）と、基体１０の下部から下方に延設された左右の脚体１４（第２肢体）と、脚体１４の先端部に取り付けられている足平部１５とを備えている。ロボット１は、アクチュエータから伝達される力によって、人間の肩関節、肘関節、手首関節、股関節、膝関節、足首関節等の複数の関節に相当する複数の関節機構において腕体１２および脚体１４を屈伸運動させることができる。

腕体１２は肩関節機構を介して基体１０に連結された第１腕リンクと、一端が第１腕リンクの端部に肘関節機構を介して連結され、他端が手首関節を介してハンド１３の付根部に連結されている第２腕リンクとを備えている。肩関節機構は、ヨー軸およびピッチ軸のそれぞれの回りの２つの回転自由度を有する。肘関節機構は、ピッチ軸回りの１つの回転自由度を有する。手首関節機構は、ロール軸およびピッチ軸のそれぞれの回りの２つの回転自由度を有する。

ハンド１３は、手の平部および当該手の平部に対して可動な一または複数の指機構（可動部材）を備え、当該指機構の動作により一もしくは複数の指機構および手の平部の間で、または、複数の指機構の間で対象物を把持することができるように構成されている。

脚体１４は股関節機構を介して基体１０に連結された第１脚リンクと、一端が第１脚リンクの端部に膝関節機構を介して連結され、他端が足首関節を介して足平部１５に連結されている第２脚リンクとを備えている。股関節機構は、ヨー軸、ピッチ軸およびロール軸のそれぞれの回りの３つの回転自由度を有する。膝関節機構は、ピッチ軸回りの１つの回転自由度を有する。足首関節機構は、ピッチ軸およびロール軸のそれぞれ回りの２つの回転自由度を有する。ロボット１は、左右の脚体１４のそれぞれの離床および着床の繰り返しを伴う動きによって自律的に移動することができる。

頭部１１の左側および右側のそれぞれには、一対の外界状態センサＳ₁のそれぞれが配置されている。外界状態センサＳ₁は、回転テーブル上に固定されている２次元レーザーレンジファインダーにより構成されている。２次元レーザーレンジファインダーはスリット状レーザービームを外部に照射して、その反射光を検出することでレーザービームの照射方向（走査方向）に存在する物体までの距離および当該物体の輝度（リフレクタ値）を特徴量として検知する。

外界状態センサＳ₁を構成する回転テーブル、ひいてはスリット状レーザービームが、センサ座標系（ｘ，ｙ，ｚ）のｚ軸回りに回転するように構成されている。これにより、例えば図３Ａに示されているように、外界状態センサＳ₁によるｘ−ｙ平面におけるレーザービームの第１走査範囲Ｒ₁は扇形状（例えば中心角が２７０°）に広がっている。第１走査範囲Ｒ₁は、ｘ軸線を基準として反転対称性を有していてもよく、非対称であってもよい。

外界状態センサＳ₁は、センサ座標系における原点からサンプリングポイントまでのベクトルのｚ軸方向の高さを変化させるように構成されている。これにより、例えば図３Ｂに示されているように、外界状態センサＳ₁によるｘ−ｚ平面におけるレーザービームの第２走査範囲Ｒ₂（またはスリット状レーザービーム）は扇形状（例えば中心角が１５０°）に広がっている。第２走査範囲Ｒ₂は、ｘ軸線を基準として反転対称性を有していてもよく、非対称であってもよい。

頭部１１の左側および右側のそれぞれには、頭部座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＺ軸方向に平行な中心軸を有する円柱の側面部分に沿う凹曲面１１１が形成されている（図３Ａおよび図４参照）。凹曲面１１１のうち一部が外界状態センサＳ₁の走査範囲に含まれ、当該一部にはパターンマーカ１１２が配置されている。本実施形態では、凹曲面１１１の単一領域が、ｘ−ｙ平面における第１走査範囲Ｒ₁の一部である第１指定範囲ｒ₁（図３Ａ参照）およびｘ−ｚ平面における第２走査範囲Ｒ₂の一部である第２指定範囲ｒ₂（図３Ｂ参照）に含まれている。パターンマーカ１１２は、凹曲面１１１に塗布された塗料により構成されていてもよく、凹曲面１１１に取り付けられる湾曲板状部材およびそれに塗布された塗料により構成されていてもよい。

凹曲面１１１は、第１の特徴量としての「距離」が不連続となる距離境界を構成する第１の標識要素を構成している。パターンマーカ１１２は、第２の特徴量としての「輝度（またはリフレクタ値）」が不連続となる輝度境界（塗料の種類が異なる領域の境界および塗料がある領域および塗料がない領域の境界を含む。）を構成する第２の標識要素を構成している。パターンマーカ１１２の一方の側縁、上縁および下縁部分のうち少なくとも１つが、凹曲面１１１の一方の側縁、上縁および下縁部分のうち少なくとも１つに一致していてもよい。

凹曲面１１１により画定されたスペースを利用して、外界状態センサＳ₁の一部が頭部１１の中央部に近づけられるように配置されている。これにより、外界状態センサＳ₁の頭部１１の左右への突出量の抑制が図られている。

図５Ａには、パターンマーカ１１２が、ａ−ｂ平面に展開された状態で示されている。頭部座標系のＺ軸およびセンサ座標系のｚ軸が平行である初期状態において、「ａ」はレーザービームのｚ軸線回りの回転角または方位角θ_zに相当し、「ｂ」はレーザービームのｘ−ｙ平面を基準とした仰角θ_yに相当する（図４参照）。頭部１１の右側（または左側）の凹曲面１１１の縁の一部に相当するａ＝ａ₁（ｂ₁＜ｂ＜ｂ₂）（またはａ＝ａ₂（ｂ₁＜ｂ＜ｂ₂））、ｂ＝ｂ₁（ａ₁＜ａ＜ａ₂）およびｂ＝ｂ₂（ａ₁＜ａ＜ａ₂）が距離境界を構成する。パターンマーカ１１２の４つの矩形領域を区画する十字形の線分ａ＝０（ｂ₁＜ｂ＜ｂ₂）およびｂ＝０（ａ₁＜ａ＜ａ₂）が輝度境界を構成する。

外界状態センサＳ₁によりレーザービームがｚ軸およびｙ軸のそれぞれの回りに回動されるため、図５Ａに示されているようにレーザービームの走査線‥Ｌ_i1、‥Ｌ_i2‥は、ａ−ｂ平面において傾斜している。走査線Ｌ_iの当該傾斜角度は、レーザービームのｚ軸回りの回動速度に対する、レーザービームのｙ軸回りの回動速度の比率により表わされる。走査線Ｌ_iは、方位角θ_z（離散値）を表わす第１指数ｉにより特定される。外界状態センサＳ₁による走査線Ｌ_i上のサンプリングポイントは、第１指数ｉに加えて、仰角θ_y（離散値）を表わす第２指数ｊにより特定される。

（制御装置の構成）
図２に示されている制御装置２はロボット１に搭載されているプログラマブルコンピュータまたは電子制御ユニット（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路等により構成されている。）により構成されている。制御装置２は外界状態センサＳ₁および内界状態センサＳ₂のそれぞれの出力信号に基づいて種々の状態変数の値を認識し、当該認識結果に基づいて各アクチュエータの動作を制御するように構成されている。

外界状態センサＳ₁のほか、基体１０に搭載されている赤外光を用いたアクティブ型センサ等の他の外界状態センサが設けられていてもよい。

内界状態センサＳ₂にはロボット１の位置（重心位置）を測定するためのＧＰＳ測定装置または加速度センサのほか、基体１０の姿勢を測定するためのジャイロセンサ、各関節機構の各軸回りの関節角度等を測定するロータリーエンコーダ、ハンド１３に作用する外力を測定する６軸力センサ等が含まれている。

制御装置２は、記憶装置２０と、第１因子検知要素２２と、第２因子計算要素２４と、動作生成要素２８と、を備えている。

記憶装置２０は、外界状態センサＳ₁を通じて取得された世界座標系における構造物の配置態様を表わす「環境情報」など、ロボット１の動作生成に必要な情報を記憶保持する。第１因子検知要素２２は、外界状態センサＳ₁に凹曲面１１１（第１の標識要素）に配置されているパターンマーカ１１２（第２の標識要素）を走査させる。これにより、複数のサンプリングポイントのうち、指定されたサンプリングポイントに関して、外界状態センサＳ₁を基準とした方向を表わす回転角度と標識要素による特徴量との相関関係に由来する第１因子を検知する。第２検知要素２４は、第１検知要素２２により検知された第１因子の時系列的な変化態様に基づき、ロボット１に対する外界状態センサＳ₁の相対的な配置態様の変化量を表わす第２因子を計算する。

動作生成要素２８は、外界状態センサＳ₁により検知されたロボット１の外界状態および内界状態センサＳ₂により検知されたロボット１の内界状態に基づき、腕体１２およびハンド１３の動作、ならびに、基体１０の位置・姿勢を変化させるような脚体１４の動作を含むロボット１の動作または歩容を生成する。

単一のプロセッサ（演算処理装置）が当該複数の要素２２、２４および２８として機能してもよいし、複数のプロセッサ（マルチコアプロセッサ）が相互通信により連携しながら当該複数の要素２２、２４および２８として機能してもよい。

（作用）
レーザービームの方位角θ_zおよび仰角θ_yを変化させながら、外界状態センサＳ₁によるパターンマーカ１１２の走査が実行される（図３Ａ両矢印および図３Ｂ両矢印参照）。この過程において、パターンマーカ１１２の指定点における第１指数ｉおよび第２指数ｊのそれぞれの値の組み合わせが検知され、かつ、制御装置２を構成する記憶装置に記憶保持される（図６／ＳＴＥＰ１２）。

例えば図５Ａに示されているａ−ｂ座標系における第１象限および第２象限のそれぞれにおける矩形領域の境界線分の上端点（０，ｂ₂（＞０））（輝度境界および距離境界の交点）と、第３象限および第４象限のそれぞれにおける矩形領域の境界線分の下端点（０，ｂ₁（＜０））（輝度境界および距離境界の交点）と、が指定されている。指定点（０，ｂ₁）および（０，ｂ₂）のそれぞれについて（ｉ，ｊ）＝（ｉ₁，ｊ₁）、（ｉ₂，ｊ₂）が第１因子として検知される。輝度境界および距離境界の交点のほか、輝度境界および距離境界のうち一方またはそれぞれの任意の点が指定されていてもよい。

続いて、指定条件が満たされているか否かが判定される（図６／ＳＴＥＰ１４）。「指定条件」には、ロボット１に対して指定値以上の外力が作用したこと、最後の（ｉ，ｊ）検知（図６／ＳＴＥＰ１２参照）からロボット１が所定距離以上移動したこと、最後の（ｉ，ｊ）検知（図６／ＳＴＥＰ１２またはＳＴＥＰ１６）から所定時間以上が経過したこと、ロボット１が外部の構造物に対して所定の相互作用を伴うタスクを指定回数以上にわたり実行したことなど、頭部座標系に対するセンサ座標系の位置・姿勢が変化する蓋然性がある事象が発生したという条件が含まれる。当該事象の発生有無は、例えば内界状態センサＳ₂のうち少なくとも一部のセンサにより検知される。

当該判定結果が否定的である場合（図６／ＳＴＥＰ１４‥ＮＯ）、一定期間後に指定条件が満たされているか否かが再び判定される（図６／ＳＴＥＰ１４）。その一方、当該判定結果が肯定的である場合（図６／ＳＴＥＰ１４‥ＹＥＳ）、レーザービームの方位角θ_zおよび仰角θ_yを変化させながら、外界状態センサＳ₁によるパターンマーカ１１２の走査が実行される。そして、パターンマーカ１１２の指定点における第１指数ｉおよび第２指数ｊのそれぞれの値の組み合わせが第１因子として検知され、かつ、制御装置２を構成する記憶装置に記憶保持される（図６／ＳＴＥＰ１６）。これにより、例えば図５Ｂに示されているａ−ｂ座標系における指定点（０，ｂ₁）および（０，ｂ₂）のそれぞれについて（ｉ，ｊ）＝（ｉ₁’，ｊ₁’）、（ｉ₂’，ｊ₂’）が検知される。

そして、各指定点における第１指数ｉおよび第２指数ｊの初期検知結果（または前回検知結果）および最新検知結果（または今回検知結果）に基づき、頭部座標系（または移動体座標系）に対するセンサ座標系（ひいては外界状態センサＳ₁）の姿勢変化量が第２因子として計算される（図６／ＳＴＥＰ１８）。

例えば、初期検知結果および最新検知結果のそれぞれにおける第１指数の偏差（＝ｉ₁’−ｉ₁およびｉ₂’−ｉ₂）の平均値と、隣接する走査線の間隔に相当する単位方位角偏差との乗算結果が、センサ座標系のｚ軸回りの姿勢変化量Δθ_zとして算出される（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。また、初期検知結果および最新検知結果のそれぞれにおける第２指数の偏差（＝ｊ₁’−ｊ₁およびｊ₂’−ｊ₂）の平均値と、同一走査線におけるサンプリングポイントのｚ軸方向の間隔に相当する単位仰角偏差との乗算結果が、センサ座標系のｙ軸回りの姿勢変化量Δθ_yとして算出される。さらに、初期検知結果における２つの指定点の第１指数の偏差に対する第２指数の偏差の比率（ｊ₂−ｊ₁）／（ｉ₂−ｉ₁）と、最新検知結果における当該比率（ｊ₂’−ｊ₁’）／（ｉ₂’−ｉ₁’）との偏差と、指定の単位角度との乗算結果がセンサ座標系のｘ軸回りの姿勢変化量Δθ_xとして算出される。

（第２実施形態）
（構成）
本発明の第２実施形態に係るロボット１は、パターンマーカ１１２の構成を除いては第１実施形態と同様であるため、同様の構成については説明を省略する。

パターンマーカ１１２は、図７Ａ上側および図７Ｂ上側に示されているように、横方向（ａ軸方向）に相互に離間して並列され、かつ、傾きが相互に相違する複数（例えば３つ）の帯状領域により構成されている。帯状領域の幅および相互間隔は、外界状態センサＳ₁のａ軸方向の分解能（隣り合う走査線の間隔）よりも十分に大きく設定されている。

頭部１１の右側（または左側）の凹曲面１１１の縁の一部に相当するａ＝ａ₁（ｂ₁＜ｂ＜ｂ₂）（またはａ＝ａ₂（ｂ₁＜ｂ＜ｂ₂））、ｂ＝ｂ₁（ａ₁＜ａ＜ａ₂）およびｂ＝ｂ₂（ａ₁＜ａ＜ａ₂）が距離境界を構成する。パターンマーカ１１２の複数の帯状領域（低輝度領域）およびその左右の領域（高輝度領域）の境界が輝度境界を構成する。

（作用）
外界状態センサＳ₁によるパターンマーカ１１２の走査が実行される。この過程において、第１指数ｉ＝ｉ₁、ｉ₂およびｉ₃が指定された第１サンプリングポイント群（走査線Ｌ_i1、Ｌ_i2およびＬ_i3のそれぞれにおける複数のサンプリングポイント）の、第２指数ｊの値の変化に応じた輝度の変化態様が第１因子として検知され、かつ、制御装置２を構成する記憶装置に記憶保持される（図８／ＳＴＥＰ２２）。これにより、例えば図７Ａ上側に示されている走査線Ｌ_i1、Ｌ_i2およびＬ_i3のそれぞれについて、同図下側に示されているような第２指数ｊの値の変化に応じた輝度の変化態様が検知される。

次に、指定条件が満たされているか否かが判定される（図８／ＳＴＥＰ２４）。当該判定結果が否定的である場合（図８／ＳＴＥＰ２４‥ＮＯ）、一定期間後に指定条件が満たされているか否かが再び判定される（図８／ＳＴＥＰ２４）。その一方、当該判定結果が肯定的である場合（図８／ＳＴＥＰ２４‥ＹＥＳ）、外界状態センサＳ₁によるパターンマーカ１１２の走査が実行される過程において、第１指数ｉ＝ｉ₁、ｉ₂およびｉ₃が指定された第１サンプリングポイント群（走査線Ｌ_i1、Ｌ_i2およびＬ_i3のそれぞれにおける複数のサンプリングポイント）の、第２指数ｊの値の変化に応じた輝度の変化態様が第１因子として検知され、かつ、制御装置２を構成する記憶装置に記憶保持される（図８／ＳＴＥＰ２６）。これにより、例えば図７Ｂ上側に示されている走査線Ｌ_i1、Ｌ_i2およびＬ_i3のそれぞれについて、同図下側に示されているような第２指数ｊの値の変化に応じた特徴量の変化態様が検知される。

そして、走査線Ｌ_i1、Ｌ_i2およびＬ_i3のそれぞれについて、第２指数ｊの値の変化に応じた特徴量の変化態様の初期検知結果（または前回検知結果）および最新検知結果（または今回検知結果）に基づき、頭部座標系に対するセンサ座標系（ひいては外界状態センサＳ₁）の初期（または前回）から最新検知時（または今回）までの時系列的な姿勢変化量が計算される（図８／ＳＴＥＰ２８）。

例えば、図７Ａ下側および図７Ｂ下側のそれぞれに示されている走査線Ｌ_i1〜Ｌ_i3のそれぞれの特徴量曲線の変曲点前、後または前および後の所定数の点における異なる２つの時点における（または時系列的な）輝度偏差に基づき、センサ座標系のｘ軸回りの姿勢変化量Δθ_xが算出される。前回および今回の輝度偏差の正負の別はΔθ_xの正負の別を表わしており、前回および今回の輝度偏差の大小はΔθ_xの大小を表わしている。このような定性的関係がテーブルまたは算出式として記憶装置２０に記憶保持されており、輝度偏差に基づいてΔθ_xが算出される。

（第３実施形態）
（構成）
本発明の第３実施形態に係るロボット１は、パターンマーカ１１２の構成を除いては第２実施形態と同様であるため、同様の構成については説明を省略する。

パターンマーカ１１２は、図９Ａ上側および図９Ｂ上側に示されているように、縦方向（ｂ軸方向）に相互に離間して並列され、かつ、傾きが相互に相違する複数（例えば３つ）の帯状領域により構成されている。帯状領域の幅および相互間隔は、外界状態センサＳ₁のｂ軸方向の分解能（同一走査線上のサンプリングポイントの間隔）よりも十分に大きく設定されている。

頭部１１の右側（または左側）の凹曲面１１１の縁の一部に相当するａ＝ａ₁（ｂ₁＜ｂ＜ｂ₂）（またはａ＝ａ₂（ｂ₁＜ｂ＜ｂ₂））、ｂ＝ｂ₁（ａ₁＜ａ＜ａ₂）およびｂ＝ｂ₂（ａ₁＜ａ＜ａ₂）が距離境界を構成する。パターンマーカ１１２の複数の帯状領域（低輝度領域）およびその上下の領域（高輝度領域）の境界が輝度境界を構成する。

（作用）
外界状態センサＳ₁によるパターンマーカ１１２の走査が実行される。この過程において、第２指数ｊ（または第１指数ｉおよび第２指数ｊの組み合わせの群）が指定された第２サンプリングポイント群Ｇ₁〜Ｇ₃のそれぞれにおける、第１指数ｉの変化に応じた輝度の変化態様が第１因子として検知され、かつ、制御装置２を構成する記憶装置に記憶保持される（図１０／ＳＴＥＰ３２）。異なる第２サンプリングポイント群のそれぞれを構成する、第１指数ｉが同一のサンプリングポイントの第２指数ｊの差異は一定であってよく不定であってもよい。これにより、例えば図９Ａ上側に示されているサンプリングポイント群Ｇ₁、Ｇ₂およびＧ₃のそれぞれについて、同図下側に示されているような第１指数ｉの値の変化に応じた輝度の変化態様が検知される。

次に、指定条件が満たされているか否かが判定される（図１０／ＳＴＥＰ３４）。当該判定結果が否定的である場合（図１０／ＳＴＥＰ３４‥ＮＯ）、一定期間後に指定条件が満たされているか否かが再び判定される（図１０／ＳＴＥＰ３４）。その一方、当該判定結果が肯定的である場合（図１０／ＳＴＥＰ３４‥ＹＥＳ）、走外界状態センサＳ₁によるパターンマーカ１１２の走査が実行される過程において、第２指数ｊが指定された第２サンプリングポイント群Ｇ₁〜Ｇ₃のそれぞれにおける、第１指数ｉの変化に応じた輝度の変化態様が第１因子として検知され、かつ、制御装置２を構成する記憶装置に記憶保持される（図１０／ＳＴＥＰ３６）。これにより、例えば図９Ｂ上側に示されているサンプリングポイント群Ｇ₁、Ｇ₂およびＧ₃のそれぞれについて、同図下側に示されているような第１指数ｉの値の変化に応じた輝度の変化態様が検知される。

そして、サンプリングポイント群Ｇ₁、Ｇ₂およびＧ₃のそれぞれについて、第１指数ｉの値の変化に応じた輝度の変化態様の初期検知結果（または前回検知結果）および最新検知結果（または今回検知結果）に基づき、頭部座標系に対するセンサ座標系（ひいては外界状態センサＳ₁）の姿勢変化量が計算される（図１０／ＳＴＥＰ３８）。

例えば、図９Ａ下側および図９Ｂ下側のそれぞれに示されているサンプリングポイント群Ｇ₁〜Ｇ₃のそれぞれの輝度曲線の変曲点前、後または前および後の所定数の点における輝度偏差に基づき、センサ座標系のｘ軸回りの姿勢変化量Δθ_xが算出される。当該輝度偏差は、変曲点前では正値であり、変曲点後では負値になっているが、前回および今回の輝度偏差の正負の別はΔθ_xの正負の別を表わしており、前回および今回の輝度偏差の大小はΔθ_xの大小を表わしている。このような定性的関係がテーブルまたは算出式として記憶装置２０に記憶保持されており、輝度偏差に基づいてΔθ_xが算出される。

（本発明の他の実施形態）
第１〜第３実施形態のそれぞれにおけるパターンマーカ１１２の任意の組み合わせが、凹曲面１１１に配置されていてもよい。パターンマーカ１１２の配列方向および配列順位などの配列態様は任意に変更されてもよい。

前記実施形態では凹曲面１１１の縁の一部により距離境界が形成されていたが、他の実施形態としてロボット１（移動体）の形状に由来する稜線または谷筋の一部により距離境界が形成されていてもよい。

前記実施形態において、外界状態センサＳ₁を基準としたｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のうち少なくとも１つの軸線方向が指定されたサンプリングポイントの距離が第１因子として検知され、当該距離の検知結果の偏差に基づき、外界状態センサＳ₁のロボット１に対する当該少なくとも１つの軸線方向についての変位量が第２因子として計算されてもよい。

前記実施形態では、凹曲面１１１の単一領域が、ｘ−ｙ平面における第１走査範囲Ｒ₁の一部である第１指定範囲ｒ₁（図３Ａ参照）およびｘ−ｚ平面における第２走査範囲Ｒ₂の一部である第２指定範囲ｒ₂（図３Ｂ参照）に含まれ、当該単一領域にパターンマーカ１１２が設けられていたが（図３Ａ参照）、他の実施形態においてロボット１の頭部１１における凹曲面１１１の形状、位置・姿勢または外界状態センサＳ₁の凹曲面１１１に対する配置態様等に応じて凹曲面１１１におけるパターンマーカ１１２の配置態様がさまざまに変更されてもよい。例えば、図１１に示されているように、凹曲面１１１の相互に離間した一対の領域のそれぞれが、ｘ−ｙ平面における第１走査範囲Ｒ₁の一部である一対の第１指定範囲ｒ₁に含まれ、当該一対の領域のそれぞれにパターンマーカ１１２が設けられていてもよい。一対の領域に配置されるパターンマーカ１１２またはその組み合わせは同一であってもよく異なっていてもよい。

前記実施形態において、指定条件の充足性判定処理（図６／ＳＴＥＰ１４、図８／ＳＴＥＰ２４、図１０／ＳＴＥＰ３４参照）が省略され、定期的に（例えば、制御装置２のクロック周波数に応じた周期などの一定周期ごとに）センサ座標系の姿勢変化量の計算（図６／ＳＴＥＰ１６、１８、図８／ＳＴＥＰ２６、２８、図１０／ＳＴＥＰ３６、３８参照）が実行されてもよい。

１‥ロボット（移動体）、２‥制御装置（計算装置）、１０‥基体、１１‥頭部、２０‥記憶装置、２２‥第１因子検知要素、２４‥第２因子計算要素、２８‥動作生成装置、１１１‥凹曲面（第１の標識要素）、１１２‥パターンマーカ（第２の標識要素）、Ｓ₁‥外界状態センサ、Ｓ₂‥内界状態センサ。

Claims (7)

1. 外界状態センサが移動体に対して取り付けられ、かつ、前記外界状態センサにより検知される特徴量が場所に応じて変化するように構成されている標識要素が前記移動体に形成または配置されている状態で、
   前記外界状態センサに前記標識要素を走査させることにより、複数のサンプリングポイントのうち、指定されたサンプリングポイントに関して、前記外界状態センサを基準とした方向を表わす回転角度と前記標識要素による前記特徴量との相関関係に由来する第１因子を検知する検知過程と、
   前記検知過程により検知された前記第１因子の時系列に基づき、前記移動体に対する前記外界状態センサの相対的な配置態様の変化量を表わす第２因子を計算する計算過程と、を備えていることを特徴とする配置態様変化計算方法。
2. 請求項１記載の配置態様変化計算方法において、
   前記検知過程において、第１軸線回りの第１回転角度および前記特徴量に関するキーポイントが指定されたサンプリングポイントの、前記第１軸線に対して垂直な第２軸線回りの第２回転角度を前記第１因子として検知し、
   前記計算過程において、前記第２回転角度の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第２軸線回りの角度変化量を前記第２因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。
3. 請求項２記載の配置態様変化計算方法において、
   前記検知過程において、前記第２回転角度および前記特徴量に関するキーポイントが指定されたサンプリングポイントの、前記第１回転角度を前記第１因子として検知し、
   前記計算過程において、前記第１回転角度の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第１軸線回りの角度変化量を前記第２因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。
4. 請求項２または３記載の配置態様変化計算方法において、
   前記検知過程において、前記特徴量に関するキーポイントの対が指定されたサンプリングポイントの対の間での前記第１回転角度の偏差と前記第２回転角度の偏差との比率を前記第１因子として検知し、
   前記計算過程において、前記比率の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第１軸線および前記第２軸線のそれぞれに対して垂直な第３軸線回りの角度変化量を前記第２因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の配置態様変化計算方法において、
   前記検知過程において、第１軸線回りの第１回転角度が指定された第１サンプリングポイント群の、前記第１軸線に対して垂直な第２軸線回りの第２回転角度の変化に応じた前記特徴量の変化態様を前記第１因子として検知し、
   前記計算過程において、前記特徴量の変化態様の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第２軸線回りの角度変化量を前記第２因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。
6. 請求項５記載の配置態様変化計算方法において、
   前記検知過程において、前記第２回転角度が指定された第２サンプリングポイント群の、前記第１回転角度の変化に応じた前記特徴量の変化態様を前記第１因子として検知し、
   前記計算過程において、前記特徴量の変化態様の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記第１軸線回りの角度変化量を前記第２因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。
7. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の配置態様変化計算方法において、
   前記検知過程において、前記外界状態センサを基準とした方向が指定されたサンプリングポイントの、前記特徴量の１つとしての距離を前記第１因子として検知し、
   前記計算過程において、前記距離の偏差に基づき、前記外界状態センサの前記移動体に対する、前記少なくとも１つの軸線の方向についての変位量を前記第２因子として計算することを特徴とする配置態様変化計算方法。