JP2018169698A

JP2018169698A - 位置推定装置、位置推定方法、及び位置推定プログラム

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Publication number: JP2018169698A
Application number: JP2017065072A
Authority: JP
Inventors: 大介堀部; Daisuke Horibe; 佳宏西川; Yoshihiro Nishikawa
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone West Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone West Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP6514729B2

Abstract

【課題】位置推定装置による自己位置の誤認を減少させる。【解決手段】設備フロア内に位置を特定可能なコードを設置しておき、位置推定装置１が周囲の画像を撮影するとともに、周囲の物体までの距離を計測してスキャンデータを得て、画像からコードを検出し、検出したコードの位置に基づき、スキャンデータとマップデータとをマッチングして自己位置を推定する。これにより、位置推定装置１による自己位置の誤認を減少させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、自己位置を推定する自走装置の技術に関する。

設備の構築及び保全業務において、遠隔監視センタ側の作業者が遠隔で指示を出し、現地作業員が遠隔指示に従って現地で保守等対応する動きが進んでいる。遠隔監視センタ側の作業者が現地の状態を遠隔から正確に把握できると、遠隔監視センタ−現地間の情報伝達が正確に行えるようになり、作業品質を高く保つことができる。

遠隔から現地の状況把握をするためには、ロボット等の自立走行装置（以下、位置推定装置）により現地の情報を収集することが考えられる。位置推定装置が自動走行し、定期的に現地の写真を撮影することで、最新の設備状況を把握することが可能となる。

特開２０１７−０１０３５３号公報

しかしながら、位置推定装置が自己位置を見失うことがあり、位置推定の対策が必要であった。例えば、通信装置を収納するラックが整然と並べられた設備フロアは幾何学的特徴が乏しく、スキャンマッチングだけでは自己位置を誤認する可能性があった。また、オドメトリにより自己位置を推定する場合、現地作業者が位置推定装置を持ち上げて移動すると、位置推定装置は自己位置を正確に推定することができなくなった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、位置推定装置による自己位置の誤認を減少させることを目的とする。

第１の本発明に係る位置推定装置は、周囲を撮影する撮影手段と、前記撮影手段の撮影した画像からコードを検出するコード検出手段と、周囲の物体までの距離を計測する測域手段と、前記コードの配置位置に基づいて、前記測域センサによって得られたデータとマップデータとをマッチングして自己位置を推定する自己位置推定手段と、を有することを特徴とする。

第２の本発明に係る位置推定方法は、位置推定装置によって実行される位置推定方法であって、周囲を撮影するステップと、前記撮影するステップで撮影した画像からコードを検出するステップと、周囲の物体までの距離を計測するステップと、前記コードを検出するステップで検出したコードの配置位置に基づいて、前記距離を計測するステップで得られたデータとマップデータとをマッチングして自己位置を推定するステップと、を有することを特徴とする。

第３の本発明に係る位置推定プログラムは、上記位置推定装置の各手段としてコンピュータを動作させることを特徴とする。

本発明によれば、位置推定装置による自己位置の誤認を減少させることができる。

本実施形態の位置推定装置の構成を示す機能ブロック図である。位置推定装置の外観の概略図である。フロアマップの例を示す図である。マッチングの失敗により自己位置を誤認する例を示す図である。撮影処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態の位置推定装置の構成を示す機能ブロック図である。図２は、位置推定装置１の外観の概略図である。本実施形態の位置推定装置１は、カメラ１１、コード検出部１２、測域センサ１３、位置推定部１４、送信部１５、駆動制御部１６、及び記憶部１７を備える。位置推定装置１の各部をコンピュータで構成し、各部の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。

カメラ１１は、位置推定装置１の周囲を撮影する。カメラ１１が撮影した画像は、撮影方向などの撮影情報を付与し、コード検出部１２及び送信部１５に送信される。

コード検出部１２は、画像内に写ったコードを検出する。コードは、設備フロア内に設置される識別情報である。コードとして、例えば、ＱＲコード、ＡＲマーカー、カラーコード、あるいは文字列を用いることができる。

図３に、位置推定装置１が活動する設備フロアのフロアマップの例を示す。設備フロア内には、装置を収容するラック２０が並べられている。また、設備フロア内の壁、柱、床、天井あるいはラック２０などにコード２１が取り付けられている。コードが示す識別情報のそれぞれに対して設備フロア内の位置情報が関連つけられている。コードとして記載した識別情報そのものが設備フロア内の位置を示すものであってもよいし、識別情報と設備フロア内の位置とを対応付けたテーブルを用意してもよい。

測域センサ１３は、位置推定装置１の周囲の物体までの距離を計測する。例えば、水平全方位と垂直方向の所定の角度内の３次元のエリアで複数点の距離を計測するレーザーレンジファインダなどを用いることができる。あるいは、２次元で水平方向のみを計測するレーザーレンジファインダを用いてもよい。

位置推定部１４は、測域センサ１３が得たスキャンデータ（周囲の物体までの距離）と記憶部１７に記憶したマップデータとをマッチングして自己位置を推定する。このとき、位置推定部１４は、コード検出部１２が検出したコードの位置情報を基準としてマッチングを行う。

図４は、マッチングの失敗により自己位置を誤認する例を示す図である。図４（ａ）の矢印で示すスキャンデータが得られたとする。得られたスキャンデータをマップデータとマッチングしたとき、図４（ｂ）に示すように、本来の位置とは異なる位置を自己位置と誤認することがある。設備フロアには同型のラックが整然と並べられており、幾何学的特徴が乏しいため、マッチングに失敗しやすい。そこで、本実施形態では、設備フロア内に設置されたコードを読み取り、コードの読み取り地点からマッチングを行って自己位置を推定することで、自己位置の誤認を減らす。

送信部１５は、カメラ１１で撮影した画像と位置推定部１４が推定した自己位置（画像の撮影位置）をサーバ３へ送信する。

駆動制御部１６は、推定された自己位置に基づいて、位置推定装置１がルートに沿って移動するようにモータなどを制御する。測域センサ１３によって移動方向に障害物を検知した場合はアラートを通知する。障害物は、例えば、設備フロアで作業を行った後に忘れられたダンボール箱や脚立など設備フロアに常設されていないものが考えられる。なお、測域センサ１３が水平方向のみについて周囲の物体までの距離を計測した場合は、その高さ以外の障害物を検知できない。そこで、測域センサ１３には３次元のエリアを測域する３次元測域センサを用いるとよい。

記憶部１７は、設備フロアのマップデータを蓄積する。マップデータは、位置推定装置１をリモコン操作して動かし、位置推定装置１の測域センサ１３を用いて事前に計測したものである。例えば、測域センサ１３によって得られた３Ｄ点群データをマップデータとして蓄積する。あるいは、マップデータとして２次元マップを蓄積してもよい。なお、位置推定装置１が活動中に得たスキャンデータで記憶部１７のマップデータを更新してもよい。

位置推定装置１は、定期的に（例えば１日１回）設備フロア内を予め指定されたルートに沿って移動し、決められた撮影ポイントにおいて周囲の撮影を撮影し、画像と位置情報をサーバへ送信する。位置推定装置１の移動ルートと撮影ポイントは予め指定しておく。

サーバ３は、位置情報と画像を対応つけて蓄積し、設備フロア内の任意の地点が指定されると、その地点で撮影された画像を出力する。サーバ３には定期的に画像が送信されるので、センタ側の作業者は最新の設備フロアの状況を確認することができる。例えば、サーバ３は設備フロアのマップをセンタ側の作業者に示し、センタ側の作業者が確認したい位置を指定すると、サーバ３は指定された位置の画像を表示する。

次に、本実施形態の位置推定装置の撮影処理について説明する。

図５は、本実施形態の位置推定装置による撮影処理の流れを示すフローチャートである。

位置推定装置１が撮影ポイントに到達すると、カメラ１１により位置推定装置１の周囲を撮影する（ステップＳ１１）。

コード検出部１２は、撮影された画像からコードを検出する（ステップＳ１２）。例えば、コードとして文字列の書かれたシールが設備フロア内に設置されている場合、コード検出部１２は、画像から文字情報を認識して文字データを取得する。

位置推定装置１は、測域センサ１３により周囲の物体までの距離を計測する（ステップＳ１３）。

位置推定部１４は、コード検出部１２が検出したコードと測域センサ１３が得たスキャンデータに基づいて自己位置を推定する（ステップＳ１４）。検出したコードを撮影可能な場所は特定できるので、検出したコードの設置位置を基に、スキャンデータと記憶部１７に記憶されたマップデータのうちコードを撮影可能なマップデータとをマッチングし、位置推定装置１の自己位置を推定する。

送信部１５は、画像と位置情報をサーバ３へ送信する（ステップＳ１５）。

以上説明したように、設備フロア内に位置を特定可能なコードを設置しておき、位置推定装置１が周囲の画像を撮影するとともに、周囲の物体までの距離を計測してスキャンデータを得て、画像からコードを検出し、検出したコードの位置に基づき、スキャンデータとマップデータとをマッチングして自己位置を推定することにより、位置推定装置１による自己位置の誤認を減少させることができる。

１…位置推定装置
１１…カメラ
１２…コード検出部
１３…測域センサ
１４…位置推定部
１５…送信部
１６…駆動制御部
１７…記憶部
２０…ラック
２１…コード
３…サーバ

第１の本発明に係る位置推定装置は、周囲を撮影する撮影手段と、前記撮影手段の撮影した画像からコードを検出するコード検出手段と、３次元で周囲の物体までの距離を計測する測域センサと、前記測域センサによって得られたデータと前記コード検出手段が検出したコードを撮影可能な位置のマップデータとをマッチングして自己位置を推定する自己位置推定手段と、を有することを特徴とする。

第２の本発明に係る位置推定方法は、位置推定装置によって実行される位置推定方法であって、周囲を撮影するステップと、前記撮影するステップで撮影した画像からコードを検出するステップと、３次元で周囲の物体までの距離を計測するステップと、前記距離を計測するステップで得られたデータと前記コードを検出するステップで検出したコードを撮影可能な位置のマップデータとをマッチングして自己位置を推定するステップと、を有することを特徴とする。

Claims

周囲を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段の撮影した画像からコードを検出するコード検出手段と、
周囲の物体までの距離を計測する測域センサと、
前記コード検出手段が検出したコードの配置位置に基づいて、前記測域センサによって得られたデータとマップデータとをマッチングして自己位置を推定する自己位置推定手段と、
を有することを特徴とする位置推定装置。
前記測域センサは、３次元で周囲の物体までの距離を計測することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
位置推定装置によって実行される位置推定方法であって、
周囲を撮影するステップと、
前記撮影するステップで撮影した画像からコードを検出するステップと、
周囲の物体までの距離を計測するステップと、
前記コードを検出するステップで検出したコードの配置位置に基づいて、前記距離を計測するステップで得られたデータとマップデータとをマッチングして自己位置を推定するステップと、
を有することを特徴とする位置推定方法。
請求項１又は２に記載の位置推定装置の各手段としてコンピュータを動作させることを特徴とする位置推定プログラム。