JP2019086812A - 移動体システム - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構成を追加することなく移動体が初期位置検出エリア内であることを自動的に検出する。【解決手段】距離センサ制御部１３は距離センサ部１２で受光した標識用部材からの反射光に基づいて移動体１０と標識用部材との間の初期位置検出用距離を計測し、初期位置検出エリア検出部１３は初期位置検出用距離に基づいて初期位置検出エリア内に移動体１０が存在すること検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、移動体システムに関する。

移動体システムにおいては、自ら周囲にレーザ光を照射し、その反射光から自装置の位置を検出するように構成されている。このような移動体システムでは、類似形状による誤検出を防止する目的で、移動範囲内に類似形状が存在しない特定の初期位置検出エリアから位置検出を開始する方法が取られている。

この場合、操作者が手動操作にて自装置（移動体）を初期位置検出エリアに移動するか、あるいは、自装置が初期位置検出エリアにあることを確認してから初期位置検出を開始している。このような移動体システムに関連する技術として、例えば特許文献１がある。

特開２０１０−１４０２４７号公報

従来では、自装置の位置が初期位置検出エリア内にあることを操作者が確認する方法として、目測で目標物等を利用する不明確な確認方法や、床面へ初期位置検出エリアを表示するなどの方法がとられてきた。

しかしながら、目測では誤って初期位置エリア外で初期位置検出を行う可能性があり自装置の位置を誤検出する可能性がある。

また、床面へ初期位置検出エリアの表示を行う場合、施設管理上の理由等で実施が不可能であったり、床面の材質によっては実施に必要なコストが非常に高額となる場合がある。

本発明の目的は、複雑な構成を追加することなく移動体が初期位置検出エリア内であることを自動的に検出することにある。

本発明の一態様の移動体システムは、移動体が移動する動作領域内に配置された複数の障害物に対する自らの現在位置及び姿勢を推定し、前記障害物を回避して目的地まで移動する移動体システムであって、複数の前記障害物の内、少なくとも一つの障害物の端面には、他の障害物の形状と区別可能な特定形状を有する標識用部材が設置されており、前記動作領域内には、前記移動体の現在位置及び姿勢の推定を行うための初期位置検出エリアが配置されており、前記移動体は、前記障害物に向けてレーザ光を照射し、前記障害物の端面からの反射光を受光する距離センサ部と、前記距離センサ部が受光した前記反射光に基づいて、前記移動体と前記障害物との間の距離を計測する距離センサ制御部と、前記初期位置検出エリア内に前記移動体が存在することを検出する初期位置検出エリア検出部とを有し、前記距離センサ制御部は、前記距離センサ部で受光した前記標識用部材からの前記反射光に基づいて、前記移動体と前記標識用部材との間の初期位置検出用距離を計測し、前記初期位置検出エリア検出部は、前記初期位置検出用距離に基づいて、前記初期位置検出エリア内に前記移動体が存在すること検出することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、複雑な構成を追加することなく移動体が初期位置検出エリア内であることを自動的に検出することができる。

実施例の移動体システムの機能構成を示すブロック図である。 実施例の移動体システムの機能構成を実現するためのハードウェア・ソフトウェア構成を示すブロック図である。 距離センサ部から照射したレーザ光によって幾何形状データを得る場合の一例を示す説明図である。 同障害物に設置する標識用部材の一例を示す図であり、（ａ）と（ｂ）は標識用形状部材の斜視図と上面図であり、（ｃ）と（ｄ）は標識用光学作用部材の斜視図と正面図である。

以下、移動体システムの実施の形態について説明する。
尚、以降の実施形態において、移動体としては自律移動ロボットを具体的な実施例として説明するが、これにより、本発明が自律移動体或いは自律移動ロボットにのみ適用されることを意味するものではない。

実施形態の移動体システムは、自ら周囲にレーザ光を照射し、その反射光から自装置である移動体の位置を検出するように構成されている。特定の初期位置検出エリアを設定することで、類似した幾何形状による移動体の位置の誤検出を防止する機能を持つ。
尚、「移動体システム」との用語は、動作領域内を自律又は操縦されながら移動する移動体或いは移動ロボットを備えたシステムを意味する。

実施形態では、例えば、初期位置検知エリアから検出可能な位置に標識用部材として特定形状の形状部材や、レーザ光を偏光、吸収又は鏡面反射する部材を特定パターンで配置した光学作用部材を設置する。これにより、位置検出用のレーザーセンサを用いて移動体の位置が初期位置検出エリア内であることを自動的に検出する。

実施形態によれば、レーザ光によって周囲の幾何的特徴を検出し、現在位置を推定して移動する移動体（又は自律移動体）が初期位置検出を行う際、初期位置検出エリアから検出可能な位置に標識用部材を設置する。これにより、移動体が初期位置検出エリア内に存在すること、移動体に特殊な機能や構成を追加することなく実現可能である。

また、標識用部材の設置位置は初期位置検出エリアから検出可能な位置であればよく、設置の自由度が高いため、従来は初期位置検出エリアの正確な確認が困難な環境であっても適用できる。また、従来は操作者が手動操作にて実施する必要があった初期位置検出動作を自動的に実行することが可能となる。

このように、実施形態では、初期位置検出エリア内から検出可能な位置に標識用部材を設置することによって、位置検出用レーザーセンサによって移動体の位置が初期位置検出エリア内であることを検出して自動的に初期位置検出を行う。これにより、初期位置検出エリア内での初期位置検出を確実に行うことができる。
以下、図面を参照して、上記実施形態を実現するための実施例について説明する。

図１を参照して、実施例１の移動体システムの構成について説明する。
図１は、例えば、予め設定した工場内などの移動経路を移動する自立移動体（自律移動ロボット）の機能構成の概略を示すブロック図である。

自立移動体（自立移動ロボット）１０は、その移動動作の制御を行うコントローラ部１１と、レーザ光を周囲に照射して障害物や壁からの反射光により反射点までの角度ごとの距離（θ，Ｌ）を計測することができる距離センサ部１２と、自立移動体１０の駆動手段（図示せず）を備えた移動機構部２２から構成される。

コントローラ部１１は、自立移動体１０が移動する動作領域内に配置された障害物（壁を含む）の地図情報を予め格納する地図データ蓄積部２０と、地図データ蓄積部２０に格納された地図情報に応じた自立移動体１０の移動経路を格納する経路グラフデータ蓄積部２１と、標識用部材の検出用データおよび初期位置検出エリアデータを格納した初期位置検出エリアデータ蓄積部１９とを備える。

標識用部材の構造と機能の詳細は後述するが、障害物（壁を含む）に配置して検出した標識用部材の位置から初期位置検出エリアを特定し、自立移動体１０の位置が初期位置検出エリア内であるかを判定するものである。

コントローラ部１１は、距離センサ制御部１３と、幾何形状データ作成部１８と、位置・姿勢推定部１５と、経路計画部１６と、移動機構制御部１７とを有する。また、コントローラ部１１は、データとしては、地図データ２０、経路グラフデータ２１、初期位置検出エリアデータ１９を設けている。

距離センサ制御部１３は、距離センサ部１２によって照射地点（レーザ発光部）から反射地点までの角度ごとの距離を当該反射地点の座標データ（θ，Ｌ）として取り込む。

幾何形状データ作成部１８は、距離センサ制御部１３によって検出した各反射地点の座標データ（θ，Ｌ）の集合から、その位置・姿勢での自立移動体１０を原点とした周囲の障害物または壁等の配置状態の輪郭線の形状（レーザ照射光の反射地点の連続により構成される幾何形状）を幾何形状データ（ｘ，ｙ）として演算して一時記憶しておく。輪郭線の形状は、レーザ照射光の反射地点の連続により構成される幾何形状である。

初期位置検出エリア検出部１４は、一時記憶された幾何形状データと初期位置検出エリアデータ蓄積部１９に記憶された標識用部材の形状データを比較して、標識用形状部材の位置を検出する。

初期位置検出エリア検出部１４は、検出された標識用部材の位置と初期位置検出エリアデータ蓄積部１９に記憶された初期位置検出エリアの位置から、自立移動体１０の位置が初期位置検出エリア内であるかを判定する。判定の結果、初期位置検出エリア内であれば、位置・姿勢推定部１５に初期位置検出動作の開始を指示する。

位置・姿勢推定部１５は、一時記憶された幾何形状データと地図データ蓄積部２０内の地図情報とを照合して、自立移動体１０の地図上の位置・姿勢を推定する。

自立移動体１０の地図上の位置・姿勢が推定されると、経路計画部１６は、経路グラフデータ蓄積部２１内に記憶された複数の移動経路から自律移動ロボット１０の次の目標地点を選択して決定する。

移動機構制御部１７は決定された移動経路に従って移動機構部２２を制御し、自立移動体１０を次の目標地点に誘導する。

図２は、図１に示す自立移動体１０の機能を実現するためのハードウェア及びソフトウェア構成を示している。
自立移動体１０のコントローラ部１１は、プロセッサ２３とメモリ２４及び記憶装置２５を有する。記憶装置２５にはオペレーティングシステム（ＯＳ）２５ａ、コントローラ初期化プログラム２５ｂ、レーザ距離センサ制御プログラム２５ｃ、初期位置検出エリア検出プログラム２５ｄ、位置・姿勢推定プログラム２５ｅ、経路計画プログラム２５ｆ及び移動機構制御プログラム２５ｇを有する。

更に、標識用部材の形状データおよび初期位置検知エリアの位置データを蓄積する初期位置検知エリアデータ蓄積部１９、地図情報を蓄積する地図データ蓄積部２０及び移動経路を蓄積する経路グラフデータ蓄積部２１を有する。

これらのプログラム及びデータを記憶して蓄積する媒体は一つで構成しても複数で構成しても良い。コントローラ部１１は、各プログラム２５ａ〜２５ｇを記憶装置２５から読み出し、メモリ２４に展開し、プロセッサ２３によって各プログラム２５ａ〜２５ｇを実行する。

各プログラムは、必要に応じてディスプレイ２６にてユーザに目的地の設定等の入力を促す。そして、キーボード又はマウス等の入力機器２７からの入力データ、距離センサ部１２から得られた種々のデータ、距離センサ部１２により取得したデータに基づいて演算された幾何形状データ、地図データ蓄積部１５に蓄積された地図情報、経路グラフデータ蓄積部１７に蓄積された移動経路等に基づいて移動機構部２２の制御を行う。

図３は、自立移動体１０の距離センサ部１２によって前方１８０度の範囲に照射したレーザ光によって進行方向周辺の動作領域の幾何形状データ（図中のハッチングＦ部分）を取得する例を示している。

図中の３０は、自立移動体１０の移動可能な動作領域であり、３２は壁や戸棚や工作機械等の障害物であり、３３は初期位置検知エリアを示す。

３１は、障害物３２の端面輪郭線（全ての障害物３２の端面輪郭線に符号を付してはいない）である。

距離センサ部１２は、自立移動体１０の正面から左右９０度の範囲に、指向性の良いレーザ光を照射する。レーザ光は壁などの障害物３２の端面輪郭線３１によって反射され、その反射光を同じ距離センサ部１２によって受光し、反射地点までの角度ごとの距離（θ，Ｌ）を取得する。

図中のＦは、位置・姿勢がＰ１の自立移動体１０からレーザ光を照射して反射してきたエリアを示しており、これがＰ１の位置・姿勢での幾何形状データとなる。この幾何形状データＦにおける破線３４の部分は、障害物３２によるレーザ光の反射地点を示している。

一方、幾何形状データＦにおける枠付き破線３５の部分は、標識となる特定の形状を有する形状部材が配置された位置を示しているものであり、実施例では、その部材を標識用部材３５と称する。

図４（ａ）及び（ｂ）に示す３５ａは、障害物３２上に貼着等で取り付けられる標識用形状部材の形状の一例である。標識用形状部材３５ａの形状は他の障害物３２の形状と区別できる必要があるが、その形状は他の障害物３２の形状を考慮して適宜決定すればよい。

図４（ａ）及び（ｂ）に示す標識用形状部材３５ａは、障害物３２のレーザが照射される高さに取り付けられる。この取り付け位置は、初期位置検知エリア３３の全域から計測可能な位置である必要がある。
また、標識用形状部材３５ａの取り付け高さは床面から距離センサ部１２の高さに応じた距離を離して適宜手段によって固定される。

次に、自立移動体１０による初期位置検出を行う前段階として、標識用部材３５の形状データと初期位置検知エリア３３の位置を定義する初期位置検知エリアデータを生成する必要があるので、これらのデータの生成方法について説明する。

まず、設置した標識用部材３５および初期位置検知エリア３３を含む領域を距離センサ１２にて計測し、標識用部材３５および初期位置検知エリア３３を含む地図データを作成する。

次に、システム管理者が入力機器２７より、作成した地図データ上で、標識用部材３５を示す形状データと初期位置検出エリア３３として定義する領域を入力する。
これにより、標識用部材３５の形状データと標識用部材３５に対する初期位置検出エリア３３の位置が初期位置検知エリアデータ蓄積部１９に記憶される。

次に、標識用部材３５を配置した初期位置検出エリア３３での自立移動体１０による初期位置検出動作の具体的な手順を説明する。

初期位置検出動作を実施前の自立移動体１０の初期位置検出エリア検出部１４は距離センサ１２の計測結果から得られた幾何形状データと標識用部材３５の形状データを比較し、一致する部分が検出されるまで比較し続ける。

自立移動体１０が標識用部材３５を検出できる位置に移動すると、初期位置検出エリア検出部１４は検出した標識用部材３５の位置から初期位置検出エリア３３を判定し、自立移動体１０の位置Ｐが初期位置検出エリア３３内であるかを判定する。

自立移動体１０の位置Ｐが初期位置検出エリア３３内であると判定した場合、初期位置検出エリア検出部１４は位置・姿勢推定部１５に対して初期位置検出の実施を指示する。これによって、位置・姿勢推定部１５は初期位置検出動作を実施する。

次に、実施例２の移動体システムの構成について説明する。
実施例２では、図１に示す自立移動体１０の機能構成の概略ブロック図において、距離センサ部１２はレーザ光を周囲に照射して障害物や壁からの反射光により反射点までの角度ごとの距離（θ，Ｌ）と反射強度（ｉ）を計測することができる機能を備える。

また、標識用部材３５としてレーザ光を偏光、吸収または鏡面反射する光学作用部材を特定のパターンで設置する。実施例２では、その部材を標識用光学作用部材と称する。標識用光学作用部材の詳細は後述する。

実施例２の移動体システムの構成においては、距離センサ制御部１３は、距離センサ部１２によって照射地点（レーザ発光部）から反射地点までの角度ごとの距離と反射強度を当該反射地点の座標データ（θ，Ｌ，ｉ）として取り込む。

幾何形状データ作成部１８は、距離センサ制御部１３によって検出した各反射地点の座標データ（θ，Ｌ，ｉ）の集合から、その位置・姿勢での自立移動体１０を原点とした周囲の障害物３２または壁等の配置状態の輪郭線の形状（レーザ照射光の反射地点の連続により構成される幾何形状）を幾何形状データ（ｘ，ｙ）として演算し、反射強度データ（ｉ）と伴に幾何形状・反射強度データとして一時記憶しておく。

初期位置検出エリア検出部１４は、一時記憶された幾何形状・反射強度データと初期位置検出エリアデータ蓄積部１９に記憶された標識用部材３５の幾何形状・反射強度データを比較し、標識用光学作用部材の位置を検出する。

図４（ｃ）、（ｄ）に示す３５ｂは、障害物３２上に貼付等で取り付けられる標識用光学作用部材の一例である。

図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、標識用光学作用部材３５ｂは、レーザ光を鏡面反射する光学部材を特定のパターンで設置した標識用光学作用部材である。

又は、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、標識用光学作用部材３５ｂは、レーザ光を吸収する光学部材を特定のパターンで設置した標識用光学作用部材である。

あるいは、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、標識用光学作用部材３５ｂは、レーザ光を偏光する光学部材を特定のパターンで設置した標識用光学作用部材である。

標識用光学作用部材３５ｂの形状には特に条件はなく、設置の容易さを重視した柔軟な形状を選択できる。標識用光学作用部材３５ｂは、障害物３２のレーザが照射される高さに取り付けられる。この取り付け位置は、初期位置検知エリアの全域から計測可能な位置である必要がある。

また、標識用光学作用部材３５ｂの取り付け高さは、床面から距離センサ部１２の高さに応じた距離を離して適宜手段によって固定される。

実施例２では、初期位置検知エリアデータの生成において、地図データに反射強度データが付加され、システム管理者の入力により標識用光学作用部材３５ｂの幾何形状・反射強度データとして初期位置検知エリアデータ蓄積部１９に記憶される。

実施例２によれば、標識用光学作用部材３５ｂを用いて、実施例１と同様の初期位置検知エリアの判定と初期位置検出動作を行うことができる。

尚、上記実施例１、２では、特定の形状を有する標識用部材３５を障害物や壁に配置した例を説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、他の障害物や壁と区別可能な特定の形状が障害物や壁に元々存在するのならば、あえて標識用部材３５を設けることなく、この元々存在する特定の形状を標識用部材３５の代わりに用いても良い。

１０ 自立移動体
１１ コントローラ部
１２ 距離センサ部
１３ 距離センサ制御部
１４ 初期位置検出エリア検出部
１５ 位置姿勢推定部
１６ 経路計画部
１７ 移動機構制御部
１８ 幾何形状データ作成部
１９ 初期位置検出エリアデータ（蓄積部）
２０ 地図データ（蓄積部）
２１ 経路グラフデータ（蓄積部）
２２ 移動機構部
２３ プロセッサ
２４ メモリ
２５ 記憶装置
２６ ディスプレイ
２７ 入力機器
３０ 動作領域
３１ 障害物の端面輪郭線
３２ 障害物
３３ 初期位置検出エリア
３４ 幾何形状データ（レーザ反射点）
３５ａ 標識用形状部材
３５ｂ 標識用光学作用部材

Claims (12)

1. 移動体が移動する動作領域内に配置された複数の障害物に対する自らの現在位置及び姿勢を推定し、前記障害物を回避して目的地まで移動する移動体システムであって、
   複数の前記障害物の内、少なくとも一つの障害物の端面には、他の障害物の形状と区別可能な特定形状を有する標識用部材が設置されており、
   前記動作領域内には、前記移動体の現在位置及び姿勢の推定を行うための初期位置検出エリアが配置されており、
   前記移動体は、
   前記障害物に向けてレーザ光を照射し、前記障害物の端面からの反射光を受光する距離センサ部と、
   前記距離センサ部が受光した前記反射光に基づいて、前記移動体と前記障害物との間の距離を計測する距離センサ制御部と、
   前記初期位置検出エリア内に前記移動体が存在することを検出する初期位置検出エリア検出部と、を有し、
   前記距離センサ制御部は、前記距離センサ部で受光した前記標識用部材からの前記反射光に基づいて、前記移動体と前記標識用部材との間の初期位置検出用距離を計測し、
   前記初期位置検出エリア検出部は、前記初期位置検出用距離に基づいて、前記初期位置検出エリア内に前記移動体が存在すること検出することを特徴とする移動体システム。
2. 前記距離センサ制御部は、前記距離センサ部が受光した前記反射光に基づいて、前記障害物の端面輪郭線上の反射地点までの角度ごとの前記距離を計測し、
   前記角度ごとの前記距離の集合に基づいて、現在の前記移動体の位置を原点とした周囲の前記障害物の前記端面輪郭線の配置形状を幾何形状データとして演算する幾何形状データ作成部を更に有し、
   前記初期位置検出エリア検出部は、前記幾何形状データと前記初期位置検出エリアの位置データを参照して、前記初期位置検出エリア内に前記移動体が存在することを検出すること特徴とする請求項１に記載の移動体システム。
3. 前記初期位置検出エリア検出部は、
   前記幾何形状データと前記標識用部材の形状データを比較して、前記標識用部材の位置を検出すること特徴とする請求項２に記載の移動体システム。
4. 前記移動体の位置及び姿勢を推定する位置・姿勢推定部を更に有し、
   前記初期位置検出エリア検出部は、
   前記標識用部材の位置データと前記初期位置検出エリアの位置データに基づいて前記移動体が前記初期位置検出エリア内に存在するかを判定し、
   前記移動体が前記初期位置検出エリア内に存在すると判定した場合に、前記位置・姿勢推定部に初期位置検出動作の開始を指示し、
   前記位置・姿勢推定部は、前記幾何形状データと前記動作領域内の地図情報とを照合して、前記移動体の地図上の位置及び姿勢を推定すること特徴とする請求項３に記載の移動体システム。
5. 前記位置・姿勢推定部により推定された前記移動体の地図上の位置及び姿勢に基づいて、前記動作領域内の複数の移動経路から前記移動体の次の目標地点を選択して決定する経路計画部を更に有すること特徴とする請求項４に記載の移動体システム。
6. 前記経路計画部で決定された前記移動経路に従って、前記移動体を前記次の目標地点に誘導する移動機構制御部を更に有すること特徴とする請求項５に記載の移動体システム。
7. 前記距離センサ部は、前記障害物に向けて前方１８０度の範囲に前記レーザ光を照射すること特徴とする請求項１に記載の移動体システム。
8. 前記障害物は、前記動作領域内に配置された壁を含むこと特徴とする請求項１に記載の移動体システム。
9. 前記距離センサ制御部は、
   前記距離センサ部が受光した前記反射光に基づいて、前記障害物の端面輪郭線上の反射地点までの角度ごとの前記距離と前記反射地点からの反射強度を計測し、
   前記幾何形状データ作成部は、
   前記角度ごとの前記距離と前記反射強度の集合に基づいて、現在の前記移動体の位置を原点とした周囲の前記障害物の前記端面輪郭線の配置形状を幾何形状データとして演算し、
   前記初期位置検出エリア検出部は、前記幾何形状データと前記反射強度のデータと前記初期位置検出エリアの位置データとを参照して、前記初期位置検出エリア内に前記移動体が存在することを検出すること特徴とする請求項１に記載の移動体システム。
10. 前記標識用部材は、前記レーザ光を鏡面反射する光学部材を特定のパターンで設置した標識用光学作用部材で構成されていることを検出する請求項９に記載の移動体システム。
11. 前記標識用形状部材は、前記レーザ光を吸収する光学部材を特定のパターンで設置した標識用光学作用部材で構成されていることを検出する請求項９に記載の移動体システム。
12. 前記標識用形状部材は、前記レーザ光を偏光する光学部材を特定のパターンで設置した標識用光学作用部材で構成されていることを検出する請求項９に記載の移動体システム。

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