JP2019159354A - Autonomous mobile device, memory defragmentation method and program - Google Patents

Autonomous mobile device, memory defragmentation method and program Download PDF

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Abstract

To handle such an event that memory space is compressed in an improved way.SOLUTION: An autonomous mobile device 100, which creates a map and estimates a position using an image captured by an imaging unit 41, comprises a drive unit 42 for moving a self-machine, a storage unit 20 and a control unit 10. The storage unit 20 stores data on images captured by the imaging unit 41 and also stores data on positions of feature points in an image estimated by the control unit 10 using a plurality of pieces of data on the images stored in the storage unit 20. The control unit 10 controls the drive unit 42 to move the self-machine and deletes deletable data stored in the storage unit 20 at predetermined timing.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、自律移動装置、メモリ整理方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to an autonomous mobile device, a memory organizing method, and a program.

用途に応じて自律的に移動する自律移動装置が普及してきている。例えば、屋内の掃除のために自律的に移動する自律移動装置が知られている。一般的に、このような自律移動装置は、実空間の地図の作成と、実空間内での自己位置の推定を行う必要がある。   Autonomous mobile devices that move autonomously according to their use have become widespread. For example, an autonomous mobile device that moves autonomously for indoor cleaning is known. In general, such an autonomous mobile device needs to create a map of the real space and estimate its own position in the real space.

実空間の地図を作成するための手法としては、例えばSLAM(Simultaneous Localization And Mapping)手法が知られている。SLAM手法では、カメラの撮影する動画像中の複数のフレームから、同一の特徴点を追跡することによって、自己位置(自機の3次元位置)と特徴点の3次元位置とを交互に推定する処理を行う。例えば特許文献1には、SLAM手法を用いて周囲の地図を作成しながら移動することができる移動式ロボットが開示されている。   As a method for creating a map in real space, for example, a SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) method is known. In the SLAM method, the same feature point is tracked from a plurality of frames in a moving image captured by the camera, so that the self position (the three-dimensional position of the own device) and the three-dimensional position of the feature point are alternately estimated. Process. For example, Patent Document 1 discloses a mobile robot that can move while creating a surrounding map using the SLAM technique.

特開2016−52515号公報JP, 2006-52515, A

SLAM手法では、カメラで撮影した画像(フレーム)のうち3次元位置の推定に用いるフレーム(キーフレーム)や、3次元位置を推定した特徴点(Map点)をメモリに記憶しておくことによって、移動後の自己位置や新たな特徴点の3次元位置を推定可能にしている。そのため、SLAM手法を用いると、時間の経過と共にメモリに記憶しているキーフレームやMap点のデータが増えていき、自律移動装置のメモリ空間を圧迫してしまう。したがって、従来の自律移動装置では、メモリ空間が圧迫される場合の対応に改善の余地がある。なお、SLAM手法に限らず、自律移動装置がカメラで撮影した画像を用いて自己位置推定する技術には同様の課題がある。   In the SLAM method, a frame (key frame) used for estimating a three-dimensional position among images (frames) taken by a camera and a feature point (Map point) estimated from a three-dimensional position are stored in a memory. The self-position after movement and the three-dimensional position of a new feature point can be estimated. For this reason, when the SLAM method is used, the data of key frames and map points stored in the memory increases with time, and the memory space of the autonomous mobile device is compressed. Therefore, in the conventional autonomous mobile device, there is room for improvement in handling when the memory space is compressed. In addition to the SLAM method, a technique for self-position estimation using an image captured by an autonomous mobile device with a camera has a similar problem.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、メモリ空間が圧迫される場合の対応を改善することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to improve the response when the memory space is compressed.

上記目的を達成するため、本発明の自律移動装置は、
撮像部で撮影された画像を用いて地図の作成及び位置の推定を行う自律移動装置であって、
自機を移動させる駆動部と、
記憶部と、
制御部と、
を備え、
前記記憶部には、前記撮像部で撮影された画像に関するデータが保存されるとともに、該記憶部に保存された画像に関するデータを複数用いて前記制御部により推定された前記画像中の特徴点の位置に関するデータが保存され、
前記制御部は、
前記駆動部を制御して自機を移動させ、
所定のタイミングで、前記記憶部に保存されている削除可能な前記データを削除する。
In order to achieve the above object, the autonomous mobile device of the present invention provides:
An autonomous mobile device that creates a map and estimates a position using an image captured by an imaging unit,
A drive unit for moving the machine,
A storage unit;
A control unit;
With
The storage unit stores data related to the image captured by the imaging unit, and the feature points in the image estimated by the control unit using a plurality of data related to the image stored in the storage unit. Data about the location is saved,
The controller is
Move the aircraft by controlling the drive unit,
At a predetermined timing, the deleteable data stored in the storage unit is deleted.

本発明によれば、メモリ空間が圧迫される場合の対応を改善することができる。   According to the present invention, it is possible to improve the response when the memory space is compressed.

本発明の実施形態1に係る自律移動装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the autonomous mobile apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施形態1に係る環境地図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the environmental map which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係るSLAM処理のフローチャートである。3 is a flowchart of SLAM processing according to the first embodiment. 実施形態1に係る自機位置推定スレッドのフローチャートである。3 is a flowchart of a self-device position estimation thread according to the first embodiment. 実施形態1に係る地図作成スレッドのフローチャートである。3 is a flowchart of a map creation thread according to the first embodiment. 実施形態1に係るループクロージングスレッドのフローチャートである。3 is a flowchart of a loop closing thread according to the first embodiment. 実施形態1に係るメモリ整理処理のフローチャートである。3 is a flowchart of a memory organization process according to the first embodiment. 実施形態1に係るメモリ監視スレッドのフローチャートである。3 is a flowchart of a memory monitoring thread according to the first embodiment. 実施形態1に係る上位アプリケーションプログラムのフローチャートである。3 is a flowchart of an upper application program according to the first embodiment. 本発明の実施形態2に係るメモリ監視スレッドのフローチャートである。It is a flowchart of the memory monitoring thread | sled which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施形態2に係る上位アプリケーションプログラムのフローチャートである。10 is a flowchart of a host application program according to the second embodiment. 実施形態2に係る上位アプリケーションプログラムの充電器帰還モードのフローチャートである。10 is a flowchart of a charger feedback mode of the upper application program according to the second embodiment. 本発明の実施形態3に係る上位アプリケーションプログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the high-order application program which concerns on Embodiment 3 of this invention.

以下、本発明の実施形態に係る自律移動装置について、図表を参照して説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付す。   Hereinafter, an autonomous mobile device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

(実施形態1)
本発明の実施形態1に係る自律移動装置100は、周囲の地図を作成しながら、用途に応じて自律的に移動する装置である。この用途とは、例えば、警備監視用、屋内掃除用、ペット用、玩具用等である。
(Embodiment 1)
The autonomous mobile device 100 according to the first embodiment of the present invention is a device that autonomously moves according to the application while creating a surrounding map. Examples of this use include security monitoring, indoor cleaning, pets, and toys.

図1に示すように、本発明の実施形態1に係る自律移動装置100は、制御部10、記憶部20、センサ部30、撮像部41、駆動部42、通信部43、を備える。   As shown in FIG. 1, the autonomous mobile device 100 according to the first embodiment of the present invention includes a control unit 10, a storage unit 20, a sensor unit 30, an imaging unit 41, a drive unit 42, and a communication unit 43.

制御部10は、CPU(Central Processing Unit)等で構成され、記憶部20に記憶されたプログラムを実行することにより、後述する各部(SLAM処理部11、環境地図作成部12、削除可能データ選出部13、メモリ整理部14、メモリ監視部15、移動制御部16)の機能を実現する。また、制御部10は、タイマー(図示せず)を備え、経過時間をカウントすることができる。   The control unit 10 is configured by a CPU (Central Processing Unit) or the like, and by executing a program stored in the storage unit 20, each unit (SLAM processing unit 11, environmental map creation unit 12, erasable data selection unit, which will be described later) 13, the functions of the memory organizing unit 14, the memory monitoring unit 15, and the movement control unit 16) are realized. Moreover, the control part 10 is provided with a timer (not shown), and can count elapsed time.

記憶部20は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成され、機能的に、フレームDB(DataBase)21、Map点DB22及び環境地図記憶部23を含む。ROMには制御部10のCPUが実行するプログラム及びプログラムを実行する上で予め必要なデータが記憶されている。RAMには、プログラム実行中に作成されたり変更されたりするデータが記憶される。   The storage unit 20 includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and functionally includes a frame DB (DataBase) 21, a Map point DB 22, and an environment map storage unit 23. The ROM stores a program executed by the CPU of the control unit 10 and data necessary for executing the program in advance. The RAM stores data that is created or changed during program execution.

フレームDB21には、撮像部41により撮影された画像(フレーム)が記憶される。ただし、記憶容量を節約するために、撮影された全ての画像を記憶しなくてもよい。自律移動装置100は、フレームDB21に記憶された複数の画像を用いて、SLAM処理により、SLAM処理用のデータ(後述するMap点のデータ)の生成及び自機位置の推定を行う。自機位置の推定に用いる画像はキーフレームと呼ばれ、フレームDB21には、キーフレームの画像の情報と共に、そのキーフレームを撮影した時の自機位置(自機の位置及び向き)の情報等も記憶される。   In the frame DB 21, an image (frame) photographed by the imaging unit 41 is stored. However, in order to save the storage capacity, it is not necessary to store all captured images. The autonomous mobile device 100 generates data for SLAM processing (map point data described later) and estimates its own position by SLAM processing using a plurality of images stored in the frame DB 21. An image used for estimating the position of the own device is called a key frame, and information about the position of the own device (the position and orientation of the own device) when the key frame is photographed is stored in the frame DB 21 together with information on the image of the key frame. Is also remembered.

Map点DB22には、フレームDB21に記憶されたキーフレームに含まれている特徴点のうち、3次元位置(X,Y,Z)が求められた特徴点(Map点と言う)の情報が記憶される。特徴点とは画像中の、エッジ部分やコーナー部分等、画像内の特徴的な部分の点のことを言う。特徴点は、SIFT(Scale−Invariant Feature Transform)やSURF(Speeded Up Robust Features)等のアルゴリズムを用いて取得することができる。Map点DB22には、特徴点の情報として、その3次元位置と、その特徴点の特徴量(例えばSIFT等で得た特徴量)と、が紐付けられて記憶される。   The Map point DB 22 stores information on feature points (referred to as Map points) for which the three-dimensional position (X, Y, Z) is obtained among the feature points included in the key frame stored in the frame DB 21. Is done. A feature point is a point of a characteristic part in an image such as an edge part or a corner part in the image. The feature points can be obtained using an algorithm such as SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) or SURF (Speeded Up Robust Features). In the Map point DB 22, the three-dimensional position and the feature amount of the feature point (for example, the feature amount obtained by SIFT or the like) are stored in association with each other as feature point information.

SLAM処理では、フレームDB21に記憶されている複数のキーフレーム間で、同一の特徴点の対応を取得し、取得した対応特徴点の3次元位置をMap点DB22から取得することによって、自機位置の推定を行う。   In the SLAM processing, the correspondence between the same feature points is acquired between a plurality of key frames stored in the frame DB 21, and the three-dimensional position of the acquired corresponding feature points is acquired from the Map point DB 22. Estimate

環境地図記憶部23には、センサ部30からの情報に基づいて環境地図作成部12が作成した環境地図が記憶される。環境地図は、図2に示すように、床面を例えば5cm×5cmのグリッドに分割し、グリッド単位でそのグリッドに対応する環境(床面、障害物等)の状態を記録したものである。環境の状態としては、例えば、障害物がなく自由に通過できる自由空間303、通過できない障害物302、状態が不明な不明空間304等がある。また、環境地図には、充電器301の位置も記録されている。   The environment map storage unit 23 stores an environment map created by the environment map creation unit 12 based on information from the sensor unit 30. As shown in FIG. 2, the environment map is obtained by dividing the floor surface into, for example, a 5 cm × 5 cm grid and recording the state of the environment (floor surface, obstacle, etc.) corresponding to the grid in units of grids. The environmental state includes, for example, a free space 303 that can pass freely without an obstacle, an obstacle 302 that cannot pass, an unknown space 304 whose state is unknown, and the like. In addition, the position of the charger 301 is also recorded in the environment map.

センサ部30は、障害物センサ31を備える。障害物センサ31は、周囲に存在する物体(障害物)を検出し、該物体(障害物)までの距離を測定することができる距離センサであって、例えば、赤外線距離センサ、超音波センサである。なお、独立した障害物センサ31を搭載せずに、撮像部41を用いて障害物を検出するようにしても良い。この場合、撮像部41が障害物センサ31を兼ねることになる。また、障害物センサ31として、距離センサではなく、他の物体に衝突したことを検知するバンパーセンサを備えても良い。この場合、自律移動装置100は、バンパーセンサにより衝突を検知した位置に障害物が存在することを検出できる。   The sensor unit 30 includes an obstacle sensor 31. The obstacle sensor 31 is a distance sensor that can detect an object (obstacle) present in the surroundings and measure the distance to the object (obstacle). For example, the obstacle sensor 31 is an infrared distance sensor or an ultrasonic sensor. is there. In addition, you may make it detect an obstruction using the imaging part 41, without mounting the independent obstruction sensor 31. FIG. In this case, the imaging unit 41 also serves as the obstacle sensor 31. Further, the obstacle sensor 31 may be provided with a bumper sensor that detects a collision with another object instead of the distance sensor. In this case, the autonomous mobile device 100 can detect that an obstacle exists at the position where the collision is detected by the bumper sensor.

撮像部41は、単眼の撮像装置(カメラ)を備える。撮像部41は、例えば、30fps(frames per second)で画像(フレーム)を取得する。自律移動装置100は、撮像部41が逐次取得した画像に基づいて、SLAM処理により、自機位置と周囲環境とをリアルタイムに認識しながら、自律移動を行う。   The imaging unit 41 includes a monocular imaging device (camera). The imaging unit 41 acquires an image (frame) at 30 fps (frames per second), for example. The autonomous mobile device 100 performs autonomous movement while recognizing its own position and surrounding environment in real time by SLAM processing based on images sequentially acquired by the imaging unit 41.

駆動部42は、独立2輪駆動の車輪とモータとを備え、制御部10からの指示(制御)により自律移動装置100を移動させる。自律移動装置100は、2つの車輪の同一方向駆動により前後の平行移動(並進移動)を、2つの車輪の逆方向駆動によりその場での回転(向き変更)を、2つの車輪のそれぞれ速度を変えた駆動により旋回移動(並進+回転(向き変更)移動)を、行うことができる。また、各々の車輪にはロータリエンコーダが備えられており、ロータリエンコーダで車輪の回転数を計測し、車輪の直径、車輪間の距離等の幾何学的関係を利用することによって並進移動量及び回転量を計算できる。   The drive unit 42 includes independent two-wheel drive wheels and a motor, and moves the autonomous mobile device 100 according to an instruction (control) from the control unit 10. The autonomous mobile device 100 translates back and forth (translation) by driving the two wheels in the same direction, and rotates (changes direction) on the spot by driving the two wheels in the reverse direction. A swivel movement (translation + rotation (direction change) movement) can be performed by the changed drive. Each wheel is also equipped with a rotary encoder, which measures the rotational speed of the wheel with the rotary encoder and uses the geometric relationship such as the wheel diameter and the distance between the wheels to translate and move. The amount can be calculated.

例えば、車輪の直径をD、回転数をCとすると、その車輪の接地部分での並進移動量はπ・D・Cとなる。ここで、回転数Cは、駆動部に備えられたロータリエンコーダにより測定可能である。また、車輪の直径をD、車輪間の距離をI、右車輪の回転数をC、左車輪の回転数をCとすると、向き変更の回転量は(右回転を正とすると)360°×D×(C−C)/(2×I)となる。この並進移動量及び回転量をそれぞれ逐次足し合わせていくことで、駆動部42は、メカオドメトリとして機能し、自機位置(移動開始時の位置及び向きを基準とした位置及び向き)を計測することができる。駆動部42に備えられたロータリエンコーダは、距離計測部として機能する。 For example, when the wheel diameter is D and the rotation speed is C, the translational movement amount at the ground contact portion of the wheel is π · D · C. Here, the rotation speed C can be measured by a rotary encoder provided in the drive unit. Further, if the wheel diameter is D, the distance between the wheels is I, the rotation speed of the right wheel is C R , and the rotation speed of the left wheel is C L , the rotation amount of the direction change is 360 (when the right rotation is positive). ° × D × (C L -C R ) / (2 × I). By sequentially adding the translational movement amount and the rotation amount to each other, the drive unit 42 functions as a mechaodometry, and measures its own position (position and orientation with reference to the position and orientation at the start of movement). be able to. The rotary encoder provided in the drive unit 42 functions as a distance measurement unit.

なお、車輪の代わりにクローラを備えるようにしても良いし、複数(例えば二本)の足を備えて足で歩行することによって移動を行うようにしても良い。これらの場合も、二つのクローラの動き、足の動き等に基づいて、車輪の場合と同様に自機の位置及び向きの計測が可能である。   In addition, you may make it provide a crawler instead of a wheel, and you may make it move by providing a plurality (for example, two) leg | foot and walking with a leg | foot. In these cases as well, the position and orientation of the aircraft can be measured based on the movements of the two crawlers, the movements of the feet, etc., as in the case of the wheels.

通信部43は、外部装置と通信するためのモジュールであり、外部装置と無線通信する場合にはアンテナを含む無線モジュールである。例えば、通信部43は、Bluetooth(登録商標)に基づく近距離無線通信を行うための無線モジュールである。通信部43を用いることにより、自律移動装置100は、外部とデータの受け渡し等を行うことができる。また、自律移動装置100は、外部のサーバ(図示せず)と通信部43で通信することによって、制御部10の機能の一部を外部のサーバで実行させるようにしてもよい。   The communication unit 43 is a module for communicating with an external device, and is a wireless module including an antenna when wirelessly communicating with the external device. For example, the communication unit 43 is a wireless module for performing short-range wireless communication based on Bluetooth (registered trademark). By using the communication unit 43, the autonomous mobile device 100 can exchange data with the outside. Further, the autonomous mobile device 100 may cause a part of the function of the control unit 10 to be executed by an external server by communicating with an external server (not shown) by the communication unit 43.

次に、自律移動装置100の制御部10の機能的構成について説明する。制御部10は、SLAM処理部11、環境地図作成部12、削除可能データ選出部13、メモリ整理部14、メモリ監視部15、移動制御部16、の機能を実現し、自律移動装置100の移動制御等を行う。また、制御部10は、マルチスレッド機能に対応しており、複数のスレッド(異なる処理の流れ)を並行して実行することができる。   Next, a functional configuration of the control unit 10 of the autonomous mobile device 100 will be described. The control unit 10 realizes the functions of the SLAM processing unit 11, the environment map creation unit 12, the erasable data selection unit 13, the memory organization unit 14, the memory monitoring unit 15, and the movement control unit 16, and the movement of the autonomous mobile device 100 Control and so on. Further, the control unit 10 corresponds to the multi-thread function, and can execute a plurality of threads (different processing flows) in parallel.

SLAM処理部11は、撮像部41が撮影しフレームDB21に記憶された画像を複数用いて、それらの画像から得られる特徴点の情報に基づき、SLAM処理により自機の姿勢(位置及び向き)を推定する。このSLAM処理を行う際には、画像に含まれる特徴点を抽出し、3次元位置を計算できた特徴点(Map点)について、Map点DB22に該Map点の情報を記憶させる。なお、自律移動装置100の姿勢(位置及び向き)の推定には、駆動部42から取得できるメカオドメトリの情報を用いることもできる。したがって、SLAM処理を行える状況では主にSLAM処理で推定された自機の位置及び向きの情報(これをビジュアルオドメトリとも言う)を用い、SLAM処理を行えない状況ではメカオドメトリの情報を用いる。   The SLAM processing unit 11 uses a plurality of images photographed by the imaging unit 41 and stored in the frame DB 21, and based on feature point information obtained from those images, the SLAM processing unit 11 determines the attitude (position and orientation) of the own device. presume. When this SLAM processing is performed, feature points included in the image are extracted, and information on the Map points is stored in the Map point DB 22 for the feature points (Map points) for which the three-dimensional position can be calculated. Note that the information on the mechadomemetry that can be acquired from the drive unit 42 can also be used to estimate the posture (position and orientation) of the autonomous mobile device 100. Therefore, in the situation where SLAM processing can be performed, information on the position and orientation of the own device (this is also referred to as visual odometry) estimated by the SLAM processing is mainly used.

環境地図作成部12は、SLAM処理部11が推定した自機の位置及び向きの情報と、センサ部30からの情報と、を用いて障害物302の位置を記録した環境地図を作成し、作成した環境地図の情報を環境地図記憶部23に書き込む。   The environment map creation unit 12 creates and creates an environment map in which the position of the obstacle 302 is recorded using information on the position and orientation of the own device estimated by the SLAM processing unit 11 and information from the sensor unit 30. The information on the environmental map is written in the environmental map storage unit 23.

削除可能データ選出部13は、フレームDB21及びMap点DB22に記録されているデータのうち、削除可能なものを選出する。例えば、フレームDB21に記録されているキーフレームの中に撮影した時の自機の姿勢(位置及び向き)が近いキーフレームが複数ある場合、そのようなキーフレームは1つを残してそれ以外を削除してもSLAM処理に支障は生じない。また、Map点DB22に記録されているMap点の中で3次元位置の誤差が大きいものは、削除しないとSLAM処理に悪影響を及ぼす。削除可能データ選出部13は、このような、削除してもSLAM処理に支障が生じないデータ及び、削除しないとSLAM処理に悪影響を及ぼすデータを選出する。   The erasable data selection unit 13 selects erasable data among the data recorded in the frame DB 21 and the Map point DB 22. For example, when there are a plurality of key frames recorded in the frame DB 21 that have similar attitudes (positions and orientations) when the subject is photographed, leave one key frame and leave the rest. Even if deleted, the SLAM processing is not hindered. Further, among the Map points recorded in the Map point DB 22, those having a large three-dimensional position error will adversely affect the SLAM processing unless they are deleted. The erasable data selection unit 13 selects data that does not interfere with SLAM processing even if it is deleted, and data that adversely affects SLAM processing if it is not deleted.

メモリ整理部14は、削除可能データ選出部13が選出したデータをフレームDB21やMap点DB22から削除する。メモリ整理部14は、これらのデータを削除する際には、これらのデータがSLAM処理で使用されないようにしてから削除する。このようにすることによって、メモリ整理部14は、これらのデータを削除してもSLAM処理に支障を来さないようにしている。   The memory organizing unit 14 deletes the data selected by the erasable data selecting unit 13 from the frame DB 21 and the Map point DB 22. When deleting these data, the memory organizing unit 14 deletes the data after it is not used in the SLAM processing. By doing so, the memory organizing unit 14 prevents the SLAM processing from being hindered even if these data are deleted.

メモリ監視部15は、フレームDB21及びMap点DB22のメモリ使用量が基準容量を超えた場合や、メモリ整理部14によって削除可能なデータを削除してから基準時間を超える時間が経過した場合に、メモリ整理部14にメモリ整理要求(削除可能なデータの削除要求)を出す。   When the memory usage of the frame DB 21 and the Map point DB 22 exceeds the reference capacity, or when the time exceeding the reference time has elapsed after deleting the data that can be deleted by the memory organizing unit 14, the memory monitoring unit 15 A memory organization request (deletion request for erasable data) is issued to the memory organization unit 14.

移動制御部16は、後述する上位アプリケーションプログラムから目的地の指示を受けて、経路及び移動速度を設定し、設定した経路に沿って、自機を移動させるように駆動部42を制御する。移動制御部16が経路を設定する際には、環境地図作成部12が作成した環境地図に基づき、自機の現在位置から目的地までの経路を設定する。   The movement control unit 16 receives a destination instruction from a higher-level application program, which will be described later, sets a route and a moving speed, and controls the driving unit 42 so as to move the own device along the set route. When the movement control unit 16 sets a route, the route from the current position of the own device to the destination is set based on the environment map created by the environment map creation unit 12.

以上、自律移動装置100の機能構成について説明した。次に、自律移動装置100のSLAM処理について、図3を参照して説明する。自律移動装置100は、電源オフ時は充電器301(充電ステーション)に接続して充電されており、電源が投入されると、充電器301に接続された位置で、SLAM処理が開始される。なお、自律移動装置100は電源が投入されると、このSLAM処理以外に、用途に応じた上位アプリケーションプログラムが別途(別スレッドで)起動し、SLAM処理は、この上位アプリケーションプログラムから目的地の指示を受ける。上位アプリケーションプログラムについては後述する。   The functional configuration of the autonomous mobile device 100 has been described above. Next, the SLAM process of the autonomous mobile device 100 will be described with reference to FIG. The autonomous mobile device 100 is connected to a charger 301 (charging station) when the power is turned off and is charged. When the power is turned on, the SLAM process is started at a position connected to the charger 301. When the autonomous mobile device 100 is turned on, in addition to the SLAM process, a higher-level application program corresponding to the application is started separately (in a separate thread). Receive. The upper application program will be described later.

まず、自律移動装置100の制御部10は、記憶部20に記憶されている各種データ(フレームDB21、Map点DB22、環境地図記憶部23)を初期化する(ステップS101)。環境地図の初期化については、自律移動装置100は起動すると充電器301の位置から移動を開始するので、この時点では、環境地図は「自機が充電器の位置に存在する」ということを示す情報で初期化される。   First, the control unit 10 of the autonomous mobile device 100 initializes various data (frame DB 21, Map point DB 22, environment map storage unit 23) stored in the storage unit 20 (step S101). Regarding the initialization of the environmental map, when the autonomous mobile device 100 is activated, the autonomous mobile device 100 starts moving from the position of the charger 301. At this time, the environmental map indicates that "the own apparatus exists at the position of the charger". Initialized with information.

次に、制御部10は、SLAM処理のための各種スレッドを起動する(ステップS102)。具体的には、自機位置推定スレッド、地図作成スレッド、ループクロージングスレッドを起動する。これらのスレッドが並行して動作することにより、SLAM処理部11は、撮像部41が撮影した画像から特徴点を抽出して、自機位置の推定を行う。SLAM処理のための各スレッドの詳細の説明は後述する。   Next, the control unit 10 activates various threads for SLAM processing (step S102). Specifically, the own machine position estimation thread, the map creation thread, and the loop closing thread are activated. When these threads operate in parallel, the SLAM processing unit 11 extracts a feature point from the image captured by the imaging unit 41 and estimates its own position. Details of each thread for SLAM processing will be described later.

次に、制御部10は、メモリ監視スレッドを起動する(ステップS103)。メモリ監視スレッドの詳細の説明は後述する。   Next, the control unit 10 activates a memory monitoring thread (step S103). Details of the memory monitoring thread will be described later.

次に、制御部10は、動作終了(上位アプリケーションプログラムから動作終了指示を受けた)か否かを判定する(ステップS104)。動作終了(動作終了指示を受けた)なら(ステップS104;Yes)、SLAM処理を終了する。動作終了でない(動作終了指示を受けていない)なら(ステップS104;No)、環境地図作成部12は、センサ部30を用いて、環境地図の作成と更新を行う(ステップS105)。   Next, the control unit 10 determines whether or not the operation has ended (an operation end instruction has been received from the upper application program) (step S104). If the operation has been completed (operation completion instruction has been received) (step S104; Yes), the SLAM process is terminated. If the operation has not ended (no operation end instruction has been received) (step S104; No), the environment map creation unit 12 creates and updates the environment map using the sensor unit 30 (step S105).

次に、移動制御部16は、上位アプリケーションプログラムから目的地の指示を受け、自機を移動させる(ステップS106)。次に、メモリ整理部14は、メモリ整理を行う(ステップS107)。メモリ整理の詳細については、後述する。そして、SLAM処理は、ステップS104に戻る。   Next, the movement control unit 16 receives the destination instruction from the higher-level application program and moves the own machine (step S106). Next, the memory organizing unit 14 performs memory organizing (step S107). Details of the memory organization will be described later. Then, the SLAM process returns to step S104.

以上がSLAM処理の流れである。次に、SLAM処理のステップS102で起動されるSLAM処理のための各種スレッド(自機位置推定スレッド、地図作成スレッド、ループクロージングスレッド)について、順に説明する。   The above is the flow of SLAM processing. Next, various threads for SLAM processing (own position estimation thread, map creation thread, loop closing thread) activated in step S102 of the SLAM processing will be described in order.

まず、自機位置推定スレッドについて図4を参照して説明する。このスレッドでは、SLAM処理部11が、最初に自機位置推定の初期化処理を行い、その後自機位置推定(撮像部41で取得した画像を用いてビジュアルオドメトリにより自機の姿勢(位置及び向き)を推定する)を行い続ける。   First, the own position estimation thread will be described with reference to FIG. In this thread, the SLAM processing unit 11 first performs initialization processing of its own position estimation, and then estimates its position (position and orientation by visual odometry using images acquired by the imaging unit 41). ) Continue to do.

まず、SLAM処理部11は、動作終了か否かを判定する(ステップS201)。動作終了なら(ステップS201;Yes)終了し、動作終了でないなら(ステップS201;No)、SLAM処理の停止が指示されているか否かを判定する(ステップS202)。SLAM処理の停止が指示されているなら(ステップS202;Yes)、ステップS201に戻る。SLAM処理の停止が指示されていないなら(ステップS202;No)、自機位置推定処理が初期化済であるか否かを判定する(ステップS203)。   First, the SLAM processing unit 11 determines whether or not the operation is finished (step S201). If the operation ends (step S201; Yes), the operation ends. If the operation does not end (step S201; No), it is determined whether an instruction to stop the SLAM processing is given (step S202). If the stop of the SLAM process is instructed (step S202; Yes), the process returns to step S201. If stop of the SLAM process is not instructed (step S202; No), it is determined whether or not the own position estimation process has been initialized (step S203).

初期化済でないなら(ステップS203;No)、次に述べる初期化処理を行う。初期化処理ではSLAM処理部11は、まず、撮像部41で画像を取得し、取得した画像内から特徴点を取得する(ステップS204)。次に、SLAM処理部11は、再度、撮像部41で画像を取得し、取得した画像内から特徴点を取得する(ステップS205)。そして、SLAM処理部11は、2つの画像(ステップS204で取得した画像とステップS205で取得した画像)の間で特徴点の対応(実環境上の同一の点がそれぞれの画像中に存在し、その対応が取れるもの)を取得する(ステップS206)。そして、特徴点の対応数が5未満か否かを判定する(ステップS207)。   If it has not been initialized (step S203; No), the following initialization process is performed. In the initialization process, the SLAM processing unit 11 first acquires an image by the imaging unit 41, and acquires a feature point from the acquired image (step S204). Next, the SLAM processing unit 11 acquires an image again by the imaging unit 41, and acquires a feature point from the acquired image (step S205). Then, the SLAM processing unit 11 has a feature point correspondence between the two images (the image acquired in step S204 and the image acquired in step S205) (the same point in the real environment exists in each image, What can be dealt with is acquired (step S206). Then, it is determined whether the corresponding number of feature points is less than 5 (step S207).

特徴点対応数が5未満であれば(ステップS207;Yes)、後述する相対姿勢の推定ができないため、初期画像を取得し直すために、ステップS204に戻る。特徴点の対応数が5点未満でなければ(ステップS207;No)、Two−view Structure from Motion法を用いることによって、相対姿勢を推定する(ステップS208)。ここで推定されるのは、実際には、2つの画像間の姿勢(それぞれの画像を取得した位置の差分(並進ベクトルt)及び向きの差分(回転行列R))であるが、これは、最初の画像を取得した時の自機の位置及び向きを基準にした場合の、2枚目の画像を取得した時の自機の位置(並進ベクトルt)及び向き(回転行列R))であり、最初の画像を取得した時の自機の姿勢を基準にした場合の相対姿勢と考えることができる。ただし、ここで得られる並進ベクトルtの各要素の値は実環境上での値とは異なるため、これらをSLAM空間上での値とみなし、以下ではSLAM空間上での座標(SLAM座標)を用いて説明する。   If the number of feature point correspondences is less than 5 (step S207; Yes), since the relative posture described later cannot be estimated, the process returns to step S204 to reacquire the initial image. If the number of corresponding feature points is not less than 5 (step S207; No), the relative posture is estimated by using the Two-view Structure from Motion method (step S208). What is estimated here is actually the posture between two images (difference in position (translation vector t) and difference in orientation (rotation matrix R) at which each image was acquired), This is the position (translation vector t) and direction (rotation matrix R) of the own device when the second image is acquired, based on the position and orientation of the own device when the first image is acquired. It can be considered as a relative posture based on the posture of the own device when the first image is acquired. However, since the value of each element of the translation vector t obtained here is different from the value in the real environment, these values are regarded as values in the SLAM space. In the following, the coordinates in the SLAM space (SLAM coordinates) are It explains using.

次に、SLAM処理部11は、この2つの画像間で対応が取れている特徴点(対応特徴点)のSLAM座標での3次元位置を求める(ステップS209)。この3次元位置の求め方は次の通りである。まず、ある1つの対応特徴点に着目する。ある特徴点の画像中の座標(フレーム座標:既知)を(u,v)とし、SLAM座標での3次元位置(未知)を(X,Y,Z)とすると、以下の関係式(1)で表すことができる。
(u v 1)’〜P(X Y Z 1)’…(1)
ここで、「〜」記号は「非零の定数倍を除いて等しい」(つまり、等しいか又は定数(非零)倍になっている)ことを表し、「’」記号は「転置」を表す。
Next, the SLAM processing unit 11 obtains a three-dimensional position of the feature points (corresponding feature points) corresponding to the two images in the SLAM coordinates (step S209). The method for obtaining the three-dimensional position is as follows. First, attention is paid to one corresponding feature point. Assuming that coordinates (frame coordinates: known) in an image of a certain feature point are (u, v) and a three-dimensional position (unknown) in SLAM coordinates is (X, Y, Z), the following relational expression (1) Can be expressed as
(U v 1) ′ to P (XY Y 1) ′ (1)
Here, the symbol “˜” represents “equal except for a non-zero constant multiple” (that is, equal or is a constant (non-zero) multiple), and the “′” symbol represents “transpose”. .

また、Pは3×4の透視投影行列で、撮像部41のカメラの内部パラメータを示す3×3の行列A(焦点距離と撮像素子サイズで決まる定数)と、その画像の姿勢を示す回転行列R及び並進ベクトルtとから、以下の式(2)で表される。
P=A(R|t)…(2)
ここで、(R|t)は、回転行列Rの右に並進列ベクトルtを並べた行列を表す。
P is a 3 × 4 perspective projection matrix, a 3 × 3 matrix A (constant determined by the focal length and the image sensor size) indicating internal parameters of the camera of the imaging unit 41, and a rotation matrix indicating the orientation of the image. From R and the translation vector t, it is expressed by the following equation (2).
P = A (R | t) (2)
Here, (R | t) represents a matrix in which the translation column vector t is arranged to the right of the rotation matrix R.

すると、着目した対応特徴点の1つ目の画像中の座標(u,v)とSLAM座標での3次元位置(X,Y,Z)との関係式を式(1)に基づいて立てると式(3)となる。
(u 1)’〜A(I|0)(X Y Z 1)’…(3)
ここで、Iは単位行列、0はゼロベクトル、(I|0)は、単位行列Iの右に列ベクトルで表したゼロベクトルを並べた行列を表す。
Then, a relational expression between the coordinates (u 1 , v 1 ) in the first image of the corresponding feature point of interest and the three-dimensional position (X, Y, Z) in the SLAM coordinates is based on Expression (1). When it stands, it becomes Formula (3).
(U 1 v 1 1) ′ to A (I | 0) (XY Z 1) ′ (3)
Here, I is a unit matrix, 0 is a zero vector, and (I | 0) is a matrix in which zero vectors represented by column vectors are arranged to the right of the unit matrix I.

また、該対応特徴点の2つ目の画像中の座標(u,v)とSLAM座標での3次元位置(X,Y,Z)との関係式を式(1)に基づいて立てると式(4)となる。
(u 1)’〜A(R|t)(X Y Z 1)’…(4)
Further, a relational expression between the coordinates (u 2 , v 2 ) in the second image of the corresponding feature point and the three-dimensional position (X, Y, Z) in the SLAM coordinates is established based on the formula (1). And Equation (4).
(U 2 v 2 1) ′ to A (R | t) (XY Z 1) ′ (4)

上記の式(3)及び式(4)において、対応特徴点のSLAM座標での3次元位置(X,Y,Z)は同一であるから、u,v,u,vそれぞれについて、4つの式ができ、未知数はX,Y,Zの3つなので、これらは、過剰条件の連立一次方程式となる。過剰条件の連立一次方程式は、一般には解が存在しないが、SLAM処理部11は、最小二乗法を用いることにより、該対応特徴点の最も確からしいSLAM座標での3次元位置(X,Y,Z)を求めることができる。 In the above formulas (3) and (4), the three-dimensional positions (X, Y, Z) of the corresponding feature points in the SLAM coordinates are the same, and therefore each of u 1 , v 1 , u 2 , v 2 Since four equations can be formed and there are three unknowns, X, Y, and Z, these become simultaneous linear equations with excess conditions. In general, there is no solution for the simultaneous linear equations in excess conditions, but the SLAM processing unit 11 uses the least squares method to obtain a three-dimensional position (X, Y, Z) can be determined.

SLAM処理部11は、対応特徴点のSLAM座標での3次元位置(X,Y,Z)が求まったら、それをMap点として、Map点DB22に登録する(ステップS210)。Map点DB22に登録する要素には、少なくとも、「特徴点のSLAM座標での3次元位置であるX,Y,Z」と、「その特徴点の特徴量」(例えばSIFT等で得た特徴量)と、「マーキングフラグ」(後述する地図作成スレッドの処理において、削除可能なMap点をマーキングする際に用いる。例えば初期値は0で、マーキングされると1になる。)が含まれる。また、「タイムスタンプ」(後述するキーフレーム番号NKFの、Map点DB22への登録時点での値等)をMap点DB22への登録要素に含めてもよい。   When the three-dimensional position (X, Y, Z) of the corresponding feature point in the SLAM coordinate is obtained, the SLAM processing unit 11 registers it as the Map point in the Map point DB 22 (Step S210). The elements to be registered in the Map point DB 22 include at least “X, Y, Z which is a three-dimensional position of a feature point in SLAM coordinates” and “a feature amount of the feature point” (for example, a feature amount obtained by SIFT or the like). ) And a “marking flag” (used when marking a map point that can be deleted in the processing of a map creation thread to be described later. For example, the initial value is 0, and 1 when marked). Further, a “time stamp” (a value of a key frame number NKF, which will be described later, at the time of registration in the Map point DB 22) may be included in the registration element in the Map point DB 22.

対応特徴点は5点以上存在するため、SLAM処理部11は、各対応特徴点について、ステップS209及びステップS210を繰り返す。   Since there are five or more corresponding feature points, the SLAM processing unit 11 repeats step S209 and step S210 for each corresponding feature point.

次にSLAM処理部11は、キーフレーム(SLAM処理用の各種スレッドでの処理対象となるフレーム)の番号を表す変数NKFを0に初期化し(ステップS211)、初期化済フラグをセットする(ステップS212)。そして、SLAM処理部11は、SLAM座標と実環境座標とのスケール対応を得るために、メカオドメトリによる並進距離(実環境での座標で求められる)を、上記の処理で推定したSLAM座標での並進距離dで除することによって、スケールSを求める(ステップS213)。   Next, the SLAM processing unit 11 initializes a variable NKF indicating the number of a key frame (a frame to be processed in various threads for SLAM processing) to 0 (step S211), and sets an initialized flag (step S211). S212). Then, in order to obtain the scale correspondence between the SLAM coordinates and the real environment coordinates, the SLAM processing unit 11 calculates the translation distance (determined by the coordinates in the real environment) by the mechaodometry in the SLAM coordinates estimated by the above processing. A scale S is obtained by dividing by the translation distance d (step S213).

次にSLAM処理部11は、2つ目の画像をキーフレームとしてフレームDB21に登録する(ステップS214)。フレームDB21に登録する要素は、「キーフレーム番号」(登録時点でのNKFの値)、「姿勢」(その画像撮影時の自機のSLAM座標での位置(並進ベクトルt)及び向き(回転行列R))、「メカオドメトリで計測した実環境上での姿勢」(実環境での駆動部42による移動距離に基づいて求められる自機の位置及び向き)、「抽出した全ての特徴点」、「特徴点の中で3次元位置が既知となったMap点の3次元位置」、「キーフレーム自体の特徴」、「マーキングフラグ」である。   Next, the SLAM processing unit 11 registers the second image as a key frame in the frame DB 21 (step S214). The elements to be registered in the frame DB 21 are “key frame number” (NKF value at the time of registration), “posture” (position (translation vector t) in the SLAM coordinates of the device at the time of image capture, and orientation (rotation matrix). R)), “posture in the real environment measured by the mechaodometry” (the position and orientation of the aircraft determined based on the movement distance by the drive unit 42 in the real environment), “all extracted feature points”, These are “the three-dimensional position of the Map point where the three-dimensional position is known among the feature points”, “the characteristic of the key frame itself”, and “the marking flag”.

上記中、「メカオドメトリで計測した実環境上での姿勢」は、並進ベクトルtと回転行列Rとで表すこともできるが、通常、本自律移動装置100は2次元平面上を動くので、2次元データに単純化して、移動開始時の位置(原点)及び向きを基準にした2次元座標(X,Y)及び向きφとして表しても良い。また、「キーフレーム自体の特徴」とは、キーフレーム間の画像類似度を求める処理を効率化するためのデータであり、例えば画像中の特徴点のヒストグラム等を用いることができるが、画像自体を「キーフレーム自体の特徴」としても良い。また、「マーキングフラグ」は、後述する地図作成スレッドの処理において、削除可能なキーフレームをマーキングする際に用いるもので、例えば初期値は0で、マーキングされると1になる。   Among the above, the “posture in the real environment measured by the mechaodometry” can also be expressed by the translation vector t and the rotation matrix R. However, since the autonomous mobile device 100 normally moves on a two-dimensional plane, It may be simplified to dimension data and expressed as two-dimensional coordinates (X, Y) and direction φ based on the position (origin) and direction at the start of movement. The “feature of the key frame itself” is data for improving the efficiency of obtaining the image similarity between the key frames. For example, a histogram of feature points in the image can be used. May be used as a “characteristic of the key frame itself”. The “marking flag” is used when marking a key frame that can be deleted in the processing of a map creation thread described later. For example, the initial value is 0, and becomes 1 when marked.

次に、SLAM処理部11は、キーフレームが生成された事を地図作成スレッドに知らせるために、地図作成スレッドのキーフレームキューに、キーフレームカウンタNKFをセットする(ステップS215)。なお、キュー(Queue)は、先入れ先出しのデータ構造になっている。   Next, the SLAM processing unit 11 sets the key frame counter NKF in the key frame queue of the map creation thread to notify the map creation thread that the key frame has been generated (step S215). Note that the queue has a first-in first-out data structure.

そして、自機位置推定スレッドの処理は、ステップS201に戻り、ステップS202を経由して、ステップS203で初期化済であることが判定され(ステップS203;Yes)、SLAM処理部11は、初期化済の場合の処理へ進む。   Then, the process of the own position estimation thread returns to step S201, determines that it has been initialized in step S203 via step S202 (step S203; Yes), and the SLAM processing unit 11 performs initialization. Proceed to processing in the case of completed.

次に、初期化済の場合の処理を説明する。この処理が、自機位置推定スレッドの通常時の処理であり、逐次現在の自機の位置及び向き(SLAM座標内での並進ベクトルtと回転行列R)を推定する処理である。   Next, processing in the case of initialization is described. This process is a normal process of the own machine position estimation thread, and is a process for sequentially estimating the current position and orientation of the own machine (translation vector t and rotation matrix R in SLAM coordinates).

SLAM処理部11は、撮像部41で画像を撮影し、撮影した画像に含まれている特徴点を取得する(ステップS221)。次に、フレームDB21に登録されている以前のキーフレーム(例えばキーフレーム番号がNKFである画像)の情報から、その画像の情報に含まれている特徴点のうち、3次元位置が既知である(Map点DB22に登録されているMap点になっている)特徴点を取得し、今撮影した画像との間で対応が取れる特徴点(対応特徴点)を抽出する(ステップS222)。   The SLAM processing unit 11 captures an image with the image capturing unit 41 and acquires feature points included in the captured image (step S221). Next, from the information of the previous key frame (for example, the image whose key frame number is NKF) registered in the frame DB 21, the three-dimensional position is known among the feature points included in the information of the image. A feature point (which is a Map point registered in the Map point DB 22) is acquired, and a feature point (corresponding feature point) that can be correlated with the image that has just been captured is extracted (step S222).

そして、SLAM処理部11は、対応特徴点の個数(特徴点対応数)が基準対応特徴点数(例えば10)未満か否かを判定し(ステップS223)、基準対応特徴点数未満なら(ステップS223;Yes)、位置の推定は行わずにステップS221に戻る。ここで、すぐにステップS221に戻るのではなく、ステップS222に戻って、フレームDB21に登録されているキーフレームの中から対応特徴点の個数が基準対応特徴点数以上になるものを検索するようにしても良い。この場合は、フレームDB21に登録されているキーフレームの中に対応特徴点の個数が基準対応特徴点数以上のものが見つからなかった場合にステップS221に戻る。   Then, the SLAM processing unit 11 determines whether or not the number of corresponding feature points (feature point correspondence number) is less than a reference correspondence feature point number (for example, 10) (step S223), and if it is less than the reference correspondence feature point number (step S223; Yes), the position is not estimated and the process returns to step S221. Here, instead of immediately returning to step S221, the process returns to step S222 to search for key frames registered in the frame DB 21 that have the number of corresponding feature points equal to or greater than the reference corresponding feature number. May be. In this case, if no key feature registered in the frame DB 21 has been found whose number of corresponding feature points is equal to or greater than the reference corresponding feature number, the process returns to step S221.

SLAM処理部11は、対応特徴点数が基準対応特徴点数以上なら(ステップS223;No)、対応特徴点それぞれの3次元位置(X,Y,Z)をMap点DB22から取得する(ステップS224)。すると、ステップS221で取得した画像に含まれているi番目(iは1から対応特徴点数までの値を取る)の対応特徴点の該画像中の座標(u,v)は、以下の式(5)で表される(ux,vx)と理想的には一致するはずである。
(ux,vx,1)’〜A(R|t)(X1)’…(5)
ここで、(X,Y,Z)は、該対応特徴点の3次元位置であり、R及びtはステップS221で画像を取得した時の自律移動装置100の姿勢(回転行列R及び並進ベクトルt)である。
If the number of corresponding feature points is equal to or greater than the reference corresponding feature point number (step S223; No), the SLAM processing unit 11 acquires the three-dimensional position (X, Y, Z) of each corresponding feature point from the Map point DB 22 (step S224). Then, the coordinates (u i , v i ) in the image of the i-th corresponding feature point (i takes a value from 1 to the number of corresponding feature points) included in the image acquired in step S221 are as follows: It should ideally match (ux i , vx i ) expressed by equation (5).
(Ux i , vx i , 1) ′ to A (R | t) (X i Y i Z i 1) ′ (5)
Here, (X i , Y i , Z i ) is the three-dimensional position of the corresponding feature point, and R and t are the postures (rotation matrix R and R) of the autonomous mobile device 100 when the image is acquired in step S221. Translation vector t).

実際には(X,Y,Z)にも(u,v)にも誤差が含まれているため、(ux,vx)と(u,v)とが一致することはほとんどない。そして、未知数は姿勢を表す回転行列R及び並進ベクトルt(3次元空間ではRもtも3次元となり、未知数の個数は3+3=6である)であるが、数式は対応特徴点の個数の2倍存在する(対応特徴点1つに対して、フレーム座標のu,vそれぞれに対する式が存在するため)ことになるため、過剰条件の連立一次方程式になる。したがって、SLAM処理部11は、最小二乗法を用いることにより、最も確からしい自律移動装置100の姿勢(SLAM座標での並進ベクトルt及び回転行列R)を求めることができる(ステップS225)。 Actually, since (X i , Y i , Z i ) and (u i , v i ) also contain errors, (ux i , vx i ) and (u i , v i ) match. There is little to do. The unknown number is a rotation matrix R representing a posture and a translation vector t (R and t are three-dimensional in a three-dimensional space, and the number of unknowns is 3 + 3 = 6). Since there are multiple times (because there are equations for u and v of the frame coordinates for one corresponding feature point), it becomes a simultaneous linear equation with excess conditions. Therefore, the SLAM processing unit 11 can obtain the most likely attitude of the autonomous mobile device 100 (translation vector t and rotation matrix R in SLAM coordinates) by using the least square method (step S225).

SLAM座標での現在の自機の姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)が求められたので、SLAM処理部11は、これにスケールSを乗算することで、VO(ビジュアルオドメトリ)を求める(ステップS226)。VOは実環境での自機の位置及び向きとして利用できる。   Since the current attitude (translation vector t and rotation matrix R) in the SLAM coordinates is obtained, the SLAM processing unit 11 multiplies this by the scale S to obtain VO (visual odometry) (step) S226). The VO can be used as the position and orientation of the aircraft in the real environment.

次に、SLAM処理部11は、自律移動装置100の現在位置が、フレームDB21に登録されている直前のキーフレーム(キーフレーム番号がNKFである画像)を撮影した時の位置から基準距離(例えば1m)以上移動しているか否かを判定する(ステップS227)。基準距離以上移動しているなら(ステップS227;Yes)、NKFに1を加算する(ステップS228)。そして、SLAM処理部11は、現フレームをキーフレームとしてフレームDB21に登録し(ステップS229)、ステップS215に進む。   Next, the SLAM processing unit 11 captures the reference distance (for example, the current position of the autonomous mobile device 100 from the position when the previous key frame registered in the frame DB 21 (an image with a key frame number of NKF) is captured. 1m) It is determined whether or not it has moved (step S227). If it has moved beyond the reference distance (step S227; Yes), 1 is added to NKF (step S228). Then, the SLAM processing unit 11 registers the current frame as a key frame in the frame DB 21 (step S229), and proceeds to step S215.

自律移動装置100が基準距離未満しか移動していないなら(ステップS227;No)、ステップS201に戻る。なお、基準距離と比較する自律移動装置100の移動距離は、直前のキーフレームから現フレームまでの並進距離(両フレームの並進ベクトルの差の絶対値)をメカオドメトリから取得しても良いし、上述したVO(ビジュアルオドメトリ)から求めても良い。また、キーフレーム番号を示す変数NKF、スケールを示す変数S、フレームDB21及びMap点DB22はスレッドをまたいで値を参照することができるように記憶部20に記憶されている。   If the autonomous mobile device 100 has moved less than the reference distance (step S227; No), the process returns to step S201. In addition, the movement distance of the autonomous mobile device 100 compared with the reference distance may be obtained from the measurement distance by calculating the translation distance from the previous key frame to the current frame (the absolute value of the difference between the translation vectors of both frames), You may obtain | require from VO (visual odometry) mentioned above. The variable NKF indicating the key frame number, the variable S indicating the scale, the frame DB 21 and the Map point DB 22 are stored in the storage unit 20 so that the values can be referred to across the threads.

次に、地図作成スレッドについて、図5を参照して説明する。このスレッドでは、SLAM処理部11が、自機位置推定スレッドによってフレームDB21に登録されたキーフレームの中の対応特徴点の3次元位置を計算して、Map点DB22に登録する処理を行い続ける。   Next, the map creation thread will be described with reference to FIG. In this thread, the SLAM processing unit 11 continues to perform the process of calculating the three-dimensional position of the corresponding feature point in the key frame registered in the frame DB 21 by the own device position estimation thread and registering it in the Map point DB 22.

まず、SLAM処理部11は、動作終了か否かを判定する(ステップS301)。動作終了なら(ステップS301;Yes)終了する。動作終了でないなら(ステップS301;No)、キーフレームキューが空か否かを判定する(ステップS302)。キーフレームキューが空なら(ステップS302;Yes)、ステップS301に戻る。キーフレームキューが空でなければ(ステップS302;No)、キーフレームキューからデータを取り出してMKF(地図作成スレッドで処理するキーフレームのキーフレーム番号を示す変数)にセットする(ステップS303)。次にSLAM処理部11は、MKFが0より大きいか否かを判定する(ステップS304)。MKFが0であるなら(ステップS304;No)、ステップS301に戻ってキーフレームキューにデータが入るのを待つ。そして、MKFが0より大きいなら(ステップS304;Yes)、以下の処理を行う。   First, the SLAM processing unit 11 determines whether or not the operation is finished (step S301). If the operation is finished (step S301; Yes), the process is finished. If the operation is not finished (step S301; No), it is determined whether or not the key frame queue is empty (step S302). If the key frame queue is empty (step S302; Yes), the process returns to step S301. If the key frame queue is not empty (step S302; No), data is extracted from the key frame queue and set to MKF (a variable indicating the key frame number of the key frame to be processed by the map creation thread) (step S303). Next, the SLAM processing unit 11 determines whether MKF is greater than 0 (step S304). If MKF is 0 (step S304; No), the process returns to step S301 to wait for data to enter the key frame queue. If MKF is greater than 0 (step S304; Yes), the following processing is performed.

SLAM処理部11は、フレームDB21を参照し、前キーフレーム(キーフレーム番号がMKF−1のキーフレーム)の特徴点と現キーフレーム(キーフレーム番号がMKFのキーフレーム)の特徴点とで対応が取れる特徴点(対応特徴点)を抽出する(ステップS305)。フレームDB21にはそれぞれのキーフレームの姿勢(並進ベクトルtと回転行列R)も登録されているので、自機位置推定スレッドの初期化時の処理の時と同様の方法で対応特徴点の3次元位置を計算できる。SLAM処理部11は、3次元位置が計算できた対応特徴点をMap点としてMap点DB22に登録する(ステップS306)。そして、SLAM処理部11は、フレームDB21に登録されているキーフレームのデータに対しても今回3次元位置を計算できた特徴点について3次元位置を登録する(ステップS307)。   The SLAM processing unit 11 refers to the frame DB 21 and corresponds with the feature point of the previous key frame (key frame number is MKF-1) and the feature point of the current key frame (key frame number is MKF). Feature points (corresponding feature points) that can be taken are extracted (step S305). Since the posture (translation vector t and rotation matrix R) of each key frame is also registered in the frame DB 21, the corresponding feature points are three-dimensionally processed in the same manner as in the process of initializing the own position estimation thread. The position can be calculated. The SLAM processing unit 11 registers the corresponding feature point for which the three-dimensional position can be calculated as the Map point in the Map point DB 22 (Step S306). Then, the SLAM processing unit 11 registers the three-dimensional position for the feature point for which the current three-dimensional position can be calculated for the key frame data registered in the frame DB 21 (step S307).

なお、SLAM処理部11が抽出した対応特徴点がすでにMap点DB22に登録済だった場合は、3次元位置の計算をスキップして次の対応特徴点(Map点DBに未登録のもの)に対する処理に進んでもよいし、改めて3次元位置の計算を行って、Map点DB22に登録済の3次元位置や、フレームDB21中の対応特徴点に対する3次元位置を更新するようにしてもよい。   If the corresponding feature point extracted by the SLAM processing unit 11 has already been registered in the Map point DB 22, the calculation of the three-dimensional position is skipped and the next corresponding feature point (one not registered in the Map point DB) is skipped. The process may proceed, or the 3D position may be calculated again to update the 3D position registered in the Map point DB 22 or the corresponding feature point in the frame DB 21.

次に、SLAM処理部11は、キーフレームキューが空かどうかを判定する(ステップS308)。キーフレームキューが空でなければ(ステップS308;No)、SLAM処理部11は、ループクロージングスレッドのキーフレームキューにMKFをセットして(ステップS312)、ステップS301に戻る。   Next, the SLAM processing unit 11 determines whether or not the key frame queue is empty (step S308). If the key frame queue is not empty (step S308; No), the SLAM processing unit 11 sets the MKF in the key frame queue of the loop closing thread (step S312), and returns to step S301.

キーフレームキューが空なら(ステップS308;Yes)、SLAM処理部11は、全キーフレームの姿勢と全Map点の3次元位置に対して、バンドルアジャストメント処理を行って、精度向上を図る(ステップS309)。   If the key frame queue is empty (step S308; Yes), the SLAM processing unit 11 performs bundle adjustment processing on the postures of all key frames and the three-dimensional positions of all map points to improve accuracy (step). S309).

バンドルアジャストメント処理とは、カメラ姿勢(キーフレーム姿勢)とMap点の3次元位置とを同時に推定する非線形最適化法であり、Map点をキーフレーム上に投影させたときに発生する誤差が最小になるような最適化を行うものである。このバンドルアジャストメントの処理を行うことで、キーフレーム姿勢とMap点の3次元位置の精度向上を図ることができる。   The bundle adjustment process is a non-linear optimization method that simultaneously estimates the camera posture (key frame posture) and the three-dimensional position of the Map point, and the error that occurs when the Map point is projected onto the key frame is minimized. Optimization is performed so that By performing the bundle adjustment process, it is possible to improve the accuracy of the key frame posture and the three-dimensional position of the Map point.

次に、削除可能データ選出部13は、複数のキーフレームの姿勢と、そのキーフレーム上のMap点と、そのMap点の3次元位置と、に基づいてMap点の3次元位置の誤差を求め、誤差が基準誤差よりも大きなMap点をマーキングする(ステップS310)。姿勢と特徴点とを推定しないように固定させると、上述のバンドルアジャストメント処理等により該Map点の3次元位置のみを推定できるので、推定した3次元位置と、Map点DB22に登録されている3次元位置とに基づいて、誤差を計算できる。なお、ステップS310は必ずしもステップS309と別個に行う必要はなく、ステップS309で行われるバンドルアジャストメント処理の中で、誤差の大きいMap点に対してマーキングするようにしてもよい。   Next, the erasable data selection unit 13 obtains an error of the 3D position of the Map point based on the postures of the plurality of key frames, the Map point on the key frame, and the 3D position of the Map point. The Map point where the error is larger than the reference error is marked (step S310). If the posture and the feature point are fixed so as not to be estimated, only the three-dimensional position of the Map point can be estimated by the above-described bundle adjustment processing or the like, and therefore the estimated three-dimensional position and the Map point DB 22 are registered. An error can be calculated based on the three-dimensional position. Note that step S310 is not necessarily performed separately from step S309, and marking may be performed for a Map point having a large error in the bundle adjustment process performed in step S309.

次に削除可能データ選出部13は、フレームDB21内で、姿勢が近いキーフレームが複数存在する場合、そのようなキーフレームのうちの1つを残してそれ以外のキーフレームをマーキングし(S311)、ステップS312に進む。   Next, when there are a plurality of key frames with similar postures in the frame DB 21, the erasable data selection unit 13 marks one of the key frames other than the key frame (S311). The process proceeds to step S312.

ここで、姿勢が近いキーフレームの判定について説明する。例えば、判定対象となる2つのキーフレームについて、それらのキーフレームを撮影した時の自律移動装置100の位置の差(並進ベクトルt間の距離)が基準類似判定距離(例えば1m)未満であり、かつ、その時の向きの差(回転行列Rから求まる角度の差)が基準類似判定角度(例えば5度)未満である場合に、それらのキーフレームは姿勢が近いと判定する。   Here, determination of a key frame having a close posture will be described. For example, for two key frames to be determined, the position difference (distance between translation vectors t) of the autonomous mobile device 100 when the key frames are photographed is less than a reference similarity determination distance (for example, 1 m), And when the difference in direction at that time (the difference in angle obtained from the rotation matrix R) is less than the reference similarity determination angle (for example, 5 degrees), it is determined that these key frames are close in posture.

また、2つのキーフレームの姿勢が近い場合、それらのキーフレームには、同じMap点が多数存在することになる。したがって、姿勢が近いキーフレームの判定は、それらのキーフレームを撮影した時の自律移動装置100の位置及び向きの差の代わりに(又は、位置若しくは向きの差に加えて)、それらのキーフレームに存在する共通のMap点の個数を用いて判定してもよい。例えば、「同じMap点が基準類似判定点数(例えば100個)存在し、位置の差(並進ベクトルの差)が基準類似判定距離(例えば1m)未満」なら「姿勢が近い」と判定してもよい。   In addition, when the postures of two key frames are close, a large number of the same Map points exist in those key frames. Therefore, the determination of key frames that are close in posture is performed instead of the difference in position and orientation of the autonomous mobile device 100 when the key frames are captured (or in addition to the difference in position or orientation). It may be determined using the number of common Map points existing in. For example, if “the same Map point has a reference similarity determination score (for example, 100) and the position difference (translation vector difference) is less than the reference similarity determination distance (for example, 1 m)”, it is determined that “the posture is close”. Good.

次にループクロージングスレッドについて、図6を参照して説明する。このスレッドでは、SLAM処理部11が、ループクロージング処理が可能か否かをチェックし続け、可能な場合にはループクロージング処理を行う。なお、ループクロージング処理とは、以前来たことのある同じ場所に戻ってきたことを認識した場合に、以前この同じ場所にいた時の姿勢の値と現在の姿勢の値とのずれを用いて、以前来た時から今までの軌跡中のキーフレームや、関連するMap点の3次元位置を修正することを言う。   Next, the loop closing thread will be described with reference to FIG. In this thread, the SLAM processing unit 11 continues to check whether the loop closing process is possible, and performs the loop closing process if possible. Note that the loop closing process uses the difference between the posture value and the current posture value when you were in the same location before when you recognized that you have returned to the same location that you have been before. This refers to correcting the three-dimensional position of the key frame and the related Map point in the trajectory from the previous time to the present.

まず、SLAM処理部11は、動作終了か否かを判定する(ステップS401)。動作終了なら(ステップS401;Yes)、終了する。動作終了でないなら(ステップS401;No)、キーフレームキューが空か否かを判定する(ステップS402)。キーフレームキューが空なら(ステップS402;Yes)、ステップS401に戻る。キーフレームキューが空でないなら(ステップS402;No)、キーフレームキューからデータを取り出してLKF(ループクロージングスレッドで処理するキーフレームのキーフレーム番号を示す変数)にセットする(ステップS403)。次にSLAM処理部11は、LKFが1より大きいかを判定する(ステップS404)。LKFが0又は1であるなら(ステップS404;No)、ステップS401に戻ってキーフレームキューにデータが入るのを待つ。そして、LKFが1より大きいなら(ステップS404;Yes)、以下の処理を行う。   First, the SLAM processing unit 11 determines whether or not the operation is finished (step S401). If the operation is finished (step S401; Yes), the process is finished. If the operation is not finished (step S401; No), it is determined whether or not the key frame queue is empty (step S402). If the key frame queue is empty (step S402; Yes), the process returns to step S401. If the key frame queue is not empty (step S402; No), data is extracted from the key frame queue and set in LKF (a variable indicating the key frame number of the key frame processed by the loop closing thread) (step S403). Next, the SLAM processing unit 11 determines whether LKF is greater than 1 (step S404). If LKF is 0 or 1 (step S404; No), the process returns to step S401 and waits for data to enter the key frame queue. If LKF is larger than 1 (step S404; Yes), the following processing is performed.

SLAM処理部11は、フレームDB21を参照し、現キーフレーム(キーフレーム番号がLKFのキーフレーム)と「キーフレーム自体の特徴」の類似度が基準画像類似度以上になるキーフレームをフレームDB21から検索する(ステップS405)。ここで、この類似度は、画像(キーフレーム)の特徴を特徴ベクトルで表している場合は、比較対象の2つの画像の特徴ベクトルのノルムを1に正規化したもの同士の内積を、その2つの画像の類似度とすることができる。また、2つの画像の特徴ベクトルの距離(各要素の差の二乗和の平方根)の逆数を類似度としてもよい。   The SLAM processing unit 11 refers to the frame DB 21 and searches the frame DB 21 for a key frame whose similarity between the current key frame (key frame with the key frame number LKF) and the “characteristic of the key frame itself” is equal to or higher than the reference image similarity. Search is performed (step S405). Here, when the feature of an image (key frame) is represented by a feature vector, this similarity is obtained by calculating the inner product of two images obtained by normalizing the norms of the feature vectors of two images to be compared with each other. It can be the similarity of two images. The reciprocal of the distance between the feature vectors of two images (the square root of the sum of squares of the differences between the elements) may be used as the similarity.

そして、SLAM処理部11は、「キーフレーム自体の特徴」の類似度が基準画像類似度以上になるキーフレームが発見されたか否かを判定する(ステップS406)。発見されなければ(ステップS406;No)、ステップS401に戻り、発見されたら(ステップS406;Yes)、発見されたキーフレームから現キーフレームまでの軌跡中のキーフレームの姿勢と、軌跡中のキーフレームに含まれるMap点の3次元位置を修正し(ステップS407)、ステップS401に戻る。ステップS407では、例えば、SLAM処理部11は、現キーフレームの姿勢を、発見されたキーフレームの姿勢と同じ姿勢に修正する。そして、発見されたキーフレームの姿勢と現キーフレームの姿勢との差分を用いて、発見されたキーフレームから現キーフレームまでの軌跡中の各キーフレームの姿勢に線形的に補正を加える。さらにこれらの各キーフレームに含まれるMap点の3次元位置についても各キーフレームの姿勢の補正量に応じて修正する。   Then, the SLAM processing unit 11 determines whether or not a key frame having a similarity of “characteristic of the key frame itself” equal to or higher than the reference image similarity is found (step S406). If not found (step S406; No), the process returns to step S401, and if found (step S406; Yes), the posture of the key frame in the locus from the found key frame to the current key frame and the key in the locus The three-dimensional position of the Map point included in the frame is corrected (step S407), and the process returns to step S401. In step S407, for example, the SLAM processing unit 11 corrects the posture of the current key frame to the same posture as the found key frame. Then, using the difference between the attitude of the found key frame and the attitude of the current key frame, linear correction is applied to the attitude of each key frame in the trajectory from the found key frame to the current key frame. Further, the three-dimensional position of the Map point included in each key frame is also corrected according to the correction amount of the posture of each key frame.

次に、SLAM処理(図3)のステップS107で実行されるメモリ整理処理について図7を参照して説明する。この処理は、上述の地図作成スレッドでマーキングされたキーフレーム及びMap点を、SLAM処理に支障を与えずに削除する処理である。   Next, the memory organizing process executed in step S107 of the SLAM process (FIG. 3) will be described with reference to FIG. This process is a process of deleting the key frame and the Map point marked by the above-described map creation thread without causing any trouble in the SLAM process.

まず、メモリ整理部14は、上位アプリケーションプログラムからメモリ整理指示があったか否かを判定する(ステップS501)。メモリ整理指示が無ければ(ステップS501;No)、処理を終了する。メモリ整理指示があったら(ステップS501;Yes)、SLAM処理部11にSLAM処理の停止を指示する(ステップS502)。   First, the memory organizing unit 14 determines whether or not there is a memory organizing instruction from the higher-level application program (step S501). If there is no instruction for organizing the memory (step S501; No), the process is terminated. If there is a memory organization instruction (step S501; Yes), the SLAM processing unit 11 is instructed to stop SLAM processing (step S502).

次に、メモリ整理部14は、SLAM処理が停止しているか否かを判定する(ステップS503)。上述したように、SLAM処理の各種スレッド(自機位置推定スレッド、地図作成スレッド、ループクロージングスレッド)は、自機位置推定スレッドがキーフレーム番号をキーフレームキューにセットすることによって並行動作している。そして、自機位置推定スレッドがSLAM処理の停止の指示を受けてステップS202からステップS201に戻るようになると、新たなキーフレームが登録されることはなくなる。すると、地図作成スレッドはキーフレームキューが空の状態でステップS302からステップS301に戻るようになり、ループクロージングスレッドもキーフレームキューが空の状態でステップS402からステップS401に戻るようになる。この状態が、SLAM処理が停止している状態である。メモリ整理部14は、SLAM処理部11によるSLAM処理がこのような停止状態になっているか否かを判定する。   Next, the memory organizing unit 14 determines whether or not the SLAM process is stopped (step S503). As described above, the various SLAM processing threads (own position estimation thread, mapping thread, loop closing thread) operate in parallel by the own position estimation thread setting the key frame number in the key frame queue. . When the own position estimation thread receives an instruction to stop the SLAM process and returns from step S202 to step S201, a new key frame is not registered. Then, the mapping thread returns from step S302 to step S301 when the key frame queue is empty, and the loop closing thread returns from step S402 to step S401 when the key frame queue is empty. This state is a state where the SLAM process is stopped. The memory organizing unit 14 determines whether or not the SLAM processing by the SLAM processing unit 11 is in such a stopped state.

SLAM処理が停止していないなら(ステップS503;No)、ステップS503に戻って停止状態になるまで待つ。SLAM処理が停止しているなら(ステップS503;Yes)、メモリ整理部14は、フレームDB21から、マーキングされたキーフレームを削除する(ステップS504)。そして、メモリ整理部14は、Map点DB22から、マーキングされたMap点を削除する(ステップS505)。これらのデータが削除されたことによって、メモリの断片化が生じる可能性があるため、この断片化に対する対策として、メモリ整理部14は、メモリのガーベジコレクションを行う(ステップS506)。そして、メモリ整理部14は、メモリ整理が完了したことを上位アプリケーションプログラムに通知して(ステップS507)、処理を終了する。   If the SLAM process is not stopped (step S503; No), the process returns to step S503 and waits until it is stopped. If the SLAM process is stopped (step S503; Yes), the memory organizing unit 14 deletes the marked key frame from the frame DB 21 (step S504). Then, the memory organizing unit 14 deletes the marked Map point from the Map point DB 22 (Step S505). Since deletion of these data may cause memory fragmentation, the memory organizing unit 14 performs memory garbage collection as a countermeasure against the fragmentation (step S506). Then, the memory organizing unit 14 notifies the upper application program that the memory organizing is completed (step S507), and ends the process.

メモリのガーベジコレクションは、例えば、以下のように行う。まず、全てのキーフレームをフレームDB21から記憶部20内の空き領域に待避させた後に、フレームDB21をクリアする。その後、待避させたキーフレームのデータに基づいて、フレームDB21を再度構築する。Map点についても同様に、まず、全てのMap点をMap点DB22から記憶部20内の空き領域に待避させた後に、Map点DB22をクリアする。その後、待避させたMap点のデータに基づいて、Map点DB22を再度構築する。このようにすることにより、メモリの断片化を解消でき、メモリを有効利用できるようになる。   For example, memory garbage collection is performed as follows. First, after all key frames are saved from the frame DB 21 to an empty area in the storage unit 20, the frame DB 21 is cleared. Thereafter, the frame DB 21 is constructed again based on the saved key frame data. Similarly, for the Map point, first, all the Map points are saved from the Map point DB 22 to an empty area in the storage unit 20, and then the Map point DB 22 is cleared. Thereafter, the Map point DB 22 is constructed again based on the saved Map point data. In this way, memory fragmentation can be eliminated and the memory can be used effectively.

次に、SLAM処理(図3)のステップS103で起動されるメモリ監視スレッドについて図8を参照して説明する。このスレッドでは、SLAM処理のメモリ使用量を監視し、必要に応じてメモリ整理を指示する。なお、SLAM処理のメモリ使用量とは、フレームDB21及びMap点DB22に登録されているデータ(マーキングされているものも含む)の量である。   Next, the memory monitoring thread activated in step S103 of the SLAM process (FIG. 3) will be described with reference to FIG. In this thread, the memory usage of the SLAM process is monitored, and memory organization is instructed as necessary. Note that the memory usage of the SLAM process is the amount of data (including those marked) registered in the frame DB 21 and the Map point DB 22.

まず、メモリ監視部15は、動作終了か否かを判定する(ステップS601)。動作終了なら(ステップS601;Yes)、終了する。動作終了でないなら(ステップS601;No)、SLAM処理のメモリ使用量が基準容量より大きいか否かを判定する(ステップS602)。SLAM処理のメモリ使用量が基準容量より大きければ(ステップS602;Yes)、上位アプリケーションプログラムにメモリ整理を要求する(ステップS603)。   First, the memory monitoring unit 15 determines whether or not the operation is finished (step S601). If the operation is finished (step S601; Yes), the process is finished. If the operation is not finished (step S601; No), it is determined whether the memory usage of the SLAM process is larger than the reference capacity (step S602). If the memory usage of the SLAM process is larger than the reference capacity (step S602; Yes), the upper application program is requested to organize the memory (step S603).

SLAM処理のメモリ使用量が基準容量より大きくないなら(ステップS602;No)、メモリ監視部15は、前回メモリ整理を行ってから基準時間を超える時間が経過したか否かを判定する(ステップS604)。前回メモリ整理を行ってから基準時間を超える時間が経過したなら(ステップS604;Yes)、ステップS603に進む。前回メモリ整理を行ってから基準時間を超える時間が経過していないなら(ステップS604;No)、ステップS601に戻る。メモリ監視部15がこの判定を行えるようにするために、制御部10は、メモリ整理処理(図7)でメモリ整理完了を通知(ステップS507)する際に、その時点の時刻を記録するようにしてもよい。そうすれば、メモリ監視部15は、記録された時刻と現在時刻との差分を求めることによって、前回メモリ整理を行ってから基準時間を超える時間が経過したか否かを判定することができる。   If the memory usage of the SLAM process is not larger than the reference capacity (step S602; No), the memory monitoring unit 15 determines whether or not a time exceeding the reference time has elapsed since the previous memory organization (step S604). ). If the time exceeding the reference time has elapsed since the previous memory organization (step S604; Yes), the process proceeds to step S603. If the time exceeding the reference time has not elapsed since the previous memory organization (step S604; No), the process returns to step S601. In order to allow the memory monitoring unit 15 to make this determination, the control unit 10 records the time at that time when notifying completion of memory organization (step S507) in the memory organization process (FIG. 7). May be. Then, the memory monitoring unit 15 can determine whether or not the time exceeding the reference time has elapsed since the previous memory organization by obtaining the difference between the recorded time and the current time.

次に、上位アプリケーションプログラムについて説明する。上位アプリケーションプログラムとは、自律移動装置100の用途に応じて決まるソフトウェアであり、例えば屋内掃除用アプリケーションプログラムである。上位アプリケーションプログラムは、用途に応じて様々なものが考えられるが、一般には状況に応じて動作モードを変更して、動作モードに基づいて自律移動装置100を制御する。動作モードとは、自律移動装置100の行動様式を定めるものであり、自律移動装置100は、ランダムに移動する「お散歩モード」、充電器に帰還する「充電器帰還モード」、充電器に接続して充電を行う「充電モード」、環境地図の作成範囲を広げていく「地図作成モード」、移動を停止してユーザと会話を行う「会話モード」等の動作モードを持つ。   Next, the upper application program will be described. The host application program is software determined according to the use of the autonomous mobile device 100, for example, an indoor cleaning application program. Various host application programs are conceivable depending on applications, but generally, the operation mode is changed according to the situation, and the autonomous mobile device 100 is controlled based on the operation mode. The operation mode defines an action mode of the autonomous mobile device 100. The autonomous mobile device 100 is connected to a charger in a “walk mode” that moves randomly, a “charger return mode” that returns to the charger, and a charger. Then, there are operation modes such as “charging mode” in which charging is performed, “map creation mode” in which the range of creation of environmental maps is expanded, and “conversation mode” in which movement is stopped and conversation with the user is performed.

そして、自律移動装置100は、状況に応じて動作モードを変更する。例えば、初期値は地図作成モードで、地図がある程度作成されたら(例えば地図作成モードで10分経過したら)お散歩モードになり、電池残量が少なくなったら充電器帰還モードになるというように、予め動作モードを変更する条件が設定されていてもよいし、外部(ユーザ、外部サーバ等)からの指示により、設定されてもよい。   And the autonomous mobile apparatus 100 changes an operation mode according to a condition. For example, the initial value is the map creation mode, when the map is created to some extent (for example, 10 minutes in the map creation mode), the walk mode is entered, and when the remaining battery level is low, the charger return mode is entered. Conditions for changing the operation mode may be set in advance, or may be set by an instruction from the outside (user, external server, etc.).

上位アプリケーションプログラムは、自律移動装置100の主要な動作を制御するプログラムであり、様々な処理を含むが、ここでは、上位アプリケーションプログラムの処理のうち、メモリ整理が関連する部分に絞って、図9を参照して説明する。上位アプリケーションプログラムは、SLAM処理(図3)と同様に、自律移動装置100の電源が投入されると開始される。   The upper application program is a program that controls the main operations of the autonomous mobile device 100 and includes various processes. Here, the processing of the upper application program is limited to the part related to memory organization, as shown in FIG. Will be described with reference to FIG. The host application program is started when the autonomous mobile device 100 is turned on, as in the SLAM process (FIG. 3).

まず、制御部10は、自律移動装置100の動作を終了させるか否かを判定する(ステップS701)。例えば、自律移動装置100は、ユーザから動作終了の指示を受けたり、外部のサーバ等から動作終了の指示を受けたりすると、動作を終了させる。動作を終了させるなら(ステップS701;Yes)、SLAM処理等の他のスレッドの処理に対して、終了を指示し(ステップS702)、処理を終了する。   First, the control unit 10 determines whether or not to end the operation of the autonomous mobile device 100 (step S701). For example, the autonomous mobile device 100 ends the operation when receiving an operation end instruction from the user or an operation end instruction from an external server or the like. If the operation is to be terminated (step S701; Yes), the termination of the other thread processing such as SLAM processing is instructed (step S702), and the processing is terminated.

動作を終了させないなら(ステップS701;No)、制御部10は、メモリ監視スレッドからメモリ整理の要求があるか否かを判定する(ステップS703)。メモリ整理の要求があるなら(ステップS703;Yes)、動作モードを「充電器帰還モード」に設定し(ステップS704)、ステップS705に進む。メモリ整理の要求がなければ(ステップS703;No)、そのままステップS705に進む。   If the operation is not terminated (step S701; No), the control unit 10 determines whether or not there is a memory organization request from the memory monitoring thread (step S703). If there is a request for memory organization (step S703; Yes), the operation mode is set to “charger feedback mode” (step S704), and the process proceeds to step S705. If there is no request for memory organization (step S703; No), the process proceeds to step S705 as it is.

ステップS705では、制御部10は、動作モードが「お散歩モード」であるか否かを判定する。「お散歩モード」であるなら(ステップS705;Yes)、目的地をランダムに設定し(ステップS706)、ステップS701に戻る。「お散歩モード」でないなら(ステップS705;No)、動作モードが「充電器帰還モード」であるか否かを判定する(ステップS707)。   In step S <b> 705, the control unit 10 determines whether or not the operation mode is “walking mode”. If it is “walking mode” (step S705; Yes), a destination is set at random (step S706), and the process returns to step S701. If it is not “walk mode” (step S705; No), it is determined whether or not the operation mode is “charger feedback mode” (step S707).

動作モードが「充電器帰還モード」でないなら(ステップS707;No)、制御部10は、動作モードに応じて目的地を設定し(ステップS708)、ステップS701に戻る。動作モードに応じた目的地設定には様々なものがあるため、具体例をいくつか説明する。例えば、動作モードが「地図作成モード」なら、環境地図を徐々に広げていくような場所(例えば、環境地図が作成できているところと作成できていないところの境目)を目的地に設定する。動作モードが「会話モード」なら、移動を停止してユーザと会話するので、自律移動装置100の現在位置を目的地に設定する。   If the operation mode is not “charger feedback mode” (step S707; No), the control unit 10 sets a destination according to the operation mode (step S708), and returns to step S701. Since there are various destination settings according to the operation mode, some specific examples will be described. For example, if the operation mode is “map creation mode”, a place where the environment map is gradually expanded (for example, the boundary between where the environment map can be created and where it cannot be created) is set as the destination. If the operation mode is “conversation mode”, the movement is stopped and the user talks with the user, so the current position of the autonomous mobile device 100 is set as the destination.

動作モードが「充電器帰還モード」なら(ステップS707;Yes)、制御部10は、充電器の位置を目的地に設定する(ステップS709)。そして、制御部10は、自律移動装置100が、充電器に到着したか否かを判定する(ステップS710)。充電器に到着していなければ(ステップS710;No)、ステップS701に戻り、充電器に到着するまでステップS710の判定を繰り返す。充電器に到着したら(ステップS710;Yes)、制御部10は、動作モードを「充電モード」に設定し(ステップS711)、SLAM処理部11にメモリ整理を指示し(ステップS712)、SLAM処理部11からメモリ整理完了の通知を受けるまで待つ。その後、制御部10は、メモリ監視スレッドから受けたメモリ整理の要求を消去し(ステップS713)、ステップS701に戻る。   If the operation mode is “charger feedback mode” (step S707; Yes), the control unit 10 sets the position of the charger as the destination (step S709). And the control part 10 determines whether the autonomous mobile apparatus 100 arrived at the charger (step S710). If it has not arrived at the charger (step S710; No), the process returns to step S701, and the determination in step S710 is repeated until it arrives at the charger. When the battery arrives at the charger (step S710; Yes), the control unit 10 sets the operation mode to “charging mode” (step S711), instructs the SLAM processing unit 11 to organize the memory (step S712), and the SLAM processing unit. 11 until a notification of completion of memory organization is received. Thereafter, the control unit 10 deletes the memory organization request received from the memory monitoring thread (step S713) and returns to step S701.

以上説明した各種処理により、自律移動装置100は、SLAM処理のメモリ使用量が基準容量を超えた場合等に、削除可能なデータを削除することができる。したがって、自律移動装置100のメモリリソースが少ない場合でも、長時間、あるいは広い領域で使用することが可能となる。   Through the various processes described above, the autonomous mobile device 100 can delete data that can be deleted when the memory usage of the SLAM process exceeds the reference capacity. Therefore, even when the autonomous mobile device 100 has few memory resources, it can be used for a long time or in a wide area.

(実施形態1の変形例)
実施形態1では、メモリ整理処理(図7)は、充電モード時のみ行われるようになっているが、自律移動装置100が移動しない動作モードになっているなら、充電モード時以外でメモリ整理処理を行ってもよい。このような実施形態1の変形例においては、上位アプリケーションプログラムは、メモリ監視スレッドからメモリ整理の要求を受けた場合、無条件に動作モードを「充電器帰還モード」に設定することはしない。例えば、その時点で動作モードが「会話モード」に設定されていた場合は、会話モードを維持したままメモリ整理処理を行う。自律移動装置100は、会話モードでは、移動せずにユーザとの会話を行っているため、わざわざ充電器の位置まで移動しなくても、その場でメモリ整理を行うことが可能だからである。
(Modification of Embodiment 1)
In the first embodiment, the memory organizing process (FIG. 7) is performed only in the charging mode. However, if the autonomous mobile device 100 is in the operation mode in which it does not move, the memory organizing process is not performed in the charging mode. May be performed. In such a modified example of the first embodiment, the host application program does not unconditionally set the operation mode to the “charger feedback mode” when a memory organization request is received from the memory monitoring thread. For example, if the operation mode is set to “conversation mode” at that time, the memory organizing process is performed while maintaining the conversation mode. This is because the autonomous mobile device 100 has a conversation with the user without moving in the conversation mode, so that the memory can be organized on the spot without moving to the position of the charger.

また、既に十分に充電されていて、充電器に帰還するのが不自然な状況の場合には、動作モードを会話のためにユーザに接近するためのモード(「ユーザ接近モード」)に設定し、ユーザのそばに到着したら「会話モード」に設定して、メモリ整理を行ってもよい。また、その場ですぐにメモリ整理を行える動作モードとして、移動せずにその場で(例えば上体で)踊る「停止踊りモード」や、メモリ整理のために停止する「メモリ整理モード」を用意することも考えられる。   If the battery is already fully charged and it is unnatural to return to the charger, the operation mode is set to a mode for approaching the user for conversation (“user access mode”). When the user arrives near the user, the “conversation mode” may be set to organize the memory. In addition, as an operation mode that can organize the memory immediately on the spot, “stop dance mode” that dances on the spot without moving (for example, on the upper body) and “memory organize mode” that stops to organize the memory are prepared. It is also possible to do.

また、上位アプリケーションプログラム(図9)は、充電器の位置に移動する充電器帰還コスト(帰還するまでに要する予想時間及び予想メモリ使用量)や、会話するためにユーザに接近するユーザ接近コスト(接近するまでに要する予想時間及び予想メモリ使用量)を計算した上で、ユーザにできるだけ違和感を持たせない動作モードに移行してからメモリ整理を指示してもよい。   Further, the host application program (FIG. 9) displays the charger return cost for moving to the charger position (expected time and expected memory usage required for returning) and the user approach cost for approaching the user for conversation ( After calculating the expected time and the estimated memory usage required to approach, the memory may be instructed after shifting to an operation mode that makes the user feel as uncomfortable as possible.

この場合、制御部10はステップS704で、動作モードを、充電器帰還コストがユーザ接近コストよりも所定の基準コスト差以上小さければ充電器帰還モードに設定し、ユーザ接近コストが充電器帰還コストよりも所定の基準コスト差以上小さければユーザ接近モードに設定し、どちらのコストも所定の基準コスト閾値より大きければ、停止踊りモード又はメモリ整理モードに設定する。そして、動作モードをユーザ接近モードに設定した場合は、ユーザと接近したら動作モードを会話モードに設定し、その後メモリ整理を指示する。動作モードを停止踊りモード又はメモリ整理モードに設定した場合は、その場ですぐにメモリ整理を指示する。   In this case, in step S704, the control unit 10 sets the operation mode to the charger feedback mode if the charger feedback cost is smaller than the user approach cost by a predetermined reference cost difference or more, and the user approach cost is less than the charger return cost. If the difference is smaller than a predetermined reference cost difference, the user approach mode is set. If both costs are larger than the predetermined reference cost threshold, the stop dance mode or the memory organization mode is set. When the operation mode is set to the user approach mode, when the user approaches the user, the operation mode is set to the conversation mode, and then memory organization is instructed. When the operation mode is set to the stop dance mode or the memory organizing mode, the memory organizing is instructed immediately on the spot.

また、例えば、センサ部30が路面の穴や崖を検知するクリフセンサを備えている場合は、自律移動装置100は移動すると危険な状況であるか否かを判断できる。この場合、上位アプリケーションプログラムは、自律移動装置100が現在移動可能な状況か否かを判断し、移動可能な状況でない場合には、動作モードをメモリ整理モードに設定して、その場ですぐにメモリ整理を指示してもよい。   In addition, for example, when the sensor unit 30 includes a cliff sensor that detects a hole or a cliff on the road surface, the autonomous mobile device 100 can determine whether or not it is a dangerous situation to move. In this case, the host application program determines whether or not the autonomous mobile device 100 is currently in a movable state. If the autonomous mobile device 100 is not in a movable state, the operation mode is set to the memory organizing mode and immediately on the spot. Memory organization may be instructed.

(実施形態2)
実施形態1では、メモリ整理処理(図7)は、充電モード時のみ行われるようになっているが、この場合、メモリ監視スレッドで上位アプリケーションプログラムにメモリ整理を要求してから、充電器に帰還するまでの間はメモリ整理が行われない。したがって、メモリ監視スレッドでは、少なくとも充電器に帰還するまでの間はメモリ使用量が限界値を超えないように、メモリ使用量に十分余裕がある状態で上位アプリケーションプログラムにメモリ整理を要求する必要がある。そこで、メモリ整理(緊急メモリ整理)を要求するとすぐにメモリ整理を行うことができる実施形態2について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the memory organizing process (FIG. 7) is performed only in the charging mode. In this case, the memory monitoring thread requests the host application program to organize the memory, and then returns to the charger. Until this is done, the memory is not organized. Therefore, in the memory monitoring thread, it is necessary to request the upper application program to organize the memory with sufficient memory usage so that the memory usage does not exceed the limit value until it returns to the charger. is there. Therefore, a second embodiment will be described in which memory organization can be performed as soon as memory organization (emergency memory organization) is requested.

実施形態2に係る自律移動装置101の構成は、自律移動装置100と同じであるが、メモリ監視スレッドと上位アプリケーションプログラムの処理内容が一部異なるため、これらの処理について説明する。   Although the configuration of the autonomous mobile device 101 according to the second embodiment is the same as that of the autonomous mobile device 100, the processing contents of the memory monitoring thread and the higher-level application program are partially different, so these processes will be described.

自律移動装置101のメモリ監視スレッドの処理内容は図10に示すように、自律移動装置100のメモリ監視スレッド(図8)の処理内容に、ステップS605及びステップS606の処理を追加したものになっている。   As shown in FIG. 10, the processing contents of the memory monitoring thread of the autonomous mobile device 101 are obtained by adding the processing of step S605 and step S606 to the processing content of the memory monitoring thread (FIG. 8) of the autonomous mobile device 100. Yes.

ステップS605では、メモリ監視部15は、SLAM処理のメモリ使用量が第2の基準容量より大きいか否かを判定する。ここで、第2の基準容量とは、ステップS602での基準容量より大きく、メモリ使用量の限界値により近い値である。メモリ監視部15は、SLAM処理のメモリ使用量が第2の基準容量より大きければ(ステップS605;Yes)、上位アプリケーションプログラムに緊急メモリ整理を要求し(ステップS606)、ステップS601に戻る。SLAM処理のメモリ使用量が第2の基準容量以下なら(ステップS605;No)、ステップS602に進む。   In step S605, the memory monitoring unit 15 determines whether the memory usage of the SLAM process is larger than the second reference capacity. Here, the second reference capacity is a value that is larger than the reference capacity in step S602 and closer to the limit value of the memory usage. If the memory usage of the SLAM processing is larger than the second reference capacity (step S605; Yes), the memory monitoring unit 15 requests emergency memory organization from the upper application program (step S606), and returns to step S601. If the memory usage of the SLAM process is equal to or smaller than the second reference capacity (step S605; No), the process proceeds to step S602.

自律移動装置101の上位アプリケーションプログラムの処理内容は図11及び図12に示すように、自律移動装置100の上位アプリケーションプログラム(図9)の処理内容に、ステップS720、ステップS721、ステップS722及びステップS723の処理を追加したものになっている。   As shown in FIG. 11 and FIG. 12, the processing contents of the upper application program of the autonomous mobile device 101 are the same as the processing contents of the upper application program (FIG. 9) of the autonomous mobile device 100, step S720, step S721, step S722, and step S723. It is what added the processing of.

ステップS720では、制御部10は、メモリ監視スレッドから緊急メモリ整理の要求があるか否かを判定する。緊急メモリ整理の要求がなければ(ステップS720;No)、ステップS703に進む。緊急メモリ整理の要求があるなら(ステップS720;Yes)、制御部10は駆動部42を停止させることにより移動を停止させ、動作モードをメモリ整理モードに設定する(ステップS721)。そして、制御部10は、SLAM処理部11にメモリ整理を指示し(ステップS722)、SLAM処理部11からメモリ整理完了の通知を受けるまで待つ。その後、制御部10は、メモリ監視スレッドから受けた緊急メモリ整理の要求やメモリ整理の要求を消去し(ステップS723)、ステップS701に戻る。   In step S720, the control unit 10 determines whether or not there is an emergency memory rearrangement request from the memory monitoring thread. If there is no request for emergency memory rearrangement (step S720; No), the process proceeds to step S703. If there is an emergency memory organization request (step S720; Yes), the control unit 10 stops the movement by stopping the drive unit 42, and sets the operation mode to the memory organization mode (step S721). Then, the control unit 10 instructs the SLAM processing unit 11 to organize the memory (step S722), and waits until receiving a notification of the completion of memory organization from the SLAM processing unit 11. Thereafter, the control unit 10 deletes the emergency memory organization request and the memory organization request received from the memory monitoring thread (step S723), and the process returns to step S701.

以上の処理により、自律移動装置101は、メモリ使用量が限界値に近づいた場合に、上位アプリケーションプログラムに「緊急メモリ整理」を要求することができる。そして、緊急メモリ整理の要求を受けた上位アプリケーションプログラムは、自律移動装置101をその場で停止させてメモリ整理モードに移行する。したがって、自律移動装置101は、すぐにメモリ整理を実行することでき、メモリリソースが少ない場合でも、長時間、あるいは広い領域で使用することが可能となる。   With the above processing, the autonomous mobile device 101 can request “emergency memory cleanup” from the upper application program when the memory usage amount approaches the limit value. Then, the host application program that has received the request for emergency memory organization stops the autonomous mobile device 101 on the spot and shifts to the memory organization mode. Therefore, the autonomous mobile device 101 can execute memory organization immediately, and can be used for a long time or in a wide area even when there are few memory resources.

(実施形態3)
上記実施形態1及び実施形態2においては、自律移動装置100,101は、メモリ整理処理を行う場合には、移動を停止させている。そこで、移動を停止せずにメモリ整理処理を行うことができる実施形態3について説明する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment and the second embodiment, the autonomous mobile devices 100 and 101 stop moving when performing the memory organizing process. Therefore, a third embodiment in which the memory organization process can be performed without stopping the movement will be described.

実施形態3に係る自律移動装置102は、上述した動作モードとは別に自機位置推定モードとして、SLAMモードとメカオドメトリモードの2つの自機位置推定モードを持つ。SLAMモードは、自律移動装置100と同様にSLAM処理によって自機位置を推定するモードであり、メカオドメトリモードは、駆動部42から得られるメカオドメトリに基づいて自機位置を推定する(ロータリエンコーダ等により自機位置を計測する)モードである。メカオドメトリモードではメカオドメトリによって自機位置を推定するので、SLAM処理による自機位置の推定の処理を停止させることができる。自機位置推定モードの初期値はSLAMモードになっている。また、自律移動装置102の構成は、自律移動装置100と同じであるが、上位アプリケーションプログラムの処理内容が一部異なるので、この処理について説明する。   The autonomous mobile apparatus 102 according to the third embodiment has two own position estimation modes, namely, SLAM mode and mechadomemetry mode, as the own apparatus position estimation modes, in addition to the operation modes described above. The SLAM mode is a mode for estimating its own position by SLAM processing in the same manner as the autonomous mobile device 100, and the mechadomemetry mode estimates its own position based on the mechadomemetry obtained from the drive unit 42 (such as a rotary encoder). Mode). In the mechadomemetry mode, the position of the own aircraft is estimated based on the mekaodometry, so that the process of estimating the own vehicle position by the SLAM process can be stopped. The initial value of the own position estimation mode is the SLAM mode. The configuration of the autonomous mobile device 102 is the same as that of the autonomous mobile device 100, but the processing contents of the higher-level application program are partially different, so this processing will be described.

自律移動装置102の上位アプリケーションプログラムの処理内容は図13に示すように、自律移動装置100の上位アプリケーションプログラム(図9)の処理内容に、ステップS730、ステップS731、ステップS732、ステップS733及びステップS734の処理を追加し、ステップS704、ステップS712及びステップS713の処理を削除したものになっている。   As shown in FIG. 13, the processing contents of the upper application program of the autonomous mobile device 102 are the same as the processing contents of the upper application program (FIG. 9) of the autonomous mobile device 100, step S730, step S731, step S732, step S733 and step S734. This process is added, and the processes in steps S704, S712, and S713 are deleted.

自律移動装置102では、制御部10は、ステップS703におけるメモリ整理の要求の有無の判定で、メモリ整理の要求がないなら(ステップS703;No)、ステップS733に進む。メモリ整理の要求があるなら(ステップS703;Yes)、制御部10は、自機位置推定モードをメカオドメトリモードに変更し(ステップS730)、SLAM処理部11にメモリ整理を指示する(ステップS731)。そして、制御部10は、メモリ監視スレッドから受けたメモリ整理の要求を消去し(ステップS732)、ステップS733に進む。   In the autonomous mobile device 102, the control unit 10 determines whether or not there is a memory organization request in step S703. If there is no memory organization request (step S703; No), the control unit 10 proceeds to step S733. If there is a request for memory rearrangement (step S703; Yes), the control unit 10 changes its own position estimation mode to the mechadomemetry mode (step S730), and instructs the SLAM processing unit 11 to perform memory rearrangement (step S731). . Then, the control unit 10 deletes the memory organization request received from the memory monitoring thread (step S732), and proceeds to step S733.

ステップS733では、制御部10は、SLAM処理部11からメモリ整理完了の通知を受けたか否かを判定する。メモリ整理完了の通知を受けたら(ステップS733;Yes)、制御部10は、自機位置推定モードをSLAMモードに変更し(ステップS734)、ステップS705に進む。そして、制御部10は、ステップS711の後は、ステップS701に戻る。   In step S733, the control unit 10 determines whether or not the memory organization completion notification is received from the SLAM processing unit 11. When the notification of the completion of memory organization is received (step S733; Yes), the control unit 10 changes the own position estimation mode to the SLAM mode (step S734), and proceeds to step S705. And the control part 10 returns to step S701 after step S711.

メカオドメトリモードでは、SLAM処理による自機位置推定を行わなくても自機位置を推定(計測)できるので、以上の処理により、実施形態3に係る自律移動装置102は、移動を停止させることなく、メモリ整理を行うことができる。   In the mecha domemetry mode, the position of the own device can be estimated (measured) without performing the position estimation of the own device by the SLAM process. Therefore, the autonomous mobile device 102 according to the third embodiment can stop the movement without stopping by the above processing. , Memory can be organized.

なお、自律移動装置100,101,102の各機能は、通常のPC(Personal Computer)等のコンピュータによっても実施することができる。具体的には、上記実施形態では、自律移動装置100,101,102が行う自律移動制御処理のプログラムが、記憶部20のROMに予め記憶されているものとして説明した。しかし、プログラムを、フレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)及びMO(Magneto−Optical Disc)等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータに読み込んでインストールすることにより、上述の各機能を実現することができるコンピュータを構成してもよい。   The functions of the autonomous mobile devices 100, 101, and 102 can also be implemented by a computer such as a normal PC (Personal Computer). Specifically, in the embodiment described above, the autonomous movement control processing program performed by the autonomous mobile devices 100, 101, and 102 has been described as being stored in advance in the ROM of the storage unit 20. However, the program is stored and distributed on a computer-readable recording medium such as a flexible disk, CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), DVD (Digital Versatile Disc), and MO (Magneto-Optical Disc). A computer capable of realizing each of the functions described above may be configured by reading and installing the program on a computer.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the specific embodiment which concerns, This invention includes the invention described in the claim, and its equivalent range It is. Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.

(付記1)
撮像部で撮影された画像を用いて地図の作成及び位置の推定を行う自律移動装置であって、
自機を移動させる駆動部と、
記憶部と、
制御部と、
を備え、
前記記憶部には、前記撮像部で撮影された画像に関するデータが保存されるとともに、該記憶部に保存された画像に関するデータを複数用いて前記制御部により推定された前記画像中の特徴点の位置に関するデータが保存され、
前記制御部は、
前記駆動部を制御して自機を移動させ、
所定のタイミングで、前記記憶部に保存されている削除可能な前記データを削除する、
自律移動装置。
(Appendix 1)
An autonomous mobile device that creates a map and estimates a position using an image captured by an imaging unit,
A drive unit for moving the machine,
A storage unit;
A control unit;
With
The storage unit stores data related to the image captured by the imaging unit, and the feature points in the image estimated by the control unit using a plurality of data related to the image stored in the storage unit. Data about the location is saved,
The controller is
Move the aircraft by controlling the drive unit,
Deleting the erasable data stored in the storage unit at a predetermined timing;
Autonomous mobile device.

(付記2)
前記制御部は、
前記撮像部で撮影された画像に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記特徴点の位置に関するデータとして、前記特徴点の3次元位置に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記記憶部に保存した画像に関するデータ及び特徴点の3次元位置に関するデータを用いて自機の位置の推定を行い、
前記記憶部に保存した画像に関するデータ又は特徴点の3次元位置に関するデータのうち削除可能なデータを選出し、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する、
付記1に記載の自律移動装置。
(Appendix 2)
The controller is
Data related to the image captured by the imaging unit is stored in the storage unit,
As data relating to the position of the feature point, data relating to the three-dimensional position of the feature point is stored in the storage unit,
Estimate the position of the machine using the data related to the image stored in the storage unit and the data related to the three-dimensional position of the feature point,
Data that can be deleted is selected from the data related to the image stored in the storage unit or the data related to the three-dimensional position of the feature point,
Deleting the selected data from the storage unit;
The autonomous mobile device according to attachment 1.

(付記3)
前記選出したデータを削除する処理は、当該自律移動装置が動いていないときに行う、
付記2に記載の自律移動装置。
(Appendix 3)
The process of deleting the selected data is performed when the autonomous mobile device is not moving,
The autonomous mobile device according to attachment 2.

(付記4)
前記制御部は複数のスレッドの処理を並列して処理し、前記選出したデータを削除する処理を実行するスレッドは、他のスレッドで前記記憶部を使用していないときに前記削除する処理を実行する、
付記2又は3に記載の自律移動装置。
(Appendix 4)
The control unit performs processing of a plurality of threads in parallel, and a thread that executes processing for deleting the selected data executes the deletion processing when the storage unit is not used by another thread. To
The autonomous mobile device according to appendix 2 or 3.

(付記5)
前記制御部は、
前記記憶部に保存した特徴点の3次元位置に関するデータの中から、前記3次元位置の誤差が基準誤差よりも大きな前記特徴点の3次元位置に関するデータを削除可能なデータとして選出する、
付記2から4のいずれか1つに記載の自律移動装置。
(Appendix 5)
The controller is
From among the data related to the three-dimensional position of the feature point stored in the storage unit, the data related to the three-dimensional position of the feature point whose error in the three-dimensional position is larger than a reference error is selected as data that can be deleted.
The autonomous mobile device according to any one of appendices 2 to 4.

(付記6)
前記制御部は、
前記記憶部に保存した画像に関するデータの中から、前記画像を撮影した時の自機の姿勢が近い画像に関するデータを抽出し、
前記抽出した画像に関するデータの中の1つ以外を削除可能なデータとして選出する、
付記2から5のいずれか1つに記載の自律移動装置。
(Appendix 6)
The controller is
From the data related to the image stored in the storage unit, extract data related to an image in which the posture of the own device is close when the image is captured,
Selecting data other than one of the extracted image data as deleteable data;
The autonomous mobile device according to any one of appendices 2 to 5.

(付記7)
前記制御部は、
前記記憶部に保存した画像に関するデータの中から、前記画像を撮影した時の自機の、位置の差が基準類似判定距離未満かつ向きの差が基準類似判定角度未満の画像に関するデータを、自機の姿勢が近い画像に関するデータとして抽出する、
付記6に記載の自律移動装置。
(Appendix 7)
The controller is
Among the data related to the image stored in the storage unit, the data related to the image having the position difference less than the reference similarity determination distance and the direction difference less than the reference similarity determination angle when the image is captured Extract as data related to the image of the aircraft
The autonomous mobile device according to attachment 6.

(付記8)
前記制御部は、
前記記憶部に保存した画像に関するデータの中から、前記画像を撮影した時の自機の位置の差が基準類似判定距離未満であり、かつ、3次元位置が同一の特徴点が基準類似判定点数以上存在する画像に関するデータを、自機の姿勢が近い画像に関するデータとして抽出する、
付記6に記載の自律移動装置。
(Appendix 8)
The controller is
Among the data related to the image stored in the storage unit, the difference in the position of the own device when the image is taken is less than the reference similarity determination distance, and the feature points having the same three-dimensional position are the reference similarity determination points. Extract data related to existing images as data related to images with close proximity
The autonomous mobile device according to attachment 6.

(付記6)
前記駆動部は移動した距離を計測する距離計測部を備え、
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除している間は、前記記憶部に保存した画像に関するデータ及び特徴点の3次元位置に関するデータを用いた自機の位置の推定は行わず、前記距離計測部を用いて自機の位置を計測する、
付記2から8のいずれか1つに記載の自律移動装置。
(Appendix 6)
The drive unit includes a distance measurement unit that measures the distance moved,
The controller is
While deleting the selected data from the storage unit, the distance measurement is not performed using the data related to the image stored in the storage unit and the data related to the three-dimensional position of the feature point. Measure the position of your machine using the
The autonomous mobile device according to any one of appendices 2 to 8.

(付記10)
前記自律移動装置は移動を伴わない動作モードを含む複数の動作モードを持ち、
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する前に、前記動作モードを前記移動を伴わない動作モードに変更する、
付記2から9のいずれか1つに記載の自律移動装置。
(Appendix 10)
The autonomous mobile device has a plurality of operation modes including an operation mode without movement,
The controller is
Before the selected data is deleted from the storage unit, the operation mode is changed to an operation mode without the movement;
The autonomous mobile device according to any one of appendices 2 to 9.

(付記11)
前記移動を伴わない動作モードは、充電器に接続して充電を行う充電モードである、
付記10に記載の自律移動装置。
(Appendix 11)
The operation mode not involving the movement is a charging mode in which charging is performed by connecting to a charger.
The autonomous mobile device according to attachment 10.

(付記12)
前記自律移動装置は一定の時間後に停止する動作モードを含む複数の動作モードを持ち、
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する前に、前記動作モードを前記一定の時間後に停止する動作モードに変更する、
付記2から11のいずれか1つに記載の自律移動装置。
(Appendix 12)
The autonomous mobile device has a plurality of operation modes including an operation mode that stops after a certain time,
The controller is
Before the selected data is deleted from the storage unit, the operation mode is changed to an operation mode that stops after the predetermined time;
The autonomous mobile device according to any one of appendices 2 to 11.

(付記13)
前記一定の時間後に停止する動作モードは、充電器に帰還する充電器帰還モードである、
付記12に記載の自律移動装置。
(Appendix 13)
The operation mode that stops after the predetermined time is a charger feedback mode that returns to the charger.
The autonomous mobile device according to attachment 12.

(付記14)
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除している間は、前記駆動部を停止させて、移動しないようにする、
付記2から13のいずれか1つに記載の自律移動装置。
(Appendix 14)
The controller is
While deleting the selected data from the storage unit, the drive unit is stopped so as not to move.
The autonomous mobile device according to any one of appendices 2 to 13.

(付記15)
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除した後に、前記記憶部の断片化を解消する、
付記2から14のいずれか1つに記載の自律移動装置。
(Appendix 15)
The controller is
Removing the selected data from the storage unit, and then defragmenting the storage unit;
The autonomous mobile device according to any one of appendices 2 to 14.

(付記16)
撮像部で撮影された画像を用いて地図の作成及び位置の推定を行う自律移動装置の記憶部に記憶されているデータを整理するメモリ整理方法であって、
前記撮像部で撮影された画像に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記保存した画像に関するデータを複数用いて前記画像中の特徴点の3次元位置を推定し、
前記推定した特徴点の3次元位置に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記保存した画像に関するデータ又は特徴点の3次元位置に関するデータのうち削除可能なデータを選出し、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する、
メモリ整理方法。
(Appendix 16)
A memory organizing method for organizing data stored in a storage unit of an autonomous mobile device that creates a map and estimates a position using an image captured by an imaging unit,
Data related to the image captured by the imaging unit is stored in the storage unit,
Estimating a three-dimensional position of a feature point in the image using a plurality of data relating to the stored image;
Storing data on the estimated three-dimensional position of the feature points in the storage unit;
Data that can be deleted is selected from the data relating to the stored image or the data relating to the three-dimensional position of the feature point,
Deleting the selected data from the storage unit;
Memory organization method.

(付記17)
撮像部で撮影された画像を用いて地図の作成及び位置の推定を行う自律移動装置のコンピュータに、
前記撮像部で撮影された画像に関するデータを記憶部に保存し、
前記保存した画像に関するデータを複数用いて前記画像中の特徴点の3次元位置を推定し、
前記推定した特徴点の3次元位置に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記保存した画像に関するデータ又は特徴点の3次元位置に関するデータのうち削除可能なデータを選出し、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する、
処理を実行させるためのプログラム。
(Appendix 17)
To the computer of the autonomous mobile device that creates a map and estimates the position using the image captured by the imaging unit,
Save data related to the image captured by the imaging unit in the storage unit,
Estimating a three-dimensional position of a feature point in the image using a plurality of data relating to the stored image;
Storing data on the estimated three-dimensional position of the feature points in the storage unit;
Data that can be deleted is selected from the data relating to the stored image or the data relating to the three-dimensional position of the feature point,
Deleting the selected data from the storage unit;
Program for executing processing.

10…制御部、11…SLAM処理部、12…環境地図作成部、13…削除可能データ選出部、14…メモリ整理部、15…メモリ監視部、16…移動制御部、20…記憶部、21…フレームDB、22…Map点DB、23…環境地図記憶部、30…センサ部、31…障害物センサ、41…撮像部、42…駆動部、43…通信部、100,101,102…自律移動装置、301…充電器、302…障害物、303…自由空間、304…不明空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Control part, 11 ... SLAM processing part, 12 ... Environmental map creation part, 13 ... Deletable data selection part, 14 ... Memory arrangement part, 15 ... Memory monitoring part, 16 ... Movement control part, 20 ... Memory | storage part, 21 ... frame DB, 22 ... Map point DB, 23 ... environmental map storage unit, 30 ... sensor unit, 31 ... obstacle sensor, 41 ... imaging unit, 42 ... drive unit, 43 ... communication unit, 100, 101, 102 ... autonomous Mobile device 301 ... Charger 302 ... Obstacle 303 ... Free space 304 ... Unknown space

Claims (17)

撮像部で撮影された画像を用いて地図の作成及び位置の推定を行う自律移動装置であって、
自機を移動させる駆動部と、
記憶部と、
制御部と、
を備え、
前記記憶部には、前記撮像部で撮影された画像に関するデータが保存されるとともに、該記憶部に保存された画像に関するデータを複数用いて前記制御部により推定された前記画像中の特徴点の位置に関するデータが保存され、
前記制御部は、
前記駆動部を制御して自機を移動させ、
所定のタイミングで、前記記憶部に保存されている削除可能な前記データを削除する、
自律移動装置。
An autonomous mobile device that creates a map and estimates a position using an image captured by an imaging unit,
A drive unit for moving the machine,
A storage unit;
A control unit;
With
The storage unit stores data related to the image captured by the imaging unit, and the feature points in the image estimated by the control unit using a plurality of data related to the image stored in the storage unit. Data about the location is saved,
The controller is
Move the aircraft by controlling the drive unit,
Deleting the erasable data stored in the storage unit at a predetermined timing;
Autonomous mobile device.
前記制御部は、
前記撮像部で撮影された画像に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記特徴点の位置に関するデータとして、前記特徴点の3次元位置に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記記憶部に保存した画像に関するデータ及び特徴点の3次元位置に関するデータを用いて自機の位置の推定を行い、
前記記憶部に保存した画像に関するデータ又は特徴点の3次元位置に関するデータのうち削除可能なデータを選出し、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する、
請求項1に記載の自律移動装置。
The controller is
Data related to the image captured by the imaging unit is stored in the storage unit,
As data relating to the position of the feature point, data relating to the three-dimensional position of the feature point is stored in the storage unit,
Estimate the position of the machine using the data related to the image stored in the storage unit and the data related to the three-dimensional position of the feature point,
Data that can be deleted is selected from the data related to the image stored in the storage unit or the data related to the three-dimensional position of the feature point,
Deleting the selected data from the storage unit;
The autonomous mobile device according to claim 1.
前記選出したデータを削除する処理は、当該自律移動装置が動いていないときに行う、
請求項2に記載の自律移動装置。
The process of deleting the selected data is performed when the autonomous mobile device is not moving,
The autonomous mobile device according to claim 2.
前記制御部は複数のスレッドの処理を並列して処理し、前記選出したデータを削除する処理を実行するスレッドは、他のスレッドで前記記憶部を使用していないときに前記削除する処理を実行する、
請求項2又は3に記載の自律移動装置。
The control unit performs processing of a plurality of threads in parallel, and a thread that executes processing for deleting the selected data executes the deletion processing when the storage unit is not used by another thread. To
The autonomous mobile device according to claim 2 or 3.
前記制御部は、
前記記憶部に保存した特徴点の3次元位置に関するデータの中から、前記3次元位置の誤差が基準誤差よりも大きな前記特徴点の3次元位置に関するデータを削除可能なデータとして選出する、
請求項2から4のいずれか1項に記載の自律移動装置。
The controller is
From among the data related to the three-dimensional position of the feature point stored in the storage unit, the data related to the three-dimensional position of the feature point whose error in the three-dimensional position is larger than a reference error is selected as data that can be deleted.
The autonomous mobile device according to any one of claims 2 to 4.
前記制御部は、
前記記憶部に保存した画像に関するデータの中から、前記画像を撮影した時の自機の姿勢が近い画像に関するデータを抽出し、
前記抽出した画像に関するデータの中の1つ以外を削除可能なデータとして選出する、
請求項2から5のいずれか1項に記載の自律移動装置。
The controller is
From the data related to the image stored in the storage unit, extract data related to an image in which the posture of the own device is close when the image is captured,
Selecting data other than one of the extracted image data as deleteable data;
The autonomous mobile device according to any one of claims 2 to 5.
前記制御部は、
前記記憶部に保存した画像に関するデータの中から、前記画像を撮影した時の自機の、位置の差が基準類似判定距離未満かつ向きの差が基準類似判定角度未満の画像に関するデータを、自機の姿勢が近い画像に関するデータとして抽出する、
請求項6に記載の自律移動装置。
The controller is
Among the data related to the image stored in the storage unit, the data related to the image having the position difference less than the reference similarity determination distance and the direction difference less than the reference similarity determination angle when the image is captured Extract as data related to the image of the aircraft
The autonomous mobile device according to claim 6.
前記制御部は、
前記記憶部に保存した画像に関するデータの中から、前記画像を撮影した時の自機の位置の差が基準類似判定距離未満であり、かつ、3次元位置が同一の特徴点が基準類似判定点数以上存在する画像に関するデータを、自機の姿勢が近い画像に関するデータとして抽出する、
請求項6に記載の自律移動装置。
The controller is
Among the data related to the image stored in the storage unit, the difference in the position of the own device when the image is taken is less than the reference similarity determination distance, and the feature points having the same three-dimensional position are the reference similarity determination points. Extract data related to existing images as data related to images with close proximity
The autonomous mobile device according to claim 6.
前記駆動部は移動した距離を計測する距離計測部を備え、
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除している間は、前記記憶部に保存した画像に関するデータ及び特徴点の3次元位置に関するデータを用いた自機の位置の推定は行わず、前記距離計測部を用いて自機の位置を計測する、
請求項2から8のいずれか1項に記載の自律移動装置。
The drive unit includes a distance measurement unit that measures the distance moved,
The controller is
While deleting the selected data from the storage unit, the distance measurement is not performed using the data related to the image stored in the storage unit and the data related to the three-dimensional position of the feature point. Measure the position of your machine using the
The autonomous mobile device according to any one of claims 2 to 8.
前記自律移動装置は移動を伴わない動作モードを含む複数の動作モードを持ち、
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する前に、前記動作モードを前記移動を伴わない動作モードに変更する、
請求項2から9のいずれか1項に記載の自律移動装置。
The autonomous mobile device has a plurality of operation modes including an operation mode without movement,
The controller is
Before the selected data is deleted from the storage unit, the operation mode is changed to an operation mode without the movement;
The autonomous mobile device according to any one of claims 2 to 9.
前記移動を伴わない動作モードは、充電器に接続して充電を行う充電モードである、
請求項10に記載の自律移動装置。
The operation mode not involving the movement is a charging mode in which charging is performed by connecting to a charger.
The autonomous mobile device according to claim 10.
前記自律移動装置は一定の時間後に停止する動作モードを含む複数の動作モードを持ち、
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する前に、前記動作モードを前記一定の時間後に停止する動作モードに変更する、
請求項2から11のいずれか1項に記載の自律移動装置。
The autonomous mobile device has a plurality of operation modes including an operation mode that stops after a certain time,
The controller is
Before the selected data is deleted from the storage unit, the operation mode is changed to an operation mode that stops after the predetermined time;
The autonomous mobile device according to any one of claims 2 to 11.
前記一定の時間後に停止する動作モードは、充電器に帰還する充電器帰還モードである、
請求項12に記載の自律移動装置。
The operation mode that stops after the predetermined time is a charger feedback mode that returns to the charger.
The autonomous mobile device according to claim 12.
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除している間は、前記駆動部を停止させて、移動しないようにする、
請求項2から13のいずれか1項に記載の自律移動装置。
The controller is
While deleting the selected data from the storage unit, the drive unit is stopped so as not to move.
The autonomous mobile device according to any one of claims 2 to 13.
前記制御部は、
前記選出したデータを前記記憶部から削除した後に、前記記憶部の断片化を解消する、
請求項2から14のいずれか1項に記載の自律移動装置。
The controller is
Removing the selected data from the storage unit, and then defragmenting the storage unit;
The autonomous mobile device according to any one of claims 2 to 14.
撮像部で撮影された画像を用いて地図の作成及び位置の推定を行う自律移動装置の記憶部に記憶されているデータを整理するメモリ整理方法であって、
前記撮像部で撮影された画像に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記保存した画像に関するデータを複数用いて前記画像中の特徴点の3次元位置を推定し、
前記推定した特徴点の3次元位置に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記保存した画像に関するデータ又は特徴点の3次元位置に関するデータのうち削除可能なデータを選出し、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する、
メモリ整理方法。
A memory organizing method for organizing data stored in a storage unit of an autonomous mobile device that creates a map and estimates a position using an image captured by an imaging unit,
Data related to the image captured by the imaging unit is stored in the storage unit,
Estimating a three-dimensional position of a feature point in the image using a plurality of data relating to the stored image;
Storing data on the estimated three-dimensional position of the feature points in the storage unit;
Data that can be deleted is selected from the data relating to the stored image or the data relating to the three-dimensional position of the feature point,
Deleting the selected data from the storage unit;
Memory organization method.
撮像部で撮影された画像を用いて地図の作成及び位置の推定を行う自律移動装置のコンピュータに、
前記撮像部で撮影された画像に関するデータを記憶部に保存し、
前記保存した画像に関するデータを複数用いて前記画像中の特徴点の3次元位置を推定し、
前記推定した特徴点の3次元位置に関するデータを前記記憶部に保存し、
前記保存した画像に関するデータ又は特徴点の3次元位置に関するデータのうち削除可能なデータを選出し、
前記選出したデータを前記記憶部から削除する、
処理を実行させるためのプログラム。
To the computer of the autonomous mobile device that creates a map and estimates the position using the image captured by the imaging unit,
Save data related to the image captured by the imaging unit in the storage unit,
Estimating a three-dimensional position of a feature point in the image using a plurality of data relating to the stored image;
Storing data on the estimated three-dimensional position of the feature points in the storage unit;
Data that can be deleted is selected from the data relating to the stored image or the data relating to the three-dimensional position of the feature point,
Deleting the selected data from the storage unit;
Program for executing processing.
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