JP2020527813A - 空間的位置決め用の地上標識 - Google Patents

Abstract

空間的位置決め用の地上標識であって、コアエリアと、コアエリアの周辺を取り込む周辺機器補助エリアとを備え、コアエリアの端部位置には、位置決め標識（３）が設置され、周辺機器補助エリアには、コアエリアの中心へ指している周辺案内標識（２）が設置されている。空間的位置決め用の地上標識は、冗長性を増加し、標識には欠損や遮断がある場合にもキャプチャすることができ、また、正常な認識範囲からずれても、周辺案内標識（２）をキャプチャすることによりコアエリアへ戻るようにすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、クイックレスポンス（ｑｕｉｃｋ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）コード、すなわちＱＲコードの技術分野に関し、具体的には、カメラにより認識されてロボット又はほかの機器の空間的位置を補正できる、破損に耐えられる認識範囲が広い空間的位置決め用の地上標識に関する。

現在、倉庫ロボットなどの機器の空間的位置決め方法には、主に累積空間的位置決めとグローバル空間的位置決めの２種がある。

１．累積空間的位置決め：単位時間内のロボットの変位を累積することにより、現在のロボットの空間的位置を取得する。カメラでオプティカルフローを観察する方法、及びホイールの前進経路を計算することで位置を決定するなどの方法が知られている。このような方法は、非常に簡便である反面、経時的に誤差が累積して位置決めのエラーを引き起こす。

２．グローバル空間的位置決め：外界のマーカーを利用して、ロボットと外界のマーカーとの距離を計算することにより、ロボットの空間的位置を決定する。このような方法では、累積誤差がないが、文字などのマーカーがロボットの走行で摩損されてしまい、磁気マーカーとＦＲＩＤを組み合わせる場合は、取り付けコストが高く、再配置が困難である。工業的な場面では、ＱＲコードのような視覚的標識物が利用できる。

ＱＲコードにおける「ＱＲ」は、Ｑｕｉｃｋ Ｒｅｓｐｏｎｓｅの略語である。このような二次元コードは、素早く読み取ることができ、従来のバーコードに比べて、ＱＲコードは、より豊富な情報を記憶することができ、文字、ＵＲＬアドレスやほかのタイプのデータを暗号化することができる。公知の視覚的標識物の使用方法には、以下の問題が存在する。

Ａ．視覚的標識物は、標識として機能するようにカメラにより完全に視認されなければならないが、実際に使用する場合は、遮断や破損が発生してカメラが完全な視覚的標識物を読み取られないことがよく発生する。図１に示すように、視覚的標識物の一部が遮断されたり破損されたりする場合、カメラは、この標識物を認識できない。

Ｂ．一旦カメラが被認識物に対する認識範囲からずれると、視覚的な被認識物の位置を決めることができない。この問題は、機器が手動制御と自動制御を切り替えるときに、手動制御によりロボットが標識物に対する認識範囲に入るように正確に案内できない場合には、しばしば発生する。

本発明の目的は、従来技術の不備を解決して、破損に耐えられる認識範囲が広い空間的位置決め用の地上標識を提供することである。

上記目的を達成させるために、空間的位置決め用の地上標識であって、コアエリアと、コアエリアの周辺を取り込む周辺機器補助エリアとを備え、前記コアエリアの端部位置には、位置決め標識が設置され、前記周辺機器補助エリアには、周辺案内標識が設置されており、周辺案内標識は、コアエリアの中心へ指しているパラメータを有し、周辺案内標識をキャプチャしてパラメータを読み取ることによって、コアエリアの中心を特定することを補助できる空間的位置決め用の地上標識を提供する。

カメラが認識範囲からずれると視覚的な被認識物を位置決めできないという欠点を解決するために、本発明は、「周辺機器認識によりコア認識を補助する」という技術案を提案しており、カメラが正常な「コア」認識範囲からずれた場合、認識範囲が広いが、情報が弱い標識物周辺機器補助エリアを利用して、視覚的標識物を位置決めし、それによって、視覚的標識物のコア認識範囲に戻るように機器を案内する。

周辺案内標識は、図形、数字、パターンに制限されないが、指向性を有するものであり、指向性とは、コアエリアへ指しているパラメータを有することを意味し、パラメータのキャプチャ、解読及び計算によりコアエリアの中心を特定して、ロボットへ指令を送信することができる。

一実施例では、前記周辺案内標識は、円心がコアエリアの中心である複数の同心円である。

周辺案内標識が円形である場合、その指向性パラメータは、円心となり、円弧をキャプチャして円心を計算することにより、コアエリアの中心を特定することを補助できる。

周辺案内標識が同心円である場合、カメラは、ラジアンの情報を収集して、ラジアンの情報を後ろ側のコンピュータに伝送し、コンピュータは、同心円の同一法線の方向を算出して、ロボットが同心円の法線方向に沿って移動するように命令することにより、コアエリアを正確に特定する。

別の実施例では、前記周辺案内標識は、コアエリアの中心で交差する複数本の放射状の線である。

周辺案内標識が放射状の線である場合、その指向性パラメータは、放射状の線の交差点となり、隣接する放射状の線をキャプチャして放射状の線の交差点を計算することにより、コアエリアの中心を特定することを補助できる。

カメラによるキャプチャ、後ろ側のプログラムによる計算方法及び演算のプロセスは、従来の任意の手段で実施できる。

周辺案内標識が放射状の線である場合、カメラは、隣接する放射状の線の情報を収集して、放射状の線の情報を後ろ側のコンピュータに伝送し、コンピュータは、放射状の線の延長後の交差点を計算し、ロボットが放射状の線の延長線の交差点の方向に沿って移動するように命令することによって、コアエリアを正確に特定する。

また、その指向性パラメータは、予めデータベースに入力されて、一部のデータを利用してキャプチャによりマッチングすることによって得られてもよい。

別の実施例では、前記周辺案内標識は、コアエリアの中心からの距離が同じ部分の色が同じであるグラデーションカラーである。

カメラによるキャプチャ、収集、データのマッチング及び指向性の計算などのプロセスも、当業者に公知の手段である。

グラデーションカラーにより生じる色差の勾配ベクトルを計算して、勾配ベクトルの延長線の交差点を推定することによっても、コアエリアを正確に特定できる。

カメラが認識範囲からずれると視覚的な被認識物を位置決めできないという欠点を解決するために、本発明は、「周辺機器認識によりコア認識を補助する」という技術案を提案しており、カメラが正常な「コア」認識範囲からずれた場合、認識範囲が広いが、情報が弱い標識物周辺機器補助エリアを利用して、視覚的標識物を位置決めし、それによって、視覚的標識物のコア認識範囲に戻るように機器を案内する。

好ましくは、前記コアエリアの端部位置には、コアエリアの中心位置から所定の距離だけ離れた円周に均等に分布している少なくとも４つの位置決め標識が設置されている。

本発明による位置決め標識は、冗長性を有し、個数が３個より多いが、４個に制限されない。位置決め標識は、同心円又は同心方形に制限されない。その中でも、同心円は、方向と位置の情報を含み、カメラは、そのうちのいずれか３つをキャプチャするだけで正確に位置決めできる。

好ましくは、前記コアエリアの端部位置には、コアエリアの４隅にある４つの位置決め標識が設置されている。

好ましくは、前記位置決め標識は、同心円又は同心方形である。

好ましくは、前記コアエリアの中心部分には、情報標識が設けられる。

本発明をロボットの位置決めに適用する場合、ロボットなどの機器が作動する空間において、地面に一定の間隔で１つの視覚的標識物を設置し、配置するときに地上標識の延長線を地面の参照と比較して校正し、それにより配置プロセスによる誤差を減少させる。ロボットなどの機器の移動経路を統合的に設計するときに、この経路がカメラのキャプチャ経路における視覚的標識物を通過して利用するようにする。ロボットなどの機器が視覚的標識物の認識範囲に到着しないとき、累積空間的位置決めにより空間的位置が計算される。カメラで視覚的標識物がキャプチャされると、標識物に対する角度及び位置を計算し、この標識物の空間的位置と組み合わせて、グローバル位置決め情報を取得する。視覚的標識物における情報が冗長性を有するので、この標識に欠損や遮断が発生したとしても、一部の標識をキャプチャするだけで認識機能を発揮でき、このようにして、グローバル位置決めの校正を完了する。各地上標識の周囲には中心へ指している周辺案内標識がある。カメラが正常な認識範囲からずれた場合、周囲にある周辺案内標識をキャプチャして認識して、周辺案内標識に関連するパラメータに基づいて計算して、ロボットなどの機器が視覚的標識物の認識範囲に戻るように案内する。手動操作から自動操作に切り替わるとき、操作者が手動でロボットが認識範囲の広い周辺機器認識エリアに到着するように制御すると、ロボットは、視覚的な認識コードのコア認識エリアを自動的に特定できる。

本発明の有益な効果は、以下のとおりである。１．視覚的標識物における情報が冗長性を有するので、一定の程度の破損や遮断などにより情報が部分的にロスされていても、一部の標識をキャプチャするだけで認識機能を発揮でき、このようにして、グローバル位置決めの校正を完了する。２．地上標識には延長線が印刷されており、この延長線を地面の参照と比較して校正することによって、標識の配置時に生じる誤差を減少できる。３．各地上標識の周囲にその中心へ指しているいくつかの放射状の線がある。カメラが正常な認識範囲からずれた場合、周囲にある放射状の線をキャプチャして認識して、放射状の線の正交方向に基づいて、ロボットなどの機器が視覚的標識物の認識範囲に戻るように案内し、それによって、カメラが認識範囲からずれると視覚的な被認識物を位置決めできないという欠点を解決し、システムの誤り訂正能力及び安定性を向上させる。

なお、本発明の範囲内で、本発明の上記各技術的特徴及び以下（たとえば実施形態）で具体的に説明する各技術的特徴は、互いに組み合わせて、新しい又は好ましい技術案を構成することができる。スペースが限られるため、ここで詳しく説明しない。

従来技術において視覚的な標識情報が部分的にロスされているときの模式図である。 本発明の一実施例の模式図である。 本発明の地上標識のパターンの部分が破損されていないときの模式図である。 従来の地上標識の配置誤差の模式図である。 本発明の地上標識の配置誤差の模式図である。 ロボットの移動経路である。 カメラ補助位置決めの模式図である。 本発明の別の実施例の模式図である。 本発明の別の実施例の模式図である。

ＱＲコードは、一般的に位置決め、データ収集に使用される標識であり、ＱＲコードの情報範囲が占める面積は小さくカメラにより簡便に収集できるが、倉庫管理プロセスにおけるＱＲコード標識では、場所の面積が大きく、ＱＲコード標識の分布間隔が大きいので、ロボットが制御されるときにずれる場合、ＱＲコードを正確に位置決めできなくなる恐れがある。正確に位置決めできないと、ＱＲコードの情報認識にエラーが生じる。本発明は、倉庫において分離間隔が大きなＱＲコードを正確に位置決めする標識を設計することを目的とする。

カメラが認識範囲からずれると視覚的な被認識物を位置決めできないという欠点を解決するために、本発明は、「周辺機器認識によりコア認識を補助する」という技術案を提案しており、カメラが正常な「コア」認識範囲からずれた場合、認識範囲が広いが、情報が弱い標識物周辺機器補助エリアを利用して、視覚的標識物を位置決めし、それによって、視覚的標識物のコア認識範囲に戻るように機器を案内する。周辺機器補助エリアの標識は、図形、パターン、色などである。

視覚的標識物が遮断されたり破損されたりすること、及び視覚的標識物全体を認識しなければならないという欠点を解決するために、本発明は、視覚的標識物を部分的に認識する認識方法を提案しており、また、対応する視覚的標識物を設計する。特にカメラが視覚的標識物を部分的に認識するだけで認識機能を発揮できる。

従来のＱＲコードでは、位置決めするためにＱＲコード自体をキャプチャしなければならないが、本技術案では、放射状の線、同心円、色などを補助として、地上標識符号と組み合わせて位置決めを行い、つまり、コードキャプチャ装置が標識をキャプチャするときに、標識上の位置決めモジュールで位置決めを行い、標識をキャプチャしなかった場合、放射状の線、同心円、グラデーションカラーなどを補助として、地上標識符号と機器の現在の位置との相対位置を取得し、機器がＱＲコードをキャプチャするまで、ロボット機器が地上標識符号の方向へ移動するように案内する。

実施例１
図２に示した空間的位置決め用の地上標識は、コアエリアと、コアエリアの周辺を取り込む周辺機器補助エリアとを備え、前記コアエリアの端部位置には、位置決め標識３が設置され、中心部分に情報標識１を有し、前記周辺機器補助エリアには、周辺案内標識２が設置されており、周辺案内標識２は、等角度で分布している放射状の線であり、前記放射状の線がコアエリアの中心で交差する。放射状の線は、一端がコアエリアの中心で交差してもよく、延長線が中心で交差してもよい。各地上標識パターンの周囲には、その中心へ指しているいくつかの放射状の線が周辺機器認識補助エリアとして描かれている。カメラが正常な認識範囲からずれた場合、カメラが放射状の線をキャプチャすると、放射状の線の正交方向に基づいて、ロボットなどの機器が視覚的標識物のコア認識範囲に戻るように案内できる。周辺案内標識が放射状の線である場合、カメラは、隣接する放射状の線の情報を収集して、放射状の線の情報を後ろ側のコンピュータに伝送し、コンピュータは、放射状の線の延長後の交差点を計算し、ロボットが放射状の線の延長線の交差点の方向に沿って移動するように命令することによって、コアエリアを正確に特定する。コアエリアの端部位置には、コアエリアの４隅にある４つの位置決め標識が設置され、４つの標識点は、コアエリアを囲んで正方形を構成し、辺長ｌ１が４０ｍｍである。図３に示すように、位置決め標識は同心円であり、地上標識に図１に示した汚損が発生して情報が部分的にロスされたとしても、カメラは、そのうちのいずれか３つをキャプチャすると、正確に位置決めして方向及び位置の情報を取得し、位置決めを完了することができ、それに対して、従来のＱＲコードの場合は、すべての３つの位置決めモジュールが完全であり破損がないことが求められ、位置決めを実現するにはキャプチャ機器がすべてのモジュールをキャプチャすることが要求され、本技術案では、冗長性を有する位置決めモジュールが増設され、キャプチャ機器は、そのうちの３つをキャプチャするだけで、位置決めを実現できる。そのコードキャプチャプロセスは、従来のコードキャプチャプロセスと同じであり、後ろ側の計算プログラムにおいてスクリーニングし、３つの位置決め情報がスクリーニングされると、位置決めは完了する。図４ｂに示すように、地上標識の周辺には延長線が印刷されており、その範囲ｌ２は、少なくとも１００ｍｍであり、同じ大きさの標識では、外輪に延長線が追加されると、標識の配置時に生じる位置決め誤差が大幅に減少する。従来の技術では、配置するときに、ＱＲコード自体により揃えるのに対して、本技術案では、配置するときに、外輪にある延長線を利用して揃え、同じ配置誤差の場合、即ち、図４ａ及び図４ｂにおけるＡがいずれも１ｍｍである場合、本技術案は、実際な偏差を減少させることができ、具体的には、図４ａにおいて、Ｂ部分は２５ｍｍであり、図４ｂにおいて、Ｂ部分は１０ｍｍである。図５は、ロボットの移動経路であり、丸がロボットを表し、矢印がロボットの移動経路を表す。地面には視覚的標識物が予め設置されている。ロボットは、移動経路に沿って走行し、１つの視覚的標識物がカメラの視野に入ると、グローバル空間的位置決めを１回行い、自分の位置を補正する。図６に示すように、ロボット又は機器がコア認識範囲からずれるとき、周辺機器認識方法を利用して、放射状の線の延長線によってコア認識範囲の方位を決定し、認識機能を続けて発揮することができる。

実施例２
図７に示した別の実施例では、地上標識には、６つの位置決め標識３が設置され、位置決め標識がコアエリアの中心位置から所定の距離だけ離れた円周に均等に分布しており、６つの位置決め標識３がコアエリアを囲んで円形エリアを構成する以外、残りは、実施例１と同様であった。カメラは、６つの標識３についてキャプチャ認識を行い、３つの位置決め標識の比較に成功すると、位置決めは完了する。

実施例３
図８に示した別の実施例では、周辺案内標識２は、円心がコアエリアの中心である均等に分布している同心円である以外、残りは、実施例２と同様であった。周辺案内標識が同心円である場合、カメラは、ラジアンの情報を収集して、ラジアンの情報を後ろ側のコンピュータに伝送し、コンピュータは、同心円の同一法線の方向を計算し、ロボットが同心円の法線方向に沿って移動するように命令することにより、コアエリアを正確に特定する。

実施例４
別の実施例では、前記周辺案内標識は、コアエリアの中心からの距離が同じ部分の色が同じであるグラデーションカラーである以外、残りは、実施例１と同様であった。カメラによるキャプチャ、収集、データのマッチング及び指向性の計算などのプロセスも、当業者に公知の手段である。グラデーションカラーにより生じた色差勾配ベクトルを計算して、勾配ベクトルの延長線の交差点を推定することによっても、コアエリアを正確に特定できる。

１−情報標識
２−位置決め標識
３−周辺案内標識

Claims (10)

1. 空間的位置決め用の地上標識であって、
   コアエリアと、コアエリアの周辺を取り込む周辺機器補助エリアとを備え、前記コアエリアの端部位置には、位置決め標識が設置され、前記周辺機器補助エリアには、周辺案内標識が設置されており、周辺案内標識は、コアエリアの中心へ指しているパラメータを有し、周辺案内標識をキャプチャしてパラメータを読み取ることによって、コアエリアの中心を特定することを補助できる、ことを特徴とする空間的位置決め用の地上標識。
2. 前記周辺案内標識は、円心がコアエリアの中心である複数の同心円であり、前記パラメータは、前記同心円の円心へ指しているパラメータである、ことを特徴とする請求項１に記載の空間的位置決め用の地上標識。
3. 前記周辺案内標識は、コアエリアの中心で交差する複数本の放射状の線であり、前記パラメータは、前記複数本の放射状の線の交差点へ指しているパラメータである、ことを特徴とする請求項１に記載の空間的位置決め用の地上標識。
4. 前記周辺案内標識は、コアエリアの中心からの距離が同じ部分の色が同じであるグラデーションカラーであり、前記パラメータは、前記色の中心へ指しているパラメータである、ことを特徴とする請求項１に記載の空間的位置決め用の地上標識。
5. 前記コアエリアの端部位置には、少なくとも４つの位置決め標識が設置され、前記位置決め標識は、コアエリアの中心位置から所定の距離だけ離れた円周に均等に分布している、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空間的位置決め用の地上標識。
6. 前記コアエリアの端部位置には、コアエリアの４隅にある４つの位置決め標識が設置される、ことを特徴とする請求項５に記載の空間的位置決め用の地上標識。
7. 前記位置決め標識は、同心円又は同心方形である、ことを特徴とする請求項６に記載の空間的位置決め用の地上標識。
8. 前記コアエリアの中心部分には、情報標識が設けられる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空間的位置決め用の地上標識。
9. 空間的位置決め方法であって、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の地上標識を用いて空間的位置決めを行う、ことを特徴とする空間的位置決め方法。
10. ロボットのカメラが前記地上標識をキャプチャできなかった場合、前記ロボットが、累積空間的位置決めにより位置決めを行うステップと、
    前記ロボットのカメラが前記地上標識をキャプチャできた場合、前記ロボットが、前記地上標識を用いてグローバル空間的位置決めにより位置決めを行うステップと、を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の空間的位置決め方法。

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