JP2022070079A - 制御装置、ロボット、制御方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】領域の探索を効率的に実施する。
【解決手段】３次元センサを有するロボットの制御装置は、探索領域に対する前記３次元センサの計測範囲を移動するように前記ロボットを制御する動作制御手段と、前記３次元センサによる計測結果に基づいて、前記探索領域における各点の探索状況を示すマップ情報を更新するマップ取得手段と、を有し、前記動作制御手段は、前記探索領域内の局所的な範囲のマップ情報を更新するように前記３次元センサの計測範囲を移動させる第１の探索処理と、前記第１の探索処理で更新を行っていた前記局所的な範囲とは異なる範囲のマップ情報を更新するために、前記局所的な範囲から離れた位置に前記３次元センサの計測範囲を移動させる第２の探索処理と、を実行する。
【選択図】図４

Description

本発明は、制御装置、ロボット、制御方法、プログラムに関する。

従来、物を製造する現場などにおいて、ロボットなどが動くことが可能な範囲を予め設定しておき、その範囲をロボットが動くことによってロボットの安全な動作が実現されている。

特許文献１には、ロボットが周辺機器などの物体と干渉しないように、ロボットの動作範囲を設定するロボット制御装置が開示されている。特許文献１では、ロボット制御装置は、ロボットに設けられた深度センサ（３次元センサ）が物体の表面上の各点の深度データを取得することにより、物体の領域（干渉領域）を判定している。

特開２０１８－０８９７２８号公報

特許文献１では、ロボット制御装置が、ロボットの姿勢を変更することにより、深度センサの位置を変更しながら深度データを取得することが開示されている。そして、ロボット制御装置は、深度データに基づき物体の領域（干渉領域）を判定している。しかしながら、深度センサの位置を決定する方法の記載がないため、例えば、深度データの取得具合をユーザが確認しながら、当該ユーザが深度センサの位置を決定する必要がある。

これに対して、探索をする対象の領域（探索領域）を格子状に分割し、端から順に各格子をセンサが探索するようにセンサの位置を移動させて、探索領域の全体を逐次探索する方法が考えられる。しかし、この方法では、探索領域の探索に時間を要し、効率的ではない。

そこで、本発明は、領域の探索を効率的に実施することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。

すなわち、本発明の一側面に係る３次元センサを有するロボットの制御装置は、探索領域に対する前記３次元センサの計測範囲を移動するように前記ロボットを制御する動作制御手段と、前記３次元センサによる計測結果に基づいて、前記探索領域における各点の探索状況を示すマップ情報を更新するマップ取得手段と、を有し、前記動作制御手段は、前記探索領域内の局所的な範囲のマップ情報を更新するように前記３次元センサの計測範囲を移動させる第１の探索処理と、前記第１の探索処理で更新を行っていた前記局所的な範囲とは異なる範囲のマップ情報を更新するために、前記局所的な範囲から離れた位置に前記３次元センサの計測範囲を移動させる第２の探索処理と、を実行する、ことを特徴とする制御装置である。

上記構成によれば、局所的な探索と大域的な探索が切り替わり、効果的な範囲を探索するように３次元センサが制御されるため、より効率的に探索領域を探索できるようになる
。

上記制御装置において、前記動作制御手段は、前記第１の探索処理では、直前の計測範囲と重なりを有する範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させることと、物体が存在するか否かの信頼度に応じたエントロピーに基づき前記３次元センサの計測範囲を移動させること、前記３次元センサの視野範囲における前記３次元センサと物体領域との間に存在する未知領域の数に基づき前記３次元センサの計測範囲を移動させること、の少なくともいずれかを実行し、前記物体領域とは、物体が存在すると判定された領域であり、前記未知領域とは、物体が存在するか否かが判定されていない領域であってもよい。これによれば、第１の探索処理において、或る範囲を詳細に探索しやすくなる（局所的な探索がしやすくなる）。

上記制御装置において、前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、直前の計測範囲と重ならない範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させること、前記３次元センサの視野範囲における未知領域の数に基づき前記３次元センサの計測範囲を移動させること、前記３次元センサを移動させるための前記ロボットの移動しやすさに基づき前記３次元センサの計測範囲を移動させること、の少なくともいずれかを実行し、前記未知領域とは、物体が存在するか否かが判定されていない領域であってもよい。これによれば、第２の探索処理において、第１の探索処理よりも広い範囲を大まかに探索しやすくなる（大域的な探索がしやすくなる）。

上記制御装置において、前記動作制御手段は、前記第１の探索処理では直前の計測範囲と重なりを有する範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させ、前記第２の探索処理では前記直前の計測範囲と重ならない範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させてもよい。これによれば、第１の探索処理では直前の計測範囲およびその周囲を、第２の探索処理ではそれよりも離れた範囲を計測することができるため、より効率的な探索が実現できる。

上記制御装置において、前記マップ情報は、前記探索状況として、各点に対応する領域が、物体が存在するか否かが判定された既知領域と、物体が存在するか否かが判定されていない未知領域とのいずれであるかを少なくとも示してもよい。

前記動作制御手段は、前記マップ取得手段による前記マップ情報の更新量が閾値よりも大きい場合には前記第１の探索処理を実行し、前記更新量が閾値以下である場合には前記第２の探索処理を実行し、前記更新量は、未知領域が既知領域に更新される数であってもよい。これによれば、或る計測範囲におけるマップ更新が十分に可能である場合には第１の探索処理が行われ、そうでない場合には第２の探索処理が行われるので、効率よくマップ情報を更新することが可能になる。具体的には、或る計測範囲に対する探索によるマップ情報の更新量が少なくなっても、第２の探索によって他の範囲を探索するように３次元センサが制御されるため、効率的にマップ情報の更新が行える。

上記制御装置において、前記動作制御手段は、前記第１の探索処理では、直前の計測範囲とそれぞれが重なりを有する複数の範囲のうち未知領域を最も多く含む範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させてもよい。これによれば、探索が十分でない範囲を優先して探索するように制御されるため、より効果的な探索を実現できる。

上記制御装置において、前記マップ情報は、各点に対応する領域に物体が存在するか否かの信頼度の情報を含み、前記動作制御手段は、前記第１の探索処理では、直前の計測範囲とそれぞれが重なりを有する複数の範囲のうちエントロピーの代表値が最も高い範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させ、前記エントロピーは、前記信頼度の値が０．５
に近いほど高くてもよい。ここで、前記代表値は、平均値または中央値または最頻値であってもよい。これによれば、より多くの情報（詳細な情報）から探索が十分でない範囲を決定し、当該範囲を優先して探索するように制御されるため、より効果的な探索を実現できる。

上記制御装置において、前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、複数の候補位置それぞれでの前記３次元センサの視野範囲における未知領域の数に基づき、前記３次元センサの計測範囲を移動させてもよい。これによれば、探索が十分でない範囲を優先して探索するように制御されるため、より効果的な探索を実現できる。

上記制御装置において、前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、前記複数の候補位置それぞれでの前記３次元センサの視野範囲のうち、未知領域を最も多く含む範囲に、前記３次元センサの計測範囲を移動させてもよい。

上記制御装置において、前記マップ情報は、既知領域として、物体が存在すると判定された物体領域と、物体が存在しないと判定された空領域とのいずれかを示し、前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、前記複数の候補位置それぞれでの前記３次元センサの視野範囲のうち、前記３次元センサと物体領域との間に未知領域を最も多く含む範囲に、前記３次元センサの計測範囲を移動させてもよい。ここで、３次元センサから見て未知領域の先に物体領域が存在しない場合には、当該物体領域を探索の基準とすることができない。このため、このような場合には、当該物体領域が存在する場合と比較して、未知領域の探索の効果が得にくい。従って、上述のような構成をとることによれば、より探索の効果が得やすい範囲に計測範囲を移動させることができる。

上記制御装置において、前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、さらに、前記３次元センサを移動させるための前記ロボットの移動しやすさに基づき、前記３次元センサの計測範囲を移動させてもよい。これによれば、３次元センサの移動がより効率的に実現できるため、より高速に探索領域の探索をすることができる。

上記制御装置において、前記マップ取得手段は、前記探索領域の各点に対応する領域ごとに３次元センサが計測した結果に基づき、初期情報としての前記マップ情報を取得してもよい。これによれば、１つ１つの領域を確実に探索するため、初期情報としてのマップ情報を詳細に取得できる。

上記制御装置において、前記マップ取得手段は、前記探索領域のうち互いに重複しない複数の範囲を前記３次元センサが計測した結果に基づき、初期情報としての前記マップ情報を取得してもよい。これによれば、重複した範囲を探索しないため、初期情報としてのマップ情報をより効率的に取得できる。

上記制御装置と探索領域を計測する３次元センサとを有することを特徴とするロボットであってもよい。

本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する装置として捉えてもよいし、電子機器や制御システム、探索システム、探索装置として捉えてもよい。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含むロボットの制御方法、領域判定方法、探索方法として捉えてもよい。また、本発明は、かかる方法を実現するためのプログラムやそのプログラムを非一時的に記録した記録媒体として捉えることもできる。なお、上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、領域の探索を効率的に実施することができる。

図１は、探索システムの構成図である。 図２は、制御装置の内部構成図である。 図３Ａは局所探索を説明する図であり、図３Ｂは大域探索を説明する図である。 図４は、干渉領域の判定処理のフローチャートである。 図５Ａは初期探索のフローチャートであり、図５Ｂは局所探索の位置決定処理のフローチャートであり、図５Ｃは大域探索の位置決定処理のフローチャートである。 図６Ａおよび図６Ｂは、初期探索を説明する図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、未知ボクセルの算出を説明する図である。

以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて記載する。

＜適用例＞
以下では、制御装置３０を有する探索システム１を説明する。探索システム１は、３次元センサ２０により複数の計測位置から探索領域５０を計測（探索）することによって、探索領域５０において物体の配置された領域（干渉領域）を判定する。干渉領域が判定されれば、例えば、ロボット１０は、干渉領域を避けることにより、探索領域５０内部を物体に衝突しないように移動することができる。また、ロボット１０以外の装置も、同様に、探索領域５０内部を物体に衝突しないように移動することができる。なお、「計測位置」とは、３次元センサ２０の３次元座標および姿勢（光軸方向）を示す。

ここで、探索システム１は、探索領域５０の概要を把握するための初期探索後には、例えば、探索領域５０を計測するごとに、探索領域５０の各点の計測状況（探索状況）を示すマップ情報を更新する。そして、探索システム１は、或る範囲を計測している場合に、例えば、マップ情報の更新量が所定の閾値以下であれば、大域探索（当該或る範囲とは離れた範囲のうち計測が十分でない範囲の計測）をする。また、探索システム１は、或る範囲を計測している場合に、マップ情報の更新量が所定の閾値よりも大きければ、局所探索（当該或る範囲と重なりを有する範囲の計測）をする。

これによれば、探索システム１は、計測が十分でない範囲（物体の有無の判定の信頼度が低い範囲）を優先的に計測することになる。このため、探索領域５０の計測（探索）を効率的に実施でき、より高速に干渉領域の判定をすることが可能になる。

＜実施形態１＞
［探索システムの構成］
実施形態１に係る探索システム１を、図１のシステム構成図を用いて説明する。探索システム１は、ロボット１０、３次元センサ２０、制御装置３０、制御サーバ４０を有する。

ロボット１０は、自らの姿勢を変化させることによって、３次元センサ２０を移動させる。ロボット１０は、例えば、垂直多関節ロボット、移動機構ロボット、パラレルリンクロボット、直動機構ロボットなど任意のタイプのロボットであり得る。本実施形態では、ロボット１０は、複数の関節を有するアームを備えており、各関節の角度を制御することによって３次元センサ２０の位置（姿勢）を制御する多関節ロボットである。各関節部は、モータにより駆動されてアームを回転させる駆動軸を備えている。

３次元センサ２０は、探索領域５０を計測（探索）して、探索領域５０の３次元情報（点群データ）を取得する。３次元センサ２０は、ロボット１０のアームの先端に設けられている。このため、ロボット１０が３次元センサ２０を有しているとみなしてもよい。３次元センサ２０は、例えば、深度情報を取得する深度センサ、または距離画像を取得する距離画像センサである。互いに異なる複数の計測位置から探索領域５０を計測（探索）することを３次元センサ２０が繰り返し実行することによって、探索領域５０における干渉領域が判定可能になる。なお、３次元センサ２０は、カメラ（撮像部）を備えていてもよく、３次元情報を取得することのみならず、２次元画像を撮像（取得）可能であってもよい。また、３次元センサ２０は、探索領域５０に光を照射して照明する照射部や、画像を投影するプロジェクタを有していてもよい。

ここで、３次元センサ２０は、３次元センサ２０から探索領域５０における対象物までの距離が取得できればよいため、アクティブ方式とパッシブ方式のいずれのセンサであってもよい。ここで、アクティブ方式とは、３次元センサ２０から投影した光を対象物にあてて、当該対象物での反射光を受光して距離を取得する方式である。一方、パッシブ方式とは、自然光や他の照明によって照らされた対象物からの光を受光して距離を取得する方式である。ここで、アクティブ方式として、例えば、赤外光をプロジェクタが対象物に照射し、当該対象物にて反射した赤外光をカメラが受光することで、三角測量の原理により当該対象物までの距離を取得する方法（スポット法；ＴＯＦ）を用いてもよい。また、アクティブ方式として、例えば、パターン画像をプロジェクタが対象物に照射し、当該対象物に映し出されたパターン画像をカメラが撮像することで、撮像したパターン画像の歪みに応じて当該対象物までの距離を取得する方法を用いてもよい。また、パッシブ方式として、互いに異なる２点の位置から対象物を撮像して、２つの撮像画像の差分から距離を取得する方法を用いてもよい。

制御装置３０は、ロボット１０および３次元センサ２０を制御する。制御装置３０は、ロボット１０の姿勢（動き；アームの関節の角度）を制御することにより、３次元センサ２０の計測位置（姿勢；視点）を制御する。また、制御装置３０は、３次元センサ２０の計測のタイミングを制御する。さらに、３次元センサ２０が計測した結果に基づき、干渉領域を判定することもできる。

制御サーバ４０は、ネットワーク６０を介して、複数の制御装置３０を制御する。制御サーバ４０は、制御装置３０が有する構成要素の全部または一部を有していてもよい。

［制御装置の構成］
図２の構成図を参照して、制御装置３０の内部構成を説明する。制御装置３０は、制御部３０１、記憶部３０２、マップ取得部３０３、領域判定部３０４、位置決定部３０５、経路生成部３０６、動作制御部３０７、センサ制御部３０８を有する。

制御部３０１は、記憶部３０２に記憶されたプログラムに従って、制御装置３０の各構成要素を制御する。なお、制御部３０１の処理は、制御サーバ４０が実行してもよい。

記憶部３０２は、各構成要素が動作するための情報を記憶する。記憶部３０２は、例えば、探索領域５０の位置や大きさ、形状を示す情報を記憶する。また、記憶部３０２は、３次元センサ２０のスペック（計測可能な距離の範囲、視野角度など）や、ロボット１０のスペック（アームの関節の可動範囲、関節の回転可能速度など）を記憶する。なお、これらの情報は、制御装置３０に対してユーザが予め設定可能である。

さらに、記憶部３０２は、探索領域５０における各点（ボクセル）の３次元センサ２０による計測状況（探索状況）を示すマップ情報を記憶する。ここで、探索領域５０におけ
る各点は、それぞれ異なる領域（例えば、立方体）に対応している。例えば、探索領域５０における各点は、それぞれ対応する領域の中心の点（重心）である。記憶部３０２は、探索領域５０における各点に対応する領域について、物体が存在するか否かを判定できている領域である既知領域と、物体が存在するか判定できていない領域である未知領域とのいずれかを示すマップ情報を記憶する。ここで、マップ情報では、既知領域は、物体が存在すると判定された領域である物体領域と、物体が存在しないと判定された領域である空領域のいずれかを示す。つまり、マップ情報は、探索領域５０における各点が、物体が存在する点と物体が存在しないと点と物体が存在するか否かが不明である点とのいずれに該当するかを示しているといえる。

マップ取得部３０３は、３次元センサ２０が計測した結果（計測結果；探索結果）に基づき、上述したマップ情報を生成または更新をする。ここで、３次元センサ２０が、複数の計測位置から探索領域５０を計測して、マップ取得部３０３は、その計測結果に基づき、マップ情報を生成（更新）する。

ここで、マップ取得部３０３は、例えば、センサ座標系（３次元センサ２０の座標系）で定義された物体の表面上の各点の３次元情報（深度データ）を、計測位置に基づく座標変換によって、ロボット座標系（ロボット１０の座標系）で定義される３次元位置情報に変換する。このことにより、マップ取得部３０３は、深度データが示す物体の、ロボット座標系での位置を判定できる。ここで、様々な計測位置において３次元センサ２０が探索領域５０を計測すれば、様々な深度データが取得できるため、探索領域５０の各点（各領域）における物体の有無の信頼度が向上する。そして、マップ取得部３０３は、この信頼度に基づき、各点に対応する領域が未知領域と物体領域と空領域とのいずれに該当するかを決定（判定）できる。

領域判定部３０４は、３次元センサ２０の計測結果（探索結果）に基づき、干渉領域を判定する（決定する）。具体的には、領域判定部３０４は、マップ情報に基づき、物体領域から構成される領域を干渉領域として判定する。

位置決定部３０５は、３次元センサ２０が計測する際に配置される位置（座標および姿勢）である複数の計測位置（移動位置）を決定する。位置決定部３０５は、計測位置の複数の候補を決定しておき、複数の候補の中から、３次元センサ２０が移動する（ロボット１０が３次元センサ２０を移動させる）ことが可能な候補のみを計測位置として選択することもできる。ここで、３次元センサ２０の計測位置は、３次元センサ２０の高さや３次元センサ２０の光軸の向き（方向）の情報などにより特定できる。また、３次元センサ２０の計測位置は、ロボット１０の姿勢により特定できる。なお、３次元センサ２０の位置とロボット１０の姿勢との対応は、いわゆるキャリブレーション処理によって予め計測（決定）されているものとする。

経路生成部３０６（経路決定部）は、位置決定部３０５が決定した複数の計測位置の間で３次元センサ２０を移動させるための、ロボット１０の移動経路を生成（決定）する。例えば、経路生成部３０６は、複数の計測位置の全てに３次元センサ２０を移動させるために要する時間が、最も短い移動経路を決定する。

動作制御部３０７は、３次元センサ２０を複数の計測位置に移動させるように、ロボット１０を制御する。これにより、動作制御部３０７は、３次元センサ２０が計測する範囲（計測範囲）を、当該複数の計測位置に対応する範囲に移動させる。ここで、動作制御部３０７は、経路生成部３０６が決定した移動経路に従ってロボット１０の姿勢を制御して、３次元センサ２０（３次元センサ２０の位置および姿勢）を制御する。

センサ制御部３０８は、３次元センサ２０を制御する。センサ制御部３０８は、例えば、ロボット１０が３次元センサ２０を計測位置に移動させたタイミングで、３次元センサ２０が計測するように制御する。また、センサ制御部３０８は、３次元センサ２０が照明部を有する場合には、照明部の発光量（明るさ）などを制御することもできる。

また、制御装置３０は、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）、メモリ、ストレージなどを備えるコンピュータにより構成することができる。その場合、図２に示す構成は、ストレージに格納されたプログラムをメモリにロードし、ＣＰＵが当該プログラムを実行することによって実現されるものである。かかるコンピュータは、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、タブレット端末、スマートフォンのような汎用的なコンピュータでもよいし、オンボードコンピュータのように組み込み型のコンピュータでもよい。あるいは、図２に示す構成の全部または一部を、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどで構成してもよい。あるいは、図２に示す構成の全部または一部を、クラウドコンピューティングや分散コンピューティングにより実現してもよい。

［局所探索と大域探索］
本実施形態では、上述のように、探索システム１は、探索領域５０の各領域（各点に対応する領域）が、物体領域と空領域と未知領域のいずれであるかを示すマップ情報を生成する（更新する）。なお、以下では、探索領域５０の各領域を、１単位の立方体の領域であるボクセルとする。

探索システム１は、探索領域５０を計測するために、局所的な範囲のマップ情報を更新するための局所探索と、局所的な範囲とは異なる大域的な範囲のマップ情報を更新するための大域探索とを切り替えながら実施（実行）する。ここで、局所探索では、探索システム１は、例えば、現在計測している範囲と重なりを有する範囲を計測する。大域探索では、探索システム１は、例えば、現在計測している範囲から離れた範囲を新たに計測する。

以下では、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、局所探索と大域探索とについて説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、探索領域５０におけるボクセルの配置を示している。また、各ボクセルは、マップ情報によって、物体領域（物体ボクセル）と未知領域（未知ボクセル）と空領域（空ボクセル）のいずれかに分類されている。そして、既知領域（既知ボクセル）は、物体領域（物体ボクセル）と空領域（空ボクセル）のいずれかであるとする。なお、説明を簡単にするために、図３Ａおよび図３Ｂが示す探索領域５０では、２次元状にボクセルを配置している例を説明するが、実際には３次元状にボクセルが配置される。

図３Ａは、局所探索を説明する図である。図３Ａにおいて、４つの物体ボクセルからなる範囲４０１が、３次元センサ２０が計測している範囲（３次元センサ２０の視野範囲）である。ここで、範囲４０１の周囲には、物体が存在するか否かが不明な未知ボクセルが存在している。このため、探索システム１が範囲４０１の周囲を計測すれば、マップ情報を大きく更新できる可能性がある。そこで、範囲４０１の周囲を計測するために、３次元センサ２０は、例えば、範囲４０１と重なりを有する範囲であって、物体ボクセルを含みつつ、未知ボクセルを多く含む範囲４０２を、次に計測を行う範囲として決定する。そして、３次元センサ２０は、範囲４０２を計測する。このことによって、３次元センサ２０は、現在計測をしている範囲を中心に、順次、詳細に計測することができる。

図３Ｂは、大域探索を説明する図である。図３Ｂにおいて、４つの物体ボクセルからなる範囲４１１が、３次元センサ２０が計測している範囲（３次元センサ２０の視野範囲）である。ここで、範囲４１１の周囲には、物体が存在するか否かが不明な未知ボクセルが存在していない。このため、探索システム１は、範囲４１１の周囲を計測しても、マップ情報を大きく更新できない。そこで、３次元センサ２０は、範囲４１１と重ならない範囲
であって、未知ボクセルを多く含む範囲４１２を、次に計測を行う範囲として決定する。そして、３次元センサ２０は、範囲４１２を計測する。このことによって、３次元センサ２０は、現在計測している範囲およびその近接に多くの未知ボクセルが存在しない場合であっても、多くの未知ボクセルを含む他の範囲を計測することができる。このため、より効率よく、探索領域５０の計測を実施することができる。

なお、局所探索は或る範囲を詳細に把握するための探索であり、大域探索は当該或る範囲よりも大きな範囲を大まかに把握するための探索である。このため、これに該当するのであれば、探索システム１は、大域探索を行う場合においても、３次元センサ２０が計測している範囲（直前の計測範囲）と重なる範囲を、次に計測を行う範囲として決定してもよい。また、探索システム１は、局所探索を行う場合においても、３次元センサ２０が計測している範囲（直前の計測範囲）と重ならない範囲を、次に計測を行う範囲として決定してもよい。

［干渉領域の判定処理］
図４を参照して、制御装置３０が干渉領域を判定する処理を説明する。図４は、干渉領域の判定処理のフローチャートである。なお、図４のフローチャートの各処理は、制御部３０１が記憶部３０２に記憶されたプログラムを実行して、自身により、または各構成要素を制御することにより実現される。

ステップＳ１００１において、制御部３０１は、マップ情報の初期情報を生成するために探索領域５０の初期探索を行う。制御部３０１は、初期探索として、探索領域５０内部の概要を把握するための計測を行う。なお、初期探索の処理は、図５Ａのフローチャートを参照して詳細に後述する。

ステップＳ１００２において、制御部３０１は、局所探索をするための、３次元センサ２０の１つの計測位置（姿勢）を決定する。局所探索の計測位置の決定処理は、図５Ｂのフローチャートを参照して詳細に後述する。

ステップＳ１００３において、制御部３０１は、前回の計測による、マップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１以下であるか否かを判定する。なお、本実施形態では、マップ情報の更新量は、探索領域５０における未知ボクセルが既知ボクセル（物体ボクセルまたは空ボクセル）に変化した数（変化量）である。マップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１以下である場合にはステップＳ１００８に進み、そうでない場合にはステップＳ１００４に進む。なお、前回の計測がない１回目のステップＳ１００３では、ステップＳ１００４に進む。

なお、ステップＳ１００３では、制御部３０１は、局所探索を実行すると仮定した場合に、局所探索により多くの未知ボクセルを計測（探索）できるか否かを判定（推定）している。そして、局所探索により多くの未知ボクセルが計測できると判定された場合に、局所探索を実行するためにステップＳ１００４に進み、そうでない場合に、大域探索を実行するためにステップＳ１００８に進む。このため、制御部３０１は、マップ情報に基づき、現在計測している範囲を中心とした当該範囲よりも大きい範囲における未知ボクセルの数が所定値以下であるか否かを判定してもよい。この場合には、当該未知ボクセルの数が所定値以下であればステップＳ１００８に進み、そうでない場合にはステップＳ１００４に進む。

ステップＳ１００４において、経路生成部３０６は、ステップＳ１００２またはステップＳ１００９において決定された計測位置に３次元センサ２０を移動させるためのロボット１０の移動経路を生成（決定）する。このとき、経路生成部３０６は、ロボット１０の
スペック（アームの関節の稼働可能角度や角速度）に基づき、前回の位置から最も短い時間で移動可能な経路を生成するとよい。

ステップＳ１００５において、動作制御部３０７は、ステップＳ１００２またはステップＳ１００９において決定された計測位置に３次元センサ２０を移動させるように、ロボット１０を制御する。このとき、動作制御部３０７は、ステップＳ１００４において決定された移動経路を通るように、ロボット１０を移動させる。つまり、ステップＳ１００５において、動作制御部３０７は、ロボット１０を移動させることにより、３次元センサ２０が計測する範囲（計測範囲）を移動させている。

ステップＳ１００６において、センサ制御部３０８は、移動させた計測位置において３次元センサ２０が探索領域５０（当該計測位置における３次元センサの視野範囲；計測範囲）を計測するように制御する。これによって、３次元センサ２０は、視野範囲における３次元情報（深度データ）を取得することができる。また、３次元センサ２０は、取得した３次元情報を制御装置３０に送信する。ここで、ステップＳ１００６では、直前のステップＳ１００３においてマップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１以下であると判定された場合には大域探索が行われ、そうでない場合には局所探索が行われる。

ステップＳ１００７において、マップ取得部３０３は、３次元センサ２０が取得した３次元情報と、３次元情報の取得時の３次元センサ２０の計測位置とに基づき、マップ情報を更新する。

ステップＳ１００８において、制御部３０１は、マップ情報に基づき、探索領域５０における未知ボクセル（未知領域）の数が第２の閾値ＴＨ２以下であるか否かを判定する。探索領域５０における未知ボクセルの数が第２の閾値ＴＨ２以下であればステップＳ１０１０に進み、そうでなければステップＳ１００９に進む。なお、「未知ボクセルの数」は、「未知ボクセルの体積」と捉えることもできる。ここで、第２の閾値ＴＨ２は、探索領域５０内の計測がほとんど終了したことを判定できればよいため、例えば、探索領域５０における全てのボクセルの数の１％または２％である。

ステップＳ１００９において、制御部３０１は、大域探索をするための、３次元センサ２０の計測位置を決定する。大域探索の計測位置の決定処理は、図５Ｃのフローチャートを参照して詳細に後述する。

ステップＳ１０１０において、領域判定部３０４は、マップ情報に基づき、物体が配置された領域である干渉領域を判定する。具体的には、領域判定部３０４は、マップ情報が示す物体ボクセル（物体領域）から構成される領域を干渉領域として判定する。

［初期探索；Ｓ１００１］
以下では、図５Ａのフローチャートを参照して、ステップＳ１００１において行われる初期探索の処理について説明する。

ステップＳ２００１において、位置決定部３０５は、初期探索を行うための複数の計測位置を算出（決定）する。ここでは、例えば、位置決定部３０５は、図６Ａに示すように、各ボクセル（各点）を中心とする範囲の計測が１回ずつ行われるように、３次元センサ２０の複数の計測位置を決定する。また、例えば、位置決定部３０５は、所定数（例えば、４つ）のボクセル単位ごとに計測が行われるように、３次元センサ２０の複数の計測位置を決定する。これによれば、初期探索によって探索領域５０を詳細に計測できる。また、位置決定部３０５は、図６Ｂに示すように、１回に計測する各範囲が互いに重複しないように、３次元センサの複数の計測位置を決定してもよい。これによれば、少ない処理に
よって初期探索を行うことができるため、初期探索を素早く完了させることができる。なお、これらに限らず、位置決定部３０５は、任意の位置（座標および姿勢）を複数の計測位置に決定してもよい。

ステップＳ２００２において、経路生成部３０６は、ステップＳ２００１において決定された複数の計測位置を３次元センサ２０が移動するために、ロボット１０の移動経路を生成（決定）する。ここで、移動経路は、例えば、３次元センサ２０を移動させる複数の計測位置の順番を示す情報を含む。また、経路生成部３０６は、例えば、複数の計測位置のうちロボット１０（アームを支える台座部分）から最も遠い計測位置から３次元センサ２０が移動を開始するように、ロボット１０の移動経路を決定する。そして、開始の計測位置から最も短い時間で、全ての計測位置に３次元センサ２０を移動させることができるような、ロボット１０の移動経路を決定する。

ステップＳ２００３において、動作制御部３０７は、ロボット１０を制御して、複数の計測位置のうち１つの計測位置に３次元センサ２０を移動させる。このとき、動作制御部３０７は、ステップＳ２００２において生成した移動経路に従って、ロボット１０の姿勢を制御する。つまり、ステップＳ２００３では、動作制御部３０７は、移動経路が示す移動順序に従って、複数の計測位置のうち未だ３次元センサ２０が移動したことのない計測位置に３次元センサ２０を移動させる。

ステップＳ２００４において、センサ制御部３０８は、３次元センサ２０を制御して、移動後の計測位置から探索領域５０を計測する。これによって、３次元センサ２０は、視野範囲の３次元情報（深度データ）を取得することができる。また、３次元センサ２０は、取得した３次元情報を制御装置３０に送信する。

ステップＳ２００５において、マップ取得部３０３は、ステップＳ２００４において計測された結果と計測時の計測位置に基づき、マップ情報を生成（更新）する。

ステップＳ２００６において、制御部３０１は、マップ情報に基づき、探索領域５０の未知ボクセル（未知領域）の数が第３の閾値ＴＨ３以上であるか否かを判定する。探索領域５０の未知ボクセル（未知領域）の数が第３の閾値ＴＨ３以上である場合にはステップＳ２００３に進み、そうでない場合には本フローチャートの処理が終了する。なお、第３の閾値ＴＨ３は、探索領域５０の概要が把握できたことを判定するための閾値であるため、第２の閾値ＴＨ２よりも十分に大きな値である。例えば、第３の閾値ＴＨ３は、探索領域５０における全てのボクセルの数の３０％～５０％の任意の値であってよい。なお、制御部３０１は、ステップＳ２００１の時点からの未知ボクセルの数の変化率（更新量）が、閾値以上であるか否かを判定してもよい。この場合には、未知ボクセルの数の変化率が閾値以上である場合には本フローチャートの処理が終了し、そうでない場合にはステップＳ２００３に進む。また、制御部３０１は、３次元センサ２０により所定回数以上の計測が行われたと判定した場合には、本フローチャートの処理を終了させてもよい。

［局所探索の位置決定；Ｓ１００２］
以下では、図５Ｂのフローチャートを参照して、ステップＳ１００２において行われる局所探索の位置決定の処理について説明する。

ステップＳ３００１において、位置決定部３０５は、現在計測している範囲（現在の３次元センサの視野範囲；直前の計測範囲）とそれぞれが重なりを有するような、３次元センサ２０が計測を行う複数の候補範囲を算出する。このため、複数の候補範囲は、現在計測している範囲の一部を有する範囲や、現在計測している範囲である。例えば、位置決定部３０５は、現在計測している範囲から東西南北それぞれに所定の距離移動させた４つの
候補範囲を算出する。なお、位置決定部３０５は、東西南北に限らず、任意の方向に移動させた候補範囲を算出してもよい。また、複数の候補範囲は、現在計測している範囲に近接していれば、現在計測している範囲と重なりを有していなくてもよい。

ステップＳ３００２において、位置決定部３０５は、マップ情報に基づき、複数の候補範囲のそれぞれに含まれる未知ボクセル（未知領域）の数を算出する。例えば、それぞれの候補範囲は３次元センサ２０の位置を頂点として、光軸方向を高さ方向とする四角錘形状に広がっている。このため、図７Ａに示すような候補範囲７０１には、その長方形範囲に含まれる１３個の未知ボクセルが含まれている。なお、例えば、それぞれの候補範囲は３次元センサ２０の位置を頂点として、光軸方向を高さ方向とする円錐形状に広がっていてもよい。

なお、位置決定部３０５は、候補範囲に含まれる、３次元センサ２０と物体ボクセル（物体領域）との間に存在する未知ボクセルの数を算出してもよい。この場合には、例えば、図７Ｂに示す候補範囲７１１では、該当する未知ボクセルの数は７個であると算出される。ここで、例えば、３次元センサ２０から見て未知ボクセルより奥に、物体ボクセルが存在しない場合には、物体ボクセルを計測基準とすることができないため、当該未知ボクセルが物体ボクセルと空ボクセルとのいずれであるかを決定できないことがある。このため、位置決定部３０５は、効率的に計測を行うために、候補範囲のうち３次元センサ２０と物体ボクセル（物体領域）との間に存在する未知ボクセルの数のみを算出してもよい。この場合、物体ボクセルの前面に存在する未知ボクセル（３次元センサ２０と物体ボクセルとの間に存在する未知ボクセル）は、その後のステップＳ１００７の処理で、空ボクセルであると判定される。

ステップＳ３００３において、位置決定部３０５は、ステップＳ３００２において算出した未知ボクセルの数が最も多い候補範囲を計測する位置（座標および姿勢）を計測位置として決定する。このため、位置決定部３０５は、ステップＳ３００２において算出した未知ボクセルの数が最も多い候補範囲を、３次元センサ２０が計測する範囲として決定しているともいえる。３次元センサ２０が、このような候補範囲を計測することができれば、マップ情報を大きく更新することが可能になる。

［大域探索の位置決定；Ｓ１００９］
以下では、図５Ｃのフローチャートを参照して、ステップＳ１００９において行われる大域探索の位置決定の処理について説明する。

ステップＳ４００１において、位置決定部３０５は、マップ情報に基づき、探索領域５０における未知ボクセル（未知領域）を検出する。

ステップＳ４００２において、位置決定部３０５は、検出した各未知ボクセルを中心とする（各未知ボクセルが３次元センサ２０の光軸上に配置されるように）、３次元センサ２０が計測を行う複数の候補範囲を算出（決定）する。ここで、位置決定部３０５は、ステップＳ３００１において算出される複数の候補範囲よりも３次元センサ２０が現在計測している範囲から遠い範囲を、ステップＳ４００２において複数の候補範囲として算出する。

ステップＳ４００３において、位置決定部３０５は、複数の候補範囲のそれぞれに含まれる未知ボクセルの数を算出する。なお、ステップＳ３００２と同様に、位置決定部３０５は、候補範囲のうち３次元センサ２０と物体ボクセル（物体領域）との間に存在する未知ボクセルの数を算出してもよい。

ステップＳ４００４において、位置決定部３０５は、ステップＳ４００３において算出した未知ボクセルの数が最も多い候補範囲を計測する位置（座標および姿勢）を計測位置として決定する。このため、位置決定部３０５は、ステップＳ４００３において算出した未知ボクセルの数が最も多い候補範囲を、３次元センサ２０が計測する範囲として決定しているともいえる。３次元センサ２０が、このような候補範囲を計測することができれば、マップ情報を大きく更新することが可能になる。

ここで、３次元センサ２０は、自身の視野範囲に含まれるボクセルに対して計測を行う。そして、３次元センサ２０の位置（座標および姿勢）と視野範囲とは、一意に対応する。このため、ステップＳ４００２では、位置決定部３０５は、未知ボクセルが３次元センサ２０の視野範囲に含まれるような複数の計測位置の候補（候補位置）を決定しているといえる。また、ステップＳ４００２～Ｓ４００３では、位置決定部３０５は、複数の候補位置それぞれでの３次元センサ２０の視野範囲のうち、未知ボクセルを最も多く含む範囲を計測の対象となる候補範囲として決定しているといえる。この場合、「未知ボクセルを最も多く含む範囲」を「３次元センサ２０と物体ボクセルとの間に未知領域を最も多く含む範囲」と読み替えてもよい。

このように、探索システム１は、未知領域の更新量によって、大域探索と局所探索とを切り替える。つまり、探索システム１は、現在計測している範囲（計測範囲）またはその周囲を計測することによって多くの未知領域が計測可能である場合には当該範囲またはその周囲の範囲を計測し、そうでない場合には、現在計測している範囲から離れた範囲を計測する。これによって、効果的に探索領域５０を計測できる位置に、３次元センサ２０を配置することができる。さらに、探索領域を把握するためのマップ情報を効率的に更新することができる。従って、効率的に探索領域を計測することができる。

なお、本実施形態では、図４のフローチャートが示すように、ステップＳ１００６において３次元センサ２０が１回の計測（探索）をするごとに、ステップＳ１００７においてマップ取得部３０３がマップ情報を更新している。しかし、これに限らず、３次元センサ２０が複数回、局所探索または大域探索をするごとに、マップ取得部３０３がマップ情報を更新してもよい。

例えば、ステップＳ１００２またはステップＳ１００９において、制御部３０１は複数の計測位置を決定する。次に、複数の計測位置のそれぞれについて、ステップＳ１００４～Ｓ１００６のようなロボット１０の移動経路の決定、３次元センサ３０の移動および３次元センサ３０による計測が行われる。そして、３次元センサ３０による複数の計測位置での計測結果から、マップ取得部３０３がマップ情報の更新を行う。

なお、例えば、マップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１より大きい場合（ステップＳ１００３でＮＯである場合）には、複数回の局所探索が行われた後に、マップ取得部３０３がマップ情報を更新し、そうでない場合（ステップＳ１００３でＹＥＳである場合）には、１回の大域探索の後にマップ取得部３０３がマップ情報を更新してもよい。さらには、マップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１より大きい場合には、複数回の局所探索の後にマップ取得部３０３がマップ情報を更新し、そうでない場合には、１回の大域探索の後に複数回の局所探索が行われた後に、マップ取得部３０３がマップ情報を更新してもよい。

また、本実施形態では、マップ取得部３０３が１回マップ情報を更新するごとに、制御部３０１がマップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１以下か否かを判定している。しかし、複数回の更新ごとに、制御部３０１は、マップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１以下か否かを判定してもよい。例えば、３次元センサ２０が局所探索をする場合には、ステップＳ１００２，Ｓ１００４～Ｓ１００７の処理を複数回繰り返すことにより複数回マップ情報
が更新された後に、ステップＳ１００３において制御部３０１がマップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１以下か否かを判定してもよい。この場合には、ステップＳ１００３において、制御部３０１は、ステップＳ１００７において行う複数回のマップ情報の更新の更新量の代表値（平均値、中央値、または最頻値）が第１の閾値ＴＨ１以下か否かを判定してもよい。つまり、制御部３０１は、前回のステップＳ１００３の判定から、今回のステップＳ１００３の範囲までの間における複数回のマップ情報の更新量の代表値（平均値、中央値、または最頻値）が第１の閾値ＴＨ１以下か否かを判定してもよい。

なお、３次元センサ３０が有する照明により探索領域５０を照らしつつ、３次元センサ３０が有するカメラにより２次元画像を撮影することで、３次元センサ３０が探索領域５０の計測を行う場合がある。例えば、ＨＤＲ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）の画像は、異なる明るさ（露出）の複数枚の２次元画像が撮影されて、当該複数枚の２次元画像が合成されることで取得される。このような場合には、３次元センサ３０は、カメラの露光時間、カメラのゲイン、または照明の照度を変更して２次元画像の明るさを制御することで、１つの計測位置から（１つの計測範囲に対して）、複数回、明るさ（露出）の異なる２次元画像を撮影する。そして、複数回撮影された２次元画像に基づき得られた３次元情報から、マップ取得部３０３は、マップ情報を更新する。なお、３次元センサ３０におけるカメラの露光時間、カメラのゲイン、または照明の照度は、センサ制御部３０８によって制御される。

ここで、例えば、マップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１より大きい場合には、局所探索の計測位置において第１の明るさで撮像した２次元画像と第２の明るさ（第１の明るさよりも明るい明るさ）で撮像した２次元画像とを合成した画像に基づく３次元情報から、マップ取得部３０３がマップ情報を更新する。そうでない場合には、大域探索の計測位置において第１の明るさで撮像した２次元画像と第２の明るさで撮像した２次元画像とを合成した画像に基づく３次元情報から、マップ取得部３０３がマップ情報を更新する。

他にも、例えば、マップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１より大きい場合には、局所探索の計測位置において第１の明るさで撮像した２次元画像に基づく３次元情報から、マップ取得部３０３がマップ情報を更新し、さらに、当該計測位置において第１の明るさで撮像した２次元画像に基づく３次元情報から、マップ取得部３０３がマップ情報を更新してもよい。

また、本実施形態では、ステップＳ１００３において、制御部３０１は、マップ情報の更新量が第１の閾値ＴＨ１以下であるか否かに応じて、局所探索と大域探索とのいずれを行うかを判定する。しかし、制御部３０１が局所探索と大域探索とのいずれを行うかを判定する場合に、マップ情報の更新量に基づく必要はない。例えば、制御部３０１は、局所探索を行った直後には大域探索を行い、大域探索を行った直後には局所探索を行うように制御してもよい。つまり、制御部３０１は、局所探索と大域探索とを交互に行うように制御してもよい。さらには、制御部３０１は、局所探索を複数回行うごとに１回の大域探索を行うように制御してもよいし、複数回の大域探索を行うごとに複数回の局所探索を行うように制御してもよい。

［変形例１］
実施形態１では、探索システム１は、ステップＳ３００１やＳ４００２において決定した複数の候補範囲に含まれる未知ボクセルの数に基づき、３次元センサ２０が計測する範囲（計測範囲；候補範囲）を決定していた。本変形例では、未知ボクセルの数ではなく、計測（探索）の完了度合いを示すエントロピーに基づき、３次元センサ２０が計測する候補範囲を決定する探索システム１を説明する。

本変形例では、マップ情報は、各ボクセルについて物体の有無の信頼度（確率；可能性）を示す情報として、０～１のいずれかの値を示すスコアＰを有する。ここで、スコアＰが大きいほど、そのスコアＰを有するボクセルが物体ボクセルである可能性が高いことを示す。一方、スコアＰが小さいほど、そのスコアＰを有するボクセルが空ボクセルである可能性が高いことを示す。また、スコアＰは、０または１に近いほど物体の有無の信頼度が高く、０．５に近いほど物体の有無の信頼度が低い。

ここで、マップ取得部３０３は、スコアＰに応じて各ボクセルが、未知ボクセルと物体ボクセルと空ボクセルのいずれに該当するかを判定することもできる。例えば、スコアＰが０．３以下であれば、マップ取得部３０３は、そのスコアＰを有するボクセルが空ボクセルであると判定できる。また、スコアＰが０．３より大きく、かつ、０．７よりも小さい値であれば、マップ取得部３０３は、そのスコアＰを有するボクセルが未知ボクセルであると判定できる。スコアＰが０．７以上であれば、マップ取得部３０３は、そのスコアＰを有するボクセルが物体ボクセルであると判定できる。なお、上記の０．３や０．７といった閾値となる数値は、ユーザが任意に設定してよい。

そして、本変形例では、制御装置３０は、スコアＰに基づき、局所探索の位置決定の処理や大域探索の位置決定の処理を実行する。ここで、実施形態１とステップＳ３００２，Ｓ３００３，Ｓ４００３，Ｓ４００４の処理のみが異なるため、これらの処理のみを詳細に説明し、他の処理についての説明は省略する。

ステップＳ３００２およびステップＳ４００３において、位置決定部３０５は、スコアＰに基づき、複数の候補範囲のそれぞれのエントロピーを算出する。ここで、或る範囲のエントロピーは、当該範囲の計測が完了していないほど（物体の有無の信頼度が低いほど）、大きな値をとる。具体的には、ボクセルのエントロピーは、下記の式１によって算出することができる。つまり、ボクセルのエントロピーは、そのボクセルについてのスコアＰが０．５に近いほど、高い値をとる。そして、或る範囲のエントロピーは、当該範囲に含まれる全てのボクセルのエントロピーの総和または代表値（平均値、中央値、または最頻値）である。

エントロピー＝P log(P) - (1-P)log(1-P) ・・・式１

ステップＳ３００３およびＳ４００４において、位置決定部３０５は、複数の候補範囲のうちエントロピーが最も高い候補範囲を計測する位置（座標および姿勢）を計測位置として決定する。

本変形例によれば、各ボクセルにおける物体の有無の信頼度に応じて、局所探索および大域探索をするための計測位置を決定することができる。これにより、実施形態１よりも詳細な情報に基づき計測位置を決定できるため、より適切に計測位置を決定することができる。

［変形例２］
大域探索の計測位置を決定する処理において、制御装置３０は、複数の候補範囲それぞれを計測するための計測位置での移動のしやすさに基づき、３次元センサ２０を移動させる計測位置に対応する候補範囲（計測範囲）を決定してもよい。

具体的には、ステップＳ４００３において、位置決定部３０５は、未知ボクセルの数の算出に加えて、複数の候補範囲それぞれを計測するための計測位置に３次元センサ２０を配置した場合の、ロボット１０の移動しやすさを算出する。本変形例では、ロボット１０の移動しやすさ（動きやすさ）を示す指標として、可操作度Ｋを算出する。可操作度Ｋは
、より詳細には、或る姿勢からロボットアーム本体の手先の位置や姿勢をどの程度自由に操作できるのかを表す指標である。可操作度Ｋは、数値が大きいほど、その姿勢から動きやすいことを示す。ここで、ロボット１０の関節角度（ジョイント値）をｑとすると、下記の式２のように可操作度Ｋ（ｑ）が算出できる。なお、Ｊは、ヤコビ行列を示す。

そして、ステップＳ４００３において、位置決定部３０５は、複数の候補範囲のそれぞれについての未知ボクセルの数と可操作度Ｋとに基づき、３次元センサ２０を移動させる計測位置に対応する候補範囲を決定する。例えば、位置決定部３０５は、複数の候補範囲のうち未知ボクセルの数と可操作度Ｋとの積や和が一番大きい候補位置を、３次元センサ２０を移動させる計測位置に対応する候補範囲として決定する。

なお、ロボット１０の移動しやすさを表す指標であれば、上記の可操作度以外の指標を用いてもよい。例えば、ロボット１０におけるアームの関節の角度が最大値または最小値に近いほど（ロボット１０の姿勢が特異姿勢に近いほど）小さな値をとるような指標を、移動しやすさを表す指標として用いることができる。

このように、３次元センサ２０を移動させる計測位置に対応する候補範囲を決定することによれば、複数の計測位置の間をスムーズに３次元センサ２０を移動させることが可能になる。このため、短い時間でより多くの計測が可能になるので、より高速に探索領域５０全体の計測を完了させることができる。

（その他の実施形態）
なお、局所探索は局所的な範囲のマップ情報を生成（更新）するためのものであればよく、大域探索は大域的な範囲のマップ情報を生成（更新）するためのものであればよい。このため、例えば、局所探索では、或る範囲内で探索するのに対して、大域探索では、当該或る範囲よりも広い範囲で探索してもよい。また、局所探索では、物体が存在するか否かの信頼度に応じたエントロピーに基づく範囲を探索するのに対して、大域探索では、３次元センサを移動させるためのロボットの移動しやすさに基づく範囲を探索してもよい。また、局所探索では、３次元センサの視野範囲における３次元センサと物体領域との間に存在する未知領域の数に基づく範囲を探索するのに対して、大域探索では、３次元センサの視野範囲における未知領域の数に基づく範囲を探索してもよい。

なお、実施形態に記載された事項のみによって特許請求の範囲の記載の解釈が限定されるものではない。特許請求の範囲の記載の解釈には、出願時の技術常識を考慮した、発明の課題が解決できることを当業者が認識できるように記載された範囲も含む。

（付記１）
３次元センサ（２０）を有するロボット（１０）の制御装置（３０）であって、
探索領域（５０）に対する前記３次元センサ（２０）の計測範囲を移動するように前記ロボット（１０）を制御する動作制御手段（３０７）と、
前記３次元センサ（２０）による計測結果に基づいて、前記探索領域（５０）における各点の探索状況を示すマップ情報を更新するマップ取得手段（３０３）と、
を有し
前記動作制御手段（３０７）は、前記探索領域（５０）内の局所的な範囲のマップ情報を更新するように前記３次元センサ（２０）の計測範囲を移動させる第１の探索処理と、前記第１の探索処理で更新を行っていた前記局所的な範囲とは異なる範囲のマップ情報を
更新するために、前記局所的な範囲から離れた位置に前記３次元センサ（２０）の計測範囲を移動させる第２の探索処理と、を実行する、
ことを特徴とする制御装置（３０）。

（付記２）
３次元センサ（２０）を有するロボット（１０）の制御方法であって、
探索領域（５０）に対する前記３次元センサ（２０）の計測範囲を移動するように前記ロボット（１０）を制御する動作制御ステップ（Ｓ１００５）と、
前記３次元センサ（２０）による計測の結果に基づいて、前記探索領域（５０）における各点の探索状況を示すマップ情報を更新するマップ取得ステップ（Ｓ１００７）と、
を有し、
前記動作制御ステップ（Ｓ１００５）では、前記探索領域（５０）内の局所的な範囲のマップ情報を更新するように前記３次元センサ（２０）の計測範囲を移動させる第１の探索処理と、前記第１の探索処理で更新を行っていた前記局所的な範囲とは異なる範囲のマップ情報を更新するために、前記局所的な範囲から離れた位置に前記３次元センサ（２０）の計測範囲を移動させる第２の探索処理と、を実行する、
ことを特徴とする制御方法。

１：探索システム、１０：ロボット、２０：３次元センサ、３０：制御装置、
４０：制御サーバ、５０：探索領域、６０：ネットワーク
３０１：制御部、３０２：記憶部、３０３：マップ取得部、３０４：領域判定部、
３０５：位置決定部、３０６：経路生成部、３０７：動作制御部、
３０８：センサ制御部

Claims (18)

1. ３次元センサを有するロボットの制御装置であって、
   探索領域に対する前記３次元センサの計測範囲を移動するように前記ロボットを制御する動作制御手段と、
   前記３次元センサによる計測結果に基づいて、前記探索領域における各点の探索状況を示すマップ情報を更新するマップ取得手段と、
   を有し、
   前記動作制御手段は、前記探索領域内の局所的な範囲のマップ情報を更新するように前記３次元センサの計測範囲を移動させる第１の探索処理と、前記第１の探索処理で更新を行っていた前記局所的な範囲とは異なる範囲のマップ情報を更新するために、前記局所的な範囲から離れた位置に前記３次元センサの計測範囲を移動させる第２の探索処理と、を実行する、
   ことを特徴とする制御装置。
2. 前記動作制御手段は、前記第１の探索処理では、直前の計測範囲と重なりを有する範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させることと、物体が存在するか否かの信頼度に応じたエントロピーに基づき前記３次元センサの計測範囲を移動させること、前記３次元センサの視野範囲における前記３次元センサと物体領域との間に存在する未知領域の数に基づき前記３次元センサの計測範囲を移動させること、の少なくともいずれかを実行し、
   前記物体領域とは、物体が存在すると判定された領域であり、
   前記未知領域とは、物体が存在するか否かが判定されていない領域である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、直前の計測範囲と重ならない範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させること、前記３次元センサの視野範囲における未知領域の数に基づき前記３次元センサの計測範囲を移動させること、前記３次元センサを移動させるための前記ロボットの移動しやすさに基づき前記３次元センサの計測範囲を移動させること、の少なくともいずれかを実行し、
   前記未知領域とは、物体が存在するか否かが判定されていない領域である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記動作制御手段は、
   前記第１の探索処理では、直前の計測範囲と重なりを有する範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させ、
   前記第２の探索処理では、前記直前の計測範囲と重ならない範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させる、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記マップ情報は、前記探索状況として、各点に対応する領域が、物体が存在するか否かが判定された既知領域と、物体が存在するか否かが判定されていない未知領域とのいずれであるかを少なくとも示す、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記動作制御手段は、前記マップ取得手段による前記マップ情報の更新量が閾値よりも大きい場合には前記第１の探索処理を実行し、前記更新量が閾値以下である場合には前記第２の探索処理を実行し、
   前記更新量は、未知領域が既知領域に更新される数である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
7. 前記動作制御手段は、前記第１の探索処理では、直前の計測範囲とそれぞれが重なりを有する複数の範囲のうち未知領域を最も多く含む範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させる、
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の制御装置。
8. 前記マップ情報は、各点に対応する領域に物体が存在するか否かの信頼度の情報を含み、
   前記動作制御手段は、前記第１の探索処理では、直前の計測範囲とそれぞれが重なりを有する複数の範囲のうちエントロピーの代表値が最も高い範囲に前記３次元センサの計測範囲を移動させ、
   前記エントロピーは、前記信頼度の値が０．５に近いほど高い、
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の制御装置。
9. 前記代表値は、平均値または中央値または最頻値である、
   ことを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
10. 前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、複数の候補位置それぞれでの前記３次元センサの視野範囲における未知領域の数に基づき、前記３次元センサの計測範囲を移動させる、
    ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の制御装置。
11. 前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、前記複数の候補位置それぞれでの前記３次元センサの視野範囲のうち未知領域を最も多く含む範囲に、前記３次元センサの計測範囲を移動させる、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の制御装置。
12. 前記マップ情報は、既知領域として、物体が存在すると判定された物体領域と、物体が存在しないと判定された空領域とのいずれかを示し、
    前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、前記複数の候補位置それぞれでの前記３次元センサの視野範囲のうち、前記３次元センサと物体領域との間に未知領域を最も多く含む範囲に、前記３次元センサの計測範囲を移動させる、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の制御装置。
13. 前記動作制御手段は、前記第２の探索処理では、さらに、前記３次元センサを移動させるための前記ロボットの移動しやすさに基づき、前記３次元センサの計測範囲を移動させる、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の制御装置。
14. 前記マップ取得手段は、前記探索領域の各点に対応する領域ごとに３次元センサが計測した結果に基づき、初期情報としての前記マップ情報を取得する、
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の制御装置。
15. 前記マップ取得手段は、前記探索領域のうち互いに重複しない複数の範囲を前記３次元センサが計測した結果に基づき、初期情報としての前記マップ情報を取得する、
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の制御装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の制御装置と、
    探索領域を計測する３次元センサと、
    を有することを特徴とするロボット。
17. ３次元センサを有するロボットの制御方法であって、
    探索領域に対する前記３次元センサの計測範囲を移動するように前記ロボットを制御する動作制御ステップと、
    前記３次元センサによる計測結果に基づいて、前記探索領域における各点の探索状況を示すマップ情報を更新するマップ取得ステップと、
    を有し
    前記動作制御ステップでは、前記探索領域内の局所的な範囲のマップ情報を更新するように前記３次元センサの計測範囲を移動させる第１の探索処理と、前記第１の探索処理で更新を行っていた前記局所的な範囲とは異なる範囲のマップ情報を更新するために、前記局所的な範囲から離れた位置に前記３次元センサの計測範囲を移動させる第２の探索処理と、を実行する、
    ことを特徴とする制御方法。
18. 請求項１７に記載の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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