JP2022185185A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】目的地に向かって移動するロボットにおいて、分割地図情報の切り換え時の現在位置を推定するためにロボットを敢えて停止させて無駄な待ち時間が発生するのを抑制することができるロボットを提供する。【解決手段】２つの分割地図情報をメモリにローディングする分割地図情報ローディング手段と、メモリに記憶された分割地図情報を用いて目的地への走行経路を求めるナビゲーション手段と、現在位置から目的地へ移動する走行経路上のロボットが停止する状態となる所定数の停止個所までの移動時間と、次の分割地図情報を読み出して現在位置を推定するまでの地図切換時間とを求める時間推定手段と、所定数の停止個所までの移動時間と地図切換時間の関係性を判断して、現在の分割地図情報から次の分割地図情報に切り換える停止個所を決定する地図情報切換手段を備える。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は自律的に移動可能なロボットに係り、特に地図情報に基づいて自律的に移動するロボットに関する。

自律的に移動可能なロボットは、ロボットに搭載したセンサ類（カメラ等）を使用して周囲の環境情報を収集し、ロボットの現在位置、及び走行経路を推定して移動するように構成されている。

ロボットの現在位置を推定するには、一般的にＧＰＳ信号を使用することが多いが、建築物内で使用されるロボットでは、ＧＰＳ信号による検出精度が十分でない場合があり、正確な位置が推定できないという課題がある。このため、ロボットに搭載したセンサ類、例えば、カメラの撮像画像に撮像されている事物（撮像）と、地図に記憶されている事物（地図）とを比較（マッチング）し、これらの認識結果から現在位置を推定することが提案されている。

この現在位置の推定精度は、例えば、収集した周囲の画像情報の精度や量に依存する。収集した画像情報量が多い場合は、精度よく現在位置を推定できるが、これに合わせて比較される地図情報も多く必要となる。特に、建築物内において使用される案内用のロボットにおいては、複数の階床に跨ってエレベーターを利用して移動するため、多くの地図情報が必要である。

したがって、ハードディスク装置のような外部記憶装置から、現在位置を推定するための地図情報を転送して一時的に記憶するために、ロボットの制御装置には大容量のメモリ（ＲＡＭ）が必要になる。また、多くの地図情報を取り扱うための処理時間が必要となる。このため、ロボットの走行制御に支障が生じてロボットを運営、管理する上で好ましいものではない。

このような課題に対して、例えば、特開２０１７－２１５７０号公報（特許文献１）には、次のことが示されている。外部記憶装置には複数に分割された分割地図情報が格納されており、この外部記憶装置から、２つ以上の階床の分割地図情報を１つにまとめて形成した複数階床地図情報を読み込んでメインメモリ（例えば、ＲＡＭ）に書き込んでいる。そして、走行経路生成部によって、メインメモリに記憶されている複数階床地図情報を参照して、予め設定された目的地までのロボットの走行経路が生成されている。

これによって、ロボットが他の階床に移動するとしても、外部記憶装置から多くの地図情報の読み込みを行わなくて済み、しかも分割された地図情報であるので、メインメモリへの書き込み（ローディング）に伴う待ち時間の発生も抑制することができる。これにより、ロボットを他の階床に円滑に移動することができる。

特開２０１７－２１５７０号公報

このようなロボットにおいては、走行経路を求めるために、演算手段（ＣＰＵ）は、メインメモリから分割地図情報を読み出し、この読み出された分割地図情報を参照して現在位置の推定演算を実行している。そして、ロボットが走行するにつれて、現在の分割地図情報に代えて新たな分割地図情報に切り換えて、再び切り換えられた分割地図情報を読み出し、読み出された地図情報を参照して現在位置の推定演算を逐次実行している。

ところで、メインメモリから分割地図情報を読み出して現在位置を推定するまでには所定の時間（以下、地図切換時間と称することもある）を必要とする。このため、ロボットの走行に合わせて、この分割地図情報を切り換え、再読み出しを実行して現在位置を推定する地図切換時間の間は、安全性を確保するためにロボットを走行させず、ロボットを停止して分割地図情報を参照して現在位置を推定する必要がある。尚、地図情報が多いほど、この停止時間は長くなる傾向にある。

このように、ロボットの走行に合わせて現在位置を推定するために、分割地図情報を切り換えて参照する場合は、走行中のロボットを敢えて停止するため、無駄な待ち時間が発生する。更には、ロボットに必ずしも多くの地図情報を記憶できる容量のメモリが搭載されているとは限らなく、また、メインメモリのメモリ容量をできるだけ少なくしたいという要請もある。

本発明の主たる目的は、目的地に向かって移動するロボットにおいて、分割地図情報の切り換え時に、現在位置を推定するために走行中のロボットを敢えて停止させることによる無駄な待ち時間が発生するのを抑制することができるロボットを提供することにある。

本発明の特徴は、
制御手段によって求められた複数の階床に跨った目的地にエレベーターを利用して移動する場合において、制御手段は、
ロボットが搭乗階エレベーター乗り場に向かって移動する前に、少なくとも、搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報と目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報をメモリにローディングする昇降エリア地図情報ローディング手段と、
メモリに記憶された搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報と目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報を用いて、現在位置から目的地への走行経路を求めるナビゲーション手段と、
搭乗階エレベーター乗り場から目的階エレベーター乗り場へ移動する走行経路における、ロボットが意図的に停止する状態となる所定の停止個所までの移動時間を推定する移動時間推定手段と、
搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報から目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報に切り換えるときの、目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報を読み出して現在位置を推定するまでの地図切換時間を求める地図切換時間推定手段と、
移動時間と地図切換時間の関係性を判断して、搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報から目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報に切り換える停止個所を決定する地図情報切換手段を備える
ところにある。

本発明によれば、目的地に向かって移動するロボットにおいて、分割地図情報の切り換え時に走行中のロボットを敢えて停止させないので、分割地図情報を参照して現在位置を推定するための無駄な待ち時間が発生するのを抑制することができる。

本発明が適用されるロボットの構成を示す構成図である。 本発明の実施形態になる分割地図情報の切り換え処理手順の前半を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態になる分割地図情報の切り換え処理手順の後半を説明するフローチャートである。 図２Ｂの切り換え処理Ａの切り換え処理手順を説明するフローチャートである。 図２Ｂの切り換え処理Ｂの切り換え処理手順を説明するフローチャートである。 図２Ｂの切り換え処理Ｃの切り換え処理手順を説明するフローチャートである。 地図サイズと地図切換時間の関係を説明する説明図である。 搭乗階のエレベーター前に到着し、目的階のエレベーターから降車するまでの動作を説明する説明図である。 エレベーター乗り場の間口の検出処理を説明する説明図である。 間口の検出結果を説明する説明図である。 本発明の実施形態の動作を説明する説明図である。

本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１は、本発明が適用される自律的に移動可能なロボット１０の構成を示している。このロボット１０は、４個の車輪の少なくとも２個の駆動車輪１１を駆動し、残りの２個の操舵車輪１２で進行方向を決める構成である。

ロボット１０に設けられた信号受付部１３は、外部からの種々の信号（センサ信号等）を受け付けするものであり、この信号受付部２は、例えば、世界絶対座標で現在位置を推定するＧＰＳ信号が入力されている。また、この信号受付部１３は、外部サーバから、地図情報を受信する機能を備える場合もある。

更に、信号受付部２は、ＧＰＳ信号よりも精度よく現在位置を推定するＲＴＫ－ＧＰＳ信号が入力されていても良い。また、準天頂衛星からの信号、既知の位置に固定された無線ビーコンからの信号、車輪エンコーダやＩＭＵやジャイロ等の相対座標で位置を推定するセンサからの信号、走行環境における事物の形状、大きさ、高さなどの形状情報の信号が入力されていても良い。要は、信号受付部２の入力は、最終的にロボット１０の現在位置の推定、制御、認知に利用できれば、特に限定されない。

センサ１４は、例えばスチルカメラ、又はビデオカメラである。また、カメラ１４は単眼カメラまたは複眼カメラでもよい。また、カメラ１４はライダーのようなレーザセンサでも良い。要は、最終的に、走行経路での事物の形状（柱、壁面、什器等）の情報を抽出できれば、特に限定されない。以下では、センサ１４は、カメラとして説明する。

カメラ１４ａは、例えば、ロボット１０の前方に設置されており、カメラ１４ａの撮影方向は、ロボット１０の前方である。このため、カメラ１４ａは、例えば、ロボット１０の前方の遠景の撮像画像を取得できる。他のカメラ１４ｂ…カメラ１４ｎは、カメラ１４ａと異なる位置に設置され、カメラ１４ａと異なる方向の撮影方向、または撮影領域を撮像する。センサ１４ｂは、例えば、ロボット１０の後方で下方に向けて設置されていても良く、更には、カメラ１４ｂは、ロボット１０の後方の近景の撮像画像を取得するもので良い。ここで、撮像画像は画像情報としての機能を備えている。

そして、カメラ１４が単眼カメラの場合、床面が平らであれば、画像上のピクセル位置と実際の地上位置関係（ｘ、ｙ）が一定になるため、カメラ１４から特徴点までの距離を幾何学的に計算できる。また、床面が平らでない場合、画像上での特徴点の時系列での移動量とロボット１０の移動量に基づいて、特徴点までの距離を推定できる。

また、カメラ１４がステレオカメラの場合、画像上の特徴点までの距離を正確に幾何学的に計測できる。また、レーザセンサの場合、より正確で遠方の形状情報を取得できる。以下の説明では、カメラやレーザを採用した事例について説明するが、周囲の事物への距離を算出できれば、これ以外のカメラ（広角レンズを有するカメラ、またはＴＯＦカメラなど）も使用できる。

また、カメラ１４ａ・・・カメラ１４ｎが、或る時刻で取得する事物は、それぞれ互いに異なるもので良い。例えば、カメラ１４ａは、ロボット１０の前方の遠景の撮像画像報を取得するもので、この場合、遠景の撮像画像は、立体形状の事物、または位置推定のためのランドマーク等の特徴が抽出されるようにしても良い。また、カメラ１４ｂは、ロボット１０の周辺の床面等の近景情報を取得するようにしても良い。

また、カメラ１４ａ・・・カメラ１４ｎは、雨や日差しなどの環境外乱の影響を受けないような条件で、ロボット１０に設置されても良い。例えば、カメラ１４ａは、ロボット１０の前方で前向きに設置されるのに対して、カメラ１４ｂはロボット１０の後方で後ろ向き、または下向きに設置されても良い。

これにより、例えば、降雨時にカメラ１４ａのレンズに雨滴が付着した場合でも、進行方向の逆向き、または下向きのカメラ１４ｂのレンズには雨滴が付着しにくい。このため、カメラ１４ａが取得した撮像画像が雨滴の影響で不鮮明であっても、カメラ１４ｂが取得した撮像画像報は雨滴の影響を受け難い。或は、日差しの影響でカメラ１４ａの撮像画像が不鮮明であっても、カメラ１４ｂが取得した撮像画像は鮮明である。

また、カメラ１４ａ、カメラ１４ｂ…カメラ１４ｎの撮像画像は、互いに異なる取得条件（絞り値、ホワイトバランス、周期等）で取得してもよい。例えば、明るい場所用にパラメータを調整したカメラと、暗い場所用にパラメータを調整したカメラとを搭載することで、撮影空間の明暗によらず良好な撮像画像を得ることができる。

制御部ＣＵは、制御処理部１５、揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７、表示制御部１８等を備えている。また、制御部ＣＵには、外部記憶装置１６から地図情報が送られており、外部記憶装置１６は、ハードディスク装置や、フラッシュメモリが使用されている。

カメラ１４ａ、カメラ１４ｂ…カメラ１４ｎは、制御部ＣＵを構成する制御処理部１５から撮像画像の取得開始の指令を受けたとき、又は一定の時間間隔で撮像画像を取得する。取得された撮像画像のデータ、及び取得時刻等は、揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７に格納される。更に、揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７には、地図を描画したり、現在位置を推定するための地図情報が、外部記憶装置１６から書き込まれる。

また、カメラ１４ａ、カメラ１４ｂ…カメラ１４ｎによって取得された撮像画像を用いて、異なる制御タスクを実行してもよい。例えば、カメラ１４ａとカメラ１４ｂで取得した撮像画像の情報に基づいてロボット１０の位置推定を行い、カメラ１４ｃとカメラ１４ｄで障害物検知を行い、最終的に、夫々のカメラ１４ａ、カメラ１４ｂ…カメラ１４ｎから得られた撮像画像の情報に基づいて、制御処理部１５によるロボット１０の制御ができれば良い。

また、制御処理部１５のＣＰＵがシングルスレッドでしか処理できない場合、夫々のカメラ１４ａ、カメラ１４ｂ…カメラ１４ｎから得られた情報を、カメラ１４ａ、カメラ１４ｂ…カメラ１４ｎの順番で処理する。一方、制御処理部１５のＣＰＵがマルチスレッドで処理できる場合は、カメラ１４ａ、カメラ１４ｂ…カメラ１４ｎから得られた情報を同時に処理することができる。

また、制御処理部１５は、信号受付部２やカメラ１４で取得した情報を処理してロボット１０の位置、及び移動量を算出する。例えば、制御処理部１５は、カメラ１４が時系列に取得した撮像画像に基づいて、ロボット１０の移動量を算出し、過去のロボット１０の位置に、移動量を加算してロボット１０の現在位置を推定する。制御処理部１５は、時系列に取得した情報の各情報で特徴部分を抽出しても良い。

制御処理部１５は、更に次以降の撮像画像で同じ特徴部分を抽出する。そして、特徴部分のトラッキングによりロボット１０の移動量を算出することができる。また、制御処理部１５は、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）手法や、ＳＦＭ（Structure from Motion）手法を用いて、ロボット１０の走行経路上の事物の形状を算出することができる。

また、制御処理部１５は、ＩＣＰ（Iterative Closest Point）手法を用いて、カメラ１４で取得された撮像画像と事前に作られた走行経路上の事物の形状情報と比較するマップマッチングを行い、ロボット１０の現在位置を推定することができる。また、制御処理部１５は、外部記憶装置１６から得られた情報を処理する。更に、制御処理部１５は、算出された位置、及び移動量に応じた表示を行ってもよく、またはロボット１０の制御に関する信号を出力しても良い。

更に制御処理部１５は、例えば、ロボット１０の走行中にカメラ１４が取得した撮像画像を処理して、障害物を検知することができ、また、例えば、ロボット１０の走行中に、カメラ１４が取得した撮像画像を処理して、事前に定められたランドマークを認識することができる。

また、制御処理部１４は、外部記憶装置１６に蓄積された地図情報を、信号受付部１３を介して受信し、受信した地図情報を揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７にローディングして記憶させる。ローディングされる地図情報は、外部記憶装置１６の側で、予め分割された分割地図情報であるが、場合によっては、ロボット１０の側で所定の容量に分割して分割地図情報を生成することもできる。

また、制御処理部１５は、情報処理の結果に基づいて、ロボット１０に対して移動速度に関する指令を出力する。例えば、制御処理部１５は、撮像画像内の事物の解像度、撮像画像内の特徴のうちの外れ値の数、または情報処理の種類（手法）等に応じて、ロボット１０の移動速度を増加させる指令、或いは減少させる指令、或いは維持させる指令を出力することができる。

揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７は、ロボット１０の主記憶装置（メインメモリ）であり、これ以外のストレージなどの補助記憶装置を含んでいても良い。そして、制御処理部１５は、揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７に格納された種々の情報、及び取得時刻等に基づいて、様々な情報処理を行う。この情報処理では、例えば、中間情報が作成されて揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７に保存される。中間情報は、制御処理部１５による処理の他、他の処理による判断や処理に利用されても良い。

表示制御部１８は、ロボット１０の状態情報や、次に実行する制御動作を表示する制御を実行する。表示制御部１８は、例えば、カメラ１４で得られた情報を表示する。また、制御処理部１５の処理結果や、制御処理部１５の指令を表示することができ、例えば、ロボット１０が次に移動する目的地や目的階を表示することができる。また、カメラ１４で認識した周囲の障害物を表示することができる。また、表示制御部１８は、ローディングされた地図を表示することができる。

バスライン１９は、ＩＥＢＵＳ（Inter Equipment Bus）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）やＣＡＮ（Controller Area Network）などで構成されている。

外部記憶装置１６は、ロボット１０が走行する走行経路上の事物等の空間情報を含む地図情報を蓄積している。外部記憶装置１６の地図情報は、例えば、制御処理部１５に備えられたナビゲーション手段によって走行されるロボット１０の走行経路上にある事物（壁、柱、看板、照明、テーブル、椅子等）の形状や位置である。外部記憶装置１６は、外部サーバに設けられていても良い。この場合は、無線通信によって地図情報を送ることができる。

尚、外部記憶装置１６の夫々の地図情報は、数式で表現されていても良い。例えば、線情報を複数点で構成せず、線の傾きと切片のみで表現することもできる。また、外部記憶装置１６の地図情報を区別せずに、点群で表してもよい。点群は３Ｄ（ｘ、ｙ、ｚ）、４Ｄ（ｘ、ｙ、ｚ、色）等で表現しても良い。最終的に、ロボット１０の現在位置からカメラ等によって走行経路上の空間情報を検出し、ローディングされた地図情報とマップマッチングができれば、外部記憶装置１６の地図情報の表現形態は限定されないものである。

そして、外部記憶部１６は、制御処理部１５から地図情報の取得開始の指令を受け付けたとき、外部記憶部１６に蓄積された地図情報の内、必要とされる分割地図情報をロボット１０の揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７に転送（ローディング）する。

ここで、外部記憶装置１６がロボット１０に搭載されていない外部サーバのような場合は、信号受付部２でロボット１０と外部サーバの記憶装置を接続する。ロボット１０と外部サーバの記憶装置の接続は、例えば、無線通信によって、ＬＡＮ（Local Area Network）や、ＷＡＮ（Wide Area Network）で実行される。尚、外部記憶装置１６がロボット１０に搭載されている場合、地図情報はバスライン１９を介して送受信される。また、外部記憶装置１６の地図情報は、事前に分割した分割地図情報で構成されている。

外部記憶装置１６は、制御処理部１５からローディング指令を受けたとき、外部記憶装置１６に蓄積されたロボット１０の走行経路上の分割地図情報を揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７に送信する。また、外部記憶装置１６は、地図情報として事前に分割された分割地図情報、または分割地図情報の一部を送信することもできる。

そして、制御処理部１５は、揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７にローディングされた現在の分割地図情報を、走行経路の適切な所定の停止個所で、次の分割地図情報に切り替える機能を備えている。例えば、ロボット１０が走行経路を走行する場合において、ロボットが移動しないで意図的に停止する停止個所を求め、このロボットが移動しない停止時間を利用して、分割地図情報を切り換えるようにすれば、ロボットの走行に影響を与えないで、分割地図情報を切り換えることができる。停止個所は、特に指定しないが、乗りかごが階床間で移動する場合は、搭乗階の乗場、乗りかご内、目的階の乗場が該当する。

次に、制御処理部１５による分割地図情報の切り換えに関する処理フローを、図２に基づいて説明する。尚、ロボット１０は、制御処理部１５に備えられたナビゲーション手段によって、走行経路上を移動する構成とされている。

ここで、特にロボット１０が異なった階床に異動する場合の地図の切り換えが重要であるので、本実施形態ではこの点に重きを置いて説明する。尚、以下に説明する処理フローは、プログラムで実行される機能、或いは手段として捉えることができる。

≪ステップＳ１０≫（目的地設定手段）
ステップＳ１０においては、ロボット１０が異なった階床に移動する場合の目的地を設定する。制御処理部１５は、信号受信部１３から受信した信号に基づいて、目的地を設定することができる。例えば、ユーザが形態端末を用いてロボット１０を呼び出したときや、ロボット１０を特定の目的地に移動させたいとき、目的地をロボット１０へ送信することで、目的地を設定することができる。

そして、ユーザによって送信された目的地を信号受信部１３が受信すると、制御処理部１５は、目的地を揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７に一時的に記憶させ、次に揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７にアクセスして記憶された目的地を設定する。目的地の設定が完了するとステップＳ１１に移行する。

尚、本実施例において、制御処理部１５では、カメラ１４で得られた走行経路上の空間情報（地図情報）に基づいて、ロボット１０の走行が管理される。例えば、ロボット１０の走行経路上で事物等の障害物が出現すると、制御処理部１５が、カメラ１４からの撮像画像によって障害物を認識し、この障害物を回避する。

≪ステップＳ１１≫（位置推定手段）
ステップＳ１１においては、カメラで撮像された撮像画像から、現在のロボット１０の位置を推定する。ロボット１０は、現時点で搭乗階の階床のある位置に存在している。そして、この位置推定は先に述べたように、撮像された撮像画像とロボットが存在する分割地図情報とをマップマッチングすることによって実行することができる。この現在位置の推定を完了すると、ステップＳ１２に移行する。

マップマッチングは、撮像した事物と地図情報として記憶された事物との一致度を判定し、所定の一致度に達すると、その事物の位置を現在位置として推定するものである。

≪ステップＳ１２≫（昇降エリア地図情報ローディング手段）
ステップＳ１２においては、搭乗階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報を外部記装置１６からローディングする。ここで、搭乗階のエレベーター乗り場付近においては、ロボット１０は乗り場付近にいる乗客や、障害物を避けるために、一時的に停止する頻度が高いので、この搭乗階のエレベーター乗り場付近は、所定の停止個所として予め設定されている。また、乗降口の前もロボット１０が乗りかごの到着に待機するので、所定の停止個所として予め設定されている。

搭乗階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報のローディングは、制御処理部１５の指令によって、外部記憶装置１６から搭乗階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報が送信され、揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７に一時的に記憶される。搭乗階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報のローディングが完了するとステップＳ１３に移行する。

≪ステップＳ１３≫（昇降エリア地図情報ローディング手段）
ステップＳ１３においては、目的階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報を外部記憶装置１６からローディングする。ここでも、目的階のエレベーター乗り場付近においては、ロボット１０は乗り場付近にいる乗客や、障害物を避けるために、一時的に停止する頻度が高いので、この目的階のエレベーター乗り場付近は、所定の停止個所として予め設定されている。

目的階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報のローディングは、制御処理部１５の指令によって、外部記憶装置１６から目的階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報が送信され、揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７に一時的に記憶される。目的階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報のローディングが完了するとステップＳ１４に移行する。

尚、搭乗階から目的階に移動するためには、エレベーターの乗りかごに搭乗して移動するが、この乗りかごに搭乗している状態も、所定の停止位置として設定されている。

≪ステップＳ１４≫（ナビゲーション手段）
ステップＳ１４においては、ロボット１０の走行計画（経路探索）の立案を実行する。この走行計画は、ステップＳ１０で設定された目的地とステップＳ１１で推定された現在位置とから、ロボット１０を走行させる走行経路を求めるものである。経路探索は、代表的にはダイクストラ法があるが、これに限らず他の経路探索アルゴリズムを用いることもできる。走行計画が完了すると、ステップＳ１５に移行する。

≪ステップＳ１５≫（移動時間（待ち時間）推定手段）
ステップＳ１５においては、ロボット１０の搭乗階の乗り場でのエレベーターの乗りかごの待ち時間（ＴＷ）を推定する。この場合は、エレベーターの管理制御置から取り寄せた乗りかごの運行状況から、ロボット１０が搭乗階の乗り場で待機する待ち時間（ＴＷ）を求めることができる。エレベーターの管理制御装置からの乗りかごの運行状況は、無線によって送信される。また、これとは別に、過去の待ち時間から統計的な手法を用いてエレベーターの乗りかごの待ち時間（ＴＷ）を推定することができる。

搭乗階の乗り場でのエレベーターの乗りかごの待ち時間（ＴＷ）を推定するとステップＳ１６に移行する。

≪ステップＳ１６≫（移動時間（搭乗時間）推定手段）
ステップＳ１６においては、搭乗階から目的階へ移動する時の乗りかごに搭乗している移動時間（ＴＭ）を推定する。この移動時間は予め決めることができ、基本的には搭乗階から目的階への階数差によって決められている。したがって、階数差が多いほど移動時間は長くなる。ただ、途中階で乗りかごが停車する場合もあるので、これを考慮した移動時間とするのが好ましい。この場合も統計的な手法で移動時間を求めることができる。

搭乗階から目的階へ移動する時の乗りかごの移動時間（ＴＭ）を推定すると、ステップＳ１８に移行する。

≪ステップＳ１７≫（地図切換時間推定手段）
ステップＳ１７においては、分割地図情報の地図切換時間（Ｔｎ）を推定する。この地図切換時間は、制御処理部１５が、揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７に既にローディングされている分割地図情報を参照して現在位置を推定するまでの時間である。

つまり、現在の分割地図情報（本実施例では、搭乗階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報）から次の分割地図情報（本実施例では、目的階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報）に切り換えるときの、次の分割地図情報を読み出して現在位置を推定するまでの時間を意味している。

図４に、分割地図情報と地図切換時間の関係を示している。図４において、横軸は分割地図の情報量である地図のサイズ、縦軸は地図切換時間を示している。そして、サイズ/時間特性線（Ｆ）は、分割地図のサイズと地図切換時間の関係を表している。理解を助けるために、サイズ/時間特性線（Ｆ）を線形で示しているが、サイズ/時間特性線（Ｆ）は、曲線の特性線や多項式で表される特性線で表現される場合もある。

このサイズ/時間特性線（Ｆ）は、分割地図のサイズと、制御処理部１５がその分割地図の情報を参照して現在位置を推定するまでの時間に基づいて、実験的に特性線を求めることができる。また、制御処理部１５の演算速度や、バスライン１９の送信速度に基づいて、理論的に求めることもできる。

要は、切り換える分割地図から現在位置を推定するまでの時間を予測できれば良いものである。図４において、分割地図のサイズ（Ｓｎ）は、特定の分割地図のサイズであり、地図切換時間（Ｔｎ）は、分割地図のサイズ（Ｓｎ）をサイズ/時間特性線（Ｆ）に代入したときの出力である。したがって、揮発性メモリ（ＲＡＭ）１７から参照される分割地図のサイズがわかれば、地図切換時間（Ｔｎ）を推定することができる。

尚、演算によらず、地図切換時間と分割地図のサイズとを記憶したテーブルから読み出すこともできる。分割地図情報の地図切換時間（Ｔｎ）を推定すると、ステップＳ１８に移行する。

≪ステップＳ１８≫（地図情報切換手段）
ステップＳ１８においては、ステップＳ１７で推定した地図切換時間（Ｔｎ）と、ステップＳ１５で推定した待ち時間（ＴＷ）の時間的な関係性を判断する。つまり、待ち時間（ＴＷ）に対して、地図切換時間（Ｔｎ）が時間的に長いか否を判断している。

そして、地図切換時間（Ｔｎ）が長いと判断されると、現在地を出発して搭乗階で待機している間に、目的階の乗り場付近の分割地図情報を参照して現在位置を推定するすることができないと見做してステップＳ１に移行する。

一方、地図切換時間（Ｔｎ）が短いと判断されると、現在地を出発して搭乗階で待機している間に、目的階の乗り場付近の分割地図情報を参照して現在位置を推定することができると見做してステップＳ２２に移行する。

≪ステップＳ１９≫（地図情報切換手段）
ステップＳ１９においては、ステップＳ１８で推定した地図切換時間（Ｔｎ）と、ステップＳ１６で推定した乗りかごによる移動時間（ＴＭ）の時間的な関係性を判断する。つまり、乗りかごの移動時間（ＴＭ）に対して、地図切換時間（Ｔｎ）が時間的に長いか否を判断している。

そして、地図切換時間（Ｔｎ）が長いと判断されると、乗りかごに搭乗している間に、目的階の乗り場付近の分割地図情報を参照して現在位置を推定することができないと見做してステップＳ２０に移行する。

一方、地図切換時間（Ｔｎ）が短いと判断されると、乗りかごに搭乗している間に、目的階の乗り場付近の分割地図情報を参照して現在位置を推定することができると見做してステップＳ２０に移行する。

≪ステップＳ２０≫（地図情報切換手段）
ステップＳ２０においては、後述する「処理Ａ」を実行する。「処理Ａ」は、目的階に到着して目的階の乗り場付近の分割地図情報を参照して現在位置を推定するものである。「処理Ａ」を実行すると、エンドに抜ける。

≪ステップＳ２１≫（地図情報切換手段）
ステップＳ２１においては、後述する「処理Ｂ」を実行する。「処理Ｂ」は、乗りかごに搭乗している間に目的階の乗り場付近の分割地図情報を参照して現在位置を推定するものである。「処理Ｂ」を実行すると、エンドに抜ける。

≪ステップＳ２２≫（地図情報切換手段）
ステップＳ２２においては、ステップＳ１７で推定した地図切換時間（Ｔｎ）と、ステップＳ１６で推定した乗りかごによる移動時間（ＴＭ）の時間的な関係性を判断する。つまり、乗りかごの移動時間（ＴＭ）に対して、地図切換時間（Ｔｎ）が時間的に長いか否を判断している。

そして、地図切換時間（Ｔｎ）が長いと判断されると、乗りかごに搭乗している間に、目的階の乗り場付近の分割地図情報を参照して現在位置を推定することができないと見做してステップＳ２３に移行する。

一方、地図切換時間（Ｔｎ）が短いと判断されると、乗りかごに搭乗している間、或いは搭乗階の乗り場で、目的階の乗り場付近の分割地図情報を参照して現在位置を推定することができると見做してステップＳ２４に移行する。

≪ステップＳ２３≫（地図情報切換手段）
ステップＳ２３においては、後述する「処理Ｃ」を実行する。「処理Ｃ」は、搭乗階の乗り場で、目的階の乗り場付近の分割地図情報を参照して現在位置を推定するものである。「処理Ｃ」を実行すると、エンドに抜ける。

≪ステップＳ２４≫（地図情報切換手段）
ステップＳ２４においては、後述する「処理Ｂ」、或いは「処理Ｃ」を実行する。「処理Ｂ」、「処理Ｃ」は、上述した通りである。「処理Ｂ」、或いは「処理Ｃ」を実行すると、エンドに抜ける。

以上の「処理Ａ」～「処理Ｃ」を実行する前の制御ステップは、ロボット１０が走行を始める前の前処理である。次に「処理Ａ」～「処理Ｃ」の具体的な処理について説明する。「処理Ａ」は図３Ａに示し、「処理Ｂ」は図３Ｂに示し、「処理Ｃ」は図３Ｃに示している。

［処理Ａ］について（目的階の乗り場で分割地図情報を切り換える）；
≪ステップＳ３０≫
ステップＳ３０においては、ロボット１０が位置する搭乗階の階床分割地図情報にしたがって、搭乗階の乗り場付近に移動を開始する。このロボット１０の移動はステップＳ１４で設定した走行計画に沿っている。ロボット１０は、走行しながら自身の現在位置を推定しながら移動する。この状態でステップS３１に移行する。

≪ステップＳ３１≫
ステップＳ３１においては、走行経路に沿って現在位置を推定しながらロボット１０は移動し、搭乗階の乗り場付近に到着したか否かを判断している。そして、搭乗階の乗り場付近に到着したと判断すると、この搭乗階のエレベーター乗り場付近は、所定の停止個所として設定されているので、ロボット１０は、一時的に停止する。ロボットが停止するとステップＳ３２に移行する。

≪ステップＳ３２≫
ステップＳ３２においては、搭乗階の階床分割地図情報から、搭乗階の乗り場付近の分割地図情報に切り換える処理を実行する。この処理は、現在の搭乗階の階床分割地図情報から、次の搭乗階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報に切り換えるものである。

この切り換えに際して、ロボット１０が走行中ではなく、搭乗階の乗り場付近に到着して意図的に一時停止されるので、上述した地図切換時間が発生したとしても、待ち時間とはならない。そして、地図の切り換えが完了するとステップＳ３３に移行する。

≪ステップＳ３３≫
ステップＳ３３においては、切り換えた搭乗階の乗り場付近の分割地図情報に基づいて、現在位置を推定しながらエレベーターの前の乗降口に向けて移動を開始する。ロボット１０が移動を開始すると、ステップＳ３４に移行する。

≪ステップＳ３４≫
ステップＳ３４においては、切り換えた搭乗階の乗り場付近の分割地図情報に基づいて、現在位置を推定しながらエレベーターの乗降口の前に到着したか否の判断を行う。乗降口の前に到着したと判断されると、ステップＳ３５に移行する。

≪ステップＳ３５≫
ステップＳ３５においては、到着した乗りかごに搭乗し、目的階に向けて出発する。尚、この時に乗降口の間口幅が狭く、ステップ３４の位置推定で得られた位置誤差が大きい場合、ロボット１０がエレベーターの乗りかごに入れない場合が生じる。

この場合は、カメラ１４でエレベーターの乗降口の開閉ドアの間口を検出し、相対位置を算出しながらエレベーターの乗りかごに乗り込むことができる。このエレベーターの乗降口の開閉ドアの間口検出処理の詳細は後述する。目的階に到着すると、ステップＳ３６に移行する。

≪ステップＳ３６≫
ステップＳ３６においては、目的階の乗降口から目的階の乗り場に降車する。ここで、目的階の乗り場付近は、所定の停止個所として設定されているので、ロボット１０は、一時的に停止される。ロボットが停止するとステップＳ３７に移行する。

≪ステップＳ３７≫
ステップＳ３７においては、階層間の地図情報の切り換えを実行する。この処理は、現在の搭乗階の乗り場付近の分割地図情報から、次の目的階の乗り場付近の分割地図情報に切り換える処理を実行する。この切り換えに際して、ロボット１０が走行中ではなく、目的階の乗り場で降車して意図的に一時停止されるので、上述した地図切換時間が発生したとしても、待ち時間とはならない。そして、分割地図情報の切り換えが完了するとステップＳ３８に移行する。

尚、この地図情報の切り換えに際して、エレベーターの乗りかごを降車して直ぐにカメラ１４の情報に基づいて安全な停止場所を見つけて、分割地図情報の切替を実施する。安全な停止場所は、例えば、乗客等の走行の妨げにならないエレベータホールの壁部付近がある。また、安全な停止場所は、夫々のエレベータホールの事前に定められた特定の場所であっても良い。

≪ステップＳ３８≫
ステップＳ３８においては、切り換えた目的階の乗り場付近の分割地図情報に基づいて、現在位置を推定しながら目的地に向けて移動を開始する。ロボット１０が移動を開始すると、エンドに抜ける。

［処理Ｂ］について（乗りかごで分割地図情報を切り換える）；
この「処理Ｂ」は、ステップＳ３７の階層間の地図の切り換えを、ステップＳ３５とステップＳ３６の間の、乗りかごの移動中に実行するものである。この乗りかごに搭乗している状態では、ロボットは意図的に停止されて移動しないので、所定の停止位置として設定されている。尚、具体的な処理内容は「処理Ａ」と同様なので、説明は省略する。

［処理Ｃ］について（搭乗階の乗降口の前で分割地図情報を切り換える）；
この「処理Ｃ」は、ステップＳ３７の階層間の地図の切り換えを、ステップＳ３４とステップＳ３５の間の、搭乗階の乗降口の前で実行するものである。乗降口の前は、ロボット１０が意図的に停止されて乗りかごの到着に待機するので、所定の停止個所として設定されている。尚、具体的な処理内容は「処理Ａ」と同様なので、説明は省略する。

次に、上述した処理フローにおける搭乗階から目的階に異動する場合のロボット１０の挙動について補足的に説明する。

図５において、搭乗階のエレベーター乗り場付近（ＥＨ１）は、ロボット１０がエレベーターの乗りかごに搭乗するエリアである。便宜的に搭乗階のエレベーター乗り場付近（ＥＨ１）を建築物の1階とする。エレベーターの乗りかご２０は、ロボット１０が搭乗階から目的階へ移動するための乗りかごである。目的階のエレベーター乗り場付近（ＥＨｎ）は、ロボット１０が目的とする目的階のエレベーター乗り場付近である。目的階のエレベーター乗り場付近（ＥＨｎ）を建築物のｎ階とする。ここで、本実施形態ではエレベーター乗り場付近とは、エレベータホールを意味している。

そして、ロボット１０が、搭乗階のエレベーター乗り場付近（ＥＨ1）に存在し、乗客２１が、目的階のエレベーター乗り場付近（ＥＨｎ）に存在している。分割地図情報（Ｍ１）、（Ｍ２）…（Ｍｎ）は、建築物の異なる階床の夫々の分割地図情報である。

ここで、制御処理部１５の指令で、ロボット１０が1階からｎ階へ移動する場合を考える。ステップＳ１２において、ロボット１０が搭乗階のエレベーター乗り場付近（ＥＨ１）の分割地図情報（Ｍ１）をローディングし、ステップＳ１３において、目的階のエレベーター乗り場付近（ＥＨｎ）の分割地図情報（Ｍｎ）をローディングする。

そして、ロボット１０が搭乗階のエレベーター乗り場付近の分割地図情報（Ｍ１）を参照しながら、エレベーターの乗りかご２０の前へ移動する。次に目的階とするｎ階の分割地図情報（Ｍｎ）に切り換える。

この分割地図情報の切り換えのタイミングは、ロボット１０が現在位置から１階のエレベーター乗り場付近（ＥＨ１）で乗りかごの到着に待機する時間（ＴＧ＋ＴＷ）と、ロボット１０がエレベーターの乗りかごに搭乗して１階からｎ階へ移動する移動時間（ＴＭ）と、図４に示された地図切換時間（Ｔｎ）によって決められる。

これは、図２Ｂに示した通りであり、ロボット１０は、搭乗階のエレベーター乗り場で乗りかごを待機して停止している状態、乗りかごに搭乗して停止している状態、及び目的階のエレベーター乗り場で乗りかごから降車して停止している状態で、搭乗階のエレベーター乗り場付近（ＥＨ１）の分割地図情報（Ｍ１）から目的階のエレベーター乗り場付近（ＥＨｎ）の分割地図情報（Ｍｎ）に切り換えられる。

次に、ステップＳ３５で実行される間口検出処理について説明する。ロボット１０は、常に所定の時間間隔で位置推定（ステップＳ１１）を実行するが、走行環境や障害物の影響で、位置推定の誤差が大きくなる場合がある。特に、エレベーターの乗降口の間口幅が狭く、乗降口の位置が精度よく推定できない場合は、ロボット１０がエレベーターの乗降口を通れない恐れが出てくる。このため、間口検出処理が必要となってくる。

図６、及び図７においては、エレベータホールに乗りかご２０が到着して乗降口の開閉ドア２２が開かれている状態を示している。そして、ロボット１０は、カメラ１４によって、乗降口を視野角（θ）で撮像している。

ステップＳ１１で推定したロボット１０の位置誤差が大きい場合、開閉ドア２２の狭い間口を通ることができない。そこで、カメラ１４を用いて、ロボット１０を左右回転させながら、開閉ドア２２を含む周囲の事物への距離を計測する。

図７は、ロボット１０が左右回転した後のカメラ１４で得られた周囲の事物への距離を示している。そしてコーナー部Ｃｎは、開閉ドア２２の左側、及び右側のコーナーである。コーナー部Ｃｎは、事物（ここでは、開閉ドア２２と乗りかご２０を抽出して示している）までの距離の変化を算出して求められたエッジ部分である。

また、このデータを画像にして、ＨＣＤ（Harris Corner Detection）手法を用いてコーナー部Ｃｎを算出する。要は最終的に、コーナー部Ｃｎが求められれば良い。そして、ロボット１０は、検出されたコーナー部Ｃｎの相対位置を参考にしながら、エレベーターの乗りかご２０に搭乗し、更には目的階で降車する。

ステップＳ１１で推定したロボット１０の位置誤差が大きい場合、図７の処理を行いながら、エレベーターの乗りかご２０に搭乗、及び降車するが、位置誤差が小さい場合、ステップＳ１１で推定した位置のみでエレベーターの乗りかご２０に搭乗、及び降車することができる。

位置推定の誤差の判断は、例えば、カメラ１４で行ったＳＬＡＭ手法での誤差楕円に基づいて判断することができる。そして、ロボット１０がエレベーターの乗りかご２０に搭乗、及び降車するときの誤差楕円が、事前に予め定められた閾値を超えた場合は、間口検出処理を行うようにしても良い。また、カメラ１４で行ったＩＣＰ手法のマッチングができた点数やスコア（最も近い点への距離）で判断しても良い。

尚、間口検出処理に必要なロボット１０の回転角は、例えば、ステップＳ１１で推定したロボット１０の位置誤差と視野角（θ）に基づいて算出することができる。

次に、搭乗階から目的階に異動する場合のロボット１０の挙動と分割地図情報の流れにつて説明する。図８では、1階の現在地から６階の目的地に移動する場合を示している。

図８において、ロボット１０は1階の階床（ＦＬ１）を走行しており、この場合は階床分割地図情報（Ｍ１Ｆ）を参照して走行し、１階のエレベーターホール（ＥＨ１）に到着すると、１階のエレベーターホール（ＥＨ１）の分割地図情報（Ｍ１Ｈ）を参照して、エレベーターの乗降口に移動する。

そして、乗りかごに搭乗して６階のエレベーターホール（ＥＨ６）に到着すると、６階のエレベーターホール（ＥＨ６）の分割地図情報（Ｍ６Ｈ）を参照して走行し、更に、６階の階床分割地図情報（Ｍ６Ｆ）を参照して目的地に向かうものである。

このロボットの挙動に合わせて、図２Ｂ、図３Ａ～図３Ｃに示す処理ステップを実行しながら、位置推定の演算のために使用する分割地図情報を切り換えて参照しながら目的地に移動する。

尚、６階のエレベーターホール（ＥＨ６）に乗客２１がいる場合は、ロボット１９０は一時停止し、カメラ１４の撮像画像を用いて乗客２１がいなくなったことを確認した後に、安全な場所へ移動してエレベーターホール（ＥＨ６）の分割地図情報（Ｍ６Ｈ）に切り換えることもできる。

以上述べた通り、本発明においては、制御手段によって求められた複数の階床に跨った目的地にエレベーターの乗りかごを利用して移動する場合において、ロボットが搭乗階エレベーター乗り場に向かって移動する前に、少なくとも、搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報と目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報をメモリにローディングする昇降エリア地図情報ローディング手段と、メモリに記憶された搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報と目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報を用いて、現在位置から目的地への走行経路を求めるナビゲーション手段と、搭乗階エレベーター乗り場から目的階エレベーター乗り場へ移動する走行経路における、ロボットが意図的に停止する状態となる所定の停止個所までの移動時間を推定する移動時間推定手段と、搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報から目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報に切り換えるときの、目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報を読み出して現在位置を推定するまでの地図切換時間を求める地図切換時間推定手段と、移動時間と地図切換時間の関係性を判断して、搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報から目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報に切り換える停止個所を決定する地図情報切換手段を備える、ところにある。

本発明によれば、目的地に向かって移動するロボットにおいて、分割地図情報の切り換え時に走行中のロボットを敢えて停止させないので、現在位置を推定するための無駄な待ち時間が発生するのを抑制することができる。

尚、本発明は上記したいくつかの実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１０…ロボット、１１…駆動輪、１２…操舵輪、１３…信号受付部、１４…カメラ、１５…制御処理部、１６…外部記憶装置、１７…揮発性メモリ（ＲＡＭ）、１８…表示制御部、１９…バスライン、２０…乗りかご。

Claims (5)

1. 制御手段によって求められた複数の階床に跨った目的位置にエレベーターの乗りかごを利用して移動するロボットにおいて、
   前記制御手段は、
   前記ロボットが搭乗階エレベーター乗り場に向かって移動する前に、少なくとも、搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報と目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報をメモリにローディングする昇降エリア地図情報ローディング手段と、
   前記メモリに記憶された前記搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報と前記目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報を用いて、現在位置から目的位置への走行経路を求めるナビゲーション手段と、
   前記搭乗階エレベーター乗り場から目的階エレベーター乗り場へ移動する走行経路における、前記ロボットが意図的に停止する状態となる所定の停止個所までのそれぞれの移動時間を推定する移動時間推定手段と、
   前記搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報から前記目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報に切り換えるときの、前記目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報を読み出して現在位置を推定するまでの地図切換時間を求める地図切換時間推定手段と、
   それぞれの前記移動時間と前記地図切換時間の関係性を判断して、前記搭乗階エレベーター乗り場付近分割地図情報から前記目的階エレベーター乗り場付近分割地図情報に切り換える所定の前記停止個所を決定する地図情報切換手段を備える
   ことを特徴とするロボット。
2. 請求項1に記載のロボットにおいて、
   所定の前記停止個所は、前記搭乗階エレベーター乗り場である
   ことを特徴とするロボット。
3. 請求項1に記載のロボットにおいて、
   所定の前記停止個所は、前記ロボットが搭乗している乗りかごである
   ことを特徴とするロボット。
4. 請求項1に記載のロボットにおいて、
   所定の前記停止個所は、前記目的階エレベーター乗り場である
   ことを特徴とするロボット。
5. 請求項1に記載のロボットにおいて、
   所定の前記停止個所は、少なくとも、前記搭乗階エレベーター乗り場、前記ロボットが搭乗している乗りかご、及び前記目的階エレベーター乗り場であり、
   夫々の前記移動時間は、少なくとも、前記搭乗階エレベーター乗り場での待ち時間（ＴＷ）、前記ロボットが搭乗している乗りかごの搭乗時間（ＴＭ）であり、
   前記地図情報切換手段は、
   前記地図切換時間（Ｔｎ）が、前記待ち時間（ＴＷ）より長く、且つ前記搭乗時間（ＴＭ）より長い場合は、前記目的階エレベーター乗り場で地図情報の切り換えを実行し、
   前記地図切換時間（Ｔｎ）が、前記待ち時間（ＴＷ）より長く、且つ前記搭乗時間（ＴＭ）より短い場合は、前記ロボットが搭乗している乗りかごで地図情報の切り換えを実行し、
   前記地図切換時間（Ｔｎ）が、前記待ち時間（ＴＷ）より短く、且つ前記搭乗時間（ＴＭ）より長い場合は、前記搭乗階エレベーター乗り場で地図情報の切り換えを実行し、
   前記地図切換時間（Ｔｎ）が、前記待ち時間（ＴＷ）より短く、且つ前記搭乗時間（ＴＭ）より短い場合は、前記ロボットが搭乗している乗りかご、或いは前記搭乗階エレベーター乗り場で地図情報の切り換えを実行する
   ことを特徴とするロボット。

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