JP4067567B2 - 移動水陸路輸送のための複数の無名の固定参照物体の位置を決定する方法およびその位置を決定する装置 - Google Patents

Description

技術分野：
本発明は、移動水陸路輸送ユニットのための複数の無名の（anonymous）固定参照物体の位置を決定する方法および装置に関する。
水陸路における制御ループに従ってビークルＡＧＶを自動制御する従来の技術は、室内の固定参照点をサーチするなどのより複雑な制御システムによって次第に置き換えられつつある。参照点の位置を知り、これらの物体に対する複数の角度を測定することによって、ＡＧＶの位置は決定され、ＡＧＶを所定の位置に制御するために用いられ得る。米国特許第４、８１１、２２８号より、固定反射物体が配置されているエリアをサーチする回転レーザが公知であり、ＡＧＶと異なる物体との間の複数の角度を測定することによって、ＡＧＶの位置が決定され得る。
新しいＡＧＶシステムを設置するとき、固定参照物体の位置が決定されなければならない。現在まで、これは、参照物体の位置を測定し、これらの位置をＡＧＶシステムが設置されるエリアを示す座標内に入れることによって手動で高度に行われてきた。通常、座標系は、より正確には、乗り物ＡＧＶが移動しようとする水陸路に対して平行に延びる面を示す。これまで、位置の決定は、座標系の軸に対する参照物体の位置を物理的に測定し、その後、それらの座標を、計算された制御システムに入力することによって行われてきた。しかし、測定は時間がかかり、実際、実行するのは困難である。なぜなら、ＡＧＶシステムが設置される大抵の部屋は、格納棚、機械等の大きな物体をも収容するからである。
発明の要旨：
本発明の目的は、手動測定を無くすことである。
上記目的は、本発明による方法および装置によって成し遂げられ、その特徴は、添付の特許請求項１および４からそれぞれ明白となる。
図面の説明：
本発明を、下記の添付図面を参照して、実施形態の例示によって、以下により詳細に説明する。
図１は、ＡＧＶが設置される部屋の概略平面図を示す。
図２は、測定された時間−角度対の図を示す。
図３は、本発明の方法のフローチャートを示す。
付録：
付録Ａは、マルチリニア状態が連続時間および不連続時間の両方でどのように実現され得るかを示す。
好適な実施形態：
図１は、ＡＧＶシステムが設置された空間の概略平面図を示す。図示する例では、システムは、回転レーザビームの使用について記載している米国特許第4,811,228号に基づいており、例えば、水平方向に、および自動制御ビークルＡＧＶが移動するように意図される床に実質的に平行に広がる面をサーチし、このとき回転は、ほぼ垂直な軸回りに行われる。図示する例では、問題の部屋は、４つの壁２、３、４、５を有する正方形の部屋１として示されており、これらの壁には複数の無名の固定参照物体６〜１６が、レーザビームのサーチ領域内であるような高さに配置されている。実際には、参照物体は、物体とビームとが一致することがいつでも可能である程度までは垂直方向に延びる。発せられる信号が光、例えばレーザビームなどの電磁信号である、問題のシステムでは、参照物体は、入射ビームを反射してレーザユニットに戻すように配置される反射体組織であり、レーザユニットでビームは方位、すなわち選択された基準角度、例えばビークルの長軸に対する回転面内の角度についての情報と共に検出される。反射体組織は、好ましくは、入射ビームが入射方向と同じ方向に反射するようにされ、いわゆる逆反射体である。反射体組織は、任意に選択され得る固定位置に配置される。図示する簡略化されたケースでは、反射体は４つの面すなわち壁に沿って配置されているが、実際には、反射体は部屋内に不規則におよび任意に配置され得る。
実質的に同じ上述の装置が、最も簡単なケース、回転レーザを有するビークルでは、反射体の位置を決定するために使用され得る。参照番号１７は、測定点または紙面の垂線を示し、測定部屋１内で、例えばサーチビームがこの回りを回転する。本発明によれば、固定参照物体６〜１６の位置、および恐らくは面内での方向が、掃引サーチ信号によって面をサーチすることによって決定され、一方、戻されるエコー信号が、エコー信号の方位についての情報と共に検出される。検出は、部屋１内の測定点１７の移動中に行われ、これにより、原則的には部屋にわたって任意に配分される複数の別の測定点１８が得られる。実際には、これを実現する最も簡単方法は、測定を繰り返す間に、装置またはビークルを部屋中で移動または駆動させることによって行われ、「連続時間のマルチリニア制約」と呼ばれる方法を適用することにより、回転レーザ検出器を有するビークルが移動している間に測定を行うことが可能になる。
このようにして、連続的移動の最中に、時間的に固定された複数の角度あるいは方位を得ることができる。これらの時間−角度対を、図２に示すように示すことができる。図において、各座標点（ｔ，α）は測定された角度αならびに時刻ｔに対応する。ギャップは、例えば測定すべき時刻において障害物が視線方向にある場合の時刻を示している。規則的なパターンを形成しない小さい点は、疑似反射を表している。
本発明はさらに、測定された角度材料の分析を記述し、結果として、全ての反射器組織の座標が決定される。これを得るために、以下の工程を行う：
Ａ．読み取り値と無名の物体との自動的対応付け：
まず、同じ無名の反射器組織に対して測定された角度を識別する。これは、依然の角度測定値を外挿補間し、続く角度測定値のうちのどれがこの外挿補間値によく合致するかを決定することによって解決される。また、これにより反射器が一時的にレーザビームから隠れたとしても正しい識別がなされる。結果として、角度測定値のうちの一部が同一のものを表す部分集合として分けられ、その他の不正な測定値は選り分けられる。
Ｂ．反射器位置および位置の不確実度の計算：
反射器の位置の粗評価およびこれにともなう多大な不確実度から開始し、乗り物が移動して反射器に対する読み取り値がフロアのより大きな領域から得られるようになるにつれ、Newton-Raphson法などを用いた複雑な行列計算を含む「連続的３線制約（continuous trilinear constraint」法の適用により

の「INVARIANCY METHODS FOR POINTS, CURVES AND SURFACES IN COMPUTATIONAL VISION」、1996年５月30日、ISBN 91-628-2022-2、ISSN 0347-8475、ISRN LUTFD2/TFMA-96/1006-SE、ISRN LUTFD2/TFMA-96/5002-SEに記載）、位置の評価値は精錬され位置の不確実度は対応して減少する。上記文献を本出願において参考のために援用する。
これらの本質的に２つの工程は、その後、図３による外ループおよび内ループにおいて順に適用され得る。
図３のフローチャートはさらに、これらの上述した工程が、いかに適用されるかを示す。内ループにおいて、方位および時間値がソートされ、反射器に関連づけられる。ビークルに連続的に課される動きを考慮して、精密フィルタが用いられる。外ループは、十分に多くの測定および／または十分に多くの追加の反射器が追加されたときに行われる。まず、既知の反射器位置が精製され、その後これらの新しい値が、追加の反射器の位置と不確実度を計算する基礎となる。すべての反射器の位置が計算されて位置の不確実度が必要なレベルまで低下すると、反射器マップは完成し、測定が終了する。
問題の実施例において、反射器組織６〜１６は、限られたリフレクション領域を有し、その中において、検出値が得られ得る。検出値は、反射器組織９の方向を決定し、更にそれにより、受け取られた反射が、ある反射器組織から受け取られたか否かを決定するために用いられ得る。測定装置は、受け取られた反射とその方位とに関連する測定データを収集するコンピュータを含む。
本発明の上述した実施の形態を添付の図面を参照して詳細に述べてきたが、本発明は、特定の実施の形態に限定されるものではなく、添付の請求の範囲によって規定される範囲から逸脱することなく、異なる変更または改変が当業者によってなされ得るということが理解されるべきである。例えば、参照物体は、任意の環境の天然の物体であり得る。
さらに、各時間値に関して、例えば、マトリクス検出器（例えば、カメラ／フラッシュシステム）の補助を得て同時に複数の物体の方位を検出することにより、１を越える方位が登録され得る。
付録Ａ：
連続時間多重線形束縛条件を用いた相対運動量の計算
路程測定（odometry）またはその運動の事前知識（a priori knowledge）無しで、車両の相対運動量を計算することが可能である。相対運動量を、方位測定値（bearing measurements）のみから計算する。
方位測定値を同一のリフレクタ（reflector）に対応する複数のグループにグループ化したと仮定すると、方位（bearing）と、時間に対するその方位の初めの２つの導関数（derivatives）とを補間して、これを見つけることが可能である。等式（３．２３）（下記参照）は、車両の未知の相対運動量をともなうこれらの測定された量に関する。この等式中、ｕ⁽⁰⁾は、方位の方向を示す単位ベクトルであり、ｕ⁽¹⁾およびｕ⁽²⁾は、この方向（方位）の時間に対する一次および二次導関数を表す。アルゴリズム３．４．１（下記参照）を用いて、速度ベクトル（ｖ１、ｖ２）および車両の加速度ベクトル（ａ１、ａ２）、ならびに車両の角速度（ｒ１）を計算することが可能である。これらの未知のパラメータを計算するためには、少なくとも５つの異なるリフレクタに対する方位が必要である。これらの運動パラメータが画像測定値（image measurements）のみから得られることに留意されたい。路程測定あるいはリフレクタ位置のいずれも不要である。実際に、この方法を用いて、方位測定値のみから路程測定データを得ている。
従来の推測航法（dead-reckoning）を利用して、車両の角速度および位置速度を用いて車両の運動量を計算する。車両の相対運動量が分かった後、三角分割（triangulation）を利用してリフレクタの座標を計算する。２つの異なる位置からのリフレタに対する測定された方位を用いて、リフレクタの座標を見つける。
較正連続三線形式（calibrated continuous trilinear form）
時間に依存する較正カメラ座標ｐ（ｔ）＝（Ｒ（ｔ） ｃ（ｔ））を考える。Ｐ（０）＝（Ｉ ０）となる物体座標系を選択する。回転座標Ｒ（ｔ）およびベクトルｃ（ｔ）のテイラー展開を

とする。テイラー展開ｕ（ｔ）＝ｕ⁽⁰⁾＋ｔｕ⁽¹⁾＋ｕ⁽²⁾Ｒ⁽²⁾＋ｏ（ｔ³）の全ての画像点ｕ（ｔ）について以下の連続較正三線束縛条件が成立しなければならない。

Ｒは回転座標なので、その第１の導関数の形式は、

であり、テイター展開の第２の部分の形式は、

である。
第２の部分に対する第４欄のｒ₂を引くことによって、束縛条件がＲ⁽²⁾を含まないことが分かる。次に、束縛条件をもう少し詳細に調べる。および

のように変数を導入する。
行列式（determinant）の形式は、

である。但し、

である。ｗ＝（ｖ₁ ｖ₂ ａ₁ ａ₂）およびｘ＝（１ ｒ₁）^Tを導入する。これらを見つけるための２つの暫定的なアルゴリズムを試した。
アルゴリズム３．４．１． １．回転速度ｒ₁の大凡の見当をつけることが可能かもしれない。これは、通常は、かなり低い。
２．全ての画像方向ｕⁱ（ｔ）について、対応Ｔ行列を計算する。ここではＴⁱと記述する。ベクトルｗは、各ベクトルＴⁱｚに対して直交しているはずである。ｒ₁が与えられれば、座標の左側零空間としてｗを見つけることができる。

上記座標の特異値分解によってベクトルｗを見つける。
３．同様に、ｗが大凡分かった後、ｚを、

の右側零空間として見つけることができる。
４．ステップ２および３を繰り返し、処理が収束することを願う。
上記のアイディアは、実験的にしか試されていないが、これまでのところ成功している。さらなる研究が必要である。
アルゴリズム３．４．２． 別のアプローチは、

を、
の右側零空間として推定して、さらなる束縛条件

を課す。すると、特異値分解によって運動パラメータ（ｒ₁、ｖ₁、ｖ₂、ａ₁、ａ₂）を見つけることができる。

Claims (2)

1. １つ以上の反射手段（６−１６）形状の複数の無名の固定参照物体の位置を決定する方法であって、該１つ以上の反射手段（６−１６）は、自動ガイド車両をガイドし、該１つ以上の反射手段に対して、レーザビームを用いて該車両をナビゲートし、該レーザビームは、該車両が移動している輸送表面に対して実質的に平行な面において回転し、
   該方法は、
   該車両上で該レーザビームを回転させるステップと、
   該車両上の測定点（１８）から該１つ以上の無名の固定反射手段のうちの１つ以上への方向を基準として、該車両が連続的に移動している間、時間的に順次、該１つ以上の反射手段のうちの１つからの反射を検出することによって、複数の方位を検出するステップと、
   時刻とともに該複数の方位を格納するステップであって、該時刻において該複数の方位のそれぞれが有効である、ステップと、
   該複数の格納された方位と該複数の格納された方位のそれぞれが有効である格納された時刻とを用いることによって、該複数の方位を識別するステップであって、該複数の方位のそれぞれは、該１つ以上の反射手段（６−１６）のうちの１つに関連付けられている、ステップと、
   該識別された複数の方位に基づいて、該１つ以上の反射手段の位置を計算するとともに該１つ以上の反射手段のそれぞれの計算された位置の不確実度を計算するステップと、
   該車両が該輸送表面上を移動するにつれて、該１つ以上の反射手段のそれぞれの計算された位置について計算された不確実度を減少させるステップと
   を包含する、方法。
2. １つ以上の反射手段（６−１６）形状の複数の無名の固定参照物体の位置を決定する装置であって、該１つ以上の反射手段（６−１６）は、自動ガイド車両のためであり、かつ、該１つ以上の反射手段に対する該車両のナビゲーションのためであり、該車両は、レーザビームを有するレーザ走査手段を備えており、該レーザビームは、該車両が移動している輸送表面に対して実質的に平行な面において回転可能であり、
   該装置は、
   該車両上の測定点（１８）から該１つ以上の無名の固定反射手段のうちの１つ以上への方向を基準として、該車両が連続的に移動している間、時間的に順次、該１つ以上の反射手段のうちの１つからの反射を検出することによって、複数の方位を検出する手段と、
   時刻とともに該複数の方位を格納する手段であって、該時刻において該複数の方位のそれぞれが有効である、手段と、
   該複数の格納された方位と該複数の格納された方位のそれぞれが有効である格納された時刻とを用いることによって、該複数の方位を識別する手段であって、該複数の方位のそれぞれは、該１つ以上の反射手段（６−１６）のうちの１つに関連付けられている、手段と、
   該識別された複数の方位に基づいて、該１つ以上の反射手段の位置を計算するとともに該１つ以上の反射手段のそれぞれの計算された位置の不確実度を計算する手段と、
   該車両が該輸送表面上を移動するにつれて、該１つ以上の反射手段のそれぞれを追跡し、該車両が該輸送表面上を移動するにつれて、該１つ以上の反射手段のそれぞれの計算された位置について計算された不確実度を減少させる計算手段と
   を含む、装置。

Images