JP4985420B2 - Floor surface detection system, mobile robot, and floor surface detection method - Google Patents

Floor surface detection system, mobile robot, and floor surface detection method Download PDF

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Description

本発明は床面検出システムに関し、特に移動ロボットに取り付けられた床面検出システムに関する。   The present invention relates to a floor detection system, and more particularly to a floor detection system attached to a mobile robot.

歩行や移動動作を行う移動ロボットは、床面状態が変化する場所においても安定した歩行や移動動作を行うために、床面の状態を検出する床面検出システムを備える場合がある(例えば、特許文献1、2、3、4参照)。特許文献1に記載された移動ロボットは、腰部に設けたセンサで床面を検知し、床面までの距離や床面形状の計測を常に安定的に行っている。また、特許文献2には、路面状況判別部と姿勢判別部により歩行路面状況と現在の姿勢とに基づいて歩容信号を生成して安定走行を行うロボットについて開示されている。さらに、特許文献3には、距離画像生成部により生成された距離画像に基づいて平面パラメータを検出し、これを用いて床面に載っている点を選択し、この点に基づき障害物を認識する技術が開示されている。また、特許文献4には、姿勢角速度の推定値と角速度センサによる姿勢角速度検出値との偏差に応じて決定した角速度センサのドリフト補正値により所定部位の姿勢角の推定値を求める技術が開示されている。   A mobile robot that performs walking and moving operations may include a floor surface detection system that detects a floor surface state in order to perform stable walking and moving operations even in places where the floor surface state changes (for example, patents). References 1, 2, 3, 4). The mobile robot described in Patent Document 1 detects the floor surface with a sensor provided at the waist, and always stably measures the distance to the floor surface and the floor surface shape. Further, Patent Document 2 discloses a robot that generates a gait signal based on a walking road surface condition and a current posture by a road surface state determination unit and a posture determination unit and performs stable running. Further, Patent Document 3 detects a plane parameter based on a distance image generated by a distance image generation unit, selects a point on the floor using this, and recognizes an obstacle based on this point. Techniques to do this are disclosed. Patent Document 4 discloses a technique for obtaining an estimated value of a posture angle of a predetermined part from a drift correction value of an angular velocity sensor determined according to a deviation between an estimated value of a posture angular velocity and a detected posture angular velocity value by an angular velocity sensor. ing.

移動ロボットにおいて、距離画像センサを用いて床面を検出するためには、床面から距離画像センサまでの高さと、距離画像センサの傾きに関する情報を取得する必要がある。ここで、移動ロボットは、移動中に姿勢角が変化するため、当該距離画像センサの傾きを得るために、姿勢角センサによって移動ロボットの姿勢角を測定している。そして、姿勢角センサによって測定されて得られた姿勢角データは、床面検出処理を実行する計算機に送信される。   In order to detect a floor surface using a distance image sensor in a mobile robot, it is necessary to acquire information about the height from the floor surface to the distance image sensor and the inclination of the distance image sensor. Here, since the posture angle of the mobile robot changes during movement, the posture angle of the mobile robot is measured by the posture angle sensor in order to obtain the inclination of the distance image sensor. Then, the posture angle data obtained by the measurement by the posture angle sensor is transmitted to a computer that executes the floor surface detection process.

特開2002−144278号公報JP 2002-144278 A 特開2006−255798号公報JP 2006-255798 A 特開2003−269937号公報JP 2003-269937 A 再公表特許公報WO2003/090981Republished Patent Publication WO2003 / 090981

しかしながら、姿勢角センサによって測定して得られた姿勢角データは、床面検出処理を行う計算機に送信される際に、通信遅れが発生する。そのため、計算機において床面検出処理する際に、現在の姿勢角データよりも前の姿勢角データを用いる場合が発生し、床検出の失敗を生じさせる場合がある。   However, when the attitude angle data obtained by measurement by the attitude angle sensor is transmitted to a computer that performs floor surface detection processing, a communication delay occurs. Therefore, when the floor surface detection process is performed in the computer, the posture angle data before the current posture angle data may be used, which may cause the floor detection to fail.

この点について、図2を用いてさらに詳細に説明する。図2には、模式的に、床面100上の移動ロボット1の状態を示している。移動ロボット1は、ロボット本体10の下部に車輪11を備え、さらに、その上方に距離画像センサ12及び姿勢角センサ13を備えている。図2(a)に示す、現在よりもt[ms]前の状態においては、例えば、姿勢角センサ13が傾き角x[deg]を検出しているものとする。また、図2(b)に示す、現在の状態においては、移動ロボット1の傾き角が0であるため、距離画像センサ12の取り付け角度θに対して当該傾き角の0を加算することによって得られる距離画像センサ12の傾き角(θ+0)に基づき床検出処理を実行すべきである。しかしながら、上述のような通信遅れの発生によって、図2(a)に示す、現在よりもt[ms]前の状態において検出した傾き角xを姿勢角センサ13の取り付け角度θに対して加算することによって得られる距離画像センサ12の傾き角(θ+x)に基づき床検出処理を実行してしまうので、床検出に失敗する。図2の画像120は、床検出に失敗した結果を示すものであり、斜線領域が床検出できた領域である。   This point will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2 schematically shows the state of the mobile robot 1 on the floor surface 100. The mobile robot 1 includes a wheel 11 at a lower portion of the robot body 10, and further includes a distance image sensor 12 and an attitude angle sensor 13 above the wheel 11. In the state shown in FIG. 2A before t [ms] from the present time, for example, it is assumed that the posture angle sensor 13 detects the tilt angle x [deg]. Further, in the current state shown in FIG. 2B, since the inclination angle of the mobile robot 1 is 0, it is obtained by adding 0 of the inclination angle to the attachment angle θ of the distance image sensor 12. The floor detection process should be executed based on the tilt angle (θ + 0) of the distance image sensor 12 to be obtained. However, due to the occurrence of the communication delay as described above, the inclination angle x detected in the state t [ms] before the current time shown in FIG. 2A is added to the attachment angle θ of the posture angle sensor 13. Since the floor detection process is executed based on the inclination angle (θ + x) of the distance image sensor 12 obtained by this, the floor detection fails. An image 120 in FIG. 2 shows a result of failure in floor detection, and a hatched area is an area where the floor can be detected.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、正確に床検出を行うことが可能な床面検出システム、移動ロボット及び床面検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a floor surface detection system, a mobile robot, and a floor surface detection method capable of accurately detecting a floor.

本発明にかかる床面検出システムは、移動ロボットに設けられ、当該移動ロボットが移動する床面を検出する床面検出システムであって、前記床面までの距離に応じた距離画像データを生成する距離画像センサと、前記移動ロボットの姿勢角データを生成する姿勢角センサと、前記距離画像センサにより生成された距離画像データと、前記姿勢角センサにより生成された姿勢角データに基づいて、床面に対する前記距離画像センサの角度を求めるデータ処理部とを備え、前記データ処理部は、前記姿勢角センサの検出した姿勢角データに基づいて複数のセンサ角度候補を設定するセンサ角度候補設定手段と、前記複数のセンサ角度候補のそれぞれについて前記距離画像データに基づいて床検出を行う床検出手段と、前記複数のセンサ角度候補のうち、最も多く床検出された候補を、当該床面に対する距離画像センサの角度として選択する候補選択手段とを有するものである。   A floor surface detection system according to the present invention is a floor surface detection system that is provided in a mobile robot and detects a floor surface on which the mobile robot moves, and generates distance image data corresponding to the distance to the floor surface. Based on the distance image sensor, the posture angle sensor that generates posture angle data of the mobile robot, the distance image data generated by the distance image sensor, and the posture angle data generated by the posture angle sensor, the floor surface A data processing unit for obtaining an angle of the distance image sensor with respect to the sensor angle candidate setting means for setting a plurality of sensor angle candidates based on posture angle data detected by the posture angle sensor; Floor detection means for performing floor detection based on the distance image data for each of the plurality of sensor angle candidates, and the plurality of sensor angle candidates Among them, the most floor detected candidate, and has a candidate selecting means for selecting as the angle of the distance image sensor with respect to the floor surface.

ここで、前記センサ角度候補設定手段は、前記姿勢角センサの検出した姿勢角データに基づいてセンサ基準角を設定するセンサ基準角設定手段と、前記センサ基準角設定手段により設定されたセンサ基準角より所定値だけ減算及び加算することによって複数のセンサ角度候補を算出するセンサ角度候補算出手段を有するものである。   Here, the sensor angle candidate setting means includes a sensor reference angle setting means for setting a sensor reference angle based on posture angle data detected by the posture angle sensor, and a sensor reference angle set by the sensor reference angle setting means. Further, the sensor angle candidate calculating means for calculating a plurality of sensor angle candidates by subtracting and adding a predetermined value.

また、前記床検出手段は、センサ角度候補について床面までの理想距離を計算する理想距離計算手段と、前記理想距離計算手段により計算された理想距離と、前記距離画像センサにより生成された距離画像データにおける床面までの距離の差分を求め、差分が閾値以下である場合に床面が検出されたものと判定する床面判定手段を有することが望ましい。   The floor detection means includes an ideal distance calculation means for calculating an ideal distance to the floor for sensor angle candidates, an ideal distance calculated by the ideal distance calculation means, and a distance image generated by the distance image sensor. It is desirable to have floor surface determination means that obtains a difference in distance to the floor surface in the data and determines that the floor surface has been detected when the difference is equal to or less than a threshold value.

本発明にかかる移動ロボットは、自身が移動する床面を検出する移動ロボットであって、前記床面までの距離に応じた距離画像データを生成する距離画像センサと、前記移動ロボットの姿勢角データを生成する姿勢角センサと、前記距離画像センサにより生成された距離画像データと、前記姿勢角センサにより生成された姿勢角データに基づいて、床面に対する前記距離画像センサの角度を求めるデータ処理部とを備え、前記データ処理部は、前記姿勢角センサの検出した姿勢角データに基づいて複数のセンサ角度候補を設定するセンサ角度候補設定手段と、前記複数のセンサ角度候補のそれぞれについて前記距離画像データに基づいて床検出を行う床検出手段と、前記複数のセンサ角度候補のうち、最も多く床検出された候補を、当該床面に対する距離画像センサの角度として選択する候補選択手段とを有するものである。   A mobile robot according to the present invention is a mobile robot that detects a floor surface on which the mobile robot moves, a distance image sensor that generates distance image data according to a distance to the floor surface, and attitude angle data of the mobile robot A data processing unit for obtaining an angle of the distance image sensor with respect to the floor surface based on the attitude angle sensor that generates the image, the distance image data generated by the distance image sensor, and the attitude angle data generated by the attitude angle sensor The data processing unit includes sensor angle candidate setting means for setting a plurality of sensor angle candidates based on posture angle data detected by the posture angle sensor, and the distance image for each of the plurality of sensor angle candidates. Floor detection means for performing floor detection based on the data, and the candidate with the most floor detection among the plurality of sensor angle candidates is the floor surface Those having a candidate selecting means for selecting as the angle of the range image sensor against.

ここで、前記センサ角度候補設定手段は、前記姿勢角センサの検出した姿勢角データに基づいてセンサ基準角を設定するセンサ基準角設定手段と、前記センサ基準角設定手段により設定されたセンサ基準角より所定値だけ減算及び加算することによって複数のセンサ角度候補を算出するセンサ角度候補算出手段を有するものである。   Here, the sensor angle candidate setting means includes a sensor reference angle setting means for setting a sensor reference angle based on posture angle data detected by the posture angle sensor, and a sensor reference angle set by the sensor reference angle setting means. Further, the sensor angle candidate calculating means for calculating a plurality of sensor angle candidates by subtracting and adding a predetermined value.

また、前記床検出手段は、センサ角度候補について床面までの理想距離を計算する理想距離計算手段と、前記理想距離計算手段により計算された理想距離と、前記距離画像センサにより生成された距離画像データにおける床面までの距離の差分を求め、差分が閾値以下である場合に床面が検出されたものと判定する床面判定手段を有することが望ましい。   The floor detection means includes an ideal distance calculation means for calculating an ideal distance to the floor for sensor angle candidates, an ideal distance calculated by the ideal distance calculation means, and a distance image generated by the distance image sensor. It is desirable to have floor surface determination means that obtains a difference in distance to the floor surface in the data and determines that the floor surface has been detected when the difference is equal to or less than a threshold value.

さらに、前記候補選択手段によって選択されたセンサ角度候補に対応した距離画像データに基づいて歩容データを生成することが好ましい。   Furthermore, it is preferable to generate gait data based on the distance image data corresponding to the sensor angle candidate selected by the candidate selecting means.

ここで、移動ロボットとしては、同軸二輪式の移動ロボットであってもよく、二足歩行型の移動ロボットであってもよい。   Here, the mobile robot may be a coaxial two-wheel mobile robot or a biped walking mobile robot.

本発明にかかる床面検出方法は、移動ロボットが移動する床面を検出する床面検出方法であって、姿勢角データに基づいて、複数の距離画像センサに関するセンサ角度候補を設定するステップと、複数のセンサ角度候補のそれぞれについて前記距離画像センサにより生成された距離画像データに基づいて床検出を行うステップと、前記複数のセンサ角度候補のうち、最も多く床検出された候補を、当該床面に対する距離画像センサの角度として選択するステップとを備えたものである。   A floor surface detection method according to the present invention is a floor surface detection method for detecting a floor surface on which a mobile robot moves, and sets sensor angle candidates for a plurality of distance image sensors based on posture angle data; Performing floor detection based on distance image data generated by the distance image sensor for each of a plurality of sensor angle candidates, and selecting a candidate with the most floor detection among the plurality of sensor angle candidates as the floor surface Selecting as an angle of the distance image sensor with respect to.

本発明によれば、正確に床検出を行うことが可能な床面検出システム及び移動ロボットを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the floor detection system and mobile robot which can perform a floor detection correctly can be provided.

まず、図1を用いて、本発明の実施の形態にかかる床面検出システムの概略構成について説明する。当該床面検出システムは、移動に伴って姿勢が変化する移動ロボット1に設けられている。本例に示す移動ロボット1は、自律移動式の同軸二輪型ロボットであるが、これに限らず、二足歩行型ロボット、四足歩行型ロボット等にも適用できる。さらに、人搭乗型ロボットに対しても適用可能である。当該移動ロボット1は、ロボット本体10に、図示しない駆動ユニットにより回転駆動される車輪11を備えている。移動ロボット1は、車輪11の回転軸を中心に前後方向に傾斜する。   First, a schematic configuration of a floor surface detection system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The floor surface detection system is provided in the mobile robot 1 whose posture changes with movement. The mobile robot 1 shown in this example is an autonomously moving coaxial two-wheeled robot, but is not limited to this, and can be applied to a biped walking robot, a quadruped walking robot, and the like. Furthermore, the present invention can be applied to a human boarding robot. The mobile robot 1 includes a robot body 10 that includes wheels 11 that are rotationally driven by a drive unit (not shown). The mobile robot 1 tilts in the front-rear direction around the rotation axis of the wheel 11.

移動ロボット1のロボット本体10には、距離画像センサ12が設けられている。距離画像センサ12は、例えば、TOF(Time Of Flight)方式のセンサである。ここで、TOF方式には、位相TOF方式と、パルスTOF方式とがある。位相TOF方式では、強度変調された測定光線を測定対象に照射して、対象物からの反射光を検出して、光電子変換を行い、変換された光電子を複数の蓄積手段のいずれかに時間的にずらして蓄積するようにしている。この方式によれば、測定対象が遠くにあればあるほど、複数の蓄積手段のうち時間的に後のタイミングで蓄積するようにした蓄積手段に、より多くの光電子が蓄積されることになる。つまり、測定対象までの距離に応じて、複数の蓄積手段のそれぞれに蓄積される光電子数の相対的な比率や差分が決定される。この比率や差分を求めることによって測定対象までの距離を求めることができる。パルスTOF方式は、パルス状の測定光線を測定対象物に照射して、測定対象物からの反射光と測定光線との位相差から距離を求める方式であって、測定光線を2次元的に走査し、各点で距離を測定して三次元の形状を測定するものである。   The robot body 10 of the mobile robot 1 is provided with a distance image sensor 12. The distance image sensor 12 is, for example, a TOF (Time Of Flight) type sensor. Here, the TOF method includes a phase TOF method and a pulse TOF method. In the phase TOF method, an intensity-modulated measurement light beam is irradiated onto a measurement object, reflected light from the object is detected, photoelectron conversion is performed, and the converted photoelectron is temporally transmitted to one of a plurality of storage means. It is trying to accumulate by shifting. According to this method, the farther the measurement target is, the more photoelectrons are stored in the storage means that is stored at a later timing in time among the plurality of storage means. That is, the relative ratio or difference of the number of photoelectrons stored in each of the plurality of storage units is determined according to the distance to the measurement target. The distance to the measurement object can be obtained by obtaining this ratio or difference. The pulse TOF method is a method for irradiating a measurement object with a pulsed measurement light beam and obtaining a distance from the phase difference between the reflected light from the measurement object and the measurement light beam, and scanning the measurement light beam two-dimensionally. Then, the distance is measured at each point to measure the three-dimensional shape.

距離画像センサ12は、ロボット本体10に対して、移動ロボット1の前方の床面を検出するように、傾斜して設けられている。本例では、ロボット本体10が床面に対して垂直に位置した状態において、その垂直方向(つまり、鉛直方向)に対する角度を取り付け角θ(deg)として表す。   The distance image sensor 12 is inclined with respect to the robot body 10 so as to detect the floor surface in front of the mobile robot 1. In this example, in the state where the robot body 10 is positioned perpendicular to the floor surface, an angle with respect to the vertical direction (that is, the vertical direction) is represented as an attachment angle θ (deg).

移動ロボット1のロボット本体10には、姿勢角センサ13が設けられている。姿勢角センサ13は、ロボット本体10、すなわち移動ロボット1の傾斜角を測定するセンサであり、例えば、ロボット本体10の角速度を検知するジャイロセンサと、鉛直方向を検知するための加速度センサによって構成される。   The robot body 10 of the mobile robot 1 is provided with a posture angle sensor 13. The attitude angle sensor 13 is a sensor that measures the tilt angle of the robot body 10, that is, the mobile robot 1. For example, the attitude angle sensor 13 is composed of a gyro sensor that detects the angular velocity of the robot body 10 and an acceleration sensor that detects the vertical direction. The

図3のブロック図に示されるように、距離画像センサ12によって測定され、生成された距離画像データと、姿勢角センサ13によって測定され、生成された姿勢角データは、データ処理部14に出力される。   As shown in the block diagram of FIG. 3, the distance image data measured and generated by the distance image sensor 12 and the posture angle data measured and generated by the posture angle sensor 13 are output to the data processing unit 14. The

データ処理部14は、ROM、RAMに格納された制御プログラムや制御パラメータ、さらには距離画像センサ12より入力した距離画像データや姿勢角センサ13より入力した姿勢角データに基づいて、移動ロボット1の全体動作及び処理を実現するための制御を行うCPUを備えている。本例にかかるデータ処理部14は、距離画像センサ12より入力した距離画像データに加えて、姿勢角センサ13によって検出された姿勢角データに基づいて床面検出処理を実行する。   The data processing unit 14 is based on the control program and control parameters stored in the ROM and RAM, as well as the distance image data input from the distance image sensor 12 and the posture angle data input from the posture angle sensor 13. A CPU that performs control for realizing the overall operation and processing is provided. The data processing unit 14 according to this example executes floor surface detection processing based on the posture angle data detected by the posture angle sensor 13 in addition to the distance image data input from the distance image sensor 12.

続いて、本実施の形態にかかる床面検出システムにおける床面検出処理について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。   Next, floor surface detection processing in the floor surface detection system according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

データ処理部14は、まず、姿勢角センサ13より姿勢角データを入力する。処理対象となる姿勢角データは、発明が解決しようとする課題の欄で詳述したように、姿勢角センサ13とデータ処理部14の間の通信遅れによって、t[ms]前のものである。データ処理部14は、入力した姿勢角データに基づき、センサ基準角を設定する(S101)。センサ基準角は、姿勢角データにより特定される姿勢角x[deg]に、距離画像センサ12の取り付け角θを加算した角度である。例えば、x=5、θ=20の場合に、センサ基準角は、x+θ=25[deg]である。   First, the data processing unit 14 inputs posture angle data from the posture angle sensor 13. The posture angle data to be processed is data before t [ms] due to a communication delay between the posture angle sensor 13 and the data processing unit 14 as described in detail in the section of the problem to be solved by the invention. . The data processing unit 14 sets a sensor reference angle based on the input attitude angle data (S101). The sensor reference angle is an angle obtained by adding the attachment angle θ of the distance image sensor 12 to the posture angle x [deg] specified by the posture angle data. For example, when x = 5 and θ = 20, the sensor reference angle is x + θ = 25 [deg].

次に、データ処理部14は、センサ基準角に基づいて、センサ角度候補を設定する(S102)。センサ角度候補は、センサ基準角を基準に、予め定められた複数の値だけ減算し、かつ加算することによって得られた角度である。好適には、センサ角度候補は、センサ基準角sからa,a,a・・・・aだけそれぞれ減算した値、センサ基準角s、センサ基準角sに対してa,a,a・・・・aだけそれぞれ加算した値である。即ち、s−a,・・・s−a,s−a,s−a,s,s+a,s+a,s+a・・・・s+a[deg]の2n+1個がセンサ角度候補となる。より具体的には、s−m,・・・s−3,s−2,s−1,s,s+1,s+2,s+3・・・・s+m[deg]である。この例では、1[deg]ずつ減算及び加算した値としたが、これに限らず、任意の値であってもよく、その値は固定でなくとも変動してもよい。例えば、センサ基準角の値に近い範囲では1[deg]ずつ減算及び加算し、遠い範囲では2[deg]ずつ減算及び加算するようにしてもよい。 Next, the data processing unit 14 sets sensor angle candidates based on the sensor reference angle (S102). The sensor angle candidate is an angle obtained by subtracting and adding a plurality of predetermined values based on the sensor reference angle. Preferably, the sensor angle candidates are values obtained by subtracting a 1 , a 2 , a 3 ... A n from the sensor reference angle s, a 1 , a with respect to the sensor reference angle s and the sensor reference angle s. 2 , a 3 ... A n respectively. That, s-a n, ··· s -a 3, s-a 2, s-a 1, s, s + a 1, s + a 2, s + a 3 ···· s + a 2n + 1 or a sensor angle of n [deg] Be a candidate. More specifically, they are sm,... S-3, s-2, s-1, s, s + 1, s + 2, s + 3,... S + m [deg]. In this example, a value obtained by subtracting and adding 1 [deg] is used. However, the value is not limited to this, and an arbitrary value may be used, and the value may be changed even if it is not fixed. For example, 1 [deg] may be subtracted and added in a range close to the sensor reference angle value, and 2 [deg] may be subtracted and added in a far range.

データ処理部14は、設定されたセンサ角度候補のうち、任意の角度候補Aについて床面までの理想距離を計算する(S103)。初期値としては、例えば、最も値が小さいセンサ角度候補s−a[deg]が選ばれる。床面までの理想距離は、選択された任意の角度候補Aに基づき、距離画像センサ12から床面までの距離を幾何学的に算出することによって求められる。また、床面までの理想距離は、距離画像センサ12によって取得される領域の全範囲に亘って、すなわち全ピクセルについて計算される。 The data processing unit 14 calculates an ideal distance to the floor surface for an arbitrary angle candidate A among the set sensor angle candidates (S103). The initial value, for example, most value is less sensor angle candidate s-a n [deg] is selected. The ideal distance to the floor is obtained by geometrically calculating the distance from the distance image sensor 12 to the floor based on the selected arbitrary angle candidate A. The ideal distance to the floor is calculated over the entire range of the area acquired by the distance image sensor 12, that is, for all pixels.

さらに、データ処理部14は、距離画像センサ12から距離画像データを入力し、距離画像データに含まれるピクセルiにおける床面までの距離と、ピクセルiと同じ位置における理想距離との差分を計算して求める(S104)。
データ処理部14は、ステップS104によって算出された差分値が、予め定められた閾値以下かどうかを判定する(S105)。データ処理部14は、当該差分値が閾値よりも大きいと判定した場合には、ステップS107に移行する。
Further, the data processing unit 14 inputs the distance image data from the distance image sensor 12, and calculates the difference between the distance to the floor surface of the pixel i included in the distance image data and the ideal distance at the same position as the pixel i. (S104).
The data processing unit 14 determines whether or not the difference value calculated in step S104 is equal to or less than a predetermined threshold (S105). If the data processing unit 14 determines that the difference value is greater than the threshold value, the data processing unit 14 proceeds to step S107.

他方、データ処理部14は、当該差分値が閾値以下と判定した場合には、床面が検出されたものと判断し、床検出カウント数の値を1だけ増加させる(S106)。   On the other hand, when it is determined that the difference value is equal to or less than the threshold value, the data processing unit 14 determines that the floor surface has been detected, and increases the value of the floor detection count number by 1 (S106).

ステップS105において差分値が閾値よりも大きいと判定した場合及びステップS106において床検出カウント数の値を1だけ増加させる処理を行った場合に、データ処理部14は、距離画像データに含まれるすべてのピクセルについて走査を行い、計算を行ったかについて判定する(S107)。データ処理部14が未だすべてのピクセルについては計算を行っていないと判定した場合には、i=i+1として、次のピクセルについてステップS104の処理を実行する。   When it is determined in step S105 that the difference value is larger than the threshold value and when the process of increasing the value of the floor detection count number by 1 is performed in step S106, the data processing unit 14 includes all the distance image data. The pixel is scanned to determine whether the calculation has been performed (S107). If the data processing unit 14 determines that calculation has not been performed for all pixels, i = i + 1 is set, and the process of step S104 is performed for the next pixel.

他方、データ処理部14がすべてのピクセルについて走査を行い、計算を行ったと判定した場合には、さらに、すべてのセンサ角度候補について計算を行ったかどうかを判定する(S108)。データ処理部14は、未だすべてのセンサ角度候補について計算していないと判定した場合には、A=A+1として次のセンサ角度候補についてステップS103の処理を実行する。   On the other hand, if the data processing unit 14 scans all the pixels and determines that the calculation has been performed, it is further determined whether all the sensor angle candidates have been calculated (S108). If the data processing unit 14 determines that all sensor angle candidates have not yet been calculated, the data processing unit 14 sets A = A + 1 and executes the process of step S103 for the next sensor angle candidate.

他方、データ処理部14がすべてのセンサ角度候補について計算を行ったと判定した場合には、床検出カウント数の多い、センサ角度候補を選択し、このセンサ角度候補に対応した距離画像データを床面形状データとして採用する(S109)。そして、データ処理部14は、採用された距離画像データに基づいて歩容データを生成する。移動ロボット1は、当該歩容データに基づいて走行或いは歩行動作を実行する。   On the other hand, if the data processing unit 14 determines that calculation has been performed for all sensor angle candidates, a sensor angle candidate having a large number of floor detection counts is selected, and the distance image data corresponding to the sensor angle candidate is displayed on the floor surface. The shape data is adopted (S109). Then, the data processing unit 14 generates gait data based on the adopted distance image data. The mobile robot 1 executes a running or walking operation based on the gait data.

続いて、図5を用いて、床面検出処理の例について説明する。この例では、姿勢角センサ13によって検出された姿勢角x=5[deg]であり、距離画像センサ12の取り付け角θ=15[deg]である。従って、センサ基準角s=5+15=20[deg]である。このセンサ基準角sである20[deg]より1〜5[deg]だけ加算若しくは減算した値15〜25[deg]をセンサ角度候補とした。図5の左上及び右上にそれぞれ示す領域のうち斜線部分が、図4のステップS105において差分値が閾値以下と判定され、床面が検出されたものと判断されたピクセルに相当する領域を示している。   Next, an example of floor surface detection processing will be described with reference to FIG. In this example, the attitude angle x detected by the attitude angle sensor 13 is 5 [deg], and the attachment angle θ of the distance image sensor 12 is 15 [deg]. Therefore, the sensor reference angle s = 5 + 15 = 20 [deg]. A value 15 to 25 [deg] obtained by adding or subtracting 1 to 5 [deg] from 20 [deg], which is the sensor reference angle s, was used as a sensor angle candidate. The hatched portions in the upper left and upper right areas in FIG. 5 indicate areas corresponding to pixels in which the difference value is determined to be equal to or smaller than the threshold value in step S105 in FIG. 4 and the floor surface is determined to be detected. Yes.

図5に示されるように、センサ角度候補が20°の場合は、センサ角度候補が25°の場合に比べて、床面が検出された領域が広く、床検出カウント数も多い。そして、すべてのセンサ角度候補の中でも、20°の場合が最も床検出カウント数が多いため、この20°現在のセンサ傾き角度として判定する。   As shown in FIG. 5, when the sensor angle candidate is 20 °, the area where the floor surface is detected is wider and the floor detection count is larger than when the sensor angle candidate is 25 °. And among all the sensor angle candidates, since the case of 20 ° has the largest number of floor detection counts, it is determined as the current sensor inclination angle of 20 °.

なお、図4に示すフローチャートでは、ステップS104において距離画像データに含まれるピクセルiにおける床面までの距離と、ピクセルiと同じ位置における理想距離との差分を計算して求め、ステップS105においてその差分値を閾値と比較処理を行ったが、これに限らず、距離画像データに含まれるピクセルiにおける床面までの距離と、ピクセルiと同じ位置における理想距離を比較して、その比較結果に基づいて、実質的に両者の差分に応じた値を求めて、この値を閾値と比較するようにしてもよい。   In the flowchart shown in FIG. 4, the difference between the distance to the floor in pixel i included in the distance image data in step S104 and the ideal distance at the same position as pixel i is calculated and obtained, and the difference is obtained in step S105. The value is compared with the threshold value. However, the present invention is not limited to this, and the distance to the floor surface of the pixel i included in the distance image data is compared with the ideal distance at the same position as the pixel i. Based on the comparison result Thus, a value substantially corresponding to the difference between the two may be obtained, and this value may be compared with a threshold value.

本発明にかかる床面検出システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a floor surface detection system according to the present invention. 本発明及び従来の床面検出システムの処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the process of this invention and the conventional floor surface detection system. 本発明にかかる床面検出システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the floor surface detection system concerning this invention. 本発明にかかる床面検出システムにおける処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process in the floor surface detection system concerning this invention. 本発明にかかる床面検出システムの処理結果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a process result of the floor detection system concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ロボット
10 ロボット本体
11 車輪
12 距離画像センサ
13 姿勢角センサ
14 データ処理部
100 床面
120 処理結果
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot 10 Robot main body 11 Wheel 12 Distance image sensor 13 Attitude angle sensor 14 Data processing part 100 Floor surface 120 Processing result

Claims (10)

移動ロボットに設けられ、当該移動ロボットが移動する床面を検出する床面検出システムであって、
前記床面までの距離に応じた距離画像データを生成する距離画像センサと、
前記移動ロボットの姿勢角データを生成する姿勢角センサと、
前記距離画像センサにより生成された距離画像データと、前記姿勢角センサにより生成された姿勢角データに基づいて、床面に対する前記距離画像センサの角度を求めるデータ処理部とを備え、
前記データ処理部は、
前記姿勢角センサの検出した姿勢角データに基づいて複数のセンサ角度候補を設定するセンサ角度候補設定手段と、
前記複数のセンサ角度候補のそれぞれについて前記距離画像データに基づいて床検出を行う床検出手段と、
前記複数のセンサ角度候補のうち、最も多く床検出された候補を、当該床面に対する距離画像センサの角度として選択する候補選択手段とを有する床面検出システム。
A floor surface detection system that is provided in a mobile robot and detects a floor surface on which the mobile robot moves.
A distance image sensor that generates distance image data according to the distance to the floor;
A posture angle sensor for generating posture angle data of the mobile robot;
A data processing unit for obtaining an angle of the distance image sensor with respect to a floor surface based on the distance image data generated by the distance image sensor and the posture angle data generated by the posture angle sensor;
The data processing unit
Sensor angle candidate setting means for setting a plurality of sensor angle candidates based on posture angle data detected by the posture angle sensor;
Floor detection means for performing floor detection based on the distance image data for each of the plurality of sensor angle candidates;
A floor surface detection system comprising candidate selection means for selecting, as the angle of the distance image sensor with respect to the floor surface, a candidate having the largest floor detection among the plurality of sensor angle candidates.
前記センサ角度候補設定手段は、
前記姿勢角センサの検出した姿勢角データに基づいてセンサ基準角を設定するセンサ基準角設定手段と、
前記センサ基準角設定手段により設定されたセンサ基準角より所定値だけ減算及び加算することによって複数のセンサ角度候補を算出するセンサ角度候補算出手段を有することを特徴とする請求項1記載の床面検出システム。
The sensor angle candidate setting means includes:
Sensor reference angle setting means for setting a sensor reference angle based on posture angle data detected by the posture angle sensor;
2. The floor according to claim 1, further comprising sensor angle candidate calculation means for calculating a plurality of sensor angle candidates by subtracting and adding a predetermined value from the sensor reference angle set by the sensor reference angle setting means. Detection system.
前記床検出手段は、
センサ角度候補について床面までの理想距離を計算する理想距離計算手段と、
前記理想距離計算手段により計算された理想距離と、前記距離画像センサにより生成された距離画像データにおける床面までの距離の差分を求め、差分が閾値以下である場合に床面が検出されたものと判定する床面判定手段を有することを特徴とする請求項1又は2記載の床面検出システム。
The floor detection means includes
Ideal distance calculation means for calculating the ideal distance to the floor for sensor angle candidates;
The difference between the ideal distance calculated by the ideal distance calculation means and the distance to the floor in the distance image data generated by the distance image sensor is obtained, and the floor is detected when the difference is equal to or less than the threshold value The floor surface detection system according to claim 1, further comprising a floor surface determination unit that determines that
自身が移動する床面を検出する移動ロボットであって、
前記床面までの距離に応じた距離画像データを生成する距離画像センサと、
前記移動ロボットの姿勢角データを生成する姿勢角センサと、
前記距離画像センサにより生成された距離画像データと、前記姿勢角センサにより生成された姿勢角データに基づいて、床面に対する前記距離画像センサの角度を求めるデータ処理部とを備え、
前記データ処理部は、
前記姿勢角センサの検出した姿勢角データに基づいて複数のセンサ角度候補を設定するセンサ角度候補設定手段と、
前記複数のセンサ角度候補のそれぞれについて前記距離画像データに基づいて床検出を行う床検出手段と、
前記複数のセンサ角度候補のうち、最も多く床検出された候補を、当該床面に対する距離画像センサの角度として選択する候補選択手段とを有する移動ロボット。
A mobile robot that detects the floor surface on which it moves,
A distance image sensor that generates distance image data according to the distance to the floor;
A posture angle sensor for generating posture angle data of the mobile robot;
A data processing unit for obtaining an angle of the distance image sensor with respect to a floor surface based on the distance image data generated by the distance image sensor and the posture angle data generated by the posture angle sensor;
The data processing unit
Sensor angle candidate setting means for setting a plurality of sensor angle candidates based on posture angle data detected by the posture angle sensor;
Floor detection means for performing floor detection based on the distance image data for each of the plurality of sensor angle candidates;
A mobile robot comprising candidate selection means for selecting, as the angle of the distance image sensor with respect to the floor surface, a candidate having the most floor detection among the plurality of sensor angle candidates.
前記センサ角度候補設定手段は、
前記姿勢角センサの検出した姿勢角データに基づいてセンサ基準角を設定するセンサ基準角設定手段と、
前記センサ基準角設定手段により設定されたセンサ基準角より所定値だけ減算及び加算することによって複数のセンサ角度候補を算出するセンサ角度候補算出手段を有することを特徴とする請求項4記載の移動ロボット。
The sensor angle candidate setting means includes:
Sensor reference angle setting means for setting a sensor reference angle based on posture angle data detected by the posture angle sensor;
5. The mobile robot according to claim 4, further comprising sensor angle candidate calculation means for calculating a plurality of sensor angle candidates by subtracting and adding a predetermined value from the sensor reference angle set by the sensor reference angle setting means. .
前記床検出手段は、
センサ角度候補について床面までの理想距離を計算する理想距離計算手段と、
前記理想距離計算手段により計算された理想距離と、前記距離画像センサにより生成された距離画像データにおける床面までの距離の差分を求め、差分が閾値以下である場合に床面が検出されたものと判定する床面判定手段を有することを特徴とする請求項4又は5記載の移動ロボット。
The floor detection means includes
Ideal distance calculation means for calculating the ideal distance to the floor for sensor angle candidates;
The difference between the ideal distance calculated by the ideal distance calculation means and the distance to the floor in the distance image data generated by the distance image sensor is obtained, and the floor is detected when the difference is equal to or less than the threshold value The mobile robot according to claim 4, further comprising a floor surface determination unit that determines that
前記候補選択手段によって選択されたセンサ角度候補に対応した距離画像データに基づいて歩容データを生成することを特徴とする請求項4〜6いずれかに記載の移動ロボット。   7. The mobile robot according to claim 4, wherein gait data is generated based on distance image data corresponding to a sensor angle candidate selected by the candidate selection unit. 同軸二輪式の移動ロボットであることを特徴とする請求項4〜7いずれかに記載の移動ロボット。   The mobile robot according to claim 4, wherein the mobile robot is a coaxial two-wheeled mobile robot. 二足歩行型の移動ロボットであることを特徴とする請求項4〜7いずれかに記載の移動ロボット。   The mobile robot according to claim 4, wherein the mobile robot is a biped mobile robot. 移動ロボットが移動する床面を検出する床面検出方法であって、
距離画像センサにより生成された当該距離画像センサから前記床面までの距離に応じた距離画像データと、姿勢角センサにより生成された前記移動ロボットの姿勢角データに基づいて、前記床面に対する前記距離画像センサの角度を求めるデータ処理ステップを備え、
前記データ処理ステップは、
前記姿勢角センサの検出した姿勢角データに基づいて複数のセンサ角度候補を設定するセンサ角度候補設定ステップと、
前記複数のセンサ角度候補のそれぞれについて前記距離画像データに基づいて床検出を行う床検出ステップと、
前記複数のセンサ角度候補のうち、最も多く床検出された候補を、当該床面に対する距離画像センサの角度として選択する候補選択ステップとを備えた床面検出方法。

A floor surface detection method for detecting a floor surface on which a mobile robot moves,
The distance to the floor surface based on distance image data corresponding to the distance from the distance image sensor to the floor surface generated by the distance image sensor and posture angle data of the mobile robot generated by the posture angle sensor. A data processing step for determining the angle of the image sensor;
The data processing step includes
A sensor angle candidate setting step for setting a plurality of sensor angle candidates based on posture angle data detected by the posture angle sensor;
A floor detection step of performing floor detection based on the distance image data for each of the plurality of sensor angle candidates;
A floor surface detection method comprising: a candidate selection step of selecting, from among the plurality of sensor angle candidates, a candidate having the most floor detection as an angle of the distance image sensor with respect to the floor surface.

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