JP5396983B2 - 移動体及び移動体の教示方法 - Google Patents

Description

本発明は、工場、オフィス、病院や商業施設等において、自律移動して各種用途に使用可能な移動体及び移動体の教示方法に関する。

生産工場等では、省力化のため製品や部材の運搬に自律走行できる移動体が利用されている。このような移動体は、床に設置した反射テープ、マグネットテープなどのガイドレールに沿って走行するように進行走行を制御して自律移動するものが主流であった。
ところが、この方法では移動体をガイドレールに沿って確実に誘導することはできるが、ガイドレールを設置する作業が煩雑であり走行経路の変更が容易でないことや、ガイドレールに破損や汚れが生じやすく移動体の誘導精度が低下する、或いは、移動体の走行の自由度が制限されるなどの技術課題も生じていた。
そのため、最近では床等にガイドレール設置することなく自律走行可能な移動体が提案され実用化されつつある。

例えば、特許文献１には移動体前方に設置した撮像部で進行方向前方を撮像し、撮像画像と予め撮影した参照画像とのパターンマッチングを行い、互いの画像のズレ量を逐次算出して移動体の走行方向を制御する制御方法が開示されている。

特開２００８−１４６１９７号公報

ところで、特許文献１の技術では、移動体を走行制御するための参照画像（以下、教示画像という）を予め取得する必要がある。なお、同一の走行経路であっても進行方向に応じた教示画像が必要となる。即ち、往路と復路では撮像画像が異なるため、別々の教示画像が必要となる。
教示画像の取得方法としては、作業者が予め設定された走行経路に沿って移動体を手動で走行させ、走行経路上の複数の箇所（教示地点）毎に移動体に設置された撮像部で画像を取得する方法が考えられる。

ところが、上述の方法では往路と復路との教示画像を取得するためには、作業者が走行経路に沿って移動体を手動で往復走行させる必要があるため、教示画像の取得作業（教示作業）に多くの時間及び労力を要する。
また、教示画像の取得時には作業者が移動体を手動で操作するため、往路と復路とでの教示地点の位置や教示画像を取得する際の角度等に誤差が生じやすく、かかる誤差に起因して移動体を自律移動させる際に同一の走行経路であっても往路と復路とで走行経路（走行する軌跡）にずれが生じることが考えられる。
往路と復路とで移動体の走行経路にずれが生じる等、移動体の走行位置精度が低下すると、走行中の移動体と周囲の物体との干渉をなくすためのスペースを大きく設ける必要があるという課題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、教示作業を効率化するとともに、移動体の走行位置精度を向上することができるようにした、移動体及び移動体の教示方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本願発明（請求項１）にかかる移動体は、車体と、前記車体を走行させる走行装置と、前記車体に搭載されて前記走行装置を制御する制御装置と、前記車体に搭載されて前記車体の進行方向において前方向を撮像する第１カメラと、前記車体に搭載されて前記車体の進行方向において後方向を撮像する第２カメラと、を有し、前記制御装置は、予め設定された前記車体の走行経路上の複数の教示地点のそれぞれにおいて、前記第１カメラ及び前記第２カメラによって前記車体の前方向の画像及び後方向の画像の両方を取得し、取得した前記車体の前方向の画像を前方教示画像として記憶するとともに、取得した前記車体の後方向の画像を後方教示画像として記憶する教示画像取得部と、前記走行経路における現在の前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と同じか否かを判定し、前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と同じと判定した場合、前記教示画像取得部に記憶された前記前方教示画像の中から教示画像を選択する一方、前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と異なると判定した場合、前記教示画像取得部に記憶された前記後方教示画像の中から教示画像を選択し、前記第１カメラによりリアルタイムに撮像された撮像画像と、選択された前記教示画像との比較結果に基づいて前記車体が前記走行経路に沿って走行するように前記走行装置を制御する走行制御部と、を有していることを特徴とするものである。

前記第１カメラと前記第２カメラとは、それぞれ撮像方向が互いに反対向きとなるように別々に配設されていることが好ましい（請求項２）。
また、前記第１カメラと前記第２カメラとは、前記移動体の前方向及び後方向を同時に撮像可能な単独のカメラ装置によって兼用されることも好ましい（請求項３）。

また、前記走行制御部は、前記第１カメラによりリアルタイムに撮像された撮像画像と、前記選択された教示画像と、の比較結果に加え、前記第２カメラによりリアルタイムに撮像された第２撮像画像と、複数の前記教示画像のうち選択された別の教示画像との第２比較結果に基づいて前記走行装置を制御することが好ましい（請求項４）。
また、前記教示画像取得部は、前記走行経路上を予め定められた間隔毎の教示地点において前記第１カメラ及び前記第２カメラによりそれぞれ教示画像を取得することが好ましい（請求項５）。

また、前記教示画像取得部は、前記教示画像を取得する際には、前記第１カメラによりリアルタイムで画像を撮像し、前記リアルタイム画像中に予め設定された特徴物が存在する場合には、前記特徴物と前記車体との相対位置を一定に保つように前記走行装置を制御することが好ましい（請求項６）。
また、前記教示画像取得部は、前記教示画像を取得する際には、前記第２カメラによりリアルタイムで画像を撮像し、前記リアルタイム画像中に予め設定された特徴物が存在する場合には、前記特徴物と前記車体との相対位置を一定に保つように前記走行装置を制御することが好ましい（請求項７）。
また、前記第２カメラは、前記車体に着脱可能に配設されていることが好ましい（請求項８）。

本願発明（請求項９）にかかる移動体の教示方法は、車体と、前記車体を走行させる走行装置と、前記車体に搭載されて前記走行装置を制御する制御装置と、を有する移動体に予め設定された走行経路上の複数の地点において教示画像を取得する移動体の教示方法であって、前記移動体を前記走行経路の始端に設置する準備ステップと、前記移動体を前記走行経路に沿って手動走行させる教示走行ステップと、前記教示走行ステップ実行時に、前記移動体が予め設定された距離を走行する毎に、前記車体に搭載されたカメラによって前記車体の進行方向において前方向の画像と前記車体の進行方向において後方向の画像とを同時に取得し、取得した前記車体の前方向の画像を前方教示画像として記憶するとともに、取得した前記車体の後方向の画像を後方教示画像として記憶する教示画像取得ステップと、前記走行経路における現在の前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と同じか否かを判定し、前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と同じと判定した場合、前記前方教示画像の中から教示画像を選択する一方、前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と異なると判定した場合、前記後方教示画像の中から教示画像を選択し、前記カメラによりリアルタイムに撮像された撮像画像と、選択された前記教示画像との比較結果に基づいて前記車体が前記走行経路に沿って走行するように前記走行装置を制御する走行制御ステップと、を有していることを特徴としている。

本願発明（請求項１，９）によれば、車体の第１カメラ及び第２カメラにより車体の前後それぞれの方向の教示画像を同時に取得することにより、一度の走行で走行経路の双方向（往路と復路）の教示画像を同時に取得することができ、往路と復路とをそれぞれ個別に教示走行させる必要がなくなり、教示作業の効率を向上させることができる。
また、車体に搭載された第１カメラ及び第２カメラによって同時に教示画像を取得するため、往路と復路とを別々に手動走行させて教示画像を取得する場合と比較して往路及び復路での教示画像の位置や撮像方向等の誤差を低減することができる。このため、移動体が走行経路のどちらの方向に進む場合でも同様な経路で走行することができ、理想的な走行経路に対して移動体が自律走行する位置の誤差を低減して移動体の走行位置精度を向上することができる。

本願発明（請求項２）によれば、第１カメラと第２カメラとを別々のカメラで構成することにより、各カメラでより精度のよい画像をえることができる。
本願発明（請求項３）によれば、１台のカメラで車体の前後方向を撮像可能であるので、カメラの個数を減らすことができる。

本願発明（請求項４）によれば、走行制御部が移動体を自律走行時に、第１カメラのみを用いて自律走行する場合よりも移動体の走行位置精度を向上させることができる。また、教示画像取得の際に用いる第１カメラ及び第２カメラを走行制御部がそのまま用いることができるという利点もある。
本願発明（請求項５）によれば、教示画像を取得する教示地点が走行経路中に偏りなく配置されるので、走行経路全般に亘って移動体を安定して自律走行させることができる。
本願発明（請求項６）によれば、教示画像を取得する際に移動体を手動で走行させる必要がないため、教示画像の取得にかかる操作者の負荷を軽減することができる。また、教示画像取得の際に移動体が自律的に走行するので操作者が手動での移動体を操作する際に生じるブレ等を低減することができ、より精度の良い教示画像群を取得することができる。

本願発明（請求項７）によれば、教示画像を取得する際に操作者は自身の前方の移動体を目視しながら教示走行を行なうことができ、教示画像を取得する際の作業効率を向上することができる。
本願発明（請求項８）によれば、１台のカメラを複数台の移動体１の第２カメラとして使いまわすことができ、移動体を複数運用するシステム場合には使用するカメラの台数を低減してその分費用を抑制することができる。

本発明の実施例１にかかる移動体の構成を示す模式図 本発明の実施例１にかかる移動体システムの全体構成を示す模式的な上面図 本発明の実施例１にかかる移動体の教示方法を説明するためのフローチャート 本発明の実施例１にかかる移動体の教示画像を格納するデータベースの構成を示す図 本発明の実施例１にかかる移動体の自律走行時の動作手順を示すフローチャート 本発明の実施例２にかかる自律走行時の制御態様を説明するための図 本発明の実施例２にかかる自律走行時の制御態様を説明するための図 本発明の実施例２にかかる自律走行時の制御態様を説明するための図 本発明の実施例２にかかる自律走行時の移動体を模式的に示す上面図 本発明の実施例３にかかる自律走行時の移動体を模式的に示す上面図 実施例３の変形例にかかる自律走行時の移動体を模式的に示す上面図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

以下、本発明の実施例１について、図を用いて説明する。
（全体構成）
図２に示すように無人搬送システム（移動体システム）１００は、複数の移動体１と、工場等のフロア１０１とから構成されており、フロア１０１には移動体１が走行する全体経路（走行経路）が設定されている。また、フロア１０１には作業セル（搬送目的地点）１０３が設けられており、移動体１が作業セル１０３近傍の停止地点に到着すると、作業セル１０３側の図示しないハンドリングロボットによって移動体１に積載されている物品を取り出すようになっている。

全体経路は、４つの直線状の走行経路Ｒ１〜Ｒ４からなっている。走行経路Ｒ１は地点Ｐ１から始動して地点Ｐ４に到達する経路であり、走行経路Ｒ２は地点Ｐ４から始動して地点Ｐ３に到達する経路であり、走行経路Ｒ３は地点Ｐ３から始動して地点Ｐ２に到達する経路であり、走行経路Ｒ４は地点Ｐ２から始動して地点Ｐ１に到達する経路である。即ち、地点Ｐ１〜Ｐ４はそれぞれ始動する地点となる際にはスタート地点となり、到達する地点となる場合にはゴール地点となる。

なお、図２では説明を容易にするために全体経路は単純化して表現しているが、全体経路はさらに複雑な経路となるように設定可能である。また、各走行経路Ｒ１〜Ｒ４は直線状でなくでも良く曲線部を有する経路としてもよい。また、ここでは各走行経路Ｒ１〜Ｒ４を示す線を矢印で図示しているが、実際のフロア１０１等には走行経路等を示すライン等は存在しない。

（移動体構成）
次に移動体１の構成について説明する。図１に示すように、移動体１は、車体２に制御装置（駆動制御部）３を搭載している。
また、車体２は走行装置４を有している。走行装置４は、移動体１を走行及び操舵可能に構成されている。ここでは、走行装置４は並列された２つの駆動輪（図２では一方のみが図示されている）３０と、全方向に転舵可能に並列された従動輪（図２では一方のみが図示されている）３１と、各駆動輪３０を個別に駆動させるアクチュエータ３２（例えばサーボモータ）とにより構成されており、駆動輪３０の駆動により前進及び後退し、各駆動輪３０の回転速度の差によって移動体１は操舵（方向転換）可能となっている。従動輪は操舵に合わせて回転するようになっている。

なお、本実施形態では走行装置４として駆動輪が２個、従動輪を２個有するものを例として挙げているが、オムニホイルを用いた３輪駆動方式でも良く、走行装置は、移動体１の走行速度および位置・姿勢が制御できるものであれば、図１の形態に限定しない。また、アクチュエータ３２にはアクチュエータの駆動量を検出するためのエンコーダ３３が備えられており、エンコーダ３３の検出結果は制御装置３に入力されるようになっている。

車体２には、第１カメラ６及び第２カメラ７が取り付けられている。第１カメラ６及び第２カメラ７はいずれもＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラにより連続画像（動画）及び静止画像を撮像可能に構成されている。また、第１カメラ６及び第２カメラ７は移動体の進行方向（前後進方向）において互いに反対向きに配向され、第１カメラ６では車体２の前方向の画像１２ａを撮像し、第２カメラ７では車体２の後方向の画像１２ｂを撮像できるようになっている。
第１カメラ６及び第２カメラ７は、それぞれ予め設定された撮像周期Ｔｓ（例えば、１０ｍｓ（ミリ秒））毎に撮像するように構成されており、撮像された画像データ（取得画像）は制御装置３に送られるようになっている。

第２カメラ７は、車体２からの着脱を容易に行うために着脱機構（図示せず）を介して車体２に設置されており、後述する教示走行時にのみ車体２に設置し、自律走行時には第２カメラ７は取り外し可能となっている。

なお、第１カメラ６及び第２カメラ７を進行方向に対して平行に配向しているのは、移動体１の走行による取得画像のブレ等（即ち、進行方向正面より偏りがあるほど、走行によって取得画像の変化度合いが大きいため取得画像にブレが生じやすい）を最小限にして後述するパターンマッチングをより安定して精度良く行なうためである。
また、以下、第１カメラ６と第２カメラ７のどちらについても表わす場合、単にカメラ６，７ともいう。

制御装置３は、記憶装置，電子演算器及び入力装置（いずれも図示省略）を有するコンピュータにより構成されており、その機能として、教示画像取得部２１と走行制御部２２とを有している。
教示画像取得部２１は、後述する教示走行を実行し、複数の画像データからなる教示画像データを取得する。
教示画像は、移動体１が走行経路Ｒ１〜Ｒ４に沿って自律走行する場合、第１カメラ６及び第２カメラ７からリアルタイムで取得される撮像画像（撮像画像，第２撮像画像）の目標となる画像データであり、後述する教示走行によって予め設定しておいた教示地点毎に教示画像を取得してこれらの教示画像群が教示画像取得部２１に記憶されている。

走行制御部２２は、教示画像取得部２１に記憶されている複数の教示画像に基づいて後述するようにパターンマッチングを行い、理想的な走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対する移動体１の左右方向の位置の偏差と角度の偏差を求め、移動体１が走行経路に沿って走行するように移動体１の進行方向を補正するように各駆動輪３０の動作を制御するように構成されている。

（教示走行）
以下、教示走行について説明する。図３に示すように、まずステップＳ１０として操作者が手動で移動体１を走行経路の始端（スタート地点）に移動させ、移動体１の前後方向を教示したい走行経路に沿った向きに設置する（準備ステップ）。ここではスタート地点は地点Ｐ１とし、地点Ｐ４を教示走行終了位置（ゴール地点）として走行経路Ｒ１について教示走行する場合を例に説明する。
なお、移動体１の移動は図示しないジョイスティック等の手動コントローラの操作により駆動輪３０を操作するように構成してもよく、あるいは操作者が移動体１を直接押す（あるいは引く）などして移動体１を人力によって走行させてもよい。

そして、操作者により制御装置３の入力装置から教示走行開始の指示が入力されると、ステップＳ２０として、教示画像取得部２１は、第１カメラ６及び第２カメラ７を動作させて静止画像を撮像し、それぞれ取得した画像データを教示画像として記憶する。そして、ステップＳ３０として走行経路Ｒ１に沿って移動体１を手動で走行させる（教示走行ステップ）。

このとき、制御装置３はエンコーダ３３から入力される検出値Ｄと直近に教示画像を取得した時点でのエンコーダ３３の検出値Ｄ_０との差ΔＤ（ΔＤ＝Ｄ−Ｄ_０）を算出する。
そして、ステップＳ４０として、教示画像取得部２１は、ΔＤの値が予め設定された値ΔＤｔに達する毎に第１カメラ６及び第２カメラ７を動作させて静止画像を撮像し、それぞれ取得した画像データを教示画像として記憶する（教示画像取得ステップ）。これにより、移動体１が予め定められた距離を走行する毎に新たに教示画像を取得することとなる。
そして、ステップＳ５０として、移動体１が地点Ｐ４（ゴール地点）に達すると、操作者は移動体１を停止させ、教示画像取得部２１は地点Ｐ４において、第１カメラ６及び第２カメラ７を動作させて静止画像を撮像し、それぞれ取得した画像データを教示画像として記憶する（ステップＳ６０）。

以上、走行経路Ｒ１の教示走行について説明したが、その他の走行経路Ｒ２〜Ｒ４についてもスタート地点とゴール地点を替えて同様に教示走行を行い、制御装置３に教示画像を記憶させる。

また、教示画像取得部２１は、教示走行時に撮像した教示画像と、その時点での距離情報（エンコーダ３３の検出値から得られる値）とを、図４に示すようにバッファリングさせ、移動距離４１１、４１２、・・・を指定すれば移動体の前方教示画像４２１、４２２、・・・および後方教示画像４３１、４３２、・・・が得られる画像データベース４１を形成する。

（自律走行（プレイバック走行））
次に、移動体１の自律走行時の制御態様について説明する。
ここでは、教示走行によって取得した画像データベース４１に基づいて、走行経路Ｒ１を移動体１が地点Ｐ１から地点Ｐ４に自律走行する場合を例に説明する。
図５に示すように、まず、ステップＴ５０として上述の教示走行時のステップＳ１０の場合と同様に移動体をスタート地点（地点Ｐ１）にセットし、制御装置３の入力装置から自律走行開始の指令を入力すると走行装置４が動作を開始する。そして、走行制御部２２は移動体１を予め設定された速度で走行させるように走行装置４を制御する。この速度にかかる制御はエンコーダ３３の検出結果に基づいて実行される。

自律走行開始の指令が入力されると、演算周期毎に以下のステップＴ５１〜Ｔ５４の処理が繰り返される。
ステップＴ５１では第１カメラ６によって前方向の風景を撮像し、ステップＴ５２では現在の進む方向を判断し、教示画像撮像時と同じ方向に進む場合はステップＴ５３１、それ以外の場合はステップＴ５３２に進む。
ステップＴ５３１では画像データベース４１中の移動距離４１１、４１２、・・・から現在の移動距離と最も近いものと対を成す画像を前方教示画像４２１、４２２、・・・から教示画像として選択してステップＴ５４に進む。
また、ステップＴ５３２では画像データベース４１中の移動距離４１１、４１２、・・・から現在の移動距離と最も近いものと対を成す画像を後方教示画像４３１、４３２、・・・から教示画像として選択してステップＴ５４に進む。

ステップＴ５４では選択された教示画像とパターンマッチング（画像比較）を行い、その比較結果から逐次算出されるズレ量から移動体の角度姿勢のズレ量を算出し、その算出結果に基づいて移動体の走行方向を制御する。
即ち、走行制御部２２は第１カメラ６からリアルタイムに入力される取得画像と、選択された教示画像とをマッチングして得られたズレ量が小さくなるように（即ち、教示画像と現在の撮像画像との画素配置の一致度がより大きくなるように）走行装置４を制御する。
そして、走行制御部２２は、教示走行時に取得した地点Ｐ４で取得した教示画像と現在の取得画像との一致度が閾値以上（あるいはズレ量が閾値以下）になると走行装置４の駆動を停止させる。走行制御部２２はＴ５１〜Ｔ５４処理を演算周期毎に連続して行なうことにより、移動体１が走行経路Ｒ１に沿って走行させる。

本発明の実施例１にかかる移動体はこのように構成されているので、このように、教示走行を実行する際に、走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対して一度の走行で、往路及び復路の２つの走行方向の教示画像を取得することができるため、往路と復路とをそれぞれ個別に教示走行させる必要がなくなり、教示作業の効率を向上させることができる。
また、教示走行時には車体２に搭載された２台のカメラ６，７によって車体２の前方向及び後方向の画像を同時に取得することができるため、往路及び復路で教示画像の位置や撮像方向等の誤差を低減することができるため、往路と復路で移動体１が走行経路Ｒ１〜Ｒ４に沿って同様な経路で走行することができ、走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対して移動体１が自律走行する際の実際の走行位置の誤差を低減することができる。
なお、ここで、往路及び復路は全体経路Ｒにおける移動体１の進行方向を表現するものであり、移動体１は必ずしも往復走行をする必要はない。

また、第２カメラ７が着脱容易に構成されているので、第２カメラ７を必要としない自律走行時には移動体１から第２カメラ７を取り外して運用することができる。
また、移動体システム１００の中での複数の移動体１に対してそれぞれ教示走行を実施する場合に、１台のカメラを複数台の移動体１で第２カメラとして共有して使いまわすことができ、移動体システム１００として使用するカメラの台数を低減してその分費用を抑制することができる。

以下、本発明の実施例２について説明する。本実施例は自律走行を行なう際の走行制御部の制御態様を除き上述の実施例１と同様に構成されており、第１実施例と同様の箇所については説明を省略し、同じ符号を用いて説明する。

（自律走行）
本実施例にかかる走行制御部２２は、自律走行実行時に第１カメラ６によりリアルタイムに撮像された撮像画像に加えて第２カメラ７によりリアルタイムに撮像された第２撮像画像を用いて走行装置４の制御量を算出するようになっている。
ここで、第１カメラ６及び第２カメラ７から取得される画像データ（教示画像）について図６、図７を用いて説明する。
図６において、符号１２はそれぞれ第１カメラ６及び第２カメラ７により撮像される画像（以下、撮像画像という）を模式的に表わしている。撮像画像１２は第１カメラ６及び第２カメラ７の解像度に応じた画素（ピクセル［ＰＩＸＥＬ］）の集合である。なお、符号１４は第１カメラ６及び第２カメラ７により撮像された画像データ中の特徴点（実際の対象物）である。

図６に示すように、撮像画像１２上の特徴点１４の位置は第１カメラ６から見た特徴点１４の角度ＴＨと一意の関係にある。
また、図７に示すようにカメラ６，７の撮像範囲を−Ｒ［ＤＥＧ］〜Ｒ[ＤＥＧ]、画像の幅をＷ［ＰＩＸＥＬ］とし、画像上の撮像対象の位置がＸ［ＰＩＸＥＬ］だとすると、撮像手段から見た撮像対象の角度ＴＨは（１）式で求められる。
ｔａｎ（ＴＨ）＝−２＊（ｔａｎＲ）／Ｗ＊Ｘ＋ｔａｎＲ・・・（１）

本発明において第１カメラ６は移動体１の進行方向に向けて設置されているので、（１）式のＴＨが、移動体１の進行方向に対する前方ランドマークとなる特徴点１４の角度を表す。ここで、第２カメラ７に関しても同じく式（１）のＴＨが移動体１の進行方向と逆向きの軸に対する後方ランドマークとなる特徴点１４の角度を表す。

次に、第１カメラ６および第２カメラ７の特性を用いて、走行制御部２２において走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対する移動体１の左右方向の位置ズレおよび姿勢角を求め、補正する処理を説明する。

図９に示すように、画像データベース４１から選択された前方側の教示画像（以下、第１教示画像）と、現在の第１カメラ６の撮像画像と、の画像比較の結果により得られた画像上の位置（ズレ量）をＨとしている。
また、画像データベース４１から選択された後方側の教示画像（以下、第２教示画像）と、現在の第２カメラ７の撮像画像と、の画像比較の結果（第２比較結果）より得られた画像上の位置をＥとしている。
図８では移動体１が走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対して走行位置及び走行方向が逸脱した状態であり、ＴＨＦは移動体１に対する教示画像の角度を示し、ＴＨＲは第２カメラ７に対する後方ランドマークの角度を表す。

図９（ａ），（ｂ）はいずれも図８の状態での各撮像部の取得画像である。図９（ａ）は第1カメラ６での取得画像を表し、画像上の前方ランドマークの水平方向の位置をＨで表す。図９（ｂ）は第２カメラ７での取得画像を表し、画像上の後方ランドマークの水平方向の位置をＥで表す。図９（ａ）において画像上の撮像対象の位置がＶ[ＰＩＸＥＬ]だとすると、図８におけるＴＨＦは（１）式のＸにＨを代入することで求まる。同様にＴＨＲもＥを代入することで求まる。このようにして求めたＴＨＦ、ＴＨＲを駆動部３にフィードバック出力するのである。

本実施例では制御式の一例として、移動体１を速度制御して補正する制御式を示す。移動体１が正確に走行経路Ｒ１〜Ｒ４上に位置する場合、ＴＨＦ−ＴＨＲ＝１８０［ＤＥＧ］]となることから、走行経路Ｒ１〜Ｒ４からの離脱に関して目標とする状態は(ＴＨＲ−ＴＨＦ−１８０[ＤＥＧ])＝０で表される。
ここでこの計算式では走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対する位置ズレ量は正確には求まらないが、左右どちらに移動すれば走行経路Ｒ１〜Ｒ４に近づくかを判別することができる。また、移動体１の進行方向を正確に走行経路Ｒ１〜Ｒ４に一致させるため、前方ランドマークに対する姿勢角に関して目標とする状態はＴＨＦ＝０で表される。

移動体１の左右方向の速度をＶＸ、姿勢角の変化速度をＶＴＨ、左右方向のズレに対する制御ゲインをＧＸ、姿勢角に対する制御ゲインをＧＴＨとし、移動体が走行経路上を走行するように補正する速度指令値を求める制御式は、（２）式および（３）式で表される。
ＶＸ＝−ＧＸ＊(ＴＨＲ−ＴＨＦ−１８０[ＤＥＧ])・・・(２)
ＶＴＨ＝―ＧＴＨ＊ＴＨＦ・・・(３)

制御装置３は（２）（３）式から得られるＶＸ、ＶＴＨに従って移動体１の駆動輪３０を制御するのである。（２）式および（３）式より、ＨおよびＥの値から姿勢角方向および左右方向の速度が一意に求まり、（２）（３）式のＶＸ、ＶＴＨを足し合わせた値を制御式にフィードバックする。このようにして走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対する位置ズレと姿勢角を補正する速度指令値を算出し、駆動輪３０を駆動して移動体１を走行制御する。

以上説明した処理により、移動体１の位置および姿勢角を補正し、走行経路Ｒ１〜Ｒ４に沿って正確に移動することができる。
なお、走行経路Ｒ１〜Ｒ４の端部では、各走行経路Ｒ１〜Ｒ４を接続する方向転換部（地点Ｐ１〜Ｐ４）があり、移動体１は、予め制御装置に与えられた走行データに記載された距離情報と、スタート地点からの現在の走行距離とを照会して、現在直線部と方向転換部のどちらを走行しているかを判別し、直線部では本発明の走行制御を行い、方向転換部では車輪回転量を基に方向を変えて次の走行経路Ｒ１〜Ｒ４の走行を開始する。

本発明の実施例２にかかる移動体システムはこのように構成されているので、実施例１と同様に教示走行にかかる作業負荷を軽減できる。
これに加え、教示走行の際に用いた２つのカメラ（第１カメラ６及び第２カメラ７）を自律走行時にはそのまま用いて、第１カメラ６のみを用いて自律走行する場合よりも移動体１の走行精度を向上させることができる。即ち、自律走行時には、第１カメラ６と第２カメラ７との前後２つのカメラで画像を取得し、取得した各画像とこれに対応する教示画像（即ち、第１教示画像，第２教示画像）とをそれぞれの比較することで、第１カメラ６のみを用いる場合と比較して、移動体１の走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対する位置（座標）のずれと、走行経路Ｒ１〜Ｒ４の延在方向に対する姿勢（進行方向角度）のずれとをそれぞれ求めることができる。
これにより、走行制御部２２が位置のずれ及び角度のずれを解消するように走行装置４を制御することで、移動体１が走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対して蛇行する等の不具合を低減して精度良く自律走行させることができる。

続いて、本発明の実施例３について説明する。本実施例は教示走行を行なう際の教示画像取得部の制御態様を除いて上述の実施例１と同様に構成されており、第１実施例と同様の箇所については説明を省略し、同じ符号を用いて説明する。
本実施例は、教示走行時の態様が実施例１と異なっている。図１０に示すように本実施例では、予め特定の人または先導用の移動体等の教示者（特徴物）６１を後方から撮像した特徴物画像が制御装置３に記憶されている。
ここでは、教示走行時に移動体１に先行するオペレータを教示者６１としている。このとき教示者は画像データ上、周囲との区別を付けやすくするために、特徴的な図柄のマーク等を身につけておくと良い。

以下、本実施例にかかる教示走行について説明する。
まず、移動体１をスタート地点にセットした後、操作者により制御装置３の入力装置から教示走行が開始の指示が入力されると、教示画像取得部２１は、第１カメラ６及び第２カメラ７を動作させて静止画像を撮像し、それぞれ取得した画像データを教示画像として記憶する。続いて、走行制御部２２は、第１カメラ６でリアルタイムに画像１２を取得し、取得した画像１２に教示者が含まれるか否かを判定する。
第１カメラ６の取得画像１２に特徴物６１が含まれる場合には、走行制御部２２は走行装置４を駆動して移動体１を走行開始させる。そして、走行制御部２２は、取得画像１２中の特徴物６１の位置が予め設定された位置となるように、走行装置４を駆動させる。これにより、移動体１と教示者６１との相対位置を一定に保ちながら移動体１が先行する教示者６１を追従して自律的に走行する。
なお、教示者６１は走行経路Ｒ１から所定距離Ｌだけオフセットした位置を走行する。

そして、教示画像取得部２１は、エンコーダ３３の検出値Ｄから得られる差ΔＤの値が予め設定された値ΔＤｔに達する毎に第１カメラ６及び第２カメラ７を動作させて静止画像を撮像し、それぞれ取得した画像データを教示画像として記憶する。
その後、教示者６１がゴール地点に相当する位置に到達し、移動体１が地点Ｐ４（ゴール地点）に達すると、移動体１は走行を停止して、教示画像取得部２１は地点Ｐ４において、第１カメラ６及び第２カメラ７を動作させて静止画像を撮像し、それぞれ取得した画像データを教示画像として記憶する。

本発明の実施例３にかかる移動体システムはこのように構成されているので、教示走行を実施する際に操作者が移動体１を手動で走行させる必要がないため、教示走行を実施する際の操作者の負荷を軽減することができる。また、教示走行時にも移動体１が自律的に走行するので教示者６１が手動での移動体１の操作する際に生じるブレ等を低減することができ、より理想的な教示画像群を取得することができる。
また、教示走行の際、教示者６１は画像１２中の端部付近に位置するようにしておき、自律走行時には、教示画像に写り込んだ教示者６１の像の部分以外についてのみ画像比較を行なうように走行制御部２２を構成することで、教示時に教示画像に教示者６１が写り込んだ場合でも移動体１を安定して自律走行させることができる。

［実施例３の変形例］
以下、実施例３の変形例について説明する。図１１に示すように、第１カメラ６及び第２カメラ７をそれぞれ車体２の旋回中心２３に対して点対象となる位置に設置して構成してもよい。
また、教示走行時には教示者６１が移動体１の後方から走行経路Ｒ１に沿って進むように構成し、走行制御部２２は第２カメラ７で撮像した画像１２中の特徴物としての教示者６１が常に画像１２の予め定められた所定の位置に位置するように、走行装置４を制御する。
このようにしても実施例３と同様の効果を得ることができる上、教示者６１は自身の前方の移動体１を目視しながら教示走行を行なうことができる。
また、第１カメラ６及び第２カメラ７をそれぞれ車体の中央からオフセットして配置することで、移動体１の前後に教示者６１が存在する場合でも第１カメラ６及び第２カメラ７の撮像範囲の中央部に教示者６１が写りこむことを防止することができ、移動体１を自律走行させるのに十分な教示画像を得ることができる。
なお、第１カメラ６及び第２カメラ７の配置については実施例１，２に適用しても同様の効果を奏する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、本実施例では移動体後方を撮像するために別途カメラを設けているが、必ずしも複数のカメラを使わなくてもよい。例えば全方向撮像可能なカメラなど、前方と後方を同時に撮像可能なカメラ装置を設けて基準画像を撮像し、制御装置で前方と後方の基準画像に分けて画像データベースを作成してもよい。
また、実施形態ではエンコーダの検出値から移動体が走行した距離を算出して所定の長さ間隔毎に教示画像を取得するようにしているが、教示画像の取得する際にはエンコーダの検出値によらず、例えば、教示走行を開始した後、タイマ等により予め定められた時間毎に教示画像を取得するようにしてもよい。
なお、本発明にかかる移動体は物品搬送用途に限らずサービスロボット等、自律して移動するものに適宜適用することができる。

１ 移動体
２ 車体
３ 制御装置
４ 走行装置
６ 第１カメラ
７ 第２カメラ
１２，１２ａ，１２ｂ 撮像画像（画像）
１４ 撮像対象
２１ 教示画像取得部
２２ 走行制御部
２３ 旋回中心
３０ 駆動輪
３１ 従動輪
３２ アクチュエータ
３３ エンコーダ
６１ 教示者
１００ 無人搬送システム（移動体システム）

Claims (9)

1. 車体と、
   前記車体を走行させる走行装置と、
   前記車体に搭載されて前記走行装置を制御する制御装置と、
   前記車体に搭載されて前記車体の進行方向において前方向を撮像する第１カメラと、
   前記車体に搭載されて前記車体の進行方向において後方向を撮像する第２カメラと、を有し、
   前記制御装置は、
   予め設定された前記車体の走行経路上の複数の教示地点のそれぞれにおいて、前記第１カメラ及び前記第２カメラによって前記車体の前方向の画像及び後方向の画像の両方を取得し、取得した前記車体の前方向の画像を前方教示画像として記憶するとともに、取得した前記車体の後方向の画像を後方教示画像として記憶する教示画像取得部と、
   前記走行経路における現在の前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と同じか否かを判定し、
   前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と同じと判定した場合、前記教示画像取得部に記憶された前記前方教示画像の中から教示画像を選択する一方、前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と異なると判定した場合、前記教示画像取得部に記憶された前記後方教示画像の中から教示画像を選択し、
   前記第１カメラによりリアルタイムに撮像された撮像画像と、選択された前記教示画像との比較結果に基づいて前記車体が前記走行経路に沿って走行するように前記走行装置を制御する走行制御部と、を有している
   ことを特徴とする、移動体。
2. 前記第１カメラと前記第２カメラとは、それぞれ撮像方向が互いに反対向きとなるように別々に配設されている
   ことを特徴とする、請求項１記載の移動体。
3. 前記第１カメラと前記第２カメラとは、前記移動体の前方向及び後方向を同時に撮像可能な単独のカメラ装置によって兼用される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の移動体。
4. 前記走行制御部は、
   前記第１カメラによりリアルタイムに撮像された撮像画像と、前記選択された教示画像と、の比較結果に加え、
   前記第２カメラによりリアルタイムに撮像された第２撮像画像と、複数の前記教示画像のうち選択された別の教示画像との第２比較結果に基づいて前記走行装置を制御する
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体。
5. 前記教示画像取得部は、前記走行経路上を予め定められた間隔毎の教示地点において前記第１カメラ及び前記第２カメラによりそれぞれ教示画像を取得する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動体。
6. 前記教示画像取得部は、前記教示画像を取得する際には、
   前記第１カメラによりリアルタイムで画像を撮像し、前記リアルタイム画像中に予め設定された特徴物が存在する場合には、前記特徴物と前記車体との相対位置を一定に保つように前記走行装置を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動体。
7. 前記教示画像取得部は、前記教示画像を取得する際には、
   前記第２カメラによりリアルタイムで画像を撮像し、前記リアルタイム画像中に予め設定された特徴物が存在する場合には、前記特徴物と前記車体との相対位置を一定に保つように前記走行装置を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動体。
8. 前記第２カメラは、前記車体に着脱可能に配設されている
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の移動体。
9. 車体と、前記車体を走行させる走行装置と、前記車体に搭載されて前記走行装置を制御する制御装置と、を有する移動体に予め設定された走行経路上の複数の地点において教示画像を取得する移動体の教示方法であって、
   前記移動体を前記走行経路の始端に設置する準備ステップと、
   前記移動体を前記走行経路に沿って手動走行させる教示走行ステップと、
   前記教示走行ステップ実行時に、前記移動体が予め設定された距離を走行する毎に、前記車体に搭載されたカメラによって前記車体の進行方向において前方向の画像と前記車体の進行方向において後方向の画像とを同時に取得し、取得した前記車体の前方向の画像を前方教示画像として記憶するとともに、取得した前記車体の後方向の画像を後方教示画像として記憶する教示画像取得ステップと、
   前記走行経路における現在の前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と同じか否かを判定し、前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と同じと判定した場合、前記前方教示画像の中から教示画像を選択する一方、前記車体の進行方向が前記画像の取得時の前記車体の進行方向と異なると判定した場合、前記後方教示画像の中から教示画像を選択し、前記カメラによりリアルタイムに撮像された撮像画像と、選択された前記教示画像との比較結果に基づいて前記車体が前記走行経路に沿って走行するように前記走行装置を制御する走行制御ステップと、を有している
   ことを特徴とする、移動体の教示方法。