JP5500449B2

JP5500449B2 - 移動体

Info

Publication number: JP5500449B2
Application number: JP2010211005A
Authority: JP
Inventors: 研司松熊
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: JP2012068736A

Description

本発明は、移動体に関する。

特許文献１には、移動方向の画像を一定の時間間隔で撮影するカメラと、記憶装置と演算装置を有しカメラの画像に基づき移動体を制御する制御装置とを備えた移動体が開示されている。この制御装置は、教示走行時において移動体が所定の走行経路を移動する際に所定のセンサ情報を記憶する。制御装置は、自律走行時において記憶したセンサ情報と現時点のセンサ情報とを比較して、移動体が走行経路を移動するように移動体を制御している。

特開２００８−１４６１９７号公報

本発明は、少ない画像記憶量で、走行中の自己の位置を認識することができ、教示された走行経路に沿って安定して走行することが可能な移動体を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る移動体は、外環境を撮像する撮像装置と、
複数の教示位置にて前記撮像装置が撮像した画像をそれぞれ記憶画像として記憶する記憶装置と、
前記撮像装置が撮像する現在の画像から第１の特徴点群を抽出する第１の特徴点抽出部、前記記憶画像のそれぞれから第２の特徴点群を抽出する第２の特徴点抽出部、及び前記記憶画像の中から、前記現在の画像に最も近似する記憶画像を近似画像として選択し、該近似画像を撮像した前記教示位置よりも前方の教示位置にて撮像された前記記憶画像を目標記憶画像として設定し、前記第１の特徴点群に対して平行移動処理及び拡大縮小処理を行い、該第１の特徴点群の位置を前記目標記憶画像の前記第２の特徴点群の位置に予め決められた誤差範囲で一致させ、その際の横方向の平行移動量及び拡大縮小率αを求める照合部を有する画像処理装置と、
前記横方向の平行移動量を、該移動体の進行方向に対する角度ずれ量及び左右方向の位置ずれ量に相当する第１の大きさに換算する第１の換算処理部、前記拡大縮小率αを、該移動体の前後方向の位置ずれ量に相当する第２の大きさに換算する第２の換算処理部、及び前記第１の換算処理部及び前記第２の換算処理部が換算した結果に基づいて走行を制御する走行制御部を有する制御装置とを備える。

本発明に係る移動体において、前記第１の換算処理部は、前記横方向の平行移動量に調整ゲインを乗じることによって、該横方向の平行移動量を前記第１の大きさに換算することができる。

本発明に係る移動体において、前記第２の換算処理部は、前記近似画像に対する目標記憶画像の拡大縮小率βを求め、前記拡大縮小率αを前記拡大縮小率βで除することにより、前記拡大縮小率αを前記第２の大きさに換算することができる。

本発明に係る移動体においては、本発明の構成を有しない場合よりも、少ない画像記憶量で、走行中の自己の位置を認識することができ、教示された走行経路に沿って安定して走行することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る移動体の説明図である。同移動体が有する画像処理装置及び制御装置の機能ブロック図である。同移動体が有する画像処理装置の処理内容を示す説明図である。同移動体が自律走行する際の位置と記憶画像を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。

本発明の一実施の形態に係る移動体１０は、事前に教示された複数の位置（教示位置）を通る走行経路に沿って自律走行するものである。この移動体１０の車体をなす本体１０Ａは、平面視して略矩形状の車体（不図示）の角に４つの車輪１１を備えている。これら４つの車輪１１のうち、前２輪の向きを変えることで本体１０Ａの進行方向に対する角度ずれ（姿勢のずれ）及び左右方向の位置が制御され、後ろ２輪の回転速度を変えることで本体１０Ａの移動速度が制御される。以下、本体１０Ａを含み移動体１０という。
移動体１０は、図１に示すように、撮像装置１５と、記憶装置１６と、画像処理装置１７と、制御装置１８とを備えている。

撮像装置１５は、本体１０Ａに搭載され、移動体１０が走行する外環境を予め決められた周期（例えば１００〜５００ｍｓｅｃ）で撮像するものである。この撮像装置１５は、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラである。撮像装置１５は、ＵＳＢインターフェースを介して後述する記憶装置１６及び画像処理装置１７に接続されている。

記憶装置１６は、移動体１０を教示走行させる際に、複数の教示位置にて撮像された画像を記憶画像として記憶する。この記憶装置１６は、例えばフラッシュメモリやハードディスクドライブにより構成される。

画像処理装置１７は、図２に示すように、第１の特徴点抽出部２１と、第２の特徴点抽出部２２と、照合部２３とを備えている。
第１の特徴点抽出部２１は、撮像装置１５が撮像する現在の画像（現画像）から第１の特徴点群を抽出する。
第２の特徴点抽出部２２は、記憶装置１６に記憶された記憶画像から第２の特徴点群を抽出する。特徴点は、公知の方法で抽出することができる。例えば記憶画像がグレースケールで表現されている場合には、白黒の濃淡の変化が大きい点を特徴点とすることができる。

照合部２３は、第１の特徴点群の位置と第２の特徴点群の位置とを照合して、記憶装置１６に記憶された記憶画像（例えば、現在位置よりも後方側の教示位置で撮像された記憶画像）の中から現画像に最も近い画像を近似画像として選択する。照合部２３は、更に、近似画像を撮像した教示位置よりも進行方向の一つ先の教示位置（前方の教示位置）の記憶画像を目標記憶画像として設定する。
照合部２３は、第１の特徴点群に対して平行移動処理及び拡大縮小処理を行い、第１の特徴点群の位置を目標記憶画像の第２の特徴点群の位置に予め決められた誤差範囲で一致させる。照合部２３は、平行移動処理した際の横方向の平行移動量と、拡大縮小処理した際の拡大縮小率とを求める。
ここで、現画像は、照合対象となる目標記憶画像に対して、１）移動体の進行方向に対する角度ずれ、２）左右方向の位置ずれ、及び３）前後方向の位置ずれの情報を含んでいる。
これら情報は、図３（ａ）に示す進行方向に対する角度ずれ及び左右方向の位置ずれの第１の情報と図３（ｂ）に示す前後方向の位置ずれの第２の情報に分解することができる。進行方向に対する角度ずれ量及び左右方向の位置ずれ量は、第１の特徴点群の第２の特徴点群に対する横方向の平行移動量として表れる。前後方向の位置ずれ量は、第１の特徴点群の第２の特徴点群に対する拡大縮小率として表れる。

制御装置１８は、図２に示すように、第１の換算処理部３１と、第２の換算処理部３２と、走行制御部３３とを備えている。

第１の換算処理部３１は、照合部２３が求めた平行移動量を移動体の進行方向に対する角度ずれ量及び左右方向の位置ずれ量に相当する大きさに換算することができる。
ここで、第１の換算処理部３１の具体的な換算処理について説明する。
現画像に含まれる角度ずれ及び左右方向の位置ずれの情報は、角度ずれの情報と左右方向の位置ずれの情報にそれぞれ分離して扱うことができない。また、角度ずれ量及び左右方向の位置ずれ量を正確に求めることができない。しかし、角度ずれ及び左右方向の位置ずれを全体として１つのずれとして扱い、このずれが小さくなるように前輪の向きを変えて移動体１０の進行方向を修正すれば、移動体１０は予め決められた走行経路に沿って移動することができる。そこで、横方向の平行移動量を移動体１０の進行方向に対する角度ずれ量及び左右方向の位置ずれ量に相当する第１の大きさ（ここでは即ち、前２輪の舵角に相当する）に換算し、この換算された大きさを横方向の位置の補正量として扱うことで、移動体１０は予め決められた走行経路に沿って移動することができる。
第１の換算処理部３１は、次式（１）に基づいて、横方向の平行移動量（ＤＳＩ）を第１の大きさ（ＤＳ）に換算する。
ＤＳ＝Ｇ × ＤＳＩ式（１）
ここで、Ｇ：調整ゲインである。この調整ゲイン（Ｇ）は、事前に適切な値を実験的に求めておく必要がある。

第２の換算処理部３２は、照合部２３が求めた拡大縮小率（α）を移動体１０の前後方向の位置ずれ量に相当する第２の大きさに換算することができる。
ここで、第２の換算処理部３２の具体的な換算処理について説明する。
第２の換算処理部３２は、近似画像を基準とする目標記憶画像の拡大縮小率（β）を求める。第２の換算処理部３２は、次式（２）に基づいて、拡大縮小率（α）を第２の大きさ（ＤＬ）に換算する。
ＤＬ＝ α／β 式（２）
このＤＬは、近似画像を撮像した教示位置Ｘ１から目標記憶画像を撮像した教示位置Ｘ２までの距離を１とした場合の、移動体１０から教示位置Ｘ２までの距離（前後方向の距離として近似される）を表している。

走行制御部３３は、前輪の向きを変更するためのモータと、後輪を駆動するためのモータと、これらモータに駆動電流を供給するためのモータドライバとで主として構成される。
走行制御部３３は、第１の換算処理部３１が換算した第１の大きさ（ＤＳ）に基づいて、予め決められた経路を走行するように前輪の向きを修正する。走行制御部３３は、第２の換算処理部３２が換算した第２の大きさ（ＤＬ）に基づいて、車輪１１の回転速度を調整する。

次に、移動体１０の動作（走行制御方法）について図４に基づいて説明する。
１）事前に走行経路を教示するために、移動体１０の教示走行を行う。この教示走行は、作業者が移動体１０を操作することによって行われる。撮像装置１５により教示位置Ｐ１〜Ｐ８における外環境が撮像され、それぞれの画像が記憶装置１６に記憶される。図４中、教示位置Ｐ１は、移動体１０の自律走行開始位置である。教示位置Ｐ８は、移動体１０の走行終了位置である。

２）第２の特徴点抽出部２２が教示位置Ｐ１〜Ｐ８における記憶画像から第２の特徴点群をそれぞれ抽出する。教示走行後、移動体１０は自律走行を行う。

３）撮像装置１５が、予め決められた周期で画像を撮像する。撮像ごとに画像処理装置１７の第１の特徴点抽出部２１が現画像から第１の特徴点群を抽出する。

４）照合部２３が第１の特徴点群の位置と第２の特徴点群の位置とを照合し、近似画像を選択する。照合部２３は、更に、目標記憶画像を設定する。図４に示すように、移動体１０の現在位置が、教示位置Ｐ４と教示位置Ｐ５の間の位置Ｐ４５である場合、近似画像は、教示位置Ｐ４における記憶画像である（教示位置Ｐ４は現在位置Ｐ４５よりも後方に位置し、この教示位置Ｐ４における記憶画像が現画像に最も近似している）。目標記憶画像は、教示位置Ｐ５における記憶画像である。更に、照合部２３は、第１の特徴点群に対して平行移動処理及び拡大縮小処理を行い、第１の特徴点群の位置を、教示位置Ｐ５における記憶画像に関する第２の特徴点群の位置に一致させる。この際、照合部２３は、第１の特徴点群の位置を第２の特徴点群の位置に予め決められた誤差範囲で一致させれば良い。照合部２３は、平行移動処理した際の横方向の平行移動量と、拡大縮小処理した際の拡大縮小率（α）とを求め、出力する。

５）制御装置１８の第１の換算処理部３１が、式（１）に基づいて、横方向の平行移動量（ＤＳＩ）を第１の大きさ（ＤＳ）に換算する。

６）制御装置１８の第２の換算処理部３２が、近似画像に対する目標記憶画像の拡大縮小率（β）を求める。制御装置１８の第２の換算処理部３２は、式（２）に基づいて、拡大縮小率（α）を第２の大きさ（ＤＬ）に換算する。

７）制御装置１８の走行制御部３３は、第１の換算処理部３１が換算した第１の大きさ（ＤＳ）に基づいて、予め決められた経路を走行するように前輪の向きを修正する。走行制御部３３は、前輪の向きを操作することにより、移動体の走行経路を制御する。

８）制御装置１８の走行制御部３３は、第２の換算処理部３２が換算した第２の大きさ（ＤＬ）に基づいて、車輪１１の回転速度を調整する。走行制御部３３は、車輪１１の回転速度を調整することにより、移動体１０の移動速度を制御する。例えば、教示位置Ｐ５にて一時停止する場合には、第２の大きさ（ＤＬ）に基づいて、走行制御部３３は、移動体１０を減速するように制御する。

９）前述の３）〜８）を繰り返して前進する。移動体１０が教示位置Ｐ７まで到達した場合には、近似画像は教示位置Ｐ７における記憶画像であり、目標記憶画像は教示位置Ｐ８における記憶画像となる。移動体１０が教示位置Ｐ７から教示位置Ｐ８の間を走行中は、制御装置１８の第２の換算処理部３２により、移動体１０の現在位置から教示位置Ｐ８（走行終了位置）までの相対的な距離が求められる。従って、走行制御部３３は走行終了位置Ｐ８に向けて徐々に減速するように移動体１０の移動速度を制御することができる。

このように、照合部２３は、前方に位置する教示位置の記憶画像を目標記憶画像として設定するので、移動体１０はこの目標記憶画像を撮像した教示位置までの距離を相対距離として認識する。即ち、移動体１０は少ない画像記憶量で、走行中の自己の位置を認識することができ、教示された走行経路に沿って安定して走行する。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述のそれぞれ実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。

前述の実施の形態においては、照合部２３は、近似画像を撮像した教示位置よりも進行方向の一つ先の教示位置の記憶画像を目標記憶画像として設定している。これに代えて、照合部２３は、近似画像を撮像した教示位置よりも進行方向の予め決められた数だけ先の教示位置の記憶画像を目標記憶画像として設定してもよい。図４において一例を示すと、近似画像を撮像した教示位置がＰ４の場合、このＰ４の２つ先の教示位置Ｐ６の記憶画像を目標記憶画像として設定することができる。即ち、目標記憶画像が撮像された教示位置が、現在位置よりも前方にあればよい。

１０：移動体、１０Ａ：本体、１１：車輪、１５：撮像装置、１６：記憶装置、１７：画像処理装置、１８：制御装置、２１：第１の特徴点抽出部、２２：第２の特徴点抽出部、２３：照合部、３１：第１の換算処理部、３２：第２の換算処理部、３３：走行制御部

Claims

外環境を撮像する撮像装置と、
複数の教示位置にて前記撮像装置が撮像した画像をそれぞれ記憶画像として記憶する記憶装置と、
前記撮像装置が撮像する現在の画像から第１の特徴点群を抽出する第１の特徴点抽出部、前記記憶画像のそれぞれから第２の特徴点群を抽出する第２の特徴点抽出部、及び前記記憶画像の中から、前記現在の画像に最も近似する記憶画像を近似画像として選択し、該近似画像を撮像した前記教示位置よりも前方の教示位置にて撮像された前記記憶画像を目標記憶画像として設定し、前記第１の特徴点群に対して平行移動処理及び拡大縮小処理を行い、該第１の特徴点群の位置を前記目標記憶画像の前記第２の特徴点群の位置に予め決められた誤差範囲で一致させ、その際の横方向の平行移動量及び拡大縮小率αを求める照合部を有する画像処理装置と、
前記横方向の平行移動量を、該移動体の進行方向に対する角度ずれ量及び左右方向の位置ずれ量に相当する第１の大きさに換算する第１の換算処理部、前記拡大縮小率αを、該移動体の前後方向の位置ずれ量に相当する第２の大きさに換算する第２の換算処理部、及び前記第１の換算処理部及び前記第２の換算処理部が換算した結果に基づいて走行を制御する走行制御部を有する制御装置とを備えた移動体。
請求項１記載の移動体において、
前記第１の換算処理部は、前記横方向の平行移動量に調整ゲインを乗じることによって、該横方向の平行移動量を前記第１の大きさに換算する移動体。
請求項１又は２記載の移動体において、
前記第２の換算処理部は、前記近似画像に対する目標記憶画像の拡大縮小率βを求め、前記拡大縮小率αを該拡大縮小率βで除することにより、前記拡大縮小率αを前記第２の大きさに換算する移動体。