JP5748174B2 - Method and apparatus for measuring relative posture of moving object - Google Patents

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Description

本発明は、第1および第2の移動体の相対姿勢を計測する相対姿勢計測方法と装置に関する。   The present invention relates to a relative posture measuring method and apparatus for measuring the relative posture of first and second moving bodies.

複数の移動体が、互いに独立してエリア内を移動する場合に、複数の移動体が互いに衝突することを避ける制御や、先行する移動体に他の移動体を追従させる制御などを行うことがある。
なお、複数の移動体は、例えば、物品を搬送する移動ロボットであり、作業エリア内で自在に移動可能である。
When a plurality of moving bodies move within the area independently of each other, it is possible to perform control for preventing the plurality of moving bodies from colliding with each other, control for causing the preceding moving body to follow another moving body, and the like. is there.
Note that the plurality of moving bodies are, for example, mobile robots that transport articles, and can freely move within the work area.

上述の制御を行うために、移動体の位置と姿勢を、次の方法A、BまたはCにより計測している。   In order to perform the above-described control, the position and posture of the moving body are measured by the following method A, B, or C.

方法Aでは、移動体に、速度センサやジャイロセンサなどを設置する。速度センサによる速度計測値を時間積分して、移動体の位置を求め、ジャイロセンサによる角速度計測値を時間積分して、移動体の姿勢を求める。   In Method A, a speed sensor, a gyro sensor, or the like is installed on the moving body. The position of the moving body is obtained by time-integrating the speed measurement value obtained by the speed sensor, and the attitude of the moving body is obtained by time-integrating the angular velocity measurement value obtained by the gyro sensor.

方法Bでは、移動体に、外界センサを搭載する。この外界センサにより、移動体の外部において既知の位置に存在する指標の方向と、該指標までの距離を計測する。この計測結果を、地図データと照合する。この照合に基づいて、移動体の自己位置と姿勢を求める。例えば、外界センサとして3次元レーザレーダやカメラを用いる。なお、下記の特許文献1では、宇宙機である移動体の姿勢として、当該移動体の進行方向と前記指標に相当する地球や太陽との相対関係を検出している。   In Method B, an external sensor is mounted on the moving body. By this external sensor, the direction of the index existing at a known position outside the moving body and the distance to the index are measured. This measurement result is collated with map data. Based on this collation, the self position and posture of the moving body are obtained. For example, a three-dimensional laser radar or camera is used as the external sensor. In Patent Document 1 below, as a posture of a mobile object that is a spacecraft, a relative relationship between the traveling direction of the mobile object and the earth or the sun corresponding to the index is detected.

方法Cでは、移動体の外部に設置された計測機器(例えば、カメラ)により移動体を含む画像を取得し、この画像に基づいて移動体の位置と姿勢を求める。   In Method C, an image including the moving body is acquired by a measuring device (for example, a camera) installed outside the moving body, and the position and orientation of the moving body are obtained based on the image.

なお、後述する本発明の実施形態で使用可能な技術が、下記の特許文献2〜4に記載されている。   In addition, the technique which can be used by embodiment of this invention mentioned later is described in the following patent documents 2-4.

特許第2514987号Japanese Patent No. 2514987 特開2009−33366号公報JP 2009-33366 A 特開2007−3233号公報JP 2007-3233 A 特開2011−28417号公報JP 2011-28417 A

しかし、移動体の位置と姿勢のうち、姿勢を精度よく計測することは難しい。   However, it is difficult to accurately measure the posture of the position and posture of the moving body.

上述した方法Aでは、ジャイロセンサの計測誤差が積分されることにより、移動体の姿勢の計測精度が低下する可能性がある。   In the method A described above, measurement accuracy of the posture of the moving body may be reduced due to integration of the measurement error of the gyro sensor.

上述した方法Bでは、3次元レーザレーダやカメラにより指標を認識する必要がある。そのため、指標を設定できない場合には、移動体の姿勢を計測できない。   In the method B described above, it is necessary to recognize the index by a three-dimensional laser radar or a camera. Therefore, when the index cannot be set, the posture of the moving body cannot be measured.

上述した方法Cでは、移動体の姿勢を得るためには、計測機器により、移動体における3つの位置を互いに区別して計測する必要がある。従って、移動体と計測機器との距離が大きくなると、移動体における3つの位置を互いに区別して計測することが困難となる。   In the method C described above, in order to obtain the posture of the moving body, it is necessary to measure the three positions on the moving body by distinguishing them from each other by a measuring device. Therefore, when the distance between the moving body and the measuring device increases, it becomes difficult to measure the three positions on the moving body separately from each other.

一方、2つの移動体が互いに衝突することを避ける制御や、先行する移動体に他の移動体を追従させる制御を行う場合には、2つの移動体の相対姿勢が得られればよい。すなわち、移動体が移動するエリアに固定された静止座標系から見た各移動体の姿勢を求めることは必ずしも必要ではない。   On the other hand, in the case of performing control for preventing two moving bodies from colliding with each other and control for causing the preceding moving body to follow another moving body, the relative postures of the two moving bodies may be obtained. That is, it is not always necessary to obtain the posture of each moving body viewed from a stationary coordinate system fixed to the area in which the moving body moves.

そこで、本発明の目的は、2つの移動体の相対姿勢を精度よく求めることができる方法と装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and apparatus that can accurately determine the relative postures of two moving bodies.

上記目的を達成するため、本発明によると、第1および第2の移動体の相対姿勢を計測する相対姿勢計測方法であって、
(A)第1の移動体に第1の方位センサを設け、第2の移動体に第2の方位センサを設け、
(B)第1の移動体に設定された基点から、該基点と間隔をおいて第1の移動体に設定された方位点へ向かう方向を第1基準方向として、第1の方位センサは、第1の移動体から見た、第1基準方向に対する第2の移動体の方位θを計測し、
(C)第2の移動体に設定された基点から、該基点と間隔をおいて第2の移動体に設定された方位点へ向かう方向を第2基準方向として、第2の方位センサは、第2の移動体から見た、第2基準方向に対する第1の移動体の方位θを計測し、
(D)計測した方位θと方位θとに基づいて、第1基準方向と第2基準方向との相対関係を前記相対姿勢として求める、ことを特徴とする移動体の相対姿勢計測方法が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a relative attitude measurement method for measuring the relative attitudes of the first and second moving bodies,
(A) The first moving body is provided with a first azimuth sensor, the second moving body is provided with a second azimuth sensor,
(B) A direction from the base point set for the first mobile body to the azimuth point set for the first mobile body at a distance from the base point is defined as a first reference direction, and the first direction sensor is Measure the azimuth θ 1 of the second moving body relative to the first reference direction as seen from the first moving body,
(C) A direction from the base point set for the second mobile body to the azimuth point set for the second mobile body at an interval from the base point is defined as a second reference direction, and the second direction sensor is Measure the orientation θ 2 of the first moving body relative to the second reference direction as seen from the second moving body,
(D) based on the measured orientation theta 1 and the azimuth theta 2 and the relative relationship between the first reference direction and a second reference direction determined as the relative orientation, relative orientation measuring method for a mobile body, characterized in that Provided.

本発明の好ましい実施形態によると、前記(B)を行う時の前記相対姿勢は、前記(C)を行う時の前記相対姿勢と同じであり、
前記(B)(C)で計測された方位θと方位θとに基づいて、第1基準方向と第2基準方向との前記相対関係を幾何学的に算出する。
According to a preferred embodiment of the present invention, the relative posture when performing (B) is the same as the relative posture when performing (C),
Based on the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 measured in (B) and (C), the relative relationship between the first reference direction and the second reference direction is geometrically calculated.

本発明の別の実施形態によると、前記(D)において、前記移動体の位置および姿勢の確率分布を、前記方位θと方位θに基づいて更新し、
更新された確率分布に基づいて、前記相対関係を推定する。
According to another embodiment of the present invention, in (D), the probability distribution of the position and orientation of the moving body is updated based on the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 ,
The relative relationship is estimated based on the updated probability distribution.

好ましくは、前記移動体の位置および姿勢を内部状態とし、
該内部状態の初期値を設定するとともに、該内部状態の分散共分散行列の初期値を設定し、
前記(D)において、前記確率分布を用いたカルマンフィルタにより、前記(B)により得た前記方位θに基づいて前記内部状態と前記分散共分散行列を更新するとともに、前記(C)により得た前記方位θに基づいて前記内部状態と前記分散共分散行列を更新し、更新された内部状態から前記相対関係を推定し、または、更新された内部状態を前記相対関係とする。
Preferably, the position and posture of the moving body are in an internal state,
Set the initial value of the internal state and set the initial value of the variance-covariance matrix of the internal state,
In (D), the Kalman filter using the probability distribution is used to update the internal state and the variance-covariance matrix based on the azimuth θ 1 obtained in (B), and obtained in (C). The internal state and the variance-covariance matrix are updated based on the azimuth θ 2 , the relative relationship is estimated from the updated internal state, or the updated internal state is set as the relative relationship.

好ましい別の例では、前記(D)において、
第1の移動体の位置および姿勢と、第2の移動体の位置および姿勢とを1つのサンプルとして、第1および第2の移動体が取り得るサンプルを多数生成し、
前記方位θと方位θの一方に基づいて、各サンプルが実際に存在する確率を更新し、更新した当該確率がしきい値以上となるサンプルを、前記多数のサンプルから抽出し、
前記抽出した各サンプルについて、前記方位θと方位θの他方を計測した時における第1および第2の移動体の相対位置と相対姿勢を、各移動体の運動モデルに基づいて予測し、
前記方位θと方位θの他方と、前記予測した第1および第2の移動体の相対位置と相対姿勢とに基づいて、前記抽出された各サンプルが実際に存在する確率を更新し、更新した当該確率がしきい値以上となるサンプルを、前記抽出されたサンプルから抽出し、
当該抽出したサンプルに基づいて、前記相対関係を推定する。
In another preferred example, in (D),
Using the position and posture of the first moving body and the position and posture of the second moving body as one sample, generating a large number of samples that can be taken by the first and second moving bodies,
Based on one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 , update the probability that each sample actually exists, and extract a sample whose updated probability is equal to or greater than a threshold value from the multiple samples,
For each of the extracted samples, the relative position and relative attitude of the first and second moving bodies when the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is measured are predicted based on the motion model of each moving body,
Updating the probability that each of the extracted samples actually exists based on the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 and the predicted relative position and relative posture of the first and second moving bodies; Extract a sample whose updated probability is equal to or greater than a threshold value from the extracted sample,
Based on the extracted sample, the relative relationship is estimated.

また、上記目的を達成するため、本発明によると、第1および第2の移動体の相対姿勢を計測する相対姿勢計測装置であって、
第1の移動体に設けられる第1の方位センサと、第2の移動体に設けられる第2の方位センサと、を備え、
第1の移動体に設定された基点から、該基点と間隔をおいて第1の移動体に設定された方位点へ向かう方向を第1基準方向として、第1の方位センサは、第1の移動体から見た、第1基準方向に対する第2の移動体の方位θを計測し、
第2の移動体に設定された基点から、該基点と間隔をおいて第2の移動体に設定された方位点へ向かう方向を第2基準方向として、第2の方位センサは、第2の移動体から見た、第2基準方向に対する第1の移動体の方位θを計測し、
計測した方位θと方位θとに基づいて、第1基準方向と第2基準方向との相対関係を前記相対姿勢として求める演算部をさらに備える、ことを特徴とする移動体の相対姿勢計測装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a relative posture measuring device for measuring the relative posture of the first and second moving bodies,
A first azimuth sensor provided on the first moving body, and a second azimuth sensor provided on the second moving body,
The direction from the base point set for the first mobile body to the azimuth point set for the first mobile body at an interval from the base point is defined as a first reference direction, and the first direction sensor Measure the orientation θ 1 of the second moving body relative to the first reference direction as seen from the moving body,
The direction from the base point set for the second mobile body to the azimuth point set for the second mobile body at an interval from the base point is taken as a second reference direction, and the second direction sensor Measure the orientation θ 2 of the first moving body relative to the second reference direction as seen from the moving body,
Based on the measured orientation theta 1 and the azimuth theta 2 and further comprising, relative orientation measurement of the moving body, characterized in that the computing unit for determining the relative relationship between the first reference direction and a second reference direction as the relative orientation An apparatus is provided.

上述した本発明によると、第1の移動体に第1の方位センサを設け、第2の移動体に第2の方位センサを設け、第1の方位センサは、第1の移動体から見た、第1基準方向に対する第2の移動体の方位θを計測し、第2の方位センサは、第2の移動体から見た、第2基準方向に対する第1の移動体の方位θを計測し、計測した方位θと方位θとに基づいて、第1基準方向と第2基準方向との相対関係を前記相対姿勢として求める。
この方法では、第1の方位センサは、第2の移動体の方位を認識できればよく、第2の移動体における3つの位置を互いに区別して計測する必要がない。第2の方位センサも同様である。
よって、第1の移動体と第2の移動体との距離が大きくても、相対姿勢を高精度に求めることができる。
According to the present invention described above, the first moving body is provided with the first direction sensor, the second moving body is provided with the second direction sensor, and the first direction sensor is viewed from the first moving body. Then, the azimuth θ 1 of the second moving body with respect to the first reference direction is measured, and the second azimuth sensor determines the azimuth θ 2 of the first moving body with respect to the second reference direction as viewed from the second moving body. Based on the measured azimuth θ 1 and azimuth θ 2 , a relative relationship between the first reference direction and the second reference direction is obtained as the relative posture.
In this method, the first azimuth sensor only needs to be able to recognize the azimuth of the second moving body, and it is not necessary to distinguish and measure the three positions on the second moving body. The same applies to the second orientation sensor.
Therefore, even if the distance between the first moving body and the second moving body is large, the relative posture can be obtained with high accuracy.

本発明の実施形態による相対姿勢計測装置を示す。1 shows a relative attitude measurement device according to an embodiment of the present invention. (A)は、第1の移動体に固定した2次元座標系を示し、(B)は、第2の移動体に固定した2次元座標系を示す。(A) shows a two-dimensional coordinate system fixed to the first moving body, and (B) shows a two-dimensional coordinate system fixed to the second moving body. 本発明の実施形態による相対姿勢計測方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the relative attitude | position measuring method by embodiment of this invention. 第1の移動体に固定された3次元座標系Aと、第2の移動体に固定された3次元座標系Bを示す。A three-dimensional coordinate system A fixed to the first moving body and a three-dimensional coordinate system B fixed to the second moving body are shown. (A)は、第1の方位センサが計測する方位θ1z、θ1xyを示し、(B)は、第2の方位センサが計測する方位θ2z、θ2xyを示す。(A) shows the orientations θ 1z and θ 1xy measured by the first orientation sensor, and (B) shows the orientations θ 2z and θ 2xy measured by the second orientation sensor.

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の実施形態による相対姿勢計測装置10の構成図である。相対姿勢計測装置10は、第1の移動体3に対する第2の移動体5の相対姿勢を計測する。
図1の例では、第1および第2の移動体3、5は、路面を走行するものであり、図1は、各移動体3、5を上方から見た平面図である。なお、図1において、各移動体3、5の位置を検出する位置検出装置7(3次元レーザレーダ)が、移動体3、5以外の固定位置に設けられている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a relative posture measuring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. The relative posture measuring device 10 measures the relative posture of the second moving body 5 with respect to the first moving body 3.
In the example of FIG. 1, the first and second moving bodies 3 and 5 travel on the road surface, and FIG. 1 is a plan view of the moving bodies 3 and 5 as viewed from above. In FIG. 1, a position detection device 7 (three-dimensional laser radar) for detecting the position of each moving body 3, 5 is provided at a fixed position other than the moving bodies 3, 5.

相対姿勢計測装置10は、第1の方位センサ9と第2の方位センサ11と演算部13とを備える。   The relative orientation measurement device 10 includes a first orientation sensor 9, a second orientation sensor 11, and a calculation unit 13.

第1の方位センサ9は、第1の移動体3に設けられる。第1の方位センサ9は、第1の移動体3から見た、第1基準方向D1に対する第2の移動体5の方位θを計測する。ここで、第1基準方向D1とは、第1の移動体3に設定された基点P1から、該基点P1と間隔をおいて第1の移動体3に設定された方位点P2へ向かう方向である。好ましくは、第1基準方向D1は、第1の移動体3の前後方向であって、第1の移動体3の後方から前方へ向かう方向である。ただし、第1基準方向D1は、第1の移動体3の前後方向から既知の角度だけ傾いた方向であってもよい。 The first orientation sensor 9 is provided on the first moving body 3. First direction sensor 9, as viewed from the first movable body 3, and measures the azimuth theta 1 of the second moving body 5 with respect to the first reference direction D1. Here, the first reference direction D1 is a direction from the base point P1 set for the first moving body 3 toward the azimuth point P2 set for the first moving body 3 with an interval from the base point P1. is there. Preferably, the first reference direction D1 is a front-rear direction of the first moving body 3 and is a direction from the rear to the front of the first moving body 3. However, the first reference direction D1 may be a direction inclined by a known angle from the front-rear direction of the first moving body 3.

第1の方位センサ9は、例えば、次のように、カメラと画像処理装置とにより構成されている。カメラは、第1基準方向D1を向くように、または、第1基準方向D1に対して既知の角度だけ傾いた方向を向くように第1の移動体3に設置される。画像処理装置は、カメラにより撮像した画像において、その中心位置と第2の移動体5との位置関係に基づいて、第2の移動体5が位置する方位θを求める。この時、画像処理装置は、第2の移動体5に設けられた指標を、前記画像内において第2の移動体5の位置として特定してよい。なお、好ましくは、第1の移動体3から見てすべての方向の画像が得られるように、全方向の視野を有する1つのカメラを第1の移動体3に設置するか、もしくは、異なる方向を向く複数のカメラを第1の移動体3に設置するのがよい。 For example, the first azimuth sensor 9 includes a camera and an image processing device as follows. The camera is installed on the first moving body 3 so as to face the first reference direction D1, or to face a direction inclined by a known angle with respect to the first reference direction D1. The image processing apparatus obtains the azimuth θ 1 where the second moving body 5 is located based on the positional relationship between the center position of the image captured by the camera and the second moving body 5. At this time, the image processing apparatus may specify the index provided on the second moving body 5 as the position of the second moving body 5 in the image. Preferably, one camera having an omnidirectional field of view is installed on the first moving body 3 or different directions so that images in all directions are obtained when viewed from the first moving body 3. It is preferable to install a plurality of cameras facing toward the first moving body 3.

ここで、θは、例えば、第1の移動体3に固定された2次元座標系Aで表現されてよい。例えば、2次元座標系Aは、図2(A)に示すように、その原点が基点P1であり、互いに直交するx軸とy軸を有する。このx軸は、水平方向を向き、第1基準方向D1に相当する。すなわち、x軸上に方位点P2が存在する。y軸は、x軸と直交する水平方向を向く。
θは、図2(A)において、第1基準方向D1(x軸)に対する角度であり、基点P1を中心に、反時計回りにずれた方位を正の値とし、基点P1を中心に、時計回りにずれた方位を負の値として、その最大絶対値がπ(ラジアン)になるようにする。
Here, θ 1 may be expressed by, for example, a two-dimensional coordinate system A fixed to the first moving body 3. For example, as shown in FIG. 2A, the two-dimensional coordinate system A has an origin that is a base point P1, and has an x axis and ay axis that are orthogonal to each other. This x-axis faces the horizontal direction and corresponds to the first reference direction D1. That is, the azimuth point P2 exists on the x axis. The y axis faces the horizontal direction orthogonal to the x axis.
In FIG. 2A, θ 1 is an angle with respect to the first reference direction D1 (x axis) in FIG. 2A, and a direction shifted counterclockwise around the base point P1 is a positive value, and the base point P1 is the center. The azimuth | direction shifted in the clockwise direction is made into a negative value, and the maximum absolute value is made into (pi) (radian).

第2の方位センサ11は、第2の移動体5に設けられる。第2の方位センサ11は、第2の移動体5から見た、第2基準方向D2に対する第1の移動体3の方位θを計測する。ここで、第2基準方向D2とは、第2の移動体5に設定された基点P3から、該基点P3と間隔をおいて第2の移動体5に設定された方位点P4へ向かう方向である。好ましくは、第2基準方向D2は、第2の移動体5の前後方向であって、第2の移動体5の後方から前方へ向かう方向である。ただし、第2基準方向D2は、第2の移動体5の前後方向から既知の角度だけ傾いた方向であってもよい。 The second orientation sensor 11 is provided on the second moving body 5. The second azimuth sensor 11 measures the azimuth θ 2 of the first moving body 3 with respect to the second reference direction D 2 as viewed from the second moving body 5. Here, the second reference direction D2 is a direction from the base point P3 set for the second moving body 5 toward the azimuth point P4 set for the second moving body 5 with an interval from the base point P3. is there. Preferably, the second reference direction D2 is a front-rear direction of the second moving body 5 and is a direction from the rear to the front of the second moving body 5. However, the second reference direction D2 may be a direction inclined by a known angle from the front-rear direction of the second moving body 5.

第2の方位センサ11は、例えば、次のように、カメラと画像処理装置とにより構成されている。カメラは、第2基準方向D2を向くように、または、第2基準方向D2に対して既知の角度だけ傾いた方向を向くように第2の移動体5に設置される。画像処理装置は、カメラにより撮像した画像において、その中心位置と第1の移動体3との位置関係に基づいて、第1の移動体3が位置する方位θを求める。この時、画像処理装置は、第1の移動体3に設けられた指標を、前記画像内において第1の移動体3の位置として特定してよい。なお、好ましくは、第2の移動体5から見てすべての方位の画像が得られるように、全方向の視野を有する1つのカメラを第2の移動体5に設置するか、もしくは、異なる方向を向く複数のカメラを第2の移動体5に設置するのがよい。 For example, the second orientation sensor 11 includes a camera and an image processing device as follows. The camera is installed on the second moving body 5 so as to face the second reference direction D2 or to face a direction inclined by a known angle with respect to the second reference direction D2. The image processing apparatus obtains an orientation θ 2 in which the first moving body 3 is located based on the positional relationship between the center position of the image captured by the camera and the first moving body 3. At this time, the image processing apparatus may specify the index provided on the first moving body 3 as the position of the first moving body 3 in the image. Preferably, one camera having an omnidirectional field of view is installed on the second moving body 5 or different directions so that images in all directions are obtained when viewed from the second moving body 5. It is preferable to install a plurality of cameras facing toward the second moving body 5.

ここで、θは、例えば、第2の移動体5に固定された2次元座標系Bで表現されてよい。例えば、2次元座標系Bは、図2(B)に示すように、その原点が基点P3であり、互いに直交するx軸とy軸を有する。このx軸は、水平方向を向き、第2基準方向D2に相当する。すなわち、x軸上に方位点P4が存在する。y軸は、x軸と直交する水平方向を向く。
θは、図2(B)において、第2基準方向D2(x軸)に対する角度であり、基点P3を中心に、反時計回りにずれた方位を正の値とし、基点P3を中心に、時計回りにずれた方位を負の値として、その最大絶対値がπ(ラジアン)になるようにする。
Here, θ 2 may be expressed by, for example, a two-dimensional coordinate system B fixed to the second moving body 5. For example, as shown in FIG. 2B, the two-dimensional coordinate system B has an origin that is a base point P3 and has an x axis and ay axis that are orthogonal to each other. The x axis faces the horizontal direction and corresponds to the second reference direction D2. That is, the azimuth point P4 exists on the x axis. The y axis faces the horizontal direction orthogonal to the x axis.
In FIG. 2B, θ 2 is an angle with respect to the second reference direction D2 (x-axis), and a direction shifted counterclockwise around the base point P3 is a positive value, and the base point P3 is the center. The azimuth | direction shifted in the clockwise direction is made into a negative value, and the maximum absolute value is made into (pi) (radian).

各移動体3、5に設ける上述の指標として、例えば、次のものを用いてよい。
一例では、指標は、特許文献2のように、特定のパターンで輝度が変化する発光ダイオードである。この場合、方位センサ9、11は、カメラを用いて、短い設定時間にわたる動画を画像として撮像し、画像処理装置を用いて、画像において、特定のパターンで輝度が変化する画素の位置を、指標の位置として特定する。
別の例では、指標は、特許文献3、4に記載されたような幾何学的模様である。この場合、方位センサ9、11の画像処理装置は、幾何学的模様と同じ模様を予め記憶しており、カメラを用いて得た画像において、予め記憶した当該模様と同じ模様の部分を、指標の位置として特定する。
For example, the following indicators may be used as the above-described indicators provided in the moving bodies 3 and 5.
In one example, the index is a light emitting diode whose luminance changes in a specific pattern as in Patent Document 2. In this case, the azimuth sensors 9 and 11 capture a moving image over a short set time using the camera as an image, and use the image processing device to indicate the position of the pixel whose luminance changes in a specific pattern in the image as an index. Specify as the position of.
In another example, the indicator is a geometric pattern as described in US Pat. In this case, the image processing devices of the azimuth sensors 9 and 11 store the same pattern as the geometric pattern in advance, and in the image obtained using the camera, the portion of the same pattern as the previously stored pattern is used as the index. Specify as the position of.

上述の指標は、第1および第2の移動体3、5の外面(例えば、外周面)に、間隔をおいて取り付けられていてよい。   The above-described indicators may be attached to the outer surfaces (for example, outer peripheral surfaces) of the first and second moving bodies 3 and 5 at intervals.

演算部13は、第1の方位センサ9が計測した方位θと、第1の方位センサ9が計測した方位θとに基づいて、第1基準方向D1と第2基準方向D2との相対関係を求める。求めた相対関係が、第1の移動体3に対する第2の移動体5の相対姿勢となる。相対関係は、例えば、図1のように、第1基準方向D1と第2基準方向D2とのなす角度θで表わされる。このなす角度θは、第1基準方向D1、または、この方向D1に平行な方向と、第2基準方向D2、または、この方向D2に平行な方向とのなす角度を意味する。 Calculation unit 13, the azimuth theta 1 which the first direction sensor 9 is measured, based on the orientation theta 2 and the first direction sensor 9 is measured, a first reference direction D1 relative to the second reference direction D2 Seeking a relationship. The obtained relative relationship is the relative posture of the second moving body 5 with respect to the first moving body 3. The relative relationship, for example, as shown in FIG. 1, represented by the angle theta t between the first reference direction D1 and the second reference direction D2. This angle θ t means an angle formed between the first reference direction D1 or a direction parallel to the direction D1 and the second reference direction D2 or a direction parallel to the direction D2.

図3は、上述した相対姿勢計測装置10を用いた相対姿勢計測方法を示すフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing a relative posture measuring method using the relative posture measuring apparatus 10 described above.

ステップS1において、第1の移動体3に第1の方位センサ9を設け、第2の移動体5に第2の方位センサ11を設ける。
ステップS2において、第1の方位センサ9は、第1の移動体3から見た、第1基準方向D1に対する第2の移動体5の方位θを計測する。
ステップS3において、第2の方位センサ11は、第2の移動体5から見た、第2基準方向D2に対する第1の移動体3の方位θを計測する。
ステップS4において、演算部13は、計測した方位θと方位θとに基づいて、第1基準方向と第2基準方向との相対関係を前記相対姿勢として求める。
なお、ステップS2、S3は、移動体3、5が移動している時に行われてよい。
In step S <b> 1, the first direction sensor 9 is provided on the first moving body 3, and the second direction sensor 11 is provided on the second moving body 5.
In step S2, the first orientation sensor 9, as viewed from the first movable body 3, and measures the azimuth theta 1 of the second moving body 5 with respect to the first reference direction D1.
In step S <b> 3, the second direction sensor 11 measures the direction θ < b > 2 of the first moving body 3 with respect to the second reference direction D <b> 2 as viewed from the second moving body 5.
In step S4, the arithmetic unit 13, based on the orientation theta 1 and the measured orientation theta 2 and to determine the relative relationship between the first reference direction and a second reference direction as the relative attitude.
Steps S2 and S3 may be performed when the moving bodies 3 and 5 are moving.

以下、ステップS4で行われる演算部13による演算方法1、2を詳しく説明する。   Hereinafter, the calculation methods 1 and 2 by the calculation unit 13 performed in step S4 will be described in detail.

[演算方法1]
演算方法1は、ステップS2を行う時の前記相対姿勢が、ステップS3を行う時の前記相対姿勢と同じである場合に採用される。このような場合としては、ステップS2を行う時とステップS3を行う時との間で、第1および第2の移動体3、5の姿勢と位置が変化していない場合がある。演算方法1を行う他の場合として、ステップS2とステップS3を同じ時刻に行う場合がある。
[Calculation method 1]
Calculation method 1 is employed when the relative posture when performing step S2 is the same as the relative posture when performing step S3. As such a case, the posture and position of the first and second moving bodies 3 and 5 may not change between the time when step S2 is performed and the time when step S3 is performed. As another case of performing calculation method 1, step S2 and step S3 may be performed at the same time.

演算部13は、ステップS2とステップS3でそれぞれ計測した方位θと方位θとに基づいて、第1基準方向D1と第2基準方向D2との相対関係(なす角度θ)を幾何学的演算により算出する。ここでは、上述の図2のように、方位θ、θは、上述の2次元座標系A、Bで表現できるものとする。なお、図1において、D1pは、第1基準方向と平行であって基点P3を通る直線である。
演算部13は、方位θと方位θに基づいて、第1基準方向D1と第2基準方向D2とのなす角度をθを、次の式(1)により求める。なお、この式(1)において、θとθとθの単位はラジアンである。

θ=θ−θ−π ・・・(1)
Calculation unit 13, based on the orientation theta 1 and the azimuth theta 2 and measured respectively at steps S2 and S3, geometric first reference direction D1 relative relationship between the second reference direction D2 (the angle theta t) It is calculated by an arithmetic operation. Here, it is assumed that the orientations θ 1 and θ 2 can be expressed by the above-described two-dimensional coordinate systems A and B as shown in FIG. In FIG. 1, D1p is a straight line parallel to the first reference direction and passing through the base point P3.
Based on the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 , the calculation unit 13 obtains θ t as an angle between the first reference direction D 1 and the second reference direction D 2 by the following equation (1). In this equation (1), the units of θ 1 , θ 2 and θ t are radians.

θ t = θ 1 −θ 2 −π (1)

上述では、第1および第2の移動体3、5が、2次元平面である路面を移動する場合について説明したので、ここでは、方位θ、θは、2次元座標系A、Bで表わした。しかし、第1および第2の移動体3、5が、3次元空間内を移動する場合には、演算部13は、3次元座標系で表わされた方位θ、θに基づいて、第1基準方向D1と第2基準方向D2とのなす角度を次のように求める。 In the above description, the case where the first and second moving bodies 3 and 5 move on the road surface which is a two-dimensional plane has been described. Here, the directions θ 1 and θ 2 are expressed in the two-dimensional coordinate systems A and B. Represented. However, when the first and second moving bodies 3 and 5 move in the three-dimensional space, the calculation unit 13 is based on the orientations θ 1 and θ 2 expressed in the three-dimensional coordinate system. The angle formed by the first reference direction D1 and the second reference direction D2 is determined as follows.

図4は、移動体3、5が移動する空間において、これらの移動体3、5にそれぞれ固定された3次元座標系A、Bを示す。各3次元座標系A,Bは、互いに直交するx軸とy軸とz軸を有する。上述の第1基準方向D1は、3次元座標系Aのx軸に一致し、上述の第2基準方向D2は、3次元座標系Bのx軸に一致する。   FIG. 4 shows three-dimensional coordinate systems A and B fixed to the moving bodies 3 and 5 in a space in which the moving bodies 3 and 5 move. Each three-dimensional coordinate system A, B has an x-axis, a y-axis, and a z-axis that are orthogonal to each other. The first reference direction D1 described above matches the x axis of the three-dimensional coordinate system A, and the second reference direction D2 described above matches the x axis of the three-dimensional coordinate system B.

図4において、第1の方位センサ9は、上述の方位θとして方位θ1zとθ1xyを計測し、第2の方位センサ11は、上述の方位θとして方位θ2zとθ2xyを計測する。なお、図4において、P1xyは、3次元座標系Aの原点P1を3次元座標系Bのx−y平面に正射影した点であり、P3xyは、3次元座標系Bの原点P3を3次元座標系Aのx−y平面に正射影した点である。 In FIG. 4, the first azimuth sensor 9 measures the azimuth θ 1z and θ 1xy as the azimuth θ 1 described above, and the second azimuth sensor 11 measures the azimuth θ 2z and θ 2xy as the azimuth θ 2 described above. To do. In FIG. 4, P1 xy is a point obtained by orthogonally projecting the origin P1 of the three-dimensional coordinate system A onto the xy plane of the three-dimensional coordinate system B, and P3 xy represents the origin P3 of the three-dimensional coordinate system B. This is a point orthogonally projected onto the xy plane of the three-dimensional coordinate system A.

また、第1基準方向D1をベクトルvで表わし、第1基準方向D2をベクトルvで表わし、Rを回転行列として、

=R

が成り立つとする。この場合、第1基準方向D1と第2基準方向D2との相対関係は、上記のRで表わすことができる。ここで、Rは、例えば、

=R1z(π)R1z(-θ1z)R1xy(θ1xy)R2xy(θ2xy)R2z(θ2z

で表わされる。
2z(θ2z)は、空間上の各点を、3次元座標系Bのz軸回りに、θ2zだけ回転させる行列である。R2xy(θ2xy)は、3次元座標系BをR2z(θ2z)により回転させた座標系B1のy軸回りに、空間上の各点を、θ2xyだけ回転させる行列である。R1xy(θ1xy)は、3次元座標系Aのz軸回りに、座標系Aをθ1zだけ回転させた座標系A1のy軸回りに、空間上の各点を、θ1xyだけ回転させる行列である。R1z(−θ1z)は、3次元座標系Aのz軸回りに、空間上の各点を、−θ1zだけ回転させる行列である。R1z(π)は、空間上の各点を、3次元座標系Aのz軸回りに、π(ラジアン)だけ回転させる行列である。なお、各回転角θは、大きさを表しており、θは、各軸の正の方向から見て反時計回りの回転を示し、−θは、各軸の正の方向から見て時計回りの回転を示している。
Also, the first reference direction D1 expressed by a vector v 1, represents a first reference direction D2 vector v 2, as the rotation matrix R t,

v 1 = R t v 2

Suppose that In this case, the first reference direction D1 relative relationship between the second reference direction D2 can be represented by the above R t. Here, R t is, for example,

R t = R 1z (π) R 1z (−θ 1z ) R 1xy1xy ) R 2xy2xy ) R 2z2z )

It is represented by
R 2z2z ) is a matrix that rotates each point in space by θ 2z around the z-axis of the three-dimensional coordinate system B. R 2xy2xy ) is a matrix that rotates each point in space by θ 2xy around the y-axis of the coordinate system B1 obtained by rotating the three-dimensional coordinate system B by R 2z2z ). R 1xy (θ 1xy) is the z-axis of the three-dimensional coordinate system A, the y-axis of the coordinate system A1 of rotating the coordinate system A only theta 1z, each point in space, rotated by theta 1Xy It is a matrix. R 1z (−θ 1z ) is a matrix that rotates each point on the space by −θ 1z around the z-axis of the three-dimensional coordinate system A. R 1z (π) is a matrix that rotates each point in space by π (radian) around the z-axis of the three-dimensional coordinate system A. Each rotation angle θ represents a magnitude, θ represents counterclockwise rotation when viewed from the positive direction of each axis, and −θ is clockwise when viewed from the positive direction of each axis. Indicates rotation.

[演算方法2]
演算方法2は、第1の方位センサ9と第2の方位センサ11が、異なる時刻に、または、同じ時刻に、上述した方位θ1と方位θ2を計測する場合に採用される。
この場合、演算部13は、ベイズフィルタ(ベイズの定理)を用いて、前記相対関係を推定する。すなわち、演算部13は、前記移動体の位置および姿勢の確率分布を、前記方位θと方位θに基づいて更新し、更新された確率分布に基づいて、前記相対関係を推定する。なお、ベイズフィルタを用いる場合に、前記相対関係が一意に求められないときにも、確からしい前記相対関係を、確率分布を利用して求めることができる。この確率分布を絞り込むために、他の計測手段により、第1および第2の移動体3、5の位置や姿勢を計測し、これらの計測値をさらに用いてもよい。
[Calculation method 2]
The calculation method 2 is employed when the first azimuth sensor 9 and the second azimuth sensor 11 measure the azimuth θ1 and the azimuth θ2 described above at different times or at the same time.
In this case, the calculation unit 13 estimates the relative relationship using a Bayes filter (Bayes's theorem). That is, the calculation unit 13 updates the probability distribution of the position and orientation of the moving body based on the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 and estimates the relative relationship based on the updated probability distribution. Note that, when a Bayes filter is used, even when the relative relationship is not uniquely determined, the probable relative relationship can be determined using a probability distribution. In order to narrow down this probability distribution, the position and orientation of the first and second moving bodies 3 and 5 may be measured by other measuring means, and these measured values may be further used.

以下、ベイズフィルタとして、カルマンフィルタとパーティクルフィルタを用いた例を順に説明する。   Hereinafter, examples in which a Kalman filter and a particle filter are used as Bayes filters will be described in order.

(カルマンフィルタ)
ベイズフィルタとしてカルマンフィルタを用いる場合には、次のようにする。
(Kalman filter)
When a Kalman filter is used as the Bayes filter, the following is performed.

まず、前記移動体の位置および姿勢を内部状態とする。例えば、第1の移動体3に設定された前記基点P1と前記方位点P2に対して静止している座標系における第2の移動体5の位置と姿勢を内部状態とする。すなわち、ここでの例では、内部状態は、第1の移動体3に対する第2の移動体5の相対位置と相対姿勢である。
演算部13は、前記確率分布を用いたカルマンフィルタにより、第1の方位センサ9が計測した前記方位θに基づいて内部状態と該内部状態の分散共分散行列を更新するとともに、第2の方位センサ11が計測した前記方位θに基づいて内部状態とその分散共分散行列を更新し、更新された内部状態(相対姿勢)から前記相対関係を推定し、または、以下で詳しく説明する具体例のように、更新された内部状態を前記相対関係とする。なお、カルマンフィルタを用いる場合には、前記確率分布は、内部状態と分散共分散行列で表わされる。
First, the position and posture of the moving body are set to an internal state. For example, the position and posture of the second moving body 5 in the coordinate system stationary with respect to the base point P1 and the azimuth point P2 set for the first moving body 3 are set as the internal state. That is, in the example here, the internal state is the relative position and relative posture of the second moving body 5 with respect to the first moving body 3.
The calculation unit 13 updates the internal state and the variance-covariance matrix of the internal state based on the direction θ 1 measured by the first direction sensor 9 by the Kalman filter using the probability distribution, and the second direction A specific example in which the internal state and its variance-covariance matrix are updated based on the azimuth θ 2 measured by the sensor 11 and the relative relationship is estimated from the updated internal state (relative posture), or described in detail below. As described above, the updated internal state is set as the relative relationship. When the Kalman filter is used, the probability distribution is represented by an internal state and a variance-covariance matrix.

なお、分散共分散行列が示す内部状態の確からしさが、しきい値以上になるまで、方位θと方位θの計測を繰り返すのがよい。この場合、演算部13は、方位θが計測される度に、カルマンフィルタにより、当該方位θに基づいて内部状態とその分散共分散行列を更新するとともに、方位θが計測される度に、カルマンフィルタにより、当該方位θに基づいて内部状態とその分散共分散行列を更新する。分散共分散行列が示す内部状態の確からしさが、しきい値以上になったら、演算部13は、最新の内部状態から前記相対関係を推定し、または、更新された内部状態を前記相対関係とする。 It is preferable to repeat the measurement of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 until the probability of the internal state indicated by the variance-covariance matrix is equal to or greater than the threshold value. In this case, every time the azimuth θ 1 is measured, the calculation unit 13 updates the internal state and its variance-covariance matrix based on the azimuth θ 1 by the Kalman filter, and every time the azimuth θ 2 is measured. by Kalman filter updates the internal state and its covariance matrix based on the orientation theta 2. When the probability of the internal state indicated by the variance-covariance matrix is equal to or greater than the threshold value, the calculation unit 13 estimates the relative relationship from the latest internal state, or updates the internal state as the relative relationship. To do.

以下において、カルマンフィルタを用いた場合の具体例を説明する。   Hereinafter, a specific example in the case where the Kalman filter is used will be described.

まず、次の[数1]で示すように、内部状態Xを定義するとともに、内部状態Xの初期値と、内部状態Xの初期分散共分散行列CovXを定義しておく。 First, as shown in the following [Equation 1], as well as defining the internal state X t, it defines the initial value of the internal state X t, the initial covariance matrix CovX t internal state X t.

[数1]において、x、y、zは、現在において、第1の移動体3から見た第2の移動体5の相対位置を示す。すなわち、x、y、zは、それぞれ、第1の移動体3に固定された3次元座標系Aにおける互いに直交するx軸とy軸とz軸の座標値である。この3次元座標系Aのx軸は、第1基準方向D1に相当する。すなわち、この3次元座標系Aの原点が基点P1であり、x軸上に方位点P2が存在する。
[数1]において、r、r、rは、現在において、第1の移動体3から見た第2の移動体5の姿勢を示す角度(ラジアン)である。すなわち、3次元座標系Aにおいて、第2の移動体5を、x軸と平行であり第2の移動体5(例えば、基点P3)を通る軸回りにその基準姿勢からrだけ回転させ、次に、y軸と平行であり第2の移動体5(基点P3)を通る軸回りにrだけ回転させ、最後に、z軸と平行であり第2の移動体5(基点P3)を通る軸回りにrだけ回転させると、第1の移動体3から見た現在における第2の移動体5の姿勢となる。基準姿勢とは、例えば、第2基準方向D2の向きが第1基準方向D1の向きと同じ(平行)になっている第2の移動体5の姿勢である。なお、本発明によると、回転させる順序を変えたり、別のオイラー角表現や回転行列などにより、第1の移動体3から見た第2の移動体5の姿勢を表してもよい。この場合、後述の式(20)も変更する。
In [Expression 1], x, y, and z indicate the relative positions of the second moving body 5 as viewed from the first moving body 3 at present. That is, x, y, and z are coordinate values of the x-axis, y-axis, and z-axis that are orthogonal to each other in the three-dimensional coordinate system A fixed to the first moving body 3. The x axis of the three-dimensional coordinate system A corresponds to the first reference direction D1. That is, the origin of the three-dimensional coordinate system A is the base point P1, and the azimuth point P2 exists on the x-axis.
In [Expression 1], r x , r y , and r z are angles (radians) that indicate the posture of the second moving body 5 as viewed from the first moving body 3 at present. That is, in the three-dimensional coordinate system A, the second moving body 5 is rotated by r x from the reference posture around an axis parallel to the x axis and passing through the second moving body 5 (for example, the base point P3), Next, it is rotated by r y around the axis parallel to the y axis and passing through the second moving body 5 (base point P3). Finally, the second moving body 5 (base point P3) parallel to the z axis is rotated. When it is rotated by rz around the passing axis, the posture of the second moving body 5 as seen from the first moving body 3 is obtained. The reference posture is, for example, the posture of the second moving body 5 in which the direction of the second reference direction D2 is the same (parallel) as the direction of the first reference direction D1. Note that, according to the present invention, the orientation of the second moving body 5 viewed from the first moving body 3 may be expressed by changing the order of rotation or by using another Euler angle expression or a rotation matrix. In this case, formula (20) described later is also changed.

この例では、θとして、第1の方位センサ9は、θ1zとθ1xyとを計測する。
θ1zは、図5(A)に示すように、前記3次元座標系Aにおいて、z軸回りの周方向に関して、第1の移動体3から見て、第1基準方向D1(x軸)に対して、第2の移動体5が存在する方位(ラジアン)である。すなわち、θ1zは、前記3次元座標系Aにおいて、第2の移動体5の基点P3をx−y平面に正射影した点P3xyと3次元座標系Aの原点(上述の基点P1)とを結ぶ線分の、第1基準方向D1(x軸)に対する方位である。
θ1xyは、図5(A)に示すように、前記3次元座標系Aにおいて、第2の移動体5の基点P3と前記3次元座標系Aの原点(上述の基点P1)とを結ぶ線分が、x−y平面となす角度(ラジアン)である。
In this example, the first azimuth sensor 9 measures θ 1z and θ 1xy as θ 1 .
As shown in FIG. 5A , θ 1z is in the first reference direction D1 (x axis) when viewed from the first moving body 3 in the three-dimensional coordinate system A with respect to the circumferential direction around the z axis. On the other hand, it is an azimuth (radian) in which the second moving body 5 exists. That is, θ 1z is a point P3 xy obtained by orthogonally projecting the base point P3 of the second moving body 5 onto the xy plane in the three-dimensional coordinate system A and the origin (the above-mentioned base point P1) of the three-dimensional coordinate system A. Is a direction with respect to the first reference direction D1 (x-axis).
As shown in FIG. 5A , θ 1xy is a line connecting the base point P3 of the second moving body 5 and the origin (the above-mentioned base point P1) of the three-dimensional coordinate system A in the three-dimensional coordinate system A. Minute is an angle (radian) formed with the xy plane.

θ1zが計測されたら、演算部13は、次の式(2)(3)により、XとCovXを更新する。なお、 CovXは、Xの分散共分散行列を示す(以下同様)。

=X−K(Y−θ1z) ・・・(2)

CovX=(I−K)・CovX ・・・(3)
When θ 1z is measured, the calculation unit 13 updates X t and CovX t according to the following equations (2) and (3). Note that CovX t represents a variance-covariance matrix of X t (the same applies hereinafter).

X t = X t -K 1 ( Y 1 -θ 1z) ··· (2)

CovX t = (I−K 1 B 1 ) · CovX t (3)

ここで、式(2)において、左辺のXは、当該式により更新されたXであり、右辺のXは、当該式によりXを更新する直前のXである。また、式(3)において、左辺のCovXは、当該式により更新されたCovXであり、右辺のCovXは、当該式によりCovXを更新する直前のCovXである。また、式(3)において、Iは、単位行列を示す。 Here, in the formula (2), the left side of X t is X t which is updated by the equation, the right side of the X t is X t immediately before updating the X t by the equation. Further, in the equation (3), the left side of CovX t is CovX t updated by the equation, CovX t on the right side is a CovX t immediately before updating CovX t by the equation. Moreover, in Formula (3), I shows a unit matrix.

は、カルマンゲインであり、次の式(4)で表わされる。

=CovX・B ・V −1 ・・・(4)

は、次の[数2]の式(5)で表わされる偏微分行列であり、その上付き文字「T」は転置行列を示す。
上式(4)のVは、次の式で表わされ、その上付き数字「-1」は逆行列を示す。


=B・CovX・B +R ・・・(6)

ここで、Rは、方位の計測誤差として想定される分散値である(以下同様)。
K 1 is a Kalman gain and is represented by the following equation (4).

K 1 = CovX t · B 1 T · V 1 −1 (4)

B 1 is a partial differential matrix represented by the following equation (5) of [Equation 2], and its superscript “T” indicates a transposed matrix.
V 1 in the above equation (4) is expressed by the following equation, and the superscript “−1” indicates an inverse matrix.


V 1 = B 1 · CovX t · B 1 T + R (6)

Here, R is a variance value assumed as an orientation measurement error (the same applies hereinafter).

上式(2)のYは、次の式で表わされる。

=g(X)=tan−1(y/x) ・・・(7)
Y 1 in the above formula (2) is represented by the following formula.

Y 1 = g 1 (X t ) = tan −1 (y / x) (7)

θ1xyが計測されたら、演算部13は、次の式(8)(9)により、XとCovXを更新する。

=X−K(Y−θ1xy) ・・・(8)

CovX=(I−K)・CovX ・・・(9)
Once theta 1Xy is measured, the arithmetic unit 13, by the following equation (8) (9), and updates the X t and CovX t.

X t = X t -K 2 ( Y 2 -θ 1xy) ··· (8)

CovX t = (I−K 2 B 2 ) · CovX t (9)

ここで、式(8)において、左辺のXは、当該式により更新されたXであり、右辺のXは、当該式によりXを更新する直前のXである。また、式(9)において、左辺のCovXは、当該式により更新されたXであり、右辺のCovXは、当該式によりCovXを更新する直前のCovXである。また、式(9)において、Iは、単位行列を示す。 Here, in equation (8), the left side of X t is X t which is updated by the equation, the right side of the X t is X t immediately before updating the X t by the equation. Further, in the equation (9), the left side of CovX t is X t which is updated by the equation, CovX t on the right side is a CovX t immediately before updating CovX t by the equation. Moreover, in Formula (9), I shows a unit matrix.

は、カルマンゲインであり、次の式(10)で表わされる。

=CovX・B ・V −1 ・・・(10)

は、次の[数3]の式(11)で表わされる偏微分行列である。
上式(10)のVは、次の式(12)で表わされる。

=B・CovX・B +R ・・・(12)
K 2 is the Kalman gain is expressed by the following equation (10).

K 2 = CovX t · B 2 T · V 2 −1 (10)

B 2 is a partial differential matrix represented by the following equation (11) of [Equation 3].
V 2 in the above formula (10) is represented by the following formula (12).

V 2 = B 2 · CovX t · B 2 T + R (12)

上式(8)のYは、次の[数4]の式(13)で表わされる。

Y 2 in the above equation (8) is represented by the following equation (13) of [Equation 4].

この例では、θとして、第2の方位センサ11は、θ2zとθ2xyとを計測する。
θ2zは、図5(B)に示すように、互いに直交するx軸、y軸、z軸を有し第2の移動体5に固定された3次元座標系Bにおいて、z軸回りの周方向に関して、第2の移動体5から見て、第2基準方向D2(x軸)に対して、第1の移動体3が存在する方位(ラジアン)である。すなわち、θ2zは、3次元座標系Bにおいて、第1の移動体3の基点P1をx−y平面に正射影した点P1xyと3次元座標系Bの原点(上述の基点P3)とを結ぶ線分の、第2基準方向D2(x軸)に対する方位である。
θ2xyは、図5(B)に示すように、前記3次元座標系Bにおいて、第1の移動体3の基点P1と前記3次元座標系Bの原点(上述の基点P3)とを結ぶ線分が、x−y平面となす角度(ラジアン)である。
In this example, as θ 2 , the second orientation sensor 11 measures θ 2z and θ 2xy .
As shown in FIG. 5B, θ 2z is a frequency around the z axis in the three-dimensional coordinate system B having the x axis, the y axis, and the z axis orthogonal to each other and fixed to the second moving body 5. Regarding the direction, it is the azimuth (radian) in which the first moving body 3 exists with respect to the second reference direction D2 (x axis) when viewed from the second moving body 5. That is, θ 2z is obtained by defining a point P1 xy obtained by orthogonally projecting the base point P1 of the first moving body 3 on the xy plane and the origin of the three-dimensional coordinate system B (the above-described base point P3) in the three-dimensional coordinate system B. This is the direction with respect to the second reference direction D2 (x axis) of the connecting line segment.
As shown in FIG. 5B, θ 2xy is a line connecting the base point P1 of the first moving body 3 and the origin (the above-mentioned base point P3) of the three-dimensional coordinate system B in the three-dimensional coordinate system B. Minute is an angle (radian) formed with the xy plane.

θ2zが計測されたら、演算部13は、次の式(14)(15)により、XとCovXを更新する。

=X−K(Y−θ2z) ・・・(14)

CovX=(I−K)・CovX ・・・(15)
When θ 2z is measured, the calculation unit 13 updates X t and CovX t according to the following equations (14) and (15).

X t = X t -K 3 ( Y 3 -θ 2z) ··· (14)

CovX t = (I−K 3 B 3 ) · CovX t (15)

ここで、式(14)において、左辺のXは、当該式により更新されたXであり、右辺のXは、当該式によりXを更新する直前のXである。また、式(15)において、左辺のCovXは、当該式により更新されたCovXであり、右辺のCovXは、当該式によりCovXを更新する直前のCovXである。また、式(15)において、Iは、単位行列を示す。 Here, in the formula (14), the left side of X t is X t which is updated by the equation, the right side of the X t is X t immediately before updating the X t by the equation. Further, in the equation (15), the left side of CovX t is CovX t updated by the equation, CovX t on the right side is a CovX t immediately before updating CovX t by the equation. Moreover, in Formula (15), I shows a unit matrix.

は、カルマンゲインであり、次の式(16)で表わされる。

=CovX・B ・V −1 ・・・(16)

は、次の[数5]の式(17)で表わされる偏微分行列である。
上式(16)のVは、次の式(18)で表わされる。

=B・CovX・B +R ・・・(18)
K 3 is the Kalman gain is expressed by the following equation (16).

K 3 = CovX t · B 3 T · V 3 −1 (16)

B 3 is a partial differential matrix represented by the following equation (17) of [Equation 5].
V 3 in the above equation (16) is represented by the following equation (18).

V 3 = B 3 · CovX t · B 3 T + R (18)

上式(14)のYは、次の式(19)で表わされる。

=g(X)=tan−1(y/x) ・・・(19)

ここで、xとyは、それぞれ、3次元座標系Bにおけるx軸の座標値とy軸の座標値である。そのため、xとyは、次の[数6]の式(20)により、第1の移動体3に固定された3次元座標系Aの座標値x、y、zで表わされる。
なお、この式(20)において、cとsは、それぞれ、余弦関数(cos)と正弦関数(sin)を表わす。また、この式(20)において、zは、3次元座標系Bにおけるz軸の座標値である。
Y 3 in the above equation (14) is represented by the following equation (19).

Y 3 = g 3 (X t ) = tan −1 (y B / x B ) (19)

Here, x B and y B are an x-axis coordinate value and a y-axis coordinate value in the three-dimensional coordinate system B, respectively. Therefore, x B and y B are represented by coordinate values x, y, and z of the three-dimensional coordinate system A fixed to the first moving body 3 by the following equation (20) of [Equation 6].
In the equation (20), c and s represent a cosine function (cos) and a sine function (sin), respectively. In this equation (20), z B is the coordinate value of the z axis in the three-dimensional coordinate system B.

θ2xyが計測されたら、演算部13は、次の式(21)(22)により、XとCovXを更新する。

=X−K(Y−θ2xy) ・・・(21)

CovX=(I−K)・CovX ・・・(22)
Once theta 2xy is measured, the arithmetic unit 13, by the following equation (21) (22), and updates the X t and CovX t.

X t = X t -K 4 ( Y 4 -θ 2xy) ··· (21)

CovX t = (I−K 4 B 4 ) · CovX t (22)

ここで、式(21)において、左辺のXは、当該式により更新されたXであり、右辺のXは、当該式によりXを更新する直前のXである。また、式(22)において、左辺のCovXは、当該式により更新されたCovXであり、右辺のCovXは、当該式によりCovXを更新する直前のCovXである。また、式(22)において、Iは、単位行列を示す。 Here, in the formula (21), the left side of X t is X t which is updated by the equation, the right side of the X t is X t immediately before updating the X t by the equation. Further, in the equation (22), the left side of CovX t is CovX t updated by the equation, CovX t on the right side is a CovX t immediately before updating CovX t by the equation. Moreover, in Formula (22), I shows a unit matrix.

は、カルマンゲインであり、次の式(23)で表わされる。

=CovX・B ・V −1 ・・・(23)

は、次の[数7]の式(24)で表わされる偏微分行列である。
上式(23)のVは、次の式(25)で表わされる。

=B・CovX・B +R ・・・(25)
K 4 is a Kalman gain and is expressed by the following equation (23).

K 4 = CovX t · B 4 T · V 4 −1 (23)

B 4 is a partial differential matrix represented by the following equation (24) of [Equation 7].
V 4 in the above equation (23) is represented by the following equation (25).

V 4 = B 4 · CovX t · B 4 T + R (25)

上式(21)のYは、次の[数8]の式(26)で表わされる。
この式におけるxとyとzは、それぞれ、3次元座標系Bにおけるx軸の座標値とy軸の座標値とz軸の座標であり、上述した[数6]の式(20)により、第1の移動体3に固定された3次元座標系Aの座標値x、y、zで表わされる。
Y 4 in the above equation (21) is represented by the following equation (26) in [Equation 8].
X B , y B, and z B in this equation are the x-axis coordinate value, the y-axis coordinate value, and the z-axis coordinate in the three-dimensional coordinate system B, respectively, and the above equation (20) ) By the coordinate values x, y, z of the three-dimensional coordinate system A fixed to the first moving body 3.

上述のように更新された内部状態を、前記相対関係(前記相対姿勢)とする。すなわち、更新された内部状態Xのr、r、rを前記相対関係とする。 The internal state updated as described above is defined as the relative relationship (the relative posture). That is, r x , r y , r z of the updated internal state X t is set as the relative relationship.

上述の具体例では、3次元座標系Aと3次元座標系Bをそれぞれ第1および第2の移動体3、5に固定していたが、任意の座標系を用いてよい。例えば、静止座標系を用いてもよい。この静止座標系に対して、第1および第2の移動体3、5は移動し姿勢を変更する。この場合、内部状態は、12の変数からなる。12の変数は、第1の移動体3の位置を示す3つの変数と、第1の移動体3の姿勢を示す3つの変数と、第2の移動体5の位置を示す3つの変数と、第2の移動体5の姿勢を示す3つの変数とからなる。そこで、好ましくは、上述の第1および第2の方位センサ9、11が計測した方位に加えて、第1および第2の移動体3、5間の距離の計測値や、静止座標系における移動体3、5の位置の計測値を用いて、カルマンフィルタにより内部状態を更新する。更新された内部状態から前記相対関係を推定する。ただし、移動体3、5間の距離の計測値と、移動体3、5の位置の計測値の一方または両方が得られなくても、カルマンフィルタにより内部状態を更新し、更新された内部状態から前記相対関係を推定できる。   In the specific example described above, the three-dimensional coordinate system A and the three-dimensional coordinate system B are fixed to the first and second moving bodies 3 and 5, respectively, but any coordinate system may be used. For example, a stationary coordinate system may be used. With respect to this stationary coordinate system, the first and second moving bodies 3 and 5 move and change their postures. In this case, the internal state consists of 12 variables. Twelve variables are three variables indicating the position of the first moving body 3, three variables indicating the attitude of the first moving body 3, and three variables indicating the position of the second moving body 5. It consists of three variables indicating the attitude of the second moving body 5. Therefore, preferably, in addition to the azimuth measured by the first and second azimuth sensors 9 and 11, the measured value of the distance between the first and second moving bodies 3 and 5 and the movement in the stationary coordinate system. The internal state is updated by the Kalman filter using the measured values of the positions of the bodies 3 and 5. The relative relationship is estimated from the updated internal state. However, even if one or both of the measured value of the distance between the moving bodies 3 and 5 and the measured value of the position of the moving bodies 3 and 5 are not obtained, the internal state is updated by the Kalman filter, and the updated internal state is The relative relationship can be estimated.

(パーティクルフィルタ)
ベイズフィルタとしてパーティクルフィルタを用いる場合には、次のようにする。
(Particle filter)
When a particle filter is used as the Bayes filter, the following is performed.

(a)まず、第1の移動体3の位置および姿勢と、第2の移動体5の位置および姿勢とを1つのサンプルとして、演算部13は、第1および第2の移動体3、5が取り得るサンプルを多数生成する。これらのサンプルは、第1および第2の移動体3、5が移動する空間の座標系で表わされてよい。すなわち、この座標系に対して、第1および第2の移動体3、5が移動する。これらのサンプルは、前記方位θと方位θの一方を計測した時刻のものである。
(b)演算部13は、多数のサンプルから前記方位θと方位θの一方に適合するサンプルを抽出する。すなわち、演算部13は、前記方位θと方位θの一方に基づいて、各サンプルが実際に存在する確率を前記確率分布として取得(更新)し、当該確率に基づいて、多数のサンプルから、当該確率がしきい値以上となるサンプルを抽出する。この確率は、前記方位θと方位θの一方に適合する度合いが高いほど、各サンプルが実際に存在する確率が高いものであってもよいし、前記方位θと方位θの一方に適合するサンプルでは1であり、そうでないサンプルでは0であってもよい。
(c)次に、演算部13は、前記(b)の処理で抽出した各サンプルについて、前記方位θと方位θの他方を計測した時における第1および第2の移動体3、5の相対位置と相対姿勢を、各移動体3、5の運動モデルに基づいて予測する。すなわち、前記(b)の処理で抽出した各サンプルについて、当該サンプルである第1および第2の移動体3、5の位置および姿勢が、方位θと方位θの他方を計測した時にとっていた値を、各移動体3、5の運動モデルに基づいて求め、求めた当該値により、当該他方を計測した時における第1および第2の移動体3、5の相対位置と相対姿勢を予測する。
(d)さらに、演算部13は、前記(b)の処理で抽出したサンプルから前記方位θと方位θの他方に適合するサンプルを抽出する。すなわち、演算部13は、前記方位θと方位θの他方と、予測した第1および第2の移動体3、5の相対位置と相対姿勢とに基づいて、前記抽出した各サンプルが実際に存在する確率を更新し、当該更新した確率に基づいて、前記抽出したサンプルから、当該確率がしきい値以上となるサンプルを抽出する。この確率は、前記方位θと方位θの他方との適合度が高いサンプルほど、高くなるものであってもよいし、前記方位θと方位θの他方に適合するサンプルでは1であり、そうでないサンプルでは0であってもよい。
(e)その後、演算部13は、前記(d)で抽出したサンプルに基づいて、前記相対関係を推定する。当該サンプルの全ては、第1の移動体3に対する第2の移動体5の相対姿勢が等しいものとなっていると考えられる。
(A) First, using the position and orientation of the first moving body 3 and the position and orientation of the second moving body 5 as one sample, the calculation unit 13 calculates the first and second moving bodies 3 and 5. Produces a large number of samples that can be taken. These samples may be represented by a coordinate system of a space in which the first and second moving bodies 3 and 5 move. That is, the first and second moving bodies 3 and 5 move with respect to this coordinate system. These samples are those at the time when one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is measured.
(B) The computing unit 13 extracts a sample that matches one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 from a large number of samples. That is, the calculation unit 13 acquires (updates) the probability that each sample actually exists based on one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 and updates the probability distribution from a large number of samples based on the probability. Samples whose probability is equal to or greater than the threshold are extracted. The probability may be that the probability that each sample actually exists as the degree of matching with one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is higher, or one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 . It may be 1 for a sample that fits and 0 for a sample that does not.
(C) Next, the calculation unit 13 first and second moving bodies 3 and 5 when the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is measured for each sample extracted in the process (b). Are predicted based on a motion model of each of the moving bodies 3 and 5. That is, for each sample extracted in the process (b), the position and orientation of the first and second moving bodies 3 and 5 that are the samples are measured when the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is measured. And the relative position and relative attitude of the first and second moving bodies 3 and 5 when the other is measured based on the obtained value. To do.
(D) Furthermore, the calculation unit 13 extracts a sample that matches the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 from the sample extracted in the process (b). That is, the calculation unit 13 determines that each of the extracted samples is actually based on the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 and the predicted relative position and relative posture of the first and second moving bodies 3 and 5. Then, based on the updated probability, a sample having the probability equal to or higher than a threshold is extracted from the extracted sample. This probability may be higher as the degree of matching between the azimuth θ 1 and the other azimuth θ 2 is higher, or may be 1 for a sample that matches the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2. Yes, for samples that are not, it may be zero.
(E) Thereafter, the calculation unit 13 estimates the relative relationship based on the sample extracted in (d). All of the samples are considered to have the same relative posture of the second moving body 5 with respect to the first moving body 3.

方位θと方位θの一方を計測する時刻またはその直後に、第1および第2の移動体3、5間の距離を計測し、演算部13は、前記(b)の処理において、当該距離に適合するサンプルを選択しておき、選択されたサンプルの中から、前記方位θと方位θの一方に適合するサンプルを抽出してもよい。
同様に、方位θと方位θの他方を計測する時刻またはその直後に、第1および第2の移動体3、5間の距離を計測し、演算部13は、前記(d)の処理において、予測した第1および第2の移動体3、5の前記相対位置に基づいて当該距離に適合するサンプルを選択しておき、選択されたサンプルの中から、前記方位θと方位θの他方に適合するサンプルを抽出してもよい。
なお、第1および第2の移動体3、5間の距離は、例えば、第1または第2の移動体3、5に設置されたレーザ距離計により計測してよい。このレーザ距離計は、この測定時刻またはその直前に得られた方位θと方位θに相当する方位において、第1および第2の移動体3、5間の距離を計測してよい。
At the time of measuring one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 or immediately after that, the distance between the first and second moving bodies 3 and 5 is measured. A sample that matches the distance may be selected, and a sample that matches one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 may be extracted from the selected samples.
Similarly, the distance between the first and second moving bodies 3 and 5 is measured immediately after or at the time when the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is measured, and the calculation unit 13 performs the process (d). , A sample suitable for the distance is selected based on the predicted relative positions of the first and second moving bodies 3 and 5, and the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 are selected from the selected samples. A sample that fits the other of the above may be extracted.
The distance between the first and second moving bodies 3 and 5 may be measured by, for example, a laser distance meter installed on the first or second moving body 3 or 5. This laser distance meter may measure the distance between the first and second moving bodies 3 and 5 in the direction corresponding to the direction θ 1 and the direction θ 2 obtained immediately before this measurement time.

また、前記(b)の処理において、演算部13は、前記(b)で抽出したサンプルに近いサンプルを新たに生成してもよい。すなわち、演算部13は、抽出したサンプルと、移動体3、5の位置と姿勢が近いサンプルを新たに生成してもよい。この場合、前記(c)の処理では、演算部13は、前記新たに生成した各サンプルについても、前記方位θと方位θの他方を計測した時における第1および第2の移動体3、5の相対位置と相対姿勢を、各移動体3、5の運動モデルに基づいて予測する。さらに、前記(d)の処理では、演算部13は、前記新たに生成した各サンプルと前記(b)で抽出したサンプルとについて予測した相対位置と相対姿勢に基づいて、上述と同様に、前記新たに生成した各サンプルと前記(b)で抽出したサンプルから、前記方位θと方位θの他方に適合するサンプルを抽出する。 In the process (b), the calculation unit 13 may newly generate a sample close to the sample extracted in (b). That is, the calculation unit 13 may newly generate a sample in which the extracted sample is close to the position and orientation of the moving bodies 3 and 5. In this case, in the process (c), the calculation unit 13 also uses the first and second moving bodies 3 when the other one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is measured for each of the newly generated samples. 5 relative positions and relative postures are predicted based on the motion models of the moving bodies 3 and 5. Further, in the process (d), the calculation unit 13 performs the same as described above based on the relative position and the relative attitude predicted for each newly generated sample and the sample extracted in (b). From each newly generated sample and the sample extracted in (b), a sample that matches the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is extracted.

方位θと方位θを繰り返し計測し、方位θと方位θを計測する度に、前記(a)を省略して、当該方位θと方位θについて前記(b)(c)(d)の処理を行ってもよい。この場合、方位θと方位θが再び計測されたら、直前の前記(d)で抽出されたサンプルについて、当該方位θと方位θの一方を計測した時における第1および第2の移動体3、5の相対位置と相対姿勢を、各移動体3、5の運動モデルに基づいて予測する。次いで、再度の前記(b)において、これらの予測した相対位置と相対姿勢に基づいて、上述と同様に、直前の前記(d)で抽出されたサンプルから前記方位θと方位θの一方に適合するサンプルを抽出する。その後、上述と同様に、前記(c)(d)の処理を行う。なお、前記(e)の処理では、最後に行った前記(d)の処理で抽出されたサンプルに基づいて、前記相対関係を求める。 Every time the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 are repeatedly measured, and the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 are measured, the (a) is omitted, and the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 are (b) and (c). The process (d) may be performed. In this case, when a measurement direction theta 1 and the azimuth theta 2 again, the samples extracted by said immediately preceding (d), the orientation theta 1 and the first and second at the time when one of the azimuth theta 2 was measured The relative position and relative posture of the moving bodies 3 and 5 are predicted based on the motion model of each moving body 3 and 5. Next, in (b) again, based on these predicted relative positions and relative orientations, one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is extracted from the sample extracted in the previous (d), as described above. Extract a sample that conforms to Thereafter, the processes (c) and (d) are performed in the same manner as described above. In the process (e), the relative relationship is obtained based on the sample extracted in the last process (d).

[移動体の制御]
次に、各移動体の移動制御について説明する。
[Control of moving body]
Next, movement control of each moving body will be described.

移動体3、5毎に制御装置が設けられ、該制御装置は、対応する移動体3または5の位置に基づいて、該移動装置が目標位置へ移動するように、該移動体の移動速度と移動方向を制御する。
前記制御装置は、対応する移動体3または5に設置されてよい。移動体3、5は、例えば、走行車輪や歩行脚により路面上を移動する移動装置、空中を移動する飛行体、または、宇宙空間を移動する宇宙機である。
A control device is provided for each of the moving bodies 3 and 5, and the control device determines the moving speed of the moving body so that the moving device moves to the target position based on the position of the corresponding moving body 3 or 5. Control the direction of movement.
The said control apparatus may be installed in the corresponding mobile body 3 or 5. The moving bodies 3 and 5 are, for example, a moving device that moves on the road surface by traveling wheels or walking legs, a flying object that moves in the air, or a spacecraft that moves in outer space.

このような制御を行うために、移動体3、5が移動する空間に固定された静止座標系における移動体3、5の、位置を検出する位置検出装置7が設けられる。この位置検出装置7は、適宜の手段で構成されてよいが、図1の例のように、移動体3、5が移動する空間に設置された3次元レーザレーダまたはカメラであってよい。
各移動体3、5の前記制御装置は、位置検出装置7により検出した移動体3、5の位置と、相対姿勢計測装置10により求めた相対姿勢に基づいて、対応する移動体3または5の移動速度と移動方向を制御する。
In order to perform such control, a position detection device 7 for detecting the position of the moving bodies 3 and 5 in a stationary coordinate system fixed in a space in which the moving bodies 3 and 5 move is provided. The position detection device 7 may be configured by appropriate means, but may be a three-dimensional laser radar or camera installed in a space in which the moving bodies 3 and 5 move as in the example of FIG.
Based on the position of the moving bodies 3 and 5 detected by the position detecting device 7 and the relative posture obtained by the relative posture measuring device 10, the control device of each moving body 3 and 5 determines the corresponding moving body 3 or 5. Control the speed and direction of movement.

このような移動体の制御方法として、例えば、次の制御方法1、2を採用できる。   As such a moving body control method, for example, the following control methods 1 and 2 can be employed.

(制御方法1)
第2の移動体5に第1の移動体3を追従させる場合には、次のように制御を行う。第1の移動体3の前記制御装置は、位置検出装置7により検出した各移動体3、5の位置から第1の移動体3に対する第2の移動体5の相対位置を求め、この相対位置と、相対姿勢計測装置10により求めた相対姿勢に基づいて、第2の移動体5に第1の移動体3が追従して移動するように第1の移動体3の移動速度と移動方向を制御する。一方、第2の移動体5の前記制御装置は、位置検出装置7により検出した第2の移動体5の、位置に基づいて、第2の移動体5が目標位置へ移動するように、第2の移動体5の移動速度と移動方向を制御する。
この場合、相対姿勢計測装置10の演算部13は、第1の移動体3に設置されてよく、第2の方位センサ11が計測した前記方位θを第2の方位センサ11から無線により受け、求めた相対姿勢を、第1の移動体3の前記制御装置に出力する。
(Control method 1)
When the first moving body 3 is caused to follow the second moving body 5, the control is performed as follows. The control device of the first moving body 3 obtains the relative position of the second moving body 5 with respect to the first moving body 3 from the position of each moving body 3, 5 detected by the position detection device 7, and this relative position. Then, based on the relative posture obtained by the relative posture measuring device 10, the moving speed and moving direction of the first moving body 3 are set so that the first moving body 3 follows the second moving body 5 and moves. Control. On the other hand, the control device of the second moving body 5 is configured so that the second moving body 5 moves to the target position based on the position of the second moving body 5 detected by the position detection device 7. The moving speed and moving direction of the second moving body 5 are controlled.
In this case, the calculation unit 13 of the relative attitude measurement device 10 may be installed on the first moving body 3 and receives the direction θ 2 measured by the second direction sensor 11 from the second direction sensor 11 by radio. The obtained relative posture is output to the control device of the first moving body 3.

(制御方法2)
第1の移動体3と第2の移動体5の衝突を避ける場合には、次のように制御を行う。第1の移動体3の前記制御装置は、位置検出装置7により検出した各移動体3、5の位置から第1の移動体3に対する第2の移動体5の相対位置を求め、この相対位置と、相対姿勢計測装置10により求めた相対姿勢に基づいて、第1および第2の移動体3、5が互いに衝突しないように第1の移動体3の移動を制御する。例えば、第1の移動体3の前記制御装置は、前記相対位置と相対姿勢に基づいて、第1および第2の移動装置が互いに衝突する可能性があるかを判断し、この可能性があると判断した場合には、この衝突を避けるように第1の移動体3の移動速度と移動方向の一方または両方を制御する。
この場合、相対姿勢計測装置10の演算部13は、第1の移動体3に設置されてよく、第2の方位センサ11が計測した前記方位θを第2の方位センサ11から無線により受け、求めた相対姿勢を、第1の移動体3の前記制御装置に出力する。
(Control method 2)
In order to avoid a collision between the first moving body 3 and the second moving body 5, control is performed as follows. The control device of the first moving body 3 obtains the relative position of the second moving body 5 with respect to the first moving body 3 from the position of each moving body 3, 5 detected by the position detection device 7, and this relative position. Then, based on the relative attitude obtained by the relative attitude measuring device 10, the movement of the first moving body 3 is controlled so that the first and second moving bodies 3, 5 do not collide with each other. For example, the control device of the first moving body 3 determines whether there is a possibility that the first and second moving devices collide with each other based on the relative position and the relative posture, and there is this possibility. Is determined, one or both of the moving speed and the moving direction of the first moving body 3 are controlled so as to avoid this collision.
In this case, the calculation unit 13 of the relative attitude measurement device 10 may be installed on the first moving body 3 and receives the direction θ 2 measured by the second direction sensor 11 from the second direction sensor 11 by radio. The obtained relative posture is output to the control device of the first moving body 3.

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

上述の実施形態では、各方位センサ9、11は、カメラと画像処理装置により構成されたが、他の手段で構成されてもよい。例えば、各方位センサ9、11は、レーザレーダにより構成されてもよい。   In the above-described embodiment, each of the azimuth sensors 9 and 11 is configured by a camera and an image processing device, but may be configured by other means. For example, each of the azimuth sensors 9 and 11 may be configured by a laser radar.

3 第1の移動体、5 第2の移動体、7 位置検出装置、9 第1の方位センサ、11 第2の方位センサ、13 演算部、10 相対姿勢計測装置 3 First moving body, 5 Second moving body, 7 Position detecting device, 9 First azimuth sensor, 11 Second azimuth sensor, 13 Arithmetic unit, 10 Relative posture measuring device

Claims (5)

第1および第2の移動体の相対姿勢を計測する相対姿勢計測方法であって、
(A)第1の移動体に第1の方位センサを設け、第2の移動体に第2の方位センサを設け、
(B)第1の移動体に設定された基点から、該基点と間隔をおいて第1の移動体に設定された方位点へ向かう方向を第1基準方向として、第1の方位センサは、第1の移動体から見た、第1基準方向に対する第2の移動体の方位θを計測し、
(C)第2の移動体に設定された基点から、該基点と間隔をおいて第2の移動体に設定された方位点へ向かう方向を第2基準方向として、第2の方位センサは、第2の移動体から見た、第2基準方向に対する第1の移動体の方位θを計測し、
(D)計測した方位θと方位θとに基づいて、第1基準方向と第2基準方向との相対関係を前記相対姿勢として求める、ことを特徴とする移動体の相対姿勢計測方法。
A relative posture measuring method for measuring a relative posture of first and second moving bodies,
(A) The first moving body is provided with a first azimuth sensor, the second moving body is provided with a second azimuth sensor,
(B) A direction from the base point set for the first mobile body to the azimuth point set for the first mobile body at a distance from the base point is defined as a first reference direction, and the first direction sensor is Measure the azimuth θ 1 of the second moving body relative to the first reference direction as seen from the first moving body,
(C) A direction from the base point set for the second mobile body to the azimuth point set for the second mobile body at an interval from the base point is defined as a second reference direction, and the second direction sensor is Measure the orientation θ 2 of the first moving body relative to the second reference direction as seen from the second moving body,
(D) the measured based on the orientation theta 1 and the azimuth theta 2 and the relative relationship between the first reference direction and a second reference direction determined as the relative attitude, relative orientation measuring method for a mobile body, characterized in that.
前記(D)において、前記移動体の位置および姿勢の確率分布を、前記方位θと方位θに基づいて更新し、
更新された確率分布に基づいて、前記相対関係を推定する、ことを特徴とする請求項1に記載の移動体の相対姿勢計測方法。
In (D), the probability distribution of the position and orientation of the moving body is updated based on the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 ,
The relative posture measurement method for a moving body according to claim 1, wherein the relative relationship is estimated based on the updated probability distribution.
前記移動体の位置および姿勢を内部状態とし、
該内部状態の初期値を設定するとともに、該内部状態の分散共分散行列の初期値を設定し、
前記(D)において、前記確率分布を用いたカルマンフィルタにより、前記(B)により得た前記方位θに基づいて前記内部状態と前記分散共分散行列を更新するとともに、前記(C)により得た前記方位θに基づいて前記内部状態と前記分散共分散行列を更新し、更新された内部状態から前記相対関係を推定し、または、更新された内部状態を前記相対関係とする、ことを特徴とする請求項2に記載の移動体の相対姿勢計測方法。
The position and posture of the moving body is an internal state,
Set the initial value of the internal state and set the initial value of the variance-covariance matrix of the internal state,
In (D), the Kalman filter using the probability distribution is used to update the internal state and the variance-covariance matrix based on the azimuth θ 1 obtained in (B), and obtained in (C). Updating the internal state and the variance-covariance matrix based on the azimuth θ 2 , estimating the relative relationship from the updated internal state, or setting the updated internal state as the relative relationship. The method for measuring the relative posture of the moving body according to claim 2.
前記(D)において、
第1の移動体の位置および姿勢と、第2の移動体の位置および姿勢とを1つのサンプルとして、第1および第2の移動体が取り得るサンプルを多数生成し、
前記方位θと方位θの一方に基づいて、各サンプルが実際に存在する確率を更新し、更新した当該確率がしきい値以上となるサンプルを、前記多数のサンプルから抽出し、
前記抽出した各サンプルについて、前記方位θと方位θの他方を計測した時における第1および第2の移動体の相対位置と相対姿勢を、各移動体の運動モデルに基づいて予測し、
前記方位θと方位θの他方と、前記予測した第1および第2の移動体の相対位置と相対姿勢とに基づいて、前記抽出された各サンプルが実際に存在する確率を更新し、更新した当該確率がしきい値以上となるサンプルを、前記抽出されたサンプルから抽出し、
当該抽出したサンプルに基づいて、前記相対関係を推定する、ことを特徴とする請求項2に記載の移動体の相対姿勢計測方法。
In (D) above,
Using the position and posture of the first moving body and the position and posture of the second moving body as one sample, generating a large number of samples that can be taken by the first and second moving bodies,
Based on one of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 , update the probability that each sample actually exists, and extract a sample whose updated probability is equal to or greater than a threshold value from the multiple samples,
For each of the extracted samples, the relative position and relative attitude of the first and second moving bodies when the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 is measured are predicted based on the motion model of each moving body,
Updating the probability that each of the extracted samples actually exists based on the other of the azimuth θ 1 and the azimuth θ 2 and the predicted relative position and relative posture of the first and second moving bodies; Extract a sample whose updated probability is equal to or greater than a threshold value from the extracted sample,
The method for measuring a relative posture of a moving body according to claim 2, wherein the relative relationship is estimated based on the extracted sample.
第1および第2の移動体の相対姿勢を計測する相対姿勢計測装置であって、
第1の移動体に設けられる第1の方位センサと、第2の移動体に設けられる第2の方位センサと、を備え、
第1の移動体に設定された基点から、該基点と間隔をおいて第1の移動体に設定された方位点へ向かう方向を第1基準方向として、第1の方位センサは、第1の移動体から見た、第1基準方向に対する第2の移動体の方位θを計測し、
第2の移動体に設定された基点から、該基点と間隔をおいて第2の移動体に設定された方位点へ向かう方向を第2基準方向として、第2の方位センサは、第2の移動体から見た、第2基準方向に対する第1の移動体の方位θを計測し、
計測した方位θと方位θとに基づいて、第1基準方向と第2基準方向との相対関係を前記相対姿勢として求める演算部をさらに備える、ことを特徴とする移動体の相対姿勢計測装置。
A relative posture measuring device for measuring a relative posture of first and second moving bodies,
A first azimuth sensor provided on the first moving body, and a second azimuth sensor provided on the second moving body,
The direction from the base point set for the first mobile body to the azimuth point set for the first mobile body at an interval from the base point is defined as a first reference direction, and the first direction sensor Measure the orientation θ 1 of the second moving body relative to the first reference direction as seen from the moving body,
The direction from the base point set for the second mobile body to the azimuth point set for the second mobile body at an interval from the base point is taken as a second reference direction, and the second direction sensor Measure the orientation θ 2 of the first moving body relative to the second reference direction as seen from the moving body,
Based on the measured orientation theta 1 and the azimuth theta 2 and further comprising, relative orientation measurement of the moving body, characterized in that the computing unit for determining the relative relationship between the first reference direction and a second reference direction as the relative orientation apparatus.
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