JP6140458B2 - Autonomous mobile robot - Google Patents
Autonomous mobile robot Download PDFInfo
- Publication number
- JP6140458B2 JP6140458B2 JP2013011160A JP2013011160A JP6140458B2 JP 6140458 B2 JP6140458 B2 JP 6140458B2 JP 2013011160 A JP2013011160 A JP 2013011160A JP 2013011160 A JP2013011160 A JP 2013011160A JP 6140458 B2 JP6140458 B2 JP 6140458B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- movement
- moving object
- target position
- mobile robot
- movement target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 52
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 33
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 18
- 238000013508 migration Methods 0.000 claims 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 17
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 9
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 241000132092 Aster Species 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、侵入者等の移動物体に追従移動する自律移動ロボットに関し、特に、侵入者からの攻撃や捕獲等から適切に回避できるように追従移動する自律移動ロボットに関する。 The present invention relates to an autonomous mobile robot that moves following a moving object such as an intruder, and more particularly, to an autonomous mobile robot that moves following such that it can be appropriately avoided from attacks, captures, and the like from intruders.
従来、追従対象に対して所定の距離を保ちつつ自律的に追従しながら移動する自律移動ロボットが提案されている。例えば、特許文献1には、カメラ画像に基づいて追従対象を認識し、当該追従対象までの距離を認識して、予め定めた距離に保って追従移動するよう移動制御する自律移動ロボットが開示されている。当該従来技術では、予め障害物の領域を地図データとして保持することで自己の移動方向に障害物があるときには移動を停止したり、追従対象に対して予め定めた距離以上接近したときは速度を低下させたり停止したりすることで、障害物や追従対象との接触を回避している。
Conventionally, an autonomous mobile robot that moves while following autonomously while maintaining a predetermined distance with respect to the tracking target has been proposed. For example,
しかしながら、上記の従来技術では、自律移動ロボットに対して協力的な動作を行う追従対象を想定しており、自律移動ロボットに対して攻撃等を行おうと意図的に接近してくるような非協力的な動作を行う追従対象を想定していない。そのため、上記の従来技術では、追従対象との距離が近くなった場合、移動速度を落としたり停止したりすることで、追従対象との衝突を防止することはできるものの、追従対象からの攻撃を適切に回避することはできない。自律移動ロボットを侵入者の監視といった警備用途に利用する場合、侵入者からの攻撃や捕獲等を適切に回避しながら当該侵入者に追従移動できる必要がある。そこで、本発明は、侵入者等の追従対象から攻撃されないよう、一定の相対距離を保ちつつ、無駄のない移動により安全で安定した追従移動できるように移動制御することを目的とする。 However, the above-mentioned conventional technology assumes a tracking target that performs cooperative operation on an autonomous mobile robot, and does not cooperate so as to intentionally approach an autonomous mobile robot for an attack or the like. Does not assume the target to follow. Therefore, in the above prior art, when the distance to the tracking target becomes close, it is possible to prevent the collision with the tracking target by reducing the moving speed or stopping, but the attack from the tracking target is prevented. It cannot be avoided properly. When an autonomous mobile robot is used for security purposes such as monitoring of an intruder, it is necessary to be able to follow the intruder while appropriately avoiding attacks and captures from the intruder. Accordingly, an object of the present invention is to perform movement control so that a safe and stable follow-up movement can be performed by a lean movement while maintaining a certain relative distance so that an attack is not made by a follow-up target such as an intruder.
かかる課題を解決するために、移動空間内において移動物体と所定の離間距離を保って追従移動する自律移動ロボットにおいて、
前記移動物体の移動物体位置と自律移動ロボットの自己位置とを推定する処理を行う位置推定手段と、前記移動物体位置から前記離間距離だけ離れた周囲の位置に複数の移動候補位置を設定する移動候補位置設定手段と、前記各移動候補位置を評価して該移動候補位置の中の一つを移動目標位置に設定する移動目標位置設定手段と、前記自己位置から前記移動目標位置へ移動するよう制御する処理を行う移動制御手段と、を有し、前記各処理を逐次繰り返すことによって追従移動するものであって、
前記移動目標位置設定手段は、前記自己位置に近い移動候補位置であるほど前記移動目標位置に設定され易いよう評価することを特徴とする自律移動ロボットを提供する。
In order to solve such a problem, in an autonomous mobile robot that moves following a moving object with a predetermined separation distance in a moving space,
Position estimation means for performing processing for estimating the moving object position of the moving object and the self position of the autonomous mobile robot, and movement for setting a plurality of movement candidate positions at surrounding positions separated from the moving object position by the separation distance Candidate position setting means, movement target position setting means for evaluating each of the movement candidate positions and setting one of the movement candidate positions as a movement target position, and moving from the self position to the movement target position Movement control means for performing a process to be controlled, and to follow and move by sequentially repeating each process,
The movement target position setting means provides an autonomous mobile robot characterized in that the movement target position is evaluated so that the movement target position is closer to the movement candidate position.
かかる構成により、自律移動ロボットは、自己位置からより近い移動候補位置を移動目標位置として定め、その位置へと移動し易くなる。すなわち、自己位置から短い距離で侵入者等の移動物体から所定の離間距離を保てる位置へと移動するよう制御されるため、移動物体の周囲における無駄な移動を抑制でき、このような無駄な移動によって生じる移動物体からの攻撃等の機会を低減することができる。したがって、移動物体からの攻撃等の危険性を減らしつつ安定した追従移動を行うことが可能となる。 With this configuration, the autonomous mobile robot determines a movement candidate position closer to the self position as the movement target position and easily moves to that position. That is, since it is controlled to move from a moving object such as an intruder to a position that can maintain a predetermined separation distance at a short distance from its own position, it is possible to suppress useless movement around the moving object, and such useless movement. It is possible to reduce opportunities such as attacks from moving objects caused by. Therefore, it is possible to perform a stable follow-up movement while reducing the risk of an attack from a moving object.
また、本発明の好ましい態様として、前記移動目標位置設定手段は、直前に設定した移動目標位置に近い移動候補位置であるほど前記移動目標位置に設定され易いよう評価するものとする。 As a preferred aspect of the present invention, the movement target position setting means evaluates the movement target position closer to the movement target position set immediately before, so that the movement target position is more easily set.
かかる構成により、前回(直前に)設定した移動目標位置からの距離が小さい移動候補位置であるほど、次の移動目標位置として設定され易いため、自律移動ロボットは、前回設定した移動目標位置に近い移動候補位置へと移動し易くなる。すなわち、前回設定した移動目標位置とは全く異なる移動候補位置(例えば、前回設定した移動目標位置から反対方向の移動候補位置)に移動しにくくなるため、評価時によって移動方向が大きく変更されることはないことから、現在位置で右往左往する現象(後述する振動現象)を回避することができる。したがって、移動物体の周囲における無駄な移動を抑制でき、このような無駄な移動によって生じる移動物体からの攻撃等の危険性を低減することができる。 With such a configuration, the autonomous mobile robot is closer to the previously set movement target position because the movement candidate position with a smaller distance from the movement target position set immediately before (just before) is easier to be set as the next movement target position. It becomes easy to move to the movement candidate position. That is, it is difficult to move to a movement candidate position that is completely different from the previously set movement target position (for example, a movement candidate position in the opposite direction from the previously set movement target position). Therefore, it is possible to avoid a phenomenon (vibration phenomenon, which will be described later) that moves right and left at the current position. Therefore, useless movement around the moving object can be suppressed, and the risk of an attack from the moving object caused by such useless movement can be reduced.
また、本発明の好ましい態様として、前記移動目標位置設定手段は、予め記憶した障害物マップを用いて、障害物の近傍に位置しない前記移動候補位置についてのみ前記評価を行うものとする。 Further, as a preferred aspect of the present invention, the movement target position setting means performs the evaluation only for the movement candidate positions that are not located in the vicinity of the obstacle using a previously stored obstacle map.
かかる構成により、本発明の移動目標位置設定手段は、移動物体位置から離間距離だけ離れた周囲の位置に設定された複数の移動候補位置の中から、障害物の近傍(障害物の領域及び障害物に近接する領域)に位置する移動候補位置を評価対象から除外し、残った移動候補位置を評価してその中から移動目標位置を設定する処理を行う。これにより、自律移動ロボットと障害物との衝突を回避でき、かつ、全ての移動候補位置について評価することを省略できるため評価のための計算量を軽減することができる。 With such a configuration, the movement target position setting means of the present invention allows the vicinity of an obstacle (the area of the obstacle and the obstacle) to be selected from a plurality of movement candidate positions set at peripheral positions separated from the moving object position. The movement candidate position located in the area close to the object is excluded from the evaluation target, the remaining movement candidate positions are evaluated, and the movement target position is set from among them. Thereby, since the collision between the autonomous mobile robot and the obstacle can be avoided and the evaluation of all the movement candidate positions can be omitted, the amount of calculation for the evaluation can be reduced.
また、本発明の好ましい態様として、前記移動目標位置設定手段は、前記障害物マップを用いて、前記障害物の近傍に位置する前記移動候補位置を除いた連続する一塊の移動候補位置の集合をクラスタとして特定し、該クラスタを構成する移動候補位置の数をクラスタサイズとして算出し、クラスタサイズの大きいクラスタを構成する移動候補位置であるほど前記移動目標位置として設定され易いよう評価するものとする。 As a preferred aspect of the present invention, the movement target position setting means uses the obstacle map to obtain a set of continuous movement candidate positions excluding the movement candidate positions located in the vicinity of the obstacle. The number of movement candidate positions constituting the cluster is identified as a cluster size, and the evaluation is performed such that the movement candidate position constituting a cluster having a larger cluster size is more easily set as the movement target position. .
かかる構成により、クラスタサイズの大きいクラスタを構成する移動候補位置に移動目標位置を設定し易くすることにより、自律移動ロボットは、侵入者等の移動物体が攻撃等を行おうとして接近してきた場合であっても、より移動自由度の高い位置に移動するよう回避し、壁際等に追い詰められ難くすることができる。 With this configuration, by making it easier to set a movement target position for a movement candidate position that constitutes a cluster having a large cluster size, an autonomous mobile robot can be used when a moving object such as an intruder approaches to attack. Even if it exists, it can avoid moving to a position with a higher freedom degree of movement, and it can be made difficult to be caught up near the wall.
また、本発明の好ましい態様として、前記自律移動ロボットは、所定の空間内を自由に飛行する自律飛行ロボットであるものとする。 As a preferred aspect of the present invention, the autonomous mobile robot is an autonomous flying robot that freely flies within a predetermined space.
上記のように、本発明の自律移動ロボットは、追従対象である侵入者が攻撃等を行おうとして接近してきた場合であっても、当該侵入者の周囲で無駄な移動を行わないため、攻撃等を回避しつつ安定した追従移動を行うことができる。 As described above, the autonomous mobile robot according to the present invention does not perform useless movement around the intruder even when the intruder who is the subject of tracking approaches to perform an attack or the like. It is possible to perform a stable follow-up movement while avoiding the above.
以下、移動物体である侵入者の画像を撮像して所定の相対距離を保ちながら追従飛行し、特に、侵入者が攻撃や捕獲等を意図して接近してきた場合であっても適切に回避するよう飛行可能な自律移動ロボット(以下、「自律飛行ロボット」という)についての実施形態について添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明でいう自律移動ロボットは、前記のような自律飛行ロボットに限らず、移動物体に対して追従走行する自律走行ロボットも含まれる。また、本発明の自律移動ロボットは、自動車等の人物以外の様々な移動物体についても同様に適用することができる。 In the following, an image of an intruder as a moving object is captured and the following flight is performed while maintaining a predetermined relative distance. In particular, even when the intruder approaches to attack or capture, it is avoided appropriately. An embodiment of an autonomous mobile robot capable of flying like this (hereinafter referred to as “autonomous flying robot”) will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The autonomous mobile robot in the present invention is not limited to the autonomous flying robot as described above, but also includes an autonomous traveling robot that travels following a moving object. Further, the autonomous mobile robot of the present invention can be similarly applied to various moving objects other than a person such as an automobile.
図1に本実施形態で利用する自律飛行ロボット1の概観図を表す。また、図2に本実施形態で利用する自律飛行ロボット1の機能ブロック図を表す。図1に表すように、本実施形態で利用する自律飛行ロボット1は、符号2a〜2dに示す4枚のロータ2(プロペラ)が一平面上に存在し、各ロータ2が図示しないバッテリ(二次電池)により駆動するモータ6によって回転することによって飛行するクアッドロータ型の小型無人ヘリコプタである。一般的に、シングルロータ型のヘリコプタでは、メインロータによって発生する反トルクをテールロータが生み出すモーメントで相殺することによって方位角を保っている。一方、本実施形態で利用する自律飛行ロボット1のようなクアッドロータ型のヘリコプタでは、前後・左右で異なる方向に回転するロータ2を用いることで反トルクの相殺を行っている。そして、例えば、機体をヨー方向に回転させたいときは、符号fa〜fdの矢印で示すように前後のロータ2a、2cと左右ロータ2d、2bの回転数に差を与える。このように、各ロータ2の回転数を制御することにより、様々な機体の移動や姿勢の調節を行うことができる。
FIG. 1 shows an overview of an
撮像部3は、例えばレンズなどの光学系および所定画素(例えば640×480画素)のCCDやCMOSなどの2次元アレイ素子を有する二次元イメージセンサで構成され、飛行空間の撮像画像を所定の時間間隔で取得するいわゆるカラーカメラである。本実施形態では、撮像部3は、その光軸が自律飛行ロボット1の正面方向を撮像するよう筐体部分に設置され、かつ、水平面(XY平面)から予め定めた俯角θにより斜め下方の空間を撮像するよう設置されている。取得した撮像画像は後述する制御部7に出力され、制御部7により記憶部8に記憶されたり、後述する通信部9を介して図示しない外部装置に送信されたりする。
通信部9は外部装置との間で、例えば無線LANや携帯電話回線等により無線通信するための通信モジュールである。本実施形態では、撮像部3によって取得した撮像画像を図示しない警備センタに設置されたPCに送信することにより、警備員等が遠隔から侵入者を監視することを可能にする。
The imaging unit 3 includes a two-dimensional image sensor having an optical system such as a lens and a two-dimensional array element such as a CCD or CMOS with predetermined pixels (for example, 640 × 480 pixels), and captures captured images of the flight space for a predetermined time. This is a so-called color camera that is acquired at intervals. In the present embodiment, the imaging unit 3 is installed in the housing part so that the optical axis thereof captures the front direction of the
The communication unit 9 is a communication module for performing wireless communication with an external device by, for example, a wireless LAN or a mobile phone line. In the present embodiment, by transmitting the captured image acquired by the imaging unit 3 to a PC installed in a security center (not shown), it is possible for a security guard or the like to remotely monitor an intruder.
距離検出センサ4は、自律飛行ロボット1の周囲に存在する障害物と距離検出センサ4との間の距離を検出し、センサ検出範囲内に存在する障害物の相対的な位置を取得するセンサである。本実施形態では、距離検出センサ4としてレーザスキャナを備えている。レーザスキャナは、一定の角度サンプル間隔の角度毎に二次元スキャンすることによって、地面(又は床面)から一定の高さの水平面における周囲に存在する物体(障害物)との距離情報を極座標値として取得することができるものである。ここで、レーザスキャナにおける二次元スキャンとは、予め設定された検知エリアを走査するように、放射状にレーザ光である探査信号を送信し、検知エリア内の物体に反射して戻ってきた探査信号を受信して、送信と受信の時間差から物体までの距離を算出し、その探査信号を送信した方向と算出した距離を求めることをいう。本実施形態では、角度サンプル間隔を0.25°、検出角度範囲を360°、センサ検出範囲を30mとして自律飛行ロボットの周囲の障害物との距離を測定可能なレーザセンサを用いている。なお、距離検出センサ4は、レーザスキャナから照射されるレーザの一部をミラー5で地面方向に反射させて計測された距離情報を利用して飛行高度を推測することにも利用している。
The distance detection sensor 4 is a sensor that detects a distance between an obstacle existing around the
記憶部8は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等の情報記憶装置である。記憶部8は、各種プログラムや各種データを記憶し、制御部との間でこれらの情報を入出力する。各種データには、本発明の「障害物マップ」に対応する2Dポイント情報81及びボクセル情報82、離間距離83の他、制御部7の各処理に用いられる設定値、閾値等の各種パラメータ84や、各センサ等からの出力値、撮像画像等が含まれる。
The storage unit 8 is an information storage device such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an HDD (Hard Disk Drive). The storage unit 8 stores various programs and various data, and inputs / outputs such information to / from the control unit. In the various data, in addition to the 2D point information 81 and
2Dポイント情報81は、後述する位置推定手段71にて自律飛行ロボットの現在の飛行位置(以下、「自己位置」という)を推定するために利用する情報であり、グローバル座標と呼ばれる水平面における二次元の絶対座標上に表され、飛行空間における建造物等の障害物の外形を表す点集合の座標情報である。本実施形態では、飛行高度毎に設定された複数の点集合を2Dポイント情報として予め記憶部8に記憶していることとし、自律飛行ロボットの飛行高度によって対応する飛行高度の点集合を記憶部8から読み出して利用するものとする。 The 2D point information 81 is information used to estimate the current flight position (hereinafter referred to as “self position”) of the autonomous flying robot by the position estimation unit 71 described later, and is two-dimensional in a horizontal plane called global coordinates. This is coordinate information of a point set that is expressed on the absolute coordinates and represents the outer shape of an obstacle such as a building in the flight space. In the present embodiment, a plurality of point sets set for each flight altitude are stored in advance in the storage unit 8 as 2D point information, and the point set of the flight altitude corresponding to the flight altitude of the autonomous flying robot is stored in the storage unit. It is assumed that the data is read from 8 and used.
ボクセル情報82は、飛行空間をボクセル空間として複数のボクセルに分割して飛行空間の障害物の構造等を表した情報であり、予め管理者等によって設定され記憶部8に記憶される情報である。本実施形態では、飛行空間を所定の大きさ(例えば15cm×15cm)に分割し、建造物等の障害物に位置するボクセルを「占有ボクセル」と定義して、自律飛行ロボット1が移動できない空間とした。そして、占有ボクセルの近くに存在する空間に位置するボクセルを「近接ボクセル」、それ以外の自由に飛行可能なエリアに位置するボクセルを「自由ボクセル」として定義した。そして、各ボクセルには、後述する移動経路生成手段にて移動経路を生成する際に利用できるよう、占有度を示すボクセルコスト値を持たせた。占有ボクセルのボクセルコスト値は最大値をとり、距離が大きくなるほどボクセルコスト値が小さくなるように、(ボクセルコスト値)=exp{−λ・(占有ボクセルからの距離)}の計算式からボクセルコスト値を算出した。ここでλは実験によって求めたパラメータである。そして、予め定めた閾値以上のボクセルコスト値を有するボクセルを「近接ボクセル」とした。また、ボクセルコスト値が当該閾値よりも小さいボクセルを「自由ボクセル」とし、自由ボクセルとみなされたボクセルのボクセルコスト値を0と再設定した。なお、自律飛行ロボット1が飛行空間における予め定めた移動可能空間の外に出ないようにするため、移動可能空間とその外部との境界となるボクセルを占有ボクセルと設定した。
The
離間距離83は、移動物体を追従飛行するにあたって、自律飛行ロボット1と移動物体との水平面における維持すべき相対距離であり、自律飛行ロボット1の管理者等によって予め設定される値である。自律飛行ロボット1を用いて所定の移動物体を監視する場合、移動物体に近づいてより詳細な撮像画像を取得できる必要がある。しかし、侵入者などの敵対する移動物体から攻撃を受けないようにするためには一定距離以上離間する必要がある。そのため、本実施形態の自律飛行ロボット1は、移動物体の詳細な撮像画像を取得でき、かつ、当該移動物体から攻撃を受け難い距離に離間距離83を予め定めておき、当該離間距離を保ちつつ追従飛行するようにする。本実施形態では離間距離83を3mとして設定されているものとする。
The
制御部7は、CPU等を備えたコンピュータで構成され、位置推定処理(自己位置推定処理、移動物体位置推定処理)、速度推定処理、経路探索処理、経路追従制御処理を行う一連の処理として、位置推定手段71、速度推定手段72、経路探索手段73、飛行制御手段74を含んでいる。
The
位置推定手段71は、距離検出センサ4及び撮像部3の出力に基づいて、飛行空間における自律飛行ロボット1の現在の飛行位置(自己位置)を推定する自己位置推定処理と、移動物体の現在位置(以下、「移動物体位置」という)とを推定する移動物体位置推定処理とを行う。
The position estimation means 71 includes a self-position estimation process for estimating the current flight position (self-position) of the
自己位置推定処理では、距離検出センサ4の出力と記憶部8に記憶された2Dポイント情報81とを用いて、自己位置として、水平面(XY平面)における位置x,yと、飛行高度zと、Z軸に対する回転角であるヨー角ψとを推定する処理を行う。 In the self-position estimation process, using the output of the distance detection sensor 4 and the 2D point information 81 stored in the storage unit 8, as the self-position, the position x, y on the horizontal plane (XY plane), the flight altitude z, Processing for estimating the yaw angle ψ, which is the rotation angle with respect to the Z axis, is performed.
自己位置推定処理では、まず、レーザスキャナから照射されるレーザの一部をミラー5で地面方向に反射させて計測された距離情報を利用して、自己位置の飛行高度zを算出する。レーザスキャナによって計測された距離情報は、地面には建造物以外の物体(例えば荷物や乗り物など)が存在するため、必ずしも地面までの距離として正確に計測されるとは限らない。したがって、本実施形態では、これらの建造物以外の障害物の影響を受け難いようレーザスキャナによって計測された距離情報に対して拡張カルマンフィルタを適用することにより飛行高度を推定する。 In the self-position estimation process, first, the flight altitude z of the self-position is calculated using distance information measured by reflecting a part of the laser emitted from the laser scanner toward the ground with the mirror 5. The distance information measured by the laser scanner is not always accurately measured as the distance to the ground because an object other than a building (such as a luggage or a vehicle) exists on the ground. Therefore, in this embodiment, the flight altitude is estimated by applying the extended Kalman filter to the distance information measured by the laser scanner so that it is not easily affected by obstacles other than these buildings.
次に、自己位置推定処理では、自己位置のx,y,ヨー角ψを推定する。自己位置のx,y,ヨー角ψを推定にあたり、まず、記憶部に記憶された2Dポイント情報81から飛行高度zに対応した飛行空間の二次元地図としての点集合を読み出す。そして、求めた点集合とレーザスキャナの出力とを用いて、ICP(Iterative Closest Point)アルゴリズムを利用した既知のスキャンマッチングにより自己位置のx,y,ヨー角ψを推定する。ICPアルゴリズムは、2つの点集合A,Bにおいてユークリッド距離が最小となる組合せを求めることによりマッチング処理するものである。すなわち、2Dポイント情報81の点集合と、自律飛行ロボット1に搭載されているレーザスキャナから取得したスキャンデータである入力点集合とをマッチングさせ位置誤差を修正することによって、グローバル座標における自己位置のx,y,ヨー角ψを推定することができる。
Next, in the self-position estimation process, the x, y and yaw angles ψ of the self-position are estimated. In estimating the x, y, and yaw angles ψ of the self-position, first, a point set as a two-dimensional map of the flight space corresponding to the flight altitude z is read from the 2D point information 81 stored in the storage unit. Then, using the obtained point set and the output of the laser scanner, the x, y, and yaw angles ψ of the self-position are estimated by known scan matching using an ICP (Iterative Closest Point) algorithm. The ICP algorithm performs a matching process by obtaining a combination that minimizes the Euclidean distance between the two point sets A and B. That is, by matching the point set of the 2D point information 81 with the input point set that is the scan data acquired from the laser scanner mounted on the
移動物体位置推定処理では、撮像部3の出力である撮像画像を画像処理して、移動物体位置を推定する処理を行う。移動物体位置推定処理では、まず、撮像画像の各フレームを画像処理して移動物体の画像領域を抽出する処理を行う。本実施形態では、既知の従来技術(例えば、特開2006−146551号公報を参照)であるオプティカルフロー法を用いて移動物体の画像領域を抽出する。しかし、これに限らず、既知の従来技術であるブースティング学習(例えば、Haar−like特徴を用いているAdaBoostベース識別器による顔検出手法)による識別器を用いて、移動物体である人物領域が含まれるか否かを識別し、人物領域として識別された当該画像領域を抽出してもよい。また、上記の各技術を組み合わせて用いてもよい。次に、移動物体位置推定処理では、当該抽出された移動物体の画像領域の位置に基づいて移動物体と自律飛行ロボット1との距離を推定する。具体的には、抽出した移動物体の画像領域の頭頂部の(撮像画像における)y座標位置と距離との対応表を予め飛行高度毎に作成しておき、現在の飛行高度及び移動物体の頭頂部のy座標位置を当該対応表に照らし合わせて移動体との距離を推定する。しかし、これに限らず、抽出した移動物体の頭部の大きさから距離を算出してもよい。すなわち、頭部の大きさと距離との対応表を予め作成しておき、抽出された移動物体の頭部の大きさを当該対応表に照らし合わせて移動物体との距離を推定してもよい。なお、撮像画像から抽出した移動物体の画像領域は、時間的に画像追跡されていることとする。
In the moving object position estimation process, a captured image that is an output of the imaging unit 3 is subjected to image processing, and a process of estimating the moving object position is performed. In the moving object position estimation process, first, each frame of the captured image is subjected to image processing to extract an image area of the moving object. In the present embodiment, an image region of a moving object is extracted using an optical flow method that is a known prior art (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-146551). However, the present invention is not limited to this, and using a classifier based on known prior art boosting learning (for example, a face detection method using an AdaBoost-based classifier using Haar-like features), a human region that is a moving object is detected. It may be determined whether or not the image area is included, and the image area identified as the person area may be extracted. Moreover, you may use combining said each technique. Next, in the moving object position estimation process, the distance between the moving object and the
なお、位置推定手段71は、移動物体位置推定処理にて移動物体位置が算出すると、当該移動物体位置に基づいてボクセル情報82を更新する処理を行う。具体的には、記憶部8のボクセル情報82に基づいたボクセル空間に、算出された移動物体位置を中心として監視対象の移動物体として予め定めた移動物体の大きさと略同じ大きさの円柱モデル(例えば、監視対象の移動物体を侵入者であるとしたとき、底面の半径0.3m、高さ1.7mの円柱モデル)を配置し、当該円柱モデルと干渉するボクセルを占有ボクセルとして設定することによりボクセル情報82を更新する。後述するように、自律飛行ロボット1は、占有ボクセルには移動しないように飛行制御されるが、上記のように移動物体位置に基づいてボクセル情報82を更新することにより、自律飛行ロボット1と移動物体との接触を回避することができる。
When the moving object position is calculated in the moving object position estimation process, the position estimating unit 71 performs a process of updating the
速度推定手段72は、後述する飛行制御手段74における経路追従制御で利用するため、自律飛行ロボット1の現在の飛行速度(vx,vy,vz,vyaw)を推定する処理を行う。本実施形態では、位置推定手段71にて推定した自己位置(x,y,z,yaw)の時間変化から飛行速度を求めた。この際、測定誤差等の影響を考慮して拡張カルマンフィルタを利用して飛行速度を推定した。
The speed estimation means 72 performs processing for estimating the current flight speed (v x , v y , v z , v yaw ) of the
経路探索手段73は、位置推定手段71で算出した自己位置及び移動物体位置と、記憶部8に記憶された各種情報とを用いて自律飛行ロボット1の移動経路を算出する処理を行う。図3に経路探索手段73の機能ブロック図を表す。経路探索手段73は、図3に表すように、移動候補位置を設定する移動候補位置設定手段731と、複数の移動候補位置を評価してその中から一つの移動目標位置を設定する移動目標位置設定手段732と、自己位置から移動目標位置に至る移動経路を生成する移動経路生成手段733とにより構成される。以下、経路探索手段73を構成する各手段における処理の詳細について説明する。
The route search unit 73 performs a process of calculating the movement route of the
移動候補位置設定手段731は、移動物体位置から離間距離83だけ離れた周囲の領域に複数の移動候補位置を設定する処理を行う。本実施形態では、移動候補位置を、移動物体Mを中心とし記憶部8に記憶された離間距離83(=L)を半径とした円状の位置で、かつ、管理者等により予め定めた目標飛行高度(例えば2m)の領域に、それぞれ等間隔になるように設定する。図4は移動候補位置の設定についての説明図であり、時刻tのときにボクセルで表示した飛行空間の一部を真上から見下ろしたときの図である。同図において、符号Boで表した黒塗りされたボクセルは占有ボクセルであり、符号Bnで表した平行斜線(ハッチング)で塗られたボクセルは近接ボクセルであり、符号Bfで表した白色のボクセルは自由ボクセルである。図4に表すように、移動物体Mの重心位置Mgを中心として半径Lの円周上に複数個の移動候補位置Pcを等間隔に設置する。なお、本実施形態では、移動物体Mの周囲の位置に5°おきに72個の移動候補位置Pcを設置することとする。
The movement candidate position setting unit 731 performs a process of setting a plurality of movement candidate positions in a surrounding area separated by a
移動候補位置設定手段731にて移動候補位置Pcの設定を終えると、移動目標位置設定手段732は設定された複数の移動候補位置Pcを評価し、その中の一つを移動目標位置として設定する移動目標位置設定処理を行う。図5〜図8は移動目標位置の設定についての説明図であり、時刻t、t+1、t+2、t+nのときにおいて図4と同じようにボクセルで表示した飛行空間の一部を真上から見下ろしたときの図である。図5〜図8において、時刻t、t+1、t+2、t+nの各時刻における移動物体Mをそれぞれ符号M0、M1、M2、Mnとして表している。 When the movement candidate position setting unit 731 finishes setting the movement candidate position Pc, the movement target position setting unit 732 evaluates the plurality of set movement candidate positions Pc and sets one of them as the movement target position. A movement target position setting process is performed. 5 to 8 are explanatory diagrams for setting the movement target position, and at time t, t + 1, t + 2, and t + n, a part of the flight space displayed by the voxel is looked down from right above as in FIG. It is a figure of time. 5 to 8, the moving objects M at the times t, t + 1, t + 2, and t + n are represented by symbols M0, M1, M2, and Mn, respectively.
移動目標位置設定処理では、まず、障害物の近傍に位置する移動候補位置Pcを評価対象から除外する処理を行う。すなわち、自律飛行ロボット1が障害物に接触することを防止するため障害物と干渉する位置にある移動候補位置Pcを除外し、また、障害物に接近するのも接触の危険性が増すことから障害物の近くに存在する移動候補位置Pcを除外する処理を行う。例えば図5に表すように、自由ボクセルBf以外のボクセル(占有ボクセルBo、近接ボクセルBn)と干渉する位置にある移動候補位置Pcが移動目標位置として設定されないよう、以下で説明する評価の対象から除外する。図5に表した移動候補位置Pcは、図4で表した移動候補位置Pcから近接ボクセルBnと干渉している移動候補位置Pcを除外した後のものであり、評価対象となっている移動候補位置Pcとなるものである。なお、近接ボクセルBnは移動目標位置に設定できないものの移動経路とすることはできるものとする。一方、占有ボクセルBoは移動目標位置に設定することができないだけでなく移動経路とすることもできない。このように、障害物の近傍に位置する移動候補位置Pcを評価対象から除外する処理を行うことにより、自律移動ロボットと障害物との衝突を回避でき、かつ、全ての移動候補位置について評価することを省略できるため評価のための計算量を軽減することができる。
In the movement target position setting process, first, a process of excluding the movement candidate position Pc located in the vicinity of the obstacle from the evaluation target is performed. That is, in order to prevent the
次に、移動目標位置設定処理では、評価対象から除外されていない各移動候補位置Pcにおいて、連続する一塊の移動候補位置Pcをクラスタリングし、一又は複数のクラスタを特定する。ここで、クラスタリングについて図8を用いて説明する。図8では、評価対象から除外されていない各移動候補位置Pcにおいて、連続する一塊の移動候補位置Pcは3つあり、それぞれ符号CL1〜CL3で示した3つのクラスタとして特定される。このようにして、評価対象となっている移動候補位置Pcからクラスタ特定した後、移動目標位置設定処理では、各クラスタ毎にクラスタサイズを算出する処理を行う。本実施形態では、各クラスタを構成する移動候補位置Pcの数によって算出する。例えば、図8の例では、クラスタCL1のクラスタサイズは7であり、クラスタCL2のクラスタサイズは34、クラスタCL3のクラスタサイズは7である。なお、図5〜図7の例では、連続する一塊の移動候補位置Pcが一つであるため、クラスタの数は一つである。 Next, in the movement target position setting process, at each movement candidate position Pc that is not excluded from the evaluation target, a cluster of continuous movement candidate positions Pc is clustered to identify one or a plurality of clusters. Here, clustering will be described with reference to FIG. In FIG. 8, there are three continuous movement candidate positions Pc in each movement candidate position Pc that are not excluded from the evaluation target, and are identified as three clusters indicated by reference numerals CL1 to CL3, respectively. Thus, after the cluster is specified from the movement candidate position Pc to be evaluated, the movement target position setting process performs a process of calculating the cluster size for each cluster. In the present embodiment, calculation is performed based on the number of movement candidate positions Pc constituting each cluster. For example, in the example of FIG. 8, the cluster size of the cluster CL1 is 7, the cluster size of the cluster CL2 is 34, and the cluster size of the cluster CL3 is 7. In the example of FIGS. 5 to 7, since there is one continuous movement candidate position Pc, the number of clusters is one.
次に移動目標位置設定処理では、評価対象から除外されていない各移動候補位置Pcを評価して移動目標位置を設定する処理を行う。本実施形態では、評価対象となっている各移動候補位置Pcの評価値を求め、当該評価値が最も大きい移動候補位置を移動目標位置として設定するように評価する。この際、まず、自律飛行ロボット1の現在の自己位置から各移動候補位置までの距離が小さいほど評価値が大きくなるようにする。また、前回設定した移動目標位置からの移動候補位置までの距離が小さいほど評価値が大きくなるようにする。更に、各移動候補位置Pcが所属するクラスタのクラスタサイズが大きいほど評価値が大きくなるように評価する。本実施形態における評価値Vを求める具体的な評価式を数1で表す。
以上のようにして、移動目標位置設定処理では評価値Vを求め、評価値Vが最大となる移動候補位置Pcを移動目標位置Poとして設定する。図6〜図8の例では、点線で囲んだ移動候補位置Pcが移動目標位置Poとして設定されたことを表している。このように、移動目標位置Poが設定されると、後述するように設定された移動目標位置Poに向かうように移動経路が生成され、自律飛行ロボット1は当該移動目標位置Poに向かって移動していくこととなる。
As described above, in the movement target position setting process, the evaluation value V is obtained, and the movement candidate position Pc that maximizes the evaluation value V is set as the movement target position Po. 6 to 8 indicate that the movement candidate position Pc surrounded by the dotted line is set as the movement target position Po. Thus, when the movement target position Po is set, a movement path is generated so as to go to the movement target position Po set as described later, and the
上述のように、自律飛行ロボット1の自己位置から各移動候補位置Pcまでの距離が小さいほど評価値が大きくなるよう評価することにより、自律飛行ロボット1は、自己位置から近い移動候補位置Pcに移動し易くなる。例えば、図6に表すように移動物体がM0からM1へと移動したとき、自律飛行ロボット1は矢印A12で示した先の移動候補位置Pcではなく、自己位置からより近い位置である矢印A11で示した先の移動候補位置Pcを移動目標位置Poとして設定し易くなる。したがって、自己位置から近い移動候補位置Pcに移動し易くすることにより、少ない移動距離で移動物体との離間距離83を保つことができるため、素早く安全な位置へと移動することができる。一方で、もし、矢印A12で示した先の移動候補位置Pcに移動した場合、矢印A11で示した先の移動候補位置Pcに移動する場合に比べて移動距離が大きくなり、移動中に移動物体からの攻撃される危険性が増大する。このように、自律飛行ロボット1の現在位置から各移動候補位置Pcまでの距離が小さいほど評価値が大きくなるよう評価することにより、追従対象である侵入者が攻撃等を行おうとして接近してきた場合であっても、当該侵入者の周囲で無駄な移動を行わないため、攻撃等を回避しつつ安定した追従移動を行うことが可能となる。
As described above, by evaluating that the evaluation value increases as the distance from the self-position of the
また、上述のように、前回設定した移動目標位置からの移動候補位置までの距離が小さいほど評価値が大きくなるよう評価することにより、振動現象を抑制することができる。当該効果について図7を用いて具体的に説明する。図7に表すように、時刻t+2において移動物体がM1の位置からM2の位置へ移動したとする。このとき、矢印A21で示した先の移動候補位置Pc1と矢印A22で示した先の移動候補位置Pc2との2つが、自己位置から最も近い移動候補位置であったとする。すなわち、自己位置から移動候補位置Pc1までの距離と、自己位置から移動候補位置Pc2までの距離が互いに略等しかったとする。ここで、もし、上記のように自己位置からの距離によってのみ移動候補位置Pcを評価して移動目標位置Poを設定するとした場合、評価時によってPc1が移動目標位置Poとして設定されたり、移動候補位置Pc2が移動目標位置Poとして設定されたりする。特に、自己位置の推定誤差や移動物体位置の推定誤差の影響を受けて、たとえ移動物体がM2の位置で停止したままであったとしても、評価時によって移動目標位置PoとしてPc1が設定されたり、Pc2が設定されたりすることを繰り返すことがある。このように、自律飛行ロボット1は、前回設定された移動目標位置Poとは全く異なる位置にある移動候補位置Pcが移動目標位置Poとして選択されるといったことを短期間に繰り返すことによって、図7にあらわすような自己位置にて右往左往するといった振動現象を生じる恐れがある。振動現象を生じると、自律飛行ロボット1は移動物体からの攻撃等から素早く回避すること(すなわち、移動物体と所定の離間距離83を素早く保つこと)が困難となる。したがって、前回設定した移動目標位置Poから移動候補位置Pcまでの距離が小さいほど評価値が大きくなるよう評価することにより、前回設定された移動目標位置Poとは全く異なる位置にある移動候補位置Pcが移動目標位置Poとして選択されにくくなるため、上記のような振動現象を抑制することが可能となる。なお、図7の例では、時刻t+1に設定された移動目標位置(図6におけるPo)からより近い位置にある移動候補位置Pc1が移動目標位置Poとして設定されることになる。
Further, as described above, the vibration phenomenon can be suppressed by evaluating the evaluation value to be larger as the distance from the previously set movement target position to the movement candidate position is smaller. The effect will be specifically described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, it is assumed that the moving object moves from the position of M1 to the position of M2 at time t + 2. At this time, it is assumed that the previous movement candidate position Pc1 indicated by the arrow A21 and the previous movement candidate position Pc2 indicated by the arrow A22 are the movement candidate positions closest to the self position. That is, it is assumed that the distance from the self position to the movement candidate position Pc1 is substantially equal to the distance from the self position to the movement candidate position Pc2. Here, if the movement candidate position Pc is evaluated only by the distance from the self position and the movement target position Po is set as described above, Pc1 is set as the movement target position Po depending on the evaluation time, or the movement candidate The position Pc2 is set as the movement target position Po. In particular, even if the moving object remains stopped at the position M2 due to the influence of the self-position estimation error or the moving object position estimation error, Pc1 is set as the movement target position Po depending on the evaluation time. , Pc2 may be repeatedly set. As described above, the
また、上述のように本実施形態では、各移動候補位置Pcの評価値Vを、当該移動候補位置Pcが属するクラスタのクラスタサイズが大きいほど大きくなるように評価している。そのため、自律飛行ロボット1はクラスタサイズが大きいクラスタに属する移動候補位置Pcを移動目標位置Poとして設定し易くなる。言い換えるならば、自律飛行ロボット1は移動可能な領域がより大きい領域(移動自由度が高い領域)に向かって移動し易くなる。したがって、侵入者である移動物体Mが自律飛行ロボット1に攻撃等を行おうと接近してきた場合であっても、移動自由度の高い位置に移動するよう回避することによって、壁際等に追い詰められ難くすることができる。例えば、図8の例では、自律飛行ロボット1はクラスタサイズの小さいクラスタCL1(及びCL3)に移動し難くなる一方で、クラスタサイズの大きいクラスタCL2に移動し易くなる。もし、自律飛行ロボット1がクラスタサイズの小さいCL1に移動してしまった場合、次第に壁の隅に追い詰められてしまい、最終的には攻撃又は捕獲され易い状況に陥ることになる。しかし、本実施形態のように、クラスタサイズの大きいCL2に移動することにより、その後の移動自由度が大きいことから、移動物体Mによる攻撃等からの回避するための余地(スペース)が大きいことになる。このように、クラスタサイズが大きい位置に移動目標位置を設定し易くすることにより、移動物体Mからの攻撃等から適切に回避することができる。
As described above, in the present embodiment, the evaluation value V of each movement candidate position Pc is evaluated so as to increase as the cluster size of the cluster to which the movement candidate position Pc belongs is increased. Therefore, the
移動目標位置設定手段732にて移動目標位置設定処理を終えると、移動経路生成手段は、記憶部に記憶されたボクセル情報と、移動目標位置設定手段にて算出した移動目標位置と、位置推定手段にて算出した自己位置とを用いて自律飛行ロボットの移動経路を算出する移動経路生成処理を行う。具体的には、移動経路生成処理では、まず、記憶部からボクセル情報82を読出し、分割した移動可能な空間である自由ボクセルBf及び近接ボクセルBnの各ボクセルの中心をノードとし、当該ノードに隣接するノード間を連結した線分をエッジとしてグラフ構造を生成する。図9はグラフ構造を説明する図であり、飛行空間における移動可能なボクセル(自由ボクセルBf又は近接ボクセルBn)の一部(27個)を切り欠いたものである。図9において符号Bで表す個々の立方体は自由ボクセルBf又は近接ボクセルBnを表すものである。また、これらのボクセルBの中心にある黒又はハッチングにて塗りつぶした球はノードであり、ノード間を連結する点線で表示する線分はエッジである。このようにボクセル情報82に基づいて全ての移動可能なボクセルについてグラフ構造を生成した後、自律飛行ロボット1が存在しているボクセルのノードから移動目標位置Poが存在しているボクセルのノードまでの移動経路を生成する。移動経路の生成方法については、さまざまな経路生成方法が適用可能であるが、本実施形態ではA*(エースター)経路探索法を用いて移動経路を探索する。この際、ボクセル情報82として記憶されたボクセルコストをA*経路探索法における移動コストとして利用する。経路探索手段73で生成された生成された移動経路のデータは、経由点(x,y,z)の集合データであり、この情報は記憶部8に一時的に記憶される。
When the movement target position setting unit 732 finishes the movement target position setting process, the movement path generation unit stores the voxel information stored in the storage unit, the movement target position calculated by the movement target position setting unit, and the position estimation unit. A movement path generation process is performed for calculating the movement path of the autonomous flying robot using the self-position calculated in step (1). Specifically, in the movement path generation process, first, the
飛行制御手段74は、経路探索手段73にて算出した移動経路情報と位置推定手段71にて推定した自己位置と速度推定手段72で推定した飛行速度とを用いて、各時刻での飛行制御値である速度指令値を求め、当該速度指令値に基づいてモータ6を制御し、ロータ2の回転数を制御することにより、自律飛行ロボット1が経路探索手段73で算出した移動経路に沿って飛行させる経路追従制御処理を行う。なお、本発明における「移動制御手段」は、本実施形態における移動経路生成手段733及び飛行制御手段74に対応する。
The flight control means 74 uses the travel route information calculated by the route search means 73, the self-position estimated by the position estimation means 71, and the flight speed estimated by the speed estimation means 72, and the flight control value at each time. The
経路追従制御処理では、まず、各時刻での自律飛行ロボットが目標とすべき直近の位置(以下、「ローカル目標」と呼ぶ)を算出する処理を行う。図10はローカル目標の算出を説明する図である。ローカル目標の算出にあたり、飛行制御手段74は、経路探索手段73で生成された移動経路を記憶部8から読出し、自律飛行ロボットが現在時刻で目指している経由点Wp1と前回通過済みである経由点Wp0との2点間を繋げた直線Wを求める。そして、飛行制御手段は、求めた直線Wと自律飛行ロボット1の自己位置を中心とした球Sとの交点Lp’、Lpを算出し、目指している経由点Wp1に近い交点Lpをローカル目標として求める。このように、各時刻においてローカル目標を目指して自律飛行ロボット1が移動するよう飛行制御することで、常にローカル目標も移動経路上を移動目標位置Poに向かって移動していき、自律飛行ロボット1は移動経路に沿って飛行していくことになる。
In the route follow-up control process, first, a process of calculating the nearest position (hereinafter referred to as “local target”) to be targeted by the autonomous flying robot at each time is performed. FIG. 10 is a diagram for explaining the calculation of the local target. In calculating the local target, the flight control means 74 reads the movement route generated by the route search means 73 from the storage unit 8, and the waypoint Wp1 that the autonomous flying robot is aiming at at the current time and the waypoint that has passed the previous time. A straight line W connecting two points with Wp0 is obtained. Then, the flight control means calculates intersections Lp ′ and Lp between the obtained straight line W and the sphere S centered on the self-position of the
次に、経路追従制御処理では、算出したローカル目標に向かって飛行するようX、Y、Z、ヨー角ψの各方向毎に速度指令値ux,uy,uz,uψを算出する処理を行う。この際、現在の自己位置とローカル目標の位置との差異が小さくなるような速度指令値を求める。具体的には、XYZ軸方向の速度指令値u=(ux,uy,uz)は、位置推定手段で求めた自己位置r=(x,y,z)と速度推定手段で推定した速度v=(vx,vy,vz)とを利用し、PID制御により求める。XYZ軸方向の各速度指令値をu=(ux,uy,uz)、ローカル目標をr’=(x,y,z)としたとき、速度指令値は、u=Kp(r’−r)+Kd・v+Ki・eの式で算出される。ここで、Kp、Kd、KiはそれぞれPID制御のゲインのことであり、e=(ex,ey,ez)は誤差の積分値である。一方、ヨー角方向の速度指令値uψは、ψ'を目標角度、ψを位置推定手段71にて推定した自律飛行ロボット1の姿勢(角度)、vyawを速度推定手段72で推定した角速度とすると、uψ=Kp(ψ’−ψ)+Kd・vψの式のようなPD制御により求める。なお、本実施形態では、目標角度ψ'を移動物体Mの方向、すなわち、移動物体位置の方向を向く角度とした。
Next, in the path following control process, speed command values u x , u y , u z , u ψ are calculated for each direction of X, Y, Z, and yaw angle ψ so as to fly toward the calculated local target. Process. At this time, a speed command value is determined so that the difference between the current self position and the position of the local target is small. Specifically, the speed command value u = (u x , u y , u z ) in the XYZ direction is estimated by the self position r = (x, y, z) obtained by the position estimation unit and the speed estimation unit. Using velocity v = (v x , v y , v z ), it is obtained by PID control. When each speed command value in the XYZ-axis directions is u = (u x , u y , u z ) and the local target is r ′ = (x, y, z), the speed command value is u = K p (r '-R) + K d · v + K i · e is calculated. Here, K p , K d , and K i are gains of PID control, respectively, and e = (e x , e y , e z ) is an integrated value of errors. On the other hand, the speed command value u ψ in the yaw angle direction includes the target angle of ψ ′, the attitude (angle) of the
このように、制御部7は、上述した位置推定手段71、速度推定手段72、経路探索手段73、飛行制御手段74における各処理を逐次繰り返す。これにより、本実施形態の自律飛行ロボット1は、移動物体Mから離間距離だけ離れた位置に対して移動目標位置を逐次更新し、その都度移動経路についても逐次更新していくことによって、当該移動物体と所定の離間距離を保ちつつ追従飛行することができる。この際、自律移動ロボット1は、移動物体Mが攻撃等を行おうとして接近してきた場合であっても、当該侵入者の周囲で無駄な移動を行わないため、攻撃等を回避しつつ安定した追従移動を行うことができる。また、移動自由度のより高い位置に移動するよう回避することから、壁等に追い詰められ難くすることができる。
In this manner, the
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、更に種々の異なる実施形態で実施されてもよいものである。また、実施形態に記載した効果は、これに限定されるものではない。 By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various different embodiments within the scope of the technical idea described in the claims. Further, the effects described in the embodiments are not limited to this.
上記実施形態では、飛行制御手段74にて速度指令値を算出するために、速度推定手段72にて自己速度を算出している。しかし、これに限らず、速度推定手段72を省略して自己速度を算出せずに速度指令値を算出してもよい。この場合、移動物体Mへの追従性能が劣るもの簡易的な処理で追従飛行することが可能となる。また、上記実施形態では、速度推定手段72にて自己位置に基づいて自己速度を算出している。しかし、これに限らず、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測ユニット)などのセンサを利用したり、自律飛行ロボット1の真下方向を撮像するカメラを設置し、カメラからの撮像画像に基づいて既知のオプティカルフロー法を用いて自己速度を算出してもよい。
In the above embodiment, the speed estimation means 72 calculates the self-speed so that the flight control means 74 calculates the speed command value. However, the present invention is not limited to this, and the speed command value may be calculated without the speed estimation means 72 and without calculating the self speed. In this case, it is possible to follow the flight with a simple process although the tracking performance to the moving object M is inferior. In the above embodiment, the
上記実施形態では、距離検出センサ4としてレーザスキャナを用いて当該レーザセンサの出力から位置推定手段71にて自己位置を推定している。しかし、これに限らず、レーザスキャナの代わりとしてGPS、ジャイロセンサ、電子コンパス、気圧センサ等の他のセンサを用いて既知の従来技術により自己位置を推定してもよい。 In the above embodiment, the position detection unit 71 estimates the self position from the output of the laser sensor using a laser scanner as the distance detection sensor 4. However, the present invention is not limited to this, and the self-position may be estimated by a known conventional technique using another sensor such as a GPS, a gyro sensor, an electronic compass, and an atmospheric pressure sensor instead of the laser scanner.
上記実施形態では、撮像部3で取得した撮像画像を画像解析することにより、移動物体位置を推定している。しかし、これに限らず、撮像部3に別途距離画像センサを搭載して、当該距離画像センサから取得した距離画像を用いて、既知の移動物体抽出技術により移動物体を抽出して、抽出した移動物体と自律飛行ロボット1との距離値から移動物体位置を推定してもよい。また、距離検出センサ4として搭載したレーザスキャナを用いて移動物体位置を推定してもよい。また、別途地面や壁面等に設置した固定型のレーザスキャナを用いて移動物体位置を検知し、通信部9を介して自律飛行ロボット1に対して移動物体位置を通知してもよい。
In the above-described embodiment, the moving object position is estimated by analyzing the captured image acquired by the imaging unit 3. However, the present invention is not limited to this, and a distance image sensor is separately mounted on the imaging unit 3, a moving object is extracted by a known moving object extraction technique using the distance image acquired from the distance image sensor, and extracted movement The moving object position may be estimated from the distance value between the object and the
上記実施形態では、制御部7において位置推定処理(自己位置推定処理、移動物体位置推定処理)、速度推定処理、経路探索処理、経路追従制御処理の一連の処理を行っている。しかし、これに限らず、図示しない制御用のPCを用意し、当該PCにこれらの一連の処理を実施させてもよい。すなわち、自律飛行ロボット1は、距離検出センサ4のレーザスキャナの出力及び撮像部3で取得した撮像画像を通信部9を介して無線通信により当該PCに送信する。そして、PCは、位置推定処理、速度推定処理、経路探索処理、経路追従制御処理を実施し、経路追従制御処理にて求めた速度指令値を無線通信により自律飛行ロボット1に送信する。そして、自律飛行ロボット1は、通信部9を介して受信した速度指令値に基づいてモータ6の回転数を制御することにより、目的の位置に飛行する。このように、上記の一連の処理を外部PCを用いて分担することにより、自律飛行ロボット1のCPU処理負荷を低減することができ、ひいてはバッテリの消耗も抑えることができる。
In the above embodiment, the
1・・・自律飛行ロボット
2・・・ロータ
3・・・撮像部
4・・・距離検出センサ
5・・・ミラー
6・・・モータ
7・・・制御部
8・・・記憶部
81・・・2Dポイント情報
82・・・ボクセル情報
83・・・離間距離
84・・・各種パラメータ
71・・・位置推定手段
72・・・速度推定手段
73・・・経路探索手段
731・・・移動候補位置設定手段
732・・・移動目標位置設定手段
733・・・移動経路生成手段
74・・・飛行制御手段
9・・・通信部
M・・・移動物体
Mg・・・移動物体の重心
Bo・・・占有ボクセル
Bn・・・近接ボクセル
Bf・・・自由ボクセル
Pc・・・移動候補位置
Po・・・移動目標位置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記移動物体の移動物体位置と自律移動ロボットの自己位置とを推定する処理を行う位置推定手段と、
前記移動物体位置から前記離間距離だけ離れた周囲の位置に複数の移動候補位置を設定する移動候補位置設定手段と、
前記各移動候補位置を評価して該移動候補位置の中の一つを移動目標位置に設定する移動目標位置設定手段と、
前記自己位置から前記移動目標位置へ移動するよう制御する処理を行う移動制御手段と、
を有し、前記各処理を逐次繰り返すことによって追従移動するものであって、
前記移動目標位置設定手段は、予め記憶した障害物マップを用いて、障害物の近傍に位置しない前記移動候補位置についてのみ前記評価を行い、前記自己位置に近い移動候補位置であるほど前記移動目標位置に設定され易いよう評価することを特徴とする自律移動ロボット。 In an autonomous mobile robot that moves following a moving object with a predetermined separation distance in a moving space,
Position estimating means for performing a process of estimating a moving object position of the moving object and a self position of the autonomous mobile robot;
Movement candidate position setting means for setting a plurality of movement candidate positions at surrounding positions separated from the moving object position by the separation distance;
A movement target position setting means for evaluating each of the movement candidate positions and setting one of the movement candidate positions as a movement target position;
Movement control means for performing a process of controlling to move from the self position to the movement target position;
And following movement by sequentially repeating each of the above processes,
The movement target position setting means performs the evaluation only on the movement candidate position that is not located near the obstacle using a previously stored obstacle map, and the movement target position is closer to the movement candidate position. An autonomous mobile robot characterized by being evaluated so as to be easily set at a position.
前記移動物体の移動物体位置と自律移動ロボットの自己位置とを推定する処理を行う位置推定手段と、
前記移動物体位置から前記離間距離だけ離れた周囲の位置に複数の移動候補位置を設定する移動候補位置設定手段と、
前記各移動候補位置を評価して該移動候補位置の中の一つを移動目標位置に設定する移動目標位置設定手段と、
前記自己位置から前記移動目標位置へ移動するよう制御する処理を行う移動制御手段と、
を有し、前記各処理を逐次繰り返すことによって追従移動するものであって、
前記移動目標位置設定手段は、前記自己位置に近い移動候補位置であるほど前記移動目標位置に設定され易いよう評価し、かつ、予め記憶した障害物マップを用いて、障害物の近傍に位置する前記移動候補位置を除いた連続する一塊の移動候補位置の集合をクラスタとして特定し、該クラスタを構成する移動候補位置の数をクラスタサイズとして算出し、クラスタサイズの大きいクラスタを構成する移動候補位置であるほど前記移動目標位置として設定され易いよう評価することを特徴とする自律移動ロボット。 In an autonomous mobile robot that moves following a moving object with a predetermined separation distance in a moving space,
Position estimating means for performing a process of estimating a moving object position of the moving object and a self position of the autonomous mobile robot;
Movement candidate position setting means for setting a plurality of movement candidate positions at surrounding positions separated from the moving object position by the separation distance;
A movement target position setting means for evaluating each of the movement candidate positions and setting one of the movement candidate positions as a movement target position;
Movement control means for performing a process of controlling to move from the self position to the movement target position;
And following movement by sequentially repeating each of the above processes,
The movement target position setting means, said evaluated as likely to be set to a certain extent the movement target position candidate travel position close to the self-position, and, by using a pre-stored obstacle map, the position in the vicinity of obstacles A set of continuous movement candidate positions excluding the movement candidate positions to be identified as a cluster, the number of movement candidate positions constituting the cluster is calculated as a cluster size, and a movement candidate constituting a cluster with a large cluster size An autonomous mobile robot characterized in that an evaluation is performed such that the position is easier to be set as the movement target position.
The autonomous mobile robot according to any one of claims 1 to 3 , wherein the autonomous mobile robot is an autonomous flight robot that freely flies within a predetermined space.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013011160A JP6140458B2 (en) | 2013-01-24 | 2013-01-24 | Autonomous mobile robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013011160A JP6140458B2 (en) | 2013-01-24 | 2013-01-24 | Autonomous mobile robot |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014142828A JP2014142828A (en) | 2014-08-07 |
JP6140458B2 true JP6140458B2 (en) | 2017-05-31 |
Family
ID=51424052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013011160A Active JP6140458B2 (en) | 2013-01-24 | 2013-01-24 | Autonomous mobile robot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6140458B2 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6469487B2 (en) * | 2015-03-17 | 2019-02-13 | セコム株式会社 | Flying robot control system and flying robot |
JP6469492B2 (en) * | 2015-03-24 | 2019-02-13 | セコム株式会社 | Autonomous mobile robot |
JP6758068B2 (en) * | 2016-03-31 | 2020-09-23 | セコム株式会社 | Autonomous mobile robot |
JP6629771B2 (en) * | 2017-01-23 | 2020-01-15 | ルーチェサーチ株式会社 | Unmanned aerial vehicle |
JP6904564B2 (en) * | 2017-08-28 | 2021-07-21 | Necソリューションイノベータ株式会社 | Flight route setting device, flight route setting method, and program |
JP7138758B2 (en) * | 2017-10-03 | 2022-09-16 | 株式会社 ミックウェア | mobile and program |
JP6967417B2 (en) * | 2017-10-03 | 2021-11-17 | 株式会社 ミックウェア | Route generator and program |
JP6581283B2 (en) * | 2018-12-27 | 2019-09-25 | 楽天株式会社 | Unmanned aircraft control system, unmanned aircraft control method, and program |
JP7441608B2 (en) * | 2019-03-22 | 2024-03-01 | セコム株式会社 | Destination setting device, destination setting method, destination setting program, and robot |
JP6733068B2 (en) * | 2020-03-13 | 2020-07-29 | 楽天株式会社 | Unmanned aerial vehicle control system, unmanned aerial vehicle control method, and program |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05296767A (en) * | 1992-04-20 | 1993-11-09 | Mitsubishi Electric Corp | Car-to-car distance detector |
JP2001306145A (en) * | 2000-04-25 | 2001-11-02 | Casio Comput Co Ltd | Moving robot device and program record medium therefor |
JP2004299025A (en) * | 2003-04-01 | 2004-10-28 | Honda Motor Co Ltd | Mobile robot control device, mobile robot control method and mobile robot control program |
JP2006146551A (en) * | 2004-11-19 | 2006-06-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Robot |
JP4455417B2 (en) * | 2005-06-13 | 2010-04-21 | 株式会社東芝 | Mobile robot, program, and robot control method |
JP2007091025A (en) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Fuji Heavy Ind Ltd | Forward monitoring device for vehicle |
JP4552869B2 (en) * | 2006-02-10 | 2010-09-29 | パナソニック株式会社 | Tracking method for moving objects |
JP4715787B2 (en) * | 2007-03-22 | 2011-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | Mobile robot and robot movement control method |
-
2013
- 2013-01-24 JP JP2013011160A patent/JP6140458B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014142828A (en) | 2014-08-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6029446B2 (en) | Autonomous flying robot | |
JP6140458B2 (en) | Autonomous mobile robot | |
JP6195450B2 (en) | Autonomous flying robot | |
JP5990453B2 (en) | Autonomous mobile robot | |
JP6235213B2 (en) | Autonomous flying robot | |
JP6599143B2 (en) | Autonomous mobile robot | |
US20220335844A1 (en) | Systems and methods for vehicle guidance | |
JP6664162B2 (en) | Autonomous flying robot | |
JP6014484B2 (en) | Autonomous mobile robot | |
US10599161B2 (en) | Image space motion planning of an autonomous vehicle | |
JP6527726B2 (en) | Autonomous mobile robot | |
JP6014485B2 (en) | Autonomous flying robot | |
KR102159376B1 (en) | Laser scanning system, laser scanning method, mobile laser scanning system and program | |
JP6852672B2 (en) | Aircraft control device, air vehicle control method, and program | |
JP6469492B2 (en) | Autonomous mobile robot | |
JP6758068B2 (en) | Autonomous mobile robot | |
JP6530212B2 (en) | Autonomous mobile robot | |
JP2017182692A (en) | Autonomous Mobile Robot | |
Chow et al. | Toward underground localization: Lidar inertial odometry enabled aerial robot navigation | |
JP6758069B2 (en) | Autonomous flying robot | |
JP6595284B2 (en) | Autonomous mobile robot | |
JP7351609B2 (en) | Route searching device and program | |
Qin et al. | A 3D rotating laser-based navigation solution for micro aerial vehicles in dynamic environments | |
JP2021047744A (en) | Information processing device, information processing method and information processing program | |
Kang | Development of a Peripheral-Central Vision System to Detect and Characterize Airborne Threats |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160119 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161124 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161129 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170126 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170425 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170501 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6140458 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |