JP6734764B2 - Position estimation device, map information preparation device, moving body, position estimation method and program - Google Patents

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Description

本発明は、位置推定装置、地図情報作製装置、移動体、位置推定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a position estimation device, a map information preparation device, a moving body, a position estimation method and a program.

走行台車やロボット等の移動体に旋回や直動が可能なアームを設け、そのアームの先端にレーザ測域センサを搭載し、周辺の環境に存在する障害物との距離を計測し、移動体と障害物との位置関係から障害物の地図を構築する技術が知られている。レーザ測域センサは、センサ原点を基準として障害物までの距離情報を出力するため、移動しながら障害物の地図を作成するためには、レーザ測域センサが出力する距離情報を絶えず座標変換して絶対座標(地図座標)での値に更新する必要がある。このため、移動体による地図作成では、レーザ測域センサの正確な位置・姿勢を常に計測する手段が必要である。レーザ測域センサの位置情報を計測するために、たとえばGPS等の位置センサを使う構成が考えられる。 A moving body such as a traveling carriage or robot is provided with an arm capable of turning and moving directly, and a laser range sensor is mounted on the tip of the arm to measure the distance to obstacles existing in the surrounding environment and A technique for constructing an obstacle map from the positional relationship between the obstacle and the obstacle is known. The laser range sensor outputs the distance information to the obstacle based on the sensor origin, so in order to create a map of the obstacle while moving, the distance information output by the laser range sensor is constantly transformed. It is necessary to update the values in absolute coordinates (map coordinates). Therefore, in the map creation by the moving body, a means for constantly measuring the accurate position/orientation of the laser range sensor is required. In order to measure the position information of the laser range sensor, a configuration using a position sensor such as GPS can be considered.

例えば、特許文献1や特許文献2には、走行台車に伸縮機構を有するアームを設け、アームの先端にGPSとレーザ測域センサを搭載して、アーム先端の位置情報を計測できるようにした測量装置が開示されている。この技術を用いると、土木工事の現場、災害現場など、瓦礫や地形の問題で走行台車を測量地点に移動させることが困難な場合や、測量対象がレーザ測距センサの視野角に入らないほど高所の場合でも、アームを伸ばすことで測量が可能になる。また、アーム端のGPSによる測位情報によって、レーザ測域センサの位置を確認することができるので、GPSによる測位情報を用いてレーザ測距センサの計測値を座標変換することで測量結果の精度を保つことができる。 For example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, a survey is provided in which a traveling carriage is provided with an arm having an expansion/contraction mechanism, and a GPS and a laser range sensor are mounted on the tip of the arm so that position information of the arm tip can be measured. A device is disclosed. If this technology is used, it is difficult to move the traveling carriage to the surveying point due to rubble or topographical problems such as the site of civil engineering work or disaster site, or the survey target does not fall within the viewing angle of the laser ranging sensor. Even in high places, it is possible to survey by extending the arm. Further, since the position of the laser range sensor can be confirmed by the positioning information by the GPS at the arm end, the accuracy of the survey result can be improved by converting the coordinates of the laser range sensor using the positioning information by GPS. Can be kept.

特開平7−128057号公報JP, 7-128057, A 特開平9−196672号公報JP-A-9-196672

しかし、特許文献1、2の方法では、センサ位置がGPSによって観測されることが前提となっており、屋内などのGPS信号が受信できない環境では使用できない。また、走行台車の位置自体は、タイヤの回転速度、操舵角から幾何学的にある程度類推することが可能だが、初期位置からの相対変位を求める計算手法(オドメトリ)となるため走行距離増加に伴い誤差が累積するという課題がある。 However, the methods of Patent Documents 1 and 2 are based on the assumption that the sensor position is observed by GPS, and cannot be used in an environment such as indoors where GPS signals cannot be received. In addition, the position of the traveling vehicle itself can be geometrically inferred to some extent from the tire rotation speed and steering angle, but since it is a calculation method (odometry) that calculates the relative displacement from the initial position, the traveling distance increases. There is a problem that errors accumulate.

一方、オドメトリの代替技術として,スキャンマッチングという技術が知られている。スキャンマッチングは、レーザ測域センサから取得された点群情報を、時系列で位置合わせすることによりセンサの移動量を逆推定する技術である。このスキャンマッチングを用いるとオドメトリのような誤差の累積を生じることなく移動体の位置を推定することができる。ところで、移動体の走行中にアームが固定された姿勢を保つならば、レーザ測域センサの移動量は移動体の移動量と等しく、スキャンマッチングによって移動体の移動量を推定できる。そして、推定した移動量を積算すれば移動体の位置を推定することができる。ところが、移動体の走行中にアームの姿勢が変化すると、センサの移動量と移動体の移動量が食い違うという問題が発生する。 On the other hand, a technique called scan matching is known as an alternative technique of odometry. Scan matching is a technique for inversely estimating the amount of movement of a sensor by aligning the point cloud information acquired from a laser range sensor in time series. By using this scan matching, it is possible to estimate the position of the moving body without accumulating errors such as odometry. By the way, if the arm keeps a fixed posture while the moving body is running, the moving amount of the laser range sensor is equal to the moving amount of the moving body, and the moving amount of the moving body can be estimated by scan matching. Then, the position of the moving body can be estimated by adding up the estimated movement amounts. However, if the posture of the arm changes while the moving body is traveling, there is a problem that the moving amount of the sensor and the moving amount of the moving body are different from each other.

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる位置推定装置、地図情報作製装置、移動体、位置推定方法及びプログラムを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a position estimation device, a map information preparation device, a moving body, a position estimation method and a program that can solve the above-mentioned problems.

本発明の第1の態様は、姿勢変化が可能なアームに設けられ、対象物との距離を計測する測域センサと、前記測域センサがスキャンして得た距離情報が示す対象物の位置に対応する点群情報に基づいてスキャンマッチングを行い、前記測域センサの移動量を推定するスキャンマッチング処理部と、前記アームを有する移動体に備えられた当該移動体の移動に関する情報を計測するセンサの計測値に基づいて前記移動体の移動量を推定するオドメトリ処理部と、前記アームの姿勢変化の有無に基づく指示情報を取得し、当該指示情報に基づいて、前記オドメトリ処理部が推定した移動量と前記スキャンマッチング処理部が推定した移動量とのうち一方を選択し、選択した移動量に基づいて前記移動体の位置情報を推定する位置情報推定部と、を備える位置推定装置である。 A first aspect of the present invention is to provide a range sensor that is provided on an arm capable of changing a posture and measures a distance to an object, and a position of the object indicated by distance information obtained by scanning the range sensor. Scan matching based on the point cloud information corresponding to, and a scan matching processing unit that estimates the amount of movement of the range sensor, and information about the movement of the moving body provided in the moving body having the arm is measured. The odometry processing unit that estimates the movement amount of the moving body based on the measurement value of the sensor, and the instruction information based on the presence or absence of the posture change of the arm are acquired, and the odometry processing unit estimates based on the instruction information. A position estimation device that includes one of a movement amount and a movement amount estimated by the scan matching processing unit, and a position information estimation unit that estimates position information of the moving body based on the selected movement amount. ..

本発明の第2の態様における前記位置情報推定部は、オペレータが入力した前記指示情報に基づいて、前記オドメトリ処理部が推定した移動量と前記スキャンマッチング処理部が推定した移動量とのうち一方を選択する。 The position information estimation unit in the second aspect of the present invention is one of the movement amount estimated by the odometry processing unit and the movement amount estimated by the scan matching processing unit, based on the instruction information input by the operator. Select.

本発明の第3の態様における前記位置推定装置は、前記アームの姿勢変化を計測するセンサの計測した情報に基づいて、前記アームの姿勢変化の有無を判定し、当該判定に基づいて、前記オドメトリ処理部が推定した移動量と前記スキャンマッチング処理部が推定した移動量とのうち何れを選択するかを指示する指示情報を出力する切り替え指示部、をさらに備える。 The position estimation device in the third aspect of the present invention determines whether or not there is a posture change of the arm based on information measured by a sensor that measures a posture change of the arm, and based on the determination, the odometry. A switching instruction unit that outputs instruction information for instructing which one of the movement amount estimated by the processing unit and the movement amount estimated by the scan matching processing unit is selected is further included.

本発明の第4の態様における前記切り替え指示部は、前記アームの姿勢変化が生じたと判定した場合に前記オドメトリ処理部が推定した移動量の選択を指示する。 The switching instruction unit in the fourth aspect of the present invention instructs the selection of the movement amount estimated by the odometry processing unit when it is determined that the posture change of the arm has occurred.

本発明の第5の態様における前記位置推定装置は、前記オドメトリ処理部が推定した移動量と前記スキャンマッチング処理部が推定した移動量とのうち何れを選択するかの指示情報の入力を受け付ける入力受付部と、前記切り替え指示部が出力した指示情報と前記入力受付部が受け付けた指示情報とのうち、前記入力受付部が受け付けた指示情報に基づいて、前記移動体の移動量の推定を指示するオペレータ指示優先処理部と、をさらに備える。 The position estimation apparatus according to the fifth aspect of the present invention is an input that receives an input of instruction information as to which of the movement amount estimated by the odometry processing unit and the movement amount estimated by the scan matching processing unit is selected. An instruction to estimate the movement amount of the moving body based on the instruction information received by the input receiving unit, of the instruction information output by the switching instruction unit and the instruction information received by the input receiving unit. And an operator instruction priority processing unit for performing the operation.

本発明の第6の態様における前記スキャンマッチング処理部は、スキャンマッチングの計算において、前記オドメトリ処理部が推定した前記移動体の微小時間における移動量を初期値に用いる。 In the scan matching calculation according to the sixth aspect of the present invention, the scan matching calculation unit uses, as an initial value, the movement amount of the moving body in the minute time period estimated by the odometry processing unit.

本発明の第7の態様は、上記の位置推定装置と、前記アームの姿勢変化に応じて前記測域センサの前記移動体を基準とする位置情報を計算するセンサ位置・姿勢計算部と、前記測域センサがスキャンして得た点群情報を、前記センサ位置・姿勢計算部が計算した位置情報と前記位置推定装置が推定した前記移動体の位置情報とを用いて補正し、地図情報を作成する地図情報作成部と、を備える地図情報作成装置である。 According to a seventh aspect of the present invention, the position estimation device described above, a sensor position/orientation calculation unit that calculates position information based on the moving body of the range sensor according to a change in the attitude of the arm, and The point cloud information obtained by scanning by the range sensor is corrected using the position information calculated by the sensor position/orientation calculation unit and the position information of the moving body estimated by the position estimation device, and map information is obtained. A map information creation device comprising: a map information creation unit to be created.

本発明の第8の態様は、上述の何れかに記載の位置推定装置と、姿勢変化が可能で前記位置推定装置が備える測域センサが設けられたアームと、を備える移動体である。 An eighth aspect of the present invention is a moving body including the position estimating device according to any one of the above, and an arm capable of changing a posture and provided with a range sensor included in the position estimating device.

本発明の第9の態様は、姿勢変化が可能なアームに設けられ、対象物との距離を計測する測域センサを備える位置推定装置が、前記測域センサがスキャンして得た距離情報が示す対象物の位置に対応する点群情報に基づいてスキャンマッチングを行い、前記測域センサの移動量を推定し、前記アームを有する移動体に備えられた当該移動体の移動に関する情報を計測するセンサの計測値に基づいて前記移動体の移動量を推定し、前記アームの姿勢変化の有無に基づく指示情報を取得し、当該指示情報に基づいて、前記移動体の移動量と前記測域センサの移動量とのうち一方を選択し、選択した移動量に基づいて前記移動体の位置情報を推定する、位置推定方法である。 A ninth aspect of the present invention is that a position estimation device, which is provided on an arm whose posture can be changed and includes a range sensor that measures a distance to an object, provides distance information obtained by scanning the range sensor. Scan matching is performed based on the point cloud information corresponding to the position of the object to be shown, the movement amount of the range sensor is estimated, and information regarding the movement of the moving body provided in the moving body having the arm is measured. The movement amount of the moving body is estimated based on the measurement value of the sensor, the instruction information based on the presence or absence of the posture change of the arm is acquired, and the movement amount of the moving body and the range sensor based on the instruction information. Of the movement amount, and a position estimation method for estimating position information of the moving body based on the selected movement amount.

本発明の第10の態様は、姿勢変化が可能なアームに設けられ、対象物との距離を計測する測域センサを備える位置推定装置のコンピュータを、前記測域センサがスキャンして得た距離情報が示す対象物の位置に対応する点群情報に基づいてスキャンマッチングを行い、前記測域センサの移動量を推定する手段、前記アームを有する移動体に備えられた当該移動体の移動に関する情報を計測するセンサの計測値に基づいて前記移動体の移動量を推定する手段、前記アームの姿勢変化の有無に基づく指示情報を取得し、当該指示情報に基づいて、前記移動体の移動量と前記測域センサの移動量とのうち一方を選択し、選択した移動量に基づいて前記移動体の位置情報を推定する手段、として機能させるためのプログラムである。 A tenth aspect of the present invention is a distance obtained by scanning a computer of a position estimation device, which is provided on an arm capable of changing a posture and includes a range sensor for measuring a distance to an object, by the range sensor. Means for estimating the amount of movement of the range sensor by performing scan matching based on the point group information corresponding to the position of the object indicated by the information, and information on the movement of the moving body provided in the moving body having the arm. Means for estimating the movement amount of the moving body based on a measurement value of a sensor for measuring, and instruction information based on whether or not there is a change in the posture of the arm, and based on the instruction information, the movement amount of the moving body and It is a program for functioning as a means for selecting one of the movement amounts of the range sensor and estimating position information of the moving body based on the selected movement amount.

本発明によれば、姿勢変化が可能なアーム(マニピュレータ)を備えた移動体の位置情報について、アームに取り付けられた測域センサの検出結果に基づくスキャンマッチングによってその移動体の位置情報を算出する場合に、アームの姿勢変化にかかわらず、移動体の位置情報を正確に計算することができる。 According to the present invention, with respect to the position information of a moving body provided with an arm (manipulator) whose posture can be changed, the position information of the moving body is calculated by scan matching based on the detection result of a range sensor attached to the arm. In this case, the position information of the moving body can be accurately calculated regardless of the change in the posture of the arm.

本発明に係る第一実施形態における測量装置を搭載した走行台車の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the traveling vehicle carrying the surveying device in 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態における測量装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of a surveying device in a first embodiment concerning the present invention. 本発明に係る第一実施形態における測量装置に地図情報の作成処理を説明する第1の図である。It is a 1st figure explaining the preparation process of map information in the surveying device in 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態における測量装置に地図情報の作成処理を説明する第2の図である。It is a 2nd figure explaining the preparation process of map information in the surveying instrument in 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態における測量装置の位置情報の推定方法を説明する第1の図である。It is a 1st figure explaining the estimation method of the position information of the surveying instrument in 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態における測量装置の位置情報の推定方法を説明する第2の図である。It is a 2nd figure explaining the estimation method of the position information of the surveying instrument in 1st embodiment which concerns on this invention. スキャンマッチングが適さない場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where scan matching is not suitable. 本発明に係る第一実施形態における測量装置の移動量の推定処理を説明する図である。It is a figure explaining the estimation processing of the amount of movement of the surveying instrument in a first embodiment concerning the present invention. 本発明に係る第一実施形態における測量装置の移動量の推定処理の一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of estimating processing of the amount of movement of a surveying device in a first embodiment concerning the present invention. 本発明に係る第二実施形態における測量装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of a surveying device in a second embodiment concerning the present invention. 本発明に係る第三実施形態における測量装置の一例を示す第1のブロック図である。It is a 1st block diagram which shows an example of the surveying instrument in 3rd embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第三実施形態における測量装置の一例を示す第2のブロック図である。It is a 2nd block diagram which shows an example of the surveying instrument in 3rd embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第四実施形態における測量装置の一例を示す第1のブロック図である。It is a 1st block diagram which shows an example of the surveying instrument in 4th embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第四実施形態における測量装置の一例を示す第2のブロック図である。It is a 2nd block diagram which shows an example of the surveying instrument in 4th embodiment which concerns on this invention.

<第一実施形態>
以下、本発明の一実施形態による測量装置を図1〜図9を参照して説明する。
図1は本発明に係る第一実施形態における測量装置を搭載した走行台車の一例を示す図である。
図1に示すように走行台車1は、アーム2(2a、2b)、測量装置100、制御装置40を備えている。アーム2は、2つのジョイント部3a、3bを含むリンク機構を有しており、アーム2aとアーム2bは、地面と垂直方向(上下)の旋回動作が可能である。あるいはアーム2は、水平方向(左右)の旋回動作が可能であってもよい。アーム2の機構は図示する機構に限定されず、例えば、さらに多くのリンク部を備えていてもよいし、例えば、直動機構を有し伸展動作が可能であってもよい。
アーム2の一方の端は走行台車1に旋回可能に連結され、他方の端の付近にはレーザ測域センサ101が設けられている。制御装置40は、走行台車1の走行・停止、アーム2の旋回動作(または伸展動作)を制御する。
<First embodiment>
Hereinafter, a surveying device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a traveling vehicle equipped with a surveying device according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the traveling vehicle 1 includes an arm 2 (2a, 2b), a surveying device 100, and a control device 40. The arm 2 has a link mechanism including two joint portions 3a and 3b, and the arm 2a and the arm 2b can pivot in a direction (up and down) perpendicular to the ground. Alternatively, the arm 2 may be capable of horizontally (left and right) turning motion. The mechanism of the arm 2 is not limited to the illustrated mechanism, and may include, for example, more link portions, or may have, for example, a linear motion mechanism and be capable of extending motion.
One end of the arm 2 is pivotally connected to the traveling carriage 1, and a laser range sensor 101 is provided near the other end. The control device 40 controls the traveling/stopping of the traveling vehicle 1 and the turning operation (or extension operation) of the arm 2.

アーム2の先端付近に設けられたレーザ測域センサ101は、走行台車1の周囲に存在する対象物(例えば、壁、塀、建物、岩など、これらを総称して障害物と呼ぶ)との距離を計測し、その距離情報に基づいて、レーザ測域センサ101の周囲の地図情報を作成するために用いられる。地図情報の作成は測量装置100が行う。
アーム2は旋回が可能なため、例えば、高所での測量が可能である。また、レーザ測域センサ101は、走行台車1の走行中にも距離の計測が可能である。従って、測量装置100は、走行台車1の走行中に計測された距離情報に基づいて地図情報を作成することが可能である。その場合、計測した距離情報は走行台車1を基準とする座標系で計測された値であるため、地図情報の作成のためには、地図情報の基準となる座標系における座標情報に変換しなければならない。測量装置100は、レーザ測域センサ101が計測したセンサを基準とする座標系における距離情報に対して、走行台車1の走行に伴うレーザ測域センサ101の移動分やアーム2の姿勢に応じた走行台車1とレーザ測域センサ101との位置関係分を補正する。測量装置100は、これらの補正を行って、レーザ測域センサ101の地図座標系における位置情報を計算する。さらに、測量装置100は、レーザ測域センサ101が計測した距離情報が示す障害物の位置情報について、レーザ測域センサ101の地図座標系における位置分の補正を行い、地図座標系における位置情報に変換し、地図情報を作成する。
The laser range sensor 101 provided in the vicinity of the tip of the arm 2 serves as an object (for example, a wall, a fence, a building, a rock, etc., which are collectively referred to as an obstacle) existing around the traveling carriage 1. It is used to measure the distance and create map information around the laser range sensor 101 based on the distance information. The surveying device 100 creates the map information.
Since the arm 2 can swivel, for example, surveying at a high place is possible. In addition, the laser range sensor 101 can measure the distance even while the traveling vehicle 1 is traveling. Therefore, the surveying device 100 can create map information based on the distance information measured while the traveling vehicle 1 is traveling. In that case, since the measured distance information is a value measured in the coordinate system with the traveling carriage 1 as a reference, in order to create the map information, it must be converted into the coordinate information in the coordinate system as the reference of the map information. I have to. The surveying device 100 responds to the distance information in the coordinate system based on the sensor measured by the laser range sensor 101, according to the amount of movement of the laser range sensor 101 as the traveling vehicle 1 travels and the attitude of the arm 2. The positional relationship between the traveling carriage 1 and the laser range sensor 101 is corrected. The surveying instrument 100 performs these corrections to calculate the position information of the laser range sensor 101 in the map coordinate system. Further, the surveying device 100 corrects the position information of the obstacle indicated by the distance information measured by the laser range sensor 101 by the position of the laser range sensor 101 in the map coordinate system to obtain position information in the map coordinate system. Convert and create map information.

ここで、図1の各座標系について説明する。Σは地図座標系(固定座標)である。Σはロボット座標系である。ロボット座標系とは、走行台車1を基準とする座標系である。ロボット座標系では、例えば、走行台車1の重心を原点とする。Σはリンク座標系である。リンク座標系とは、アーム2aと走行台車1を接続するジョイント部3aの中心を原点とする座標系である。Σはリンク座標系である。リンク座標系とは、アーム2bとアーム2aを接続するジョイント部3bの中心を原点とする座標系である。Σはレーザ座標系である。レーザ座標系とは、レーザ測域センサ101を基準とする座標系である。レーザ座標系では、例えば、レーザ測域センサ101の重心を原点とする。また、は、地図座標系(Σ)からロボット座標系(Σ)への座標変換を示す。は、ロボット座標系(Σ)からリンク座標系(Σ)への座標変換を示す。は、リンク座標系(Σ)からリンク座標系(Σ)への座標変換を示す。は、リンク座標系(Σ)からレーザ座標系(Σ)への座標変換を示す。なお、以下の説明において、初期状態(走行台車1の移動開始時)には、地図座標系(Σ)の原点とはロボット座標系(Σ)の原点は一致しているとする。 Here, each coordinate system of FIG. 1 will be described. Σ m is a map coordinate system (fixed coordinates). Σ 0 is a robot coordinate system. The robot coordinate system is a coordinate system based on the traveling carriage 1. In the robot coordinate system, for example, the center of gravity of the traveling carriage 1 is set as the origin. Σ 1 is the link 1 coordinate system. The link 1 coordinate system is a coordinate system whose origin is the center of the joint portion 3a connecting the arm 2a and the traveling carriage 1. Σ 2 is the link 2 coordinate system. The link 2 coordinate system is a coordinate system whose origin is the center of the joint portion 3b connecting the arms 2b and 2a. Σ S is a laser coordinate system. The laser coordinate system is a coordinate system with the laser range sensor 101 as a reference. In the laser coordinate system, for example, the center of gravity of the laser range sensor 101 is the origin. Further, m T 0 represents coordinate conversion from the map coordinate system (Σ M ) to the robot coordinate system (Σ 0 ). 0 T 1 indicates coordinate conversion from the robot coordinate system (Σ 0 ) to the link 1 coordinate system (Σ 1 ). 1 T 2 indicates coordinate conversion from the link 1 coordinate system (Σ 1 ) to the link 2 coordinate system (Σ 2 ). 2 T S indicates coordinate conversion from the link 2 coordinate system (Σ 2 ) to the laser coordinate system (Σ S ). In the following description, it is assumed that the origin of the robot coordinate system (Σ 0 ) coincides with the origin of the map coordinate system (Σ m ) in the initial state (when the traveling carriage 1 starts to move).

次に測量装置100について詳しく説明する。図2は本発明に係る第一実施形態における測量装置の一例を示すブロック図である。
測量装置100は、CPU(Central Processing Unit)を備えたコンピュータである。また、後述するように測量装置100は、位置推定装置であり、地図情報作成装置である。図1に示すように測量装置100は、レーザ測域センサ101と、センサ(リンク機構)102と、センサ(移動体)103と、オペレータ操作端末104と、センサ位置・姿勢計算部105と、スキャンマッチング処理部106と、オドメトリ処理部107と、台車移動量推定切り替え部108と、座標変換処理部109と、を備えている。
Next, the surveying instrument 100 will be described in detail. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the surveying device in the first embodiment according to the present invention.
The surveying instrument 100 is a computer including a CPU (Central Processing Unit). Further, as described later, the surveying device 100 is a position estimation device and a map information creation device. As shown in FIG. 1, the surveying device 100 includes a laser range sensor 101, a sensor (link mechanism) 102, a sensor (moving body) 103, an operator operation terminal 104, a sensor position/orientation calculation unit 105, and a scan. A matching processing unit 106, an odometry processing unit 107, a carriage movement amount estimation switching unit 108, and a coordinate conversion processing unit 109 are provided.

レーザ測域センサ101は、例えば、3次元のレーザスキャナである。レーザ測域センサ101は、レーザ光で走査しながら障害物までの距離を計測する。レーザ測域センサ101が走査して得た距離情報が示す障害物の位置の集合を点群情報と呼ぶ。 The laser range sensor 101 is, for example, a three-dimensional laser scanner. The laser range sensor 101 measures the distance to an obstacle while scanning with laser light. The set of obstacle positions indicated by the distance information obtained by scanning by the laser range sensor 101 is called point cloud information.

センサ(リンク機構)102は、アーム2の姿勢情報を計測する1つまたは複数のセンサである。センサ(リンク機構)102は、例えば、アーム2a、2bの各々が水平方向(または垂直方向)となす旋回角度を計測する角度計測センサである。アーム2の上下方向の動作は、制御装置40によって制御される。例えば、仰角計測センサは、アーム2aとアーム2bの各々に設けられ、アーム2aが水平方向となす角度(θ)、アーム2bが水平方向となす角度(θ)を計測する。なお、アーム2が直動機構を有している場合、センサ(リンク機構)102は、さらにアーム2のストローク(長さ)を計測するストローク計測センサを有していてもよい。 The sensor (link mechanism) 102 is one or more sensors that measure the posture information of the arm 2. The sensor (link mechanism) 102 is, for example, an angle measurement sensor that measures a turning angle formed by each of the arms 2a and 2b with respect to the horizontal direction (or the vertical direction). The vertical movement of the arm 2 is controlled by the controller 40. For example, the elevation angle measurement sensor is provided in each of the arms 2a and 2b, and measures the angle (θ a ) formed by the arm 2a with the horizontal direction and the angle (θ b ) formed by the arm 2b with the horizontal direction. When the arm 2 has a linear motion mechanism, the sensor (link mechanism) 102 may further have a stroke measurement sensor that measures the stroke (length) of the arm 2.

センサ位置・姿勢計算部105は、アーム2の姿勢に応じたロボット座標系におけるレーザ測域センサ101の位置情報、姿勢情報を計算する。センサ位置・姿勢計算部105は、角度計測センサが計測した角度(θ)を用いて、幾何学的手法により、ロボット座標系におけるレーザ測域センサ101の位置情報、姿勢情報を計算する。例えば、アーム2aの長さがL、水平方向となす角度をθとすると、ジョイント部3bのリンク座標系におけるx座標はL・cosθ、z座標はL・sinθ、姿勢情報はθで表される。レーザ測域センサ101についても同様である。センサ位置・姿勢計算部105は、の座標変換の関係を用いて、ロボット座標系におけるレーザ測域センサ101の位置情報、姿勢情報を計算する。 The sensor position/posture calculation unit 105 calculates position information and posture information of the laser range sensor 101 in the robot coordinate system according to the posture of the arm 2. The sensor position/orientation calculation unit 105 calculates the position information and the attitude information of the laser range sensor 101 in the robot coordinate system by a geometric method using the angle (θ a ) measured by the angle measurement sensor. For example, if the length of the arm 2a is L a and the angle formed with the horizontal direction is θ a , the x coordinate in the link 1 coordinate system of the joint portion 3b is L a ·cos θ a , the z coordinate is L a ·sin θ a , and the posture is The information is represented by θ a . The same applies to the laser range sensor 101. The sensor position/orientation calculation unit 105 calculates the position information and the attitude information of the laser range sensor 101 in the robot coordinate system by using the relationship of the coordinate transformation of 0 T 1 , 1 T 2 , and 2 T S.

スキャンマッチング処理部106は、センサ位置・姿勢計算部105が計算したレーザ測域センサ101のロボット座標系における位置情報、姿勢情報と、レーザ測域センサ101が計測した障害物との距離情報(点群情報)とを取得して、スキャンマッチングによってレーザ測域センサ101の移動量(移動距離、移動方向)を推定する。スキャンマッチングのアルゴリズムには、例えばICP(Iterative Closest Point)アルゴリズムを用いることができる。スキャンマッチング処理部106は、推定したレーザ測域センサ101の移動量の推定値を台車移動量推定切り替え部108へ出力する。なお、移動距離とは、所定時間前の走行台車1の所定位置(例えば重心位置)の位置を基準とする現在の走行台車1の所定位置までの距離である。また、移動方向とは、例えば所定の方向に対して走行台車1の進行方向がなす角度である。 The scan matching processing unit 106 includes position information and posture information of the laser range sensor 101 in the robot coordinate system calculated by the sensor position/orientation calculation unit 105 and distance information (points) between the obstacle and the obstacle measured by the laser range sensor 101. Group information) and the amount of movement (moving distance, moving direction) of the laser range sensor 101 is estimated by scan matching. As the scan matching algorithm, for example, an ICP (Iterative Closest Point) algorithm can be used. The scan matching processing unit 106 outputs the estimated movement amount of the laser range finder sensor 101 to the trolley movement amount estimation switching unit 108. The moving distance is the distance to the current predetermined position of the traveling carriage 1 based on the position of the predetermined position (for example, the center of gravity position) of the traveling carriage 1 before a predetermined time. The moving direction is, for example, an angle formed by the traveling direction of the traveling vehicle 1 with respect to a predetermined direction.

センサ(移動体)103は、走行台車1に設けられた1つまたは複数のセンサである。センサ(移動体)103は、走行台車1の移動量に関する情報を計測する。センサ(移動体)103は、例えば、走行台車1のタイヤを回転させるホイールの回転数を計測するホイール回転数計測センサである。ホイール回転数計測センサが計測したホイールの回転数によって走行台車1の走行距離を計算することができる。また、センサ(移動体)103は、例えば、走行台車1のタイヤの操舵角度を検出する操舵角計測センサである。操舵角計測センサが計測した操舵角によって走行台車1の走行方向を計算することができる。 The sensor (moving body) 103 is one or a plurality of sensors provided on the traveling carriage 1. The sensor (moving body) 103 measures information regarding the amount of movement of the traveling vehicle 1. The sensor (moving body) 103 is, for example, a wheel rotation speed measurement sensor that measures the rotation speed of a wheel that rotates the tire of the traveling carriage 1. The traveling distance of the traveling vehicle 1 can be calculated based on the rotational speed of the wheel measured by the wheel rotational speed measurement sensor. The sensor (moving body) 103 is, for example, a steering angle measurement sensor that detects the steering angle of the tire of the traveling vehicle 1. The traveling direction of the traveling carriage 1 can be calculated based on the steering angle measured by the steering angle measurement sensor.

オドメトリ処理部107は、ホイール回転数計測センサ(センサ(移動体)103)が計測したホイールの回転数と操舵角計測センサ(センサ(移動体)103)が計測した総舵角を積算して、走行台車1の移動量(移動距離、移動方向)を計算する。オドメトリ処理部107は、計算したレーザ測域センサ101の移動量の推定値を台車移動量推定切り替え部108へ出力する。 The odometry processing unit 107 integrates the wheel rotation speed measured by the wheel rotation speed measurement sensor (sensor (moving body) 103) and the total steering angle measured by the steering angle measurement sensor (sensor (moving body) 103), The moving amount (moving distance, moving direction) of the traveling vehicle 1 is calculated. The odometry processing unit 107 outputs the calculated estimated value of the movement amount of the laser range finder sensor 101 to the dolly movement amount estimation switching unit 108.

台車移動量推定切り替え部108は、スキャンマッチング処理部106からレーザ測域センサ101の移動量を取得し、オドメトリ処理部107から走行台車1の移動量を取得する。また、台車移動量推定切り替え部108は、移動量推定切り替え指示情報を、オペレータ操作端末104から取得する。移動量推定切り替え指示情報には、スキャンマッチング処理部106が推定した移動量とオドメトリ処理部107が計算した移動量のうち、何れを選択すべきかを指示する情報が含まれている。
台車移動量推定切り替え部108は、取得した2つの移動量のうち何れか1つを、オペレータ操作端末104から取得した移動量推定切り替え指示に基づいて選択し、選択した移動量を座標変換処理部109へ出力する。
The carriage movement amount estimation switching unit 108 acquires the movement amount of the laser range sensor 101 from the scan matching processing unit 106, and acquires the movement amount of the traveling carriage 1 from the odometry processing unit 107. Further, the dolly movement amount estimation switching unit 108 acquires the movement amount estimation switching instruction information from the operator operation terminal 104. The movement amount estimation switching instruction information includes information that indicates which of the movement amount estimated by the scan matching processing unit 106 and the movement amount calculated by the odometry processing unit 107 should be selected.
The dolly movement amount estimation switching unit 108 selects any one of the obtained two movement amounts based on the movement amount estimation switching instruction acquired from the operator operation terminal 104, and the selected movement amount is the coordinate conversion processing unit. Output to 109.

座標変換処理部109は、レーザ測域センサ101から点群情報を取得し、台車移動量推定切り替え部108から所定時間ごとの移動量の情報を取得する。まず、座標変換処理部109は、台車移動量推定切り替え部108から取得した移動量を積算して走行台車1の地図座標系における位置情報、姿勢情報を計算する。なお、位置情報とは、地図座標系における、走行台車1の所定位置(例えば重心位置)の座標情報である。また、姿勢情報とは、例えば所定の方向に対する走行台車1の進行方向がなす角度である。このとき、後に詳しく説明するようにスキャンマッチング処理部106が推定したレーザ測域センサ101の移動量はアーム2の姿勢に変更がなければ走行台車1の移動量と同じであるとみなせることを利用する。つまり、アーム2の姿勢に変更がなければ、座標変換処理部109は、より高精度で誤差の累積のないスキャンマッチング処理部106が推定したレーザ測域センサ101の移動量を積算して走行台車1の位置情報、姿勢情報を推定する。一方、アーム2の姿勢に変更がある場合、座標変換処理部109は、オドメトリ処理部107が計算した移動量を積算して走行台車1の位置情報、姿勢情報を推定する。走行台車1の位置情報などを推定すると、座標変換処理部109は、レーザ測域センサ101から取得した点群情報を走行台車1の位置情報などで補正して、点群情報の地図座標系における座標情報を計算し、地図情報を作成する。具体的には、座標変換処理部109は、レーザ座標系でのレーザ測域センサ101が計測した点群情報の座標情報を、リンク座標系を基準とする値に座標変換し、さらにリンク座標系を基準とする値、次にロボット座標系における座標情報に変換する。そして、先に推定した走行台車1の位置情報、姿勢情報を加算して点群情報それぞれの地図座標系における座標情報を計算する。計算して得られた点群情報それぞれの座標情報が、何らかの障害物が存在する位置を示している。つまり、地図情報である。座標変換処理部109は、作成した地図情報をビューワ部200へ出力する。ビューワ部200は、取得した地図情報に基づいて障害物を含んだ画像情報を生成し、表示装置に表示させる。 The coordinate conversion processing unit 109 acquires point cloud information from the laser range finder sensor 101, and acquires movement amount information for each predetermined time from the carriage movement amount estimation switching unit 108. First, the coordinate conversion processing unit 109 calculates the position information and the posture information of the traveling vehicle 1 in the map coordinate system by integrating the movement amounts acquired from the vehicle movement amount estimation switching unit 108. The position information is coordinate information of a predetermined position (for example, the center of gravity position) of the traveling vehicle 1 in the map coordinate system. The posture information is, for example, an angle formed by the traveling direction of the traveling vehicle 1 with respect to a predetermined direction. At this time, it is used that the movement amount of the laser range sensor 101 estimated by the scan matching processing unit 106 can be regarded as the same as the movement amount of the traveling vehicle 1 unless the posture of the arm 2 is changed, as will be described later in detail. To do. That is, if the posture of the arm 2 is not changed, the coordinate conversion processing unit 109 integrates the movement amount of the laser range sensor 101 estimated by the scan matching processing unit 106 with higher accuracy and no error accumulation, and thus the traveling carriage. The position information and the posture information of 1 are estimated. On the other hand, when the posture of the arm 2 is changed, the coordinate conversion processing unit 109 estimates the position information and the posture information of the traveling vehicle 1 by integrating the movement amounts calculated by the odometry processing unit 107. When the position information of the traveling carriage 1 is estimated, the coordinate conversion processing unit 109 corrects the point cloud information acquired from the laser range sensor 101 with the position information of the traveling carriage 1 and the like, and the point cloud information in the map coordinate system. Calculate coordinate information and create map information. Specifically, the coordinate conversion processing unit 109 performs coordinate conversion of the coordinate information of the point group information measured by the laser range sensor 101 in the laser coordinate system into a value based on the link 2 coordinate system, and further, the link 1 A value based on the coordinate system is converted into coordinate information in the robot coordinate system. Then, the position information and the posture information of the traveling vehicle 1 estimated previously are added to calculate the coordinate information in the map coordinate system of each point cloud information. The coordinate information of each point cloud information obtained by calculation indicates the position where some obstacle exists. That is, it is map information. The coordinate conversion processing unit 109 outputs the created map information to the viewer unit 200. The viewer unit 200 generates image information including an obstacle based on the acquired map information and causes the display device to display the image information.

測量装置100は、この他にも地図情報作成のための種々の機能を有しているが、本実施形態では、地図情報の作成に必要とされる走行台車1およびレーザ測域センサ101の位置情報、姿勢情報の推定処理、地図情報の作成処理に必要な構成のみを説明し、他の構成の説明を省略する。 Although the surveying instrument 100 has various functions for creating map information in addition to this, in the present embodiment, the positions of the traveling carriage 1 and the laser range sensor 101 required for creating map information. Only the configuration required for the information/posture information estimation process and the map information creation process will be described, and description of the other components will be omitted.

次に図3〜図4を用いて、測量装置100による地図情報の作成処理の概略について説明する。
図3は、本発明に係る第一実施形態における測量装置に地図情報の作成処理を説明する第1の図である。
図3は、測量装置100が地図情報作成のための測量を行っている様子を示している。レーザ測域センサ101は、所定の範囲に向けてレーザを照射し、周辺環境に存在する障害物の表面形状までの距離情報を計測する。具体的には、周辺に障害物50が存在した場合、レーザ測域センサ101は、障害物50の表面からの反射によって、障害物50との距離を計測する。障害物50上の表示された点線の丸印・・・は、レーザ測域センサ101が走査して計測した距離情報に対応する点群情報を示している。・・・は、レーザ測域センサ101が取得したレーザ座標系における各点の座標情報である。座標変換処理部109は、各点の座標情報を、以下の式によって地図座標系に変換する。

= [X、Y、Z
P = {P,P,・・・,P,・・・,P
計測した点群のそれぞれについて地図座標系での座標情報が計算できるとその集合が、周辺環境に存在する障害物の表面の位置情報を表す地図情報となる。座標変換処理部109は、作成した地図情報をビューワ部200へ出力する。
Next, with reference to FIGS. 3 to 4, an outline of a process of creating map information by the surveying device 100 will be described.
FIG. 3 is a first diagram illustrating a map information creation process in the surveying device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows how the surveying instrument 100 performs surveying for creating map information. The laser range sensor 101 irradiates a laser in a predetermined range and measures distance information to the surface shape of an obstacle existing in the surrounding environment. Specifically, when the obstacle 50 is present in the vicinity, the laser range sensor 101 measures the distance from the obstacle 50 by reflection from the surface of the obstacle 50. The dotted circles S P 1 , S P 2, ... Displayed on the obstacle 50 indicate the point cloud information corresponding to the distance information measured by scanning by the laser range sensor 101. S P 1 , S P 2, ... Are coordinate information of each point in the laser coordinate system acquired by the laser range finder sensor 101. The coordinate conversion processing unit 109 converts the coordinate information of each point into the map coordinate system by the following formula.
M P i = M T 0 · 0 T 1 · 1 T 2 · 2 T S · S P i
P i =[X i , Y i , Z i ] T
P={P 1 , P 2 ,..., P i ,..., P n }
When the coordinate information in the map coordinate system can be calculated for each of the measured point groups, the set becomes the map information representing the position information of the surface of the obstacle existing in the surrounding environment. The coordinate conversion processing unit 109 outputs the created map information to the viewer unit 200.

図4は、本発明に係る第一実施形態における測量装置に地図情報の作成処理を説明する第2の図である。
図4は、ビューワ部200が表示装置に表示した地図情報の一例を示している。表示された地図情報には障害物50の形状を模した画像(障害物画像50´)が表示されている。測量装置100は、様々な空間を走行して、その走行中にもレーザ測域センサ101を介して周辺環境の座標情報(Σ)を取得し、その情報を地図座標系(Σ)に変換して、走行した空間の地図情報を作成する。ところで、周辺環境の座標情報(Σ)を地図座標系(Σ)に変換するには、リンク座標系、リンク座標系、ロボット座標系のそれぞれを基準とする座標系に変換し、最後にロボット座標系から地図座標系に変換しなければならない。ここで、レーザ座標系からリンク座標系、リンク座標系からリンク座標系、リンク座標系からロボット座標系への変換は、それぞれレーザ測域センサ101とアーム2b、アーム2bとアーム2a、アーム2aと走行台車1の位置関係から幾何学的関係に基づく計算によって座標変換できる。しかし、ロボット座標系から地図座標系への座標変換には、走行台車1の位置情報と姿勢情報が必要である。次に走行台車1の位置情報等の推定について図5、図6を用いて説明する。
FIG. 4 is a second diagram illustrating a map information creation process in the surveying device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows an example of the map information displayed on the display device by the viewer unit 200. An image (obstacle image 50') imitating the shape of the obstacle 50 is displayed in the displayed map information. The surveying instrument 100 travels in various spaces, acquires the coordinate information (Σ S ) of the surrounding environment via the laser range sensor 101 even during the traveling, and uses the information in the map coordinate system (Σ m ). Convert to create map information of the space you have traveled. By the way, in order to convert the coordinate information (Σ S ) of the surrounding environment into the map coordinate system (Σ m ), it is converted into the coordinate system based on each of the link 2 coordinate system, the link 1 coordinate system and the robot coordinate system, Finally, we have to convert from the robot coordinate system to the map coordinate system. Here, conversion from the laser coordinate system to the link 2 coordinate system, from the link 2 coordinate system to the link 1 coordinate system, and from the link 1 coordinate system to the robot coordinate system is performed by the laser range sensor 101 and the arm 2b, and the arm 2b and the arm 2a, respectively. The coordinates can be converted from the positional relationship between the arm 2a and the traveling carriage 1 by calculation based on the geometrical relationship. However, the coordinate information from the robot coordinate system to the map coordinate system requires the position information and the posture information of the traveling vehicle 1. Next, the estimation of the position information of the traveling vehicle 1 will be described with reference to FIGS.

図5は、本発明に係る第一実施形態における測量装置の位置情報の推定方法を説明する第1の図である。
図5は、測量装置100が測量(レーザ測域センサ101による走査)を行いながら走行している様子を示している。ある時刻に位置Aに存在した走行台車1が、その後、位置Bまで移動した様子を示している。この間、アーム2の姿勢に変化はないものとする。つまり、位置Aから位置Bまでの走行中に、レーザ測域センサ101と、アーム2aと、アーム2bと、走行台車1との位置関係が一定である。この条件の下で、レーザ測域センサ101の移動量ΔLと走行台車1の移動量ΔLは同じ距離である。従って、走行台車1の移動量ΔLは、スキャンマッチング処理部106が、レーザ測域センサ101が所定の時間間隔で計測した点群情報を取得して、取得した時系列の点群情報に基づくスキャンマッチングによって推定することができる。なお、走行台車1の移動量ΔLは、オドメトリ処理部107による移動量の計算結果を用いても算出することができるが、オドメトリには、特に長距離を移動した場合、誤差が大きくなりがちであることが知られており、高い精度が得られない可能性があるためスキャンマッチングを用いて移動量を推定することが望ましい。走行台車1の移動量ΔLを計算できれば、座標変換処理部109は、レーザ測域センサ101が計測した点群情報を地図座標系に変換することができる。
FIG. 5 is a first diagram illustrating a method for estimating position information of a surveying device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a state in which the surveying device 100 travels while performing surveying (scanning by the laser range sensor 101). It shows that the traveling vehicle 1 existing at the position A at a certain time has moved to the position B after that. During this period, it is assumed that the posture of the arm 2 does not change. That is, the positional relationship among the laser range sensor 101, the arm 2a, the arm 2b, and the traveling carriage 1 is constant during traveling from the position A to the position B. Under this condition, the movement amount ΔL S of the laser range finder sensor 101 and the movement amount ΔL B of the traveling vehicle 1 are the same distance. Therefore, the movement amount [Delta] L B of the traveling vehicle 1, scan matching processing unit 106, a laser measuring area sensor 101 acquires the point cloud data measured at predetermined time intervals, based on the acquired point cloud data of the time series was It can be estimated by scan matching. Incidentally, often moving amount [Delta] L B of the traveling vehicle 1 can be calculated even with a moving amount of the calculation results by the odometry processing unit 107, the odometry, especially when traveling long distances, error increases Since it is known that a high accuracy may not be obtained, it is desirable to estimate the movement amount using scan matching. If calculating the amount of movement [Delta] L B of the traveling vehicle 1, the coordinate conversion processing unit 109, a laser measuring area point group information sensor 101 is measured can be converted to the map coordinate system.

図6は、本発明に係る第一実施形態における測量装置の位置情報の推定方法を説明する第2の図である。
図6(a)は、位置Aでレーザ測域センサ101が計測した点群情報(右図)と、位置Bでレーザ測域センサ101が計測した点群情報(左図)を示している。それぞれの点群情報は障害物50の表面形状を示しているが、走行台車1が障害物50へ近づき、レーザ測域センサ101と障害物50の距離が小さくなるほど走査できる範囲が限定されるので、位置Aで計測した点群情報は障害物50の形状をより広い範囲でとらえた図6(a)→図のようになり、位置Bで計測した点群情報は障害物50のより狭い範囲をとらえた図6(a)の左図のようになる。
FIG. 6 is a second diagram illustrating the method for estimating the position information of the surveying device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6A shows point cloud information measured by the laser range sensor 101 at position A (right figure) and point cloud information measured by the laser range sensor 101 at position B (left figure). Although each point cloud information indicates the surface shape of the obstacle 50, the scanning range is limited as the traveling vehicle 1 approaches the obstacle 50 and the distance between the laser range sensor 101 and the obstacle 50 becomes smaller. , The point cloud information measured at the position A is as shown in FIG. 6(a) in which the shape of the obstacle 50 is captured in a wider range, and the point cloud information measured at the position B is in a narrower range of the obstacle 50. It is as shown in the left figure of FIG.

図6(b)は、スキャンマッチングの原理を説明する図である。図6(b)は、図6(b)左図が示す点群のそれぞれを、右図の対応する点に重ね合わせるように移動させ処理を示している。全ての点が重ならない場合は、重ね合わせる点の同士の関係を変更して、再度試みる。そして、全ての点が重なり合うときの並進量、回転量を求める。求めた並進量、回転量がレーザ測域センサ101の移動量ΔLである。2つの点群を重ね合わせるアルゴリズムとして、例えば、ICPアルゴリズムを用いることができる。これがスキャンマッチングの原理である。つまり、異なる時刻に計測した点群情報のうち一方を移動させて2つの点群情報の間の距離が最も小さくなったときの移動量を、その間のレーザ測域センサ101の移動量とする。なお、上述の通り、アーム2の姿勢に変化がない場合、移動量ΔLは、走行台車1の移動量ΔLとなる。 FIG. 6B is a diagram illustrating the principle of scan matching. FIG. 6B shows a process in which each of the point groups shown in the left diagram of FIG. 6B is moved so as to be superimposed on the corresponding point in the right diagram. If all the points do not overlap, change the relationship between the overlapping points and try again. Then, the translation amount and the rotation amount when all the points are overlapped are obtained. The calculated translation amount and rotation amount are the movement amount ΔL S of the laser range sensor 101. As an algorithm for superimposing two point groups, for example, the ICP algorithm can be used. This is the principle of scan matching. That is, the movement amount when one of the point cloud information measured at different times is moved and the distance between the two point cloud information becomes the shortest is set as the movement amount of the laser range sensor 101 during that time. As described above, when the posture of the arm 2 does not change, the movement amount ΔL S becomes the movement amount ΔL B of the traveling vehicle 1.

ところで、走行台車1が位置Aから位置Bへ走行する場合に常に精度の高いスキャンマッチングを用いることができればよいが、スキャンマッチングを適用できない場面が存在する。次に図7を用いてスキャンマッチングが適用できない場合について説明する。
図7は、スキャンマッチングが適さない場合を説明する図である。
図7(a)は、アーム2aを上向きに旋回させてレーザ測域センサ101をある高さまで上昇させていた姿勢を、走行台車1をその場に停止したまま、アーム2aを地面と水平となるまで下降させてアーム2を直線状にする姿勢に変化させる様子を示している。この姿勢変化の前後での移動量を、図6(b)で説明したスキャンマッチングにより推定すると、移動量ΔL7で図示した移動量を求めることができる。
By the way, when the traveling vehicle 1 travels from the position A to the position B, it suffices to be able to always use highly accurate scan matching, but there are situations where scan matching cannot be applied. Next, a case where scan matching cannot be applied will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a case where scan matching is not suitable.
FIG. 7A shows a posture in which the arm 2a is swung upward to raise the laser range sensor 101 to a certain height, and the arm 2a becomes horizontal with the ground while the traveling carriage 1 is stopped on the spot. It is shown that the arm 2 is lowered to a straight posture. If the amount of movement before and after this posture change is estimated by the scan matching described in FIG. 6B, the amount of movement illustrated by the amount of movement ΔL7 can be obtained.

図7(b)は、アーム2の姿勢を変化させずに走行台車1が、紙面斜め右下方向にΔL7で示される分だけ移動した様子を示している。この移動の前後での移動量を、スキャンマッチングにより推定すると、移動量ΔL7を求めることができる。このようにスキャンマッチングにより移動量を推定した場合、走行台車1が移動したのか、アーム2の姿勢が変化したのか、あるいは、アーム2の姿勢が変化しつつ走行台車1も移動したのかが分からない。例えば、スキャンマッチングによる移動量を走行台車1の移動量とするならば、図7(a)の場合、走行台車1は移動していないにも関わらず、走行台車1が移動量ΔL7だけ移動したと推定してしまうことになる。常にスキャンマッチングにより走行台車1の移動量を推定すると、このような不都合が生じる。次にこの不都合を解決する本実施形態の制御方法について説明する。 FIG. 7B shows a state in which the traveling vehicle 1 has moved in the diagonally lower right direction on the paper by an amount indicated by ΔL7 without changing the posture of the arm 2. If the amount of movement before and after this movement is estimated by scan matching, the amount of movement ΔL7 can be obtained. When the movement amount is estimated by scan matching in this way, it is not known whether the traveling carriage 1 has moved, the posture of the arm 2 has changed, or the traveling carriage 1 has also moved while the posture of the arm 2 changed. .. For example, if the amount of movement by scan matching is taken as the amount of movement of the traveling carriage 1, in the case of FIG. 7A, the traveling carriage 1 has moved by the movement amount ΔL7 even though the traveling carriage 1 has not moved. It will be estimated that. Such an inconvenience occurs if the movement amount of the traveling vehicle 1 is always estimated by scan matching. Next, the control method of this embodiment for solving this inconvenience will be described.

図8は、本発明に係る第一実施形態における測量装置の移動量の推定処理を説明する図である。
区間8Aにおいて、走行台車1は、アーム2の姿勢を固定したまま移動する。区間8Bでは走行台車1は、アーム2の姿勢を動作させながら移動する。区間8Cでは走行台車1は、再びアーム2の姿勢を固定したまま移動する。
本実施形態の測量装置100は、スキャンマッチングによって区間8Aにおける走行台車1の移動量を推定する。つまり、測量装置100では、区間8Aの移動量について、台車移動量推定切り替え部108が、スキャンマッチング処理部106の推定した移動量を選択する。
また、測量装置100は、オドメトリによって区間8Bにおける走行台車1の移動量を推定する。つまり、区間8Bの移動量について、台車移動量推定切り替え部108が、オドメトリ処理部107の算出した移動量を選択する。
また、測量装置100は、スキャンマッチングによって区間8Cにおける走行台車1の移動量を推定する。つまり、区間8Cの移動量について、台車移動量推定切り替え部108が、スキャンマッチング処理部106の推定した移動量を選択する。
なお、各区間での移動量推定方法の切り替えは、台車移動量推定切り替え部108が、オペレータ操作端末104からオペレータが入力した切り替え指示情報に基づいて行う。
本実施形態では、アーム2が姿勢を変化させる間は、オドメトリによって移動量を算出することで図7を用いて説明した不都合を解決する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a movement amount estimation process of the surveying device according to the first embodiment of the present invention.
In the section 8A, the traveling carriage 1 moves with the posture of the arm 2 fixed. In the section 8B, the traveling carriage 1 moves while operating the posture of the arm 2. In the section 8C, the traveling vehicle 1 moves again with the posture of the arm 2 fixed.
The surveying instrument 100 of the present embodiment estimates the amount of movement of the traveling vehicle 1 in the section 8A by scan matching. That is, in the surveying device 100, the carriage movement amount estimation switching unit 108 selects the movement amount estimated by the scan matching processing unit 106 for the movement amount in the section 8A.
Moreover, the surveying apparatus 100 estimates the movement amount of the traveling vehicle 1 in the section 8B by odometry. That is, with respect to the movement amount of the section 8B, the cart movement amount estimation switching unit 108 selects the movement amount calculated by the odometry processing unit 107.
Further, the surveying device 100 estimates the movement amount of the traveling vehicle 1 in the section 8C by scan matching. That is, with respect to the movement amount of the section 8C, the cart movement amount estimation switching unit 108 selects the movement amount estimated by the scan matching processing unit 106.
The movement amount estimation method is switched in each section by the carriage movement amount estimation switching unit 108 based on the switching instruction information input by the operator from the operator operation terminal 104.
In the present embodiment, while the posture of the arm 2 is changing, the movement amount is calculated by odometry to solve the inconvenience described with reference to FIG. 7.

次に測量装置100の移動量の推定処理の流れについて説明する。
図9は、本発明に係る第一実施形態における測量装置の移動量の推定処理の一例を示すフローチャートである。
前提として、走行台車1は、地図情報の作成対象範囲を走行中であるとする。その間、レーザ測域センサ101は、所定の時間間隔でレーザ光による走査を行い、その度に計測した点群情報をスキャンマッチング処理部106、座標変換処理部109へ出力する。また、センサ(リンク機構)102は、所定の時間間隔でアーム2の姿勢に関する情報(ジョイント部の角度)をセンサ位置・姿勢計算部105へ出力する。また、センサ(移動体)103は、所定の時間間隔で走行台車1の走行状態に関する情報(タイヤ回転数、操舵角)をオドメトリ処理部107へ出力する。
また、走行中、オペレータの指示により、必要に応じてアーム2は姿勢を変化させる。また、オペレータは、アーム2の姿勢を変化させる場合、オペレータ操作端末104に、移動量の算出方法をオドメトリに切り替えるよう指示情報を入力する。また、アーム2の姿勢を固定させる場合、オペレータは、オペレータ操作端末104に、移動量の算出方法をスキャンマッチングに切り替えるよう指示情報を入力する。
Next, the flow of the movement amount estimation processing of the surveying instrument 100 will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the movement amount estimation processing of the surveying device according to the first embodiment of the present invention.
As a premise, it is assumed that the traveling vehicle 1 is traveling in the map information creation target range. In the meantime, the laser range sensor 101 scans with laser light at predetermined time intervals, and outputs the point cloud information measured each time to the scan matching processing unit 106 and the coordinate conversion processing unit 109. Further, the sensor (link mechanism) 102 outputs information on the posture of the arm 2 (angle of the joint portion) to the sensor position/posture calculation unit 105 at predetermined time intervals. Further, the sensor (moving body) 103 outputs information regarding the traveling state of the traveling vehicle 1 (tire rotation speed, steering angle) to the odometry processing unit 107 at predetermined time intervals.
Further, during traveling, the arm 2 changes its posture as necessary according to an instruction from the operator. Further, when changing the posture of the arm 2, the operator inputs instruction information to the operator operating terminal 104 so as to switch the method of calculating the movement amount to odometry. When the posture of the arm 2 is fixed, the operator inputs instruction information to the operator operation terminal 104 to switch the method of calculating the movement amount to scan matching.

(移動量推定)
まず、オペレータは、リンク機構を動作させるかどうかを判定する(ステップS11)。つまり、オペレータは、アーム2の姿勢を変化させるかどうかを判定する。動作させる場合(ステップS11;Yes)、オペレータは、操作端末104にオドメトリによる移動量の推定を指示する情報を入力する。台車移動量推定切り替え部108は、この情報を取得して、移動量の推定方法をオドメトリに設定する。次にステップS15の処理へ進む。
(Movement estimation)
First, the operator determines whether to operate the link mechanism (step S11). That is, the operator determines whether to change the posture of the arm 2. When operating (step S11; Yes), the operator inputs information instructing the estimation of the movement amount by odometry to the operation terminal 104. The truck movement amount estimation switching unit 108 acquires this information and sets the movement amount estimation method to odometry. Next, the process proceeds to step S15.

一方、動作させない場合(ステップS11;No)、オペレータは、操作端末104にスキャンマッチングによる移動量の推定を指示する情報を入力する。台車移動量推定切り替え部108は、この情報を取得して、移動量の推定方法をスキャンマッチングに設定する。次にオペレータは、走行台車1の移動を終了するかどうかを判定する(ステップS12)。終了する場合(ステップS12;Yes)、本処理フローを終了する。 On the other hand, when the operation is not performed (step S11; No), the operator inputs information instructing the estimation of the movement amount by scan matching to the operation terminal 104. The dolly movement amount estimation switching unit 108 acquires this information and sets the movement amount estimation method to scan matching. Next, the operator determines whether to end the movement of the traveling vehicle 1 (step S12). When the processing is to be ended (step S12; Yes), this processing flow is ended.

終了しない場合(ステップS12;No)、測量装置100は、スキャンマッチングによる移動量推定を行う。まず、センサ位置・姿勢計算部105がセンサ(リンク機構)102から、ジョイント部3a、3bの旋回角度などアーム2の姿勢に関するセンサ検出情報を取得する(ステップS13)。また、アーム2が直動機構を有する場合、センサ位置・姿勢計算部105は、アーム2のストローク情報を取得する。センサ位置・姿勢計算部105は、取得したセンサ検出情報を用いて、レーザ測域センサ101のロボット座標系における座標情報を計算する。レーザ測域センサ101のロボット座標系における座標情報は、例えば地図情報作成時に点群情報を地図座標に座標変換するときに用いられる。センサ位置・姿勢計算部105は、計算した座標情報をスキャンマッチング処理部106へ出力する。また、スキャンマッチング処理部106は、レーザ測域センサ101が計測した点群情報を取得する。スキャンマッチング処理部106は、スキャンマッチングを開始する(ステップS14)。より具体的には、スキャンマッチング処理部106は、所定時間ごとに取得した点群情報について、隣り合う時刻に取得した点群情報を重ね合わせる処理を行い、2つの点群情報が最も良く重なったとき(2つの点群情報の間の距離が最小となったとき)の並進量、回転量を計算し、微小時間ごとの移動量を求める。スキャンマッチング処理部106は、時々刻々と求めた微小時間ごとの移動量を積算して走行台車1の移動量を推定する。台車移動量推定切り替え部108は、スキャンマッチング処理部106が推定した移動量を取得し、座標変換処理部109へ出力する。これが本実施形態におけるスキャンマッチングによる移動量推定である。
スキャンマッチング処理部106が移動量を推定するのと並行して、ステップS11からの処理を繰り返す。
If not completed (step S12; No), the surveying instrument 100 estimates the movement amount by scan matching. First, the sensor position/orientation calculation unit 105 acquires sensor detection information regarding the attitude of the arm 2 such as the turning angles of the joint units 3a and 3b from the sensor (link mechanism) 102 (step S13). When the arm 2 has a linear motion mechanism, the sensor position/posture calculation unit 105 acquires stroke information of the arm 2. The sensor position/orientation calculation unit 105 uses the acquired sensor detection information to calculate coordinate information of the laser range finder sensor 101 in the robot coordinate system. The coordinate information of the laser range sensor 101 in the robot coordinate system is used, for example, when the point cloud information is coordinate-converted into map coordinates when map information is created. The sensor position/orientation calculation unit 105 outputs the calculated coordinate information to the scan matching processing unit 106. The scan matching processing unit 106 also acquires the point cloud information measured by the laser range sensor 101. The scan matching processing unit 106 starts scan matching (step S14). More specifically, the scan matching processing unit 106 performs a process of superimposing the point cloud information acquired at a predetermined time on the point cloud information acquired at every predetermined time, and the two point cloud information are best overlapped. At this time (when the distance between the two point group information is minimum), the translation amount and the rotation amount are calculated, and the movement amount for each minute time is obtained. The scan matching processing unit 106 estimates the movement amount of the traveling vehicle 1 by integrating the movement amount for each minute time that is obtained every moment. The dolly movement amount estimation switching unit 108 acquires the movement amount estimated by the scan matching processing unit 106 and outputs it to the coordinate conversion processing unit 109. This is the movement amount estimation by scan matching in this embodiment.
While the scan matching processing unit 106 estimates the movement amount, the processing from step S11 is repeated.

ステップS11にて、オペレータがオドメトリによる移動量の推定を指示する情報を入力した場合(ステップS11;Yes)、オドメトリ処理部107がオドメトリによる移動量推定を開始する(ステップS15)。より具体的には、オドメトリ処理部107が、センサ(移動体)103から、走行台車1の移動に関する情報(タイヤ回転数、操舵角)を取得し、オドメトリにより走行台車1の移動量を計算する。台車移動量推定切り替え部108は、オドメトリ処理部107が計算した移動量を取得し、座標変換処理部109へ出力する。これが本実施形態におけるオドメトリによる移動量推定である。
オドメトリ処理部107が移動量を計算するのと並行して、オペレータは、リンク機構を動作させるかどうかを判定する(ステップS16)。動作させる場合(ステップS16;Yes)、オドメトリ処理部107による移動量の計算を継続する(ステップS17)。ステップS16からの処理を繰り返す。
In step S11, when the operator inputs information instructing the estimation of the movement amount by odometry (step S11; Yes), the odometry processing unit 107 starts estimation of the movement amount by odometry (step S15). More specifically, the odometry processing unit 107 acquires information (tire rotation speed, steering angle) regarding the movement of the traveling carriage 1 from the sensor (moving body) 103, and calculates the movement amount of the traveling carriage 1 by odometry. .. The dolly movement amount estimation switching unit 108 acquires the movement amount calculated by the odometry processing unit 107 and outputs it to the coordinate conversion processing unit 109. This is the movement amount estimation by odometry in this embodiment.
In parallel with the odometry processing unit 107 calculating the movement amount, the operator determines whether to operate the link mechanism (step S16). When operating (step S16; Yes), the calculation of the movement amount by the odometry processing unit 107 is continued (step S17). The processing from step S16 is repeated.

一方、リンク機構を動作させない場合(ステップS16;No)、オペレータは、操作端末104にスキャンマッチングによる移動量の推定を指示する情報を入力する。台車移動量推定切り替え部108は、この情報を取得して、移動量の推定をスキャンマッチングに切り替える。
次にオペレータは、走行台車1の移動を終了するかどうかを判定する(ステップS18)。終了する場合(ステップS18;Yes)、本処理フローを終了する。
終了しない場合(ステップS18;No)、スキャンマッチング処理部106が前回のスキャンマッチング処理時に最後に記憶した点群情報を忘却(消去)する(ステップS19)。これは、オドメトリによる移動量計算を行った区間を跨いで、前回の点群情報と今回の点群情報との間で移動量を求めないことを意味する。オドメトリによって移動量計算を行った区間を跨ぐと、間が空きすぎていることや、アーム2の姿勢が異なること等の理由により推定した移動量が不正確な値となるためである。
On the other hand, when the link mechanism is not operated (step S16; No), the operator inputs information instructing the estimation of the movement amount by scan matching to the operation terminal 104. The cart movement amount estimation switching unit 108 acquires this information and switches the estimation of the movement amount to scan matching.
Next, the operator determines whether to end the movement of the traveling vehicle 1 (step S18). If the processing is to end (step S18; Yes), this processing flow ends.
If not completed (step S18; No), the scan matching processing unit 106 forgets (erases) the point cloud information stored last in the previous scan matching processing (step S19). This means that the amount of movement is not calculated between the previous point cloud information and the current point cloud information across the section where the movement amount calculation by odometry is performed. This is because when the section where the movement amount is calculated by odometry is straddled, the estimated movement amount becomes an inaccurate value due to the fact that there is too much space or the posture of the arm 2 is different.

次にセンサ位置・姿勢計算部105がセンサ(リンク機構)102から、ジョイント部3a、3bの角度などアーム2の姿勢に関するセンサ情報を取得する(ステップS20)。センサ位置・姿勢計算部105は、レーザ測域センサ101のロボット座標系における座標情報を計算する。センサ位置・姿勢計算部105は、計算した座標情報をスキャンマッチング処理部106へ出力する。また、スキャンマッチング処理部106は、レーザ測域センサ101が計測した点群情報を取得する。スキャンマッチング処理部106は、スキャンマッチングを再開する(ステップS21)。台車移動量推定切り替え部108は、スキャンマッチング処理部106が推定した移動量を取得し、座標変換処理部109へ出力する。そしてステップS11からの処理を繰り返す。 Next, the sensor position/posture calculation unit 105 acquires sensor information regarding the posture of the arm 2 such as the angles of the joint units 3a and 3b from the sensor (link mechanism) 102 (step S20). The sensor position/orientation calculation unit 105 calculates coordinate information of the laser range sensor 101 in the robot coordinate system. The sensor position/orientation calculation unit 105 outputs the calculated coordinate information to the scan matching processing unit 106. The scan matching processing unit 106 also acquires the point cloud information measured by the laser range sensor 101. The scan matching processing unit 106 restarts the scan matching (step S21). The dolly movement amount estimation switching unit 108 acquires the movement amount estimated by the scan matching processing unit 106 and outputs it to the coordinate conversion processing unit 109. Then, the processing from step S11 is repeated.

第一実施形態における走行台車1の移動量推定の計算概要について記載する。
走行台車1の時刻tにおける移動量をx(t)とする。すると、x(t)は以下の式で表すことができる。
x(t)= x(t−1)+dxest(t)
ここで、例えば、2次元位置情報・姿勢情報を推定する場合、x(t)はXY座標と姿勢角θを用いて表すことができる。
x(t)= [X(t)、Y(t)、θ]
なお、dxest(t)は、微小時間での移動量を表し、スキャンマッチングの場合、dxest(t)=dxsm(t)、オドメトリの場合、dxest(t)=dxodom(t)である。
The calculation outline of the movement amount estimation of the traveling vehicle 1 in the first embodiment will be described.
The moving amount of the traveling vehicle 1 at time t is x(t). Then, x(t) can be expressed by the following equation.
x(t)=x(t-1)+dx est (t)
Here, for example, when estimating the two-dimensional position information/posture information, x(t) can be expressed using the XY coordinates and the posture angle θ.
x(t)=[X(t), Y(t), θ]
Note that dx est (t) represents a movement amount in a minute time, and in the case of scan matching, dx est (t)=dx sm (t), and in the case of odometry, dx est (t)=dx odom (t). Is.

また、スキャンマッチングによる移動量推定は、今回取得した点群P(t)と前回取得したP(t−1)より計算する。
dxsm(t)=fsm(P(t),P(t−1))
In addition, the movement amount estimation by scan matching is calculated from the point cloud P(t) acquired this time and the previously acquired P(t−1).
dx sm (t)= fsm (P(t), P(t-1))

また、オドメトリによる変化量推定は、車速v(t)(タイヤ回転数)と操舵角φ(t)より計算する。
dxodom(t)=fodom(v(t),φ(t))
The estimation of the amount of change by odometry is calculated from the vehicle speed v(t) (tire rotation speed) and the steering angle φ(t).
dx odom (t)=f odom (v(t), φ(t))

(自己位置推定・地図情報作成)
なお、座標変換処理部109は、台車移動量推定切り替え部108から取得した走行台車1の移動量を積算して走行台車1の地図座標系における位置情報・姿勢情報を算出し(自己位置推定)、例えば、ステップS20等で算出したレーザ測域センサ101の位置情報・姿勢情報を加算する。これにより、レーザ測域センサ101の地図座標系における位置情報・姿勢情報を算出する。さらに座標変換処理部109は、レーザ測域センサ101が取得した点群情報にレーザ測域センサ101の地図座標系における位置情報・姿勢情報を加算して、障害物表面の地図座標系における座標情報を算出する。これにより、地図情報を作成することができる。
(Self-location estimation/map information creation)
The coordinate conversion processing unit 109 calculates the position information/posture information of the traveling vehicle 1 in the map coordinate system by integrating the traveling amounts of the traveling vehicle 1 acquired from the vehicle traveling amount estimation switching unit 108 (self-position estimation). For example, the position information and the posture information of the laser range sensor 101 calculated in step S20 and the like are added. Thereby, the position information/posture information of the laser range sensor 101 in the map coordinate system is calculated. Further, the coordinate conversion processing unit 109 adds the position information/posture information in the map coordinate system of the laser range sensor 101 to the point cloud information acquired by the laser range sensor 101, and the coordinate information in the map coordinate system of the obstacle surface. To calculate. Thereby, map information can be created.

本実施形態によれば、アーム2の姿勢を変化させる場面では、オペレータによる操作により、スキャンマッチングを停止し、オドメトリによる移動量推定に切り替える手段を有する。また、アーム2の姿勢を固定させる場面では、オペレータによる操作により、再び、スキャンマッチングを再開する手段を有する。そのため、アーム2の姿勢を変化させるときにはオドメトリによる移動量推定を行い、その他の場面では比較的精度の高いスキャンマッチングを用いた移動量推定を行うので、精度の高い自己位置推測が可能である。また、測量装置100は、正確な自己位置の測定により正確な地図情報の作成を行うことができる。 According to the present embodiment, in a scene where the posture of the arm 2 is changed, the operator has an operation to stop the scan matching and switch to the estimation of the movement amount by the odometry. Further, when the posture of the arm 2 is fixed, a unit for restarting scan matching is provided by an operation of the operator. Therefore, when the posture of the arm 2 is changed, the movement amount is estimated by odometry, and in other situations, the movement amount is estimated using scan matching with relatively high precision, so that highly accurate self-position estimation is possible. Further, the surveying device 100 can create accurate map information by accurately measuring its own position.

また、上記したようなスキャンマッチングとオドメトリとを切り替える手段(台車移動量推定切り替え部108)を有するため、スキャンマッチングの誤作動防止のために測量装置100の運用を制限する必要はない(走行中はアーム2を固定しなければならないといった制限)。また、本実施形態によれば、屋内等のGPSによる測位が不可能な環境下でも走行台車1の位置情報・姿勢情報を正確に推測することができ、正確な地図情報を作成できる。これらにより本実施形態によれば、測量装置100の運用範囲を向上できる。 In addition, since there is a means for switching between the scan matching and the odometry (the carriage movement amount estimation switching unit 108) as described above, it is not necessary to limit the operation of the surveying instrument 100 in order to prevent the scan matching from malfunctioning. Is a restriction that the arm 2 must be fixed). Further, according to the present embodiment, the position information/posture information of the traveling vehicle 1 can be accurately estimated even in an environment where GPS positioning is impossible, such as indoors, and accurate map information can be created. With this, according to the present embodiment, the operation range of the surveying instrument 100 can be improved.

なお、測量装置100による測量は例えば次のようにして行う。つまり、詳細に測量を行う場所へ移動する間はアーム2を固定したまま移動し、詳細な測量が必要な場所では、アーム2の姿勢を変化させて様々な角度・位置からレーザ測域センサ101による計測を行って点群情報を得る。このとき計測と並行して走行台車1も細やかに移動させて測量位置の微調整を行う。このような測量方法であれば、オドメトリによる移動量推定は、位置調整時の小さな距離に対してのみ行うことになるので推定誤差を抑え、正確な位置推定が可能になる。 The surveying by the surveying instrument 100 is performed as follows, for example. In other words, the arm 2 is moved while being fixed while moving to a place where detailed surveying is performed, and in a place where detailed surveying is required, the posture of the arm 2 is changed to change the laser range sensor 101 from various angles and positions. To obtain point cloud information. At this time, the traveling carriage 1 is also moved in parallel with the measurement to finely adjust the surveying position. With such a surveying method, the movement amount estimation by odometry is performed only for a small distance at the time of position adjustment, so that an estimation error can be suppressed and accurate position estimation can be performed.

また、一般的に地図情報作成のための測量装置においては、その台車にレーザ測域センサを固定して設けることが多く、この場合、本願のようなアーム2の姿勢変化による課題(図7)が生じない。それに対し、本実施形態の測量装置100は、アーム2の先端付近にレーザ測域センサ101を設けるため、高所の測量を行って高所の地図情報を作成することができる。また、走行台車1が入り込めないような狭隘な場所にレーザ測域センサ101を挿入して測量を行い、地図情報を作成することができる。また、本実施形態の位置推定方法によれば、姿勢変化が可能なアーム2の先端に設けたレーザ測域センサ101がもたらす図7で説明した課題を、スキャンマッチングによる移動量推定とオドメトリによる移動量推定の切り替えによって克服し、レーザ測域センサ101が計測した点群情報を正確な走行台車1の位置情報で座標変換することができる。従って、従来は得ることができなかった高所や狭隘な場所の正確な地図情報を得ることができる。 Further, generally, in a surveying device for creating map information, a laser range sensor is often fixedly provided on the carriage, and in this case, there is a problem due to a change in posture of the arm 2 as in the present application (FIG. 7). Does not occur. On the other hand, the surveying instrument 100 of the present embodiment is provided with the laser range sensor 101 near the tip of the arm 2, so that it is possible to perform surveying of high places and create map information of high places. In addition, the laser range sensor 101 can be inserted into a narrow place where the traveling carriage 1 cannot enter, and surveying can be performed to create map information. Further, according to the position estimation method of the present embodiment, the problem explained in FIG. 7 caused by the laser range sensor 101 provided at the tip of the arm 2 capable of changing the posture is solved by the movement estimation by the scan matching and the movement by the odometry. This can be overcome by switching the quantity estimation, and the point cloud information measured by the laser range sensor 101 can be coordinate-converted with accurate position information of the traveling vehicle 1. Therefore, it is possible to obtain accurate map information of high places and narrow places that could not be obtained in the past.

<第二実施形態>
以下、本発明の第二実施形態による測量装置について図10を参照して説明する。
図10は、本発明に係る第二実施形態における測量装置の一例を示すブロック図である。
本発明の第二実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る測量装置100を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。第二実施形態に係る測量装置100Aは、第一実施形態のスキャンマッチング処理部106に替えてスキャンマッチング処理部106´を、オドメトリ処理部107に替えてオドメトリ処理部107´を備えている。
オドメトリ処理部107´は、オドメトリによって計算した移動量を、台車移動量推定切り替え部108だけでなくスキャンマッチング処理部106´へも出力する。
スキャンマッチング処理部106´は、オドメトリ処理部107´が計算した移動量をスキャンマッチング処理における初期値(初期変位量)に用いて、移動量の推定を行う。以下にスキャンマッチング処理部106´の処理について説明する。
<Second embodiment>
Hereinafter, a surveying device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing an example of a surveying device according to the second embodiment of the present invention.
Among the configurations according to the second embodiment of the present invention, the same components as the functional units configuring the surveying instrument 100 according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The surveying apparatus 100A according to the second embodiment includes a scan matching processing unit 106′ in place of the scan matching processing unit 106 of the first embodiment, and an odometry processing unit 107′ in place of the odometry processing unit 107.
The odometry processing unit 107′ outputs the movement amount calculated by the odometry to the scan matching processing unit 106′ as well as the carriage movement amount estimation switching unit 108.
The scan matching processing unit 106′ uses the movement amount calculated by the odometry processing unit 107′ as an initial value (initial displacement amount) in the scan matching process to estimate the movement amount. The processing of the scan matching processing unit 106' will be described below.

この第二実施形態では、スキャンマッチング処理部106´は、スキャンマッチングによる変化量推定を以下の式で行う。つまり、今回取得した点群P(t)と前回取得したP(t−1)より計算することは第一実施形態と同様だが、スキャンマッチングの初期値として、dxodom(t)を与える。
dxsm(t)=fsm(P(t),P(t−1),dxodom(t))
In the second embodiment, the scan matching processing unit 106' performs change amount estimation by scan matching by the following formula. That is, the calculation from the point group P(t) acquired this time and P(t-1) acquired the previous time is similar to the first embodiment, but dx odom (t) is given as the initial value of scan matching.
dx sm (t)=f sm (P(t), P(t-1), dx odom (t))

例えばICPアルゴリズムでスキャンマッチングを行う場合、適切な初期値(2つの点群を重ね合わせるよう移動するときの並進量、回転量の初期値)を与えないと局所解に陥りやすくなったり、計算が収束しにくくなったりする可能性がある。そのため、計算処理の効率化、安定化のためには適切な初期値を与える必要がある。そこで、本実施形態では、一つ前のタイミング(時刻t−1)に点群情報を計測したときのオドメトリによる位置情報と、今回のタイミング(時刻t)に点群情報を計測したときのオドメトリによる位置情報との差(オドメトリによる微小時間の移動量)を初期値として与える。つまり、本実施形態では、スキャンマッチング処理部106´が、図9のステップS14、ステップS21の処理において、オドメトリ処理部107´が計算した微小時間(時刻t−1〜時刻t)における走行台車1のオドメトリによる移動量を、スキャンマッチングの初期値として与える。長時間にわたってオドメトリによる移動量算出を行うと誤差が累積するが、微小時間であれば比較的精度よくその間の移動量を計算できる。これを初期値(初期変位)として与えることで、計算量を抑え、高速かつ確実にスキャンマッチングの解を求められる可能性が高まる。 For example, when performing scan matching with the ICP algorithm, unless an appropriate initial value (initial value of translation amount and rotation amount when moving so as to overlap two point groups) is given, a local solution is likely to be formed, or calculation is not possible. It may be difficult to converge. Therefore, it is necessary to give an appropriate initial value in order to make the calculation process efficient and stable. Therefore, in the present embodiment, position information based on odometry when the point cloud information is measured at the immediately preceding timing (time t−1) and odometry when the point cloud information is measured at the current timing (time t). The difference with the position information (the amount of movement in a minute time due to odometry) is given as an initial value. That is, in the present embodiment, the scan matching processing unit 106′ causes the traveling vehicle 1 at the minute time (time t−1 to time t) calculated by the odometry processing unit 107′ in the processing of steps S14 and S21 of FIG. The amount of movement by odometry of is given as an initial value for scan matching. The error accumulates when the movement amount is calculated by odometry for a long time, but the movement amount can be calculated relatively accurately during a very short time. By giving this as an initial value (initial displacement), it is possible to suppress the amount of calculation and increase the possibility of quickly and reliably obtaining a solution for scan matching.

なお、第二実施形態のセンサ(移動体)103として、ジャイロセンサ等の慣性計測装置(IMU)をさらに加えてもよい。そして、オドメトリ処理部107´が、オドメトリの他に、IMUが計測した3軸の加速度、角速度に基づいて微小時間の移動量を計算し、この移動量をスキャンマッチング処理部106´が初期値として用いてもよい。あるいは、IMUによる計測結果に基づいて計算した微小時間の移動量のみをスキャンマッチングの初期値として用いてもよい。
スキャンマッチング処理部106´は、オドメトリおよびIMUの少なくとも一方による初期値を用いてスキャンマッチングを行う。これにより、走行台車1の位置情報、姿勢情報をさらに正確かつ高速に推定することができる。例えば、走行台車1の足場の角度が急激に変化した場合など、アーム2の姿勢は固定されていたとしても、レーザ測域センサ101の姿勢は大きく変化することがある。そのような場合に、適切な初期値を与えることなくスキャンマッチングを行うと、対応点の探索が困難となり、スキャンマッチングが失敗する可能性がある。本実施形態では、オドメトリやIMUが計測したデータを用いて初期変位を与えることができ、スキャンマッチング処理を効率化、安定化することができる。
An inertial measurement unit (IMU) such as a gyro sensor may be further added as the sensor (moving body) 103 of the second embodiment. Then, the odometry processing unit 107 ′ calculates the movement amount in a minute time based on the three-axis acceleration and the angular velocity measured by the IMU in addition to the odometry, and the scan matching processing unit 106 ′ uses this movement amount as an initial value. You may use. Alternatively, only the movement amount in a minute time calculated based on the measurement result by the IMU may be used as the initial value of scan matching.
The scan matching processing unit 106' performs scan matching using an initial value based on at least one of odometry and IMU. Thereby, the position information and the posture information of the traveling vehicle 1 can be estimated more accurately and at high speed. For example, even if the posture of the arm 2 is fixed, the posture of the laser range finder sensor 101 may change greatly, for example, when the angle of the scaffolding of the traveling carriage 1 changes rapidly. In such a case, if scan matching is performed without giving an appropriate initial value, it may be difficult to search for corresponding points, and scan matching may fail. In this embodiment, the initial displacement can be given by using the data measured by the odometry or IMU, and the scan matching process can be made efficient and stable.

第二実施施形態によれば、第一実施形態の効果に加え、スキャンマッチング処理部106´によるスキャンマッチング処理の精度向上・高速化・ロバスト化が可能となり運用性を向上することができる。 According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to improve the accuracy, speed, and robustness of the scan matching processing by the scan matching processing unit 106', and improve the operability.

<第三実施形態>
以下、本発明の第三実施形態による測量装置について図11〜図12を参照して説明する。
図11は、本発明に係る第三実施形態における測量装置の一例を示す第1のブロック図である。
本発明の第三実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る測量装置100を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。第三実施形態に係る測量装置100Bは、第一実施形態のオペレータ操作端末104に替えて、切り替え指示部110を備えている。
切り替え指示部110は、走行台車1の移動量推定をオドメトリによって行うか、スキャンマッチングによって行うかを管理する。具体的には、切り替え指示部110は、センサ(リンク機構)102からアーム2の姿勢変化に関する情報を取得する。例えば、切り替え指示部110は、センサ(リンク機構)102からジョイント部3a、3bの角度情報を取得する。また、切り替え指示部110は、取得した情報からアーム2の姿勢変化を判定する。切り替え指示部110は、アーム2の姿勢変化の判定に基づいて、走行台車1の移動量推定をオドメトリによって行うか、スキャンマッチングによって行うかを決定する。より具体的には、現在、スキャンマッチングによる移動量推定を行っている場合であって、センサ(リンク機構)102から取得した情報に基づいてアーム2の姿勢変化があったと判定すると、切り替え指示部110は、台車移動量推定切り替え部108へオドメトリによる移動量推定への切り替えを指示する。また、現在、オドメトリによる移動量推定を行っている場合であって、センサ(リンク機構)102から取得した情報によりアーム2の姿勢変化が所定時間にわたって無いと判定すると、切り替え指示部110は、台車移動量推定切り替え部108へスキャンマッチングによる移動量推定への切り替えを指示する。なお、例えば、図示しない記憶部に現在の移動量推定方法が記録されており、切り替え指示部110は、この情報を読み出して、スキャンマッチングとオドメトリのどちらの方法で移動量推定を行っているかを識別する。
<Third embodiment>
Hereinafter, a surveying device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 12.
FIG. 11: is a 1st block diagram which shows an example of the surveying instrument in 3rd embodiment which concerns on this invention.
Of the configurations according to the third embodiment of the present invention, the same parts as the functional units configuring the surveying instrument 100 according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The surveying instrument 100B according to the third embodiment includes a switching instruction unit 110 in place of the operator operation terminal 104 of the first embodiment.
The switching instruction unit 110 manages whether to estimate the movement amount of the traveling vehicle 1 by odometry or scan matching. Specifically, the switching instruction unit 110 acquires information regarding the posture change of the arm 2 from the sensor (link mechanism) 102. For example, the switching instruction unit 110 acquires the angle information of the joint units 3a and 3b from the sensor (link mechanism) 102. Further, the switching instruction unit 110 determines a posture change of the arm 2 from the acquired information. The switching instruction unit 110 determines whether to estimate the movement amount of the traveling vehicle 1 by odometry or by scan matching based on the determination of the posture change of the arm 2. More specifically, when it is determined that the movement amount is currently estimated by scan matching, and it is determined that the posture of the arm 2 has changed based on the information acquired from the sensor (link mechanism) 102, the switching instruction unit 110 instructs the cart movement amount estimation switching unit 108 to switch to the movement amount estimation by odometry. Further, when the movement amount is estimated by odometry at present, if it is determined that there is no change in the posture of the arm 2 for a predetermined time based on the information acquired from the sensor (link mechanism) 102, the switching instruction unit 110 causes the carriage to move. The movement amount estimation switching unit 108 is instructed to switch to the movement amount estimation by scan matching. Note that, for example, a current movement amount estimation method is recorded in a storage unit (not shown), and the switching instruction unit 110 reads out this information and determines which method, scan matching or odometry, is used to estimate the movement amount. Identify.

次に第三実施形態の測量装置100Bによる移動量推定処理について説明する。本実施形態の移動量推定処理は、図9のフローチャートのステップS11とステップS16にて、オペレータの代わりに切り替え指示部110がアーム2(リンク機構)の動作の有無の判定と、その判定結果に基づく台車移動量推定切り替え部108への移動量推定方法の指示(スキャンマッチングかオドメトリか)を行う。他の処理については第一実施形態と同様である。 Next, a movement amount estimation process by the surveying device 100B of the third embodiment will be described. In the movement amount estimation processing of the present embodiment, in Steps S11 and S16 of the flowchart of FIG. 9, the switching instruction unit 110 determines whether or not the arm 2 (link mechanism) is operating, instead of the operator, and the determination result is used. A movement amount estimation method is instructed to the trolley movement amount estimation switching unit 108 based on this (whether scan matching or odometry). Other processes are the same as those in the first embodiment.

第三実施施形態に係る測量装置100Bは、スキャンマッチングとオドメトリの切り替えを、アーム2の姿勢変化に応じて自動化する手段を有する。従って、第三実施形態によれば、第一実施形態の効果に加え、スキャンマッチング切り替え処理をオペレータが行うことの作業負担が無くなり,誤操作も防止できる。 The surveying instrument 100B according to the third embodiment has means for automating scan matching and odometry switching in accordance with a change in the posture of the arm 2. Therefore, according to the third embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the work load of the operator performing the scan matching switching process is eliminated, and erroneous operation can be prevented.

なお、図11では、第一実施形態と組み合わせる例を説明したが、第二実施形態と組み合わせることも可能である。第二実施形態と組み合わせた場合の構成例を図12に示す。
図12は、本発明に係る第三実施形態における測量装置の一例を示す第2のブロック図である。図示するように測量装置100B´は、第二実施形態の測量装置100Aにおけるオペレータ操作端末104に替えて、切り替え指示部110を備えている。
It should be noted that although FIG. 11 illustrates an example of combining with the first embodiment, it is also possible to combine with the second embodiment. FIG. 12 shows a configuration example when combined with the second embodiment.
FIG. 12 is a second block diagram showing an example of the surveying device in the third embodiment according to the present invention. As illustrated, the surveying device 100B′ includes a switching instruction unit 110 in place of the operator operation terminal 104 in the surveying device 100A of the second embodiment.

<第四実施形態>
以下、本発明の第四実施形態による測量装置について図13〜図14を参照して説明する。
図13は、本発明に係る第四実施形態における測量装置の一例を示す第1のブロック図である。
本発明の第四実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る測量装置100を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。第四実施形態に係る測量装置100Cは、第一実施形態の構成に加え、切り替え指示部110と、オペレータ指示優先処理部111とを備えている。
切り替え指示部110は、走行台車1の移動量推定をオドメトリによって行うか、スキャンマッチングによって行うかを決定する。切り替え指示部110自体の機能については、第三実施形態で説明したものと同様である。本実施形態の切り替え指示部110は、決定した移動量推定方法(台車移動量推定切り替え指示情報)をオペレータ指示優先処理部111に出力する。
<Fourth Embodiment>
Hereinafter, a surveying device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 14.
FIG. 13 is a first block diagram showing an example of a surveying device in the fourth embodiment according to the present invention.
Of the configurations according to the fourth embodiment of the present invention, the same components as the functional units configuring the surveying instrument 100 according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The surveying device 100C according to the fourth embodiment includes a switching instruction unit 110 and an operator instruction priority processing unit 111 in addition to the configuration of the first embodiment.
The switching instruction unit 110 determines whether to estimate the movement amount of the traveling vehicle 1 by odometry or scan matching. The function of the switching instruction unit 110 itself is the same as that described in the third embodiment. The switching instruction unit 110 of the present embodiment outputs the determined movement amount estimation method (trolley movement amount estimation switching instruction information) to the operator instruction priority processing unit 111.

オペレータ指示優先処理部111は、切り替え指示部110とオペレータ操作端末104の両方から台車移動量推定切り替え指示情報を取得する。オペレータ指示優先処理部111は、オペレータ操作端末104から取得した指示情報が存在する場合、切り替え指示部110から取得した指示情報より優先して、オペレータ操作端末104から取得した指示情報を台車移動量推定切り替え部108へ出力する。 The operator instruction priority processing unit 111 acquires the cart movement amount estimation switching instruction information from both the switching instruction unit 110 and the operator operation terminal 104. When the instruction information acquired from the operator operation terminal 104 exists, the operator instruction priority processing unit 111 gives priority to the instruction information acquired from the switching instruction unit 110 and estimates the instruction information acquired from the operator operation terminal 104 by the carriage movement amount. Output to the switching unit 108.

例えば、アーム2の姿勢が固定されたまま走行している場合でも、スキャンマッチングによる移動量の推定が適さない環境が存在する。スキャンマッチングが適さない環境とは、例えば、周囲にレーザ光の反射率が低い障害物に囲まれている場合や、路面の凸凹が大きい場合などである。レーザ光の反射率が低い場合、点群情報が十分に取得できずスキャンマッチングに適さない。また、レーザ測域センサ101の姿勢の変化速度が大きい場合、スキャンマッチングは適さない。このような場合、オペレータは、オペレータ操作端末104にオドメトリによる移動量推定を指示する情報を入力する。オペレータ操作端末104は、この指示情報をオペレータ指示優先処理部111へ出力する。オペレータ指示優先処理部111は、例えば、少し前に切り替え指示部110からスキャンマッチングによる移動量推定に切り替える指示情報を取得し、その指示情報を台車移動量推定切り替え部108へ出力した直後であっても、オペレータ操作端末104から取得したオドメトリによる移動量推定を指示する情報を台車移動量推定切り替え部108へ出力する。台車移動量推定切り替え部108は、オドメトリ処理部107による移動量推定値を選択して、座標変換処理部109へ出力する。 For example, even when the arm 2 is traveling with the posture fixed, there is an environment in which the estimation of the movement amount by scan matching is not suitable. The environment in which the scan matching is not suitable is, for example, a case where the surroundings are surrounded by an obstacle having a low reflectance of laser light, or a case where the road surface has a large unevenness. When the reflectance of the laser light is low, the point cloud information cannot be sufficiently acquired, which is not suitable for scan matching. Moreover, when the change rate of the attitude of the laser range finder sensor 101 is large, scan matching is not suitable. In such a case, the operator inputs information instructing the movement amount estimation by odometry to the operator operation terminal 104. The operator operation terminal 104 outputs this instruction information to the operator instruction priority processing unit 111. For example, immediately after the operator instruction priority processing unit 111 acquires instruction information for switching to the movement amount estimation by scan matching from the switching instruction unit 110 a short time ago and outputs the instruction information to the dolly movement amount estimation switching unit 108. Also, information for instructing the movement amount estimation by the odometry acquired from the operator operation terminal 104 is output to the carriage movement amount estimation switching unit 108. The dolly movement amount estimation switching unit 108 selects the movement amount estimated value by the odometry processing unit 107 and outputs it to the coordinate conversion processing unit 109.

また、オペレータ指示優先処理部111は、オペレータ操作端末104から先に取得した指示情報の解除を命じる指示情報を明示的に入力するまでの間、切り替え指示部110から取得した指示情報を無視するように制御してもよい。例えば、反射率の低い障害物に囲まれた空間で、オペレータがオドメトリによる移動量推定をオペレータ操作端末104に入力している場合、その空間内で、アーム2の姿勢が変化したり固定されたりして、その都度、切り替え指示部110が移動量推定方法の切り替えを指示する情報をオペレータ指示優先処理部111へ出力した場合であっても、オペレータ指示優先処理部111は、それらの切り替え指示情報を、台車移動量推定切り替え部108へ出力しない。例えばこのような制御を行うことにより、オペレータの意図を確実に反映させることができる。 Further, the operator instruction priority processing unit 111 ignores the instruction information acquired from the switching instruction unit 110 until explicitly inputting the instruction information for instructing the cancellation of the instruction information previously acquired from the operator operation terminal 104. It may be controlled to. For example, when the operator inputs the movement amount estimation by odometry in the operator operation terminal 104 in a space surrounded by an obstacle having a low reflectance, the posture of the arm 2 is changed or fixed in the space. Then, even when the switching instruction unit 110 outputs the information instructing the switching of the movement amount estimation method to the operator instruction priority processing unit 111 each time, the operator instruction priority processing unit 111 uses the switching instruction information. Is not output to the cart movement amount estimation switching unit 108. For example, by performing such control, the intention of the operator can be surely reflected.

第四実施施形態に係る測量装置100Cは、スキャンマッチングとオドメトリの切り替えをアーム2の姿勢変化の有無に応じて自動的に切り替える切り替え指示部110に加え、切り替え指示部110の指示に関わらずオペレータの指示により強制的に移動量の推定方法を切り替え、維持するオペレータ指示優先処理部111を有する。本実施形態によれば、第一実施形態の効果に加え、スキャンマッチング切り替え処理をオペレータが行うことの作業負担が無くなり,誤操作も防止できる。さらに、地形条件等によってスキャンマッチング処理が安定しないとオペレータが判断した際、オドメトリによる移動量推定に切り替えることができるので、移動量の推定誤差の低減を図ることができる。 The surveying apparatus 100C according to the fourth embodiment includes a switching instruction unit 110 that automatically switches between scan matching and odometry switching depending on whether or not the posture of the arm 2 has changed, and an operator regardless of an instruction from the switching instruction unit 110. The operator instruction priority processing unit 111 forcibly switches and maintains the movement amount estimation method in response to the instruction. According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the work load of the operator performing the scan matching switching process is eliminated, and erroneous operation can be prevented. Furthermore, when the operator determines that the scan matching process is not stable due to topographical conditions or the like, it is possible to switch to the estimation of the movement amount by odometry, so that the estimation error of the movement amount can be reduced.

なお、図13では、第一実施形態と組み合わせる例を説明したが、第二実施形態と組み合わせることも可能である。第二実施形態と組み合わせた場合の構成例を図14に示す。
図14は、本発明に係る第四実施形態における測量装置の一例を示す第2のブロック図である。図示するように測量装置100C´は、第二実施形態の測量装置100Aの構成に加え、切り替え指示部110と、オペレータ指示優先処理部111とを備えている。
Note that, although FIG. 13 illustrates an example of combining with the first embodiment, it is also possible to combine with the second embodiment. FIG. 14 shows a configuration example when combined with the second embodiment.
FIG. 14 is a second block diagram showing an example of a surveying device according to the fourth embodiment of the present invention. As illustrated, the surveying device 100C′ includes a switching instruction unit 110 and an operator instruction priority processing unit 111 in addition to the configuration of the surveying device 100A of the second embodiment.

なお上述の測量装置100、100A、100B、100B´、100C、100C´は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した測量装置100等における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒質に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒質とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。 The surveying devices 100, 100A, 100B, 100B', 100C, and 100C' described above have a computer system inside. The process of each process in the surveying instrument 100 and the like described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above process is performed by the computer reading and executing the program. Here, the computer-readable recording medium refers to a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Further, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that receives the distribution may execute the program.

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 Further, the program may be for realizing a part of the functions described above. Further, it may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図2等ではオペレータ操作端末104が測量装置100に含まれているが、オペレータ操作端末104を測量装置100に含めず、測量装置100には、オペレータ操作端末104が入力を受け付けた情報を取得する機能部を備える構成としてもよい。
なお、走行台車1は移動体の一例である。台車移動量推定切り替え部108および座標変換処理部109は位置情報推定部の一例である。座標変換処理部109は地図情報作成部の一例である。オペレータ操作端末104は入力受付部の一例である。
In addition, it is possible to appropriately replace the constituent elements in the above-described embodiments with known constituent elements without departing from the spirit of the present invention. Further, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, although the operator operation terminal 104 is included in the surveying apparatus 100 in FIG. 2 and the like, the operator operation terminal 104 is not included in the surveying apparatus 100, and the surveying apparatus 100 does not include the information received by the operator operation terminal 104. It may be configured to include a function unit for acquiring.
The traveling carriage 1 is an example of a moving body. The cart movement amount estimation switching unit 108 and the coordinate conversion processing unit 109 are an example of a position information estimation unit. The coordinate conversion processing unit 109 is an example of a map information creation unit. The operator operation terminal 104 is an example of an input reception unit.

1・・・走行台車
2、2a、2b・・・アーム
40・・・制御装置
50・・・障害物
50´・・・障害物画像
100、100A、100B、100B´、100C、100C´・・・測量装置
101・・・レーザ測域センサ
102・・・センサ(リンク機構)
103・・・センサ(移動体)
104・・・オペレータ操作端末
105・・・センサ位置・姿勢計算部
106、106´・・・スキャンマッチング処理部
107、107´・・・オドメトリ処理部
108・・・台車移動量推定切り替え部
109・・・座標変換処理部
110・・・切り替え指示部
111・・・オペレータ指示優先処理部
1... Traveling vehicle 2, 2a, 2b... Arm 40... Control device 50... Obstacle 50'... Obstacle image 100, 100A, 100B, 100B', 100C, 100C'...・Surveying device 101... Laser range sensor 102... Sensor (link mechanism)
103... Sensor (moving body)
104... Operator operation terminal 105... Sensor position/orientation calculation unit 106, 106'... Scan matching processing unit 107, 107'... Odometry processing unit 108... Cart movement amount estimation switching unit 109... ..Coordinate conversion processing unit 110... Switching instruction unit 111... Operator instruction priority processing unit

Claims (10)

姿勢変化が可能なアームに設けられ、対象物との距離を計測する測域センサがスキャンして得た距離情報が示す対象物の位置に対応する点群情報に基づいてスキャンマッチングを行い、前記測域センサの移動量を推定するスキャンマッチング処理部と、
前記アームを有する移動体に備えられた当該移動体の移動に関する情報を計測するセンサの計測値に基づいて前記移動体の移動量を推定するオドメトリ処理部と、
前記アームの姿勢変化の有無に基づく指示情報を取得し、当該指示情報に基づいて、前記オドメトリ処理部が推定した移動量と前記スキャンマッチング処理部が推定した移動量とのうち一方を選択し、選択した移動量に基づいて前記移動体の位置情報を推定する位置情報推定部と、
を備える位置推定装置。
Provided on an arm capable of changing its posture, performing range matching on the basis of point group information corresponding to the position of the object indicated by the distance information obtained by scanning the range sensor for measuring the distance to the object, A scan matching processing unit that estimates the movement amount of the range sensor,
An odometry processing unit that estimates the amount of movement of the moving body based on a measurement value of a sensor that measures information about the movement of the moving body provided in the moving body having the arm,
Obtaining instruction information based on the presence or absence of a change in the posture of the arm, based on the instruction information, select one of the movement amount estimated by the odometry processing unit and the movement amount estimated by the scan matching processing unit, A position information estimation unit that estimates the position information of the moving body based on the selected amount of movement,
A position estimation device including.
前記位置情報推定部は、オペレータが入力した前記指示情報に基づいて、前記オドメトリ処理部が推定した移動量と前記スキャンマッチング処理部が推定した移動量とのうち一方を選択する、
請求項1に記載の位置推定装置。
The position information estimation unit selects one of the movement amount estimated by the odometry processing unit and the movement amount estimated by the scan matching processing unit based on the instruction information input by the operator,
The position estimation device according to claim 1.
前記アームの姿勢変化を計測するセンサの計測した情報に基づいて、前記アームの姿勢変化の有無を判定し、当該判定に基づいて、前記オドメトリ処理部が推定した移動量と前記スキャンマッチング処理部が推定した移動量とのうち何れを選択するかを指示する指示情報を出力する切り替え指示部、
をさらに備える請求項1に記載の位置推定装置。
Based on the information measured by the sensor that measures the posture change of the arm, the presence or absence of the posture change of the arm is determined, and based on the determination, the movement amount estimated by the odometry processing unit and the scan matching processing unit are A switching instruction unit that outputs instruction information instructing which one of the estimated movement amounts is selected,
The position estimation device according to claim 1, further comprising:
前記切り替え指示部は、前記アームの姿勢変化が生じたと判定した場合に前記オドメトリ処理部が推定した移動量の選択を指示する、
請求項3に記載の位置推定装置。
The switching instruction unit gives an instruction to select the movement amount estimated by the odometry processing unit when it is determined that the posture change of the arm has occurred,
The position estimation device according to claim 3.
前記オドメトリ処理部が推定した移動量と前記スキャンマッチング処理部が推定した移動量とのうち何れを選択するかの指示情報の入力を受け付ける入力受付部と、
前記切り替え指示部が出力した指示情報と前記入力受付部が受け付けた指示情報とのうち、前記入力受付部が受け付けた指示情報に基づいて、前記移動体の移動量の推定を指示するオペレータ指示優先処理部と、
をさらに備える請求項3または請求項4に記載の位置推定装置。
An input receiving unit that receives an input of instruction information as to which of the movement amount estimated by the odometry processing unit and the movement amount estimated by the scan matching processing unit is selected,
Of the instruction information output by the switching instruction unit and the instruction information received by the input receiving unit, operator instruction priority for instructing estimation of the movement amount of the moving body based on the instruction information received by the input receiving unit A processing unit,
The position estimation device according to claim 3, further comprising:
前記スキャンマッチング処理部は、スキャンマッチングの計算において、前記オドメトリ処理部が推定した前記移動体の微小時間における移動量を初期値に用いる、
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の位置推定装置。
In the scan matching calculation, the scan matching processing unit uses an amount of movement of the moving body estimated by the odometry processing unit in a minute time as an initial value.
The position estimation device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の位置推定装置と、
前記アームの姿勢変化に応じて前記測域センサの前記移動体を基準とする位置情報を計算するセンサ位置・姿勢計算部と、
前記測域センサがスキャンして得た点群情報を、前記センサ位置・姿勢計算部が計算した位置情報と前記位置推定装置が推定した前記移動体の位置情報とを用いて補正し、地図情報を作成する地図情報作成部と、
を備える地図情報作成装置。
A position estimation device according to any one of claims 1 to 6,
A sensor position/orientation calculation unit that calculates position information based on the moving body of the range sensor according to a change in the attitude of the arm;
The point cloud information obtained by scanning by the range sensor is corrected using the position information calculated by the sensor position/orientation calculation unit and the position information of the moving body estimated by the position estimation device, and map information is obtained. A map information creation unit that creates
A map information creating device.
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の位置推定装置と、
姿勢変化が可能で前記位置推定装置が備える測域センサが設けられたアームと、
を備える移動体。
A position estimation device according to any one of claims 1 to 6,
An arm provided with a range sensor that can change its posture and that is provided in the position estimation device,
A mobile body equipped with.
位置推定装置が、
姿勢変化が可能なアームに設けられ、対象物との距離を計測する測域センサがスキャンして得た距離情報が示す対象物の位置に対応する点群情報に基づいてスキャンマッチングを行い、前記測域センサの移動量を推定し、
前記アームを有する移動体に備えられた当該移動体の移動に関する情報を計測するセンサの計測値に基づいて前記移動体の移動量を推定し、
前記アームの姿勢変化の有無に基づく指示情報を取得し、当該指示情報に基づいて、前記移動体の移動量と前記測域センサの移動量とのうち一方を選択し、選択した移動量に基づいて前記移動体の位置情報を推定する、
位置推定方法。
The position estimation device
Provided on an arm capable of changing its posture, performing range matching on the basis of point group information corresponding to the position of the object indicated by the distance information obtained by scanning the range sensor for measuring the distance to the object, Estimate the amount of movement of the range sensor,
Estimating the amount of movement of the moving body based on a measurement value of a sensor that measures information about the movement of the moving body provided in the moving body having the arm,
Acquiring instruction information based on whether or not the posture of the arm has changed, based on the instruction information, one of the moving amount of the moving body and the moving amount of the range sensor is selected, and based on the selected moving amount. Estimate the position information of the moving body,
Location estimation method.
位置推定装置のコンピュータを、
姿勢変化が可能なアームに設けられ、対象物との距離を計測する測域センサがスキャンして得た距離情報が示す対象物の位置に対応する点群情報に基づいてスキャンマッチングを行い、前記測域センサの移動量を推定する手段、
前記アームを有する移動体に備えられた当該移動体の移動に関する情報を計測するセンサの計測値に基づいて前記移動体の移動量を推定する手段、
前記アームの姿勢変化の有無に基づく指示情報を取得し、当該指示情報に基づいて、前記移動体の移動量と前記測域センサの移動量とのうち一方を選択し、選択した移動量に基づいて前記移動体の位置情報を推定する手段、
として機能させるためのプログラム。
The computer of the position estimation device
Provided on an arm capable of changing its posture, performing range matching on the basis of point group information corresponding to the position of the object indicated by the distance information obtained by scanning the range sensor for measuring the distance to the object, Means for estimating the amount of movement of the range sensor,
Means for estimating the amount of movement of the moving body based on a measurement value of a sensor that is provided in the moving body having the arm and measures information about the movement of the moving body;
Acquiring instruction information based on whether or not the posture of the arm has changed, based on the instruction information, one of the moving amount of the moving body and the moving amount of the range sensor is selected, and based on the selected moving amount. Means for estimating the position information of the moving body,
Program to function as.
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