JP6799444B2 - 自律移動体システム - Google Patents

Description

本発明は、自己位置をセンサで計測し移動手段を制御して目的の場所に自律的に移動する移動体を複数備える移動体システムに関する。

従来、各種センサによって自己位置を把握しながら目的の場所に自律的に単独で移動する移動体が提案されている。このような移動体は、自己位置の取得に失敗すると予め設定された場所に到達できず目的の作業を行うことができなくなる。

例えば、特許文献１には、予め記憶した建物等の障害物を含む地図情報とセンサによる計測結果とを用いて自己位置を取得しながら単独で自律的に移動する自律飛行ロボットが開示されている。当該自律飛行ロボットは、トラックなどの大きめの障害物が出現することによって周囲の環境が大きく変化し、自己位置が取得できなくなった場合には、飛行高度を高くして自己位置を再取得することにより目的の作業を行うものとなっている。

また、特許文献２のように、複数の移動体が自己位置に関する情報を通信により授受し、衛星などを用いた絶対的な自己位置が正確に取得できる移動体と当該移動体との相対的な位置関係に基づき自己位置を取得する移動体とを役割分担させ、絶対的な自己位置を直接取得できない移動体でも絶対的な自己位置に基づき作業を行うことができる技術も提案されている。

特開２０１４−１４９６２２号公報 特開２００６−３００７００号公報

ところが、特許文献１に記載の自己位置の再取得技術では、地上を走行するような移動体には適用することができず、また、上空に橋や電線が存在していた場合、高度を上げることが困難な場合もある。

一方、特許文献２に記載の技術では、移動体が複数かつ広域に存在する場合、絶対位置を取得する専用機も複数必要となる、複数の移動体でインフラ検査等の作業を行う場合、移動体の中から作業を行わない専用機を設けることは非効率的であるなど必要な作業を実行する場合、移動体全体として作業の効率化を図ることは困難と考えられる。

また、これらの技術を組み合わせたとしても、複数の移動体の全体を効率的に運用することは困難である。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、複数の移動体を効率よく運用することができる自律移動体システムを提供する。

上記目的を達成するために、本発明にかかる自律移動体システムは、自己位置をセンサで計測し移動手段を制御して目的の場所に自律的に移動する移動体を複数台備える自律移動体システムであって、前記センサから他の移動体との相対的な位置関係を含む自己位置に関するセンサ情報を取得するセンサ情報取得手段と、前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報に基づき自己位置を推定する位置推定手段と、前記位置推定手段により推定される自己位置の信頼度を算出する信頼度算出手段と、自己が保持する保持情報を移動体間で送信する移動体情報通信手段と、前記信頼度算出手段で算出された信頼度と、前記位置推定手段で推定された自己位置と、移動体を識別する識別子とを紐付けて記録する位置信頼度記録手段と、位置信頼度記録手段が記録する情報に基づき信頼度回復行動を起こさせる移動体を選択する信頼度回復移動体選択手段と、前記信頼度回復移動体選択手段により選択された前記移動体を信頼度の高い位置に移動するよう前記移動手段を制御する信頼度回復行動制御手段とを備える。

本発明によれば、複数台の移動体から高い信頼度で自己位置を取得できる位置に移動する移動体を選択し、結果を移動体間で共有することで、移動体の群れ全体として安定的に高い信頼度で自己位置を把握しながら自律的に移動することができる。これにより複数の移動体を効率よく運用することが可能となる。

図１は、実施の形態１に係る自立移動体システムが備える移動体の一つの外観を示す斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る自立移動体システムが備える各移動体の制御手段が備える機能部の一部を機構部の一部と共に示すブロック図である。 図３は、記憶部に記憶されたデータの一例を視覚的に示す図である。 図４は、信頼度回復移動体選択手段の処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、自己位置を中心とした場合の信頼度の位置的分布を立体的に示す斜視図である。 図６は、実施の形態２にかかる自律移動体システムが備える移動体の機能部を示すブロック図である。 図７は、橋梁検査作業を行う自律移動体システムを示す斜視図である。 図８は、別態様の自律移動体システムが備える移動体の機能部を示すブロック図である。

次に、本発明に係る自律移動体システムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明に係る移動体の一例を示したものに過ぎない。従って本発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

（実施の形態１）
以下、自律移動体システム１１０が備える移動体１００の例として自律飛行体、いわゆるドローンを用い、本発明の実施の形態１について説明する。

図１は、本実施の形態に係る自立移動体システムが備える移動体の一つの外観を示す斜視図である。

図２は、本実施の形態に係る自立移動体システムが備える各移動体の制御手段が備える機能部の一部を機構部の一部と共に示すブロック図である。

これらの図に示すように、移動体１００は、移動手段１０１として複数のロータ１１１（プロペラ）と、ロータ１１１をそれぞれ個別に駆動する複数のモータ１１２と、自己位置を取得するためのセンサ１０３と、センサ１０３からの信号を取得しモータ１１２を制御して自律移動を司る制御装置１０４とを備えている。

複数のロータ１１１を備えたドローンタイプの移動体１００は、個々のロータ１１１の回転数を個別に制御することにより、様々な方向（例えば、前後左右上下）への移動体１００の移動や姿勢の調節を行うことができるものとなっている。本実施の形態の場合、制御装置１０４は、ロータ１１１の回転数の制御状態に基づく情報もセンサ情報として移動手段１０１から取得し、自己位置を推定する情報の一つとして用いている。

センサ１０３は、計測により自己位置を推定するための情報を取得できる装置であれば特に限定されるものではない。具体的にセンサ１０３としては、３軸方向の角度や各速度、および、３軸方向の加速度を検出する慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Measurement Ｕｎｉｔ）、圧力計（高度計）、流量計（風速計）、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機、ＬＲＦ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）、深度カメラなどを例示することができる。また、センサ１０３には、自己位置と他の移動体１００の位置との相対的な位置関係に関連する情報をセンサ情報として取得できるものも含まれる。例えば、ＬＲＦにより、自己の移動体１００の周囲に存在する他の移動体１００の相対的な位置関係である相対的な位置情報をセンサ情報として取得してもかまわない。

また、移動体１００は、複数種類のセンサ１０３の中から一つ、または、複数種類のセンサ１０３を装備している。また、装備されるセンサ１０３は、移動体１００の種類や移動目的、移動場所によって適宜選択される。

制御装置１０４は、図２に示すように、センサ１０３や他の移動体１００などから取得した情報に基づき移動手段１０１を制御して自己の移動体１００を移動させる装置であり、記憶部１４０などに記憶されているプログラムを実行することにより各種処理を行ういわゆるＣＰＵ等を備えたコンピュータである。制御装置１０４は、プログラムによって実行される処理部として、センサ情報取得手段１４１と、位置推定手段１４２と、移動体情報通信手段１４８と、信頼度算出手段１４３と、位置信頼度記録手段１４４と、信頼度回復移動体選択手段１４７と、信頼度回復行動制御手段１４５とを備えている。

本実施の形態の場合、制御装置１０４は、各移動体１００にそれぞれ設けられており、移動体１００は、制御装置１０４により自律的に移動し、かつ、他の移動体１００との相対的な関係も把握しながら移動するものとなっている。

記憶部１４０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の情報記憶装置であり、各処理部に対応するプログラムや自己位置など記憶する。また、記憶部１４０は、目的地の位置情報、径路や障害物などを示す地図情報等も記憶する。

センサ情報取得手段１４１は、センサ１０３が計測した信号を自己位置の推定に用いられるセンサ情報として取得する処理部である。また、センサ情報取得手段１４１は、移動手段１０１から得られる情報、例えば、複数のロータ１１１のそれぞれの回転数などの制御情報もセンサ情報として取得する。また、他の移動体１００との相対的な位置関係もセンサ情報として取得する。

位置推定手段１４２は、センサ情報、および、センサ情報と他の移動体１００から取得した他の移動体１００の自己位置との関係の少なくとも一方に基づいて、移動体１００の現在の位置に関する自己位置を推定する処理部である。本実施の形態の場合、位置推定手段１４２は、複数のセンサ情報に基づいて実際にセンサ１０３が測定した結果である測定位置を算出する。次に位置推定手段１４２は、複数の測定位置を統合して自己位置を推定する処理を行う。一方、他の移動体１００から取得した他の移動体１００の自己位置を取得し、かつ、他の移動体１００との相対的な位置情報を示すセンサ情報から測定位置を算出し、当該測定位置も統合して自己位置を推定する。

なお、自己位置を推定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、ＧＰＳ衛星から受信した信号に基づき算出された測定位置と、慣性計測装置からのセンサ情報に基づき算出された測定位置などとは、カルマンフィルタにより自己位置を推定してもよい。また、深度カメラからのセンサ情報と記憶部１４０に記憶された地図情報とを照合することにより算出される測定位置と、慣性計測装置からのセンサ情報に基づき算出された測定位置などとは、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ Ａｎｄ
Ｍａｐｐｉｎｇ）により推定してもよい。

位置推定手段１４２としてカルマンフィルタが採用された場合、自己位置は正規分布として表現される。正規分布の分散は最後に絶対位置を観測してからの経過時間や移動量に応じて増加し、絶対位置を観測することで減少する。つまり、信頼度は最後に絶対位置を観測してからの経過時間や移動量に応じて減少し、絶対位置を観測することで増加(回復)する。絶対位置の観測はＧＰＳによる測位や、位置が既知のランドマークの観測によって行われる。

信頼度算出手段１４３は、計測するセンサ１０３自体の信頼度、経時的に低下する信頼度、自己位置を推定した際に用いたセンサ情報の誤差などに基づき自己位置の信頼度を算出する処理部である。本実施の形態の場合、信頼度算出手段１４３は、他の移動体１００との相対的な位置関係を示す測定位置と他の移動体１００の自己位置とに基づいて作成された自己位置を位置推定手段１４２が推定する際に、他の移動体１００から移動体情報通信手段１４８を介して入手した他の移動体１００の信頼度も統合して信頼度を算出している。

信頼度算出手段１４３が行う信頼度の算出方法としては、例えば、位置推定手段１４２が自己位置を推定する際に用いた分布（例えば正規分布）を用い、分散の逆数を信頼度として算出する方法を挙示することができる。

移動体情報通信手段１４８は、自己が保持する保持情報を自律移動体システム１１０が備える移動体１００の間で送信する装置である。

ここで、保持情報とは、自己位置、自己位置の信頼度、他の移動体１００の絶対位置、当該絶対値の信頼度、自己位置と他の移動体１００との相対位置関係、および、当該相対的位置関係の信頼度などの情報である。さらに、保持情報は、自己が保持する情報であれば、センサ情報取得手段１４１が取得したセンサ情報でもよく、また、センサ１０３からの信号そのものであってもかまわない。

具体的に例えば、移動体情報通信手段１４８により相互に送信する保持情報としては次の組み合わせを挙示することができる。（１）自己位置とその信頼度、（２）他の移動体１００の絶対位置とその信頼度、（３）自己位置と他の移動体１００の相対位置、および、それぞれの信頼度。本実施の形態の場合、移動体情報通信手段１４８は、無線通信により移動体１００同士で自己位置、および、その信頼度を含む保持情報を共有するために信号の送受信を行っている。

位置信頼度記録手段１４４は、位置推定手段１４２で推定された自己位置（座標）と信頼度算出手段１４３で算出された信頼度とを紐付けて記憶部１４０に記録する処理部である。本実施の形態の場合、位置信頼度記録手段１４４は、図３に示すように、紐付けられた自己位置と信頼度にさらに時刻情報を紐付けて記憶部１４０に記録する。さらに、他の移動体１００から送信されてきた時刻、自己位置（座標）、信頼度を識別子（ｉｄ）と紐付けて記憶部１４０に記録する。ここで時刻情報とは、例えば、位置推定手段１４２で自己位置が推定された際の時刻を示す情報である。なお、図３では、信頼度以外の時刻と座標に関する情報は相互に区別するための識別記号が記載されており、これらは、具体的な意味を持っていない。従って、異なる識別記号であっても同じ座標を示している場合もある。

信頼度回復移動体選択手段１４７は、位置信頼度記録手段１４４が記録する情報に基づき信頼度回復行動を起こさせる移動体を選択する処理部である。本実施の形態の場合、自律移動体システム１１０が備える各移動体１００はそれぞれ信頼度回復移動体選択手段１４７を備えており、自己の移動体１００が所定の条件を満たしている場合に自身を自律移動体システム１１０の全体の信頼度を回復するための移動体１００として選択するものとなっている。

図４は、信頼度回復移動体選択手段の処理の流れを示すフローチャートである。

同図に示すように、信頼度回復移動体選択手段１４７は、自律移動体システム全体の信頼度が所定の条件を満たしているか否かを判定する（Ｓ１０１）。全体の信頼度の評価は、記憶部１４０に記憶されている各移動体１００の信頼度に基づき行われる。移動体全体の信頼度が所定の条件を満たしていない場合（Ｓ１０１：Ｎ）、通常作業を維持する。ここで、通常の作業とは、例えば移動体１００が目標の位置へ移動する作業や、目標の位置においてする検査などの作業である。

全体の信頼度が所定の条件を満たした場合の具体的な判定手法の例（パターン）を以下に列挙する。

１−１．信頼度回復移動体選択手段１４７は、自己の移動体１００の信頼度、および、他の移動体１００の信頼度を記憶部１４０から読み出して統計処理を行い各時刻における分散を算出する。そして、算出された分散が第一閾値以上であり、その状態が連続して第一閾時間持続している場合、回復行動させる移動体１００を選択する処理（Ｓ１０３）に移行する。

このような場合は、複数の移動体１００間において位置関係を相互に観測し、通信により観測結果を共有するだけでは移動体１００全体の信頼度を均一に向上させることができない状態と判断される。

１−２．信頼度回復移動体選択手段１４７は、全体の移動体１００の信頼度の最小値と最大値の差が第一閾値以上であり、その状態が連続して第一閾時間持続している場合、回復行動させる移動体１００を選択する処理（Ｓ１０３）に移行する。

このような場合も上記と同様であり、複数の移動体１００間において位置関係を相互に観測し、通信により観測結果を共有するだけでは移動体１００全体の信頼度を均一に向上させることができない状態と判断される。

１−３．信頼度回復移動体選択手段１４７は、全体の移動体１００の信頼度を統計的に処理し、得られた最大値、および、平均値、および、中央値の少なくとも一つが第二閾値を下回った場合、回復行動させる移動体１００を選択する（Ｓ１０３）に移行する。

このような場合は、移動体１００の間でいくら相対的な位置を測定し相互に通信を行っても移動体１００全体の信頼度が高まらない状態であると判断される。

１−４．信頼度回復移動体選択手段１４７は、全体の移動体１００の信頼度を統計的に処理し、得られた最大値、および、平均値、および、中央値の少なくとも一つを先に取得した同じ種類の値と比較し、差分が第三閾値以上の場合、全体の信頼度が急激に低下したと判断して、回復行動させる移動体１００を選択する（Ｓ１０３）に移行する。

このような場合は、複数の移動体１００が突風などの外乱を受けるなどして自己位置を見失いかけいている状態と判断される。

次に、位置信頼度記録手段１４４が記録する情報に基づき信頼度回復行動を起こさせる移動体を選択する（Ｓ１０３）。

以下に、信頼度回復行動を起こさせる移動体１００を選択する際の選択条件の例（パターン）を以下に列挙する。本実施の形態の場合、各移動体１００がそれぞれ信頼度回復移動体選択手段１４７を備えているため、下記選択条件を満たしているか否かを個々に判断し、条件を満たしていると判断した場合は（Ｓ１０３：Ｙ）、自律的に信頼度回復行動（Ｓ１０４）を実行する。一方、満たしていないと判断した場合は（Ｓ１０３：Ｎ）、通常作業を維持する。

２−１．信頼度回復移動体選択手段１４７は、信頼度に基づき回復行動させる移動体１００を選択する。例えば、信頼度が最も低い移動体１００を回復行動させる移動体１００として選択する。当該条件は、移動体１００全体の信頼度の分散が第一閾値以上であり、その状態が連続して第一閾時間持続している場合や、全体の移動体１００の信頼度の最小値と最大値の差が第一閾値以上であり、その状態が連続して第一閾時間持続している場合に有効である。

本実施の形態の場合、移動体情報通信手段１４８により得られた他の移動体１００の最新の信頼度と自己の最新の信頼度とを比較し、自己の信頼度よりも低い信頼度がなければ、自律的に回復行動を開始する（Ｓ１０４）。

２−２．信頼度回復移動体選択手段１４７は、移動体１００が備えている移動用の電力を供給するバッテリのバッテリ残量に基づき回復行動させる移動体１００を選択する。例えば、バッテリ残量が最も多い移動体１００を回復行動させる移動体１００として選択する。当該条件は、移動体１００全体の信頼度の最大値、および、平均値、および、中央値の少なくとも一つが第二閾値を下回った場合に有効である。特に、各移動体１００のバッテリ残量を均一化できるため、移動体１００全体として長時間の作業を実施することが可能となる。

本実施の形態の場合、移動体情報通信手段１４８は、自己位置や信頼度の他にバッテリ残量を示す情報も相互に通信して共有しており、各移動体１００は、他の移動体１００の最新のバッテリ残量と自己の最新のバッテリ残量とを比較し、自己のバッテリ残量よりも多いバッテリ残量がなければ、自律的に回復行動を開始する（Ｓ１０４）。

２−３．信頼度回復移動体選択手段１４７は、信頼度に基づき回復行動させる移動体１００を選択する。例えば、信頼度が最も高い移動体１００を回復行動させる移動体１００として選択する。当該条件は、移動体１００全体の信頼度の最大値、および、平均値、および、中央値の少なくとも一つが第二閾値を下回った場合に有効である。

本実施の形態の場合、移動体情報通信手段１４８は、移動体情報通信手段１４８により得られた他の移動体１００の最新の信頼度と自己の最新の信頼度とを比較し、自己の信頼度よりも高い信頼度がなければ、自律的に回復行動を開始する（Ｓ１０４）。

２−４．信頼度回復移動体選択手段１４７は、信頼度が高かった領域に最も近い移動体１００を回復行動させる移動体１００として選択する。当該条件は、移動体１００全体の信頼度の最大値、および、平均値、および、中央値の少なくとも一つが第二閾値を下回った場合に有効である。この場合、信頼度回復に費やすエネルギー量を抑制することができ、また、信頼度回復にかかる時間を短縮することができる。

本実施の形態の場合、各移動体１００は、記憶部１４０から全ての移動体１００の信頼度を集計し、最も信頼度の高い領域を探索する。そして、最も信頼度の高い領域の座標と、他の移動体１００の最新の自己位置とのユークリッド距離を算出し、最も信頼度の高い領域の座標と自己位置とのユークリッド距離とを比較し、自己の距離よりも短い距離がなければ、自律的に回復行動を開始する（Ｓ１０４）。

次に、信頼度回復移動体選択手段１４７により選択された移動体１００の信頼度回復のための具体的な制御手法の例（パターン）を以下に列挙する。

信頼度回復行動制御手段１４５は、信頼度回復移動体選択手段１４７により選択された移動体１００が、位置信頼度記録手段１４４により記録された情報に基づき信頼度の高い位置に移動するよう移動手段１０１を制御する処理部である。

３−１．信頼度回復行動制御手段１４５は、記憶部１４０に記録された信頼度に基づき、信頼度が所定の閾値以上になるまで記憶部１４０に記録された自己位置をたどって逐次移動するよう移動手段１０１を制御する（Ｓ１０４）。

具体的に図３に示すデータに基づき説明する。前提として、現在時刻が６であり、閾値は０．８、選択された移動体１００を示す識別子は１００１である。信頼度回復行動制御手段１４５は、Ｇ（信頼度０．３）→Ｆ（信頼度０．５）→Ｅ（信頼度０．６）→Ｄ（信頼度０．８）の座標をたどるように移動手段１０１を制御して移動体１００を移動させる。つまり、信頼度が閾値以上であった座標まで来た径路を選択された移動体１００に後戻りさせる。

以上により、高い信頼度の座標位置で自己位置を再度推定し、当該移動体１００を用いて他の移動体１００が再度自己位置を推定することで、移動体１００全体の信頼度を向上させることができる。

このような回復行動は、移動体１００が初めての空間を移動している場合や、突発的に発生した風などにより信頼度が急激に低下した場合などに有効である。

３−２．信頼度回復行動制御手段１４５は、記憶部１４０に記憶されている信頼度が所定の閾値以上、かつ、現在の自己位置に最も近い位置に移動するよう移動手段１０１を制御する。

具体的には、図５に示すように、信頼度が所定の条件を満たした際（現在時刻６）の選択された移動体１００の自己位置を中心とし、その周囲（上下、前後、左右）に存在する座標であって、第一閾値（０．８）以上の信頼度の座標（例えばＡ、Ｃ、Ｄ）を記憶部１４０に記憶されている情報に基づき移動体１００全体の信頼度から抽出する。さらに、各座標と現在の自己位置とのユークリッド距離を算出し、ユークリッド距離の最も小さい座標（例えばＤ）に直線的に移動するように移動手段１０１を制御して移動体１００を座標ｄに移動させる。

以上により、高い信頼度の座標位置により短い時間で到達することができ、当該座標で自己位置を再度推定し、通常作業を実施するための行動により短い時間で移行することができる。

このような回復行動は、移動体１００が狭い範囲で検査作業などを行っている場合などに有効である。

３−３．信頼度回復行動制御手段１４５は、選択された移動体の過去の信頼度が所定の閾値以上、かつ、現在時刻に最も近い時刻情報に紐付けられた位置に移動するよう移動手段１０１を制御する。

具体的に図３に示すデータに基づき説明する。前提として、現在時刻が６であり、所定の閾値が０．８である。信頼度回復行動制御手段１４５は、１００１のＩＤにおいて、６（信頼度０．３）→５（信頼度０．５）→４（信頼度０．６）→３（信頼度０．８）と時間を遡って信頼度をチェックし、信頼度が閾値以上であった座標、即ち座標（Ｄ）に直線的に移動するように移動手段１０１を制御して移動体１００を座標Ｄに移動させる。

以上により、高い信頼度の座標位置により短い時間で到達することができ、当該座標で自己位置を再度推定し、通常作業を実施するための行動により短い時間で移行することができる。

このような回復行動は、移動体１００が障害物の少ない広い空間を移動している場合などに有効である。

（実施の形態２）
続いて、自律移動体システム１１０の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態１と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの（部分）には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。

図６は、本実施の形態にかかる自律移動体システムの各移動体が備える制御手段の機能部を示すブロック図である。

本実施の形態に係る自律移動体システム１１０は、移動体１００として、制御装置１０４に信頼度回復移動体選択手段１４７を備えるマスター移動体１００Ｍと、マスター移動体１００Ｍの指示に従って行動するスレーブ移動体１００Ｓとを備えている。

マスター移動体１００Ｍは、全ての移動体１００の自己位置、および、信頼度を移動体情報通信手段１４８により収集する。そして、マスター移動体１００Ｍが備える信頼度回復移動体選択手段１４７により実施の形態１と同様、または、次に挙げる判断により信頼度を回復させる移動体１００を選択する。

実施の形態１とは異なる信頼度回復行動を起こさせる移動体１００を選択する際の選択条件の例（パターン）を以下に列挙する。

２−５．信頼度回復移動体選択手段１４７は、信頼度が低い移動体１００が集中している領域内に存在する移動体１００の中から、回復行動させる移動体１００を少なくとも１台選択する。マスター移動体１００Ｍは、移動体情報通信手段１４８を用いて選択された移動体１００に選択されたことを示す情報を送信する。当該条件は、移動体１００全体の信頼度の分散が第一閾値以上であり、その状態が連続して第一閾時間持続している場合や、全体の移動体１００の信頼度の最小値と最大値の差が第一閾値以上であり、その状態が連続して第一閾時間持続している場合に有効である。

本実施の形態の場合、移動体情報通信手段１４８により収集した全ての移動体１００の最新の信頼度と自己位置の座標から、所定の閾値以下の信頼度に紐付けられた座標を抽出し、所定の単位領域内に含まれる前記座標の個数が最も多い領域を信頼度が低い移動体１００が集中している領域として特定する。そして、特定された領域に含まれる座標に存在している複数の移動体１００の中から任意の１台を選択し、その旨を示す情報を移動体情報通信手段１４８により送信する。なお、マスター移動体１００Ｍが選択される場合は、送信は不要である。

２−６．信頼度回復移動体選択手段１４７は、移動体１００が集中している領域内の移動体１００を回復行動させる移動体１００として選択する。マスター移動体１００Ｍは、移動体情報通信手段１４８を用いて選択された移動体１００に選択されたことを示す情報を送信する。当該条件は、移動体１００全体の信頼度の最大値、および、平均値、および、中央値の少なくとも一つが第二閾値を下回った場合に有効である。

本実施の形態の場合、移動体情報通信手段１４８により収集した全ての移動体１００の最新の自己位置の座標から、所定の単位領域内に含まれる前記座標の個数が最も多い領域を移動体１００が集中している領域として特定する。そして、特定された領域に含まれる座標に存在している複数の移動体１００の中から任意の１台を選択し、その旨を示す情報を移動体情報通信手段１４８により送信する。

以上により、移動体１００全体の信頼度の評価と、信頼回復行動させる移動体１００の選択とをマスター移動体１００Ｍに集約することで、スレーブ移動体１００Ｓの制御装置１０４の処理負荷を低減することが可能となる。

次に、具体的な自律移動体システム１１０の実施例を説明する。

図７は、橋梁検査作業を行う自律移動体システムを示す斜視図である。

同図に示すように、本実施例の場合、移動体１００はドローンであり、自立移動体システム１１０は複数台のドローン型移動体１００を備えている。また、自律移動体システム１１０が実施する作業は、橋梁２００の下面の検査であり、各移動体１００が上部に搭載する検査用カメラによって橋梁２００の下面を各移動体１００が分担して撮像する作業である。なお、移動体１００により撮像された映像と撮像された位置とに基づき構造部材のひび割れの検出などが行われる。

各移動体１００は、ＩＭＵやＧＰＳなどのセンサ１０３からのセンサ情報や、移動体１００の相対的な位置関係などに基づきそれぞれの移動体１００がカルマンフィルタを用いて自己位置を推定しながら作業を行う。このような作業を進めていくと、自律移動体システム１１０の全体としての信頼度が低下する。例えば、移動体１００全体の自己位置の信頼度の分散が第一閾値以上の状態が第一閾時間を越えて持続した場合、各移動体１００は、移動体情報通信手段１４８で相互に通信し合いながら、例えば、信頼度が高かった領域に最も近い移動体１００（本実施例の場合はｉｄ：１００２の移動体１００）を選択する。

選択された移動体１００の信頼度回復行動制御手段１４５は、記憶部１４０に記憶されている情報に基づき信頼度が高かった領域、例えばＧＰＳ衛星２１０からの信号を受信できる領域に移動するよう移動手段１０１を制御する。

移動手段１０１の制御により移動した移動体１００は、自己位置の信頼度が回復させ、再び、回復行動を実行した始めの位置に戻り、再度橋梁２００の撮影を行う。

一方、新しい自己位置と信頼度を他の移動体１００に送信することで、他の移動体１００の信頼度を向上させることができ、自立移動体システム１１０全体の信頼度を向上させることが可能となる。

以上の様に自立移動体システム１１０によれば、システム全体としての信頼度を高い状態に維持しつつ効率的に作業を行うことが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、マスター移動体１００Ｍは、スレーブ移動体１００Ｓと同様の通常作業を行うものとして説明したが、マスター移動体１００Ｍは、通常の作業を行わずスレーブ移動体１００Ｓの管理のみを行うものでもかまわない。

また、図８に示すように、自律移動体システム１１０は、移動体情報通信手段１４８と通信可能な通信手段１４９と、位置信頼度記録手段１４４と、信頼度回復移動体選択手段１４７とを備えた移動しない固定機器１００Ｂを備えてもかまわない。この場合、移動体１００は、すべてスレーブ移動体１００Ｓとなり、固定機器１００Ｂは、スレーブ移動体１００Ｓから、通信により自己位置やその信頼度などを取得し、これらの情報に基づいて信頼を回復させるスレーブ移動体１００Ｓを選択し、その旨を示す情報を選択されたスレーブ移動体１００Ｓに送信する。またこの場合、スレーブ移動体１００Ｓは、位置信頼度記録手段１４４や記憶部１４０などを備えなくてもかまわない。

さらに、各移動体１００のセンサ情報取得手段１４１から移動体情報通信手段１４８を介してセンサ情報を固定機器１００Ｂが集約し、固定機器１００Ｂが移動体１００全体の位置の推定やその信頼度などを算出してもよく、固定機器１００Ｂが備える信頼度回復移動体選択手段１４７がこの信頼度に基づいて回復行動を実施させる移動体１００の選択を開始してもかまわない。

また、上記実施の形態では移動体１００として三次元方向に自由に移動可能な自律飛行体、いわゆる空中を飛行可能なドローンを例示したが、移動体１００はこれに限定されるわけではない。移動体１００としては、例えば、地面を走行する自律走行車、水面を航行する自律船等を挙示することができる。

また、センサ１０３は、自己位置の推定に寄与する情報を測定できるものは特に限定されるものではなく、既に列挙したもの以外のあらゆるセンサを含む。

また、全ての処理部を一つの制御装置１０４で実現するものとしたが、各処理を複数の制御手段で分担し、相互の通信によって情報を授受するものでもかまわない。

また、回復行動を終了する条件は、回復行動中も自己位置と信頼度を逐次算出し、得られた信頼度が所定の値を上回ることで終了してもよい。また、目的地と自己位置が一致した場合に終了してもかまわない。

また、信頼度が回復した後は、回復行動を開始した地点に戻ってもよく、信頼度が回復した位置から目的地に直接向かってもかまわない。

本発明は、自律的に移動する車両、列車、船舶、航空機、掃除機などに利用可能である。

１００ 移動体
１００Ｂ 固定機器
１００Ｍ マスター移動体
１００Ｓ スレーブ移動体
１０１ 移動手段
１０３ センサ
１０４ 制御装置
１１０ 自律移動体システム
１１１ ロータ
１１２ モータ
１４０ 記憶部
１４１ センサ情報取得手段
１４２ 位置推定手段
１４３ 信頼度算出手段
１４４ 位置信頼度記録手段
１４５ 信頼度回復行動制御手段
１４７ 信頼度回復移動体選択手段
１４８ 移動体情報通信手段

Claims (11)

1. 自己位置をセンサで計測し移動手段を制御して目的の場所に自律的に移動する移動体を複数台備える自律移動体システムであって、
   前記センサから前記自己位置に関するセンサ情報を取得するセンサ情報取得手段と、
   前記センサ情報取得手段が取得したセンサ情報に基づき前記自己位置を推定する位置推定手段と、
   前記位置推定手段により推定される前記自己位置の信頼度を算出する信頼度算出手段と、
   自己が保持する保持情報を他の前記移動体に送信し、前記他の前記移動体から前記保持情報を受信する移動体情報通信手段と、
   前記信頼度算出手段で算出された前記信頼度と、前記位置推定手段で推定された前記自己位置と、の組を記録する位置信頼度記録手段と、
   送受信された前記保持情報に基づき信頼度の回復行動を起こさせる前記移動体を選択する信頼度回復移動体選択手段と、
   前記信頼度回復移動体選択手段により選択された前記移動体の前記移動手段を、前記位置信頼度記録手段に記録されている過去の前記組のうち前記信頼度が前記選択された前記移動体の前記自己位置の前記信頼度より高い前記組の前記自己位置に移動するよう制御する信頼度回復行動制御手段と
   を備える自律移動体システム。
2. 前記保持情報は、前記信頼度を含み、
   前記信頼度回復移動体選択手段は、前記信頼度に基づいて回復行動させる前記移動体を選択する請求項１に記載の自律移動体システム。
3. 前記信頼度回復移動体選択手段は、複数の前記移動体の前記信頼度から計算される統計量に基づいて前記回復行動させる前記移動体の選択する
   請求項２に記載の自律移動体システム。
4. 前記統計量は、全体の分散、または、最小値と最大値の差であり、全体の分散、または、最小値と最大値の差が第一閾値以上の状態が第一閾時間を越えて持続した場合、前記回復行動させる前記移動体を選択する
   請求項３に記載の自律移動体システム。
5. 前記統計量は、全体の前記信頼度の最大値、および、平均値、および、中央値であり、全体の前記信頼度の最大値、および、平均値、および、中央値の少なくとも一つが急激に低下した場合、前記回復行動させる前記移動体を選択する
   請求項３に記載の自律移動体システム。
6. 前記統計量は、全体の前記信頼度の最大値、および、平均値、および、中央値であり、全体の前記信頼度の最大値、および、平均値、および、中央値の少なくとも一つが第二閾値を下回った場合、前記回復行動させる前記移動体を選択する
   請求項３に記載の自律移動体システム。
7. 前記保持情報は、前記自己位置を含み、
   前記信頼度回復移動体選択手段は、前記信頼度が低い前記移動体が集中している領域内の前記移動体を前記回復行動させる前記移動体として選択する
   請求項２〜６のいずれか一項に記載の自律移動体システム。
8. 前記保持情報は、前記移動体のバッテリ残量を含み、
   前記信頼度回復移動体選択手段は、前記バッテリ残量に基づいて回復行動させる前記移動体を選択する
   請求項１に記載の自律移動体システム。
9. 前記保持情報は、前記自己位置を含み、
   前記信頼度回復移動体選択手段は、前記信頼度が高かった領域に最も近い前記移動体を前記回復行動させる前記移動体として選択する
   請求項２〜６のいずれか一項に記載の自律移動体システム。
10. 前記保持情報は、前記自己位置を含み、
    前記信頼度回復移動体選択手段は、前記移動体が集中している領域内の前記移動体を前記回復行動させる前記移動体として選択する
    請求項２〜６のいずれか一項に記載の自律移動体システム。
11. 信頼度回復行動制御手段は、前記位置信頼度記録手段により記録された情報に基づき前記移動手段を制御する
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の自律移動体システム。

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