JP7038355B2

JP7038355B2 - 経路探索システム及び経路探索方法

Info

Publication number: JP7038355B2
Application number: JP2017037576A
Authority: JP
Inventors: 吉秀大朏; 廸生胡
Original assignee: 株式会社イージスモスジャパン; 台湾異奇科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP2018142276A

Description

本発明は、移動装置の前進方向の障害物検知や障害物回避に利用される経路探索システム及び経路探索方法に関する。

移動装置として、前方方向に移動が出来るロボットや自動的に移動できる装置が知られている。例えば、自走式移動装置として既存のロボット掃除機を例に説明すると、既存のロボット掃除機は、前方に障害物があるまで前進し、障害物を検知したある時点で方向転換を行うものである。障害物検知には、主に超音波センサーが使用されており、正確さに乏しく、前進経路の探索には不向きであった。

なお、投影技術により物を検知する方法として、例えば、キーボードの投影画像のような仮想入力装置の技術が知られている（例えば、ＵＳ６，６１４，４２２、ＵＳ２０１２／０１６２０７７、ＵＳ２０１４／００５５３６４等）。しかし、これらの技術は人の指などが空間の所定位置を押えた場合にその位置を検知できるシステムであり、移動装置の前進方向の障害物を検知するものではなく、また、これを示唆するものでもない。

これ以外にリモコン式のセンサーがある物体に対し特徴点を付け、例えば人の手や人の体の一部のＸＹＺ空間における相対的な位置と動作の変化を読み取り、リモコンを経由して画面上の機能に還元する技術が知られている（例えば、ＵＳ７，３４８，９６３、ＵＳ７，４３３，０２４、ＵＳ２００８／０１０６７４６、ＵＳ２００９／０１８５２７４、ＵＳ２００９／００９６７８３、ＵＳ２００９／００３４６４９、ＵＳ２００９／０１８５２７４、ＵＳ２００９／０１８３１２５、ＵＳ２０１０／００２００７８等）。しかし、これらの技術も移動装置の前進方向の障害物を検知するものではなく、また、これを示唆するものでもない。

特開２００６－２６８４９８号公報

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、移動装置の移動時に前進経路中の障害物の位置及び距離を検知可能な経路探索システム及び経路探索方法を提供することを目的とする。

本発明に係る経路探索システムは、
移動装置に設置されて移動装置の前進経路中にある障害物を検知する経路探索システムであって、
移動装置の前進経路中に横方向に延びる線状のラインレーザー光を投射する投射部と、
投射されたラインレーザー光の反射光を含む移動装置前方の画像を撮像する撮像部と、
撮像部の画像においてラインレーザー光が障害物に投射されて形成される光切断線に基づいて移動装置の前進経路中に存在する障害物の相対的な位置及び距離を求める処理部とを備え、
投射部は、
レーザー光源とＤＯＥ（回折光学素子）とを有し、レーザー光源から出射されるレーザー光を回折光学素子に経由させて横方向に延びる線状のラインレーザー光として投射する構成を備え、
ラインレーザー光として、横方向に延びる一本の基準線と、この基準線と平行に横方向に延びる少なくとも一本の計算線とに投射され、
回折光学素子により、前記基準線と前記計算線との明るさを変えるように設定され、且つ、前記基準線と前記計算線とは、互いに異なる投射角度に設定され、
前記基準線の投射角度は、移動装置が走行する平面上において前記計算線よりも移動装置から一番近い位置に前記基準線が投射されるように設定され、
前記基準線は、撮像部で読み取った画像から移動装置と障害物との相対的な位置関係を求めるための基準となる線とされ、
前記計算線は、前記基準線を基準にして、撮像部で読み取った画像から障害物における移動装置との相対的な位置及び距離を求めるための線とされ、
処理部は、
前記基準線を形成するラインレーザー光の反射光である基準線をＸ軸とし、移動装置の位置と対応する前記反射光の基準線上の位置で移動装置の前進方向となる前記反射光の基準線と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部と前記投射部の前記平面からの高さ、前記撮像部の撮像角度、前記投射部の投射角度に基づいて作成された、移動装置の前進経路における障害物と移動装置との位置関係を示す位置座標テーブルを有し、
移動装置の前進経路中に障害物が存在し、撮像部が捉えた画像内において、前記計算線を形成するラインレーザー光の反射光である計算線が障害物の外形形状に基づいて変化して前記光切断線が形成されている場合、この計算線の前記光切断線を捉えた画像を前記位置座標テーブルと比較し、この位置座標テーブル上における前記光切断線のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置及び距離に基づいて移動装置前進経路中における障害物の移動装置との相対的な位置及び距離を求める構成とする。

また、本発明に係る経路探索方法は、
移動装置の前進経路中にある障害物を検知する経路探索方法であって、
移動装置の前進経路中に横方向に延びる線状のラインレーザー光を投射する投射ステップと、
投射されたラインレーザー光の反射光を含む移動装置前方の画像を撮像する撮像ステップと、
撮像ステップでの画像においてラインレーザー光が障害物に投射されて形成される光切断線に基づいて移動装置の前進経路中に存在する障害物の相対的な位置及び距離を求める処理ステップとを有し、
投射ステップは、
レーザー光源とＤＯＥ（回折光学素子）とを有する投射部により、レーザー光源から出射されるレーザー光を回折光学素子に経由させて横方向に延びる線状のラインレーザー光として投射し、
ラインレーザー光として、横方向に延びる一本の基準線と、この基準線と平行に横方向に延びる少なくとも一本の計算線とに投射され、
回折光学素子により、前記基準線と前記計算線との明るさを変えるように設定され、且つ、前記基準線と前記計算線とは、互いに異なる投射角度に設定され、
前記基準線の投射位置は、移動装置が走行する平面上において前記計算線よりも移動装置から一番近い位置に設定され、
前記基準線は、撮像部で読み取った画像から移動装置と障害物との相対的な位置関係を求めるための基準となる線とされ、
前記計算線は、前記基準線を基準にして、撮像部で読み取った画像から障害物における移動装置との相対的な位置及び距離を求めるための線とされ、
処理ステップは、
前記基準線を形成するラインレーザー光の反射光である基準線をＸ軸とし、移動装置の位置と対応する前記反射光の基準線上の位置で移動装置の前進方向となる前記反射光の基準線と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部と前記投射部の前記平面からの高さ、前記撮像部の撮像角度、前記投射部の投射角度に基づいて作成された、移動装置の前進経路における障害物と移動装置との位置関係を示す位置座標テーブルを用い、
移動装置の前進経路中に障害物が存在し、撮像ステップで捉えた画像内において、前記計算線を形成するラインレーザー光の反射光である計算線が障害物の外形形状に基づいて変化して前記光切断線が形成されている場合、この計算線の前記光切断線を捉えた画像を前記位置座標テーブルと比較し、この位置座標テーブル上における前記光切断線のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置及び距離に基づいて移動装置前進経路中における障害物の移動装置との相対的な位置及び距離を求める構成とする。

本発明によれば、移動装置の移動時に前進経路中の障害物の位置及び距離を検知することができる。従って、移動装置は、障害物の検知結果より前方移動時に障害物を確実に回避することができる。

実施形態による経路探索装置の外観構成を示す斜視図である。実施形態による経路探索装置が移動装置に設置されて使用されている状態を示す側面図である。実施形態による経路探索装置が移動装置に設置されて使用されている状態を示す上面図である。撮像部が撮像した移動装置前方の画像であって、投射部から投射されたラインレーザー光の反射光（基準線、計算線の光切断線）を含み、前進経路中の障害物に計算線が投射されて光切断線が形成されている場合の画像の模式図である。移動装置の前進経路における障害物と移動装置との相対的な位置関係を示す位置座標テーブルの一例を示す模式図である。

以下に、本発明の実施形態について説明する。
実施形態の経路探索システムは、図１に示すように、レーザー光をＤＯＥ（Diffractive Optical Element：回折光学素子）２０を経由したラインレーザー光２１を用いた経路探索装置１を有し、図２に示すように、この経路探索装置１を移動装置２に設置して移動装置２の前進経路中にある障害物４の検知に使用される構成とするものである。移動装置２は、例えば、自走式ロボット掃除機が挙げられるが、本発明は、これに限らず、他にも自律移動可能な自動機又は自律移動可能なロボット等を含む。経路探索装置１は、移動装置２の前方にラインレーザー光２１を投射する投射部１０、ラインレーザー光２１が投射される移動装置２の前方の画像を撮像する撮像部３０、移動装置２の前進経路中における障害物４の位置及び距離を求める処理部４０を主要構成として備える。

投射部１０は、レーザー光源１１とＤＯＥ２０とを有する。投射部１０は、レーザー光源１１から出射されるレーザー光をＤＯＥ２０に経由させて横方向に延びる線状のラインレーザー光２１（例えば、STRUCTURE LIGHT、スリット光などを含む。）として移動装置２の前方の前進経路の区域３に向けて投射する構成とする。レーザー光源１１から放たれたレーザー光は、不可視光の赤外線レーザー光源（IR laser light）が好ましいが、これに限らず、本発明は、可視光レーザーや不可視光レーザーを使用することができる。

ＤＯＥ２０は、図１に示すように、レーザー光源１１の前面に配置され、レーザー光源１１から出射されるレーザー光をこのＤＯＥ２０に経由させて横方向（移動装置２の前進方向に対して左右方向）に延びる線状のラインレーザー光２１を形成する。ＤＯＥ２０は、一つのレーザー光を多数のレーザー光に分けることができ、また、レーザー光の形状も自由に設計することができるので、複数のレーザー光源１１を要せずに任意の形状のレーザー光を形成することができる。

図２及び図４を参照して、投射部１０では、ラインレーザー光２１としてＤＯＥ２０によって、横方向に延びる一本の基準線２２と、基準線２２と平行に横方向に延びる二本の計算線２３ａ，２３ｂとに形成される。なお、計算線２３は、二本に限定されず、少なくとも一本有していればよいし、また、三本以上等の複数本有していてもよい。また、基準線２２及び計算線２３ａ，２３ｂは、相互に平行な直線に限らず、相互に平行な弧線であってもよい。基準線２２と計算線２３ａ，２３ｂとは、互いに異なる投射角度に設定され、且つ移動装置２の前進方向（すなわち、水平方向）と交差状態となる投射角度で投射されている。基準線２２は、移動装置２の前方斜め下に向けて移動装置２が走行する平面５上に投射される。
二本の計算線２３ａ，２３ｂは、基準線２２よりも上に投射される。二本の計算線２３ａ，２３ｂのうち一方の計算線２３ａは、移動装置２の前方斜め下に向けて移動装置２が走行する平面５上に投射され、他方の計算線２３ｂは、移動装置２の前方斜め上に向けて投射される。

基準線２２の投射角度は、移動装置２が走行する平面５上において計算線２３ａ，２３ｂよりも移動装置２から一番近い距離Ｄの位置に基準線２２が投射されるように設定される。一方の計算線２３ａの投射角度は、移動装置２が走行する平面５上において基準線２２よりも移動装置２から遠い距離の位置に一方の計算線２３ａが投射されるように設定される。他方の計算線２３ｂの投射角度は、移動装置２の前方斜め上に向けて投射されるように設定される。なお、二本の計算線２３ａ,２３ｂは、移動装置２の前進経路中に障害物４があるとき、移動装置２の機動性能からして障害物４を回避移動可能な間隔が確保される位置より前方に向けて投射されるように設定される。

基準線２２は、撮像部３０で読み取った画像から移動装置２と障害物４との相対的な位置関係を求めるための基準となる線である。二本の計算線２３ａ,２３ｂは、撮像部３０で読み取った画像に基づいて、例えば、移動装置２が走行する平面５上に存在する障害物４の位置、距離、横幅、高さ等を主に検知するために使用することができる。なお、他方の計算線２３ｂは、前方斜め上に向けて投射されるので、撮像部３０で読み取った画像に基づいて、例えば、上方から垂れ下がって移動装置２が走行する平面５との間に隙間が存在するような障害物４の下端位置（あるいは走行平面５から当該障害物４までの隙間）や横幅等も検知するために使用することができる。

投射部に備えるＤＯＥ２０によれば、レーザー光源１１を高出力にしなくても撮像部３０で十分認識可能なラインレーザー光２１を形成することができる。また、ＤＯＥ２０によれば、ラインレーザー光２１である一本の基準線２２と二本の計算線２３ａ,２３ｂの明るさをそれぞれ別々に設定することができる。例えば、一本の基準線２２と二本の計算線２３ａ,２３ｂのそれぞれの明るさを変えることにより、撮像部３０においては各線の区別を容易に行うことができる。なお、一本の基準線２２と二本の計算線２３ａ,２３ｂの三本のうち、上下方向の真ん中に投射される一方の計算線２３ａは、障害物４と移動装置２との間の位置や距離の測定において重要な役割を担うので、撮像部３０での認識を確実にするため最も明るく設定するのが好ましい。

撮像部３０は、少なくとも一つのカメラモジュールから構成される。カメラモジュールとして、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子や、レンズ等を有する構成とすることができる。この撮像部３０は、投射部１０より投射されたラインレーザー光２１（一本の基準線２２と二本の計算線２３ａ,２３ｂ）の反射光を含む移動装置２前方の画像を撮像する。撮像部３０は、撮像の光軸の角度が予め固定されており、例えば、光軸が水平方向より下方を向くように設定される。撮像部３０の設置位置は、投射部１０から高さＨの上方に設置されている（図１参照）。なお、撮像部３０の設置位置は、投射部１０の上の位置に限らず、投射部１０の下や投射部１０の左右等の任意の位置に設置することも可能である。

処理部４０は、画像処理装置（ＩＰＵ：Image Processing Unit）から構成されるが、これに限らず、本発明は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＣＵ（Micro Controller Unit）等により構成することができる。この処理部４０は、投射部１０及び撮像部３０と信号のやり取りができるように接続され、投射部１０のレーザー光源１１のコントロールを行い、また、撮像部３０が読み取ったラインレーザー光２１の反射光を含む画像のデータに基づいてソフトウエアやプログラム回路等の機能により移動装置２の前進経路中に存在する障害物４の相対的な位置及び距離を求める処理を行うものであり、本経路探索システムの主な機能を担うものである。

処理部４０は、例えば、撮像部３０で撮像された画像における計算線２３の光切断線に対して、移動装置２の前進経路の区域３における障害物４と移動装置２との位置関係を示す位置座標テーブル（図５参照）を有しており、この位置座標テーブルに基づいて障害物４の相対的な位置及び距離が求められる。光切断線とは、ラインレーザー光２１の計算線２３が障害物４に投射されて障害物４の外形形状に沿って形成される明線のことである。

位置座標テーブルは、例えば、図５に示すように、撮像部３０で捉えた画像と対応して、基準線２２をＸ軸とし、移動装置２の中心位置と対応する基準線２２上の位置で移動装置２の前進方向となる基準線２２と直交する方向をＹ軸とし、特定の計算線２３における光切断線の画像と対応してその光切断線を形成させている実空間上での障害物４の移動装置２との相対的な位置及び距離を示すものである（図５中の（Ｘ，Ｙ）の数値は、Ｘ＝移動装置２の中心線位置から横方向への距離、Ｙ＝移動装置２の前面から前方方向への距離をそれぞれ示す。）。位置座標テーブル上に示す障害物４の位置及び距離は、基準線２２が相対する移動装置２との距離Ｄ、撮像部３０の設定位置と投射部１０の設定位置との間の高さＨ、また、撮像部３０の撮像角度（カメラモジュールの光軸角度）や撮像部３０の平面５からの高さ、投射部１０の基準線２２及び計算線２３の投射角度や投射部１０の平面５からの高さなどを考慮して決定することができる。この位置座標テーブルは、各々の計算線２３ａ，２３ｂごとに対して作成され、図５に例示した位置座標テーブルは、図４に示す移動装置２の前方斜め下方に投射される一方の計算線２３ａに対応したものである。

次に、経路探索システムの動作を説明する。
例えば、移動装置２の前方経路の区域３内に２つの障害物４ａ，４ｂが存在する場合について説明する。図２及び図３を参照して、移動装置２は、平面５上を前方方向に前進しており、また、１つの立体的な障害物４ａは、移動装置２との距離が近く且つ横幅の狭いものとし、もう１つの立体的な障害物４ｂは、移動装置２との距離が遠く且つ横幅の広いものとする。この場合、投射部１０から投射された計算線２３ａ,２３ｂは、障害物４ａ,４ｂに投射されると障害物４ａ,４ｂの遠近（奥行）や外部形状に基づき変化し、障害物４ａ,４ｂ上には計算線２３ａ,２３ｂの光切断線２３ａ１，２３ａ２，２３ｂ１，２３ｂ２が形成される。撮像部３０で撮像された計算線２３ａ，２３ｂの画像でも同様に計算線２３ａ，２３ｂが変化し、この計算線２３ａ，２３ｂの光切断線２３ａ１，２３ａ２，２３ｂ１，２３ｂ２が捉えられる。

このとき、処理部４０は、画像における計算線２３ａ，２３ｂの光切断線２３ａ１，２３ａ２，２３ｂ１，２３ｂ２について、横方向に延びる基準線２２をＸ軸と規定しこの基準線２２に相対した光切断線２３ａ１，２３ａ２，２３ｂ１，２３ｂ２におけるＹ軸方向の距離ｄ及びＸ軸方向の幅ｗ等から、移動装置２の前面から基準線２２の平面５上の投射位置までの距離Ｄ（図２参照）、投射部１０から撮像部３０までの高さＨ（図１参照）等を考慮して計算を行い、移動装置２の前進経路の区域３での障害物４ａ，４ｂの移動装置２との相対的な位置及び距離を求める。

図４の例では、基準線２２をＸ軸、基準線２２と直交する方向をＹ軸として、一方の計算線２３ａより、移動装置２に近くて幅狭の障害物４ａに投射されて形成された横方向に延びる光切断線２３ａ１に対して、横方向に延びる基準線２２（Ｘ軸）に相対してＹ軸方向の距離ｄ１ａ及びＸ軸方向の幅ｗ１ａ、また、移動装置２から遠くて幅広の障害物４ｂに投射されて形成された横方向に延びる光切断線２３ａ２に対して、横方向に延びる基準線２２（Ｘ軸）に相対してＹ軸方向の距離ｄ２ａ及びＸ軸方向の幅ｗ２ａとして得られる。

他方の計算線２３ｂより、移動装置２に近くて幅狭の障害物４ａに投射されて形成された横方向に延びる光切断線２３ｂ１に対して、横方向に延びる基準線２２（Ｘ軸）に相対してＹ軸方向の距離ｄ１ｂ及びＸ軸方向の幅ｗ１ｂ、また、移動装置２から遠くて幅広の障害物４ｂに投射されて形成された横方向に延びる光切断線２３ｂ２に対して、横方向に延びる基準線２２（Ｘ軸）に相対してＹ軸方向の距離ｄ２ｂ及びＸ軸方向の幅ｗ２ｂが得られる。

近くて幅狭の障害物４ａに対する光切断線２３ａ１の距離ｄ１ａ及び幅ｗ１ａは、遠くて幅広の障害物４ｂに対する光切断線２３ａ２の距離ｄ２ａ及び幅ｗ２ａよりも小さい。光切断線２３ｂ１の距離ｄ１ｂ及び幅ｗ１ｂも、光切断線２３ｂ２の距離ｄ２ｂ及び幅ｗ２ｂよりも小さい。
以上の距離（ｄ１ａ、ｄ２ａ、ｄ１ｂ、ｄ２ｂ）及び幅（ｗ１ａ、ｗ２ａ、ｗ１ｂ、ｗ２ｂ）から、各障害物４ａ，４ｂについて移動装置２との相対的な位置及び距離が求められる。

上記処理の例として、例えば、計算線２３ａ，２３ｂの光切断線２３ａ１，２３ａ２，２３ｂ１，２３ｂ２を捉えた画像を、位置座標テーブルと比較し、この位置座標テーブルから読み取った光切断線２３ａ１，２３ａ２，２３ｂ１，２３ｂ２の画像の（Ｘ，Ｙ）の値より、この光切断線２３ａ１，２３ａ２，２３ｂ１，２３ｂ２を形成させた障害物４ａ，４ｂの移動装置２との相対的な位置及び距離、また障害物４ａ，４ｂの横幅を求めることができる。

例えば、図５に示す位置座標テーブルにおいて、計算線２３ａの光切断線２３ａ１は、位置座標（Ｘ，Ｙ）＝（２０，６０）から（４０，６０）にわたって形成されている。これより、この光切断線２３ａ１を形成させている障害物４ａは、移動装置２の中央前面の位置座標（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）の位置に対して、位置座標（Ｘ，Ｙ）＝（２０，６０）から（２０，６０）の位置にわたって存在すること、移動装置２から前方へ６０ｃｍ離れていること、横幅が２０ｃｍ（４０－２０）有することが求められる。なお、この光切断線２３ａ１を移動装置２の前進移動に従って追跡していけば、障害物４ａの高さを求めることが可能である。

このようにして、得られた障害物４ａ，４ｂの上記位置情報に基づいて、移動装置２が前方方向に移動する際に、障害物４ａ，４ｂを回避するように移動制御することができる。また、処理部４０のソフトウエア設計（機能設計）により、移動装置２が障害物４ａ，４ｂを回避し前方方向に移動する経路を図３の矢印Ｐのように室内空間における走行プログラムを構築するマッピングの作成も可能となる。よって、以上より、移動装置２の走行及び効率を向上することができる。

なお、実施形態では、投射部１０のＤＯＥ２０によって発生させる計算線２３の数は、二本であるが、この計算線２３の数が多ければ多いほど障害物４の移動装置２の前方経路３の中にある位置、距離、高さ、形状等の判断がし易く、またより正確に判断することができる。

経路探索方法は、以下の内容を含むものである。
手順１：
移動装置２上に経路探索装置１を設置し、この経路探索装置１により移動装置２の前方の前進経路の区域３内における障害物４の位置を判断する。経路探索装置１は、投射部１０により、移動装置２の前進経路中に横方向に延びる線状のラインレーザー光２１を投射する投射ステップと、撮像部３０により、投射されたラインレーザー光２１の反射光を含む移動装置２前方の画像を撮像する撮像ステップと、処理部４０により、撮像部３０の画像中におけるラインレーザー光２１が障害物４に投射されて形成される光切断線に基づいて移動装置２の前進経路中に存在する障害物４の相対的な位置及び距離を求める処理ステップとを実行する。

手順２：
投射ステップにおいて、投射部１０は、レーザー光源１１の前に設置するＤＯＥ２０により、レーザー光源１１から発射するレーザー光を横方向に延びる線状のラインレーザー光２１にして投射する。このラインレーザー光２１は、横方向に延びる一本の基準線２２と、基準線２２と平行に横方向に延びる少なくとも一本の計算線２３とで構成される。基準線２２と計算線２３とは、ＤＯＥ２０により、互いに異なる投射角度に設定する。基準線２２の投射位置は、ＤＯＥ２０により、移動装置２が走行する平面５上における移動装置２から一番近い位置（距離Ｄ）に設定する。計算線２３の投射位置は、ＤＯＥ２０により、基準線２２よりも移動装置２から遠い位置に設定する。

手順３：
処理ステップにおいては、基準線２２をＸ軸とし、移動装置２位置と対応する基準線２２上の位置で移動装置２の前進方向となる基準線２２と直交する方向をＹ軸とし、移動装置２の前進経路における障害物４と移動装置２との位置関係を示す位置座標テーブル（図５参照）を用いる。そして、移動装置２の前進経路中に障害物４が存在し、計算線２３が障害物４に投射されて障害物４の外形形状に基づいて変化して光切断線が形成されると、撮像ステップで捉えた画像内の計算線２３も同様に障害物４に投射されて障害物４の外形形状に基づいて変化して形成された光切断線を捉えて撮像する。この際、処理ステップでは、この計算線２３の光切断線を捉えた画像を、前記位置座標テーブルと比較し、この位置座標テーブル上における光切断線の位置及び距離等に基づいて移動装置２前進経路中における障害物４の移動装置２との相対的な位置及び距離を求める。これにより、移動装置２は、前方方向に移動している際に障害物４を避けて移動することができる。

なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で必要に応じて変更することが可能である。
例えば、撮像部３０及び／又は処理部４０において、撮像画像中に映り込む日光や周辺の散乱光等を、フィルター、画像処理等の任意の手段で除去して、ラインレーザー光２１（基準線２２、計算線２３）を認識し易くすることができる。

１経路探索装置
２移動装置
３前進経路の区域
４，４ａ，４ｂ障害物
５平面
１０投射部
１１レーザー光源
２０ＤＯＥ（回折光学素子）
２１ラインレーザー光
２２基準線
２３計算線
２３ａ一方の計算線
２３ｂ他方の計算線
３０撮像部
４０処理部
Ｆ前進方向
Ｐ移動経路

Claims

移動装置に設置されて移動装置の前進経路中にある障害物を検知する経路探索システムであって、
移動装置の前進経路中に横方向に延びる線状のラインレーザー光を投射する投射部と、
投射されたラインレーザー光の反射光を含む移動装置前方の画像を撮像する撮像部と、
撮像部の画像においてラインレーザー光が障害物に投射されて形成される光切断線に基づいて移動装置の前進経路中に存在する障害物の相対的な位置及び距離を求める処理部とを備え、
投射部は、
レーザー光源とＤＯＥ（回折光学素子）とを有し、レーザー光源から出射されるレーザー光を回折光学素子に経由させて横方向に延びる線状のラインレーザー光として投射する構成を備え、
ラインレーザー光として、横方向に延びる一本の基準線と、この基準線と平行に横方向に延びる少なくとも一本の計算線とに投射され、
回折光学素子により、前記基準線と前記計算線との明るさを変えるように設定され、且つ、前記基準線と前記計算線とは、互いに異なる投射角度に設定され、
前記基準線の投射角度は、移動装置が走行する平面上において前記計算線よりも移動装置から一番近い位置に前記基準線が投射されるように設定され、
前記基準線は、撮像部で読み取った画像から移動装置と障害物との相対的な位置関係を求めるための基準となる線とされ、
前記計算線は、前記基準線を基準にして、撮像部で読み取った画像から障害物における移動装置との相対的な位置及び距離を求めるための線とされ、
処理部は、
前記基準線を形成するラインレーザー光の反射光である基準線をＸ軸とし、移動装置の位置と対応する前記反射光の基準線上の位置で移動装置の前進方向となる前記反射光の基準線と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部と前記投射部の前記平面からの高さ、前記撮像部の撮像角度、前記投射部の投射角度に基づいて作成された、移動装置の前進経路における障害物と移動装置との位置関係を示す位置座標テーブルを有し、
移動装置の前進経路中に障害物が存在し、撮像部が捉えた画像内において、前記計算線を形成するラインレーザー光の反射光である計算線が障害物の外形形状に基づいて変化して前記光切断線が形成されている場合、この計算線の前記光切断線を捉えた画像を前記位置座標テーブルと比較し、この位置座標テーブル上における前記光切断線のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置及び距離に基づいて移動装置前進経路中における障害物の移動装置との相対的な位置及び距離を求める構成とする経路探索システム。
請求項１に記載の経路探索システムにおいて、
レーザー光源のレーザー光は、可視光レーザー又は不可視光レーザーを含み、不可視光レーザーには赤外線レーザー光を含む経路探索システム。
請求項１又は２に記載の経路探索システムにおいて、
撮像部は、少なくとも一つのカメラモジュールから構成され、
カメラモジュールは、投射部の上方又は下方の位置に設置され、投射部から投射されたラインレーザー光を撮像可能な角度に設定されている経路探索システム。
請求項１～３のいずれか１項に記載の経路探索システムにおいて、
基準線と計算線は、相互に平行な直線又は弧線である経路探索システム。
請求項１～４のいずれか１項に記載の経路探索システムにおいて、
移動装置は、自律移動可能な自動機又は自律移動可能なロボットを含み、自律移動可能な自動機には自走式ロボット掃除機を含む経路探索システム。
移動装置の前進経路中にある障害物を検知する経路探索方法であって、
移動装置の前進経路中に横方向に延びる線状のラインレーザー光を投射する投射ステップと、
投射されたラインレーザー光の反射光を含む移動装置前方の画像を撮像する撮像ステップと、
撮像ステップでの画像においてラインレーザー光が障害物に投射されて形成される光切断線に基づいて移動装置の前進経路中に存在する障害物の相対的な位置及び距離を求める処理ステップとを有し、
投射ステップは、
レーザー光源とＤＯＥ（回折光学素子）とを有する投射部により、レーザー光源から出射されるレーザー光を回折光学素子に経由させて横方向に延びる線状のラインレーザー光として投射し、
ラインレーザー光として、横方向に延びる一本の基準線と、この基準線と平行に横方向に延びる少なくとも一本の計算線とに投射され、
回折光学素子により、前記基準線と前記計算線との明るさを変えるように設定され、且つ、前記基準線と前記計算線とは、互いに異なる投射角度に設定され、
前記基準線の投射位置は、移動装置が走行する平面上において前記計算線よりも移動装置から一番近い位置に設定され、
前記基準線は、撮像部で読み取った画像から移動装置と障害物との相対的な位置関係を求めるための基準となる線とされ、
前記計算線は、前記基準線を基準にして、撮像部で読み取った画像から障害物における移動装置との相対的な位置及び距離を求めるための線とされ、
処理ステップは、
前記基準線を形成するラインレーザー光の反射光である基準線をＸ軸とし、移動装置の位置と対応する前記反射光の基準線上の位置で移動装置の前進方向となる前記反射光の基準線と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部と前記投射部の前記平面からの高さ、前記撮像部の撮像角度、前記投射部の投射角度に基づいて作成された、移動装置の前進経路における障害物と移動装置との位置関係を示す位置座標テーブルを用い、
移動装置の前進経路中に障害物が存在し、撮像ステップで捉えた画像内において、前記計算線を形成するラインレーザー光の反射光である計算線が障害物の外形形状に基づいて変化して前記光切断線が形成されている場合、この計算線の前記光切断線を捉えた画像を前記位置座標テーブルと比較し、この位置座標テーブル上における前記光切断線のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置及び距離に基づいて移動装置前進経路中における障害物の移動装置との相対的な位置及び距離を求める構成とする経路探索方法。