JP7115684B2 - 移動体、位置決め方法、及び位置決めシステム - Google Patents

Description

本発明は、移動体、位置決め方法、及び位置決めシステムに関する。

従来、物体の位置検出方法及び装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の技術では、レーザポインタロボットの単独のレーザ光源から、対象とする物体に対して２本のレーザ光を順次照射する。そして、第１のレーザスポットの重心位置と第２のレーザスポットの重心位置を物体の物体内座標系で計測する。これにより、対象物体のエリア座標系での位置が検出される。

また、設備機器等の据え付け位置の墨打ちを行うことができる据付面墨打ち装置が知られている（例えば、特許文献２）。特許文献２に記載の技術において、移動体２０が備える上部プレート２７ａは、上面に計測ターゲット３０が設けられている。また、計測ターゲット３０は三次元計測手段８０のレーザポインタが照射される箇所である。

特許第3731123号公報 特開2017-15523号公報

しかし、上記特許文献１に記載の技術では、位置検出対象物体が位置する床面に対してレーザ光を照射するため、レーザスポットが広がってしまい、位置検出対象物体の位置を精度良く検出することができない。位置検出対象物体の位置を精度良く検出するためには、高精度なレーザ機器が必要となるため、システムの構成が複雑となる。

また、上記特許文献２に記載の技術では、実質的に計測ターゲット３０を追尾する機能が必要であり、システムの構成が複雑となる。また、これらの技術を用いる場合には、システムの構成が複雑となるため、システムが高価となる。このため、簡易な構成によって墨打ちの位置決めを行うことができない、という課題がある。

本発明は上記事実を考慮して、移動体による作業の位置決めを簡易に行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の位置決め方法は、測距用レーザ光を目標位置へ向けて照射する照射工程と、光拡散板と床面に対する作業を行うための床面作業部とを含んで構成される作業機構を備える移動体のうちの、前記光拡散板が第１の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置と、前記光拡散板が第２の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置とに基づいて、前記床面作業部と前記目標位置との間の位置関係を算出する位置関係算出工程と、前記位置関係に基づいて、前記床面作業部の位置を調整する調整工程と、を含んで構成されている。これにより、移動体による作業の位置決めを簡易に行うことができる。

本発明の位置決め方法は、前記移動体を前記目標位置の方向へ移動させる移動工程を更に含み、前記位置関係算出工程では、前記移動体が停止した位置において、前記光拡散板が第１の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置と、前記光拡散板が第２の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置とに基づいて、前記位置関係を算出するようにすることができる。

本発明の位置決め方法は、前記照射工程によって照射された前記レーザ光と、前記光拡散板の面とが交差するように前記光拡散板を回転させる回転工程を更に含み、前記位置関係算出工程では、前記回転工程によって回転された前記光拡散板が第１の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置と、前記光拡散板が第２の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置とに基づいて、前記位置関係を算出するようにすることができる。これにより、システムが自動追尾機能を有しない場合であっても、移動体による作業の位置決めを簡易に行うことができる。

本発明の位置決め方法は、複数の前記目標位置が存在する場合であって、複数の前記目標位置の各々へ前記移動体を移動させる際に、前記移動に要する時間と前記レーザ光と前記光拡散板の面とが交差するように前記光拡散板を回転させるのに要する時間との和を表す時間総和を算出し、前記時間総和が小さくなるような複数の前記目標位置の各々の間の移動経路を設定する設定工程と、前記設定工程において設定された前記移動経路に応じて、前記移動体を移動させる移動工程と、を更に含むようにすることができる。これにより、複数の目標位置が存在する場合に、移動体による作業の位置決めを効率的に行うことができる。

本発明の移動体は、光拡散板と床面に対する作業を行うための床面作業部とを含んで構成され、かつ移動可能な作業機構と、前記光拡散板の画像を撮像する撮像部と、前記撮像部によって撮像された前記光拡散板の画像に基づいて、前記光拡散板が第１の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置と、前記光拡散板が第２の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置とを算出し、該算出結果を用いて前記床面作業部と前記目標位置との間の位置関係を算出し、前記位置関係に基づいて、前記床面作業部の位置を調整する制御部と、を備える移動体である。

本発明の位置決めシステムは、測距用レーザ光を目標位置へ向けて照射するレーザ装置と、本発明の移動体と、を備える位置決めシステムである。

本発明によれば、移動体による作業の位置決めを簡易に行うことができる、という効果が得られる。

本実施形態に係る位置決めシステムの構成の一例を示す図である。 本実施形態の位置決めシステムの制御系の機能的な構成例を示す図である。 レーザ装置の構成の一例を示す図である。 床面作業ロボットの構成の一例を示す図である。 グローバル座標系と位置決めシステムの構成を説明するための説明図である。 本実施形態における床面作業ロボットによる墨出しの手順を説明するための説明図である。 床面作業ロボットと目標位置との間の位置関係と光拡散板の画像とを説明するための説明図である。 床面作業ロボットと目標位置との間の位置関係と光拡散板の画像とを説明するための説明図である。 床面作業ロボットによる墨出しにおける前半部分の処理を示すシーケンス図である。 床面作業ロボットによる墨出しにおける前半部分の処理を示すシーケンス図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］

＜位置決めシステムの構成＞

図１は、第１実施形態に係る位置決めシステム１０の構成の一例を示す図である。図１に示されるように、位置決めシステム１０は、測距用レーザ光を目標位置へ向けて照射するレーザ装置１２と、位置決めされた位置において床面に対する作業を行う床面作業ロボット１４とを含む。本実施形態では、床面作業ロボット１４が建設現場の床面に対して墨出しを行う場合を例に説明する。

また、図２に、位置決めシステム１０の制御系の構成の一例を示す。図２に示されるように、位置決めシステム１０のレーザ装置１２の制御系は、機能的には、レーザ制御部１２Ａと、レーザ通信部１２Ｂとを備えている。また、図２に示されるように、位置決めシステム１０の床面作業ロボット１４の制御系は、ロボット制御機器１４Ａと、カメラ１４Ｂと、移動駆動モータ１４Ｃと、位置決め駆動モータ１４Ｄとを備えている。

（レーザ装置）

レーザ装置１２のレーザ制御部１２Ａは、測距用レーザ光を目標位置へ向けて照射する。レーザ通信部１２Ｂは、床面作業ロボット１４との間で情報のやり取りをする。

レーザ装置１２は、例えば、図３に示されるように、３次元レーザ測定器によって実現される。３次元レーザ測定器であるレーザ装置１２は、レーザ制御部１２Ａから出力された制御信号に応じて、出力口１２Ｘから測距用レーザを出力する。測距用レーザは、制御信号によって指定された方位に対して照射され、床面と略平行に照射される。また、レーザ装置１２は、測距用レーザが照射された対象物までの水平距離を測定する。

レーザ装置１２は、図３に示されるように、Ｚ軸まわり（方位方向）に回転する。レーザ装置１２は、床面に対して水平な軸と垂直な軸を中心軸として回転する２組のモータ（図示省略）を備えており、指定した任意の方向へ向けて測距用レーザを照射することができる。

（床面作業ロボット）

図４は、床面作業ロボット１４の構成の一例を示す図である。床面作業ロボット１４は、図４に示されるように、制御部の一例としてのロボット制御機器１４Ａ、撮像部の一例としてのカメラ１４Ｂ、移動機構１６、移動機構１６を駆動させるための移動駆動モータ１４Ｃ、ペン描画装置１８、ペン描画装置１８を移動させるための位置決め駆動モータ１４Ｄ、支持フレーム２０、及び光拡散板２２を備える。なお、図４の下段の図は、図４の上段の図におけるＸ－Ｘ’面の断面図である。床面作業ロボット１４は移動体の一例である。

本実施形態の移動機構１６は、図４に示されるように、独立２輪駆動機構である。

移動駆動モータ１４Ｃは、ロボット制御機器１４Ａの制御に応じて動力を出力する。移動駆動モータ１４Ｃから出力された動力に応じて移動機構１６が駆動する。

ペン描画装置１８は、支持フレーム２０に設置されている。また、ペン描画装置１８は、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａと、ペンホルダー１８Ｂと、ペン１８Ｃとを備えている。ペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃは、本発明の床面に対する作業を行うための床面作業部の一例である。

ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａは、床面作業ロボット１４の座標系を表すロボット座標系のＸ_Ｒ軸及びＹ_Ｒ軸方向に移動可能なように構成されている。

ペンホルダー１８Ｂには、ペン１８Ｃを鉛直方向に上下させるペン上げ下げ機構（図示省略）が備えられている。ペンホルダー１８Ｂは、任意の位置でペン先を床面に押し付けることができ、建設現場の床面に墨出しをすることができる。したがって、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａとペンホルダー１８Ｂのペン上げ下げ機構（図示省略）とを制御することにより、床面に任意の文字や図形を描くことができる。

位置決め駆動モータ１４Ｄは、ロボット制御機器１４Ａの制御に応じて動力を出力する。位置決め駆動モータ１４Ｄから出力された動力に応じて、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａが移動し、ペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃが所定の位置となる。

光拡散板２２は、図４に示されるように、ペンホルダー１８Ｂの上部に配置される。また、光拡散板２２は、床面に対して略垂直であって、かつ光拡散板２２の平面がロボット座標系のＸ_Ｒ軸に一致又は平行であるように配置される。また、図４に示されるように、光拡散板２２の中心軸はペン１８Ｃの中心軸と略一致するように配置されている。

なお、ペン描画装置１８と光拡散板２２とカメラ１４Ｂとは一体となっており、一体として移動可能なような構成となっている。具体的には、位置決め駆動モータ１４Ｄから出力された動力に応じて、ペン描画装置１８と光拡散板２２とカメラ１４Ｂとが移動する。

カメラ１４Ｂは、ペンホルダー１８Ｂの上部に配置される。また、カメラ１４Ｂは、光拡散板２２に対向するように配置される。そして、カメラ１４Ｂは、図４に示されるＤ方向から、光拡散板２２の画像を撮像する。ペン描画装置１８及び光拡散板２２は、本発明の作業機構の一例である。

ロボット制御機器１４Ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、各処理ルーチンを実現するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、記憶手段としてのメモリ、及びネットワークインタフェース等を含んで構成されている。ロボット制御機器１４Ａは、例えば半導体集積回路、より詳しくはApplication Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）等によって構成されてもよい。ロボット制御機器１４Ａは、図２に示されるように、機能的には、ロボット制御部１４０と、目標位置記憶部１４１と、ロボット通信部１４２とを備えている。

ロボット制御部１４０は、カメラ１４Ｂ、移動駆動モータ１４Ｃ、及び位置決め駆動モータ１４Ｄを制御する。また、目標位置記憶部１４１には、建設現場の床面に対する墨出しの目標位置に関する位置情報が格納されている。また、ロボット通信部１４２は、レーザ装置１２との間で情報のやり取りをする。

ロボット制御部１４０は、目標位置に関する位置情報を、目標位置記憶部１４１から読み出し、床面作業ロボット１４を目標位置へ移動させるように移動駆動モータ１４Ｃを制御する。なお、目標位置は複数存在するため、ロボット制御部１４０は、１つの目標位置に対する墨出しが完了すると、次の目標位置を目標位置記憶部１４１から読み出し、床面作業ロボット１４を次の目標位置へ移動させるように、移動駆動モータ１４Ｃを制御する。

また、ロボット制御部１４０は、カメラ１４Ｂを制御し、光拡散板２２に写ったレーザ光を撮像する。また、ロボット制御部１４０は、移動駆動モータ１４Ｃを制御し、床面作業ロボット１４の移動機構１６を駆動させる。

また、ロボット制御部１４０は、カメラ１４Ｂによって撮像された光拡散板２２の画像に応じて、位置決め駆動モータ１４Ｄを制御し、ロボット座標系のＸ_Ｒ軸及びＹ_Ｒ軸において、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａを所定の方向へ移動させることにより、ペン１８Ｃを目標位置へ移動させる。なお、ペン１８Ｃを目標位置へ移動させる際には、ロボット制御部１４０は、光拡散板２２とカメラ１４Ｂとの間の位置関係を保ちながら、ｘ‐ｙリニアステージ１８Ａ及びペンホルダー１８Ｂの位置を制御する。位置決めの詳細に関しては後述する。

（位置決めシステム１０の作用）

次に、本実施形態における位置決めシステム１０の作用の概要について説明する。

図５に示されるように、床面作業ロボット１４が走行する平面においてグローバル座標系のＸ軸‐Ｙ軸が設定される。この場合、位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）にレーザ装置１２が配置され、床面作業ロボット１４の現在位置Ｒ_０（ｘ_０，ｙ_０）、床面作業ロボット１４の姿勢α_０、及び現在の目標位置Ｔ_０（ｘ_ｔ０，ｙ_ｔ０）に対するレーザの照射方向θ_０は既知であることを前提とする。

ここで、図５に示されるように、床面作業ロボット１４の姿勢α_０は、測距用レーザの照射方向の軸が床面作業ロボット１４のロボット座標系のＹ_Ｒ軸に対して成す角とする。また、レーザの照射方向θ_０は、グローバル座標系のＹ軸に対してレーザの照射方向が成す角とする。

床面作業ロボット１４を現在位置Ｒ_０（ｘ_０，ｙ_０）から次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）まで移動させる方法としては様々な方法が考えられるが、本実施形態においては独立２輪駆動機構を有する床面作業ロボット１４の各車軸に取り付けられたエンコーダに応じた値に基づいて、既存技術であるオドメトリ手法に従って、床面作業ロボット１４の現在位置を計算する。

床面作業ロボット１４を現在位置Ｒ_０（ｘ_０，ｙ_０）から次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）まで移動させるためには、以下の手順（１）～（４）に従う。

手順（１）：
図６（ａ）に示されるように、レーザ装置１２は、次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）の方向に向けて測距用レーザを照射する。

手順（２）：
次に、図６（ｂ）に示されるように、床面作業ロボット１４を角度α_０＋β_０だけ超信地旋回させる。なお、α_０は既知であり、β_０は幾何的関係から容易に計算できる。

手順（３）：
図６（ｃ）に示されるように、床面作業ロボット１４を直進させる。ここでレーザ位置決めロボット位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）、床面作業ロボットの中心位置を表す現在位置Ｒ_０（ｘ_０，ｙ_０）、次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）の座標が既知であるため距離ｌ_１を算出できる。

手順（４）：
図６（ｄ）に示されるように、床面作業ロボット１４を角度γ₁超信地旋回させる。γ₁は、幾何的関係から算出することができる。

上記の手順（１）～（４）に従って移動することにより、原理的には、床面作業ロボット１４の回転中心を表すＲ_１（ｘ_１，ｙ_１）は目標位置Ｔ_１の直上にあり、光拡散板がレーザ装置１２から出力される測距用レーザに対して正対することになる。しかし、実際には床面と移動機構１６に対応するタイヤとの摩擦、床面の不陸、移動機構１６に対応するタイヤの滑り、及び制御周期のタイミング等により誤差を生じることになる。

そこで、本実施形態では、床面作業ロボット１４の現在位置Ｒ_１（ｘ_１，ｙ_１）、姿勢α_１、及び現在位置Ｒ_１（ｘ_１，ｙ_１）と目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）との間の偏差（Δｘ，Δｙ）を次の手順（５）～（８）より求める。

手順（５）：
カメラ１４Ｂによって撮像された光拡散板２２の画像から、カメラ座標系における測距用レーザのスポット重心座標を算出した後、光拡散板２２の中心軸から測距用レーザのレーザスポットまでの距離ｄ_{ｓｐｏｔ１}を算出する。

図７（ａ）に示されるように、床面作業ロボット１４の現在位置Ｒ_１（ｘ_１，ｙ_１）と目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）とがずれている状況を考える。この場合、測距用レーザのレーザスポットは、spot1の位置となる。この状態において、レンズ歪み除去処理及び正対化処理後の光拡散板２２の画像は、図７（ｂ）に示されるようになる。この光拡散板２２の画像からカメラ座標系における測距用レーザのスポット重心座標を算出する。光拡散板２２の画像は正対化処理が施されているため、レーザスポット重心座標の値を取得し、光拡散板２２の中心軸からレーザスポットまでの距離ｄ_{ｓｐｏｔ１}を算出することができる。

手順（６）：
次に、レーザ装置１２は、レーザ装置１２の位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）から床面作業ロボット１４の光拡散板２２までの距離ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}を測定する。また、ロボット制御機器１４Ａは、レーザ装置１２の位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）から目標位置Ｔ_１までの距離ｒ_ｔ１を算出する。レーザ装置１２の位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）と目標位置Ｔ_１の座標は既知であるため、距離ｒ_ｔ１を算出することができる。

手順（７）：
図８（ａ）に示されるように、床面作業ロボット１４は、ペン描画装置１８を制御してＹ_Ｒ軸方向に、ペンホルダー１８Ｂとペン１８Ｃとカメラ１４Ｂとを距離ｄ_ｙだけ移動する。この場合、測距用レーザのレーザスポットは、spot2の位置となる。このとき、カメラ１４Ｂによって撮像される光拡散板２２の画像は、図８（ｂ）に示されるようになる。そして、床面作業ロボット１４は、カメラ座標系におけるレーザスポット重心座標を算出し、光拡散板の中心軸からレーザスポットまでの距離ｄ_{ｓｐｏｔ２}を算出する。

手順（８）：
手順（５）～（７）において算出又は測定された距離ｒ_ｔ１，距離ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}，距離ｄ_{ｓｐｏｔ１}，及び距離ｄ_{ｓｐｏｔ２}を用いてＲ_１（ｘ_１，ｙ_１），Δｘ，Δｙ，及び姿勢α_１を幾何的関係から算出する。

手順（９）：
手順（８）で算出された（Δｘ，Δｙ）を用いて、ペン描画装置１８の位置を制御することで次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）の床面上に任意の文字や図形を描くことができる。

手順（１）～（９）を繰り返すことにより、複数の目標位置の床面上に順次任意の文字や図形を描くことができる。

次に、図９～図１０を参照して、位置決めシステム１０の作用の詳細を説明する。位置決めシステム１０が起動すると、図９に示すシーケンスが実行される。

ステップＳ１００において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、目標位置記憶部１４１に格納された次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）を読み出す。

ステップＳ１０１において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１００で読み出された次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）に基づき、測距用レーザの照射方向θ_１を算出する。そして、ステップＳ１０１において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、ロボット通信部１４２を介して、照射方向θ_１をレーザ装置１２へ送信する。

ステップＳ１０２において、レーザ装置１２のレーザ通信部１２Ｂは、上記ステップＳ１０１で床面作業ロボット１４から送信された照射方向θ_１を受信する。そして、ステップＳ１０２において、レーザ装置１２のレーザ制御部１２Ａは、照射方向θ_１へ測距用レーザを照射するようにレーザ装置１２を制御する。これにより、照射方向θ_１へ測距用レーザが照射される。

ステップＳ１０４において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１０２で算出された測距用レーザの照射方向θ_１と、現在の目標位置Ｔ_０（ｘ_ｔ０，ｙ_ｔ０）に応じた照射方向θ_０と、現在の床面作業ロボット１４の姿勢α_０とに基づいて、幾何学的関係から、床面作業ロボット１４の旋回角度β_０を算出する。

ステップＳ１０６において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１０４で算出された旋回角度β_０と現在の床面作業ロボット１４の姿勢α_０とに基づいて、床面作業ロボット１４を角度（α_０＋β_０）だけ超信地旋回させるように、移動駆動モータ１４Ｃを制御する。これにより、移動駆動モータ１４Ｃから出力される動力に応じて移動機構１６が駆動し、床面作業ロボット１４は角度（α_０＋β_０）だけ超信地旋回する。

ステップＳ１０７において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１００で読み出された次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）と、現在の床面作業ロボット１４の位置Ｒ_０（ｘ_０，ｙ_０）とに基づいて、現在の床面作業ロボット１４の位置Ｒ_０（ｘ_０，ｙ_０）から次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）までの距離ｌ_１を算出する。

ステップＳ１０８において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、床面作業ロボット１４を次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）の方向へ移動させる。具体的には、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１０７で算出された距離ｌ_１を走行させるように移動駆動モータ１４Ｃを制御する。移動駆動モータ１４Ｃから出力される動力に応じて移動機構１６が駆動し、床面作業ロボット１４は次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）へ向けて移動する。そして、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１０７で算出された距離ｌ_１の走行が終了すると、床面作業ロボット１４を停止させるように、移動駆動モータ１４Ｃを制御する。

ステップＳ１０９において、レーザ装置１２の位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）と、次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）と、距離ｌ_１の走行前の床面作業ロボット１４の位置Ｒ_０（ｘ_０，ｙ_０）とに基づいて、角度γ₁を算出する。角度γ₁は、位置Ｒ_０（ｘ_０，ｙ_０）から位置Ｒ_１（ｘ_０，ｙ_０）までの直線と、位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）から次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）までの直線とが交差する角度であるため、容易に算出される。

ステップＳ１１０において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、レーザ装置１２から照射されたレーザ光と光拡散板２２の面とが交差するように光拡散板２２を回転させる。具体的には、ステップＳ１１０において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、床面作業ロボット１４を、上記ステップＳ１０９で算出された角度γ₁だけ超信地旋回させるように、移動駆動モータ１４Ｃを制御する。これにより、移動駆動モータ１４Ｃから出力される動力に応じて移動機構１６が駆動し、床面作業ロボット１４は角度γ₁だけ超信地旋回する。

ステップＳ１１２において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、床面作業ロボット１４が停止した位置において、光拡散板２２を撮像するようにカメラ１４Ｂを制御する。そして、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、カメラ１４Ｂによって撮像された光拡散板２２の画像を取得する。なお、このときの光拡散板２２の位置を第１の位置とする。

ステップＳ１１４において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１１２で取得された、光拡散板２２が第１の位置であるときに光拡散板２２に写った測距用レーザ光の位置spot1を算出する。具体的には、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、カメラ座標系における測距用レーザのスポット重心座標を、測距用レーザ光の位置spot1として算出する。そして、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、光拡散板２２に写った測距用レーザ光の位置に基づいて、カメラ座標系における光拡散板２２の中心軸から測距用レーザのレーザスポットまでの距離ｄ_{ｓｐｏｔ１}を算出する。

ステップＳ１１６において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、ロボット通信部１４２を介して、距離ｄ_{ｓｐｏｔ１}の算出が完了したことを表す制御信号をレーザ装置１２へ送信する。

次に図１０に示すステップＳ１１８において、レーザ装置１２のレーザ通信部１２Ｂは、上記ステップＳ１１６で床面作業ロボット１４から送信された制御信号を受信する。そして、ステップＳ１１８において、レーザ装置１２のレーザ制御部１２Ａは、レーザ装置１２から床面作業ロボット１４の光拡散板２２までの距離ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}を測定する。

ステップＳ１２０において、レーザ装置１２のレーザ制御部１２Ａは、上記ステップＳ１１８で算出された距離ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}を、レーザ通信部１２Ｂを介して床面作業ロボット１４へ送信する。

ステップＳ１２２において、床面作業ロボット１４のロボット通信部１４２は、上記ステップＳ１２０で送信された、距離ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}を受信する。

ステップＳ１２３において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、レーザ装置１２の位置Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）から目標位置Ｔ_１までの距離ｒ_ｔ１を算出する。

ステップＳ１２４において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、位置決め駆動モータ１４Ｄを制御して、Ｙ_Ｒ軸方向にペンホルダー１８Ｂと光拡散板２２とカメラ１４Ｂとを距離ｄ_ｙだけ移動させる。距離ｄ_ｙは予め設定される。

ステップＳ１２６において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、光拡散板２２を撮像するようにカメラ１４Ｂを制御する。そして、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、カメラ１４Ｂによって撮像された光拡散板２２の画像を取得する。なお、このときの光拡散板２２の位置を第２の位置とする。

ステップＳ１２８において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１２６で取得された、光拡散板２２が第２の位置であるときに光拡散板２２に写った測距用レーザ光の位置spot2を算出する。上記ステップＳ１１４と同様に、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、カメラ座標系における測距用レーザのスポット重心座標を、測距用レーザ光の位置spot2として算出する。そして、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、光拡散板２２に写った測距用レーザ光の位置に基づいて、カメラ座標系における光拡散板２２の中心軸から測距用レーザのレーザスポットまでの距離ｄ_{ｓｐｏｔ２}を算出する。

ステップＳ１３０において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１１４で得られた算出結果と上記ステップＳ１２８で得られた算出結果とを用いて、ペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃと次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）との間の位置関係を算出する。具体的には、ステップＳ１３０において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１２３でロボット通信部１４２により受信された距離ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}と、上記ステップＳ１２３で算出された距離ｒ_ｔ１と、上記ステップＳ１１４で得られた距離ｄ_{ｓｐｏｔ１}と、上記ステップＳ１２８で得られた距離ｄ_{ｓｐｏｔ２}と、ペンホルダー１８Ｂ、光拡散板２２、及びカメラ１４Ｂを移動させた距離ｄ_ｙと、照射方向θ_１とに基づいて、幾何的関係から、床面作業ロボット１４の位置Ｒ_１（ｘ_１，ｙ_１）、床面作業ロボット１４の姿勢α_１、及び位置関係の一例としての偏差（Δｘ，Δｙ）を算出する。

ステップＳ１３２において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１３０で算出された偏差（Δｘ，Δｙ）に基づいて、ペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃの位置を調整する。具体的には、ステップＳ１３２において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、上記ステップＳ１３０で算出された偏差（Δｘ，Δｙ）がゼロになるように位置決め駆動モータ１４Ｄを制御し、ペン描画装置１８を移動させる。これにより、次の目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）の直上にペン描画装置１８のペン１８Ｃが位置することになる。

ステップＳ１３４において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、ペン描画装置１８のうちのペンホルダー１８Ｂのペン上げ下げ機構（図示省略）を制御して、床面に墨出しを実行する。

ステップＳ１３６において、床面作業ロボット１４のロボット制御部１４０は、ロボット通信部１４２を介して、目標位置Ｔ_１（ｘ_ｔ１，ｙ_ｔ１）での墨出しが完了したことを表す制御信号をレーザ装置１２へ送信する。

レーザ装置１２のレーザ通信部１２Ｂが制御信号を受信すると、レーザ装置１２のレーザ制御部１２Ａは、ステップＳ１００に戻り、更に次の目標位置の情報を読み出す。そして、ステップＳ１０２～ステップＳ１３６の各処理によって順次墨出しが実行される。

以上説明したように、第１の実施形態では、レーザ光を目標位置へ向けて照射し、光拡散板２２と床面に対する作業を行うためのペン１８Ｃ及びペンホルダー１８Ｂとを含んで構成されるペン描画装置を備える床面作業ロボット１４のうちの、光拡散板２２が第１の位置であるときに光拡散板２２に写ったレーザ光の位置と、光拡散板２２が第２の位置であるときに光拡散板２２に写ったレーザ光の位置とに基づいて、ペン１８Ｃ及びペンホルダー１８Ｂと目標位置との間の位置関係を算出する。そして、第１の実施形態では、算出された位置関係に基づいて、ペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃの位置を調整する。これにより、移動体による作業の位置決めを簡易に行うことができる。また、システムが自動追尾機能を有しない場合であっても、移動体による作業の位置決めを簡易に行うことができる。

例えば、特許第5516204号公報に記載の技術は、移動体の位置及び姿勢の検出のために高価なトータルステーションが利用され、更に移動体の位置検出用のプリズムを複数備える必要がある。このため、プリズムの識別及び視準に時間を要するとともに全体システムを構築する際のコストがかかる。

これに対し、本実施形態では、トータルステーションに比べて安価な３次元レーザ測量機としてのレーザ装置を利用し、かつ位置関係を固定した光拡散板とカメラとを移動させることで、移動体の位置と姿勢とを計測する。これにより、プリズムを複数必要とせず、プリズムの視準及び識別といった処理も不要となるため、短時間での計測が可能になる。また、安価に位置決めシステムを構築することができる。

また、本実施形態の位置決めシステム１０は、光拡散板２２とカメラ１４Ｂの位置関係を変えずに移動させることで床面作業ロボット１４の位置と姿勢とを計測する。光拡散板２２とカメラ１４Ｂの移動機構は、ペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃの移動機構と共用されるため、位置決めシステムを複雑化させず、かつコストを抑制することができる。

［第２実施形態］

次に、第２実施形態に係る位置決めシステム１０について説明する。なお、第２実施形態に係る位置決めシステム１０の構成は、第１実施形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態では、複数の目標位置が存在する場合に、複数の目標位置の各々へ床面作業ロボット１４を移動させる際に、移動に要する時間と光拡散板２２を回転させるのに要する時間とを考慮して、複数の目標位置の各々の間の移動経路を設定する点が、第１実施形態と異なる。

本実施形態においては、墨出しを行う際に、床面作業ロボット１４の光拡散板２２をレーザ装置１２に対して略垂直になるように姿勢を制御する必要がある。このため、複数の目標位置が存在する場合には、墨出しを順次行う経路によっては姿勢制御のために多くの時間を費やす。しかし、墨出しを順次行う経路を適切に選択すれば、複数の目標位置への墨出しを効率化することができる。また、複数の目標位置への墨出しを効率化することは、床面作業ロボット１４のバッテリー消費の観点からも合理的である。

そこで、第２実施形態においては、複数の目標位置が存在する場合に、複数の目標位置の各々へ床面作業ロボット１４を移動させる際に、移動に要する時間と光拡散板２２を回転させるのに要する時間とを考慮して、床面作業ロボット１４の移動経路を設定する。

この場合、床面作業ロボット１４の現在位置から次の目標位置に移動して墨出しを行うためには、旋回、直進又は後退、及び再度の旋回の３つの動作をする必要がある。本実施形態では、これら一連の動作に要する時間をコストとして設定する。このコストは、現在位置を表す座標と、次の目標位置を表す座標と、床面作業ロボット１４の移動速度Ｖ、床面作業ロボット１４の旋回速度ω、レーザ装置１２の座標Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）が既知であれば算出できる。

具体的には、まず、床面作業ロボット１４のロボット制御機器１４Ａのロボット制御部１４０は、目標位置記憶部１４１に格納された複数の目標位置の各々を読み出す。そして、ロボット制御部１４０は、床面作業ロボット１４を、複数の目標位置の各々へ仮想的に移動させた際に要する時間をシミュレーションする。以下、シミュレーションについて詳しく説明する。

まず、ロボット制御部１４０は、現在位置を表す座標と、次の目標位置を表す座標と、現在の床面作業ロボット１４の姿勢と、床面作業ロボット１４の旋回速度ωとに基づいて、次の目標位置へ移動する際の旋回に要する時間を算出する。

次に、ロボット制御部１４０は、現在位置を表す座標と、次の目標位置を表す座標と、床面作業ロボット１４の移動速度Ｖとに基づいて、現在位置から次の目標位置への移動に要する時間を算出する。

次に、ロボット制御部１４０は、次の目標位置を表す座標と、現在の床面作業ロボット１４の姿勢と、レーザ装置１２の座標Ｐ（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）と、床面作業ロボット１４の旋回速度ωとに基づいて、レーザ装置１２から出力されるレーザ光と光拡散板２２の面とが略垂直に交差するように光拡散板２２を回転させるのに要する時間を算出する。

次に、ロボット制御部１４０は、移動に要する時間と、レーザ光と光拡散板２２の面とが略垂直交差するように光拡散板２２を回転させるのに要する時間との和を表す時間総和を算出する。そして、ロボット制御部１４０は、時間総和が小さくなるような複数の目標位置の各々の間の移動経路を設定する。

ロボット制御部１４０は、設定された移動経路に応じて、床面作業ロボット１４を移動させるように、移動駆動モータ１４Ｃを制御する。これにより、複数の目標位置に対する墨出しに要する時間が短くなるような移動経路に沿って墨出しがなされる。

第２実施形態に係る位置決めシステムの他の構成及び作用については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、第２実施形態の位置決めシステムは、複数の目標位置が存在する場合に、複数の目標位置の各々へ床面作業ロボット１４を移動させる際に、移動に要する時間とレーザ光と光拡散板２２の面とが交差するように光拡散板２２を回転させるのに要する時間との和を表す時間総和を算出し、当該時間総和が小さくなるような複数の目標位置の各々の間の移動経路を設定する。そして、第２実施形態の位置決めシステムは、設定された移動経路に応じて、床面作業ロボット１４を移動させる。これにより、複数の目標位置が存在する場合に、移動体による作業の位置決めを効率的に行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上記各実施形態では、位置決めシステムの構成が、図１及び図２に示されるような場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ロボット制御機器１４Ａは、床面作業ロボット１４に搭載せずに、外部装置として構成するようにしてもよい。また、目標位置記憶部１４１及びレーザ制御部１２Ａに関しても、レーザ装置１２に搭載せずに、外部装置として構成するようにしてもよい。この場合には、レーザ装置１２及び床面作業ロボット１４は、外部装置との間の通信処理によって制御が行われる。

また、上記各実施形態においては、床面作業部がペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ペンホルダー１８Ｂ及びペン１８Ｃを、床面への削孔装置又は床面へのピン打ち装置に変更するようにしてもよい。これにより、床面の穴あけ又はピン打ちを行うことができる。

また、上記ではプログラムが記憶部（図示省略）に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ及びマイクロＳＤカード等の記録媒体の何れかに記録されている形態で提供することも可能である。

１２ レーザ装置
１２Ａ レーザ制御部
１２Ｂ レーザ通信部
１２Ｘ 出力口
１４ ロボット制御機器
１４ 床面作業ロボット
１４Ａ ロボット制御機器
１４Ｂ カメラ
１４Ｃ 移動駆動モータ
１４Ｄ 位置決め駆動モータ
１６ 移動機構
１８ ペン描画装置
１８Ａ リニアステージ
１８Ｂ ペンホルダー
１８Ｃ ペン
２０ 支持フレーム
２２ 光拡散板
１４０ ロボット制御部
１４１ 目標位置記憶部
１４２ ロボット通信部

Claims (6)

1. 測距用レーザ光を目標位置へ向けて照射する照射工程と、
   光拡散板と床面に対する作業を行うための床面作業部とを含んで構成される作業機構を備える移動体のうちの、前記光拡散板が第１の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置と、前記光拡散板が第２の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置とに基づいて、前記床面作業部と前記目標位置との間の位置関係を算出する位置関係算出工程と、
   前記位置関係に基づいて、前記床面作業部の位置を調整する調整工程と、
   を含む位置決め方法。
2. 前記移動体を前記目標位置の方向へ移動させる移動工程を更に含み、
   前記位置関係算出工程では、前記移動体が停止した位置において、前記光拡散板が第１の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置と、前記光拡散板が第２の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置とに基づいて、前記位置関係を算出する、
   請求項１に記載の位置決め方法。
3. 前記照射工程によって照射された前記レーザ光と、前記光拡散板の面とが交差するように前記光拡散板を回転させる回転工程を更に含み、
   前記位置関係算出工程では、前記回転工程によって回転された前記光拡散板が第１の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置と、前記光拡散板が第２の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置とに基づいて、前記位置関係を算出する、
   請求項１又は請求項２に記載の位置決め方法。
4. 複数の前記目標位置が存在する場合であって、複数の前記目標位置の各々へ前記移動体を移動させる際に、前記移動に要する時間と前記レーザ光と前記光拡散板の面とが交差するように前記光拡散板を回転させるのに要する時間との和を表す時間総和を算出し、前記時間総和が小さくなるような複数の前記目標位置の各々の間の移動経路を設定する設定工程と、
   前記設定工程において設定された前記移動経路に応じて、前記移動体を移動させる移動工程と、を更に含む、
   請求項３に記載の位置決め方法。
5. 光拡散板と床面に対する作業を行うための床面作業部とを含んで構成され、かつ移動可能な作業機構と、
   前記光拡散板の画像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部によって撮像された前記光拡散板の画像に基づいて、前記光拡散板が第１の位置であるときに前記光拡散板に写ったレーザ光の位置と、前記光拡散板が第２の位置であるときに前記光拡散板に写った前記レーザ光の位置とを算出し、該算出結果を用いて前記床面作業部と前記レーザ光が照射された位置を表す目標位置との間の位置関係を算出し、前記位置関係に基づいて、前記床面作業部の位置を調整する制御部と、
   を備える移動体。
6. 測距用レーザ光を目標位置へ向けて照射するレーザ装置と、
   請求項５に記載の移動体と、
   を備える位置決めシステム。

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