JP7366735B2 - 位置計測システム、及び位置計測方法 - Google Patents

Description

本願発明は、自律走行する移動体の位置を計測する技術であり、より具体的には、自走可能な移動体の位置を同じく自走可能な別の移動体によって計測する位置計測システムと、これを用いた位置計測方法に関するものである。

近年、我が国では少子高齢化の進行もあって労働者不足が大きな問題となっている。平成３０年１２月に「出入国管理及び難民認定法（いわゆる入管法）」の改正法が成立したのも、国内の人材不足を改善するため外国人労働者を受け入れやすくするためといわれている。特に建設業では、２０２０年の東京オリンピックに関連する建設工事が急ピッチで進められているうえ、度重なる自然災害の発生により至るところで災害対策工事が行われており、慢性的な労働者不足に陥っている。そのため、これまでにも増して自動化施工への取り組みが積極的となり、簡易作業等を行うためのロボット化なども精力的に進められている。

建設作業用のロボットや、工場内の作業用ロボット、あるいは原子力発電所の内部など人が立ち入ることができない場所で任務を果たすロボットなどは、通常、目的とする場所までの移動を伴う。ロボットの移動は、２足歩行に限らず、タイヤやクローラ、あるいは飛行用の回転翼などが利用される。特にタイヤを利用して移動する場合は、いわゆる台車が利用されることが多い。目的の場所まで台車で移動するとともに、移動後は台車に搭載された種々の装置で所定の作業を行うわけである。例えば、台車に搭載されたカメラで画像を取得したり、台車に搭載された各種センサーで計測を行ったり、あるいは台車に搭載された器具で種々の作業（例えば溶接など）を行うことができる。

台車が移動する多くの場合、台車は無人の自走式とされ、すなわち指令された目的地まで台車が自律走行していく。そして台車を目的地に到達させるにあたっては、移動中の台車の現在位置（以下、「自位置」という。）が計測される。これにより自位置と目的地の関係から今後の経路を修正することができ、また目的地周辺に到達したことを把握できるわけである。

従来、自走式の台車の自位置を計測するにあたっては、屋外であれば衛星測位システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が利用され、屋内であれば様々な屋内測位手法が採用されていた。この屋内測位手法としては、無線ＬＡＮのアクセスポイントを利用する測位方法や、室内に電波発信機を配置して測位するＩＭＥＳ（Ｉｎｄｏｏｒ Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＬＥＤの高速点滅を信号として伝送する可視光通信を利用した測位方法、赤外線通信を利用した測位方法、あるいはレーザーセンサーや光学センサーによる計測を利用したＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）などが挙げられる。例えば特許文献１では、自走式検査装置が進行支障部に遭遇した際にＳＬＡＭの手法を利用して自位置を推定する技術について提案している。

特開２０１５－１６１５７７号公報

特許文献１に示すようなＳＬＡＭの手法を用いれば、自位置を計測できるうえ同時に環境地図も作成できるという長所がある反面、得られる自位置の精度が高くないという短所もある。一般的に、ＳＬＡＭの手法による自位置の精度はｃｍオーダーであって、ｍｍオーダーでは把握できないとされている。ところが、上記したように画像を取得したり、各種センサーで計測を行ったり、あるいは溶接等の作業を行ったりするケースでは、正確な位置に台車を設置する必要があり、そのためには相当に高い精度（例えばｍｍオーダー）で台車の位置を計測することが求められる。しかしながら、少なくともＳＬＡＭの手法のみではこのような要求には応えられない。

従来、台車など自走する物（以下、「移動体」という。）の位置を高い精度（例えばｍｍオーダー）で得取するには、トータルステーション（ＴＳ：Ｔｏｔａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ）が用いられていた。測量者が三脚を用いて基準点（座標が既知の点）にトータルステーションを設置し（据え）、移動体に搭載された測量用プリズム（ミラーやターゲットとも呼ばれる）を計測するわけである。このとき、自動追尾型のトータルステーションを利用すれば、人が操作することなく移動中の移動体（測量用プリズム）をトータルステーションが検出したうえで計測することができる。

ところが、屋内など障害物（例えば、コンクリート柱など）」という。）がある場所を移動体が自走するケースでは、この障害物に遮られることによって自動追尾型のトータルステーションでも測量用プリズムを検出することができず、その結果、移動体の位置を計測することができないことがある。また、移動体がトータルステーションから遠ざかるように自走するケースでは、やはり自動追尾型のトータルステーションでも測量用プリズムを検出することができなくなる。このような場合、測量用プリズムを検出することができない状態となった時点で、移動体を見通しやすい別の基準点に測量者がトータルステーションを据えることになる。しかしながら、これでは測量者の負担軽減につながらず、自走する作業用ロボットや自動追尾型トータルステーションを採用したとしてもその効果が半減することとなる。

そこで発明者らは、トータルステーションを移動させるという技術思想を想到した。すなわち、トータルステーションを自走台車などに搭載し、移動体（例えば作業用ロボット）の測量用プリズムを検出することができない状態となると、トータルステーション搭載台車を別の基準点まで自走させるわけである。これにより、測量者の手間を要することなく継続的に移動体（例えば作業用ロボット）の位置を計測できる。ただし、トータルステーション搭載台車が目的の基準点まで適切に移動し、しかもトータルステーションを基準点の位置に正確に配置するには、その自位置を取得する必要がある。しかしながら、トータルステーション搭載台車の位置を取得するため、他のトータルステーションに頼ると上記した障害物による遮蔽問題が解決されず、一方、ＳＬＡＭの手法によれば基準点の位置に高い精度（例えばｍｍオーダー）でトータルステーションを配置することができないという問題がある。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、移動体の測量用プリズムを検出することができない状態となっても、測量者の手間を要することなく継続的に移動体の位置を計測することができる位置計測システムと、これを用いた位置計測方法を提供することである。

本願発明は、例えば作業用ロボットなどの移動体の位置を計測する計測機器を移動させるという点、そして計測機器の位置と基準点との較差を画像によって把握するという点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。

本願発明の位置計測システムは、自走可能な第１移動体の位置を、自走可能な第２移動体によって計測するシステムであって、第１移動体と第２移動体を備えたものである。第１移動体は、反射体を有しており、一方の第２移動体は、計測機器と機器目印表示手段、画像取得手段を有している。なお、この計測機器は反射体を検出して反射体を計測するものであり、機器目印表示手段は「機器目印（計測機器の位置を表す目印）」を表示する手段であり、画像取得手段は取得する手段である。計測機器が反射体を検出しない領域に第１移動体が移動したとき、座標が既知の基準点まで第２移動体が移動し、第２移動体が基準点まで移動すると基準点と機器目印とを含む画像を画像取得手段が取得する。そして、計測機器によって計測された反射体の位置に基づいて、移動中の第１移動体の位置を求める。

本願発明の位置計測システムは、画像取得手段によって取得された画像に基づいて、機器目印と基準点との平面較差を求めるものとすることもできる。この場合、平面較差に応じて基準点の座標を補正したうえで第１移動体の位置を求める。

本願発明の位置計測システムは、第２移動体が基準点まで移動する期間は第１移動体が停止し、第２移動体が基準点周辺で停止した後に第１移動体が移動を再開するものとすることもできる。

本願発明の位置計測システムは、基準点選出手段をさらに備えたものとすることもできる。基準点選出手段は、複数設定された基準点の中から第２移動体が移動する基準点を選出する手段である。なお基準点選出手段は、あらかじめ用意された環境地図に基づいて、計測機器が第１移動体の反射体を検出し得る基準点を選出する。
第２移動体が基準点まで移動する期間は第１移動体が停止し、第２移動体が基準点周辺で停止した後に第１移動体が移動を再開する

本願発明の位置計測方法は、本願発明の位置計測システムを用いて自走可能な第１移動体の位置を計測する方法であって、初期計測工程と移設工程、画像取得工程、中間計測工程を備えた方法である。このうち初期計測工程では、第１の基準点（座標が既知の点）に計測機器が位置するように第２移動体を配置し、計測機器によって反射体を検出するとともにその反射体を計測し、反射体の位置に基づいて移動中の第１移動体の位置を求める。また移設工程では、計測機器が反射体を検出しない領域に第１移動体が移動したとき、第２の基準点（座標が既知の点）まで第２移動体を移動させる。画像取得工程では、第２移動体が第２の基準点まで移動すると、第２の基準点と機器目印表示手段によって表示された機器目印とを含む画像を画像取得手段によって取得する。そして中間計測工程では、第２の基準点まで移動した第２移動体の計測機器によって反射体を検出するとともにその反射体を計測し、反射体の位置に基づいて移動中の第１移動体の位置を求める。

本願発明の位置計測システム、及び位置計測方法には、次のような効果がある。
（１）移動体の測量用プリズムを検出することができない状態となっても、測量者の手間を要することなく継続的に移動体の位置を計測することができる。
（２）基準点の位置に正確に計測機器を配置する必要がないため、計測機器の移設（盛り替え）時間を大幅に短縮することができる。
（３）資機材の運搬や材料の取り付けといった種々の機能を移動体に持たせることによって作業の自動化を図ることができ、その結果、省力化につながり、また原子力発電所の内部など人が立ち入ることができない場所でも作業を行うことができる。

本願発明の位置計測システムを用いて、本願発明の位置計測方法を実施している状況を模式的に示すモデル図。 本願発明の位置計測システムの主な構成を示すブロック図。 （ａ）は第１移動体を示す側面図、（ｂ）は第１移動体を上方から見た平面図。 （ａ）は遮蔽手段が下方に位置することで「反射状態」となった反射体を示す側面図、（ｂ）は遮蔽手段が上方に移動することによって「非反射状態」となった反射体を示す側面図。 （ａ）は支柱の上方に位置することで「反射状態」となった反射体を示す側面図、（ｂ）は降下して支柱内に収められたことによって「非反射状態」となった反射体を示す側面図。 第２移動体を示す側面図。 機器目印と基準点を含む画像を模式的に示すモデル図。 位置計測システムの主な処理の流れを示すフロー図。 位置計測システムの主な処理を示すステップ図。 本願発明の位置計測方法の主な工程を示すフロー図。

本願発明の位置計測システム、及び位置計測方法の実施形態の例を図に基づいて説明する。

１．全体概要
図１は、本願発明の位置計測システム１００を用いて、本願発明の位置計測方法を実施している状況を模式的に示すモデル図である。この図に示すように本願発明は、例えば作業用ロボットなど自走する移動体の位置を、同じく自走する移動体によって計測することをひとつの特徴としている。ここでは自走する２つの移動体を区別するため、その位置が計測される移動体（例えば作業用ロボットなど）のことを「第１移動体１１０」、第１移動体１１０の位置を計測する移動体のことを「第２移動体１２０」ということとする。

この第１移動体１１０には、測量用プリズムといった反射体が搭載され、一方の第２移動体１２０には、トータルステーションなどの計測機器が搭載されており、第２移動体１２０の計測機器が第１移動体１１０の反射体を計測することによって、第１移動体１１０の位置を求める。計測機器で反射体を計測するにあたっては、あらかじめ設定された基準点（座標既知）に計測機器が位置するように（据えられるように）第２移動体１２０を配置し、さらに参照点ＰＲ（座標既知）を視準することで、計測機器の位置と方向を設定しておく。なお、第１移動体１１０は例えば指定された目的地（作業場所など）まで移動し、すなわち第２移動体１２０の計測機器は移動中の第１移動体１１０の反射体を計測することになる。そのため第２移動体１２０の計測機器は、反射体を自動的に追尾する自動追尾式のトータルステーションなどを採用するとよい。

計測機器が反射体を計測している間、第２移動体１２０は基準点上で固定されており、これに対して第１移動体１１０は計測機器による計測中も移動している。このような状況では、第１移動体１１０が障害物に隠れてしまい第２移動体１２０からは見えない状態となることもある。例えば図１では、第１移動体１１０が移動する領域内（室内）に複数のコンクリート柱ＣＰがあり、このコンクリート柱ＣＰの背後に第１移動体１１０が移動すると第２移動体１２０からは見えない状態となるため、計測機器が反射体を検出できなくなり、その結果、第１移動体１１０の位置が求められなくなる。

そこで本願発明は、このような状態になったときに第２移動体１２０を別の基準点まで移動させることとした。すなわち、計測機器が反射体を検出しない領域（以下、便宜上ここでは「不可視領域」という。）に第１移動体１１０が移動したとき、第２移動体１２０を別の基準点まで移動させ、改めて参照点ＰＲを視準したうえで、計測機器が反射体を検出して計測するわけである。したがって第２移動体１２０は、そこに計測機器を据えれば反射体を検出することができる基準点まで移動する。このような第２移動体１２０の移動は、例えばコンピュータを利用した制御装置１３０によって制御され、また目的地までの第１移動体１１０の移動もこの制御装置１３０によって制御される。

２．位置計測システム
本願発明の位置計測システム１００の例を、図に基づいて説明する。なお、本願発明の位置計測方法は、本願発明の位置計測システムを用いて計測する方法であり、したがってまずは本願発明の位置計測システムについて説明し、その後に本願発明の位置計測方法について説明することとする。

図２は、本願発明の位置計測システム１００の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように位置計測システム１００は、第１移動体１１０と第２移動体１２０を含んで構成され、さらに制御装置１３０を含んで構成することもできる。また第１移動体１１０は、反射体１１１や遮蔽手段１１２、第１測位手段１１３、第１自走台車１１４を含んで構成され、第２移動体１２０は、計測機器１２１や機器目印表示手段１２２、画像取得手段１２３、第２自走台車１２４、第２測位手段１２５を含んで構成され、制御装置１３０は、基準点選出手段１３１や反射体制御手段１３２、位置特定手段１３３、姿勢特定手段１３４、移動制御手段１３５、移動情報記憶手段１３６、環境地図記憶手段１３７を含んで構成される。

（第１移動体）
第１移動体１１０は、図２に示すように第１自走台車１１４に反射体１１１を設置したものであり、さらに遮蔽手段１１２や第１測位手段１１３を設置したものとすることもできる。図３は、第１移動体１１０を説明する図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）は上方から見たその平面図である。図３（ａ）に示す反射体１１１は、支柱１１５を介して第１自走台車１１４の上部に設置されており、第１測位手段１１３もやはり第１自走台車１１４の上部に設置されているが、それぞれ所定の機能を果たすことができれば設置位置は任意に設計することができる。

反射体１１１は、測量用プリズム（ミラーやターゲットとも呼ばれる）などを利用することができ、第１移動体１１０が自走している間も第２移動体１２０の計測機器１２１によって追尾することができるように、特に全周囲反射型の測量用プリズムを採用するとよい。なお図３（ａ）では、第１自走台車１１４の上部に設置された支柱１１５上に反射体１１１を配置しているが、計測機器１２１から視準できる状況であれば、第１自走台車１１４の上に直接、反射体１１１を設置してもよい。また第１自走台車１１４には、複数（図３では４個）の反射体１１１を設置してもよいし、１の反射体１１１を設置してもよい。ただし、第１移動体１１０（第１自走台車１１４）の姿勢を把握する場合は、１直線上に並ばないように３以上の反射体１１１を配置する必要がある。

第１自走台車１１４は、蓄電池やエンジン等を動力とする自走（無人走行）式である。なお、図３（ｂ）では車輪を回転させる仕組みとしているが、円盤状の車輪のほか球状の車輪を採用することもできるし、あるいはクローラなど他の手段を採用してもよい。

第１測位手段１１３は、移動中における第１移動体１１０の自位置を計測するものであり、例えばレーザーセンサーを利用することができる。第１測位手段１１３としてレーザーセンサーを用いる場合は、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）によって自位置を計測するとよい。そのほか、第１移動体１１０の自位置を計測する手法としては、屋内であれば画像を用いたＳＬＡＭや、無線ＬＡＮのアクセスポイントを利用する測位方法、室内に電波発信機を配置して測位するＩＭＥＳ、ＬＥＤの高速点滅を信号として伝送する可視光通信を利用した測位方法、赤外線通信を利用した測位方法、屋外であれば衛星測位システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）など、従来用いられている様々な測位方法を採用することができる。

既述したとおり第２移動体１２０の計測機器１２１は、自動追尾型のトータルステーションなどを採用するとよい。ところで、図３に示すように複数の反射体１１１が第１移動体１１０に設置されている場合、計測機器１２１は、どの反射体１１１を視準すべきか、あるいは視準した反射体１１１はどれか、を特定することができない。そこで、第１移動体１１０に複数の反射体１１１が設置されている場合は、制御装置１３０の反射体制御手段１３２が、１の反射体１１１のみを「計測機器１２１による計測が可能となる状態（以下、「反射状態」という。）」とし、他の反射体１１１は「計測機器１２１による計測が不可となる状態（以下、「非反射状態」という。）」とする仕様にするとよい。以下、図３を参照しながら具体的に説明する。

まず反射体制御手段１３２が、反射体１１１ａを「反射状態」、他の反射体１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを「非反射状態」とした状態で、計測機器１２１が反射体１１１ａを視準して計測する。次いで、反射体制御手段１３２が、反射体１１１ｂを「反射状態」、他の反射体１１１ａ、１１１ｃ、１１１ｄを「非反射状態」とした状態で、計測機器１２１が反射体１１１ｂを視準して計測する。このように、繰り返し反射体１１１ａ～１１１ｄを「反射状態」としつつ他の反射体１１１を「非反射状態」としながら、計測機器１２１がそれぞれ「反射状態」の反射体１１１を視準して計測していく。なお、反射体制御手段１３２が反射体１１１（例えば、反射体１１１ａ）を「反射状態」に制御した時刻と、計測機器１２１が反射体１１１（例えば、反射体１１１ａ）を視準した時刻とを関連付けて（つまり同期して）記憶すれば、計測機器１２１が視準した反射体１１１を特定することができる。

反射体１１１は、反射体制御手段１３２が遮蔽手段１１２を操作することによって、「反射状態」とし、「非反射状態」とすることができる。図４は、遮蔽手段１１２を上下することによって反射体１１１の状態を変化させる状況を示す側面図である。図４（ａ）では、遮蔽手段１１２が下方に位置することで反射体１１１は「反射状態」とされ、図４（ｂ）では、反射体制御手段１３２が遮蔽手段１１２を上方に移動させたことによって反射体１１１が「非反射状態」とされている。

図５は、反射体１１１そのものが上下することによって反射体１１１の状態を変化させる状況を示す側面図である。図５（ａ）では、反射体１１１が支柱１１５の上方に位置することで反射体１１１は「反射状態」とされ、図５（ｂ）では、反射体制御手段１３２が反射体１１１を降下させて支柱１１５内に収めたことによって反射体１１１が「非反射状態」とされている。すなわち図５では、支柱１１５が遮蔽手段１１２を兼用するわけである。なお、図４や図５に示す例のほか、反射体１１１を倒すことで「非反射状態」とするなど、種々の手法で反射体１１１の状態（反射状態／非反射状態）を変更することができる。

また、複数の反射体１１１が第１移動体１１０に設置されている場合、計測機器１２１から見て手前側の反射体１１１が障壁となって、後方の反射体１１１を視準することができないことも考えられる。この場合、図３（ａ）に示すように、反射体１１１の設置高さ（第１自走台車１１４や床面からの高さ）をそれぞれ異なる高さにするとよい。例えば、計測機器１２１からの相対距離が変わらないときは、計測機器１２１に近い方の反射体１１１（図３では反射体１１１ａと１１１ｂ）を低い設置高さとし、計測機器１２１から遠い方の反射体１１１（図３では反射体１１１ｃと１１１ｄ）を高い設置高さとする。また同様の理由から、図３（ｂ）に示すように、計測機器１２１に近い方の反射体１１１（図３では反射体１１１ａと１１１ｂ）を第１自走台車１１４の内側に配置し、計測機器１２１から遠い方の反射体１１１（図３では反射体１１１ｃと１１１ｄ）を第１自走台車１１４の外側に配置するとよい。

（第２移動体）
第２移動体１２０は、図２に示すように第２自走台車１２４に計測機器１２１と機器目印表示手段１２２、画像取得手段１２３を設置したものであり、さらに第２測位手段１２５を設置したものとすることもできる。図６は、第２移動体１２０を説明する側面図である。この図６の例では、計測機器１２１と第２測位手段１２５が第２移動体１２０の上部に設置されており、機器目印表示手段１２２と画像取得手段１２３が第２移動体１２０の内部に設置されているが、それぞれ所定の機能を果たすことができれば設置位置は任意に設計することができる。

計測機器１２１は、第１移動体１１０の反射体１１１や参照点ＰＲを視準して距離や角度を計測するものであり、トータルステーション（ＴＳ）を好適に利用することができる。特に、第１移動体１１０が自走している間も反射体１１１を検出して視準することから自動追尾式トータルステーションの採用が望ましく、また自動整準機能を備えたものが好適である。

第２自走台車１２４は、第１自走台車１１４と同様、蓄電池やエンジン等を動力とする自走（無人走行）式であり、円盤状の車輪のほか球状の車輪を採用することもできるし、あるいはクローラなど他の手段を採用してもよい。

第２測位手段１２５は、移動中における第２移動体１２０の自位置を計測するものであり、第１測位手段１１３と同様、例えばレーザーセンサーを利用することができる。第２測位手段１２５としてレーザーセンサーを用いる場合は、ＳＬＡＭによって自位置を計測するとよい。そのほか、第２移動体１２０の自位置を計測する手法としては、屋内であれば画像を用いたＳＬＡＭや、無線ＬＡＮのアクセスポイントを利用する測位方法、室内に電波発信機を配置して測位するＩＭＥＳ、ＬＥＤの高速点滅を信号として伝送する可視光通信を利用した測位方法、赤外線通信を利用した測位方法、屋外であれば衛星測位システム（ＧＮＳＳ）など、従来用いられている様々な測位方法を採用することができる。

機器目印表示手段１２２は、計測機器１２１の中心位置を表すマーク（以下、「機器目印ＭＫ」という。）を表示するものであり、例えばレーザーを照射する装置や、他の光（ＬＥＤなど）を照射する装置、あるいは墨やペンキを滴下する装置などを利用することができる。つまり、図６に示すように、計測機器１２１の中心位置を機器目印ＭＫとして床面などに表示するわけである。この機器目印表示手段１２２は、機器目印ＭＫを表示するため、計測機器１２１の中心とその平面位置が一致するように設置するとよい。図６の例では、レーザー照射装置を利用した機器目印表示手段１２２が、計測機器１２１中心の直下に配置され、しかも鉛直下向きにレーザーＬＳを照射する仕様としている。これにより、自動整準機能によって水平姿勢とされた計測機器１２１の中心位置から、床面に対してレーザーＬＳが鉛直下向きに照射され、その結果、計測機器１２１の中心位置が機器目印ＭＫ（レーザーＬＳの反射点）として床面にいわば再現されるわけである。なお機器目印表示手段１２２は、機器目印ＭＫを常時表示する仕様にすることもできるし、後述する画像取得手段１２３が画像を取得するタイミングで機器目印ＭＫを表示する仕様にすることもできる。

画像取得手段１２３は、図７に示すように機器目印ＭＫと基準点ＰＳを含む画像ＩＭを取得するものであり、従来用いられているデジタルカメラやデジタルビデオ、あるいはスマートフォンを含む種々の携帯端末などを利用することができる。図７は、画像取得手段１２３によって取得された画像ＩＭであって、機器目印ＭＫと基準点ＰＳを含む画像ＩＭを模式的に示すモデル図である。

既述したとおり、第１移動体１１０が不可視領域に移動すると、第２移動体１２０は別の基準点ＰＳまで移動する。このとき第２移動体１２０は、第２測位手段１２５によって自位置を計測しながら目的の基準点ＰＳまで自律走行することになる。しかしながら、例えばＳＬＡＭによって自位置を計測する場合、その位置精度が比較的高くない（ｃｍオーダー）ため、基準点ＰＳと計測機器１２１の中心位置が一致するように第２移動体１２０を配置する（停止させる）ことは極めて困難である。したがって、第２移動体１２０が自律走行によって目的の基準点ＰＳまで移動したとしても、図７に示すように機器目印ＭＫと基準点ＰＳには較差（ずれ）が生じる。

機器目印ＭＫと基準点ＰＳに較差が生じたとしても、その較差を把握すれば計測機器１２１による計測は継続することができる。すなわち、機器目印ＭＫと基準点ＰＳとの較差に基づいて基準点ＰＳの平面座標を補正したうえで、つまり機器目印ＭＫの位置（計測機器１２１の中心）の座標を求めたうえで、第１移動体１１０の反射体１１１を計測するわけである。図７の例では、機器目印ＭＫと基準点ＰＳとの間には、Ｘ軸方向に△ｘ，Ｙ軸方向に△ｙの較差が生じており、画像ＩＭから読み取った△ｘ，△ｙと基準点ＰＳの平面座標によって計測機器１２１の中心位置を求めることができる。あるいは、△ｘ，△ｙだけさらに第２移動体１２０を移動させてもよい。

このように機器目印ＭＫと基準点ＰＳとの較差（△ｘ，△ｙ）を画像ＩＭから読み取るには、画像ＩＭは正射画像とされるのが望ましい。ところが、画像取得手段１２３によって上方から画像ＩＭを取得しようとすると、画像取得手段１２３が障壁となって機器目印ＭＫが床面などに表示されないこともある。このような場合、図６に示すようにハーフミラー１２６を利用するとよい。ハーフミラー１２６はレーザーＬＳを透過させることから、床面に機器目印ＭＫが表示され、しかもハーフミラー１２６は床面にある基準点ＰＳと表示された機器目印ＭＫを反射する。これにより、画像取得手段１２３がハーフミラー１２６の反射画面を撮影することによって（いわばハーフミラー１２６を介して）、床面の基準点ＰＳと機器目印ＭＫを含む画像ＩＭを取得することができるわけである。なお、画像取得手段１２３の設置姿勢（図６では略水平）とハーフミラー１２６の設置姿勢は、正射画像の画像ＩＭを取得することができるように適宜設計して設定することができる。

（制御装置）
制御装置１３０は、図２に示すように基準点選出手段１３１や反射体制御手段１３２、位置特定手段１３３、姿勢特定手段１３４、移動制御手段１３５、移動情報記憶手段１３６、環境地図記憶手段１３７を含んで構成される。このうち移動制御手段１３５は、移動情報記憶手段１３６から移動情報（移動経路を含む）を読み出し、その移動情報に基づいて第１移動体１１０（第１自走台車１１４）を指定された目的地（作業場所など）まで移動させる手段である。また移動制御手段１３５は、第１移動体１１０が不可視領域に移動したときに、第２移動体１２０を別の基準点ＰＳまで移動させる。

基準点選出手段１３１は、第１移動体１１０が不可視領域に移動したときに第２移動体１２０が移動すべき別の基準点ＰＳを選出する手段である。基準点選出手段１３１が基準点ＰＳを選出するにあたっては、第１移動体１１０が移動する領域（例えば図１に示す室内）の地図（以下、「環境地図」という。）を環境地図記憶手段１３７から読み出し、この環境地図と第１移動体１１０の自位置に基づいて、「そこに計測機器１２１を据えれば反射体１１１を検出することができる基準点ＰＳ」を選出する。具体的には、環境地図に記録されたコンクリート柱ＣＰなどの障害物と、第１移動体１１０の自位置に基づいて、環境地図に記録された複数の基準点ＰＳの中から適切な基準点ＰＳを選出する。そのため、計測機器１２１あるいは第１測位手段１１３によって得られた第１移動体１１０の自位置は、移動中も制御装置１３０に随時送信される仕様にするとよい。

既述したとおり反射体制御手段１３２は、１の反射体１１１のみを反射状態とし、他の反射体１１１を非反射状態とする手段である。位置特定手段１３３は、計測機器１２１が計測した反射体１１１の座標から第１移動体１１０の位置を特定する手段である。例えば、第１移動体１１０に１の反射体１１１が設置されている場合は、その反射体１１１の座標（あるいは、あらかじめ設定されたセットオフによる座標）を第１移動体１１０の位置として特定し、第１移動体１１０に複数の反射体１１１が設置されている場合は、複数の反射体１１１の位置から算出される座標（例えば複数反射体１１１の中心）を第１移動体１１０の位置として特定する。また姿勢特定手段１３４は、１直線上に並ばないように配置された３以上の反射体１１１の位置から算出される座標に基づいて、第１移動体１１０（第１自走台車１１４）の姿勢（ω，φ，κ）を特定する手段である。具体的には、３以上の反射体１１１の座標に基づいて第１移動体１１０（第１自走台車１１４）を構成する平面（例えば上面や下面）上にある３以上の点の座標を求め（例えば図３（ａ）に示すケースでは支柱１１５分の高さを差し引く等）、これら平面上の点から平面の一般式を決定し、その平面の傾きを第１移動体１１０（第１自走台車１１４）の姿勢として特定する。

制御装置１３０を構成する基準点選出手段１３１や反射体制御手段１３２、位置特定手段１３３、姿勢特定手段１３４、移動制御手段１３５は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や、ｉＰａｄ（登録商標）といったタブレット型ＰＣ、スマートフォンを含む携帯端末などによって構成することができる。コンピュータ装置は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリを具備しており、さらにマウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを含むものもある。

また制御装置１３０を構成する移動情報記憶手段１３６や環境地図記憶手段１３７は、汎用的コンピュータの記憶装置を利用することもできるし、データベースサーバに構築することもできる。データベースサーバに構築する場合、ローカルなネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に置くこともできるし、インターネット経由（つまり無線通信）で保存するクラウドサーバとすることもできる。

なお制御装置１３０は、第１移動体１１０に構築することもできるし、第２移動体１２０に構築することもできるし、あるいは第１移動体１１０や第２移動体１２０とは異なる場所に構築することもできる。第１移動体１１０や第２移動体１２０とは異なる場所に制御装置１３０を構築する場合は、制御装置１３０と第１移動体１１０、制御装置１３０と第２移動体１２０の間で、それぞれ情報（データ）の送受信を行うための無線通信手段（状況によっては有線通信手段）を設けるとよい。

（使用例）
図８と図９を参照しながら、本願発明の位置計測システム１００の使用例について説明する。図８は、位置計測システム１００の主な処理の流れを示すフロー図であり、図９は、位置計測システム１００の主な処理を示すステップ図である。なお図８では、左列に第１移動体１１０が実施する処理（行為）を示し、右列に第２移動体１２０が実施する処理（行為）を示している。

はじめに、図９（ａ）に示すようにあらかじめ定められた基準点ＰＳ（以下、「第１基準点ＰＳ１」という。）に、計測機器１２１の中心が位置するように第２移動体１２０を配置し、参照点ＰＲを視準することで、計測機器１２１の位置と方向を設定しておく。このとき、第１基準点ＰＳ１と計測機器１２１の中心位置が一致するように第２移動体１２０を配置してもよいし、第２移動体１２０を第１基準点ＰＳ１周辺の概ねの位置に配置することもできる。第２移動体１２０を概略位置に配置した場合、計測機器１２１によって機器目印ＭＫを表示し、画像取得手段１２３によって機器目印ＭＫと基準点ＰＳを含む画像ＩＭを取得するとともに、機器目印ＭＫと基準点ＰＳとの較差（△ｘ，△ｙ）に基づいて基準点ＰＳの平面座標を補正する。

第２移動体１２０を第１基準点ＰＳ１に配置すると、第１移動体１１０が移動を開始する（Ｓｔｅｐ１０１）。より詳しくは、移動制御手段１３５が移動情報記憶手段１３６から移動情報を読み出し、その移動情報に基づいて第１移動体１１０（第１自走台車１１４）を目的地（作業場所など）まで移動させる。また制御装置１３０は、計測機器１２１による計測を開始するよう制御する（Ｓｔｅｐ２０１）。第１移動体１１０が移動している間、計測機器１２１は連続的（あるいは、定期的、断続的）に移動中の第１移動体１１０の反射体１１１を検出しながらその位置を求める。そして、反射体１１１の座標を受け取った位置特定手段１３３が第１移動体１１０の位置を特定し、姿勢特定手段１３４が第１移動体１１０（第１自走台車１１４）の姿勢を特定する。

図９（ｂ）に示すように第１移動体１１０が不可視領域に進入すると（Ｓｔｅｐ１０２）、第１移動体１１０が不可視領域にある状態（以下、「不可視状態」という。）を制御装置１３０が認識する。不可視状態であることを制御装置１３０が認識するにあたっては、環境地図と第１基準点ＰＳ１に基づいて「第１基準点ＰＳ１に係る不可視領域」をあらかじめ設定しておき、その不可視領域に第１移動体１１０が進入した時点で不可視状態と認識することができる。この場合、基準点ＰＳごとに不可視領域を設定し、この「各基準点ＰＳに係る不可視領域」は移動情報記憶手段１３６に記憶させておくとよい。なお第１移動体１１０の自位置は、計測機器１２１よって得られた第１移動体１１０の位置とすることもできるし、あるいは第１測位手段１１３によって得られた第１移動体１１０の自位置とすることもできる。また、「各基準点ＰＳに係る不可視領域」を設定する仕様に代えて（あるいは加えて）、計測機器１２１によって反射体１１１を検出することができない状態となった時点で不可視状態と認識する仕様としてもよい。

制御装置１３０が不可視状態を認識すると、移動制御手段１３５が第１移動体１１０（第１自走台車１１４）を停止させ（Ｓｔｅｐ１０３）、第２移動体１２０が移動すべき次の基準点ＰＳ（以下、「第２基準点ＰＳ２」という。）を基準点選出手段１３１が選出するとともに、図９（ｃ）に示すように移動制御手段１３５が第２移動体１２０（第２自走台車１２４）を第２基準点ＰＳ２まで移動させる（Ｓｔｅｐ２０２）。なお、基準点選出手段１３１が第２基準点ＰＳ２を選出する仕様に代えて（あるいは加えて）、環境地図と第１基準点ＰＳ１に基づいて「第１基準点ＰＳ１に係る第２基準点ＰＳ２」をあらかじめ設定しておく仕様としてもよい。この場合、基準点ＰＳごとに次に移動すべき基準点ＰＳを設定し、この「各基準点ＰＳに係る移動すべき基準点ＰＳ」は移動情報記憶手段１３６に記憶させておくとよい。また、第１移動体１１０が第１基準点ＰＳ１から第２基準点ＰＳ２まで移動する経路は、あらかじめ設定しておくこともできるし、その都度、移動制御手段１３５が空間演算することによって設定することもできる。

第２移動体１２０（第２自走台車１２４）が、自位置を取得しながら第２基準点ＰＳ２まで移動すると、移動制御手段１３５が第２移動体１２０（第２自走台車１２４）を停止させる（Ｓｔｅｐ２０３）。ただし既述したとおり、ＳＬＡＭ等による自位置の計測はその位置精度が比較的高くない（ｃｍオーダー）ため、第２基準点ＰＳ２と計測機器１２１中心に較差（ずれ）が生じた状態で第２移動体１２０は停止する。そして画像取得手段１２３が、第２基準点ＰＳ２と機器目印表示手段１２２によって表示された機器目印ＭＫを含む画像ＩＭを取得する（Ｓｔｅｐ２０４）とともに、画像ＩＭから読み取った機器目印ＭＫと基準点ＰＳとの較差（△ｘ，△ｙ）に基づいて第２基準点ＰＳ２の平面座標を補正する（Ｓｔｅｐ２０５）。あるいは、移動制御手段１３５が△ｘ，△ｙだけさらに第２移動体１２０（第２自走台車１２４）を移動させてもよい。

計測機器１２１が第２基準点ＰＳ２周辺に配置されると、参照点ＰＲを視準することで計測機器１２１の方向を設定する（Ｓｔｅｐ２０６）。このとき、第１基準点ＰＳ１上で計測機器１２１が参照した参照点ＰＲを利用することもできるし、第２基準点ＰＳ２専用として設けられた別の参照点ＰＲを利用することもできる。あるいは、各基準点ＰＳから共通して視準できるような標準的な参照点ＰＲを（例えば天井面などに）設置したうえで、この標準的な参照点ＰＲを視準してもよい。なお、計測機器１２１が参照点ＰＲを視準するにあたっては。制御装置１３０が第２基準点ＰＳ２と視準する参照点ＰＲに基づいてその方向を求めたうえで計測機器１２１を制御する仕様とすることもできるし、計測機器１２１が視準すべき参照点ＰＲを自動追尾する仕様とすることもできる。計測機器１２１が参照点ＰＲを自動追尾する場合、計測機器１２１による自動追尾が可能な参照点ＰＲを設置するとよい。

計測機器１２１の位置と方向が設定されると、再び移動制御手段１３５が第１移動体１１０（第１自走台車１１４）を移動させ（Ｓｔｅｐ１０１）、制御装置１３０が、再び計測機器１２１による計測を開始するよう制御する（Ｓｔｅｐ２０１）。そして、また第１移動体１１０が不可視領域に進入すると（Ｓｔｅｐ１０２）、制御装置１３０が不可視状態を認識し、第１移動体１１０の停止（Ｓｔｅｐ１０３）、移動体１２０の移動（Ｓｔｅｐ２０２）～参照点ＰＲの視準（Ｓｔｅｐ２０６）が繰り返し行われる。

３．位置計測方法
続いて、本願発明の位置計測方法について図１０を参照しながら説明する。なお、本願発明の位置計測方法は、ここまで説明した位置計測システム１００を用いて計測を行う方法であり、したがって位置計測システム１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明位置計測方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「２．位置計測システム」で説明したものと同様である。

図１０は、本願発明の位置計測方法の主な工程を示すフロー図である。まず、図９（ａ）に示すように第１基準点ＰＳ１に、計測機器１２１の中心が位置するように第２移動体１２０を配置し、参照点ＰＲを視準することで、計測機器１２１の位置と方向を設定しておく。そして、第１移動体１１０が移動している間、計測機器１２１によって連続的（あるいは、定期的、断続的）に移動中の第１移動体１１０の反射体１１１を検出しながらその位置を求めるとともに、第１移動体１１０の位置や姿勢を特定する（初期計測工程：Ｓｔｅｐ１０）。

制御装置１３０が不可視状態を認識すると、第１移動体１１０が停止し、移動すべき次の第２基準点ＰＳ２まで第２移動体１２０が移動する（移設工程：Ｓｔｅｐ２０）。そして画像取得手段１２３によって第２基準点ＰＳ２と機器目印ＭＫを含む画像ＩＭを取得する（画像取得工程：Ｓｔｅｐ３０）とともに、画像ＩＭから読み取った機器目印ＭＫと基準点ＰＳとの較差（△ｘ，△ｙ）に基づいて第２基準点ＰＳ２の平面座標を補正する。また、第２基準点ＰＳ２上に設置された計測機器１２１から参照点ＰＲを視準することで、計測機器１２１の方向を設定する。

計測機器１２１の位置と方向を設定すると、第１移動体１１０が再び移動を開始するとともに、計測機器１２１によって第１移動体１１０の反射体１１１を計測していく（中間計測工程：Ｓｔｅｐ４０）。そして、また第１移動体１１０が不可視領域に進入すると、移設工程（Ｓｔｅｐ２０）～中間計測工程（Ｓｔｅｐ４０）が繰り返し行われる。

本願発明の位置計測システム、及び位置計測方法は、カメラを搭載した自走台車や、計測用センサーを搭載した自走台車、溶接器具を搭載した自走台車といった自走台車の位置計測に特に有効に利用することができる。本願発明によれば、我が国の喫緊の課題である労働者不足の改善につながるとともに、原子力発電所の内部など人が立ち入ることができない場所での作業を前進させることができることを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

１００ 本願発明の位置計測システム
１１０ （位置計測システムの）第１移動体
１１１ （第１移動体の）反射体
１１２ （第１移動体の）遮蔽手段
１１３ （第１移動体の）第１測位手段
１１４ （第１移動体の）第１自走台車
１１５ （第１移動体の）支柱
１２０ （位置計測システムの）第２移動体
１２１ （第２移動体の）計測機器
１２２ （第２移動体の）機器目印表示手段
１２３ （第２移動体の）画像取得手段
１２４ （第２移動体の）第２自走台車
１２５ （第２移動体の）第２測位手段
１２６ （第２移動体の）ハーフミラー
１３０ （位置計測システムの）制御装置
１３１ （制御装置の）基準点選出手段
１３２ （制御装置の）反射体制御手段
１３３ （制御装置の）位置特定手段
１３４ （制御装置の）姿勢特定手段
１３５ （制御装置の）移動制御手段
１３６ （制御装置の）移動情報記憶手段
１３７ （制御装置の）環境地図記憶手段
ＣＰ コンクリート柱
ＩＭ 画像
ＬＳ レーザー
ＭＫ 機器目印
ＰＲ 参照点
ＰＳ 基準点
ＰＳ１ 第１基準点
ＰＳ２ 第２基準点
ＰＳ３ 第３基準点

Claims (6)

1. 自走可能な第１移動体の位置を、自走可能な第２移動体によって計測するシステムであって、
   反射体を有する前記第１移動体と、
   前記反射体を検出して該反射体を計測する計測機器と、該計測機器の中心位置を表す機器目印を表示する機器目印表示手段と、画像を取得する画像取得手段と、を有する前記第２移動体と、を備え、
   前記計測機器が前記反射体を検出しない領域に、前記第１移動体が移動したとき、座標が既知の基準点まで前記第２移動体が移動し、
   前記第２移動体が前記基準点まで移動すると、該基準点と、前記機器目印表示手段によって表示された前記機器目印と、を含む前記画像を前記画像取得手段が取得し、
   前記画像取得手段によって取得された前記画像に基づいて前記機器目印と前記基準点との平面較差を求めるとともに、該平面較差に応じて該基準点の座標を補正して前記計測機器の中心位置を求めたうえで、前記計測機器によって計測された前記反射体の位置に基づいて、移動中の前記第１移動体の位置を求める、
   ことを特徴とする位置計測システム。
2. 前記機器目印表示手段は、レーザー光を含む光を照射することによって、前記機器目印を表示する、
   ことを特徴とする請求項１記載の位置計測システム。
3. 前記第２移動体は、該基準点と、前記機器目印表示手段によって表示された前記機器目印と、を反射するハーフミラーをさらに有し、
   前記画像取得手段は、前記ハーフミラーの反射画面を撮影することによって、該基準点と前記機器目印とを含む前記画像を取得する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置計測システム。
4. 前記機器目印表示手段は、前記画像取得手段が前記画像を取得するタイミングで、前記機器目印を表示する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置計測システム。
5. 自走可能な第１移動体の位置を、自走可能な第２移動体によって計測する方法であって、
   前記第１移動体は、反射体を有し、
   前記第２移動体は、計測機器と、該計測機器の中心位置を表す機器目印を表示する機器目印表示手段と、画像を取得する画像取得手段と、を有し、
   座標が既知の第１の基準点に前記計測機器が位置するように前記第２移動体を配置し、前記計測機器によって前記反射体を検出するとともに該反射体を計測し、該反射体の位置に基づいて移動中の前記第１移動体の位置を求める初期計測工程と、
   前記計測機器が前記反射体を検出しない領域に、前記第１移動体が移動したとき、座標が既知の第２の基準点まで前記第２移動体を移動させる移設工程と、
   前記第２移動体が前記第２の基準点まで移動すると、前記機器目印表示手段によって前記機器目印を表示するとともに、前記機器目印と該第２の基準点とを含む前記画像を、前記画像取得手段によって取得する画像取得工程と、
   前記画像取得手段によって取得された前記画像に基づいて、前記機器目印と前記第２の基準点との平面較差を求めるとともに、該平面較差に応じて該第２の基準点の座標を補正したうえで前記計測機器の中心位置を求める工程と、
   前記第２の基準点まで移動した前記第２移動体の前記計測機器によって前記反射体を検出するとともに該反射体を計測し、該反射体の位置に基づいて移動中の前記第１移動体の位置を求める中間計測工程と、を備えた、
   ことを特徴とする位置計測方法。
6. 自走可能な第１移動体の位置を、自走可能な第２移動体によって計測する方法であって、
   前記第１移動体は、反射体を有し、
   前記第２移動体は、計測機器と、該計測機器の中心位置を表す機器目印を表示する機器目印表示手段と、画像を取得する画像取得手段と、を有し、
   座標が既知の第１の基準点に前記計測機器が位置するように前記第２移動体を配置し、前記計測機器によって前記反射体を検出するとともに該反射体を計測し、該反射体の位置に基づいて移動中の前記第１移動体の位置を求める初期計測工程と、
   前記計測機器が前記反射体を検出しない領域に、前記第１移動体が移動したとき、座標が既知の第２の基準点まで前記第２移動体を移動させる移設工程と、
   前記第２移動体が前記第２の基準点まで移動すると、前記機器目印表示手段によって前記機器目印を表示するとともに、前記機器目印と該第２の基準点とを含む前記画像を、前記画像取得手段によって取得する画像取得工程と、
   前記画像取得手段によって取得された前記画像に基づいて、前記機器目印と前記第２の基準点との平面較差を求めるとともに、該平面較差だけ前記第２移動体を移動させる工程と、
   前記第２の基準点まで移動した前記第２移動体の前記計測機器によって前記反射体を検出するとともに該反射体を計測し、該反射体の位置に基づいて移動中の前記第１移動体の位置を求める中間計測工程と、を備えた、
   ことを特徴とする位置計測方法。

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