JP7409157B2 - 物体認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体認識装置に関する。

従来の物体認識装置としては、例えば特許文献１に記載されているような技術が知られている。特許文献１に記載の物体認識装置は、レーザを照射して移動体の周囲の物体との距離を計測する距離センサと、移動体を走行させるモータの回転数を検出するエンコーダと、モータの回転数データに基づいて移動体の位置及び向きを算出し、移動体の位置及び向きに基づいて物体との距離データを２次元の位置データに変換し、その位置データを所定のルールでクラスタリングし、クラスタの特徴量に基づいてクラスタが地図データ上に存在する静的物体に対応するか地図データ上に存在しない動的物体に対応するかを判別するコンピュータとを備えている。

特開２０１４－１７８７８９号公報

上記従来技術においては、地図データ上に存在しない物体を認識することができるが、クラスタリング処理の計算負荷が大きいため、コンピュータの処理速度が遅くなる。従って、高速で且つ高価なコンピュータが必要とならざるを得ない。

本発明の目的は、地図データ上に存在しない物体の認識を高速で且つ安価に実現することができる物体認識装置を提供することである。

本発明の一態様は、地図データを用いて走行体を走行させる際に、地図データ上に存在しない物体を認識する物体認識装置であって、走行体の周囲にレーザを照射し、レーザの反射光を受光することにより、走行体の周囲に位置する物体を検出するレーザセンサと、地図データ上の特徴物に相当するマスク領域を有するマスクデータを取得するマスクデータ取得部と、レーザの反射光を受光して得られたレーザデータとマスクデータ取得部により取得されたマスクデータとを照合して、レーザセンサにより検出された物体が地図データ上に存在するかどうかを判定する物体判定部とを備える。

このような物体認識装置においては、レーザセンサによって、走行体の周囲にレーザを照射し、そのレーザの反射光を受光することにより、走行体の周囲に位置する物体が検出される。また、地図データ上の特徴物に相当するマスク領域を有するマスクデータが取得される。そして、レーザの反射光を受光して得られたレーザデータとマスクデータとを照合して、レーザセンサにより検出された物体が地図データ上に存在するかどうかが判定される。ここで、レーザデータがマスクデータのマスク領域に位置するときは、レーザセンサにより検出された物体が地図データ上に存在すると判定される。レーザデータがマスクデータのマスク領域に位置しないときは、レーザデータにより検出された物体が地図データ上に存在しないと判定される。従って、クラスタリング処理のような複雑な演算処理が不要となる。これにより、地図データ上に存在しない物体の認識が高速で且つ安価に実現される。

マスクデータは、地図データ上の特徴物に相当するマスク領域を膨張させたデータであってもよい。このような構成では、地図データ上の特徴物に相当するマスク領域の範囲が広がるため、レーザセンサの検出データや走行体の位置データ等に多少の誤差があっても、地図データ上に存在しない物体が精度良く認識される。

マスクデータ取得部は、走行体の起動時に、地図データ上の特徴物に相当するマスク領域を膨張させることでマスクデータを作成してもよい。このような構成では、例えば走行体の自己位置の推定に使用される地図データを使用してマスクデータを作成することができる。このため、地図データとは別にマスクデータを記憶しておかなくて済むため、容量が小さい安価なメモリを使用することができる。また、マスクデータの作成は走行体の起動時のみ行われるため、物体認識に関する処理を簡素化することができる。

物体認識装置は、地図データとは別のマスク指定範囲を設定する設定部を更に備え、マスクデータは、地図データ上の特徴物に相当する第１マスク領域と、設定部により設定されたマスク指定範囲に相当する第２マスク領域とを有してもよい。このような構成では、地図データの作成時から環境が変化した場合には、新たな物体が存在する範囲をマスク指定範囲として設定することにより、レーザデータとマスクデータとを照合したときに、レーザセンサにより検出された物体が地図データ上またはマスク指定範囲に存在すると判定される。従って、地図データの作成時から環境が変化するたびに、地図データを作成し直す必要がない。

本発明によれば、地図データ上に存在しない物体の認識を高速で且つ安価に実現することができる。

本発明の実施形態に係る物体認識装置が適用される環境を示す概略斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る物体認識装置を含む走行制御装置を示す概略構成図である。 地図データ及びマスクデータの一例を示す図である。 図２に示された物体認識装置により地図データ上に存在しない移動物体を認識する様子を示す概念図である。 図２に示されたコントローラにより実行される物体認識処理の手順の詳細を示すフローチャートである。 比較例として、レーザデータとマスクデータとの照合処理を実施せずに、物体認識装置により地図データ上に存在しない移動物体を認識する様子を示す概念図である。 本発明の第２実施形態に係る物体認識装置を含む走行制御装置を示す概略構成図である。 地図データにマスク指定範囲が追加された状態を示す図である。 マスク指定範囲が追加された地図データ及びマスクデータの一例を示す図である。 図７に示された物体認識装置により地図データ上に存在しない移動物体を認識する様子を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る物体認識装置が適用される環境を示す概略斜視図である。図１において、本実施形態の物体認識装置１は、地図データを用いて走行体２を走行させる際に、地図データ上に存在しない物体を認識する装置である。

走行体２は、作業者Ｓに追尾して走行する走行ロボットである。走行体２が走行する周囲には、例えば壁３Ａ及び柱３Ｂ等の物体が設置されている。壁３Ａは、左右両側に設置された静止物体である。柱３Ｂは、左右片側に設置された静止物体である。作業者Ｓは、移動物体である。移動物体は、地図データ上に存在しない物体である。

図２は、本発明の第１実施形態に係る物体認識装置を含む走行制御装置を示す概略構成図である。図２において、物体認識装置１を含む走行制御装置５は、走行体２に搭載されている（図１参照）。走行制御装置５は、走行スイッチ６と、駆動部７と、レーザセンサ８と、コントローラ９とを具備している。

走行スイッチ６は、走行体２の起動及び停止を指示するスイッチである。駆動部７は、特に図示はしないが、走行体２を走行させる走行モータと、走行体２を転舵させる転舵モータとを有している。

レーザセンサ８は、走行体２の周囲にレーザを照射し、レーザの反射光を受光することにより、走行体２の周囲に位置する物体を検出する。レーザセンサ８は、走行体２の前方を含む領域に所定の角度範囲（例えば２７０度）でレーザを照射する（図４のＬ０参照）。レーザセンサ８としては、例えば２次元のレーザレンジファインダが用いられる。なお、レーザセンサ８は、走行体２の後方を含む領域に所定の角度範囲でレーザを照射してもよい。

コントローラ９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ９は、走行制御部１０と、記憶部１１と、マスクデータ取得部１２と、物体判定部１３とを有している。

走行制御部１０は、走行スイッチ６の指示信号を入力し、所定の処理を実行し、駆動部７を制御する。具体的には、走行制御部１０は、走行スイッチ６により走行体２の起動が指示された後、レーザセンサ８によりレーザの反射光を受光して得られたレーザデータ（以下、レーザセンサ８のレーザデータということがある）に基づいて、走行体２が作業者Ｓに追尾するように駆動部７を制御する。このとき、走行制御部１０は、例えばレーザセンサ８のレーザデータ及び地図データに基づいて、走行体２の自己位置を推定する。

記憶部１１は、図３（ａ）に示されるような初期状態の地図データ２０を記憶する。地図データ２０は、例えば占有格子地図（ＯＧＭａｐ）として作成されている。占有格子地図は、環境を小さな格子（グリッド）毎の領域に分割し、グリッド毎に物体の存在確率を保有する地図である。地図データ２０上に存在する特徴物は、占有されたグリッドとして表される。ここで、地図データ２０上において、特徴物２１Ａは壁３Ａに相当し、特徴物２１Ｂは柱３Ｂに相当する。

マスクデータ取得部１２は、図３（ｂ）に示されるようなマスクデータ２２を取得する。マスクデータ２２は、初期状態の地図データ２０の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を有している。マスクデータ２２は、レーザセンサ８のレーザデータと照合して、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在するかどうかを判別するための比較用データである。

マスクデータ２２は、図３（ｂ）に示されるように、レーザセンサ８の検出誤差及び走行体２の位置推定誤差等を考慮して、初期状態の地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を膨張させたデータである。具体的には、マスクデータ２２は、地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂである占有されたグリッドの幅を膨張させている。このため、膨張処理が行われたマスクデータ２２では、初期状態の地図データ２０上において占有されたグリッドから一定距離内のグリッドも、占有されたグリッドとみなされる。

マスクデータ取得部１２は、走行体２の起動時に、記憶部１１に保存された地図データ２０を読み込み、地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を膨張させることでマスクデータ２２を作成する。

物体判定部１３は、レーザセンサ８によりレーザの反射光を受光して得られたレーザデータとマスクデータ取得部１２により取得されたマスクデータ２２とを照合して、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在するかどうかを判定する。

物体判定部１３は、レーザセンサ８のレーザデータがマスクデータ２２のマスク領域２３に位置するときは、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在する静止物体であると判定する。物体判定部１３は、レーザセンサ８のレーザデータがマスクデータ２２のマスク領域２３に位置しないときは、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在しない移動物体であると判定する。

具体的には、図４に示されるように、レーザセンサ８のレーザデータＬは、物体である壁３Ａ及び柱３Ｂで反射したレーザ点として表される。レーザデータＬにおいてマスクデータ２２のマスク領域２３に位置するレーザ点は、静止物体であると判定される。レーザデータＬにおいてマスクデータ２２のマスク領域２３に位置しないレーザ点は、移動物体であると判定される。

本実施形態の物体認識装置１は、走行スイッチ６と、レーザセンサ８と、コントローラ９の記憶部１１、マスクデータ取得部１２及び物体判定部１３とを備えている。

図５は、コントローラ９により実行される物体認識処理の手順の詳細を示すフローチャートである。

図５において、コントローラ９は、まず走行スイッチ６により走行体２の起動が指示されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。コントローラ９は、走行体２の起動が指示されたと判断したときは、記憶部１１に保存された地図データ２０（図３（ａ）参照）を読み込む（手順Ｓ１０２）。そして、コントローラ９は、地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を膨張処理してマスクデータ２２（図３（ｂ）参照）を作成する（手順Ｓ１０３）。

続いて、コントローラ９は、レーザセンサ８のレーザデータＬ（図４参照）を取得する（手順Ｓ１０４）。そして、コントローラ９は、レーザデータＬとマスクデータ２２とを照合して、レーザデータＬがマスクデータ２２のマスク領域２３に位置するかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。

コントローラ９は、レーザデータＬがマスクデータ２２のマスク領域２３に位置すると判断したときは、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在する静止物体であると判定する（手順Ｓ１０６）。コントローラ９は、レーザデータＬがマスクデータ２２のマスク領域２３に位置しないと判断したときは、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在しない移動物体であると判定する（手順Ｓ１０７）。

コントローラ９は、手順Ｓ１０６または手順Ｓ１０７を実行した後、走行スイッチ６により走行体２の起動停止が指示されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０８）。コントローラ９は、走行体２の起動停止が指示されていないと判断したときは、手順Ｓ１０４を再度実行する。コントローラ９は、走行体２の起動停止が指示されたと判断したときは、本処理を終了する。

ここで、マスクデータ取得部１２は、上記の手順Ｓ１０１～Ｓ１０３を実行する。物体判定部１３は、上記の手順Ｓ１０４～Ｓ１０７を実行する。

図６は、比較例として、レーザセンサ８のレーザデータＬとマスクデータ２２との照合処理を実施せずに、地図データ２０上に存在しない移動物体を認識する様子を示す概念図である。

図６において、走行体２の走行によってレーザセンサ８のレーザデータＬは刻々と変化するため、静止物体が移動物体と誤認識されてしまうことがある。具体的には、作業者Ｓは、移動物体と認識される（Ｘ１参照）。しかし、柱３Ｂも、移動物体と誤認識される可能性がある（Ｙ１参照）。また、壁３Ａにおける柱８Ｂに隠れる部分は、レーザＬ０が反射されないため、レーザ点が無い領域となる。このため、レーザ点が無い領域よりも走行体２の前方に位置する壁３Ａの部分は、移動物体と誤認識される可能性がある（Ｚ１参照）。

この場合には、走行体２が壁３Ａの一部及び柱３Ｂを作業者Ｓであると認識して追尾しようとしたり、走行体２が壁３Ａの一部及び柱３Ｂを移動していると認識して回避したりすることがある。

そのような不具合に対し、本実施形態では、レーザセンサ８のレーザデータＬとマスクデータ２２との照合処理によって、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在するかどうかが判定される。そして、レーザデータＬがマスクデータ２２のマスク領域２３に位置するときは、レーザセンサ８により検出された物体が静止物体であると判定され、レーザデータＬがマスクデータ２２のマスク領域２３に位置しないときは、レーザセンサ８により検出された物体が移動物体であると判定される。

例えば図４に示されるように、レーザデータＬにおいて作業者Ｓから反射されたレーザ点は、マスクデータ２２のマスク領域２３に位置しない。このため、作業者Ｓは、移動物体であると認識される（Ｘ２参照）。レーザデータＬにおいて柱３Ｂから反射されたレーザ点は、マスクデータ２２のマスク領域２３に位置する。このため、柱３Ｂは、静止物体であると認識される（Ｙ２参照）。レーザデータＬにおいて壁３Ａの一部から反射されたレーザ点は、マスクデータ２２のマスク領域２３に位置する。このため、壁３Ａの一部も、静止物体であると認識される（Ｚ２参照）。これにより、地図データ２０上に存在しない移動物体が精度良く認識される。

以上のように本実施形態によれば、レーザセンサ８によって、走行体２の周囲にレーザＬ０を照射し、そのレーザＬ０の反射光を受光することにより、走行体２の周囲に位置する物体が検出される。また、地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を有するマスクデータ２２が取得される。そして、レーザＬ０の反射光を受光して得られたレーザデータＬとマスクデータ２２とを照合して、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在するかどうかが判定される。ここで、レーザデータＬがマスクデータ２２のマスク領域２３に位置するときは、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在すると判定される。レーザデータＬがマスクデータ２２のマスク領域２３に位置しないときは、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上に存在しないと判定される。従って、クラスタリング処理のような複雑な演算処理が不要となる。これにより、地図データ２０上に存在しない物体の認識が高速で且つ安価に実現される。

また、本実施形態では、マスクデータ２２は、地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を膨張させたデータである。従って、地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３の範囲が広がるため、レーザセンサ８の検出データや走行体２の位置データ等に多少の誤差があっても、地図データ２０上に存在しない物体がより精度良く認識される。

また、本実施形態では、走行体２の起動時に、地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を膨張させることでマスクデータ２２が作成される。従って、走行体２の自己位置の推定に使用される地図データ２０を使用してマスクデータ２２を作成することができる。このため、地図データ２０とは別にマスクデータ２２を記憶しておかなくて済むため、記憶部１１として容量が小さい安価なメモリを使用することができる。また、マスクデータ２２の作成は走行体２の起動時のみ行われるため、コントローラ９による物体認識に関する処理を簡素化することができる。また、コントローラ９のリアルタイム処理に与える影響を最小限に抑えることができる。

図７は、本発明の第２実施形態に係る物体認識装置を含む走行制御装置を示す概略構成図である。図７において、走行制御装置５は、上記の走行スイッチ６、駆動部７、レーザセンサ８及びコントローラ９に加え、入力器３０を具備している。

入力器３０は、図８に示されるように、ユーザが地図データ２０とは別のマスク指定範囲３１を任意に設定入力する機器である。入力器３０は、マスク指定範囲３１を設定する設定部を構成している。マスク指定範囲３１は、地図データ２０上に存在していない。マスク指定範囲３１は、レーザセンサ８のレーザデータＬとマスクデータ２２との照合処理が実施される範囲である。マスク指定範囲３１としては、例えば荷物が置かれる荷物置き場等が挙げられる。入力器３０は、例えばユーザがマスク指定範囲３１の位置座標を入力してもよいし、或いはユーザが画面表示された地図にマスク指定範囲３１を手書き入力してもよい。

コントローラ９は、上記の走行制御部１０、記憶部１１及び物体判定部１３と、マスクデータ取得部３２とを有している。

マスクデータ取得部３２は、図９に示されるようなマスクデータ２２を取得する。マスクデータ２２は、初期状態の地図データ２０の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３（第１マスク領域）と、入力器３０により設定入力されたマスク指定範囲３１に相当するマスク領域３４（第２マスク領域）とを有している。

マスクデータ取得部３２は、走行体２の起動時に、マスク領域２３，３４を有するマスクデータ２２を作成する。このとき、マスクデータ取得部３２は、マスクデータ２２のマスク領域２３，３４を膨張させる。なお、マスクデータ取得部３２は、マスクデータ２２のマスク領域２３のみを膨張させてもよい。

物体判定部１３は、上述したように、レーザセンサ８のレーザデータＬとマスクデータ取得部３２により取得されたマスクデータ２２とを照合して、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上またはマスク指定範囲３１に存在するかどうかを判定する。

物体判定部１３は、レーザセンサ８のレーザデータＬがマスクデータ２２のマスク領域２３及びマスク領域３４の少なくとも一方に位置するときは、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上またはマスク指定範囲３１に存在する静止物体であると判定する。物体判定部１３は、レーザセンサ８のレーザデータＬがマスクデータ２２のマスク領域２３及びマスク領域３４の何れにも位置しないときは、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上及びマスク指定範囲３１の何れにも存在しない移動物体であると判定する。

例えば図１０に示されるように、マスク指定範囲３１として設定された荷物置き場３５に荷物３６が置かれている場合、レーザデータＬにおける荷物３６から反射されたレーザ点は、マスクデータ２２のマスク領域３４に位置する。従って、レーザセンサ８により検出された荷物３６は、地図データ２０上またはマスク指定範囲３１に存在する静止物体であると判定される（Ｗ参照）。

本実施形態の物体認識装置１は、走行スイッチ６と、レーザセンサ８と、入力器３０と、コントローラ９の記憶部１１、マスクデータ取得部３２及び物体判定部１３とを備えている。

以上のような本実施形態においては、地図データ２０の作成時から環境が変化した場合には、新たな物体が存在する範囲をマスク指定範囲３１として設定することにより、レーザデータＬとマスクデータ２２とを照合したときに、レーザセンサ８により検出された物体が地図データ２０上またはマスク指定範囲３１に存在すると判定される。従って、地図データ２０の作成時から環境が変化するたびに、地図データ２０を作成し直す必要がない。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、走行体２の起動時に、地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を有するマスクデータ２２が作成されているが、マスクデータ２２の作成時期としては、特に走行体２の起動時には限られない。例えば、マスクデータ２２を予め作成して記憶部１１に保存してもよい。この場合には、記憶部１１に保存されたマスクデータ２２を読み込み、レーザセンサ８のレーザデータＬとマスクデータ２２とを照合すればよいため、コントローラ９によるマスクデータ２２の取得処理を簡素化することができる。

また、上記実施形態では、地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を膨張させたマスクデータ２２が使用されているが、マスクデータ２２としては、特に地図データ２０上の特徴物２１Ａ，２１Ｂに相当するマスク領域２３を膨張させなくてもよい。この場合にも、コントローラ９によるマスクデータ２２の取得処理を簡素化することができる。

また、上記実施形態では、走行スイッチ６により走行体２が起動されているが、走行体２の起動方法としては、特にスイッチには限られず、タイマー等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、走行体２は作業者Ｓに追尾して走行する走行ロボットであるが、走行体２としては、特に走行ロボットには限られず、フォークリフト等の産業車両や無人搬送車等であってもよい。

１…物体認識装置、２…走行体、３Ａ…壁（物体）、３Ｂ…柱（物体）、８…レーザセンサ、１２…マスクデータ取得部、１３…物体判定部、２０…地図データ、２１Ａ，２１Ｂ…特徴物、２２…マスクデータ、２３…マスク領域（第１マスク領域）、３０…入力器（設定部）、３１…マスク指定範囲、３２…マスクデータ取得部、３４…マスク領域（第２マスク領域）、３６…荷物（物体）。

Claims (2)

1. 地図データを用いて走行体を走行させる際に、前記地図データ上に存在しない物体を認識する物体認識装置であって、
   前記走行体の周囲にレーザを照射し、前記レーザの反射光を受光することにより、前記走行体の周囲に位置する物体を検出するレーザセンサと、
   前記地図データ上の特徴物に相当するマスク領域を有するマスクデータを取得するマスクデータ取得部と、
   前記レーザの反射光を受光して得られたレーザデータと前記マスクデータ取得部により取得された前記マスクデータとを照合して、前記レーザセンサにより検出された物体が前記地図データ上に存在するかどうかを判定する物体判定部とを備え、
   前記マスクデータは、前記地図データ上の特徴物に相当する前記マスク領域を膨張させたデータであり、
   前記マスクデータ取得部は、前記走行体の起動時にのみ、前記地図データ上の特徴物に相当する前記マスク領域を膨張させることで前記マスクデータを作成する物体認識装置。
2. 前記地図データにマスク指定範囲を追加設定する設定部を更に備え、
   前記マスクデータは、前記地図データ上の特徴物に相当する第１マスク領域と、前記設定部により追加設定された前記マスク指定範囲に相当する第２マスク領域とを有する請求項１記載の物体認識装置。

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