JP7451165B2 - 走行位置検証システム、走行位置計測システム及び走行位置補正システム - Google Patents

Description

本発明は、移動体の走行位置について検証等を行う走行位置検証システム、走行位置計測システム及び走行位置補正システムに関する。

移動体の走行位置に関する検知等を行う技術として、自律走行体として、自己位置を推定するものが知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、上記特許文献１に例示するような自律走行体による自己位置の推定に関して、推定した位置と実際に走行している位置とが、どの程度正確かを客観的に計測することについて、これまであまり考慮されていなかった。

特開２０１９－１２１１８９号公報

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、移動体の走行位置について位置精度を検証したり、客観的に走行位置を計測したり、位置精度を向上すべく走行位置についての補正を行ったりする走行位置検証システム、走行位置計測システム及び走行位置補正システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための走行位置検証システムは、移動体を検知する範囲を示す２次元的な検知領域を定める複数のポール部材と、検知領域を撮像する撮像部と、移動体に取り付けられて検知領域を移動するマーカーと、撮像部により取得された２次元画像データ上におけるマーカーの位置から移動体の走行位置を計測する計測部と、計測部での計測結果に基づき移動体の走行位置を検証する検証部とを備える。

上記走行位置検証システムでは、複数のポール部材により定められた２次元的な検知領域において、移動体に取り付けられたマーカーが移動し、これを撮像部で撮像して取得される２次元画像データ上におけるマーカーの位置から移動体の走行位置を計測することで、２次元的で簡易な画像処理によって移動体の走行位置を確実に計測できる。この上で、計測結果に基づいて移動体の走行位置を利用して検証をすることで、例えば自己位置を推定する機能を有する移動体について、その位置推定の精度を客観的基準から判断できる。

本発明の具体的な側面では、検知領域は、複数のポール部材の検出部により形成される水平の仮想平面領域であり、検出部の高さと移動体の回転軸中心に取り付けられたマーカーの高さが同一である。この場合、各ポール部材の検出部により形成される水平の仮想平面領域上においてマーカーが移動する態様とすることができ、また、この際、各ポール部材の検出部を撮像部の撮像範囲内に取り込むことで、当該検出部に基づいて簡易かつ確実に２次元的な検知領域を定めることができる。

本発明の別の側面では、移動体は、移動しつつ自己位置を推定し、検証部は、移動体における自己位置推定の精度を、計測部の計測結果との比較に基づいて検証する。この場合、移動体による自己位置の推定に関して、その推定精度を、計測部の計測結果に基づいて検証できる。

本発明のさらに別の側面では、計測部は、２次元画像データ上の仮想平面から実空間上での位置を示す座標平面への変換処理により、２次元画像データ上におけるマーカーに相当する画素位置を、検知領域としての２次元平面上の１か所と対応付けて移動体の走行位置を決定する。この場合、２次元画像データの変換処理から実際の移動体の走行位置を特定できる。

本発明のさらに別の側面では、移動体は、移動方法として回転移動を含み、マーカーは、移動体の回転中心の位置と回転中心外の位置との少なくとも２か所に設けられており、計測部は、マーカーの位置から移動体の回転角度を計測する。この場合、少なくとも２か所に設けたマーカーによって、移動体の回転移動を的確に捉えることができる。

上記目的を達成するための走行位置計測システムは、移動体を検知する範囲を示す２次元的な検知領域を撮像する撮像部と、移動体に取り付けられて検知領域を移動するマーカーと、撮像部により取得された２次元画像データ上におけるマーカーの位置から移動体の走行位置を計測する計測部とを備える。

上記走行位置計測システムでは、移動体を検知する範囲を示す２次元的な検知領域において、移動体に取り付けられたマーカーが移動し、これを撮像部で撮像して取得される２次元画像データ上におけるマーカーの位置から移動体の走行位置を計測することで、２次元的で簡易な画像処理で移動体の走行位置を確実に計測できる。

本発明の具体的な側面では、上記走行位置計測システムが、計測部での計測結果を移動体に出力する通信部を備える。この場合、通信部を介して計測部での計測結果を移動体側で利用できる。

本発明の別の側面では、移動体は、通信部から受け取った計測部での計測結果から自己位置を検知する。この場合、移動体において、計測部での計測結果を利用した自己位置検知が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、移動体は、移動しつつ自己位置を推定し、通信部から受け取った計測部での計測結果に基づいて自己位置推定を修正する。この場合、自己位置の推定を行う移動体において、計測部での計測結果を利用した自己位置推定の修正により、位置推定の精度向上が可能になる。

上記目的を達成するための走行位置補正システムは、移動体を検知する範囲を示す２次元的な検知領域を定める複数のポール部材と、検知領域を撮像する撮像部と、移動体に取り付けられて検知領域を移動するマーカーと、撮像部により取得された２次元画像データ上におけるマーカーの位置から移動体の走行位置を計測する計測部と、計測部での計測結果に基づき移動体の走行位置を検証する検証部と、検証部における検証結果に応じて、移動体における自己位置推定についての補正を行う校正部とを備える。

上記走行位置補正システムでは、複数のポール部材により定められた２次元的な検知領域において、移動体に取り付けられたマーカーが移動し、これを撮像部で撮像して取得される２次元画像データ上におけるマーカーの位置から移動体の走行位置を計測することで、２次元的で簡易な画像処理で移動体の走行位置を確実に計測できる。この上で、計測結果に基づいて移動体の走行位置を利用して検証をすることで、例えば自己位置を推定する機能を有する移動体について、その位置推定の精度を客観的基準から判断できる。さらに、検証結果から、例えば位置推定の精度に問題がある等であれば、必要に応じて、移動体における自己位置推定についての補正を行う、すなわち位置推定の校正が可能になる。

第１実施形態に係る走行位置検証システムの一構成例について示す概念的な斜視図である。 走行位置検証システム及び移動体の内部構造について一構成例を説明するためのブロック図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、走行位置検証システムによる検証を行うための準備段階の様子について一例を示す概念図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、走行位置検証システムにおける撮像態様及び画像処理について一例を説明するための概念図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、検証を行うための準備作業時の様子と準備完了後の検証動作時の様子とについて一例を示す概念的な斜視図である。 検証動作時における走行位置の計測のための各種処理について一例を説明するための概念図である。 （Ａ）は、走行に伴うマーカーの位置変化をとらえた様子について一例を示す概念的な平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の場合における移動体の軌跡を概念的に示す画像図である。 （Ａ）は、一変形例のマーカーについて一例を説明するための概念的な斜視図であり、（Ｂ）は、平面図である。 第２実施形態に係る走行位置補正システムの一構成例を説明するためのブロック図である。 第３実施形態に係る走行位置計測システムの一構成例について示す概念的な斜視図である。 走行位置計測システム及び移動体の内部構造について一構成例を説明するためのブロック図である。 一変形例の走行位置計測システム及び移動体の内部構造について一構成例を説明するためのブロック図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、第１実施形態に係る走行位置検証システムについて一例を説明する。

本実施形態に係る走行位置検証システム１００は、検証あるいは評価の対象となる自律走行型の移動体１１０について、走行の様子を捉えて、走行した位置について経過を計測し、自律走行の精度に関する検証あるいは評価を行うためのシステムである。特に、ここでの一例では、移動体１１０が、ＳＬＡＭ(Simultaneously Localization and Mapping)と呼ばれる自己位置推定と地図作成とを同時に行えるシステムを搭載した自律移動ロボットであり、走行位置検証システム１００は、予め定めた走行範囲内での走行経過について、移動体１１０を外側から計測することで、移動体１１０における自己位置推定の精度を客観的に検証している。

上記検証を行うため、走行位置検証システム１００は、複数のポール部材ＰＯと、マーカーＭＫと、撮像部１０と、情報処理装置５０とを備える。

複数（４つ）のポール部材ＰＯは、同一形状であり、棒状の支柱部分の先端（上端）に検出部ＤＴをそれぞれ有している。図示の例では、移動体１１０が走行する領域として予め定めた範囲を走行領域ＲＡ１としている。より具体的には、走行領域ＲＡ１は、予め定められた矩形状の水平面領域であり、４つのポール部材ＰＯが走行領域ＲＡ１の四隅の位置に設置されることで、区画されている。これに応じて、４つの検出部ＤＴの位置を頂点として２次元的な矩形領域は、水平の仮想平面領域となっている。以下、この走行領域ＲＡ１に対応する仮想平面領域をＶＳ１とする。なお、各検出部ＤＴは、例えば再帰性反射部材や、自発光型の部材で構成されている。

マーカーＭＫは、検出部ＤＴと同様に、例えば再帰性反射部材や、自発光型の部材で構成され、移動体１１０に取り付けられている。マーカーＭＫは、仮想平面領域ＶＳ１内を移動する。本実施形態の走行位置検証システム１００では、仮想平面領域ＶＳ１内におけるマーカーＭＫの動きを捉えることで、走行領域ＲＡ１内を移動する移動体１１０の走行経過を検知する。すなわち、平面的な仮想平面領域ＶＳ１での移動（動き）をもって、走行領域ＲＡ１の平面的な移動（動き）と同一視できるようにしている。これについて見かたを変えると、下方側にある走行領域ＲＡ１を、これに対応し、かつ、上方側に位置する仮想平面領域ＶＳ１にシフトさせている。こうすることで、例えば移動体１１０の一部が、位置検知を行う際にかげになってしまうといったことを回避又は抑制できる。

撮像部１０は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の個体撮像素子で構成される撮像カメラであり、ポール部材ＰＯの検出部ＤＴで規定される上記仮想平面領域ＶＳ１を撮像するとともに、仮想平面領域ＶＳ１内を移動するマーカーＭＫを撮像する。言い換えると、複数のポール部材ＰＯによって、マーカーＭＫを介して移動体１１０を検知する範囲を示す２次元的な検知領域が定められるものとなっており、撮像部１０において、当該検知領域中での移動体１１０の位置を把握するための２次元画像データが取得されるようになっている。以上のような撮像をするため、撮像部１０は、仮想平面領域ＶＳ１を俯瞰するように、上方側に設置される。

情報処理装置５０は、例えばノート型パーソナルコンピューター等で構成されており、撮像部１０に接続され、撮像部１０で取得される画像データに関する画像処理のほか、各種情報処理を行う。本実施形態では、情報処理装置５０は、マーカーＭＫの位置から移動体１１０の走行位置を計測する計測部として機能するとともに、計測結果に基づき移動体１１０の走行位置を検証する検証部としても機能する。情報処理装置５０のより具体的な内部の構成については、一例を後述する。なお、情報処理装置５０については、例示したノート型パーソナルコンピューターのほか、タブレット型パーソナルコンピューターや、ＰＤＡ端末、スマホ等の種々の機器で構成可能である。

以下、図２のブロック図を参照して、走行位置検証システム１００のうち特に情報処理装置５０の内部構造や、移動体１１０の内部構造について、一構成例を説明する。

まず、情報処理装置５０の一構成例について詳細に説明する。図示のように、また既述のように、走行位置検証システム１００において、情報処理装置５０は、撮像部１０に接続されて撮像部１０で取得された画像データについての各種処理を行って、移動体１１０の走行位置を検知可能にしている。このため、情報処理装置５０は、主制御部５１と、画像処理部５２と、記憶部５３とを備える。

主制御部５１は、例えばＣＰＵ等で構成され、記憶部５３に格納された各種プログラムやデータ等を読み込んで演算処理を行うとともに、情報処理装置５０を構成する各部を動作すべく各種指令信号を出力する。

画像処理部５２は、例えばＧＰＵ等で構成され、情報処理装置５０における各種処理のうち、特に、画像に関する処理に特化した装置である。画像処理部５２は、主制御部５１からの指令に従って、撮像部１０で取得された画像データに関する各種画像処理を行う。

記憶部５３は、ストレージデバイス等で構成され、各種プログラムやデータを格納する。特に、本実施形態では、既述のような走行位置検知のための各種画像処理を可能とすべく、例えば画像中におけるポール部材ＰＯの検出部ＤＴを検出したり、検出した検出部ＤＴの位置から仮想平面領域ＶＳ１を抽出したり、仮想平面領域ＶＳ１内のマーカーＭＫの位置を検出したり、抽出した各点を実際の空間上の位置と対応付けしたりするための各種プログラムや、閾値等の数値データが格納されている。

以上において、主制御部５１は、記憶部５３に格納される各種プログラム及びデータや、画像処理部５２での画像処理を利用して、計測部５１ａや、検証部５１ｂとして機能する。例えば、計測部５１ａとしての主制御部５１は、画像処理部５２に画像処理を行わせることで、撮像部１０により取得された２次元画像データ上におけるマーカーＭＫの位置から移動体１１０の走行位置を計測する。また、検証部５１ｂとしての主制御部５１は、計測部５１ａでの計測結果や、記憶部５３に格納された各種データとの比較等に基づき、移動体１１０の走行位置に関する検証あるいは評価を行う。

なお、上記のほか、情報処理装置５０は、入力装置５４や、表示装置（出力装置）５５を備える。入力装置５４は、ユーザーによる操作を受け付ける。すなわち、ユーザーは、走行位置検証システム１００による検証あるいは評価を行うべく、入力装置５４を介して各種操作指令を出力することができる。表示装置５５は、検証あるいは評価の結果等についてユーザーが視認できるように各種表示動作を行う。なお、入力装置５４については、キーボードやマウス、タッチパネルセンサー等の各種装置で構成できる。また、出力装置である表示装置５５についても、液晶パネルや有機ＥＬパネル等、種々のものを採用できる。

次に、検査対象である移動体１１０の一構成例について詳細に説明する。図示のように、移動体１１０は、移動しつつ自己位置を推定することを可能とすべく、主制御部ＭＰと、記憶部ＭＥと、センサーＳＥと、駆動装置ＤＤと、駆動輪ＷＤとを備える。

主制御部ＭＰは、例えばＣＰＵ等で構成され、移動体１１０を構成する各部に接続し、各種情報の授受を行い、移動体１１０の動作に関する統括制御をする。

記憶部ＭＥは、ストレージデバイス等で構成され、各種プログラムやデータを格納する。特に、本実施形態では、各種センサーで構成されるセンサーＳＥでのセンシングの結果に基づいて自己位置推定と地図作成とを同時に行うためのプログラムやデータが格納されている。

センサーＳＥは、例えば、ライダー等のレーザーレンジスキャナーによって測距を行う測距センサー等の自己位置推定のために周囲環境を把握可能にする各種センサーで構成されている。

以上のように、特に、本実施形態では、移動体１１０において、主制御部ＭＰは、各種センサーで構成されるセンサーＳＥで取得した情報から自己位置の推定を行う自己位置推定部ＰＥとして機能する。

このほか、移動体１１０のうち、駆動装置ＤＤは、駆動回路等で構成され、主制御部ＭＰからの指示に従って、駆動輪ＷＤを回転させ、移動体１１０の種々の方向への移動（走行）を可能にする。

以下、図３等を参照して、走行位置検証システム１００による移動体１１０に関する検証あるいは移動体１１０における性能評価（位置推定の精度評価）を行うための準備工程等について説明する。

まず、前提として、本実施形態における検査対象たる移動体１１０は、例えば図３（Ａ）に示すように、円筒形状の外観を有しており、ここでは、駆動輪ＷＤを動作させることで、移動の態様として、双方向の矢印Ａ１で示す直進及び後退と、双方向の矢印Ａ２で示す回転軸ＡＸの周りで自転する回転とが可能になっており、矩形状の平面領域である走行領域ＲＡ１上を自在に走行する。なお、図示の例では、回転軸ＡＸは、円筒形状における回転中心軸に一致しているものとする。

以上において、本実施形態では、まず、図３（Ｂ）に示すように、円筒形状の移動体１１０のうち、円盤状の頂上部ＴＯにおいて、移動体１１０の回転軸ＡＸの軸上にマーカーＭＫが上方から取り付けられる。なお、この場合、移動体１１０が矢印Ａ２に示す方向に回転する間、マーカーＭＫの位置変位は生じないことになる。

次に、図３（Ｃ）に示すように、マーカーＭＫと同じ高さＨ１のところに、複数のポール部材ＰＯの検出部ＤＴがくるように、高さ調整を行う。すなわち、検出部ＤＴの高さと、移動体１１０の回転軸中心に取り付けられたマーカーＭＫの高さが同一である状態にする。

上記高さ調整の後、図３（Ｄ）に示すように、４つのポール部材ＰＯが、走行領域ＲＡ１の四隅の位置に設置される。以上により、撮像されるべき範囲が規定される。

次に、図４を参照して、撮像部１０及び情報処理装置５０における準備処理について説明する。図４（Ａ）～図４（Ｃ）は、走行位置検証システム１００における撮像態様及び画像処理について一例を説明するための概念図である。

まず、図４（Ａ）に示すように、図３（Ｃ）で説明した状態で設置された４つのポール部材ＰＯの検出部ＤＴの全てが、上方側から撮像範囲内に収まるように、撮像部１０がこれを俯瞰する位置で設置される。すなわち、仮想平面領域ＶＳ１が画像中で切れてしまうことなく全体が撮像されるように、撮像部１０の設置場所が設定される。なお、ここでは、図示のように、実在の空間について、矩形の平面領域である走行領域ＲＡ１（あるいは、これに対応する仮想平面領域ＶＳ１）における短手方向をＵ、長手方向をＶとしてＵＶ座標を規定している。また、走行領域ＲＡ１あるいは仮想平面領域ＶＳ１の四隅を示す位置（各検出部ＤＴに対応する位置）を示すＵＶ座標を、それぞれ、（ｕ１，ｖ１）、（ｕ２，ｖ２）、（ｕ３，ｖ３）、（ｕ４，ｖ４）とする。また、これらの位置（点）を、点ＰＲ１～ＰＲ４とも表示する。

一方、図４（Ｂ）は、設置された撮像部１０において撮像された様子の一例を示す画像図である。図示において、２次元的平面の画像図ＧＩについて、ＸＹ座標で、各位置を規定する。また、画像図ＧＩにおいて、検出部ＤＴに対応する点（画素）をＰＧ１～ＰＧ４とし、各点ＰＧ１～ＰＧ４のＸＹ座標を、それぞれ、（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４，ｙ４）とする。なお、これらの点ＰＧ１～ＰＧ４は、図４（Ａ）の（ｕ１，ｖ１）、（ｕ２，ｖ２）、（ｕ３，ｖ３）、（ｕ４，ｖ４）で示す点ＰＲ１～ＰＲ４にそれぞれ対応する。また、点ＰＧ１～ＰＧ４を直線で結んで形成される四角形（図示の例では台形状）の画像領域ＶＧ１は、仮想平面領域ＶＳ１あるいは走行領域ＲＡ１に対応する。

上記のような各部の設置環境において、撮像部１０で取得される２次元画像データが、情報処理装置５０に出力されると、情報処理装置５０は、画像上における各位置と実空間上における位置との対応付けを可能とすべく、各種処理を行う。具体的には、図４（Ｃ）に一例を示すように、まず、ＸＹ座標で見た四角形状（台形状）の画像領域ＶＧ１の範囲を、ＸＹ座標上の画素単位の点で規定し、実空間上におけるＵＶ座標中の範囲と対応付ける。具体的には、情報処理装置５０は、まず、ＸＹ座標としての４つの点ＰＧ１～ＰＧ４を示す座標（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４，ｙ４）を捉え、これらの画素上の位置を記憶する。次に、情報処理装置５０は、４つの点ＰＧ１～ＰＧ４と、実空間上の位置（点）である（ｕ１，ｖ１）、（ｕ２，ｖ２）、（ｕ３，ｖ３）、（ｕ４，ｖ４）で示す点ＰＲ１～ＰＲ４とを対応付ける。その上で、情報処理装置５０は、記憶した４つの点ＰＧ１～ＰＧ４の位置で定まる四角形状の画像領域ＶＧ１と、実空間上の領域である矩形状の走行領域ＲＡ１とについて、画像領域ＶＧ１内における任意の１点と、走行領域ＲＡ１内の一地点とを１対１で対応付ける変換行列Ｈを算出する。なお、この場合、変換行列Ｈは、四角形領域から四角形領域への変換であり、対応関係にある（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４，ｙ４）と（ｕ１，ｖ１）、（ｕ２，ｖ２）、（ｕ３，ｖ３）、（ｕ４，ｖ４）とに基づく線型な変換行列で表現できる。

以上により、走行位置検証システム１００による移動体１１０の位置を検知して移動体１１０に関する検証あるいは移動体１１０における性能評価（位置推定の精度評価）を行うための準備が完了する。

以下、図５を参照して、準備完了後の検証動作について説明する。なお、図５（Ａ）は、検証を行うための準備作業時の様子を示している。すなわち、図５（Ａ）は、上述した各準備工程を終え、マーカーＭＫが取り付けられた移動体１１０を、走行領域ＲＡ１内に設置した状態を示している。つまり、走行位置検証システム１００において、マーカーＭＫが検知されることで、移動体１１０の走行位置検知が開始可能となる。

なお、ここでの一例では、図５（Ｂ）に示すように、検証動作の開始前に、４つのポール部材ＰＯを予め撤去した上で、マーカーＭＫの移動すなわち移動体１１０の走行経過を検知して検証動作を行う態様としているが、既述のように、これよりも前の段階で、情報処理装置５０において、画像上におけるポール部材ＰＯの検出部ＤＴの位置すなわち画素の位置は、予め記憶されている。つまり、図５（Ｂ）において破線で示す位置に相当する画像上の各点ＰＧ１～ＰＧ４のＸＹ座標が、事前に情報処理装置５０において記憶されている。また、以下では、マーカーＭＫの位置（特に画像上における位置）を点ＰＴ（ｘ，ｙ）で示す。

図６は、上記のような態様について、検証動作時における走行位置の計測のための各種処理について一例を示す概念図である。図示のように、画像領域ＶＧ１内に存する点ＰＴ（ｘ，ｙ）（仮想平面領域ＶＳ１内に存するマーカーＭＫの位置を示す点に相当）を、変換行列Ｈにより、実空間上の走行領域ＲＡ１の一地点である点ＰＳ（ｕ，ｖ）と対応付け、この軌跡を追跡することで、マーカーＭＫの移動経過すなわち移動体１１０の走行経過を検知できる。

以下、図７を参照して、走行位置検証システム１００による移動体１１０の走行位置の経過に関する検証の具体的一例について、説明する。

ここでは、移動体１１０が、床面を掃除する掃除ロボットである場合について説明する。昨今の掃除ロボットには、ＳＬＡＭを搭載して自己位置推定と地図作成すなわち掃除すべき範囲の設定とを同時に行うものが知られている。かかる動作を可能とするためには、例えば、移動体１１０における自己位置推定が必要に足る正確さ・精度を有していることが前提となる。本実施形態では、走行位置検証システム１００によって、掃除ロボットとしての移動体１１０が、掃除すべき床面の範囲に相当する予め定めた走行領域ＲＡ１内を、どの程度正確に移動できるかを検証する。すなわち、掃除ロボットとしての移動体１１０について、性能評価（位置推定の精度評価）を行う。

ここでは、図７（Ａ）において矢印ＡＡ１で示すように、移動体１１０が、予め定められたプログラムに従って、自己位置推定をしながら、直進と回転を組み合わせてジグザグに走行領域ＲＡ１内を移動するものとする。走行位置検証システム１００は、既述のように、マーカーＭＫの軌跡を追うことで、移動体１１０の走行経過を検知できる。なお、図７（Ｂ）においてハッチングで示すように、ここでは、平面視で円盤状となっている移動体１１０の通過範囲ＴＲ１が、掃除範囲であるものとする。以上の場合、例えば掃除範囲たる通過範囲ＴＲ１が、走行領域ＲＡ１をどの程度占めているか（つまり、ハッチングが走行領域ＲＡ１をどの程度塗りつぶしているか）を、移動体１１０における自己位置推定の精度評価の１つとすることが考えられる。つまり、移動体１１０が走行領域ＲＡ１を隈なく通過していれば、掃除ロボットとして隈なく床面を掃除していることになり、精度評価としては、１００％ということになる。なお、例えば、図７等に概念的に示した状況を可視化した画像や走行領域ＲＡ１に対する通過範囲ＴＲ１の占有率を表示装置５５（図２参照）に表示してもよい。

なお、例えば、上記のように移動体１１０をジグザグ移動させる際において、直進及び後退や回転の向きや角度範囲について、種々のものを組み合わせることで、移動体１１０の移動方法として使用され得る全てを含んだものに対して位置推定精度を検証できるようにすることも考えられる。

また、以上のような検証あるいは評価（性能評価）を行うタイミングに関しては、例えば、製品出荷時に行うことで、掃除ロボットとしての移動体１１０が、出荷可能な性能を有するものであるかを判定できるようにすることが考えられる。あるいは、上記検証あるいは評価を、出荷後のメンテナンス時に行うといったことも考えられる。例えば製品出荷時での検証の場合、性能評価に問題が無ければそのまま出荷等されるのに対して、性能評価に問題がある場合すなわち一定の基準（走行領域ＲＡ１に占める通過範囲ＴＲ１の割合が一定値以上であるか否か等）を満たしていない場合には、移動体１１０の自己位置推定部ＰＥに関する各種修正処理を行って、再度検証を行うことになる。なお、マーカーＭＫについては、検証時にのみ移動体１１０に取り付け、出荷時あるいはメンテナンス終了後においては、取り外してもよい。

以下、図８を参照して、一変形例のマーカーＭＫを有する走行位置検証システム１００について説明する。

図８は、一変形例のマーカーＭＫについて一例を説明するための図であり、図８（Ａ）は、一変形例のマーカーＭＫについての概念的な斜視図であり、図８（Ｂ）は、平面図である。本変形例では、複数のマーカーＭＫ１，ＭＫ２を設置している点において、上記の例と異なっている。より具体的には、図８の一例では、マーカーＭＫ１，ＭＫ２は、移動体１１０の回転中心の位置と回転中心外の位置との２か所に設けられている。この場合、マーカーＭＫ１とマーカーＭＫ２との相対的な位置変化から、移動体１１０の回転移動を捉えることができる。具体的には、例えば図８（Ｂ）に示すように、移動体１１０の回転時においては、回転中心の位置にあるマーカーＭＫ１は、回転軸ＡＸの位置から移動しない一方、回転中心外の位置にあるマーカーＭＫ２は、破線と実線で示すように、回転軸ＡＸを中心として移動する。この場合、破線と実線で示すマーカーＭＫ２の位置変化とマーカーＭＫ１の固定位置とから移動体１１０の回転角度θを算出できる。すなわち、計測部５１ａ（図２参照）は、マーカーＭＫの位置から移動体の回転角度を計測することができる。なお、マーカーＭＫについては、２つに限らず３つ以上としてもよい。以上のように、本変形例の場合、少なくとも２か所に設けたマーカーＭＫによって、移動体の回転移動を的確に捉えることができる。例えば、図７に示したジグザグ移動の際における回転の向きや回転させる角度範囲の変化に対する自己位置推定の精度の確認に際して、本変形例を利用できる。

以上のように、本実施形態に係る走行位置検証システム１００は、移動体１１０を検知する範囲を示す２次元的な検知領域を定める複数のポール部材ＰＯと、検知領域である仮想平面領域ＶＳ１を撮像する撮像部１０と、移動体１１０に取り付けられて仮想平面領域ＶＳ１を移動するマーカーＭＫと、撮像部１０により取得された２次元画像データ上におけるマーカーＭＫの位置から移動体１１０の走行位置を計測する計測部５１ａと、計測部５１ａでの計測結果に基づき移動体１１０の走行位置を検証する検証部５１ｂとを備える。上記構成により、走行位置検証システム１００では、複数のポール部材ＰＯにより定められた２次元的な仮想平面領域ＶＳ１において、移動体１１０に取り付けられたマーカーＭＫが移動し、これを撮像部１０で撮像して取得される２次元画像データ上におけるマーカーＭＫの位置から移動体１１０の走行位置を計測することで、２次元的で簡易な画像処理によって移動体の走行位置を確実に計測できる。この上で、計測結果に基づいて移動体１１０の走行位置を利用して検証をすることで、例えば自己位置を推定する機能を有する移動体１１０について、その位置推定の精度を客観的基準から判断できる。

〔第２実施形態〕
以下、図９を参照しつつ、第２実施形態に係る走行位置補正システムについて一例を説明する。本実施形態は、第１実施形態において一例を示した走行位置検証システムを利用した走行位置補正システムの一態様を示すものであり、校正部を有して検証の結果から必要に応じて移動体における自己位置推定についての補正を行うことを除いて、第１実施形態の走行位置検証システムと同様であるので、全体の構成について、共通する構成要素については同じ符号を付し、校正部に関する部分以外の他の部分の詳しい説明については省略する。

図９は、本実施形態に係る走行位置補正システム２００等の内部構造に関する一構成例についてのブロック図であり、図２に対応する図である。

図示のように、本実施形態の走行位置補正システム２００は、情報処理装置５０のうち、主制御部５１において校正データ作成部５１ｃを有するとともに、情報処理装置５０がインターフェース部６０を有している点において、図２等に例示した走行位置検証システム１００と異なっている。また、走行位置補正システム２００の構成に対応して、検証される対象である移動体２１０も、インターフェース部７０を有するとともに、主制御部ＭＰの自己位置推定部ＰＥにおいて校正受付処理部ＣＣを有している。

本実施形態の走行位置補正システム２００では、第１実施形態に例示した走行位置検証システム１００の場合と同様に、移動体２１０についての検証を行う。すなわち、自己位置を推定する機能を有する移動体２１０について、自己位置推定の精度を客観的基準から判断すべく、撮像部１０で取得した２次元画像データに対する各種処理が、情報処理装置５０において行われる。この上で、移動体２１０による自己位置推定について精度改善のための補正が必要であると判断された場合には、走行位置補正システム２００は、自己位置推定についての補正をするための処理を行う。具体的には、校正データ作成部５１ｃとしての主制御部５１は、検証結果に応じた移動体２１０の自己位置推定部ＰＥに関する各種修正プログラムを作成し、作成した修正プログラムを、インターフェース部６０を介して例えば有線接続により移動体２１０に対して出力する。すなわち、走行位置補正システム２００において、校正データ作成部５１ｃとインターフェース部６０とが、移動体２１０における自己位置推定についての補正を行う校正部ＣＳとして機能している。

移動体２１０は、インターフェース部６０と接続されることで、インターフェース部７０を介して走行位置補正システム２００で作成された当該修正プログラムを受け付け、自己位置推定部ＰＥに設けた校正受付処理部ＣＣにより、当該修正プログラムに基づいて自己位置推定のプログラムを修正する。すなわち、本実施形態では、走行位置補正システム２００での検証結果から、例えば位置推定の精度に問題がある等であれば、必要に応じて、移動体２１０における自己位置推定についての補正を行う、すなわち位置推定の校正が可能になっている。

〔第３実施形態〕
以下、図１０等を参照しつつ、第３実施形態に係る走行位置計測システムについて一例を説明する。本実施形態は、第１実施形態において一例を示した走行位置検証システムと同様の構成を有する走行位置計測システムの一態様を示すものであるが、移動体の本動作時（例えば掃除ロボットの掃除動作時）において走行位置の計測を行う態様となっている点において、第１実施形態等の場合とは異なっている。本実施形態では、第１実施形態において図３～図５を参照して例示したマーカーの検出のための諸準備が完了していることを前提として、移動体の本動作時において走行位置の計測を行う。ただし、上記のような本動作時における走行位置計測という使用態様とするための構成を除いて、第１実施形態の走行位置検証システム等で例示したものと同様の構成を有するので、共通する構成要素については同じ符号を付し、全体の構成についての詳しい説明については省略する。

図１０は、本実施形態に係る走行位置計測システム３００の一構成例を示す概念的な斜視図であり、図５（Ｂ）に対応する図である。また、図１１は、走行位置計測システム３００等の内部構造に関する一構成例についてのブロック図であり、図２等に対応する図である。

図１０及び図１１に例示するように、本実施形態の走行位置計測システム３００は、情報処理装置５０において通信部８０を備えている点において、図２等に例示した走行位置検証システム１００と異なっている。なお、検証（位置推定の検証）を行うことを前提としないため、主制御部５１において、検証部を省略している。また、走行位置計測システム３００の構成に対応して、検証される対象である移動体３１０も、通信部９０を有している。つまり、通信部８０と通信部９０との間で無線通信が可能になっている。また、移動体３１０は、自己位置推定部を有さずこれに代えて自己位置検知部ＰＤを有している。

本実施形態の走行位置計測システム３００では、第１実施形態に例示した走行位置検証システム１００の場合と同様に、移動体３１０についての位置検知を行う。さらに、走行位置計測システム３００は、通信部８０を介した無線通信により、計測部５１ａでの計測結果を移動体３１０に出力する。

一方、移動体３１０は、自らは自己位置推定の動作を行わず、これに代えて、通信部９０を介して、自己位置検知部ＰＤが、走行位置計測システム３００からの計測結果を受け付け、受け付けた結果に基づき自己位置を検知する。すなわち、移動体３１０は、走行位置計測システム３００から受け取った計測部５１ａでの計測結果から自己位置を検知することで、自身の位置の把握（自己位置検知）を可能にしている。

以下、図１２を参照して、本実施形態の一変形例の走行位置計測システム３００について説明する。なお、図１２は、一変形例の走行位置計測システム３００等の内部構造に関する一構成例についてのブロック図であり、図１１に対応する図である。

図１２の一例では、検証される対象である移動体４１０が、自己位置推定部ＰＥを有し、さらに、自己位置推定部ＰＥにおいて修正部ＣＯを有する構成となっている点において、図１１の場合と異なっている。より具体的には、移動体４１０は、自己位置推定部ＰＥに基づき移動しつつ自己位置を推定し、さらに、修正部ＣＯにより、通信部８０，９０間での通信により受け取った計測部５１ａでの計測結果に基づいて自己位置推定を修正する。すなわち、本変形例では、自己位置の推定を行う移動体４１０において、計測部５１ａでの計測結果を利用して、必要に応じて自己位置推定の修正を行うことにより、位置推定の精度向上が可能になっている。

以上のように、本実施形態に係る走行位置計測システム３００では、移動体３１０等を検知する範囲を示す２次元的な検知領域である仮想平面領域ＶＳ１において、移動体３１０等に取り付けられたマーカーＭＫが移動し、これを撮像部１０で撮像して取得される２次元画像データ上におけるマーカーＭＫの位置から移動体３１０等の走行位置を計測することで、２次元的で簡易な画像処理で移動体の走行位置を確実に計測できる。特に、本実施形態では、例えば掃除ロボットの掃除動作時といった移動体３１０等の本動作時において、走行位置の計測を行い、移動体３１０等は、この計測結果を自己位置の検知に利用することができる。

〔その他〕
この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

まず、上記では、走行位置の計測、さらにはその検証の対象となる移動体１１０等について、掃除ロボットを例示しているが、移動体１１０等はこれに限らず、種々のものが想定できる。例えば、工場や空港等において使用される搬送ロボットに関して適用してもよい。また、移動体１１０等の形状についても、円筒形状に限らず、種々の形状となり得る。さらに、移動体１１０等の走行位置の計測や検証に際して、走行領域ＲＡ１そのものではなく、本願のように俯瞰した位置から走行領域ＲＡ１に対応する仮想領域ＶＳ１を撮像範囲とし、頂上側にマーカーＭＫを取り付けて置くことで、例えば移動体１１０等自身が影になってマーカーＭＫが捉えにくくなる可能性を抑えられる。なお、以上のことは、例えば１ｍ程度の高さを有する移動体１１０等に限らず、高さのあまりない薄型のものであっても、効果を得られると考えられる。つまり、移動体１１０等の高さが種々異なる態様において、各実施形態の適用が可能である。

また、移動体の平面上の走行態様についても、直進及び回転のみに限らず、種々の態様とすることができる。

また、上記において、平面的（２次元的）な走行領域ＲＡ１については、種々の態様が考えられる。例えば、第１実施形態の走行位置検証システム１００や第２実施形態の走行位置補正システム２００において例示したように、自己位置推定の精度検証を行うものである場合、走行領域ＲＡ１の大きさや形状は、求めるべき精度に応じて的確な範囲を予め設定可能である。また、移動体の走行態様に応じて走行領域ＲＡ１を定めてもよい。

また、撮像部１０の設置に関しても、検証等に際して求める精度や、カメラの解像度等に応じて種々対応させることができる。例えば、図４（Ｂ）に例示した２次元的平面の画像図ＧＩの場合、実際の距離は等距離あるいはほぼ等距離であるにもかかわらず、撮像位置から遠い点ＰＧ１から点ＰＧ２までの画素数は、撮像位置に近い点ＰＧ３から点ＰＧ４までの画素数よりも少なく、検証時の精度が相対的に粗いことになる。また、撮像位置によっては、例えば点ＰＧ１から点ＰＧ４までの画素数が少なくなり実際の距離と比較して粗くなる可能性もある。したがって、例えば、これらの各種パラメータについて情報処理装置５０側でテーブルデータを格納しておき、図４（Ｂ）に例示した画像図ＧＩから撮像部１０の設置について良否を判断するようにしてもよい。

また、例えば対象となる走行領域ＲＡ１が非常に広大になる場合や複数個所に分かれる場合には、複数の撮像部１０を設置して、各撮像部１０によって異なる領域を対象とするものとしてもよい。

１０…撮像部、５０…情報処理装置、５１…主制御部、５１ａ…計測部、５１ｂ…検証部、５１ｃ…校正データ作成部、５２…画像処理部、５３…記憶部、５４…入力装置、５５…表示装置（出力装置）、６０，７０…インターフェース部、８０，９０…通信部、１００…走行位置検証システム、１１０，２１０，３１０，４１０…移動体、２００…走行位置補正システム、３００…走行位置計測システム、Ａ１，Ａ２，ＡＡ１…矢印、ＡＸ…回転軸、ＣＣ…校正受付処理部、ＣＯ…修正部、ＣＳ…校正部、ＤＤ…駆動装置、ＤＴ…検出部、Ｈ…変換行列、ＭＫ，ＭＫ１，ＭＫ２…マーカー、ＭＰ…主制御部、ＰＤ…自己位置検知部、ＰＥ…自己位置推定部、ＰＧ１～ＰＧ４…点、ＰＯ…ポール部材、ＰＳ…点、ＰＴ…点、ＲＡ１…走行領域、ＳＥ…センサー、ＴＯ…頂上部、ＴＲ１…通過範囲、ＶＧ１…画像領域、ＶＳ１…仮想平面領域（検知領域）、ＷＤ…駆動輪、θ…回転角度

Claims (10)

1. 移動体を検知する範囲を示す２次元的な検知領域を定める複数のポール部材と、
   前記検知領域を撮像する撮像部と、
   前記移動体に取り付けられて前記検知領域を移動するマーカーと、
   前記撮像部により取得された２次元画像データ上における前記マーカーの位置から前記移動体の走行位置を計測する計測部と、
   前記計測部での計測結果に基づき前記移動体における自己位置推定を検証する検証部と
   を備える走行位置検証システム。
2. 前記検知領域は、複数のポール部材の検出部により形成される水平の仮想平面領域であり、
   前記検出部の高さと前記移動体の回転軸中心に取り付けられた前記マーカーの高さが同一である、請求項１に記載の走行位置検証システム。
3. 前記検証部は、前記移動体における自己位置推定の精度を、前記計測部の計測結果との比較に基づいて検証する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の走行位置検証システム。
4. 前記計測部は、前記２次元画像データ上の仮想平面から実空間上での位置を示す座標平面への変換処理により、前記２次元画像データ上における前記マーカーに相当する画素位置を、前記検知領域としての２次元平面上の１か所と対応付けて前記移動体の走行位置を決定する、請求項１～３のいずれか一項に記載の走行位置検証システム。
5. 前記移動体は、移動方法として回転移動を含み、
   前記マーカーは、前記移動体の回転中心の位置と回転中心外の位置との少なくとも２か所に設けられており、
   前記計測部は、前記マーカーの位置から前記移動体の回転角度を計測する、請求項１～４のいずれか一項に記載の走行位置検証システム。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の走行位置計測システムにより、前記移動体の走行位置の検証が完了した場合において、前記移動体の走行位置を計測する走行位置計測システムであって、
   前記撮像部は、検証完了後の前記移動体の本動作時において、前記検知領域を撮像し、
   前記マーカーは、検証完了後の前記移動体の本動作時において、前記検知領域を移動し、
   前記計測部は、検証完了後の前記移動体の本動作時において、前記撮像部により取得された２次元画像データ上における前記マーカーの位置から前記移動体の走行位置を計測する、
   走行位置計測システム。
7. 前記計測部での計測結果を前記移動体に出力する通信部を備える、請求項６に記載の走行位置計測システム。
8. 前記移動体は、前記通信部から受け取った前記計測部での計測結果から自己位置を検知する、請求項７に記載の走行位置計測システム。
9. 前記移動体は、移動しつつ自己位置を推定し、前記通信部から受け取った前記計測部での計測結果に基づいて自己位置推定を修正する、請求項７に記載の走行位置計測システム。
10. 移動体を検知する範囲を示す２次元的な検知領域を定める複数のポール部材と、
    前記検知領域を撮像する撮像部と、
    前記移動体に取り付けられて前記検知領域を移動するマーカーと、
    前記撮像部により取得された２次元画像データ上における前記マーカーの位置から前記移動体の走行位置を計測する計測部と、
    前記計測部での計測結果に基づき前記移動体における自己位置推定を検証する検証部と、
    前記検証部における検証結果に応じて、前記移動体における自己位置推定についての補正を行う校正部と
    を備える走行位置補正システム。

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