JPH05257530A - 移動ロボットの方位及び位置の較正方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 識別信号を発生するような特定物標を使用し
なくとも、作業現場にある既知の物標を参照にして、移
動ロボットが実平面について設定された絶対座標系にお
ける自分の方位及び位置を較正することができる移動ロ
ボットの方位及び位置の較正方法並びに装置。 【構成】 方位検出部１及び走行距離検出部２の検出信
号から推定座標系における移動ロボットの推定位置を算
出する２次元座標推定位置演算処理部４と、移動ロボッ
ト上の相対座標系により左方及び右方物標の位置及び距
離を測定する左方及び右方物標位置・距離測定部３Ａ及
び３Ｂと、前記測定した参照物標の位置を推定座標系に
変換して記憶する参照物標座標変換・記憶部５と、前記
推定座標系において前記算出された移動ロボットの推定
位置と前記記憶された参照物標の複数の位置とから絶対
座標系における移動ロボットの進行方位及び位置を較正
する方位・位置較正演算部６とを備えたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動ロボットの外界の実
平面について設定された絶対座標系における移動ロボッ
トの進行方向及び位置を較正する方法並びに装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、工場や倉庫等において、部品や荷
物を運ぶ無人搬送ロボットが使用されている。この無人
搬送ロボットはある地点から目的地まで物品を搬送する
ことが本来の目的である。この場合に、あらかじめ走行
ルート上の特定位置（例えば十字路の通路やその近傍
等）に識別物標（例えば識別信号を発生する信号発生物
標）を設けておき、移動ロボットが内蔵センサにより前
記識別物標を検出して、前記特定位置にあることを認識
し、ロボットの位置や進行方向を較正しながら目的地ま
で到達するものが多い。これは移動ロボットの走行に応
じ、その内蔵する方位センサや距離センサに基づいて算
出されるロボットの位置や方位の累積誤差が大きくなる
ので、所定間隔での較正を行なうためである。しかし床
面を清掃するロボットや、床面上にセメントのコテ仕上
げをするロボットのような床面作業ロボットの場合に
は、与えられたすべての領域を余す所なく、且つ重複す
る所なく掃引（移動）して作業をすることが本来の目的
であるため、その走行ルートやその近傍に前記識別物標
を設けると、作業領域の一部が未作業部分として残った
り、また識別物標との衝突回避動作を要したりする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記床面作業ロボット
が自己の進行方位や位置を較正するために、その作業領
域内の走行ルート上やその近傍に、特定位置を移動ロボ
ットに知らせるための識別物標を設置すると、作業領域
の一部が未作業部分として残り再作業を要するとか、前
記識別物標との衝突回避動作のために複雑な走行ルート
になる等の問題点があった。本発明はかかる問題点を解
決するためになされたもので、識別信号を発生するよう
な特定の識別物標を使用しなくとも、作業現場にある既
知の物標を参照にして、移動ロボットが実平面について
設定された絶対座標系における自分の方位及び位置を較
正することができる移動ロボットの方位及び位置の較正
方法並びに装置を得ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１または
請求項４に係る移動ロボットの方位及び位置の較正方法
並びに装置は、移動ロボットの外界の実平面について設
定された絶対座標系における移動ロボットの進行方位及
び位置を較正する方法並びに装置において、前記移動ロ
ボットの進行方位を検出する方位検出手段と、前記移動
ロボットの走行距離を検出する走行距離検出手段と、前
記方位検出手段及び走行距離検出手段がそれぞれ検出し
た方位情報及び走行距離情報から推定座標系における移
動ロボットの推定位置を算出する推定位置演算手段と、
前記移動ロボットに設定された相対座標系により、少く
とも前記移動ロボットの両側の方向を含む複数の方向の
いずれかに存在する既知参照物標の位置と、該参照物標
までの距離とを逐次測定する参照物標位置及び距離測定
手段と、前記移動ロボットが移動した複数の位置におい
て、前記推定位置演算手段が算出した推定座標系におけ
る移動ロボットの推定位置情報と、前記参照物標位置及
び距離測定手段が測定した相対座標系における参照物標
の複数の位置及び距離の情報とにより、前記参照物標の
複数の位置情報を前記推定座標系における情報に変換し
て記憶する参照物標座標変換及び記憶手段と、前記推定
位置演算手段が算出した推定座標系における移動ロボッ
トの推定位置情報と、前記参照物標座標変換及び記憶手
段が記憶した推定座標系における参照物標の複数の位置
情報とから、前記絶対座標系における移動ロボットの進
行方位及び位置を較正演算する方位及び位置較正演算手
段とを備えたものである。

【０００５】本発明の請求項２または請求項５に係る移
動ロボットの方位及び位置の較正方法並びに装置は、前
記請求項１または請求項４に係る移動ロボットの方位及
び位置の較正方法並びに装置において、前記移動ロボッ
トから所定方位にビーム形成される超音波を送信する超
音波送信手段と、該超音波送信位置から前記所定方位と
直角方向に等距離を隔てた両側の位置にそれぞれ設置さ
れ、前記超音波送信手段が送信した超音波の反射波を個
別に受信する１対の超音波受信手段と、該１対の超音波
受信手段からそれぞれ得られる反射点までの距離情報に
基づき反射物標の位置と該物標までの距離を算出する演
算手段とを含む超音波送受信及び演算手段を、前記移動
ロボットの両側の方向を含む複数の方向の各方向毎にそ
れぞれ設けて構成される前記参照物標位置及び距離測定
手段を備えたものである。

【０００６】本発明の請求項３または請求項６に係る移
動ロボットの方位及び位置の較正方法並びに装置は、前
記請求項１もしくは請求項２、または請求項４もしくは
請求項５に係る移動ロボットの方位及び位置の較正方法
並びに装置において、前記既知参照物標を壁面として、
移動ロボットを前記壁面に並進させた複数位置において
前記参照物標座標変換及び記憶手段が記憶した前記推定
座標系における壁面の複数の位置情報と、前記推定位置
演算手段が算出した推定座標系における移動ロボットの
推定位置情報とから、壁面の回帰直線をあてはめ、該回
帰直線を利用して前記絶対座標系における移動ロボット
の進行方位及び位置を較正演算する方位及び位置較正演
算手段を備えたものである。

【０００７】

【作用】本請求項１または請求項４に係る発明において
は、ロボットの外界の実平面について設定された絶対座
標系における移動ロボットの進行方位及び位置を較正す
る方法または装置において、方位検出手段は前記移動ロ
ボットの進行方位を検出し、走行距離検出手段は前記移
動ロボットの走行距離を検出する。推定位置演算手段は
前記方位検出手段及び走行距離検出手段がそれぞれ検出
した方位情報及び走行距離情報から推定座標系における
移動ロボットの推定位置を算出する。参照物標位置及び
距離測定手段は前記移動ロボットに設定された相対座標
系により、少くとも前記移動ロボットの両側の方向を含
む複数の方向のいずれかに存在する既知参照物標の位置
と該参照物標までの距離とを逐次測定する。参照物標座
標変換及び記憶手段は前記移動ロボットが移動した複数
の位置において、前記推定位置演算手段が算出した推定
座標系における移動ロボットの推定位置情報と、前記参
照物標位置及び距離測定手段が測定した相対座標系にお
ける参照物標の複数の位置及び距離の情報とにより、前
記参照物標の複数の位置情報を前記推定座標系における
情報に変換して記憶する。方位及び位置較正演算手段は
前記推定位置演算手段が算出した推定座標系における移
動ロボットの推定位置情報と、前記参照物標座標変換及
び記憶手段が記憶した推定座標系における参照物標の複
数の位置情報とから、前記絶対座標系における移動ロボ
ットの進行方位及び位置を較正演算する。

【０００８】本請求項２または請求項５に係る発明にお
いては、前記請求項１または請求項４に係る発明におい
て、前記参照物標位置及び距離測定手段は、超音波送信
手段と１対の超音波受信手段と演算手段とを含む超音波
送受信及び演算手段を、前記移動ロボットの両側の方向
を含む複数の方向の各方向毎にそれぞれ設けて構成され
る。そして前記超音送信手段は前記移動ロボットから所
定方位にビーム形成される超音波を送信する。１対の超
音波受信手段は前記超音波送信位置から前記所定方位と
直角方向に等距離を隔てた両側の位置にそれぞれ設置さ
れ、前記超音波送信手段が送信した超音波の反射波を個
別に受信する。演算手段は前記１対の超音波受信手段か
らそれぞれ得られる反射点までの距離情報に基づき反射
物標の位置と該物標までの距離を算出する。

【０００９】本請求項３または請求項６に係る発明にお
いては、前記請求項１もしくは請求項２、または請求項
４もしくは請求項５に係る発明において、前記方位及び
位置較正演算手段は前記既知参照物標を壁面として、移
動ロボットを前記壁面に並進させた複数位置において前
記参照物標座標変換及び記憶手段が記憶した前記推定座
標系における壁面の複数の位置情報と、前記推定位置演
算手段が算出した推定座標系における移動ロボットの推
定位置情報とから、壁面の回帰直線をあてはめ、該回帰
直線を利用して前記絶対座標系における移動ロボットの
進行方位及び位置を較正演算する。

【００１０】

【実施例】図１は本発明に係る移動ロボットの方位及び
位置較正装置の構成を示すブロック図であり、１は方位
検出部、２は走行距離検出部、３Ａは左方物標位置・距
離測定部、３Ｂは右方物標位置・距離測定部、４は２次
元座標推定位置演算処理部、５は参照物標座標変換・記
憶部、６は方位・位置較正演算処理部、７は走行制御部
である。また前記１〜７の機器は移動ロボット１０内に
含まれている。また２次元座標推定位置演算処理部４と
方位・位置較正演算処理部６とは、別個の機能のもので
あるが、ハードウェアとしては、それぞれマイクロプロ
セッサ（以下ＣＰＵという）、制御プログラムを記憶す
るＲＯＭ、データを一時記憶するＲＡＭ、及びデータの
入出力インタフェース等により構成することができるの
で、ＣＰＵが高速で情報処理能力に余裕がある場合に
は、同一のユニットとして構成することが可能である。

【００１１】図２は本発明に係る超音波による物標位置
・距離測定部の説明図であり、水平面における左方及び
右方の超音波送波ビームと参照物標としての壁面をそれ
ぞれ示している。図３は超音波による物標距離の測定動
作を説明する波形図である。図４は本発明に係る超音波
による物標の位置及び距離測定法の説明図である。図５
は移動ロボットの絶対座標及び相対座標を説明する図で
ある。

【００１２】図２〜図５を参照し、図１の各機器の機能
及び動作について説明する。図１の方位検出部１は、移
動ロボット１０の進行方位を検出する部分であり、例え
ばセンサがジャイロコンパスの場合は直接方位情報を検
出できる。またセンサがレートジャイロの場合は、レー
トジャイロが検出するロボットの回頭角速度信号を逐次
積分演算することによりロボットの進行方位情報を算出
する。従ってジャイロコンパスでは検出誤差は累積され
ないが製品は一般に高価であり、反面レートジャイロは
一般に安価ではあるが、検出誤差が累積されるため、何
らかの較正が必要となる。

【００１３】図１の走行距離検出部２は、移動ロボット
１０の走行距離を検出する部分であり、例えば移動ロボ
ット１０の動輪に取付けられたエンコーダからの出力信
号を計数することにより走行距離を検出する。

【００１４】図２により超音波による左方物標位置・距
離測定部３Ａを説明する。また右方物標位置・距離測定
部３Ｂは、３Ａと同一のものであり、単に移動ロボット
１０の右側に装着されるか、左側に装着されるかの相違
である。同図のＴ₁ ，Ｒ₁₁，Ｒ₁₂及びＡ₁ により左方物
標位置・距離測定部３Ａは構成される。ここでＴ₁ は送
信器であり、所定方位にビーム形成されるバースト超音
波を送信する。Ｒ₁₁及びＲ₁₂は１対の受信器であり、そ
れぞれ前記送信器Ｔ₁ の設置位置（即ち送信位置）から
前記超音波送信ビームの中心軸である所定方位と直角方
向に等しい距離ｄ（３角測量の原理によりｄは可及的に
大きい方が良いが、一般に移動ロボット１０の横幅以内
となるため、例えば４０cm程度）を隔てた両側に設けら
れる。またＡ₁ は１対の受信器Ｒ₁₁及びＲ₁₂により得ら
れる２つの反射点までの距離情報に基づき、反射物標の
位置と該反射物標までの距離を算出する演算器である。
この演算器Ａ₁ は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び
入出力インタフェース等により構成されるものでよい。

【００１５】送信器Ｔ₁ は、図３の送信ゲート期間（例
えば数ミリ秒）に、例えば４０kHzの発信器出力を送波
器に供給し、この超音波バースト波をホーンを介して狭
い送波ビームを形成して所定方位に送波する。例えば水
平面指向特性として送波ビーム幅は約２０度程度のビー
ムを形成する。ここで周波数が４０kHz 程度の超音波を
用いる理由は、波長を短くして距離分解能を向上させる
ためであり、ホーン等のビーム形成手段を用いるのは方
位分解能を良くするためである。

【００１６】移動ロボット１０の左方に参照物標（例え
ば図２の壁面）が存在する場合には、受信器Ｒ₁₁及びＲ
₁₂は前記壁面からの反射信号のうち、それぞれ受信可能
な２つの反射点からの反射信号を個別に受信し、該受信
信号を増幅後、所定帯域幅のバンドパスフィルタ（ＢＰ
Ｆ）を介して検波して、該検波信号を所定のスレッシュ
ホールドレベルと比較して、このレベルを越えた２値化
信号を検出出力として取出す。そして内蔵するカウンタ
により超音波の送信開始時刻より検出出力の発生時刻ま
での時間Ｔを計測する。この計測時間Ｔと超音波の空中
伝播速度（常温で約３３０ｍ／秒）とから物標反射点ま
での距離情報が得られる。上記各信号の波形は図３に示
される。なお、左方物標位置・距離測定部３Ａに内蔵さ
れる演算器Ａ₁ は、前記１対の受信器Ｒ₁₁及びＲ₁₂から
個別に得られる２つの距離情報から、反射物標の座標位
置と該物標までの距離を算出するものである。この算出
方法は図４により説明する。

【００１７】図４は本発明に係る超音波による物標の位
置及び距離測定法の説明図であり、単に反射物標までの
距離を測定するだけではなく、移動ロボット側に設定さ
れた相対座標系に基づき、前記反射物標の座標位置（移
動ロボットからの超音波送波ビームの中心軸の反射位
置）を算出できるものである。図４において、点Ｔは超
音波の送信位置（以下送信点という）であり、移動ロボ
ット上に設定されたｘｙ２次元座標（センサ相対座標で
あり絶対座標ではない）の座標原点とする。点Ｒ₁ 及び
Ｒ₂ はそれぞれ反射された超音波の受信位置（以下受信
点という）であり、ｘ軸上の座標原点から左右にそれぞ
れ距離ｄを隔てた位置とする。Ｕは被測定物の表面（即
ち反射面）であり、点Ｐにおいてｘ軸との平行線Ｑと角
度ａだけ負方向に傾斜している。いま被測定物の反射面
Ｕにおいて、送波ビームの中心軸の反射点をＰ、送信点
Ｔからの送信波が面Ｕで反射して受信点Ｒ₁ で受信され
るＵ面上の反射点をＲ₁ ，送信点Ｔからの送信波が面Ｕ
で反射して受信点Ｒ₂ で受信されるＵ面上の反射点をＰ
₂ 、また直線Ｒ₁ Ｐ₁ と直線Ｒ₂ Ｐ₂ をそれぞれ延長し
た延長線の交点をＰ₀ とする。前記交点Ｐ₀ は、当然直
線ＴＰの延長線上にある。

【００１８】図４において、点Ｒ₁ から点Ｐ₀ までの距
離をＳ₁ （Ｓ₁ ＝Ｒ₁ Ｐ₁ ＋Ｐ₁ Ｐ₀ ）、点Ｒ₂ から点
Ｐ₀ までの距離をＳ₂ （Ｓ₂ ＝Ｒ₂ Ｐ₂ ＋Ｐ₂ Ｐ₀ ）、
点Ｔから点Ｐ₀ までの距離をＳ、点Ｔから点Ｐまでの距
離をＤ、点Ｐの座標を（ｘ_P，ｙ_P ）、面Ｑに対する面
Ｕの傾斜角をａとすると、図４の座標解析を行なうこと
により、距離Ｄ及び距離Ｓは次の式（１）、（２）で、
Ｐ点の座標ｘ_P ，ｙ_Pは次の式（３）、（４）で、傾斜
角ａは次の式（５）でそれぞれ示される。 Ｄ＝Ｓ／２ …（１）

【００１９】

【数１】

【００２０】

【数２】

【００２１】

【数３】

【００２２】 ａ＝−ｘ_P ／ｙ_P …（５） 従って移動ロボット１０上に相対座標系を設けると、こ
の相対座標系における反射点Ｐの座標位置と点Ｐまでの
距離が算出できる。

【００２３】この実施例においては、超音波の送信周波
数を４０kHz とし、送波ビーム幅を２０度とした場合
に、最小検出距離０．３ｍから最大検出距離１０．０ｍ
までの範囲で、前記壁面等の参照物標の反射点位置と該
反射点までの距離の算出が可能である。左方または右方
物標位置・距離測定部３Ａまたは３Ｂによりそれぞれ算
出された壁面等の参照物標の位置及び距離情報は、参照
物標座標変換・記憶部５に供給される。

【００２４】図１の２次元座標推定位置演算処理部４
は、あらかじめ設定された絶対座標系における移動ロボ
ット１０の位置を推定する演算を行なう。しかし実際に
は、後述する推定座標系における推定位置を算出するも
のである。最初に移動ロボットの絶対座標系、相対座標
系及び推定座標系について説明する。図５は移動ロボッ
ト絶対座標及び相対座標を説明する図である。同図にお
いては、与えられた作業領域が長方形の場合に、該長方
形の１つの角を座標原点Ｏとして、参照物標である壁面
に並行の方向をＸ軸とし、壁面に直角の方向をＹ軸とし
て設定した２次元の絶対座標Ｏ−ＸＹの例を示してい
る。この絶対座標系は移動ロボット１０の外界の実平面
に対して定義され、固定されたものである。この絶対座
標Ｏ−ＸＹにおいて、前記Ｘ軸から反時計方向に移動ロ
ボット１０の進行方向ｘまでの角度＋Ψが移動ロボット
の方位、また移動ロボット１０の重心位置であるＰ点の
座標（Ｘ_P ，Ｙ_P ）が移動ロボットの位置として定義さ
れる。

【００２５】また移動ロボット１０には、その重心位置
であるＰ点を座標原点として、その進行方向をｘ軸とし
て、進行方向に直角の方向をｙ軸とした２次元の相対座
標Ｐ−ｘｙが設定されており、移動ロボット１０が有す
る各種センサはすべてこの相対座標系に基づき計測され
る。いま移動ロボット１０に設けられた方位センサはレ
ートジャイロであり、該レートジャイロが検出する点Ｐ
の廻りの回頭角速度をｒ、移動ロボット１０の動輪に設
けられた速度センサ（エンコーダ）から検出されるｘ軸
方向の前進速度をｖ、移動ロボット１０から参照物標
（壁面）までの最小距離の超音波反射点として測定した
点Ｔ（この場合に壁面と線分ＰＴとは直角に交差する）
の座標位置を（ｘ_t ，ｙ_t ）とする。

【００２６】２次元座標推定位置演算部４は、方位検出
部１から入力される方位情報と、走行距離検出部２から
入力される走行距離情報から移動ロボットの前進速度ｖ
を求め、この前進速度ｖの余弦成分（即ちｘ軸方向の前
進速度）と正弦成分（即ちｙ軸方向の前進速度）とを、
それぞれ積分演算することにより、図５で説明した絶対
座標Ｏ−ＸＹにおける移動ロボット１０の座標位置（Ｘ
_P ，Ｙ_P ）を推定する演算を行なう。しかし実際の方位
センサ及び走行距離センサによる検出値には、それぞれ
誤差が含まれているから、移動開始位置からある距離を
走行した時点では、移動ロボットの推定位置及び方位に
は累積誤差が生じているため、前記絶対座標Ｏ−ＸＹに
おける正確な位置は算出されない。

【００２７】図６は移動ロボットの推定座標を説明する
図である。同図においては、移動ロボットがある距離を
走行した時点で、前記絶対座標Ｏ−ＸＹに対して、座標
位置で＋ΔＸ，＋ΔＹ，方位で＋ΔΨの累積誤差が発生
し、この累積誤差のある推定座標Ｏ′−Ｘ′Ｙ′におい
て移動ロボットの座標位置及び方位を算出している状態
を示している。図６において、ｒ′は誤差を含むレート
ジャイロによる回頭角速度、ｖ′は誤差を含む移動ロボ
ットの前進速度、Ψ′は誤差のある移動ロボットの方位
である。この場合に、方位検出部１はレートジャイロが
検出した誤差を含む回頭角速度ｒ′を次の式（６）によ
り積分演算を行ない、誤差を含む推定方位Ψ′を算出す
る。

【００２８】

【数４】

【００２９】また２次元座標推定位置演算処理部４は累
積誤差のある推定座標Ｏ′−Ｘ′Ｙ′において、前記推
定方位Ψ′と誤差を含む移動ロボットの前進速度ｖ′を
用いて、移動ロボットの推定位置（Ｘ_P ′，Ｙ_P ′）を
次の式（７）及び（８）によりそれぞれ算出する。

【００３０】

【数５】

【００３１】

【数６】

【００３２】図１の参照物標座標変換・記憶部５は、移
動ロボット１０の走行に応じて、２次元座標推定位置演
算処理部４が前記推定座標Ｏ′−Ｘ′Ｙ′により逐次算
出する移動ロボットの推定位置情報と、左方または右方
物標位置・距離測定部３Ａまたは３Ｂが、移動ロボット
上の相対座標Ｐ−ｘｙにより、前記ロボットの各推定位
置毎に測定した参照物標の測定位置（図５における点Ｔ
の位置）及び該位置までの距離の情報とにより、前記参
照物標の測定位置を前記推定座標Ｏ′−Ｘ′Ｙ′におけ
る位置に変換して、この座標変換された参照物標の位置
情報を順次記憶してゆく。この記憶された位置情報は推
定座標系の較正演算に必要とするデータ量だけたまる
と、読出されて方位・位置較正演算処理部６に供給され
る。方位・位置較正演算処理部６は、２次元座標推定位
置演算処理部４から供給される前記推定座標Ｏ′−Ｘ′
Ｙ′による移動ロボット１０の推定位置情報と、参照物
標座標変換・記憶部５から供給される同一の推定座標
Ｏ′−Ｘ′Ｙ′に変換された参照物標の位置情報とか
ら、累積誤差を除去した絶対座標Ｏ−ＸＹにおける移動
ロボット１０の方位及び位置を較正する演算を行なう。
この演算法について後述する。

【００３３】上記移動ロボットの方位及び位置の較正演
算は次の順序で行なう。 Ａ．まずロボットの相対座標により測定した参照物標の
座標位置を推定座標Ｏ′−Ｘ′Ｙ′の座標位置に変換す
る。 Ａ（１）、図４で説明した左方または右方物標位置・距
離測定部３Ａまたは３Ｂが、超音波送受信器の設置位置
に基づくセンサ座標系で測定した参照物標の位置を、Ｓ
−ｘ_S ｙ_S 座標系における（ｘ_S ′，ｙ_S ′）とする。 Ａ（２）、上記センサ座標系を移動ロボットの重心位置
Ｐ点に移すように、センサの取付位置のオフセット及び
取付方向の補正をして、前記相対座標Ｐ−ｘｙにおける
参照物標の位置（ｘ_t ′，ｙ_t ′）を求める。ここまで
は移動ロボットから観測した参照物標の相対的位置であ
る。 Ａ（３）、この段階ではまだ推定座標Ｏ′−Ｘ′Ｙ′に
含まれる累積誤差が未知で補正されていないので、前記
参照物標の位置は推定座標Ｏ′−Ｘ′Ｙ′に変換するこ
とになる。このＯ′−Ｘ′Ｙ′座標における移動ロボッ
トの位置及び方位は（ｘ_P ′，ｙ_P ′）及びΨ′である
から、参照物標の座標位置（Ｘ_T ′，Ｙ_T ′）は次の式
（９）で示される。

【００３４】

【数７】

【００３５】式（９）による参照物標の座標位置
（Ｘ_T ′，Ｙ_T ′）には累積誤差が含まれており、実際
の絶対座標Ｏ−ＸＹにおける位置（Ｘ_T ，Ｙ_T ）との間
にはズレが生じている。いま、絶対座標Ｏ−ＸＹに対す
る推定座標Ｏ′−ＸＹ′の位置及び方位の累積誤差（Δ
Ｘ，ΔＹ）及びΔΨを求めることができれば、次の較正
式（１０）、（１１）により絶対座標Ｏ−ＸＹにおける
眞の値に推定値を較正することができる。 Ψ＝Ψ′−ΔΨ …（１０）

【００３６】

【数８】

【００３７】図７は本発明に係る累積誤差の測定方法の
例を説明する図である。同図はＸ軸方向に平行でＹ軸上
の値がＹ_W の位置に壁が設けられており、移動ロボット
１０はこの壁に並行に進行する場合を示している。 Ｂ．図７の場合において累積誤差を次の順序で測定す
る。 Ｂ（１）、移動ロボット１０は壁面と並行に移動して単
位距離移動する毎に、ロボットの回頭角速度ｒ′及び前
進速度ｖ′を測定し、前記推定座標Ｏ′−Ｘ′Ｙ′にお
けるロボットの推定位置を算出し、該ロボットの推定位
置情報と、ロボット上の相対座標Ｐ−ｘｙにより逐次測
定される壁面の測定点Ｔの位置及び該測定点Ｔまでの距
離の情報とにより、前記壁面の測定点Ｔの位置を前記推
定座標Ｏ′−Ｘ′Ｙ′における位置（Ｘ_T ′，Ｙ_T ′）
に座標変換し、該座標変換された壁面の測定位置情報
を、逐次参照物標座標変換・記憶部５内のメモリに記憶
してゆく。

【００３８】Ｂ（２）、移動ロボット１０がある程度の
距離を移動したら、それまでに前記参照物標座標変換・
記憶部５内のメモリに記憶された複数（比較的多数）の
壁面の位置データ（Ｘ_T ′，Ｙ_T ′）により次の式（１
２）による回帰直線への当てはめを行なう。 Ｙ_T ′＝ａ・Ｘ_T ′＋ｂ …（１２） 図８は壁面位置のデータ群と当てはめられた回帰直線を
示す図であり、図の多数の黒点がデータ群を示してい
る。またこれらデータには測定誤差が含まれているの
で、最小二乗法により式（１２）のａ及びｂを求めるよ
うにする。 Ｂ（３）、次に推定座標に含まれる方位の累積誤差ΔΨ
を計算するが、この例では壁面はＸ軸に平行であるから
次の式（１３）からΔΨは求められる。

【００３９】

【数９】

【００４０】Ｂ（４）、次に推定座標に含まれる位置の
累積誤差を求めるが、較正式（１１）のＹ成分に図８の
壁面の回帰直線を適用すると次の式（１４）が得られ
る。

【００４１】

【数１０】

【００４２】また式（１３）より次の式（１５）が得ら
れる。 sin ΔΨ＝ａ・cos ΔΨ …（１５） 式（１５）を式（１４）に代入すると次の式（１６）と
なる。 Ｙ_W ＝ｂ・cos ΔΨ−ΔＹ …（１６） 式（１６）より前記位置の累積誤差のＹ成分であるΔＹ
は次の式（１７）により求めることができる。 ΔＹ＝ｂ・cos ΔΨ−Ｙ_W …（１７）

【００４３】Ｂ（５）、なお位置の累積誤差のＸ成分で
あるΔＸは式（１２）の回帰式からは得られない。しか
し別に、壁の角（エッジ）を測定し、その推定座標にお
ける位置データ（Ｘ_TE′，Ｙ_TE′）を参照座標変換・記
憶部５に記憶しておき、この角の座標のＸ値Ｘ_WEを既知
としておけば、較正式（１１）のＸ成分の式から次の式
（１８）が得られる。

【００４４】

【数１１】

【００４５】そして前記と同様に式（１８）からΔＸを
求めることができる。 Ｂ（６）、以上のようにして求められた推定座標に含ま
れる方位及び位置の累積誤差ΔΨ及び（ΔＸ，ΔＹ）を
較正式（１０）、（１１）に代入して演算することによ
り、図６の絶対座標Ｏ−ＸＹにおける移動ロボットの眞
の方位Ψ及び位置（Ｘ_P ，Ｙ_P ）に較正することができ
る。

【００４６】方位・位置較正演算処理部６は、移動ロボ
ット１０が一定の距離を走行する毎に、前記移動ロボッ
トの方位及び位置の較正を行ない、この較正された方位
及び位置に基づき走行制御指令を走行制御部７に出力す
る。走行制御部７は前記走行制御指令に基づき、実際の
走行制御出力を図示されない移動機構に供給する。

【００４７】なお、図７の壁面がＹ軸方向に平行な場合
には、前記式（１２）、（１３）及び（１７）に代えて
下記の式（１９）、（２０）及び（２１）を使用すれば
よい。 Ｘ_T ′＝ａ・Ｙ_T ′＋ｂ …（１９）

【００４８】

【数１２】

【００４９】 ΔＸ＝ｂ・cos ΔΨ−Ｘ_W …（２１）

【００５０】図９は本発明に係る参照物標の他の例を説
明する図である。本発明における参照物標の形状は、図
７で示した平面状の壁面に限定されるものではない。図
９の（ａ）では壁面に柱等の凸部がある場合の例を示し
ている。この場合には、壁面のＹ軸上の値Ｙ_W1と、凸部
の角の座標（Ｘ_W1，Ｙ_W2）及び（Ｘ_W2，Ｙ_W2）とをあら
かじめ既知として記憶しておくようにすれば移動ロボッ
トはＸ軸のＸ_W1〜Ｘ_W2の近傍において、測定した壁面ま
での距離の減少値が予測範囲内の場合に、前記距離測定
値にΔＹ＝Ｙ_W1−Ｙ_W2を加算した値により前記回帰直線
を得ることができる。

【００５１】図９の（ｂ）は壁面形状が円弧の場合の例
を示している。この場合には、円の中心位置とその半径
をあらかじめ既知として記憶し、移動ロボット１０は壁
面の半径よりΔｒだけ小さな半径の同心円上を移動させ
るようにすれば、移動ロボットと壁面との間の距離は常
にΔｒであり、壁面である円の回帰曲線により前記と同
様の較正演算を行なうことができる。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、移動ロボ
ットの外界の実平面について設定された絶対座標系にお
ける移動ロボットの進行方位及び位置を較正する方法及
び装置において、推定位置演算手段は方位検出手段及び
走行距離検出手段がそれぞれ検出した方位情報及び走行
距離情報から推定座標系における移動ロボットの推定位
置を算出し、参照物標位置及び距離測定手段は前記移動
ロボットに設定された相対座標系により、少くとも前記
移動ロボットの両側の方向を含む複数の方向のいずれか
に存在する既知参照物標の位置と、該参照物標までの距
離とを逐次測定し、参照物標座標変換及び記憶手段は前
記移動ロボットが移動した複数の位置における前記参照
物標の複数の位置情報を前記推定座標系における情報に
変換して記憶する。そして方位及び位置較正演算手段は
前記推定位置演算手段が算出した推定座標系における移
動ロボットの推定位置情報と、前記参照物標座標変換及
び記憶手段が記憶した推定座標系における参照物標の複
数の位置情報とから、前記絶対座標系における移動ロボ
ットの進行方位及び位置を較正演算するようにしたの
で、識別信号を発生するような特定の識別物標を使用し
なくとも、作業現場にある壁面等の既知の物標を参照に
して、移動ロボットが実平面について設定された絶対座
標系における自分の進行方位及び位置を較正することが
できる効果が得られる。

【００５３】また本発明によれば、前記参照物標位置及
び距離測定手段は、前記移動ロボットの両側の方向を含
む複数の方向の各方向毎に超音波送受信及び演算手段を
それぞれ設けて構成される。そして前記各超音波送受信
及び演算手段に含まれる超音波送信手段は前記移動ロボ
ットから所定方位にビーム形成される超音波を送信し、
該超音波送信位置から前記所定方位と直角方向に等距離
を隔てた両側の位置にそれぞれ設置された１対の超音波
受信手段は前記送信された超音波の反射波を個別に受信
し、演算手段は前記１対の超音波受信手段からそれぞれ
得られる反射点までの距離情報に基づき反射物標の位置
と該物標までの距離を算出するようにしたので、移動ロ
ボットから参照物標までの距離のみならず、参照物標の
反射点の座標位置が精度良く得られ、この精度の良い参
照物標の位置及び距離情報を利用して、絶対座標におけ
る移動ロボットの方位及び位置の較正演算を行なうこと
ができるという効果が得られる。

【００５４】また本発明によれば、前記方位及び位置較
正演算手段は前記既知参照物標を壁面として、移動ロボ
ットを前記壁面に並進させた複数位置において前記参照
物標座標変換及び記憶手段が記憶した前記推定座標系に
おける壁面の複数の位置情報と、前記推定位置演算手段
が算出した推定座標系における移動ロボットの推定位置
情報とから、壁面の回帰直線をあてはめ、該回帰直線を
利用して前記絶対座標系における移動ロボットの進行方
位及び位置を較正演算するようにしたので、前記推定座
標系に累積された方位及び位置の誤差を修正して、推定
座標系を実際の絶対座標系とほぼ等しい座標系とするこ
とができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る移動ロボットの方位及び位置較正
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係る超音波による物標位置・距離測定
部の説明図である。

【図３】超音波による物標距離の測定動作を説明する波
形図である。

【図４】本発明に係る超音波による物標の位置及び距離
測定法の説明図である。

【図５】移動ロボットの絶対座標及び相対座標を説明す
る図である。

【図６】移動ロボットの推定座標を説明する図である。

【図７】本発明に係る累積誤差の測定方法の例を説明す
る図である。

【図８】壁面位置のデータ群と当てはめられた回帰直線
を示す図である。

【図９】本発明に係る参照物標の他の例を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ 方位検出部 ２ 走行距離検出部 ３Ａ 左方物標位置・距離測定部 ３Ｂ 右方物標位置・距離測定部 ４ ２次元座標推定位置演算処理部 ５ 参照物標座標変換・記憶部 ６ 方位・位置較正演算処理部 ７ 走行制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 巨幸 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動ロボットの外界の実平面について設
   定された絶対座標系における移動ロボットの進行方位及
   び位置を較正する方法において、 前記移動ロボットの進行方位を検出する方位検出工程
   と、 前記移動ロボットの走行距離を検出する走行距離検出工
   程と、 前記方位検出工程及び走行距離検出工程によりそれぞれ
   検出された方位情報及び走行距離情報から推定座標系に
   おける移動ロボットの推定位置を算出する推定位置演算
   工程と、 前記移動ロボットに設定された相対座標系により、少く
   とも前記移動ロボットの両側の方向を含む複数の方向の
   いずれかに存在する既知参照物標の位置と該参照物標ま
   での距離とを逐次測定する参照物標位置及び距離測定工
   程と、 前記移動ロボットが移動した複数の位置において、前記
   推定位置演算工程により算出された推定座標系における
   移動ロボットの推定位置情報と、前記参照物標位置及び
   距離測定工程により測定された相対座標系における参照
   物標の複数の位置及び距離の情報とにより、前記参照物
   標の複数の位置情報を前記推定座標系における情報に変
   換して記憶する参照物標座標変換及び記憶工程と、 前記推定位置演算工程により算出された推定座標系にお
   ける移動ロボットの推定位置情報と、前記参照物標座標
   変換及び記憶工程により記憶された推定座標系における
   参照物標の複数の位置情報とから、前記絶対座標系にお
   ける移動ロボットの進行方位及び位置を較正演算する方
   位及び位置較正演算工程とを有することを特徴とする移
   動ロボットの方位及び位置の較正方法。
2. 【請求項２】 前記移動ロボットから所定方位にビーム
   形成される超音波を送信する超音波送信工程と、該超音
   波送信位置から前記所定方位と直角方向に等距離を隔て
   た両側の２つの位置において前記超音波送信工程により
   送信された超音波の反射波を個別に受信する超音波受信
   工程と、該超音波受信工程により得られた２つの反射点
   までの距離情報に基づき反射物標の位置と該物標までの
   距離を算出する演算工程とを含む超音波送受信及び演算
   工程を、前記移動ロボットの両側の方向を含む複数の方
   向の各方向毎にそれぞれ設けた前記参照物標位置及び距
   離測定工程を有する請求項１記載の移動ロボットの方位
   及び位置の較正方法。
3. 【請求項３】 前記既知参照物標を壁面として、移動ロ
   ボットを前記壁面に並進させた複数位置において前記参
   照物標座標変換及び記憶工程により記憶された前記推定
   座標系における壁面の複数の位置情報と、前記推定位置
   演算工程により算出された推定座標系における移動ロボ
   ットの推定位置情報とから、壁面の回帰直線をあては
   め、該回帰直線を利用して前記絶対座標系における移動
   ロボットの進行方位及び位置を較正演算する方位及び位
   置較正演算工程を有する請求項１または請求項２記載の
   移動ロボットの方位及び位置の較正方法。
4. 【請求項４】 移動ロボットの外界の実平面について設
   定された絶対座標系における移動ロボットの進行方位及
   び位置を較正する装置において、 前記移動ロボットの進行方位を検出する方位検出手段
   と、 前記移動ロボットの走行距離を検出する走行距離検出手
   段と、 前記方位検出手段及び走行距離検出手段がそれぞれ検出
   した方位情報及び走行距離情報から推定座標系における
   移動ロボットの推定位置を算出する推定位置演算手段
   と、 前記移動ロボットに設定された相対座標系により、少く
   とも前記移動ロボットの両側の方向を含む複数の方向の
   いずれかに存在する既知参照物標の位置と該参照物標ま
   での距離とを逐次測定する参照物標位置及び距離測定手
   段と、 前記移動ロボットが移動した複数の位置において、前記
   推定位置演算手段が算出した推定座標系における移動ロ
   ボットの推定位置情報と、前記参照物標位置及び距離測
   定手段が測定した相対座標系における参照物標の複数の
   位置及び距離の情報とにより、前記参照物標の複数の位
   置情報を前記推定座標系における情報に変換して記憶す
   る参照物標座標変換及び記憶手段と、 前記推定位置演算手段が算出した推定座標系における移
   動ロボットの推定位置情報と、前記参照物標座標変換及
   び記憶手段が記憶した推定座標系における参照物標の複
   数の位置情報とから、前記絶対座標系における移動ロボ
   ットの進行方位及び位置を較正演算する方位及び位置較
   正演算手段とを備えたことを特徴とする移動ロボットの
   方位及び位置の較正装置。
5. 【請求項５】 前記移動ロボットから所定方位にビーム
   形成される超音波を送信する超音波送信手段と、該超音
   波送信位置から前記所定方位と直角方向に等距離を隔て
   た両側の位置にそれぞれ設置され、前記超音波送信手段
   が送信した超音波の反射波を個別に受信する１対の超音
   波受信手段と、該１対の超音波受信手段からそれぞれ得
   られる反射点までの距離情報に基づき反射物標の位置と
   該物標までの距離を算出する演算手段とを含む超音波送
   受信及び演算手段を、前記移動ロボットの両側の方向を
   含む複数の方向の各方向毎にそれぞれ設けて構成される
   前記参照物標位置及び距離測定手段を備えた請求項４記
   載の移動ロボットの方位及び位置の較正装置。
6. 【請求項６】 前記既知参照物標を壁面として、移動ロ
   ボットを前記壁面に並進させた複数位置において前記参
   照物標座標変換及び記憶手段が記憶した前記推定座標系
   における壁面の複数の位置情報と、前記推定位置演算手
   段が算出した推定座標系における移動ロボットの推定位
   置情報とから、壁面の回帰直線をあてはめ、該回帰直線
   を利用して前記絶対座標系における移動ロボットの進行
   方位及び位置を較正演算する方位及び位置較正演算手段
   と備えた請求項４または請求項５記載の移動ロボットの
   方位及び位置の較正装置。