JPS6093523A - 自走式ロボツトの誘導方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明のオＵ用分野〕 本発明は、自走式点検ロボット、自動搬送車等のように
自律的に決められた経路を走行する機構の誘導に適用で
きる。

〔発明の背景〕

従来、自走式の点検ロボットあるいは走行車では、予め
決められた経路を誘導する方式として、走行する床面の
経路上に光反射テープあるいはマークを貼シ付け、この
反射テープに光を投下し、反射テープから反射さｔした
光を光検出器で絶えず受けるように走行方向を制呻する
方式が採用されている。壕だ、他の方法の一例としては
、走行車に高精度のジャイロを塔載し、ジャイロによっ
て検出する微小な走行車の速度全積算することにより走
行本自身の絶対的な位＠全算出して予め決められた経路
を走行する方式がある。

上にあけた従来方式のうち、反射テープあるいはマーク
を用いた誘導方式の場合、反射テープあるいはマークを
床面に貼り付けるが、経路の変更があれば反射テープあ
るいはマークを貼り替える必要があシー貼り替えに労力
全装すること、走行車が通る床面は一般に人も通行する
ようになっており、人の往来に伴なって反射テープある
いはマークが汚れたシ、破損したシすることによる走行
車の誘導ミスが発生すること等の問題点を持つている。

壕だ、ジャイロを用いた方式の場合、予め決められた経
路を正確に誘導するためには、走行車自身の位置を正確
に知る必要があシ、このためには高精度のシャイロンス
テムが必要となるが、高精度のジャイロは現状では非常
に高価なものであることが問題となっている。

一方、最近のエレクトロニクスの発展、これに呼応する
ように発展してきた画像処理技術にょシ高速処理性と大
容量の記憶も並列演算処理ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　５ｃａ
ｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ　）　ＢよびメモリＬＳＩ
が非常に安価で入手でき、その処理システムも小型化が
実現できるようになってきた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上に述べた従来技術の問題点および最
近の画像処理、画像処理技術の発展全背景に、自走式ロ
ボン）ｋ予め決められた経路上をイメージセフｔ＋テレ
ビカメラ等ンと画像処理技術を用いて従来あ問題点全解
決する誘導方式を彷供することにある。

〔発明の概要〕

以下、本発明の概要を述べたあと、実施例を示して具体
的に説明する。まず最初に、第１図に示すように、通路
４０に沿って設置された機器３０〜３６の間を自走式ロ
ボット２０の走行経路として誘導する場合全例に本発明
の詳細な説明する。

１ず最初に、自走式ロボット２０の炬点Ｓからの経路全
決定するため、自走式ロボット２０に塔載したイメージ
センサ（テレビカメラ等）１０で進行方向に対して９０
度の左右の映像全モニタしながら進行方向に向ってマニ
アル動作によシ前進走行ケ絖げろ。通尚な距離前進した
Ａ点で、モニタ上に映し出される映像（たとえば、第２
図に示すように、機器３０の一部分の映像が映し出され
ているン中の特徴的なパターンを取シ出し、自走式ロボ
ット２０に塔載された処理装置５０内のメモリに記憶さ
せる。第３図は、機器３０上の指示計がイメージセンサ
１０によシ映し出され、その指示計の特徴的な一部分を
切シ出す様子ケ示したものである。同図に２いて、（ａ
ｌは映像上の特徴的なバター７を切シ出す様子、（ｂＪ
は切９出したバタ７ＰＡ’ｉｉ＝示したものである。こ
のとき、Ａ点の進行方向にイメージ七／すｌＯを向けた
ときに映し出される映像中の特徴的なパターンｅＰＦＡ
として処理装置５０内のメモリに記憶させる。また、Ａ
点での自足式ロボット２ｏの位置を、始点Ｓｋ基準とし
て記憶させる。

同様の手順に従って、通路４０に沿ってＢ、Ｃ’。

Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの各点で参照バター／と位置を記憶させ
る。このようにして、あらかじめ決められた経ＰＲＳを
走行する場合、自走式ロボットの車輪の回転数、ヌテア
リ／グ角度から完全に走行位置を決定できれば、経路上
のＡ、Ｂ、Ｃ・・・　等の位置で参照用映像バター７ケ
記憶して２く必要はない。

しかし、実際には、車輪の床面とのすベシ、ステアリフ
グ角度の設定等の誤差要因にょシ目標位置に正確に到達
することは困難である。よって、本発明の場合、始点Ｓ
から、Ａ、Ｈ，Ｃ・・・等の予め決めた参照点を目標に
走行することになるが、先程述べたように、始点Ｓでの
方向法めの誤差等も影響し、最初の目標点Ａに正確に到
達できない。

このため、予想される誤差範囲の領域（探索範囲）に１
で到達したら、Ａ点に関しては進行方向に対して９０度
右側の映像に対して予め記憶した参照用映像バター／と
新たに撮った映像中の参照パターンを切シ出した場所（
一枚の映像中の第３図の（ａＪに示す破線で四重れた部
分）の映像バター７との照合を行ない、両方のバター／
が液も一致する位置まで自走式ロボットヲ進行方向に進
める。

この両方のバター７が最も一致した進行方向位負で、進
行方向の映像と予めＡ点で進行方向の参照用映像バター
７として記憶しておいた映像との水平方向ずれ量が最も
少なくなるように進行方向の修正を実施する。このよう
にして決定した位置は予め経路上に決めたＡ点の位置に
最も近い状態となっている。よって、同様のアルゴリズ
ムにより、Ｂ点、０点・・・　全参照点として自走式ロ
ボン）（ｆ誘導すれば、予め決められた経路上全正確に
進行することが可能となる。

〔発明の実施例〕

以上、本発明の概要を詩、明したが、以下、実施例によ
シ具体的に本発明の詳細な説明する。

第４図は、自走式ロボットに塔載する撮像装置の実施例
を示したものである。同図にあ・いて、自走式ロボット
の進行方向、進行方向に対して左右の映像は、テレビカ
メラ１０の前面に設置したミラー１１をａ、ｂまたはＣ
の位負に回転することによシ高速でとらえることができ
る。また、テレビカメラ１０でとらえた映像の焦点調節
全自走式ロボットに塔載した処理装置て果合すると応答
が遅くなるため、自動焦点機構内臓のテレビカメラ金柑
いる。焦点調節に要する時間は０．１秒程度充分速い応
答が実現で寡る。自動焦点の有効な範囲ハ、一般にカメ
ラ等で採用さｎているように、カメラ視野の中央部のあ
る限られた領域でちシ、参照パターンとじて切出す映像
上の領域（第３図の（ａ）に示す破線で囲１れた四角形
の領域）も画面の中央部にとる。

第５図は、最初に経路を決定する場合の具体的な方法を
実施例として示したものである。処理ブロック１００で
は、自走式ロボットのスタート点Ｓでの位置決め、進行
方向の調整全行ない、走行車輪回転数記憶用変数Ｎｗｉ
　を零リセットする。

この場合、進行方向ケ決定した数階で、進行方向で撮っ
た映像中の特徴的バター７を参照パターンとして記憶し
て′Ｊ？す、新たにスタート点Ｓでの進行方向の決定に
使用する方式も考えらｎる。処理１０ツク１２０では、
参照バター７全ロボツトケ走行させなから左右の映像を
見て連続的に探すのは笑際上困難なので、適当な距離（
進行方向の距離）間隔Ｌｎｆたとえば、１０ｃｒｎから
２０ｏｎ程度）移動したかどうかの利足を行なっている
。処理ブロック１５（１，１７０で進行方向に対して９
０１ｉ左または右方向の映像をとらえ、１６０，１８０
のブロックでモニタ上に映し出された映像からオペレー
タが適当な参照用バター７が存在するかどうかｅｆ８Ｉ
Ｊ断するステップとなっている。参照バター７として適
当なバター７が存在すると判断した場合、スタート点Ｓ
から現在の停止位質重での走行車輪回転数Ｎｗｉ　（ｉ
＝Ａ、　Ｅ、　Ｃ，・・・ン、ミラーの方向ＮＭｉｔｉ
点での情報として記憶させる。

さらに、１画面の映像信号をディジタル化（処理ブロッ
ク２００）し、ディジタル化した画像上の参照パター／
切出し開始アドレス（Ｘｐ、Ｙｐ）ｋ決定し、切出した
画像を２値化して参照バター７として記憶させる（処理
ブロック２１０）。この進行方向に対して右または左の
映像で参照ノくターフを抽出したロボットの停止位置で
、進行方向の映像をとらえるためにミラーを設定しく処
理ブロック２２０）、処理ブロック２００，２１０での
処理と同様に、映像信号のディジタル化、参照ノくター
フ切出し開始アドレスＩ　ＸＰＰ、　ＹＰＦ　Ｉ　の決
定、切出し画像の２値化処理を行なう。ここで、参照バ
ター７は２値化パターンとして記憶すると述べたが、参
照パターンの数が少ない場合には、ディジタル化した多
値パターンとして記憶することも可能である。どちらの
形で記憶するさせるかは、参照バター／の数と記憶装置
の全記憶容量とのかね合いで決定するのが現実的である
。なお、記憶に袂する記憶容量は、画像処理装置の処理
する１枚の画面の画素数（通常の固体カメラでは横２５
６縦２４０が一般的である）の大きさに依存する。

筐たディジタル化する量子化レベル（通常８ビツトの２
５６階調が多い）にも依存する。

つぎに、第５図に示した方法に、ｃ９予め決定した経路
と各参照パターンをもとに自走式ロボットを誘導する方
法について、第６図に示した実施例にそって説明する。

まず、走行を開始する前に参照バター７によるマツチン
グの最も良い位置の探索？始める範囲ＳＲの設定全行な
う。これは、本発明の概要のところで述べたように、種
々の誤差要因にＪニジ、走行経路を決定した際の走行距
離と方向で参照点（第１図のＡ、Ｂ、Ｃ，・・・）Ｋ到
達しない恐れがおるからである。つき゛に、スタート点
Ｓでのロボット位ｌ釘、進行方向の決定を行ない（処理
フロック３１０）走行を開始する。走行を開始したら、
走行車輪の回転数より参照ノ々ターフによる探索範囲（
第７図の破線の円で示した範囲）に到達したかどうかの
チェックを行ない（処理ブロック３３０　Ｊ　、探索範
囲に入っていなければそのまま走行を続行し、探索範囲
に入っていれば、いったん走行全停止し予め決められた
方向（第１図で、Ａ点の場合、進行方向に対して９０度
右側のシーンを撮像できるミラーの方向）にミラーを設
定する（処理ブロック３５０，３６０）。

ここで、映像信号をディジタル化し画面１枚をメモリに
記憶する（処理ブロック３７ｏ）。このディジタル画像
から、参照用パターンを作成した時と同じ画面上の切出
し開始アドレス（Ｘｐ、Ｙｐ）（第５図処理ブロック２
１０に示すアドレス）によりバター／マンチ／グ用部分
画像を切出し、２値化した後参照バター７との類似度Ｒ
を計算する。

類似度Ｒ１は、式（１ンに工ｐ計算する（処理ブロック
３８０．３９０，４００）。

Ｐ（Ｘ、）’）’参照パター７のＸ＋Ｙ座標での２値化
データ Ｑ（ｘ、ｙ）：探索範囲で撮像したパターン・マツチン
グ用部分画像のｘ、ｙ座標での２ 値化データ 上記の式（υによる類似度Ｒを進行方向にΔＬの距離（
予め設定しておく）すつ移動しながら計算し、進行方向
での類似度Ｒが最大となる位置を探す。この探索の様子
を示したのが、第８図（ａｌである。第７図ではＡ′　
の位置が、進行方向で類似度Ｒが最大となった点として
示した。このとき、類似度Ｒが１．０ニジ大幅に小さく
、予め設定した判定値Ｒ′　より小さい場合には、予め
決められた経路上の目標点Ａ、Ｈ，Ｃ・・・から大きく
ずれていることを示して２す（つまシ、進行方向が予定
より大きくずれていた）、Ａ′点の場合、右方向に位Ｉ
Ｋを修正する必要がある。このため、撮像方向にΔＬの
距離移動しながら再び類似度Ｒの最大となる位ｔｌｔ−
１’でロボットの位１１に修正する（処理ブロック４４
０）。この探索の様子を示したのが第８図［ｂｌのグラ
フである。

以上の処理によシ、自走式ロボットは目標点に最も近い
位置せで誘導されたことになる。たたし、この時点では
、進行方向が予め決められた経路の方向に正しく向いて
いるかどうかは確かではないため、進行方向の確認と修
正が必要となる。

進行方向の修正を、Ａ点での修正を例にとって説明する
と、まず、ミラを進行方向のシーンが撮像できる方向に
設定し、進行方向の１枚のディジタル画像を取込む。進
行方向での位置決めと同様に、進行方向を微小角移動し
ながら、取込画像から（ＸＰＰ　、　ＸＰＦ　）　ｋ切
出しアドレスとして部分画像を切出し、２値化した後代
（υを用いて類似度Ｈの最大となる進行方向を決定する
（処理ブロック４５０．４６０）。

以上述べた手順を目標点Ｂ、Ｃ，・・・　に対して適用
することによシ、最終目標点Ｇまで自走式ロボットを誘
導することが可能である。前述の実施例では、スタート
点Ｓから最終目標点Ｇまでの誘導手順について述べたが
、逆に最終目標点Ｇからスタート点Ｓまで戻る場合には
、逆の手Ｊ＠を繰シ返すことにＪニジ可能である。

な２、前述の実施例では、進行方向での目標点への位置
決めおよび進行方向の位置決めに自走式ロボットを小き
ざみに移動しながら類似度Ｒの最大となる位置を決める
方法を示したが、第９図に示すようにサンプリング画像
中のマツチング用画像（第９図（ａ）の破線で曲まれだ
四角形内の画像）と参照パターンとの類似度几が１に近
くなってくると、両パターンの畑似度Ｒを最大にする自
走式ロボットの移動量は、式（２）Ｋ示す相関値Ｒ’（
１’ｍ）ｋ計算し、Ｒ’（ｎＪが最大となる参照パター
ンのずらし量から算出する方法も適用可能である。以下
、相関値Ｒ′（ｎ）から類似度Ｒを最大にする移動量を
める手順を説明する。

式（２）におけるＰ（ｘ、ｙ）およびＱｔｘ、ｙ＞　は
式（１）と同一である。式（１）は式（２）　において
ｎ＝θとしたものと同じであるｎは参照バター７のＸ方
向へのずらし量であシ、単位は画素単位である。第１０
図に相関値Ｒ′（川の一例を示したが、同図において、
相関値１（’　（ｎ）が最大となるｎｏが画像上の最適
ずらし量であることを示している。このずれ量ｎｏから
、類似度Ｒ’　（ｎ）が最大となる位置までの自走式ロ
ボットの移動量ΔＸは、カメラから撮像対物体までの距
離Ｌ、レンズとカメラの受光面までの距離ｔ、受光素子
の有効横＠をｄ、画面の横方向の画素数Ｎ、ｌ：、９式
（３）によ請求めることができる。

ｔ　ｎ。

ΔＸ−−・−・ｄ　・・・（３） Ｎ カメラ１０と被写体３０との相対関係を第１１図に示し
た。式（３）は、画像上のずれ童から受光素子上のずれ
量に換算し、さらに受光素子上のずれ童から被写体上の
ずれ童に換算した値が、カメラの移動量になることを示
している。

本本式の場合、Ａ、Ｂ、Ｃ，・・・　の各参照点での参
照パターンに一致する画像パターンを画像中に見い出し
て位置決めを行なうが、何らかの原因で、第７図に示す
探索範囲で参照バター７を検出できない状況の発生に対
する対策をしておくことが望ましい。このような異常事
態が発生した場合第７図におけるＭ点まで後退走行し、
この位置から進行方向に、正常時手順（第６図の処理ブ
ロック３８０ンとは異なシ、１枚の画面の左上隅より１
画素分ずつ部分画像切出し点を変えなから■。

■、・・・、■の順に類似度Ｒを計算し、最大類似点の
発生する位Ｉｔｆ：探す。このように参照パターンを全
画面に対して探すようにすれば、見失った参照バター７
を検出することが可能となる。第１２図は、参照パター
ンとの類似度Ｒを計算するための撮像中の部分画像の領
域？画面上でずらしていく様子を示したものである。

〔発明の効果〕

以上、実施例で呼側に説明したように、本発明によれば
、走行経路−ヒの床面あるいは壁面に％別のマーク等？
つける必要がなく、予め経路上の複数の参照点で記憶し
た参照バター／と走行中にとらえた画像とのマツチング
によシ正確に位置決めしながら経路上を誘導することが
できる。特に、ブラット内の室内のように照明条件の一
定な場所でへの適用に効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は経路上で参照パターンをとらえる位置と参照バ
ター７をとらえ不対象機器との関係図、第２図は自走式
ロボットに塔載したイメージセンナと参照パターンｆｔ
取出す対象機器とのｐＡ係図、第３図は参照パターンの
切出し方法の具体例を示す図、第４図は撮像装置の一実
施例を示す図、第５図は参照パターンを記憶する手順を
示すフローチャート、第６図は経路上全誘導する本発明
の実施例を示したフローチャート、第７図は参照点とマ
ツチングによる位置決め探索範囲の関係図、第８図は参
照点への位置決め過程ｖｃ２ける類似度Ｒとロボットの
移動量との関係を示すグラフ、第９図はマツチングにお
ける参照パターンと参照用部分バター／との関係図、第
１０図は参照バター７のすらし量ｎと相関値Ｒ，’　（
ｎｌとの関係を表わすグラフ、第１１図はカメラと被写
体との相対関係を示す図、第１２図は異常時のパターン
マツチングの方法を示す図でおる。 １０・・・イメージセンナ、ｌｌ・・・ミラー、１２ｔ
０．受光素子、２０・・・自走式ロボット、３０〜３６
・・・走行経路に沿って存在する機器、Ａ、Ｂ、・・・
、Ｆ・・・走行経路上の参照点、Ｓ・・・自走式ロボッ
トのスタート点、Ｇ・・・自走式ロボットの最終目的点
、４０・・・自走式ロボット走行路面、５０・・・Ｉ１
１］Ｉ像処理、演算処理装置、（Ｘｐ、　Ｙｐ　Ｉ・・
・参照バター７切出し開始の画像上のアドレス、１００
〜２５０・・・参照パターンを記憶する処理ヲ説明する
処理ブロック番号、３００〜４６０・・・本発明による
自走式ロボ＄１　区 ３を 茅２図 ム ＄　３　図 （υ） ＄４　目 疹　９区 め吐 茅　７　固 μ 第δ　目 茅７　目 （久） 茅　／θ目 ス方旬のぞｌｋハ・ターンｈｉゆｔｔｎ−第　ｌｌＬ 茅！２　区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　自走式ロボットの誘導方式において、自走式ロボ
   ットに塔載したイメージセ／すにニジ走行経路上の画像
   ？とらえる手段と、予め決められた経路上の複数の適当
   な位置において、進行方向および進行方向の右または左
   の撮映画像の中から参照パターンを取出し記憶する手段
   と、予め決められた経路上を走行しながら撮像した画像
   上の参照用部分パターンと予め記憶した参照パターンと
   のマツチングによシ位置決め？しながら走行する手段に
   より経路上を正確に誘導すること全特徴とする自走式ロ
   ボットの誘導方式。