TWI696985B - 地圖產生系統以及移動體 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種地圖產生系統以及移動體，能夠確保佔用柵格地圖的地圖精度的同時使記憶體容量和運算處理的負荷減輕。地圖產生系統具備：將檢測單元（4）檢測的每檢測單位的檢測值作為檢測資訊按時間序列儲存的儲存部（27）、基於儲存於儲存部（27）的檢測資訊作成佔用柵格地圖並儲存於儲存部（27）的地圖作成部（23）、關於每個儲存於儲存部（27）的檢測資訊算出對佔用柵格地圖的影響度的影響度算出部（24）。地圖作成部（23）基於由影響度算出部（24）算出的影響度選擇檢測資訊作成佔用柵格地圖。

Description

地圖產生系統以及移動體

本發明涉及一種地圖產生系統以及移動體。

以往，作為用於能夠自動駕駛的移動體進行自動駕駛的技術採用稱作SLAM（Simultaneous Localization and Mapping：同步定位與地圖構建）的自我位置推定和環境地圖作成的技術。作為環境地圖有時使用基於移動體的移動範圍內物體的有無作成的佔用柵格地圖（例如參照專利文獻1）。該佔用柵格地圖將移動範圍的平面和/或空間分割為多個區劃（單區）進行儲存，並對分割的各區劃給予對應於物體的有無的單區值。另外，在佔用柵格地圖中，對每個區劃基於多個掃描算出存在物體的概率（以下有時稱作存在概率或佔用概率），基於該概率管理各區劃的單區值。

在先技術文獻。

專利文獻。

專利文獻1：日本專利申請（特開）JP2017-157087。

發明要解決的課題。

佔用柵格地圖的作成（及更新）根據每規定時間和/或每規定掃描次數執行，其掃描數越多則信息量越增加而能夠提高地圖的精度，但伴隨掃描資料（以下有時稱作檢測資訊）的增大，對記憶體造成壓力並且運算處理的負荷也增加。另外，對一個區劃根據多個掃描算出存在概率及單區值的情況下，會發生前後執行的掃描之間資訊重複，由後面的掃描覆蓋單區值。因此也考慮從舊的掃描資料開始順次進行刪除，僅使用新的掃描資料算出單區值的方法，但這樣的話，存在包含有效的資訊的舊的掃描資料也被刪除的可能性，導致地圖的精度下降。

本發明的目的是提供能夠確保佔用柵格地圖的地圖精度的同時減輕記憶體容量和運算處理的負荷的地圖產生系統以及移動體。

用於解決課題的手段。

本發明的地圖產生系統，透過檢測單元檢測距移動體的移動範圍中的周圍物體的距離和方向，基於物體的有無產生佔用柵格地圖，其中，該地圖產生系統具備：將該檢測單元檢測的每檢測單位的檢測值作為檢測資訊按時間序列儲存的儲存單元；基於儲存於該儲存單元的檢測資訊作成佔用柵格地圖並儲存於該儲存單元的地圖作成單元；以及關於每個儲存於該儲存單元的檢測資訊算出對該佔用柵格地圖的影響度的影響度算出單元，其中該地圖作成單元基於由該影響度算出單元算出的影響度選擇檢測資訊作成佔用柵格地圖。

根據這樣的本發明，地圖作成單元基於由影響度算出單元算出的影響度選擇檢測資訊作成佔用柵格地圖，所以能夠高效率地作成或更新佔用柵格地圖。即，地圖作成單元以不使用對佔用柵格地圖的影響度小的檢測資訊的方式進行選擇，從而能夠減少利用於運算的檢測資訊的數量，小的記憶體容量即可，並且能夠使運算處理的負荷減輕。另一方面，選擇使用對佔用柵格地圖的影響度大的檢測資訊，從而即使舊的檢測資訊也保留有效的，能夠確保作成的佔用柵格地圖的地圖精度。

本發明中，還具備將儲存於該儲存單元的檢測資訊按每個佔用柵格地圖的區劃進行計數作為觀測頻數算出的觀測頻數算出單元，該影響度算出單元基於由該觀測頻數算出單元算出的觀測頻數決定每檢測資訊的各區劃的有效或無效，並且以對應於有效的區劃的比率進行提高影響度的方式算出影響度。

根據這樣的構成，觀測頻數算出單元將儲存於儲存單元的檢測資訊按每個佔用柵格地圖的區劃進行計數作為觀測頻數算出，對應於基於該觀測頻數定為有效的區劃的比率提高檢測資訊的影響度，從而能夠高效率地選擇檢測資訊。即，對某區劃從舊的到新的存在多個檢測資訊（檢測值）的情況下，將其個數（檢測的次數）作為觀測頻數記錄，將從新的開始規定數定為有效，比其舊的定為無效。而且，較高評價存在大量有效的區劃的檢測資訊的影響度。由此一來，對於觀測頻數高（檢測的次數多）的區劃，容易反映環境變化的新的檢測資訊的影響度變高，能夠提高佔用柵格地圖的地圖精度。另一方面，對於觀測頻數低（檢測的次數少）的區劃，比較舊的檢測資訊也得以較高評價影響度，能夠將包含舊但有效的資訊的檢測資訊很好保留地作成佔用柵格地圖。

本發明中，該地圖作成單元對由該觀測頻數算出單元算出的觀測頻數比規定的閾值小的區劃更新區劃值而作成佔用柵格地圖。

根據這樣的構成，地圖作成單元對觀測頻數比規定的閾值小的區劃更新區劃值而作成佔用柵格地圖，所以得以選擇相對新的檢測資訊，作成反映了環境變化的佔用柵格地圖。

本發明中，該地圖作成單元不管由該觀測頻數算出單元算出的觀測頻數如何，更新對各區劃的區劃值而作成佔用柵格地圖。

根據這樣的構成，地圖作成單元不管觀測頻數如何，更新對各區劃的區劃值而作成佔用柵格地圖，所以能夠使佔用柵格地圖的穩定性提高。

本發明中，該地圖作成單元將由該影響度算出單元算出的影響度比規定的閾值小的檢測資訊從該儲存單元刪去。

根據這樣的構成，地圖作成單元將影響度比規定的閾值小的檢測資訊從儲存單元刪去，從而能夠削減佔用柵格地圖的作成所耗的運算負荷和時間，並且能夠節約儲存單元的容量。

本發明中，該地圖作成單元將檢測資訊從該儲存單元刪去之前，使用儲存於該儲存單元的全部檢測資訊作成佔用柵格地圖。

根據這樣的構成，地圖作成單元將檢測資訊從儲存單元刪去之前使用儲存於儲存單元的全部檢測資訊作成佔用柵格地圖，所以能夠使佔用柵格地圖的穩定性提高。

本發明中，還具備將儲存於該儲存單元的全部檢測資訊的影響度的合計與屬於規定的數量的檢測資訊的集合的檢測資訊的影響度的合計之比作為覆蓋率算出的覆蓋率算出單元，該地圖作成單元基於由該覆蓋率算出單元算出的覆蓋率設定該影響度的閾值。

根據這樣的構成，地圖作成單元基於由覆蓋率算出單元算出的覆蓋率設定影響度的閾值，所以能夠高效率地選擇檢測資訊而作成佔用柵格地圖。另外，基於覆蓋率自動設定影響度的閾值，所以能夠將運算處理效率化。

本發明的移動體是具備移動單元、檢測單元以及控制單元的移動體，其中，該任意的地圖產生系統由該控制單元構成。

根據這樣的本發明，移動體具備移動單元、檢測單元以及控制單元，由控制單元構成該地圖產生系統，從而能夠與前述構成同樣地高效率地作成或更新佔用柵格地圖，自動駕駛的移動體中能夠確保佔用柵格地圖的地圖精度的同時使記憶體容量和運算處理的負荷減輕。

以下，根據圖1~圖9說明本發明的一實施方式。如圖1所示，本實施方式的移動體具備移動體主體1、驅動控制移動體主體1的控制單元2、作為使移動體主體1移動的移動單元的駕駛單元3和用於檢測移動體主體1的周圍物體的檢測單元4。該移動體透過SLAM技術進行自我位置推定和環境地圖作成，基於儲存於控制單元2的每物件空間（移動範圍）的地圖和駕駛計畫（schedule），移動體主體1透過駕駛單元3自動駕駛。作為該地圖利用後述的佔用柵格地圖。

移動體主體1具備未圖式的機身以及底盤，駕駛單元3具有例如左右一對車輪和分別獨立旋轉驅動一對車輪的馬達。

檢測單元4例如具備：設於移動體主體1的前部的前方感測器、設於移動體主體1的上部的環境感測器和設於移動體主體1的後部的後方感測器。環境感測器是將紅外線雷射等的雷射向周圍照射，測量距物體的距離的雷射掃描器（LIDAR（Light Detection and Ranging：雷射探測與測量；或Laser Imaging Detection and Ranging：雷射成像探測與測量））。該環境感測器以透過SLAM技術取得的自我位置即感測器中心和方位作為基準位置（x，y，θ）Ｔ，基於距感測器中心的距離和繞感測器中心的角度（方向）檢測物體的有無和位置。該物體檢測（以下有時單稱為掃描）中，環境感測器的1個週期（例如1個旋轉、360°）量的檢測中基於以規定的解析度（例如1°）照射的雷射光束以1個週期量的檢測值為1個單位（1個掃描），該1個掃描的檢測值作為檢測資訊按時間序列儲存於儲存部28。

控制單元2具備CPU（Central Processing Unit：中央處理器）等運算單元和ROM（Read-Only Memory：唯讀記憶體）、RAM（Random Access Memory：隨機讀取記憶體）等儲存單元而控制移動體主體1的動作，其具備控制駕駛單元3的駕駛控制部21和控制檢測單元4的檢測控制部22。進而，控制單元2具備如後述的佔用柵格地圖的作成所涉及的地圖作成部（地圖作成單元）23、影響度算出部（影響度算出單元）24、觀測頻數算出部（觀測頻數算出單元）25以及覆蓋率算出部（覆蓋率算出單元）26、和儲存作成的佔用柵格地圖和各種資料的儲存部（儲存單元）27而構成。

作為地圖作成部23作成佔用柵格地圖的時機（timing）例如是，新產生新的物件空間的佔用柵格地圖的地圖產生模式的情況、對已經產生佔用柵格地圖的已知的物件空間更新地圖的地圖更新模式的情況、對已知的物件空間實施通常的作業的自動駕駛模式的情況等。另外，作為由地圖更新模式更新地圖的期間（更新時間段），可以基於移動體主體1在其物件空間駕駛的累計駕駛時間（例如每數小時至數十小時），也可以基於檢測單元4在其物件空間執行檢測的累計掃描次數（例如每數千至數萬次），也可以基於使用者設定輸入的期間活手動下達的指令。

接著，參照圖2、圖3說明佔用柵格地圖的作成所涉及的基本的概念。圖2是表示移動體的移動範圍的佔用柵格地圖M的直接值的示意圖，圖3是表示佔用柵格地圖M的作成經過的示意圖。佔用柵格地圖M將對象空間規定為二維平面，將該平面分割為規定尺寸（例如5平方釐米）的柵格，對每個分割的區劃即單區C設定單區值（區劃值）。作為該佔用柵格地圖M的作成方法，例如光線投射法（ray casting）是標準的，以下說明使用光線投射法的佔用柵格地圖M的作成步驟。

在光線投射法中，從感測器中心伸出類比雷射光束的直線，更新光束透過的單區C的值。如圖3所示，若雷射掃描器（環境感測器）的測量範圍為圓內，則處於光束照到物體的位置的單區C為佔用（例如單區值=1），光束透過的單區C為自由（例如單區值=-1）。測量範圍內沒有物體的情況下光束不返回，所以為未觀測，通常不改變單區值。佔用柵格地圖M的單區值借助對數優勢管理，加算多個掃描的單區值計算對數優勢。例如某單區C的佔用為3次、自由為2次，則對數優勢為3+（-2）=1。根據該對數優勢計算佔用概率。其中，圖3中為了簡便，簡單地將單區值塗蓋。

接著，使用圖2、圖3說明本發明的佔用柵格地圖M的作成方法的方案。圖2是佔用柵格地圖M的直接值，實際環境中設存在牆壁W和物體O。圖3（A）是控制單元2透過檢測單元4取得第1次掃描（360°掃描）時的佔用柵格地圖M的單區值。在此，第1次掃描的自由單區C _f1以白色表示。同樣地，圖3（B）、（C）是第2次掃描、第3次掃描的單區值，這些自由單區C _f2、C _f3分別以中間灰和深灰表示。圖3中佔用單區C _o都以黑色表示，未觀測的單區C _n以淺灰表示。各掃描中照射多條（例如每1°有360條）雷射光束，對每1條雷射光束透過的單區設定單區值。

參照圖3，第1次掃描寫入的單區值的大部分由其後面的掃描塗蓋。第1次掃描的佔用單區C _o含於第2次、第3次掃描的圓內，所以全部被塗蓋。可知第1次掃描的自由單區C _f1只稍有保留，第1次掃描對佔用柵格地圖M的產生沒有太大助益。該例中簡單地將單區值塗蓋，但可知即使根據大量的掃描計算佔用概率的情況下，隨著掃描重複也會發生同樣的現象。

本發明的佔用柵格地圖M的作成方法根據各掃描有助於佔用柵格地圖M的產生的單區數計算其掃描的影響度，削減影響度小的掃描。根據圖2、圖3可知，掃描的影響度與時間的推移一起變化，一般地越是舊的掃描則影響度越小。然而，即使時間上早，但該區域若未取得新的掃描，則舊的掃描仍存在。這樣，本發明的作成方法具備保留相對新的掃描的性質，所以構成削減掃描資料的同時也容易進行佔用柵格地圖M的更新的方法。

另外，佔用柵格地圖M的作成中，一般對各單區C給予對數優勢而計算佔用概率。但僅憑對數優勢，其單區C掃描了多少次的資訊沒有保留。例如某單區C的對數優勢為-3，可以是光束3次透過單區C，自由值（-1）被加算3次，或者可以是光束6次透過、3次到達單區C，自由值（-1）被加算6次，佔用值（1）被加算3次，僅憑對數優勢，光束的透過次數（掃描次數）沒有區別。

作成佔用柵格地圖M時，為實現存在干擾或誤差也得到穩定的結果，透過多次的掃描，大量的光束通往各單區C，進行統計上處理。但不是說掃描越多越好，也多有舊的掃描由新的掃描塗換而變為不必要的情況。例如物體的位置變化後，移動起始的單區C變為自由狀態，移動目標的單區C變為佔用狀態，若移動後的位置確定，則舊的掃描變為不必要。根據這些，若明示地管理次數，以適當數的掃描計算單區值，則使得無用的計算減少。

本發明的佔用柵格地圖M的作成方法中，為了以適當數量的掃描來計算單區值而導入觀測頻數。特徵在於：各單區C具有觀測頻數，將掃描其單區C的次數記錄為觀測頻數，基於記錄的觀測頻數僅保留最新Ｎ個掃描，捨棄舊的掃描。在此，N為對於根據對數優勢計算佔用概率所充分的觀測數即可，經驗上考慮可以是1～2秒量的掃描。例如，環境感測器的畫面播放速率為10fps，則可知N為10～20就能夠作成充分實用的佔用柵格地圖M。

另外，佔用柵格地圖M需要反映環境的變化隨時更新，作為其更新頻度可考慮以實際時間更新的情況和每日定期更新的情況等各種方式。另外，要減小地圖形狀的歪曲而保持一貫性，需要進行迴圈封包。在此，迴圈是指移動體在相同場所透過的環繞路徑，對迴圈進行檢測而消除地圖的歪曲的處理稱作迴圈封包。而且，移動體一遍又一遍地在相同場所透過，所以迴圈封包頻發。進行迴圈封包後重新製作地圖，但由於為此以往一般使用全部過去的資料，所以作為長期間持續更新地圖時的問題存在處理時間和記憶體使用量的增加。

本發明的佔用柵格地圖M的作成方法中，結合如前述的掃描資料的削減，縮略迴圈封包中使用的作為內部資料的姿勢曲線圖。透過縮略姿勢曲線圖，迴圈封包和其後的地圖再構築所要的處理時間和記憶體使用量得以削減。

具體地，檢測移動體的駕駛軌跡的迴圈，透過姿勢調整進行迴圈封包。姿勢調整是使用表示移動體的位置的約束關係的姿勢曲線圖進行的技術，姿勢曲線圖由表示移動體的位置的節點和表示節點間的相對位置的弧線構成，能夠表示移動體的推定位置和測量值的偏差。姿勢調整將該偏差最小化，從而修正地圖的歪曲。姿勢調整的處理時間大致正比於姿勢曲線圖的節點數，也依賴於迴圈數。SLAM技術中，移動體的位置於每個掃描中推定，移動體的位置及節點的個數正比於掃描數。另外，考慮到環境是小規模的話會一遍遍地透過相同場所，所以想必駕駛軌跡變長後，迴圈數也增加。因此，掃描數若增加則姿勢調整的處理時間也增加，所以如前所述，削減使用的掃描數，從而能夠減小伴隨迴圈封包處理的姿勢曲線圖的尺寸，縮短姿勢調整的處理時間，也能夠削減記憶體使用量。

接著，同時參照圖4～圖6詳細說明移動體的動作以及佔用柵格地圖M的作成（更新）方法。圖4是表示移動體的動作的流程圖。圖5是表示佔用柵格地圖M的作成方法的流程圖，圖6是表示不同於圖5的佔用柵格地圖M的作成方法的流程圖。此外，在此省略說明移動體的駕駛所涉及的動作，著重說明伴隨駕駛而作成、更新佔用柵格地圖M的方法。

透過控制單元2的駕駛控制部21開始移動體主體1的駕駛後，由檢測控制部22驅動控制環境感測器，開始周圍物體的檢測（檢測資訊取得工序：步驟ST1）。控制單元2透過SLAM技術推定自我位置的同時與自我位置相關地將由環境感測器檢測的檢測值作為檢測資訊儲存於儲存部27（檢測資訊儲存工序：步驟ST2）。檢測資訊的檢測以環境感測器的1個週期量的檢測值為1個掃描，將該1個掃描作為一個檢測資訊儲存於儲存部27。接著，控制單元2基於儲存於儲存部27的檢測資訊，使地圖作成部23作成佔用柵格地圖M（地圖作成工序：步驟ST3），使作成的佔用柵格地圖M儲存於儲存部27。接著，控制單元2判斷是否削減檢測資訊（削減判斷工序：步驟ST4）。在此，判斷檢測次數（掃描次數）是否到達規定次數，若達到規定次數（則步驟ST4中為“是”），進入下一步驟ST5，若未到達規定次數（步驟ST3中為“否”），再次返回檢測資訊取得工序（步驟ST1），取得新的檢測資訊。

削減判斷工序（步驟ST4）中判斷削減檢測資訊的情況下，控制單元2的影響度算出部24對儲存於儲存部27的每個檢測資訊算出對佔用柵格地圖M的影響度（影響度算出工序：步驟ST5）。接著，控制單元2的地圖作成部23基於由影響度算出部24算出的影響度選擇檢測資訊從儲存部27削減檢測資訊（檢測資訊削減工序：步驟ST6）。該影響度算出工序（步驟ST5）和檢測資訊削減工序（步驟ST6）中的運算順序將後述。接著，控制單元2的地圖作成部23基於削減的檢測資訊再度作成（更新）佔用柵格地圖M（地圖再作成工序：步驟ST7），使更新的佔用柵格地圖M儲存於儲存部27。

如以上這樣地作成和更新佔用柵格地圖M後，控制單元2判斷在步驟ST8是否繼續移動體主體1的駕駛。步驟ST8中繼續駕駛的情況下，再次返回檢測資訊取得工序（步驟ST1），駕駛控制部21基於新作成的佔用柵格地圖M控制移動體主體1的駕駛並且檢測控制部22繼續由環境感測器對周圍物體檢測，控制單元2反復進行上述各工序。步驟ST8中不繼續駕駛的情況下，控制單元2使移動體主體1的駕駛停止並使各部分的動作停止。

接著，在影響度算出工序（步驟ST5）算出的影響度是影響度算出部24是對佔用柵格地圖M的每個掃描（檢測資訊）算出的，使用如前所述觀測頻數算出部25算出的觀測頻數。在此，對於某掃描s _k，含於其中的有效自由單區數設為f _k，有效佔用單區數設為o _k。在此有效是指不比觀測頻數的閾值b _thre舊。該閾值b _thre如前所述相當於要保留的最新的掃描數N。另外，第i個單區的對數優勢設為v _i，觀測頻數設為b _i。掃描s _k的感測器中心位置是透過SLAM技術得到的。

掃描的影響度e _k由式（1）表示。 e _k=f _k+Ao _k…（1） 在此，A是用於對有效佔用單區數o _k加權的常數。佔用柵格地圖M中一般是佔用單區比自由單區數少，但由於是表示障害物，故重要性高。因此，透過A對佔用單區數加權，事先引入優先具有有效佔用單區的掃描的機制。此外，以下的運算中常數A為1。

影響度e _k在光線投射法當中計算。參照圖5的流程圖說明包含影響度e _k的計算的光線投射法的處理順序。

首先，在步驟ST10中關於全單區初始化對數優勢v _i和觀測頻數b _i（v _i=0，b _i=0）。接著，在步驟ST11中從新的開始順次選擇掃描s _k。即，從k值大的新的掃描s _k開始降冪選擇。然後，在步驟ST12以降，對掃描s _k的各單區C _i反復進行如是處理。即，從獲得了掃描s _k的感測器中心以測量距離（至到達物體）伸出類比雷射光束的直線，關於直線上的各單區C _i反復進行如是處理。在步驟ST13中，若是直線透過的自由單區C _i（自由空間）的情況下執行步驟ST14～ST17，若是直線到達的佔用單區C _i（物體）的情況下執行步驟ST18～ST21。此外，雷射光束的反射觀測不到的情況下，其雷射光束透過的單區作為未觀測單區不進行運算。

自由單區C _i的情況下，在步驟ST14中，若觀測頻數b _i比閾值b _thre小（步驟ST14中為“是”），則在步驟ST15對有效自由單區數f _k加1（f _k=f _k+1），在步驟ST16從對數優勢v _i減1（v _i=v _i-1），在步驟ST17對觀測頻數b _i加1（b _i=b _i+1）。在步驟ST14中，若觀測頻數b _i比閾值b _thre大（步驟ST14中為“否”），則進入步驟ST22。

佔用單區C _i的情況下，在步驟ST18中，若觀測頻數b _i比閾值b _thre小（步驟ST18中為“是”），則在步驟ST19對有效佔用單區數o _k加1（o _k=o _k+1），在步驟ST20對對數優勢v _i加1（v _i=v _i+1），在步驟ST21對觀測頻數b _i加1（b _i=b _i+1）。在步驟ST18中，若觀測頻數b _i比閾值b _thre大（步驟ST18中為“否”），則進入下一步驟ST22。

在步驟ST22中，判斷對含於某掃描s _k的全部的單區C _i的處理是否終止，若處理未終止（步驟ST22為“否”），則返回步驟ST12，對下一單區C _i（i=i+1）執行同樣的處理。而若對含於某掃描s _k的全部的單區C _i的處理終止（步驟ST22中為“是”），則進入下一步驟ST23，算出當該掃描s _k的影響度e _k。在步驟ST23中，掃描s _k的影響度e _k由上式（1）算出。接著，在步驟ST24中，判斷對全部的掃描s _k的處理是否終止，若處理未終止（步驟ST24為“否”），則返回步驟ST11，對一個舊的掃描s _k（k=k-1）執行同樣的處理。而若對全部的掃描s _k處理終止（步驟ST24中“是”），則終止影響度算出工序（步驟ST5）。

以上的處理意味如是。是否因掃描s _k的光束更新單區值是由觀測頻數b _i判定，由於從新的掃描s _k開始處理，所以若單區C _i的觀測頻數b _i超過閾值b _thre，則其前面的掃描s _n（1≤n≤k-1）不影響單區值。該掃描s _n對於單區值是舊的觀測，單區值不加算於掃描s _n的影響度。而且，大部分判定為舊的觀測的掃描s _k其影響度變小，在更新佔用柵格地圖M時被判定為不是必要的而被刪除（後述的檢測資訊削減工序：步驟ST6）。

作為以上處理的優點，能夠在光線投射法的過程中計算影響度，所以計算成本能夠減小並且能夠保留舊但觀測少的區域的掃描s _k。即，沒有新的觀測的區域中僅保留舊的掃描s _k，但若觀測頻數b _i超過閾值b _thre，則其掃描s _k的影響度變大，不被刪除，保持最後觀測的狀態，能夠使佔用柵格地圖M穩定。

此外，影響度算出工序（步驟ST5）不限於以上的處理順序，也可以以圖6所示的順序執行。圖6所示的處理順序中步驟ST14～ST17和步驟ST18～ST21與圖5不同。具體地，先於步驟ST14執行步驟ST16，先於步驟ST19執行步驟ST20。即，與觀測頻數b _i和閾值b _thre的比較無關地，自由單區C _i的情況下在步驟ST16從對數優勢v _i減1（v _i=v _i-1），佔用單區C _i的情況下在步驟ST20對對數優勢v _i加1（v _i=v _i+1）。依據這樣的處理順序，單區值的更新中超過b _thre的舊的掃描s _k也得以被使用。因此，單區值針對環境變化的更新變遲，但單區值的穩定性增加。

透過以上的影響度算出工序（步驟ST5），對每個掃描（檢測資訊）算出影響度e _k後，如圖4所示，在檢測資訊削減工序（步驟ST6）中，覆蓋率算出部27算出覆蓋率，基於該覆蓋率選擇檢測資訊，從儲存部27削減檢測資訊。

基於算出的影響度e _k選擇掃描的方法使用影響度的閾值e _thre來刪除e _k≤e _thre的掃描。在此，由於e _thre根據環境不同而變化，所以其設定上使用掃描集合S的覆蓋率。掃描集合S的覆蓋率如下式（2）所示，是基於掃描集合S的影響度e _k的合計與現時點保留的全掃描集合S ₀的影響度的合計的比。

數式1：

該覆蓋率越大，則基於掃描集合S的佔用柵格地圖M越接近基於全掃描集合S ₀的佔用柵格地圖。這樣，覆蓋率能夠表示佔用柵格地圖M的完成程度，可被認為是直觀上容易指定的指標。對於削減掃描的同時較高保持覆蓋率，可以優先將影響度e _k大的掃描歸入掃描集合S。因此，使用覆蓋率決定掃描選擇的閾值e _thre的順序變為以下所示。

首先，求取全掃描的影響度的合計total E之後，將全掃描按影響度e _k的順序排序。接著，對各掃描s _k從影響度e _k大的一側反復計算下面的式（3）和式（4），以不再滿足式（4）時（sum／total E≥coverage）的影響度e _k為閾值e _thre。在此，coverage是用戶指定的覆蓋率，例如採用0.95（95％）等。 sum=sum+e _k…（3） sum/total E＜coverage  …（4）

地圖再作成工序（步驟ST7）中，地圖作成部23對由以上的各順序選擇保留的掃描s _k，使由運算得到的作為單區值的對數優勢v _i及觀測頻數b _i儲存於儲存部27，由此更新佔用柵格地圖M。

以下，參照圖7～圖10說明作成佔用柵格地圖M的例子。圖7是表示佔用柵格地圖的作成例的圖。圖8是表示作成例中的掃描數的削減率的曲線圖，表示基於覆蓋率的設定的掃描數的削減率。圖9是表示作成例中的佔用柵格地圖的品質的圖。圖10（A）～（C）是表示作成例中的輸入掃描數與削減後的掃描數、節點數、弧線數的關係的曲線圖。

圖7（A）中表示作為以往例不削減掃描而作成的佔用柵格地圖M，圖7（B）表示本發明的依據前述作成方法削減掃描之後作成的佔用柵格地圖M。本發明的作成方法中覆蓋率採用0.95。圖7中佔用柵格地圖M之上顯示對應于地圖產生所使用的掃描的移動體的移動軌跡。如圖7（A）所示，移動體按A、B、....F的順序駕駛。圖7（B）中掃描是被削減的，所以移動體的位置也呈斷片狀。此外，在此為了容易觀看，取單純的短路徑，削減率不高。

如圖7（B）所示，可知由本發明的作成方法刪除了舊的掃描。例如區間A-B的前半部是被刪除的。這是因為雖然該部分取得的掃描組主要決定房間的上部的單區的佔用概率，但被在後駕駛的區間E-F的後半部替換了單區值，區間A-B的影響度減小了。另外，區間C-D也是被刪除的，這是因為被區間D-E的保留部分替換。此外，圖7（B）中在區間C-D的右上方存在單區值未定的區域，但這是因覆蓋率為0.95所導致的缺落。

另外，圖7（A）中對於牆壁的佔用單區（黑色）無缺落地現出，圖7（B）中有空缺的部分。這可以認為是由於掃描的歪曲或誤差，僅最近少數的掃描就使單區值變得不穩定。這一點在單區值計算中使用大量的掃描就可以解決。即，觀測頻數b _i僅用於掃描選擇，如圖6所示，對數優勢v _i的計算不依賴於觀測頻數b _i進行即可。但是，依據圖6所示的處理順序，不能迅速反映環境變化。這樣，單區值的穩定性和對環境變化的回應存在相反面。該特性可認為屬於佔用柵格地圖M的本質，對應于作為物件的空間或環境適宜地區分使用處理順序即可。

圖8、圖9中表示透過覆蓋率的設定使掃描數的削減率及佔用柵格地圖M的品質如何發生變化。圖8的曲線圖表示對於掃描數為3000個、6000個、9000個的情況的覆蓋率的削減率。圖9（A）、（B）分別表示覆蓋率為0.6及0.9的情況下作成的佔用柵格地圖M。在此，將削減率（reduction ratio）由削減後的掃描數除以削減前的掃描數所得的值來定義。該定義中削減後的掃描越少則削減率越小。

如圖8所示，越提高覆蓋率（coverage）則削減率越大。另外，掃描數越多則削減率越小。這是因為掃描數越多，重複測量的面積越增多。另外，關於物件空間的面積，如果是相同掃描數，面積越小則測量的重複度越大。即，變成一遍遍地測量相同場所，掃描的削減率變小。

如圖9所示，產生的佔用柵格地圖M的品質根據覆蓋率而變化。這是佔用柵格地圖M在覆蓋率為0.6的情況與0.9的情況的比較例。圖9（A）所示的覆蓋率為0.6的情況下有空缺部分N（圖中灰色表示的部分），而若圖9（B）所示的覆蓋率為0.9的情況下，則空缺部分幾乎被埋沒。此外，根據物件空間的廣度或長度等不同，有時即使覆蓋率為0.9也可見空缺區域。其要因考慮是：掃描的重複少、存在很多影響度大的掃描；在長走廊等處雷射掃描器的最大測量距離不足。在長走廊的長度方向上變為無法測量而使區域成為未觀測，走廊的中間部分的掃描的有效單區數減少、影響度變小。預想這樣的要因重複，使欠落部分保留。由此，雖然提高覆蓋率則欠落部分消除，但削減率會變低，因此對應於物件空間和環境來適宜地設定覆蓋率才是有效的。

圖10（A）中表示作成例中的輸入掃描數和削減後的掃描數的關係，圖10（B）表示輸入掃描數和削減後的節點數的關係，圖10（C）表示輸入掃描數和削減後的弧線數的關係。此外，圖10（B）、（C）表示用於前述的迴圈封包的姿勢曲線圖縮略後的結果、節點數及弧線數被削減的狀態。SLAM技術中由於是對各掃描求取移動體位置，所以節點和掃描是一一對應的。但姿勢調整透過關鍵幀進行的情況下，以關鍵幀單位抽取移動體位置作為節點。在此，以關鍵幀單位產生節點。在此，關鍵幀是指以一定間隔跳過的掃描，每當平移距離和旋轉角超過閾值（例如分別是0.4ｍ和60°）則抽取移動體位置。另外，對應於節點的關鍵幀間的掃描組中，影響度e _k超過閾值e _thre的掃描即使有一個則其節點也將採用，不採用的節點進行了刪除。

如圖10（A）所示可知，雖然輸入掃描數增加，削減後的掃描數不會那麼增加，而保持恒定或微增。這是因為隨著駕駛而掃描數增加的同時重複部分也增加。圖10（B）的虛線是姿勢曲線圖的僅進行了關鍵幀跳過的情況的節點數，若僅是關鍵幀跳過，則節點數正比於掃描數而增加。另一方面，透過進行本發明的處理，如實線所示可知，節點數進一步被削減，並且相對於掃描數的增加率也被抑制。圖10（C）的虛線是僅進行了關鍵幀跳過的情況的弧線數，弧線也與節點有同樣的傾向，但弧線也影響迴圈的個數，所以增減的變動比節點複雜。

根據這樣的本實施方式，能夠起到以下的作用和效果。

（1）移動體具備駕駛單元3、檢測單元4以及控制單元2，透過控制單元2的地圖作成部23產生、更新佔用柵格地圖M，從而能夠確保佔用柵格地圖M的地圖精度的同時使記憶體容量和運算處理的負荷減輕。

（2）控制單元2的地圖作成部23基於由影響度算出部24算出的影響度e _k選擇掃描s _k（檢測資訊）之後作成佔用柵格地圖M，所以能夠高效率地作成或更新佔用柵格地圖M。即，地圖作成部23以不使用對佔用柵格地圖M的影響度e _k小的掃描s _k的方式進行選擇，從而能夠減少利用於運算的掃描數，使得記憶體容量較小即可並且能夠使運算處理的負荷減輕。另一方面，選擇使用對佔用柵格地圖M的影響度大的掃描s _k，從而舊但有效的掃描s _k被保留，所以能夠確保作成的佔用柵格地圖M的地圖精度。

（3）觀測頻數算出部25將儲存於儲存部27的掃描s _k按佔用柵格地圖M的每個單區C _i計數作為觀測頻數b _i算出，對應於基於該觀測頻數b _i定為有效的單區C _i的比率提高掃描s _k的影響度e _k，從而能夠高效率地選擇掃描s _k。即，對某單區C _i從舊的到新的存在多個掃描s _k的情況下，將其數量作為觀測頻數b _i記錄，從新的開始的規定數定為有效，比其舊的定為無效。而且，較高地評價存在大量有效的單區C _i的掃描s _k的影響度e _k。由此一來，對於觀測頻數b _i高的單區C _i，容易反映環境變化的新的掃描s _k的影響度e _k變高，能夠提高佔用柵格地圖M的地圖精度。而對於觀測頻數b _i低的單區C _i，比較舊的掃描s _k也得以較高評價影響度e _k，能夠將包含舊但有效的資訊的掃描s _k很好地保留而作成佔用柵格地圖M。

（4）地圖作成部23將影響度e _k比規定的閾值e _thre小的掃描s _k從儲存部27刪去，基於削減的掃描s _k作成佔用柵格地圖M，從而能夠削減佔用柵格地圖M的作成所耗的運算負荷和時間，並且能夠節約儲存部27的容量。另外，使用影響度e _k高的掃描s _k作成佔用柵格地圖M，所以能夠高效率地作成佔用柵格地圖M。

（5）地圖作成部23基於由覆蓋率算出部26算出的覆蓋率，設定影響度e _k的閾值e _thre，所以能夠高效率地選擇掃描s _k作成佔用柵格地圖M。另外，基於覆蓋率自動設定影響度e _k的閾值e _thre，所以能夠將運算處理效率化。

（6）根據圖6所示的處理順序，在單區值的更新中也使用超過b _thre的舊的掃描s _k更新對數優勢v _i，所以單區值針對環境變化的更新變遲，但單區值的穩定性得以增加，能夠使佔用柵格地圖M的穩定性提高。

〔實施方式的變形〕。

此外，本發明不限於上述實施方式，能夠達成本發明的目的的範圍內的變形、改良等包含于本發明。

上述實施方式中作為移動體沒有例示具體的方案，作為移動體例如是服務機器人、家用機器人等移動機器人，更具體地能夠例示掃除機器人、警備機器人、搬運機器人、嚮導機器人等。另外，作為移動體也可以是自動運轉汽車或作業車等。另外，移動體的移動範圍不限於二維平面空間，也可以是三維空間，這種情況下移動體可以是無人機等飛行器。即，上述實施方式中，作為SLAM技術示出了使用2D-SLAM的例子，但本發明的地圖產生系統也能夠應用於以三維空間為物件的3D-SLAM。

上述實施方式中，移動體的移動體主體1具備控制單元2，該控制單元2中設置有地圖作成部23和儲存部27，但作成佔用柵格地圖M的地圖作成單元和儲存佔用柵格地圖M的儲存單元等也可以不設於移動體主體1，而設於能夠與移動體主體通信的其他機器，構成為移動體主體1基於由其他機器作成的佔用柵格地圖M自動駕駛。另外，作為移動體也可以不具備移動單元（駕駛單元），可以是使用者手動使設置有檢測單元的推車等移動的同時對周圍進行檢測的構成。

上述實施方式的佔用柵格地圖M的作成方法中，如圖4所示，在檢測資訊削減工序（步驟ST6）選擇檢測資訊從儲存部27削減之後，基於削減的檢測資訊在地圖再作成工序（步驟ST7）更新佔用柵格地圖M，但不限於這樣的處理順序，也可以採用圖11所示的處理順序。圖11是表示移動體的動作的變形例的流程圖。圖11所示的順序中，在檢測資訊削減工序（步驟ST6）之前先執行地圖再作成工序（步驟ST7），基於被削減前的檢測資訊更新佔用柵格地圖M，將其後被選擇的檢測資訊從儲存部27削減。根據該順序，地圖作成部23將檢測資訊從儲存部27刪除之前使用儲存於儲存部27的全部的檢測資訊作成佔用柵格地圖M，所以能夠使佔用柵格地圖M的穩定性提高。

產業上的可利用性。

如以上所示，本發明能夠很好地利用於使用佔用柵格地圖自動移動的機器人等各種移動體中佔用柵格地圖的作成等所需的記憶體容量較小即可並且使運算處理的負荷減輕，從而能夠實現佔用柵格地圖的作成的效率化的地圖產生系統。

1:移動體主體 2:控制單元 3:駕駛單元（移動單元） 4:檢測單元 21:駕駛控制部 22:檢測控制部 23:地圖作成部（地圖作成單元） 24:影響度算出部（影響度算出單元） 25:觀測頻數算出部（觀測頻數算出單元） 26:覆蓋率算出部（覆蓋率算出單元） 27:儲存部（儲存單元） C:單區（區劃） M:佔用柵格地圖 S:掃描（檢測資訊）

圖1是本發明的一實施方式所涉及的移動體的方塊圖。 圖2是表示該移動體的移動範圍的佔用柵格地圖的直接值的示意圖。 圖3（A）~（C）是表示該佔用柵格地圖的作成經過的示意圖。 圖4是表示該移動體的動作的流程圖。 圖5是表示該佔用柵格地圖的作成方法的流程圖。 圖6是表示與圖5不同的該佔用柵格地圖的作成方法的流程圖。 圖7（A）、（B）是表示該佔用柵格地圖的作成例的示意圖。 圖8是表示該作成例中掃描數的削減率的曲線圖。 圖9（A）、（B）是表示該作成例中佔用柵格地圖的品質的示意圖。 圖10（A）～（C）是表示該作成例中輸入掃描數與削減後的掃描數、節點數、弧線數的關係的曲線圖。 圖11是表示該移動體的動作的變形例的流程圖。

1:移動體主體

2:控制單元

3:駕駛單元(移動單元)

4:檢測單元

21:駕駛控制部

22:檢測控制部

23:地圖作成部(地圖作成單元)

24:影響度算出部(影響度算出單元)

25:觀測頻數算出部(觀測頻數算出單元)

26:覆蓋率算出部(覆蓋率算出單元)

27:儲存部(儲存單元)

Claims (9)

1. 一種地圖產生系統，其包括透過一檢測單元檢測距一移動體的移動範圍中的一周圍物體的距離和方向，基於物體的有無產生一佔用柵格地圖，該地圖產生系統具備： 將該檢測單元檢測的每檢測單位的一檢測值作為一檢測資訊按時間序列儲存的一儲存單元； 基於儲存於該儲存單元的檢測資訊作成該佔用柵格地圖並儲存於該儲存單元的地圖作成單元；以及 關於每個儲存於該儲存單元的檢測資訊算出對該佔用柵格地圖的一影響度的一影響度算出單元， 其中，該地圖作成單元基於由該影響度算出單元算出的影響度選擇檢測資訊作成該佔用柵格地圖。
2. 如請求項1所述之地圖產生系統，其中， 還具備將儲存於該儲存單元的檢測資訊按每個佔用柵格地圖的區劃進行計數作為一觀測頻數算出的一觀測頻數算出單元， 該影響度算出單元基於由該觀測頻數算出單元算出的觀測頻數決定每檢測資訊的各區劃的有效或無效，並以對應於有效的區劃的比率提高影響度的方式算出該影響度。
3. 如請求項2所述之地圖產生系統，其中， 該地圖作成單元對由該觀測頻數算出單元算出的觀測頻數比規定的閾值小的區劃更新區劃值作成該佔用柵格地圖。
4. 如請求項2所述之地圖產生系統，其中， 該地圖作成單元與由該觀測頻數算出單元算出的觀測頻數外無關地更新對各區劃的區劃值作成該佔用柵格地圖。
5. 如請求項1至4中任一項所述之地圖產生系統，其中， 該地圖作成單元將由該影響度算出單元算出的影響度比規定的閾值小的檢測資訊從該儲存單元刪去。
6. 如請求項5所述之地圖產生系統，其中， 該地圖作成單元將該檢測資訊從該儲存單元刪去之前，使用儲存於該儲存單元的全部檢測資訊作成該佔用柵格地圖。
7. 如請求項5所述之地圖產生系統，其中， 還具備將儲存於該儲存單元的全部檢測資訊的影響度的合計與屬於規定的數量的檢測資訊的集合的檢測資訊的影響度的合計之比作為覆蓋率算出的一覆蓋率算出單元， 該地圖作成單元基於由該覆蓋率算出單元算出的覆蓋率設定該影響度的閾值。
8. 如請求項6所述之地圖產生系統，其中， 還具備將儲存於該儲存單元的全部檢測資訊的影響度的合計與屬於規定的數量的檢測資訊的集合的檢測資訊的影響度的合計之比作為覆蓋率算出的一覆蓋率算出單元， 該地圖作成單元基於由該覆蓋率算出單元算出的覆蓋率設定該影響度的閾值。
9. 一種移動體，其包括：一移動單元、一檢測單元以及一控制單元，其中， 由該控制單元構成請求項1至7中任一項所述的地圖生成系統。

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