(57)【要約】【課題】予め設定された走行経路に沿ってより精度良く正確に走行できる移動体を提供する。【解決手段】車体２と、車体２を前後方向及び旋回方向に駆動させる駆動機構４と、駆動機構を制御する駆動制御装置３と、車体２の前後方向を撮像するように配設された第１カメラ６及び第２カメラ７とからなり、駆動制御装置３は、予め取得した教示画像群を記憶する画像記憶部２１と、教示画像群と第１カメラ６により撮像された第１の取得画像と第２カメラ７により撮像された第２の取得画像とに基づいて車体２が走行経路に沿って走行するように駆動機構を制御する走行制御部２２とから構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された走行経路に沿って走行可能な車体と、
前記車体を前後方向及び旋回方向に駆動させる駆動機構と、
前記車体に搭載され、前記駆動機構を制御する駆動制御装置と、
それぞれ前記車体に搭載されて前記車体の前後方向を撮像するように配設された第１カメラ及び第２カメラと、を有し、
前記駆動制御装置は、
前記走行経路上の離散した複数の教示地点において前記走行経路に沿う方向で予め取得した画像データを含む教示画像群を記憶する画像記憶部と、
前記画像記憶部に記憶された前記教示画像群と、前記第１カメラにより撮像された第１の取得画像と前記第２カメラにより撮像された第２の取得画像とのそれぞれの比較結果に基づいて前記車体が前記走行経路に沿って走行するように前記駆動機構を制御する走行制御部と、を有している
ことを特徴とする、移動体。
【請求項２】
前記第１のカメラと前記第２のカメラとは、撮像方向が互いに反対向きとなるように配設されている
ことを特徴とする、請求項１記載の移動体。
【請求項３】
前記画像記憶部には、第１カメラ用の教示画像群と第２カメラ用の教示画像群との２種類の前記教示画像群が記憶され、
前記走行制御部は、前記第１の取得画像と第１カメラ用の教示画像群との比較結果と、前記第２の取得画像と第２カメラ用の教示画像群との比較結果とに基づいて前記駆動機構を制御する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の移動体。
【請求項４】
前記第１カメラは前記車体の中心軸と平行かつ中心軸からオフセットした位置に配設され、
前記第２カメラは前記移動体の旋回中心に対して前記第１カメラと点対称となる位置に配設されている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場、オフィス、病院や商業施設等において、自律移動して各種用途に使用可能な移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産工場等では、省力化のため製品や部材の運搬に自律走行できる移動体が利用されている。このような移動体は、床に設置した反射テープ、マグネットテープなどのガイドレールに沿って走行するように進行走行を制御して自律移動するものが主流であった。
ところが、この方法では移動体をガイドレールに沿って確実に誘導することはできるが、ガイドレールを設置する作業が煩雑であり走行経路の変更が容易でないことや、ガイドレールに破損や汚れが生じやすく移動体の誘導精度が低下する、或いは、移動体の走行の自由度が制限されるなどの技術課題も生じていた。
そのため、最近では床等にガイドレール設置することなく自律走行可能な移動体が提案され実用化されつつある。
【０００３】
例えば、特許文献１には移動体前方に設置した撮像部で進行方向を撮像し、撮像画像と予め撮影した参照画像のパターンマッチングを行い、ズレ量を逐次算出して移動体の走行方向を制御する制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００８−１４６１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、移動体に対する１つの方向のランドマークの角度情報しか用いないため、参照画像（ランドマーク）に対する位置と姿勢（向き）を一意に決定することができない。
すなわち、移動体の進行方向に対する姿勢の方位角がズレているのか、走行経路に対して左右方向の位置がズレているのかを区別することができない。
このため、撮像画像と参照画像とが一致するように移動体を操舵したとしても、移動体が予め設定された走行経路に対して蛇行するなど、移動体の走行精度の向上に限界がある。
また、移動体の走行経路の近傍に壁や障害物が存在する場合には、移動体が走行経路に対して蛇行した結果、これらの障害物等に過度に接近してしまう虞もある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、予め設定された走行経路に沿ってより精度良く正確に走行できる移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、予め設定された走行経路に沿って走行可能な車体と、前記車体を前後方向及び旋回方向に駆動させる駆動機構と、前記車体に搭載され、前記駆動機構を制御する駆動制御装置と、それぞれ前記車体に搭載されて前記車体の前後方向を撮像するように配設された第１カメラ及び第２カメラと、を有し、前記駆動制御装置は、前記走行経路上の離散した複数の教示地点において前記走行経路に沿う方向で予め取得した画像データを含む教示画像群を記憶する画像記憶部と、前記画像記憶部に記憶された前記教示画像群と、前記第１カメラにより撮像された第１の取得画像と前記第２カメラにより撮像された第２の取得画像とのそれぞれの比較結果に基づいて前記車体が前記走行経路に沿って走行するように前記駆動機構を制御する走行制御部と、を有しているものである。
【０００８】
また、前記第１のカメラと前記第２のカメラとは、撮像方向が互いに反対向きとなるように配設されていることが好ましい（請求項２）。
また、前記画像記憶部には、第１カメラ用の教示画像群と第２カメラ用の教示画像群との２種類の前記教示画像群が記憶され、前記走行制御部は、前記第１の取得画像と第１カメラ用の教示画像群との比較結果と、前記第２の取得画像と第２カメラ用の教示画像群との比較結果とに基づいて前記駆動機構を制御することが好ましい（請求項３）。
また、前記第１カメラは前記車体の中心軸と平行かつ中心軸からオフセットした位置に配設され、前記第２カメラは前記移動体の旋回中心に対して前記第１カメラと点対称となる位置に配設されていることが好ましい（請求項４）。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明（請求項１）によれば、第１カメラと第２カメラとの撮像位置の異なる２つのカメラによって撮像した取得画像（第１の取得画像、第２の取得画像）のそれぞれと教示画像との２つの比較結果から移動体の走行経路に対する位置（座標）のずれに加えて、走行経路に対する姿勢（進行方向角度）のずれとをそれぞれ求めることができ、走行制御部がそれらのずれ（位置のずれと角度のずれ）を解消して車体が走行経路に沿って走行するように駆動機構を制御することで、移動体の走行経路に対する蛇行等を抑制して移動体を走行経路により精度良く正確に自律走行させることができる。また、移動体の走行経路の直線部に対する姿勢角のズレと左右方向の位置のズレを分離して判定し、走行経路直線部上を正確に走行できる。
また、本願発明（請求項２）によると、走行経路の往路でも復路でも、撮像する教示画像を共有できるので移動体を安定して制御することができる。
また、本願発明（請求項３）によると、第１カメラ用の教示画像群と第２カメラ用の教示画像群と撮像するカメラに対応する教示画像を別々に用いることによって、教示画像を選択する際の演算回数を低減しながらもより適切な教示画像を選択して移動体を安定して制御することができる。
また、本願発明（請求項４）によると、移動体前後の物体（例えば、移動体を操作するオペレータ）に撮像部の視野が塞がれることを防ぎ、移動体前後に物体が存在しても走行経路上を正確に走行できる。さらに、往路と復路において前後の教示画像を入れ替えることで共用でき、教示作業を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例を示す移動体の構成図
【図２】本発明の第１実施例にかかる移動体システムの概略構成を示す図
【図３】撮像手段の特性を表す図
【図４】撮像手段の特性を表す図
【図５】移動体が走行経路直線部上に位置し、進行方向が走行経路と一致している状態を示す図
【図６】（ａ），（ｂ）いずれも図５の状態での撮像画像を表す図
【図７】移動体が走行経路直線部からズレ、進行方向が走行経路と一致していない状態を示す図
【図８】図７の状態での撮像画像を表す図
【図９】第２実施例の移動体が一方に走行する状態を表す図
【図１０】第２実施例の移動体が逆の方向に走行する状態を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の第１実施形態について、図を用いて説明する。
図２に示すように無人搬送システム（移動体システム）１００は、移動体１と、工場等のフロア１０１とから構成されており、フロア１０１には移動体１が走行する全体経路（走行経路）が設定されている。また、フロア１０１には作業セル（搬送目的地点）１０３が設けられており、移動体１が作業セル１０３近傍の停止地点に到着すると、作業セル１０３側の図示しないハンドリングロボットによって移動体１に積載されている物品を取り出すようになっている。
全体経路は、４つの直線状の走行経路Ｒ１〜Ｒ４からなっている。走行経路Ｒ１は地点Ｐ１から始動して地点Ｐ４に到達する経路であり、走行経路Ｒ２は地点Ｐ４から始動して地点Ｐ３に到達する経路であり、走行経路Ｒ３は地点Ｐ３から始動して地点Ｐ２に到達する経路であり、走行経路Ｒ４は地点Ｐ２から始動して地点Ｐ１に到達する経路である。即ち、地点Ｐ１〜Ｐ４はそれぞれ始動する地点となる際にはスタート地点となり、到達する地点となる場合にはゴール地点となる。
【００１３】
なお、図２では説明を容易にするために全体経路は単純化して表現しているが、全体経路はさらに複雑な経路となるように設定可能である。また、ここでは各走行経路Ｒ１〜Ｒ４を示す線を矢印で図示しているが、実際のフロア１０１等には走行経路等を示すライン等は存在しない。
【００１４】
次に移動体１の構成について説明する。図１に示すように、移動体１は、車体２に搭載されたコンピュータにより構成される制御装置（駆動制御部）３を内蔵している。
また、車体２は駆動装置（駆動部）４を有している。駆動装置４は、移動体１を走行及び操舵可能に構成されている。ここでは、駆動装置４は並列された２つの駆動輪（図２では一方のみが図示されている）３０と、全方向に転舵可能に並列された従動輪（図２では一方のみが図示されている）３１と、各駆動輪３０を個別に駆動させるアクチュエータ３２（例えばサーボモータ）とにより構成されており、駆動輪３０の駆動により前進及び後退し、各駆動輪３０の回転速度の差によって移動体１は操舵（方向転換）可能となっている。なお、図２では駆動輪が２個、従動輪が２個という構成を例として挙げているが、オムニホイルを用いた３輪駆動など移動体１の走行速度および位置・姿勢が制御できる駆動形態であれば、図２の形態に限定しない。
【００１５】
車体２には、第１カメラ６及び第２カメラ７が取り付けられている。
第１カメラ６及び第２カメラ７はいずれもＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラにより構成されており、第１カメラ６及び第２カメラ７は移動体の進行方向（前後進方向）において互いに反対向きに配向されている。
【００１６】
即ち、第１カメラ６は移動体１の中心軸上に進行方向に向けて設置されており、図２の例では進行方向前方の画像を撮像するように設定されている。
また、第２カメラ７は、進行方向後方の画像を撮像するように設定されている。
第１カメラ６及び第２カメラ７は、それぞれ予め設定された撮像周期Ｔｓ（例えば、１０ｍｓ（ミリ秒））毎に撮像するように構成されており、撮像された画像データ（取得画像）は制御装置３に送られるようになっている。
【００１７】
なお、第１カメラ６及び第２カメラ７を進行方向に対して平行に配向しているのは、移動体１の走行による取得画像のブレ等（即ち、進行方向正面より偏りがあるほど、走行によって取得画像の変化度合いが大きいため取得画像にブレが生じやすい）を最小限にして後述するパターンマッチングをより安定して精度良く行なうためである。
また、以下、第１カメラ６と第２カメラ７とのどちらについても表わす場合単にカメラ６，７ともいう。
【００１８】
制御装置３は記憶領域、電子演算器及び入力端末とを有するコンピュータにより構成されており、その機能として、記憶装置２１と走行制御部２２とを有している。
記憶装置２１には、予め取得しておいた複数の画像データを含む教示画像データが記憶されている。
教示画像は、移動体１を走行経路Ｒ１〜Ｒ４に沿って走行させる場合に第１カメラ６お呼び第２カメラによる取得画像（第１の取得画像，第２の取得画像）の目標となる画像データであり、走行経路Ｒ１〜Ｒ４上の実験等で予め設定しておいた教示地点毎に教示画像を取得してこれらの教示画像郡が記憶装置２１に記憶されている。
【００１９】
なお、教示画像は、第１カメラ６用の教示画像（第１教示画像または前方ランドマーク）と第２カメラ７用の教示画像（第２教示画像または後方ランドマーク）とがあり、第１教示画像は第１カメラ６の撮像方向（図２では、地点Ｐ４→Ｐ３→Ｐ２→Ｐ１の順番）で取得し、第２教示画像は第２カメラ７の撮像方向（図２では、地点Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４の順番）で取得したものである。
【００２０】
走行制御部２２は、記憶装置２１に記憶されている複数の教示画像に基づいて後述するようにパターンマッチングを行い、理想的な走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対する移動体１の左右方向の位置の偏差と角度の偏差からを求め、移動体１が走行経路に沿って走行するように移動体１の進行方向を補正するように各駆動輪３０の動作を制御するように構成されている。
【００２１】
ここで、第１カメラ６及び第２カメラ７から取得される画像データについて図３、図４を用いて説明する。
図３において、符号１２は第１カメラ６及び第２カメラ７により撮像された画像データ（撮像画像）を表わしている。撮像画像１２は第１カメラ６及び第２カメラ７の解像度に応じた画素（ピクセル［ＰＩＸＥＬ］）の集合である。
また、符号１４は第１カメラ６及び第２カメラ７により撮像された実際の対象物である。
【００２２】
図３に示すように、撮像画像１２上の撮像対象１４の位置は第１カメラ６から見た撮像対象１４の角度ＴＨと一意の関係にある。
また、図４に示すようにカメラ６，７の撮像範囲を−Ｒ［ＤＥＧ］〜Ｒ[ＤＥＧ]、画像の幅をＷ[ＰＩＸＥＬ]とし、画像上の撮像対象の位置がＸ[ＰＩＸＥＬ]だとすると、撮像手段から見た撮像対象の角度ＴＨは（１）式で求められる。
ＴＨ＝−２＊Ｒ／Ｗ＊Ｘ＋Ｒ・・・（１）
本発明において第１カメラ６は移動体１の進行方向に向けて設置されているので、（１）式のＴＨが、移動体１の進行方向に対する前方ランドマーク１０の角度を表す。ここで、第２カメラ７に関しても同じく式（１）のＴＨが移動体１の進行方向と逆向きの軸に対する後方ランドマーク１１の角度を表す。
【００２３】
次に、第１カメラ６および第２カメラ７の特性を用いて、走行制御部２２において走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対する移動体１の左右方向の位置ズレおよび姿勢角を求め、補正する処理を説明する。
上述したように、記憶装置２１には予め取得した画像をそれぞれ第１の教示画像、第２の教示画像（これらを包含してランドマークともいう）が記憶されている。このランドマークは図５に示すように予め移動体１を走行経路Ｒ１〜Ｒ４に沿って走行させながら実験等で設定された所定の間隔毎に移動体１を静止させて第１カメラ６及び第２カメラ７でそれぞれ画像を取得する。
【００２４】
図６（ａ）（ｂ）は、図５の状態での撮像画像を示す図であり、本実施例では撮像した画像全体をランドマークとして記憶して使用する。前方ランドマークを走行中の撮像画像とパターンマッチングして求めた画像上の位置をＨ，後方ランドマークの画像上の位置をＥで表す。
図７は移動体が走行経路Ｒ１〜Ｒ４からズレた状態を示す図であり、ＴＨＦは撮像部に対する前方ランドマークの角度、ＴＨＲは第２カメラ７に対する後方ランドマークの角度を表す。
【００２５】
図８（ａ），（ｂ）はいずれも図７の状態での各撮像部の取得画像である。図８（ａ）は撮像部での取得画像を表し、画像上の前方ランドマークの水平方向の位置をＨで表す。図８（ｂ）は第２カメラ７での取得画像を表し、画像上の後方ランドマークの水平方向の位置をＥで表す。図８（ａ）において画像上の撮像対象の位置がＶ[ＰＩＸＥＬ]だとすると、ＴＨＦは（１）式のＸにＨを代入することで求まる。同様にＴＨＲもＥを代入することで求まる。このようにして求めたＴＨＦ、ＴＨＲを駆動部３にフィードバック出力するのである。
【００２６】
本実施例では制御式の一例として、移動体１を速度制御して補正する制御式を示す。移動体１が正確に走行経路Ｒ１〜Ｒ４上に位置する場合、ＴＨＦ−ＴＨＲ＝１８０［ＤＥＧ］]となることから、走行経路Ｒ１〜Ｒ４からの離脱に関して目標とする状態は(ＴＨＲ−ＴＨＦ−１８０[ＤＥＧ])＝０で表される。
ここでこの計算式では走行経路直線部に対する位置ズレ量は正確には求まらないが、左右どちらに移動すれば走行経路直線部に近づくかを判別することができる。また、移動体１の進行方向を正確に走行経路直線部に一致させるため、前方ランドマークに対する姿勢角に関して目標とする状態はＴＨＦ＝０で表される。
【００２７】
移動体１の左右方向の速度をＶＸ、姿勢角の変化速度をＶＴＨ、左右方向のズレに対する制御ゲインをＧＸ 、姿勢角に対する制御ゲインをＧＴＨとし、移動体が走行経路上を走行するように補正する速度指令値を求める制御式は、（２）式および（３）式で表される。
ＶＸ＝−ＧＸ＊(ＴＨＲ−ＴＨＦ−１８０[ＤＥＧ])   ・・・(２)
ＶＴＨ＝―ＧＴＨ＊ＴＨＦ       ・・・(３)
【００２８】
制御装置３は（２）（３）式から得られるＶＸ、ＶＴＨに従って移動体１の車輪５を制御するのである。（２）式および（３）式より、ＨおよびＥの値から姿勢角方向および左右方向の速度が一意に求まり、かつ姿勢角のズレと左右方向のズレはＨおよびＥの値によらず独立なので、（２）（３）式のＶＸ、ＶＴＨを足し合わせた値を制御式にフィードバックする。このようにして走行経路Ｒ１〜Ｒ４に対する位置ズレと姿勢角を補正する速度指令値を算出し、車輪５を駆動して移動体１を走行制御する。
【００２９】
以上説明した処理により、移動体１の位置および姿勢角を補正し、走行経路Ｒ１〜Ｒ４に沿って正確に移動することができる。
なお、走行経路Ｒ１〜Ｒ４は直線部と、直線部と直線部とを接続する方向転換部（地点Ｐ１〜Ｐ４）からなり、移動体１は、予め与えられた走行データに記載された距離情報と、スタート地点からの現在の走行距離とを照会して、現在直線部と方向転換部のどちらを走行しているかを判別し、直線部では本発明の走行制御を行い、方向転換部では車輪回転量を基に方向を変えて次の直線部の走行を開始する。
【実施例２】
【００３０】
図９および図１０は本発明の第２の実施の形態を表す図であり、図９は本発明の移動体が走行経路の一方に移動する際の構成、図１０は他方に移動する際の構成を表す。
なお、本実施例において第１実施例と同様の構成については説明を省略し、同じ符号を用いて表わす。
本実施例が第１実施例と異なる点は、図９に示すように、第１カメラ６および第２カメラ７が移動体１の中心軸からオフセットし、かつ移動体１の旋回中心に対して点対称の位置に固定されていることである。ここで実施例１と同様に、あらかじめ移動体１を走行経路Ｒ１〜Ｒ４上に移動させ、移動体の中心軸を進行方向に一致させて前後のランドマークを撮像している。
【００３１】
第１カメラ６および第２カメラ７は実施例１で説明した特性を持つので、各撮像部に対するランドマークの角度を求めることができ、実施例１と同様の制御式を適用することで移動体１の位置および姿勢角を補正し、走行経路に沿って正確に移動することができる。
このようにして、移動体前後の物体により撮像部の視野を塞がれることを避け、例えばユーザを案内するために先導して走行する場面においても走行経路上を正確に走行できる。さらに、往路と復路において前後の教示画像を入れ替えることで共用でき、教示作業を短縮することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、本発明はこのような形態に限らず、サービスロボット等、自律して移動する移動体等に適宜適用することができる。
また、上述の実施形態では、第１カメラと第２カメラとが互いに反対向きに配向されているが、第１カメラと第２カメラがいずれも同じ方向を向くように配置してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  移動体
２  車体
３  制御装置（駆動制御部）
４  駆動部
５  車輪
６  撮像部
７  第２カメラ
１０  前方ランドマーク
１１  後方ランドマーク
１２  撮像画像
１４  撮像対象
２１  記憶装置
２２  走行制御部
３０  駆動輪
３１  従動輪
３２  アクチュエータ
Ｒ１〜Ｒ４  走行経路
Ｒ  撮像部の左右方向の一方の画角
ＴＨ  撮像部に対する撮像対象の角度［ｄｅｇ］
Ｘ  撮像対象の画像上の左右方向の位置［ｐｉｘｅｌ］
Ｗ  撮像画像の左右方向の幅［ｐｉｘｅｌ］
Ｈ  前方ランドマークの画像上の左右方向の位置［ｐｉｘｅｌ］
ＴＨＦ  撮像部に対する前方ランドマークの角度［ｄｅｇ］
Ｅ  後方ランドマークの画像上の左右方向の位置［ｐｉｘｅｌ］
ＴＨＲ  第２カメラ７に対する後方ランドマークの角度［ｄｅｇ］
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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