(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体までの距離を計測する距離センサと、
該距離センサにより計測された距離と、自律移動ロボットの移動環境を示す地図情報と、に基づいて自己位置を推定する推定手段と、を備え、
該推定手段により推定された自己位置に基づいて自律的に移動する自律移動ロボットであって、
前記距離センサにより計測された距離に基づいて平面を算出し該平面の法線を算出する法線算出手段と、
前記法線算出手段により算出された法線の方向を示す法線角度の分布を示すヒストグラムを算出し、該算出したヒストグラムに基づいて、前記自己位置の推定のための前記距離センサの情報が不足しているか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段により前記距離センサの情報が不足していると判定されたとき、前記距離センサの計測方向を変更する制御、前記自己位置の推定方法の変更、及び所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つを行う、ことを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項２】
請求項１記載の自律移動ロボットであって、
前記判定手段は、前記算出したヒストグラムにおいて、相互に直交関係にある前記法線角度の頻度のピークが存在せず、前記法線角度の頻度のピークが均等に複数存在せず、かつ、前記法線角度が均等に分布していないとき、前記自己位置を推定するための前記距離センサの情報が不足していると判定する、ことを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項３】
請求項１又は２記載の自律移動ロボットであって、
前記推定手段は、
前記距離センサにより計測された距離に基づいて、自己位置であると推定される複数の推定位置候補を算出し、該算出した推定位置候補の中から抽出した位置を前記自己位置として推定しており、
前記判定手段により前記距離センサの情報が不足していると判定されたとき、前記ヒストグラムにおいてピークとなる法線角度に対して垂直方向の前記推定位置候補を増加させる、ことを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の自律移動ロボットであって、
前記判定手段により前記距離センサの情報が不足していると判定される状態が所定時間以上継続するとき、前記距離センサの計測方向を変更する制御、前記自己位置の推定方法の変更、及び所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つを行う、ことを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の自律移動ロボットであって、
前記ヒストグラムにおいて、相互に直交関係にある前記法線角度の頻度のピークが生じるように前記距離センサの計測方向を変更する制御、および、当該自律移動ロボットを減速停止させる及び／又は警告を行う所定の安全動作の制御、を行う制御手段を更に備える、ことを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の自律移動ロボットであって、
当該自律移動ロボットを移動させる車輪と、
前記車輪の回転情報を検出する回転検出手段と、
当該自律移動ロボットの周囲の画像情報を取得する画像取得手段と、を更に備え、
前記推定手段は、
前記距離センサにより計測された距離と前記地図情報とに基づいてオドメトリ法を用いて自己位置を推定する第１推定方法と、
前記回転検出手段により検出された回転情報、及び前記画像取得手段により取得された画像情報のうち少なくとも一方に基づいてオドメトリ法を用いて自己位置を推定する第２推定方法と、に基づいて、前記自己位置の推定を行い、
前記判定手段により前記距離センサの情報が不足していると判定されたとき、前記第１推定方法より第２推定方法の重み付けを高くする、ことを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項７】
物体までの距離を計測する距離センサと、
該距離センサにより計測された距離と、自律移動ロボットの移動環境を示す地図情報と、に基づいて自己位置を推定する推定手段と、を備え、
該推定手段により推定された自己位置に基づいて自律的に移動する自律移動ロボットの制御方法であって、
前記距離センサにより計測された距離に基づいて平面を算出し該平面の法線を算出するステップと、
前記算出された法線の方向を示す法線角度の分布を示すヒストグラムを算出し、該算出したヒストグラムに基づいて、前記自己位置の推定のための前記距離センサの情報が不足しているか否かを判定するステップと、
前記距離センサの情報が不足していると判定したとき、前記距離センサの計測方向を変更する制御、前記自己位置の推定方法の変更、及び所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つを行うステップと、を含む、ことを特徴とする自律移動ロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己位置を推定し、推定した自己位置に基づいて自律的な移動を行う      自律移動ロボット、及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
距離センサにより計測された距離に基づいて自己位置を推定する自律移動体が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５７６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、図２に示す如く、直交する壁面が存在する環境内で、自律移動体１０が移動する場合、前後方向及び左右方向に対する相対位置が決まる。したがって、自律移動体１０は自己位置を高精度に行うことができる。
【０００５】
一方で、図３に示す如く、一方向のみの壁面が存在する環境内で、自律移動体１０が移動する場合、左右方向に対する相対位置は決まるが前後方向に対する相対位置は決まらい。このように、距離センサの距離情報が一方向に偏り不足している場合、自己位置推定の誤差が大きくなる虞がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、自己位置の推定精度を高め、安全性を向上させることができる自律移動ロボット、及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、物体までの距離を計測する距離センサと、該距離センサにより計測された距離と、当該自律移動ロボットの移動環境を示す地図情報と、に基づいて自己位置を推定する推定手段と、を備え、該推定手段により推定された自己位置に基づいて自律的に移動する自律移動ロボットであって、  前記距離センサにより計測された距離に基づいて平面を算出し該平面の法線を算出する法線算出手段と、前記法線算出手段により算出された法線の方向を示す法線角度の分布を示すヒストグラムを算出し、該算出したヒストグラムに基づいて、前記自己位置の推定のための前記距離センサの情報が不足しているか否かを判定する判定手段と、を備え、前記判定手段により前記距離センサの情報が不足していると判定されたとき、前記距離センサの計測方向を変更する制御、前記自己位置の推定方法の変更、及び所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つを行う、ことを特徴とする自律移動ロボットである。
これにより、距離センサの情報が不足しているとき、距離センサの計測方向を変更する制御を行うことで距離センサの情報を増加させ、又自己位置の推定方法の変更することで距離センサの誤差の影響を抑制し、それにより、自己位置の推定精度を高めることができる。さらに、所定の安全動作を行う制御を行うことで安全性を向上させることができる。すなわち、自己位置の推定精度を高め、安全性を向上させることができる
この一態様において、前記判定手段は、前記算出したヒストグラムにおいて、相互に直交関係にある前記法線角度の頻度のピークが存在せず、前記法線角度の頻度のピークが均等に複数存在せず、かつ、前記法線角度が均等に分布していないとき、前記自己位置を推定するための前記距離センサの情報が不足していると判定してもよい。
これより、距離センサの情報が不足していることを容易に１次判断でき、その１次判断に基づいて、距離センサの計測方向を変更する制御、自己位置の推定方法の変更、及び所定の安全動作を行う制御、の対応を実行できる。
この一態様において、前記推定手段は、前記距離センサにより計測された距離に基づいて、自己位置であると推定される複数の推定位置候補を算出し、該算出した推定位置候補の中から抽出した位置を前記自己位置として推定しており、前記判定手段により前記距離センサの情報が不足していると判定されたとき、前記ヒストグラムにおいてピークとなる法線角度に対して垂直方向の前記推定位置候補を増加させてもよい。
これにより、相対位置の決まらないその垂直方向の自己位置の推定精度を向上させることができる。
この一態様において、前記判定手段により前記距離センサの情報が不足していると判定される状態が所定時間以上継続するとき、前記距離センサの計測方向を変更する制御、前記自己位置の推定方法の変更、及び所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つを行ってもよい。
これにより、距離センサの情報が不足している状態が所定時間以上継続し、大きくなった自己位置の推定誤差に対し早急に対応できる。
この一態様において、前記ヒストグラムにおいて、相互に直交関係にある前記法線角度の頻度のピークが生じるように前記距離センサの計測方向を変更する制御、および、当該自律移動ロボットを減速停止させる及び／又は警告を行う所定の安全動作の制御、を行う制御手段を更に備えていてもよい。
距離センサの情報不足を補うように距離センサの計測方向を変更する制御、あるいは自己位置の推定方法の変更を行う、ことで、自己位置推定精度を向上させることができる。さらに、自己位置喪失になる前に減速停止あるいは警告を行うことで、確実にその自己位置喪失を防止できる。
この一態様において、当該自律移動ロボットを移動させる車輪と、前記車輪の回転情報を検出する回転検出手段と、当該自律移動体の周囲の画像情報を取得する画像取得手段と、を更に備え、前記推定手段は、前記距離センサにより計測された距離と前記地図情報とに基づいてオドメトリ法を用いて自己位置を推定する第１推定方法と、前記回転検出手段により検出された回転情報、及び前記画像取得手段により取得された画像情報のうち少なくとも一方に基づいてオドメトリ法を用いて自己位置を推定する第２推定方法と、に基づいて、前記自己位置の推定を行い、前記判定手段により前記距離センサの情報が不足していると判定されたとき、前記第１推定方法より第２推定方法の重み付けを高くしてもよい。
距離センサの誤差を含む第１推定方法による自己位置の影響を小さくし、距離センサの誤差を含まない第２推定方法による自己位置の影響をより大きくするように、第１推定方法の重み付けより第２推定方法の重み付けを高く設定する。これにより、距離センサによる誤差の影響を低減し、自己位置を高精度に推定できる。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、物体までの距離を計測する距離センサと、該距離センサにより計測された距離と、当該自律移動ロボットの移動環境を示す地図情報と、に基づいて自己位置を推定する推定手段と、を備え、該推定手段により推定された自己位置に基づいて自律的に移動する自律移動ロボットの制御方法であって、前記距離センサにより計測された距離に基づいて平面を算出し該平面の法線を算出するステップと、前記算出された法線の方向を示す法線角度の分布を示すヒストグラムを算出し、該算出したヒストグラムに基づいて、前記自己位置の推定のための前記距離センサの情報が不足しているか否かを判定するステップと、前記距離センサの情報が不足していると判定したとき、前記距離センサの計測方向を変更する制御、前記自己位置の推定方法の変更、及び所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つを行うステップと、を含む、ことを特徴とする自律移動ロボットの制御方法であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、自己位置の推定精度を高め安全性を向上させることができる自律移動ロボット、及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る自律移動ロボットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】直交する壁面を計測した距離情報に基づいて自己位置推定を行う場合を示す図である。
【図３】廊下などの一方向のみの壁面を計測した距離情報に基づいて自己位置推定を行う場合を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図５】算出された法線の方向を示す図である。
【図６】直交関係にある各ピーク法線角度を示す図である。
【図７】ピーク法線角度が均等に複数存在する場合を示す図である。
【図８】法線角度が均等に分布する場合を示す図である。
【図９】ピーク法線角度が１つだけ存在する場合を示す図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る自律移動ロボットの制御方法を示す制御処理フローのフローチャートである。
【図１１】壁面に対して直交する面に対して距離センサの計測方向を向ける制御を行う場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の一実施の形態に自律移動ロボットは、自己位置を高精度に推定し、推定した自己位置に基づいて自律的な移動を行う。図１は、本実施の形態に係る自律移動ロボットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る自律移動ロボット１は、物体までの距離を計測する距離センサ２と、車輪の回転情報を検出する回転センサ３と、車輪を回転駆動するモータ４と、モータ４を制御する制御装置５と、を備えている。
【００１１】
距離センサ２は、自律移動ロボット１が移動する移動環境内の、路面、壁面、障害物などの物体（複数の計測点）までの距離を計測する。距離センサ２は、例えば、レーザセンサ、超音波センサ、などであり、自律移動ロボット１の進行方向の路面に向けて自律移動体本体に取り付けられている。距離センサ２は、例えば、揺動することで、水平方向にレーザを照射し移動環境内を走査する２次元距離センサである。距離センサ２は、計測した距離情報を制御装置５に出力する。
【００１２】
回転センサ３は、自律移動ロボット１を移動させる車輪の回転情報（回転角度、回転角速度、回転角加速度）を検出し、検出した回転情報を制御装置５に出力する。
モータ４は、制御装置５からの制御信号に応じて車輪を回転駆動する。
【００１３】
制御装置５は、距離センサ２から出力された距離情報と、回転センサ３から出力された回転情報と、に基づいて、モータ４を制御することで、自律移動ロボット１を自律的に移動させる。
【００１４】
制御装置５は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）５ａ、ＣＰＵ５ａによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ５ｂ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）５ｃ、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ５ａ、メモリ５ｂ、及びインターフェイス部５ｃは、データバス５ｄなどを介して相互に接続されている。
【００１５】
ところで、距離センサにより計測された距離情報に基づいて自己位置推定を高精度に行う場合、十分な距離情報に基づいて自己位置推定を行う必要がある。
例えば、図２に示す如く、自律移動体１０が直交する壁面を計測した距離情報に基づいて自己位置推定を行った場合、前後方向及び左右方向に対する相対位置が決まる。このように、距離センサの距離情報が十分な場合、自己位置を高精度に行うことができる。
一方で、図３に示す如く、自律移動体１０が廊下などの一方向のみの壁面を計測した距離情報に基づいて自己位置推定を行った場合、左右方向に対する相対位置は決まるが前後方向に対する相対位置は決まらない。このように、距離センサの距離情報が一方向に偏り不足している場合、自己位置推定の誤差が大きくなり、例えば、自己位置喪失の虞がある。
【００１６】
これに対し、本実施の形態に係る自律移動ロボット１は、距離センサ２の情報が不足していると判定したとき、距離センサ２の計測方向を変更する制御、自己位置の推定方法の変更、及び所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つを行う。
【００１７】
これにより、距離センサ２の情報が不足しているとき、距離センサ２の計測方向を変更する制御を行うことで距離センサ２の情報を増加させ、又自己位置の推定方法の変更することで距離センサ２の誤差の影響を抑制し、それにより、自己位置の推定精度を高めることができる。さらに、所定の安全動作を行う制御を行うことで安全性を向上させることができる。
【００１８】
すなわち、距離センサ２の計測データから自己位置を高精度に推定するために、その距離センサ２の情報が不足しているか否かを迅速に１次判断できる。そして、距離センサ２の情報が不足していると判断したとき、その不足を補うように距離センサ２の計測方向を変更する制御、あるいは自己位置の推定方法の変更を行う、ことで自己位置推定精度を向上させる。さらに、自己位置喪失になる前に所定の安全動作を行う制御を行うことで、確実にその自己位置喪失を防止できる。
【００１９】
図４は、本実施の形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る制御装置５は、自己位置の推定のための距離センサ２の情報が不足しているか否かを判定する情報量判定器５１と、自己位置を推定する自己位置推定器５２と、推定された自己位置に基づいてモータ４を制御する制御器５３と、を備えている。
【００２０】
情報量判定器５１は、法線算出手段及び判定手段の一具体例であり、距離センサ２により計測された距離に基づいて平面を算出し、その平面の法線を算出する（図５）。
情報量判定器５１は、距離センサ２により計測された各距離に基づいて、隣合う複数（例えば、３つ）の計測点を含む平面を夫々算出し、算出した各平面の法線を夫々算出する。情報量判定器５１は、距離センサ２により計測された全計測点について法線を夫々算出し、各法線方向（法線角度）に存在する法線の数（頻度）を示すヒストグラムを算出する。情報量判定器５１は、算出したヒストグラムから頻度がピークとなる法線角度（ピーク法線角度）を抽出する。
情報量判定器５１は、算出したヒストグラムにおいて、（１）相互に直交関係にあるピーク法線角度が存在する、（２）ピーク法線角度が均等に複数存在する、あるいは、（３）法線角度が均等に分布している、か否かを判定する。
【００２１】
（１）図６に示すように、直交する壁面が存在する移動環境では、ヒストグラムにおいて、隣り合うピーク法線角度の差分が９０°となり各ピーク法線角度は直交関係にある。この場合、前後方向及び左右方向に対して相対位置関係が決まるため、自己位置の推定精度が高い。
【００２２】
（２）図７に示すように、略等間隔角度で複数の壁面が存在する（但し、直交する壁面が存在しない）移動環境では、ヒストグラムにおいて、ピーク法線角度が均等に複数存在する。この場合、複数の方向に対して相対位置関係が決まるため、自己位置の推定精度が高い。
【００２３】
（３）図８に示すように自由曲面が多い移動環境では、ヒストグラムにおいて、ピーク法線角度は存在しないが、全法線角度について法線が均等に存在し、法線角度が均等に分布する。この場合も、複数の方向に対して相対位置関係が決まるため、自己位置の推定精度が高い。
情報量判定器５１は、ヒストグラムが上記（１）乃至（３）の状態にあると判定したとき、自己位置を推定するための距離センサ２の情報が十分である（不足していない）と判定する。
【００２４】
情報量判定器５１は、ヒストグラムが上記（１）乃至（３）の状態にあり、自己位置を推定するための距離センサ２の情報が十分であると判定したとき、その旨を示す第１信号を自己位置推定器５２に出力する。
【００２５】
一方で、情報量判定器５１は、算出したヒストグラムにおいて、例えば、相互に直交関係にあるピーク法線角度が存在せず、ピーク法線角度が均等に複数存在せず、かつ、法線角度が均等に分布していない（ヒストグラムが上記（１）乃至（３）の状態でない）と判定したとき、自己位置を推定するための距離センサ２の情報が不足していると判定する。
【００２６】
図９に示すように、一方向のみの壁面が存在する移動環境では、ヒストグラムにおいて、ピーク法線角度が１つだけ存在する。この場合、ピーク法線角度の方向に相対位置が決まるが、その他の方向に相対位置が決まらない。このため、自己位置推定の誤差が大きくなる。情報量判定器５１は、ヒストグラムが上記のような（１）乃至（３）に該当しない状態にあると判定したとき、距離センサ２の情報が不足していると判定する。情報量判定器５１は、ヒストグラムが上記（１）乃至（３）の状態になく、距離センサ２の情報が不足していると判定したとき、その旨を示す第２信号を制御器５３に出力する。
【００２７】
このように、ヒストグラムが上記（１）乃至（３）の状態にあるか否かを判定することで、例えば、視野の狭い距離センサ２を利用した場合でも、その移動環境内に自律移動ロボット１の相対位置を推定する上で特徴的な形状が存在するか否かを容易に判定できる。
【００２８】
自己位置推定器５２は、推定手段の一具体例であり、距離センサ２から出力された距離情報と、自律移動ロボット１の移動環境を示す地図情報と、に基づいて、オドメトリ法を用いて自律移動ロボット１の自己位置を推定する。自己位置推定器５２は、例えば、予め設定された２次元環境を示す地図情報と、距離センサ２により計測された距離情報と、回転センサ３により計測された車輪の回転情報と、に基づいて、マッチング処理などを行い自己位置を推定する。なお、地図情報は、例えば、上記メモリ５ｂに予め記憶されている。また、自己位置推定器５２は、自律移動ロボット１のセンサにより検出された情報に基づいて、オドメトリ法を用いずに自己位置を推定してもよい。
【００２９】
自己位置推定器５２は、情報量判定器５１から出力される第１信号に基づいて、距離センサ２の情報が十分であると判断したとき、距離センサ２の距離情報に基づいて通常の自己位置推定を行う。この場合、距離センサ２から出力される距離情報は、相対位置関係を正確に決める情報を含んでいるため、自己位置推定器５２は、距離センサ２の距離情報に基づいて自己位置推定を高精度に行うことができる。
【００３０】
一方で、自己位置推定器５２は、情報量判定器５１から出力される第２信号に基づいて、距離センサ２の情報が不足していると判断したとき、例えば、自己位置の推定方法を変更する。
【００３１】
ここで、自己位置推定器５２は、地図情報と、距離センサ２により計測された距離情報と、回転センサ３により計測された車輪の回転情報と、に基づいて、オドメトリ法を用いて自己位置であると推定される位置の候補（以下、推定位置候補）を複数算出する。そして、自己位置推定器５２は、算出した複数の推定位置候補の中から最終的に抽出した位置を自己位置として推定する。
【００３２】
自己位置推定器５２は、推定パラメータを調整して推定位置候補を複数算出する。なお、推定パラメータとは、所定量だけ移動したときの位置が推定されたとき、その推定位置に対する誤差（進行方向、横方向、角度方向のずれ量）を示す誤差パラメータである。
【００３３】
例えば、図９に示すような場合、ヒストグラムの頻度の高い方向（例えば、横方向）には相対位置が決まるが、その垂直方向（例えば、進行方向）には相対位置が決まらない。そこで、自己位置推定器５２は、この位置の決まらない方向（進行方向）の推定候補位置の数を増加させるように自己位置の推定パラメータを調整する。
【００３４】
この場合、自己位置推定器５２は、進行方向の誤差パラメータを増加させることで、進行方向の推定候補位置の数を増加させる。具体的には、自己位置推定器５２は、ヒストグラムのピーク法線角度（９０°）±９０°の方向（垂直方向）に推定候補位置を増加させる。このように、相対位置の決まらない方向の推定候補位置の数を増加させることで、その相対位置の決まらない方向の自己位置の推定精度を向上させることができる。
【００３５】
自己位置推定器５２が上記推定パラメータを調整している間、自律移動ロボット１は移動しており移動環境も変化している。したがって、例えば、図６乃至図８に示す移動環境に変化した場合、自己位置推定器５２は、上記最適に調整した推定パラメータを用いてより高精度に自己位置を推定することができる。
【００３６】
さらに、情報量判定器５１は、ヒストグラムが上記のような（１）乃至（３）に該当せず、距離センサの情報が不足している状態が所定時間以上継続していると判定したとき、その旨を示す第３信号を制御器５３に出力する。
制御器５３は、情報量判定器５１から出力される第３信号に応じて、（Ａ）距離センサ２の計測方向を変更する制御、（Ｂ）自己位置の推定方法の変更、及び（Ｃ）所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つを行う。
【００３７】
（Ａ）制御器５３は、情報量判定器５１から出力される第３信号に応じて、距離センサ２の計測方向を変更する制御を行う。
自己位置を推定するための距離センサ２の情報が不足している状態が所定時間以上継続している場合、自己位置の推定誤差が大きくなり、早急な改善が必要となる。したがって、制御器５３は、距離センサ２の計測方向を積極的に変更し、例えば、図６乃至図８に示すような距離センサ２の情報が十分となる環境を探索する。制御器５３は、例えば、モータ４を制御することで自律移動ロボット１をその場旋回（回転）させる制御、あるいは、距離センサ２が設けられた頭部あるいは胴体部をヨー軸周りに回転させる制御、を行うことで、距離センサ２の計測方向を変更する。
【００３８】
なお、制御器５３は、アクチュエータなどを駆動して距離センサ２を回転駆動することで距離センサ２の計測方向を直接的に変更してもよい。制御器５３は、例えば、ヒストグラムが上記（１）乃至（３）の状態になるまで、距離センサ２の計測方向を変更する制御を行う。これにより、距離センサ２の情報が十分な状態となり、自己位置推定器５２は、自己位置を高精度に推定することができる。
【００３９】
（Ｂ）自己位置推定器５２は、情報量判定器５１から出力される第３信号に応じて、自己位置の推定方法の変更を行う。
自己位置推定器５２は、例えば、距離センサ２により計測された距離に基づいて自己位置を推定する第１推定方法と、回転センサ３により検出された回転情報に基づいて自己位置を推定する第２推定方法と、を用いて、自己位置の推定を行う。
【００４０】
より具体的には、自己位置推定器５２は、第１推定方法によって、地図情報と、距離センサ２により計測された距離情報と、に基づいてオドメトリ法を用いて自己位置を推定する。同時に、自己位置推定器５２は、第２推定方法によって、回転センサ３により計測された車輪の回転情報に基づいてオドメトリ法を用いて自己位置を推定する。そして、自己位置推定器５２は、第１推定方法により推定された自己位置及び第２推定方法により推定された自己位置に対して予め設定された重み付け（係数）を夫々乗算し、乗算した結果を合成することで、最終的な自己位置を推定する。
【００４１】
距離センサ２の情報が不足している場合、距離センサ２により計測された距離情報に基づいて推定を行う第１推定方法によって推定された自己位置は、誤差を多く含むこととなる。一方で、回転センサ３により計測された車輪の回転情報に基づいて推定を行う第２推定方法によって推定された自己位置は、距離センサ２の誤差の影響を受けることなく、より精度が高い。
【００４２】
したがって、自己位置推定器５２は、第１推定方法による自己位置の影響を小さくし第２推定方法による自己位置の影響をより大きくするように、第１推定方法の重み付けより第２推定方法の重み付けを高く設定する。これにより、自己位置推定器５２は、距離センサ２による誤差の影響を低減し、自己位置を高精度に推定できる。
【００４３】
なお、自己位置推定器５２は、距離センサ２の情報が不足している場合、第１推定方法による自己位置推定を停止し、第２推定方法による自己位置推定のみを実行するようにしてもよい。自己位置推定器５２は、第２推定方法として、例えば、カメラにより撮影された画像情報に基づき、オドメトリ法を用いて自己位置推定を行っても良い。カメラの画像情報に基づいて推定された自己位置は、距離センサ２の誤差の影響を受けることなく、より精度が高い。さらに、自己位置推定器５２は、カメラにより撮影された撮影画像及び回転センサ３により計測された回転情報に基づき、オドメトリ法を用いて自己位置推定を行っても良い。
【００４４】
（Ｃ）制御器５３は、情報量判定器５１から出力される第３信号に応じて、所定の安全動作を行う制御を実行する。
自己位置を推定するための距離センサ２の情報が不足している状態が所定時間以上の長期間継続している場合、自己位置の推定誤差が大きく自己位置喪失の可能性もある。したがって、制御器５３は、所定の安全動作を行う制御を行っても良い。
【００４５】
例えば、制御器５３は、自己位置推定器５２の自己位置推定を停止させ、各モータ４を制御することで自律移動ロボット１を減速停止させる制御を行う。さらに、制御器５３は、警告装置６を用いてユーザに対して警告を行っても良い。警告装置６は、例えば、警告音を出力する音出力装置、警告灯を点灯／点滅させるライト装置、警告表示を行う表示装置、警告振動を発生させる振動装置、遠方のユーザに警告を行う通信装置などを含む。これにより、距離センサ２の情報が不足している状態が継続し自己位置の推定誤差が大きくなった場合でも、自律移動ロボット１の安全性を確保することができる。
【００４６】
図１０は、本実施の形態に係る自律移動ロボットの制御方法を示す制御処理フローのフローチャートである。図１０に示す制御処理は、例えば、所定の微小時間毎に繰返し実行される。
【００４７】
距離センサ２は、自律移動ロボット１が移動する移動環境内の物体までの距離を計測し（ステップＳ１０１）、計測した距離を情報量判定器５１及び自己位置推定器５２に出力する。
【００４８】
情報量判定器５１は、距離センサ２により計測された各距離に基づいて、隣合う複数の計測点を含む平面を夫々算出し、算出した各平面の法線を夫々算出する（ステップＳ１０２）。情報量判定器５１は、距離センサ２により計測された全計測点について法線を夫々算出し、各法線角度のヒストグラムを算出する（ステップＳ１０３）。情報量判定器５１は、算出したヒストグラムからピーク法線角度を抽出する（ステップＳ１０４）。
【００４９】
情報量判定器５１は、算出したヒストグラムにおいて、（１）相互に直交関係にあるピーク法線角度が存在する、（２）ピーク法線角度が均等に複数存在する、あるいは、（３）法線角度が均等に分布している、か否かを判定する（ステップＳ１０５）。
【００５０】
情報量判定器５１が、算出したヒストグラムにおいて、（１）相互に直交関係にあるピーク法線角度が存在せず、（２）ピーク法線角度が均等に複数存在せず、かつ、（３）法線角度が均等に分布していないとき（ステップＳ１０５のＮＯ）、自己位置を推定するための距離センサ２の情報が不足していると判定する。この場合、自己位置推定器５２は、ヒストグラムのピーク法線角度±９０°の方向に推定候補位置を増加させるように自己位置推定の推定パラメータを調整する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
情報量判定器５１は、ヒストグラムが上記のような（１）乃至（３）に該当せず、自己位置を推定するための距離センサ２の情報が不足している状態が第１所定時間以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【００５２】
情報量判定器５１が、距離センサ２の情報が不足している状態が第１所定時間以上継続していると判定したとき（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、制御器５３は、（Ａ）距離センサ２の計測方向を変更する制御を行う（ステップＳ１０８）。
【００５３】
このとき、制御器５３が、（Ａ）距離センサ２の計測方向を変更する制御を行う代わりに、自己位置推定器５２が（Ｂ）自己位置の推定方法の変更を行っても良い。さらに、制御器５３が、（Ａ）距離センサ２の計測方向を変更する制御を行うと共に、自己位置推定器５２が（Ｂ）自己位置の推定方法の変更を行っても良い。
さらに、情報量判定器５１が、距離センサ２の情報が不足している状態が第２所定時間（第２所定時間＞第１所定時間）以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ１０９）。
【００５４】
情報量判定器５１が、距離センサ２の情報が不足している状態が第２所定時間以上継続していると判定したとき（ステップＳ１０９のＹＥＳ）、制御器５３は、（Ｃ）所定の安全動作を行う制御を実行する（ステップＳ１１０）。このように、距離センサ２の計測方向を変え一定時間経過しても、距離センサ２の情報不足の状態が継続している場合、自己位置の推定誤差が大きく自己位置喪失の可能性もある。したがって、所定の安全動作を行い、自己位置喪失を確実に防止する。
一方、情報量判定器５１が、距離センサ２の情報が十分であると判定したとき（ステップＳ１０９のＮＯ）、下記（ステップＳ１１１）の処理に移行する。
【００５５】
情報量判定器５１は、算出したヒストグラムにおいて、（１）相互に直交関係にあるピーク法線角度が存在する、（２）ピーク法線角度が均等に複数存在する、あるいは、（３）法線角度が均等に分布しているとき（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、自己位置を推定するための距離センサ２の情報が十分であると判定する。この場合、自己位置推定器５２は、距離センサ２から出力された距離情報と、地図情報と、に基づいて、オドメトリ法を用いて自己位置を推定し（ステップＳ１１１）、本制御処理を終了する。
【００５６】
なお、上記制御処理フローにおいて、情報量判定器５１が、算出したヒストグラムにおいて、（１）相互に直交関係にあるピーク法線角度が存在せず、（２）ピーク法線角度が均等に複数存在せず、かつ、（３）法線角度が均等に分布していない、と判定したとき（ステップＳ１０５のＮＯ）、自己位置推定器５２の推定パラメータの調整が行われることなく、直ちに、上述の（Ａ）距離センサ２の計測方向を変更する制御、（Ｂ）自己位置の推定方法の変更、及び（Ｃ）所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つが実行されてもよい。
【００５７】
さらに、上記（ステップＳ１０５）において、情報量判定器５１は、算出したヒストグラムにおいて、（１）相互に直交関係にあるピーク法線角度が存在するか否かのみを判定することで、距離センサ２の情報不足を判定するようにしてもよい。これにより、判定処理を簡略化し計算コストを低減できる。
以上、本実施の形態に係る自律移動ロボット１において、情報量判定器５１は、距離センサ２により計測された距離に基づいて平面の法線の方向を示す法線角度の分布を示すヒストグラムを算出する。そして、情報量判定器５１は、算出したヒストグラムに基づいて、自己位置の推定のための距離センサ２の情報が不足しているか否かを判定する。情報量判定器５１が距離センサ２の情報が不足していると判定したとき、距離センサ２の計測方向を変更する制御、自己位置の推定方法の変更、及び所定の安全動作を行う制御、のうち、少なくとも一つが実行される。
これにより、距離センサ２の情報が不足しているとき、距離センサ２の計測方向を変更する制御を行うことで距離センサ２の情報を増加させ、又自己位置の推定方法の変更することで距離センサ２の誤差の影響を抑制し、それにより、自己位置の推定精度を高めることができる。さらに、所定の安全動作を行う制御を行うことで安全性を向上させることができる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記実施の形態において、  距離センサは、３次元の計測点群を取得する３次元距離センサであってもよい。
【００５９】
情報量判定器５１は、３次元距離センサ２により計測された３次元計測点群に基づいて、壁面などの平面を夫々算出し、算出した各平面の法線を夫々算出する。情報量判定器５１は、算出した法線の法線角度の分布を示すヒストグラムを算出する。情報量判定器５１は、算出したヒストグラムに基づいてピーク法線角度を抽出する。
【００６０】
情報量判定器５１は、算出したヒストグラムにおいて、（１）相互に直交関係にあるピーク法線角度が存在するか否かを判定する。情報量判定器５１は、算出したヒストグラムにおいて、相互に直交関係にあるピーク法線角度が存在しないと判定したとき、制御器５３は、（Ａ）距離センサ２の計測方向を変更する制御を行う。例えば、図１１に示す如く、制御器５３は、壁面に対して直交する面（斜線部）に対して距離センサ２の計測方向を向ける制御を行う。ヒストグラムにおいて、相互に直交関係にあるピーク法線角度が生じる（図６）。したがって、距離センサ２の情報が十分な状態となり、自己位置推定器５２は、自己位置を高精度に推定することができる。
【００６１】
本発明は、例えば、図１０に示す処理を、ＣＰＵ５ａにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【００６２】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
【００６３】
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００６４】
１  自律移動ロボット、２  距離センサ、３  回転センサ、４  モータ、５  制御装置、５１  情報量判定器、５２  自己位置推定器、５３  制御器
【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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【図１１】
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