(57)【要約】      （修正有）【課題】特徴点がない環境における自己位置決めシステムを提供する。【解決手段】画像採集モジュール、画像処理モジュール及び計算モジュールを含み、画像採集モジュールは、自律移動装置の周囲環境の画像を採集することに用いられ、画像処理モジュールは、周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定することに用いられ、計算モジュールは、異なる画像における特徴点の位置変化によって、自律移動装置の位置情報を計算することに用いられ、自己位置決めシステムは、更に散布モジュールを含み、散布モジュールは、液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成することに用いられ、これらを使用した自己位置決めシステムを自律移動装置に取り付けることにより、特徴点がない環境においても走行可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用する時に、自律移動装置に取り付けられる自己位置決めシステムであって、
画像採集モジュール、画像処理モジュール及び計算モジュールを含み、
前記画像採集モジュールは、前記自律移動装置の周囲環境の画像を採集することに用いられ、前記画像処理モジュールは、周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定することに用いられ、前記計算モジュールは、異なる画像における特徴点の位置変化によって、前記自律移動装置の位置情報を計算することに用いられ、
前記自己位置決めシステムは、更に散布モジュールを含み、当該散布モジュールは、液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成することに用いられることを特徴とする自己位置決めシステム。
【請求項２】
自己位置決めシステムの作動方法は、
周囲環境に、液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成するステップと、
特徴点を有する周囲環境の画像を、異なる時点で採集するステップと、
周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定するステップと、
異なる画像における特徴点の位置変化によって、前記自律移動装置の位置情報を計算するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の自己位置決めシステム。
【請求項３】
更に色選択モジュールを含み、当該色選択モジュールは、前記画像採集モジュールが採集した周囲環境の画像の色を分析して、散布モジュールにより散布される液体又はスラリーの色を選択して、特徴点の色と周囲環境の色との著しいコントラストを形成することを確保することを特徴とする、請求項１に記載の自己位置決めシステム。
【請求項４】
更に加熱モジュールを含み、当該加熱モジュールは、前記散布モジュールが周囲環境に散布する液体又はスラリーを加熱することに用いられることを特徴とする、請求項１に記載の自己位置決めシステム。
【請求項５】
感知モジュール、制動モジュール、操作システム及び自己位置決めシステムを含む自律移動装置であって、
前記自己位置決めシステムは、請求項１〜請求項４のいずれかの一つに記載の自己位置決めシステムであることを特徴とする自律移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己位置決めシステム及び自己位置決めシステムを利用する自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、スラム（ＳＬＡＭ）は、ロボットなどの自律移動装置が位置推定の過程において、一般的に使用される技術である。ＳＬＡＭ技術は、ロボットが、知らない環境の位置から出発し、運動過程において、繰り返して観測された地図の特徴によって、自己の位置及び姿勢を推定して、自己位置推定と環境地図作成を同時に行う。大部分のＳＬＡＭ技術は、自己位置推定を実現するように、センサーを利用し、例えば、ＧＰＳ、ＩＭＵ、オドメトリ（Ｏｄｏｍｅｔｒｙ）の情報を提供する。
【０００３】
メカナムホイール（Ｍｅｃｈａｎｕｍ  Ｗｈｅｅｌｓ）又はオムニホイール（Ｏｍｉｎ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｗｈｅｅｌ）が取り付けられた自律移動装置は、移動する時に、オドメトリを移動距離として参考することができず、且つ駆動車輪が滑る、又は空回りする時に、誤差が大きくなる。室内環境には、ＧＰＳを適用できないことから、ＩＭＵ又はＶｉｓｕａｌ  Ｏｄｏｍｅｔｒｙを移動距離として参考することが多い。Ｖｉｓｕａｌ  Ｏｄｏｍｅｔｒｙは、カメラで画像を連続して撮り、二つの画像における同一特徴点の位置差異を比較することによって、移動方向及び速度を判断する。Ｖｉｓｕａｌ  Ｏｄｏｍｅｔｒｙは、従来の位置決め方式と比べると、受動的視覚センサーを利用し、構成が簡単であり、情報量が多く、視覚によって情報を入力しさえすれば、位置決めを完成できるため、センサーの精度の低さによる誤差がなく、いろいろな環境に適用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｖｉｓｕａｌ  Ｏｄｏｍｅｔｒｙは、例えば、ひび割れのないセメント地面や白い壁面等の特徴点がない環境の場合に、十分な特徴点を取得できないため、計算できない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これを踏まえて、特徴点がない環境で自己位置決めをするシステム、方法及びシステム、方法を利用する自律移動装置を提供する必要がある。
【０００６】
使用する時に、自律移動装置に取り付けられる自己位置決めシステムは、画像採集モジュール、画像処理モジュール及び計算モジュールを含む。画像採集モジュールは、自律移動装置の周囲環境の画像を採集することに用いられる。画像処理モジュールは、周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定することに用いられる。計算モジュールは、異なる画像における特徴点の位置変化によって、自律移動装置の位置情報を計算することに用いられる。自己位置決めシステムは、更に散布モジュールを含む。散布モジュールは、液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成することに用いられる。
【０００７】
自己位置決めシステムの作動方法は、周囲環境に液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成するステップと、特徴点を有する周囲環境の画像を、異なる時点で採集するステップと、周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定するステップと、異なる画像における特徴点の位置変化によって、前記自律移動装置の位置情報を計算するステップと、を含む。
【０００８】
自己位置決めシステムは、更に色選択モジュールを含む。色選択モジュールは、画像採集モジュールが採集した周囲環境の画像の色を分析して、散布モジュールにより散布される液体又はスラリーの色を選択して、特徴点の色と周囲環境の色との著しいコントラストを形成することを確保するようになる。
【０００９】
自己位置決めシステムは、更に加熱モジュールを含む。加熱モジュールは、散布モジュールにより周囲環境へ散布される液体又はスラリーを加熱することに用いられる。
【００１０】
自律移動装置は、感知モジュール、制動モジュール、操作システム及び自己位置決めシステムを含む。自己位置決めシステムは、上記自己位置決めシステムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る自己位置決めシステムは、従来技術と比べ、散布モジュールを有して、散布モジュールは、液体又はスラリーを散布するので、周囲環境に特徴点を形成することができる。従って、画像採集モジュールに採集された画像に特徴点を確定しやすく、Ｖｉｓｕａｌ  Ｏｄｏｍｅｔｒｙの原理に基づく位置決めを実現しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る自己位置決めシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る自己位置決めシステムの作動方法のフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２に係る自己位置決めシステムの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る自己位置決めシステムの作動方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る自己位置決めシステムのもう一つの作動方法のフローチャートである。
【図６】本発明の実施例３に係る自己位置決めシステムの構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例３に係る自己位置決めシステムの作動方法のフローチャートである。
【図８】本発明の実施例３に係る自己位置決めシステムのもう一つの作動方法のフローチャートである。
【図９】本発明に係る自己位置決めシステムを利用するロボットの構成を示す図である。
【図１０】本発明に係る自己位置決めシステムを利用するロボットの駆動車輪及び散布モジュールの構成を示す図である。
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の実施例１は、自己位置決めシステム１００を提供する。自己位置決めシステム１００は、制御モジュール１０１、散布モジュール１０２、画像採集モジュール１０３、画像処理モジュール１０４及び計算モジュール１０５を含む。Ｖｉｓｕａｌ  Ｏｄｏｍｅｔｒｙは、画像採集モジュール１０３、画像処理モジュール１０４及び計算モジュール１０５からなる。
【００１５】
制御モジュール１０１は、自己位置決めシステム１００の作動を制御することに用いられる。散布モジュール１０２は、液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成することに用いられる。液体又はスラリーは、例えば、顔料又はインクなどの色付きのものであってもよいし、例えば、水又はアルコール等の有機溶剤のような色なし透明なものであってもよい。画像処理モジュール１０４は、水又は有機溶剤が形成された液滴を特徴点として識別することができる。好ましくは、色がある液体又はスラリーは、環境に優しく、常温で揮発できる顔料又はインクである。色がある液体又はスラリーは、画像採集モジュール１０３による画像の採集を便利にするように、周囲の物体の表面に付着した後、所定の時間、残す必要がある。画像採集モジュール１０３は、特徴点を有する周囲環境に、例えば、地面又は壁面の画像を採集することに用いられる。画像処理モジュール１０４は、周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定することに用いられる。計算モジュール１０５は、異なる画像における特徴点の位置変化によって、自己位置決めシステム１００を利用した自律移動装置の位置情報を計算することに用いられる。自律移動装置は、例えば、ロボット、無人搬送車又は無人自動車などである。位置情報は、例えば、移動方向、移動距離又は移動速度等である。
【００１６】
散布モジュール１０２は、その構成に制限がなく、液体又はスラリーを収容する容器、ヘッド又はスプレーガン、方位調節装置などを含む。画像採集モジュール１０３は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳに基づくカメラを含む。
【００１７】
図２を参照すると、本発明の実施例１の自己位置決めシステム１００の作動方法は、下記のステップを含む。
ステップＳ１１：周囲環境に色付きの液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成する。
ステップＳ１２：特徴点を有する周囲環境の画像を、異なる時点で採集する。
ステップＳ１３：周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定する。
ステップＳ１４：異なる画像における特徴点の位置変化によって、自己位置決めシステムを利用する自律移動装置の位置情報を計算する。
【００１８】
ステップＳ１１において、散布モジュール１０２は、色付きの液体又はスラリーを、画像採集モジュール１０３の画像を採集できる視野範囲に直接に散布する。散布モジュール１０２は、一度に散布することによって、複数の異なる色、形状又は大きさを有し、間隔を置いて設置された特徴点を形成する。散布モジュール１０２は、度毎に散布することによって、複数の異なる色、形状又は大きさを有する特徴点を形成してもよい。散布モジュール１０２は、所定の時間に間隔を置いて色付きの液体又はスラリーを散布する。
【００１９】
ステップＳ１２において、画像採集モジュール１０３は、画像を採集する時間間隔を実際の応用に応じて選択できる。例えば、時間間隔が１秒〜５秒である。画像採集モジュール１０３は、毎回採集された画像に一つの特徴点又は複数の特徴点を含む。画像採集モジュール１０３は、画像を採集した後、画像信号を形成して、画像信号を画像記憶モジュールに記憶する。
【００２０】
ステップＳ１３において、毎回一つの特徴点を選択してもよく、複数の特徴点を選択してもよい。
【００２１】
ステップＳ１４において、異なる画像における同一特徴点の位置変化によって、自己位置決めシステムを利用する自律移動装置の位置情報を計算できる。一度に複数の特徴点を選択する時に、各々の特徴点によって計算する結果を比較し、分析して、補正を実現する。例えば、平均値を取ることによって、移動速度を計算する。
【００２２】
図３を参照すると、本発明の実施例２は、自己位置決めシステム１００Ａを提供する。自己位置決めシステム１００Ａは、制御モジュール１０１、散布モジュール１０２、画像採集モジュール１０３、画像処理モジュール１０４、計算モジュール１０５及び色選択モジュール１０６を含む。
【００２３】
本発明の実施例２に係る自己位置決めシステム１００Ａは、本発明の実施例１の自己位置決めシステム１００と基本的に同じである。異なることは、本発明の実施例２に係る自己位置決めシステム１００Ａが更に色選択モジュール１０６を含むことである。色選択モジュール１０６は、画像採集モジュール１０３が採集した周囲環境の画像の色を分析して、散布モジュール１０２により散布される液体又はスラリーの色を選択して、特徴点の色と周囲環境の色との著しいコントラストを形成することを確保するようになる。散布モジュール１０２は、実際の応用に応じて、異なる色の液体又はスラリーを散布できる。
【００２４】
図４を参照すると、本発明の実施例２に係る自己位置決めシステム１００Ａの作動方法は、下記のステップを含む。
【００２５】
ステップＳ２０：周囲環境の画像を採集する。
【００２６】
ステップＳ２１：周囲環境の画像の色を分析して、周囲環境の画像の色との著しいコントラストが形成される色を選択する。
【００２７】
ステップＳ２２：選択する色によって、周囲環境に色付きの液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成する。
【００２８】
ステップＳ２３：特徴点を有する周囲環境の画像を、異なる時点で採集する。
【００２９】
ステップＳ２４：周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定する。
【００３０】
ステップＳ２５：異なる画像における特徴点の位置変化によって、自己位置決めシステムを利用する自律移動装置の位置情報を計算する。
【００３１】
図５を参照すると、本発明の実施例２の自己位置決めシステム１００Ａのもう一つの作動方法は、下記のステップを含む。
【００３２】
ステップＳ２０：周囲環境の画像を採集する。
【００３３】
ステップＳ２１：周囲環境の画像の色を分析して、周囲環境の画像の色との著しいコントラストが形成される色を選択する。
【００３４】
ステップＳ２２：ステップＳ２１にて選択された色によって、周囲環境に色付きの液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成する。
【００３５】
ステップＳ２３：特徴点を有する周囲環境の画像を、異なる時点で採集する。
【００３６】
ステップＳ２４：周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定する。
【００３７】
ステップＳ２５：異なる画像における特徴点の位置変化によって、自己位置決めシステムを利用する自律移動装置の位置情報を計算する。
【００３８】
ステップＳ２６：最近撮られた、特徴点を有する周囲環境の画像において、特徴点の色と周囲環境の色との著しいコントラストがあるかどうかを判断して、イエスである場合、ステップＳ２２に戻り、イエスではない場合、ステップＳ２１に戻る。
【００３９】
ステップＳ２１において、著しいコントラストは、特徴点の色と周囲環境の色とが同じでなく、色識別モジュールに識別されやすいことを指す。例えば、周囲環境が灰色のセメントの床であれば、特徴点の色が白色であってもよく、周囲環境が白色の壁面であれば、特徴点の色が黒色又は赤色であってもよい。
【００４０】
ステップＳ２６において、特徴点の色と周囲環境の色との著しいコントラストがあるかどうかを判断することは、色識別モジュールによって色の比較をする。且つ予め色のコントラストの閾値を定義する。色のコントラストが閾値より小さい時には、著しいコントラストがないと判断する。
【００４１】
ステップＳ２６によって、周囲環境の色が変化する時に、散布しようとする液体又はスラリーの色を直ちに調整できる。
【００４２】
図６を参照すると、本発明の実施例３は、自己位置決めシステム１００Ｂを提供する。自己位置決めシステム１００Ｂは、制御モジュール１０１、散布モジュール１０２、画像採集モジュール１０３、画像処理モジュール１０４、計算モジュール１０５及び加熱モジュール１０７を含む。
【００４３】
本発明の実施例３に係る自己位置決めシステム１００Ｂは、本発明の実施例１に係る自己位置決めシステム１００と基本的に同じである。異なることは、本発明の実施例３に係る自己位置決めシステム１００Ｂが更に加熱モジュール１０７を含むことである。加熱モジュール１０７は、散布モジュール１０２が周囲環境に散布する液体又はスラリーを加熱することに用いられる。これによって、特徴点の液体又はスラリーが完全に揮発又は蒸発することを確保できる。加熱モジュール１０７に構成が制限されなくて、好ましくは、風乾加熱又は光波加熱であり、例えばレーザーで加熱する。
【００４４】
図７を参照すると、本発明の実施例３の自己位置決めシステム１００Ｂの作動方法は、下記のステップを含む。
【００４５】
ステップＳ３１：周囲環境に色付きの液体又はスラリーを散布して、周囲環境に特徴点を形成する。
【００４６】
ステップＳ３２：特徴点を有する周囲環境の画像を、異なる時点で採集する。
【００４７】
ステップＳ３３：周囲環境の画像を処理して、画像における特徴点の位置を確定する。
【００４８】
ステップＳ３４：異なる画像における特徴点の位置変化によって、自己位置決めシステムを利用する自律移動装置の位置情報を計算する。
ステップＳ３５：加熱して、特徴点を除去する。
【００４９】
勿論、加熱して特徴点を除去するステップは、定時に一度に行ってもよく、条件によって行ってもよい。例えば、図８を参照すると、本発明の実施例３に係る自己位置決めシステム１００Ｂのもう一つの作動方法は、下記のステップを含む。
【００５０】
ステップＳ３０：Ｎ＝１に設定して、ステップＳ３１に進む。
【００５１】
ステップＳ３１：周囲環境に色付きの液体又はスラリーを散布して、周囲環境に第Ｎ特徴点を形成して、ステップＳ３２に進む。
【００５２】
ステップＳ３２：第Ｎ特徴点を有する周囲環境の画像を、異なる時点で採集して、ステップＳ３３に進む。
【００５３】
ステップＳ３３：周囲環境の画像を処理して、画像における第Ｎ特徴点の位置を確定して、ステップＳ３４に進む。
【００５４】
ステップＳ３４：異なる画像における第Ｎ特徴点の位置変化によって、自己位置決めシステムを利用する自律移動装置の位置情報を計算して、ステップＳ３５に進む。
【００５５】
ステップＳ３５：第Ｎ特徴点が最近撮られた周囲環境の画像中にあるかどうかを判断して、イエスである場合には、ステップＳ３７に進む。イエスではない場合には、ステップＳ３６に進む。
【００５６】
ステップＳ３６：加熱して、第Ｎ特徴点を除去して、ステップＳ３７に進む。
【００５７】
ステップＳ３７：Ｎ＝Ｎ＋１に設定して、ステップＳ３１に戻る。
【００５８】
ステップＳ３５によって、特徴点が使用されない時に加熱されて、除去されることを確保できる。
【００５９】
本発明は、図９を参照すると、自己位置決めシステム１００を利用する自律移動装置を提供する。自律移動装置は、例えば、ロボット、無人搬送車又は無人自動車などである。本発明は、ロボット１０を例として、説明する。ロボット１０は、感知モジュール１０８、制動モジュール１０９、操作システム１１０及び自己位置決めシステム１００を含む。自己位置決めシステム１００は、自己位置決めシステム１００Ａ又は自己位置決めシステム１００Ｂである。感知モジュール１０８は、光波センサー、力学センサー、音声センサー、気体センサー又は磁場センサーなどを含む。制動モジュール１０９は、モーター、駆動車輪及びベルトコンベヤーなどを含む。
【００６０】
理解できることは、自己位置決めシステム１００の制御モジュール１０１、画像処理モジュール１０４及び計算モジュール１０５が操作システム１１０と整合でき、散布モジュール１０２が制動モジュール１０９と整合できることである。例えば、散布モジュール１０２は、制動モジュール１０９の駆動車輪に設置される。画像採集モジュール１０３は、感知モジュール１０８と整合できる。例えば、画像採集モジュール１０３は、目として、ロボット１０の顔に設置してもよい。勿論、画像採集モジュール１０３は、ロボット１０の背部又は後頭部に設置してもよい。
【００６１】
図１０を参照すると、本実施例において、散布モジュール１０２は、駆動車輪１１１と整合する。駆動車輪１１１の円周の外表面に複数の孔１１１２が設置される。散布モジュール１０２は、駆動車輪１１１の内部に設置される。散布モジュール１０２のノズル１０２２は、対応する孔１１１２に延伸される。従って、ノズル１０２２が孔１１１２を通して、外に液体又はスラリーを散布できる。好ましくは、駆動車輪１１１の円周の外表面に間隔を置いて、異なる形状を有する複数の孔１１１２が設置され、各々の孔１１１２がそれぞれ一つのノズル１０２２と対応する。これによって、駆動車輪１１１が一周回転した後、地面に異なる形状を有して、間隔を置いて設置された特徴点が形成される。
【００６２】
本発明の自己位置決めシステム１００は、散布モジュール１０２を有して、散布モジュール１０２は、色付きの液体又はスラリーを散布するので、周囲環境に特徴点を形成することができる。従って、画像採集モジュール１０３に採集された画像に特徴点を確定しやすく、Ｖｉｓｕａｌ  Ｏｄｏｍｅｔｒｙの原理に基づく位置決めを実現しやすい。
【００６３】
当業者は、本発明の実施例に係る方法、システム又はコンピュータプログラムプロダクトを提供できることが分かる。従って、本発明は、一つ又は複数の計算機の記憶媒体（磁気ディスク記憶装置及び光学記憶装置を含み、これらの記憶装置に制限されない）に実施できるコンピュータプログラムプロダクトの形式を利用できる。
【００６４】
本発明は、本発明の実施例の方法、システム（設備）又はコンピュータプログラムプロダクトのフロー図及び／又はブロック図によって、説明する。コンピュータプログラムの指令によって、フロー図及び／又はブロック図における各々のフロー及び／又はブロック、及びフロー図及び／又はブロック図におけるフロー及び／又はブロックの結合を実現できる。コンピュータプログラムの指令を通用計算機、専用計算機、組み込みプロセッサ又はプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供して、設備を形成する。計算機又はプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって、実行する指令は、フロー図における一つのフロー又は複数のフロー及び／又はブロック図における一つのブロック又は複数のブロックに指定された機能を実現するための装置を、形成する。
【００６５】
これらのコンピュータプログラムの指令も、計算機又はプログラム可能データ処理装置を、特定の方式で作動することをガイドできる計算機の読み取り可能なメモリに記憶してもよい。計算機の読み取り可能なメモリに記憶する指令を、指令装置を含む製品に形成させる。指令装置は、フロー図における一つのフロー又は複数のフロー及び／又はブロック図における一つのブロック又は複数のブロックに指定された機能を実現する。
【００６６】
これらのコンピュータプログラムの指令も、計算機又はプログラム可能データ処理装置に載せてもよく、計算機又はプログラム可能データ処理装置に実行する一連の操作ステップは、計算機が実現できる処理を形成するようになる。これによって、計算機又はプログラム可能データ処理装置に実行する指令は、フロー図における一つのフロー又は複数のフロー及び／又はブロック図における一つのブロック又は複数のブロックに指定された機能を実現するためのステップを、提供する。
【符号の説明】
【００６７】
１０  ロボット
１００，１００Ａ，１００Ｂ  自己位置決めシステム
１０１  制御モジュール
１０２  散布モジュール
１０２２  ノズル
１０３  画像採集モジュール
１０４  画像処理モジュール
１０５  計算モジュール
１０６  色選択モジュール
１０７  加熱モジュール
１０８  感知モジュール
１０９  制動モジュール
１１０  操作システム
１１１  駆動車輪
１１１２  孔
【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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