(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律移動ロボットに備わり、当該自律移動ロボットの移動経路上の周囲の存在物の形状を計測できる計測部と、
前記計測部が計測した計測データのうち、一部の計測データを基に仮地図を生成する仮地図生成部と、
生成中の前記仮地図に対して、前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行う幾何合わせ込み部と、
前記仮地図を構成する要素の位置及び／又は向きを修正する修正処理部と、
修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、環境地図を生成する環境地図生成部と、
を備えることを特徴とする地図生成システム。
【請求項２】
自律移動ロボットに備わり、当該自律移動ロボットの移動経路上の周囲の存在物の形状を計測できる計測部と、
前記計測部が計測した計測データのうち、一部の計測データを基に仮地図を生成する仮地図生成部と、
生成中の前記仮地図に対して、前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行う幾何合わせ込み部と、
前記仮地図を構成する要素の位置及び／又は向きを修正する修正処理部と、
修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、環境地図を生成する環境地図生成部と、
を備え、
前記幾何合わせ込み部は、
前記計測部の位置姿勢を推測する際に、前回幾何合わせ込みの際に推測された位置姿勢又は前記推測された位置姿勢の近傍から前記位置姿勢の推測を行う
ことを特徴とする地図生成システム。
【請求項３】
前記仮地図の生成が終了すると、前記仮地図の生成が終了した旨の情報を表示部に表示する表示処理部と、
前記環境地図生成部は、
入力部を介して、前記環境地図の生成が指示されると、前記環境地図の生成を開始する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地図生成システム。
【請求項４】
自律移動ロボットに備わり、当該自律移動ロボットの移動経路上の周囲の存在物の形状を計測できる計測部と、
前記計測部が計測した計測データのうち、一部の計測データを基に仮地図を生成する仮地図生成部と、
生成中の前記仮地図に対して、前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行う幾何合わせ込み部と、
前記仮地図を構成する要素の位置及び／又は向きを修正する修正処理部と、
修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、環境地図を生成する環境地図生成部と、
を備え、
前記修正処理部は、
前記仮地図において、前記仮地図を構成している要素のうち、所定の要素の位置姿勢を修正するとともに、前記修正を行う要素を、前記仮地図から削除し、
前記幾何合わせ込み部は、
前記要素の修正後、前記仮地図に対して、前記修正を行った要素を幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記仮地図に前記修正を行った要素を合わせ込む幾何合わせ込みを行う
ことを特徴とする地図生成システム。
【請求項５】
自律移動ロボットに備わり、当該自律移動ロボットの移動経路上の周囲の存在物の形状を計測できる計測部と、
前記計測部が計測した計測データのうち、一部の計測データを基に仮地図を生成する仮地図生成部と、
生成中の前記仮地図に対して、前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行う幾何合わせ込み部と、
前記仮地図を構成する要素の位置及び／又は向きを修正する修正処理部と、
修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、環境地図を生成する環境地図生成部と、
を備え、
前記幾何合わせ込み部は、
前記計測データを選択する際に、所定の間隔で前記計測データを選択する
ことを特徴とする地図生成システム
【請求項６】
自律移動ロボットに備わり、当該自律移動ロボットの移動経路上の周囲の存在物の形状を計測できる計測部と、
前記計測部が計測した計測データのうち、一部の計測データを基に仮地図を生成する仮地図生成部と、
生成中の前記仮地図に対して、前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行う幾何合わせ込み部と、
前記仮地図を構成する要素の位置及び／又は向きを修正する修正処理部と、
修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、環境地図を生成する環境地図生成部と、
を備え、
前記幾何合わせ込み部は、
前記仮地図への合わせ込みの対象となっている計測データと、前記仮地図内の要素との一致の度合いを算出し、
該一致の度合いに応じて、前記合わせ込みの対象となっている計測データを、前記仮地図に合わせ込むか否かを判定する
ことを特徴とする地図生成システム。
【請求項７】
自律移動ロボットに備わり、当該自律移動ロボットの移動経路上の周囲の存在物の形状を計測できる計測部と、
前記計測部が計測した計測データのうち、一部の計測データを基に仮地図を生成する仮地図生成部と、
生成中の前記仮地図に対して、前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行う幾何合わせ込み部と、
前記仮地図を構成する要素の位置及び／又は向きを修正する修正処理部と、
修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、環境地図を生成する環境地図生成部と、
前記環境地図が生成されるデータ領域毎に、更新の度合いを示す情報を付す更新度設定部と、
を備え
前記幾何合わせ込み部及び前記環境地図生成部は、
前記更新の度合いに従い、前記仮地図及び前記環境地図の生成を行う
ことを特徴とする地図生成システム。
【請求項８】
自律移動ロボットに備わり、当該自律移動ロボットの移動経路上の周囲の存在物の形状を計測できる計測部と、
前記計測部が計測した計測データのうち、一部の計測データを基に仮地図を生成する仮地図生成部と、
生成中の前記仮地図に対して、前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行う幾何合わせ込み部と、
前記仮地図を構成する要素の位置及び／又は向きを修正する修正処理部と、
修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、環境地図を生成する環境地図生成部と、
前記環境地図が生成されるデータ領域毎に、更新の度合いを示す情報を付す更新度設定部と、
を備え
前記幾何合わせ込み部及び前記環境地図生成部は、
前記更新の度合いに従い、前記仮地図及び前記環境地図の生成を行い、
前記更新の度合いを示す情報は、前記計測データにおいて、前記周囲の存在物の形状が計測された箇所を、前記仮地図及び前記環境地図に反映する際における前記反映の度合いである更新影響度である
ことを特徴とする地図生成システム。
【請求項９】
自律移動ロボットが自己位置を推定するための環境地図を生成するために地図生成装置が、
周囲の存在物の形状を計測できる計測部が計測した計測データを取得し、
前記計測データのうち、一部の前記計測データを選択し、
生成中の仮地図に対して、選択された前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行うことで、前記仮地図を生成して該仮地図を表示部に表示するとともに、前記仮地図を構成する要素の位置及び向きを修正し、
該修正された仮地図を前記表示部に表示し、
修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、前記環境地図を生成し、
前記環境地図を前記表示部に表示する
ことを特徴とする地図生成方法。
【請求項１０】
自律移動ロボットが自己位置を推定するための環境地図を生成するために地図生成装置が、
周囲の存在物の形状を計測できる計測部が計測した計測データを取得し、
前記計測データのうち、一部の前記計測データを選択し、
生成中の仮地図に対して、選択された前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行うことで、前記仮地図を生成して該仮地図を表示部に表示するとともに、前記仮地図を構成する要素の位置及び向きを修正し、
該修正された仮地図を前記表示部に表示し、
修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、前記環境地図を生成し、
前記環境地図を前記表示部に表示し、
前記幾何合わせ込みの際、
前記仮地図を構成している要素のうち、所定の要素の位置姿勢を修正するとともに、前記修正を行う要素を、前記仮地図から削除し、前記要素の修正後、前記仮地図に対して、前記修正を行った要素を幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記仮地図に前記修正を行った要素を合わせ込む
ことを特徴とする地図生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動ロボットが移動する際に参照する地図を生成する地図生成システム及び地図生成方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自律移動ロボット（以下、適宜ロボットと称する）が行う自律移動は、ロボットが移動手順を示す経路を参照し、ロボットが現在の位置姿勢から自身の移動制御を行うことで実行される。例えば、特許文献１に記載の技術は、設定された移動経路データに基づく移動制御により、ロボットは目的地までの自律移動を行うことができる。
ここで、特許文献１に記載の技術は、環境空間内の存在物の幾何状況を示した環境地図上にロボットが移動する経路が作成される。その後、ロボットは、現在の位置姿勢に基づいて移動制御を行う。ここで、特許文献１に記載の技術におけるロボットの位置姿勢は、距離センサ等で計測した周囲の形状を当該環境地図に幾何学的に合わせ込むことにより推定する。【０００３】
また、ロボットが自己位置を推定するための環境地図として、例えば、ロボットが移動する環境空間を２次元地図にしてものが考えられる。そして、環境地図を２次元の格子状に分割することがしばしば行われる。このような場合、この格子に囲まれた各セルに、対応する当該環境空間の領域内に物体が存在するか否かの情報が付与される。例えば、環境地図の作成技術が記載されている特許文献２に記載の技術では、レーザ距離センサを移動させながら、センサが移動した周囲の環境地図を画像として生成及び／又は表示する技術が開示されている。【０００４】
ここで、環境地図が作成される際、作成中の環境地図に対して、レーザ距離センサ等で計測したロボットの周囲の形状データを合わせ込み、環境地図に対して新たに計測した結果（計測データ）を加えていく。ここで、レーザ距離センサに基づく計測誤差や、合わせ込みの際に生じる誤差の影響により、環境地図に誤差が生じる。誤差のある環境地図に対して、更に繰り返し計測データが追加されることで、結果として、環境地図の誤差が蓄積されてしまう。また、計測データの合わせ込みに失敗した際にも、環境地図上の誤った位置に計測データが追加されてしまうことにより、環境地図の精度が低下する。【０００５】
このような環境地図における誤りを防止するための技術として、例えば、特許文献３に記載の技術が開示されている。特許文献３に記載の技術では、各計測データの合わせ込み時に、環境地図へ新たな計測データを追記するか否かをオペレータが判定することで、誤った計測データが環境地図に追記されることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８３７３９号公報
【特許文献２】特開２００５−４３２４８号公報
【特許文献３】特開２００９−１６９８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
計測データを環境地図に逐次追記する場合、前記したように、合わせ込みの誤差や、レーザ計測装置による計測誤差の影響により環境地図に誤差が蓄積する。
ここで、特許文献３に記載の技術では、環境地図への追記時にオペレータが結果を確認することで、すべての計測データを記録しつつ、計測データに生じている誤りを防止できる。しかしながら、前記したように、一般に計測データの数は膨大となるため、すべての計測データをオペレータが逐一確認する場合、オペレータの作業量が膨大なものとなってしまう。【０００８】
一方、作業量を低減するため、計測データのうち、一定間隔の時点での計測データのみを用いて、環境地図を生成することが考えられる。つまり、一定間隔で間引いた計測データを用いて、環境地図を生成することが考えられる。このような手法によれば、環境地図生成に用いる計測データ数が減るため、たとえ、環境地図に誤差が蓄積しても、その修正コストを減少させることができる。しかしながら、環境地図に追記する情報が減ることにより環境地図が不十分となる。つまり、計測データが間引かれることにより、環境地図に欠損が生じてしまうおそれがある。また、計測データを間引いたことにより、誤差の影響が大きくなってしまうおそれもある。【０００９】
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、誤差修正の作業コストを低減させつつ、精度の高い環境地図を生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記した課題を解決するため、本発明は、自律移動ロボットに備わり、当該自律移動ロボットの移動経路上の周囲の存在物の形状を計測できる計測部と、前記計測部が計測した計測データのうち、一部の計測データを基に仮地図を生成する仮地図生成部と、生成中の前記仮地図に対して、前記計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、前記計測部の位置姿勢を推測し、該推測の結果に基づいて、前記仮地図に前記計測データを合わせ込む幾何合わせ込みを行う幾何合わせ込み部と、前記仮地図を構成する要素の位置及び／又は向きを修正する修正処理部と、修正された前記仮地図と、前記計測部が計測したすべての前記計測データとを基に、環境地図を生成する環境地図生成部と、を備えることを特徴とする。
その他の解決手段は、実施形態中において説明する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、誤差修正の作業コストを低減させつつ、精度の高い環境地図を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る地図生成システムの例を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る地図生成システムのハードウェア構成の例を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る地図生成方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態における処理手順の概要を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る計測装置による計測方法を示す図である。
【図６】計測装置による計測データの例を示す図である。
【図７】仮地図及び環境地図における表現方法を示す図である。
【図８】第１実施形態に係る投票値の登録方法を説明する図である。
【図９】第１実施形態に係る位置姿勢の推定を説明する図である。
【図１０】第１実施形態に係る仮地図の作成手順の例を示す図である。
【図１１】計測データの幾何合わせ込み位置の初期値を説明する図である。
【図１２】第１実施形態に係る仮地図表示画面の例を示す図である。
【図１３】第１実施形態に係る仮地図修正処理の手順を示す図である。
【図１４】第１実施形態に係る仮地図表示画面の例を示す図（その１）である。
【図１５】第１実施形態に係る仮地図表示画面の例を示す図（その２）である。
【図１６】第１実施形態に係る環境地図の作成手順を示す図である。
【図１７】第２実施形態に係る地図生成システムの例を示す図である。
【図１８】第２実施形態に係る地図生成システムのハードウェア構成の例を示す図である。
【図１９】第２実施形態に係る地図生成方法の手順を示すフローチャートである。
【図２０】第２実施形態に係る更新影響度の設定画面を示す図である。
【図２１】更新影響度を用いた地図更新の例を示す図である。
【図２２】第３実施形態に係る仮地図の作成手順の例を示す図である。
【図２３】第４実施形態に係る３次元計測例を示す図である。
【図２４】第４実施形態に係る地図生成方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
（システム）
図１は、本実施形態に係る地図生成システムの例を示す図である。
まず、本実施形態の地図生成システム１０は、計測装置２１と、幾何合わせ込み部１１５と、記録選択部１１４と、幾何合わせ込み部１１５と、修正処理部１１６と、修正指示部１１７と、仮地図生成部１１８と、環境地図生成部１１９とを有している。
計測装置２１は、自律移動ロボット２（図２）に備えられており、自律移動ロボット２の周囲の形状を計測する。ここで、計測装置２１は、赤外線レーザ等のレーザを用いた距離センサを採用することとする。なお、周囲の存在物の形状を計測可能なものであれば、計測装置２１は、例えば、超音波距離センサ等、レーザに基づく距離センサに限らない。
記録選択部１１４は、入力装置１６０（図２）から入力された情報に基づいて、仮地図生成に使用する計測データ１３１の選択を行う。
なお、本実施形態では、一部の計測データ１３１を使用して生成される仮地図と、すべての計測データ１３１を使用して生成される環境地図とを有しているが、仮地図及び環境地図をまとめて地図と適宜称する。
【００１５】
幾何合わせ込み部１１５は、計測装置２１から得られた計測データ１３１と、仮地図（仮地図データ１３２）とを照合し、幾何的に一致するように位置合わせを行った上で、仮地図に計測データ１３１を合わせ込む。より具体的には、幾何合わせ込み部１１５は、仮地図中において、各計測データ１３１中の形状要素（要素）と類似している形状要素を同一の箇所と認識する。そして、幾何合わせ込み部１１５が、類似している形状箇所で、仮地図と、計測データ１３１とを重ね合わせていくことで、仮地図が生成されることである。
このような合わせ込みを本実施形態では「幾何合わせ込み」と称する。なお、以下において、単に「合わせ込む」とは「幾何合わせ込みを行う」ことである。また、幾何合わせ込み部１１５は、修正処理部１１６によって行われた仮地図において誤差修正された形状要素を仮地図に再度合わせ込む。さらに、幾何合わせ込み部１１５は、すべての計測データ１３１を、仮地図に合わせ込むことで環境地図（環境地図データ１３３）を生成する。また、形状要素とは、計測データ１３１や、地図上で表現されている個々の物体の形状のことである。
【００１６】
仮地図生成部１１８は、記録選択部１１４で選択された計測データ１３１を用いて、仮地図（仮地図データ１３２）を生成するよう幾何合わせ込み部１１５に指示する。
修正指示部１１７は、入力装置１６０（図２）から入力された情報に基づいて、仮地図上で発生している誤差を修正するよう、修正処理部１１６に指示する。
修正処理部１１６は、修正指示部１１７から指示された仮地図上における形状要素の誤差の修正を、仮地図における形状要素の位置及び／又は向き（姿勢）を修正することで行う。
【００１７】
環境地図生成部１１９は、環境地図（環境地図データ１３３）を生成するよう、幾何合わせ込み部１１５に指示する。なお、環境地図の生成にあたって、幾何合わせ込み部１１５は、仮地図と同様の処理によって環境地図を生成する。
【００１８】
（ハードウェア構成図）
図２は、本実施形態に係る地図生成システムのハードウェア構成の例を示す図である。
なお、図２において、図１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
地図生成システム１０において、計測装置２１を有している自律移動ロボット２は、計測装置２１によって得られた周囲の計測データ１３１と、環境地図（環境地図データ１３３）とを照合し、自身の位置姿勢を推定することで、経路に沿った移動を行う。また、環境地図を生成する時には、自律移動ロボット２は、自律移動ではなく手動等で操作され、環境地図を生成する環境空間をくまなく走行しながら、計測装置２１が計測データ１３１を取得する。そして、手動移動時に取得された計測データ１３１は、計測装置２１から地図生成装置１に送られる。地図生成装置１は、送られた計測データ１３１から環境地図を生成する。
【００１９】
地図生成装置１は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）であり、メモリ１１０、ＨＤ（Hard Disk）等の記憶装置１３０、ＣＰＵ (Central Processing Unit)１４０、計測装置２１から計測データ１３１を受信する送受信装置１５０、キーボードや、マウス等の入力装置（入力部）１６０、ディスプレイ等の表示装置（表示部）１７０を有する。
メモリ１１０には、記憶装置１３０に格納されているプログラムが展開され、ＣＰＵ１４０によって実行されることにより、処理部１１１及び処理部１１１を構成する各部１１２〜１１９が具現化している。
処理部１１１を構成する情報取得部１１２、確率算出部１１３、記録選択部１１４、幾何合わせ込み部１１５、修正処理部１１６、修正指示部１１７、仮地図生成部１１８、環境地図生成部１１９のうち、記録選択部１１４、幾何合わせ込み部１１５、修正処理部１１６、修正指示部１１７、仮地図生成部１１８、環境地図生成部１１９の概要については、図１で説明済みであるので、ここでの説明を省略する。
処理部１１１は、各部１１２〜１１９を制御するとともに、計測データ１３１、仮地図データ１３２、環境地図データ１３３等を表示装置１７０に表示する表示処理部としての機能も有する。
情報取得部１１２は、送受信装置１５０が受信した計測データ１３１を記憶装置１３０に格納する。
確率算出部１１３は、幾何合わせ込みの際に用いられる確率の算出を行う。確率算出の詳細は後記する。
【００２０】
また、記憶装置１３０には計測装置２１から取得された計測データ１３１、仮地図のデータである仮地図データ１３２、環境地図のデータである環境地図データ１３３が格納されている。
【００２１】
（フローチャート）
図３は、本実施形態に係る地図生成方法の手順を示すフローチャートである。
なお、図３及び図４では処理の概要を説明し、処理の具体的な内容については各々後記する。また、以降の説明において、図１、図２を適宜参照する。
まず、情報取得部１１２が手動移動時の計測データ１３１を取得する（Ｓ１０１）。
そして、処理部１１１は、計測データ１３１の取得が終了したか否かを判定する（Ｓ１０２）。
ステップＳ１０２の結果、計測データ１３１の取得が終了していない場合（Ｓ１０２→Ｎｏ）、処理部１１１はステップＳ１０１へ処理を戻す。つまり、手動移動が継続される。
【００２２】
ステップＳ１０２の結果、計測データ１３１の取得が終了している場合（Ｓ１０２→Ｙｅｓ）、仮地図生成装置１が、記録選択部１１４、確率算出部１１３、幾何合わせ込み部１１５による仮地図生成処理を行う（Ｓ１１０）。
仮地図生成処理では、まず、記録選択部１１４が仮地図の生成に用いる計測データ１３１を選択する計測データ選択処理を行う（Ｓ１１１）。
次に、確率算出部１１３が、計測データ１３１における投票値と、この投票値から算出される確率を算出する（Ｓ１１２）。ステップＳ１１２については後記して具体的に説明するが、確率とは計測された点と、計測されなかった点とを（０，１）の値で表現するものである。
そして、幾何合わせ込み部１１５が、算出された確率を基に、ステップＳ１１１で選択された計測データ１３１を、作成中の仮地図に合わせ込んでいく幾何合わせ込み処理を行う（Ｓ１１３）。つまり、ステップＳ１１３において合わせ込まれる仮地図とは、現在生成中の仮地図である。ちなみに、１回目の計測データ１３１を合わせ込む際の仮地図は白紙状態である。
【００２３】
次に、修正処理部１１６が、仮地図の誤差修正を行う仮地図修正処理を行う（Ｓ１２１）。ステップＳ１２１については、後記して具体的に説明する。
そして、環境地図生成部１１９が、幾何合わせ込み部１１５に環境地図の生成を行わせる環境地図生成処理を行う（Ｓ１３０）。
環境地図生成処理では、幾何合わせ込み部１１５がすべての計測データ１３１を仮地図に合わせ込むことで環境地図を生成する幾何合わせ込み処理を行う（Ｓ１３１）。ステップＳ１３１の具体的な処理は後記して説明する。
【００２４】
（全体処理の概要）
図４は、本実施形態における処理手順の概要を示す図である。
まず、計測装置２１が環境空間内を移動しながら逐次周囲の形状を計測する。その結果、地図生成装置１は、多数の地点からの計測データ１３１を取得する。
次に、記録選択部１１４が取得された計測データ１３１のうちの一部のデータを選択する。そして、幾何合わせ込み部１１５が、選択された計測データ１３１に対して、幾何合わせ込みを行うことで仮地図２１０を生成する。
記録選択部１１４による選択指示の方法として、例えば、表示装置１７０の画面上に記録指示のための決定ボタンと、所定の計測データ１３１を選択する計測データ選択画面を表示装置１７０に表示しておく。そして、オペレータが入力装置１６０を介して計測データ１３１を選択し、さらにオペレータが入力装置１６０を介して、決定ボタンを選択入力することによって、記録選択部１１４は仮地図２１０に合わせ込まれる計測データ１３１を決定する。
【００２５】
ここでは、オペレータが仮地図の生成に使用される計測データ１３１を選択しているが、これに限らず、記録選択部１１４が所定間隔毎に計測データ１３１を選択するようにしてもよい。
【００２６】
この際、一部の計測データ１３１を用いるため、仮地図２１０には反映されない計測データ１３１が存在し、これにより仮地図２１０に反映されない形状が生じる。つまり、図４の仮地図２１０に示すように、仮地図２１０上の形状要素に欠損が生じている状態となる。
【００２７】
ここで、前記したように計測データ１３１には誤差が生じているため、仮地図２１０上にも誤差が発生している。
幾何合わせ込み部１１５は、誤差が発生している仮地図２１０に対して、誤差の生じている計測データ１３１を、さらに合わせ込んでいくため、仮地図２１０には誤差が蓄積され、最終的に生成される仮地図２１０には大きな誤差が発生している場合がある。このように幾何合わせ込みによって生成された仮地図２１０は精度の低いものとなる。
【００２８】
そこで、修正指示部１１７による指示に従って修正処理部１１６が、仮地図２１０における所定の形状要素を選択し、選択した形状要素をオペレータの手作業等により修正することで、仮地図２１０中において誤差が生じている形状要素の位置を修正する。図４の例では、符号２１１及び符号２１２の形状要素が修正されている。修正された仮地図を、修正後仮地図２２０とする。この修正作業は、記録選択部１１４で選択した一部の計測データ１３１から生成した仮地図に対して実行されるため、その作業量は小さい。
【００２９】
その後、幾何合わせ込み部１１５が、修正後仮地図２２０に対して、すべての計測データ１３１を合わせ込むことにより、環境地図２３０が生成される。この幾何合わせ込みは、修正が行われることにより、精度が向上している修正後仮地図２２０に対して行われるため、高精度な地図となる。さらに、すべての計測データ１３１が反映されるため、生成される環境地図２３０は、欠損が生じていない。
【００３０】
なお、本実施形態では、選択された計測データ１３１のすべてが仮地図に合わせ込まれた後に、仮地図の修正が行われている。しかしながら、これに限らず、仮地図の生成と、仮地図の修正とが並行して行われてもよい。この場合、１つの計測データ１３１が仮地図に合わせ込まれるたびに、仮地図の修正が行われてもよい。あるいは、所定数の計測データ１３１が仮地図に合わせ込まれた後に、仮地図の修正が行われもよい。
この際においても、仮地図の修正→計測データ１３１の合わせ込み→仮地図の修正→計測データ１３１の合わせ込み→・・・といったように、仮地図の修正が行われてから、計測データ１３１の合わせ込みが行われるという順番は守られる。
【００３１】
図５は、本実施形態に係る計測装置による計測方法を示す図である。
計測装置２１はレーザ３０１を所定角度、かつ、左右に振って照射する。このようにしてレーザ３０１が周囲の存在物３００に照射され、その反射光を計測装置２１が受光する。そして、計測装置２１は、照射から受光までの時間を計測し、その時間を基に計測装置２１から存在物３００までの距離を計測する。これを計測装置２１の周囲、所定方向に対して行うことで、周囲の存在物３００の形状を計測する。
【００３２】
（計測データ）
図６は、計測装置による計測データの例を示す図である。
図６は、図５に示す環境空間を直上からみた図である。
計測装置２１は、レーザを右から左へと（又は左から右へと）移動させて、つまり走査させて、計測方向φを所定の角度分解能δφずつ変化させながらｎ個のデータを一回の計測（走査）で取得する。ここで、ある回の走査時におけるｉ番目の計測データ１３１の計測方向をφｉ、計測した距離ｒｉとする。その際の距離と方向の組み合わせ（ｒｉ，φｉ）が、計測装置２１の中心から、計測点を極座標系で表した位置となる。つまり、１回の走査により得られる計測データ１３１には（ｒｉ，φｉ）の形式でデータが格納されている。
【００３３】
なお、図６において、破線矢印は計測装置２１が照射するレーザの軌跡の一部を示している。破線矢印４１１の終端がレーザによる計測点の位置となる。
また、細い実線４０１は環境空間中における実物体を示している。従って、実線４０１は、図５の物体３００を直上からみたときの形状となっている。そして、この実物体４０１と、破線矢印４１１が衝突する点が、図６に示す位置に計測装置２１が存在するときに、計測に成功した計測データ１３１となる。実物体４０１にぶつからなかったレーザ４１１は、何も計測できなかったことを示す。
また、太い実線４０２は、最終的に計測された形状を示す。極座標系で表された位置（ｒｉ，φｉ）から計測装置２１の中心を原点とした直交座標系（ｓｘｉ，ｓｙｉ）への変換は式（１）及び式（２）によって行われる。
【００３４】
ｓｘｉ＝ｒｉ  ｃｏｓφｉ  ・・・  （１）
ｓｙｉ＝ｒｉ  ｓｉｎφｉ  ・・・  （２）
ただし、ｉ∈｛１，・・・，ｎ｝
【００３５】
なお、ｎは一度の左右に振られる照射で放たれるレーザの数である。
【００３６】
（仮地図生成処理：確率算出処理幾何及び合わせ込み処理）
図７は、仮地図及び環境地図における表現方法を示す図である。
地図５００は、拡大図５０１に示すように細かい格子に分割されて表現される。なお、地図５００は、仮地図及び環境地図に共通のものである。
ここで、地図５００の座標系は、中心を（０，０）とし、右方向をｘ軸の正方向、上方向をｙ軸の正方向とする。なお、地図の座標系はこれに限るものではない。
符号５０２は、環境空間内に存在する物体の形状要素を示している。つまり、形状要素５０２は、計測装置２１によって計測され、地図上に記録された物体の形状である。
【００３７】
拡大図５０１において、空格子５０３（５１０）は対応する環境空間内の領域において、物体５０２が存在していないことを示している。また、占有格子５０４（５１０）は対応する環境空間内に物体５０２が存在することを表す。
【００３８】
本実施形態において、物体が存在するか否かは、以下に述べる多値の確率の形式として、物体の存在確率として表現される。つまり、本実施形態では、環境空間内の形状要素５０２（物体の形状）を物体の存在確率として地図５００上に表現する。
地図５００の内部では、物体の情報が投票値として記録されており、地図５００が読み出される時に存在確率に変換される。ここで投票値とは、ある格子５１０において物体５０２が存在するか否かを示す値である。投票値の算出方法については後記する。
【００３９】
以下、説明のため、ある格子５００が座標（ｘ、ｙ）と表わされるものとする。
確率算出部１１３は、幾何合わせ込み部１１５による幾何合わせ込みの前に以下の手順により、格子における確率を算出する。
つまり、確率算出部１１３は地図座標系の座標（ｘ，ｙ）における格子セルの投票値ｍ（ｘ，ｙ）が存在する場合、その座標（格子５００）に物体５０２が存在する確率をｐ（ｍ（ｘ，ｙ））とする。以下、ｍ（ｘ、ｙ）をｍと適宜簡略表記する。ここでは、確率ｐ（ｍ）は投票値ｍの値に従うシグモイド関数によって式（３）のように定義される。
【００４０】
ｐ（ｍ）＝１／（１＋ｅｘｐ（−ｍ））  ・・・  （３）
【００４１】
式（３）を用いて、投票値ｍを確率ｐ（ｍ）に変換する理由は、投票値ｍを（０，１）に規格化することである。
ここで、幾何合わせ込み部１１５は、地図５００における確率ｐ（ｍ（ｘ、ｙ））と、計測データ１３１における確率ｐ（ｍ（ｘ，ｙ））との比較結果に応じて、物体５０１が該当する座標（格子）に存在するか否かを判定する。また、地図５００は、各格子において、投票値ｍ（ｘ，ｙ）を属性情報として保持している。
なお、これらの地図の表現方法は、本実施形態に記載された記載に限定されず、計測した物体の形状を記録できる形式であればよい。
【００４２】
図８は、本実施形態に係る投票値の登録方法を説明する図である。
格子地図６００に対して、計測データ１３１から得られる投票値ｍ（ｘ，ｙ）の増減値が与えることで格子における投票値の更新が行われる。
格子６０１において、計測点が計測された場合、確率算出部１１３は、式（４）、（５）を用いて被計測格子６０１の座標を算出する。
【００４３】
ｔｘｉ＝ｓｘｉ  ｃｏｓθ−ｓｙｉ  ｓｉｎθ  ・・・  （４）
ｔｙｉ＝ｓｘｉ  ｓｉｎθ＋ｓｙｉ  ｃｏｓθ  ・・・  （５）
ただし、ｉ∈｛１，・・・，ｎ｝
【００４４】
ここで、ｉは式（１）、（２）と同様のものであり、ある回の走査時におけるｉ番目の計測データ１３１を示している。
確率算出部１１３は、式（４）、（５）によって算出された座標に対応する格子に保存されている投票値ｍ（ｘ，ｙ）を増加させる。なお、投票値の初期値は「０」である。
これにより、当該格子における物体の確率が増加する。
そして、確率算出部１１３は、被計測格子の位置（ｔｘ，ｔｙ）に対応する増加パラメータα（ｔｘ，ｔｙ）を用いた式（６）に従って、投票値を更新する。
【００４５】
ｍ（ｔｘ，ｔｙ）←ｍ（ｔｘ，ｔｙ）＋α（ｔｘ，ｔｙ）  ・・・  （６）
【００４６】
なお、（ｔｘ、ｔｙ）は（ｔｘｉ，ｔｙｉ）を簡略表記したものである。
一方、計測点が観測されなかった未計測格子６０２については投票値ｍ（ｘ，ｙ）を減らすことよう格子に保存されている投票値が更新される。この更新は、計測装置２１の位置と被計測点６１０の位置を結ぶ線分が通過する格子が対象となる。
確率算出部１１３は、格子の位置（ｔｘ，ｔｙ）に対応する減少パラメータβ（ｔｘ，ｔｙ）を用いた式（７）に従って、投票値を更新する。
【００４７】
ｍ（ｔｘ，ｔｙ）←ｍ（ｔｘ，ｔｙ）−β（ｔｘ，ｔｙ）  ・・・  （７）
【００４８】
式（６）、（７）に従った各格子の投票値の増減により、格子内に物体が存在する確率ｐ（ｍ（ｘ，ｙ））が増減される。つまり、投票値が小さくなるほど、確率ｐ（ｍ（ｘ，ｙ））は小さくなり、投票値が大きくなるほど、確率は大きくなる。
【００４９】
図９は、本実施形態に係る位置姿勢の推定を説明する図である。
ここで、位置姿勢とは計測装置２１の位置姿勢（つまり、自律移動ロボット２の位置姿勢）である。ここで、位置姿勢とは、計測装置２１の位置（座標）と、姿勢（計測装置２１が向いている向き）である。
幾何合わせ込み部１１５は、幾何合わせ込み処理において、計測装置２１で計測した計測データ１３１の各計測点７０１が、地図と一致するように回転及び並進変換を与える。このため、計測点７０１を取得した時の地図上における計測装置２１の位置姿勢を推定する。ここで、地図の座標系における計測地点（計測時において計測装置２１が存在している地点）の位置姿勢を（ｘ，ｙ，θ）とする。ここで、式（１）、（２）で示される計測点７０１の座標を、幾何合わせ込み部１１５が地図上の座標系（ｔｘｉ，ｔｙｉ）に式（４）、（５）を用いて変換する。なお、θは地図におけるある一定の方向と、計測装置２１の向きとが作る角度である。
【００５０】
地図上の座標系（ｔｘ、ｔｙ）は、計測装置２１の座標系（ｓｘ、ｓｙ）からの線形変換として求まる。
そして、幾何合わせ込み部１１５によって、地図の座標系（ｔｘ、ｔｙ）に変換した結果を、地図に対して幾何学的に合わせ込んだ際の最適な位置姿勢（ｘ＊，ｙ＊，θ＊）が式（８）によって求められる。これにより、処理対象となっている計測データ１３１が計測されたときの計測装置２１の位置姿勢が推定される。
【００５１】
【数１】
0006506279.tif 000002
【００５２】
式（８）の解は、予め最適解に近い初期値が与えられ、最急降下法等の探索手法を用いることで解くことができる。なお、初期段階での仮地図には何も記憶されていないため、幾何位置合わせ結果は定まらない。その場合、（ｘ＊，ｙ＊，θ＊）として、（０，０，０）等適当な値が設定される。
なお、このような地図の生成手法は、本出願人による特許第５４５２４４２号明細書に記載されている。
【００５３】
図１０は、本実施形態に係る仮地図の作成手順の例を示す図である。
実際には、仮地図が白紙の状態から始められるのであるが、ここでは、仮地図８１１まで仮地図が完成しているものとする。
オペレータは、図３のステップＳ１１１において、すべての計測データ１３１の中から仮地図の生成に用いる計測データ１３１を選択しておく。
まず、幾何合わせ込み部１１５が、作成中の仮地図８１１に対して、式（８）の解を求めることで、計測データ８０１（１３１）を取得したときの計測装置２１の最適な位置姿勢を求める。
そして、例えば、幾何合わせ込み部１１５は、式（８）により算出された最適な位置姿勢における計測データ８０１と、仮地図８１１とを重ね合わせた画像を表示装置１７０に表示する。
【００５４】
ここで、オペレータは、表示された画像等を見て、計測データ８０１を仮地図８１１に追加で幾何合わせ込みするか否かを指示する。追加で幾何合わせ込みするか否かの基準は、例えば、幾何合わせ込みの結果による地図の更新箇所が、少なすぎず、かつ多すぎないこと等である。つまり、更新箇所が少ない場合、更新する意味があまりないため、オペレータは幾何合わせ込みを指示しない。逆に更新箇所が多すぎる場合、計測データ１３１の位置と、仮地図８１１の形状要素との一致度に信頼性がなくなるため、同様に、オペレータは幾何合わせ込みを指示しない。
【００５５】
図１０に示すように、オペレータが計測データ８０１を追加で幾何合わせ込みしないと指示した場合、幾何合わせ込み部１１５は、計測データ８０１を仮地図８１１に合わせ込まず、次の計測データ８０２（１３１）の幾何合わせ込み処理に進む。
【００５６】
結果として、仮地図８１１は変化しないままとなり、これを作成中仮地図８１２とする。
これに対し、次に選択対象となっている計測データ８０２を、作成中仮地図８１１に対し幾何合わせ込みを行う。
幾何合わせ込み部１１５は、計測データ８０２に対して、計測データ８０１と同様に最適な位置姿勢を算出し、算出された最適な位置姿勢における計測データ８０２と、作成中仮地図８１２とを重ね合わせた画像を表示装置１７０に表示する。
ここで、オペレータは、追加の幾何合わせ込み指示（記録指示）を行ったものとする。
すると、幾何合わせ込み部１１５は、作成中仮地図８１２に対し、計測データ８０２を合わせ込む。その結果、作成中仮地図８１２に計測データ８０２が合わせ込まれた作成中仮地図８１３が生成される。作成中仮地図８１２において、符号８２１で示す形状要素が、新たに追加で合わせ込まれた形状要素である。ここでは、新たに追加されたデータであることを強調するため、符号８２１の形状要素を破線で示している。
【００５７】
同様に、次に選択されている計測データ８０３（１３１）を、作成中仮地図８１３に対して、追加の幾何合わせ込みを行うか否かをオペレータが判断する。図１０の例では、追加の幾何合わせ込みを行わないようオペレータが指示しているので、追加の幾何合わせ込みを行わず、作成中仮地図８１４を出力する。従って、作成中仮地図８１４は作成中仮地図８１３と同じ仮地図となる。
幾何合わせ込み部１１５は、この処理を、仮地図生成用に選択されたすべての計測データ１３１に対して行うことで、仮地図が生成される。
【００５８】
図１１は、計測データの幾何合わせ込み位置の初期値を説明する図である。
図１１において、実線の形状要素９０１は、これから仮地図に合わせ込まれる計測データ１３１の形状要素であり、破線の形状要素９０２は１つ前に仮地図への合わせ込み対象となった計測データ１３１の形状要素である。
図１１に示すように、これから仮地図に合わせ込まれる計測データ１３１の形状要素９０１の位置の初期値は、１つ前に仮地図への合わせ込み対象となった計測データ１３１の形状要素９０２の近傍又は形状要素９０２の位置に設定される。
これは、図１１に示すように、今回の幾何合わせ込みにおける計測装置２１の初期位置姿勢９１２を、前回の幾何合わせ込みで推測された計測装置２１の位置姿勢９１１の近傍とすることである。
これは、式（８）の解を求める際、局所解に陥ることを防ぐためである。
このように、幾何合わせ込みの際に用いる初期値は、計測データ１３１を用いて算出した最適位置を用いることで、幾何合わせ込みをロバストに実施できる。すなわち、これから仮地図に合わせ込まれる計測データ１３１の形状要素９０１の位置の初期値は、１つ前に仮地図への合わせ込み対象となった計測データ１３１の形状要素９０２の近傍に設定されることで、局所解へ陥ることを防ぐことができる。
【００５９】
（仮地図修正指示）
図１２は、本実施形態に係る仮地図表示画面の例を示す図である。
仮地図修正指示画面１００１には、修正前の仮地図（図４の符号２１０と同じもの）が表示されている。ここで、例えば、オペレータが仮地図修正指示画面１００１の画面上で右クリックすると、図１２に示すようなプルダウンメニューが表示される。そして、入力装置１６０を介して、オペレータがプルダウンメニュー中の「仮地図修正指示」１０１１を選択入力することで、図１３で示す仮地図の修正が開始される。
【００６０】
（仮地図修正）
図１３は、本実施形態に係る仮地図修正処理の手順を示す図である。
前記したように、図１０に示す手順で、計測データ１３１を逐次追加の幾何合わせ込みを行うことによって生成された仮地図８１４には、計測装置２１等に由来する誤差の蓄積の影響で要素形状の位置等にずれが生じている。つまり、仮地図８１４には精度の低下が発生している。
従って、仮地図８１４の修正が行われる。
本実施形態では、誤差が生じている仮地図８１４中の形状要素の位置姿勢を修正することによって、誤差を除去する。
まず、オペレータが、入力装置１６０等を介して、修正対象となる形状要素１１１１を選択する。
【００６１】
形状要素１１１１が選択されると、修正処理部１１６は選択した形状要素１１１１に関するデータを仮地図８１４から一旦除去する。選択された形状要素１１１１に関するデータを除去した仮地図を除去後仮地図１１０１とする。
選択された形状要素１１１１は、例えば、別ウィンドウに表示される。
オペレータは、入力装置１６０を介して、別ウィンドウに表示されている形状要素１１１１に対して並進と回転に関する修正量を指示する。つまり、オペレータは、入力装置１６０を介して、形状要素１１１１の向きを手作業で変更することを指示すると、修正指示部１１７によって該指示が修正処理部１１６に通知され、修正処理部１１６が修正後の形状要素１１１２を生成する。
【００６２】
修正が完了すると、修正処理部１１６は、除去後仮地図１１０１に対して形状要素１１１２を追加で合わせ込み、修正後仮地図１１０２を生成する。これにより、仮地図８１４において誤差の生じていた形状要素１１１１の修正が行われる。そして、修正後仮地図１１０２における形状要素１１３１も誤差が生じているので、同様にして修正が行われる。
なお、修正を行った形状要素１１１２を除去後仮地図１１０１に戻す際、確率算出部１１３及び幾何合わせ込み部１１５による幾何合わせ込みが行われる。
【００６３】
図１４は、本実施形態に係る仮地図表示画面の例を示す図である。
仮地図の修正が行われた後、仮地図表示画面１２０１には終了確認画面１２１１が表示される。ここで、終了確認画面１２１１は、仮地図の修正を終了するか否かをオペレータが確認するための画面である。なお、仮地図表示画面１２０１には、修正が行われた仮地図(ここでは、図４の符号２２０と同じもの)が表示されている。
オペレータが、入力装置１６０を介して終了確認画面１２１１に表示されている「Ｙｅｓ」ボタンを選択入力すると、図１５の画面に遷移する。なお、オペレータが、入力装置１６０を介して終了確認画面１２１１に表示されている「Ｎｏ」ボタンを選択入力すると、終了各院画面１２１１が画面上から消え、オペレータによる形状要素の修正が可能となる。
【００６４】
図１５は、本実施形態に係る仮地図表示画面の例を示す図である。
図１４における終了確認画面１２１１の「Ｙｅｓ」ボタンが選択入力されると、仮地図表示画面１２０１には環境地図生成確認画面１２２１が表示される。ここで、環境地図生成確認画面１２２１は、環境地図の生成を開始するか否かをオペレータが確認するための画面である。なお、仮地図表示画面１２０１には、図１４と同じく、修正が行われた仮地図(ここでは、図４の符号２２０と同じもの)が表示されている。
オペレータが、入力装置１６０を介して環境地図生成確認画面１２２１に表示されている「Ｙｅｓ」ボタンを選択入力すると、後記する図１６に示される環境地図の生成が開始される。
ちなみに、オペレータが、入力装置１６０を介して環境地図生成確認画面１２２１に表示されている「Ｎｏ」ボタンを選択入力すると、環境地図生成各院画面１２２１が画面上から消え、オペレータによる形状要素の修正が可能となる。つまり、仮地図の修正に処理が戻る。
【００６５】
なお、図１４及び図１５では、仮地図表示画面１２０１に終了確認画面１２１１及び環境地図生成確認画面１２２１が表示される形式としたが、これに限らず、例えば、プルダウンメニューで仮地図の修正終了や、環境地図生成開始を、オペレータが選択指示できるようにしてもよい。また、図１４及び図１５では、仮地図の修正終了が指示されると、環境地図生成確認が行われる形式としているが、これらのどちらか一方が指示されると環境地図の生成が開始されるようにしてもよい。
【００６６】
図１６は、本実施形態に係る環境地図の作成手順を示す図である。
まず、幾何合わせ込み部１１５は、修正処理が行われた仮地図１３１１に対して、計測データ１３０１，１３０２，１３０３，・・・を合わせ込む。ここで、計測データ１３０１，１３０２，１３０３，・・・は、取得されているすべての計測データ１３１である。
なお、仮地図１３１１における形状要素は、これから合わせ込まれるデータと区別するため、破線で示している。
【００６７】
まず、幾何合わせ込み部１１５は、修正処理が行われた仮地図１３１１に、処理対象となっている計測データ１３１を合わせ込み、合わせ込み地図データ１３１２を生成する（Ｓ２０１）。次に、幾何合わせ込み部１１５は、ステップＳ２０１において合わせ込んだ際に得られた位置姿勢を用いて、計測データ１３１の計測点（計測座標）を式（４）、式（５）によって変換した上で、１つ前の処理で生成された作成中環境地図１３２１に対して、合わせ込み地図データ１３１２を合わせ込み（Ｓ２０２）、新たな作成中環境地図１３１３を生成する。そして、生成された作成中環境地図１３１３を、作成中環境地図１３２１として、次の計測データ１３１の幾何合わせ込みが行われる。
つまり、作成中環境地図１３２１は、１つ前の幾何合わせ込みにおいて、生成された作成中環境地図１３１３である。このようにすることで、作成中環境地図１３１３，１３２１には、計測データ１３１の形状要素が蓄積されていく。
【００６８】
幾何合わせ込み部１１５は、ステップＳ２０１、Ｓ２０２の処理を、すべての計測データ１３１に対して繰り返し実行することで、最終的に環境地図を生成する。
なお、図１０における仮地図の生成では、オペレータによって選択された計測データ１３１が用いられて仮地図が生成されたが、図１６における環境地図の生成では、すべての計測データ１３１が環境地図に対して合わせ込まれる。なお、環境地図の形状要素に関する情報量が十分であれば、環境地図の生成において、すべての計測データ１３１が合わせ込まれなくてもよい。つまり、すべての計測データ１３１を使用せずとも、十分に精度の高い環境地図の生成が可能であることが分かっている場合、予めオペレータが環境地図の生成時に合わせ込む計測データ１３１を選択しておいてもよい。
【００６９】
（第１実施形態のまとめ）
本実施形態に係る地図生成システム１０は、自律移動ロボットに備わり、当該自律移動ロボットの移動経路上の周囲の存在物の形状を計測できる計測部が計測する計測装置２１と、前記計測部が計測した複数の前記計測データを基に仮地図を生成する仮地図生成部１１８と、前記仮地図を構成する要素の位置及び／又は向きを修正する修正処理部１１６と、修正された前記仮地図と、前記計測データとを基に、環境地図を生成する環境地図生成部１１９と、を備えている。
このように少ない計測データ１３１で生成した仮地図を修正することで、仮地図の誤差修正にかかる作業コストを低減することができる。また、修正した仮地図と、計測データ１３１とを基に環境地図を生成することで、精度の高い環境地図を生成することができる。つまり、本実施形態に係る地図生成システム１０は、誤差修正にかかる作業コストを低減させつつ、精度の高い環境地図を生成することができる。
【００７０】
また、本実施形態にかかる地図生成システム１０は、作成中の仮地図に対して、計測データを幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、計測部の位置姿勢を推測し、該推測結果に基づいて、仮地図に計測データ１３１を合わせ込む幾何合わせ込み部１１５を備えている。
このようにすることで、人手を介すことなく計測データ１３１から仮地図を生成することができる。
【００７１】
そして、本実施形態に係る地図生成システム１０の幾何合わせ込み部１１５は、計測装置２１の位置姿勢を推測する際に、前回幾何合わせ込みの際に推測された位置姿勢の近傍から位置姿勢の推測を行う。
このようにすることで、位置姿勢の推測を行う途中で、局所解に陥ることを防止することができる。
【００７２】
さらに、本実施形態に係る地図生成システム１０の処理部１１１は、仮地図の生成が終了すると、仮地図の生成が終了した旨の情報を表示装置１７０に表示し、入力装置１６０を介して、環境地図の生成が指示されると、環境地図の生成が開始される。
このようにすることで、修正が終わっていない仮地図を基に、環境地図が生成されることを防止することができる。
【００７３】
また、本実施形態に係る地図生成システム１０の修正処理部１１６は、仮地図において、仮地図を構成している形状要素のうち、所定の形状要素の位置姿勢を修正する。
このようにすることで、容易に仮地図の修正を行うことができる。
【００７４】
そして、本実施形態に係る地図生成システム１０の修正処理部１１６は、修正を行う要素を、仮地図から削除し、幾何合わせ込み部１１５は、形状要素の修正後、仮地図に対して、修正を行った要素を幾何的に一致するように位置合わせを行うことで、仮地図に修正を行った形状要素を合わせ込む幾何合わせ込みを行う。
このようにすることで、形状要素の修正が容易になるとともに、人手を介さずに修正を行った形状要素を仮地図に戻すことができる。
【００７５】
また、本実施形態に係る地図生成システム１０の幾何合わせ込み部１１５は、計測データ１３１を選択する際に、所定の間隔で計測データ１３１を選択する。
このようにすることで、人手を介さずに仮地図の生成に使用される計測データ１３１を選択することができ、作業量を低減することができる。
【００７６】
さらに、本実施形態に係る地図生成システム１０幾何合わせ込み部１１５は、修正後の仮地図と、新たな計測データ１３１と、を基に、前記仮地図を更新する。
このようにすることで、仮地図の誤差を微調整しながら、仮地図を生成することができる。
【００７７】
[第２実施形態]
続いて、幾何合わせ込みに用いる確率の算出時に更新影響度を利用した方法について、図１７〜図２１を参照して説明する。
地図は環境空間内における物体の形状要素を示すものであるが、その形状要素は静的な物体のみから構成されることが望ましい。しかしながら、外れ値や、地図に記録すべきではない移動している物体までが地図に記録されてしまうことが多々ある。そこで、物体が動かない事が分かっている領域では、計測した形状が記録される。また、移動する物体が多い領域では同じ地点に多数回、同じ形状が計測された場合に限って、計測データ１３１が合わせ込まれる。このようにすることで、地図に記録すべき静的な物体のみを記録することができる。
【００７８】
（システム）
図１７は、本実施形態に係る地図生成システムの例を示す図である。
なお、図１７において、図１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図１７に示す地図生成システム１０ａが図１に示す地図生成システム１０と異なる点は、後記して説明する更新影響度を仮地図に設定する更新影響度設定部１２０がある点である。
【００７９】
（ハードウェア構成図）
図１８は、本実施形態に係る地図生成システムのハードウェア構成の例を示す図である。
なお、図１８において、図２と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図１８に示す地図生成システム１０ａが図２に示す地図生成システム１０と異なる点は、地図生成装置１ａの処理部１１１ａに更新影響度設定部１２０がある点である。
【００８０】
（フローチャート）
図１９は、本実施形態に係る地図生成方法の手順を示すフローチャートである。
なお、図１９において、図３と同様の処理については、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
図１９に示す地図生成方法が図３に示す地図生成方法と異なる点は、ステップＳ１２１の仮地図の修正後、更新影響度設定部１２０が更新影響度を設定している（Ｓ３０１）点である。
【００８１】
図２０は、本実施形態に係る更新影響度の設定画面を示す図である。
ここでは、更新影響度設定部１２０が地図の各領域に更新影響度（更新の度合いを示す情報）を設定する。
なお、この更新影響度の設定は、仮地図の修正後に行われる処理である。
まず、オペレータが入力装置１６０を介して、表示装置１７０に表示されている領域（データ領域）に、領域を指定すると、更新影響度設定部１２０が、指定された領域に更新影響度を設定する。
具体的には、まず、表示処理部１１１が、表示装置１７０の画面上に作成中の仮地図を表示する。次に、表示された仮地図上に、オペレータが領域形状をマウス等の入力装置１６０で指定する。さらに指定された領域に対して、キーボード等の入力装置１６０を介して、オペレータが更新影響度を設定する。領域の設定方法は、マウスドラッグによる自由曲線による囲い込みや、矩形による囲い込み方法等が用いられる。また、領域を示す多角形の画面上の頂点座標を、キーボード等によりオペレータが直接数値で入力してもよい。
【００８２】
図２０の例では、各領域が、それぞれ更新の影響度が高い領域１４０１、更新の影響度が低い領域１４０２、更新影響度が「０」の領域１４０３（更新が起きない領域）として設定されたものとする。ちなみに、図２０では、修正が完了した仮地図に対して各領域１４０１〜１４０３が設定されている。
なお、図１４では更新影響度を３種類に限定して説明したが、これに限定されるものではない。また、更新影響度が、連続的に変更されるように設定することも可能である。
【００８３】
図２１は、更新影響度を用いた地図更新の例を示す図である。
なお、各領域の更新影響度については、図２０と同じものであるが、説明を簡単にするため領域１４０１〜１４０３の形状を単純化してある。
まず、更新影響度の大きい領域１４０１に含まれる格子のうち、確率算出部１１３は、形状が計測されなかった格子１５０１の投票値ｍ（ｔｘ、ｔｙ）を大きく減らす。結果として、確率算出部１１３は、当該格子における物体の存在確率ｐ（ｍ（ｔｘ、ｔｙ））を大幅に減少させる。
【００８４】
一方、確率算出部１１３は、更新影響度の大きい領域１４０１に含まれる格子のうち、形状が計測された格子１５０２の投票値ｍ（ｔｘ、ｔｙ）を大幅に増やす。結果として、確率算出部１１３は、当該格子における物体の存在確率ｐ（ｍ（ｔｘ、ｔｙ））を大幅に増加させる。
【００８５】
つまり、更新影響度の大きい領域１４０１において、物体の形状の変化や、物体の移動が起きると、確率算出部１１３は、領域１４０１内の格子における物体の存在確率ｐ（ｍ（ｔｘ、ｔｙ））を大幅に増減する。このようにすることで、物体の形状の変化や、物体の移動が、即座に地図に反映される。
【００８６】
これに対し、更新影響度の低い領域１４０２に含まれる格子について、確率算出部１１３は、投票値ｍ（ｔｘ、ｔｙ）の増減を小さくする。
例えば、確率算出部１１３は、領域１４０２において、形状が計測されなかった格子１５０３の投票値ｍ（ｔｘ、ｔｙ）を少しだけ減らす。結果として、確率算出部１１３は、当該格子１５０３における物体の存在確率ｐ（ｍ（ｔｘ、ｔｙ））を小幅に減少させる。
【００８７】
また、確率算出部１１３は、領域１４０２に含まれる格子のうち、形状が計測された格子１５０４の投票値ｍ（ｔｘ、ｔｙ）を少し増やす。その結果、確率算出部１１３は、物体の存在確率ｐ（ｍ（ｔｘ、ｔｙ））を小幅に増加させる。
【００８８】
つまり、更新影響度の低い領域１４０２において、物体の形状の変化や、物体の移動が起きると、確率算出部１１３は、領域内の格子における物体の存在確率ｐ（ｍ（ｔｘ、ｔｙ））の増減を小さくする。これにより、地図への更新の影響は緩やかになる。例えば、通路等といった移動する物体が多い領域では、更新の影響度が低く設定されることで、地図に反映するには好ましくない移動中の物体が地図に記録されにくくなる。
逆に、移動しない物体が多く存在する領域では、更新の影響度が高く設定されることで、地図に反映すべき静止している物体が地図に記録されやすくなる。
【００８９】
ここで、更新影響度が「０」の領域１４０３に含まれる格子について、確率算出部１１３は投票値ｍ（ｔｘ、ｔｙ）を変更させない。そのため、更新影響度が「０」の領域では、どのような計測に対しても領域１４０３内の形状は不変となる。つまり、領域１４０３における形状が計測されなかった格子１５０５、形状が計測された格子１５０６の確率は変化しない。
これにより、領域１４０３内に記録される形状は修正後の仮地図の状態から不変となり、更新を繰り返しても誤差の蓄積は起きない。更新影響度が「０」の領域１４０３は、壁等、物体の形状変化が絶対に起きないとわかっている領域等について設定される。
【００９０】
このように、更新影響度は、計測データ１３１において、周囲の存在物の形状が計測された箇所を、仮地図及び環境地図に反映する際における反映の度合いである。
なお、本実施形態では、仮地図の修正後に更新影響度が設定されているが、これに限らず、仮地図が生成される前に更新影響度が設定されてもよい。また、本実施形態では、更新影響度による投票値の更新が仮地図の生成時において使用されるものとしているが、これに限らず、環境地図の生成時において使用されてもよい。
【００９１】
（第２実施形態のまとめ）
このように、本実施形態に係る地図生成システム１０ａの更新影響度設定部１２０は、環境地図が生成される領域毎に、更新の度合いを示す情報を付し、更新の度合いに従い、仮地図及び環境地図の生成を行う。
このようにすることで、移動物の過多等に応じて、領域毎に更新の度合いを変化させることができる。
【００９２】
さらに、本実施形態に係る地図生成システム１０ａにおいて、更新の度合いを示す情報は、計測データ１３１において、周囲の存在物の形状が計測された箇所を、仮地図及び環境地図に反映する際における反映の度合いである更新影響度である。
このようにすることで、人手を介さずに、更新の度合いを考慮した地図を生成することができる。
【００９３】
[第３実施形態]
本実施形態において、仮地図に反映される計測データ１３１の選択は、オペレータが計測データ１３１を指定することで行われている。しかしながら、これに限らず、人手を介さずに計測データ１３１が選択されてもよい。例えば、記録選択部１１４が、幾何合わせ込み部１１５が算出する式（８）を尤度とし、この尤度の大きさに基づいて、記録選択部１１４が計測データ１３１を選択するようにしてもよい。
【００９４】
図２２は、本実施形態に係る仮地図の作成手順の例を示す図である。
なお、図２２において、図１０と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
まず、オペレータが、計測データ１３１を、最低いくつおきにするかといった計測データ１３１の間隔に関する閾値や、尤度に関する閾値を、入力装置１６０を介して設定しておく。記録選択部１１４は、前回合わせ込まれた計測データ１３１から、間隔に関する閾値個分先以上の計測データ１３１に対して、式（８）の尤度が閾値以上である最後の計測データ１３１を探索する。つまり、記録選択部１１４は、前回処理対象となっていた計測データ１３１から間隔に関する閾値以上の間隔を有し、かつ尤度が閾値以上の計測データ１３１を検索・選択する。
【００９５】
そして、記録選択部１１４は条件に合う計測データ１３１を、幾何合わせ込みを行う計測データ１３１として選択する。式（８）として示される尤度は、計測データ１３１と、作成中の仮地図上の形状要素との一致度を表すものである。従って、尤度が小さくなるほど、幾何合わせ込みが不正確になる。一方で、仮地図に登録する計測データ１３１の間隔が大きいほど、仮地図に登録する計測データ１３１数が少なくなるため、修正のコストが低くなる。そこで、ここで記載したように、なるべく登録した計測データ１３１から先の計測データ１３１であり、かつ正確に位置合わせができている計測データ１３１を記録する。ここで、「先の計測データ１３１」とは、計測時刻が後の計測データ１３１という意味である。また、「正確に位置合わせができている計測データ１３１」とは、仮地図との尤度が大きい計測データ１３１である。
【００９６】
つまり、図２２に示すように尤度が閾値未満であれば（尤度＜閾値）、幾何合わせ込み部１１５は計測データ８０１，８０３（１３１）を作成中仮地図８１１，８１３に合わせ込まない。一方、尤度が閾値以上であれば（尤度≧閾値）、幾何合わせ込み部１１５は計測データ８０２（１３１）を作成中仮地図８１２に合わせ込む。
【００９７】
なお、本実施形態では、尤度が閾値以上であるか否かによって、計測データ１３１を合わせ込むか否かを判定しているが、尤度が所定の範囲にあるか否かによって、計測データ１３１を合わせ込むか否かを判定してもよい。つまり、尤度が所定の範囲であれば、処理対象となっている計測データ１３１を仮地図に合わせ込み、尤度が所定の範囲外であれば、処理対象となっている計測データ１３１を仮地図に合わせ込まない。
【００９８】
これは、尤度（すなわち一致度）が高すぎると、仮地図において更新される箇所が少ないので、更新を行う必要性が低くなるためである。また、尤度が低すぎると、仮地図と一致している箇所が少ないため、処理対象となっている計測データ１３１の信頼度が低いと考えられるためである。
【００９９】
（第３実施形態のまとめ）
本実施形態に係る地図生成システム１０の幾何合わせ込み部１１５は、仮地図への合わせ込みの対象となっている計測データと、仮地図内の要素との一致の度合い（尤度）を算出し、該一致の度合いに応じて、合わせ込みの対象となっている計測データ１３１を、仮地図に合わせ込むか否かを判定する。
このようにすることで、必要性の高い計測データ１３１のみを仮地図に反映することができるので、処理コストを向上させることができる。
【０１００】
[第４実施形態]
これまでは、計測データ１３１及び各地図が２次元である場合について説明してきたが、これらを３次元に拡張することも可能である。
第４実施形態では、３次元地図の生成について説明する。
第４実施形態では、計測装置２１として３次元センサを使用している。このような３次元センサは、レーザを３次元方向に照射し、各方向の距離から被計測位置の座標を計算する。これにより、環境空間の３次元的な形状を計測する。以下、このような計測を３次元計測と称する。ただし、一つの地点からの計測のみでは、レーザが遮蔽物によって届かない位置や、３次元センサ位置から遠い位置の形状を計測できない。そのため、複数の地点で形状を計測した上で、計測データを一つに合わせ込む。
なお、本実施形態における地図生成システム１０の構成は、計測装置２１や、各部１１１〜１１９が３次元計測に対応できるようになっていること以外は、図１及び図２に示すものと同じであるので、ここでは図示及び説明を省略する。
【０１０１】
図２３は、本実施形態に係る３次元計測例を示す図である。
図２３に示すように、符号１６００に示す部屋を、自律移動ロボット２（図２）が奥側から移動することによって、順次得られた計測データを符号１６０１〜１６０３（１３１）として示す。ここでは、図面を簡略化するため得られる計測データ１３１が３個であるとしているが、実際には多数の計測データ１３１が得られる。
このように３次元計測の結果、得られる計測データ１６０１〜１６０３（１３１）を、第１実施形態と同様の手法で合わせ込んでいくことで、地図生成装置１は、仮地図及び環境地図を生成する。
【０１０２】
図２４は、本実施形態に係る地図生成方法の手順を示すフローチャートである。
なお、図２４において、図３と同様の処理については同一のステップ番号を付して適宜説明を省略する。
ここで、図３に示す処理では、仮地図生成用に選択された計測データ１３１のすべてが合わせ込まれた後、仮地図内の形状要素を修正しているが、図２４に示す処理では、計測データ１３１毎に仮地図内の形状要素の修正が行われている点が異なっている。
つまり、ステップＳ４１０の仮地図生成・修正処理において、ステップＳ４１１で計測データ１３１が１つ選択された後、この計測データ１３１に関して確率算出処理（Ｓ１１２）、幾何合わせ込み処理（Ｓ１１３）が行われる。そして、幾何合わせ込みの結果、適切な合わせ込みができなかった場合、オペレータが入力装置１６０を介して、計測データ１３１の形状要素を修正することで、修正処理部１１６が仮地図修正処理を行う（Ｓ１２１）。この際、修正対象となる形状要素が仮地図から削除されることは第１実施形態と同様である。さらに、形状要素が修正された後、この形状要素が幾何合わせ込みによって、仮地図に戻されることも第１実施形態と同様である。
【０１０３】
その後、処理部１１１は、仮地図の生成が終了したか否かを判定する（Ｓ４１２）。この判定は、オペレータが仮地図の生成に使用しようとしている計測データ１３１のすべてを使用したか否かを判断し、入力装置１６０を介して判断結果を入力することによって行われる。あるいは、処理部１１１が、計測した所定の範囲に対する仮地図として作成済みの領域の割合を計算することによって判定してもよい。
ステップＳ４１２の結果、終了していない場合（Ｓ４１２→Ｎｏ）、処理部１１１は、ステップＳ４１１に処理を戻す。
ステップＳ４１２の結果、終了している場合（Ｓ４１２→Ｙｅｓ）、環境地図生成部１１９がすべての計測データ１３１を使用して環境地図を生成する（Ｓ１３１）。
【０１０４】
３次元データのデータ量は２次元データに対して大きいため、十分な回数の計測を行うことができない場合がある。そのため、計測地点間の距離が離れてしまう場合が発生する。このように、計測地点が離れている場合、幾何合わせ込み部１１５が、第１実施形態で説明したような最急降下法等を行って幾何合わせ込みを行った場合、局所解に陥り適切な合わせ込みを行えない場合がある。その場合は、計測地点について、所定の初期位置姿勢を予め設定しておく。
そして、初期位置姿勢を予め設定していても、幾何合わせ込みができない場合、図２４のステップＳ１２１のように仮地図の修正を行う。
【０１０５】
このように、３次元計測では、計測地点間の距離が離れてしまうことが多いので、図２４に示すように、計測データ１３１毎に仮地図の修正を行う。ただし、３次元計測の場合においても、第１実施形態のように、選択されたすべての計測データ１３１が仮地図に合わせ込まれた後に仮地図の修正が行われてもよいし、所定数の計測データ１３１が仮地図に合わせ込まれる毎に仮地図の修正が行われてもよい。
【０１０６】
（第４実施形態のまとめ）
本実施形態に係る地図生成システム１０によれば、３次元の環境地図を生成することが可能となる。
【０１０７】
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、地図生成装置１における各部１１１〜１２０及び記憶装置１３０に格納されている各データ１３１〜１３３が自律移動ロボット２に備わっていてもよい。
【０１０８】
また、前記した各構成、機能、各部１１１〜１２０、記憶装置１３０等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図６に示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤに格納すること以外に、メモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１，１ａ  地図生成装置
２      自律移動ロボット
１０，１０ａ  地図生成システム
２１    計測装置（計測部）
１１１，１１１ａ  処理部（表示処理部）
１１２  情報取得部
１１３  確率算出部（幾何合わせ込み部）
１１４  記録選択部
１１５  幾何合わせ込み部
１１６  修正処理部
１１７  修正指示部
１１８  仮地図生成部
１１９  環境地図生成部
１２０  更新影響度設定部（更新度設定部）
１３０  記憶装置
１３１，８０１，８０２，８０３，１３０１，１３０２，１３０３  計測データ
１３２  仮地図データ
１３３  環境地図データ
１６０  入力装置（入力部）
１７０  表示装置（表示部）
２１０，８１１，１３１１  仮地図
２２０  修正後仮地図
２３０  環境地図
８１２，８１３，８１４  作成中仮地図
１１０１  除去後仮地図
１１０２  修正後仮地図
１３１３，１３２１  作成中環境地図
【図１】
0006506279.tif 000003
【図２】
0006506279.tif 000004
【図３】
0006506279.tif 000005
【図４】
0006506279.tif 000006
【図５】
0006506279.tif 000007
【図６】
0006506279.tif 000008
【図７】
0006506279.tif 000009
【図８】
0006506279.tif 000010
【図９】
0006506279.tif 000011
【図１０】
0006506279.tif 000012
【図１１】
0006506279.tif 000013
【図１２】
0006506279.tif 000014
【図１３】
0006506279.tif 000015
【図１４】
0006506279.tif 000016
【図１５】
0006506279.tif 000017
【図１６】
0006506279.tif 000018
【図１７】
0006506279.tif 000019
【図１８】
0006506279.tif 000020
【図１９】
0006506279.tif 000021
【図２０】
0006506279.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
0006506279.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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