(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地図作成装置による、地図上で自律的に移動する自律移動ロボットの地図作成方法であって、
前記地図作成装置が、地図の作成範囲内における、予め定められた期間内の不特定の人の移動の軌跡を取得し、
前記地図作成装置が、一つの前記軌跡を構成する前記人の複数の座標点のうちの隣り合う２点であって、当該２点の座標が前記地図の作成範囲内の異なる部分領域に属する２点を見つけ、
前記地図作成装置が、部分領域の境界線と前記２点を結ぶ線分との交点を特定し、
前記地図作成装置が、前記交点が存在する前記境界線で仕切られる部分領域であって前記軌跡の始端側の部分領域について、前記交点が存在する方向を前記自律移動ロボットが移動可能な方向に設定する
地図作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地図作成方法に関し、特に自律移動ロボットの地図作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地図を用いて自律的に移動する自律移動ロボットが知られている。例えば、特許文献１では、移動体の移動経路を、移動体の移動環境を示す格子状のグリッドマップ上で算出する経路算出手段を有する移動体制御装置について開示している。この移動体制御装置は、グリッドマップに通過不能を示す通過不可ポテンシャルを設定し、通過不可ポテンシャルが設定された場所の通過を避ける。また、例えば、非特許文献１は、環境内の人の移動経路を観測し、人が立ち止まる点間をつなぐ経路（有向グラフ）を導出し、この有向グラフを自律移動に利用することについて、開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２３２００号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Takeshi Sasaki, Drazen Brscic, and Hideki Hashimoto, "Human Observation Based Extraction of Path Patterns for Mobile Robot Navigation", IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010, Vol.57, No.4, pp.1401-1410
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
障害物が存在すると識別された位置だけを通過不能と判断する場合、障害物が存在すると識別されなかった領域は移動方向に関わらず通過可能と判断される。このため、ロボットの移動を禁止すべき方向が実際には存在する場合であっても、当該方向へのロボットの移動を許してしまう。また、非特許文献１に記載された技術においては、細かい移動経路を地図に反映することはできず、具体的な経路を決定できる地図が得られない。また、非特許文献１に記載された技術においては、人が動き続ける場所には上記の点が作成されないため、そのような場所に対し適切に移動可能方向を設定することができない。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ロボットの移動を禁止すべき方向が現実に存在する場合にその方向へのロボットの移動を抑制することができる地図作成方法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】
本発明の一態様に係る地図作成方法は、地図上で自律的に移動する自律移動ロボットの地図作成方法であって、地図の作成範囲内における、予め定められた期間内の不特定の人の移動方向を取得し、取得された前記移動方向に基づいて、前記地図の作成範囲のうち人の移動が存在したことのある部分領域毎に、前記自律移動ロボットの移動可能方向を設定する、方法である。
このような方法によれば、移動が可能である蓋然性が高い方向が、移動可能方向に設定される。このため、移動を禁止すべき方向へのロボットの移動を抑制することができる地図を作成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ロボットの移動を禁止すべき方向が現実に存在する場合にその方向へのロボットの移動を抑制することができる地図作成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】有向グリッドマップの一例を示す模式図である。
【図２】実施の形態に係る地図作成装置の構成を示すブロック図である。
【図３】地図更新部の動作の流れについて示すフローチャートである。
【図４】図３に示すフローチャートのステップ１０１で抽出された人の軌跡群の一例を示す模式図である。
【図５】全方向のポテンシャル値が１００％に設定された有向グリッドマップの一例を示す模式図である。
【図６】図３に示すフローチャートのステップ１０５〜１０８の処理について説明する模式図である。
【図７】始端側の点が属するグリッドについてのみポテンシャルを変更する例を示す模式図である。
【図８】終端側の点が属するグリッドを除く全てのグリッドのポテンシャルを変更する例を示す模式図である。
【図９】４方向の有向グリッドマップにおけるグリッドの区切り方を示す模式図である。
【図１０】８方向の有向グリッドマップにおけるグリッドの区切り方を示す模式図である。
【図１１】観測された実際の人の移動経路を示す模式図である。
【図１２】非特許文献１に記載された技術を用いて生成される地図の一例を示す模式図である。
【図１３】グリッドマップを用いて生成される地図の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態について説明する前に、まず、発明者による事前の検討事項について説明する。
【００１１】
非特許文献１に記載された技術では、上述の通り、環境内の人の移動経路を観測した上で、人が留まる点をつなぐ経路を導出する。例えば、図１１に示されるような人の動きが観測された場合、非特許文献１に記載された技術を用いると、図１２に示されるような地図が作成されうる。なお、図１１においては、社会的な移動に関するルールなどといった何らかの事情により、侵入が禁止された領域が存在している。具体的には、図１１においては、何らかの事情により侵入が禁止された領域の周囲に、間隔をあけてパイロン９０が置かれている。より詳細には、図１１において、壁９１の間の通路上にパイロン９０で囲まれた領域が存在する環境が示されている。このため、人は、パイロン９０で囲まれた領域を避けて移動している。
【００１２】
ここで、図１２を参照すると、非特許文献１に記載された技術を用いた場合の地図では、大まかな経路が設定されるに過ぎず、細かい移動経路を反映することができない。特に、人が動き続ける場所には上記の点が作成されないため、そのような場所に対する経路を地図に反映することはできない。また、図１２に示される地図には、パイロン９０で囲まれた領域内を通過する経路が含まれてしまっている。
【００１３】
これに対し、格子状のグリッドマップ上に通過不能を示す通過不可ポテンシャルを設定することにより、次のように経路を設定することも考えられる。すなわち、図１３に示されるように、人が存在した位置を通過可能とするようにグリッドマップを更新することが考えられる。この方法によれば、侵入が禁止された領域を通過不能に設定することが可能となるが、移動方向については設定されない。このため、図１３に示される地図に従ってロボットが移動する場合、ロボットが人の流れに逆らう移動をする可能性や、一方通行（歩く歩道など）を逆走する可能性がある。つまり、ロボットの移動を禁止すべき方向が現実に存在する場合にその方向へのロボットの移動を抑制することができない。なお、図１３において、各グリッド内の数値は、当該グリッド内の領域が通過不可能領域である可能性を示す％値である。
【００１４】
実施の形態
実施の形態に係る地図作成装置は、人の位置を検出する構成と、検出された人を追跡する構成と、人の軌跡を記憶する構成と、地図を生成する構成とを含んでいる。ここで、人の位置を検出する構成は、地図の作成範囲内の人の位置の検出を継続して行う。その際、人の位置を検出する構成は、個人の識別までは不要であるが、不特定の人の位置の検出を継続して行う。なお、人の位置を検出する構成は、検出された人を追跡する構成が要求する場合などには、個人の識別も行ってもよい。人の位置を検出する構成の検出範囲は広いほど好ましく、好適には、地図の作成範囲内の全ての領域を検出対象とする。なお、人の位置を検出する構成は、同時に複数の人の位置を検出できることが好ましいが、同時に１人しか検出できなくてもよい。
【００１５】
検出された人を追跡する構成は、上述の人の位置を検出する構成から得られた人の位置情報を用いて、人を追跡し、人の位置の軌跡を導出する。なお、検出された人を追跡する構成は、人の位置情報だけを利用してもよいし、他の情報を追加で利用してもよい。
【００１６】
人の軌跡を記憶する構成は、検出された人を追跡する構成により得られた人の軌跡情報を記憶する。この構成は、少なくとも人の位置の軌跡情報を記憶する。なお、軌跡情報は、例えば、時系列の順序付きの位置情報により構成される。軌跡に含まれる位置情報は、検出された時間情報を含んでもよい。
【００１７】
地図を生成する構成は、記憶されている人の軌跡情報から自律移動ロボットのための地図を生成する。具体的には、地図を生成する構成は、図１に示されるような有向グリッドマップ５０を生成する。有向グリッドマップ５０は、図１に示すような二次元の地図であり、地図作成範囲の平面をグリッド状に区切った地図である。ここで、この有向グリッドマップ５０は、各グリッドに対し、当該グリッドについて通過不能領域である可能性を数値により示す地図である。より具体的には、有向グリッドマップ５０は、各グリッドに対し、方向毎に通過不能である可能性を示す数値を有する。以下、この数値についてポテンシャルと呼ぶことがある。図１では、各グリッドが、上下左右に加え、それらの間の方向も含む８方向について、ポテンシャルが設定される例について示しているが、方向数は任意に設定可能であり、例えば上下左右の４方向であってもよい。なお、本実施の形態では、ポテンシャルは、確率（％値）により示される。有向グリッドマップ５０のグリッド数は任意に設定可能である。また、グリッドの大きさ及び形状についても任意に設定可能である。一例としては、有向グリッドマップ５０のグリッドは、１辺が実環境の数ｃｍに対応する正方形である。
【００１８】
地図を生成する構成は、人の軌跡を取得し、グリッドごとに通過する人の軌跡を抜き出す。そして、地図を生成する構成は、抜き出された軌跡ごとに、軌跡の方向を算出し、方向が算出される毎に、そのグリッドにおける算出された方向のポテンシャルを更新する。自律移動ロボットは、このようにして生成された地図に示されるポテンシャルに従って、移動経路を選択し、自律的に移動する。なお、地図を生成する構成により生成される地図は、当該地図単体で利用されてもよいし、他の障害物地図等とマージされて利用されてもよい。また、地図を生成する構成における地図の作成は、定期的に行われてもよいし、何らかの指示があった時に行われてもよい。
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。図２は、実施の形態に係る地図作成装置１の構成を示すブロック図である。
【００２０】
地図作成装置１は、情報処理装置１０と、カメラ群１１と備えている。情報処理装置１０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリなどを有し、コンピュータとしての機能を備えている。また、情報処理装置１０は、人検出部１２と、人追跡部１３と、軌跡記憶部１４と、地図更新部１５とを有する。なお、人検出部１２、人追跡部１３、及び地図更新部１５は、例えば、ＣＰＵの制御によって、プログラムが実行されることによって実現できる。より具体的には、例えば図示しないメモリ等の記憶装置に格納されたプログラムを、ＣＰＵの制御によって実行して実現する。また、これら各構成要素は、プログラムによるソフトウェアで実現することに限ることなく、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせ等により実現してもよい。軌跡記憶部１４は、例えばメモリ等の記憶装置により実現される。
【００２１】
なお、地図作成装置１において、カメラ群１１及び人検出部１２が、上述の人の位置を検出する構成に相当し、カメラ群１１及び人追跡部１３が、上述の検出された人を追跡する構成に相当し、軌跡記憶部１４が上述の人の軌跡を記憶する構成に相当し、地図更新部１５が上述の地図を生成する構成に相当する。
【００２２】
カメラ群１１は、複数のカメラであり、地図の作成範囲に対応する実環境の範囲に分散して配置されている。すなわちカメラ群１１は、地図の作成範囲内の人の移動を撮影することが可能に配置されている。好適には、カメラ群１１は、地図の作成範囲内の全ての領域を撮像範囲とする。
【００２３】
人検出部１２は、カメラ群１１による撮像画像から人の位置を検出する。具体的には、人検出部１２は、人毎に、二次元平面（地図）上の座標位置及び撮影画像上の位置を検出し、人追跡部１３に出力する。人検出部１２は、例えば、カメラ群１１の各カメラの撮影場所についての情報及び撮像画像中の人の位置についての情報などから、二次元平面上の座標位置を検出する。
【００２４】
人追跡部１３は、人検出部１２により検出された人の位置と、カメラ群１１による撮像画像とを用いて、人を追跡する。具体的には、例えば、人追跡部１３は、検出された人の撮像画像上の位置と、撮像画像における色情報とを用いて、画像処理を行うことにより人を追跡する。人追跡部１３は、追跡された人毎に、平面上の位置群を軌跡として軌跡記憶部１４に出力する。
【００２５】
軌跡記憶部１４は、人追跡部１３により出力された軌跡からなる軌跡群を記憶する。また、軌跡記憶部１４は、地図更新部１５からの要求により、記憶した軌跡群を出力する。
【００２６】
地図更新部１５は、軌跡記憶部１４に記憶された情報に基づいて、有向グリッドマップ５０を定期的に更新する。ここでは、一例として、有向グリッドマップ５０は、４方向についてのポテンシャルの設定が可能なマップであるものとして説明する。地図更新部１５による更新周期は、地図を作成したい領域の環境によって異ならせてもよい。例えば、通路などのように、人の移動が十分に多い場所では、地図更新部１５は、１０分に１回といった比較的短い周期で更新するようにしてもよい。また、オフィスなどのように、人の移動が少ない場所では、地図更新部１５は、１日２回といった比較的長い周期で更新するようにしてもよい。
【００２７】
以下、フローチャートに沿って、地図更新部１５の詳細を説明する。図３は、地図更新部１５の動作の流れについて示すフローチャートである。
【００２８】
ステップ１００（Ｓ１００）において、地図更新部１５は、軌跡記憶部１４に記憶されている人の軌跡群を取得する。
【００２９】
ステップ１０１（Ｓ１０１）において、地図更新部１５は、ステップ１００で取得された軌跡群の中から、前回の更新時以後の人の軌跡群を抽出する。図４は、ステップ１０１で抽出された人の軌跡群の一例を示す模式図である。なお、図４及び後述する図６〜８において、矢印は検出された人の軌跡を示し、点は軌跡の要素（検出された人の位置）を示す。図４に示されるように、人はパイロン９０で囲まれた領域以外の通路部分を通過するため、パイロン９０で囲まれた領域については人の軌跡がない。また、図４に示した例では、パイロン９０の脇を人が通過しているが、その際、２つの人の移動方向が存在している。一方の移動方向は、パイロン９０に近い側に存在する移動方向であり、図中の右から左への移動方向である。他方の移動方向は、パイロン９０に遠い側に存在する移動方向であり、図中の左から右への移動方向である。つまり、人は、右側通行している。このようにして、地図更新部１５は、地図の作成範囲内における、予め定められた期間内の不特定の人の移動軌跡（移動方向）を取得する。
【００３０】
ステップ１０２〜ステップ１１０により、地図更新部１５は、更新用有向グリッドマップを作成する。具体的には、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、地図更新部１５は、ポテンシャルが全て１００％の地図を作成する。すなわち、地図更新部１５は、図５に示されるように、全てのグリッドにおいて、全方向のポテンシャル値が１００％に設定された有向グリッドマップを作成する。
【００３１】
ステップ１０３（Ｓ１０３）において、地図更新部１５は、ステップ１０１で抽出された軌跡群から軌跡を取り出す。
【００３２】
ステップ１０４（Ｓ１０４）において、地図更新部１５は、ステップ１０３で取り出した軌跡上の点のそれぞれが属するグリッドを計算する。すなわち、地図更新部１５は、軌跡を構成する各点がマップ上のどのグリッドに属するかの対応付け行う。例えば、地図更新部１５は、各点の座標と各グリッドに関する位置情報とを用いて演算することによりこの対応付けを行う。
【００３３】
以下のステップ１０５〜１０８により、実際の人の移動方向に対応する方向についてのポテンシャルを修正する処理が行われる。図６は、図３に示すフローチャートのステップ１０５〜１０８の処理について説明する模式図である。
【００３４】
ステップ１０５（Ｓ１０５）において、地図更新部１５は、ステップ１０３で取り出した軌跡を構成する点のうち隣り合う２点の座標を取り出す。
【００３５】
ステップ１０６（Ｓ１０６）において、地図更新部１５は、ステップ１０５で取り出した隣り合う２点の座標が同じグリッド内に属するか否かを判定する。２点の座標が同じグリッド内に属さない場合、処理はステップ１０７へ移行する。これに対し、２点の座標が同じグリッド内に属する場合、処理はステップ１０９へ移行する。
【００３６】
ステップ１０７（Ｓ１０７）において、地図更新部１５は、グリッドの境界線と、２点間を結ぶ線分との交点を計算する。
【００３７】
ステップ１０８（Ｓ１０８）において、地図更新部１５は、２点のうち始端側の点が属するグリッドのポテンシャルであって、交点の存在する方向のポテンシャルを０％に変更する。
【００３８】
ステップ１０９（Ｓ１０９）において、地図更新部１５は、ステップ１０３で取り出した軌跡を構成する隣り合う２点の全てについて、ステップ１０６〜１０８の処理を実施したか否かを判定する。隣り合う２点の全てについてステップ１０６〜１０８の処理が終了していない場合、処理は、ステップ１０５に戻る。これに対し、隣り合う２点の全てについてステップ１０６〜１０８の処理が終了している場合、処理は、ステップ１１０へ移行する。
【００３９】
ステップ１１０（Ｓ１１０）において、地図更新部１５は、ステップ１０１で抽出された軌跡群を構成する全ての軌跡について、ステップ１０３〜１０９の処理を実施したか否かを判定する。全ての軌跡についてステップ１０３〜１０９の処理を実施していない場合、処理は、ステップ１０３に戻る。これに対し、全ての軌跡についてステップ１０３〜１００の処理が終了している場合、処理は、ステップ１１１へ移行する。
【００４０】
このようにして、ステップ１００で取得された、地図の作成範囲内における、予め定められた期間内の不特定の人の移動軌跡に基づいて、有向グリッドマップ５０の生成が行われる。ここで、地図の作成範囲のうち人の移動が存在する領域（グリッド）は、ポテンシャルが初期値の１００％から変更される。すなわち、そのような領域は、通過可能領域として設定される。ただし、この通過可能領域において、ポテンシャルが初期値から変更されるのは、実際の人の移動方向に対応する方向のみである。このため、通過可能領域において、実際の人の移動方向に対応する方向が移動可能方向として設定される。また、地図の作成範囲のうち人の移動が存在しない領域（グリッド）は、ポテンシャルが１００％のままであり、そのような領域は通過不可能領域として設定される。
【００４１】
すなわち、図３に示されるフローチャートは、地図上で自律的に移動する自律移動ロボットの次のような地図作成方法を示している。すなわち、地図の作成範囲内における、予め定められた期間内の不特定の人の移動方向を取得し（ステップ１００〜１０７参照）、取得された移動方向に基づいて、地図の作成範囲のうち人の移動が存在したことのある部分領域（グリッド）毎に、自律移動ロボットの移動可能方向を設定する（ステップ１０８参照）、地図作成方法が示されている。
【００４２】
ステップ１１１（Ｓ１１１）では、地図更新部１５が、過去のマップと上記処理により得られるマップとをマージすることにより、マップを更新する。すなわち、地図更新部１５は、前回の更新の際に得られた有向グリッドマップと、今回の更新におけるステップ１００〜ステップ１１０の処理により得られたマップをマージして、今回の更新処理により更新されたマップを作成する。なお、マップをマージする方法は、任意の方法が採用可能であり、例えばベイズ推定又は重み付き和などによるマージが行われてもよい。また、ここでは、過去のマップと上記処理により得られるマップとをマージすることにより、新たなマップを生成しているが、マージをせずに、ステップ１００〜ステップ１１０の処理により得られたマップが自律移動ロボットに利用される地図とされてもよい。
【００４３】
上記実施の形態にかかる地図作成装置１によれば、移動が可能である蓋然性が高い方向が、移動可能方向に設定される。このため、移動を禁止すべき方向へのロボットの移動を抑制することができる地図を作成することができる。すなわち、ロボットが人の流れに逆らう移動をする可能性や、一方通行を逆走する可能性を低減することが可能な地図を作成することができる。また、上述のような有向グリッドマップ５０を作成するため、細かい移動のルールを、マップに反映させることができる。さらに、非特許文献１に記載された技術とは異なり、常に人が動き続けているようなエリアにも適用することができる。また、さらに、人の実際の移動に基づいて地図が作成されるため、何らかのルールによって侵入が禁止されている場所や、ガラスやへこみ等といったセンサで検知しにくい侵入禁止場所を、自律移動ロボットのための地図に反映することもできる。
【００４４】
なお、上述の説明では、ステップ１０８において、２点のうち始端側の点が属するグリッドについてのみポテンシャルを変更したが（図７参照）、２点が結ぶ線分上に存在するグリッドのうち、終端側の点が属するグリッドを除く全てのグリッドのポテンシャルを変更してもよい（図８参照）。なお、図７は、２点のうち始端側の点が属するグリッドについてのみポテンシャルを変更する例を示す模式図であり、図８は、終端側の点が属するグリッドを除く全てのグリッドのポテンシャルを変更する例を示す模式図である。図７及び図８において、太線の枠で囲まれたグリッドが、ポテンシャルの変更対象であるグリッドである。
【００４５】
また、上述の説明では、地図更新部１５は、人の移動方向に対応する方向のポテンシャルを０％に設定したが、ポテンシャルの初期値（１００％）から所定値だけ小さくするようにしてもよい（図１下部左側のポテンシャル参照）。なお、この場合のポテンシャルの下限値は、０％である。
【００４６】
また、上記の説明では、地図更新部１５が、４方向の有向グリッドマップ５０を生成する例について具体的に示したが、上述の通り、方向の数は４方向に限定されず、例えば８方向であってもよい（図１参照）。ただし、４方向の場合には、グリッドの上下左右の各辺のどこに交点が存在するかで、ポテンシャルの更新対象の方向が決定されたが（図９参照）、８方向では、それをさらに細かく区切る必要がある（図１０）。図９は、４方向の有向グリッドマップ５０におけるグリッドの区切り方を示す模式図であり、図１０は、８方向の有向グリッドマップ５０におけるグリッドの区切り方を示す模式図である。なお、図９及び図１０において、グリッドの辺の区切りを、線種（実線又は破線）の違いにより示している。
【００４７】
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、上記実施の形態では、カメラ群１１を用いたが、地図の作成範囲に対応する実環境の範囲に分散して配置されたレーザーレンジファインダ群が用いられてもよい。この場合、各レーザーレンジファインダの設置高さを人の足の高さ程度として、レーザーレンジファインダの出力から人の足の位置を検出することにより人の位置情報を検出し、人の追跡を行ってもよい。また、カメラ群１１又はレーザーレンジファインダ群を配置する代わりに、カメラ又はレーザーレンジファインダを搭載した自律移動ロボットが移動しながら人の位置を検出するよう構成されてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１    地図作成装置
１０    情報処理装置
１１    カメラ群
１２    人検出部
１３    人追跡部
１４    軌跡記憶部
１５    地図更新部
５０    有向グリッドマップ
９０    パイロン
９１    壁
【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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【図１２】
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【図１３】
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