(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体と、この自律移動体に設けられるとともに自律移動体の周辺に存在する物体の形状を計測する周辺形状計測手段と、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知手段と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定手段と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御手段とを備え、
区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されており、
マーカー位置検知手段は、周辺形状計測手段によって計測された形状と、記憶装置に予め記憶されているマーカーの形状パターンとをパターンマッチングすることにより、マーカーの位置を検知することを特徴とする自律移動システム。
【請求項２】
自律移動制御手段の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物体位置検知手段と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成手段とをさらに備え、自己位置推定手段は、作成されたマップとマーカー位置検知手段による検知に基づいて区画内における自己位置を推定することを特徴とする請求項１に記載の自律移動システム。
【請求項３】
予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体に備わる周辺形状計測手段を用いて、この自律移動体の周辺に存在する物体の形状の計測を行って、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知工程と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定工程と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御工程とを備え、
区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されており、
マーカー位置検知工程は、周辺形状計測手段によって計測された形状と、記憶装置に予め記憶されているマーカーの形状パターンとをパターンマッチングすることにより、マーカーの位置を検知することを特徴とする自律移動方法。
【請求項４】
自律移動制御工程の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物体位置検知工程と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成工程とをさらに備え、自己位置推定工程は、作成されたマップとマーカー位置検知工程による検知に基づいて区画内における自己位置を推定することを特徴とする請求項３に記載の自律移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動移動体の移動を制御する自律移動システムおよび自律移動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動ロボットなど自律移動体の移動を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。こうした自律移動体の作業空間内での移動にはＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）などの技術が用いられている。これは、レーザーレンジファインダなどの光学センサーにより周囲の形状を計測しその形状の変化から自己位置座標を推定する方法であるが、これを実際に運用する場合には事前に周辺形状を計測しておく必要がある。また、計測した周辺形状のうち自律移動体の稼働範囲を限定するためには計測された形状に対し人為的に範囲指定をする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１０３７４号公報
【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、建設現場のように日々、時々刻々と周辺形状が変化する環境では事前の形状計測が意味を成さず、稼働範囲の設定が難しいという問題があった。このため、周辺形状の変化に左右されずに自己位置を検出して自律移動できる技術の開発が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自己位置を検出して自律移動する自律移動システムおよび自律移動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】
【０００６】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る自律移動システムは、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体と、この自律移動体に設けられ、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知手段と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定手段と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る他の自律移動システムは、上述した発明において、自律移動制御手段の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物体位置検知手段と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成手段とをさらに備え、自己位置推定手段は、作成されたマップとマーカー位置検知手段による検知に基づいて区画内における自己位置を推定することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る他の自律移動システムは、上述した発明において、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る自律移動方法は、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体から、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知工程と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定工程と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他の自律移動方法は、上述した発明において、自律移動制御工程の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物体位置検知工程と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成工程とをさらに備え、自己位置推定工程は、作成されたマップとマーカー位置検知工程による検知に基づいて区画内における自己位置を推定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る他の自律移動方法は、上述した発明において、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る自律移動システムによれば、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体と、この自律移動体に設けられ、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知手段と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定手段と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御手段とを備えるので、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体は設定された区画内を自己位置を検出しながら自律移動することができるという効果を奏する。
【００１３】
また、本発明に係る他の自律移動システムによれば、自律移動制御手段の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物体位置検知手段と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成手段とをさらに備え、自己位置推定手段は、作成されたマップとマーカー位置検知手段による検知に基づいて区画内における自己位置を推定するので、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができるという効果を奏する。
【００１４】
また、本発明に係る他の自律移動システムによれば、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されているので、自律移動体が移動する区画を簡便に設定することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係る自律移動方法によれば、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体から、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知工程と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定工程と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御工程とを備えるので、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体は設定された区画内を自己位置を検出しながら自律移動することができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係る他の自律移動方法によれば、自律移動制御工程の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物体位置検知工程と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成工程とをさらに備え、自己位置推定工程は、作成されたマップとマーカー位置検知工程による検知に基づいて区画内における自己位置を推定するので、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る他の自律移動方法によれば、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されているので、自律移動体が移動する区画を簡便に設定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係る自律移動システムおよび自律移動方法の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図２は、作業区画を示す概略平面図である。
【図３】図３は、マーカーの設置状況を示す図である。
【図４】図４は、マーカーの探索状況を示す図である。
【図５】図５は、マーカーの位置検出状況を示す図である。
【図６】図６は、マーカー捕捉による自律移動状況を示す図である。
【図７】図７は、外周部の計測状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る自律移動システムおよび自律移動方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では車輪を備えた自律移動体を例に挙げて説明するが、クローラを備える自律移動体や脚を備えるロボットなどにも本発明は適用可能であり、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（自律移動システム）
まず、本発明に係る自律移動システムの実施の形態について説明する。
【００２１】
図１に示すように、本発明に係る自律移動システム１０は、建設現場内に稼働範囲として設定した多角形状の区画１２内に配置された自律移動体１４と、この自律移動体１４に設けられた周辺形状計測手段１６と、自己位置推定手段１８と、自律移動制御手段２０と、マップ作成手段２２とを備える。
【００２２】
自律移動体１４は、区画１２内を自律的に移動可能な車輪を有する移動体であり、これに備わる周辺形状計測手段１６、自己位置推定手段１８、自律移動制御手段２０、マップ作成手段２２による各種の制御プログラムを実行するための図示しない演算処理装置（例えばＣＰＵ）と、当該制御プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶装置２４（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、フラッシュメモリ）を備えている。
【００２３】
周辺形状計測手段１６は、自律移動体１４の周辺に存在する物体（例えば建物の壁やマーカー）などの静止物の形状を計測可能なレーザーレンジファインダなどの光学センサーを含んで構成される。この周辺形状計測手段１６によって計測された周辺物体の形状は、その計測時刻とともに記憶装置２４に入力され、形状データとして記憶される。また、この周辺形状計測手段１６はマーカー位置検知手段２６と、物体位置検知手段２８を備えている。
【００２４】
マーカー位置検知手段２６は、光学センサーによる周辺形状の計測を利用して、もしくはカメラによる画像認識を利用して、多角形の区画１２の頂点部に配置されている複数のマーカーＭの位置を検知するものである。より具体的には、マーカー位置検知手段２６は、周辺形状計測手段１６によって計測された形状と、記憶装置２４に予め記憶されている既知のマーカーＭの形状パターンとをパターンマッチング（重ね合わせ）することにより、各マーカーＭの位置を検知する。パターンマッチングの具体的方法としては公知の方法を利用することができる。また、物体位置検知手段２８は、光学センサーによる周辺形状の計測を利用して、初期移動中（例えば自律移動制御手段２０の制御による初期の自律移動中）にマーカーＭ以外の物体（例えば建物の壁）の位置を検知するものである。
【００２５】
自己位置推定手段１８は、周辺形状計測手段１６による計測結果に基づいて区画内における自律移動体１４の自己位置を推定するものである。周辺形状計測による自己位置の推定方法としては公知の方法を利用することができる。また、後述するように、自己位置推定手段１８は、マップ作成手段２２により作成されたマップとマーカー位置検知手段２６による検知に基づいて区画内における自己位置を推定することができる。
【００２６】
自律移動制御手段２０は、推定した自己位置に基づいて自律移動体１４の自律移動を制御するものであり、例えば、区画１２内に予め設定した経路に沿って、自律移動体１４が目的位置まで走行するように、自己位置推定手段１８の推定結果を利用して自律移動体１４の車輪などを駆動して自律走行を制御する。
【００２７】
マップ作成手段２２は、物体位置検知手段２８の検知に基づいて区画のマップを作成するものである。上述したように、自己位置推定手段１８は、作成されたマップとマーカー位置検知手段２６による検知に基づいて区画１２内における自己位置を推定する。このように、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、自律移動体１４は、設定した区画１２内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができる。
【００２８】
上記の構成によれば、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体１４は設定された区画１２内を自己位置を検出しながら自律移動することができる。また、区画１２の頂点部にマーカーＭを設置することで、自律移動体１４の移動範囲である区画１２を簡便に設定することができ、自律移動中においても光学センサーにより区画１２を容易に検知することができる。また、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画１２内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができる。
【００２９】
なお、上記の実施の形態において、例えば区画１２外の管理室に管理装置を設けるとともに、自律移動体１４と管理装置とを無線ネットワークを介して接続し、管理装置から自律移動体１４のオンオフ、初期移動等の動作を遠隔操作するようにしてもよい。
【００３０】
（自律移動方法）
次に、本発明に係る自律移動方法の実施の形態について説明する。
【００３１】
本発明に係る自律移動方法は、上記の自律移動システム１０を用いて、作業ロボットなどの自律移動体１４が、予め設定した作業区画１２の範囲内で自己位置を推定しながら周辺形状の変化に左右されずに自律移動する方法である。
【００３２】
まず、図２に示すように、周囲に柱３０が立てられた建設現場３２内で、作業区画１２として複数の直線で構成される多角形の区画を考える。
【００３３】
次に、図３に示すように、多角形の作業区画１２の頂点部にパイロンやポールなどのマーカーＭとなる物体を設置し、作業区画１２を規定する。
【００３４】
次に、図４に示すように、作業区画１２内に自律移動体１４を設置し、これに備わる周辺形状計測手段１６の光学センサーにより周辺形状の計測を行ってマーカーＭの探索を行う。図の自律移動体１４から放射状に延びる矢印は、光学センサーの走査方向を示している。続いて、図５に示すように、計測結果からパターンマッチングによりマーカーＭの位置を検知し（マーカー位置検知工程）、作業区画１２と作業区画１２内の自己位置を推定する（自己位置推定工程）。
【００３５】
図６に示すように、自律移動体１４の光学センサーからマーカーＭの位置を常に捕捉することで、予め設定された経路を自律移動する（自律移動制御工程）。
【００３６】
ここで、マーカー位置のみからでは自己位置の推定精度が低くなる可能性もある。そこで、図７に示すように、初期移動（例えば矢印Ｙで示す作業区画内の外周経路）を行っている間、マーカーＭ以外の建物の壁３４など周囲の物体の形状計測を行い（物体位置検知工程）、マップ作成手段２２によるマップの作成を行う（マップ作成工程）。
【００３７】
以後、マーカー位置の検知と作成したマップにより自己位置を推定しながら自律移動する。このようにすれば、高精度の自己位置推定が可能となり、自律移動の精度を向上することができる。
【００３８】
以上説明したように、本発明に係る自律移動システムによれば、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体と、この自律移動体に設けられ、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知手段と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定手段と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御手段とを備えるので、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体は設定された区画内を自己位置を検出しながら自律移動することができる。
【００３９】
また、本発明に係る他の自律移動システムによれば、自律移動制御手段の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物体位置検知手段と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成手段とをさらに備え、自己位置推定手段は、作成されたマップとマーカー位置検知手段による検知に基づいて区画内における自己位置を推定するので、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができる。
【００４０】
また、本発明に係る他の自律移動システムによれば、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されているので、自律移動体が移動する区画を簡便に設定することができる。
【００４１】
また、本発明に係る自律移動方法によれば、予め設定した区画内に配置され、この区画内を自律的に移動可能な自律移動体から、区画を規定する位置に配置されているマーカーの位置を検知するマーカー位置検知工程と、この検知に基づいて区画内における自己位置を推定する自己位置推定工程と、推定した自己位置に基づいて自律移動体の自律移動を制御する自律移動制御工程とを備えるので、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自律移動体は設定された区画内を自己位置を検出しながら自律移動することができる。
【００４２】
また、本発明に係る他の自律移動方法によれば、自律移動制御工程の制御による初期の自律移動中にマーカー以外の物体の位置を検知する物体位置検知工程と、この検知に基づいて区画のマップを作成するマップ作成工程とをさらに備え、自己位置推定工程は、作成されたマップとマーカー位置検知工程による検知に基づいて区画内における自己位置を推定するので、初期の自律移動中に作成したマップを利用することで、設定した区画内で精度良く自己位置を推定しながら自律移動することができる。
【００４３】
また、本発明に係る他の自律移動方法によれば、区画は多角形状の区画であり、マーカーはこの多角形状の区画の頂点部に配置されているので、自律移動体が移動する区画を簡便に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明に係る自律移動システムおよび自律移動方法は、移動ロボットなど自律移動体の移動を制御する技術に有用であり、特に、建設現場のように周辺形状が時々刻々と変化する環境であっても、自己位置を検出して自律移動するのに適している。
【符号の説明】
【００４５】
１０  自律移動システム
１２  区画、作業区画
１４  自律移動体
１６  周辺形状計測手段
１８  自己位置推定手段
２０  自律移動制御手段
２２  マップ作成手段
２４  記憶装置
２６  マーカー位置検知手段
２８  物体位置検知手段
３０  柱
３２  建設現場
３４  壁
Ｍ  マーカー
【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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