(57)【要約】【課題】障害物検出装置と同装置を用いた自律移動ロボット、障害物検出方法、及び障害物検出プログラムにおいて、人や壁などの障害物識別を可能とする。【解決手段】３次元座標計測手段３により計測した障害物物体表面の３次元座標から、環境固定障害物識別手段１８により鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を環境固定障害物の面に対応づけて認識した環境固定障害物を除いて識別対象を単純化し、その後、障害物候補抽出手段１２により個別の障害物候補を抽出する。障害物識別手段１４において、障害物候補の３次元座標データを鉛直高さ方向に層別して特徴量組合せデータを形成し、基準データ記憶部１６に記憶している障害物モデルの組合せ基準データと比較して障害物の識別を行う。障害物認識処理を、環境固定物とその他の物体とに分けて、段階的に、かつ対象データの単純化をしながら行うことができ、効率よく的確に障害物を識別できる。【選択図】  図１９
2004326264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内の監視空間に存在する物体の表面の３次元座標を鉛直高さ方向をＹ方向、走行方向をＺ方向として定義されるＸＹＺ直交座標系において計測する３次元座標計測手段と、
計測した物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出手段と、
抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、Ｙ方向に層別し、障害物候補のＹ方向層別形状特徴量から特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルのＹ方向層別形状特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別手段とを備えたことを特徴とする障害物検出装置。
【請求項２】
建物内の監視空間に存在する物体の表面の３次元座標を鉛直高さ方向をＹ方向、走行方向をＺ方向として定義されるＸＹＺ直交座標系において計測する３次元座標計測手段と、
計測した物体表面が鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合に該連続した面を柱、壁、ドアなどの環境に固定された障害物である環境固定障害物の面に対応づけて識別する環境固定障害物識別手段を備えたことを特徴とする障害物検出装置。
【請求項３】
建物内の監視空間に存在する物体の表面の３次元座標を鉛直高さ方向をＹ方向、走行方向をＺ方向として定義されるＸＹＺ直交座標系において計測する３次元座標計測手段と、
計測した物体表面が鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合に該連続した面を柱、壁、ドアなどの環境に固定された障害物である環境固定障害物の面に対応づけて識別する環境固定障害物識別手段と、
前記環境固定障害物に対応づけて識別された物体の表面を除いた物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出手段と、
抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、Ｙ方向に層別し、障害物候補のＹ方向層別形状特徴量から特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルのＹ方向層別形状特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別手段とを備えたことを特徴とする障害物検出装置。
【請求項４】
前記障害物識別手段は、３次元座標データをＹ方向及びＺ方向に層別して形成される各Ｘ方向柱体の形状特徴量から特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルをＹ方向及びＺ方向に層別して得た各Ｘ方向柱体の形状特徴量からなる組合せ基準データと比較して識別することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の障害物検出装置。
【請求項５】
前記環境固定障害物識別手段は、計測した物体表面が所定の高さ以上において鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合、その物体表面を環境固定障害物の面に対応づけて識別することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の障害物検出装置。
【請求項６】
前記環境固定障害物識別手段は、計測した物体表面が天井部に相当する高さ位置から下方に向かう所定の範囲において鉛直方向に所定の長さ以上に連続した面を含む場合、その物体表面を環境固定障害物の面に対応づけて識別することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の障害物検出装置。
【請求項７】
前記障害物識別手段によって前記障害物候補が人を含む可能性があると判断されたとき、前記障害物モデルに付帯された人判別データに従い前記障害物候補の３次元座標データを読み出し、その障害物候補が人を含むかどうかを判別する人判別手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１、請求項３、又は請求項４のいずれかに記載の障害物検出装置。
【請求項８】
前記組合せ基準データは前記障害物モデルに設定した人の特定部分についての特徴量データを有しており、前記障害物識別手段によって前記障害物候補が人を含む可能性があると判断されたとき、人の特定部分についての特徴量データと障害物候補の特徴量組合せデータを比較し、類似度が規定範囲にあって最も類似する部分を、人の特定部分として抽出することを特徴とする請求項１、請求項３、又は請求項４のいずれかに記載の障害物検出装置。
【請求項９】
前記人の特定部分を頭部とすることを特徴とする請求項８に記載の障害物検出装置。
【請求項１０】
前記人の特定部分を脚部とすることを特徴とする請求項８に記載の障害物検出装置。
【請求項１１】
請求項３に記載の障害物検出装置を備えた自律移動ロボットであって、前記識別された環境固定障害物の種別と位置に基づいて、ロボットが進行可能な進路候補を決定する進路候補決定手段をさらに備え、
前記障害物候補抽出手段は、前記進路候補決定手段により決定された進路候補内に限定して障害物候補を抽出することを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項１２】
請求項２又は請求項３に記載の障害物検出装置を備えた自律移動ロボットであって、環境固定障害物であると識別された物体の位置データをマッピングすることにより進路決定の判断基準となる走行環境地図を新規に生成又は補充・更新する環境地図生成・更新手段をさらに備えたことを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項１３】
前記環境固定障害物識別手段は、前記走行環境地図のデータと現在計測された３次元座標データとに基づき、環境固定障害物を識別することを特徴とする請求項１２に記載の自律移動ロボット。
【請求項１４】
建物内の監視空間に存在する物体表面の３次元座標を計測する３次元計測過程と、
計測した物体表面が鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合に該連続した面を含む物体を柱、壁、ドアなどの環境に固定された障害物である環境固定障害物として識別する環境固定障害物識別過程と、
前記環境固定障害物を除いた物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出過程と、
抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、切り出した空間を鉛直方向に層別し、障害物候補の鉛直方向層別形状の特徴量を求めて組合せた特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの鉛直方向の層別形状の特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別過程とを備えることを特徴とする障害物検出方法。
【請求項１５】
建物内の監視空間に存在する障害物を検出する、コンピュータ読み取り可能な障害物検出プログラムであって、
３次元距離計測手段により計測して建物内の監視空間に存在する物体表面の３次元座標を得る３次元計測処理と、
計測した物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出処理と、
抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、切り出した空間を鉛直方向に層別し、障害物候補の鉛直方向層別形状の特徴量を求めて組合せた特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの鉛直方向の層別形状の特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１６】
建物内の監視空間に存在する障害物を検出する、コンピュータ読み取り可能な障害物検出プログラムであって、
３次元距離計測手段により計測して建物内の監視空間に存在する物体表面の３次元座標を得る３次元計測処理と、
計測した物体表面が鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合に該連続した面を含む物体を柱、壁、ドアなどの環境に固定された障害物である環境固定障害物として識別する環境固定障害物識別処理と、
前記環境固定障害物を除いた物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出処理と、
抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、切り出した空間を鉛直方向に層別し、障害物候補の鉛直方向層別形状の特徴量を求めて組合せた特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの鉛直方向の層別形状の特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば廊下などを自律して移動する移動体において、人や壁などの障害物回避や移動速度調整などの移動体の走行制御、走行経路周辺の走行環境地図の生成を可能とするための障害物検出装置と同装置を用いた自律移動ロボット、障害物検出方法、及び障害物検出プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自ら走行経路の環境を把握して目的地へと移動する自律搬送車や自律移動ロボットなどの移動体が知られている。これらの移動体が移動する場合、走行環境周辺を計測して障害物を検出することが必要であり、より詳細に移動体の走行制御や走行環境地図の生成を行うためには、検出した障害物の種類を識別することが必要である。障害物識別処理は移動中にリアルタイムで行われるので、高速に実行される必要がある。走行環境の状態と進路が決まっている場合は、進路内にある障害物を高速に信頼性高く認識することが課題となり、走行環境の状態と進路が決まっていない場合は、建物部分などの固定的環境物を認識するとともに、進路内の障害物を高速に信頼性高く認識して進路を決定することが課題となる。
【０００３】
走行経路上の障害物を検出する方法として、前方視野内の物体表面の３次元計測データを走行平面に投影して得たヒストグラムから、障害物を検出して障害物マップを生成する障害物検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、障害物の識別を行う方法として、３次元計測データから求めた形状を用いて移動車両の前方に存在する物体が車両であるか否かを識別する車両用障害物認識装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２４２９３４号公報
【特許文献２】
特開平１１−３８１４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に示されるような障害物検出方法においては、障害物の存在を検出するのみにとどまっており、障害物の種別を識別するには至っていない。そのため、移動体は障害物を回避することはできるが、例えば人のように動きの予測が難しい障害物であるか、環境に固定された障害物であるかなどの障害物の種別に応じて、きめ細かい走行制御を行うことができない。また、上述した特許文献２に示されるような車両用障害物認識装置においては、車両を認識対象としているため、車両以外の物体の識別を行うには十分とは言えない。この装置においても、移動体は障害物を回避することはできるが、障害物の種別に応じたきめ細かい走行制御を行うことができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消するものであって、建物内を移動する移動体において、人を含む障害物の回避や移動速度調整などの移動体の走行制御、走行経路周辺の走行環境地図の生成を可能とするため、人や壁などの障害物の識別を実現できる障害物検出装置と同装置を用いた自律移動ロボット、障害物検出方法、及び障害物検出プログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、建物内の監視空間に存在する物体の表面の３次元座標を鉛直高さ方向をＹ方向、走行方向をＺ方向として定義されるＸＹＺ直交座標系において計測する３次元座標計測手段と、計測した物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出手段と、抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、Ｙ方向に層別し、障害物候補のＹ方向層別形状特徴量から特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルのＹ方向層別形状特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別手段とを備えた障害物検出装置である。
【０００８】
上記構成においては、３次元座標計測手段により計測した障害物物体表面の３次元座標から、障害物候補抽出手段により個別の障害物候補を抽出し、障害物識別手段により、障害物候補の３次元座標データを鉛直高さ方向に層別して特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの組合せ基準データと比較するので、障害物モデルに基づいて障害物候補の識別を確実に行うことができる。また、移動する障害物は主に床平面（上記ＸＺ平面）に沿って移動するため鉛直方向（Ｙ方向）にはほとんど動かないので、Ｙ方向に層別して得たデータの比較により効率よく的確に障害物を識別できる。
【０００９】
請求項２の発明は、建物内の監視空間に存在する物体の表面の３次元座標を鉛直高さ方向をＹ方向、走行方向をＺ方向として定義されるＸＹＺ直交座標系において計測する３次元座標計測手段と、計測した物体表面が鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合に該連続した面を柱、壁、ドアなどの環境に固定された障害物である環境固定障害物の面に対応づけて識別する環境固定障害物識別手段を備えた障害物検出装置である。
【００１０】
上記構成においては、３次元座標計測手段により計測した障害物物体表面の３次元座標から、環境固定障害物識別手段により鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を環境固定障害物の面に対応づけるので、環境固定障害物の識別を確実に行うことができる。屋内環境における主な障害物は、柱や壁、ドアであり、これらは、鉛直方向に連続する面で構成されることが常であるので、その特徴を用いて認識することにより、効率よく的確に障害物を識別できる。
【００１１】
請求項３の発明は、建物内の監視空間に存在する物体の表面の３次元座標を鉛直高さ方向をＹ方向、走行方向をＺ方向として定義されるＸＹＺ直交座標系において計測する３次元座標計測手段と、計測した物体表面が鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合に該連続した面を柱、壁、ドアなどの環境に固定された障害物である環境固定障害物の面に対応づけて識別する環境固定障害物識別手段と、前記環境固定障害物に対応づけて識別された物体の表面を除いた物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出手段と、抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、Ｙ方向に層別し、障害物候補のＹ方向層別形状特徴量から特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルのＹ方向層別形状特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別手段とを備えた障害物検出装置である。
【００１２】
上記構成においては、３次元座標計測手段により計測した障害物物体表面の３次元座標から、環境固定障害物識別手段により鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を環境固定障害物の面に対応づけて認識した環境固定障害物を除き、その後、障害物候補抽出手段により個別の障害物候補を抽出し、障害物識別手段により、障害物候補の３次元座標データを鉛直高さ方向に層別して特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの組合せ基準データと比較するので、障害物認識処理を段階的に、かつ対象データの単純化をしながら行うことができ、効率よく的確に障害物を識別できる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項３に記載の障害物検出装置において、前記障害物識別手段は、３次元座標データをＹ方向及びＺ方向に層別して形成される各Ｘ方向柱体の形状特徴量から特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルをＹ方向及びＺ方向に層別して得た各Ｘ方向柱体の形状特徴量からなる組合せ基準データと比較して識別するものである。
【００１４】
上記構成においては、鉛直方向（Ｙ方向）だけでなく奥行き方向（走行方向、Ｚ方向）についても層別化するので、各Ｘ方向柱体について代表的な形状特徴量、例えば、Ｘ方向モデル幅の平均値、モデルのＸ方向両端における各座標値の平均値などを割り当て、その特徴量により障害物識別のためのデータ比較を行えばよく、モデルの凹凸形状を各Ｘ方向柱体毎のデータに圧縮した特徴量を用いた効率的な障害物識別ができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項２又は請求項３に記載の障害物検出装置において、前記環境固定障害物識別手段は、計測した物体表面が所定の高さ以上において鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合、その物体表面を環境固定障害物の面に対応づけて識別するものである。
【００１６】
上記構成においては、所定の高さ以上において環境固定障害物の識別を行うので、床面近傍を含める場合よりもより確実に環境固定障害物の識別を行うことができる。通常、床面付近には、環境固定障害物以外にも多数の固定物及び移動物からなる障害物が混在して計測されるが、天井に近い部分では、環境固定障害物のみが計測される。また、建物の構造は、天井から床まで同一形状のことが多い。これらの観点より、所定の高さ以上、つまり天井に近い部分の特徴に着目して環境固定障害物を確実に認識することにより、その下方にも環境固定障害物が存在すると推定することができるので、環境固定障害物の情報に基づいて環境固定障害物以外についても効率よく的確に障害物の識別ができる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項２又は請求項３に記載の障害物検出装置において、環境固定障害物識別手段は、計測した物体表面が天井部に相当する高さ位置から下方に向かう所定の範囲において鉛直方向に所定の長さ以上に連続した面を含む場合、その物体表面を環境固定障害物の面に対応づけて識別するものである。
【００１８】
上記構成においては、天井部に相当する物体表面の位置に基づいて環境固定障害物の識別を行うので、柱や壁、ドアなどの環境固定障害物の認識をより確実に行うことができる。天井面は一様な状態の部分が広く、安定して計測される環境固定障害物といえる（床面はもともと平坦で一様であるが各種の介在物が存在する）。このように、天井面から障害物の探索を開始することにより、的確に環境固定障害物の識別ができ、ひいては上述したように、環境固定障害物以外の障害物の識別も容易となる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１、請求項３、又は請求項４のいずれかに記載の障害物検出装置において、前記障害物識別手段によって前記障害物候補が人を含む可能性があると判断されたとき、前記障害物モデルに付帯された人判別データに従い前記障害物候補の３次元座標データを読み出し、その障害物候補が人を含むかどうかを判別する人判別手段をさらに備えたものである。
【００２０】
上記構成においては、例えば、予備的な事前の障害物認識処理の結果、障害物候補が人を含む可能性があるとき、人判別手段により人判別データに従い人を含むかどうかを判別するようにしたので、人を含む障害物モデルと照合し、そのモデルに最適な方法で人の存在を判別でき、的確な障害物の識別ができる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１、請求項３、又は請求項４のいずれかに記載の障害物検出装置において、前記組合せ基準データは前記障害物モデルに設定した人の特定部分についての特徴量データを有しており、前記障害物識別手段によって前記障害物候補が人を含む可能性があると判断されたとき、人の特定部分についての特徴量データと障害物候補の特徴量組合せデータを比較し、類似度が規定範囲にあって最も類似する部分を、人の特定部分として抽出するものである。
【００２２】
上記構成においては、人の特定部分についての特徴量データに基づいて人の特定部分を抽出するので、人の特徴を表す特定部分に限定して照合することにより、人を含むかどうかの判定を効率よく行うことができる。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項８に記載の障害物検出装置において、人の特定部分を頭部とするものである。
【００２４】
上記構成においては、人の特定部分を頭部としており、頭部は、手・腕等と異なり関節がなく位置・形状の変化がないので、頭部を人を特定する部分とすることにより、人かどうかの識別を効率よく的確にできる。
【００２５】
請求項１０の発明は、請求項８に記載の障害物検出装置において、人の特定部分を脚部とするものである。
【００２６】
上記構成においては、人の特定部分を脚部としており、脚部は、床面に接触またはその近傍にあるので、その位置を特定することが容易である。また、人の姿勢（前向き・後向き）に依らず、形状が変化しないため、脚部を人を特定する部分とすることにより、人かどうかの識別を効率よく的確にできる。
【００２７】
請求項１１の発明は、請求項３に記載の障害物検出装置を備えた自律移動ロボットであって、前記識別された環境固定障害物の種別と位置に基づいて、ロボットが進行可能な進路候補を決定する進路候補決定手段をさらに備え、前記障害物候補抽出手段は、前記進路候補決定手段により決定された進路候補内に限定して障害物候補を抽出するものである。
【００２８】
上記構成においては、進路候補決定手段が環境固定障害物の種別と位置に基づいて進路候補を決定し、障害物候補抽出手段がその決定された進路候補内に限定して障害物候補を抽出するので、進路候補外の障害物について識別処理をする手間を省いて、効率よく的確に障害物の識別ができる。
【００２９】
請求項１２の発明は、請求項２又は請求項３に記載の障害物検出装置を備えた自律移動ロボットであって、環境固定障害物であると識別された物体の位置データをマッピングすることにより進路決定の判断基準となる走行環境地図を新規に生成又は補充・更新する環境地図生成・更新手段をさらに備えたものである。
【００３０】
上記構成においては、環境地図生成・更新手段を備えたので、走行環境地図を持たない場合は自動的に作成でき、また、走行環境地図を持つ場合は、繰り返し走行等で計測された異なる位置や時間における計測データを用いて、死角などによる欠落データを補充し、走行環境地図の完成度を学習的に向上できる。この環境地図生成・更新手段により、特定の位置や時間において計測できなかった障害物に関する環境情報を統合して補充することができ、識別結果の精度を向上することができる。
【００３１】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の自律移動ロボットにおいて、前記環境固定障害物識別手段は、前記走行環境地図のデータと現在計測された３次元座標データとに基づき、環境固定障害物を識別するものである。
【００３２】
上記構成においては、現在計測された３次元座標データと走行環境地図とを照合して、壁やドアなどの環境固定障害物を効率的、かつ信頼性高く識別することができ、既知の障害物のデータとの照合を省くことができるので、障害物の識別時間が短縮でき、障害物認識の精度・信頼性が向上する。
【００３３】
請求項１４の発明は、建物内の監視空間に存在する物体表面の３次元座標を計測する３次元計測過程と、計測した物体表面が鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合に該連続した面を含む物体を柱、壁、ドアなどの環境に固定された障害物である環境固定障害物として識別する環境固定障害物識別過程と、前記環境固定障害物を除いた物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出過程と、抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、切り出した空間を鉛直方向に層別し、障害物候補の鉛直方向層別形状の特徴量を求めて組合せた特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの鉛直方向の層別形状の特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別過程とを備える障害物検出方法である。
【００３４】
上記方法においては、３次元計測過程により計測した障害物物体表面の３次元座標から、環境固定障害物識別過程により鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を環境固定障害物の面に対応づけて認識した環境固定障害物を除き、その後、障害物候補抽出過程により個別の障害物候補を抽出し、障害物識別過程により、障害物候補の３次元座標データを鉛直高さ方向に層別して特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの組合せ基準データと比較するので、障害物認識処理を段階的に、かつ対象データの単純化をしながら行うことができ、効率よく的確に障害物を識別できる。
【００３５】
請求項１５の発明は、建物内の監視空間に存在する障害物を検出する、コンピュータ読み取り可能な障害物検出プログラムであって、３次元距離計測手段により計測して建物内の監視空間に存在する物体表面の３次元座標を得る３次元計測処理と、計測した物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出処理と、抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、切り出した空間を鉛直方向に層別し、障害物候補の鉛直方向層別形状の特徴量を求めて組合せた特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの鉛直方向の層別形状の特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別処理とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００３６】
上記プログラムにおいては、３次元計測処理により計測した障害物物体表面の３次元座標から、障害物候補抽出処理により個別の障害物候補を抽出し、障害物識別処理により、障害物候補の３次元座標データを鉛直高さ方向に層別して特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの組合せ基準データと比較するので、障害物モデルに基づいて障害物候補の識別を確実に行うことができる。また、移動する障害物は主に床平面に沿って移動するため鉛直方向にはほとんど動かないので、鉛直方向に層別して得たデータの比較により効率よく的確に障害物を識別できる。
【００３７】
請求項１６の発明は、建物内の監視空間に存在する障害物を検出する、コンピュータ読み取り可能な障害物検出プログラムであって、３次元距離計測手段により計測して建物内の監視空間に存在する物体表面の３次元座標を得る３次元計測処理と、計測した物体表面が鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を含む場合に該連続した面を含む物体を柱、壁、ドアなどの環境に固定された障害物である環境固定障害物として識別する環境固定障害物識別処理と、前記環境固定障害物を除いた物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出処理と、抽出した障害物候補が存在する空間の３次元座標データを切り出して、切り出した空間を鉛直方向に層別し、障害物候補の鉛直方向層別形状の特徴量を求めて組合せた特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの鉛直方向の層別形状の特徴量からなる組合せ基準データと比較し、類似度が規定範囲にあれば障害物候補をこの障害物モデルに対応づけて識別する障害物識別処理とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００３８】
上記プログラムにおいては、３次元計測処理により計測した障害物物体表面の３次元座標から、環境固定障害物識別処理により鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を環境固定障害物の面に対応づけて認識した環境固定障害物を除き、その後、障害物候補抽出処理により個別の障害物候補を抽出し、障害物識別処理により、障害物候補の３次元座標データを鉛直高さ方向に層別して特徴量組合せデータを形成し、予め設定された障害物モデルの組合せ基準データと比較するので、障害物認識処理を段階的に、かつ対象データの単純化をしながら行うことができ、効率よく的確に障害物を識別できる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る障害物検出装置と同装置を用いた自律移動ロボット、障害物検出方法、及び障害物検出プログラムについて、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る自律移動ロボット１が走行する状況を示し、図２はその自律移動ロボット１の側面を示す。自律移動ロボット１は、走行環境における人６、柱７、壁８、固定物体９などの障害物を検出するとともにその障害物が何であるかを識別し、自ら適正経路を発見して目的地に向かって移動する装置である。自律移動ロボット１は、ロボット本体２に障害物検出処理手段５を備え、障害物検出処理手段５は、３次元座標計測手段３と障害物検出処理手段４とを備えて構成されている。
【００４０】
３次元座標計測手段３は、例えばロボット本体２の頭部前方に備えられており、建物内の監視空間に存在する物体の表面の３次元座標を計測する。計測に用いられる座標系は、ロボット本体２に固定された相対座標系であり、鉛直高さ方向をＹ方向、走行方向をＺ方向として定義されるＸＹＺ直交座標系である。３次元座標計測手段３は、複数のカメラを用いたものや、レーダ、レーザレーダ等のセンサ、又はこれらの組合せで構成される。３次元座標計測手段３で得られた計測データは、障害物検出処理手段４において、障害物の検出処理が行われる。障害物検出処理手段４には、ＣＰＵが搭載されており、ＣＰＵによって障害物検出プログラムが実行され、障害物の検出処理や走行経路決定が行われる。
【００４１】
図３（ａ）は同自律移動ロボット１が走行する監視空間の画像を示し、図３（ｂ）は同監視空間に存在する物体表面の距離画像を示す。距離画像データは、複数のカメラを用いて構成された、いわゆる両眼立体視（ステレオ視）による３次元座標計測手段３により得られた３次元空間における物体表面までの距離データであり、その画素に付随するデータとして、物体表面のＸＹＺ座標値を保有している。距離画像は、各画素の濃淡値として、３次元座標計測手段３により得られた距離に応じた濃淡値が入力されており、例えば、近いほど明るく、また遠くになるほど暗く表示される。
【００４２】
（実施例１）
次に、障害物検出装置による障害物識別について説明する。図４は障害物検出装置１１と同装置を用いた自律移動ロボット１０のブロック構成例を示し、図５は障害物検出処理フローの概要を示す。障害物検出装置１１の障害物検出処理手段４は、３次元座標計測手段３により計測（検出）した物体表面の３次元座標より個別の障害物候補を抽出する障害物候補抽出手段１２と、各障害物候補が何であるかを所定の障害物モデル（後述）に対応づけて識別する障害物識別手段１４とを備えている。
【００４３】
障害物検出処理手段４で行われる処理フローの概要を説明する。まず、３次元座標計測手段３によって計測された３次元座標計測データが読み込まれ（Ｓ１）、ラベリング処理、パターンマッチング、グルーピング処理などによって、障害物候補が抽出される（Ｓ２）。各障害物候補について、予め準備した複数の障害物モデルとの立体的なデータ比較による識別が行われ（Ｓ３）、全ての障害物候補について識別が行われて処理が終了する（Ｓ４）。
【００４４】
障害物モデルと立体的なデータ比較に用いる基準データについて説明する。図６は障害物モデルのデータ空間を示す。図７（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ障害物モデルの正面図、側面図、平面図を示し、図８（ａ）は同モデルの斜視図、図８（ｂ）（ｃ）は同モデルの水平断面図を示す。また、図９（ａ）〜（ｃ）は同モデルが垂直軸回りに回転した状態の正面図、側面図、平面図を示し、図１０（ａ）（ｂ）は同モデルの水平断面図を示す。
【００４５】
障害物モデルは、走行経路上に存在すると思われる、人、椅子、車椅子、台、移動台車、植木鉢、置物など、又は、それらの要部、例えば人の顔、脚部などを識別するために準備するものである。これらの障害物モデルは、その表面座標データや形状特徴量が計測されて組合せ基準データとして記憶される。表面座標データは、図６に示されるような、障害物モデルを包含するＸＹＺデータ空間である障害物モデル空間２３において計測される。また、Ｙ方向とＺ方向に層別化されて形成された各Ｘ方向柱体についてのデータとして記憶される。
【００４６】
例えば、図７、図８に示されるように、椅子に腰掛けた状態の人について、その人の部分だけの障害物モデルについて組合せ基準データを求める場合、モデルの方向角が決められ、Ｙ及びＺ方向に層別化される。この図の場合、−Ｚ方向、つまり３次元座標計測手段３に対面した（正面を向いた）状態になっている。この状態で、Ｙ＝ｙ１，及びＹ＝ｙ２断面を見ると、図８（ｂ）（ｃ）のようになる。３次元座標計測手段３によって計測される座標は、３次元座標計測手段３に対面した表面の座標だけである。従って、実際に計測されるデータと比較する障害物モデルの形状特徴量として、層別した断面における各層を（Ｙ層、Ｚ層）と表現すると、例えば（ｉ２，ｊ２）層ではａ１，ａ２、（ｉ２，ｊ３）層ではｂ、（ｉ１，ｊ１）層ではｃ１，ｃ２によって表されるＸ方向の線分を用いることができる。障害物モデルの組合せ基準データとして、これらのＸ方向の線分に関する値、例えば、線分長の和、各線分の両端の座標値、などを記憶する。
【００４７】
また、障害物モデルの見え方は、３次元座標計測手段３と向き合う相対角度によって異なるので、モデルの方向角毎に基準データを生成記憶する必要がある。モデルの方向角θ＝４５゜の例が、図９、図１０に示されている。モデルの方向角θとして、例えばΔθ＝１５゜毎に変化させる。また、層別化のピッチＰｙ、Ｐｚは、対象物により異なるが、例えば、Ｙ方向にはＰｙ＝５ｃｍ単位で層別し、Ｚ方向にはＰｚ＝２．５ｃｍ単位で層別する。
【００４８】
上述の障害物モデルの基準データ生成・記憶処理のフローを、図１１に従って説明する。まず、障害物モデルの３次元データを設定する（Ｓ１０１）。このデータは、実モデルの３次元計測結果データや３Ｄ−ＣＡＤにより生成したデータを用いることができる。次に、モデルの最大幅から層別数Ｎｙ，Ｎｚを決定し、また、モデルの方向角度の分割数Ｎｔを決定する（Ｓ１０２）。モデルの方向角度設定（Ｓ１０３）、モデル層別化（Ｓ１０４）を行い、モデルの形状特徴量Ｆ（ｉ，ｊ；ｋ）を求めて記憶する（Ｓ１０５）。モデルの形状特徴量としては、前述のように各層におけるＸ方向断面長（Ｘ方向幅）を用いることができ、Ｘ方向断面が不連続の場合は、そのまま複数の値を、又は積算した値を用いることができる。モデル識別引数ｋは、障害物モデルの違い、及びその方向角度の違いまで識別する引数である。このような処理を、１つのモデルの全角度について（Ｓ１０６）、また、他モデルについて行って終了する（Ｓ１０７）。
【００４９】
障害物識別処理の詳細について説明する。図１２（ａ）〜（ｄ）は、抽出された障害物候補について、それぞれある水平面における３次元座標計測点の例を示す。３次元座標計測手段によって得られた３次元計測データは、障害物候補抽出手段１２の障害物候補抽出部１３によって、３次元距離が近いものがグルーピングされ、個別の障害物候補として抽出される。３次元座標計測手段３で計測されたデータは、前述のように、３次元座標計測手段３に対面する表面の点、例えば点ｅ等だけである。障害物候補のデータ空間は、これらの測定点から形成される表面により、その前面部Ａとその背面部Ｂとに２分される。
【００５０】
このようなデータ特性をもつ障害物候補について行われる障害物識別処理について説明する。図１３は障害物識別処理フローを示す。まず、上述のようにして抽出された障害物候補の３次元データを切り出し（作業メモリに記憶する、Ｓ２０１）、データ空間のＹ方向層別（Ｓ２０２）と，Ｚ方向層別（Ｓ２０３）を行う。これらの層別化、及び障害物候補空間の概念は、障害物モデルについて説明した図６に示す障害物モデル空間におけるのと同じである。次に、障害物モデルから組合せ基準データＦ（ｉ，ｊ；ｋ）を生成したのと同様に、層別化して形成された各Ｘ方向柱体から特徴量組合せデータＷ（ｉ，ｊ）を取得する（Ｓ２０４）。次に、次の式（１）で定義される障害物候補と障害物モデルｋとの類似度Ｓｋを算出する。
【００５１】
【式１】
2004326264.tif 000003
【００５２】
この類似度Ｓｋは小さいほど類似が良いことを表す。予め準備した障害物モデルの全てについて類似度を算出し（Ｓ２０６でＹｅｓ）、その後、類似度Ｓｋの最小値Ｓと、そのときの障害物モデルの識別引数、例えばｐを求める（Ｓ２０７）。次に、最小値Ｓと所定の既定値ｔ１と比較し、最小値Ｓが既定値ｔ１以下であれば（Ｓ２０８でＹｅｓ）、抽出された障害物候補は、障害物モデルとの類似度が規定範囲にあるとされ、「障害物モデルｐに対応する」として識別される。既定値ｔ１以下となる最小値Ｓがない場合は（Ｓ２０８でＮｏ）、「該当モデルなし」とされる。この判定結果は、ロボット本体に渡され、検出された障害物の種別に応じて、進路や移動速度が変更される。
【００５３】
上述において、Ｚ方向の層別を複数の層で行っているが、処理を簡略化するために１層としてもよい。なお、類似度は、以下の式（２）に示すように、正規化したものを用いてもよく、式（２）の場合は、類似度Ｓｋが大きいほど類似が良いことになる。また、分母及び分子においてｉ，ｊに関する和を求める場合、各項を二乗して和を求めたものを用いてもよく、類似度として適宜定義して用いることができる。
【００５４】
【式２】
2004326264.tif 000004
【００５５】
（実施例２）
次に、他の障害物検出装置について説明する。図１４は他の障害物検出装置２１と同装置を用いた自律移動ロボット２０のブロック構成を示す。この障害物検出装置２０は、前述同様に、自律移動ロボット２０の進行方向の情景を計測する３次元座標計測手段３を備えている。また、障害物検出処理手段４には、環境固定障害物識別手段１８を備えている。この環境固定障害物識別手段１８の環境固定識別部１９では、３次元座標計測手段３により得られた３次元データを処理して、鉛直方向に連続してデータが存在する部分を検出することにより、その鉛直方向に所定の大きさ以上に連続した面を、柱や壁、ドアなどの環境固定障害物の面に対応づけて検出物体を環境固定障害物として識別する。
【００５６】
例えば、屋内環境における主な障害物は、柱や壁、ドアであり、これらは、鉛直方向に連続する面で構成されることが常であるので、その特徴を用いて認識することにより、効率よく的確に障害物を識別できる。この判定結果は、ロボット本体２に渡され、検出された障害物の種別に応じて、進路や移動速度が変更される。
【００５７】
環境固定障害物識別部１９で行われる処理について説明する。図１５は環境固定障害物識別処理フローを示し、図１６はこの処理において用いられる２次元ヒストグラムを示す。まず３次元座標計測データから既定下限値Ｙｂ以下、及び既定上限値Ｙｃ以上のＹ座標値を有する測定点を除いたデータ点集合Ｄ（ｘ、ｙ、ｚ）が求められる（Ｓ３０１）。ここで、既定下限値Ｙｂは、環境固定障害物以外の障害物がほぼ存在しない領域の下限高さであり、既定上限値Ｙｃは、例えば３次元座標計測手段３のロボット本体２への取り付け位置の情報と天井高さ情報から求めた天井の位置である。既定下限値Ｙｂは人間の身長以上とする必要があり、床面から２００ｃｍ程度に設定するのが適切である。
【００５８】
このようにして求めた３次元データ点集合Ｄ（ｘ、ｙ、ｚ）を、図１６に示すようにグリッド幅ｇｘ、ｇｚのセルで分割したＸＺ平面に投影し、その２次元ヒストグラムを作成する（Ｓ３０２）。その際、Ｙ方向の計測分解能に応じた重みを付与して投票（度数積算）する。その後、規定値ｔ２以上の投票値を持つセルＣｘｚを抽出し（Ｓ３０３）、そのセルＣｘｚに対応した位置のＸ座標とＺ座標を求めて、その位置を環境固定障害物が存在する位置として識別する（Ｓ３０４）。その位置情報Ｘ、Ｚをロボット本体に渡す。セルのグリッド幅ｇｘ、ｇｚは、そのセルの位置での計測分解能に応じて、場所ごとに変化させて設定することにより、適切に環境固定障害物の識別ができる。なお、計測距離（計測する位置）によって計測分解能が異なり、遠いほど計測精度が低下するため、セルのグリッド幅ｇｘ、ｇｚは、そのセルの位置でのＸ方向及びＺ方向の計測分解能に応じて、場所ごとに変化させて設定してもよく、この場合にセル数を少なくして、適切に環境固定障害物の識別ができる。
【００５９】
（実施例３）
次に、同上障害物検出装置２１の環境固定障害物識別部１９で行われる他の環境固定障害物識別処理の例について説明する。図１７（ａ）は距離画像を示し、図１７（ｂ）は同距離画像と実空間との関係を示す。この距離画像は、３次元座標計測データＤ（ｘ、ｙ、ｚ）を透視変換してえられたものである。距離画像の各画素は、計測データ点のｘ、ｙ、ｚ座標値を保有している。水平な天井４５及び床４３を有し、垂直な壁４４を有する室内環境の場合、距離画像は以下の性質を有する。この距離画像において、矢印ｕ１で示されるように、画像の上方から下方に向けて走査する場合の座標の変化について説明する。上端から点Ｍに至るまでは、天井４５部分であり、Ｙ座標が一定である。距離画像における点Ｍは、図１７（ｂ）に示す実空間における点Ｍ１に相当する。また、点Ｍから下方の点Ｎに至る線上は、Ｙ座標が天井４５から床４３に向かって減少しており、他方、Ｘ、Ｚ座標は一定である。距離画像における点Ｎは、実空間における点Ｎ１に相当する。
【００６０】
このような性質を持つ距離画像を用いた環境固定障害物識別処理を説明する。図１８はその処理フローを示す。まず、３次元座標計測データＤ（ｘ、ｙ、ｚ）を透視変換して距離画像Ｉ（ｕ、ｖ）を作成する（Ｓ４０１）。次に、ｕ座標を左端に設定し（Ｓ４０２）、ｖ座標軸に沿って上方から下方に向けて走査する（Ｓ４０３）。このとき、天井と壁の境界点画素Ｐを１画素決定する（Ｓ４０４）。画素Ｐに対応する測定点Ｐ１のＹ座標値ｙは、Ｙｃ−ΔＹ＜ｙ≦Ｙｃ＋ΔＹを満たすものとする。Ｙｃは天井の高さであり、ΔＹは測定精度等から決められる共用範囲である。このとき、Ｐ１の座標は（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）であるとする。
【００６１】
続いて、上記同様に、天井近傍の壁の点の画素Ｑを１画素決定する（Ｓ４０５）。画素Ｑに対応する測定点Ｑ１のＹ座標値ｙは、ｙ＜Ｙｃ−ΔＹを満たすものとする。このとき、Ｑ１の座標は（ｘｑ、ｙｑ、ｚｑ）であるとする。
【００６２】
この後、画素Ｑより下方のｖ座標において、略鉛直な壁の略鉛直線上の点に対応する画素Ｗを探索する（Ｓ４０６）。このとき、床のＹ座標をＹｆとすると、画素Ｗに対応する測定点のＹ座標値ｙは、Ｙｆ＜ｙ≦ｙｑ（天井／床間の点）を満たし、Ｘ、Ｚ座標値は、ある既定値βに対して｜ｘ−ｘｑ｜≦β、｜ｚ−ｚｑ｜≦β（測定点Ｑ１の略鉛直下方）を満たすものとする。これらの条件を満たす画素Ｗを画素集合Ｒに登録する。
【００６３】
続いて、画素集合Ｒ内の画素数ｎを求め（Ｓ４０７）、画素数から実空間における実際の上下方向の長さＬｙを、Ｌｙ＝ｎ×αによって求める（Ｓ４０８）。ここで乗数αは、画素に対するＹ方向長さ換算係数である。
【００６４】
続いて、長さＬｙを既定長γと比較し、既定長γより大きければ（Ｓ４０９でＹｅｓ）、前出の点Ｑ１の座標（ｘｑ、ｚｑ）を環境固定障害物の存在する座標とする（Ｓ４１０）。また、長さＬｙが既定長γより小さければ（Ｓ４０９でＮｏ）、環境固定障害物はないとする（Ｓ４１１）。このような一連の処理を、次のｕ座標を設定して行い（Ｓ４１４）、ｕ座標が右端にくると、抽出した画素に対応する位置情報（Ｘ座標とＺ座標）を移動ロボットに渡して終了する（Ｓ４１２でＹｅｓ）。
【００６５】
（実施例４）
次に、さらに他の障害物検出装置について説明する。図１９は他の障害物検出装置３１と同装置を用いた自律移動ロボット３０のブロック構成を示す。この障害物検出装置３１及び自律移動ロボット３０は、図４及び図１４に示される障害物検出装置の構成機能を併せ持つものであり、両方の機能を備えることでより高度な障害物検出及び識別処理をすることができる。環境固定障害物識別手段１８の環境固定障害物識別部１９では、３次元座標計測手段３から得られた３次元座標計測データを処理して、鉛直方向に連続してデータが存在する部分を検出することにより、検出物体を環境固定障害物として識別する。
【００６６】
また、障害物候補抽出手段１２の障害物候補抽出部１３では、３次元座標計測手段３から得られた３次元座標計測データから、上記環境固定障害物識別部１９において環境固定障害物として認識された物体の３次元座標計測データを除外する。次に、その３次元座標計測データを処理して、３次元空間における距離が近いものをグルーピングすることにより個別の障害物候補を抽出する。
【００６７】
障害物識別手段１４の部障害物識別部１５では、抽出された各々の障害物候補と基準データ記憶部１６に予め記憶している基準データ（障害物モデル）との照合を行い、類似度が規定範囲にある場合に、その障害物候補は当該の障害物モデルであると判定する。この判定結果は、ロボット本体２に渡され、検出された障害物の種別に応じて、進路や移動速度が変更される。
【００６８】
（実施例５）
次に、さらに他の障害物検出装置について説明する。図２０は他の障害物検出装置４１と同装置を用いた自律移動ロボット４０のブロック構成を示す。この障害物検出装置４１及び自律移動ロボット４０は、前出の図４に示される障害物検出装置１１の構成機能に、さらに人判別手段３２、及び人判別部３３を備えたものである。以下において、人判別部３３における人判別処理について説明する。この人判別処理によると、障害物候補を人を含む障害物モデルと照合し、そのモデルに最適な方法で人の存在を判別でき、的確な障害物の識別ができる。
【００６９】
人判別処理は２段階で行われる。例えば、障害物認識部１５において、Ｚ方向の層別数を１層で行い、また、Ｙ方向の層間隔を大きくするなどの方法で、大まかな特徴で障害物識別を行い、その後、人が存在しそうな障害物候補についてだけ、人判別部３３において詳細に人判定が行われる。
【００７０】
椅子に座っている人の判別について説明する。図２１は椅子に座っている状態の人の部分だけの障害物モデルを示し、図２２は椅子に座る正面向きの人の判別処理フローを示す。椅子に座った状態の人の特徴量として、下腿長Ｌｄ、頭長Ｌｈ、膝部相当長（大腿長）Ｌｕなどが上げられる。例えば、これらの特徴量により人判別が行われる。椅子に座る正面向きの人の判別処理として、まず、椅子に座る正面向きの人を含むと思われる障害物候補の３次元座標点データがデータ空間Ｄとして抽出される（Ｓ５０１）。以下このデータ空間Ｄについて処理が行われる。「椅子に座る正面向きの人間」は、上半身の代表部位としての頭部の位置と足の位置とが大腿部の長さに相当する距離だけ離れているという知識に基いて検証される。つまり、この場合の人判定は、脚部のＺ座標と頭部のＺ座標から膝部奥行き長を算出して、大腿長の既定値と比較することで行われる。
【００７１】
上述のデータ空間Ｄから脚部データが抽出されてデータ集合Ｄｉとされる（Ｓ５０２）。データ集合Ｄｉのデータは、Ｙ座標が、Ｙｆ≦ｙ≦Ｙｆ＋Ｌｄを満たす３次元座標計測点データである。ここで、Ｙｆは床面座標、Ｌｄは既定の下腿長である。次に、データ集合Ｄｉの測定点のＺ座標の平均値が、脚部の代表点として求められる（Ｓ５０３）。また、頭部について、脚部と同様に、データ空間Ｄから頭部データが抽出されてデータ集合Ｄｊとされる（Ｓ５０４）。データ集合Ｄｊのデータは、Ｙ座標が、Ｙｍ−Ｌｈ≦ｙ≦Ｙｍを満たす３次元座標計測点データである。ここで、Ｙｍは頭部位置、Ｌｈは既定の頭長である。次に、データ集合Ｄｈの測定点のＺ座標の平均値が、頭部の代表点として求められる（Ｓ５０５）。
【００７２】
続いて、脚部代表点Ｚｆと頭部代表点Ｚｈの差として膝部相当長Ｌ＝｜Ｚｈ−Ｚｆ｜が求められる（Ｓ５０６）。この膝部相当長Ｌが、所定の範囲にあるかどうか、即ち、Ｌｕ−ｔ≦Ｌ≦Ｌｕ＋ｔを満たすかどうか調べられる（Ｓ５０７）。ここで、Ｌｕは既定の大腿長であり、ｔは計測誤差許容値である。膝部相当長Ｌが、上記の範囲内にあれば（Ｓ５０７でＹｅｓ）、障害物候補は「椅子に座る正面向きの人」であると判定され（Ｓ５０８）、範囲内になければ（Ｓ５０７でＮｏ）、正面向きの人でないとされる（Ｓ５０９）。この判定結果は、ロボット本体に渡され、進路や移動速度が変更される。
【００７３】
（実施例６）
次に、上記の障害物検出装置４１における人の頭部モデルを用いた人存在判別処理について説明する。図２３（ａ）は人の障害物モデルを示し、図２３（ｂ）はその顔部データを層別したもの、図２３（ｃ）は頭部の水平断面における外形を示す。基準データ記憶部１６には、障害物モデルとして、人の特定部分のモデルも記憶されており、人が存在しそうな場合に人の特定部分のモデルを用いて人の存在判定が行われる。例えば、頭部モデルを層別化したＸ方向柱体内における顔の断面長に相当する量が頭部の組合せ基準データＦ（ｉ，ｊ）として記憶されている。
【００７４】
人の頭部モデルを用いた人存在判別処理フローを、図２４により説明する。まず、人を含むと思われる障害物候補の３次元座標点データがデータ空間Ｄとして抽出される（Ｓ６０１）。以下このデータ空間Ｄについて、前出の図１３障害物識別処理フローと略同様の手順で処理が行われる。このデータ空間Ｄから頭部データが抽出されてデータ集合Ｄｈとされる（Ｓ６０２）。データ集合Ｄｈのデータは、Ｙ座標が、Ｙｍ−Ｌｈ≦ｙ≦Ｙｍを満たす３次元座標計測点データである。ここで、Ｙｍは頭部位置、Ｌｈは既定の頭長である。次に、データ集合ＤｈがＹ方向（Ｓ６０３）と、Ｚ方向（Ｓ６０４）に層別される。
【００７５】
この層別化して形成された各Ｘ方向柱体から、図２３（ｃ）に示すように、顔の特徴量である特徴量組合せデータＷ（ｉ，ｊ）を取得する（Ｓ６０５）。次に、顔の正面候補と頭部モデルとの類似度Ｓを次の式（３）により算出する（Ｓ６０６）。
【００７６】
【式３】
2004326264.tif 000005
【００７７】
この類似度Ｓは小さいほど類似が良いことを表す。次に、類似度Ｓと、所定の既定値ｔ３と比較し、類似度Ｓが既定値ｔ３以下であれば（Ｓ６０７でＹｅｓ）、抽出された障害物候補は、頭部モデルとの類似度が規定範囲にあるとされ、「正面向きの人」として識別され（Ｓ６０８）、既定値ｔ３以下でない場合（Ｓ６０７でＮｏ）、「正面向きの人」でないとされる（Ｓ６０９）。この判定結果は、ロボット本体に渡され、検出された障害物の種別に応じて、進路や移動速度が変更される。なお、類似度は、以下の式（４）に示すように、正規化したものを用いてもよく、式（４）の場合は、類似度Ｓが大きいほど類似が良いことになる。また、分母及び分子においてｉ，ｊに関する和を求める場合、各項を二乗して和を求めたものを用いてもよく、類似度として適宜定義して用いることができる。
【００７８】
【式４】
2004326264.tif 000006
【００７９】
ここで、頭部モデルは、個人が特定できる場合はその人物の頭部形状データを用いる。個人が特定できない場合は、例えば、人の顔の形、鼻高などの平均値を用いた平均頭部形状データを用いる。このように、人の特定部分を頭部として人の存在を判定する場合、頭部は、手・腕等と異なり関節がなく位置・形状の変化がないので、人かどうかの識別を効率よく的確にできる。
【００８０】
また、３次元座標計測手段３としてカメラを用いており、輝度（カラー）情報が３次元座標とともに得られる場合には、層別した各層を代表する特徴量として頭部幅Ｗ（ｉ、ｊ）に加えて、各層内の平均輝度値（カラーの場合はＲＧＢ各成分の平均輝度値）を用いることもできる。また、平均値に限定するのではなく、輝度（カラー）情報そのものも用いることができる。なお、カラー情報を特徴量に用いた場合は、肌の色や髪の色が所定部位に存在するかどうかを判別して、人の検出の精度や信頼性を高めることができる。
【００８１】
（実施例７）
次に、上記の障害物検出装置４１における人の脚部モデルを用いた人存在判別処理について説明する。図２５は人の脚部モデルを用いた人の存在判別処理フローを示す。上述したように、障害物識別部１５において判定された障害物モデルが、例えば椅子や車椅子に座る人間のように、人を含む可能性がある場合は、人の特定部分のモデルを用いて人の存在が判定される。人の特定部分のモデルとして、脚部のモデルを用いた場合が、本例である。３次元座標計測手段３のロボット本体２への取り付け位置の情報から、３次元座標計測手段３から観測した床面の位置（Ｙ＝Ｙｆ）を事前に求めておく。また、下腿（膝下部）の既定の長さをＬｄとする。
【００８２】
まず、３次元座標計測データのうち、脚部データに相当する部分を抽出してデータ集合Ｄｆとする（Ｓ７０１）。データ集合Ｄｆのデータは、Ｙ座標が、Ｙｆ≦ｙ≦Ｙｆ＋Ｌｄを満たす３次元座標計測点データである。ここで、Ｙｆは床面位置、Ｌｄは既定下腿長である。次に、データ集合Ｄｆのデータ点をＸＹ平面に投影し、脚部投影画像Ｉｆを作成する（Ｓ７０２）。脚部投影画像Ｉｆから領域抽出処理（例えば、画像処理におけるラベリング処理）を行い、物体領域Ａｏを抽出する（Ｓ７０３）。物体領域Ａｏの面積が脚の大きさに相当する領域を抽出して足部領域Ａｆに登録する（Ｓ７０４）。ここで、足部領域Ａｆは、Ｓｆ−ｔ４≦（Ａｏの面積）≦Ｓｆ＋ｔ４を満たす領域ａｏであり、Ｓｆは既定面積、ｔ４は許容しきい値である。次に、足部領域Ａｆの中で、人間の右足と左足の位置関係にその組合せが合っている組を見つける。その組があれば（Ｓ７０５でＹｅｓ）、その組の足部領域Ａｆに人が存在すると判定し（Ｓ７０６）、無ければ人は存在しないと判定する（Ｓ７０７）。
【００８３】
このように、人の特定部分を脚部として人の存在を判定する場合、脚部は、床面に接触またはその近傍にあるので、その位置を特定することが容易である。また、人の姿勢（前向き・後向き）に依らず、形状が変化しないため、人かどうかの識別を効率よく的確にできる。
【００８４】
上述では「椅子に座る人間」を例としていたので、膝下に相当する部分の３次元データのみを利用したが、「立っている人間」の場合には、大腿部も含めた部分の３次元データを利用し、左右の大腿部と左右の下腿部の４つの部分の組合せをもって判定を行うことができる。
【００８５】
（実施例８）
次に、さらに他の障害物検出装置について説明する。図２６は他の障害物検出装置５１と同装置を用いた自律移動ロボット５０のブロック構成を示す。この障害物検出装置５１及び自律移動ロボット５０は、前出の図１９に示される障害物検出装置３１の構成機能に、さらに進路候補決定手段３４、及び進路候補決定部３５を備えたものである。
【００８６】
この障害物検出装置５１の環境固定障害物識別部１９では、前述のように、３次元座標計測手段３から得られた３次元座標計測データを処理して、鉛直方向に連続してデータが存在する部分を検出することにより、検出物体を環境固定障害物として識別する。続いて、進路候補決定部３５では、検出された環境固定障害物の位置情報と目的地の位置情報を基に、移動可能な進路候補が決定される。また、障害物候補抽出部１３では、上記進路候補決定部３５で決定された進路候補上の物体の３次元座標計測データに限定した上で、３次元距離が近いものをグルーピングすることにより個別の障害物候補を抽出する処理が行われる。障害物識別部１５では、上述の何れかと同様の処理が行われる。
【００８７】
上述の進路候補決定部３５における進路候補決定の処理について説明する。図２７は進路候補決定処理フローを示す。まず、環境固定障害物の位置データ列ＥをＸＺ平面に投影することにより、環境固定障害物マップＭが作成される（Ｓ８０１）。この環境固定障害物マップ上で、ロボット本体２の位置から環境固定障害物上の点を結んだ延長線上であってロボット本体とは反対側となる部分、つまり死角部分を、全て環境固定障害物として拡張する（Ｓ８０２）。その後、マップ上で環境固定障害物でない領域に対して、ボロノイ線図（障害物領域間の隙間の中点を結ぶ線からなる図）を作成し（Ｓ８０３）、そのボロノイ線図の中から、進路候補を選択して決定する（Ｓ８０４）。
【００８８】
（実施例９）
次に、さらに他の障害物検出装置について説明する。図２８は他の障害物検出装置６１と同装置を用いた自律移動ロボット６０のブロック構成を示す。この障害物検出装置６１及び自律移動ロボット６０は、前出の図１４に示される障害物検出装置２１の構成機能に、さらに環境地図生成・更新手段３６、及び環境地図生成・更新部３７、環境地図記憶部３８を備えたものである。
【００８９】
この障害物検出装置６１では、環境固定障害物識別部１９において、前出同様に、検出物体を環境固定障害物と識別する。そして、環境地図生成・更新部３７では、環境固定障害物であると識別された物体の位置データをマッピングすることにより、環境地図記憶部３８が走行環境地図を有さない場合は走行環境地図を新規に生成し、また、有する場合は走行環境地図を補充・更新する。
【００９０】
環境地図生成・更新部における処理を、図２９の処理フローにより説明する。まず、３次元座標計測点データの絶対座標表示化が行われる（Ｓ９０１）。ロボット本体２に固定されたＸＹＺ座標系は相対座標であり、これにより表示されている環境固定障害物データＥを、例えば建物に固定した座標系による、絶対座標表示の環境固定障害物データＧに変換する。この場合、ロボット本体は、例えば、走行記録機能、ジャイロ、ＧＰＳ等により絶対座標系における自己位置認識機能を備えたものである。
【００９１】
続いて、環境地図記憶部３８が走行環境地図を有さない場合（Ｓ９０２でＮｏ）、環境固定障害物データＧをＸＺ平面に投影し、走行環境地図が作成される（Ｓ９０３）。また、環境地図記憶部３８が走行環境地図を有する場合（Ｓ９０２でＹｅｓ）、環境固定障害物データＧを、既に有する走行環境地図上へマッピングし、走行環境地図を更新する（Ｓ９０４）。それと同時に、走行環境地図上の各点に対して計測回数を記録し（Ｓ９０５）、計測回数がしきい値以下である点のデータは、計測誤差によるか、移動した物体である可能性が高いので、削除する（Ｓ９０６）。このような処理が、例えば、３次元座標計測が行われる毎に繰り返される。
【００９２】
このように、繰り返し走行等で計測された異なる位置や時間における計測データを用いて、死角などによる欠落データを補充し、走行環境地図の完成度を学習的に向上できる。この環境地図生成・更新手段により、特定の位置や時間において計測できなかった障害物に関する環境情報を統合して補充し、識別結果の精度を向上することができる。
【００９３】
（実施例１０）
次に、さらに他の障害物検出装置について説明する。図３０は他の障害物検出装置７１と同装置を用いた自律移動ロボット７０のブロック構成を示す。この障害物検出装置７１及び自律移動ロボット７０は、前出の図２８に示される障害物検出装置６１のブロック構成において、環境地図記憶部３８からの環境地図情報を環境固定障害物識別部１９にフィードバックする構成になったものである。
【００９４】
環境固定障害物識別部１９において、３次元座標計測手段３から得られた３次元データのうち、走行環境地図上の環境固定障害物に対応するものは、予め環境固定障害物と識別し、それ以外のデータに関して、上述のいずれかに示すような方法で、環境固定障害物を識別する。このように、走行環境地図のデータと現在計測された３次元座標データとに基づき、壁やドアなどの環境固定障害物を効率的、かつ信頼性高く識別することができ、既知の障害物のデータとの照合を省くことができるので、障害物の識別時間が短縮でき、障害物認識の精度・信頼性が向上する。
【００９５】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。また、上述した本発明に係る障害物検出の方法、及びその障害物検出処理を記述したコンピュータ読み取り可能なプログラムは、例えば、工場、病院、事務所などの室内で移動する移動体の自律移動の制御に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る自律移動ロボットが走行する状況を示す斜視図。
【図２】同上自律移動ロボットの側面図。
【図３】（ａ）は同上自律移動ロボットが走行する監視空間を示す画像、（ｂ）は同監視空間に存在する物体の表面の距離画像。
【図４】本発明の一実施形態に係る障害物検出装置と同装置を用いた自律移動ロボットのブロック構成図。
【図５】本発明の一実施形態に係る障害物検出処理フロー図。
【図６】同上障害物検出装置で用いられる障害物候補空間及び障害物モデル空間の概念図。
【図７】（ａ）は本発明の一実施形態に係る障害物モデルの例を示す正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同平面図。
【図８】（ａ）は同上障害物モデルの斜視図、（ｂ）（ｃ）は同水平断面図。
【図９】（ａ）は同上障害物モデルの回転した例を示す正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同平面図。
【図１０】（ａ）（ｂ）は同上障害物モデルの水平断面図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る基準データ生成・記憶処理のフロー図。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る水平面における３次元座標計測データの例を示す概念図。
【図１３】本発明の一実施形態に係る障害物識別処理フロー図。
【図１４】本発明の一実施形態に係る障害物検出装置と同装置を用いた他の例を示す自律移動ロボットのブロック構成図。
【図１５】本発明の一実施形態に係る環境固定障害物識別処理フロー図。
【図１６】同上環境固定障害物識別処理に用いられる２次元ヒストグラム図。
【図１７】（ａ）は同上環境固定障害物識別処理における距離画像の例、（ｂ）は同距離画像と実空間との関係を説明する図。
【図１８】本発明の一実施形態に係る距離画像を用いた環境固定障害物識別処理フロー図。
【図１９】本発明の一実施形態に係る障害物検出装置と同装置を用いたさらに他の例を示す自律移動ロボットのブロック構成図。
【図２０】本発明の一実施形態に係る障害物検出装置と同装置を用いたさらに他の例を示す自律移動ロボットのブロック構成図。
【図２１】本発明の一実施形態に係る障害物モデルの例を示す側面図。
【図２２】本発明の一実施形態に係る椅子に座る正面向きの人の判別処理フロー図。
【図２３】（ａ）は本発明の一実施形態に係る障害物モデルの例を示す正面図、（ｂ）は同モデルの頭部の斜視図、（ｃ）は同頭部の水平断面外形図。
【図２４】本発明の一実施形態に係る人の頭部モデルを用いた人存在判別処理フロー図。
【図２５】本発明の一実施形態に係る人の脚部モデルを用いた人存在判別処理フロー図。
【図２６】本発明の一実施形態に係る障害物検出装置と同装置を用いたさらに他の例を示す自律移動ロボットのブロック構成図。
【図２７】本発明の一実施形態に係る進路候補決定処理フロー図。
【図２８】本発明の一実施形態に係る障害物検出装置と同装置を用いたさらに他の例を示す自律移動ロボットのブロック構成図。
【図２９】本発明の一実施形態に係る環境地図生成・更新処理フロー図。
【図３０】本発明の一実施形態に係る障害物検出装置と同装置を用いたさらに他の例を示す自律移動ロボットのブロック構成図。
【符号の説明】
１、１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０  自律移動ロボット
２  ロボット本体
３  ３次元座標計測手段
４  障害物検出処理手段
５，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１  障害物検出装置
７  柱
１２  障害物候補抽出手段
１４  障害物識別手段
１８  環境固定障害物識別手段
２４  Ｘ方向柱体
２５  障害物モデル
３２  人判別手段
３６  環境地図生成・更新手段
４４  壁
４５  天井
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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