(57)【要約】【課題】作業現場のような錯綜した環境下でも多数のターゲットマーカーを個々に識別しながら容易に見つけ出し、自己位置を高精度に同定できるようにする。【解決手段】作業現場内の所定位置にターゲットマーカー１９ａ〜１９ｃを配置し、移動台車１０側に取り付けたカメラ１１を１つ目のターゲットマーカー１９ａに向け、固有の発光要求信号を発光要求信号送信部１４から送信して、ターゲットマーカーの点灯時と消灯時の両方の画像を撮像し、画像処理部１２で差分処理することでターゲットマーカーの画像を抽出する。同様にして２つ目のターゲットマーカー１９ｂの方の画像も抽出して、それぞれのターゲットマーカーの既知の座標位置をマーカー位置座標メモリ１７ａから読み出し、制御部１８内の位置座標演算部で移動体装置の自己位置を算出して同定する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業現場で移動しながら作業を行う移動体装置の座標位置を同定する移動体装置の位置同定システムにおいて、
予め座標位置がわかっている作業現場の任意の複数箇所に設置され、固有の発光要求信号を受信することにより発光するターゲットマーカーと、
前記各ターゲットマーカー毎の固有の発光要求信号を選択的に送信する発光要求信号送信手段と、
前記移動体装置周辺のターゲットマーカーを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像した撮像画像の画像処理を行ってターゲットマーカーの画像を抽出する画像処理手段と、
前記固有の発光要求信号と、これによって発光するターゲットマーカーの位置情報とを関連付けて記憶する記憶手段と、
前記画像処理手段によって抽出した少なくとも２つのターゲットマーカーの画像と、前記記憶手段による各ターゲットマーカーの位置情報とに基づいて、前記移動体装置の自己位置を算出する位置算出手段と、
を備えたことを特徴とする移動体装置の位置同定システム。
【請求項２】
前記撮像手段は、一定の撮像範囲を有するカメラと、そのカメラを全周方向に回転させて全方位の画像が撮像可能なカメラ回転手段とを備え、
前記位置算出手段によって移動体装置の自己位置を算出する場合は、前記カメラ回転手段の回転角度を加味して算出することを特徴とする請求項１に記載の移動体装置の位置同定システム。
【請求項３】
前記撮像手段は、一度に全方位の画像が撮像可能な全方位カメラであることを特徴とする請求項１に記載の移動体装置の位置同定システム。
【請求項４】
前記発光要求信号送信手段は、前記移動体装置の周辺にあるターゲットマーカーが不明な場合、作業現場に設置されている全てのターゲットマーカーの発光要求信号を順次送信し、
発光したターゲットマーカーを前記撮像手段で検出することで、周辺にあるターゲットマーカーを見つけることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の移動体装置の位置同定システム。
【請求項５】
前記画像処理手段は、発光要求信号送信手段によるターゲットマーカーの発光時と消灯時に前記撮像手段で撮像したそれぞれの画像の差分処理を行う差分処理手段をさらに備え、
撮像画像の中から前記ターゲットマーカーの位置のみを抽出した画像を取り出すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の移動体装置の位置同定システム。
【請求項６】
前記ターゲットマーカーは、前記作業現場における上方位置に配置するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の移動体装置の位置同定システム。
【請求項７】
作業現場で移動しながら作業を行う移動体装置の座標位置を同定する移動体装置の位置同定方法において、
予め座標位置がわかっている作業現場の任意の複数箇所に、固有の発光要求信号を受信すると発光するターゲットマーカーを設置するマーカー設置ステップと、
前記ターゲットマーカーに対して固有の発光要求信号を送信する発光要求信号送信ステップと、
前記発光要求信号の送信により発光したターゲットマーカーと、送信停止により消灯したターゲットマーカーとをそれぞれ含む同一画像を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで撮像した撮像画像に基づいて画像処理を行い、ターゲットマーカーの画像を抽出する画像処理ステップと、
ターゲットマーカーを発光させる固有の発光要求信号と、これによって発光するターゲットマーカーの座標位置との関係に基づいて、撮像したターゲットマーカーの位置情報を取得する位置情報取得ステップと、
前記画像処理ステップによって抽出した少なくとも２つのターゲットマーカーの画像と、各ターゲットマーカーの位置情報とに基づいて、前記移動体装置の自己位置を算出する位置算出ステップと、
を含むことを特徴とする移動体装置の位置同定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体装置の位置同定システムおよび位置同定方法に関し、より詳しくは、作業現場で移動しながら作業を行う移動体装置の座標位置を同定する移動体装置の位置同定システムおよびその位置同定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ロボット技術の進歩に伴い、工場の生産ラインから原子力プラント、あるいは、建設・建築現場といった複雑な作業現場環境下においても、自律型の作業用ロボットが活躍する場が広がりつつある。
【０００３】
例えば、自律型の移動台車といった自動的な移動システムを使って作業現場内で運用する場合は、移動台車の位置が同定できることが前提であり、自己位置が把握できなくては実際に作業を行うことはできない。
【０００４】
そこで、従来では、距離センサを使って作業現場の周囲の壁面形状などを把握することで、移動台車（自己）が作業現場内のどこに居るのかを同定するものがあった。
【０００５】
また、作業現場内に電波発信機による電波灯台を設置し、その発信機から送られてくる電波を移動台車側で受信することにより、大体の位置を同定するものがあった。
【０００６】
さらに、搭載したカメラで撮影した周辺画像と、それよりも広範囲の視野で予め撮影されたテンプレート画像とを比較して、テンプレート画像内のどの対象物と一致するかによって、自己位置を同定するものがあった（特許文献１参照）。
【０００７】
また、建築物や設備等の対象物に特定光を反射する機能を持った標識を複数設置し、その各標識には予め絶対的な位置が登録されていて、カメラの映像上に投影された標識と、登録された標識の絶対的な位置関係によりカメラ位置を同定するものがあった（特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２９６０１０号公報
【特許文献２】
特開平１１−３５１８２６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の位置同定装置にあっては、上記した距離センサや電波発信機などを用いて自己位置を同定する場合、位置精度が非常に悪く、正確な作業を行うことができないという問題があった。
【００１０】
また、上記した特許文献１のように、撮影画像とテンプレート画像とを比較して自己位置を同定するものの場合、周辺のテンプレート画像が変わっていないことが前提となるが、建築・建設現場のように作業の進捗状況に応じて壁面位置や資材置き場の位置が日々変化する錯綜した現場においては、すぐに画像の比較が不可能となってしまい、自己位置の同定ができなくなるという問題があった。勿論、現場の状況が変わる度にテンプレート画像を入れ替えられれば良いが、その作業自体が大変になってくるため非現実的である。
【００１１】
さらに、上記した特許文献２のように、カメラを利用して建築物や設備等の対象物の既知の位置に設けられた標識を撮像することで、カメラ位置を同定する場合、建築・建設現場といった錯綜した環境下においては、標識を見つけ出すこと自体が難しく、特定光を反射する標識を用いた場合、反射可能な方向がある程度限定されてしまう上、反射する特定光の種類を変えただけでは識別可能な標識の数が限られてしまい、現場内に多数の標識を配置することができないという問題があった。
【００１２】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、作業現場のような錯綜した環境下であっても位置基準としてのターゲットマーカーを容易に見つけることができる上、既知の位置に設けられた多数のターゲットマーカーを確実に識別することが可能となり、自己位置を高い精度で同定することができる移動体装置の位置同定システムおよびその位置同定方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、作業現場で移動しながら作業を行う移動体装置の座標位置を同定する移動体装置の位置同定システムにおいて、予め座標位置がわかっている作業現場の任意の複数箇所に設置され、固有の発光要求信号を受信することにより発光するターゲットマーカーと、前記各ターゲットマーカー毎の固有の発光要求信号を選択的に送信する発光要求信号送信手段と、前記移動体装置周辺のターゲットマーカーを撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像した撮像画像の画像処理を行ってターゲットマーカーの画像を抽出する画像処理手段と、前記固有の発光要求信号と、これによって発光するターゲットマーカーの位置情報とを関連付けて記憶する記憶手段と、前記画像処理手段によって抽出した少なくとも２つのターゲットマーカーの画像と、前記記憶手段による各ターゲットマーカーの位置情報とに基づいて、前記移動体装置の自己位置を算出する位置算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この請求項１の発明によれば、予め座標位置のわかっているターゲットマーカーを作業現場の任意の複数箇所に設置して、固有の発光要求信号を受信すると発光するようにし、発光要求信号送信手段によりターゲットマーカー毎の固有の発光要求信号を選択的に送信し、撮像手段により移動体装置周辺のターゲットマーカーを撮像し、その撮像手段で撮像した撮像画像を画像処理手段によって画像処理してターゲットマーカーの画像を抽出し、固有の発光要求信号と、これによって発光するターゲットマーカーの位置情報とを関連付けて記憶手段に記憶させ、画像処理手段によって抽出した少なくとも２つのターゲットマーカーの画像と、記憶手段による各ターゲットマーカーの位置情報とに基づいて、位置算出手段により移動体装置の自己位置を算出するようにしたため、作業現場のような錯綜した環境下でも位置基準となるターゲットマーカーが容易に見つけることができ、多数のターゲットマーカーを使った識別が確実に行えると共に、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００１５】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の移動体装置の位置同定システムにおいて、前記撮像手段は、一定の撮像範囲を有するカメラと、そのカメラを全周方向に回転させて全方位の画像が撮像可能なカメラ回転手段とを備え、前記位置算出手段によって移動体装置の自己位置を算出する場合は、前記カメラ回転手段の回転角度を加味して算出することを特徴とする。
【００１６】
この請求項２の発明によれば、撮像手段は、一定の撮像範囲を有するカメラとそのカメラを回転させて全方位の画像が撮像可能なカメラ回転手段とを有し、位置算出手段によって移動体装置の自己位置を算出する場合にカメラ回転手段の回転角度を加味して算出するようにしたため、移動体装置周辺に配置されたターゲットマーカーを容易に見つけることができる上、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００１７】
また、請求項３にかかる発明は、請求項１に記載の移動体装置の位置同定システムにおいて、前記撮像手段は、一度に全方位の画像が撮像可能な全方位カメラであることを特徴とする。
【００１８】
この請求項３の発明によれば、撮像手段は、一度に全方位の画像が撮像可能な全方位カメラとしたため、さらに移動体装置周辺に配置されたターゲットマーカーを容易に見つけることができ、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００１９】
また、請求項４にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の移動体装置の位置同定システムにおいて、前記発光要求信号送信手段は、前記移動体装置の周辺にあるターゲットマーカーが不明な場合、作業現場に設置されている全てのターゲットマーカーの発光要求信号を順次送信し、発光したターゲットマーカーを前記撮像手段で検出することで、周辺にあるターゲットマーカーを見つけることを特徴とする。
【００２０】
この請求項４の発明によれば、発光要求信号送信手段は、移動体装置の周辺にあるターゲットマーカーが不明な場合に、作業現場に設置された全てのターゲットマーカーの発光要求信号を順次送信し、発光したターゲットマーカーを撮像手段で検出することで周辺のターゲットマーカーを見つけるようにしたため、作業現場のような錯綜した環境下でも周辺のターゲットマーカーを迅速に見つけて、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００２１】
また、請求項５にかかる発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の移動体装置の位置同定システムにおいて、前記画像処理手段は、発光要求信号送信手段によるターゲットマーカーの発光時と消灯時に前記撮像手段で撮像したそれぞれの画像の差分処理を行う差分処理手段をさらに備え、撮像画像の中から前記ターゲットマーカーの位置のみを抽出した画像を取り出すことを特徴とする。
【００２２】
この請求項５の発明によれば、画像処理手段は、発光要求信号送信手段によりターゲットマーカーの発光時と消灯時に撮像した撮像画像を差分処理手段によって差分処理して、撮像画像の中からターゲットマーカーの画像のみを取り出すことにより、錯綜した環境下でも容易かつ正確にターゲットマーカーが抽出可能となり、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００２３】
また、請求項６にかかる発明は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の移動体装置の位置同定システムにおいて、前記ターゲットマーカーは、前記作業現場における上方位置に配置するようにしたことを特徴とする。
【００２４】
この請求項６の発明によれば、ターゲットマーカーを作業現場における上方位置に配置するようにしたため、作業の邪魔になり難く、作業現場における機械や資材等に隠れて見えなくなることが防止できるため、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００２５】
また、請求項７にかかる発明は、作業現場で移動しながら作業を行う移動体装置の座標位置を同定する移動体装置の位置同定方法において、予め座標位置がわかっている作業現場の任意の複数箇所に、固有の発光要求信号を受信すると発光するターゲットマーカーを設置するマーカー設置ステップと、前記ターゲットマーカーに対して固有の発光要求信号を送信する発光要求信号送信ステップと、前記発光要求信号の送信により発光したターゲットマーカーと、送信停止により消灯したターゲットマーカーとをそれぞれ含む同一画像を撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで撮像した撮像画像に基づいて画像処理を行い、ターゲットマーカーの画像を抽出する画像処理ステップと、ターゲットマーカーを発光させる固有の発光要求信号と、これによって発光するターゲットマーカーの座標位置との関係に基づいて、撮像したターゲットマーカーの位置情報を取得する位置情報取得ステップと、前記画像処理ステップによって抽出した少なくとも２つのターゲットマーカーの画像と、各ターゲットマーカーの位置情報とに基づいて、前記移動体装置の自己位置を算出する位置算出ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２６】
この請求項７の発明によれば、マーカー設置ステップにより予め座標位置がわかっている作業現場の任意の複数箇所に、固有の発光要求信号を受信すると発光するターゲットマーカーを設置し、発光要求信号送信ステップによりターゲットマーカーに対して固有の発光要求信号を送信し、撮像ステップにより発光要求信号の送信により発光したターゲットマーカーと、送信停止により消灯したターゲットマーカーとをそれぞれ含む同一画像を撮像し、撮像ステップで撮像した撮像画像に基づいて画像処理ステップで画像処理を行ってターゲットマーカーの画像を抽出し、位置情報取得ステップによりターゲットマーカーを発光させる固有の発光要求信号と、これによって発光するターゲットマーカーの座標位置との関係に基づいて、撮像したターゲットマーカーの位置情報を取得し、画像処理ステップによって抽出した少なくとも２つのターゲットマーカーの画像と、各ターゲットマーカーの位置情報とに基づいて、位置算出ステップにより移動体装置の自己位置を算出するようにしたため、作業現場のような錯綜した環境下でも位置基準となるターゲットマーカーを容易に見つけることができ、多数のターゲットマーカーを使った識別が確実に行えると共に、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる移動体装置の位置同定システムおよびその位置同定方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態にかかる移動体装置の位置同定システムを説明する概略図であり、図２は、その位置同定システムの一構成例を説明するブロック図であり、図３は、図２の画像処理部の構成を示すブロック図である。
【００２９】
まず、図１に示す移動体装置の位置同定システムでは、移動体装置としての自律型移動台車（以下、移動台車と略称する）１０が建築・建設現場のような錯綜した作業現場内で作業する際に、自己位置を正確に同定し、その位置情報に基づいて移動しながら資材等の搬送作業を行ったり、現場での測量作業などが行われている。
【００３０】
この発明にかかる特徴的な構成は、図１に示すように、移動台車１０が自己位置を同定する際に位置基準とする複数のターゲットマーカー１９ａ〜１９ｄが作業現場のそれぞれの位置に予め配置されている。そして、作業が進むにつれて日々変化する錯綜した環境下であってもターゲットマーカー（例えば、１９ａ）を発見し易くするため、視認性の良い発光型のターゲットマーカーが使用されている。そして、その発光も移動台車１０から固有の発光要求信号（ＩＤ情報）が送信された場合のみ反応して発光するようにしたため、他のターゲットマーカー（ここでは、１９ｂ〜１９ｄ）と区別して認識することができる上、消費電力も低く抑えることができる。そして、全てのターゲットマーカーの設置位置と、固有の発光要求信号とを予め関連付けておくことにより、発光したターゲットマーカーをカメラが捉えた際に、送信している発光要求信号に基づいて当該ターゲットマーカーの位置が判るため、少なくとも２つのターゲットマーカー位置を特定するだけで、計算によって移動台車１０の自己位置を正確に算出することができる点にある。
【００３１】
次に、図２に示すように、作業現場の任意の複数箇所にターゲットマーカー１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、・・・が設置され、移動台車１０には、撮像手段としてのカメラ１１、画像処理手段としての画像処理部１２、カメラ回転手段としての回転駆動部１３、発光要求信号送信手段としての発光要求信号送信部１４、送信アンテナ１５、走行部１６、記憶手段としてマーカー位置メモリ１７ａと発光要求信号メモリとを含むメモリ１７、および、位置算出手段としての位置座表演算部３０を含み全体を制御する制御部１８などを備えている。また、図２の画像処理部１２には、図３に示すように、画像メモリ２０と差分処理手段としての差分処理部２１を備えている。
【００３２】
カメラ１１は、移動台車１０の周辺にあるターゲットマーカーを撮像するもので、この実施の形態では、図１に示すように、一定の撮像範囲を有するカメラ１１を回転駆動部１３で３６０度回転可能に支持し（矢印Ａ方向）、全方位にあるターゲットマーカーが撮像できるカメラを用いている。また、この他にも図８（ａ）に示すように、一定の撮像範囲（例えば、１４０度の視野角）を持ったカメラ１１ａ〜１１ｃを３方向に配置したり、図８（ｂ）に示すように、曲面ミラー（例えば、双曲面ミラーなど）５０を使って、全周画像を撮像部５１に取り込むことで、一度に全方位の画像が撮像可能な全方位カメラを用いて実施しても良い。
【００３３】
画像処理部１２は、上記カメラ１１で撮像された画像データを画像処理することにより、ターゲットマーカー１９のみの画像を抽出するものである。本実施の形態では、同じ画像内でターゲットマーカー１９が点灯している時と、消灯している時の画像をそれぞれ画像メモリ２０内に格納し、差分処理部２１で対応する画素位置のデータの差分をとる画像処理を行っている。この差分処理は、図４（ａ）に示す、ターゲットマーカー消灯時の画像と、同図（ｂ）に示す、ターゲットマーカーの点灯時の画像の差分をとることにより、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、資材や背景のような画素の諧調レベルが変わらない部分では、差分結果は常に「０」に近くなる。しかし、図４（ｂ）の中央で点灯しているターゲットマーカーの画素同士では、諧調レベルが大きく異なるため、差分処理を行うと、この部分の諧調レベルが上がり、図４（ｃ）に示すように、どんなに複雑な背景であってもターゲットマーカー部分だけを容易に抽出することができる。
【００３４】
回転駆動部１３は、カメラ１１を任意の角度に精度良く回転させることができると共に、回転角度情報を取得することができるモータ（例えば、ステッピングモータなど）を使用している。
【００３５】
発光要求信号送信部１４は、移動台車１０の周辺にあるターゲットマーカーを発光させるため、固有のＩＤ（ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）情報からなる発光要求信号を無線送信するもので、送信アンテナ１５を介してターゲットマーカー１９に送られる。
【００３６】
走行部１６は、移動台車１０を移動させる車輪や駆動モータなどで構成されている。
【００３７】
メモリ１７は、ここでは作業現場内に設置されている全てのターゲットマーカーの位置情報を格納するマーカー位置座標メモリ１７ａと、これらの各ターゲットマーカーを発光させる固有の発光要求信号情報を格納する発光要求信号メモリ１７ｂとを対応させて記憶している。従って、点灯させたターゲットマーカー画像を抽出する際に、送信した発光要求信号がわかると、上記メモリ１７に基づいて点灯したターゲットマーカーを特定することができると共に、そのターゲットマーカーの位置情報も得ることができる。これらのメモリに格納されている位置情報や発行要求信号情報は、使用するターゲットマーカーの位置を変更したり、ターゲットマーカーの数を増減した場合は、それに対応して情報内容を変更する必要がある。また、ターゲットマーカー自体の位置や数に変更はないが、移動台車の作業現場が変わる場合（例えば、フロアーを変更した場合など）は、各作業現場毎のデータが記録されたメモリカードを複数作成しておき、各現場で使用される移動台車のメモリカードのスロットにその都度差し込むだけで、即座に対応できるようにすることも可能である。
【００３８】
制御部１８は、図６に示すように、上記した位置座表演算部３０の他、カメラ１１を回転させる回転駆動部１３の回転制御を行う回転制御部３１、何れかのターゲットマーカー１９を発光させる固有の発光要求信号を送信する発光要求信号送信部１４を制御するための信号送信制御部３２、移動台車１０を移動するのに必要な車輪やモータなどの走行部１６を制御するための走行制御部３３、および、マーカー位置座標メモリ１７ａや発行要求信号メモリ１７ｂに対してアクセスしてデータの書き込みや読み出し制御を行うメモリ制御部３４などの機能も具備している。
【００３９】
さらに、図２に示したターゲットマーカー１９（１９ａ〜１９ｃ）の内部は、例えば、図７のように構成されている。図７に示すように、ターゲットマーカー１９は、移動台車１０の発光要求信号送信部１４から無線送信された発光要求信号（ＩＤ情報）を受信アンテナ４０を介して受信する信号受信部４１、その信号受信部４１で受信されたＩＤ情報が当該ターゲットマーカーに固有のＩＤ情報か否かを判別するＩＤ判別部４２、そのＩＤ判別部４２で固有のＩＤ情報でないと判別すると無視するが、固有のＩＤ情報と判別するとドライバ４３によって発光ダイオードなどからなる発光部４４を発光させる。また、電源供給部４５は、発光部４４に対してはもちろん、その他のドライバ４３、ＩＤ判別部４２、および信号受信部４１に対して電源を供給するものである。この電源供給部４５は、ターゲットマーカーを任意の位置に自由に設置できるようにするため、一次電池、二次電池、太陽電池、あるいは、燃料電池などの独立電源を用いることがより望ましい。
【００４０】
本実施の形態では、信号受信部４１とＩＤ判別部４２とを別々に構成したため、移動台車１０から送信された発光要求信号は一旦受信され、ＩＤ情報の判別結果に応じて当該ターゲットマーカー１９を点灯させるか否かを決定する。こうすることで、ＩＤ判別部４２のＩＤ情報の設定を変えるだけで、複数のターゲットマーカーを増設したり、変更する場合であっても、容易に対応することができる。勿論、これに限定されるものではなく、固有のＩＤ情報のみを受信するように構成しても良い。
【００４１】
また、本実施の形態では、図１に示すように、移動台車１０とターゲットマーカー１９ａ〜１９ｄとの関係をわかり易く説明するため、作業現場の地面上に配置したように描いたが、実際の作業現場では、地面の至るところに資材や足場が置かれていることが多く、作業員等の往来も激しいため、ターゲットマーカーの位置としては不適当な場合が多い。このため、図示はしていないが、この実施の形態において、ターゲットマーカー１９ａ〜１９ｄを作業現場の地上から一定の高さ以上の位置にそれぞれ固定配置し、移動台車１０に搭載されているカメラ１１は、これらのターゲットマーカー１９ａ〜１９ｄが狙えるように、仰角方向にも向きが変えられるように構成しても良い。
【００４２】
本実施の形態の位置同定システムは、このように構成されており、以下その動作について説明する。図９は、本実施の形態にかかる移動台車の位置同定動作を説明するフローチャートであり、図１０は、図９と異なる移動台車の位置同定動作を説明するフローチャートであり、図１１は、移動台車のカメラ位置と検出した２つのターゲットマーカーとの位置関係に基づいて移動台車位置を算出する方法を説明する図であり、図１２は、図１１のマーカーＭ１にカメラを向けたときの画像事例を示す図である。
【００４３】
図１に示すように、位置同定を行う作業現場内にあらかじめ所定の位置にターゲットマーカー１９ａ〜１９ｄを配置し、移動台車１０側に取り付けたカメラ１１によって、少なくとも２つのターゲットマーカーの画像を抽出するようにする。
【００４４】
まず、作業現場において移動台車１０の概略位置がわかっているか否かを判断し（ステップＳ１）、概略位置がわかっている場合は、図１の破線Ｂで示すように移動台車１０の周辺エリア内にターゲットマーカー１９ａと１９ｂとが存在していることがわかるので、カメラ１１をターゲットマーカー１９ａの方向に向ける（ステップＳ２）。
【００４５】
そこで、移動台車１０の制御部１８は、メモリ制御部３４によってターゲットマーカー１９ａに対応する固有の発光要求信号（ＩＤ情報）を発光要求信号メモリ１７ｂから読み出して、信号送信制御部３２により発光要求信号送信部１４からターゲットマーカーに対してＩＤ情報を無線送信する（ステップＳ３）。
【００４６】
ターゲットマーカー１９ａは、その固有のＩＤ情報を受信することで、マーカーの発光部４４が点灯する（ステップＳ４）。
【００４７】
ここで、移動台車１０のカメラ１１は、ターゲットマーカー１９ａの点灯画像を撮像する（ステップＳ５）。これが、図４（ｂ）に示す画像である。
【００４８】
続いて、当該ターゲットマーカー１９ａのＩＤ情報の送信を停止することにより（ステップＳ６）、ターゲットマーカー１９ａが消灯する（ステップＳ７）。そこで、移動台車１０のカメラ１１は、同じ位置からターゲットマーカー１９ａの消灯画像を撮像する（ステップＳ８）。これが、図４（ａ）に示す画像である。
【００４９】
上記ステップＳ５とステップＳ８でそれぞれ撮像したターゲットマーカー１９ａの点灯画像と消灯画像は、図３に示す画像メモリ２０に蓄積され、次段の差分処理部２１で対応する画素位置の画像信号同士の差分をとって、ターゲットマーカー１９ａの画像のみを抽出する（ステップＳ９）。これが、図４（ｃ）に示す画像である。この画像は、図１２に示す画像事例と同様の画像である。
【００５０】
ここでは、ターゲットマーカー１９ａに対する画像抽出しか行っていないため、抽出回数は１回となり（ステップＳ１０）、ステップＳ１１に移行して、カメラ１１の同一画像内に別のマーカー（例えば、図１のターゲットマーカー１９ｂなど）が存在するか否かを判断する。このステップＳ１１における判断は、移動台車１０の概略位置からターゲットマーカー１９ｂが同一画像内に入っているか否かを判断したり、あるいは、実際にターゲットマーカー１９ｂに固有のＩＤ情報を送信して、点灯画像が撮像できるか否かで判断しても良い。
【００５１】
ここで仮に、同一画像内に別のマーカーが存在している場合は、ステップＳ３に戻り、上記と同じ手順で２つ目のターゲットマーカー１９ｂの画像も抽出する（ステップＳ９）。
【００５２】
また、上記ステップＳ１１において、同一画像内に別のマーカーが存在しない場合は、ステップＳ２に戻って、周辺に存在するマーカーの方向にカメラを向ける。これを図１で見ると、ターゲットマーカー１９ｂの方向にカメラ１１を一定の角度だけ回転駆動する。この場合もステップＳ３以降は、上記と同じ手順で２つ目のターゲットマーカー１９ｂの画像を抽出する（ステップＳ９）。
【００５３】
上記何れの場合もステップＳ１０では、マーカーの抽出が２回となるので、ステップＳ１２に移行して、移動台車１０の自己位置の算出処理が行われる。
【００５４】
この算出処理を図１１および図１２を用いて説明する。図１のカメラ１１の位置が図１１中のカメラＣ（Ｘ，Ｙ）位置に相当し、図１のターゲットマーカー１９ａの位置が図１１中のマーカーＭ１（Ｘ１，Ｙ１）位置に相当し、図１のターゲットマーカー１９ｂの位置が図１１中のマーカーＭ２（Ｘ２，Ｙ２）位置に相当するものとする。そして、図１１に示す、座標が既知のマーカーＭ１（Ｘ１，Ｙ１）とマーカーＭ２（Ｘ２，Ｙ２）に対して、未知のカメラＣ（Ｘ，Ｙ）位置を求める場合である。ここでは、説明を簡略化するため、とりあえず水平２次元だけで考えることにする。なお、図１１の横方向をｘ座標、縦方向をｙ座標とする。
【００５５】
まず、カメラを回転させてθ１方向に向けたときに（ステップＳ２）、マーカーＭ１が図１２に示す画像事例のように、カメラ撮像面６１ａ上のカメラ光軸６０ａからｘｃ１だけずれた位置に写ったと考えると、カメラ光軸６０ａを表す直線の傾きはθ１となる。そして、カメラからカメラ撮像面６１ａまでの距離（焦点距離）をｆとすると、
【００５６】
【数１】
2005003445.tif 000003
【００５７】
となる。すると、マーカーＭ１（Ｘ１，Ｙ１）とカメラＣ（Ｘ，Ｙ）を通る直線の傾きは、θｃ１  ＋θ１  となり、次式（１）が成立する。
（θ１  ＋θｃ１）（Ｘ−Ｘ１  ）＝（Ｙ−Ｙ１  ）・・・・（１）
また、マーカーＭ２についても同様な式（２）が成立する
（θ２  ＋θｃ２）（Ｘ−Ｘ２  ）＝（Ｙ−Ｙ２  ）・・・・（２）
そして、上式（１）（２）で表す直線の交点が以下のＸ，Ｙで表されるカメラ座標Ｃ（Ｘ，Ｙ）となる。
【００５８】
【数２】
2005003445.tif 000004
【００５９】
上記したカメラ位置の計算は、水平２次元だけを考えた場合であるが、実際には３次元の高さ（Ｚ）方向も考える必要があるので、上記ｙをｚと読み替えることにより、同様にして高さ（Ｚ）方向の位置も求めることができる。これにより、既知の２箇所のマーカー座標（Ｍ１とＭ２）に基づいてカメラ（移動台車１０）の自己位置を算出することができる。上記した演算処理は、図６の制御部１８内の位置座標演算部３０内で行われる。
【００６０】
さらに、上記したステップＳ１において、移動台車１０の概略位置がわからない場合は、ステップＳ１３に移行して、カメラ１１を所定方向（任意の位置で良い）に向け、発光要求信号送信部１４から順次マーカーＩＤを送信する。このＩＤは、発光要求信号メモリ１７ｂに格納されている全てのＩＤ情報を順次送信するものである。このため、カメラ１１を向けた周辺にターゲットマーカーがあれば、いずれその点灯を確認することができる。
【００６１】
一通り送信しても点灯が確認できない場合は、ステップＳ１３に戻り、少しカメラ１１の向きを変えて、再度ＩＤ情報の順次送信を繰り返す。そして、ステップＳ１４にてターゲットマーカーの点灯が確認された場合は（ステップＳ１４）、点灯時に送信したＩＤ情報がそのターゲットマーカーの固有のＩＤである。従って、そのＩＤ情報に基づくターゲットマーカーの位置から台車の概略位置を求めることができる。その後は、上記と同様にステップＳ５から動作が行われ、最終的には、ステップＳ１２において台車の自己位置が算出される。
【００６２】
上記図９で説明した動作手順では、ターゲットマーカーの点灯画像→消灯画像の順で撮像しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、図１０に示すように、ターゲットマーカーの消灯画像→点灯画像の順で撮像するようにしても良い。
【００６３】
すなわち、図１０のステップＳ２１で移動台車１０の概略位置がわかっている場合は、ステップＳ２２で周辺に存在しているターゲットマーカー１９ａの方向にカメラ１１を向ける。
【００６４】
この場合、カメラ１１の視野内にターゲットマーカー１９ａが入っていると思われるので、ここで点灯前の画像として撮像する（ステップＳ２３）。
【００６５】
その後は、該当するターゲットマーカー１９ａの発光要求信号（ＩＤ情報）を発光要求信号メモリ１７ｂから読み出し、信号送信制御部３２により発光要求信号送信部１４からターゲットマーカーに対してＩＤ情報を無線送信して（ステップＳ２４）、ステップＳ２５で点灯したターゲットマーカー１９ａの点灯画像を撮像し（ステップＳ２６）、当該マーカーＩＤの送信を停止する（ステップＳ２７）。
【００６６】
このように、図１０では、点灯前の消灯画像を撮像してから、点灯画像を撮像するため、より少ない工数で処理することができる。なお、上記以降の図１０のステップＳ２８〜ステップＳ３１については、図９のステップＳ９〜ステップＳ１２と略同様であるので、この部分の動作説明を省略する。
【００６７】
さらに、上記したステップＳ２１において、移動台車１０の概略位置がわからない場合は、ステップＳ３２に移行し、カメラ１１を所定方向（任意の位置で良い）に向けて、発光要求信号送信部１４から順次マーカーＩＤを送信する。ステップＳ３３でマーカーが点灯しない場合は、ステップＳ３４で点灯前の画像として撮像した後、上記ステップＳ３２に戻って、ステップＳ３３でマーカーが点灯するまで全てのＩＤ情報を順次送信する。このため、カメラ１１を向けた周辺にターゲットマーカーがあれば、いずれその点灯を確認することができる。
【００６８】
一通り送信しても点灯が確認できない場合は、ステップＳ３２に戻り、少しカメラ１１の向きを変えて、再度ＩＤ情報の順次送信を繰り返す。カメラ１１の向きを変えた場合で、マーカーが点灯しない場合は、ステップＳ３４で点灯前の画像を撮像しておく。
【００６９】
そして、ステップＳ３３にてターゲットマーカーの点灯が確認された場合は、ステップＳ２６に戻って点灯画像を撮像し、ステップＳ２７でＩＤ情報の送信を停止する。これ以降のステップＳ２８〜ステップＳ３１については、上記説明と同様であり、この部分の動作説明は省略する。
【００７０】
以上説明したように、本実施の形態にかかる移動体装置の位置同定システムおよびその位置同定方法によれば、作業現場のような錯綜した環境下でも位置基準として用いるターゲットマーカーを容易に見つけ出すことができ、既知の位置に設けられた多数のターゲットマーカーを個々に識別することが可能であり、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することが可能となる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる発明によれば、予め座標位置のわかっているターゲットマーカーを作業現場の任意の複数箇所に設置して、固有の発光要求信号を受信すると発光するようにし、発光要求信号送信手段によりターゲットマーカー毎の固有の発光要求信号を選択的に送信し、撮像手段により移動体装置周辺のターゲットマーカーを撮像し、その撮像手段で撮像した撮像画像を画像処理手段によって画像処理してターゲットマーカーの画像を抽出し、固有の発光要求信号と、これによって発光するターゲットマーカーの位置情報とを関連付けて記憶手段に記憶させ、画像処理手段によって抽出した少なくとも２つのターゲットマーカーの画像と、記憶手段による各ターゲットマーカーの位置情報とに基づいて、位置算出手段により移動体装置の自己位置を算出するようにしたので、作業現場のような錯綜した環境下でも位置基準となるターゲットマーカーが容易に見つけることができ、多数のターゲットマーカーを使った識別が確実に行えると共に、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００７２】
また、請求項２にかかる発明によれば、撮像手段は、一定の撮像範囲を有するカメラとそのカメラを回転させて全方位の画像が撮像可能なカメラ回転手段とを有し、位置算出手段によって移動体装置の自己位置を算出する場合にカメラ回転手段の回転角度を加味して算出するようにしたので、移動体装置周辺に配置されたターゲットマーカーを容易に見つけることができる上、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００７３】
また、請求項３にかかる発明によれば、撮像手段は、一度に全方位の画像が撮像可能な全方位カメラとしたので、さらに移動体装置周辺に配置されたターゲットマーカーを容易に見つけることができ、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００７４】
また、請求項４にかかる発明によれば、発光要求信号送信手段は、移動体装置の周辺にあるターゲットマーカーが不明な場合に、作業現場に設置された全てのターゲットマーカーの発光要求信号を順次送信し、発光したターゲットマーカーを撮像手段で検出することで周辺のターゲットマーカーを見つけるようにしたので、作業現場のような錯綜した環境下でも周辺のターゲットマーカーを迅速に見つけて、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００７５】
また、請求項５にかかる発明によれば、画像処理手段は、発光要求信号送信手段によりターゲットマーカーの発光時と消灯時に撮像した撮像画像を差分処理手段によって差分処理して、撮像画像の中からターゲットマーカーの画像のみを取り出すことにより、錯綜した環境下でも容易かつ正確にターゲットマーカーが抽出可能となり、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００７６】
また、請求項６にかかる発明によれば、ターゲットマーカーを作業現場における上方位置に配置するようにしたので、作業の邪魔になり難く、作業現場における機械や資材等に隠れて見えなくなることが防止できることから、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【００７７】
また、請求項７にかかる発明によれば、マーカー設置ステップにより予め座標位置がわかっている作業現場の任意の複数箇所に、固有の発光要求信号を受信すると発光するターゲットマーカーを設置し、発光要求信号送信ステップによりターゲットマーカーに対して固有の発光要求信号を送信し、撮像ステップにより発光要求信号の送信により発光したターゲットマーカーと、送信停止により消灯したターゲットマーカーとをそれぞれ含む同一画像を撮像し、撮像ステップで撮像した撮像画像に基づいて画像処理ステップで画像処理を行ってターゲットマーカーの画像を抽出し、位置情報取得ステップによりターゲットマーカーを発光させる固有の発光要求信号と、これによって発光するターゲットマーカーの座標位置との関係に基づいて、撮像したターゲットマーカーの位置情報を取得し、画像処理ステップによって抽出した少なくとも２つのターゲットマーカーの画像と、各ターゲットマーカーの位置情報とに基づいて、位置算出ステップにより移動体装置の自己位置を算出するようにしたので、作業現場のような錯綜した環境下でも位置基準となるターゲットマーカーを容易に見つけることができ、多数のターゲットマーカーを使った識別が確実に行えると共に、移動体装置の自己位置を高い精度で同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる移動体装置の位置同定システムを説明する概略図である。
【図２】位置同定システムの一構成例を説明するブロック図である。
【図３】図２の画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】ターゲットマーカーの点灯画像と消灯画像とその差分処理画像の一例を示す図である。
【図５】差分処理によってターゲットマーカーの画像を抽出する原理を説明する図である。
【図６】図２の制御部の詳細構成を説明するブロック図である。
【図７】図２のターゲットマーカーの一構成例を説明するブロック図である。
【図８】全方位カメラを説明する斜視図である。
【図９】本実施の形態にかかる動作を説明するフローチャートである。
【図１０】図９と異なる移動台車の位置同定動作を説明するフローチャートである。
【図１１】移動台車のカメラ位置と検出した２つのターゲットマーカーとの位置関係に基づいて移動台車位置を算出する方法を説明する図である。
【図１２】図１１のマーカーＭ１にカメラを向けたときの画像事例を示す図である。
【符号の説明】
１０  自律型移動台車（移動台車）
１１  カメラ
１２  画像処理部
１３  回転駆動部
１４  発光要求信号送信部
１５  送信アンテナ
１６  走行部
１７  メモリ
１７ａ  マ−カー位置座標メモリ
１７ｂ  発光要求信号メモリ
１８  制御部
１９  ターゲットマーカー
２０  画像メモリ
２１  差分処理部
３０  位置座標演算部
３１  回転制御部
３２  信号送信制御部
３３  走行制御部
３４  メモリ制御部
４０  受信アンテナ
４１  信号受信部
４２  ＩＤ判別部
４３  ドライバ
４４  発光部
４５  電源供給部
５０  曲面ミラー
５１  撮像部
６０  カメラ光軸
６１  カメラ撮像面
【図１】
2005003445.tif 000005
【図２】
2005003445.tif 000006
【図３】
2005003445.tif 000007
【図４】
2005003445.tif 000008
【図５】
2005003445.tif 000009
【図６】
2005003445.tif 000010
【図７】
2005003445.tif 000011
【図８】
2005003445.tif 000012
【図９】
2005003445.tif 000013
【図１０】
2005003445.tif 000014
【図１１】
2005003445.tif 000015
【図１２】
2005003445.tif 000016