(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を乱反射する障害物に加えて光学的に特殊な障害物を含む環境を自律的に移動可能であり、かつ、レーザー距離計を有する移動ロボットが参照する地図データを生成する地図データ生成装置であって、
現在位置における前記移動ロボットの自己位置を含むとともに全体がグリッドに分割された仮地図データを生成する仮地図データ生成部と、前記仮地図データのグリッドごとに過去のレーザー走査の結果を更新登録して蓄積するグリッド情報蓄積部と、前記グリッド情報蓄積部に蓄積されたグリッドごとの情報に基づいて各グリッドが障害物であるか否かを判定する判定処理部と、前記判定処理部による判定結果に基づいて実際の環境を反映した真地図データを生成する真地図データ生成部と、を備え、
前記グリッド情報蓄積部は、あるグリッドにレーザーが飛来した方向であるレーザー飛来方向αｉと、これら飛来したレーザーのうちでそのグリッドで反射した反射レーザーが飛来した方向である反射レーザー飛来方向βｊと、をグリッドごとに登録しており、
前記判定処理部は、レーザーを反射する割合が高い所定方向範囲における反射レーザーの割合に基づいて各グリッドが障害物であるか否かを判定する
ことを特徴とする地図データ生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の地図データ生成装置において、
前記判定処理部は、グリッドごとに前記反射レーザー飛来方向βｊの平均値である平均反射方向βaveを算出する平均反射方向算出部と、
前記平均反射方向を含む所定の方向範囲において飛来したレーザーの数Ｍ’と反射したレーザーの数Ｎ’をそれぞれカウントするカウント部と、
前記カウント部によるカウント値から前記所定の方向範囲における反射レーザーの割合が所定閾値よりも高いグリッドを障害物として判定する閾値判定部と、を備える
ことを特徴とする地図データ生成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の地図データ生成装置において、
前記平均反射方向算出部には、反射レーザー飛来方向の平均値βaveを用いて反射レーザー飛来方向βｊの標準偏差σβを算出する標準偏差算出部を備え、
前記平均反射方向を含む所定の方向範囲は、前記レーザー飛来方向の平均値βave±標準偏差σβである
ことを特徴とする地図データ生成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の地図データ生成装置において、
前記グリッド情報蓄積部は、さらに、反射レーザーによって計測された距離ｄｊを反射レーザーの飛来方向βｊと対にして蓄積しており、
前記判定処理部は、さらに、レーザーの飛来回数Ｍとレーザーの反射回数Ｎとの割合に基づいて通常の障害物があるグリッドを判定する障害物グリッド判定部を備え、前記障害物グリッド判定部にて通常の障害物と判定された以外のグリッドに関してレーザーを反射する割合が高い所定方向範囲における反射レーザーの割合に基づいて各グリッドが光学特殊障害物であるか否かを判定し、
前記グリッド情報蓄積部には、真地図データに登録された光学特殊障害物との関係から不適当であると判断されるレーザー走査データを削除してグリッド情報蓄積部に蓄積されている情報を修正するグリッド情報修正部が設けられている
ことを特徴とする地図データ生成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の地図データ生成装置において、
前記グリッド情報修正部は、前記グリッド情報蓄積部から反射レーザーの飛来方向βｊとその反射レーザーによる計測距離ｄｊとを順に読み出して飛来方向βｊとは逆向きにそのグリッドから計測距離ｄｊの長さを有する仮想レーザーを生成し、
前記仮想レーザーが光学特殊障害物を適正な角度を外れた方向で通過している場合にそのレーザーの情報を削除する
ことを特徴とする地図データ生成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の地図データ生成装置において、
前記判定処理部は、グリッドごとに前記反射レーザー飛来方向βｊの平均値である平均反射方向βaveを算出する平均反射方向算出部を備え、
前記グリッド情報修正部は、仮想レーザーが前記光学特殊障害物のグリッドを通過する方向が前記平均反射方向βaveから所定閾値以上にずれている場合にそのレーザーの情報を削除する
ことを特徴とする地図データ生成装置。
【請求項７】
光を乱反射する障害物に加えて光学的に特殊な障害物を含む環境を自律的に移動可能であり、かつ、レーザー距離計を有する移動ロボットが参照する地図データを生成する地図データ生成方法であって、
現在位置における前記移動ロボットの自己位置を含むとともに全体がグリッドに分割された仮地図データを生成する仮地図データ生成工程と、前記仮地図データのグリッドごとに過去のレーザー走査の結果を更新登録して蓄積するグリッド情報蓄積工程と、前記グリッド情報蓄積工程にて蓄積されたグリッドごとの情報に基づいて各グリッドが障害物であるか移動可能であるかを判定する判定処理工程と、前記判定処理工程による判定結果に基づいて実際の環境を反映した真地図データを生成する真地図データ生成工程と、を備え、
前記グリッド情報蓄積工程は、あるグリッドにレーザーが飛来した方向であるレーザー飛来方向αｉと、これら飛来したレーザーのうちでそのグリッドで反射した反射レーザーが飛来した方向である反射レーザー飛来方向βｊと、をグリッドごとに登録し、
前記判定処理工程は、レーザーを反射する割合が高い所定方向範囲における反射レーザーの割合に基づいて各グリッドが障害物であるか移動可能であるかを判定する
ことを特徴とする地図データ生成方法。
【請求項８】
光を乱反射する障害物に加えて光学的に特殊な障害物を含む環境を自律的に移動可能であり、かつ、レーザー距離計を有する移動ロボットであって、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の地図データ生成装置を内蔵している
ことを特徴とする移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地図データ生成装置、地図データ生成方法および移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自律移動ロボットが自律的に移動するためには、障害物の位置情報を正確に有する地図が必要となる。移動ロボットが周辺地図を作成する方法としては、レーザー距離計（レーザーレンジファインダ）を用いた方法が知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２６９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザー距離計は、レーザーが物体に当たって戻ってきたところを受光部で検知することによって周辺環境にある物体を認識している。したがって、鏡面研磨されているガラスなど光学的に特殊な性質をもつ物体（例えば、窓ガラス、鏡、レンズ）の場合、レーザーが当たってもうまく戻ってこないため、これを正確に認識できない場合が多々生じる。すると、実際の環境と移動ロボットが認識している周辺環境とが異なってくる事態が生じる。その結果、実際には通過できないガラスを通り抜けるような移動経路を生成してしまう恐れがあり、大変に危険である。
【０００５】
本発明の目的は、光学的特殊物体も正確に認識して適切な周辺環境地図を生成する地図データ生成装置、地図データ生成方法および移動ロボットに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の地図データ生成装置は、レーザー光を乱反射する障害物に加えて光学的に特殊な障害物を含む環境を自律的に移動可能でありかつレーザー距離計を有する移動ロボットが参照する地図データを生成する地図データ生成装置であって、現在位置における前記移動ロボットの自己位置を含むとともに全体がグリッドに分割された仮地図データを生成する仮地図データ生成部と、前記仮地図データのグリッドごとに過去のレーザー走査の結果を更新登録して蓄積するグリッド情報蓄積部と、前記グリッド情報蓄積部に蓄積されたグリッドごとの情報に基づいて各グリッドが障害物であるか否かを判定する判定処理部と、前記判定処理部による判定結果に基づいて実際の環境を反映した真地図データを生成する真地図データ生成部と、を備え、前記グリッド情報蓄積部は、あるグリッドにレーザーが飛来した方向であるレーザー飛来方向αｉと、これら飛来したレーザーのうちでそのグリッドで反射した反射レーザーが飛来した方向である反射レーザー飛来方向βｊと、をグリッドごとに登録しており、前記判定処理部は、レーザーを反射する割合が高い所定方向範囲における反射レーザーの割合に基づいて各グリッドが障害物であるか否かを判定することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、前記判定処理部は、グリッドごとに前記反射レーザー飛来方向βｊの平均値である平均反射方向βaveを算出する平均反射方向算出部と、前記平均反射方向を含む所定の方向範囲において飛来したレーザーの数Ｍ’と反射したレーザーの数Ｎ’をそれぞれカウントするカウント部と、前記カウント部によるカウント値から前記所定の方向範囲における反射レーザーの割合が所定閾値よりも高いグリッドを障害物として判定する閾値判定部と、を備えることが好ましい。
【０００８】
本発明では、前記平均反射方向算出部には、反射レーザー飛来方向の平均値βaveを用いて反射レーザー飛来方向βｊの標準偏差σβを算出する標準偏差算出部を備え、前記平均反射方向を含む所定の方向範囲は、前記レーザー飛来方向の平均値βave±標準偏差σβであることが好ましい。
【０００９】
本発明では、グリッド情報蓄積部は、さらに、反射レーザーによって計測された距離ｄｊを反射レーザーの飛来方向βｊと対にして蓄積しており、前記判定処理部は、さらに、レーザーの飛来回数Ｍとレーザーの反射回数Ｎとの割合に基づいて通常の障害物があるグリッドを判定する障害物グリッド判定部を備え、前記障害物グリッド判定部にて通常の障害物と判定された以外のグリッドに関してレーザーを反射する割合が高い所定方向範囲における反射レーザーの割合に基づいて各グリッドが光学特殊障害物であるか否かを判定し、前記グリッド情報蓄積部には、真地図データに登録された光学特殊障害物との関係から不適当であると判断されるレーザー走査データを削除してグリッド情報蓄積部に蓄積されている情報を修正するグリッド情報修正部が設けられていることが好ましい。
【００１０】
本発明では、前記グリッド情報修正部は、前記グリッド情報蓄積部から反射レーザーの飛来方向βｊとその反射レーザーによる計測距離ｄｊとを順に読み出して飛来方向βｊとは逆向きにそのグリッドから計測距離ｄｊの長さを有する仮想レーザーを生成し、前記仮想レーザーが光学特殊障害物を適正な角度を外れた方向で通過している場合にそのレーザーの情報を削除することが好ましい。
【００１１】
本発明では、前記判定処理部は、グリッドごとに前記反射レーザー飛来方向βｊの平均値である平均反射方向βaveを算出する平均反射方向算出部を備え、前記グリッド情報修正部は、仮想レーザーが前記光学特殊障害物のグリッドを通過する方向が前記平均反射方向βaveから所定閾値以上にずれている場合にそのレーザーの情報を削除することが好ましい。
【００１２】
本発明の地図データ生成方法は、光を乱反射する障害物に加えて光学的に特殊な障害物を含む環境を自律的に移動可能であり、かつ、レーザー距離計を有する移動ロボットが参照する地図データを生成する地図データ生成方法であって、現在位置における前記移動ロボットの自己位置を含むとともに全体がグリッドに分割された仮地図データを生成する仮地図データ生成工程と、前記仮地図データのグリッドごとに過去のレーザー走査の結果を更新登録して蓄積するグリッド情報蓄積工程と、前記グリッド情報蓄積工程にて蓄積されたグリッドごとの情報に基づいて各グリッドが障害物であるか移動可能であるかを判定する判定処理工程と、前記判定処理工程による判定結果に基づいて実際の環境を反映した真地図データを生成する真地図データ生成工程と、を備え、前記グリッド情報蓄積工程は、あるグリッドにレーザーが飛来した方向であるレーザー飛来方向αｉと、これら飛来したレーザーのうちでそのグリッドで反射した反射レーザーが飛来した方向である反射レーザー飛来方向βｊと、をグリッドごとに登録し、
前記判定処理工程は、レーザーを反射する割合が高い所定方向範囲における反射レーザーの割合に基づいて各グリッドが障害物であるか移動可能であるかを判定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の移動ロボットは、光を乱反射する障害物に加えて光学的に特殊な障害物を含む環境を自律的に移動可能でありかつレーザー距離計を有する移動ロボットであって、前記地図データ生成装置を内蔵していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、周囲環境にある障害物を正確に認識し、周囲環境を適格に反映した地図データを得ることができる。従来のごとく単純に一回のレーザー走査結果を地図に登録しただけはガラス等の光学特殊障害物を認識することができなかった。この点、本発明においては、反射が生じやすい角度領域を求めたうえで、この範囲における過去のレーザー走査結果を判定の基礎とする。したがって、たとえば、ガラス板のように限られた角度範囲でしか検出できない光学的に特殊な障害物があった場合でも、これを正確に認識して正確な地図データを生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態について図示例を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、移動ロボット２００の外観構成を示す図である。移動ロボット２００は、本体部２１０と、移動手段２２０と、計測手段と、を備えている。
移動手段２２０は、車輪式、クローラ式、二脚歩行式など、本体部２１０を移動させることができれば構造は特に限定されるものではないが、図１中では車輪式の場合を示している。
【００１６】
計測手段としては、レーザー距離計２３０と、オドメトリセンサ２４０と、が設けられている。
レーザー距離計２３０は、レーザー発射部と、受光部と、を備え、本体部２１０に付設されている。
レーザー距離計２３０は、図２に示すごとく、正面１８０度の領域をスキャンでき、その角度の分解能としては少なくとも１度ごとに検出可能である。
また、本体部２１０には、オドメトリセンサ２４０が内蔵されている。
オドメトリセンサ２４０の具体的構成は限定されるものではないが、移動ロボット２００の加速度あるいは速度を検出する加速度センサや速度センサでもよく、あるいは、移動手段が車輪式である場合には車輪の回転量を検出するエンコーダであってもよい。
【００１７】
また、本体部２１０には、図示しない制御部が内蔵されており、この制御部は、地図画像を生成する地図データ生成部３００と、生成された地図画像を参照して移動ロボット２００の移動を制御する移動制御部（不図示）と、を備える。
【００１８】
地図データ生成部３００について説明する。
図３は、地図データ生成部３００の構成を示す図である。
地図データ生成部３００は、レーザー距離計２３０による計測値およびオドメトリセンサ２４０による計測値に基づいて仮地図作成の処理を行う仮地図処理部３１０と、レーザー距離計２３０による計測値の蓄積データに基づいて仮地図処理部３１０にて作成された仮地図を補完して真地図作成の処理を行う真地図処理部３２０と、を備える。
【００１９】
仮地図処理部３１０は、レーザー距離計２３０にて周囲をレーザー走査した走査データを一時的に記憶するレーザー走査データ記憶部３１１と、オドメトリセンサ２４０による計測値に基づいて移動ロボット２００の自己位置を予測する自己位置予測部３１２と、レーザー走査データ記憶部３１１に記憶された走査データと自己位置予測部３１２による自己位置予測とを用いて自己位置が修正された移動ロボット２００の絶対位置を含むとともに全体がグリッドに分割された周辺環境の仮地図を生成する仮地図データ生成部３１３と、を備える。
【００２０】
レーザー走査データ記憶部３１１は、レーザー距離計２３０にて取得された周囲の走査データを一時的に記憶する。
走査データは、例えば図４に示されるようなレーザーの照射方向および各照射方向における受光強度を含み、さらには、レーザーが戻ってくるまでの時間などを加えたデータであり、この走査データを基に障害物の存在とその障害物までの距離が分かる。
【００２１】
自己位置予測部３１２は、オドメトリセンサ２４０によるセンサ値に基づいて移動ロボット２００の自己位置を予測する。すなわち、移動前の自己位置に自己が進んだ経路および距離を加味して現時点で環境中のどの地点にいるかを予測する。
【００２２】
仮地図データ生成部３１３は、自己位置予測部３１２による自己位置予測とレーザー走査の結果を統合して自己位置予測のずれを修正しつつ、レーザー走査の結果に基づいて仮の環境地図を作成する。
このとき、自己位置予測の修正にあっては、まず、移動前と移動後とにおけるそれぞれのレーザー走査の結果で特徴点を抽出し、それら特徴点が重なるようにマッチングをとる。
そして、自己位置予測部３１２における自己位置予測と前記マッチングとのずれを求めて、先に求めた自己位置予測を修正し、自己位置推定を行う。
このようにするのは、オドメトリセンサ２４０による自己位置予測だけでは、移動量をインクリメントしていくだけであるので誤差が累積して実際の位置と予測位置とが大きくずれてきてしまう恐れが高く、しかもそのずれを修復できないためである。
この点、レーザー走査の結果を用いて逐次修正を加えることでロバストな自己位置推定が行われる。
【００２３】
そして、推定された自己位置にレーザー走査の結果を加味して、周囲環境の仮地図を作成する。
【００２４】
ここで、単純に移動の前後におけるレーザー走査の結果をマッチングさせるために特徴点（例えばレーザーを反射して戻してきたグリッド）を登録しただけの仮地図の例を示し、さらに、仮地図データに内在する恐れがある実際環境との差異について説明する。
【００２５】
移動ロボット２００の作業環境中では、図１に示すように、通常の障害物９１０と、通常の障害物とは異なりレーザー光に対して特殊な作用を示す光学特殊障害物９２０と、がある。
ここで、通常の障害物とは、不透明で表面が粗い物体である。
このような通常の障害物では光を乱反射するため、図５に示されるように、障害物の面に対する光の入射角に関わらず一定の反射強度が得られる。
そのため、レーザー距離計２３０の受光部にて障害物からの反射光を受光することにより障害物の存在を誤りなく認識することができる。
【００２６】
その一方、光学特殊障害物とは、表面が鏡面研磨されており、かつ、光透過性を有するガラスに代表されるものである。
このような光学特殊障害物では、入射角が小さいとレーザーを鏡面反射してしまう。
また、入射角が大きいと、表面からの反射のみならず、光学特殊障害物を透過した向こう側の物体からの反射光を戻してしまうことがある。
光学特殊障害物では、図６に示されるように、光学特殊障害物の面に対する入射角によって反射強度が異なり、移動ロボット２００が光学特殊障害物の面に正対（入射角９０°付近）しているときにのみ所定の反射強度が得られる。
【００２７】
このような光学特殊障害物がある場合、レーザー距離計２３０によるレーザー走査の結果に基づいて障害物を地図画像データに登録すると、実際の環境とは異なる地図データが作成されることとなる。
たとえば、図７に示されるように、ガラス板９２０と障害物９１０とがある場合、ガラス９２０に対して入射角が浅いレーザーＬ１は鏡面反射されるため、ガラス方向からの反射光が実際には鏡面反射した先にある障害物９１０を反映していることがある。
さらに、ほとんどのレーザーはガラス９２０を透過してしまうため（例えばＬ２）、ガラス９２０から戻ってくるレーザーを受光部で認識できず、結果としてレーザーが透過してしまった領域に関してはガラス自体の存在が認識されないこととなる。
したがって、レーザー走査の結果をそのまま仮地図データに登録したのでは、図８に示されるように、実際に存在するガラス９２０が登録されず、さらには実際には存在しない障害物の虚像９３０が登録されてしまう。
【００２８】
仮地図データ生成部３１３にて生成された仮地図データは真地図処理部３２０に送られて、蓄積データに基づいた補完処理により実際の環境を的確に反映した真地図データに補正される。
【００２９】
真地図処理部３２０は、過去のレーザー走査の結果を蓄積するとともに仮地図データ生成部３１３にて生成された仮地図の各グリッドに過去のレーザー走査の結果を登録したグリッド情報蓄積地図を生成するグリッド情報蓄積部３３０と、グリッド情報蓄積部３３０にて生成されたグリッド情報蓄積地図に登録された情報に基づいて各グリッドが障害物であるか否かを判定する判定処理部３４０と、判定処理部３４０による判定結果に基づいて実際の環境を的確に反映した真地図データを生成する真地図データ生成部３９０と、を備える。
【００３０】
グリッド情報蓄積部３３０は、過去のレーザー走査の結果を蓄積しているとともに、仮地図データ生成部３１３にて新たに生成された仮地図データ上のグリッドごとに過去のレーザー走査の結果を更新登録していく。ここで、グリッド情報蓄積部３３０は、次のように過去のレーザー走査の結果をグリッドごとに更新登録する。
【００３１】
すなわち、各グリッドには、レーザーがそのグリッドに飛来した回数Ｍと、各飛来時におけるレーザーの飛来方向αｉ（ｉ＝１〜Ｍ）と、が登録される。
さらに、グリッドがレーザーを反射している場合には、そのグリッドがレーザーを反射した回数Ｎと、各反射時におけるレーザーの飛来方向βｊ（ｊ＝１〜Ｎ）と、が登録される。
グリッドごとの登録データをテーブルにすると例えば次のようになる。
【００３２】
【表１】
0004930443.tif 000002
【００３３】
ここでいう方向を規定するにあたっては、移動ロボット２００の移動に伴って仮地図データが更新作成されるたびに０°の基準線も移動ロボット２００の向きに応じて更新し、それに合わせて飛来方向の角度を修正していってもよく、逆に、基準線は絶対座標系（ワールド座標系）に固定しておいて新たに取得されたレーザー走査データの方を修正してもよい。
いずれにしても全体で整合していれば角度の基準線の取り方は任意である。
なお、方向としては、場合によっては０°から１８０°の範囲で規定し、０°≦αｉ、βｊ<１８０°とすることが好ましい。
たとえば、板ガラスを考えた場合、表面と裏面との両方で反射がおこるため、表面から当たって反射されたレーザーと裏面から当たって反射されたレーザーとが区別されてしまい、好ましくない。
そこで、このような場合には１８０°を超える角度に関しては１８０°をマイナスして０°≦αｉ、βｊ<１８０°に規定しなおすことが好ましい。
【００３４】
このようにして仮地図データのすべてのグリッドごとに過去のレーザー走査の結果が更新登録していき、グリッドごとに情報を持ったグリッド情報蓄積地図を生成する。
【００３５】
判定処理部３４０は、グリッド情報蓄積部３３０にて生成されたグリッド情報蓄積地図のグリッドごとのデータを精査してそのグリッドが障害物であるか移動可能であるかを判定する。
【００３６】
図９は、判定処理部３４０の構成を示す図である。
判定処理部３４０は、グリッドごとに反射レーザー飛来方向βｉの平均値βaveを算出する平均反射方向算出部３５０と、反射レーザー飛来方向βｉの平均値の付近にある飛来レーザーと反射レーザーとの数をカウントするカウント部３６０と、カウント部３６０でのカウント結果に基づいて算出される飛来レーザーと反射レーザーとの比を所定閾値と対比してそのグリッドが障害物グリッドであるか否かを判定する閾値判定部３７０と、閾値判定部３７０における判定結果を記憶するグリッド判定結果記憶部３８０と、を備える。
【００３７】
平均反射方向算出部３５０は、グリッドごとに登録されている過去のレーザー走査の結果のうち、反射時のレーザー飛来方向βｊを抜き出して、このレーザー飛来方向βｊの平均値βaveを算出する。
また、平均反射方向算出部３５０には、標準偏差算出部３５１が設けられており、標準偏差算出部３５１は、レーザー飛来方向の平均値βaveを用いてレーザー飛来方向βｊの標準偏差σβを算出する。
【００３８】
カウント部３６０は、反射レーザー飛来方向βｉの平均値の付近にある飛来レーザーの数Ｍ’をカウントするレーザーカウント部３６１と、反射レーザー飛来方向βｉの平均値の付近にある反射レーザーの数Ｎ’をカウントする反射レーザーカウント部３６２と、を備える。すなわち、カウント部３６０は、βave±σβの範囲にある飛来レーザーおよび反射レーザーをそれぞれレーザーカウント部３６１と反射レーザーカウント部３６２とでカウントする。
【００３９】
閾値判定部３７０は、障害物が存在する障害物グリッドであるか否かを判定する所定閾値を有し、平均反射方向の付近における反射レーザーの割合を前記閾値と対比する。
すなわち、レーザーカウント部３６１にてカウントされた飛来レーザーの数Ｍ’と反射レーザーカウント部３６２にてカウントされた反射レーザーの数Ｎ’とからβave±σβの範囲における反射レーザーの割合を求める。
反射レーザーの割合は、「Ｎ’／（Ｍ’＋Ｎ’）」として算出する。
そして、この反射レーザーの割合を所定閾値に対比する。
【００４０】
ここで、障害物が光学特殊障害物である場合、光学特殊障害物ではレーザーが反射されて戻ってくる方向が狭い範囲に限られる。
具体的には、光学特殊障害物が鏡面であったり高い光透過性を有する場合、光学特殊障害物の面に正対する方向からレーザーを当てないと、鏡面反射したり透過したりするためこの光学特殊障害物からの反射光を計測できないこととなる。
ほとんどの角度範囲で反射光を計測できないため、単純に各回のレーザー走査の結果を地図データにプロットしたのみでは光学特殊障害物は地図に登録されない。
この点、反射光が計測される近辺に判断対象を絞って、改めて過去のレーザー走査結果を加味した判定を行い、その範囲で反射の割合が高ければ障害物であると判断でき、その範囲に絞った判定でもなおレーザーが通過する割合が高いグリッドはフリースペースであると判断できる。
【００４１】
すなわち、閾値判定部３７０における判定の結果、反射レーザーの割合「Ｎ’／（Ｍ’＋Ｎ’）」が所定閾値以上であれば、そのグリッドは障害物があるグリッドであると判定する。
また、反射レーザーの割合「Ｎ’／（Ｍ’＋Ｎ’）」が所定閾値よりも小さければ、そのグリッドは障害物ではないグリッドであると判定する。
このような判定結果は、グリッド判定結果記憶部３８０に送られる。
【００４２】
グリッド判定結果記憶部３８０は、閾値判定部３７０における判定結果を記憶していき、すべてのグリッドについての判定結果がそろったところでデータを真地図データ生成部３９０に送る。
【００４３】
真地図データ生成部３９０は、すべてのグリッドについての判定結果を仮地図データのグリッドに更新登録していき、実環境を的確に反映した真地図データを作成する。
【００４４】
このような地図作成が地図データ生成部３００にて行われたのち、この地図データを参照して移動ロボット２００の移動経路が自律的に選択されるとともに移動制御が実行される。
【００４５】
次に、上記構成を備える第１実施形態の動作をフローチャートを参照して説明する。
図１０は、第１実施形態の動作手順を示すフローチャートである。
まず、移動ロボット２００が移動を行ったところで、センシングを実行する。
すなわち、オドメトリセンサ２４０によるオドメトリデータの取得（オドメトリデータ取得工程ＳＴ１００）およびレーザー距離計２３０によるレーザー走査データの取得（レーザー走査工程ＳＴ１１０）が実行される。
取得されたレーザー走査データは、レーザー走査データ記憶部３１１に一時バッファされるとともに、グリッド情報蓄積部３３０に送られる。
【００４６】
また、オドメトリセンサ２４０によるオドメトリデータは自己位置予測部３１２に送られて運動学的に処理され、移動ロボット２００の移動方向および移動距離から自己位置の予測が行われる（自己位置予測工程ＳＴ１２０）。
【００４７】
次に、ＳＴ１３０において、仮地図データ生成部３１３による仮地図データ生成工程が実行される。
この工程において、自己位置予測を参考にしながら移動前と移動後におけるレーザー走査の結果がマッチングされる。
そして、オドメトリデータとレーザー走査データとに基づき、自己位置予測を修正した移動ロボット２００の絶対位置を含むとともに全体がグリッドに分割された仮地図データが生成される。
このように生成された仮地図データはグリッド情報蓄積部３３０に送られ、グリッドごとに過去のレーザー走査の結果が更新登録される（グリッド情報蓄積工程ＳＴ１４０）。
すなわち、これまでに飛来したレーザーの数Ｍと各レーザー飛来時の飛来方向αｉとがグリッドごとに更新登録され、さらに、そのうちで反射したレーザーについては反射したレーザーの数Ｎとその反射レーザーの飛来方向βｊとが更新登録される（表１参照）。
【００４８】
このようにすべてのグリッドについてデータの更新登録が終了したところで、グリッドごとの更新データが判定処理部３４０に順次送られ、グリッドごとに障害物か移動可能であるかを判定する判定処理工程（ＳＴ１５０）が行われる。
【００４９】
判定処理工程（ＳＴ１５０）について図１１を参照して説明する。
図１１は、判定処理工程ＳＴ１５０の手順を示すフローチャートである。
判定処理工程ＳＴ１５０では、まず、グリッド情報蓄積部３３０にて更新登録されたグリッド情報を順に読み出す（グリッド情報読出し工程ＳＴ２００）。
読み出したグリッド情報は平均反射方向算出部３５０に送られて、反射レーザーが飛来した方向βｊの平均値βaveが算出される（平均反射方向算出工程ＳＴ２１０）。
続いてＳＴ２２０において、算出された平均反射方向βaveを用いて反射レーザー方向βｊの標準偏差σβが算出される（標準偏差算出工程ＳＴ２２０）
このように算出された平均反射方向βaveおよび標準偏差σβはカウント部３６０に送られ、カウント工程ＳＴ２３０、ＳＴ２４０が実行される。
【００５０】
カウント工程にあっては、まず、先に算出された平均反射方向βave付近であるβave±σβの角度範囲にレーザー飛来方向αｉが入るレーザーの数Ｍ’をカウントする（レーザーカウント工程ＳＴ２３０）。
また、平均反射方向βave付近であるβave±σβの角度範囲に反射レーザー飛来方向βｊが入る反射レーザーの数Ｎ’をカウントする（反射レーザーカウント工程ＳＴ２４０）。
これらのカウント結果は閾値判定部３７０に送られ、閾値判定工程（ＳＴ２５０）が実行される。
【００５１】
閾値判定工程ＳＴ２５０では、βave±σβの範囲における反射レーザーの割合を求め、この割合を所定閾値と対比する。
そして、反射レーザーの割合「Ｎ’／（Ｍ’＋Ｎ’）」が閾値以上である場合には、このグリッドを障害物があるグリッドとして判定する。
また、反射レーザーの割合「Ｎ’／（Ｍ’＋Ｎ’）」が閾値以下である場合には、このグリッドは障害物ではないと判定する。
このような判定結果は、グリッド判定結果記憶部３８０に送られて記憶される（グリッド判定結果記憶工程ＳＴ２６０）
【００５２】
すべてのグリッドについて閾値判定が行われるまでグリッドごとにＳＴ２００からＳＴ２６０を繰り返し、すべてのグリッドについて閾値判定を行ったところで判定データを真地図データ生成部３９０に送る。
真地図データ生成部３９０において、グリッドごとに得られた判定結果を仮地図データの各グリッドに登録し、真地図データを生成する（真地図データ生成工程ＳＴ１６０）
【００５３】
以上、このような構成を備える第１実施形態によれば、周囲環境にある障害物を正確に認識し、周囲環境を適格に反映した地図データを得ることができる。
従来のごとく単純に一回のレーザー走査結果を地図に登録しただけはガラス等の光学特殊障害物を認識することができなかった。
この点、本実施形態においては、平均反射方向算出部３５０によって反射が生じやすい角度領域を求めたうえで、この平均反射方向の近辺における過去のレーザー走査結果をカウント部３６０でカウントして抽出し、前記角度領域における反射割合を判定の基礎としている。
したがって、たとえば、ガラス板のように限られた角度範囲でしか検出できない障害物があった場合でも、これを正確に認識して正確な地図データを生成することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態の基本的構成は第１実施形態に同様であるが、第２実施形態においては、判定処理部において通常の障害物と光学特殊障害物とを区別し、光学特殊障害物の位置に基づいて不適切であると判断されるレーザー走査データを蓄積データから削除しておく点に特徴を有する。
【００５５】
図１２は、第２実施形態においてグリッド情報蓄積部３３０および判定処理部４４０を示す図である。
グリッド情報蓄積部３３０は、各グリッドに関して過去のレーザー走査の結果を更新登録して保持しているところ、第２実施形態においては、さらに、反射レーザーによって計測された距離ｄｊも蓄積データとして蓄積していく。
すなわち、反射レーザーの飛来方向βｊとその反射レーザーで計測された距離ｄｊと対にして蓄積していく。
【００５６】
【表２】
0004930443.tif 000003
【００５７】
第２実施形態において、判定処理部４４０は、障害物グリッド判定部４４１と、障害物グリッド記憶部４４２と、光学特殊障害物判断部４４３と、グリッド情報修正部４９０と、を備えている。
【００５８】
障害物グリッド判定部４４１は、グリッド情報蓄積部３３０に蓄積されているデータに基づいて各グリッドが障害物グリッドであるか否かを判定する。
すなわち、グリッドごとに反射レーザーの割合を所定閾値と対比し、所定閾値以上であればそのグリッドには通常の障害物があると判断して障害物グリッドであると判定する。
【００５９】
ここでいう反射レーザーの割合は、レーザーの飛来回数Ｍとレーザーの反射回数Ｎとから「Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）」と求められる。
障害物グリッド判定部４４１は、障害物グリッドと判定したグリッドについては障害物グリッド記憶部４４２に判定結果を送り、その他のグリッドについては光学特殊障害物判断部４４３に送る。
【００６０】
障害物グリッド記憶部４４２は、反射レーザーの割合「Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）」が閾値以上であるグリッドを障害物グリッドとして記憶していく。
【００６１】
光学特殊障害物判断部４４３は、基本的に第１実施形態における判定処理部と同様の構成であり、平均反射方向算出部４５０と、カウント部４６０と、閾値判定部４７０と、グリッド判定結果記憶部４８０と、を備えている。
そして、カウント部４６０において、反射レーザーの平均反射方向βave付近であるβave±σβの範囲にある飛来レーザーおよび反射レーザーをカウントし、反射レーザーの割合を閾値に対比して障害物であるか否かを判定する。
【００６２】
ただし、光学特殊障害物判断部４４３に送られてくるのは障害物グリッドを除外したグリッドデータであることから、閾値判定部４７０において反射レーザーの割合「Ｎ’／（Ｍ’＋Ｎ’）」が閾値以上であるグリッドについては、ガラス等の光学特殊障害物であると判断される。
そこで、グリッド判定結果記憶部４８０では、閾値判定部４７０における判定において反射レーザーの割合「Ｎ’／（Ｍ’＋Ｎ’）」が閾値以上であるグリッドについては光学特殊障害物であるとして記憶するとともに、平均反射方向算出部４５０にて算出された平均反射方向βaveを光学特殊障害物の法線方向として記憶する。
【００６３】
障害物グリッド記憶部４４２およびグリッド判定結果記憶部４８０に記憶された判定結果に基づいてグリッドごとに障害物であるか、光学特殊障害物であるか、フリースペースであるかが仮地図データのグリッドに登録されていき、真地図データが生成される。
【００６４】
次に、グリッド情報修正部４９０について説明する。
グリッド情報修正部４９０は、真地図データに登録された光学特殊障害物との関係から不適当であると判断されるレーザー走査データを削除してグリッド情報を修正する。
グリッド情報修正部４９０は、グリッド情報蓄積部３３０から反射レーザーの飛来方向βｊとその反射レーザーによる計測距離ｄｊとを順に読み出す。
そして、飛来方向βｊとは逆向きにそのグリッドから計測距離ｄｊの長さを有する仮想レーザーを生成し、真地図データにプロットする。
【００６５】
たとえば、図１３に示されるように、グリッドＧｘｙがいくつかのレーザーを反射している場合、グリッドＧｘｙから反射レーザーの飛来方向βｊの逆方向で距離ｄｊの仮想レーザーＬｓを地図上にプロットする。
【００６６】
真地図データには光学特殊障害物が登録されているところ、仮想レーザーが光学特殊障害物のグリッドを通過していないか調査する。
ここで、仮想レーザー上に光学特殊障害物のグリッドがある場合、さらに、仮想レーザーの通過方向と光学特殊障害物の法線方向とを対比する。
仮想レーザーの通過方向と光学特殊障害物の法線方向とのずれ角が所定閾値以上である場合（例えばσβ以上である場合）、そのレーザーは適正な角度を外れた方向からレーザー距離計２３０の受光部に戻っていることになる。
【００６７】
すなわち、光学特殊障害物によって鏡面反射されて戻ってきたレーザーであるため、そのレーザーによって得られる情報は虚像９３０であって実際の環境を反映していない。
そこで、このような不適切なグリッド情報をグリッド情報蓄積部３３０から削除して、実際の環境を反映したデータのみを残し、グリッド情報を適正に修正する。
【００６８】
一方、仮想レーザーの通過方向と光学特殊障害物の法線方向とのずれ角が所定閾値よりも小さい場合（例えばσβより小さい場合）、このレーザーは光学特殊障害物（例えばガラス板）をぼほ正面から透過して戻ってきたものである。これは単にガラス板の向こう側に存在する通常障害物を反映していると考えられるため、このようなレーザーについて削除する必要はない。
【００６９】
このような構成を備える第２実施形態の動作について説明する。
基本的な動作手順は第１実施形態と同様である。
ただし、第２実施形態においては、図１４のフローチャートに示すように、判定処理工程にあたってグリッド情報読出し工程ＳＴ３００の後、まず、障害物グリッド判定工程ＳＴ３１０が実行される。
障害物グリッド判定工程ＳＴ３１０では、グリッド情報蓄積部３３０に蓄積されているデータに基づいて各グリッドが障害物グリッドであるか否かを判定するところ、グリッドごとにレーザーの飛来回数Ｍとレーザーの反射回数Ｎとから反射レーザーの割合である「Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）」を算出して、この反射レーザーの割合を所定閾値と対比する。
【００７０】
そして、反射レーザーの割合「Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）」が所定閾値以上である場合にはそのグリッドは通常の障害物があるグリッドと判定して（ＳＴ３１１：ＹＥＳ）、障害物グリッド記憶部に記憶する。
【００７１】
一方、障害物グリッドでない場合（ＳＴ３１１：ＮＯ）、そのグリッドが光学特殊障害物であるか否かを判定する（ＳＴ３２０〜ＳＴ３７０）。
【００７２】
このＳＴ３２０〜ＳＴ３７０については第１実施形態におけるＳＴ２１０〜ＳＴ２６０と同じ手順であるが、第２実施形態においては前もって障害物グリッド判定工程ＳＴ３１０によって障害物グリッドを別に判別しているため、ＳＴ３６０における閾値判定工程で閾値を超えるグリッドは光学特殊障害物であることとなる。
このようにして第２実施形態における判定処理工程では通常の障害物、光学特殊障害物、フリースペースがそれぞれ区別され、真地図データに登録される。
【００７３】
第２実施形態においては、真地図データが生成されたのち、さらに、グリッド情報修正部によるグリッド情報修正工程が実行される。
図１５は、グリッド情報修正工程の手順を示すフローチャートである。
【００７４】
グリッド情報修正工程においては、まず、グリッド情報蓄積部３３０からグリッド情報を読み出す（グリッド情報読出し工程ＳＴ４００）。
このとき、グリッドごとに蓄積されている反射レーザーの飛来方向βｊとその反射レーザーによって計測される距離ｄｊとを順に読み出していく。
続いて、仮想レーザー生成工程ＳＴ４１０において、飛来方向βｊとは逆向きにそのグリッドから計測距離ｄｊの長さを有する仮想レーザーを生成する。
生成した仮想レーザーは真地図データ上にプロットする。
【００７５】
真地図データ上には、障害物グリッド、光学特殊障害物グリッド、フリースペースがそれぞれ登録されているところ、仮想レーザーが通過する経路上に光学特殊障害物があるいか否かを調査する（通過グリッド調査工程ＳＴ４２０）。
仮想レーザーの通過経路上に光学特殊障害物がない場合（ＳＴ４３０：ＹＥＳ）、その反射レーザーの飛来方向βｊおよび計測距離ｄｊは適切なデータであると判断される。
そして、すべてのグリッド情報について調査が終了するまでＳＴ４００にもどって繰り返される。
【００７６】
ここで、ＳＴ４２０の通過グリッド調査工程において仮想レーザーの通過経路上に光学特殊障害物がある場合（ＳＴ４３０：ＮＯ）、続いて、仮想レーザーの通過方向と光学特殊障害物の法線方向とを対比して通過方向が適正であるか判定する（通過方向判定工程ＳＴ４５０）。
仮想レーザーの通過方向と光学特殊障害物の法線方向とのずれ角が所定閾値（例えばσβ）よりも小さい場合にはレーザーの通過方向は適切である（ＳＴ４６０：ＹＥＳ）。
【００７７】
その一方、仮想レーザーの通過方向と光学特殊障害物の法線方向とのずれ角が所定閾値以上である場合、レーザーは適正な角度を外れた方向からレーザー距離計２３０に戻っていることになる。
そこで、このようなレーザーの情報はグリッド情報蓄積部３３０のデータから削除する（グリッド情報削除工程ＳＴ４７０）。
このようにしてグリッド情報の適正な修正が実行される。
【００７８】
以上、このような第２実施形態によれば、通常障害物と光学特殊障害物とを区別して判定したうえで、さらに、光学特殊障害物との角度関係から不適切なレーザー走査結果をグリッド情報蓄積部３３０から削除する。
したがって、以後の判断においては不適切なデータを基礎にすることがないため、判断の精度が高まっていき、周囲環境をより適切に反映した地図データを生成することができる。
【００７９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
平均反射方向算出部に標準偏差算出部が設けられ、反射レーザー飛来方向の標準偏差σβを用いてβ±σβの範囲にある飛来レーザーと反射レーザーの割合を判定するとしたが、標準偏差によらず他の所定値によって範囲を区切ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】移動ロボットの外観構成を示す図。
【図２】レーザー距離計にて周囲をセンシングする様子を表す図。
【図３】第１実施形態において、地図データ生成部の構成を示す図。
【図４】走査データの一例を示す図。
【図５】通常の障害物での光反射強度を示す図。
【図６】光学特殊障害物での光反射強度を示す図。
【図７】ガラス板と通常障害物とがある場合におけるレーザーの経路の一例を示す図。
【図８】レーザー走査の結果をそのまま登録した場合の問題を説明する図。
【図９】第１実施形態において、判定処理部の構成を示す図。
【図１０】第１実施形態の動作手順を示すフローチャート。
【図１１】第１実施形態において、判定処理工程の手順を示すフローチャート。
【図１２】第２実施形態において、判定処理部の構成を示す図。
【図１３】第２実施形態において、グリッドＧｘｙから仮想レーザーＬｓを地図上にプロットした図。
【図１４】第２実施形態において、判定処理工程の動作手順を示すフローチャート。
【図１５】第２実施形態において、グリッド情報修正工程の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００８１】
２００…移動ロボット、２１０…本体部、２２０…移動手段、２３０…レーザー距離計、２４０…オドメトリセンサ、３００…地図データ生成部、３１０…仮地図処理部、３１１…レーザー走査データ記憶部、３１２…自己位置予測部、３１３…仮地図データ生成部、３２０…真地図処理部、３３０…グリッド情報蓄積部、３４０…判定処理部、３５０…平均反射方向算出部、３５１…標準偏差算出部、３６０…カウント部、３６１…レーザーカウント部、３６２…反射レーザーカウント部、３７０…閾値判定部、３８０…グリッド判定結果記憶部、３９０…真地図データ生成部、４４０…判定処理部、４４１…障害物グリッド判定部、４４２…障害物グリッド記憶部、４４３…光学特殊障害物判断部、４５０…平均反射方向算出部、４６０…カウント部、４７０…閾値判定部、４８０…グリッド判定結果記憶部、４９０…グリッド情報修正部。
【図１】
0004930443.tif 000004
【図２】
0004930443.tif 000005
【図３】
0004930443.tif 000006
【図４】
0004930443.tif 000007
【図５】
0004930443.tif 000008
【図６】
0004930443.tif 000009
【図７】
0004930443.tif 000010
【図８】
0004930443.tif 000011
【図９】
0004930443.tif 000012
【図１０】
0004930443.tif 000013
【図１１】
0004930443.tif 000014
【図１２】
0004930443.tif 000015
【図１３】
0004930443.tif 000016
【図１４】
0004930443.tif 000017
【図１５】
0004930443.tif 000018