(57)【要約】【課題】移動経路を把握しつつ自走式移動体の走行制御を行う自走制御装置及び自走制御プログラムを提供する。【解決手段】画像取得部２６が自走式移動体１００の現在位置に画像取得領域を設定し、その中心画像と周囲画像とを取得する。周囲画像は中心画像の周囲領域の一部を含んでいる。画像判定部３０は、移動経路上で移動開始点の次の位置における特徴情報画像を特徴情報画像登録部２８から読み出し、画像判定部３０が、上記周囲画像と読み出した特徴情報画像とを比較し、両画像が一致するか否かを判定する。両画像が一致した場合には、移動制御部３２が移動指示信号を自走式移動体１００の駆動装置１０２に対して出力し、す中心画像から特徴情報画像と一致した周囲画像の方向へ、当該周囲画像が中心画像の位置に一致するように自走式移動体を移動させる。以上の動作を終点に到達するまで繰り返す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランダム性を有する特徴が分布した走行面の画像取得領域から、当該領域よりも小面積の中心画像と、前記中心画像と所定画素数ずれ、前記中心画像の周囲領域の一部を含む周囲画像とを順次取得する画像取得手段と、
予め決定された移動経路に沿って連続的に複数設定された走行面の特徴情報画像を移動順に登録する特徴情報画像登録手段と、
前記画像取得手段が取得した周囲画像と、前記特徴情報画像登録手段に登録された特徴情報画像とを比較し、両画像が同一か否かを判定する画像判定手段と、
前記画像判定手段が同一と判定した場合に、前記中心画像から前記同一と判定された周囲画像の方向へ、当該周囲画像が中心画像の位置に一致するように移動指示信号を出力する移動制御手段と、
を備えることを特徴とする自走制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の自走制御装置において、前記画像取得手段は、前記走行面からの反射光を読み取る手段であり、前記特徴は反射光の濃度を表す画像情報として取得されることを特徴とする自走制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の自走制御装置において、前記画像判定手段は、前記画像取得手段が取得した周囲画像と当該周囲画像より小さい前記特徴情報画像とを比較し、前記特徴情報画像が前記周囲画像の中に含まれている場合に同一と判定することを特徴とする自走制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項記載の自走制御装置において、前記画像取得手段は、移動体の移動中に、前記周囲画像として前記中心画像の八方向に１画素ずれた画像を取得することを特徴とする自走制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項記載の自走制御装置が、さらに前記走行面の画像を登録する走行面画像登録手段と、前記走行面の画像から特徴情報画像を切り出す特徴情報画像切出手段と、を備え、前記特徴情報画像切出手段は、前記切り出した特徴情報画像と前記中心画像とが同一であると前記画像判定手段が判定するまで、判定開始位置から所定画素数ずつずらしながら前記特徴情報画像を切り出し、前記移動制御手段は、前記画像判定手段が同一と判定したときに、前記ずらした画素数と１画素ピッチとの積に基づいて現在位置を認識することを特徴とする自走制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の自走制御装置において、前記特徴情報画像は、前記判定開始位置から１画素ずつずらしながら設定されることを特徴とする自走制御装置。
【請求項７】
コンピュータに、
ランダム性を有する特徴が分布した走行面の画像取得領域から、当該領域よりも小面積の中心画像と、前記中心画像と所定画素数ずれ、前記中心画像の周囲領域の一部を含む周囲画像とを順次取得し、
予め決定された移動経路に沿って連続的に複数設定された走行面の特徴情報画像を移動順に登録し、
前記取得した周囲画像と、前記登録された特徴情報画像とを比較し、両画像が同一か否かを判定し、
前記両画像を同一と判定した場合に、前記中心画像から前記同一と判定された周囲画像の方向へ、当該周囲画像が中心画像の位置に一致するように移動指示信号を出力する処理を実行させることを特徴とする自走制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自走制御装置及び自走制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自走式の移動体が種々提案されており、例えば車輪の回転数や旋回角度を計測することにより走行制御を行っていた。
【０００３】
下記特許文献１では、上記車輪の回転数による制御において車輪と床面との間に生じるスリップに基づく移動経路の誤差を低減するために、床面の光像の変化から２次元の移動距離を検出することにより走行制御を行う自走式掃除機が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１８０５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、移動経路を把握しつつ自走式移動体の走行制御を行う自走制御装置及び自走制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の自走制御装置の発明は、ランダム性を有する特徴が分布した走行面の画像取得領域から、当該領域よりも小面積の中心画像と、前記中心画像と所定画素数ずれ、前記中心画像の周囲領域の一部を含む周囲画像とを順次取得する画像取得手段と、予め決定された移動経路に沿って連続的に複数設定された走行面の特徴情報画像を移動順に登録する特徴情報画像登録手段と、前記画像取得手段が取得した周囲画像と、前記特徴情報画像登録手段に登録された特徴情報画像とを比較し、両画像が同一か否かを判定する画像判定手段と、前記画像判定手段が同一と判定した場合に、前記中心画像から前記同一と判定された周囲画像の方向へ、当該周囲画像が中心画像の位置に一致するように移動指示信号を出力する移動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記画像取得手段が、前記走行面からの反射光を読み取る手段であり、前記特徴が反射光の濃度を表す画像情報として取得されることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記画像判定手段が、前記画像取得手段が取得した周囲画像と当該周囲画像より小さい前記特徴情報画像とを比較し、前記特徴情報画像が前記周囲画像の中に含まれている場合に同一と判定することを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項記載の発明において、前記画像取得手段が、移動体の移動中に、前記周囲画像として前記中心画像の八方向に１画素ずれた画像を取得することを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項記載の発明が、さらに前記走行面の画像を登録する走行面画像登録手段と、前記走行面の画像から特徴情報画像を切り出す特徴情報画像切出手段と、を備え、前記特徴情報画像切出手段が、前記切り出した特徴情報画像と前記中心画像とが同一であると前記画像判定手段が判定するまで、判定開始位置から所定画素数ずつずらしながら前記特徴情報画像を切り出し、前記移動制御手段は、前記画像判定手段が同一と判定したときに、前記ずらした画素数と１画素ピッチとの積に基づいて現在位置を認識することを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記特徴情報画像が、前記判定開始位置から１画素ずつずらしながら設定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の自走制御プログラムの発明は、コンピュータに、ランダム性を有する特徴が分布した走行面の画像取得領域から、当該領域よりも小面積の中心画像と、前記中心画像と所定画素数ずれ、前記中心画像の周囲領域の一部を含む周囲画像とを順次取得し、予め決定された移動経路に沿って連続的に複数設定された走行面の特徴情報画像を移動順に登録し、前記取得した周囲画像と、前記登録された特徴情報画像とを比較し、両画像が同一か否かを判定し、前記両画像を同一と判定した場合に、前記中心画像から前記同一と判定された周囲画像の方向へ、当該周囲画像が中心画像の位置に一致するように移動指示信号を出力する処理を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明は、特徴情報画像を使用しない場合と比べて、移動経路を把握しつつ自走式移動体の走行制御を行うことができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、本構成を有していない場合に比べて、簡易な手段により走行面の特徴を取得することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、本構成を有していない場合に比べて、簡易な手段により特徴情報画像と周囲画像との同一性を判定できる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、本構成を有していない場合に比べて、全ての方向の周囲画像について特徴情報画像との同一性を判定できる。
【００１６】
請求項５または請求項６記載の発明は、本構成を有していない場合に比べて、自走式移動体の現在位置を認識することができる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、本構成を有していない場合に比べて、移動経路を把握しつつ自走式移動体の走行制御を行う自走制御プログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１９】
図１には、本発明にかかる自走制御装置の一実施形態のハードウェア構成が示される。図１において、自走制御装置１０は、中央処理装置（例えばＣＰＵを用いることができる）１２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１４、画像センサ１６、表示装置１８、入力装置２０及びハードディスク装置（ＨＤＤ）２２を含んで構成されている。また、これらの構成要素は、適宜なインターフェースを介してバス２４により互いに接続されている。
【００２０】
ＣＰＵ１２は、ＲＡＭ１４またはハードディスク装置２２に格納されている制御プログラムに基づいて、後述する各部の動作を制御する。ＲＡＭ１４は主としてＣＰＵ１２の作業領域として機能する。
【００２１】
また、画像センサ１６は、例えばＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサ等により構成され、自走式移動体が走行する走行面の画像を光学的に読み取る。例えば、走行面に適宜な光を照射し、その反射光を読み取る構成とすることができる。このときの画像の大きさ、解像度及び階調等は、走行面が有するランダムな表面模様の分布等に応じて適宜決定することができる。
【００２２】
また、表示装置１８は、液晶ディスプレイ等により構成され、画像センサ１６が読み取った画像等を表示する。なお、表示装置１８は省略してもよい。
【００２３】
また、入力装置２０は、キーボード・ポインティングデバイス等により構成され、使用者が動作指示等を入力するために使用する。
【００２４】
また、ハードディスク装置２２は、大容量の記憶装置であり、後述する処理に必要となる種々のデータを記憶することができる。
【００２５】
図２には、本発明にかかる自走制御装置の一実施形態の機能ブロック図である。図２において、自走制御装置１０は、画像取得部２６、特徴情報画像登録部２８、画像判定部３０、移動制御部３２、特徴情報画像切出部３４及び走行面画像格納部３６を含んで構成されている。
【００２６】
画像取得部２６は、例えば図１に示される画像センサ１６及びこれをＣＰＵ１２により制御するためのプログラムにより構成され、走行面の矩形の画像取得領域から、当該領域よりも小面積の矩形の中心画像と、中心画像と所定画素数ずれ、中心画像の周囲領域を含む矩形の周囲画像とを順次取得する。ここで、上記中心画像と周囲画像とのずれは、例えば１画素以上の任意の画素数とすることができ、自走式移動体の走行制御の精度等に応じて決定する。また、上記画像取得領域は、自走式移動体に設けられた画像センサ１６が自走式移動体の現在位置において読み取り可能な領域に設定された矩形領域である。なお、領域の形状は矩形に限られず、走行制御が可能であれば、例えば円形等としてもよい。
【００２７】
特徴情報画像登録部２８は、例えばＲＡＭ１４及びハードディスク装置２２及びこれらをＣＰＵ１２により制御するためのプログラムにより構成され、予め決定された移動経路に沿って連続的に複数設定された走行面の特徴情報画像を、自走式移動体の移動順に登録する。ここで、走行面としては、色彩や表面の微細構造等を含む表面の模様にランダム性を有する特徴が分布しているものが対象となる。上記特徴情報画像は、走行面から切り出された、ランダム性を有する特徴を表す画像であり、例えば走行面からの反射光の濃度を表す画像情報とすることができる。なお、画像取得部２６が取得する中心画像と周囲画像とが矩形である場合には、特徴情報画像も矩形とするのが好適である。
【００２８】
画像判定部３０は、例えばＣＰＵ１２及びＣＰＵ１２の処理動作を制御するプログラムを含んで構成され、画像取得部２６が取得した中心画像または周囲画像と特徴情報画像とを比較し、両画像が同一か否かを判定する。この同一性の判定は、例えば、上記特徴情報画像と中心画像または周囲画像との相関値を演算し、この相関値が所定の閾値を超えているか否かにより行うことができる。すなわち、相関値が閾値を超えていれば同一と判定する。また、特徴情報画像を周囲画像より小さく設定し、特徴情報画像が周囲画像の中に含まれている場合に同一と判定してもよい。この場合、特徴情報画像と最も相関値が高くなる領域が周囲画像の中に含まれているか否かにより判定することができる。
【００２９】
移動制御部３２は、例えばＣＰＵ１２及びＣＰＵ１２の処理動作を制御するプログラムを含んで構成され、画像判定部３０が上記周囲画像と特徴情報画像とを同一と判定した場合に、中心画像から上記同一と判定された周囲画像の方向へ、当該周囲画像が中心画像の位置に一致するように移動指示信号を出力する。ここで、周囲画像が中心画像の位置に一致するとは、自走式移動体が上記中心画像から周囲画像の方向へ移動することにより、画像センサ１６による中心画像の読み取り位置も当該方向に移動し、上記周囲画像が次の中心画像になることをいう。また、上記移動指示信号は、後述する自走式移動体の駆動装置に出力される。
【００３０】
特徴情報画像切出部３４は、例えばＣＰＵ１２及びＣＰＵ１２の処理動作を制御するプログラムを含んで構成され、後述する走行面画像格納部３６に格納された走行面の全部または一部の画像から、走行面の特徴情報画像を切り出す。切り出した特徴情報画像は、例えば特徴情報画像登録部２８に上記予め決定された移動経路に沿って登録する。なお、特徴情報画像は、特徴情報画像切出部３４により切り出す代わりに、移動経路に沿って自走式移動体を手動で走行させながら、画像取得部２６により取得してもよい。あるいは、表示装置１８に走行面の画像を表示し、入力装置２０から所望の経路を指示して、経路に沿った特徴情報画像を指定する構成としてもよい。
【００３１】
走行面画像格納部３６は、例えばＲＡＭ１４及びハードディスク装置２２及びこれらをＣＰＵ１２により制御するためのプログラムにより構成され、走行面の全部または一部の画像を格納する。
【００３２】
図３（ａ），（ｂ）には、上述した自走制御装置を備えた自走式移動体の一実施形態の動作説明図が示される。図３（ａ）において、自走式移動体１００には、駆動装置１０２により駆動される車輪１０４，１０６が備えられ、自走可能に構成されている。この車輪１０４，１０６は、駆動装置１０２に設けられた旋回機構により旋回され、自走式移動体１００を所望の方向に進行させる構成となっている。車輪１０４，１０６の駆動及び旋回は、本実施形態の自走制御装置１０により制御され、自走式移動体１００が移動経路１０８に沿って走行する。また、自走式移動体１００は、自走制御装置１０を構成し、走行面の画像を取得する画像センサ１６も備えている。
【００３３】
図３（ｂ）は、自走制御装置１０の特徴情報画像登録部２８に登録された特徴情報画像１１０の例である。この特徴情報画像１１０は、移動経路１０８に沿って登録されており、画像センサ１６により取得した走行面の画像（中心画像または周囲画像）と比較しつつ、自走式移動体１００が所望の移動経路１０８上を走行する構成となっている。
【００３４】
図４には、本発明にかかる自走制御装置の制御動作例のフローが示される。図４は、自走式移動体１００が現在位置を認識する場合の制御動作例であり、例えば移動開始する前に移動開始位置を認識するための制御動作である。また、図５（ａ），（ｂ）には、画像取得部２６が取得した中心画像または周囲画像を特徴情報画像と比較する方法の説明図が示される。
【００３５】
図４において、画像取得部２６が自走式移動体１００の現在位置の走行面に画像取得領域を設定し、その中心画像を取得する（Ｓ１０１）。図５（ａ）に示されるように、上記設定された画像取得領域Ａの中心領域に画像取得領域Ａよりも小面積の中心画像Ｂが設定されている。なお、画像取得領域Ａは、自走式移動体１００の現在位置に置いて画像センサ１６が読み取り可能な領域に設定した矩形領域である。
【００３６】
次に、特徴情報画像切出部３４が、走行面画像格納部３６に格納された走行面の画像から特徴情報画像を切り出す（Ｓ１０２）。なお、最初の特徴情報画像の切り出しは、予め決定した判定開始位置で行われる。
【００３７】
画像判定部３０は、Ｓ１０１出取得した中心画像と、Ｓ１０２で切り出した特徴情報画像とを比較し、両画像が一致するか否かを判定する（Ｓ１０３）。一致しない場合は、Ｓ１０２からのステップを繰り返す。この場合、特徴情報画像の切り出し位置は、上記判定開始位置から所定方向に所定画素数ずつずらしてゆく。なお、切り出し位置を判定開始位置からずらして行く方向は、走行面の形状等に基づいて適宜決定する。この場合、ある切り出し位置で上記ずらす方向を変えてもよい。また、ずらす画素数は、１画素とすれば現在位置の特定精度が向上し、複数画素とすれば、現在位置の特定処理の速度を高くできる。
【００３８】
図６には、特徴情報画像の切り出し位置をずらす場合の例が示される。なお、自走式移動体１００の現在位置をδとしている。図６において、判定開始位置αから図の右方向に切り出し位置をずらして行き、走行面の左端である点βに到達したところで図の下方向にずらす方向を変える。下方向に所定画素数ずれたγ点でさらに図の右方向にずらす方向を変える。このまま切り出し位置をずらして行き、自走式移動体１００の現在位置δに到達する。
【００３９】
Ｓ１０３において、中心画像と特徴情報画像とが一致した場合、移動制御部３２は、判定開始位置αと、上記一致するまでにずらしたが素数及びずらす方向とに基づき、自走式移動体１００の現在位置δの走行面上における位置を認識する（Ｓ１０４）。この場合、ずらしたが素数に１画素ピッチすなわち画素間の距離を乗じた積により判定開始位置αからずれた距離を求めることができる。
【００４０】
図７には、本発明にかかる自走制御装置の他の制御動作例のフローが示される。図７は、図４の処理で認識した現在位置から予め決定された移動経路に沿って自走式移動体１００を走行させる制御動作例である。
【００４１】
図７において、画像取得部２６が自走式移動体１００の現在位置（移動開始位置）の走行面に画像取得領域を設定し、その中心画像と周囲画像とを取得する（Ｓ２０１）。図５（ａ）に示されるように、上記設定された画像取得領域Ａの中心領域に画像取得領域Ａよりも小面積の中心画像Ｂ及び中心画像Ｂと図５（ａ）のｘ、ｙ方向に所定画素数、例えば１画素ずれた周囲画像Ｃが設定されている。図５（ａ）において破線で示された周囲画像Ｃは、中心画像Ｂの周囲領域（外側を囲む領域）の一部を含んでいる。
【００４２】
また、画像判定部３０は、移動経路上で移動開始点の次の位置における特徴情報画像を特徴情報画像登録部２８から読み出す（Ｓ２０２）。次に画像判定部３０は、Ｓ２０１で画像取得部２６が取得した周囲画像ＣとＳ２０２で読み出した特徴情報画像とを比較し、両画像が一致するか否かを判定する（Ｓ２０３）。
【００４３】
Ｓ２０３において、両画像が一致しない場合は、画像取得部２６がＳ２０１で取得した周囲画像Ｃを切り替える（Ｓ２０４）。ここで、画像取得部２６が現在の中心画像に対する全ての周囲画像を取得していた場合には（Ｓ２０５）、特徴情報画像と一致する周囲画像Ｃがなく、移動制御部３２が移動方向を決定できないことを意味するので、表示装置１８等によりエラーを報知する（Ｓ２０６）。一方、取得していない周囲画像Ｃが残っている場合には（Ｓ２０５）、次の周囲画像Ｃを取得して（Ｓ２０７）、Ｓ２０３からのステップを繰り返す。上記次の周囲画像Ｃの取得方法としては、例えば図５（ｂ）に示されるように、中心画像Ｂに対して八方向に所定画素数ずれた周囲画像Ｃを予め決めていた順序で取得してもよい。この場合、上記所定画素数を１画素とすれば、移動経路からの誤差の少ない高精度の走行制御とすることができる。
【００４４】
一方、Ｓ２０３において、両画像が一致した場合には、移動制御部３２が移動指示信号を自走式移動体１００の駆動装置１０２に対して出力する（Ｓ２０８）。移動指示信号は、図５（ａ）に矢印Ｄで示されるように、中心画像Ｂから特徴情報画像と一致した周囲画像Ｃの方向へ、当該周囲画像が中心画像の位置に一致するように自走式移動体１００を移動させる制御信号である。
【００４５】
次に、移動制御部３２は、Ｓ２０８で出力した移動指示信号に基づいて自走式移動体１００が移動した結果、移動経路の終点に到達したか否かを判定する（Ｓ２０９）。終点に到達したか否かの判定は、Ｓ２０３で周囲画像に一致した特徴情報画像が終点における画像であるか否かにより行うことができる。
【００４６】
Ｓ２０９において、終点である場合には処理を終了し、終点でなかった場合には、Ｓ２０１のステップに戻り、移動後の位置における中心画像と周囲画像とを取得して上記各ステップを繰り返す。
【００４７】
以上の動作により、自走式移動体１００を所定の移動経路に沿って走行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明にかかる自走制御装置の一実施形態のハードウェア構成を示す図である。
【図２】本発明にかかる自走制御装置の一実施形態の機能ブロック図である。
【図３】本発明にかかる自走制御装置を備えた自走式移動体の一実施形態の動作説明図である。
【図４】本発明にかかる自走制御装置の制御動作例のフロー図である。
【図５】中心画像または周囲画像を特徴情報画像と比較する方法の説明図である。
【図６】特徴情報画像の切り出し位置をずらす場合の例を示す図である。
【図７】本発明にかかる自走制御装置の他の制御動作例のフロー図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  自走制御装置、１２  ＣＰＵ、１４  ＲＡＭ、１６  画像センサ、１８  表示装置、２０  入力装置、２２  ハードディスク装置、２４  バス、２６  画像取得部、２８  特徴情報画像登録部、３０  画像判定部、３２  移動制御部、３４  特徴情報画像切出部、３６  走行面画像格納部、１００  自走式移動体、１０２  駆動装置、１０４，１０６  車輪、１０８  移動経路、１１０  特徴情報画像。
【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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