(57)【要約】【課題】周囲の環境に対する自己位置の相対的な位置情報が十分得られない環境においても、簡単に自己位置を精度よく認識することができる自律移動体、自律移動体制御システム、および自律移動体の自己位置推定方法を提供すること。【解決手段】自律移動体において、移動体本体の自己位置候補を算出する自己位置候補算出部と、前記算出された自己位置候補に基づいて推定自己位置を認識する自己位置認識部と、固有のＩＤ信号を含む赤外線を照射する赤外線照射部から照射された赤外線を検出する検出部とを設けるとともに、自己位置認識部において、検出部で検出した赤外線に関する情報に基づいて自己位置候補算出部により算出した自己位置候補を修正し、修正後の自己位置候補を推定自己位置として予め記憶した移動マップ上において認識する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体本体と、移動体本体の自己位置候補を算出する自己位置候補算出部と、前記算出された自己位置候補に基づいて推定自己位置を認識する自己位置認識部と、固有のＩＤ信号を含む赤外線を照射する赤外線照射部から照射された赤外線を検出する検出部とを備えた自律移動体であって、
前記自己位置認識部が、自律移動体の移動領域に関する移動マップを予め記憶するとともに、前記検出部で検出した赤外線に関する情報に基づいて前記自己位置候補算出部により算出した自己位置候補を修正し、修正後の自己位置候補を推定自己位置として前記移動マップ上において認識することを特徴とする自律移動体。
【請求項２】
前記自己位置認識部が、算出された自己位置候補に関する初期パーティクルマップを作成するパーティクルマップ作成部をさらに備えるとともに、
前記検出部により検出された赤外線に含まれる固有のＩＤ信号に基づいて、作成されたパーティクルマップに含まれるパーティクル分布を変更し、変更されたパーティクル分布に基づいて前記自己位置候補算出部で算出された自己位置候補を修正することを特徴とする請求項１に記載の自律移動体。
【請求項３】
前記検出部が複数設けられているとともに、これらの検出部が各々異なるＩＤ信号を含む赤外線を識別可能であり、該複数の検出部により各々検出された異なるＩＤ信号を含む赤外線に基づいて、算出した自己位置候補を修正することを特徴とする請求項１または２に記載の自律移動体。
【請求項４】
前記移動体本体が、駆動する一対の車輪を備えており、複数設けられた検出部のうち、少なくとも２つが前記車輪の車軸上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の自律移動体。
【請求項５】
前記自己位置候補算出部が、移動体本体の移動距離に基づいて自己位置候補を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自律移動体。
【請求項６】
前記自己位置候補算出部が、位置が既知であるランドマークの位置情報を取得することにより自己位置候補を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自律移動体。
【請求項７】
前記ランドマークが、所定の波長の光を発する光源であることを特徴とする請求項６に記載の自律移動体。
【請求項８】
所定の位置に設けられ、各々固有のＩＤ信号を含む赤外線を照射する複数の赤外線照射部と、
前記赤外線照射部から照射された赤外線を検出する検出部を備え、該検出部で検出した赤外線に関する情報に基づいて自己位置を認識しつつ移動可能な自律移動体と、を備えた自律移動体制御システムであって、
前記自律移動体が、移動体本体と、移動体本体の自己位置候補を算出する自己位置候補算出部と、前記算出された自己位置候補に基づいて推定自己位置を認識する自己位置認識部と、を備えるとともに、
前記自己位置認識部が、前記検出部で検出した赤外線に関する情報に基づいて、前記自己位置候補算出部により算出した自己位置候補を修正し、修正後の自己位置候補を推定自己位置として認識することを特徴とする自律移動体制御システム。
【請求項９】
前記赤外線照射部が照射する赤外線の照射範囲が可変に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の自律移動体制御システム。
【請求項１０】
前記複数の赤外線照射部が照射する赤外線の照射範囲が、部分的に重複していることを特徴とする請求項８または９に記載の自律移動体制御システム。
【請求項１１】
前記検出部が複数設けられているとともに、これらの検出部が各々異なるＩＤ信号を含む赤外線を識別可能であり、該複数の検出部により各々検出された異なるＩＤ信号を含む赤外線に基づいて、前記自律移動体が算出した自己位置候補を修正することを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の自律移動体制御システム。
【請求項１２】
前記複数の検出部を設ける間隔を、前記複数の赤外線照射部が照射する各々の赤外線の照射部を設置する間隔よりも長くしたことを特徴とする請求項１１に記載の自律移動体制御システム。
【請求項１３】
前記自律移動体が、駆動する一対の車輪により移動する車輪駆動型移動体であり、前記検出部のうち、少なくとも２つが前記車輪の車軸上に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の自律移動体制御システム。
【請求項１４】
所定の位置に設けられ、各々固有のＩＤ信号を含む赤外線を照射する複数の赤外線照射部と、
前記赤外線照射部から照射された赤外線を検出する検出部を備え、該検出部で検出した赤外線に関する情報に基づいて自己位置を認識しつつ前記自律移動体の自己位置を推定するために用いられる自己位置推定方法であって、
前記自律移動体の自己位置候補を算出する自己位置候補算出ステップと、
照射された赤外線を検出する赤外線検出ステップと、
検出した赤外線から、前記赤外線照射部に対する自律移動体の相対的な位置情報を取得する位置情報取得ステップと、
前記算出された自己位置候補を、取得した位置情報に基づいて修正する位置情報修正ステップと、
前記修正後の位置を推定自己位置として認識する自己位置認識ステップと、を備えることを特徴とする自己位置推定方法。
【請求項１５】
算出された自己位置候補に関する初期パーティクルマップを作成するパーティクルマップ作成ステップをさらに備えるとともに、
前記位置情報取得ステップにより取得された自律移動体の相対的な位置情報に基づいて、作成されたパーティクルマップに含まれるパーティクル分布を変更するパーティクル分布変更ステップをさらに備え、前記自己位置認識ステップにおいて、変更されたパーティクル分布に基づいて算出された自己位置候補を修正することを特徴とする請求項１４に記載の自己位置推定方法。
【請求項１６】
前記検出部が複数設けられているとともに、これらの検出部が各々異なるＩＤ信号を含む赤外線を識別可能であり、
前記赤外線検出ステップにおいて一つの検出部により赤外線が検出された後に、その検出部の位置を基点として旋回動作し、他の検出部においても赤外線を検出させるように自律移動体を旋回させる旋回ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１４または５に記載の自己位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の移動領域内において移動する自律移動体、および自律移動体制御システム、自律移動体を制御する場合等に用いる自律移動体の自己位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建物内部や屋外の限定された領域内を、周囲の環境に基づいて自律的に移動可能な自律移動型ロボットなどの移動体が開発されつつある。このような移動体は、予め記憶された移動する領域に関する移動マップ上において、現在の自己の位置から特定の目標地点までの移動経路を作成することで自律移動を可能とするため、通常、移動する領域内における自己位置を認識する機能を備えている。
【０００３】
このような自律移動体を制御するために、自律移動体に自己位置を認識させる技術としては、例えば特許文献１，２または３に記載のようなものが知られている。特許文献１に開示された位置認識方法は、固有の識別コードを光信号として発信する発光装置が配置された移動領域内を移動する移動体の移動方向や自己位置を、発信された光信号を受信し、発光装置からの距離を算出することで推定するものである。
【０００４】
同様に、特許文献２においても、移動する領域内の既知の場所に設置されたランドマークを、移動ロボットに備えられたセンサを用いて観測し、ランドマークと自己位置との相対的な位置関係から自己位置を推定する技術が開示されている。この技術においては、自己位置を推定する際に、観測した結果得られたランドマークの位置と、予め記憶した移動領域の形状上に存在するランドマークとのパターンマッチングを行い、自己位置として考えられる場所を離散的なグリッド上の確率密度分布として算出する。そして、算出した確率密度分布を用いて自己位置確率密度分布を作成し、この自己位置確率密度分布のうち最も高い密度に相当する位置を、移動マップ上の自己位置として認識している。
また、特許文献３においては、オドメトリ法による位置および方向認識と、ＲＦＩＤ（無線自動識別）リーダにより検出した位置情報とを組み合わせて、移動体の自己位置を認識させる技術が開示されている。この技術においては、ＲＦＩＤリーダにより検出した絶対位置に、オドメトリ法により取得した位置および方向を反映させることで、移動体の現在位置および移動している方向を認識させるものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−６３１８４号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６８２４号公報
【特許文献３】特開２００４−２１９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のような自己位置認識方法を用いた場合、例えば移動領域内に障害物が存在し、光信号を受信できない場合に、推定自己位置の推定することが困難になる。
【０００７】
また、特許文献２に記載のような自己位置認識方法では、移動する領域が特徴の少ない形状である場合、ランドマークと自己位置との相対的な関係を、移動領域の形状とパターンマッチングを行った際に、正確にパターンマッチングが行えない場合がある。すなわち、特徴となる点が十分に得られないため、真の自己位置を算出するための情報が不足し、実際の位置とは異なる点を自己位置と認識してしまう恐れが生じる。
【０００８】
また、特許文献３に記載のような自己位置推定方法においては、ＲＦＩＤカードがパッシブ方式であるため、ＲＦＩＤリーダとの通信可能距離は数センチメートルオーダーとなる。このため、ＲＦＩＤカードは天井か壁上部に設置することはできず、床に設置する必要がある。床表面にＲＦＩＤカードを設置すると、人や台車の移動によってＲＦＩＤカードが損傷・故障する可能性が高く、また、これを防ごうと床内部にＲＦＩＤカードを埋め込むことを考えると、大掛かりな設備工事が必要になるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、周囲の環境に対する自己位置の相対的な位置情報が十分得られない環境においても、簡単に自己位置を精度よく認識することができる自律移動体、自律移動体制御システム、および自律移動体の自己位置推定方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る自律移動体は、移動体本体と、移動体本体の自己位置候補を算出する自己位置候補算出部と、前記算出された自己位置候補に基づいて推定自己位置を認識する自己位置認識部と、固有のＩＤ信号を含む赤外線を照射する赤外線照射部から照射された赤外線を検出する検出部とを備えるとともに、前記自己位置認識部が、自律移動体の移動領域に関する移動マップを予め記憶し、さらに、前記検出部で検出した赤外線に関する情報に基づいて前記自己位置候補算出部により算出した自己位置候補を修正し、修正後の自己位置候補を推定自己位置として前記移動マップ上において認識することを特徴としている。
【００１１】
このような自律移動体によれば、固有のＩＤ信号を含む赤外線を検出した際に、その赤外線の照射された領域を、移動体本体の赤外線照射部に対する相対的な位置として認識し、移動体本体の存在する位置を前記赤外線の照射領域の範囲に限定できるため、算出した自己位置の候補をこの範囲内に存在するもののみに絞り込むことで、簡単に精度よく自己位置を認識することが可能となる。
【００１２】
また、このような自律移動体において、前記自己位置認識部が、算出された自己位置候補に関する初期パーティクルマップを作成するパーティクルマップ作成部をさらに備えるものであり、前記検出部により検出された赤外線に含まれる固有のＩＤ信号に基づいて、作成されたパーティクルマップに含まれるパーティクル分布を変更し、変更されたパーティクル分布に基づいて前記自己位置候補算出部で算出された自己位置候補を修正するものであってもよい。すなわち、パーティクルフィルタ処理を用いて自己位置推定を行う際に、処理対象であるパーティクル分布を限定することで、より精度のよいパーティクルフィルタ処理を行うことが可能となる。
【００１３】
また、前記検出部は、単一であってもよいが、移動体本体に複数設けられていてもよく、この場合は、これらの検出部が各々異なるＩＤ信号を含む赤外線を識別可能とし、これら複数の検出部により各々検出された異なるＩＤ信号を含む赤外線に基づいて、算出した自己位置を修正するようにするとよい。このように構成された自律移動体によると、複数の赤外線照射領域を同時に検出することで、より限定的に自己位置の候補を絞りこむことができるため、自己位置の認識をより迅速かつ精度よく行うことが可能となる。
【００１４】
また、このような自律移動体が、移動体本体に備えられた一対の車輪を駆動することにより移動する車輪駆動型の移動体の場合、前述のように設けられた検出部のうち、少なくとも２つを前記車輪の車軸上に配置すると、より好適である。すなわち、このような自律移動体によれば、一つの検出部により赤外線を検出した場合、その検出部の位置を基点として移動体本体を旋回させることで、他の検出部を用いて異なるＩＤ信号を含む赤外線を検出する動作を簡単に行うことができる。
【００１５】
また、前記自己位置候補算出部としては、いわゆるオドメトリ法などの移動体本体の移動距離に基づいて自己位置を算出するものであってもよい。このような外部からの信号を用いない自己位置算出を行うことで、障害物などに起因する、信号が得られない状況が低減するため、継続的な自律移動を好適に行うことができる。
【００１６】
また、このような自己位置候補算出部としては、位置が既知であるランドマークの位置情報を取得することにより自己位置候補を算出するものであってもよい。このような自己位置候補算出部としては、ランドマークとして、光や磁気の信号を発する、位置が既知である信号発信装置から発信された信号を検出して、それらの信号発信装置の位置に対する自己の相対位置を算出するような、既知の技術を用いることができる。このようなランドマークの具体例としては、所定の波長の光を発する、蛍光灯などの光源やＩＣタグなどが挙げられる。このような自己位置算出手段を用いた場合、自律移動体の構造を過度に複雑にすることなく、また大掛かりな設備等を用いることなく、自律移動体の自己位置候補を算出することが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、自律移動体を制御する自律移動体制御システムをも提供するものであり、この自律移動体制御システムは、所定の位置に設けられ、各々固有のＩＤ信号を含む赤外線を照射する複数の赤外線照射部と、前記赤外線照射部から照射された赤外線を検出する検出部を備えた、該検出部で検出した赤外線に関する情報に基づいて自己位置候補を認識しつつ特定の領域を移動可能な自律移動体とから構成され、前記自律移動体が、移動体本体と、移動体本体の自己位置候補を算出する自己位置候補算出部と、前記算出された自己位置候補に基づいて推定自己位置を認識する自己位置認識部と、を備えるとともに、前記自己位置認識部が、前記検出部で検出した赤外線に関する情報に基づいて、前記自己位置候補算出部により算出した自己位置候補を修正し、修正後の自己位置候補を推定自己位置として認識することを特徴としている。
【００１８】
このような自律移動体制御システムによれば、自律移動体側で固有のＩＤ信号を含む赤外線を検出した際に、その赤外線の照射された領域を、移動体本体の赤外線照射部に対する相対的な位置として認識し、移動体本体の存在する位置を前記赤外線の照射領域の範囲に限定できるため、算出した自己位置の候補をこの範囲内に存在するもののみに絞り込むことで、簡単に精度よく自己位置を認識することが可能となる。
【００１９】
なお、前記赤外線照射部は、照射する赤外線の照射範囲が可変に構成されていることが好ましい。このような自律移動体制御システムによると、自律移動体の自己位置推定を行う際に必要な精度に応じて赤外線の照射範囲を変化させることで、大掛かりな設備をもちいることなく、自律移動体の位置推定の精度を変更することが可能となる。具体的な赤外線照射範囲としては、特に限定されるものではないが、例えば半径１〜２ｍ程度の円形の領域を好適に用いることができる。
【００２０】
また、このような自律移動体制御システムにおいては、前記複数の赤外線照射部が照射す赤外線の照射範囲が、部分的に重複するように構成されていてもよい。この場合、赤外線が重複して照射された領域を検出部で検出すると、複数の赤外線照射部に対する自律移動体の相対的な自己位置が定まるため、より精度よく自律移動体の自己位置を推定することが可能となる。この場合、赤外線を照射する領域を重複しすぎると、その領域を検出する際の演算処理が長く必要となるため、自律移動体が必要とする移動速度などに応じて、赤外線の照射を重複させる度合いを定めるとより好ましい。
【００２１】
また、このような自律移動体が、移動体本体に備えられた一対の車輪を駆動することにより移動する車輪駆動型の移動体の場合、前述のように複数設けられた検出部のうち、少なくとも２つが前記車輪の車軸上に配置すると、前述のような赤外線を検出するための旋回動作を簡単に行うことができるため、より好適である。
【００２２】
さらに本発明は、前述のような自律移動体等の移動対象を制御するため等に用いる、自己位置推定方法をも提供する。この自己位置推定方法は、所定の位置に設けられ、各々固有のＩＤ信号を含む赤外線を照射する複数の赤外線照射部と、前記赤外線照射部から照射された赤外線を検出する検出部を備え、該検出部で検出した赤外線に関する情報に基づいて自己位置を認識しつつ移動可能な自律移動体と、を備えた、特定の領域内で自律移動を行う自律移動体を制御するための自律移動体制御システムにおいて前記自律移動体の自己位置候補を推定するために用いられるものであり、前記自律移動体の自己位置候補を算出する自己位置候補算出ステップと、照射された赤外線を検出する赤外線検出ステップと、検出した赤外線から、前記赤外線照射部に対する自律移動体の相対的な位置情報を取得する位置情報取得ステップと、前記算出された自己位置候補を、取得した位置情報に基づいて修正する位置情報修正ステップと、前記修正後の位置を推定自己位置として認識する自己位置認識ステップと、を備えることを特徴としている。
【００２３】
このような自己位置推定方法によると、固有のＩＤ信号を含む赤外線を検出した赤外線検出ステップにおいて、その赤外線の照射された領域を、移動体本体の赤外線照射部に対する相対的な位置として認識することで、移動体本体の存在する位置を前記赤外線の照射領域の範囲に限定できるため、自己位置候補算出ステップにおいて算出した自己位置の候補をこの範囲内に存在するもののみに絞り込むことで、簡単に精度よく自律移動体の自己位置を認識することができる。
【００２４】
また、このような自己位置推定方法において、算出された自己位置に関する初期パーティクルマップを作成するパーティクルマップ作成ステップをさらに設けるとともに、前記位置情報取得ステップにより取得された自律移動体の相対的な位置情報に基づいて、作成されたパーティクルマップに含まれるパーティクル分布を変更するパーティクル分布変更ステップをさらに設け、前記自己位置認識ステップにおいて、変更されたパーティクル分布に基づいて算出された自己位置候補を修正するようにすることが好ましい。このようにすると、パーティクルマップに含まれる算出した自己位置の候補のうち、検出した赤外線の照射領域内に位置するもののみを用いて自己位置を推定することができるため、パーティクルフィルタ処理による自己位置認識をより精度よく行うことが可能となる。
【００２５】
また、自律移動体に検出部が複数設けられているとともに、これらの検出部が各々異なるＩＤ信号を含む赤外線を識別可能である場合は、このような自己位置認識方法において、前記赤外線検出ステップで一つの検出部により赤外線が検出された後に、その検出部の位置を基点として旋回動作し、他の検出部を用いて異なるＩＤ信号を含む赤外線を検出させるように自律移動体を旋回させる旋回ステップをさらに備えることが好ましい。このように、一つの検出部により赤外線を検出した場合、他の検出部を用いて異なるＩＤ信号を含む赤外線を検出することにより、自己位置を推定する情報を増やすことができるため、確実に位置推定を行うことが可能となる。
【００２６】
なお、前述のように検出部が複数設けられた場合、検出部を設ける間隔を前記複数の赤外線照射部が照射する各々の赤外線の照射範囲間の距離よりも長く設定することが好ましい。特に、このような自律移動体が、移動体本体に備えられた一対の車輪を駆動することにより移動する車輪駆動型の移動体の場合、前述のように複数設けられた検出部のうち、少なくとも２つが前記車輪の車軸上に配置すると、前述のような赤外線を検出するための旋回動作を簡単に行うことができるため、より好適である。
【発明の効果】
【００２７】
以上、説明したように、本発明によると、自律移動体が、周囲の環境に対して自己位置を定める相対的な位置情報が十分得られない環境にある場合であっても、簡単に自己位置を精度よく認識することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
発明の実施の形態１．
以下に、図１から図１３を参照しつつ本発明の実施の形態１にかかる自律移動体および該自律移動体を制御するための自律移動体制御システム、および自律移動体の制御等に用いる自己位置推定方法について説明する。この実施の形態においては、自律移動体は１対の車輪を駆動することで平面上を自律的に移動する車輪駆動型の移動体である例を示すものとする。なお、本発明は、脚型の移動体でも適用可能である。
【００２９】
図１は、室内の床面Ｆ上を、車両型の自律移動体１０が移動する自律移動体制御システム１の一実施形態を概略的に示すものである。この実施の形態においては、移動する床面Ｆは段差や傾斜等を有さない水平面であるものとし、かつ、その床面上Fには特に物体が載置されていないものとする。また、自律移動体１０の移動する室内の天井Ｃにおいては、赤外線を照射する赤外線照射部２０が、等間隔に平面的に複数配列されている。
【００３０】
これらの複数の赤外線照射部２０は、各々固有のＩＤを有する赤外線を照射するＩＲタグ発信機等により構成されるものであり、平面的に広がる範囲に赤外線を照射するものである。この赤外線照射部２０によって、自律移動体の移動する床面F上に、異なるＩＤ信号を含む複数種類の赤外線の照射範囲３０が確定されるように、赤外線が照射される。図２は、このような赤外線照射部から床面Ｆに対して赤外線が照射された様子を上面から見た概略図であり、本実施形態においては、これらの赤外線の照射範囲は互いに重なり合うことがないように予め赤外線を照射する範囲、角度が設定されている。なお、赤外線照射部２０は、照射する外線の照射範囲と、その照射する角度が可変となるように構成されているものとする。
【００３１】
また、赤外線照射部２０から照射される赤外線は、図３に示すように、固定コードで表される信号中に固有のＩＤ信号を含んでおり、後述する自律移動体１０に設けられた検出部では、このＩＤ信号を読み取ることで、検出した赤外線を特定する。
【００３２】
次に、このような自律移動体制御システム１に用いられる自律移動体１０について説明する。図４は、図１に示す自律移動体１０の構造を側方から見た様子を概略的に示すものである。図４に示すように、自律移動体１０は、箱型の移動体本体１０ａと、この移動体本体１０ａの上部表面に設けられた、赤外線を検出するための検出部１０ｂとから構成される。移動体本体１０ａは、その前後において対向する車輪１１および１２を備える四輪型の移動体であり、これらの車輪が床面に接地することにより、移動体本体１０ａが水平に支持されている。
【００３３】
なお、移動体本体１０ａの内部には、前輪である車輪１１の左右の両輪をそれぞれ独立して駆動する駆動部としてのモータ（図示せず）と、これらの両輪の駆動を制御するための制御信号を作成し、モータにその制御信号を送信する演算処理部等を含む制御コンピュータ１５と、これらの移動体本体内部に備えられた各構成要素に電力を供給するためのバッテリー（図示せず）が備えられている。このように構成された自律移動体１０は、車輪１１の両輪の駆動量をそれぞれ独立に制御することで、直進や曲線移動（旋回）、後退、その場回転（両車輪の中点を中心とした旋回）などの移動動作を行うことができる。
【００３４】
そして、制御コンピュータ１５の内部に備えられたメモリなどの記憶領域には、制御信号に基づいて自律移動体１０の移動速度や移動方向、移動距離などを制御するためのプログラムとともに、移動する床面Ｆのとしてのマップ情報（移動マップ）が予め記憶されている。このマップ情報としては、例えば、床面Ｆの全体の形状に、略一定間隔ｄ（例えば１０ｃｍ）に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで得られるグリッドマップなどが用いられる。そして、このグリッド線の交点である格子点上の座標を用いて、自己位置に相当する位置や、目的地である移動終了点、または移動方向などを特定する。なお、制御コンピュータ１５は、このマップ情報上において自己位置をリアルタイムに推定しつつ、推定した自己位置を移動始点とし、この移動始点から目的地である移動終点までの移動経路を作成し、作成された移動経路に沿って移動を行うよう、車輪を駆動する。
【００３５】
また、自律移動体１０は、オドメトリ情報によって自己位置を算出する機能を備えている。すなわち、車輪の回転数や移動体本体の移動速度などに基づいて、移動した距離および方向を制御コンピュータ１５において算出する。詳細には、移動マップ上にｘｙ平面座標を設定し、そのｘｙ平面座標上で、移動した距離および方向から現在位置となりうる各座標（パーティクル位置）を複数抽出するとともに、その位置における自己位置となりうる確率分布を各々求め、それらの各位置と自己位置となりうる確率情報とを関連付けて記憶する。そして、後述するように、その位置における自己位置となりうる確率を修正し、その修正後の確率に基づいて、これらのパーティクル位置の中から実際の自己位置とみなし得る座標を選択し、その座標を現時点の自己位置と推定する。このような自己位置は、移動領域上の固定点（例えば移動開始地点）に対する現時点の相対位置として求められる。このように、本実施形態においては、自己位置候補算出部は、オドメトリ情報により自己の位置を算出するための構成、すなわち車輪の回転数や移動体本体の移動速度に基づいて移動した方向や距離を測定する測定手段により構成される。
【００３６】
さらに、図示は省略するが、移動体本体１０ａの前面には、移動する方向に現れた障害物等を認識するカメラ等（図示せず）が固定されており、このカメラで撮像することで取得される画像や映像等の周囲の環境情報が制御コンピュータ１５に入力された結果、前記プログラムに従って移動体の移動する経路や速度等が適宜変更される。
【００３７】
次に、移動体本体１０ａの上面に設けられた、赤外線を検出するための検出部１０ｂについて説明する。図５は自律移動体１０を上方から見た概略図であり、移動体本体１０ａの上面に配置された検出部１０ｂの様子を表している。図５に示すように、検出部１０ｂは赤外線検出素子１００ｂを備えており、この赤外線検出素子１００ｂによって前述の赤外線照射部２０から照射された赤外線が検出されると、検出された赤外線に含まれるＩＤ信号が読み取られ、制御コンピュータ１５によって、移動マップ上における検出された赤外線の照射された範囲が特定される。
【００３８】
次に、図６から図９を用いて、検出した赤外線に関する上方に基づいて、オドメトリ法により算出した自己位置の中から現時点の自己位置を推定する手法について説明する。図６は、このような自己位置推定手法の概要を表すフローチャートであり、図７〜図９は、算出したパーティクル位置の中から自己位置の選択する様子を概念的に表す図である。
【００３９】
まず、移動領域内において移動を開始した自律移動体１０は、移動を開始する地点の移動マップ上における自己位置を認識し、予め記憶した移動マップ上に記憶する（ＳＴＥＰ１０１）。このように算出されたパーティクル位置Ｐ０（初期パーティクル）の様子を図７に示す。図７に示すように、移動開始直後に算出されたパーティクル位置Ｐ０（初期パーティクル）は一箇所に集合している。
【００４０】
その後、移動体本体に設けられた車輪を駆動することにより移動を継続しつつ、オドメトリ情報による自己位置候補を算出し、位置情報としての複数のパーティクル位置を抽出し、パーティクルフィルタ処理、すなわちその位置における自己位置となりうる確率を各々求める（ＳＴＥＰ１０２）。このように抽出したパーティクル位置Ｐ１は、例えば図８に示すようなある程度のばらつきを有する離散変数の集合としての座標点で表される。
【００４１】
そして、このように自律移動体が移動を継続する一方、制御コンピュータ１５は、検出部１０ｂにおいて、赤外線照射部からＩＤ信号を含む赤外線を検出可能か否かを判断する（ＳＴＥＰ１０３）。検出部３０において赤外線を検出した場合は、検出した赤外線に含まれる固有のＩＤ信号から、その赤外線の移動マップ上における照射範囲を特定し、赤外線照射部に対する移動体本体の相対位置と、その相対位置に対する赤外線の照射範囲を特定する（ＳＴＥＰ１０４）。そして、特定された赤外線照射範囲に基づいて、算出した位置情報としてのパーティクル位置の自己位置となりうる確率を修正する（ＳＴＥＰ１０５）。具体的には、図９に示すように、そのパーティクル位置が赤外線の照射範囲内に存在する場合（パーティクル位置Ｐ１１）は係数１を乗じ、照射範囲の境界上にある場合（パーティクル位置Ｐ１２）は係数０．５を乗じ、照射範囲の境界外にある場合（パーティクル位置Ｐ１３）は係数０を乗じる。これによって、算出したパーティクル位置の自己位置となりうる確率が修正される。なお、これらの係数の定め方は必要に応じて変更可能なものであり、また、赤外線の照射範囲も、算出するパーティクル位置の精度などの条件に応じて適宜変更されるものとする。
【００４２】
このようにして、赤外線の照射範囲の境界外にあるパーティクル位置を除去した後に、残ったパーティクル位置Ｐ２についての新たな確率分布を計算し、パーティクル分布を変更する（ＳＴＥＰ１０６）。このように、赤外線の照射範囲の境界外にあるパーティクル位置が除去された様子を図１０に示す。このように、自己位置として選択しうる候補であるパーティクル位置が減少することで、自己位置を特定するための条件がより限定される。
【００４３】
そして、これらの残ったパーティクル位置の座標についての新たな確率分布を求めた後、パーティクル位置のうちで最も自己位置となりうる確率が高いものを選択し、選択したパーティクル位置を推定自己位置として認識する（ＳＴＥＰ１０７）。そして、推定自己位置として認識したパーティクル位置の座標を、自己位置として移動マップ上に記憶する（ＳＴＥＰ１０８）。
【００４４】
なお、ＳＴＥＰ１０２において赤外線が検出できない場合は、ＳＴＥＰ１０７に進んでオドメトリ法により得られたパーティクル位置およびその確率分布から、最も自己位置となりうる確率の高い座標を選択した後、ＳＴＥＰ１０８に進んでその座標を移動マップ上に記憶する。自律移動体が移動を行う際に、このような手順を繰り返すことで、自己位置を精度よく求めることが可能となる。
【００４５】
そして、自己位置を移動マップ上に記憶した後は、ＳＴＥＰ１０９に進んで移動を継続するか否かを判断した後、移動を継続する場合はＳＴＥＰ１０２に戻って再度オドメトリ法に基づくパーティクル位置を求める。また、ＳＴＥＰ１０９において移動を継続しないと判断した場合は、移動停止処理を行った後（ＳＴＥＰ１１０）、次の指令を受けるまで待機する。
【００４６】
このように、オドメトリ法により算出された自己位置の候補地点にパーティクルフィルタ処理を施す際に、得られたパーティクル位置を検出した赤外線の照射範囲内のみに絞り込むことで、自己位置を推定する際の誤差が減少する。また、赤外線が検出できない環境でもオドメトリ法により自己位置を算出しつつ移動を行い、赤外線が検出できた場合に認識する自己位置を修正するため、移動中に自己位置を認識できない状況をとることがなくなる。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る自律移動体および自律移動体制御システム、および自律移動体の自己位置推定方法について、図１１から図１５を用いて説明する。
【００４８】
発明の実施形態２．
図１１は、第２の実施形態に係る自律移動体１０'を上方から見た外観を表している。なお、本実施形態において、前述の第１の実施形態において説明した各構成と同一または類似の構成については、同一または類似の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
自律移動体１０'を構成する移動体本体１０ａ'の上面には、赤外線を検出するための検出部１０ｂ'が設けられているが、本実施形態においては、図１１に示すように、検出部１０ｂ'は２つの赤外線検出素子１０１ｂ、１０２ｂを備えており、これらの赤外線検出素子は移動体本体１０ａの両側端付近であって、移動体本体１０ａを駆動するための車輪１１の車軸（図１１に示す破線）上、望ましくは各車輪の上方近傍に位置するように設置されている。なお、これらの検出素子１０１ｂ、１０２ｂの間隔をＬ１とする。これらの赤外線検出素子は、各々制御コンピュータ１５に接続されており、各々の検出した赤外線に含まれるＩＤ信号を読み取られ、移動マップ上における、検出された赤外線の照射範囲が特定される。
【００５０】
また、前述した赤外線照射部同士の設置位置はやや近接しており、具体的には、図１２に示すように、赤外線照射部により照射される赤外線照射範囲（図１１に示す赤外線照射領域３０１、３０２、３０３、３０４）のうち、隣接する領域同士の間隔Ｌ２が、移動体本体１０'に設けられた検出素子１０１ｂ、１０２ｂの間隔をＬ１よりも短くなるように設定されている。このようにすると、自律移動体の自己位置を簡単に精度よく求めることが可能となる。以下、図１２、１３、１４に示す図および図１５に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００５１】
まず、移動領域内において自律移動体１０が移動を開始する際に、移動を開始する地点の移動マップ上における自己位置を認識し、予め記憶した移動マップ上に記憶する（ＳＴＥＰ３０１）。その後、移動体本体に設けられた車輪を駆動することにより移動を継続しつつ、オドメトリ情報による自己位置候補を算出し、位置情報としての複数のパーティクル位置を抽出し、パーティクルフィルタ処理、すなわちその位置における自己位置となりうる確率を各々求める（ＳＴＥＰ３０２）。
【００５２】
そして、自律移動体の移動を継続させる一方、制御コンピュータ１５は、検出部３０において、赤外線照射部からＩＤ信号を含む赤外線を検出可能か否かを判断する（ＳＴＥＰ３０３）。検出部３０の一方の検出素子（例えば検出素子１０２ｂ）において赤外線を検出した場合は、検出した赤外線に含まれる固有のＩＤ信号から、その赤外線の移動マップ上における照射範囲（例えば赤外線照射範囲３０１）を特定し、赤外線照射部に対する移動体本体の相対位置と、その相対位置に対する赤外線の照射範囲を特定する（ＳＴＥＰ３０４）。このように、検出素子１０２ｂが赤外線照射範囲に含まれた様子を図１２に示す。
【００５３】
赤外線の照射範囲を特定した後、図１３に示すように、赤外線を検出した検出素子側の車輪を動かさず、他方の車輪のみを駆動するような旋回動作を開始する（ＳＴＥＰ３０５）。そして、旋回動作継続中において、他方の検出素子によって赤外線を検出したか否かを判断し（ＳＴＥＰ３０６）、検出したと判断すると、旋回動作を停止する（ＳＴＥＰ３０７）。このように他方の検出素子で赤外線照射範囲（例えば赤外線照射範囲３０２）を検出すると、旋回動作を終了する。図１４は、移動体本体１０ａ'上の２つの検出素子が各々赤外線照射領域３０１，３０２内に位置する状態で自律移動体１０'が停止した様子を示している。
【００５４】
このとき、２つの検出素子１０１ｂ，１０２ｂによって赤外線照射範囲３０１、３０２が検出される場合は、検出素子が図１５に示す４つのパターンに配置された場合に限られる。したがって、オドメトリ法により算出した自己位置（座標）の中から、これらの４つのパターンにより特定される自律移動体の位置に最も近いものを選択し（ＳＴＥＰ３０８）、選択した座標を推定自己位置と認識し、移動マップ上に記憶する（ＳＴＥＰ３０９）。
【００５５】
また、自己位置を移動マップ上に記憶した後は、そして、ＳＴＥＰ３１０に進んで移動を継続するか否かを判断した後、移動を継続する場合はＳＴＥＰ３０２に戻って再度オドメトリ法に基づくパーティクル位置を求める。また、ＳＴＥＰ３１０において移動を継続しないと判断した場合は、移動停止処理を行った後（ＳＴＥＰ３１１）、次の指令を受けるまで待機する。
【００５６】
なお、ＳＴＥＰ３０３において、赤外線が検出されない場合は、オドメトリ法により算出した自己位置（パーティクル位置）の内で、自己位置となりうる確率が最も高いものを選択し（ＳＴＥＰ４０４）、その後、ＳＴＥＰ３０９に進んで自己位置推定を行う。
【００５７】
このように、複数の検出素子を用いて赤外線を検出することで、複数の赤外線照射範囲に対する自律移動体の相対的な自己位置が定まるだけでなく、これらの赤外線照射範囲に対してとり得る移動体本体の姿勢（位置）が限定されるため、より精度よく自律移動体の自己位置を推定することが可能となる。
【００５８】
発明の実施形態３．
次に、本発明の第３の実施形態に係る自律移動体、自律移動体制御システム、および自律移動体の自己位置推定方法について、図１７を用いて説明する。なお、本実施形態に係る自律移動体は、前述の第１の実施形態において説明した自律移動体と実質的に同一の構成を有しているため、その構成については説明を省略する。また、他の構成要素の説明についても、前述の第１の実施形態において説明した各構成と同一または類似の構成については、同一または類似の符号を付して説明を省略するものとする。
【００５９】
この実施形態においては、複数の赤外線照射部２０が照射する赤外線は、その各々の赤外線が部分的に重複するように、赤外線を照射する広がり度合いが定められている。詳細には、図１７に示すように、赤外線照射部２０により移動領域全体に対して赤外線が照射されるとともに、移動領域が、（ａ）単一の赤外線照射部のみにより赤外線が照射されるエリア３０ａ、（ｂ）２つの赤外線照射部により異なるＩＤの赤外線が照射されるエリア３０ｂ、（ｃ）３つの赤外線照射部により異なるＩＤの赤外線が照射されるエリア３０ｃ、（ｄ）４つの赤外線照射部により異なるＩＤの赤外線が照射されるエリア３０ｄに分類されるように、赤外線照射部の照射領域が定められている。
【００６０】
このように移動領域に対して赤外線が照射された場合、赤外線が重複して照射された領域においては、位置情報を示すＩＤ情報を複数検出することが可能であるため、これらの検出したＩＤ情報を用いて位置を認識する精度を向上させることが可能である。すなわち、オドメトリ法により算出した自己位置を、検出した赤外線に含まれるＩＤ信号から得られる自己位置が含まれる領域を用いて修正することで、自己位置を精度よく認識することができる。このような算出した自己位置を修正する例としては、例えば検出した赤外線情報から具体的に自己位置が定まる場合は、オドメトリ法により算出した自己位置を用いずに、赤外線情報により定まる位置を自己位置として認識するなどといった手法が用いられる。
【００６１】
なお、このように赤外線の照射領域を重複させると、位置を認識する精度を高めることが可能となる反面、過度に赤外線の照射領域を重複させた場合、赤外線照射部（ＩＲタグ）がそれぞれ固有のタイミングで赤外線を照射しているため、検出部による赤外線検出に多くの時間が必要となる。そのため、重複度合いが大きくなりすぎると、これらの赤外線に含まれるＩＤ信号を検出するために要する時間が長くなり、自律移動体の移動速度が制限されてしまう場合がある。したがって、自律移動体に要求される移動速度に応じて、赤外線の照射領域を重複させる度合いを適宜調節することが好ましい。一般的には、赤外線の照射領域を重複させる度合いを３つ以下とすることが望ましい。
【００６２】
発明の実施形態４．
次に、本発明の第４の実施形態に係る自律移動体、自律移動体制御システム、および自律移動体の自己位置推定方法について、図１８を用いて説明する。前述の実施形態においては、オドメトリ法による自己位置候補算出機能と、赤外線に含まれるＩＤ信号の検出とを組み合わせることで自己位置の推定を行った例を示したが、本実施形態においては、オドメトリ法を用いずに、他の手段により自己位置候補を算出する例をあげて説明する。なお、本実施形態においても、前述の実施形態において説明した各構成と同一または類似の構成については、同一または類似の符号を付して説明を省略するものとする。
【００６３】
図１８は、第４の実施形態に係る自律移動体制御システムを概略的に示しており、自律移動体の位置を算出するための構成として、蛍光灯のような光源４０をランドマークとして用いた例を示している。本実施形態においてランドマークとして用いる蛍光灯は、移動する領域の上方（天井）に複数直列的に独立して配置されている。また、配置された蛍光灯の位置情報は、自律移動体に記憶されている移動マップ上において予め記憶されているものとする。
【００６４】
さらに、図示は省略するが、自律移動体の移動体本体には、これらの光源を視覚的に認識するＣＣＤカメラ等の画像認識部が設けら、制御コンピュータにおいては、この画像認識部により光源を認識し、認識した光源までの相対距離を求めることにより、記憶した移動マップ上の蛍光灯の配置と、求めた相対距離の関係から、自己の位置を算出する。
【００６５】
そして算出された自己位置候補を、前述のような赤外線に含まれるＩＤ信号を検出することによって修正し、現在の自己位置を推定することにより、精度のよい自己位置認識を行うことが可能となる。この自己位置推定を行う手順については、特に前述の実施形態において説明した内容と大きな差がないため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００６６】
なお、このような実施形態の場合、ＩＲタグ等から構成される赤外線照射部の電源を、蛍光灯などの光源に用いられている電源と共用させることも可能である。これによって、自己位置を推定するために必要な設備をより簡略的に構成することが可能となる。
【００６７】
以上に説明した、本発明に係る自律移動体および自律移動体制御システム、および自律移動体の自己位置推定方法の実施形態については、あくまでも一例であり、本発明はこれに限られるものではない。
【００６８】
前述の実施形態においては、自己位置候補を算出する手段として、オドメトリ情報や蛍光灯などのランドマークを用いるものを例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、移動する領域（床面）の内部の既知の位置にＩＣタグ等を設置し、これらのＩＣタグを読み取る読み取り部を移動体本体に備えることで、移動を行う際にこれらのＩＣタグを読み取ることで、自己位置候補を算出させることもできる。
【００６９】
また、前述の実施形態においては、赤外線照射部が移動する領域の上方（天井）に設けられた例を挙げて説明しているが、本発明はこれに限られるものではなく、室内における壁部や床面に設置してもよい。すなわち、自律移動体の形状や移動形態に応じて、適宜定めることができる。
【００７０】
さらに、前記実施形態では、自律移動体として、車輪を駆動して移動を行う車輪駆動型の移動体を用いて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば作成された歩容データに従って移動動作を行う２足歩行型等の脚式移動ロボットや、倒立振子制御によって倒立状態を維持しつつ移動可能な倒立２輪型の移動体などを用いることもできる。また、本発明でいう自律移動体は、特に平面を移動するものに限られるものではなく、３次元的に空間を移動するものについても、その位置を精度よく推定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１の実施の形態に係る室内の床面Ｆ上を移動する自律移動体を制御するための自律移動体制御システム１を概略的に示す概略図である。
【図２】図１に示す自律移動体制御システムにおいて、自律移動体の移動する床面Ｆに対して赤外線照射部から赤外線が照射された様子を上面から見た概略図である。
【図３】図１に示す赤外線照射部から照射される赤外線の内部に固有のＩＤ信号が含まれる様子を示す概略図である。
【図４】図１に示す自律移動体制御システムの一部を構成する自律移動体の構造を側方から見た様子を概略的に示す図である。
【図５】図１に示す自律移動体制御システムの一部を構成する自律移動体の構造を上方から見た様子を概略的に示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る自律移動体制御システムにおいて、自律移動体の自己位置を推定するための手順を示すフローチャートである。
【図７】自律移動体が移動開始直後に算出されたパーティクル位置（初期パーティクル）を示す概略図である。
【図８】自律移動体が移動を継続した際に算出されたパーティクル位置の例を示す害略図である。
【図９】自律移動体に赤外線が照射された結果、算出したパーティクル位置が赤外線の照射範囲に対して内側、外側、境界上に存在することが検知された様子を概念的に示す図である。
【図１０】図８に示すパーティクル位置のうち、赤外線の照射範囲の境界外にあるパーティクル位置が除去された様子を示す概略図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る自律移動体の構造を上方から見た様子を概略的に示す図である。
【図１２】図１１に示す自律移動体に備えられた検出素子の一つが、ある赤外線照射範囲に含まれた様子を示す概略図である。
【図１３】図１２に示す自律移動体が一方の検出素子側の車輪を動かさず、他方の車輪のみを駆動して旋回動作を行う様子を示す概略図である。
【図１４】自律移動体が、２つの検出素子を異なる赤外線照射領域内に位置する状態で停止した様子を示す概略図である。
【図１５】２つの検出素子によって異なる赤外線照射範囲が検出された場合において、自律移動体の位置が特定された様子を示す概略図である。
【図１６】第２の実施形態に係る自律移動体制御システムにおいて、自律移動体の自己位置を推定するための手順を示すフローチャートである。
【図１７】第３の実施形態に係る自律移動体制御システムにおいて、自律移動体の移動する床面に対して赤外線照射部から赤外線が部分的に重複するように照射された様子を上面から見た概略図である。
【図１８】第４の実施の形態に係る室内の床面Ｆ上を移動する自律移動体を制御するための自律移動体制御システムを概略的に示す概略図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１'・・・自律移動体制御システム
１０，１０'・・・自律移動体
１０ａ，１０ａ'・・・移動体本体
１０ｂ，１０ｂ'・・・検出部
１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ・・・赤外線検出素子
１１，１２・・・車輪
１５・・・制御コンピュータ
２０・・・赤外線照射部
３０・・・赤外線照射範囲
４０・・・光源（ランドマーク）
Ｐ・・・パーティクル位置
Ｆ・・・床面
Ｃ・・・天井
【図１】
2009176031.tif 000003
【図２】
2009176031.tif 000004
【図３】
2009176031.tif 000005
【図４】
2009176031.tif 000006
【図５】
2009176031.tif 000007
【図６】
2009176031.tif 000008
【図７】
2009176031.tif 000009
【図８】
2009176031.tif 000010
【図９】
2009176031.tif 000011
【図１０】
2009176031.tif 000012
【図１１】
2009176031.tif 000013
【図１２】
2009176031.tif 000014
【図１３】
2009176031.tif 000015
【図１４】
2009176031.tif 000016
【図１５】
2009176031.tif 000017
【図１６】
2009176031.tif 000018
【図１７】
2009176031.tif 000019
【図１８】
2009176031.tif 000020