(57)【要約】【課題】環境の誤検出を防止することができる環境認識装置、環境認識方法及びこれを搭載したロボットを提供すること。【解決手段】ロボットは、移動手段と、ロボットの周囲の床面を検出する検出部１８と、検出部１８が検出した現在の検出結果と、現在より前に検出した検出結果とを比較し、ロボットの周囲の環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき、ロボットの移動体周囲の環境地図を生成又は更新する環境地図生成モジュール１２と、環境地図を参照して移動手段の移動経路を計画する経路計画モジュールとを有する。【選択図】図１
2009178782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動手段と、
移動体周囲の床面を検出する検出手段と、
前記移動手段の移動に応じ、当該移動体の周囲の環境状態を予想した予想結果と、前記検出手段が検出した検出結果を比較し、環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき前記移動体周囲の環境地図を生成又は更新する環境地図生成手段と、
前記環境地図を参照して前記移動手段の移動経路を計画する経路計画手段とを有する移動体。
【請求項２】
移動手段と、
移動体周囲の床面を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した現在の検出結果と、現在より前に検出した検出結果とを比較し、当該移動体周囲の環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき、前記移動体周囲の環境地図を生成又は更新する環境地図生成手段と、
前記環境地図を参照して前記移動手段の移動経路を計画する経路計画手段とを有する移動体。
【請求項３】
前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した現在の検出結果と、現在より前に検出した検出結果とを比較し、障害物の有無及び障害物がある場合はその位置が一致する場合は当該検出結果に基づき前記環境地図を更新する
ことを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項４】
前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した現在の検出結果と、現在より前に検出した検出結果とを比較し、前記床面以外の平面の床面からの高さ及びその法線ベクトルが一致する場合は当該検出結果に基づき前記環境地図を更新する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の移動体。
【請求項５】
前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した検出フレームのうち、連続した複数フレームについて同一平面が含まれると判断される場合に当該検出フレームにより前記環境地図を更新する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の移動体。
【請求項６】
前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した検出フレームのうち、現在の検出フレームである現フレームと、現在より前に検出した前フレームとを比較し、周囲の環境状態が一致しない場合は、次の検出フレームである次フレームと前記前フレーム及び／又は現フレームの周囲の環境状態を比較し、一致しない検出フレームを破棄する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の移動体。
【請求項７】
前記環境地図生成手段は、
前記検出手段が検出する検出フレームから床面以外の平面を検出する障害物検出手段と、
前記障害物検出手段により、連続する複数枚の前記検出フレームに前記床面以外の同一平面を検出すると、当該平面を確定平面として前記環境地図又は平面登録手段に登録する障害物登録手段と、
前記確定平面を有する検出フレームにより前記環境地図を更新する環境地図更新手段とを有する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の移動体。
【請求項８】
前記障害物登録手段は、前記障害物検出手段により前記検出フレームに床面以外の平面が検出されると前記環境地図を参照して登録済みの平面か否かを判断し、
前記環境地図更新手段は、前記登録済みの平面を有する検出フレームにより前記環境地図を更新する
ことを特徴とする請求項７記載の移動体。
【請求項９】
前記予想結果は、現在より前の検出結果をグローバル座標系に変換した変換結果であって、
前記環境地図生成手段は、前記現在の検出結果をグローバル座標系に変換し前記変換結果との一致を判定する
ことを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項１０】
前記環境地図生成手段は、前記移動体に隣接する所定の領域を平面確定領域に設定し、当該平面確定領域より前記移動体から離隔する側の所定領域を平面探索領域に設定し、前記検出手段の前記平面探索領域についての検出結果に基づき前記環境地図を更新する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の移動体。
【請求項１１】
前記環境地図生成手段は、複数フレームに渡った観測結果に基づき前記平面確定領域を設定する
ことを特徴とする請求項１０記載の移動体。
【請求項１２】
前記環境地図生成手段は、前記平面確定領域に前記床面以外の平面であって、新規な平面を検出した場合、これを破棄する
ことを特徴とする請求項１０又は１１項記載の移動体。
【請求項１３】
前記障害物検出手段が前記検出フレームから障害物を検出し、
前記障害物登録手段が、連続する複数枚の前記検出フレームに前記障害物を検出し、当該障害物を前記環境地図に登録し、
前記環境地図更新手段は、前記確定した障害物を有する検出フレームにより前記環境地図を更新し、
前記経路計画手段は、前記環境地図を参照し、前記障害物を回避する経路を計画する
ことを特徴とする請求項７又は８記載の移動体。
【請求項１４】
前記平面確定領域に新たな環境が検出された場合、前記移動手段は、当該新たな環境の解析が終了するまで移動を中止する
ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項記載の移動体。
【請求項１５】
前記検出手段は、３次元距離センサであって、
前記床面以外の平面は、その属性情報として床面からの高さ及び法線ベクトルの情報を有し、
前記経路計画手段は、前記属性情報に基づき経路を計画する
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項記載の移動体。
【請求項１６】
前記経路計画手段は、前記法線ベクトルの方向が所定の範囲内であって、前記床面からの高さが所定の値以下である場合、当該平面上を移動する経路を計画する
ことを特徴とする請求項１５項記載の移動体。
【請求項１７】
前記経路計画手段は、前記法線ベクトルの方向が所定の範囲外であって、前記床面からの高さが所定の値より大きい場合、当該平面を回避する経路を計画する
ことを特徴とする請求項１５又は１６項記載の移動体。
【請求項１８】
前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した検出フレームをオドメトリによりグローバル座標系に変換して前記環境地図を生成する
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項記載の移動体。
【請求項１９】
移動体周囲の床面を検出する検出工程と、
移動体が備える移動手段の移動に応じ、当該移動体の周囲の環境状態を予想した予想結果と、前記検出工程にて検出された検出結果を比較し、環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき前記移動体周囲の環境地図を生成又は更新する環境地図生成工程と、
前記環境地図を参照して前記移動手段の移動経路を計画する経路計画工程とを有する移動体の経路計画方法。
【請求項２０】
移動体周囲の床面を検出する検出工程と、
前記検出工程にて検出された現在の検出結果と、現在より前に検出された検出結果とを比較し、当該移動体周囲の環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき、前記移動体周囲の環境地図を生成又は更新する環境地図生成工程と、
前記環境地図を参照して前記移動体が備える移動手段の移動経路を計画する経路計画工程とを有する移動体の経路計画方法。
【請求項２１】
移動体に搭載される環境地図生成装置であって、
床面を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した検出結果に基づき環境地図を生成する環境地図生成手段とを有し、
前記環境地図生成手段は、前記移動体の移動に応じ、当該移動体の周囲の環境を予想した予想結果と、検出手段が検出した検出結果を比較し、一致する場合は当該検出結果に基づき前記環境地図を更新する、環境地図生成装置。
【請求項２２】
前記予想結果は、現在より前の検出結果をグローバル座標系に変換した変換結果であって、
前記環境地図生成手段は、前記現在の検出結果をグローバル座標系に変換し前記変換結果との一致を判定する
ことを特徴とする請求項２１記載の環境地図生成装置。
【請求項２３】
前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した検出フレームのうち、連続した複数フレームについて同一平面が含まれると判断される場合に当該検出フレームにより前記環境地図を更新する
ことを特徴とする請求項２１又は２２記載の環境地図生成装置。
【請求項２４】
前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出する検出フレームから床面以外の平面を検出する障害物検出手段と、
前記障害物検出手段により、連続する複数枚の前記検出フレームに前記床面以外の同一平面を検出すると、当該平面を確定平面として前記環境地図に登録する障害物登録手段と、
前記確定平面を有する検出フレームにより前記環境地図を更新する環境地図更新手段とを有する
ことを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項記載の環境地図生成装置。
【請求項２５】
前記障害物登録手段は、前記障害物検出手段により前記検出フレームに床面以外の平面が検出されると前記環境地図を参照して登録済みの平面か否かを判断し、
前記環境地図更新手段は、前記登録済みの平面を有する検出フレームにより前記環境地図を更新する
ことを特徴とする請求項２４記載の環境地図生成装置。
【請求項２６】
移動体に経路計画のために参照する環境地図の生成方法であって、
検出手段により、前記移動体の周囲の環境を検出する検出工程と、
前記移動体の移動に応じ、当該移動体の周囲の環境を予想した予想結果と、前記検出手段が検出した検出結果を比較し、一致する場合は当該検出結果に基づき前記環境地図を更新する環境地図生成工程とを有する、環境地図生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離センサなどの検出結果から環境地図を生成する環境地図生成装置及び方法、並びにこの環境地図に基づき経路計画を立てる移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動ロボットが移動する際に、センサにより床面の状態を測定し、それをマップ化することにより、移動経路を決定する技術がある（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、床面とは段差があるような領域であっても移動可能であるか否を判断する環境地図を生成する。環境地図に基づき経路計画を行う経路計画部は、床面の環境地図上で障害物とされた場合であっても、床面以外の他の平面における環境地図で障害物ではないとされている場合は、移動経路の候補とする。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、ロボット自体の振動・揺れなどのために正確に測定することが困難で場合に誤って測定したものを床面と把握してしまう場合などがあった。
【０００４】
ところで、ロボットは、通常、その状態をオドメトリから位置情報を取得し、ジャイロから角度情報を取得し、３次元データ（３Ｄデータ）を補正している。２足ロボットにおけるオドメトリ精度はメカの剛性、足付きの良し悪しに依存する。メカ剛性は、重量、電装関係の取り回しから簡単に上げられるものではない。また、足付きは、不整地歩行など、必ずしも理想的な環境を歩行するわけではないので、悪くなると考えられる。つまり、オドメトリの精度を上げることは容易ではない。
【０００５】
モーションキャプチャやＧＰＳ(Global Positioning System：全地球測位システム)等、外界センサによりロボットの絶対値を同定する方法は比較的精度よく求まるが、環境構築にかかるコスト面で問題がある。つまり、ロボットの振動及び揺れを直接測定する以外の解決方法が求められる。ここでは、３Ｄデータの精度がよいフレームを意図的に選択し、それ以外を破棄することで安定した認識を可能にする。
【特許文献１】特開２００５−９２８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レンジセンサによる３Ｄスキャンは、図１４に示すように、生データをそのまま利用できる精度があり、３次元形状をよく表現することができるが、足型ロボットに搭載する場合、ロボットの状態（揺れ、震動）により３Ｄの精度が落ちる場合がある。すなわち、ロボットにおいて、レンジセンサなどからのデータに基づき正確な環境地図を生成することは難しい。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、環境の誤検出を防止することができる環境認識装置、環境認識方法並びにこれを搭載した移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明に係る移動体は、移動手段と、移動体周囲の床面を検出する検出手段と、前記移動手段の移動に応じ、当該移動体の周囲の環境状態を予想した予想結果と、前記検出手段が検出した検出結果を比較し、環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき前記移動体周囲の環境地図を生成又は更新する環境地図生成手段と、前記環境地図を参照して前記移動手段の移動経路を計画する経路計画手段とを有するものである。
【０００９】
本発明においては、環境地図生成手段は、移動体の移動に応じて移動体の周囲の環境状態を予想した予想結果と検出手段が検出した検出結果を比較し、環境状態が一致する場合にのみ環境地図を生成し、更新する。このことにより、予想結果が検出手段の検出結果と異なる場合は、環境地図を更新しないことで、誤検出による環境把握を低減することができる。
【００１０】
本発明にかかる移動体は、移動手段と、移動体周囲の床面を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した現在の検出結果と、現在より前に検出した検出結果とを比較し、当該移動体周囲の環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき、前記移動体周囲の環境地図を生成又は更新する環境地図生成手段と、前記環境地図を参照して前記移動手段の移動経路を計画する経路計画手段とを有するものである。
【００１１】
本発明においては、複数フレームにわたって検出結果が一致するときには、これに基づき環境地図を更新することで、確実に検出された障害物等のみからなる環境地図（グローバルマップ）を生成することができる。
【００１２】
また、前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した現在の検出結果と、現在より前に検出した検出結果とを比較し、障害物の有無及び障害物がある場合はその位置が一致する場合は当該検出結果に基づき前記環境地図を更新することができる。障害物の有無及びその位置が一致する場合は、当該障害物が存在すると認識することができる。
【００１３】
さらに、前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した現在の検出結果と、現在より前に検出した検出結果とを比較し、前記床面以外の平面の床面からの高さ及びその法線ベクトルが一致する場合は当該検出結果に基づき前記環境地図を更新することができる。床面以外の平面を床面からの高さ及びその法線ベクトルとして認識することで、簡単に平面を記述することができる。
【００１４】
さらにまた、前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した検出フレームのうち、連続した複数フレームについて同一平面が含まれると判断される場合に当該検出フレームにより前記環境地図を更新することができる。複数フレームについて同一平面を検出することで、より障害物検出精度を向上することができる。
【００１５】
また、前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した検出フレームのうち、現在の検出フレームである現フレームと、現在より前に検出した前フレームとを比較し、周囲の環境状態が一致しない場合は、次の検出フレームである次フレームと前記前フレーム及び／又は現フレームの周囲の環境状態を比較し、一致しない検出フレームを破棄することができる。このことにより、環境地図の誤認識を低減する。
【００１６】
さらに、前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出する検出フレームから床面以外の平面を検出する障害物検出手段と、前記障害物検出手段により、連続する複数枚の前記検出フレームに前記床面以外の同一平面を検出すると、当該平面を確定平面として前記環境地図又は平面登録手段に登録する障害物登録手段と、前記確定平面を有する検出フレームにより前記環境地図を更新する環境地図更新手段とを有するものとすることができる。
【００１７】
さらにまた、前記障害物登録手段は、前記障害物検出手段により前記検出フレームに床面以外の平面が検出されると前記環境地図を参照して登録済みの平面か否かを判断し、前記環境地図更新手段は、前記登録済みの平面を有する検出フレームにより前記環境地図を更新することができる。これにより、誤認識をしている確率が低い検出フレームを使用して環境地図を更新することができる。
【００１８】
また、前記予想結果は、現在より前の検出結果をグローバル座標系に変換した変換結果であって、前記環境地図生成手段は、前記現在の検出結果をグローバル座標系に変換し前記変換結果との一致を判定することができる。グローバル座標系の環境地図とすることで、も認識範囲を拡大することができ、着地位置計画の信頼性を向上することができる。
【００１９】
さらに、前記環境地図生成手段は、前記移動体に隣接する所定の領域を平面確定領域に設定し、当該平面確定領域より前記移動体から離隔する側の所定領域を平面探索領域に設定し、前記検出手段の前記平面探索領域についての検出結果に基づき前記環境地図を更新することができる。移動体の周囲を平面確定領域と平面探索領域に区画し、平面探索領域についての検出結果に基づく環境地図を更新することにより、誤検出を低減すると共に効率よく環境地図を更新することができる。
【００２０】
さらにまた、前記環境地図生成手段は、複数フレームに渡った観測結果に基づき前記平面確定領域を設定するものとすることができる。複数フレームに渡って観測して得られた環境地図は確定領域とすることで、無駄な観測を低減することができる。
【００２１】
また、前記環境地図生成手段は、前記平面確定領域に前記床面以外の平面であって、新規な平面を検出した場合、これを破棄するものとすることができる。平面確定領域は、環境地図が完成している領域であるため、この領域に新たな平面が検出された場合は、これを誤検出とみなすことができる。
【００２２】
さらに、前記障害物検出手段が前記検出フレームから障害物を検出し、前記障害物登録手段が、連続する複数枚の前記検出フレームに前記障害物を検出し、当該障害物を前記環境地図に登録し、前記環境地図更新手段は、前記確定した障害物を有する検出フレームにより前記環境地図を更新し、前記経路計画手段は、前記環境地図を参照し、前記障害物を回避する経路を計画することができる。
【００２３】
さらにまた、前記平面確定領域に新たな環境が検出された場合、前記移動手段は、当該新たな環境の解析が終了するまで移動を中止することができる。これにより、例えば平面が不定な状態等で無理な経路計画を立てることを防止することができる。
【００２４】
また、前記検出手段は、３次元距離センサであって、前記床面以外の平面は、その属性情報として床面からの高さ及び法線ベクトルの情報を有し、前記経路計画手段は、前記属性情報に基づき経路を計画することができる。
【００２５】
さらに、前記経路計画手段は、前記法線ベクトルの方向が所定の範囲内であって、前記床面からの高さが所定の値以下である場合、当該平面上を移動する経路を計画することができる。さらに、前記経路計画手段は、前記法線ベクトルの方向が所定の範囲外であって、前記床面からの高さが所定の値より大きい場合、当該平面を回避する経路を計画することができる。検出平面がある値より大きい傾きを有し、またある値より高さが高い場合には当該検出平面上を移動することは困難としこれを迂回する経路を計画することができる。
【００２６】
さらにまた、前記環境地図生成手段は、前記検出手段が検出した検出フレームをオドメトリによりグローバル座標系に変換して前記環境地図を生成することができる。グローバルマップを使用することにより認識範囲を拡大し、着地位置計画の信頼性を向上することができる。
【００２７】
本発明にかかる移動体の経路計画方法は。移動体周囲の床面を検出する検出工程と、移動体が備える移動手段の移動に応じ、当該移動体の周囲の環境状態を予想した予想結果と、前記検出工程にて検出された検出結果を比較し、環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき前記移動体周囲の環境地図を生成又は更新する環境地図生成工程と、前記環境地図を参照して前記移動手段の移動経路を計画する経路計画工程とを有するものである。
【００２８】
本発明にかかる移動体の経路計画方法は、移動体周囲の床面を検出する検出工程と、前記検出工程にて検出された現在の検出結果と、現在より前に検出された検出結果とを比較し、当該移動体周囲の環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき、前記移動体周囲の環境地図を生成又は更新する環境地図生成工程と、前記環境地図を参照して前記移動体が備える移動手段の移動経路を計画する経路計画工程とを有するものである。
【００２９】
本発明にかかる環境地図生成装置は、移動体に搭載される環境地図生成装置であって、床面を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した検出結果に基づき環境地図を生成する環境地図生成手段とを有し、前記環境地図生成手段は、前記移動体の移動に応じ、当該移動体の周囲の環境を予想した予想結果と、検出手段が検出した検出結果を比較し、一致する場合は当該検出結果に基づき前記環境地図を更新するものである。
【００３０】
本発明にかかる環境地図生成方法は、移動体に経路計画のために参照する環境地図生成方法であって、検出手段により、前記移動体の周囲の環境を検出する検出工程と、前記移動体の移動に応じ、当該移動体の周囲の環境を予想した予想結果と、前記検出手段が検出した検出結果を比較し、一致する場合は当該検出結果に基づき前記環境地図を更新する環境地図生成工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、環境の誤検出を防止することができる環境認識装置、環境認識方法並びにこれを搭載した移動体及び移動体の経路計画方法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】
【００３２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、センサにより床面の状態を把握し、環境地図を生成することにより移動経路を決定する移動ロボットに適用したものである。
【００３３】
本実施の形態にかかる移動ロボットは、センサにより測定した周りの環境状態の変化を予想し、予想した環境状態変化と今回測定した環境状態とを比較し、今回測定された環境であって、予定された状態変化にない環境は、環境地図として採用することを中止する。また、センサで測定されるエリアを、ロボット近傍の確定領域とそれ以外の探検領域に区分し、確定領域のみ上記中止を実行する。さらに、ロボットの移動により確定領域で新たな環境が測定された際は、当該環境の解析が終わるまでロボットの移動を禁止する。ここでは先ず、このようなロボットの一例について説明しておく。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態にかかるロボットを示す斜視図である。図１に示すように、ロボット１は、体幹部ユニット５の所定の位置に頭部ユニット２、左右２つの腕部ユニット３ａ、３ｂ、及び左右２つの脚部ユニット４ａ、４ｂが連結されている。本実施の形態にかかるロボット１は、脚部ユニット４ａ、４ｂに内蔵された車輪により移動可能に構成される。なお、ロボットは、２足若しくは４足歩行タイプのロボットであってもよい。
【００３５】
頭部ユニット２には、撮像部６が備えられ、周囲所定範囲を撮影することが可能である。また、頭部ユニット２には、図示せぬマイク、スピーカ等が備えられ、ユーザからの呼びかけを認識したり、それに答えたりすることも可能である。頭部ユニット２は、体幹部ユニット５に対して床面に対して水平な面内で左右方向に回動可能に接続されており、頭部ユニット２を回動することで撮像する範囲を状況に応じて変更し、周囲の環境を撮像することができる。
【００３６】
腕部ユニット３ａ、３ｂ及び脚部ユニット４ａ、４ｂは、体幹部ユニット５に内蔵された制御部に含まれる演算処理部によって、所定の制御プログラムに従って各腕部ユニット３ａ、３ｂに含まれる関節部、脚部ユニット４ａ、４ｂに含まれる車輪の駆動する量が制御され、各関節の関節駆動角度及び車輪の回転角度が決定されることで、所望の位置および姿勢をとるものである。
【００３７】
図２は、本実施の形態にかかるロボットを示すブロック図である。ロボット１は、制御部１０１、入出力部１０２、駆動部１０３、電源部１０４、及び外部記憶部１０５などを有している。
【００３８】
入出力部１０２は、周囲の映像を取得するためのＣＣＤ（Charge Coupled Device）などからなるカメラ１２１、周囲の音を集音するための１又は複数の内蔵マイク１２２、音声を出力してユーザと対話等を行なうためのスピーカ１２３、ユーザへの応答や感情等を表現するためのＬＥＤ１２４、タッチセンサなどからなるセンサ部１２５などを備える。
【００３９】
また、駆動部１０３は、モータ１３１及びモータを駆動するドライバ１３２などを有し、ユーザの指示などに従って脚部ユニット４ａ，４ｂや腕部ユニット３ａ，３ｂを動作させる。電源部１０４は、バッテリ１４１及びその放充電を制御するバッテリ制御部１４２を有し、各部に電源を供給する。
【００４０】
外部記憶部１０５は、着脱可能なＨＤＤ、光ディスク、光磁気ディスク等からなり、各種プログラムや制御パラメータなどを記憶し、そのプログラムやデータを必要に応じて制御部１０１内のメモリ（不図示）等に供給する。
【００４１】
制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、無線通信用のインターフェースなどを有し、ロボット１の各種動作を制御する。そして、この制御部１０１は、例えばＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、カメラ１２１により取得した映像を解析することにより環境地図を生成する環境地図生成モジュール１２、生成した環境地図に基づき、経路計画を行なう経路計画モジュール１３、各種認識結果に基づきとるべき行動を選択する行動決定モジュール１４、音声認識を行なう音声認識モジュール１５などを有する。特に、本実施の形態においては、環境地図生成モジュール１２により、誤検出を抑制した環境地図が生成され、これに基づき経路計画を立て、行動を決定し、駆動部１０３を制御するため、ロボット１はより自然な移動動作を表出する。
【００４２】
次に、本実施の形態にかかるロボット１に搭載される環境地図生成モジュール１２について説明する。図３は、本実施の形態にかかる環境地図生成装置を示す図である。図３に示すように、環境地図生成装置２００は３次元距離センサなどからなる検出部１８及び環境地図生成手段としての環境地図生成モジュール１２とから構成されるものとすることができる。検出部１８は、ロボットの周囲を撮影した画像から床面を検出する。環境地図生成モジュール１２は、ロボット１の移動手段、図１においては脚部の移動に応じ、ロボット１の周囲の環境状態を予想した予想結果と、検出部１８が検出した検出結果を比較し、環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づきロボット１の移動体周囲の環境地図を生成又は更新する。または、この環境地図生成モジュール１２は、検出部１８が検出した現在の検出結果と、現在より前に検出した検出結果とを比較し、ロボット１の周囲の環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づき、ロボット１周囲の環境地図を生成又は更新する。
【００４３】
環境地図生成モジュール１２は、障害物検出部１１１、障害物登録部１１２、環境地図更新部１１３を有する。障害物検出部１１１は、検出部１８が検出する検出フレームから床面以外の平面を検出する。障害物登録部１１２は、障害物検出部１１１により、連続する複数枚の検出フレームにおいて床面以外の同一平面を検出すると、当該平面を確定平面として環境地図又は環境地図生成モジュール１２に接続された平面登録データベース１６に登録する。環境地図更新部１１３は、確定平面を有する検出フレームにより環境地図データベース１７の環境地図を更新する。
【００４４】
環境地図生成モジュール１２は、検出部１８は床面及びそれ以外の平面を検出する。先ず、平面検出方法について説明する。図４は、平面検出方法を説明する図である。図４（ａ）に示すように、ロボット１の進行方向（前方）を撮影したｉフレームにおける画像から床面以外の平面があるか否か検索する。この場合、床面以外に段差Ａの平面２０１を検出する。この場合、検出部１８は、平面の属性情報として、平面の床面からの高さ情報及び当該平面の法線ベクトルの情報を有する。続く（ｉ＋１）フレームにおいて、再び床面以外の平面があるか否かを検出する。ここで、ｉフレームと（ｉ＋１）フレームにおいて同一の平面２０１と判断できるか否かは、上記の属性情報である高さ及び法線ベクトル情報を使用して判定する。なお、属性情報として平面位置情報は利用しない方が好ましい。つまり、位置として平面領域の重心を属性情報とした場合、外れ値、オクルージョンの影響を受ける。また、平面領域を求め、これを属性情報とした場合、連結領域を計算する必要があり、処理が煩雑になる。同じく、図４（ｃ）に示すように、（ｉ＋２）フレームにおいても検出した平面が平面２０１であるか否かをその床面からの高さ及び法線ベクトルで検出する。
【００４５】
次に、環境地図ＤＢ１７に保存される環境地図について説明する。図５は、環境地図を更新する方法を説明する図である。検出部１８が使用する検出フレームは、ロボット座標系（カメラ座標系、又はローカル座標系）で表わされた画像である。ロボット座標系は、３Ｄ空間に配置されるオブジェクトを基準とした座標系であり、オブジェクトを基準にした座標系である。したがって、ローカル座標は１つではない。ロボット１は、基本的にロボット座標系で認識された平面及びその属性を用いて過去フレームとの比較を行い、この比較の結果、信頼度が高いフレームと判断された場合、当該フレームをロボット座標からグローバル座標系に変換する。グローバル座標系とは、三次元空間そのものの位置を表す座標系であり、グローバル座標で指定された座標は決して移動することのない座標系である。例えばｉフレームにおいて検出された平面２０２（図５（ａ））は、（ｉ＋１）フレーム（図５（ｂ））を経て、（ｉ＋２）フレームでは、画角からはみ出すとする（図５（ｃ））。この場合、ロボット１は、このロボット座標のままでは平面２０２について着地計画をすることができない。そこで、図５（ｄ）に示すように、オドメトリを使用して、ロボット座標をグローバル座標に座標変換する。グローバル座標により、一度画像認識したものを利用することができ、認識範囲を拡大することができる。このことにより、着地位置計画の信頼性が向上する。
【００４６】
次に、環境地図生成モジュール１２が平面を連続追跡して平面を確定する方法について説明する。図６は、連続追跡数＝３のとき、平面と確定する場合を示す図である。環境地図生成モジュール１２は、検出部１８が検出した現在の検出結果と、現在より前に検出した検出結果とを比較し、障害物の有無及び障害物がある場合はその位置が一致する場合は当該検出結果に基づき環境地図を更新する。具体的には、床面以外の平面の床面からの高さ及びその法線ベクトルが一致する場合はこの結果に基づき環境地図を更新する。
【００４７】
（ｉ−１）フレームでは床面のみが認識されているものとする（図６（ａ））。ｉフレームにおいて段差Ａにおける平面２０３が発見されたとする（図６（ｂ））。平面２０３が発見されたので障害物検出部１１１がこの平面２０３の追跡を開始する。（ｉ＋１）フレームでも平面２０３が検出され（図６（ｂ））、（ｉ＋２）フレームでも平面２０３が検出されたとする（図６（ｃ））。ここで、平面２０３は、ｉフレームから３フレーム連続して検出されている。このため、障害物登録部１１２は、段差Ａによる平面２０３は、障害物として確かに存在するものとし、平面登録ＤＢ１６に確定平面として登録する（図６（ｆ））。
【００４８】
このように、環境地図生成モジュール１２の障害物登録部１１２は、検出部１８が検出した検出フレームのうち、連続した複数フレームについて同一平面が含まれると判断するとこれを平面登録ＤＢ１６に登録し、環境地図更新部１１３は、このｉ乃至（ｉ＋２）フレームにより環境地図を更新し、環境地図ＤＢ１７に格納する（図６（ｇ））。
【００４９】
図７は、平面の連続追跡中にミスが発生した場合を示す図である。同じく、ｉフレームで平面２０３を発見し（図７（ａ））、（ｉ＋１）フレームではこの平面２０３を追跡する（図７（ｂ））。しかし（ｉ＋２）フレームで平面２０３とは異なる平面２０４を検出する（図７（ｃ））。この平面２０４は、たとえば法線ベクトルが平面２０３と異なる平面である。次の（ｉ＋４）フレームにおいて、再び平面２０３を発見したとする（図７（ｄ））。同じく（ｉ＋５）フレームにおいても平面２０３を検出する（図７（ｅ））。この場合、再び平面を検出した（ｉ＋４）フレームの時点で、障害物登録部１１２は、平面２０３は３フレームめであるため、確定平面として平面登録データベース１６に登録する（図７（ｇ））。さらに、環境地図更新部１１３は、平面２０３が検出されているフレームｉ、（ｉ＋１）、（ｉ＋３）、（ｉ＋４）をグローバル座標に変換して環境地図を更新する（図７（ｆ））。
【００５０】
ここで、障害物登録部１１２は、検出部１８が検出したフレームのうち、現在のフレーム（現フレーム）（（ｉ＋３）フレーム）と、例えば現在より前に検出した前フレーム（（ｉ＋２）フレーム）とを比較し、周囲の環境状態が一致しない場合、例えば本例のように異なる平面が検出されている場合には、次の検出フレーム（次フレーム）（（ｉ＋４）フレーム）と前フレーム（（ｉ＋２）フレーム）及び／又は現フレーム（（ｉ＋３）フレーム）の周囲の環境状態を比較し、一致しない検出フレームを破棄する。すなわち、本例においては、（ｉ＋３）フレームを破棄する。
【００５１】
また、環境地図生成モジュール１２は、検出部１８により検出されたロボット１の周囲の環境状態の、ロボット１の位相および姿勢によう状態変化を予想し、予想した環境状態と今回測定した環境状態とを比較することで、平面の確定を行ってもよい。予想される位置に平面が検出された場合、さらに平面追跡を続け、例えば続けて３フレームの間、予想される位置に平面が検出された場合に、これを確定平面とすることができる。予定された状態変化になり環境はグローバルマップへの採用を中止することで、誤認識を低減することができる。
【００５２】
次に、追跡中の平面の取扱について説明する。図８、９は追跡中の平面の取扱を説明するための図である。図８（ａ）に示すように、ｉフレームで平面２０５が発見された場合、平面は（ｉ＋２）フレームまで確定にならない。このため、平面追跡中の（ｉ＋１）フレームで、当該平面２０５に着地位置を計画してしまい、段差を蹴ってしまう。すなわち、平面が確定した（ｉ＋２）フレームでは、すでに段差上を歩くことになってしまう。
【００５３】
したがって、追跡中であって、未確定の平面が前方に存在する場合は、図８（ｂ）に示すように、例えば（ｉ＋１）フレームの時点で段差の手前で足踏みをする。こうして先ず平面を確定する。このように経路計画モジュール１３は、不定平面手前では足踏みするように経路計画を立てる。そして、平面が確定したら障害物（段差）を乗り越える又は回避する等の計画を立てる。経路計画モジュール１３は、段差を構成する平面２０５属性情報から平面の高さを調べ、当該平面の高さが乗り越えられる高さであれば段差上に経路を計画し、乗り越えられない高さであれば、段差を迂回する経路を計画するなどする（図９）。また、不定平面前で足踏みをしても不定平面が確定しなかった場合、すなわち段差が平面として認識できない場合は障害物としてグローバルマップにマッピングし、当該段差を迂回する経路計画を立てればよい。
【００５４】
次に、認識領域を分割して追跡中平面の扱いを領域により変更する場合について説明する。図１０は、ロボット１が設定する平面探索領域及び平面確定領域を示す図である。また、図１１は、本実施の形態にかかる環境地図更新方法を示すフローチャートである。図１０（ａ）に示すように、環境地図生成モジュール１２は、ロボット１に隣接する所定の領域を平面確定領域２１２に設定し、平面確定領域２１２よりロボット１から離隔する側の所定領域を平面探索領域２１１に設定する。そして、環境地図生成モジュール１２は、検出部１８の平面探索領域２１２についての検出結果に基づき環境地図を更新する。なお、ロボットの有する環境地図は、所定の大きさのグリッドに区切られ、平面ＩＤが付されている。ロボットは、各グリッドの何％が平面確定領域に属しているかを判断することで、平面確定領域に入ったか否かを判断する。
【００５５】
環境地図生成モジュール１２は、検出部１８からの検出データから床面以外のデータを抽出する（ステップＳ１）。そして、図１０（ｂ）に示すように、平面２１３が見え始めるため、ロボットは、障害物（平面２１３）を検出する（ステップＳ２）。この場合の平面２１３は不定平面である。よって、図１０（ｃ）に示すように、ロボット１は不定平面を確定平面とすべく、不定平面２１３の前で足踏みする。これによりロボット１は平面２１３を確定平面とし、平面２１３上を通るか迂回するかの経路計画を立てることができる。すなわち、障害物を検出すると平面か否かを判断し（ステップＳ３）、さらに平面である場合は、新規平面か否かを判断する（ステップＳ４）。新規平面である場合、当該平面を発見した領域が探索領域か否かを判断する（ステップＳ５）。探索領域である場合は、平面の追跡を開始する（ステップＳ６）。そして、上述のように、平面を確定すべく、足踏みをするなどする。
【００５６】
一方、平面確定領域で新たな平面２１４が発見された場合は、誤検出として当該データを破棄する（ステップＳ７）。すなわち、平面確定領域は、すでに３フレーム以上追跡することで床面以外の平面を含む環境地図をすでに作成済みの領域である。この領域に新たな平面が発見されることはないため、発見された場合は、これを誤検出としてデータを破棄するのである（図１０（ｅ））。このような場合は、続くフレームでは確定平面２１３が検出される。
【００５７】
一方、ステップＳ３で検出された障害物が平面を含まない場合、障害物としてグローバルマップにマッピングする（ステップＳ８）。また、ステップＳ４で発見された平面が追跡中平面である場合、追跡フレームＮが閾値、例えば２より大きいか否かを判定する（ステップＳ１１）。閾値よりたくさんのフレームが追跡できていれば、確定平面として平面登録データベース１６に登録し（ステップＳ１３）、グローバルマップにマッピングする。また、ステップＳ９で追跡中平面ではない場合、確定平面と照合し、必要であればグローバルマップにマッピングする。
【００５８】
このように、環境地図生成モジュール１２は、平面探索領域２１１に平面を検出したら平面を追跡すると共に、平面確定領域２１２に床面以外の平面であって、新規な平面を検出した場合、これを破棄する。また、障害物検出部１１１が検出フレームから障害物を検出し、障害物登録部１１２が、連続する複数枚の検出フレームに障害物を検出し、障害物を環境地図に登録する。そして、環境地図更新部１１３は、確定した障害物を有する検出フレームにより環境地図（グローバルマップ）を更新する。経路計画モジュールは、環境地図を参照し、例えば障害物を回避する経路を計画する。さらに、環境地図生成モジュール１２は、平面確定領域２１２に新たな環境が検出された場合、移動手段は、当該新たな環境の解析が終了するまで移動を中止するようにすることで、不定平面上に経路計画をすることを防止する。
【００５９】
図１２、図１３は、それぞれ従来及び本実施の形態にかかるロボットにより実際に取得した検出フレームを示す図である。図１２（ａ）において、３０１が床面、３０２が検出された平面を示す。図１２（ｂ）に示すように、認識ミス３０３が発生し、障害物としてマピングしてしまう。図１２（ｃ）に示すように、次のフレームから再び平面３０２を追跡するが、図１２（ｄ）に示すように、結果的に上記誤認識によりグローバルマップが汚れてしまう。
【００６０】
これに対し、図１３（ｂ）に示すように、同様に認識ミス３０３が発生した場合であっても、本実施の形態にかかるロボットは、平面確定領域内の新規平面（３０３）は破棄する。従って図１３（ｃ）に示すように、次のフレームで再び平面３０２を追跡するが、上記の従来と異なり、図１３（ｄ）に示すように、認識ミスによりグローバルマップが汚れることがない。
【００６１】
本実施の形態においては、ロボット１の移動手段の移動に応じ、ロボット１の周囲の環境状態を予想した予想結果と、検出部１８が検出した検出結果を比較し、環境状態が一致する場合は当該検出結果に基づきロボットの周囲の環境地図を生成し、更新する。すなわち、連続する複数のフレームで同一平面が検出された場合にのみ平面と認識するため、誤認識による障害物検出を低減することができる。また、ロボット近傍の領域を平面確定領域とし、その外側を平面探索領域とすることで、観測が終了して環境地図が完成している平面確定領域において誤検出により新たな障害物が検出された場合これを即破棄することができる。さらに、探索領域で新たに平面が検出された場合は、これを追跡対象として平面を追跡することで、確実に新しい平面を検出することができる。
【００６２】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６３】
例えば、上述の実施の形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではなく、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の伝送媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態にかかるロボットを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるロボットを示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる環境地図生成装置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる環境地図生成装置の平面検出方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる環境地図を更新する方法を説明する図である。
【図６】連続追跡数＝３のとき、平面と確定する場合を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる環境地図生成装置において、平面の連続追跡中にミスが発生した場合を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる環境地図生成装置において追跡中の平面の取扱を説明するための図である。
【図９】同じく、本発明の実施の形態にかかる環境地図生成装置において追跡中の平面の取扱を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる環境地図生成装置が設定する平面探索領域及び平面確定領域を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる環境地図更新方法を示すフローチャートである。
【図１２】従来にかかるロボットにより実際に取得した検出フレームを示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態にかかるロボットにより実際に取得した検出フレームを示す図である。
【図１４】従来のレンジセンサにおける問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ロボット
２  頭部ユニット
３ａ  腕部ユニット
３ａ，３ｂ  腕部ユニット
４ａ，４ｂ  脚部ユニット
５  体幹部ユニット
６  撮像部
１２  環境地図生成モジュール
１３  経路計画モジュール
１４  行動決定モジュール
１５  音声認識モジュール
１６  平面登録データベース
１７  環境地図データベース
１８  検出部
１０１  制御部
１０２  入出力部
１０３  駆動部
１０４  電源部
１０５  外部記憶部
１１１  障害物検出部
１１２  障害物登録部
１１３  環境地図更新部
１２１  カメラ
１２２  内蔵マイク
１２３  スピーカ
１２５  センサ部
１３１  モータ
１３２  ドライバ
１４１  バッテリ
１４２  バッテリ制御部
２００  環境地図生成装置
２０１−２０５、２１３、２１４  平面
２１１  平面探索領域
２１２  平面確定領域
【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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