JP6751469B2 - 地図作成システム - Google Patents

Description

本発明は、移動体の位置を検出するための地図を作成する地図作成システムに関するものである。

従来、自律移動装置などの移動体が、周辺環境の地図を作成すると同時に自身の位置を推定する技術がある。たとえば特許文献２には、レーザレンジファインダ（レーザ距離センサ）を用いて自己位置の推定とグローバルマップの生成・更新を行う技術が開示されている。

また、例えば、特許文献１には、ロボットの現在姿勢と、他のグリッドと関連する姿勢と、相対姿勢推定値の不確実性に応じて、新しいグリッドの生成または既存グリッドの再利用を行うことが記載されている。これにより、環境をマッピングするのに、必要なメモリ容量を制限することができるメリットがある。

特表２０１５−５１９６７７号公報 特開２０１０−７９８６９号公報

特許文献１に開示の技術は、相対姿勢推定値に関する不確実性を測定し、それに基づいて新しいグリッドの生成または既存グリッドの再利用を行う相対姿勢推定値に関する不確実性を算出するものとして、バンプセンサなどのデータを入力して処理する不確実性トラッキングモジュールを用いることが開示されている。しかしながら、センサ情報から客観的に不確実性を測定することは難しさを伴うものであり、これを用いることは課題が多い。

本発明の一実施形態に係る地図作成システムは、移動体から周囲の物体までの距離を計測するレーザ距離センサと、
前記レーザ距離センサによって計測された周囲の物体までの距離情報を収集する距離収集手段と、前記距離情報は、前記距離収集手段において、外部から与えられる収集指令により、前記距離情報の収集を開始する第１の時点で前記レーザ距離センサが計測した最初の距離情報を第１の距離情報とし、所定時間後の第２の時点で前記レーザ距離センサが計測した次の距離情報を第２の距離情報として含み、
前記第１の時点における第１の距離情報、前記第２の時点における第２の距離情報を用いて、前記移動体の移動量を算出する移動状態算出手段と、
前記距離収集手段から取得した距離情報を用いて地図情報を生成する地図作成手段とを備え、
前記レーザ距離センサは、
前記移動体の左右方向に所定角度の範囲に水平にレーザ光を照射し、
前記距離収集手段は、
前記第１の時点で計測した前記第１の距離情報を記憶領域に格納するとともにメモリに収容し、
前記移動状態算出手段は、
データ照合手段と収集判定手段を含み、
前記データ照合手段は、
前記第１の距離情報と前記第２の距離情報とを照合し、前記移動体の移動量を求め、
前記収集判定手段は、
前記移動量の絶対値が所定の判定値以上の場合には、前記第２の距離情報を収集する収集実施信号を前記距離収集手段に出力し、前記第１の距離情報より新しい第２の距離情報を前記距離収集手段における記憶領域に蓄積するとともに前記メモリに出力し、
前記移動量の絶対値が所定の判定値未満の場合には、収集停止信号を前記距離収集手段に出力し、前記第２の距離情報の前記距離収集手段における記憶領域への蓄積を停止し、前記第２の距離情報を破棄し、
前記距離情報のメモリ容量を低減し、かつ、地図作成時間を短縮可能とする
ことを特徴とする。

本発明に係る地図作成システムは、地図を作成するために必要不可欠な距離データだけを、距離センサの移動状態から選択して収集するので、距離データのメモリ容量を低減するとともに、地図作成時間を短縮することができる。

実施例１に係る地図作成システムのブロック図である。 実施例１において、地図作成のための距離データを収集する移動体の移動状態の一例を示す説明図（１）である。 実施例１において、地図作成のための距離データを収集する移動体の移動状態の一例を示す説明図（２）である。 移動体により計測される距離データとそれにより形成される物体配置状態の形状を示す配置図（１）である。 移動体により計測される距離データとそれにより形成される物体配置状態の形状を示す配置図（２）である。 データ照合手段により特定された移動体の移動後の姿勢を、移動前の位置・姿勢を原点として示した図（１）である。 データ照合手段により特定された移動体の移動後の姿勢を、移動前の位置・姿勢を原点として示した図（２）である。 収集された距離データを用いて作成された地図の例である。 実施例２に係る地図作成システムのブロック図である。 実施例２に係る移動体が走行した状態の一例を示す説明図（１）である。 実施例２に係る移動体が走行した状態の一例を示す説明図（２）である。 実施例２において、移動体の地図メモリに保存された地図に対して、装置Ｂの配置が変化した状態で走行したときに、地図照合手段１０で位置を同定した結果を示す説明図（１）である。 実施例２において、移動体の地図メモリに保存された地図に対して、装置Ｂの配置が変化した状態で走行したときに、地図照合手段１０で位置を同定した結果を示す説明図（２）である。 実施例２において、収集した距離データを用いて地図作成を行ったときの地図の作成過程である。 実施例２において、収集した距離データを用いて地図作成を行ったときの地図の作成過程（２）である。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。

図１は、本発明である地図作成システムの一実施例である。この図において、地図作成システムである移動体１００は、レーザ距離センサ１、距離収集手段２、地図作成手段３、及び、移動状態算出手段２０を有する。本実施例における移動体１００は、自動車などの車両、または走行機能を備えたロボットである。ただし移動体１００が走行機能を持たない（自身が動力を持たない）装置であってもよく、たとえば手押し車のようなものであっても良い。

レーザ距離センサ１は、移動体１００の周囲の物体にレーザ光を照射することで、周囲の物体までの距離及び角度を測定可能な装置である。本実施例では、レーザ距離センサ１は移動体１００の前方正面に設置されている。レーザ距離センサ１は、移動体１００の左右方向（たとえばー１３５度〜１３５度の範囲）に、水平にレーザ光を照射することで、周囲の物体までの距離を一定の角度ごとに計測する。たとえば−１３５度〜１３５度の範囲について１度ごとに計測が行われると、物体までの距離及び角度の組が２７１個得られる。レーザ距離センサ１はこの一定の角度ごとに計測された複数のデータ（距離及び角度の組）を１組の距離データとして出力する。以下では、１組の距離データを単に距離データとよぶことにする。レーザ距離センサ１はこの距離データの計測を繰り返し実施する。また移動体１００は、移動しながら距離データの計測を実施できる。

この距離データは距離収集手段２と移動状態算出手段２０に入力される。距離収集手段２は、外部（たとえばオペレータ、あるいは移動体１００に制御指示を発行するコントローラなどの装置）から与えられる収集指令により、レーザ距離センサ１を用いた距離データの収集を開始する。レーザ距離センサ１から入力された距離データは一旦距離収集手段２の有する記憶領域に蓄積される。その後距離収集手段２は、収集された距離データを地図作成手段３に出力する。地図作成手段３では、収集された複数の距離データを合成することで地図を作成する。

本発明の特徴である移動状態算出手段２０について説明する。移動状態算出手段２０は、データ照合手段５と収集判定手段６を有する。距離収集手段２において、収集指令により距離データの収集を開始すると、最初の距離データは距離収集手段２に格納されるだけでなく、メモリ４にも収納される。以下では、この時点で収集された距離データを「第一距離データ」と呼ぶ。所定時間後、次の距離データがレーザ距離センサ１から出力されると（なお、この距離データを「第二距離データ」と呼ぶ）、データ照合手段５において、メモリ４に保存された第一距離データと、第二距離データを照合することで、移動体の移動量を求める。距離データの照合により移動体の移動量を求める方法は、たとえば特開２００９−１０９２００号公報や特開２００９−９３３０８号公報などに記載の公知の方法と同様のものでよい。そのためここでは照合処理の概要のみ述べる。

データ照合手段５はメモリ４に格納されている第一距離データを、移動体１００（正確にはレーザ距離センサ１）の位置を原点としたときの、直交座標系（ｘｙ座標系）上の座標に変換する。なお本実施例では、センサの走査面である水平面において、センサの正面方向をｘ軸とし、一方ｘ軸に垂直の軸をｙ軸とする。これにより移動体１００の位置を原点としたときの、周囲の物体の座標が得られる。なお、距離データには複数（たとえば２７１個）の情報（距離と角度の組）が含まれているので、複数個（２７１個）の座標が得られる。この複数個の座標を「第一座標群」と呼ぶ。

続いてデータ照合手段５は第二距離データについても同様に、移動体１００（レーザ距離センサ１）の位置を原点としたときの、直交座標系上の座標（複数個）に変換する。ここで得られた複数個の座標を「第二座標群」と呼ぶ。

次にデータ照合手段５は、第二座標群の各座標を、原点（移動体１００）を中心に角度ｄθだけ回転させ、また（ｄＸ，ｄＹ）平行移動させた座標値を求める（ｄＸ，ｄＹ，ｄθの値は任意で良いが、小さい値が好ましい）。ここで求められた座標を「移動後の第二座標群」と呼ぶ。そして移動後の第二座標群の各点と第一座標群の各点とが一致するか判定する処理を行い、この判定で一致する点の数を計数する。

そしてデータ照合手段５は、ｄＸ，ｄＹ，ｄθの値それぞれを少しずつ変化させながら、繰り返しこの判定処理を行うことにより、第二座標群と第一座標群とが一致する点が最も多くなる時のＸ，Ｙ，θを求める。ここで求められた（ｄＸ，ｄＹ）が、最初の距離データの計測時点から次の距離データ計測時までの間に、移動体１００が移動した距離（移動量）となり、ｄθは次の距離データ計測時における移動体１００が回転した量になる。

データ照合手段５はこのようにして、レーザ距離センサ１を搭載した移動体１００の移動量ｄｘ、ｄｙ、ｄθを算出する。その結果から、移動体１００が停止していると判断できる場合や、ほとんど移動していないと判断できる場合、具体的には算出されたｄｘ、ｄｙ、ｄθの絶対値がいずれも所定の判定値（たとえばxo、yo、θo）未満の場合、第一距離データから得られる座標群（第一座標群）と、第二距離データから得られる座標群（第二座標群）とは、あまり内容に違いがないことを意味する。たとえば移動体１００が停止している場合、第一座標群と第二座標群の内容は同じはずなので、この場合、第二距離データは収集する必要性が低く、収集しない方が、距離収集手段２（あるいは地図作成手段３）の有する記憶領域の使用効率も良くなる。そのため、ｄｘ、ｄｙ、ｄθの絶対値がいずれも所定の判定値（たとえばxo、yo、θo）未満の場合には、収集判定手段６は収集停止信号を距離収集手段２に出力する。収集停止信号が距離収集手段２に出力されると、距離収集手段２は距離データの蓄積は行わず、距離データ（第二距離データ）を破棄する。

逆に、データ照合手段５において、ｄｘ、ｄｙ、あるいは、ｄθのいずれかの絶対値が所定の判定値（xo、yo、θo）以上であると判定された場合には、収集判定手段６は、収集実施信号を距離収集手段２に出力する。収集実施信号が距離収集手段２に与えられると、距離収集手段２は比較した新しい距離データ（第二距離データ）を蓄積するとともに、メモリ４にそのデータを出力する。その処理により、地図を作成するために必要で、かつ、十分な距離データを距離収集手段２に保存することができる。

より詳細な動作について、図２から図８を用いて説明する。図２及び図３は本実施例に係る移動体１００がある環境内を移動している状態を上から見た時の様子を示したものである。この環境はたとえば、周囲を壁で囲まれた長方形状の部屋で、部屋内には複数の障害物（装置A、装置B、装置C、装置D）が配置されている。本実施例では、移動体１００がこの環境内を走行する例を説明する。

（ａ）〜（ｌ）はそれぞれ、異なる時刻における移動体１００の位置を表しており、（ａ）が初期状態の移動体１００の位置を表している。そして移動体１００は、時間経過とともに、（ｂ）から（ｌ）に示される順に移動していることを表している。(a)は計測開始時点の移動体１００の位置を表し、(b)は計測開始後でかつ走行開始前の移動体１００の位置を表している。そのため（ｂ）の時点では移動体１００の位置は（ａ）と同じである。

(c)は走行開始後のある時点の移動体１００の位置を表しており、また（ｃ）の時点で移動体１００は（ｂ）時点から前方に所定量（xo）より多くの距離を移動した状態を表している。(d)は（ｃ）から所定時間経過後の移動体１００の状態を表しており、(d)の時点では移動体１００は、（ｃ）時点から前方に所定量（xo）より多くの距離を移動している。

(e)は（ｄ）から所定時間経過後の移動体１００の状態を表しており、（ｅ）時点では移動体１００は（ｄ）時点から前方に所定量（xo）より多くの距離を移動している。(f)は（ｅ）から所定時間経過後の状態で、移動体１００が一時停止している状態を表している。

(g)は、（ｆ）から所定時間経過後、移動体１００が右に９０度超信地旋回した時の状態を表している。(h)は（ｇ）から所定時間経過後の移動体１００の状態を表しており、ここでは移動体１００が徐行している状態を表している。また（ｈ）時点では、移動体１００は（ｇ）時点の移動体１００の位置から前方に移動しているが、その移動距離は所定量（xo）未満である。

(i)は、（ｈ）から所定時間経過後、移動体１００が徐行を行っている状態を表し、(j)は（ｉ）から所定時間経過後、移動体１００が徐行を継続している状態を、(k)は（ｊ）から所定時間経過後、移動体１００が停止した状態を表し、そして(l)は（ｋ）から所定時間経過後の状態で、計測終了した時の状態を表している。

この中で、(b)走行開始前時点の移動体１００の姿勢は、(a)計測開始時点と同じである。同様に、(f)一時停止時の移動体１００の姿勢は(e)移動２と同じで、(l)計測終了時の移動体１００の姿勢は(k)停止時点と同じ姿勢である。

図４及び図５は、移動体１００が移動中に、レーザ距離センサ１により周囲の壁や装置などの障害物までの距離及び角度を計測している状態を表している。図４及び図５に記載の（ａ）〜（ｌ）はそれぞれ、図２及び図３の（ａ）〜（ｌ）に示された時点における移動体１００の位置を表している。また図４及び図５の（ａ）〜（ｌ）に記載された細線の矢印実線は、その場所において計測される距離データを表し、太線実線は、計測された複数の点の集合を表す。一方点線は、移動体の周囲にある壁や装置などの障害物を表す。先に述べたとおり、データ照合手段５は計測された点の距離データを、直交座標系上の座標値に変換する。図４及び図５は、この変換された座標値を直交座標系上に図示したもので、本実施例では、レーザ距離センサ１により計測された点の距離データを、直交座標系上の座標値に変換したものを、「計測地図情報」と呼ぶ。

図６及び図７は移動状態算出手段２０の動作を説明するための図である。図６及び図７の（１）〜（１１）はそれぞれ、計測地図情報を図示したものに対して、移動前及び移動後の移動体１００の位置を図示したものである。点線の矩形が移動前の移動体１００を表し、実線の矩形が移動後の移動体１００を表す。先に述べたとおり、移動状態算出手段２０のデータ照合手段５は、第二座標群の各座標を移動（及び回転）させながら、第一座標群の各座標と一致するか判定することで、移動体１００の移動量（ｄｘ、ｄｙ，ｄθ）を求める。本実施例ではこの処理を「照合」と呼ぶ。

図６の(1)は、上で述べた(a)の時点の計測地図情報と(b)の時点の計測地図情報を照合し、（ａ）時点及び（ｂ）時点の移動体１００の位置を図示したものである。前述したように、(b)時点の移動体１００の姿勢は(a)時点の移動体１００の姿勢と同じであるので、データ照合手段５において、dx＝dy＝dθ＝０であることが算出される。そのため、(b)時点の距離データを取得しないように、収集判定手段６は収集停止信号を出力する。従って、メモリ４には(a)時点の距離データが保存されたままになる。

次に、（ｃ）の時点でレーザ距離センサ１から距離データが出力されると、データ照合手段５は(a)時点の計測地図情報と(c)時点の計測地図情報を照合する（メモリ４には(a)時点の距離データが保存されているからである）。この照合処理を表しているのが図６(2)である。この照合処理では、（ｃ）時点の計測地図情報をx軸の正方向に移動すると(a)時点の計測地図情報と一致することが、データ照合手段５で算出される。（ｃ）時点では、(a)時点に対して移動体１００はｘ軸方向に所定量（xo）より多く移動している。その場合、収集判定手段６では移動量（ｄｘ）がdx≧xoと判定されるので、(c)時点の距離データを距離収集手段２に保存するように収集実施信号が出力される。また距離収集手段２では、前述したように、メモリ４のデータを(c)時点の距離データに書き換えるように処理が行われる。そのため、次にデータ照合手段５が照合処理を実行する時（図６(3)）は、(c)時点の計測地図情報と、(d)時点の計測地図情報を照合することになる。

図６（３）は、(ｃ)時点の計測地図情報と、(ｄ)時点の計測地図情報を照合した結果を表している。データ照合手段５において、(d)時点における移動体１００の位置は(c)時点より前方に所定量xoより多く移動した位置にあることが判明する。そのため、収集判定手段６において、移動量dxがxo以上であると判断され、収集実施信号が出力される。図６(4)は(ｄ)時点の計測地図情報と(ｅ)時点の計測地図情報を照合した結果を表している。図６(4)についても、図６(３)と同様の処理が行われる。

図６(5)は(ｅ)時点の計測地図情報と(ｆ)時点の計測地図情報を照合した結果を表している。(f)時点で移動体１００は一時停止となっているため、(f)時点の移動体１００の位置・姿勢は(e)時点のものと同じ位置、姿勢である。そのため(f)時点と(ｅ)時点の計測地図情報の照合をデータ照合手段５で実施すると、dx＝dy＝dθ＝０と判定される。そのため、収集判定手段６は収集停止信号を出力し、メモリ４には（ｅ）時点の距離データが保存される。

図６(６)は、(ｅ)時点の計測地図情報と(ｇ)時点の計測地図情報を照合した結果を表している。(g)時点で、移動体１００は超信地旋回を行っている。そのため、データ照合手段５が(e)時点及び(g)時点の計測地図情報を照合すると、dx＝０、｜dy｜＜yo、ｄθ＝π/２の結果を出力する。つまり｜dx｜＜xo、｜dy｜<yoだが、｜ｄθ｜≧θoであると判定される（なお本実施例では、０＜θo＜π/２とする）。超信地旋回のように、移動体１００の向きが変わる場合、旋回前と旋回後で収集される距離データの内容が大きく変わることがある。たとえば図４（ｅ）（または（ｆ））と図５（ｇ）における距離データを比較すると、（ｅ）（または（ｆ））時点では、移動体１００から装置Ｂ，Ｃの一部までの距離が計測されているが装置Ａ，Ｄまでの距離は計測されていない。一方（ｇ）時点では、移動体１００から装置Ｂ，Ｃまでの距離に加えて、装置Ａ，Ｄまでの距離も計測されている。そのため、移動量が少なくても（ｄｘとｄｙが所定値未満であっても）、回転量（ｄθ）が大きい場合には、収集判定手段６は収集実施信号を出力し、距離収集手段２は(g)時点の距離データを収集する。

図７(７)は(ｇ)時点の計測地図情報と(ｈ)時点の計測地図情報を照合した結果を表している。(h)の徐行開始時の移動体１００の状態は、図７(7)に示すように、(g)のときと比べて移動距離が短い。そのため収集判定手段６ではdx＜xo、dy＝０、ｄθ＝０と判断され、メモリ４には（ｇ）時点の距離データが保存される。

図７(８)は(ｇ)時点の計測地図情報と(ｉ)時点の計測地図情報を照合した結果を表している。(i)時点の移動体１００の位置については、(g)のときからの移動距離がdx≧xoと判断され、収集判定手段６は収集実施信号を出力し、距離収集手段２は(ｉ)時点の距離データを収集する。図７(９)は(ｉ)時点の計測地図情報と(ｊ)時点の計測地図情報を照合した結果を表している。(ｊ)時点の移動体１００の位置は（ｉ）時点の位置からの移動量が少ないため、収集判定手段６は収集停止信号を出力する。そのためメモリ４には（ｉ）時点の距離データが保存される。

図７(１０)は(ｉ)時点の計測地図情報と(ｋ)時点の計測地図情報を照合した結果を表している。(ｋ)時点の移動体１００の位置は（ｉ）時点の位置から所定量よりも多く移動している為、収集判定手段６は収集実施信号を出力し、距離収集手段２は (ｋ)時点の距離データを収集する。

図７(１１)は(ｋ)時点の計測地図情報と(ｌ)時点の計測地図情報を照合した結果を表している。(ｌ)時点の移動体１００の位置は（ｋ）時点の位置からの移動量が少ないため、収集判定手段６は収集停止信号を出力する。そのため（ｌ）時点の距離データは保存されない。

本実施例に係る移動体１００ではこのように、距離データの収集の実施／停止を行うことで、地図作成に必要な距離データを選択的に収集する。上で説明した例の場合、（ａ）〜（ｌ）の12の時点の距離データのうち、(a)、(c)、(d)、(e)、(g)、(i)、(k)の7つの時点における距離データだけが収集されることになる。

この7つの時点の計測地図情報は地図作成手段３に入力され、外部から地図作成指令が指示されたとき、地図作成が実施される。地図作成手段３は具体的には、各時点の計測地図情報に含まれる各座標値を、たとえば（ａ）時点の移動体１００の位置を原点とした座標系の座標に変換し、それらをすべて重ね合わせることで地図を作成すればよい。なお、地図作成手段３は７つの時点の計測地図情報を受領してから、一度にそれらの全ての情報を合成することで地図を作成してもよいが、逆に地図作成手段３に１つの計測地図情報が送られて来るたびに、計測地図情報の合成を行ってもよい。

図８に、地図作成手段３によって作成された地図を直交座標系上に図示した例を示す。なお、地図は、壁や装置などの障害物の座標値の集合として構成されるが、図８では説明のため、座標値の集合を図示したものを示している。また図１１の地図において、細線破線はレーザ距離センサ１によって距離データが計測できなかった箇所を表す（細線破線に相当する部分の情報は、地図作成手段３によって作成された地図には含まれていない）。図８に示すように、上部、下部の壁、左側の壁、及び、各装置の壁側の情報がなく、太線実線の地図情報としては記載されていないが、移動体１００が少なくとも中央部を走行する場合には、常に位置を同定することができるので、特に問題なく、自律移動ロボットとして走行することが可能である。

従って、本実施例を用いれば、地図作成に必要な距離データを大幅に（上で説明した例では7/12に）削減することができる。それに伴って、地図作成時間もほぼ1/2に短縮することができる効果がある。

実施例２に係る地図作成システムの構成を図９に示す。実施例２に係る地図作成システムは、移動体１００と上位コントローラ１１０を有する。実施例２に係る地図作成システムは、実施例１で説明した地図作成方法を用いて、地図を作成するシステムで、図９の移動体１００は実施例１で説明した移動体とほぼ同様の機能ブロックを有する。ただし実施例１に係る移動体１００に内蔵されていた地図作成手段３は、実施例２に係る地図作成システムでは上位コントローラ１１０に配置されている。

上位コントローラ１１０は、移動体１００が有する距離収集手段２で収集された距離データを用いて地図を作成する装置である。上位コントローラ１１０は、実施例１で説明した地図作成手段３を有する他、作成した地図を保存する地図保存手段８を有する。また上位コントローラ１１０は、地図保存手段８に保存された複数の地図のうち１または複数の地図を選択して、移動体１００に送信することができる。移動体１００に送信された地図は、地図メモリ９に保存される。

また実施例２に係る移動体１００は、右車輪と左車輪、また右車輪を駆動するための右モータ１２と左車輪を駆動するための左モータ１３、そして右モータ１２と左モータ１３の制御を行う車両制御手段１１とを有する。車両制御手段１１は移動体を自律移動可能にするための制御部で、たとえば特開２００９−９３３０８号公報などに記載の公知のものでよい。車両制御手段１１に目標点の座標が与えられると（たとえば地図メモリ９に格納された地図上の座標が与えられる）、車両制御手段１１は地図メモリ９に格納された地図と目標点の座標をもとにして移動体１００の走行経路を作成し、移動体１００を目標点の座標に移動させるよう、右モータ１２と左モータ１３に制御信号を送って移動体１００を移動させる。また車両制御手段１１には地図照合手段１０で得られた移動体１００の現在の座標が与えられ、車両制御手段１１はその情報をもとに、移動体１００が作成した走行経路に沿って移動するよう、右モータ１２と左モータ１３を制御する。

実施例２では、移動体１００は最初に、図８に示された地図を地図メモリ９に格納しており、これを用いて自律走行を開始するものとする。図１０〜図１１は、実施例１で説明した図２〜図３と同様に、計測開始(ａ)から計測終了(ｌ)までの間に移動体１００が自律移動したときの様子を時系列で示したものである。図１０〜図１１の（ａ）〜（ｌ）に示した移動体１００の位置・状態はそれぞれ、実施例１（図２〜図３の（ａ）〜（ｌ））で示されたものと同じである。ただし実施例２（図１０〜図１１）に示された環境は、図８の地図が作成されてから時間が経過したために、図８の地図作成時点の環境と比べて装置Ｂの配置が変化している点が、実施例１で示した環境と異なる。そのため実施例２に係る移動体１００は、新しい配置になった環境の地図を作成する状況であるものとする。

図１２〜図１３は、地図メモリ９に格納された図８の地図の情報と、レーザ距離センサ１によって計測された距離データとを照合して、移動体１００（レーザ距離センサ１）の位置ｘ、ｙ、姿勢θを、算出しているときの状況を示している。地図照合手段１０が地図と距離データを照合して、移動体１００の位置ｘ、ｙと姿勢θを算出して出力するものである。地図照合手段１０は実施例１で説明したデータ照合手段５と同様の機能を有する。地図照合手段１０とデータ照合手段５の違いは、データ照合手段５は、レーザ距離センサ１で得られた２つの時点の距離データ同士を照合することで移動体１００の移動量を求めるものだが、地図照合手段１０は地図情報（地図メモリ９にある）とレーザ距離センサ１で得られた距離データを照合することで、地図メモリ９にある地図上における移動体１００の座標を求める点が異なる。それ以外の点は地図照合手段１０とデータ照合手段５は同じである。

そこで、走行を開始する前の計測開始(a)の時点で、新たな地図を作成するため、レーザ距離センサ１の距離データを保存する収集指令が距離収集手段２に出力されたところから説明する。実施例２では、距離データは距離収集手段２に出力されるとともに、地図照合手段１０にも出力される。なお、移動状態算出手段２０及びその中のデータ照合手段５、収集判定手段６が行う処理は、実施例１で説明したものと同じため、ここでの説明は略す。

図１２(a)に示すように、地図照合手段１０が地図と距離データを照合すると、配置が変化した装置Ｂの箇所を除いてデータがほぼ一致する。その結果から、移動体１００の位置と姿勢はxa、ya、θaであることが求められる。このとき、装置Ｂの配置が変化したことは地図照合手段１０で行われる位置、姿勢の演算に、大きい影響を与えるものではない。次の走行開始前の時点(b)における距離データを、地図と照合すると、（ｂ）時点ではまだ移動体１００は移動していないので、位置、姿勢はxa、ya、θaのままであることが地図照合手段１０で算出される。また移動状態算出手段２０では、実施例１で説明したとおり、データ照合手段５によって移動体１００が(a)時点から (b)時点までの間で移動していないこと（移動体１００の移動量が０であること）が算出されるので、収集判定手段６が収集停止信号を距離収集手段２に出力する。従って、このときは実施例１と同じく、距離収集手段２は距離データの収集を行わない。

次に、自律走行の目標点の座標（及び経路上の座標）が車両制御手段１１に与えられると、算出された移動体１００の現在位置、姿勢との関係から、車両速度、旋回角速度が演算され、車両制御手段１１から右モータ１２、左モータ１３の速度指令がそれぞれのモータに出力される。このようにして、移動体１００が走行を開始すると、図１２(c)の走行開始状態のように自律移動する。(c)時点では、移動体１００の位置、姿勢はxc、yc、θcになっており、(a)のときからｘ軸方向に（xc−xa）≧xoだけ前進していることがデータ照合手段５で算出される。移動体１００が装置Ｂに近づいているため、その変化の影響を受けやすい状況ではあるが、装置Ａ、Ｃ、Ｄ及び部屋の複数の壁面までの距離を計測しているために、安定したデータ照合を行うことができ、正確な位置検出を行うことができる。この結果に基づき、収集判定手段６から距離収集手段２に収集実施信号を出力される。

(d)〜(l)については、同様に、車両制御手段１１において自律走行制御を行うとともに、距離データの収集判定が収集判定手段６で行われる。

この結果により、地図を作成するための距離データの収集は、(a)、(c)、(d)、(e)、(g)、(i)、(k)の時点だけで行われる。この収集された距離データは、距離収集手段２から上位コントローラ１１０の地図作成手段３にアップロードされる。地図作成手段３では、実施例１と同じく、図１４及び図１５に示したように、(a)、(c)、(d)、(e)、(g)、(i)、(k)の時点の距離データを合成して、現在の地図を作成する。その結果、図１５(m)に示すように、装置Ｂの配置が変化した状態の地図を完成することができる。

従って、実施例２に係る地図作成システムを用いれば、移動体が自律走行を行っているときにも、地図を更新するために必要で十分な最小限の距離データを収集できるので、常に、短時間で最新の地図で位置同定を行うことができる利点がある。

本発明において、以上のように、自律移動のための位置同定を行うために地図を作成する必要があるが、その地図を少ない距離データを用いて短時間に作成することが可能になる。

１ レーザ距離センサ， ２ 距離収集手段， ３ 地図作成手段， ４ メモリ， ５ データ照合手段， ６ 収集判定手段， ８ 地図保存手段， ９ 地図メモリ， １０ 地図照合手段， １１ 車両制御手段， １２ 右モータ， ２０ 移動状態算出手段，１００ 移動体，１１０ 上位コントローラ

Claims (6)

1. 移動体から周囲の物体までの距離を計測するレーザ距離センサと、
   前記レーザ距離センサによって計測された周囲の物体までの距離情報を収集する距離収集手段と、前記距離情報は、前記距離収集手段において、外部から与えられる収集指令により、前記距離情報の収集を開始する第１の時点で前記レーザ距離センサが計測した最初の距離情報を第１の距離情報とし、所定時間後の第２の時点で前記レーザ距離センサが計測した次の距離情報を第２の距離情報として含み、
   前記第１の時点における第１の距離情報、前記第２の時点における第２の距離情報を用いて、前記移動体の移動量を算出する移動状態算出手段と、
   前記距離収集手段から取得した距離情報を用いて地図情報を生成する地図作成手段とを備え、
   前記レーザ距離センサは、
   前記移動体の左右方向に所定角度の範囲に水平にレーザ光を照射し、
   前記距離収集手段は、
   前記第１の時点で計測した前記第１の距離情報を記憶領域に格納するとともにメモリに収容し、
   前記移動状態算出手段は、
   データ照合手段と収集判定手段を含み、
   前記データ照合手段は、
   前記第１の距離情報と前記第２の距離情報とを照合し、前記移動体の移動量を求め、
   前記収集判定手段は、
   前記移動量の絶対値が所定の判定値以上の場合には、前記第２の距離情報を収集する収集実施信号を前記距離収集手段に出力し、前記第１の距離情報より新しい第２の距離情報を前記距離収集手段における記憶領域に蓄積するとともに前記メモリに出力し、
   前記移動量の絶対値が所定の判定値未満の場合には、収集停止信号を前記距離収集手段に出力し、前記第２の距離情報の前記距離収集手段における記憶領域への蓄積を停止し、前記第２の距離情報を破棄し、
   前記距離情報のメモリ容量を低減し、かつ、地図作成時間を短縮可能とする
   ことを特徴とする、地図作成システム。
2. 前記第１の距離情報および前記第２の距離情報は、距離と角度の組を含み、
   前記移動状態算出手段はさらに、
   前記第１の距離情報と前記第２の距離情報とから、前記移動体が前記第１の時点から前 記第２の時点までに回転した角度を算出し、
   前記角度が所定の量以上の場合、または前記移動量が所定の量以上の場合、前記距離収集手段に前記第２の距離情報を格納し、
   前記角度が所定の量未満の場合、かつ前記移動量が所定の量未満の場合、前記距離収集手段に前記第２の距離情報を格納しない 、 ことを特徴とする、請求項１に記載の地図作成システム。
3. 前記地図情報は、前記移動体の周囲の、物体の存在する位置の座標の集合であり、
   前記距離収集手段は、複数の前記距離情報を収集し、
   前記地図作成手段は、前記距離収集手段から取得した複数の前記距離情報を合成することで、前記地図情報を作成する、
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の地図作成システム。
4. 前記移動体の周囲の地図を保持する地図メモリと、前記地図と前記距離情報 とから前記移動体の位置を算出する地図照合手段とを有する、
   ことを特徴とする、請求項１ないし３の何れか一項に記載の地図作成システム。
5. 前記移動体の走行制御を行う車両制御手段を備え、
   移動中に、前記距離情報の収集が可能である ことを特徴とする、請求項４に記載の地図作成システム。
6. 前記地図作成手段は、上位コントローラに配置し、
   前記上位コントローラは、さらに、
   前記地図作成手段にて作成された地図を保存する地図保存手段、を含み、前記地図保存手段に保存された複数の地図のうち１または複数の地図を選択して、前記移動体に送信する機能を有し、
   前記レーザ距離センサ、前記距離収集手段、前記メモリ、前記移動状態算出手段は、前記移動体に配置し、
   前記移動体は、さらに、
   前記上位コントローラから送信された１つ以上の地図を保存する地図メモリ、地図照合手段、車両制御装置、左右モータを有し、
   前記地図照合手段は、
   前記地図メモリにおける地図と前記レーザ距離センサからの距離情報を照合し、前記移動体または前記レーザ距離センサの位置と姿勢を算出して出力し、
   前記車両制御装置は、
   前記移動体を自立移動可能にする制御部を含み、前記地図照合手段からの位置と姿勢を受け、前記上位コントローラから送信される地図と目標点の位置もとに前記移動体の走行路を作成し、前記移動体を目標点の座標に移動させるよう、前記左右モータを制御する
   ことを特徴とする、請求項１ないし５の何れか一項に記載の地図作成システム。

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