JP7121489B2 - 移動体 - Google Patents

Description

本発明は、測距センサによって周囲の物体までの距離を測定する移動体に関する。

従来の移動体において、測距センサを有するものが知られている。その測距センサによる距離の測定結果を用いることによって、例えば、自己位置同定を行ったり、目標位置への位置決めを行ったりすることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－１６０６７１号公報

しかしながら、上記特許文献１にも記載されているように、自己位置同定によって得られた位置（位置推定結果）の精度は、それほど高くないという問題がある。例えば、自己位置同定によって得られた位置には、数十センチメートル程度の誤差のあることもある。また、上記特許文献１に記載されたように目標位置への位置決めを行う場合には、事前に、その位置決めに用いる距離などを、移動体を実際に目的位置に配置して測定する必要があり、そのための負荷が大きいという問題もあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、移動制御に用いるための情報を、自己位置同定よりも高精度で取得することができ、また、位置決めのために用いる情報を、事前に測定する必要もない移動体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による移動体は、自律的に移動する移動体であって、移動体を移動させる移動機構と、複数方向に関して周囲の物体までの距離を測定する測距センサと、測距センサによる測定結果を用いて、時間に依存しない方法によって、周囲の壁を検出する壁検出部と、壁検出部による壁の検出結果を用いて、移動機構を制御する移動制御部と、を備えたものである。
このような構成により、時間に依存しない方法によって周囲の壁を検出するため、時間に依存する自己位置同定よりも高い精度で、また短時間で壁を検出できるようになる。そして、その壁の検出結果を用いて、例えば、移動体のスリップを検知したり、移動体の経路からの逸脱を検知したりすることができるようになる。また、例えば、位置決めのために用いる情報を、事前に測定することなく、壁の検出結果を用いて位置決めを実現することもできる。

また、本発明による移動体では、壁検出部は、測定結果からハフ変換によって壁を検出してもよい。
このような構成により、周囲の壁を、時間に依存する自己位置同定よりも高精度に検出することができるようになる。

また、本発明による移動体では、壁検出部は、測定結果から最小二乗法によって壁を検出してもよい。
このような構成により、周囲の壁を、時間に依存する自己位置同定よりも短時間で検出することができるようになる。

また、本発明による移動体では、移動制御部は、壁検出部による壁の検出結果を用いて、移動体のずれを取得し、ずれを用いて移動機構を制御してもよい。
このような構成により、例えば、移動体のスリップが検知された場合には、移動体を停止させるように制御したり、移動体の経路からの逸脱が検知された場合には、移動体を経路に戻すように制御したりすることができるようになる。

また、本発明による移動体では、移動制御部は、ずれが解消されるように移動機構を制御してもよい。
このような構成により、壁の検出結果を用いることによって、移動体を本来の経路に戻るように制御することができるようになり、時間に依存する自己位置同定によって移動制御を行う場合よりも、より精度の高い移動を実現することができるようになる。

また、本発明による移動体では、測距センサによる測定結果を用いて、時間に依存する自己位置同定によって移動体の現在位置を取得する現在位置取得部をさらに備え、移動制御部は、現在位置取得部によって取得された現在位置を用いて移動機構を制御してもよい。
このような構成により、現在位置取得部によって取得された現在位置を用いて、大域的な位置を把握して移動制御を行うと共に、壁の検出結果を用いて、局所的なずれなどを検知して移動制御を行うことができるようになる。

本発明による移動体によれば、時間に依存する自己位置同定よりも高い精度で、また短時間で壁を検出できるようになり、その検出結果を用いることによって、高精度でリアルタイム性の高い移動制御を実現することができる。

本発明の実施の形態による移動体の構成を示すブロック図 同実施の形態による移動体の動作を示すフローチャート 同実施の形態における壁の検出について説明するための図 同実施の形態における壁の検出について説明するための図 同実施の形態におけるハフ変換を用いた壁の検出について説明するための図 同実施の形態における壁までの距離の時間変化の一例を示す図 同実施の形態における壁に対する角度の時間変化の一例を示す図 同実施の形態における壁までの距離の時間変化の一例を示す図 同実施の形態における壁に対する角度の時間変化の一例を示す図

以下、本発明による移動体について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素及びステップは同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態による移動体は、測距センサによる測距結果を用いて周囲の壁を検出し、その検出結果を用いて移動制御を行うものである。

図１は、本実施の形態による移動体１の構成を示すブロック図である。本実施の形態による移動体１は、自律的に移動するものであり、移動機構１１と、測距センサ１２と、壁検出部１３と、地図記憶部１４と、現在位置取得部１５と、移動制御部１６とを備える。なお、移動体１が自律的に移動するとは、移動体１がユーザ等から受け付ける操作指示に応じて移動するのではなく、自らの判断によって目的地に移動することであってもよい。その目的地は、例えば、手動で決められたものであってもよく、または、自動的に決定されたものであってもよい。また、その目的地までの移動は、例えば、移動経路に沿って行われてもよく、または、そうでなくてもよい。また、自らの判断によって目的地に移動するとは、例えば、進行方向、移動や停止などを移動体１が自ら判断することによって、目的地まで移動することであってもよい。また、例えば、移動体１が、障害物に衝突しないように移動することであってもよい。移動体１は、例えば、台車であってもよく、移動するロボットであってもよい。ロボットは、例えば、エンターテインメントロボットであってもよく、監視ロボットであってもよく、搬送ロボットであってもよく、清掃ロボットであってもよく、動画や静止画を撮影するロボットであってもよく、その他のロボットであってもよい。

移動機構１１は、移動体１を移動させる。移動機構１１は、例えば、移動体１を全方向に移動できるものであってもよく、または、そうでなくてもよい。全方向に移動できるとは、任意の方向に移動できることである。移動機構１１は、例えば、走行部（例えば、車輪など）と、その走行部を駆動する駆動手段（例えば、モータやエンジンなど）とを有していてもよい。なお、移動機構１１が、移動体１を全方向に移動できるものである場合には、その走行部は、全方向移動車輪（例えば、オムニホイール、メカナムホイールなど）であってもよい。全方向移動車輪を有し、全方向に移動可能な移動体については、例えば、特開２０１７－１２８１８７号公報を参照されたい。この移動機構１１としては、公知のものを用いることができるため、その詳細な説明を省略する。

測距センサ１２は、複数方向に関して周囲の物体までの距離を測定する。測距センサ１２は、例えば、レーザセンサや、超音波センサ、マイクロ波を用いた距離センサ、ステレオカメラによって撮影されたステレオ画像を用いた距離センサなどであってもよい。そのレーザセンサは、レーザレンジセンサ（レーザレンジスキャナ）であってもよい。なお、それらの測距センサについてはすでに公知であり、それらの説明を省略する。本実施の形態では、測距センサ１２がレーザレンジセンサである場合について主に説明する。また、移動体１は、１個のレーザレンジセンサを有していてもよく、または、２個以上のレーザレンジセンサを有していてもよい。後者の場合には、２個以上のレーザレンジセンサによって、全方向がカバーされてもよい。また、測距センサ１２が超音波センサや、マイクロ波を用いた距離センサなどである場合に、測距センサ１２の測距方向を回転させることによって複数方向の距離を測定してもよく、複数方向ごとに配置された複数の測距センサ１２を用いて複数方向の距離を測定してもよい。測距センサ１２は、所定範囲の方向に関して距離を測定するものであってもよく、全方向に関して距離を測定するものであってもよい。例えば、測距センサ１２は、移動体１の前方のみの範囲について、複数方向の距離を測定するものであってもよい。また、例えば、測距センサ１２は、全周囲（３６０度）について、あらかじめ決められた角度間隔で複数方向の距離を測定するものであってもよい。その角度間隔は、例えば、１度間隔や２度間隔、５度間隔などのように一定であってもよい。測距センサ１２から得られる情報は、例えば、移動体１のある向きを基準とした複数の方位角のそれぞれに関する周辺の物体までの距離であってもよい。その距離を用いることによって、移動体１のローカル座標系において、移動体１の周囲にどのような物体が存在するのかを知ることができるようになる。

図３は、測距センサ１２による壁Ｗ１までの距離の測定について説明するための図であり、移動体１を上方から見た図である。図３で示されるように、太矢印の方向に移動している移動体１の測距センサ１２から種々の方向にレーザが出射されることによって、複数の測定点Ｐまでの角度及び距離をそれぞれ測定することができる。なお、図３では、壁Ｗ１の方向にのみレーザが出射されている状況を示しているが、レーザは、通常、他の方向にも出射されている。そして、その測定点Ｐに関する測定結果を用いることによって、図４で示される移動体１のローカル座標系（ここでは、２次元直交座標系（ｘｙ座標系）であるとする。）における各測定点Ｐの座標値を取得することができる。なお、各測定点Ｐに関する座標値の取得は、測距センサ１２によって行われてもよく、または、他の構成要素によって行われてもよい。本実施の形態では、測距センサ１２が、各測定点に関して、移動体１のローカル座標系における座標値の取得も行う場合について主に説明する。

壁検出部１３は、測距センサ１２による測定結果を用いて、時間に依存しない方法によって、周囲の壁を検出する。なお、壁は、通常、部屋の仕切りや通路などの壁であるが、大型の設備などの側面が壁として検出されてもよい。時間に依存しない方法によって壁の位置を検出するとは、過去の情報を用いないで、現時点での壁の位置を検出することを意味している。なお、時間に依存する方法としては、例えば、後述するモンテカルロ位置推定がある。壁を検出するとは、移動体１のローカル座標系における壁の位置を検出することであってもよく、移動体１から壁までの距離を検出することであってもよく、移動体１と壁との角度を検出することであってもよい。壁の位置を検出するとは、ローカル座標系における壁の位置を示す式を特定することであってもよい。なお、壁が２次元平面座標系において直線で示される場合には、移動体１から壁までの距離及び角度が検出されると、移動体１のローカル座標系における壁の位置を検出できるため、移動体１から壁までの距離及び角度の検出は、ローカル座標系における壁の位置の検出と同様であると考えることもできる。壁検出部１３は、移動体１が移動している際に、壁の検出を行うことが好適である。移動中には、時間に依存する自己位置同定による現在位置の取得精度が低下するのに対して、壁検出部１３による壁の検出については、検出精度は低下しないからである。なお、移動体１が停止している際には、時間に依存する自己位置同定によっても、高い精度で現在位置を取得することができるようになる。壁検出部１３は、壁の検出を繰り返して行ってもよい。例えば、壁検出部１３は、所定の時間間隔ごとに、壁の検出を行ってもよい。壁検出部１３による壁の検出方法は、時間に依存しない方法であればどのようなものであってもよいが、ここでは、（１）ハフ変換を用いて壁を検出する方法、（２）最小二乗法を用いて壁を検出する方法について説明する。なお、説明を簡単にするため、壁は平面であるとする。すなわち、壁が２次元平面座標系において直線で示される場合について説明する。

（１）ハフ変換を用いて壁を検出する方法
この方法では、壁検出部１３は、測距センサ１２による測定結果から、ハフ変換によって壁を検出する。ハフ変換とは、直線や曲線を検出するために用いられる手法である。図５は、ハフ変換について説明するための図である。図５を参照して、ある点Ａ（ｘ１，ｙ１）を通る直線Ｌ１は、次式のように表すことができる。
ｒ＝ｘ１・ｃｏｓθ＋ｙ１・ｓｉｎθ

ここで、ｒは、ローカル座標系（ｘｙ座標系）における原点から直線Ｌ１に引いた法線の長さであり、θは、その法線の角度（ｘ軸との角度）である。なお、例えば、ｒは実数であり、θは０からπまでの範囲の実数であるとしてもよい。上式は、ｒ、θ平面上における１個の正弦曲線に対応する。したがって、複数の測定点Ｐのローカル座標系における座標値（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）…に応じて、それぞれｒ、θ平面上の正弦曲線を特定することができる。図３、図４で示されるように、測定点Ｐは、一直線上に存在するため、複数の測定点Ｐに応じた複数の正弦曲線は、１点で交わることになり、その交点である（ｒ１，θ１）によって、測定点Ｐを通る直線が示されることになる。すなわち、図４のｘｙローカル座標系において、測定点Ｐを通る直線が、次式のように得られることになる。この次式を特定することが、ローカル座標系における壁の位置を検出することになる。
ｒ１＝ｘ・ｃｏｓθ１＋ｙ・ｓｉｎθ１

一方、実際には測定誤差等が存在するため、複数の測定点Ｐに応じた複数の正弦曲線は、２以上の点で交わることになり、その交点（ｒ１，θ１）、（ｒ２，θ２）、（ｒ３，θ３）…等が取得されることになる。各交点に応じた各直線によって、複数の壁の位置が示されることになるが、それらは元々、１個の壁の位置を示すものである。したがって、例えば、複数の交点のうち、その交点を通る曲線が最も多い交点を、壁の位置に対応する直線に対応した交点として特定してもよい。そして、その特定した交点に対応する直線を、壁の位置を示す直線としてもよい。また、複数の交点のうち、閾値以上の曲線が通る交点について、ｒ、θのそれぞれの代表値を特定し、その代表値であるｒ、θに対応する直線を、壁の位置を示す直線としてもよい。代表値は、例えば、平均値や中間値などであってもよい。なお、ｒは、壁までの距離を示すものであり、θは、壁の角度を示すものである。したがって、特定した交点に対応するｒ、θを取得することが、壁を検出することであってもよい。本実施の形態では、その場合について主に説明する。

（２）最小二乗法を用いて壁を検出する方法
この方法では、壁検出部１３は、測距センサ１２による測定結果から、最小二乗法によって壁を検出する。例えば、図４で示されるように、壁Ｗ１に対応する複数の測定点Ｐに関するローカル座標系における座標値を取得することができる。したがって、壁検出部１３は、その各座標値を用いて、最小二乗法を用いることによって、壁Ｗ１に対応するローカル座標系における直線を特定してもよい。この場合には、最小二乗法に用いられる測定点に、壁の位置でない測定点が含まれると、それに応じて壁の位置の検出精度が低下することになる。したがって、壁検出部１３は、例えば、壁の位置であることが確かである測定点を用いて、最小二乗法を用いた壁の検出を行うようにしてもよい。壁の位置であることが確かであるかどうかは、例えば、後述する現在位置や地図を用いて判断されてもよい。すなわち、現在位置の誤差を考慮しても、地図上における壁であると判断することができる測定点が、この壁の検出に用いられてもよい。なお、複数の座標値を用いて、最小二乗法によりそれらの座標値に最も適した直線を特定する方法はすでに公知であり、その詳細な説明を省略する。

上記のように、ハフ変換や最小二乗法を用いて壁を検出した場合には、時間に依存する自己位置同定よりも高い精度で壁を検出することができ、また、時間に依存する自己位置同定よりも短時間で壁を検出することができる。したがって、その壁の検出結果を用いることにより、時間に依存する自己位置同定によって得られた現在位置を用いるよりも、より細かい移動制御を実現することができるようになる。例えば、壁の検出結果を用いることによって、時間に依存する自己位置同定では検出が困難であったスリップを検出したり、目標位置への位置決めをより高精度で行ったりすることができるようになる。

なお、上記説明では、壁が平面である場合、すなわち、二次元平面において直線で示される壁を検出する場合について説明したが、そうでなくてもよい。壁の形状があらかじめ分かっている曲線（例えば、円弧や正弦曲線、楕円曲線等）である場合には、そのような曲線の壁を検出してもよい。ハフ変換や最小二乗法において曲線も取り扱うことができることはすでに知られているため、曲線の壁の検出に関する説明は省略する。
また、時間に依存しない壁の検出は、ハフ変換や最小二乗法以外の方法によって行われてもよい。

地図記憶部１４では、移動体１の移動環境に関する地図が記憶される。その地図は、例えば、移動体１の移動環境における障害物の位置を示すもの、すなわち、測距センサ１２による距離の測定対象となる壁や設備等の物体の位置を示すものであってもよい。また、その地図は、例えば、自己位置同定に用いられる地図であってもよく、その他の地図であってもよい。本実施の形態では、その地図が、自己位置同定に用いられる地図である場合について主に説明する。自己位置同定に用いられる地図はすでに公知であるため、その詳細な説明を省略する。地図記憶部１４に地図が記憶される過程は問わない。例えば、記録媒体を介して地図が地図記憶部１４で記憶されるようになってもよく、通信回線等を介して送信された地図が地図記憶部１４で記憶されるようになってもよい。地図記憶部１４での記憶は、ＲＡＭ等における一時的な記憶でもよく、または、長期的な記憶でもよい。地図記憶部１４は、所定の記録媒体（例えば、半導体メモリや磁気ディスク、光ディスクなど）によって実現されうる。

現在位置取得部１５は、移動体１の現在位置を取得する。現在位置の取得は、例えば、無線通信を用いて行われてもよく、周囲の物体までの距離の測定結果を用いて行われてもよく、周囲の画像を撮影することによって行われてもよく、現在位置を取得できるその他の手段を用いてなされてもよい。無線通信を用いて現在位置を取得する方法としては、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いる方法や、屋内ＧＰＳを用いる方法、最寄りの無線基地局を用いる方法などが知られている。また、例えば、周囲の物体までの距離の測定結果を用いたり、周囲の画像を撮影したりすることによって現在位置を取得する方法としては、例えば、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）などによって知られている方法を用いてもよい。周囲の物体までの距離の測定結果としては、例えば、測距センサ１２の測定結果を用いてもよい。また、あらかじめ作成された地図（例えば、周囲の物体までの距離の測定結果や撮影画像を有する地図など）が記憶されている場合には、現在位置取得部１５は、地図を用いて、周囲の物体までの距離の測定結果に対応する位置を特定することによって現在位置を取得してもよく、周囲の画像を撮影し、地図を用いて、その撮影結果に対応する位置を特定することによって現在位置を取得してもよい。その際に、現在位置取得部１５は、地図記憶部１４で記憶されている地図を用いてもよい。また、現在位置取得部１５は、例えば、自律航法装置を用いて現在位置を取得してもよい。また、現在位置取得部１５は、移動体１の向き（方向）を含む現在位置を取得することが好適である。その方向は、例えば、北を０度として、時計回りに測定された方位角によって示されてもよく、その他の方向を示す情報によって示されてもよい。その向きは、電子コンパスや地磁気センサによって取得されてもよい。本実施の形態では、現在位置取得部１５が、測距センサ１２による測定結果を用いて、時間に依存する自己位置同定によって現在位置を取得する場合について主に説明する。また、その自己位置同定において、地図記憶部１４で記憶されている地図が用いられるものとする。なお、時間に依存する自己位置同定は、例えば、モンテカルロ位置推定などによって行われてもよい。モンテカルロ位置推定では、例えば、次のようにして現在位置が取得される。まず、過去の移動体１の位置と、指令速度とを用いて、モデル位置を推定し、モデル位置を元にして、複数の現在位置候補を特定する。そして、特定した複数の現在位置候補に関して、地図を用いて、移動体１の周囲の物体に関する推定観測位置を算出する。その後、測距センサ１２による実観測位置と、推定観測位置とを比較して、実観測位置に最も近い推定観測位置を、最終的な観測位置、すなわち現在位置として取得することになる。なお、モンテカルロ位置推定などの時間に依存する自己位置同定の方法については、すでに公知であり、その詳細な説明を省略する。

移動制御部１６は、移動機構１１を制御することによって、移動体１の移動を制御する。移動の制御は、移動体１の移動の向きや、移動の開始・停止などの制御であってもよい。移動制御部１６は、現在位置取得部１５によって取得された現在位置を用いて移動機構１１を制御してもよい。また、例えば、経路が設定されている場合には、移動制御部１６は、移動体１がその移動経路に沿って移動するように、移動機構１１を制御してもよい。より具体的には、移動制御部１６は、現在位置取得部１５によって取得される現在位置が、その移動経路に沿ったものになるように、移動機構１１を制御してもよい。また、移動制御部１６は、地図を用いて、移動の制御を行ってもよい。その場合には、移動制御部１６は、例えば、地図記憶部１４で記憶されている地図を用いてもよい。

また、移動制御部１６は、壁検出部１３による壁の検出結果を用いて、移動機構１１を制御する。なお、前述のように、壁の検出結果を用いた方が、現在位置を用いるよりも細かい移動制御を実現することができる。例えば、移動制御部１６は、壁検出部１３による壁の検出結果を用いて、移動体１のずれを取得し、そのずれを用いて移動機構１１を制御してもよい。ずれの取得は、例えば、検出された壁との距離や角度と、それらに対応する基準値との差を取得することによって行われてもよく、単位時間あたりの距離や角度の変化（ずれ）を取得することによって行われてもよい。その基準値は、例えば、経路や地図等を用いて算出される値であってもよく、または、過去（例えば、直前）に検出された壁との距離や角度であってもよい。例えば、上記のように、移動体１から壁までの距離ｒと、移動体１に対する壁の角度θとが検出されている場合に、移動制御部１６は、それらを時系列に沿って順次、記憶していてもよい。その結果は、例えば、図６Ａや図６Ｂで示されるようになる。図６Ａは、検出された壁までの距離ｒの時間変化を示す図であり、図６Ｂは、検出された壁の角度θの時間変化を示す図である。図３で示されるように、移動体１が壁Ｗ１に沿って移動している場合、すなわち移動体１が壁Ｗ１と平行に移動している場合には、図６Ａ，図６Ｂの時間ｔの小さい範囲で示されるように、壁までの距離ｒや壁の角度θは、略一定になる。一方、走行面の凹凸や傾斜により、または、移動中の車輪のスリップなどにより、図６Ａ，図６Ｂで示されるように、壁との距離ｒや角度θが変化することがある。そのようにして検知された、壁との距離ｒについて取得したずれ、及び、壁との角度θについて取得したずれの少なくとも一方が、あらかじめ決められた閾値以上となった場合に、移動制御部１６は、移動体１を停止させてもよく、または、そのずれが解消されるように移動機構１１を制御してもよい。なお、図６Ａ，図６Ｂにおいては、過去に検出された値（時間ｔの小さい範囲における値）が、ずれの取得の基準値として用いられてもよい。

なお、例えば、移動制御部１６は、壁に関して取得したずれが短時間で大きく変化した場合には、移動体１を停止させてもよい。具体的には、壁の距離と角度の少なくとも一方に関する第１の単位時間あたりのずれ（変化）が、あらかじめ決められた閾値以上になった場合に、移動制御部１６は、移動体１を停止させてもよい。その場合には、移動体１にスリップ等が生じている可能性が高いからである。第１の単位時間は、あらかじめ決められており、例えば、壁の検出時点の隣接した時間間隔であってもよい。そして、移動制御部１６は、停止した後に再度、壁検出部１３による壁の検出や、現在位置取得部１５による現在位置の取得などを実行させ、それらを用いて現在位置をより正確に取得し、経路に戻るための移動制御を再開させてもよく、または、異常の発生を、あらかじめ決められた方法によって保守の担当者等に伝えるようにしてもよい。例えば、図６Ａ，図６Ｂで示されるように、第１の単位時間（ここでは、壁の検出に関する時間間隔であるとする。）あたりの距離や角度のずれ（変化）が大きくなった場合には、移動制御部１６は、そのことを検知した際に、移動体１が停止するように移動機構１１を制御してもよい。

また、例えば、移動制御部１６は、短時間には上記のようなずれは生じていないが、長時間の経過に応じて壁に関するずれが大きくなった場合には、そのずれが解消されるように移動機構１１を制御してもよい。具体的には、壁の距離と角度の少なくとも一方に関する第１の単位時間あたりのずれはあらかじめ決められた閾値未満であるが、第２の単位時間あたりのずれがあらかじめ決められた閾値以上になった場合に、移動制御部１６は、そのずれが解消するように制御してもよい。その場合には、偏荷重や走行面の状態などによって、壁との距離や壁との角度が徐々に変化している可能性が高いからである。第２の単位時間は、第１の単位時間よりも長い期間である。第２の単位時間は、例えば、第１の単位時間の２倍や３倍などであってもよく、それ以上であってもよい。あらかじめ決められた閾値は、スリップ等に応じた停止制御を行う場合に用いられる閾値と同じであってもよい。壁の距離にずれが生じた場合には、移動制御部１６は、ずれが解消されるようにする移動制御において、そのずれ量が小さくなるように、移動体１の進行方向を変化させてもよい。また、壁の角度にずれが生じた場合には、移動制御部１６は、ずれが解消されるようにする移動制御において、そのずれに応じた角度が小さくなるように、移動体１を回転させる制御を行ってもよい。例えば、図６Ｃ，図６Ｄで示されるように、第１の単位時間あたりの距離や角度のずれは小さいが、第２の単位時間（ここでは、第１の単位時間の３倍、すなわち壁の検出に関する時間間隔の３倍であるとする。）あたりの距離や角度のずれが大きくなった場合には、移動制御部１６は、そのことを検知した際に、そのずれが解消するように移動機構１１を制御してもよい。なお、このずれを解消する制御を行う場合には、本来の移動、すなわち偏荷重等の外乱がない状況での移動において、壁との距離や角度が変化しないことが前提となっている。したがって、そのような前提が満たされる場合に、移動制御部１６は、ずれを解消する制御を行ってもよい。

上記説明のように、移動制御部１６は、例えば、検出した壁に関する第１の単位時間あたりのずれが閾値以上となった場合には、移動体１を停止させる制御を行い、検出した壁に関する第１の単位時間あたりのずれは閾値以上ではないが、第２の単位時間あたりのずれが閾値以上となった場合には、そのずれが解消されるように制御してもよい。

また、上記説明では、壁との距離や壁との角度が本来は一定であり、その一定の値である基準値からのずれの変化を用いて移動制御を行う場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、移動体１が壁に対して斜めに移動する場合には、壁との距離が徐々に大きくなる。そのような場合には、移動制御部１６は、移動に応じて徐々に大きくなる距離を基準として壁のずれを取得してもよい。なお、そのような場合であっても、壁との角度が一定であれば、移動制御部１６は、壁との角度に関するずれを用いて、移動制御を行うようにしてもよい。

次に、移動体１の動作について図２のフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ１０１）測距センサ１２は、周囲の物体に関する距離の測定を行い、その測定結果を取得する。その測定結果は、上記のように、測定点ごとに移動体１のローカル座標系における座標値に変換されてもよい。

（ステップＳ１０２）壁検出部１３は、測距センサ１２による測定結果を用いて、周囲の壁の検出を行う。例えば、壁検出部１３は、移動体１の全方向について、壁の検出に関する処理を行ってもよく、または、そうでなくてもよい。全方向について壁の検出を行った場合には、本来の壁でない直線なども壁として検出される可能性がある。したがって、例えば、ハフ変換によって壁の検出を行う場合には、壁検出部１３は、あらかじめ決められた閾値以上の個数の交点に対応する直線などを、壁として検出してもよい。また、壁検出部１３は、例えば、現在位置取得部１５によって取得された現在位置と、地図記憶部１４で記憶されている地図とを用いて、現在位置に相当する地図上の位置を特定し、その地図上の位置の周囲の壁を特定し、壁の存在する方向についてのみ、または、移動体１が壁に対して、一定距離または一定角度で移動している方向についてのみ、壁の検出を行うようにしてもよい。壁に対して一定距離または一定角度で移動しているかどうかの判断については、例えば、経路も用いられてもよい。また、検知された壁に関する情報、例えば、壁までの距離や、壁の角度は、その時点の時間に対応付けられて図示しない記録媒体に蓄積されてもよい。

（ステップＳ１０３）移動制御部１６は、検出された壁の情報を用いて、移動体１にずれが生じたかどうか判断する。例えば、壁までの距離や、壁との角度に閾値以上の変化が生じた場合には、移動体１にずれが生じたと判断してもよい。そして、移動体１にずれが生じていない場合には、ステップＳ１０４に進み、移動体１にずれが生じた場合には、ステップＳ１０５に進む。

（ステップＳ１０４）移動制御部１６は、通常の移動制御、すなわち移動体１にずれが生じていない場合の移動制御を行う。この移動の制御は、例えば、目的地に向かう移動の制御であってもよい。このステップＳ１０４の移動の制御が繰り返して行われることによって、移動体１は、出発地から目的地に到達してもよい。

（ステップＳ１０５）移動制御部１６は、ずれが生じた場合の移動制御を行う。例えば、移動制御部１６は、短時間に大きなずれが生じた場合には、移動体１を停止させてもよい。そして、移動制御部１６は、現在位置等を高精度に取得した後に移動を再開してもよく、または、保守担当者等に連絡してもよい。また、移動制御部１６は、短時間に大きなずれは生じていないが、長時間の経過に応じてずれが大きくなった場合には、そのずれが解消するように移動機構１１を制御してもよい。

（ステップＳ１０６）移動制御部１６は、目的地に到達したかどうか判断する。そして、目的地に到達した場合には、一連の移動の処理が終了となり、そうでない場合には、ステップＳ１０１に戻る。なお、移動制御部１６は、移動体１が目的地に到達したかどうかを、現在位置を用いて判断してもよく、または、壁の検出結果を用いて判断してもよい。前者の場合には、現在位置取得部１５によって取得された現在位置が、目的地に応じた位置となったときに、移動制御部１６は、移動体１が現在位置に到達したと判断してもよい。また、後者の場合には、例えば、前方の壁までの距離がＤ１であり、側方（右側であってもよく、左側であってもよい）の壁までの距離がＤ２である地点が目的地であるとすると、移動制御部１６は、壁検出部１３によって取得された前方及び側方の壁までの距離を取得し、両者がＤ１とＤ２になったときに、目的地に到達したと判断してもよい。このように、壁の検出結果を用いた位置決めを行うことによって、時間に依存する自己位置同定によって取得された現在位置を用いた位置決めよりも、より精度の高い位置決めを実現することができる。また、この場合には、そのような壁との距離を用いた位置決めにおいて、位置決めに用いる情報を、あらかじめ測定する必要もない。

なお、図２における処理の順序は一例であり、同様の結果を得られるのであれば、各ステップの順序を変更してもよい。また、図２のフローチャートには含まれていないが、現在位置取得部１５による現在位置の取得は、繰り返して行われているものとする。

以上のように、本実施の形態による移動体１によれば、時間に依存しない方法によって周囲の壁を検出するため、時間に依存する自己位置同定よりも高い精度で、また短時間で壁を検出できるようになる。したがって、移動体１は、その壁の検出結果を用いることによって、高精度でリアルタイム性の高い移動制御を実現することができる。例えば、壁の検出結果を用いて、移動体１の壁に対するずれを取得することができ、そのずれを取得した際に、移動体１を停止させたり、その取得したずれが解消するように移動体１を移動制御したりすることができるようになる。このようにして、移動体１のより安全な移動を実現できるようになり、また、移動体１のより精度の高い移動を実現できるようになる。一方、時間に依存する自己位置同定は、本実施の形態による壁の検出よりも精度が低く、またリアルタイム性が低いことになる。したがって、例えば、時間に依存する自己位置同定の結果を用いてスリップの検知などを行うことは困難である。

なお、壁検出部１３によって検出された壁を用いて、移動体１の位置決めを行うこともできる。例えば、図示しない障害物検知部によって、前方から自移動体１に向かって移動してくる他の移動体が検知された場合に、移動制御部１６は、壁検出部１３による壁の検出結果を用いることによって、自移動体１が、壁の近傍で待避するように制御することもできる。時間に依存する自己位置同定による現在位置の取得結果を用いる場合には、その誤差が大きいため、壁に近づくことは困難となる。誤差に応じた距離よりも壁に近づくと、壁と衝突する危険性があるからである。一方、壁検出部１３による検出結果の誤差は、その自己位置同定の誤差よりも小さいため、壁により近づいた位置に移動できるようになる。そのようにして、他の移動体が通り過ぎるまで、より壁に近い位置で待避するように移動制御することもできるようになる。また、壁検出部１３による検出結果を用いて、例えば、エレベータ内などのように、壁で囲われた場所における位置決めなどを行うこともできる。

また、本実施の形態において、移動制御に現在位置を用いない場合には、移動体１は、現在位置取得部１５を備えていなくてもよい。

また、上記実施の形態において、各処理または各機能は、単一の装置または単一のシステムによって集中処理されることによって実現されてもよく、または、複数の装置または複数のシステムによって分散処理されることによって実現されてもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素間で行われる情報の受け渡しは、例えば、その情報の受け渡しを行う２個の構成要素が物理的に異なるものである場合には、一方の構成要素による情報の出力と、他方の構成要素による情報の受け付けとによって行われてもよく、または、その情報の受け渡しを行う２個の構成要素が物理的に同じものである場合には、一方の構成要素に対応する処理のフェーズから、他方の構成要素に対応する処理のフェーズに移ることによって行われてもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素が実行する処理に関係する情報、例えば、各構成要素が受け付けたり、取得したり、選択したり、生成したり、送信したり、受信したりした情報や、各構成要素が処理で用いる閾値や数式、アドレス等の情報等は、上記説明で明記していなくても、図示しない記録媒体において、一時的に、または長期にわたって保持されていてもよい。また、その図示しない記録媒体への情報の蓄積を、各構成要素、または、図示しない蓄積部が行ってもよい。また、その図示しない記録媒体からの情報の読み出しを、各構成要素、または、図示しない読み出し部が行ってもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素等で用いられる情報、例えば、各構成要素が処理で用いる閾値やアドレス、各種の設定値等の情報がユーザによって変更されてもよい場合には、上記説明で明記していなくても、ユーザが適宜、それらの情報を変更できるようにしてもよく、または、そうでなくてもよい。それらの情報をユーザが変更可能な場合には、その変更は、例えば、ユーザからの変更指示を受け付ける図示しない受付部と、その変更指示に応じて情報を変更する図示しない変更部とによって実現されてもよい。その図示しない受付部による変更指示の受け付けは、例えば、入力デバイスからの受け付けでもよく、通信回線を介して送信された情報の受信でもよく、所定の記録媒体から読み出された情報の受け付けでもよい。

また、上記実施の形態において、移動体１に含まれる２以上の構成要素が通信デバイスや入力デバイス等を有する場合に、２以上の構成要素が物理的に単一のデバイスを有してもよく、または、別々のデバイスを有してもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、または、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。その実行時に、プログラム実行部は、記憶部や記録媒体にアクセスしながらプログラムを実行してもよい。また、そのプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。また、このプログラムは、プログラムプロダクトを構成するプログラムとして用いられてもよい。また、そのプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、または分散処理を行ってもよい。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明による移動体によれば、壁の検出結果を用いることによって、高精度でリアルタイム性の高い移動制御を実現できるという効果が得られ、自律的に移動する移動体として有用である。

１ 移動体
１１ 移動機構
１２ 測距センサ
１３ 壁検出部
１４ 地図記憶部
１５ 現在位置取得部
１６ 移動制御部

Claims (4)

1. 自律的に移動する移動体であって、
   前記移動体を移動させる移動機構と、
   複数方向に関して周囲の物体までの距離を測定する測距センサと、
   前記測距センサによる測定結果を用いて、時間に依存しない方法によって、周囲の壁を検出する壁検出部と、
   前記測距センサによる測定結果を用いて、時間に依存する自己位置同定によって前記移動体の大域的な現在位置を取得する現在位置取得部と、
   前記壁検出部による壁の検出結果を用いて、前記移動体の局所的なずれを取得し、当該ずれを用いて前記移動機構を制御すると共に、前記現在位置取得部によって取得された現在位置を用いて前記移動機構を制御する移動制御部と、を備えた移動体。
2. 前記壁検出部は、前記測定結果からハフ変換によって壁を検出する、請求項１記載の移動体。
3. 前記壁検出部は、前記測定結果から最小二乗法によって壁を検出する、請求項１記載の移動体。
4. 前記移動制御部は、前記ずれが解消されるように前記移動機構を制御する、請求項１から請求項３のいずれか記載の移動体。

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