JP7546073B2 - 自律移動ロボット - Google Patents

Description

本発明は、自律移動ロボットに関するものである。
本願は、２０２０年１２月２５日に、日本に出願された特願２０２０－２１６９７９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

下記特許文献１には、自動配車システムが開示されている。この自動配車システムは、車両の走行可能な経路上に配置され、走行動作を指示する走行動作指示情報が供給され当該走行動作指示情報を表示する複数の標識と、前記複数の標識の中から対向する標識の走行動作指示情報を抽出し、抽出された標識の走行動作指示情報に基づいて自車の走行を制御するとともに前記経路上を走行可能な自律走行車と、を有する。

自律走行車は、進行方向前方にある標識までの距離を測る測距手段と、前記測距手段から供給される距離に応じて略一定の大きさの標識の画像を取得する撮像手段とを備え、前記撮像手段で取得された画像から前記標識の走行動作指示情報を抽出する。具体的に、自律走行車は、撮像手段で取得した画像に対して、標識の外枠をテンプレートとした濃淡テンプレートマッチング処理を実施し、標識の中心位置を計算して標識の抽出処理を行う。

特開平１１－１８４５２１号公報

従来、上記のような自律移動ロボットが、搭載したカメラなどで標識を検出する場合、カメラが撮像した撮像画像の全体から標識を探索する画像処理をしていた。しかし、カメラの画角が広いと、撮像画像に標識に似た外乱が増加し、標識の検出確度が低下する問題があった。また、撮像画像の情報量が多いと、画像処理時間が増加する問題もあった。

本発明は、標識の検出確度を向上でき、また標識の検出にかかる画像処理時間を減少できる自律移動ロボットの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る自律移動ロボットは、移動経路に沿って配置された標識を、搭載した撮像部で読み取り、前記標識に誘導されて移動する自律移動ロボットであって、前記標識の登録位置に基づいて、前記撮像部が撮像した撮像画像の一部に第１の走査範囲を設定し、前記第１の走査範囲の中から前記標識を探索する限定範囲探索モードを有する算出部を備える。

本発明の一態様によれば、自律移動ロボットにおいて標識の検出確度を向上し、また画像処理時間を減少できる。

本発明の第１実施形態における自律移動ロボットが移動する様子を上方から視た模式図である。 本発明の第１実施形態における自律移動ロボットの構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態におけるサインポスト検出部が読み取るサインポストの被検出部の一例を示す正面図である。 本発明の第１実施形態における限定範囲探索モードを説明する説明図である。 本発明の第１実施形態におけるユーザ入力を含む自律移動ロボットの経路作成及び運用を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態における自律移動ロボットの内部の画像処理を示すフロー図である。 本発明の第２実施形態におけるユーザ入力を含む自律移動ロボットの経路作成及び運用を示すフロー図である。 本発明の第２実施形態における自律移動ロボットの内部の画像処理を示すフロー図である。 本発明の第２実施形態における自律移動ロボットの内部の画像処理を示すフロー図である。 本発明の第３実施形態における自律移動ロボットの内部の画像処理を示すフロー図である。 本発明の第３実施形態における自律移動ロボットの内部の画像処理を示すフロー図である。 本発明の第３実施形態における自律移動ロボットが移動する様子を上方から視た模式図である。 本発明の第３実施形態における自律移動ロボットが移動する様子を上方から視た模式図である。 本発明の第３実施形態における自律移動ロボットが移動する様子を上方から視た模式図である。 本発明の第３実施形態における自律移動ロボットが移動する様子を上方から視た模式図である。 本発明の第３実施形態における自律移動ロボットが移動する様子を上方から視た模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における自律移動ロボット１が移動する様子を上方から視た模式図である。
図１に示すように、自律移動ロボット１は、移動経路１０に沿って配置された複数のサインポストＳＰを、ロボット本体２０に搭載した撮像部２６で順に読み取りながら移動する。つまり、自律移動ロボット１は、複数のサインポストＳＰに誘導されて移動経路１０を移動する。

ここで「サインポスト」とは、サイン（標識）を有して、移動経路１０あるいは移動経路１０近傍の所定の場所に置かれた構造体を言う。サインは、その構造体の識別情報（ターゲットＩＤ）を含む。本実施形態のサインは、後述する図３に示すように、光を反射可能な第一セル（Ｃ１１、Ｃ１３…）と、光を反射不能な第二セル（Ｃ１２、Ｃ２１…）とが、二次元平面上に配置された被検出部Ｃである。なお、サインは、１次元コード（バーコード）や、その他の２次元コードなどであっても構わない。

図２は、本発明の第１実施形態における自律移動ロボット１の構成を示すブロック図である。
図２に示すように、自律移動ロボット１は、サインポスト検出部２１と、駆動部２２と、制御部２３と、通信部２４と、を備えている。

サインポスト検出部２１は、照射部２５と、２つの撮像部２６と、算出部２７と、を有する。また、駆動部２２は、モータ制御部２８と、２つのモータ２９と、左右の駆動輪２０Ｌ，２０Ｒと、を有する。なお、サインポスト検出部２１及び駆動部２２の構成は、あくまで一例であって、他の構成であっても構わない。

照射部２５は、自律移動ロボット１の進行方向の前面の中央位置に取り付けられ、例えば、赤外ＬＥＤ光を前方に照射する。赤外ＬＥＤ光は、工場内などの暗所や可視光の強い場所等に好適である。なお、照射部２５は、赤外ＬＥＤ光以外の検出光を照射する構成であっても構わない。

２つの撮像部２６は、サインポスト検出部２１の左右に配置されている。２つの撮像部２６は、例えば、赤外線フィルタを組み合わせたカメラが用いられ、サインポストＳＰで反射された反射光（赤外ＬＥＤ光）を撮像する。

算出部２７は、２つの撮像部２６から送信された撮像画像に基づき、２値化処理を行うことで白黒からなる２値化画像データを形成し、さらに２値化された画像データを用いて三角測量（２つの撮像部２６の撮像画像の差分を用いた三角測量）による演算を行うことで、自律移動ロボット１に対してサインポストＳＰがどの様な距離（距離Ｚ）と方向（角度θ）に位置するのかを算出する。

なお、算出部２７は、撮像画像に複数のサインポストＳＰが含まれる場合、サインポストＳＰの識別情報（ターゲットＩＤ）を検出して目標とするサインポストＳＰを選択し、目標とするサインポストＳＰまでの距離Ｚと角度θとを算出する。

駆動輪２０Ｌは、自律移動ロボット１の進行方向に対して左側に設けられている。駆動輪２０Ｒは、自律移動ロボット１の進行方向に対して右側に設けられている。なお、自律移動ロボット１は、自律移動ロボット１の姿勢を安定させるために、駆動輪２０Ｌ，２０Ｒ以外の車輪を有していてもよい。
モータ２９は、モータ制御部２８の制御に応じて、左右の駆動輪２０Ｌ，２０Ｒを回転させる。

モータ制御部２８は、制御部２３から入力される角速度指令値に基づいて、左右のモータ２９に対して電力を供給する。左右のモータ２９がモータ制御部２８から供給される電力に応じた角速度で回転することにより、自律移動ロボット１が前進または後進する。また、左右のモータ２９の角速度に差を生じさせることにより、自律移動ロボット１の進行方向が変更される。

制御部２３は、サインポスト検出部２１によってサインポストＳＰから読み取った情報に基づいて、駆動部２２を制御する。

図１に示す移動例では、自律移動ロボット１は、移動経路１０の左側から一定の距離を保って移動する。自律移動ロボット１は、移動経路１０の左側から一定の距離を保つためにサインポストＳＰに対する距離Ｘｒｅｆを決定すると共に、検出したサインポストＳＰまでの距離Ｚと角度θとを取得し、距離Ｚと角度θとが予め定められた条件を満たす進行方向を算出する。

角度θは、自律移動ロボット１の進行方向と、検出されたサインポストＳＰの方向とが成す角である。自律移動ロボット１は、サインポストＳＰと目標経路との距離がＸｒｅｆとなるように進行する。自律移動ロボット１は、誘導されるサインポストＳＰ（例えばサインポストＳＰ１）までの距離Ｚが予め定められた閾値より近くなると、目標を次のサインポストＳＰ（例えばサインポストＳＰ２）に切り替えて移動する。

図３は、本発明の第１実施形態におけるサインポスト検出部２１が読み取るサインポストＳＰの被検出部Ｃの一例を示す正面図である。
図３に示すように、サインポストＳＰは、赤外ＬＥＤ光を反射可能な第一セル（Ｃ１１、Ｃ１３…）と、赤外ＬＥＤ光を反射不能な第二セル（Ｃ１２、Ｃ２１…）とが、二次元平面上に配置された被検出部Ｃを備えている。

本実施形態の被検出部Ｃは、３行×３列の行列状のパターンからなる。具体的には、被検出部Ｃは、１行１列目の第一セルＣ１１と、１行２列目の第二セルＣ１２と、１行３列目の第一セルＣ１３と、２行１列目の第二セルＣ２１と、２行２列目の第一セルＣ２２と、２行３列目の第二セルＣ２３と、３行１列目の第一セルＣ３１と、３行２列目の第二セルＣ３２と、３行３列目の第一セルＣ３３と、を備える。

第一セルＣ１１、Ｃ１３、Ｃ２２、Ｃ３１、Ｃ３３は、例えば、アルミニウム箔や酸化チタンの薄膜等の赤外ＬＥＤ光の反射率が高い材料によって形成されている。第二セルＣ１２、Ｃ２１、Ｃ２３、Ｃ３２は、例えば、赤外カットフィルムや偏光フィルム、赤外線吸収材、黒色フェルト等の赤外ＬＥＤ光の反射率が低い材料によって形成されている。

算出部２７は、被検出部Ｃに対して第１走査ＳＣ１及び第２走査ＳＣ２をすることで、サインポストＳＰを検出する。第１走査ＳＣ１では、例えば、１行目の「白、黒、白」で配置された第一セルＣ１１、第二セルＣ１２、及び第一セルＣ１３を検出する。第２走査ＳＣ２では、例えば、１列目の「白、黒、白」で配置された第一セルＣ１１、第二セルＣ２１、及び第一セルＣ３１を検出する。

白を「１」、黒を「０（ゼロ）」とするバイナリーコードで表現すると「白、黒、白」は「１、０、１」と示すことができ、算出部２７は、第１走査ＳＣ１による「１、０、１」と、第２走査ＳＣ２による「１、０、１」の読み取りが成功したとき、サインポストＳＰを検出する。

算出部２７は、被検出部Ｃの残りのセル（２行２列目の第一セルＣ２２と、２行３列目の第二セルＣ２３と、３行２列目の第二セルＣ３２と、３行３列目の第一セルＣ３３）からサインポストＳＰの識別情報（ターゲットＩＤ）を読み取る。図３に示す例では、４ビットの情報で、算出部２７にサインポストＳＰの識別情報を読み取らせることができる。

図２に戻り、通信部２４は、図示しない上位システムと通信を行う。上位システムは、撮像部２６が撮像した撮像画像１００（図１参照）から、サインポストＳＰを探索する走査範囲１０１を設定するための、サインポストＳＰの登録位置情報を有している。図１に示すように、サインポストＳＰの登録位置（ｘ１～ｘ３，ｙ１～ｙ３）は、サインポストＳＰ１～ＳＰ３ごとに設定されている。

上位システムにおいては、例えば、ユーザ入力によりサインポストＳＰごとに撮像画像１００上のサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）を登録可能な経路作成ソフトを有するとよい。なお、自律移動ロボット１に対して直接、サインポストＳＰごとに撮像画像上のサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）を登録可能な構成にしても構わない。本実施形態では、上位システムがサインポストＳＰの登録位置情報を自律移動ロボット１に提供する。

制御部２３は、通信部２４を介して上位システムからサインポストＳＰの登録位置情報を受信する。そして、算出部２７は、制御部２３を通じて得た当該サインポストＳＰの登録位置情報に基づいて、撮像部２６が撮像した撮像画像１００の一部に走査範囲１０１（第１の走査範囲）を設定し、当該走査範囲１０１の中からサインポストＳＰを探索する。以下、この算出部２７の限定範囲探索モードについて、図４を参照して説明する。

図４は、本発明の第１実施形態における限定範囲探索モードを説明する説明図である。
図４に示すように、限定範囲探索モードでは、撮像画像１００の全体に走査範囲１０１を設定するのではなく、撮像画像１００の一部に走査範囲１０１（第１の走査範囲）を設定し、その限られた範囲の中でサインポストＳＰを探索する。これにより、撮像画像１００の走査範囲１０１以外の部分（図４においてドットパターンで示す部分）における、サインポストＳＰに似た外乱が排除され、また、走査範囲１０１以外の部分のサインポストＳＰの探索及び画像処理が不要になる。

走査範囲１０１は、サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）を中心に、座標（ｘ±α，ｙ±β）で規定される範囲に設定される。なお、撮像画像１００においては、撮像画像１００の左上角が座標（０，０）とされ、撮像画像１００の横方向がＸ座標とされて右側が＋、撮像画像１００の縦方向がＹ座標とされて下側が＋となっている。αとβの絶対値は、同一であっても異なっていてもよい。本実施形態のように撮像画像１００（つまり撮像部２６の画角）が上下方向より左右方向が大きい場合、｜α｜＞｜β｜のように設定するとよい。

走査範囲１０１は、撮像画像１００の全体より小さい範囲である。例えば、走査範囲１０１は、撮像画像１００の全体を１としたときに１／２以下の範囲であってもよい。また、走査範囲１０１は、好ましくは、撮像画像１００の全体を１としたときに１／４以下の範囲であってもよい。また、走査範囲１０１は、より好ましくは、撮像画像１００の全体を１としたときに１／８以下の範囲であってもよい。なお、走査範囲１０１の下限は、自律移動ロボット１が、目標を次のサインポストＳＰに切り替える直前のサインポストＳＰの大きさ（現在誘導されているサインポストＳＰに最も近づいたときの撮像画像１００上の当該サインポストＳＰの大きさ）であってもよいが、この限りではない。

限定範囲探索モードでは、座標（ｘ－α，ｙ－β）から座標（ｘ＋α，ｙ－β）に向かって第１走査ＳＣ１を行い、徐々に第１走査ＳＣ１のラインを下側にずらして、サインポストＳＰを探索する。第１走査ＳＣ１によるサインポストＳＰ「１、０、１」の読み取りが成功したら、次に、当該読み取りが成功した最初の「１」のＸ座標の中間位置において、Ｙ座標の（ｙ－β）から（ｙ＋β）まで縦方向に第２走査ＳＣ２を行う。

第１走査ＳＣ１によるサインポストＳＰ「１、０、１」の読み取りが成功し、第２走査ＳＣ２によるサインポストＳＰ「１、０、１」の読み取りが成功したときに、サインポストＳＰが検出される。算出部２７は、この検出したサインポストＳＰの外枠から当該サインポストＳＰの中心位置である検出位置（Ｓｘ，Ｓｙ）を取得する。このサインポストＳＰの検出位置（Ｓｘ，Ｓｙ）は、後述するトラッキング処理などに使用される。

算出部２７は、上述した限定範囲探索モードの他に、撮像画像１００の全体に走査範囲１０１（第２の走査範囲）を設定し、サインポストＳＰを探索する全体範囲探索モードを有している。そして、算出部２７は、限定範囲探索モードにてサインポストＳＰが検出できない場合、全体範囲探索モードに切り替えてサインポストＳＰを探索する。

以下、図５及び図６を参照して、上述した自律移動ロボット１の運用及び内部の画像処理の流れについて具体的に説明する。
図５は、本発明の第１実施形態におけるユーザ入力を含む自律移動ロボット１の経路作成及び運用を示すフロー図である。図６は、本発明の第１実施形態における自律移動ロボット１の内部の画像処理を示すフロー図である。

自律移動ロボット１を運用する際には、先ず、サインポストＳＰを設置する。サインポストＳＰを設置した場合、若しくは、サインポストＳＰが既設のものでその設置位置を変更した場合（図５に示すステップＳ１が「ＹＥＳ」の場合）、上位システムの経路作成ソフトを使って、サインポストＳＰごとに撮像画像１００上のサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）をユーザ入力する（ステップＳ２）。

ステップＳ１で「ＮＯ」の場合、若しくは、上述したステップＳ２の次は、自律移動ロボット１の運転（走行）を開始する（ステップＳ３）。自律移動ロボット１は、後述する図６に示すように、サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）に基づいて走査範囲１０１を設定し、サインポストＳＰの探索などを行う（ステップＳ４）。

その後、自律移動ロボット１が目標地に到着するなどして、自律移動ロボット１の運転（走行）が終了したら（ステップＳ５）、自律移動ロボット１の移動経路１０を再調整するか否かを判断する（ステップＳ６）。自律移動ロボット１の移動経路１０を再調整しない場合、ステップＳ３に戻り、自律移動ロボット１の運転（走行）を再開する（ステップＳ３）。なお、自律移動ロボット１の運転（走行）をやめる場合は、フローを終了する。

一方、自律移動ロボット１の移動経路１０を再調整する場合、ステップＳ１に戻り、ステップＳ２において、再び上位システムの経路作成ソフトを使って、サインポストＳＰごとに撮像画像１００上のサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）をユーザ入力する。以降の流れは、同じであるため割愛する。

次に、ステップＳ４における自律移動ロボット１の内部の画像処理について、図６を参照して説明する。以下説明する自律移動ロボット１の内部の画像処理は、撮像部２６が撮像する撮像画像１００の１フレーム（１枚）ごとに実行する。なお、以下の説明では、特に断りが無い限り、自律移動ロボット１の走行制御に関する計算は制御部２３が行い、自律移動ロボット１の画像処理に関する計算は算出部２７が行う。
先ず、算出部２７は、通信部２４及び制御部２３を介して、上位システムから、サインポストＳＰの走査指令（ターゲットＩＤ等）と当該サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）を受け取る（ステップＳ２１）。

次に、算出部２７は、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰが前回のフレームで検出済みか否かを判断する（ステップＳ２２）。当該サインポストＳＰが前回のフレームで検出済みで無い場合（ステップＳ２２が「Ｎｏ」の場合）、サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）に基づいて走査範囲（ｘ±α，ｙ±β）を設定する（ステップＳ２３）。そして、上述した図４に示す限定範囲探索モードにて、サインポストＳＰを探索する（ステップＳ２４）。

限定範囲探索モードにて、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰの検出に失敗した場合（ステップＳ２５が「Ｎｏ」の場合）、撮像画像１００の全体に走査範囲１０１を設定し、走査範囲１０１の中からサインポストＳＰを探索する全体範囲探索モードにてサインポストＳＰを探索する（ステップＳ２６）。

上述した限定範囲探索モードあるいは全体範囲探索モードにて、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰの検出に成功した場合（ステップＳ２５が「Ｙｅｓ」の場合、若しくは、ステップＳ２６の次）は、次のフレームでステップＳ２２が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ２７～Ｓ２８のトラッキング処理（トラッキングモード）に移行する。

このトラッキング処理では、前回のフレームで検出済みのサインポストＳＰの検出位置（Ｓｘ，Ｓｙ）およびトラッキングパラメータ（上述したαないしβに相当するパラメータ）に基づき、走査範囲１０１を設定する（ステップＳ２７）。そして、当該走査範囲１０１の中からサインポストＳＰを探索する探索処理を実行する（ステップＳ２８）。なお、トラッキング処理では、上述した限定範囲探索モードの走査範囲１０１よりも小さい走査範囲１０１（第３の走査範囲）に設定するトラッキングパラメータを設定してもよい。また、トラッキングパラメータは、１つの値ではなく、前回検出したサインポストＳＰのスタートバー（「１、０、１」）の長さから設定するなど可変にすることで、近づいて大きく写るサインポストＳＰも検出できる走査範囲となる。

トラッキング処理は、自律移動ロボット１から目標となるサインポストＳＰまでの距離Ｚが予め定められた閾値まで近づき、目標を次のサインポストＳＰに切り替えるまで繰り返される。目標を次のサインポストＳＰに切り替えるタイミングになると、ステップＳ２１にて、上位システムから次のサインポストＳＰの走査指令（ターゲットＩＤ等）とサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）が送信され、自律移動ロボット１は、再び限定範囲探索モードあるいは全体範囲探索モードにて、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰを探索することとなる。以降の流れは、同じであるため割愛する。

このように、上述した第１実施形態によれば、移動経路１０に沿って配置されたサインポストＳＰを、搭載した撮像部２６で読み取りながら、サインポストＳＰに誘導されて移動する自律移動ロボット１であって、サインポストＳＰの登録位置に基づいて、撮像部２６が撮像した撮像画像１００の一部に走査範囲１０１（第１の走査範囲）を設定し、走査範囲１０１の中からサインポストＳＰを探索する限定範囲探索モードを有する算出部２７を備える。この構成によれば、図４に示すように、撮像画像１００の走査範囲１０１以外の部分（ドットパターンで示す部分）における、サインポストＳＰに似た外乱が排除され、また、走査範囲１０１以外の部分のサインポストＳＰの探索及び画像処理が不要になる。したがって、自律移動ロボット１においてサインポストＳＰの検出確度を向上し、また画像処理時間を減少できる。

また、第１実施形態によれば、算出部２７は、限定範囲探索モードにてサインポストＳＰが検出できない場合、撮像画像１００の全体に走査範囲１０１（第２の走査範囲）を設定し、走査範囲１０１の中からサインポストＳＰを探索する全体範囲探索モードに切り替えてサインポストＳＰを探索する。この構成によれば、仮にサインポストＳＰの登録位置がミスマッチで限定範囲探索モードにてサインポストＳＰを検出できなかった場合であっても、全体範囲探索モードにてサインポストＳＰを検出することができる。

また、第１実施形態によれば、サインポストＳＰの登録位置は、複数のサインポストＳＰのそれぞれに対応して設定されており、算出部２７は、自律移動ロボット１を誘導するサインポストＳＰを切り替えるごとに、当該サインポストＳＰに対応した登録位置にサインポストＳＰの登録位置を切り替えて、限定範囲探索モードによるサインポストＳＰの探索を行う。この構成によれば、図１に示すように、例えば移動経路１０に対するサインポストＳＰの設置位置にバラツキがある場合であっても、限定範囲探索モードにて個別に最適な走査範囲１０１を設定し、目標となるサインポストＳＰを正確且つ短時間で検出できるようになる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図７は、本発明の第２実施形態におけるユーザ入力を含む自律移動ロボット１の経路作成及び運用を示すフロー図である。図８及び図９は、本発明の第２実施形態における自律移動ロボット１の内部の画像処理を示すフロー図である。なお、図８及び図９に示す丸中数字の１～３は、図８及び図９に示す両フローの繋がりを示している。
これらの図に示すように、第２実施形態の自律移動ロボット１は、学習機能を有し、前回検出したサインポストＳＰの検出位置を、次回探索するサインポストＳＰの登録位置として更新し、サインポストＳＰの探索及び画像処理を最適化している。

第２実施形態では、先ず、図７に示すように、上位システムの経路作成ソフトを使って、サインポストＳＰごとに撮像画像１００上のサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）をユーザ入力する（ステップＳ３１）。ここでユーザ入力したサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）は、初期値であり、後述する学習によって更新されていく。

次に、自律移動ロボット１の運転（走行）を開始する（ステップＳ３２）。自律移動ロボット１は、サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）に基づいて走査範囲１０１を設定し、サインポストＳＰを探索する（ステップＳ３３）。この処理は初回のみであり、以後、サインポストＳＰの検出位置（Ｓｘ，Ｓｙ）に基づき、自動で登録位置（ｘ，ｙ）を更新し、サインポストＳＰを探索する。

自律移動ロボット１が目標地に到着するなどしたら、自律移動ロボット１の運転（走行）が終了する（ステップＳ３４）。その後、サインポストＳＰの設置位置が多少変更されるなどして移動経路１０が再調整される場合（ステップＳ３５）、第２実施形態では上述した第１実施形態と異なり、ステップＳ３１のユーザ入力に戻らない。代わりにステップＳ３２に戻り、自律移動ロボット１の運転（走行）を再開することで、自動でサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）を更新させる（ステップＳ３３）。

次に、ステップＳ３３における自律移動ロボット１の内部の画像処理について、図８及び図９を参照して説明する。以下説明する自律移動ロボット１の内部の画像処理は、撮像部２６が撮像する撮像画像１００の１フレーム（１枚）ごとに実行する。なお、以下の説明でも、特に断りが無い限り、自律移動ロボット１の走行制御に関する計算は制御部２３が行い、自律移動ロボット１の画像処理に関する計算は算出部２７が行う。
図８に示すように、先ず、算出部２７は、通信部２４及び制御部２３を介して、上位システムから、サインポストＳＰの走査指令（ターゲットＩＤ等）と当該サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）を受け取る（ステップＳ４１）。

次に、算出部２７は、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰが前回のフレームで検出済みか否かを判断する（ステップＳ４２）。当該サインポストＳＰが前回のフレームで検出済みで無い場合（ステップＳ４２が「Ｎｏ」の場合）、図９に示すように、過去走行による学習位置データ（Ｓｘ_０，Ｓｙ_０）が在るか否かを判断する（ステップＳ４７）。

過去走行による学習位置データ（Ｓｘ_０，Ｓｙ_０）が存在しない場合（ステップＳ４７が「Ｎｏ」の場合）、上述した第１実施形態と同様に、サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）に基づいて走査範囲（ｘ±α，ｙ±β）を設定し（ステップＳ４９）、限定範囲探索モードにてサインポストＳＰを探索する（ステップＳ５０）。

一方、過去走行による学習位置データ（Ｓｘ_０，Ｓｙ_０）が存在する場合（ステップＳ４７が「Ｙｅｓ」の場合）、記憶された学習位置データ（Ｓｘ_０，Ｓｙ_０）に基づいて走査範囲（Ｓｘ_０±α，Ｓｙ_０±β）を設定し（ステップＳ４８）、限定範囲探索モードにてサインポストＳＰを探索する（ステップＳ５０）。

上記いずれかの限定範囲探索モードにて、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰの検出に成功した場合（ステップＳ５１が「Ｙｅｓ」の場合）、図８のステップＳ４６に移行し、サインポストＳＰの検出位置（Ｓｘ，Ｓｙ）を学習位置データ（Ｓｘ_０，Ｓｙ_０）として保存し、次回探索で使用するサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）を更新する。

一方、限定範囲探索モードにて、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰの検出に失敗した場合（図９に示すステップＳ５１が「Ｎｏ」の場合）、撮像画像１００の全体に走査範囲１０１を設定し、全体範囲探索モードにてサインポストＳＰを探索する（ステップＳ５２）。

全体範囲探索モードにてサインポストＳＰを探索した場合、図８のステップＳ４５に移行し、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰの検出に成功したか否かを判断する。走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰの検出に成功した場合（図８に示すステップＳ４５が「Ｙｅｓ」の場合）、サインポストＳＰの検出位置（Ｓｘ，Ｓｙ）を学習位置データ（Ｓｘ_０，Ｓｙ_０）として保存し、次回探索で使用するサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）を更新する（ステップＳ４６）。

一方、全体範囲探索モードにて、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰの検出に失敗した場合（図９に示すステップＳ４５が「Ｎｏ」の場合）、サインポストＳＰの検出位置（Ｓｘ，Ｓｙ）を学習位置データ（Ｓｘ_０，Ｓｙ_０）として保存せずに終了する。以降の流れは、同じであるため割愛する。

このように、上述した第２実施形態によれば、算出部２７は、サインポストＳＰを検出した場合、当該サインポストＳＰの検出位置（Ｓｘ，Ｓｙ）を、次回探索するサインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）として更新する。この構成によれば、サインポストＳＰの設置位置を調整するごとに、サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）をユーザ入力する必要がなく、自動でサインポストＳＰの探索及び画像処理を最適化することができる。

また、上述した第２実施形態において、算出部２７は、限定範囲探索モードにおいて、更新したサインポストＳＰの登録位置（学習位置データ（Ｓｘ_０，Ｓｙ_０））に基づきサインポストＳＰを探索する場合、走査範囲１０１を、前回の限定範囲探索モードによる走査範囲１０１よりも小さく設定してもよい。学習機能によって、サインポストＳＰの走査範囲１０１が前回よりも最適化されることで、走査範囲１０１を小さく（例えばα及びβを一割小さく）してもサインポストＳＰの検出できる確率が向上している。したがって、限定範囲探索モードの走査範囲１０１を前回探索よりも小さくでき、それにより画像処理時間を減少させることが可能となる。なお、走査範囲１０１を小さくした結果、サインポストＳＰの検出に失敗した場合、走査範囲１０１を前回探索時の大きさ（例えばα及びβを元の値）に戻してもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１０及び図１１は、本発明の第３実施形態における自律移動ロボット１の内部の画像処理を示すフロー図である。なお、図１０及び図１１に示す丸中数字の４は、図１０及び図１１に示す両フローの繋がりを示している。図１２～図１６は、本発明の第３実施形態における自律移動ロボット１が移動する様子を上方から視た模式図である。
第３実施形態の自律移動ロボット１は、上述したステップＳ２７～Ｓ２８のトラッキング処理中（以下、トラッキングモードという）に、例えば図１４に示すように、通行人２００等によってサインポストＳＰが遮られた場合であっても、処理を中止することなくトラッキングモードを継続できるようにプログラムされている。

以下説明する自律移動ロボット１の内部の画像処理は、撮像部２６が撮像する撮像画像１００の１フレーム（１枚）ごとに実行する。なお、以下の説明でも、特に断りが無い限り、自律移動ロボット１の走行制御に関する計算は制御部２３が行い、自律移動ロボット１の画像処理に関する計算は算出部２７が行う。
図１０に示すように、先ず、算出部２７は、通信部２４及び制御部２３を介して、上位システムから、サインポストＳＰの走査指令（ターゲットＩＤ等）と当該サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）を受け取る（ステップＳ６０）。

次に、算出部２７は、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰが前回のフレームまで１度でも検出済みか否かを判断する（ステップＳ６１）。つまり、算出部２７は、上述した限定範囲探索モードまたは全体範囲探索モードにて、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰが検出できたか否かを判断する。

当該サインポストＳＰが前回のフレームまで１度も検出済みで無い場合（ステップＳ６１が「Ｎｏ」の場合）、サインポストＳＰの登録位置（ｘ，ｙ）に基づいて、図１２に示すように、第１の走査範囲１０１Ａを設定する（ステップＳ６２）。第１の走査範囲１０１Ａとは、上述した限定範囲探索モードの走査範囲である。つまり、算出部２７は、先ず限定範囲探索モードでサインポストＳＰを探索し、失敗すれば全体範囲探索モードに切り替えてサインポストＳＰを探索する。

一方、当該サインポストＳＰが前回のフレームまで１度でも検出済みである場合（ステップＳ６１が「Ｙｅｓ」の場合）、前回のフレームにて当該サインポストＳＰの検出に成功したか否かを判断する（ステップＳ６３）。前回のフレームにて当該サインポストＳＰの検出に成功した場合（ステップＳ６３が「Ｙｅｓ」の場合）、サインポストＳＰの前回検出位置（Ｓｘ，Ｓｙ）及びトラッキングパラメータ（前回検出したサインポストＳＰの大きさ等）に基づいて、図１３に示すように、第３の走査範囲１０１Ｃを設定する（ステップＳ６４）。

第３の走査範囲１０１Ｃとは、上述したトラッキングモードの走査範囲である。つまり、算出部２７は、限定範囲探索モードまたは全体範囲探索モードにてサインポストＳＰが検出できた場合、サインポストＳＰを追跡する第３の走査範囲１０１Ｃを設定し、第３の走査範囲１０１Ｃの中からサインポストＳＰを探索するトラッキングモードに切り替えてサインポストＳＰを探索する。なお、ここまでのフローは、上述した実施形態と同様である。

一方、前回のフレームにて当該サインポストＳＰの検出に失敗した場合（ステップＳ６３が「Ｎｏ」の場合）、つまり、図１４に示すように、サインポストＳＰが通行人２００等によって遮られ、トラッキングモード中にサインポストＳＰが検出不可となる状況になった場合、ステップＳ６５に移行する。ステップＳ６５において、算出部２７は、後述する第４の走査範囲１０１Ｄでの再探索回数のカウントが閾値ａを超えるか否かを判断する。

第４の走査範囲１０１Ｄでの再探索回数のカウントが閾値ａを超えていない場合（ステップＳ６３が「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ６７に移行し、図１５に示すように、第４の走査範囲１０１Ｄを設定する。つまり、算出部２７は、トラッキングモードにてサインポストＳＰが検出できなくなった場合、プログラムを終了することなく、サインポストＳＰが検出できた最後の第３の走査範囲１０１Ｃと同一範囲の第４の走査範囲１０１Ｄを設定し、第４の走査範囲１０１Ｄの中からサインポストＳＰの再探索を行う再探索モードに切り替えてサインポストＳＰを探索する。

なお、再探索モードのとき（つまり、トラッキングモードにてサインポストＳＰが検出できなくなったとき）には、図１５に示すように、自律移動ロボット１の移動を停止する。これにより、自律移動ロボット１が安全にサインポストＳＰを再探索できる。

図１１に示すように、第４の走査範囲１０１ＤでのターゲットＩＤ探索処理（ステップＳ６８）の結果、走査指令を受けたターゲットＩＤを含むサインポストＳＰの検出が成功した場合（ステップＳ６９が「Ｙｅｓ」の場合）、再探索回数のカウントをリセットする（ステップＳ７０）。再探索回数のカウントがリセットされると、次回フレームにて、上述した図１０に示すステップＳ６３が「Ｙｅｓ」（前回フレームが検出成功）となり、トラッキングモード（ステップＳ６４）に戻って自律移動ロボット１の移動及び当該サインポストＳＰの追跡が再開される。

一方で、図１１に示すように、第４の走査範囲１０１Ｄでの当該サインポストＳＰの検出が失敗した場合（ステップＳ６９が「Ｎｏ」の場合）、再探索回数をカウントアップ（＋１）する（ステップＳ７１）。この再探索回数のカウントアップ数は、次回フレームにおいて、上述したステップＳ６５にて使用される。なお、ステップＳ６５の再探索回数のカウントが閾値ａを超えていない場合（ステップＳ６３が「Ｎｏ」の場合）とは、例えば、図１４に示す通行人２００がまだサインポストＳＰの前を通過していない状況である。

閾値ａは、例えば、１０フレームに設定されている。閾値ａは、通常の歩行速度の通行人２００がサインポストＳＰを通過する平均時間以上のフレーム数に調整するとよい。この閾値ａを超えない範囲で、当該サインポストＳＰの検出に成功した場合、再探索回数のカウントがリセット（ステップＳ７０）され、上述したトラッキングモード（ステップＳ６４）に戻って自律移動ロボット１の移動及び当該サインポストＳＰの追跡が再開される。

一方、再探索回数のカウントが閾値ａを超えてしまった場合（ステップＳ６３が「Ｙｅｓ」の場合）、ステップＳ６６に移行し、図１６に示すように、第２の走査範囲１０１Ｂを設定すると共に、再探索回数のカウントをリセットする。第２の走査範囲１０１Ｂとは、上述した全体範囲探索モードの走査範囲である。つまり、算出部２７は、再探索モードでサインポストＳＰを再探索し、失敗すれば全体範囲探索モードに切り替えてサインポストＳＰを再探索する。

この第２の走査範囲１０１ＢでサインポストＳＰの検出が成功した場合、次回フレームにて、上述したステップＳ６３が「Ｙｅｓ」（前回フレームが検出成功）となり、トラッキングモード（ステップＳ６４）に戻って自律移動ロボット１の移動及び当該サインポストＳＰの追跡が再開される。

このように、上述した第３実施形態によれば、算出部２７は、限定範囲探索モードまたは全体範囲探索モードにてサインポストＳＰ（見始め時のサインポストＳＰ）が検出できた場合、サインポストＳＰを追跡する第３の走査範囲１０１Ｃを設定し、第３の走査範囲１０１Ｃの中からサインポストＳＰを探索するトラッキングモードに切り替えてサインポストＳＰを探索する。

第１及び第２実施形態の限定範囲探索モード（検出に失敗すれば全体範囲探索モード）は、サインポストＳＰの見始め時のみに適用していた。その理由としては、サインポストＳＰの見始めから、サインポストＳＰを検出して自律移動ロボット１が走行したあと、撮像画像１００内でのサインポストＳＰの位置は変化し、自律移動ロボット１がサインポストＳＰに近づくにつれて大きさもより大きく変化していくためである。つまり、あらかじめ登録した登録位置に基づく限定範囲探索モードの第１の走査範囲１０１Ａは、継続して使用できなくなる。したがって、見始め時に登録位置による第１の走査範囲１０１Ａで探索を行い、サインポストＳＰの検出に成功すれば、以降はトラッキングモードに切り替えて、サインポストＳＰを追跡することで、自律移動ロボット１の走行終了まで、終始、限定した範囲でのサインポストＳＰの検出処理が可能となる。

また、上述した第３実施形態において、算出部２７は、トラッキングモードにてサインポストＳＰが検出できなくなった場合、サインポストＳＰが検出できた最後の第３の走査範囲１０１Ｃと同一範囲の第４の走査範囲１０１Ｄを設定し、第４の走査範囲１０１Ｄの中からサインポストＳＰの再探索を複数回行う再探索モードに切り替えてサインポストＳＰを探索する。この構成によれば、実際運用時の例外、例えば、通行人２００等によってサインポストＳＰが遮られ、サインポストＳＰが検出不可となるとき、通行人２００等が移動し、再度サインポストＳＰを見える状況となったときまで再探索を繰り返すことで、トラッキングモードを継続できる。つまり、サインポストＳＰが遮られ、検出失敗となった直前の第３の走査範囲１０１Ｃと同じ第４の走査範囲１０１Ｄで再探索をすることで、サインポストＳＰの見始め時に限らず、終始、限定範囲での探索が実現できる。

また、上述した第３実施形態において、再探索モードのときには、移動を停止する。この構成によれば、サインポストＳＰを見失ったときでも自律移動ロボット１が安全にサインポストＳＰを再探索できる。

また、上述した第３実施形態において、算出部２７は、再探索モードにてサインポストＳＰが検出できない場合、全体範囲探索モードに切り替えてサインポストＳＰを探索する。この構成によれば、再度サインポストＳＰが見える状況となったとき、仮に再探索モードにてサインポストＳＰを検出できなかった場合であっても、全体範囲探索モードにてサインポストＳＰを検出し、トラッキングモードを再開することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、自律移動ロボット１が車両である構成について説明したが、自律移動ロボット１は通称ドローンと呼ばれる飛行体などであっても構わない。
また、例えば、上記実施形態では、移動経路１０に沿って複数のサインポストＳＰが配置される構成について説明したが、サインポストＳＰは１つだけ配置される構成であっても構わない。

上記した自律移動ロボットによれば、標識の検出確度を向上し、また画像処理時間を減少できる。

１…自律移動ロボット、１０…移動経路、２０…ロボット本体、２０Ｌ…駆動輪、２０Ｒ…駆動輪、２１…サインポスト検出部、２２…駆動部、２３…制御部、２４…通信部、２５…照射部、２６…撮像部、２７…算出部、２８…モータ制御部、２９…モータ、１００…撮像画像、１０１…走査範囲、Ｃ…被検出部、ＳＰ…サインポスト（標識）

Claims (9)

1. 移動経路に沿って配置された標識を、搭載した撮像部で読み取り、前記標識に誘導されて移動する自律移動ロボットであって、
   前記標識の登録位置に基づいて、前記撮像部が撮像した撮像画像の一部に第１の走査範囲を設定し、前記第１の走査範囲の中から前記標識を探索する限定範囲探索モードを有する算出部を備え、
   前記算出部は、前記限定範囲探索モードにて前記標識が検出できない場合、前記撮像画像の全体に第２の走査範囲を設定し、前記第２の走査範囲の中から前記標識を探索する全体範囲探索モードに切り替えて前記標識を探索する、自律移動ロボット。
2. 前記算出部は、前記限定範囲探索モードまたは前記全体範囲探索モードにて前記標識が検出できた場合、前記標識を追跡する第３の走査範囲を設定し、前記第３の走査範囲の中から前記標識を探索するトラッキングモードに切り替えて前記標識を探索する、請求項１に記載の自律移動ロボット。
3. 前記算出部は、前記トラッキングモードにて前記標識が検出できなくなった場合、前記標識が検出できた最後の前記第３の走査範囲と同一範囲の第４の走査範囲を設定し、前記第４の走査範囲の中から前記標識の再探索を複数回行う再探索モードに切り替えて前記標識を探索する、請求項２に記載の自律移動ロボット。
4. 前記再探索モードのときには、移動を停止する、請求項３に記載の自律移動ロボット。
5. 前記算出部は、前記再探索モードにて前記標識が検出できない場合、前記全体範囲探索モードに切り替えて前記標識を探索する、請求項３または４に記載の自律移動ロボット。
6. 前記標識は、前記移動経路に沿って複数配置されており、
   前記標識の登録位置は、前記複数の標識のそれぞれに対応して設定されており、
   前記算出部は、前記自律移動ロボットを誘導する前記標識を切り替えるごとに、当該標識に対応した登録位置に前記標識の登録位置を切り替えて、前記限定範囲探索モードによる前記標識の探索を行う、請求項１～５のいずれか一項に記載の自律移動ロボット。
7. 前記算出部は、前記標識を検出した場合、当該標識の検出位置を、次回探索する前記標識の登録位置として更新する、請求項１～６のいずれか一項に記載の自律移動ロボット。
8. 移動経路に沿って配置された標識を、搭載した撮像部で読み取り、前記標識に誘導されて移動する自律移動ロボットであって、
   前記標識の登録位置に基づいて、前記撮像部が撮像した撮像画像の一部に第１の走査範囲を設定し、前記第１の走査範囲の中から前記標識を探索する限定範囲探索モードを有する算出部を備え、
   前記算出部は、前記標識を検出した場合、当該標識の検出位置を、次回探索する前記標識の登録位置として更新する、自律移動ロボット。
9. 前記算出部は、前記限定範囲探索モードにおいて、更新した前記標識の登録位置に基づき前記標識を探索する場合、前記第１の走査範囲を、前回の前記限定範囲探索モードによる第１の走査範囲よりも小さく設定する、請求項７または８に記載の自律移動ロボット。

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