JP7848876B2 - Autonomous mobile control device, autonomous mobile system, autonomous mobile control method, and program - Google Patents
Autonomous mobile control device, autonomous mobile system, autonomous mobile control method, and programInfo
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Description
本開示内容は、自律移動が可能な移動体の制御技術に関する。This disclosure relates to control technology for autonomously moving mobile bodies.
工場や倉庫といった屋内環境において人的な操作を必要とせず自律的に経路に沿った走行を行うAGV(Automatic Guided Vehicle:無人搬送車)が使用されている。無人搬送車(車両)の走行では車両の自己位置を推定し、予め定められた経路に沿った走行を行うための制御が必要となる。無人搬送車の走行の制御方式には、磁気誘導方式、光学誘導方式、画像認識方式、レーザー誘導方式、SLAM (Simultaneous Localization and Mapping)方式等がある。In indoor environments such as factories and warehouses, AGVs (Automatic Guided Vehicles) are used to autonomously navigate along predetermined paths without human intervention. For AGVs to operate, control is required to estimate the vehicle's own position and guide it along a predetermined path. Control methods for AGV operation include magnetic guidance, optical guidance, image recognition, laser guidance, and SLAM (Simultaneous Localization and Mapping).
磁気誘導方式は、車両に搭載された磁気センサが、経路に沿って床に敷設された磁気棒や磁気テープが発する磁界を検知することで、走行経路に車両を誘導する方式である。磁気誘導方式は、仕組みが単純で信頼性が高いメリットがある一方、ルートを変更する際にコストを要するデメリットがある。また、経路近傍に存在する配管などによる磁界の影響を受ける可能性がある。The magnetic induction system guides a vehicle along a designated route by detecting the magnetic field emitted by magnetic rods or tapes laid on the floor along the route, using magnetic sensors mounted on the vehicle. While the magnetic induction system has the advantages of being simple and highly reliable, it has the disadvantage of incurring costs when changing the route. Furthermore, it may be affected by magnetic fields from nearby pipes and other structures.
光学誘導方式は、車両に搭載された光学センサが、誘導用のテープが敷設されることで床に形成された経路を検知することで、走行経路に車両を誘導する方式である。光学誘導方式は、磁気誘導方式に比べるとコストが抑えられるメリットがある。The optical guidance system uses optical sensors mounted on the vehicle to detect a path formed on the floor by laying guidance tape, thereby guiding the vehicle along the designated route. The optical guidance system has the advantage of lower costs compared to the magnetic guidance system.
画像認識方式は、車両に搭載されたカメラが、床や天井に設置されたQRコード(登録商標)等のマーカーを読み取ることで、車両が自己位置を把握して目的地まで自動で走行する方式である。なお、これら3つの制御方式は、車両が予め固定されたルートのみを走行することができる方式であり、経路誘導方式とも呼ばれる。The image recognition method is a system in which a camera mounted on the vehicle reads markers such as QR codes (registered trademarks) installed on the floor or ceiling, allowing the vehicle to determine its own position and automatically drive to its destination. These three control methods are also called route guidance methods, as they allow the vehicle to travel only along predetermined, fixed routes.
レーザー誘導方式(反射板誘導方式)は、車両に搭載されたレーザー光照射装置が、壁、床、又は柱などに設置された反射板にレーザー光を照射し、車両に搭載された受信装置が、反射板からの反射波を検知することで、車両が自己位置を推定して誘導体を使用せずに走行する方式である。The laser guidance system (reflector guidance system) is a system in which a laser beam irradiation device mounted on the vehicle irradiates a reflector installed on a wall, floor, or pillar with laser light, and a receiving device mounted on the vehicle detects the reflected wave from the reflector, allowing the vehicle to estimate its own position and drive without using a guide.
SLAM誘導方式は、カメラを用いるVisual SLAM方式とLiDAR(Light Detection and Ranging)を用いるLiDAR SLAM方式がある。Visual SLAM方式は、車両に搭載されたカメラが壁などの周辺環境の連続する画像データの変化を取得することで、車両が自己位置を推定して誘導体を使用せずに走行する方式である。LiDAR SLAM方式は、車両に搭載されたレーザー光照射装置が壁などの周辺環境にレーザー光を照射し、車両に搭載されたレーザー光受信装置が周辺環境の反射光が返ってくるまでの時間を計測し、周辺環境までの距離や方向を測定することで、車両が自己位置を推定して誘導体を使用せずに走行する方式である。レーザー誘導方式及びSLAM方式は、誘導体を必要としないことから自律移動方式とも呼ばれる。There are two types of SLAM guidance methods: Visual SLAM, which uses cameras, and LiDAR SLAM, which uses LiDAR (Light Detection and Ranging). Visual SLAM is a method where a camera mounted on the vehicle acquires continuous image data of the surrounding environment, such as walls, allowing the vehicle to estimate its own position and drive without the use of a guide. LiDAR SLAM is a method where a laser beam irradiator mounted on the vehicle irradiates the surrounding environment, such as walls, with laser beam receiving equipment mounted on the vehicle measures the time it takes for the reflected light to return, and by measuring the distance and direction to the surrounding environment, the vehicle can estimate its own position and drive without the use of a guide. Both laser guidance and SLAM methods are also called autonomous navigation methods because they do not require a guide.
また、SLAMを使用するAGVはAMR(Autonomous Mobile Robot:自律走行搬送ロボット)とも呼ばれる。SLAM方式のメリットとしては、誘導体の設置が不要なため自由に走行ルートが設定できることにある。また、経路誘導方式では、車両が障害物を検知した際に一時停止するが、SLAM方式では、車両は障害物を回避し、再ルート設定により走行を継続することができる。Furthermore, AGVs that use SLAM are also called AMRs (Autonomous Mobile Robots). The advantage of the SLAM method is that it eliminates the need for guide sensors, allowing for flexible route setting. Also, while route guidance systems require the vehicle to temporarily stop when it detects an obstacle, the SLAM method allows the vehicle to avoid obstacles and continue driving by rerouting.
一方、SLAM方式は、ドアの開閉、棚の荷物の積載状態の変化、作業者や他の搬送車の動き等の周辺環境の変化の影響を排除する処理が必要となる。また、特徴点のない空間では、動作に支障が出る場合があるといった課題がある。On the other hand, the SLAM method requires processing to eliminate the influence of changes in the surrounding environment, such as the opening and closing of doors, changes in the loading state of goods on shelves, and the movements of workers and other transport vehicles. Furthermore, it has the challenge that operation may be hindered in spaces without distinctive features.
こうしたSLAM方式の課題に対処した自律移動方式として、車両に搭載されたカメラが撮像した床面の画像データから特徴点を抽出し、これをトレースすることにより自動走行する方式が検討されている(非特許文献1)。To address the challenges of the SLAM method, an autonomous navigation system is being considered in which feature points are extracted from image data of the floor surface captured by a camera mounted on the vehicle, and the vehicle automatically navigates by tracing these points (Non-Patent Document 1).
しかし、周辺環境の画像データから特徴点を抽出する方式としては、画像の中から特徴点を抽出する方式(特徴点抽出法: Feature based method)や画像全体を参照する方式(直接法: Direct method)が考えられるが、いずれの場合も、走行経路において静的な物体以外の歩行者や移動車両、扉の開閉などによる多種多様な周辺環境の変化がある場合にはマップデータを生成し、画像のマッチング処理を行う過程で画像処理が複雑となって処理量が増え、処理負荷が増大してしまうという課題が生じる。However, while there are several methods for extracting feature points from surrounding environment image data, such as the feature-based method (extracting feature points from within the image) and the direct method (referencing the entire image), in either case, if there are various changes in the surrounding environment along the travel route, such as pedestrians, moving vehicles, and the opening and closing of doors in addition to static objects, generating map data and performing image matching processing becomes complex, increasing the amount of processing and thus the processing load.
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、処理負荷を抑制して自律走行等の自律移動を可能とすることを目的とする。This invention has been made in view of the above circumstances, and aims to enable autonomous movement such as autonomous driving by suppressing the processing load.
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、自律して移動可能な自律移動体の移動を制御する自律移動制御装置であって、複数種類のタイル形状によって構成された準周期タイルが撮影されることで得られた画像に関するデータと、前記準周期タイルに対応した座標系を有するマップデータとをパターンマッチングすることにより、前記準周期タイルにおける前記自律移動体の自己位置及び進行方向を推定する自己位置推定部と、前記自己位置推定部によって推定された前記自己位置及び前記進行方向、並びに予め設定されている前記自律移動体の移動ルートに基づいて、前記自律移動体の移動の制御を行う制御部と、前記自律移動体の角度、角速度又は角加速度を検出するジャイロセンサ、及び前記自律移動体の加速度を計測する加速度センサと、を有し、前記自己位置推定部は、推定した前記自己位置及び前記進行方向に基づいて、前記ジャイロセンサ及び前記加速度センサの各パラメータをキャリブレーションする、自律移動制御装置である。 To achieve the above objective, the invention according to claim 1 is an autonomous movement control device for controlling the movement of an autonomously moving autonomous mobile body, comprising: a self-position estimation unit that estimates the self-position and direction of travel of the autonomous mobile body in the quasi-periodic tiles by pattern matching data relating to an image obtained by photographing quasi-periodic tiles composed of a plurality of types of tile shapes with map data having a coordinate system corresponding to the quasi-periodic tiles; a control unit that controls the movement of the autonomous mobile body based on the self-position and direction of travel estimated by the self-position estimation unit and a preset movement route of the autonomous mobile body; a gyro sensor that detects the angle, angular velocity, or angular acceleration of the autonomous mobile body, and an acceleration sensor that measures the acceleration of the autonomous mobile body, wherein the self-position estimation unit calibrates the parameters of the gyro sensor and the acceleration sensor based on the estimated self-position and direction of travel .
以上説明したように本発明によれば、処理負荷を抑制した自律移動が可能になるという効果を奏する。As explained above, the present invention has the effect of enabling autonomous movement with reduced processing load.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。The embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔実施形態のシステム構成〕
図1を用いて、実施形態の自律走行システムの構成の概略について説明する。図1は、実施形態に係る自律走行システムの全体構成図である。
[System configuration of the embodiment]
The general configuration of the autonomous driving system according to the embodiment will be explained using Figure 1. Figure 1 is an overall configuration diagram of the autonomous driving system according to the embodiment.
図1に示されているように、自律走行システム1は、自律走行が可能な無人搬送車等の自律走行車両(「車両」とも示す)2、及び床の準周期タイル8によって構築されている。車両2は、準周期タイル8の複数のタイル形状により構成された模様を読み取ることで自己位置及び進行方向を推定すると共に移動を行う。As shown in Figure 1, the autonomous driving system 1 is constructed from an autonomous vehicle (also referred to as "vehicle") 2, such as an autonomously driven unmanned transport vehicle, and quasi-periodic tiles 8 on the floor. The vehicle 2 estimates its own position and direction of travel and moves by reading the pattern composed of multiple tile shapes of the quasi-periodic tiles 8.
〔準周期タイルの説明〕
準周期タイル8は、図4Aに示すように、複数種類のタイル形状によって構成され、周期性を有しない幾何学的パターンが描画されたタイルであり、床面に設置されている。複数種類のタイル形状は、図4Bに示すように、3種類の図形(辺の長さLが等しい正方形と2種類のひし形)によって構成されている。準周期タイル8は、正多角形により構成される周期的なパターンを有する平面充填とは異なり、有限種類の多角形により周期的なパターンのない(平行移動により重なる周期のない)平面充填を実現するタイリングの方式である。一例として2種類のひし形により平面充填を実現するペンローズタイリング(Penrose tiling)が知られている。図4A及び図4Bに示す準周期タイル8の幾何学的パターンはあくまで一例であり、周期性を有しない幾何学的パターンであってもよい。
[Explanation of quasi-periodic tiles]
As shown in Figure 4A, the quasi-periodic tile 8 is composed of multiple types of tile shapes and is a tile on which a non-periodic geometric pattern is drawn, and is installed on the floor surface. As shown in Figure 4B, the multiple types of tile shapes are composed of three types of figures (squares with equal side lengths L and two types of rhombuses). Unlike plane tiling which has a periodic pattern composed of regular polygons, the quasi-periodic tile 8 is a tiling method that achieves a plane tiling without a periodic pattern (a non-periodic pattern that overlaps due to translation) using a finite number of polygons. As an example, Penrose tiling, which achieves plane tiling using two types of rhombuses, is known. The geometric pattern of the quasi-periodic tile 8 shown in Figures 4A and 4B is merely an example, and the geometric pattern may not have periodicity.
本実施形態では、準周期タイル8の模様の非周期性を車両2の自己位置推定に利用する。準周期タイル8は床面に構築され、車両2に搭載された(後述の)撮影部20により撮像される。なお、準周期タイル8を構成する直線が撮影部20により光学的に識別できれば、車両2が走行する床面にタイル模様が塗料等で描画されもよいし、タイル模様がプリントされたシートをカーペットとして使用してもよい。また、床面にテープ等を貼ることで準周期タイル8の模様を構築してもよいし、複数種類の形状のタイルを床面に敷き詰めて準周期タイル8の模様を構築してもよい。または、床面に設置されたディスプレイなどの表示素子で準周期タイル8の模様を表示してもよいし、床面に準周期タイル8のパターンが投影されていてもよい。いずれの場合も車両2の位置を特定するために十分な密度でタイルが構成されているものとする。すなわち、車両2に搭載された撮影部20の画素数、床面との距離に対し、車両2の自己位置を推定するのに必要な密度(大きさ)で準周期タイルが構成されているものとする。In this embodiment, the aperiodicity of the pattern of the quasi-periodic tile 8 is used to estimate the self-position of the vehicle 2. The quasi-periodic tile 8 is constructed on the floor surface and is imaged by the (described later) imaging unit 20 mounted on the vehicle 2. Note that, as long as the straight lines constituting the quasi-periodic tile 8 can be optically identified by the imaging unit 20, the tile pattern may be drawn on the floor surface where the vehicle 2 travels using paint or the like, or a sheet with the tile pattern printed on it may be used as carpet. Alternatively, the pattern of the quasi-periodic tile 8 may be constructed by applying tape or the like to the floor surface, or by laying tiles of multiple shapes on the floor surface. Alternatively, the pattern of the quasi-periodic tile 8 may be displayed on a display element such as a display installed on the floor surface, or the pattern of the quasi-periodic tile 8 may be projected onto the floor surface. In any case, the tiles are configured with a density sufficient to determine the position of the vehicle 2. That is, the quasi-periodic tiles are configured with a density (size) necessary to estimate the self-position of the vehicle 2, given the number of pixels of the imaging unit 20 mounted on the vehicle 2 and the distance from the floor surface.
なお、準周期タイル8の模様は必ずしも可視できる必要はなく、例えば可視光外の波長の光に反応して発光する不可視マーカー(Invisible Marker)により構築されてもよい。その場合、撮影部20は不可視マーカーの光線を検知する素子で構成される。Furthermore, the pattern of the quasi-periodic tile 8 does not necessarily need to be visible; for example, it may be constructed using invisible markers that emit light in response to wavelengths outside the visible light spectrum. In that case, the imaging unit 20 is composed of elements that detect the light rays of the invisible markers.
〔自律走行車両の構成〕
続いて、図2を用いて、車両2の構成を説明する。図2は、自律走行車両2の構成図である。
[Configuration of an autonomous vehicle]
Next, we will explain the configuration of vehicle 2 using Figure 2. Figure 2 is a diagram showing the configuration of autonomous vehicle 2.
車両2は、自律走行制御装置3及び走行装置6によって構成されている。自律走行制御装置3は、準周期タイル8を撮影して車両2の自己位置及び進行方向を推定すると共に走行装置6の動作を制御する。走行装置6は、モータ、タイヤ、バッテリー、操舵機構等によって構成され、車両2を走行させる装置である。Vehicle 2 consists of an autonomous driving control device 3 and a driving device 6. The autonomous driving control device 3 estimates the vehicle's own position and direction of travel by photographing quasi-periodic tiles 8 and controls the operation of the driving device 6. The driving device 6 consists of a motor, tires, battery, steering mechanism, etc., and is the device that drives vehicle 2.
<自律走行制御装置>
自律走行制御装置3は、情報処理装置5、撮影部20、ジャイロセンサ26、加速度センサ27、及びオドメトリ28によって構成されている。
<Autonomous Driving Control System>
The autonomous driving control device 3 consists of an information processing device 5, an imaging unit 20, a gyro sensor 26, an acceleration sensor 27, and an odometry device 28.
撮影部20は、準周期タイル8等の床面を撮影して画像データを生成(得る)するカメラである。撮影部20は、車両2において床面方向へ向けて固定して設置されており、床面を撮影する。撮影部20により得られる画像データ上の任意のピクセルと車両2の参照位置間のオフセット(相対位置)はあらかじめ計測し、キャリブレーション(較正、校正、調整)されているものとする。なお、撮影部20は、単眼撮影するカメラであってもよいし、ステレオ撮影するカメラであってもよいし、あるいは、魚眼レンズを備えた全方位撮像カメラであってもよい。また、撮影部20のカメラは一台であってもよいし、複数のカメラでそれぞれ撮像する範囲を分担してもよい。さらに、撮影部20は、カメラ以外のLiDAR等のリモートセンシングデバイスであってもよい。The imaging unit 20 is a camera that captures images of the floor surface, such as quasi-periodic tiles 8, and generates (obtains) image data. The imaging unit 20 is fixedly installed in the vehicle 2, facing the floor surface, and captures images of the floor surface. The offset (relative position) between any pixel on the image data obtained by the imaging unit 20 and the reference position of the vehicle 2 is assumed to have been measured and calibrated in advance. The imaging unit 20 may be a monocular camera, a stereo camera, or an omnidirectional imaging camera equipped with a fisheye lens. Furthermore, the imaging unit 20 may consist of a single camera, or multiple cameras may be used, each responsible for capturing different areas. In addition, the imaging unit 20 may be a remote sensing device other than a camera, such as a LiDAR.
情報処理装置5は、PC(Personal Computer)等のコンピュータであり、車両2に撮影部20が設置された位置及び姿勢、並びに撮影部20から取得された画像に関するデータに基づいて、画像上の特徴点(準周期タイル8の辺や交点)に対する車両2の相対位置を計測することで、車両2の自己位置(絶対位置)及び進行方向を推定すると共に、走行装置6の動作を制御するための制御信号を走行装置6に送る。情報処理装置5については、後ほど詳細に説明する。The information processing device 5 is a computer such as a PC (Personal Computer). Based on the position and orientation of the camera unit 20 installed on the vehicle 2, and data related to the image acquired from the camera unit 20, it measures the relative position of the vehicle 2 with respect to feature points on the image (edges and intersections of the quasi-periodic tiles 8). It estimates the vehicle 2's own position (absolute position) and direction of travel, and also sends control signals to the running gear 6 to control its operation. The information processing device 5 will be described in detail later.
本実施形態の自律走行制御装置3は、撮影部20及び情報処理装置5を有していれば、準周期タイル8を読み取ることで自律走行が可能であるが、撮影部20の故障等により一時的に画像に関するデータを得られなくなった場合でも、センサ等を使用し、デッドレコニング (Dead Reckoning)による自律走行を継続することが可能となる。また、センサ等は準周期タイル8の模様の局所的な周期性及び回転対称性に対し、車両2の自律走行における自己位置及び方位推定動作における頑強性を与える。但し、ジャイロセンサ26、加速度センサ27、及びオドメトリ28の各パラメータは、後述の初期化走行(図5)の段階で、撮影部20の故障等の前にキャリブレーションが行われる必要がある。In this embodiment, the autonomous driving control device 3, having an imaging unit 20 and an information processing device 5, can perform autonomous driving by reading the quasi-periodic tiles 8. However, even if image data cannot be obtained temporarily due to a failure of the imaging unit 20, autonomous driving can continue using sensors, etc., through dead reckoning. Furthermore, the sensors, etc., provide robustness to the self-position and orientation estimation operations of the vehicle 2 during autonomous driving, in relation to the local periodicity and rotational symmetry of the pattern of the quasi-periodic tiles 8. However, the parameters of the gyro sensor 26, acceleration sensor 27, and odometry 28 must be calibrated before a failure of the imaging unit 20 occurs during the initialization driving stage (Figure 5), which will be described later.
ここで、ジャイロセンサ26は、物体(ここでは、車両2)の角度、角速度又は角加速度を検出するセンサである。加速度センサ27は、物体(ここでは、車両2)の加速度を計測するセンサである。オドメトリ28は、例えば、ロータリーエンコーダを使用して車両2の車輪の回転数を計測することにより、車輪の回転数から、車両2の移動距離、速度、旋回角度を求めるデバイスである。オドメトリ28は、自己位置推定の精度を更に上げるためのデバイスであり、ジャイロセンサ26及び加速度センサ27を補完するデバイスであるため、自律走行制御装置3に必ずしも設けられなくてもよい。すなわち、オドメトリ28により、車両2は自己位置の推定精度及び信頼性を向上することができる。Here, the gyro sensor 26 is a sensor that detects the angle, angular velocity, or angular acceleration of an object (in this case, the vehicle 2). The acceleration sensor 27 is a sensor that measures the acceleration of an object (in this case, the vehicle 2). The odometry device 28 is a device that, for example, measures the rotation speed of the vehicle 2's wheels using a rotary encoder, and from the rotation speed of the wheels, determines the distance traveled, speed, and turning angle of the vehicle 2. The odometry device 28 is a device for further improving the accuracy of self-position estimation and is a device that complements the gyro sensor 26 and acceleration sensor 27, so it does not necessarily have to be provided in the autonomous driving control device 3. In other words, the odometry device 28 allows the vehicle 2 to improve the accuracy and reliability of its self-position estimation.
<情報処理装置>
続いて、情報処理装置5について詳細に説明する。
<Information Processing Device>
Next, we will explain the information processing device 5 in detail.
(情報処理装置のハードウェア構成)
図3を用いて、情報処理装置のハードウェア構成を説明する。図3は、情報処理装置5の電気的なハードウェア構成図である。
(Hardware configuration of information processing equipment)
The hardware configuration of the information processing device will be explained using Figure 3. Figure 3 is an electrical hardware configuration diagram of the information processing device 5.
情報処理装置5は、コンピュータとして、図3に示されているように、CPU(Central Processing Unit)501、ROM(Read Only Memory)502、RAM(Random Access Memory)503、SSD(Solid State Drive)504、外部機器接続I/F(Interface)505、ネットワークI/F506、メディアI/F509、及びバスライン510を備えている。The information processing device 5, as a computer, includes a CPU (Central Processing Unit) 501, ROM (Read Only Memory) 502, RAM (Random Access Memory) 503, SSD (Solid State Drive) 504, external device connection I/F (Interface) 505, network I/F 506, media I/F 509, and bus line 510, as shown in Figure 3.
これらのうち、CPU501は、情報処理装置5全体の動作を制御する。ROM502は、IPL(Initial Program Loader)等のCPU501の駆動に用いられるプログラムを記憶する。RAM503は、CPU501のワークエリアとして使用される。Of these components, the CPU 501 controls the operation of the entire information processing unit 5. The ROM 502 stores programs used to drive the CPU 501, such as the IPL (Initial Program Loader). The RAM 503 is used as the work area for the CPU 501.
SSD504は、CPU501の制御に従って各種データの読み出し又は書き込みを行う。なお、SSD504の代わりに、HDD(Hard Disk Drive)を用いても良い。The SSD 504 reads or writes various types of data according to the control of the CPU 501. Alternatively, an HDD (Hard Disk Drive) may be used instead of the SSD 504.
外部機器接続I/F505は、各種の外部機器を接続するためのインターフェースである。この場合の外部機器は、ディスプレイ、スピーカ、キーボード、マウス、USB(Universal Serial Bus)メモリ、及びプリンタ等である。The External Device Connection I/F 505 is an interface for connecting various external devices. These external devices include displays, speakers, keyboards, mice, USB (Universal Serial Bus) memory, and printers.
ネットワークI/F506は、インターネット及び(又は)LAN(Local Area Network)等の通信ネットワークを介してデータ通信をするためのインターフェースである。なお、ネットワークI/F506の代わりに、無線通信機器であってもよい。Network I/F 506 is an interface for data communication via the Internet and/or a communication network such as a LAN (Local Area Network). Alternatively, wireless communication equipment may be used instead of Network I/F 506.
メディアI/F509は、フラッシュメモリ等の記録メディア509mに対するデータの読み出し又は書き込み(記憶)を制御する。記録メディア509mには、DVD(Digital Versatile Disc)やBlu-ray Disc(登録商標)等も含まれる。The media interface 509 controls the reading or writing (storage) of data to or from the recording medium 509m, such as flash memory. The recording medium 509m includes DVDs (Digital Versatile Discs) and Blu-ray Discs (registered trademarks), among others.
バスライン510は、図3に示されているCPU501等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバスやデータバス等である。The bus line 510 is an address bus, data bus, etc., for electrically connecting the various components, such as the CPU 501 shown in Figure 3.
(情報処理装置の機能構成)
続いて、図2に戻り、情報処理装置5の機能構成を説明する。
(Functional configuration of information processing equipment)
Next, we will return to Figure 2 and explain the functional configuration of the information processing device 5.
情報処理装置5は、ルートデータ設定部31、自己位置推定部33、及び制御部35を有している。これら各部は、RAM503等に記憶されているプログラムに従ったCPU501からの命令によって実現される機能である。また、情報処理装置5のRAM503又はSSD504には、ルートデータ記憶部21、画像データ記憶部22、及びマップデータ記憶部23が構築されている。The information processing device 5 includes a route data setting unit 31, a self-position estimation unit 33, and a control unit 35. Each of these units performs functions implemented by instructions from the CPU 501 according to a program stored in the RAM 503 or the like. Furthermore, the RAM 503 or SSD 504 of the information processing device 5 contains a route data storage unit 21, an image data storage unit 22, and a map data storage unit 23.
これらのうち、ルートデータ記憶部21は、ルートデータ設定部31によって設定された移動ルートのデータを記憶する。ルートのデータは、例えば、床面上の始点、終点、経由点の各座標値のセットで与えられる。Of these, the route data storage unit 21 stores the data of the travel route set by the route data setting unit 31. The route data is given, for example, as a set of coordinate values for the start point, end point, and waypoints on the floor surface.
画像データ記憶部22は、車両2の走行中に撮影部20によって連続的に撮像されることで得られた各画像に関するデータを記憶する。画像データ記憶部22に記憶される画像に関するデータは、画像データそのものであってもよいし、データ容量のより小さいデータ(例えば、画像データからタイルの形状を抽出したポリゴンデータ又は識別された有限種類のタイルの配置を記録したデータ)であってもよい。The image data storage unit 22 stores data relating to each image obtained by continuously capturing images by the imaging unit 20 while the vehicle 2 is in motion. The image data stored in the image data storage unit 22 may be the image data itself, or it may be data with a smaller data capacity (for example, polygon data obtained by extracting the shape of tiles from the image data, or data recording the arrangement of a finite number of identified tiles).
マップデータ記憶部23は、準周期タイル8を構成した床面の図面データの座標データ付きのマップデータ(情報)が記憶され、自己位置推定部33における処理の際に参照される。The map data storage unit 23 stores map data (information) with coordinate data of the floor drawing data constituting the quasi-periodic tiles 8, and is referenced during processing in the self-position estimation unit 33.
ルートデータ設定部31は、ユーザから車両2の移動ルートの設定を受け付け、設定された移動ルートのデータをルートデータ記憶部21に記憶する。The route data setting unit 31 receives the vehicle 2's travel route setting from the user and stores the data of the set travel route in the route data storage unit 21.
自己位置推定部33は、画像データ記憶部22に記憶されている画像に関するデータと、マップデータ記憶部23に記憶されているマップデータとをマッチング処理(パターンマッチング)することによって、車両の自己位置(現在位置)及び進行方向(移動方向)を推定する。なお、撮影部20等の故障により緊急事態が発生した場合には、上述のように、自己位置推定部33は、ジャイロセンサ26、加速度センサ27、及びオドメトリ28のうち、少なくともジャイロセンサ26及び加速度センサ27から出力信号を取得し、車両2の進行方向及び速度のデータとして緊急時に使用する。The self-position estimation unit 33 estimates the vehicle's own position (current position) and direction of travel (direction of movement) by matching (pattern matching) image data stored in the image data storage unit 22 with map data stored in the map data storage unit 23. In the event of an emergency due to a malfunction of the imaging unit 20 or other components, as described above, the self-position estimation unit 33 acquires output signals from at least the gyro sensor 26 and acceleration sensor 27 among the gyro sensor 26, acceleration sensor 27, and odometry 28, and uses them in the emergency as data for the vehicle 2's direction of travel and speed.
制御部35は、自己位置推定部33から取得したデータ(車両2の自己位置及び進行方向の推定値)、並びにルートデータ記憶部21から取得した移動ルートのデータに基づき、走行装置6を制御するための制御信号を生成して、走行装置6に送る。なお、車両2には、車両2の進行方向の障害物を検知するための撮影部(撮影部20又は別の撮影部)、LiDAR、RADAR等が搭載されていてもよい。障害物が検知された場合には、ルートデータ設定部31が障害物を回避するための再ルートの設定をリアルタイムで行い、再ルートのデータをルートデータ記憶部21に記憶する。The control unit 35 generates a control signal to control the running gear 6 based on the data acquired from the self-position estimation unit 33 (estimated values of the vehicle 2's self-position and direction of travel) and the travel route data acquired from the route data storage unit 21, and sends it to the running gear 6. The vehicle 2 may also be equipped with a camera unit (camera unit 20 or another camera unit), LiDAR, RADAR, etc., for detecting obstacles in the direction of travel of the vehicle 2. If an obstacle is detected, the route data setting unit 31 sets a new route in real time to avoid the obstacle and stores the new route data in the route data storage unit 21.
尚、情報処理装置5の機能の全て、または一部が通信ネットワークを介して、自律走行車両2以外の場所、例えば、クラウド基盤上に設置されていてもよい。Furthermore, all or part of the functions of the information processing device 5 may be installed in a location other than the autonomous vehicle 2, for example, on a cloud infrastructure, via a communication network.
〔自律走行車両の処理又は動作〕
続いて、図5乃至図8を用いて、車両2の処理又は動作を説明する。図5は、初期化走行の走行パターンを示す平面図である。図6は、初期化走行の処理を示すフローチャートである。図7は、本走行の走行ルートを示す平面図である。図8は、本走行の処理を示すフローチャートである。
[Processing or operation of autonomous vehicles]
Next, the processing or operation of vehicle 2 will be explained using Figures 5 to 8. Figure 5 is a plan view showing the driving pattern of the initialization run. Figure 6 is a flowchart showing the processing of the initialization run. Figure 7 is a plan view showing the driving route of the main run. Figure 8 is a flowchart showing the processing of the main run.
マップデータ記憶部23には、準周期タイル8の模様を有する床面の平面図に対応した座標系を有するマップデータが記憶されている。撮影部20は車両2に固定され、車両2の走行中に車両2の近傍の床面を連続して撮像する。車両2の自己位置推定部33は、従来技術とは異なり、撮像された車両2の近傍の床面の画像データ全体から特徴点を抽出するのはなく、床面の画像データから直線と交点で構成される準周期タイル8の各形状を抽出し、パターンマッチングにより3種類のタイルの形状のいずれに該当するかを識別判定するために、画像データ記憶部22に記憶されている、画像に関するデータを使用する。The map data storage unit 23 stores map data having a coordinate system corresponding to a plan view of the floor surface having the pattern of quasi-periodic tiles 8. The imaging unit 20 is fixed to the vehicle 2 and continuously images the floor surface in the vicinity of the vehicle 2 while the vehicle 2 is in motion. Unlike the conventional technology, the vehicle 2's self-position estimation unit 33 does not extract feature points from the entire image data of the floor surface in the vicinity of the vehicle 2 that has been captured, but rather extracts each shape of the quasi-periodic tiles 8, which are composed of straight lines and intersections, from the floor surface image data, and uses image data stored in the image data storage unit 22 to identify and determine which of the three types of tile shapes it corresponds to through pattern matching.
まず、車両2の本走行の前に、車両2の自己位置及び向きを特定するために、車両2は初期化(準備)走行を行う。例えば、ユーザは、ルートデータ設定部31により、初期化走行用の走行パターンを設定する。初期走行用の走行パターンは、例えば、図5に示すように車両2が初期状態から直進して走行し、準周期タイル8の境界(端)部を検知した後、境界に沿って時計回りに走行するパターンが使用される。また、初期走行において準周期タイル8上をランダムに移動する走行パターンを使用してもよい。設定された初期化走行用の走行パターンのデータは、ルートデータ記憶部21に記憶される。First, before the vehicle 2 begins its actual run, it performs an initialization (preparation) run to determine its own position and orientation. For example, the user sets a running pattern for the initialization run using the route data setting unit 31. The running pattern for the initialization run is, for example, as shown in Figure 5, a pattern in which the vehicle 2 runs straight from the initial state, detects the boundary (edge) of the quasi-periodic tile 8, and then runs clockwise along the boundary. Alternatively, a running pattern in which the vehicle moves randomly on the quasi-periodic tile 8 during the initial run may be used. The data of the set running pattern for the initialization run is stored in the route data storage unit 21.
更に、車両2の本走行のために、例えば、ユーザは、ルートデータ設定部31により、準周期タイル8を構築した床面上の移動ルート(経路)として図7に矢印で示す本走行用のルートを設定する。設定された本走行用のルートのデータは、ルートデータ記憶部21に記憶される。Furthermore, for the actual operation of vehicle 2, for example, the user sets the route for the actual operation, as shown by the arrow in Figure 7, as a movement route (path) on the floor surface where the quasi-periodic tiles 8 are constructed, using the route data setting unit 31. The data of the set route for the actual operation is stored in the route data storage unit 21.
このような準備が終えた後に、以下に示す処理が実行される。After these preparations are complete, the following processes will be executed.
<初期化走行の処理又は動作>
まず、車両2は、ユーザが車両2を準周期タイル8上に設置した、任意の位置及び向きを初期状態として初期化用の走行パターンのデータを用いて、以下に示すような初期化走行の処理又は動作を行う(図6)。なお、上述のように、車両2が障害物を検知した場合には、障害物を回避し、再ルートを構成してもよい。
<Initialization process or operation>
First, vehicle 2 uses the data of an initialization driving pattern, with the initial state being an arbitrary position and orientation set by the user on the quasi-periodic tile 8, to perform the initialization driving process or operation shown below (Figure 6). As mentioned above, if vehicle 2 detects an obstacle, it may avoid the obstacle and reconfigure the route.
S11:車両2の走行に伴い、撮影部20は、準周期タイル8のパターンを撮影して得た画像に関するデータを画像データ記憶部22に記憶する。これにより、車両2は、車両2の走行に伴う画像上の3種類のタイルが構成するパターンの変化の状況を時系列に記憶することができる。S11: As vehicle 2 moves, the imaging unit 20 captures images of the patterns of the quasi-periodic tiles 8 and stores the data related to the images in the image data storage unit 22. This allows vehicle 2 to store, in chronological order, the changes in the patterns composed of the three types of tiles on the image as vehicle 2 moves.
S12:自己位置推定部33は、画像データ記憶部22から読み出した画像に関するデータから準周期タイル8のパターンを抽出する。S12: The self-position estimation unit 33 extracts the pattern of the quasi-periodic tile 8 from the image data read from the image data storage unit 22.
S13:自己位置推定部33は、抽出したパターンと、マップデータ記憶部23に記憶されているマップデータのパターンとを比較(パターンマッチング)することにより、車両2の自己位置(絶対位置)及び進行方向を推定する。準周期タイル8は、パターンに周期性を有しないが、局所的には周期性や回転対称性を有する。このため、車両2が初期化走行で十分な範囲を走行することで、位置のアンビギュイティを解決し、車両2の自己位置をマップ上の絶対位置(座標)として特定することができる。また、一度マップ上の位置が特定できれば、走行時に、車両2は連続的にタイルの模様を撮影してトラッキングすることにより、継続的に自己位置と進行方向を推定することができる。S13: The self-position estimation unit 33 estimates the vehicle 2's own position (absolute position) and direction of travel by comparing the extracted pattern with the pattern of the map data stored in the map data storage unit 23 (pattern matching). The quasi-periodic tile 8 does not have periodicity in its pattern, but it has local periodicity and rotational symmetry. Therefore, by having the vehicle 2 travel a sufficient range during the initialization run, the ambiguity of the position can be resolved, and the vehicle 2's own position can be identified as an absolute position (coordinates) on the map. Furthermore, once the position on the map is identified, the vehicle 2 can continuously estimate its own position and direction of travel by continuously photographing and tracking the tile patterns while traveling.
S14:自己位置推定部33は、連続的に準周期タイル8の模様を撮影してトラッキングして継続的に自己位置と進行方向を推定する度に、ジャイロセンサ26、加速度センサ27、及びオドメトリ28の各パラメータのキャリブレーション(較正、校正、調整)を行う。なお、各パラメータは、ジャイロセンサ26、加速度センサ27、及びオドメトリ28がそれぞれ保持しても良いし、別途、RAM503等で構築されたパラメータ記憶部が記憶してもよい。ジャイロセンサ26及び加速度センサ27のキャリブレーションには、初期(静止)状態におけるパラメータの初期化及び移動状態での拡張カルマンフィルタ―等のパラメータの最適化が含まれる。オドメトリ28のキャリブレーションには、エンコーダにより得られる車両2の車輪の回転数から車両2の速度を算出する際の係数の最適化が含まれる。S14: The self-position estimation unit 33 continuously captures and tracks the patterns of the quasi-periodic tiles 8 to estimate its own position and direction of travel, and each time this is done, it performs calibration (adjustment, calibration, adjustment) of the parameters of the gyro sensor 26, acceleration sensor 27, and odometry unit 28. These parameters may be stored by the gyro sensor 26, acceleration sensor 27, and odometry unit 28, respectively, or they may be stored in a separate parameter storage unit constructed with RAM 503 or the like. Calibration of the gyro sensor 26 and acceleration sensor 27 includes initialization of parameters in the initial (stationary) state and optimization of parameters such as the extended Kalman filter in the moving state. Calibration of the odometry unit 28 includes optimization of the coefficient used to calculate the speed of the vehicle 2 from the rotation speed of the vehicle's wheels obtained by the encoder.
S15:自己位置推定部33は、車両2の自己位置及び進行方向の推定状態、並びにキャリブレーションの状態に基づき、初期化走行が終了したかを判断する。初期化走行が終了していない場合には、上記S11の処理に戻る。一方、初期化走行が終了した場合には、下記S21の処理に進む。なお、各パラメータのキャリブレーションは、初期化走行が終了してから行われるようにしてもよい。S15: The self-position estimation unit 33 determines whether the initialization run is complete based on the estimated state of the vehicle 2's self-position and direction of travel, as well as the calibration status. If the initialization run is not complete, the process returns to S11. On the other hand, if the initialization run is complete, the process proceeds to S21 below. Note that the calibration of each parameter may be performed after the initialization run is complete.
なお、S11~S13において、画像データそのものではなく、画像に関するデータを扱う例として、画像データ上の(画像データで映し出された)準周期タイル8における各タイルの交点に着目し、交点を構成する線分の数及びこれらの線分のなす角度のパターンを手掛かりにマップデータを参照(パターンマッチング)し、準周期タイル8におけるどの交点であるかを特定することにより、準周期タイル8における車両2の自己位置及び進行方向を推定する方法がある。図5のA点は9本の線分が交わる交点であり、A点において各線分のなす角度はa: 30°、b: 60°、c: 90°、d: 120°、e: 150°として時計回りにbaaabbaaaとなる。準周期タイル8上でサイクリックに同じ角度の並びとなる交点はC点だが、車両2の進行方向にA点に続きB点を検知することにより、交点がA点であることを特定することができる。準周期タイル8上で特徴的な交点付近を初期位置として初期化走行を行うことにより、初期化走行が完了するまでの時間を短縮することができる。Furthermore, in steps S11 to S13, as an example of handling data related to the image rather than the image data itself, there is a method of estimating the vehicle 2's own position and direction of travel on the quasi-periodic tile 8 by focusing on the intersection points of each tile on the quasi-periodic tile 8 (projected by the image data), referring to map data (pattern matching) using the number of line segments constituting the intersection point and the pattern of angles formed by these line segments as clues, and identifying which intersection point on the quasi-periodic tile 8 it is. Point A in Figure 5 is an intersection point where nine line segments intersect, and the angles formed by each line segment at point A are a: 30°, b: 60°, c: 90°, d: 120°, e: 150°, resulting in baaabbaaa in a clockwise direction. Point C is the intersection point on the quasi-periodic tile 8 that has the same angle cyclically arranged, but by detecting point B following point A in the direction of travel of the vehicle 2, it is possible to identify that the intersection point is point A. By performing an initialization run with a characteristic intersection area on the quasi-periodic tile 8 as the initial position, the time required to complete the initialization run can be shortened.
以上により、初期化走行の処理が終了する。The initialization process is now complete.
<本走行の処理又は動作>
続いて、車両2は、本走行用のルートのデータ(図7)を用いて、以下に示すような本走行の処理又は動作を行う(図8)。なお、上述のように、車両2が障害物を検知した場合には、障害物を回避し、再ルートを構成してもよい。
<Processing or operation during actual running>
Next, vehicle 2 uses the route data for the actual drive (Figure 7) to perform the following processing or operations for the actual drive (Figure 8). As mentioned above, if vehicle 2 detects an obstacle, it may avoid the obstacle and configure a new route.
S21:車両2の走行に伴い、撮影部20は、準周期タイル8のパターンを撮影して得た画像に関するデータを画像データ記憶部22に記憶する。これにより、車両2は、車両2の走行に伴う画像上の3種類のタイルが構成するパターンの変化の状況を時系列に記憶することができる。S21: As vehicle 2 moves, the imaging unit 20 captures images of the patterns of the quasi-periodic tiles 8 and stores the data related to the images in the image data storage unit 22. This allows vehicle 2 to store, in chronological order, the changes in the patterns composed of the three types of tiles on the image as vehicle 2 moves.
S22:自己位置推定部33は、画像データ記憶部22から読み出した画像に関するデータからパターンを抽出する。S22: The self-position estimation unit 33 extracts a pattern from the image data read from the image data storage unit 22.
S23:自己位置推定部33は、抽出したパターンと、マップデータ記憶部23に記憶されているマップのパターンとを比較(又は照合)することにより、車両2の自己位置(絶対位置)及び進行方向を推定する。S23: The self-position estimation unit 33 estimates the vehicle 2's own position (absolute position) and direction of travel by comparing (or matching) the extracted pattern with the map pattern stored in the map data storage unit 23.
S24:制御部35は、車両2の自己位置及び進行方向と、ルートデータ記憶部21に記憶されているルートデータを比較して制御信号を生成し、この制御信号を走行装置6に出力する。なお、本走行中においても、自己位置推定部33は、随時、推定した自己位置及び方位から、ジャイロセンサ26、加速度センサ27、及びオドメトリ28の各パラメータのキャリブレーションを行ってもよい。S24: The control unit 35 compares the vehicle's own position and direction of travel with the route data stored in the route data storage unit 21 to generate a control signal and outputs this control signal to the driving device 6. Even during this driving, the self-position estimation unit 33 may, at any time, perform calibration of the parameters of the gyro sensor 26, acceleration sensor 27, and odometry 28 based on the estimated self-position and orientation.
S25:自己位置推定部33は、本走行用のルートデータに基づき、終点に到着したかを判断する。終点に到着していない場合には、上記S21の処理に戻る。一方、終点に到着した場合には、本走行の処理が終了する。S25: The self-position estimation unit 33 determines whether the destination has been reached based on the route data for this journey. If the destination has not been reached, the process returns to S21. On the other hand, if the destination has been reached, the process for this journey ends.
以上により、本走行の処理が終了する。This completes the process for this run.
なお、初期化走行は本走行の前に必ずしも実施する必要はない。本走行後に車両2を準周期タイル8上の任意の駐車位置に停車し、車両2の位置と向きのデータを記憶しておけば、起動時に初期化走行を実施することなく、直ちに本走行の始点へ移動し、本走行を開始することができる。Furthermore, it is not necessarily required to perform the initialization run before the main run. After the main run, if vehicle 2 is parked at any parking position on the quasi-periodic tile 8 and the position and orientation data of vehicle 2 is stored, the system can immediately move to the starting point of the main run and begin the main run without performing the initialization run at startup.
上述のごとく、本実施形態の車両2は、画像データから単純な形状のタイルの組み合わせパターンを抽出し、記憶された準周期タイル8のデータとパターンマッチングさせ、タイルの位置から絶対座標を取得することにより、処理負荷を抑制しつつ高精度に自己位置を推定することができる。この際、車両2は、任意の方向への移動においても相対変位、すなわち移動方位と移動距離をタイル形状により高精度にトレースすることができるため、自己位置及び進行方向を継続的に推定し、ルートデータを参照して制御することにより、仮想的な経路に沿った正確な走行を行うことができる。また、障害物を回避するルートをリアルタイムに構築し、正確に回避することができる。As described above, the vehicle 2 of this embodiment can estimate its own position with high accuracy while suppressing processing load by extracting a combination pattern of simple-shaped tiles from image data, pattern matching it with the stored quasi-periodic tile 8 data, and obtaining absolute coordinates from the tile positions. In this case, the vehicle 2 can trace the relative displacement, i.e., the direction of movement and distance of movement, with high accuracy using the tile shape even when moving in any direction. Therefore, it can continuously estimate its own position and direction of travel, and by controlling it by referring to route data, it can drive accurately along a virtual path. Furthermore, it can construct a route to avoid obstacles in real time and avoid them accurately.
なお、準周期タイル8は局所的には2次元の回転対称性を有する。例えば、図9に示すように、準周期タイル8では、破線内の部分が12回対称性を有するため、回転対称の中心から放射線方向の近傍の領域が車両2の移動ルートに含まれる場合は、方位のアンビギュイティを考慮する必要がある。このアンビギュイティはジャイロセンサ26による方位データを併用すれば解決することができる。Furthermore, the quasi-periodic tile 8 has local two-dimensional rotational symmetry. For example, as shown in Figure 9, the portion within the dashed line of the quasi-periodic tile 8 has 12-fold symmetry. Therefore, if the region near the center of rotational symmetry in the radial direction is included in the vehicle 2's travel route, directional ambiguity must be considered. This ambiguity can be resolved by using directional data from the gyro sensor 26 in conjunction with the quasi-periodic tile 8.
〔本実施形態の適用例〕
本実施形態のように、車両2が準周期タイル8を読み取りながら移動する方式は、屋外環境で使用された場合、高架下等のGNSS(Global Navigation Satellite Systems: 航法衛星システム)信号の受信できないエリアにおける複合測位に使用可能であり、又はアーバン・キャニオン受信環境における絶対位置の推定に使用可能である。具体的にはGNSS信号の受信が困難なエリアにおいて、撮影部20、LiDAR、Radar等の相対測位手段をGNSS測位にフュージョンした複合測位を行う場合に、相対測位手段の累積誤差を解消するために道路の一部(例えば交差点など)に準周期タイル8の模様を構築し、自動車場合の車両2の通過時に、撮影部20で準周期タイル8のタイル模様を撮像して、車両2の絶対位置を推定するといった利用形態が考えられる。
[Examples of application of this embodiment]
As in this embodiment, the method in which the vehicle 2 moves while reading the quasi-periodic tiles 8 can be used for composite positioning in areas where GNSS (Global Navigation Satellite Systems) signals cannot be received, such as under elevated structures, when used in an outdoor environment, or for estimating the absolute position in an urban canyon reception environment. Specifically, in areas where it is difficult to receive GNSS signals, when performing composite positioning by fusing relative positioning means such as the imaging unit 20, LiDAR, and Radar with GNSS positioning, a pattern of quasi-periodic tiles 8 can be constructed on a part of the road (for example, an intersection) to eliminate the cumulative error of the relative positioning means. In the case of an automobile, when the vehicle 2 passes by, the imaging unit 20 can capture an image of the tile pattern of the quasi-periodic tiles 8 to estimate the absolute position of the vehicle 2.
〔実施形態の効果〕
以上説明したように、本実施形態によれば、車両2の走行経路中に歩行者や移動車両、扉の開閉など多種多様な周辺環境の変化がある場合であっても、車両2が床面の準周期タイル8のパターンを読み取りながら移動することで、処理負荷を抑制しながら、高い精度で自己位置を推定すると共に、目的地までの自律走行が可能である。
[Effects of the Embodiment]
As described above, according to this embodiment, even when there are various changes in the surrounding environment such as pedestrians, moving vehicles, and the opening and closing of doors along the vehicle 2's travel path, the vehicle 2 can estimate its own position with high accuracy while suppressing the processing load, and autonomous driving to the destination is possible by reading the pattern of the quasi-periodic tiles 8 on the floor surface as it moves.
また、本実施形態によれば、誘導体を使用せずにフレキシブルなルート設定で車両2の運行が可能となる。そのため、車両2の自律走行において、一時的に障害物を回避した際にも任意の位置から速やかに経路に復帰することができる。Furthermore, according to this embodiment, the vehicle 2 can be operated with flexible route setting without using a derivative. Therefore, even when the vehicle 2 temporarily avoids an obstacle during autonomous driving, it can quickly return to the route from any position.
更に、本実施形態のように、車両2が準周期タイル8を読み取りながら移動する方式では、Visual SLAM方式とは異なり車両2が走行する環境全体を認識するための明るさは必要とせず、車両2の近傍の床面のパターンを識別できる程度の局所的な明るさがあれば十分である。また、SLAM方式とは異なり、周辺環境の変化の影響を受けないため、他の無人走行車や作業者の位置の変動により処理及び動作の影響を受けない。また、特徴点が少ない、広大な床面積を有する屋内環境又は屋外環境においても適用することができる。更に、車両2が走行する床面に設置した物体(荷物等)を随時移動したり、動的に床面のレイアウトの変更を行ったりすることができる。Furthermore, in this embodiment, where the vehicle 2 moves while reading the quasi-periodic tiles 8, unlike the Visual SLAM method, brightness is not required to recognize the entire environment in which the vehicle 2 travels; local brightness sufficient to identify the floor pattern near the vehicle 2 is sufficient. Also, unlike the SLAM method, it is not affected by changes in the surrounding environment, and therefore processing and operation are not affected by changes in the positions of other unmanned vehicles or workers. Moreover, it can be applied to indoor or outdoor environments with large floor areas and few feature points. Furthermore, objects (such as luggage) placed on the floor surface in which the vehicle 2 travels can be moved at any time, and the floor layout can be dynamically changed.
〔補足〕
以上、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、例えば以下に示すように、種々の変更及び応用が可能である。
〔supplement〕
As described above, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and applications are possible, for example, as shown below.
(1)情報処理装置5は、コンピュータとプログラムによって実現できるが、このプログラムを(非一時的)記録媒体に記録することも、インターネット等の通信ネットワークを介して提供することも可能である。(1) The information processing device 5 can be implemented using a computer and a program, but this program can also be recorded on a (non-temporary) recording medium or provided via a communication network such as the Internet.
(2)CPU101(マイクロプロセッサ)は、単一だけでなく、複数であってもよい。(2) The CPU 101 (microprocessor) may be a single unit or multiple units.
(3)上記実施形態の車両2は、自律移動可能な自律移動体の一例である。自律移動体には、船舶、航空機、水中航行体(例えば、プール内のひび割れを検知する移動体)も含まれる。自律走行制御装置3も、同様に自律移動制御装置の一例である。すなわち、本明細書において、「走行」の文言は「移動」に置き換えることができる。また、走行装置6は、タイヤではなく、ジェットエンジン又はプロペラ等によって移動してもよい。(3) The vehicle 2 of the above embodiment is an example of an autonomous mobile body capable of autonomous movement. Autonomous mobile bodies also include ships, aircraft, and underwater vehicles (for example, a mobile body that detects cracks in a swimming pool). The autonomous driving control device 3 is similarly an example of an autonomous mobile control device. That is, in this specification, the word "driving" can be replaced with "moving". In addition, the driving device 6 may be moved by a jet engine or propeller, etc., instead of tires.
1 自律走行システム(自律移動システムの一例)
2 自律走行車両(自律移動体の一例)
3 自律走行制御装置(自律移動制御装置の一例)
5 情報処理装置
6 走行装置(移動装置の一例)
8 準周期タイル
20 撮影部
21 ルートデータ記憶部
22 画像データ記憶部
23 マップデータ記憶部
26 ジャイロセンサ
27 加速度センサ
28 オドメトリ
31 ルートデータ設定部
33 自己位置推定部
35 制御部
1. Autonomous driving system (an example of an autonomous mobility system)
2. Autonomous vehicles (an example of an autonomous mobile device)
3. Autonomous Driving Control System (An example of an autonomous mobility control system)
5. Information processing device 6. Traveling device (an example of a mobile device)
8 Quasi-periodic tile 20 Imaging unit 21 Route data storage unit 22 Image data storage unit 23 Map data storage unit 26 Gyro sensor 27 Acceleration sensor 28 Odometry 31 Route data setting unit 33 Self-position estimation unit 35 Control unit
Claims (7)
複数種類のタイル形状によって構成された準周期タイルが撮影されることで得られた画像に関するデータと、前記準周期タイルに対応した座標系を有するマップデータとをパターンマッチングすることにより、前記準周期タイルにおける前記自律移動体の自己位置及び進行方向を推定する自己位置推定部と、
前記自己位置推定部によって推定された前記自己位置及び前記進行方向、並びに予め設定されている前記自律移動体の移動ルートに基づいて、前記自律移動体の移動の制御を行う制御部と、
前記自律移動体の角度、角速度又は角加速度を検出するジャイロセンサ、及び前記自律移動体の加速度を計測する加速度センサと、
を有し、
前記自己位置推定部は、推定した前記自己位置及び前記進行方向に基づいて、前記ジャイロセンサ及び前記加速度センサの各パラメータをキャリブレーションする、自律移動制御装置。 An autonomous mobile control device that controls the movement of an autonomous mobile body capable of moving autonomously,
A self-position estimation unit estimates the self-position and direction of movement of the autonomous mobile body on the quasi-periodic tiles by pattern matching data related to an image obtained by photographing quasi-periodic tiles composed of multiple types of tile shapes with map data having a coordinate system corresponding to the quasi-periodic tiles.
A control unit controls the movement of the autonomous mobile body based on the self-position and direction of travel estimated by the self-position estimation unit, and the predetermined movement route of the autonomous mobile body.
A gyro sensor for detecting the angle, angular velocity, or angular acceleration of the autonomous mobile body, and an acceleration sensor for measuring the acceleration of the autonomous mobile body,
It has,
The self-position estimation unit is an autonomous mobile control device that calibrates the parameters of the gyro sensor and the accelerometer based on the estimated self-position and direction of travel .
前記自律移動制御装置は、前記車輪の回転数から、移動距離、速度、回転角度を求めるオドメトリを有し、
前記自己位置推定部は、推定した前記自己位置及び前記進行方向に基づいて、前記オドメトリのパラメータをキャリブレーションする、請求項1に記載の自律移動制御装置。 The autonomous mobile entity is an autonomous vehicle having wheels,
The autonomous mobile control device has an odometry function that determines the distance traveled, speed, and rotation angle from the rotation speed of the wheels.
The autonomous mobile control device according to claim 1 , wherein the self-position estimation unit calibrates the odometry parameters based on the estimated self-position and direction of travel.
前記準周期タイルと、
を有する自律移動システム。 The autonomous mobile body equipped with the autonomous mobile control device according to any one of claims 1 to 4 ,
The aforementioned quasi-periodic tile and,
An autonomous mobile system having
前記自律移動制御装置は、
複数種類のタイル形状によって構成された準周期タイルが撮影されることで得られた画像に関するデータと、前記準周期タイルに対応した座標系を有するマップデータとをパターンマッチングすることにより、前記準周期タイルにおける前記自律移動体の自己位置及び進行方向を推定する自己位置推定処理と、
前記自己位置推定処理によって推定された前記自己位置及び前記進行方向、並びに予め設定されている前記自律移動体の移動ルートに基づいて、前記自律移動体の移動の制御を行う制御処理と、
ジャイロセンサにより、前記自律移動体の角度、角速度又は角加速度を検出し、加速度センサにより、前記自律移動体の加速度を計測する処理と、
を実行し、
前記自己位置推定処理は、推定した前記自己位置及び前記進行方向に基づいて、前記ジャイロセンサ及び前記加速度センサの各パラメータをキャリブレーションする、自律移動制御方法。 An autonomous movement control method performed by an autonomous movement control device that controls the movement of an autonomously moving autonomous mobile body,
The autonomous mobile control device is
A self-position estimation process is performed to estimate the self-position and direction of movement of the autonomous mobile body on the quasi-periodic tiles by pattern matching data related to an image obtained by photographing quasi-periodic tiles composed of multiple types of tile shapes with map data having a coordinate system corresponding to the quasi-periodic tiles.
A control process that controls the movement of the autonomous mobile body based on the self-position and direction of travel estimated by the self-position estimation process, and the predetermined movement route of the autonomous mobile body,
The process involves detecting the angle, angular velocity, or angular acceleration of the autonomous mobile object using a gyro sensor, and measuring the acceleration of the autonomous mobile object using an acceleration sensor.
Execute,
The self-position estimation process is an autonomous movement control method that calibrates the parameters of the gyro sensor and the acceleration sensor based on the estimated self-position and direction of travel .
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