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公開番号2021056764
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019179230
出願日20190930
発明の名称移動体
出願人日本電産株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G05D 1/02 20200101AFI20210312BHJP(制御;調整)
要約【課題】環境の変化が生じた場合であっても、コストを抑えつつ、位置推定の精度を維持する技術を提供する。
【解決手段】移動体(101)は、移動体を移動させる駆動装置(109)と、周囲の空間を繰り返しスキャンしてスキャンごとにセンサデータを出力する外界センサ(103)と、センサデータと地図データとを照合して、照合結果に基づき移動体の位置および姿勢を示す位置情報を順次出力する位置推定装置(105)と、位置推定装置から出力された位置情報を参照しながら駆動装置を制御して、移動体を移動させるコントローラ(107)とを有する。位置推定装置は、所定の検出条件に合致するセンサデータに基づいて、検出したランドマークの数を判定し、ランドマークの数が有効数未満の場合にはセンサデータと環境地図データとを照合し、有効数以上の場合にはセンサデータとランドマーク地図データとを照合して、位置情報を出力する。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項1】
自律的に移動することが可能な移動体であって、
前記移動体を移動させる駆動装置と、
周囲の空間を繰り返しスキャンしてスキャンごとにセンサデータを出力する外界センサと、
環境地図およびランドマーク地図の各データを予め記憶した記憶装置と、
前記センサデータと前記環境地図のデータとを照合して、照合結果に基づき前記移動体の位置および姿勢を示す位置情報を順次出力する位置推定装置と、
前記位置推定装置から出力された前記位置情報を参照しながら、前記駆動装置を制御して前記移動体を移動させるコントローラと
を備え、
前記環境地図は、前記移動体が移動する空間に関する地図であり、
前記ランドマーク地図は、前記空間内に設置された複数のランドマークであって、前記外界センサを用いたとき各々が所定の検出条件を満たす複数のランドマークの各位置を示す地図であり、
前記位置推定装置は、
前記所定の検出条件に合致するセンサデータに基づいて、前記スキャンを行った範囲内に設置されたランドマークの数を判定し、
前記ランドマークの数が予め定められた有効数未満の場合には、前記センサデータと前記環境地図のデータとを照合して前記位置情報を出力し、
前記ランドマークの数が予め定められた有効数以上の場合には、前記センサデータと前記ランドマーク地図のデータとを照合して前記位置情報を出力する、
移動体。
続きを表示(約 2,600 文字)【請求項2】
前記位置推定装置は、
前記所定の検出条件に合致するセンサデータに基づいて少なくとも1つのランドマークを検出し、
検出した前記少なくとも1つのランドマークの位置が前記ランドマーク地図に含まれていない場合には、前記少なくとも1つのランドマークの位置を前記ランドマーク地図に追加する、請求項1に記載の移動体。
【請求項3】
前記外界センサはレーザレンジファインダである、請求項1または2に記載の移動体。
【請求項4】
前記位置推定装置は、前記レーザレンジファインダが取得した反射光の強度が予め定められた閾値より大きい場合に、前記センサデータが前記所定の検出条件に合致すると判定する、請求項3に記載の移動体。
【請求項5】
前記位置推定装置は、
反射点までの距離と前記距離における反射光の閾値強度との関係を示す閾値強度関数または閾値強度テーブルを予め保持しており、
前記レーザレンジファインダが取得した前記センサデータから、反射光の強度および反射点までの距離を算出し、
算出した前記距離に基づいて前記閾値強度関数または閾値強度テーブルから前記閾値強度を取得し、
算出した前記反射光の強度が前記閾値強度より大きい場合に、前記センサデータが前記所定の検出条件に合致すると判定する、請求項3に記載の移動体。
【請求項6】
前記位置推定装置は、
反射点までの距離と前記距離における反射光の閾値強度との関係を示す閾値強度関数または閾値強度テーブル、および、反射点までの距離と前記距離において検出される反射点の閾値個数との関係を示す閾値個数関数または閾値個数テーブルを予め保持しており、
前記レーザレンジファインダが取得した前記センサデータから、反射光の強度および反射点までの距離を算出し、
算出した前記距離に基づいて前記閾値強度関数または閾値強度テーブルから前記閾値強度を取得し、
算出した前記距離に基づいて前記閾値個数関数または閾値個数テーブルから前記閾値個数を取得し、
算出した前記反射光の強度が前記閾値強度より大きいセンサデータの個数が、前記閾値個数より多い場合に、前記センサデータが前記所定の検出条件に合致すると判定する、請求項3に記載の移動体。
【請求項7】
前記閾値強度関数または前記閾値強度テーブルは、反射点までの距離が近いほど前記閾値強度が大きい関係を示している、請求項5または6に記載の移動体。
【請求項8】
前記閾値個数関数または前記閾値個数テーブルは、反射点までの距離が近いほど前記閾値個数が多い関係を示している、請求項6に記載の移動体。
【請求項9】
前記レーザレンジファインダは、1回のスキャンの間に、所定の角度範囲内を所定の角度ピッチでレーザ光の出射方向を次々と変化させながら各出射方向からの反射光を取得し、
前記所定の検出条件に合致するセンサデータが、前記レーザ光の第n番目(n:1以上の整数)の出射方向からの第n反射光、および、前記所定の角度ピッチだけずれた前記レーザ光の第(n+1)番目の出射方向からの第(n+1)反射光に基づいてそれぞれ取得されるセンサデータを含むとき、
前記位置推定装置は、第n反射光を利用して算出される第1距離と、第(n+1)反射光を利用して算出される第2距離との差が所定の範囲内であるか否かに基づいて、同一のランドマークか否かを判定し、前記ランドマークの数を判定する、請求項1に記載の移動体。
【請求項10】
前記レーザレンジファインダは、1回のスキャンの間に、所定の角度範囲内を所定の角度ピッチでレーザ光の出射方向を次々と変化させながら各出射方向からの反射光を取得し、
前記所定の検出条件に合致するセンサデータが、出射された方向が前記所定の角度ピッチだけずれた2つのレーザ光の各反射光である第1反射光および第2反射光に基づいてそれぞれ取得されるセンサデータを含むとき、
前記位置推定装置は、
前記第1反射光を利用して算出される第1距離と、前記第2反射光を利用して算出される第2距離との差が所定の範囲内であるときは、同一のランドマークであると判定し、 前記差が前記所定の範囲を超えるときは異なるランドマークであると判定して、前記少なくとも1つのランドマークを検出する、請求項2に記載の移動体。
【請求項11】
自律的に移動することが可能な移動体であって、
前記移動体を移動させる駆動装置と、
周囲の空間を繰り返しスキャンしてスキャンごとにセンサデータを出力する外界センサと、
前記移動体が移動する空間に関する環境地図のデータを予め記憶した記憶装置と、
前記センサデータと前記環境地図のデータとを照合して、照合結果に基づき前記移動体の位置および姿勢を示す位置情報を順次出力する位置推定装置と、
前記位置推定装置から出力された前記位置情報を参照しながら、前記駆動装置を制御して前記移動体を移動させるコントローラと
を備え、
前記位置推定装置は、所定の検出条件に合致するセンサデータに基づいて、前記スキャンを行った範囲内に設置された少なくとも1つのランドマークを検出し、前記少なくとも1つのランドマークの位置を示すランドマーク地図を生成し、前記ランドマーク地図を前記記憶装置に記憶する、
移動体。
【請求項12】
前記記憶装置が、生成された前記ランドマーク地図を記憶した後において、
前記位置推定装置は、
前記所定の検出条件に合致するセンサデータに基づいて、前記スキャンを行った範囲内に設置されたランドマークの数を判定し、
前記ランドマークの数が予め定められた有効数未満の場合には、前記センサデータと前記環境地図のデータとを照合して前記位置情報を出力し、
前記ランドマークの数が予め定められた有効数以上の場合には、前記センサデータと前記ランドマーク地図のデータとを照合して前記位置情報を出力する、請求項11に記載の移動体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は移動体に関する。
続きを表示(約 6,300 文字)【背景技術】
【0002】
所定の経路に沿って自律的に空間を移動する自律移動ロボットが開発されている。自律移動ロボットは、レーザ距離センサ等の外界センサを用いて周囲の空間をセンシングし、センシング結果と、予め用意された地図とのマッチングを行い、自身の現在の位置および姿勢を推定(同定)する。自律移動ロボットは、自身の現在の位置および姿勢を制御しながら、当該経路に沿って移動することができる。自律移動ロボットの一例は無人搬送車である。
【0003】
特開2000−56828号公報では、環境中に反射板を多数設置し、レーザースキャナ―を使用して特定した反射板の位置をもとに、無人搬送車の現在位置を特定する技術が提案されている。より具体的には、特開2000−56828号公報では、反射板のような目印となる物体(ランドマーク)の位置情報のみが保存されたランドマーク地図が作成され、無人搬送車はランドマークを基準に自己位置を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2000−56828号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特開2000−56828号公報では、ランドマークのみを基準に位置推定を行うため、環境の変化による影響を受けにくいという利点がある。しかしながら、環境によっては反射板を多数設置する必要があり、コストが大きくなる。
【0006】
本願の、限定的ではない例示的な実施形態は、環境の変化が生じた場合であっても、コストを抑えつつ、位置推定の精度を維持する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の例示的な実施形態にかかる移動体は、自律的に移動することが可能な移動体であって、前記移動体を移動させる駆動装置と、周囲の空間を繰り返しスキャンしてスキャンごとにセンサデータを出力する外界センサと、環境地図およびランドマーク地図の各データを予め記憶した記憶装置と、前記センサデータと前記環境地図のデータとを照合して、照合結果に基づき前記移動体の位置および姿勢を示す位置情報を順次出力する位置推定装置と、前記位置推定装置から出力された前記位置情報を参照しながら、前記駆動装置を制御して前記移動体を移動させるコントローラとを備え、前記環境地図は、前記移動体が移動する空間に関する地図であり、前記ランドマーク地図は、前記空間内に設置された複数のランドマークであって、前記外界センサを用いたとき各々が所定の検出条件を満たす複数のランドマークの各位置を示す地図であり、前記位置推定装置は、前記所定の検出条件に合致するセンサデータに基づいて、前記スキャンを行った範囲内に設置されたランドマークの数を判定し、前記ランドマークの数が予め定められた有効数未満の場合には、前記センサデータと前記環境地図のデータとを照合して前記位置情報を出力し、前記ランドマークの数が予め定められた有効数以上の場合には、前記センサデータと前記ランドマーク地図のデータとを照合して前記位置情報を出力する。
【0008】
本開示の例示的な実施形態にかかる他の移動体は、自律的に移動することが可能な移動体であって、前記移動体を移動させる駆動装置と、周囲の空間を繰り返しスキャンしてスキャンごとにセンサデータを出力する外界センサと、前記移動体が移動する空間に関する環境地図のデータを予め記憶した記憶装置と、前記センサデータと前記環境地図のデータとを照合して、照合結果に基づき前記移動体の位置および姿勢を示す位置情報を順次出力する位置推定装置と、前記位置推定装置から出力された前記位置情報を参照しながら、前記駆動装置を制御して前記移動体を移動させるコントローラとを備え、前記位置推定装置は、所定の検出条件に合致するセンサデータに基づいて、前記スキャンを行った範囲内に設置された少なくとも1つのランドマークを検出し、前記少なくとも1つのランドマークの位置を示すランドマーク地図を生成し、前記ランドマーク地図を前記記憶装置に記憶する。
【発明の効果】
【0009】
本開示の実施形態によれば、移動体の位置推定装置は、所定の検出条件に合致するセンサデータに基づいて、スキャンを行った範囲内に設置されたランドマークの数を判定する。そして、ランドマークの数が予め定められた有効数未満の場合には、センサデータと環境地図のデータとを照合して位置情報を出力し、有効数以上の場合には、センサデータとランドマーク地図のデータとを照合して位置情報を出力する。環境変化が激しく環境地図による位置推定が困難な位置であっても、所定の有効数以上のランドマークを検出できた場合にはセンサデータとランドマーク地図のデータとを照合して位置情報を出力する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、本開示の例示的な実施形態における移動体の概略構成を示すブロック図である。
図2Aは、本開示の例示的な移動体101が行う第1の動作の概要を示すフローチャートである。
図2Bは、本開示の例示的な移動体101が行う第2の動作の概要を示すフローチャートである。
図3は、本開示による、各AGVの走行を制御する制御システムの概要を示す図である。
図4は、AGVが存在する移動空間Sの一例を示す図である。
図5Aは、接続される前のAGVおよび牽引台車を示す図である。
図5Bは、接続されたAGVおよび牽引台車を示す図である。
図6は、本実施形態にかかる例示的なAGVの外観図である。
図7Aは、AGVの第1のハードウェア構成例を示す図である。
図7Bは、AGVの第2のハードウェア構成例を示す図である。
図8Aは、移動しながら地図を生成するAGVを示す図である。
図8Bは、移動しながら地図を生成するAGVを示す図である。
図8Cは、移動しながら地図を生成するAGVを示す図である。
図8Dは、移動しながら地図を生成するAGVを示す図である。
図8Eは、移動しながら地図を生成するAGVを示す図である。
図9は、完成した地図の一部を模式的に示す図である。
図10は、運行管理装置のハードウェア構成例を示す図である。
図11は、運行管理装置によって決定されたAGVの移動経路の一例を模式的に示す図である。
図12Aは、ランドマークの物理的な構成例を示す図である。
図12Bは、ランドマークの物理的な構成例を示す図である。
図13は、ランドマーク60までの距離と当該距離からの反射光の強度との関係70を示す図である。
図14Aは、角度ピッチΔθを空けてレーザレンジファインダ15から放射された2つのレーザ光が同じランドマーク60で反射された様子を示す図である。
図14Bは、角度ピッチΔθを空けてレーザレンジファインダ15から放射された2つのレーザビームが異なるランドマーク60cおよび60dで反射された様子を示す図である。
図15Aは、AGV10によって検出された別個のランドマーク60aおよび60bの位置を示す図である。
図15Bは、ランドマーク60aおよび60bの検出によって生成されたランドマーク地図LM80を示す図である。
図16Aは、AGV10によってさらに検出された別個のランドマーク60cおよび60dの位置を示す図である。
図16Bは、ランドマーク60cおよび60dの検出によって更新されたランドマーク地図LM80を示す図である。
図17は、更新されて完成されたランドマーク地図LM80を示す図である。
図18は、AGV10が検出したランドマーク60a〜60eの位置を示す図である。
図19は、AGV10が検出したランドマーク60a〜60eの位置と、ランドマーク地図LM上のランドマーク80a〜80dを示す図である。
図20は、ランドマーク地図LM80に追加されたランドマーク80eを示す図である。
図21Aは、距離に応じて反射点数が変化することを模式的に示す図である。
図21Bは、距離に応じて反射点数が変化することを模式的に示す図である。
図22は、検出点数の理論値の算出方法を説明するための図である。
図23は、レーザレンジファインダ15とランドマーク60の距離と、検出点数との関係を示すグラフである。
図24は、ランドマーク検出のための閾値個数関数92を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
<用語>
本開示の実施形態を説明する前に、本明細書において使用する用語の定義を説明する。
【0012】
「無人搬送車」(AGV)とは、本体に人手または自動で荷物を積み込み、指示された場所まで自動走行し、人手または自動で荷卸しをする無軌道車両を意味する。「無人搬送車」は、無人牽引車および無人フォークリフトを含む。
【0013】
「無人」の用語は、車両の操舵に人を必要としないことを意味しており、無人搬送車が「人(たとえば荷物の積み下ろしを行う者)」を搬送することは除外しない。
【0014】
「無人牽引車」とは、人手または自動で荷物の積み込み荷卸しをする台車を牽引して、指示された場所まで自動走行する無軌道車両である。
【0015】
「無人フォークリフト」とは、荷物移載用のフォークなどを上下させるマストを備え、フォークなどに荷物を自動移載し指示された場所まで自動走行し、自動荷役作業をする無軌道車両である。
【0016】
「無軌道車両」とは、車輪と、車輪を回転させる電気モータまたはエンジンを備える移動体(vehicle)である。
【0017】
「移動体」とは、人または荷物を載せて移動する装置であり、移動のための駆動力(traction)を発生させる車輪、二足または多足歩行装置、プロペラなどの駆動装置を備える。本開示における「移動体」の用語は、狭義の無人搬送車のみならず、モバイルロボット、サービスロボット、およびドローンを含む。
【0018】
「自動走行」は、無人搬送車が通信によって接続されるコンピュータの運行管理システムの指令に基づく走行と、無人搬送車が備える制御装置による自律的走行とを含む。自律的走行には、無人搬送車が所定の経路に沿って目的地に向かう走行のみならず、追尾目標に追従する走行も含まれる。また、無人搬送車は、一時的に作業者の指示に基づくマニュアル走行を行ってもよい。「自動走行」は、一般には「ガイド式」の走行および「ガイドレス式」の走行の両方を含むが、本開示では「ガイドレス式」の走行を意味する。
【0019】
「ガイド式」とは、誘導体を連続的または断続的に設置し、誘導体を利用して無人搬送車を誘導する方式である。
【0020】
「ガイドレス式」とは、誘導体を設置せずに誘導する方式である。本開示の実施形態における無人搬送車は、自己位置推定装置を備え、ガイドレス式で走行することができる。
【0021】
「自己位置推定装置」は、レーザレンジファインダなどの外界センサによって取得されたセンサデータに基づいて環境地図上における自己位置を推定する装置である。
【0022】
「外界センサ」は、移動体の外部の状態をセンシングするセンサである。外界センサには、たとえば、レーザレンジファインダ(測域センサともいう)、カメラ(またはイメージセンサ)、LIDAR(Light Detection and Ranging)、ミリ波レーダ、および磁気センサがある。
【0023】
「内界センサ」は、移動体の内部の状態をセンシングするセンサである。内界センサには、たとえばロータリエンコーダ(以下、単に「エンコーダ」と称することがある)、加速度センサ、および角加速度センサ(たとえばジャイロセンサ)がある。
【0024】
「SLAM(スラム)」とは、Simultaneous Localization and Mappingの略語であり、自己位置推定と環境地図作成を同時に行うことを意味する。
【0025】
「ランドマーク」とは、空間内に設置された目印となる目標物である。ランドマークの位置は既知である。例えばランドマークとして、予め決定された位置に設置された、再帰性反射材を貼り付けたポール、壁等を利用することができる。再帰性反射材は、外界センサを用いたときの反射強度等に関する所定の検出条件を満たす。再帰性反射材が設けられていない壁、障害物等からの反射強度と比較すると、再帰性反射材において反射された光の反射強度は非常に大きい。
【0026】
<例示的な実施形態>
以下、添付の図面を参照しながら、本開示による移動体および移動体システムの一例を説明する。なお、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。たとえば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。本発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供する。これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【0027】
本開示において説明する移動体は、地図データを利用して自律的に移動することが可能であり、かつ、当該地図データを更新することが可能である。そのような移動体の例は、無人搬送車(例えば後述の図6)である。
【0028】
図1は、本開示の例示的な実施形態における移動体の概略構成を示すブロック図である。移動体101は、外界センサ103と、位置推定装置105と、コントローラ107と、駆動装置109と、記憶装置111とを備えている。なお、ある実施形態では位置推定装置105およびコントローラ107は、それぞれ別個の半導体集積回路チップであるが、他の実施形態では、位置推定装置105およびコントローラ107は1つの半導体集積回路チップであり得る。
【0029】
駆動装置109は、移動体101を移動させる機構を備えている。駆動装置109は、例えば少なくとも1台の駆動用電気モータ(以下、単に「モータ」と称する)、および、当該モータを制御するモータ制御回路を備え得る。
【0030】
外界センサ103は、例えばレーザレンジファインダ、LIDARなどの、外部環境をセンシングするセンサである。外界センサ103は、所定の角度範囲内の周囲の空間を所定の角度ピッチで繰り返しスキャンしてスキャンごとにセンサデータを出力する。
(【0031】以降は省略されています)

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