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公開番号2023038937
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-03-17
出願番号2022141503
出願日2022-09-06
発明の名称構造体、設置物および自己位置推定システム
出願人大成建設株式会社
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類G05D 1/02 20200101AFI20230309BHJP(制御;調整)
要約【課題】単調な空間において移動体の自己位置を精度よく推定できる構造体、設置物および自己位置推定システムを提供する。
【解決手段】周囲に存在する物体にレーザ光を照射しながら移動する移動体3が通行する通路21を備える構造体としての建物2であって、通路21は、壁面の色が単一である単一色区間Eを有し、単一色区間Eには、壁面23のテクスチャを変更することで反射強度を他の領域とは異ならせた反射強度変更部23bが設けられている。前記テクスチャの変更は、表面仕上げの変更、素材の変更、ならびに、前記表面仕上げおよび前記素材の変更の何れかによって実現されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
周囲に存在する物体にレーザ光を照射しながら移動する移動体が通行する通路を備える構造体であって、
前記通路は、壁面の色が単一である単一色区間を有し、
前記単一色区間には、壁面のテクスチャを変更することで反射強度を他の領域とは異ならせた反射強度変更部が設けられている、
ことを特徴とする構造体。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
周囲に存在する物体にレーザ光を照射しながら移動する移動体が通行する通路を備える構造体であって、
前記通路は、面の色が単一である単一色区間を有し、
前記単一色区間には、面のテクスチャを変更することで反射強度を他の領域とは異ならせた反射強度変更部が設けられている、
ことを特徴とする構造体。
【請求項３】
前記テクスチャの変更は、表面仕上げの変更、素材の変更、ならびに、前記表面仕上げおよび前記素材の変更の何れかによって実現されている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記反射強度変更部は、曲面または複数の平面を有する立体形状部の表面に設けられている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造体。
【請求項５】
周囲に存在する物体にレーザ光を照射しながら移動する移動体が通行する通路に関する設置物であって、
前記設置物は、色が単一である単一色区間を有し、
前記単一色区間には、テクスチャを変更することで反射強度を他の領域とは異ならせた反射強度変更部が設けられている、
ことを特徴とする設置物。
【請求項６】
前記反射強度変更部は、曲面または複数の平面を有する立体形状部の表面に設けられている、ことを特徴とする請求項５に記載の設置物。
【請求項７】
請求項１もしくは請求項２に記載の構造体、または、請求項５もしくは請求項６に記載の設置物を用いた前記移動体の自己位置推定システムであって、
前記移動体は、
周囲に存在する物体にレーザ光を照射し、その反射光を受光することで反射強度を検出する検出部と、
前記反射強度変更部の反射強度に関する反射強度情報および前記反射強度変更部が設けられた位置に関する変更部位置情報を有した記憶部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記反射強度と前記記憶部に記憶される前記反射強度情報との関係に基づいて前記反射強度変更部を特定し、特定した前記反射強度変更部と前記記憶部に記憶される前記変更部位置情報とから自己の位置を推定する、
ことを特徴とする自己位置推定システム。
【請求項８】
請求項３に記載の構造体を用いた前記移動体の自己位置推定システムであって、
前記移動体は、
周囲に存在する物体にレーザ光を照射し、その反射光を受光することで反射強度を検出する検出部と、
前記反射強度変更部の反射強度に関する反射強度情報および前記反射強度変更部が設けられた位置に関する変更部位置情報を有した記憶部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記反射強度と前記記憶部に記憶される前記反射強度情報との関係に基づいて前記反射強度変更部を特定し、特定した前記反射強度変更部と前記記憶部に記憶される前記変更部位置情報とから自己の位置を推定する、
ことを特徴とする自己位置推定システム。
【請求項９】
請求項４に記載の構造体を用いた前記移動体の自己位置推定システムであって、
前記移動体は、
周囲に存在する物体にレーザ光を照射し、その反射光を受光することで反射強度を検出する検出部と、
前記反射強度変更部の反射強度に関する反射強度情報および前記反射強度変更部が設けられた位置に関する変更部位置情報を有した記憶部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記反射強度と前記記憶部に記憶される前記反射強度情報との関係に基づいて前記反射強度変更部を特定し、特定した前記反射強度変更部と前記記憶部に記憶される前記変更部位置情報とから自己の位置を推定する、
ことを特徴とする自己位置推定システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体、設置物および自己位置推定システムに関する。
続きを表示（約 6,400 文字）【背景技術】
【０００２】
自己位置を推定しながら移動する移動体（例えば、ロボットや車両）の自律移動システムが知られている。この自律移動システムでは、全球測位衛星システム（GNSS：Global Navigation Satellite System）による電波が届かない環境において、LiDAR(Light Detection and Ranging)という光センサ技術を用いて自己位置推定を行う場合がある。この光センサ技術を用いた方式では、移動体がレーザ光を照射して物体との距離を測定することで周辺環境形態（周辺物体の形状データ）を作成し、内部に保持する予め作成された地図データと移動時に得られた周辺物体の形状データとをマッチングさせる（例えば、特許文献１参照）。
また、形状以外の識別子を建物内に設けることも提案されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載される技術は、物体の表面の色の違い（実験データでは黒色と白色が例示されている）によって表れる反射強度の差を利用して物体を認識するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第ＷＯ２０１３－０７６８２９号
【非特許文献】
【０００４】
原祥尭、他、「測域センサの反射強度データを用いたスキャンマッチングによる移動ロボットの自己位置推定」、ロボティクス・メカトロニクス講演会講演梗概集、一般社団法人日本機械学会、2006年、2P1-C29
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
移動体が単調な空間（例えば、一様な壁面で構成される長廊下、トンネルなど）を移動する場合、周辺環境に変化が少ないので、周辺物体の形状データと地図データとをマッチングすることによる位置の推定が難しいという問題があった。
また、物体の表面の色を変更した場合、室内空間の美観を損ねるという問題があった。その為、意匠上の観点から、物体の表面の色を変更することが難しい場合があった。
なお、二次元や三次元のコード、電磁誘導線、磁気マーカ等を空間内に設置し、移動体でこれらの情報（またはこれらから発せられる情報）を取得することも考えられる。しかしながら、LiDAR以外のセンサが追加で必要になるのでコストがそれだけ増えてしまい、また、連動させるセンサ数が増加することで故障のリスクが高まることになる。また、建物内における移動体の自律移動を想定した場合、二次元や三次元のコード、電磁誘導線、磁気マーカ等を建物内に設けることで、室内空間の美観を損ねる可能性がある。
このような観点から、本発明は、単調な空間において移動体の自己位置を精度よく推定できる構造体、設置物および自己位置推定システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る構造体は、周囲に存在する物体にレーザ光を照射しながら移動する移動体が通行する通路を備える。この構造体の前記通路は、壁面の色が単一である単一色区間を有し、前記単一色区間には、壁面のテクスチャを変更することで反射強度を他の領域とは異ならせた反射強度変更部が設けられている。
また、本発明に係る構造体は、周囲に存在する物体にレーザ光を照射しながら移動する移動体が通行する通路を備える。この構造体の前記通路は、面の色が単一である単一色区間を有し、前記単一色区間には、面のテクスチャを変更することで反射強度を他の領域とは異ならせた反射強度変更部が設けられている。ここでの「面」は、壁面、路面、天井面など通路を構成する様々な面を含む概念である。
本発明に係る構造体では、移動体が壁面または面に反射したレーザ光を受け取ることで反射強度変更部を検出でき、位置を推定するための識別子として検出した反射強度変更部を利用できる。その結果、単調な空間において移動体の自己位置を精度よく推定できる。また、移動体の周囲に存在する人などの物体を検知するための既設センサ（レーザ光）を併用することで、センサの数を抑えることができるのでコストや故障のリスクが低く、反射強度変更部は人間が視認し難い（認識し難い）ので美観を損ねることもない。
前記テクスチャの変更は、例えば、表面仕上げの変更、素材の変更、ならびに、前記表面仕上げおよび前記素材の変更の何れかによって実現されている。
また、本発明に係る設置物は、周囲に存在する物体にレーザ光を照射しながら移動する移動体が通行する通路に関する設置物である。この設置物は、色が単一である単一色区間を有し、前記単一色区間には、テクスチャを変更することで反射強度を他の領域とは異ならせた反射強度変更部が設けられている。ここでの「設置物」は、車両用防護柵のように通路に付随して設置される物、標識や信号機などのように通行に関する情報を示す物、通行する領域を特定するための物、雨樋、配管パイプ、照明機器等の道路周辺の附属物など、様々な物を含む概念である。
本発明に係る設置物では、周囲に存在する物体に反射したレーザ光を移動体が受け取ることで反射強度変更部を検出でき、位置を推定するための識別子として検出した反射強度変更部を利用できる。その結果、単調な空間において移動体の自己位置を精度よく推定できる。また、移動体の周囲に存在する人などの物体を検知するための既設センサ（レーザ光）を併用することで、センサの数を抑えることができるのでコストや故障のリスクが低く、反射強度変更部は人間が視認し難い（認識し難い）ので美観を損ねることもない。また道路に設置される設置物に関しては、色が単一でない場合、道路上の通行に関する情報として異なる意味が生じてしまう可能性がある。色が単一であることで、道路に関連する法令で規定される規則に則りながら、位置を推定するための識別子として検出した反射強度変更部を利用できる。
前記反射強度変更部は、曲面または複数の平面を有する立体形状部の表面に設けられていてもよい。このようにすると、移動体は遠方からでも構造体や設置物との角度によらず、反射強度変更部を検出しやすくなるので、移動体の自己位置の推定を安定して行うことが可能である。
【０００７】
本発明に係る自己位置推定システムは、前述した単一色区間を備える構造体または設置物を用いた前記移動体の自己位置推定システムである。
前記移動体は、周囲に存在する物体にレーザ光を照射し、その反射光を受光することで反射強度を検出する検出部と、前記反射強度変更部の反射強度に関する反射強度情報および前記反射強度変更部が設けられた位置に関する変更部位置情報を有した記憶部と、制御部とを備える。
前記制御部は、前記反射強度と前記記憶部に記憶される前記反射強度情報との関係に基づいて前記反射強度変更部を特定し、特定した前記反射強度変更部と前記記憶部に記憶される前記変更部位置情報とから自己の位置を推定する。
本発明に係る自己位置推定システムでは、周囲に存在する物体で反射したレーザ光を移動体が受け取ることで反射強度変更部を検出でき、位置を推定するための識別子として検出した反射強度変更部を利用する。その為、単調な空間において移動体の自己位置を精度よく推定できる。また、移動体の周囲に存在する人などの物体を検知するための既設センサ（レーザ光）を併用することで、センサの数を抑えることができるのでコストや故障のリスクが低く、反射強度変更部は人間が視認し難い（認識し難い）ので美観を損ねることもない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周囲に存在する物体にレーザ光を照射しながら移動する移動体が、単調な空間において移動体の自己位置を精度よく推定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の第１実施形態に係る自己位置推定システムを含んだ自律移動システムの概略構成図である。
移動体が通行する通路を説明するための図であり、（ａ）は移動体が廊下を通行する場合のイメージ図であり、（ｂ）は移動体が室の壁面付近を通行する場合のイメージ図である。
基準壁面部と反射強度変更部との組合せの例示である。
本発明の第２実施形態に係る自己位置推定システムを含んだ自律移動システムの概略構成図である。
本発明の第２実施形態に係る自己位置推定システムにおける位置推定方法を説明するための概略図である。
本発明の第２実施形態に係る自己位置推定システムにおける位置推定方法を示すフローチャートの例示である。
本発明の第３実施形態に係る自己位置推定システムを含んだ自律移動システムの概略構成図である。
反射強度変更部をトンネル内に設置する場合のバリエーションを示す図であり、（ａ）,（ｂ）は壁面に反射強度変更部を設けた状態を示しており、（ｃ）は段差側面に反射強度変更部を設けた状態を示している。
トンネル内での基準壁面部と反射強度変更部との組合せの例示である。
「ケース１（塩化ビニル樹脂製シート）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）を説明するための図である。
「ケース１（塩化ビニル樹脂製シート）」の実験結果（レーザ光を照射した時の出力画面）を説明するための図である。
「ケース２（水性エマルジョンペイントの塗装）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）を説明するための図である。
「ケース２（水性エマルジョンペイントの塗装）」の実験結果（レーザ光を照射した時の出力画面）を説明するための図である。
「ケース３（ステンレス製板材）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）を説明するための図である。
「ケース３（ステンレス製板材）」の実験結果（レーザ光を照射した時の出力画面）を説明するための図である。
「ケース４（塩化ビニル系樹脂シート）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）を説明するための図である。
「ケース４（塩化ビニル系樹脂シート）」の実験結果（レーザ光を照射した時の出力画面）を説明するための図である。
「ケース５（アルミニウム製板材）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）を説明するための図である。
「ケース５（アルミニウム製板材）」の実験結果（レーザ光を照射した時の出力画面）を説明するための図である。
実験結果から推定される各素材の本目的への適用性をまとめた一覧表である。
図１０の「ケース１（塩化ビニル樹脂製シート）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）に対応する図であり、軸表記を追加する共にＸ軸を角度に揃えてある。
図１２の「ケース２（水性エマルジョンペイントの塗装）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）に対応する図であり、軸表記を追加する共にＸ軸を角度に揃えてある。
図１４の「ケース３（ステンレス製板材）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）に対応する図であり、軸表記を追加する共にＸ軸を角度に揃えてある。
図１６の「ケース４（塩化ビニル系樹脂シート）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）に対応する図であり、軸表記を追加する共にＸ軸を角度に揃えてある。
図１８の「ケース５（アルミニウム製板材）」の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）に対応する図であり、軸表記を追加する共にＸ軸を角度に揃えてある。
反射強度変更部と移動体の位置との位置関係を示したイメージ図であり、（ａ）は平板形状の部材の表面に反射強度変更部を設けた場合を示し、（ｂ）は円柱状の部材の表面に反射強度変更部を設けた場合を示している。
実験体を説明するための図であり、（ａ）は第１及び第２の実験体の概略平面図であり、（ｂ）は第３及び第４の実験体の概略平面図である。
第１及び第２の実験体における実験の状況を説明するための図であり、（ａ）は実験体が角度「０°」の状態を示し、（ｂ）は実験体が角度「３０°」の状態を示し、（ｃ）は実験体が角度「６０°」の状態を示している。
第３及び第４の実験体６０Ａ，６０Ｂにおける実験の状況を説明するための図であり、（ａ）は実験体が角度「０°」の状態を示し、（ｂ）は実験体が角度「３０°」の状態を示し、（ｃ）は実験体が角度「６０°」の状態を示している。
実験結果（レーザ光を照射した時の出力画面）を示す図であり、（ａ）は第１の実験体の「０°」の結果であり、（ｂ）は第１の実験体の「３０°」の結果であり、（ｃ）は第１の実験体の「６０°」の結果であり、（ｄ）は第２の実験体の「０°」の結果であり、（ｅ）は第２の実験体の「３０°」の結果であり、（ｆ）は第２の実験体の「６０°」の結果である。
実験結果（レーザ光を照射した時の出力画面）を示す図であり、（ａ）は第３の実験体の「０°」の結果であり、（ｂ）は第３の実験体の「３０°」の結果であり、（ｃ）は第３の実験体の「６０°」の結果であり、（ｄ）は第４の実験体の「０°」の結果であり、（ｅ）は第４の実験体の「３０°」の結果であり、（ｆ）は第４の実験体の「６０°」の結果である。
反射面に白色の塗料を塗布した実験体（第１の実験体、第３の実験体）の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）である。
反射面に黒色の塗料を塗布した実験体（第２の実験体、第４の実験体）の実験結果（レーザ光を照射した時の角度に対する反射強度）である。
実験結果から角度別「０°～７０°」の最大値でプロットしたグラフである。
図３４で反射強度が各角度で最大値（Max）となったときを「０」とし、最大値（Max）からの相対減衰量を求めたグラフである。
図３５で縦軸の値を正規化したグラフ（つまり、最大値（Max）を「１」としたときの減衰率を求めたグラフ）である。
第４実施形態に係る立体形状の反射強度変更部の一例を説明するための図であり、（ａ）は車両用防護柵に反射強度変更部を設けた場合のイメージ図であり、（ｂ）は複数の平面を有する支柱への適用を示しており、（ｃ）は曲面を有する支柱への適用を示しており、（ｄ）はバリエーションとして雨樋、配管パイプ、照明機器等の道路周辺の附属物への適用を示している。
実施形態の変形例を説明するための図であり、（ａ）は道路の路面に反射強度変更部を設けた場合のイメージ図であり、（ｂ）は反射強度変更部の設置方法の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
（【００１１】以降は省略されています）

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