JP2013222446A - Obstruction detection device and mobile body therewith - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate a migration length from a mobile body to an obstruction precisely.SOLUTION: An obstruction detection device comprises: road surface information storage means storing information of road surface in a movement area; interval measuring means measuring the road surface around a mobile body 10 and an interval to an obstruction; update means updating the information of the road surface stored in the road surface information storage means using the information about the road surface extracted from the measurement result provided by the interval measuring means; connecting means connecting a plurality of road surfaces stored in the road surface information storage means; obstruction identification means identifying the road surface on which the obstruction is provided and identifying the position of the obstruction on the road surface using the information about the obstruction extracted from the measurement result provided by the interval measuring means; and mapping means creating a two-dimensional map which stores the position of the obstruction by expanding the plurality of road surfaces to which the extracted obstructions are corresponded and which are connected to each other, to a two dimensional plane.

Description

本明細書に開示の技術は、移動体の周囲の障害物を検出する技術に関する。   The technique disclosed in this specification relates to a technique for detecting an obstacle around a moving body.

移動ロボット等の移動体を安全に移動させるために、移動体の周囲の障害物を検出する技術が開発されている。例えば、特許文献１には、レーザレンジファインダによって移動体の周囲の障害物を検出する技術が開示されている。特許文献１に開示の技術では、移動体が移動する移動領域の地図（環境地図）が設けられる。レーザレンジファインダによって障害物が検出されると、その障害物の位置を地図に記憶する。そして、障害物を回避するように移動経路を決定する。   In order to move a moving body such as a mobile robot safely, a technique for detecting an obstacle around the moving body has been developed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for detecting an obstacle around a moving body using a laser range finder. In the technique disclosed in Patent Document 1, a map (environment map) of a moving area where a moving body moves is provided. When an obstacle is detected by the laser range finder, the position of the obstacle is stored in a map. Then, the movement route is determined so as to avoid the obstacle.

特開２０１１−１１８５９１号公報JP 2011-118591 A

移動体と障害物との衝突を回避するためには、移動体から障害物までの距離を正確に計測する必要がある。特に、移動体が狭路を移動する場合等には、障害物との安全距離を長く設定できないため、移動体から障害物までの距離を正確に計測する必要がある。従来の技術では、移動体が平地を移動する際は、移動体から障害物までの距離が正確に計測できるものの、移動体が複数の傾斜面を移動する場合は、移動体から障害物までの距離を正確に計測できないときがある。例えば、図１０（ａ）に示すように、移動体１０が走路面（平面）１００から走路面（傾斜面）１０２に向かって移動する場合において、走路面１０２に障害物１０４があるときを考える。従来の技術では、障害物までの距離が２．９８ｍとされるが、移動体が障害物と接触するまでの実際の距離は２．８４ｍである。このため、従来の技術では、障害物までの距離を２．９８ｍとして移動経路を作成すると、移動体と障害物とが衝突する可能性等が生じる。   In order to avoid a collision between a moving body and an obstacle, it is necessary to accurately measure the distance from the moving body to the obstacle. In particular, when the moving body moves on a narrow road, the distance from the moving body to the obstacle needs to be accurately measured because the safe distance from the obstacle cannot be set long. In the conventional technology, when the moving body moves on a flat ground, the distance from the moving body to the obstacle can be accurately measured, but when the moving body moves on a plurality of inclined surfaces, the distance from the moving body to the obstacle can be measured. There are times when the distance cannot be measured accurately. For example, as shown in FIG. 10A, when the moving body 10 moves from the road surface (flat surface) 100 toward the road surface (inclined surface) 102, it is assumed that there is an obstacle 104 on the road surface 102. . In the conventional technique, the distance to the obstacle is 2.98 m, but the actual distance until the moving body comes into contact with the obstacle is 2.84 m. For this reason, in the conventional technology, when the moving path is created with the distance to the obstacle set to 2.98 m, there is a possibility that the moving body and the obstacle collide.

本明細書は、複数の傾斜面が連続する移動領域内を移動体が移動する場合であっても、移動体から障害物までの移動距離を正確に算出することができる技術を開示する。   The present specification discloses a technique capable of accurately calculating a moving distance from a moving body to an obstacle even when the moving body moves in a moving area where a plurality of inclined surfaces are continuous.

本明細書に開示する障害物検出装置は、移動体が移動する移動領域内の障害物を検出する。この障害物検出装置は、移動領域内の路面の情報を記憶する路面情報記憶手段と、移動体の周囲の路面及び障害物までの距離を計測する距離計測手段と、距離計測手段で得られた計測結果から抽出される路面に関する情報を用いて、路面情報記憶手段に記憶されている路面の情報を更新する更新手段と、路面情報記憶手段に記憶されている複数の路面を連結する連結手段と、距離計測手段で得られた計測結果から抽出される障害物に関する情報を用いて、当該障害物が対応する路面を特定すると共に、その路面における当該障害物の位置を特定する障害物特定手段と、抽出された障害物が対応付けられると共に連結された複数の路面を２次元平面に展開して障害物の位置を記憶する２次元地図を作成する地図作成手段を有する。   The obstacle detection device disclosed in the present specification detects an obstacle in a moving region where a moving body moves. This obstacle detection device is obtained by a road surface information storage unit that stores information on a road surface in a moving region, a distance measurement unit that measures a distance to a road surface and an obstacle around the moving body, and a distance measurement unit. Update means for updating information on the road surface stored in the road surface information storage means using information on the road surface extracted from the measurement results, and connection means for connecting a plurality of road surfaces stored in the road surface information storage means Using the information on the obstacle extracted from the measurement result obtained by the distance measuring means, identifying the road surface to which the obstacle corresponds, and the obstacle identifying means for specifying the position of the obstacle on the road surface; And a map creating means for creating a two-dimensional map in which a plurality of road surfaces associated with the extracted obstacles are linked and connected to each other and developed on a two-dimensional plane to store the positions of the obstacles.

上記の障害物検出装置では、移動体の周囲の複数の路面が連結（リンク）され、検出された障害物の路面上の位置が特定される。そして、連結（リンク）された複数の路面を２次元平面に展開し、障害物の位置を記憶する２次元地図を作成する。すなわち、移動体が存在する平面（基準平面）と連結している平面（第１連結平面）は、その基準平面と同一平面となるように基準平面に対して変換され、その第１連結平面と連結している平面（第２連結平面）は、第１連結平面と同一平面となるように第１連結平面に対して変換され、以下、同様に連結された全ての平面が変換される。これによって、障害物の位置を記憶した２次元地図が作成される。連結した複数の平面を２次元平面に展開して２次元地図を作成するため、移動体から障害物までの移動距離（移動体を障害物に衝突するまで移動させたときの移動体の移動距離）を正確に算出することができる。   In the above obstacle detection device, a plurality of road surfaces around the moving body are connected (linked), and the position of the detected obstacle on the road surface is specified. Then, a plurality of connected (linked) road surfaces are developed on a two-dimensional plane, and a two-dimensional map for storing the position of the obstacle is created. That is, the plane (first coupling plane) connected to the plane (reference plane) where the moving body exists is converted to the reference plane so as to be the same plane as the reference plane, and the first coupling plane The connecting plane (second connecting plane) is converted with respect to the first connecting plane so as to be the same plane as the first connecting plane, and thereafter all the connected planes are similarly converted. As a result, a two-dimensional map storing the position of the obstacle is created. Since the two or more connected planes are developed into a two-dimensional plane to create a two-dimensional map, the moving distance from the moving object to the obstacle (the moving distance of the moving object when the moving object is moved until it collides with the obstacle) ) Can be calculated accurately.

実施例に係る車両の構成を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the structure of the vehicle which concerns on an Example. 実施例に係る車両の制御系の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the control system of the vehicle which concerns on an Example. 制御装置で行われる２次元地図作成処理の手順を示すフローチャート（その１）。The flowchart which shows the procedure of the two-dimensional map creation process performed with a control apparatus (the 1). 制御装置で行われる２次元地図作成処理の手順を示すフローチャート（その２）。The flowchart (the 2) which shows the procedure of the two-dimensional map creation process performed with a control apparatus. 走路面（平面）ｉの座標系を模式的に示す図。The figure which shows typically the coordinate system of the road surface (plane) i. 走路面毎に障害物を検出する理由を説明するための図。The figure for demonstrating the reason for detecting an obstruction for every track surface. 走路面毎に空間を分割する処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process which divides | segments space for every track surface. 走路面（平面）へ障害物を射影する処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process which projects an obstruction on a runway surface (plane). 連結された複数の走路面（平面）を２次元化する処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process which two-dimensionalizes the several road surface (plane) connected. 本実施例の作用効果を説明するための図。The figure for demonstrating the effect of a present Example.

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。   The main features of the embodiments described below are listed. The technical elements described below are independent technical elements and exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Absent.

（特徴１） 本明細書に開示する実施例では、距離計測手段は、所定の周期で移動体の周囲の路面及び障害物までの距離を計測してもよい。この場合に、更新手段は、距離計測手段で得られた計測結果から１又は複数の路面を抽出してもよい。そして、更新手段は、抽出した路面が路面情報記憶手段に記憶されている路面のいずれかと対応する場合は、抽出した路面の情報を用いて路面情報記憶手段に記憶されている対応する路面の路面情報を更新し、抽出した路面が路面情報記憶手段に記憶されている路面のいずれとも対応しない場合は、その抽出した路面を新たな路面として路面情報記憶手段に記憶してもよい。このような構成によると、距離計測手段で得られる路面の情報に基づいて、移動体の周囲の路面の情報を最新の情報に更新することができる。 (Feature 1) In the embodiment disclosed in the present specification, the distance measuring unit may measure the distance to the road surface and the obstacle around the moving body at a predetermined cycle. In this case, the updating unit may extract one or a plurality of road surfaces from the measurement result obtained by the distance measuring unit. When the extracted road surface corresponds to one of the road surfaces stored in the road surface information storage unit, the update unit uses the extracted road surface information to store the road surface of the corresponding road surface stored in the road surface information storage unit. When the information is updated and the extracted road surface does not correspond to any of the road surfaces stored in the road surface information storage unit, the extracted road surface may be stored in the road surface information storage unit as a new road surface. According to such a configuration, the information on the road surface around the moving body can be updated to the latest information based on the information on the road surface obtained by the distance measuring means.

（特徴２） 本明細書に開示する実施例では、連結手段は、路面情報記憶手段に記憶されている複数の路面の位置と傾きを特定すると共に、移動体の進行方向に位置する複数の路面を移動体が通過する順番で連結してもよい。このような構成によると、移動体の進行方向に連続する路面が連結され、移動体から障害物までの移動距離を算出することができる。 (Characteristic 2) In the embodiment disclosed in the present specification, the connecting means specifies the positions and inclinations of a plurality of road surfaces stored in the road surface information storage means, and a plurality of road surfaces positioned in the traveling direction of the moving body. May be connected in the order in which the moving body passes. According to such a configuration, road surfaces continuous in the traveling direction of the moving body are connected, and the moving distance from the moving body to the obstacle can be calculated.

（特徴３） 本明細書に開示する実施例では、障害物特定手段は、抽出される障害物を対応する路面に射影することで、対応する路面上の当該障害物の位置を特定してもよい。このような構成によると、障害物の路面上の位置を簡易に算出することができる。 (Characteristic 3) In the embodiment disclosed in the present specification, the obstacle specifying unit may project the extracted obstacle onto the corresponding road surface, thereby specifying the position of the obstacle on the corresponding road surface. Good. According to such a configuration, the position of the obstacle on the road surface can be easily calculated.

なお、上述した障害物検出装置は移動体に搭載することができる。これによって、移動体は、移動しながら障害物を検出することができる。そして、障害物が顕出されたときは、その障害物を回避することができる。   The obstacle detection device described above can be mounted on a moving body. Accordingly, the moving body can detect an obstacle while moving. And when an obstacle is revealed, the obstacle can be avoided.

本実施例について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、移動体１０は、左右の前輪１２ａ，１２ｂと、１つの後輪１４（従動輪）と、前輪１２ａ，１２ｂ及び後輪１４が取付けられる車体１８を備えている。   The present embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the moving body 10 includes left and right front wheels 12a and 12b, one rear wheel 14 (driven wheel), and a vehicle body 18 to which the front wheels 12a and 12b and the rear wheel 14 are attached.

前輪１２ａ，１２ｂは、車体１８の前端側であって、車体１８の側面に回転可能に取付けられている。各前輪１２ａ，１２ｂは、インホイールモータ２０ａ，２０ｂ（図２に図示）により独立して駆動される。前輪１２ａ，１２ｂを駆動することで、移動体１０は走路面を走行する。また、左右の前輪１２ａ，１２ｂの回転駆動量（回転角速度）を制御することで、移動体１０は、その進行方向を任意の方向に変えることができる。   The front wheels 12 a and 12 b are rotatably attached to the side surface of the vehicle body 18 on the front end side of the vehicle body 18. The front wheels 12a and 12b are independently driven by in-wheel motors 20a and 20b (shown in FIG. 2). By driving the front wheels 12a and 12b, the moving body 10 travels on the road surface. Moreover, the moving body 10 can change the advancing direction to arbitrary directions by controlling the rotational drive amount (rotational angular velocity) of the left and right front wheels 12a and 12b.

後輪１４は、車体１８の後端側であって、車体１８の車幅方向の略中央に取付けられている。本実施例では、後輪１４に、全方位車輪又はキャスタ車輪が用いられている。なお、後輪１４を操舵輪とし、後輪１４を操舵することによって移動体１０の進行方向を制御するようにしてもよい。   The rear wheel 14 is attached to the rear end side of the vehicle body 18 and substantially at the center of the vehicle body 18 in the vehicle width direction. In this embodiment, an omnidirectional wheel or a caster wheel is used for the rear wheel 14. The traveling direction of the moving body 10 may be controlled by steering the rear wheel 14 as the rear wheel 14.

車体１８は、車体１８の姿勢角（ロール角，ピッチ角，ヨー角）を検出する３軸のジャイロセンサ２４（図２に図示）と、車体１８の進行方向に位置する路面及び障害物までの距離を計測する距離センサ１６と、エンコーダ２２ａ，２２ｂ、ジャイロセンサ２４及び距離センサ１６の出力に基づいて２次元マップ４６（すなわち、２次元地図）を作成する処理等を行う制御装置３０を備えている。   The vehicle body 18 includes a triaxial gyro sensor 24 (shown in FIG. 2) that detects the posture angle (roll angle, pitch angle, yaw angle) of the vehicle body 18, and the road surface and obstacles positioned in the traveling direction of the vehicle body 18. A distance sensor 16 that measures the distance, and a control device 30 that performs processing for creating a two-dimensional map 46 (that is, a two-dimensional map) based on outputs from the encoders 22a and 22b, the gyro sensor 24, and the distance sensor 16 are provided. Yes.

ジャイロセンサ２４は、車体１８の内部に設置されている。ジャイロセンサ２４は、車体１８の姿勢角（ロール角，ピッチ角，ヨー角）を検出する。図２に示すように、ジャイロセンサ２４は、制御装置３０と電気的に接続されている。ジャイロセンサ２４で検出した車体１８の姿勢角（ロール角，ピッチ角，ヨー角）は、制御装置３０に入力される。   The gyro sensor 24 is installed inside the vehicle body 18. The gyro sensor 24 detects the posture angle (roll angle, pitch angle, yaw angle) of the vehicle body 18. As shown in FIG. 2, the gyro sensor 24 is electrically connected to the control device 30. The attitude angle (roll angle, pitch angle, yaw angle) of the vehicle body 18 detected by the gyro sensor 24 is input to the control device 30.

距離センサ１６は、車体１８の前端側の上面であって、車体１８の車幅方向の略中央に取付けられている（図１，９参照）。距離センサ１６は、３次元スキャン型の距離センサである。距離センサ１６は、レーザ光を照射すると共にその照射したレーザ光の反射光を検出し、レーザ光を照射してから反射光を検出するまでの時間で、距離センサ１６から走路面及び障害物までの距離を計測する。レーザ光を照射する方向は、３次元的に走査される。すなわち、図１に示すように、距離センサ１６は、車体１８の前方の所定の角度範囲の領域５０にレーザ光を照射すると共に、レーザ光を照射する方向を高さ方向に変化させる。これにより、車体１８の前方に位置する走路面及び障害物の３次元構造が検出される。図２に示すように、距離センサ１６は、制御装置３０と電気的に接続されている。距離センサ１６で検出した走路面及び障害物の３次元構造は、制御装置３０に入力される。   The distance sensor 16 is attached to the upper surface on the front end side of the vehicle body 18 and substantially at the center of the vehicle body 18 in the vehicle width direction (see FIGS. 1 and 9). The distance sensor 16 is a three-dimensional scan type distance sensor. The distance sensor 16 irradiates the laser light and detects the reflected light of the irradiated laser light, and the time from the irradiation of the laser light to the detection of the reflected light, from the distance sensor 16 to the road surface and the obstacle. Measure the distance. The direction in which the laser beam is irradiated is scanned three-dimensionally. That is, as shown in FIG. 1, the distance sensor 16 irradiates a laser beam to a region 50 in a predetermined angle range in front of the vehicle body 18 and changes the laser beam irradiation direction to the height direction. Thereby, the three-dimensional structure of the road surface and the obstacle located in front of the vehicle body 18 is detected. As shown in FIG. 2, the distance sensor 16 is electrically connected to the control device 30. The three-dimensional structure of the road surface and the obstacle detected by the distance sensor 16 is input to the control device 30.

なお、距離センサ１６としては、例えば、日本信号株式会社製のＭＥＭＳを利用したレーザスキャナーを用いることができる。なお、本実施例では、レーザ光によって距離を計測する距離センサ１６を用いたが、このような例に限られず、公知の種々の方式の距離センサを用いることができる。なお、距離センサ１６がレーザ光を照射する角度範囲が狭い場合（図１に示す領域５０の角度範囲が狭い場合）は、車体１８に複数の距離センサ１６を搭載し、車体１８の前方の領域を漏れなく走査することが好ましい。複数の距離センサ１６を搭載することで、車体１８の前方の走路面及び障害物を漏れなく検出することができる。   As the distance sensor 16, for example, a laser scanner using MEMS manufactured by Nippon Signal Co., Ltd. can be used. In the present embodiment, the distance sensor 16 that measures the distance by laser light is used. However, the distance sensor 16 is not limited to this example, and various types of known distance sensors can be used. When the angle range in which the distance sensor 16 irradiates laser light is narrow (when the angle range of the region 50 shown in FIG. 1 is narrow), a plurality of distance sensors 16 are mounted on the vehicle body 18 and the region in front of the vehicle body 18 is mounted. Are preferably scanned without omission. By mounting the plurality of distance sensors 16, the road surface and obstacles ahead of the vehicle body 18 can be detected without omission.

制御装置３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロプロセッサによって構成されている。制御装置３０は、車体１８内に配されている。図２に示すように、制御装置３０は、モータ２０ａ、２０ｂと、エンコーダ２２ａ、２２ｂと、ジャイロセンサ２４と、距離センサ２６に電気的に接続されている。   The control device 30 is constituted by a microprocessor having a CPU, a ROM, and a RAM. The control device 30 is disposed in the vehicle body 18. As shown in FIG. 2, the control device 30 is electrically connected to motors 20 a and 20 b, encoders 22 a and 22 b, a gyro sensor 24, and a distance sensor 26.

制御装置３０は、モータ２０ａ，２０ｂを駆動制御することで、移動体１０の進行方向及び走行速度を制御する。すなわち、制御装置３０は、モータ２０ａ，２０ｂに制御指令値を出力することで、前輪１２ａ、１２ｂを駆動する。これによって、移動体１０の進行方向及び走行速度等を制御する。なお、モータ２０ａ，２０ｂの回転角速度（すなわち、前輪１２ａ，１２ｂの回転角速度）は、エンコーダ２２ａ，２２ｂで検出される。エンコーダ２２ａ，２２ｂは、検出したモータ２０ａ，２０ｂの回転角速度を制御装置３０に入力する。なお、制御装置３０による移動体１０の進行方向及び走行速度の制御については、従来公知の方法で行うことができるため、ここではその詳細な説明は省略する。   The control device 30 controls the traveling direction and the traveling speed of the moving body 10 by driving and controlling the motors 20a and 20b. That is, the control device 30 drives the front wheels 12a and 12b by outputting control command values to the motors 20a and 20b. Thus, the traveling direction and traveling speed of the moving body 10 are controlled. The rotational angular velocities of the motors 20a and 20b (that is, the rotational angular velocities of the front wheels 12a and 12b) are detected by the encoders 22a and 22b. The encoders 22 a and 22 b input the detected rotational angular velocities of the motors 20 a and 20 b to the control device 30. The control of the traveling direction and the traveling speed of the moving body 10 by the control device 30 can be performed by a conventionally known method, and thus detailed description thereof is omitted here.

また、制御装置３０は、エンコーダ２２ａ，２２ｂ、ジャイロセンサ２４及び距離センサ１６の出力に基づいて、２次元マップ４６（すなわち、２次元地図）を作成する処理を行う。すなわち、制御装置３０は、メモリに記憶されているプログラムを実行することで、座標変換部３２、平面抽出部３４、平面追跡部３６、平面連結部３８、障害物検出部４０及びマップ更新部４２として機能する。制御装置３０が上述した各部３２〜４２として機能することで、走路平面データベース４４及び２次元マップ４６が更新される。各部３２〜４２、走路平面データベース４４及び２次元マップ４６については、制御装置３０で行われる２次元マップ作成処理を説明する際に説明する。なお、制御装置３０は、作成された２次元マップ４６に基づいて移動体１０が走行する経路を計画する経路計画部と、経路計画部で計画された経路を走行する際の移動体１０の速度を計画する速度計画部と、速度計画部で計画された速度計画に基づいてモータ２０ａ，２０ｂを制御するモータコントローラとしても機能する。経路計画部、速度計画部及びモータコントローラとしての機能は、従来公知の技術と同様であるため、ここではその詳細な説明は省略する。   Further, the control device 30 performs a process of creating a two-dimensional map 46 (that is, a two-dimensional map) based on the outputs of the encoders 22a and 22b, the gyro sensor 24, and the distance sensor 16. That is, the control device 30 executes a program stored in the memory, thereby performing a coordinate conversion unit 32, a plane extraction unit 34, a plane tracking unit 36, a plane connection unit 38, an obstacle detection unit 40, and a map update unit 42. Function as. As the control device 30 functions as the above-described units 32 to 42, the road surface plane database 44 and the two-dimensional map 46 are updated. The units 32 to 42, the road surface database 44, and the two-dimensional map 46 will be described when the two-dimensional map creation process performed by the control device 30 is described. In addition, the control apparatus 30 plans the path | route which the mobile body 10 drive | works based on the created two-dimensional map 46, and the speed of the mobile body 10 at the time of drive | working the path | route planned by the route plan part. And a motor controller that controls the motors 20a and 20b based on the speed plan planned by the speed plan unit. Since the functions as the route planning unit, the speed planning unit, and the motor controller are the same as those of a conventionally known technique, detailed description thereof is omitted here.

次に、制御装置３０によって行われる２次元マップ作成処理について説明する。図３，４は、制御装置３０で実行される処理手順を示すフローチャートである。図３に示すように、制御装置３０は、まず、距離センサ１６によって、移動体１０の前方の走路面及び障害物までの距離を計測する（Ｓ１０）。距離センサ１６によって計測された距離データは、制御装置３０に入力される。   Next, a two-dimensional map creation process performed by the control device 30 will be described. 3 and 4 are flowcharts showing the processing procedure executed by the control device 30. As shown in FIG. 3, the control device 30 first measures the distance to the road surface in front of the moving body 10 and the obstacle by the distance sensor 16 (S10). The distance data measured by the distance sensor 16 is input to the control device 30.

次に、制御装置３０は、移動体１０の自己位置情報を用いて、距離センサ１６によって計測された走路面又は障害物までの距離データ（計測データ）を、絶対座標系のデータに変換する（Ｓ１２）。すなわち、制御装置３０は、ジャイロセンサ２４の出力から、車体１０の姿勢角（ロール角，ピッチ角，ヨー角）を特定することができる。また、制御装置３０は、エンコーダ２２ａ，２２ｂの出力から、車体１０（基準位置）の絶対座標系の位置を算出することができる。さらに、車体１０（基準位置）に対する距離センサ１６の取付位置は既知である。このため、車体１０の姿勢角と、車体１０（基準位置）の絶対座標系の位置と、車体１０（基準位置）に対する距離センサ１６の取付位置とから、距離センサ１６の絶対座標系の位置を算出することができる。したがって、ステップＳ１０において、距離センサ１６がレーザ光を照射した方向と、距離センサ１６で計測された距離が特定されれば、制御装置３０は、ステップＳ１０で計測された走路面又は障害物の絶対座標系の位置を算出することができる。なお、上記のステップＳ１２の処理によって実現される制御装置３０の機能が、図２に示す座標変換部３２の一例に相当する。   Next, the control device 30 converts the distance data (measurement data) to the road surface or the obstacle measured by the distance sensor 16 into the data of the absolute coordinate system using the self-position information of the moving body 10 ( S12). That is, the control device 30 can specify the posture angle (roll angle, pitch angle, yaw angle) of the vehicle body 10 from the output of the gyro sensor 24. The control device 30 can calculate the position of the absolute coordinate system of the vehicle body 10 (reference position) from the outputs of the encoders 22a and 22b. Furthermore, the mounting position of the distance sensor 16 with respect to the vehicle body 10 (reference position) is known. For this reason, the position of the absolute coordinate system of the distance sensor 16 is determined from the attitude angle of the vehicle body 10, the position of the absolute coordinate system of the vehicle body 10 (reference position), and the mounting position of the distance sensor 16 with respect to the vehicle body 10 (reference position). Can be calculated. Therefore, if the direction in which the distance sensor 16 irradiates the laser light and the distance measured by the distance sensor 16 are specified in step S10, the control device 30 determines the absolute value of the road surface or obstacle measured in step S10. The position of the coordinate system can be calculated. Note that the function of the control device 30 realized by the processing in step S12 corresponds to an example of the coordinate conversion unit 32 shown in FIG.

次に、制御装置３０は、ステップＳ１２によって得られた絶対座標系に変換した計測データ群から、１又は複数の走路面（平面）を抽出する（Ｓ１４）。すなわち、制御装置３０は、走路面に近い計測データ群（例えば、移動体１０の中心部（車体１８の中心）より低い位置にある計測データ群）から、１又は複数の走路面を抽出する。ここで、平面は方程式ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０で表される。したがって、制御装置３０は、走路面に近い計測データ群から１又は複数の平面を抽出し、その平面のパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄを特定する。なお、計測データ群から走路面（平面）を抽出する方法としては、例えば、ＲＡＮＳＡＣやＬＭＥＤＳなどのロバスト推定と呼ばれるアルゴリズムを利用することができる。これらのアルゴリズムは、従来公知の文献（例えば、A. M. Fischler and C. R. Bolles, “Random sample consensus: a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated catography”, Communications of the ACM, vol. 24, no. 6, pp. 381-395, June 1981、または、D. Massart, L. Kaufman, P. Rousseeuw and A. Leroy: “Least median of squares: a robust method for outlier and model error detection in regression and calibration”, Analytica Chimica Acta, Vol. 187, pp. 171-179, 1986）に開示されている。なお、上記のステップＳ１４の処理によって実現される制御装置３０の機能が、図２に示す平面抽出部３６の一例に相当する。   Next, the control device 30 extracts one or a plurality of road surfaces (planes) from the measurement data group converted into the absolute coordinate system obtained in step S12 (S14). That is, the control device 30 extracts one or a plurality of running road surfaces from a measurement data group close to the running road surface (for example, a measurement data group located at a position lower than the central portion of the moving body 10 (the center of the vehicle body 18)). Here, the plane is expressed by the equation ax + by + cz + d = 0. Therefore, the control device 30 extracts one or a plurality of planes from the measurement data group close to the road surface, and specifies the parameters a, b, c, and d of the planes. As a method for extracting the road surface (plane) from the measurement data group, for example, an algorithm called robust estimation such as RANSAC or LMEDS can be used. These algorithms are described in well-known literature (for example, AM Fischler and CR Bolles, “Random sample consensus: a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated catography”, Communications of the ACM, vol. 24, no. 6 , pp. 381-395, June 1981, or D. Massart, L. Kaufman, P. Rousseeuw and A. Leroy: “Least median of squares: a robust method for outlier and model error detection in regression and calibration”, Analytica Chimica Acta, Vol. 187, pp. 171-179, 1986). Note that the function of the control device 30 realized by the processing in step S14 corresponds to an example of the plane extraction unit 36 shown in FIG.

次に、制御装置３０は、ステップＳ１４で抽出した１又は複数の走路面（平面）から１つの走路面（平面）を選択し（Ｓ１６）、また、走路平面データベース４４に記憶されている走路面（平面）から１つの走路面（平面）を選択する（Ｓ１８）。そして、制御装置３０は、ステップＳ１６で選択した走路面（平面）と、ステップＳ１８で選択した走路面（平面）（すなわち、走路平面データベース４４に記憶されている走路面）とが同一平面となるか否かを判定する（Ｓ２０）。すなわち、本実施例では、制御装置３０は、図３，４に示す２次元マップ作成処理を所定の周期で繰り返し実行している。そして、過去に実行された処理周期のステップＳ１０〜Ｓ１４の処理によって抽出された走路面（平面）は、走路平面データベース４４に記憶されている。このため、現在の処理周期のステップＳ１０〜Ｓ１４で抽出される走路面（平面）は、既に走路平面データベース４４に記憶されている走路面である可能性もあるし、新しく検出された走路面（平面）である可能性もある。そこで、制御装置３０は、ステップＳ１４で抽出した走路面ｊ（平面）が走路平面データベース４４に記憶されている走路面ｉ（平面）と同一平面となるか否かを判定する。   Next, the control device 30 selects one road surface (plane) from the one or more road surfaces (planes) extracted in step S14 (S16), and the road surface stored in the road surface database 44 is also displayed. One road surface (plane) is selected from (plane) (S18). Then, in the control device 30, the road surface (plane) selected in step S16 and the road surface (plane) selected in step S18 (that is, the road surface stored in the road surface database 44) are on the same plane. It is determined whether or not (S20). That is, in the present embodiment, the control device 30 repeatedly executes the two-dimensional map creation process shown in FIGS. 3 and 4 at a predetermined cycle. The road surface (plane) extracted by the processing of steps S <b> 10 to S <b> 14 of the processing cycle executed in the past is stored in the road surface database 44. For this reason, the road surface (plane) extracted in steps S10 to S14 of the current processing cycle may be a road surface already stored in the road surface database 44, or a newly detected road surface ( It may be a plane). Therefore, the control device 30 determines whether or not the road surface j (plane) extracted in step S14 is the same plane as the road surface i (plane) stored in the road surface database 44.

具体的には、ステップＳ１６で選択した走路面ｊ（平面）と、ステップＳ１８で選択した走路面ｉ（平面）との平面適合率ｐｉｊを算出する。平面適合率ｐｉｊは、次の手順で算出する。まず、ステップＳ１６で選択した走路面ｊ（平面）に含まれる各点ｋと、ステップＳ１８で選択した走路面ｉ（平面）との距離Ｄｋｉを、下記の式（１）によって算出する。 Specifically, the plane matching ratio p ij between the road surface j (plane) selected in step S16 and the road surface i (plane) selected in step S18 is calculated. The plane matching ratio p ij is calculated by the following procedure. First, the distance D ki between each point k included in the road surface j (plane) selected in step S16 and the road surface i (plane) selected in step S18 is calculated by the following equation (1).

Figure 2013222446
Figure 2013222446

次に、下記の式（２）によって、平面適合率ｐｉｊを算出する。ここで、Ｄｔｈｒｅｓｈは、ステップＳ１６で選択した走路面ｊ（平面）と、ステップＳ１８で選択した走路面ｉ（平面）とが同一か否かを判断するための閾値であり、移動体１０が移動する移動領域の特性等に応じて適宜決定することができる。 Next, the plane matching ratio p ij is calculated by the following equation (2). Here, D thresh is a threshold value for determining whether or not the road surface j (plane) selected in step S16 is the same as the road surface i (plane) selected in step S18. It can be determined as appropriate according to the characteristics of the moving region to be moved.

Figure 2013222446
Figure 2013222446

式（２）より明らかなように、走路面ｊに含まれる点のうち、走路面ｉまでの距離が閾値Ｄｔｈｒｅｓｈより短くなる点の数が多くなるほど、平面適合率ｐｉｊが大きくなる。平面適合率ｐｉｊが所定値より小さい場合、制御装置３０は、ステップＳ１６で選択した走路面ｊ（平面）と、ステップＳ１８で選択した走路面ｉ（平面）とが同一平面ではないと判断する。一方、平面適合率ｐｉｊが所定値以上となる場合、制御装置３０は、ステップＳ１６で選択した走路面ｊ（平面）と、ステップＳ１８で選択した走路面ｉ（平面）とが同一平面であると判断する。 As is clear from the equation (2), the plane matching rate p ij increases as the number of points included in the road surface j where the distance to the road surface i is shorter than the threshold value D thresh increases. When the plane matching ratio p ij is smaller than the predetermined value, the control device 30 determines that the road surface j (plane) selected in step S16 and the road surface i (plane) selected in step S18 are not the same plane. . On the other hand, when the plane matching ratio p ij is equal to or greater than the predetermined value, the control device 30 determines that the road surface j (plane) selected in step S16 and the road surface i (plane) selected in step S18 are the same plane. Judge.

ステップＳ１６で選択した走路面ｊ（平面）と、ステップＳ１８で選択した走路面ｉ（平面）とが同一平面であると判断される場合（ステップＳ２０でＹＥＳ）は、制御装置３０は、ステップＳ１６で選択した走路面ｊ（平面）と、ステップＳ１８で選択した走路面ｉとの対応付けを行う（Ｓ２２）。具体的には、ステップＳ１６で選択した走路面ｊのパラメータ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を、対応付けする走路面ｉ（ステップＳ１８で選択した走路面）に適用する。この際、観測誤差による不安定化を防止するため、時間方向の平滑化処理（例えば、ローパスフィルタ）を行い、走路平面データベース４４に記憶されている走路面ｉ（平面）のパラメータ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を更新する。   When it is determined that the road surface j (plane) selected in step S16 and the road surface i (plane) selected in step S18 are the same plane (YES in step S20), the control device 30 performs step S16. The road surface j (plane) selected in step S is associated with the road surface i selected in step S18 (S22). Specifically, the parameters (a, b, c, d) of the road surface j selected in step S16 are applied to the corresponding road surface i (the road surface selected in step S18). At this time, in order to prevent instability due to observation errors, smoothing processing in the time direction (for example, a low-pass filter) is performed, and parameters (a, b) of the road surface i (plane) stored in the road surface database 44 are stored. , C, d).

ステップＳ１６で選択した走路面ｊ（平面）と、ステップＳ１８で選択した走路面ｉ（平面）とが同一平面でないと判断される場合（ステップＳ２０でＮＯ）は、制御装置３０は、走路平面データベース４４に記憶されている全ての走路面ｉについてステップＳ２０、Ｓ２２の処理を実行したか否かを判断する（Ｓ２４）。走路平面データベース４４に記憶されている全ての走路面ｉについて処理を実行していない場合（ステップＳ２４でＮＯ）は、制御装置３０は、ステップＳ１８に戻って、ステップＳ１８からの処理を実行する。これによって、走路平面データベース４４に記憶されている全ての走路面ｉと、ステップＳ１６で選択された走路面ｊの組み合わせについて、同一平面か否かの判断が行われる。   When it is determined that the road surface j (plane) selected in step S16 and the road surface i (plane) selected in step S18 are not the same plane (NO in step S20), the control device 30 executes the road plane database. It is determined whether or not the processes of steps S20 and S22 have been executed for all the road surfaces i stored in 44 (S24). When the process is not executed for all the road surfaces i stored in the road plane database 44 (NO in step S24), the control device 30 returns to step S18 and executes the processes from step S18. Thereby, it is determined whether or not the combinations of all the road surface i stored in the road surface database 44 and the road surface j selected in step S16 are the same plane.

走路平面データベース４４に記憶されている全ての走路面ｉについて処理を実行している場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）は、ステップＳ１４で抽出された全ての走路面ｊ（平面）についてステップＳ２０〜Ｓ２４の処理を実行したか否かを判断する（Ｓ２６）。ステップＳ１４で抽出された全ての走路面ｊ（平面）について処理を実行していない場合（ステップＳ２６でＮＯ）は、制御装置３０は、ステップＳ１６に戻って、ステップＳ１６からの処理を実行する。これによって、ステップＳ１４で抽出された全ての走路面ｊ（平面）と、走路平面データベース４４に記憶されている全ての走路面ｉの各組み合わせについて、上述した処理が実行される。   When processing is being executed for all the road surfaces i stored in the road surface plane database 44 (YES in step S24), steps S20 to S24 are performed for all the road surfaces j (planes) extracted in step S14. It is determined whether the process has been executed (S26). When the process is not executed for all the road surfaces j (planes) extracted in step S14 (NO in step S26), the control device 30 returns to step S16 and executes the processes from step S16. As a result, the above-described processing is executed for each combination of all the road surfaces j (planes) extracted in step S14 and all the road surfaces i stored in the road surface plane database 44.

ステップＳ１４で抽出された全ての走路面ｊ（平面）について処理を実行している場合（ステップＳ２６でＹＥＳ）は、制御装置３０は、走路平面データベース４４を更新する（Ｓ２８）。具体的には、ステップＳ１４で抽出された走路面ｊ（平面）と、走路平面データベース４４に記憶されている走路面ｉが同一平面であると判断される場合は、ステップＳ１４で抽出された走路面ｊのパラメータ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）で、走路平面データベース４４に記憶されている走路面ｉのパラメータ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を更新する。一方、ステップＳ１４で抽出された走路面ｊ（平面）と、走路平面データベース４４に記憶されている走路面ｉのいずれもが同一平面ではないと判断される場合は、ステップＳ１４で抽出された走路面ｊを新たな走路面として走路平面データベース４４に記憶する。上記のステップＳ１６〜Ｓ２８の処理によって実現される制御装置３０の機能が、図２に示す平面追跡部３６の一例に相当する。   When the process is executed for all the road surface j (plane) extracted in step S14 (YES in step S26), the control device 30 updates the road surface plane database 44 (S28). Specifically, when it is determined that the road surface j (plane) extracted in step S14 and the road surface i stored in the road surface database 44 are the same plane, the road extracted in step S14. The parameters (a, b, c, d) of the road surface i stored in the road surface database 44 are updated with the parameters (a, b, c, d) of the road surface j. On the other hand, when it is determined that the road surface j (plane) extracted in step S14 and the road surface i stored in the road plane database 44 are not the same plane, the road extracted in step S14. The road surface j is stored in the road surface database 44 as a new road surface. The function of the control device 30 realized by the processing of steps S16 to S28 corresponds to an example of the plane tracking unit 36 shown in FIG.

次に、図４に進んで、制御装置３０は、走路平面データベース４４に記憶されている複数の走路面を連結する（Ｓ３０）。すなわち、制御装置３０は、走路平面データベース４４に記憶されている複数の走路面ｉの基準座標系（代表位置，傾き）を決定し、これら走路面ｉを連結する順序を決定し、これら走路面ｉのリンク構造を特定する。具体的には、制御装置３０は、まず、移動体１０が通過する順に、走路平面データベース４４に記憶されている複数の走路面ｉの順序付けを行う。すなわち、移動体１０が進行する順に、複数の走路面ｉの順序付けを行う。次に、制御装置３０は、順序付けされた走路面ｉ毎に、絶対座標系での位置及び姿勢を表す座標変換行列ｗＡｉ（４×４の同次行列）を求める（式３）。 Next, it progresses to FIG. 4 and the control apparatus 30 connects the some road surface memorize | stored in the road surface database 44 (S30). That is, the control device 30 determines the reference coordinate system (representative position, inclination) of the plurality of road surfaces i stored in the road surface database 44, determines the order of connecting these road surfaces i, and these road surfaces Specify the link structure of i. Specifically, the control device 30 first orders a plurality of road surfaces i stored in the road surface database 44 in the order in which the mobile body 10 passes. In other words, the plurality of running road surfaces i are ordered in the order in which the moving body 10 travels. Next, the control device 30, ordered for each runway surface i, (homogeneous matrix of 4 × 4) coordinate transformation matrix w A i representing the position and orientation of the absolute coordinate system obtains the equation (3).

Figure 2013222446
Figure 2013222446

上記の式において、ベクトルｘｉ（ｘｉｘ，ｘｉｙ，ｘｉｚ）と、ベクトルｙｉ（ｙｉｘ，ｙｉｙ，ｙｉｚ）と、ベクトルｚｉ（ｚｉｘ，ｚｉｙ，ｚｉｚ）と、ベクトルｔｉ（ｔｉｘ，ｔｉｙ，ｔｉｚ）は、下記の意味を有する。すなわち、図５に示すように、ベクトルｘｉ（ｘｉｘ，ｘｉｙ，ｘｉｚ）は、ベクトルｙｉ（ｙｉｘ，ｙｉｙ，ｙｉｚ）とベクトルｚｉ（ｚｉｘ，ｚｉｙ，ｚｉｚ）に直交するベクトルであり、ベクトルｙｉ（ｙｉｘ，ｙｉｙ，ｙｉｚ）は、走路面ｉ−１と走路面ｉの両法線ベクトルに直行するベクトルであり、ベクトルｚｉ（ｚｉｘ，ｚｉｙ，ｚｉｚ）は、走路面ｉ（平面ｉ）の法線ベクトルであり、ベクトルｔｉ（ｔｉｘ，ｔｉｙ，ｔｉｚ）は、走路面ｉ（平面ｉ）の代表位置（基準位置）の平行移動成分を表すベクトルである。なお、ベクトルｘｉ，ｙｉ，ｚｉ，ｔｉは、次の順番で算出する。まず、制御装置３０は、ベクトルｚｉ（走路面ｉの法線ベクトル）を算出する。次に、ベクトルｚｉ（走路面ｉの法線ベクトル）とベクベクトルｚｉ−１（走路面ｉ−１の法線ベクトル）の外積をとることで、ベクトルｙｉを算出する。次に、ベクトルｙｉとベクベクトルｚｉの外積をとることで、ベクトルｘｉを算出する。最後に、走路面ｉと走路面ｉ−１の交線を求め、この交線上に代表位置（基準位置）を設定し、ベクトルｔｉを計算する。なお、上記のステップＳ３０の処理によって実現される制御装置３０の機能が、図２に示す平面連結部３８の一例に相当する。 In the above formula, the vector x i (x ix, x iy , x iz) and the vector y i (y ix, y iy , y iz) and the vector z i (z ix, z iy , z iz) and, The vector t i (t ix , t iy , t iz ) has the following meaning. That is, as shown in FIG. 5, the vector x i (x ix, x iy , x iz) is a vector y i (y ix, y iy , y iz) and vector z i (z ix, z iy , z iz ), The vector y i (y ix , y iy , y iz ) is a vector orthogonal to both normal vectors of the road surface i−1 and the road surface i, and the vector z i (z ix , z iy, z iz) is the normal vector of the run road i (plane i), the vector t i (t ix, t iy , t iz) is a representative position of the run road i (plane i) (reference This is a vector representing a translational component of (position). Note that the vector x i, y i, z i , t i is calculated in the following order. First, the control device 30 calculates a vector z i (normal vector of the road surface i). Next, the vector y i is calculated by taking the outer product of the vector z i (normal vector of the road surface i) and the vector vector z i-1 (normal vector of the road surface i-1). Next, the vector x i is calculated by taking the outer product of the vector y i and the vector vector z i . Finally, an intersection line between the road surface i and the road surface i-1 is obtained, a representative position (reference position) is set on the intersection line, and a vector t i is calculated. Note that the function of the control device 30 realized by the processing in step S30 corresponds to an example of the plane connecting portion 38 shown in FIG.

次に、制御装置３０は、ステップＳ３０で連結した走路面ｉ毎に、その走路面ｉの上方又は下方に位置する障害物（すなわち、ステップＳ１２で得られた計測データ群のうち、走路面ｉの近傍の計測データ群を除外したもの）を検出し、検出した障害物をその走路面ｉに射影する（Ｓ３２〜Ｓ３８）。具体的には、制御装置３０は、まず、ステップＳ３０で連結した複数の走路面から１つの走路面を選択する（Ｓ３２）。   Next, the control device 30 determines, for each road surface i connected in step S30, an obstacle located above or below the road surface i (that is, the road surface i of the measurement data group obtained in step S12). And the detected obstacles are projected onto the road surface i (S32 to S38). Specifically, the control device 30 first selects one road surface from the plurality of road surfaces connected in step S30 (S32).

次に、制御装置３０は、ステップＳ３２で選択した走路面ｉの上方又は下方に位置する障害物を検出する（Ｓ３４）。ここで、ステップＳ３４の処理を実行する際には、まず、ステップＳ１２で得られた計測データ群を、連結された各走路面が占有する領域毎に分割する。すなわち、本実施例では、ステップＳ１２で得られた計測データ群のうち走路面の近傍にない計測データ群を障害物とする。このため、ステップＳ１２で得られた計測データ群を走路面毎に分割しないと、ある走路面においては障害物となる計測データが、他の走路面においては走路面上の点となる場合が生じる。例えば、図６（ａ）に示すように、走路面を分割しない状態で、走路面２（無限に大きい平面）を基準として走路面１又は３を見ると、走路面３又は走路面１は、走路面１の上方又は下方に位置する障害物（段差）として検出されることになる。一方、図６（ｂ）に示すように、走路面毎に分割すると、走路面１又は３が障害物（段差）として検出されることはない。したがって、まず、ステップＳ１２で得られた計測データ群を、各走路面ｉが占有する領域毎に分割する。具体的には、図７に示すように、走路面ｉをその法線方向に水平移動させたときに占める空間を、その走路面ｉの占有領域とする。次いで、その占有領域内の計測データを、その走路面ｉの計測データ群として認定する。走路面ｉ毎に計測データ群を認定すると、その認定された計測データ群のうち、走路面ｉの近傍に位置しない計測データ群（走路面ｉからの距離が所定値以上となる計測データ群）を障害物として認定する。   Next, the control device 30 detects an obstacle located above or below the road surface i selected in step S32 (S34). Here, when the process of step S34 is executed, first, the measurement data group obtained in step S12 is divided for each area occupied by each connected road surface. That is, in this embodiment, a measurement data group that is not in the vicinity of the road surface among the measurement data group obtained in step S12 is used as an obstacle. For this reason, if the measurement data group obtained in step S12 is not divided for each road surface, measurement data that becomes an obstacle on one road surface may be a point on the road surface on another road surface. . For example, as shown in FIG. 6A, when the road surface 1 or 3 is viewed with reference to the road surface 2 (an infinitely large plane) without dividing the road surface, the road surface 3 or the road surface 1 is It is detected as an obstacle (step) located above or below the road surface 1. On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the road surface is divided for each road surface, the road surface 1 or 3 is not detected as an obstacle (step). Therefore, first, the measurement data group obtained in step S12 is divided for each area occupied by each road surface i. Specifically, as shown in FIG. 7, the space occupied when the road surface i is horizontally moved in the normal direction is defined as the occupied area of the road surface i. Next, the measurement data in the occupied area is authorized as a measurement data group for the road surface i. When a measurement data group is authorized for each track surface i, among the certified measurement data groups, a measurement data group that is not located near the track surface i (a measurement data group whose distance from the track surface i is a predetermined value or more) Is recognized as an obstacle.

次に、制御装置３０は、ステップＳ３４で検出した障害物を、ステップＳ３２で選択した走路面ｉに射影する（Ｓ３８）。これによって、図８に示すように、ステップＳ３４で検出された障害物Ｐが、走路面ｉの座標系の点Ｐｐに変換される。ここで、障害物Ｐ（絶対座標系）から射影点Ｐｐ（絶対座標系）への変換は、下記の式（４）で算出される。 Next, the control device 30 projects the obstacle detected in step S34 onto the road surface i selected in step S32 (S38). As a result, as shown in FIG. 8, the obstacle P detected in step S34 is converted into a point P p in the coordinate system of the road surface i. Here, conversion from the obstacle P (absolute coordinate system) to the projection point P p (absolute coordinate system) is calculated by the following equation (4).

Figure 2013222446
Figure 2013222446

上記の式（４）における定数Ｋは、下記の式（５）によって算出される。また、ａｉ，ｂｉ，ｃｉは、走路面ｉのパラメータである。 The constant K in the above equation (4) is calculated by the following equation (5). A i , b i , and c i are parameters of the road surface i.

Figure 2013222446
Figure 2013222446

したがって、上記の式（４）によって算出される射影点Ｐｐ（絶対座標系）を、走路面ｉの座標系の点Ｐｐｉ（平面座標系）に変換する。すなわち、Ｐｐｉ＝０Ａｉ −１Ｐｐによって算出される。０Ａｉは、絶対座標系から走路面ｉの座標系へ変換するための座標変換行列である。 Therefore, the projection point P p (absolute coordinate system) calculated by the above equation (4) is converted into a point P pi (planar coordinate system) of the coordinate system of the road surface i. That is, P pi = 0 A i −1 Pp is calculated. 0 A i is a coordinate conversion matrix for converting from the absolute coordinate system to the coordinate system of the road surface i.

次に、制御装置３０は、連結された複数の走路面の全てについて、ステップＳ３４，３６の処理を実行したか否かを判定する（Ｓ３８）。連結された複数の走路面の全てについてステップＳ３４，３６の処理を実行していない場合（ステップＳ３８でＮＯ）は、制御装置３０は、ステップＳ３２に戻って、ステップＳ３２からの処理を実行する。これによって、ステップＳ３０で連結された複数の走路面の全てについて、ステップＳ３４，３６の処理が行われる。すなわち、各走路面の上方又は下方の障害物が検出され、その障害物が走路面上に射影される。なお、上記のステップＳ３２〜Ｓ３８の処理によって実現される制御装置３０の機能が、図２に示す障害物検出部４０の一例に相当する。   Next, the control device 30 determines whether or not the processing of steps S34 and 36 has been executed for all of the plurality of connected road surfaces (S38). If the processes of steps S34 and 36 are not executed for all of the plurality of connected road surfaces (NO in step S38), control device 30 returns to step S32 and executes the processes from step S32. Thereby, the process of step S34, 36 is performed about all the some road surfaces connected by step S30. That is, an obstacle above or below each road surface is detected, and the obstacle is projected onto the road surface. In addition, the function of the control apparatus 30 implement | achieved by the process of said step S32-S38 corresponds to an example of the obstruction detection part 40 shown in FIG.

次に、制御装置３０は、連結されると共に障害物が射影された複数の走路面を、２次元平面に展開して２次元マップを作成する（Ｓ４０）。すなわち、制御装置３０は、移動体１０の車輪１２ａ，１２ｂ、１４の回転量に影響を与える成分のみを残して２次元化する。具体的には、図９に示すように、（１）走路面ｉ−１と走路面ｉとの間の平行移動成分ｉ−１Ｔｉを変化させない、（２）走路面ｉ−１と走路面ｉとの間のヨー角周りの回転成分ｉ−１Ｙｉを変化させない、（３）走路面ｉ−１と走路面ｉとの間のピッチ角、ロール角周りの回転成分ｉ−１Ｐｉ，ｉ−１Ｒｉを単位行列にする、という条件に従って、各走路面ｉを２次元平面に展開する。 Next, the control device 30 creates a two-dimensional map by expanding a plurality of road surfaces connected to each other and projected with obstacles on a two-dimensional plane (S40). That is, the control device 30 performs two-dimensionalization while leaving only components that affect the amount of rotation of the wheels 12a, 12b, and 14 of the moving body 10. Specifically, as shown in FIG. 9, (1) run without changing the translation component i-1 T i between the road surface i-1 and run road i, (2) run road i-1 and run The rotation component i-1 Y i around the yaw angle with the road surface i is not changed. (3) The pitch component between the road surface i-1 and the road surface i and the rotation component i-1 P around the roll angle. Each road surface i is developed on a two-dimensional plane in accordance with the condition that i and i-1 R i are unit matrices.

ここで、走路面ｉ−１と走路面ｉとの３次元空間での相対座標変換行列ｉ−１Ａｉは、ｉ−１Ｔｉ ｉ−１Ｙｉ ｉ−１Ｐｉ ｉ−１Ｒｉで表される。ここで、ｉ−１Ｔｉと、ｉ−１Ｙｉと、ｉ−１Ｐｉと、ｉ−１Ｒｉは、下記の式（６）で表される。 Here, the relative coordinate transformation matrix i-1 A i of a three-dimensional space of the run road i-1 and run road i is, i-1 T i i-1 Y i i-1 P i i-1 R i It is represented by Here, the i-1 T i, a i-1 Y i, and i-1 P i, i- 1 R i is expressed by the following equation (6).

Figure 2013222446
Figure 2013222446

ここで、走路面ｉ−１と走路面ｉとの間のピッチ角、ロール角周りの回転成分ｉ−１Ｐｉとｉ−１Ｒｉが単位行列であるため、走路面ｉ−１と走路面ｉとの２次元平面での相対座標変換行列ｉ−１Ａ２Ｄｉは、ｉ−１Ｔｉ ｉ−１Ｙｉとなる。したがって、走路面ｉと走路面ｉ−１のヨー角が分かれば、走路面ｉ−１と走路面ｉとの２次元平面での相対座標変換行列ｉ−１Ａ２Ｄｉが算出される。ここで、走路面ｉと走路面ｉ−１のヨー角は、走路面ｉのベクトルｙｉ（ｙｉｘ，ｙｉｙ，ｙｉｚ）と、走路面ｉ−１のベクトルｙｉ−１（ｙ（ｉ−１）ｘ，ｙ（ｉ−１）ｙ，ｙ（ｉ−１）ｚ）より算出される。したがって、制御装置３０は、走路面ｉ−１と走路面ｉとの２次元平面での相対座標変換行列ｉ−１Ａ２Ｄｉを算出することができる。その結果、走路面ｉの２次元絶対座標系での位置・姿勢は、下記の式（７）で示す座標変換行列を用いて算出することができる。 Here, a pitch angle between the run road i-1 and run road i, since the rotational component i-1 P i and i-1 R i around the roll angle is a unit matrix, and the road surface i-1 run run The relative coordinate transformation matrix i−1 A 2Di in the two-dimensional plane with the road surface i is i−1 T i i−1 Y i . Therefore, if the yaw angles of the road surface i and the road surface i-1 are known, the relative coordinate conversion matrix i-1 A 2Di on the two-dimensional plane of the road surface i-1 and the road surface i is calculated. Here, the yaw angles of the road surface i and the road surface i-1 are the vector y i (y ix , y iy , y iz ) of the road surface i and the vector y i-1 (y ( i-1) x , y (i-1) y , y (i-1) z )). Therefore, the control apparatus 30 can calculate the relative coordinate transformation matrix i-1 A 2Di in the two-dimensional plane of the road surface i-1 and the road surface i. As a result, the position / posture of the road surface i in the two-dimensional absolute coordinate system can be calculated using a coordinate transformation matrix represented by the following equation (7).

Figure 2013222446
Figure 2013222446

したがって、ステップＳ３６で走路面ｉに射影した障害物Ｐの座標Ｐｐｉを２次元絶対座標系に変換すると、２次元マップ上の障害物Ｐの位置Ｐｐ２Ｄｗ＝ｗＡ２ＤｉＰｐｉにより算出することができる。 Therefore, when the coordinates P pi of the obstacle P projected onto the road surface i in step S36 are converted into the two-dimensional absolute coordinate system, the position P p2Dw = w A 2Di P pi of the obstacle P on the two-dimensional map is calculated. Can do.

上記の手順で２次元マップが作成されると、制御装置３０は、作成された２次元マップをメモリに記憶（更新）し（Ｓ４２）、２次元マップ作成処理を終了する。なお、上記のステップＳ４０，４２の処理によって実現される制御装置３０の機能が、図２に示すマップ更新部４２の一例に相当する。   When the two-dimensional map is created by the above procedure, the control device 30 stores (updates) the created two-dimensional map in the memory (S42), and ends the two-dimensional map creation process. Note that the function of the control device 30 realized by the processing in steps S40 and S42 corresponds to an example of the map update unit 42 shown in FIG.

上述した説明から明らかなように、制御装置３０は、２次元マップ作成処理を所定の周期で繰り返し実行する。このため、移動体１０は、所定の周期毎に、距離センサ１６で計測された新たなデータを用いて、２次元マップ４６を更新する。したがって、移動体１０が移動している間は、移動体１０の移動に応じて新たな２次元マップ４６が作成されて更新されてゆくこととなる。   As is clear from the above description, the control device 30 repeatedly executes the two-dimensional map creation process at a predetermined cycle. For this reason, the moving body 10 updates the two-dimensional map 46 using new data measured by the distance sensor 16 every predetermined period. Therefore, while the moving body 10 is moving, a new two-dimensional map 46 is created and updated as the moving body 10 moves.

本実施例の移動体１０では、移動体１０が走行する走路面を検出し、その検出した走路面毎に障害物を検出する。走路面と障害物を分離して検出するため、走路面と障害物とを誤って検出することを防止することができる。例えば、移動体１０の前方に上りスロープが存在する場合、走路面と障害物とを分離して検出しないと、走路面（上りスロープ）を障害物として検出してしまう。一方、本実施例の移動体１０では、走路面と障害物とを分離して検出するため、このような誤検出を防止することができる。   In the moving body 10 of the present embodiment, the road surface on which the moving body 10 travels is detected, and an obstacle is detected for each detected road surface. Since the road surface and the obstacle are detected separately, it is possible to prevent the road surface and the obstacle from being erroneously detected. For example, when there is an up slope in front of the moving body 10, the road surface (up slope) is detected as an obstacle unless the road surface and the obstacle are separated and detected. On the other hand, in the moving body 10 of the present embodiment, since the road surface and the obstacle are detected separately, such erroneous detection can be prevented.

また、移動体１０の車輪１２ａ，１２ｂ，１４の回転量に影響を与える成分のみを残した２次元マップが作成される。このため、移動体１０が複数の傾斜した走路面が連続する移動領域内を移動する場合であっても、移動体１０から障害物までの移動距離（移動体１０を障害物に衝突するまで移動させたときの移動体の移動距離）を正確に算出することができる。例えば、図１０（ａ）に示す例において、従来の技術では、障害物１０４までの移動距離が、ある時点では２．９８ｍと実際よりも長く算出され、ある時点（すなわち、障害物１０４と同一の平面に到達した時）に急に正確な距離（すなわち、算出されていた距離よりも短い距離）が算出される。この様な場合、急停止や障害物との衝突などが起こりうる。また、車輪型の移動体では、急に進路を変えることができず、後退せざるを得なくなることも起こり得る。一方、本実施例の技術では、図１０（ａ）に示す例においても、移動体１０から障害物１０４までの移動距離が２．８４ｍと正確に算出される。障害物までの移動距離を正確に算出できるため、制御装置３０は、移動体１０が障害物に衝突しないように適切な移動経路等を作成することができる。また、制御装置３０は、障害物との安全間隔（安全マージン）を小さくすることができるため、狭路での走行を適切に行うことができる。   In addition, a two-dimensional map is created in which only components that affect the amount of rotation of the wheels 12a, 12b, and 14 of the moving body 10 are left. For this reason, even when the moving body 10 moves within a moving region where a plurality of inclined road surfaces are continuous, the moving distance from the moving body 10 to the obstacle (moves until the moving body 10 collides with the obstacle). It is possible to accurately calculate the movement distance of the moving body when it is set. For example, in the example shown in FIG. 10A, in the conventional technique, the moving distance to the obstacle 104 is calculated to be 2.98 m longer than the actual time at a certain time, and is the same as that at the certain time (that is, the obstacle 104). The distance is suddenly calculated (that is, a shorter distance than the calculated distance). In such a case, a sudden stop or a collision with an obstacle may occur. Further, in the case of a wheel-type moving body, it is possible that the course cannot be suddenly changed and the vehicle must be moved backward. On the other hand, in the technique of the present embodiment, the moving distance from the moving body 10 to the obstacle 104 is accurately calculated as 2.84 m also in the example shown in FIG. Since the moving distance to the obstacle can be accurately calculated, the control device 30 can create an appropriate moving path or the like so that the moving body 10 does not collide with the obstacle. Moreover, since the control apparatus 30 can make the safe space | interval (safety margin) with an obstruction small, it can drive | work on a narrow road appropriately.

また、移動体１０の周辺の走路面の傾斜角を事前に推定できるため、走行不可能な急斜面への進入を防止することができ、また、車体１８の横転を防止するために適切な角度で傾斜面に進入することができる。   In addition, since the inclination angle of the road surface around the moving body 10 can be estimated in advance, it is possible to prevent the vehicle from entering a steep slope that cannot travel, and at an appropriate angle to prevent the vehicle body 18 from overturning. It is possible to enter an inclined surface.

なお、上述したことから明らかなように、本実施例の技術は、障害物との間隔を狭くしながら障害物を安全に回避して移動することができる。このため、道幅が狭く、かつ、スロープとなっている通路を移動する移動体（例えば、電動車椅子等）に好適に応用することができる。   As is clear from the above, the technique of the present embodiment can move while avoiding the obstacle safely while narrowing the distance from the obstacle. For this reason, it can be suitably applied to a moving body (for example, an electric wheelchair or the like) that moves along a path having a narrow road width and a slope.

最後に、上述した実施例と請求項との対応関係を説明しておく。走路平面データベース４４が請求項でいう「路面情報記憶手段」の一例であり、距離センサ１６が請求項でいう「距離計測手段」の一例であり、平面追跡部３６が請求項でいう「更新手段」の一例であり、平面連結部３８が請求項でいう「連結手段」の一例であり、障害物検出部４０が請求項でいう「障害物特定手段」の一例であり、マップ更新部４２が請求項でいう「地図作成手段」のの一例である。   Finally, the correspondence between the above-described embodiments and the claims will be described. The road plane database 44 is an example of “road surface information storage means” in the claims, the distance sensor 16 is an example of “distance measurement means” in the claims, and the plane tracking unit 36 is “update means” in the claims. The plane connecting unit 38 is an example of the “connecting unit” in the claims, the obstacle detecting unit 40 is an example of the “obstacle specifying unit” in the claims, and the map updating unit 42 is It is an example of the “map creation means” in the claims.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

例えば、上述した実施例では、本明細書に開示する技術を車輪型の移動体に適用した例であったが、本明細書に開示する技術は、歩行型の移動体に適用することもできる。   For example, in the above-described embodiment, the technique disclosed in the present specification is applied to a wheel-type moving body. However, the technique disclosed in the present specification can also be applied to a walking-type moving body. .

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

１０ 移動体
１２ａ，１２ｂ 前輪
１４ 後輪
１６ 距離センサ
１８ 車体
２０ａ，２０ｂ モータ
２４ ジャイロセンサ
３０ 制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mobile body 12a, 12b Front wheel 14 Rear wheel 16 Distance sensor 18 Car body 20a, 20b Motor 24 Gyro sensor 30

Claims (5)

移動体が移動する移動領域内の障害物を検出する障害物検出装置であって、
移動領域内の路面の情報を記憶する路面情報記憶手段と、
移動体の周囲の路面及び障害物までの距離を計測する距離計測手段と、
距離計測手段で得られた計測結果から抽出される路面に関する情報を用いて、路面情報記憶手段に記憶されている路面の情報を更新する更新手段と、
路面情報記憶手段に記憶されている複数の路面を連結する連結手段と、
距離計測手段で得られた計測結果から抽出される障害物に関する情報を用いて、当該障害物が対応する路面を特定すると共に、その路面における当該障害物の位置を特定する障害物特定手段と、
抽出された障害物が対応付けられると共に連結された複数の路面を２次元平面に展開して障害物の位置を記憶する２次元地図を作成する地図作成手段と、
を有する障害物検出装置。 An obstacle detection device for detecting an obstacle in a moving area where a moving body moves,
Road surface information storage means for storing information on the road surface in the moving area;
Distance measuring means for measuring the distance to the road surface and obstacles around the moving body;
Update means for updating the road surface information stored in the road surface information storage means, using information on the road surface extracted from the measurement results obtained by the distance measurement means,
Connecting means for connecting a plurality of road surfaces stored in the road surface information storage means;
Using the information about the obstacle extracted from the measurement result obtained by the distance measuring means, the road surface corresponding to the obstacle is specified, and the obstacle specifying means for specifying the position of the obstacle on the road surface;
Map creation means for creating a two-dimensional map in which the extracted obstacles are associated with each other and the connected road surfaces are developed on a two-dimensional plane to store the positions of the obstacles;
Obstacle detection device having 距離計測手段は、所定の周期で移動体の周囲の路面及び障害物までの距離を計測し、
更新手段は、
距離計測手段で得られた計測結果から１又は複数の路面を抽出し、
抽出した路面が路面情報記憶手段に記憶されている路面のいずれかと対応する場合は、抽出した路面の情報を用いて路面情報記憶手段に記憶されている対応する路面の路面情報を更新し、
抽出した路面が路面情報記憶手段に記憶されている路面のいずれとも対応しない場合は、その抽出した路面を新たな路面として路面情報記憶手段に記憶する、
請求項１に記載の障害物検出装置。 The distance measuring means measures the distance to the road surface and obstacles around the moving body at a predetermined cycle,
Update means
Extract one or more road surfaces from the measurement results obtained by the distance measuring means,
If the extracted road surface corresponds to any of the road surfaces stored in the road surface information storage means, update the road surface information of the corresponding road surface stored in the road surface information storage means using the extracted road surface information,
If the extracted road surface does not correspond to any of the road surfaces stored in the road surface information storage means, the extracted road surface is stored in the road surface information storage means as a new road surface.
The obstacle detection apparatus according to claim 1. 連結手段は、路面情報記憶手段に記憶されている複数の路面の位置と傾きを特定すると共に、移動体の進行方向に位置する複数の路面を移動体が通過する順番で連結する、請求項１又は２に記載の障害物検出装置。   The connecting means specifies the position and inclination of a plurality of road surfaces stored in the road surface information storage means, and connects the plurality of road surfaces positioned in the traveling direction of the moving body in the order in which the moving body passes. Or the obstacle detection apparatus of 2. 障害物特定手段は、抽出される障害物を対応する路面に射影することで、対応する路面上の当該障害物の位置を特定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の障害物検出装置。   The obstacle according to any one of claims 1 to 3, wherein the obstacle specifying means specifies the position of the obstacle on the corresponding road surface by projecting the extracted obstacle onto the corresponding road surface. Detection device. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の障害物検出装置を備える移動体。   A moving body provided with the obstacle detection device according to claim 1.
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