JP2015081824A - 放射音強度マップ作成システム、移動体および放射音強度マップ作成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロボット1000は、LRF20および30の測距結果により、グローバル座標系での現在位置および向きを推定する。ロボット1000は、マイクロフォンアレイ1052からの信号に基づいて、ロボット座標系において、音の到来する到来方向および到来音の強度を推定する。さらに、ロボット1000は、推定された到来方向と到来方向についての測距結果とに基づき、グローバル座標系での音響源の位置を推定し、推定された音響源の位置および移動体の位置に基づき、音響源から移動体を見込む前記グローバル座標系での方位を推定して、放射音強度マップを生成する。
【選択図】図2
Description
放射音の強さマップの生成の前提として、環境について記述し、モバイル・プラットフォームがそれ自体の位置を特定することを可能にするような幾何学的なマップが予め準備されていることが必要である。このような幾何学マップの作成は、幾何学マップ作成部1030により実行される。
そこで、簡単に説明することにすると、第1に、幾何学的なマップを構築するのに必要な路程測定とLRFのデータは、ユーザの操作での遠隔制御装置により、環境をモバイル・プラットフォームが通過することにより集められる。
したがって、本実施の形態において、「レーザレンジファインダのスキャンを、地図に整合させる」とは、レーザレンジファインダのスキャンの方向および測位の位置が設計図面においてどの方向および位置に対応するかを整合させることをいい、「占有グリッド」とは、幾何学マップにおいて、固定対象物(壁などのような固定的な対象物およびテレビのような半固定的な対象物であって、測定対象となる時間間隔に対して、固定されているとみなされるもの)により、占有されているグリッドのことをいう。
プラットフォームの位置を特定する目的は、環境を表わす幾何学的なマップ中のプラットフォームの姿勢(場所と方向)を正確に評価することである。
推定ステップの間のパーティクルの尤度はレイキャスティングアプローチに基づく。
プラットフォーム姿勢{x(k),y(k),θ(k)}は、パーティクルの姿勢の加重平均(あるいは、最も有望なパーティクルの姿勢を用いることとしてもよい)から与えられる。
図9(a)に示すように、レーザレンジファインダにより対象物までの距離がzt*である場合、このような尤度(事後確率分布)は、以下の確率分布を重ね合わせたものである。
ii)ロボットが移動することにより予期しない対象物が検出される確率であって、距離に対して指数関数的に減少する分布
iii)最大測距可能範囲内に対象物が存在しない場合に測距データが最大値となる確率
iv)ランダムな要因によるホワイトノイズに相当する確率分布
ただし、以下の説明では、簡単のために、尤度は、図9(b)のように表されるものとして説明する。
ステアード応答パワー取得部1050は、非特許文献5などにも記載のとおり、ある方向の音の強さを、ステアード応答パワー(SRP)アルゴリズムを使用して、到来角の関数として評価する。
放射音強度推定部1060は、以下に説明するような手順で、放射音強度マップを作成するために、受信音の強さに対応する放射音の強さを評価し、マップ中の放射音源の位置および放射音強度を決める処理を行う。
観測方程式は、以下のようになる。
実験上の確認のために、2台のモータエンコーダおよび2つのレーザーレンジファインダ(最大の計測範囲:30m)、および円形のフレーム(直径31cm)上でマウントされた、16個のマイクロフォンからなるマイクロフォンアレイを装備した試作プラットフォームを使用した。
(実験結果)
図17は、廊下での試行1の間に評価された、指向性の放射音の強さマップである。
Claims (10)
- グローバル座標系で複数セルに分割されたマップ上への放射音強度マップ作成システムであって、
移動体を駆動するための移動手段と、
前記移動体の移動可能な空間における対象物の幾何学的な位置を特定するための前記グローバル座標系での幾何学マップを格納する記憶手段と、
前記移動体の前記グローバル座標系での現在位置および向きを推定し、姿勢推定結果を出力する姿勢推定手段とを備え、前記姿勢推定手段は、前記移動体の周囲の前記空間内において前記幾何学マップで特定される対象物までの距離を取得する測距手段を含み、
前記移動体に装着された音センサアレイと、
前記音センサアレイからの信号に基づいて、移動体座標系において、前記音センサアレイに音の到来する到来方向および到来音の強度を推定するための処理を実行する到来方向推定手段と、
推定された前記到来方向と当該到来方向についての前記測距手段の測距結果とに基づき、前記グローバル座標系での音響源の位置を推定し、推定された前記音響源の位置および前記移動体の位置に基づき、前記音響源から前記移動体を見込む前記グローバル座標系での方位を推定する音源定位手段とをさらに備え、
前記音源定位手段は、前記到来音の強度に基づいて、前記音響源の位置として推定されたセルにおける放射音強度を推定する放射音強度推定手段と、
前記音響源の位置と推定されたセルにおいて、前記移動体の回りの所定の角度セクターごとに、前記放射音強度の時間発展を推定する放射音指向性推定手段と、
前記放射音指向性推定手段の推定結果に基づき、放射音強度マップを生成する放射音強度マップ生成手段を含む、放射音強度マップ作成システム。 - 前記到来方向推定手段は、位相変換を行わないステアード応答パワー法により、前記到来方向および前記到来音の強度を推定する、請求項1記載の放射音強度マップ作成システム。
- 前記放射音指向性推定手段は、前記角度セクターごとに設定された、カルマンフィルタにより、前記放射音強度の時間発展を推定する、請求項1または2記載の放射音強度マップ作成システム。
- 移動体であって、
前記移動体を駆動するための移動手段と、
前記移動体の移動可能な空間における対象物の幾何学的な位置を特定するための幾何学マップの情報を読み出す幾何学マップ情報取得手段と、
前記移動体の前記グローバル座標系での現在位置および向きを推定し、姿勢推定結果を出力する姿勢推定手段とを備え、前記姿勢推定手段は、前記移動体の周囲の前記空間内において前記幾何学マップで特定される対象物までの距離を取得する測距手段を含み、
前記移動体に装着された音センサアレイと、
前記音センサアレイからの信号に基づいて、移動体座標系において、前記音センサアレイに音の到来する到来方向および到来音の強度を推定するための処理を実行する到来方向推定手段と、
推定された前記到来方向と当該到来方向についての前記測距手段の測距結果とに基づき、前記グローバル座標系での音響源の位置を推定し、推定された前記音響源の位置および前記移動体の位置に基づき、前記音響源から前記移動体を見込む前記グローバル座標系での方位を推定する音源定位手段とをさらに備え、
前記音源定位手段は、前記到来音の強度に基づいて、前記音響源の位置として推定されたセルにおける放射音強度を推定する放射音強度推定手段と、
前記音響源の位置と推定されたセルにおいて、前記移動体の回りの所定の角度セクターごとに、前記放射音強度の時間発展を推定する放射音指向性推定手段と、
前記放射音指向性推定手段の推定結果に基づき、放射音強度マップを生成する放射音強度マップ生成手段を含む、移動体。 - 前記到来方向推定手段は、位相変換を行わないステアード応答パワー法により、前記到来方向および前記到来音の強度を推定する、請求項4記載の移動体。
- 前記放射音指向性推定手段は、前記角度セクターごとに設定された、カルマンフィルタにより、前記放射音強度の時間発展を推定する、請求項4または5記載の移動体。
- 前記測距手段は、レーザレンジファインダであり、
前記姿勢推定手段は、複数のパーティクルを含むパーティクルフィルタにより、前記移動体の位置を推定する位置推定手段とを備え、各前記パーティクルは、前記グローバル座標系での位置および向きの情報を属性とする、請求項4〜6のいずれか1項に記載の移動体。 - 前記移動体は、定位された前記音響源の前記幾何学マップ内での位置を示す前記放射音強度マップを格納するための記憶装置をさらに備える、請求項4〜7のいずれか1項に記載の移動体。
- 前記移動体は、自律移動型のロボットである、請求項4〜8のいずれか1項に記載の移動体。
- 移動体を利用した、グローバル座標系で複数セルに分割されたマップ上への放射音強度マップ作成方法であって、
前記マップに対応し前記移動体の移動可能な空間における対象物の幾何学的な位置を特定するための前記グローバル座標系での幾何学マップを作成するステップと、
前記空間内を前記移動体を移動させるステップと、
前記移動体の周囲の前記空間内において前記幾何学マップで特定される対象物までの距離を取得する測距手段を用いて、前記移動体の前記グローバル座標系での現在位置および向きを推定し、姿勢推定結果を出力するステップと、
前記移動体に装着された音センサアレイからの信号に基づいて、移動体座標系において、前記音センサアレイに音の到来する到来方向および到来音の強度を推定するための処理を実行するステップと、
推定された前記到来方向と当該到来方向についての前記測距手段の測距結果とに基づき、前記グローバル座標系での音響源の位置を推定し、推定された前記音響源の位置および前記移動体の位置に基づき、前記グローバル座標系での前記音響源から前記移動体を見込む方位を推定するステップとを備え、
前記音響源から前記移動体を見込む方位を推定するステップは、
前記到来音の強度に基づいて、前記音響源の位置として推定されたセルにおける放射音強度を推定するステップと、
前記音響源の位置と推定されたセルにおいて、前記移動体の回りの所定の角度セクターごとに、前記放射音強度の時間発展を推定するステップと、
推定された前記放射音強度の時間発展に基づき、放射音強度マップを生成するステップを含む、放射音強度マップ作成方法。
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