JP2018063679A - 位置推定システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測位誤差の増大を抑制し、精度良くロボット装置の位置推定を行い得る位置推定システム及び方法を提案する。【解決手段】現在位置における地磁気の磁力密度を計測する地磁気センサ２３と、移動体３に着脱自在に装着され当該移動体３の位置を計測する位置計測ユニット１６とを有する移動体３が、その移動範囲内を移動しながら、地磁気センサ２３の計測結果と位置計測ユニット１６の計測結果とに基づいて、移動体３の移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を事前に学習する事前学習を実行し、移動体３が、事前学習の終了後、移動範囲内を移動する際に事前学習の学習結果と自己の移動時における地磁気センサ２３の計測結果とに基づいて自己の位置を推定し、移動体３が、移動範囲内における地磁気の磁力密度の変動を検出し、移動体３が、地磁気の磁力密度の変動を検出した場合に、その移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を再学習するようにした。【選択図】図７

Description

本発明は位置推定システム及び方法に関し、特に、移動型ロボット装置を備えるロボットシステムに適用して好適なものである。

従来、移動型ロボット装置の現在位置を推定する方法として、レーザレンジファインダを利用した方法がある。かかる位置推定方法では、ロボット装置にレーザレンジファインダを搭載し、そのレーザレンジファインダを用いてロボット装置から壁、机などの水平方向の障害物までの距離を計測し、計測結果と事前学習等により得られた屋内の地図情報との比較によりリアルタイムにロボット装置の位置を推定する。

しかしながら、レーザレンジファインダを利用した位置推定方法によると、ロボット装置の周辺に多数の人間等が存在する場合に障害物までの距離を正確に測定することができず、測位誤差が大きくなる問題があった。またレーザレンジファインダは、数十万円もする高価な部品であるため、ロボット装置自体の製造コストが高くなる問題もあった。

このような問題を解決するための方法として、近年、建屋を構成する鉄骨及び鉄筋や、建屋内に設置される装置、家具、電器製品等の構成要素である鉄部材の残留磁気を利用してロボット装置の位置を推定する位置推定方法が提案されている（特許文献１）。

特許第５１３０４１９号明細書

ところで、かかる特許文献１に開示された従来の位置推定方法によると、屋内の鉄部材の残留磁気強度が変化した場合に測位誤差が大きくなるという問題があった。また、かかる位置推定方法によると、ロボット装置を移動させながらそのロボット装置によって屋内の各地点における残留磁気強度を事前に測定する必要があるが、より精度の高い測位を求める場合には、その際、ロボット装置の正確な位置を逐次メジャー等で測定しなければならないなど、ロボット装置の位置の把握が煩雑となる問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、測位誤差の増大を抑制し、精度良く位置推定を行い得る位置推定装置及び方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、移動体の位置を推定する位置推定システムにおいて、前記移動体に搭載され、当該移動体の現在位置における地磁気の磁力密度を計測する地磁気センサと、前記移動体に着脱自在に装着され、当該移動体の位置を計測する位置計測ユニットと、前記移動体を移動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動制御することにより前記移動体を当該移動体の移動範囲内を移動させながら、前記地磁気センサの計測結果と、前記位置計測ユニットの計測結果とに基づいて、前記移動体の移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を事前に学習する事前学習を実行する学習部と、前記移動体が前記移動範囲内を移動する際、前記事前学習の学習結果と、前記移動体の移動時における前記地磁気センサの計測結果とに基づいて、当該移動体の位置を推定する位置推定部と、前記移動体の移動範囲内における地磁気の磁力密度の変動を検出する変動検出部とを有し、前記学習部は、前記変動検出部により前記地磁気の磁力密度の変動が検出された場合に、前記移動体の移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を再学習するようにした。

また本発明においては、移動体の位置を推定する位置推定システムにおいて実行される位置推定方法であって、前記移動体は、当該移動体の現在位置における地磁気の磁力密度を計測する地磁気センサと、当該移動体に着脱自在に装着され、当該移動体の位置を計測する位置計測ユニットとを有し、前記移動体が、当該移動体の移動範囲内を移動しながら、前記地磁気センサの計測結果と、前記位置計測ユニットの計測結果とに基づいて、前記移動体の移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を事前に学習する事前学習を実行する第１のステップと、前記移動体が、前記事前学習の終了後、前記移動範囲内を移動する際に、前記事前学習の学習結果と、自己の移動時における前記地磁気センサの計測結果とに基づいて、自己の位置を推定する第２のステップと、前記移動体が、移動範囲内における地磁気の磁力密度の変動を検出する第３のステップとを設け、前記移動体が、前記地磁気の磁力密度の変動を検出した場合に、当該移動体の移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を再学習するようにした。

本発明の位置推定システム及び方法によれば、ロボット装置の移動範囲内において地磁気の磁力密度が変化した場合においてもロボット装置における測位誤差の増大を抑制することができる。

本発明によれば、測位誤差の増大を抑制し、精度良くロボット装置３の位置推定を行い得る位置推定システム及び方法を実現できる。

本実施の形態によるロボットシステムの全体構成を示すブロック図である。 本実施の形態によるロボット装置の外観構成を示す正面図である。 ロボット装置の内部ハードウェア構成を示すブロック図である。 地磁気定点計測装置の構成を示すブロック図である。 各サイトにおける通信装置の説明に供するブロック図である。 運用管理サーバの構成を示すブロック図である。 ロボット装置の論理構成を示すブロック図である。 事前学習の説明に供する概念図である。 ロボット装置の移動範囲におけるエリアの説明に供する概念図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、ロボット装置において検出される地磁気の変動情報の説明に供する波形図である。 地磁気定点計測装置の論理構成を示すブロック図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、地磁気定点計測装置において検出される地磁気の変動情報の説明に供する波形図である。 運用管理サーバの論理構成を示すブロック図である。 地磁気変動情報一覧の構成を示す概念図である。 他の実施の形態の説明に供するブロック図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）本実施の形態によるロボットシステムのハードウェア構成
図１において、１は全体として本実施の形態によるロボットシステムを示す。このロボットシステム１では、複数のサイト２（２Ａ，２Ｂ，……２ｎ）にそれぞれロボット装置３と、１又は複数の地磁気定点計測装置４と、複数の通信装置５とが配置されている。また各サイト２の通信装置５は、ネットワーク６を介して運用管理サーバ７と接続されると共に、ネットワーク６にはロボット制御サーバ８が接続されている。

ロボット装置３は、図２に示すように、人間の外観を模したヒューマノイドタイプの移動型ロボットであり、胴体部ユニット１０の上部に首部ユニット１１を介して頭部ユニット１２が取り付けられている。また胴体部ユニット１０の左右両側上端部に、それぞれ腕部ユニット１３Ａ，１３Ｂが取り付けられ、胴体部ユニット１０の左右両側下端部には、それぞれ脚部ユニット１４Ａ，１４Ｂが取り付けられている。

そして、各脚部ユニット１４Ａ，１４Ｂの下端部には、それぞれ車輪１５Ａ，１５Ｂが取り付けられており、これらの車輪１５Ａ，１５Ｂを回転駆動することによりロボット装置３を移動させることができ、その際の各車輪１５Ａ，１５Ｂの回転速度や回転方向を異ならせることでロボット装置３の移動方向や向きを変えることができるようになされている。

またロボット装置３の首部ユニット１１の正面側には、ロボット装置３とは別個に形成された位置計測ユニット１６を着脱自在に装着可能な位置計測ユニット用スロット１７（図３）が設けられている。位置計測ユニット１６は、レーザレンジファインダを備え、当該レーザレンジファインダにより周囲の障害物までの距離を計測可能なユニットである。

図３に示すように、ロボット装置３の内部には、ＣＰＵ２０、メモリ２１、通信部２２、地磁気センサ２３及びアクチュエータ２４が収納されている。ＣＰＵ２０は、ロボット装置３全体の動作制御を司るプロセッサである。またメモリ２１は、半導体メモリなどから構成され、各種プログラムや各種情報を記憶保持するために利用される。後述する事前学習プログラム３０、エリア推定プログラム３１、位置推定プログラム３２、移動経路生成プログラム３３、機構制御プログラム３４、変動検出プログラム３５、事前学習地磁気情報データベース３６、事前学習ＲＳＳ情報データベース３７、時系列地磁気情報データベース３８、目的地情報３９及び地図情報４０もこのメモリに格納されて保持される。

通信部２２は、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）規格に従ってそのロボット装置３が存在するサイト２（図１）内に設置された各通信装置５（図１）との間で無線通信を行う通信デバイスである。また地磁気センサ２３は、ロボット装置３が位置する地点における地磁気の３軸（ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸）方向の磁力密度をそれぞれ計測するセンサである。なお、ｘ軸はロボット装置３の正面方向と平行な軸であり、ｙ軸は床面に平行でｘ軸と直交する軸であり、ｚ軸はｘ軸及びｙ軸と直交する軸である。

アクチュエータ２４は、首部ユニット１１や各腕部ユニット１３Ａ，１３Ｂ、各脚部ユニット１４Ａ，１４Ｂ及び各車輪１５Ａ，１５Ｂなどの可動部を駆動するための動力源である。ただし、以下においては、アクチュエータ２４は、車輪１５Ａ，１５Ｂを回転駆動するための動力源（通常はモータ）であるものとして説明を進める。

地磁気定点計測装置４は、ロボット装置３の移動範囲（以下、室内とする）内に設置され、その設置地点における地磁気の３軸方向の磁力密度をそれぞれ計測する計測装置である。この地磁気定点計測装置４は、図４に示すように、ＣＰＵ５０、メモリ５１、通信部５２及び地磁気センサ５３を備えて構成される。

ＣＰＵ５０は、地磁気定点計測装置４全体の動作制御を司るプロセッサである。またメモリ５１は、半導体メモリなどから構成され、各種プログラムや各種情報を記憶保持するために利用される。後述する変動検出プログラム５４及び時系列地磁気情報データベース５５もこのメモリ５１に格納されて保持される。通信部５２及び地磁気センサ５３は、ロボット装置３の通信部２２（図３）及び地磁気センサ２３（図３）と同様のものであるため、ここでの説明は省略する。

通信装置５（図１）は、そのサイト２における無線ＬＡＮのアクセスポイントとして機能し、当該無線ＬＡＮとネットワーク６（図１）とを接続する中継装置（ルータ装置）から構成される。通信装置５は、ロボット装置３や地磁気定点計測装置４から無線ＬＡＮ回線を介して送信される通信信号をネットワーク６に応じた通信フォーマットの信号形式に変更してネットワーク６を介して運用管理サーバ７に転送し、運用管理サーバ７からネットワーク６を介して送信されてきた通信信号を無線ＬＡＮ回線に応じた通信フォーマットの信号形式に変更して無線ＬＡＮを介してロボット装置３に転送する。本実施の形態の場合、通信装置５は、図５に示すように、ロボット装置３の移動範囲５６内に少なくとも３つ設置される。

運用管理サーバ７（図１）は、本ロボットシステム１全体の管理者（以下、これをシステム管理者と呼ぶ）が当該ロボットシステム１を運用管理するために使用する汎用のサーバ装置であり、図６に示すように、ＣＰＵ６０、メモリ６１、記憶装置６２及び通信部６３と、入力装置６４及び表示装置６５となどを備えて構成される。

ＣＰＵ６０は、運用管理サーバ７全体の動作制御を司るプロセッサである。またメモリ６１は、揮発性の半導体メモリなどから構成され、主として各種プログラムやデータを一時的に保持するために利用される。後述する一覧表示及び再学習要否判定プログラム６６もこのメモリ６１に格納されて保持される。

記憶装置６２は、例えばハードディスク装置などの大容量の不揮発性の記憶デバイスから構成され、プログラムやデータを長期間保持するために利用される。後述する変動情報データベース６７は、この記憶装置６２に格納されて保持される。

通信部６３は、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）などから構成され、ネットワーク６を介した外部機器との通信時におけるプロトコル制御を行う。また入力装置６４は、システム管理者が必要な情報を入力するためのキーボード及びマウスなどから構成される。表示装置６５は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）や必要な情報を表示するために利用され、例えば、液晶表示デバイスなどから構成される。

ロボット制御サーバ８（図８）は、システム管理者や、各サイトの管理者（以下、これをサイト管理者と呼ぶ）により登録された、各サイトにおけるロボット装置３の移動範囲の地図情報やロボット装置３が移動する際の目的地などを管理するために利用されるサーバ装置である。ロボット制御サーバ８のハードウェア構成は運用管理サーバ７と同様であるため、ここでの説明は省略する。

（２）本実施の形態によるロボットシステムの論理構成
図７は、本実施の形態によるロボット装置３の論理構成を示す。この図７に示すように、ロボット装置３は、上述の通信部２２、地磁気センサ２３及びメモリ２１に加えて、事前学習部７０、エリア推定部７１、位置推定部７２、移動経路生成部７３、機構制御部７４及び変動検出部７５を備えて構成される。

事前学習部７０は、ロボット装置３のＣＰＵ２０（図３）がメモリ２１に格納された事前学習プログラム３０（図３）を実行することにより具現化される機能部であり、ロボット装置３の移動範囲の各地点における地磁気の３軸方向の磁力密度及び各通信装置５（図１）からの電波の電波強度をそれぞれ学習する事前学習をロボット装置３に実行させる機能を有する。

実際上、事前学習部７０は、サイト管理者又は運用管理サーバ７からの指示により動作モードが上述の事前学習を実行する動作モード（以下、これを事前学習モードと呼ぶ）に設定されると共に、サイト管理者により位置計測ユニット用スロット１７に位置計測ユニット１６が装填されると、後述する移動経路生成部７３を制御することにより、例えば図８に示すように、ロボット装置をその移動範囲（以下、室内とする）５６内を隈なく移動（例えばジグザグ状に移動）させながら、そのとき地磁気センサ２３により計測された地磁気の３軸方向の磁力密度を一定間隔（例えば、ｘ軸方向及びｙ軸方向共に数cm間隔）で順次取得する。

この際、事前学習部７０は、地磁気の磁力密度を取得した地点（以下、これを磁気強度取得地点と呼ぶ）の座標を位置計測ユニット１６の出力と、地図情報４０とに基づいて推定する。なお地図情報４０は、そのロボット装置３が存在する室内の形状や障害物等の位置を表す地図の情報であり、ロボット制御サーバ８から事前に与えられたものである。

そして事前学習部７０は、このようにして得られた各磁気強度取得地点の座標と、その磁気強度取得地点で取得した地磁気の３軸方向の磁力密度とをそれぞれ対応付けて事前学習地磁気情報データベース３６に順次格納する。

このとき通信部２２は、各通信装置５から送信される電波の電波強度を例えば数ms周期で計測しており、計測結果をＲＳＳ（Received Signal Strength）情報７６としてメモリ２１に順次上書きしながら格納している。かくして、事前学習部７０は、各磁気強度取得地点において地磁気の３軸方向の磁力密度を取得した際、これと併せてその時点でのＲＳＳ情報７６をメモリ２１から取得し、これをその磁力密度取得地点の座標と対応付けて事前学習ＲＳＳ情報データベース３７にＲＳＳ情報として格納する。

一方、エリア推定部７１は、ロボット装置３のＣＰＵ２０（図３）がメモリ２１に格納されたエリア推定プログラム３１（図３）を実行することにより具現化される機能部である。

上述した事前学習の終了後、ロボット装置３の動作モードは人手又は自動的に事前学習モードから通常モードに設定変更される。そして動作モードが通常モードに設定されたロボット装置３は、この後、ロボット制御サーバ８から目的地及び移動命令が与えられると、その目的地への移動を開始する。エリア推定部７１は、このようにロボット装置３が目的地への移動を開始した後に、ロボット装置３がその移動範囲内のどのエリアに位置しているかを周期的に推定し、推定結果を位置推定部７２に通知する機能を有する。

なお、ロボット制御サーバ８から指定される目的地は、システム管理者又はサイト管理者により予めロボット制御サーバ８に登録されたロボット装置３の移動範囲内の一地点であり、その目的地の座標がロボット制御サーバ８からネットワーク６を介してそのロボット装置３に通知されて目的地情報３９としてメモリ２１に格納される。

実際上、エリア推定部７１は、例えば図９に示すように、ロボット装置３の移動範囲５６を予めサイト管理者等により設定された複数のエリアＡＲ（図９の例ではエリアＡＲ１〜ＡＲ６の６つ）に区分して管理している。そしてエリア推定部７１は、周期的に、そのとき通信部２２によりメモリ２１に格納されたＲＳＳ情報７６と、事前学習ＲＳＳ情報データベース３７に格納されている各磁力密度取得地点におけるＲＳＳ情報とに基づいて、そのときロボット装置３が位置するエリアＡＲを推定する。

具体的に、エリア推定部７１は、事前学習ＲＳＳ情報データベース３７上で、そのときメモリ２１に格納されているＲＳＳ情報７６の値とＲＳＳ情報の値が最も近い磁力密度取得地点を例えば最尤推定法により検出する。またエリア推定部７１は、検出した磁力密度取得地点がロボット装置３の現在位置であると推定し、そのロボット装置３の現在位置（検出した磁力密度取得地点）が移動範囲内のどのエリアＡＲに属するかを判定する。そしてエリア推定部７１は、このようにして得られたロボット装置３の現在位置が属するエリアＡＲをエリア情報として位置推定部７２に通知する。

位置推定部７２は、ロボット装置３のＣＰＵ２０（図３）がメモリ２１に格納された位置推定プログラム３２（図３）を実行することにより具現化される機能部であり、ロボット装置３がロボット制御サーバ８から指定された目的地に移動する際、周期的にロボット装置３の位置を推定し、推定結果を移動経路生成部７３に通知する機能を有する。

実際上、本ロボット装置３では、地磁気センサ２３から所定周期（例えば数ms周期）で出力される地磁気の３軸方向の磁力密度の計測結果がＣＰＵ２０の制御のもとに時系列地磁気情報データベース３８に順次登録される。

そして位置推定部７２は、ロボット装置３が上述の目的地に移動する際、時系列地磁気情報データベース３８に最後に格納された地磁気の３軸方向の磁力密度（ロボット装置３の現在位置における地磁気の３軸方向の磁力密度に相当）と、事前学習地磁気情報データベース３６に蓄積されているロボット装置３の移動範囲内の各磁力密度取得地点における地磁気の３軸方向の磁力密度と、エリア推定部７１から通知されるエリア情報とに基づいて、ロボット装置３の現在位置を周期的に推定する。

具体的に、位置推定部７２は、事前学習地磁気情報データベース３６上で、エリア推定部７１からエリア情報として通知されたエリアＡＲ（ロボット装置３が現在位置すると推定されるエリアＡＲ）に属する磁力密度取得地点のうち、ロボット装置３の現在位置での地磁気の３軸方向の磁力密度と地磁気の３軸方向の磁力密度が最も近い磁力密度取得地点を例えば最尤推定法により検出し、検出した磁力密度取得地点がロボット装置３の現在位置であると推定する。

そして位置推定部７２は、上述のような方法によりロボット装置３の現在位置を周期的に推定し、推定したロボット装置３の現在位置の座標を現在位置情報として順次移動経路生成部７３に通知する。

移動経路生成部７３は、ロボット装置３のＣＰＵ２０（図３）がメモリ２１に格納された移動経路生成プログラム３３（図３）を実行することにより具現化される機能部である。移動経路生成部７３は、上述のように位置推定部７２から周期的に与えられる現在位置情報と、メモリ２１に格納された地図情報４０及び目的地情報３９とに基づいて、ロボット装置３の現在位置からロボット制御サーバ８により指定された目的地までのロボット装置３の移動経路を生成する。

具体的に、移動経路生成部７３は、位置推定部７２から現在位置情報が与えられるごとに、その現在位置情報に基づき認識されるロボット装置３の現在位置の座標と、目的地の座標とを結ぶ直線をそのロボット装置３の移動経路として生成する。ただし移動経路生成部７３は、地図情報４０に基づいて、ロボット装置３の現在位置の座標と、目的地の座標とを結ぶ直線上に障害物が存在すると判断した場合には、その障害物を避けてロボット装置３の現在位置及び目的地を最短で結ぶ屈曲線又は曲線をロボット装置３の移動経路として生成する。そして移動経路生成部７３は、このようにして生成したロボット装置３の移動経路を移動経路情報として機構制御部７４に通知する。

機構制御部７４は、ロボット装置３のＣＰＵ２０（図３）がメモリ２１に格納された機構制御プログラム３４（図３）を実行することにより具現化される機能部である。機構制御部７４は、移動経路生成部７３から通知される移動経路情報に基づいて、その移動経路情報に基づき認識される移動経路上をロボット装置３が移動するようにアクチュエータ２４を駆動制御する。また機構制御部７４は、これと併せて、そのときのロボット装置３の動作状態（移動中又は静止中）を動作情報として変動検出部７５に通知する。

変動検出部７５は、ロボット装置のＣＰＵ２０（図３）がメモリ２１に格納された変動検出プログラム３５（図３）を実行することにより具現化される機能部であり、ロボット装置３の静止時に、その静止位置における地磁気の磁力密度の変動の有無を検出する機能を有する。

実際上、変動検出部７５は、時系列地磁気情報データベース３８に蓄積された時系列の地磁気情報（地磁気の３軸方向の磁力密度）に基づいて、各軸方向について、図１０（Ａ）に示すように、それぞれ例えば数秒間の地磁気のその軸方向の磁力密度の計測値の移動平均を算出し、算出した移動平均（図１０（Ａ）の特性曲線Ｋ１）と、現在のその静止位置における地磁気のその軸方向の磁力密度（最後に時系列地磁気情報データベース３８に登録された地磁気のその軸方向の磁力密度の値であり、図１０（Ａ）の特性曲線Ｋ２）との差分（以下、これを磁力密度誤差と呼ぶ）を順次算出する。

ここで、かかる磁力密度誤差の絶対値が大きい場合、その位置における地磁気のその軸方向の磁力密度が変動していることを意味する。そこで、変動検出部７５は、かかる磁力密度誤差を、当該磁力密度誤差について予め設定された閾値（以下、これを磁力密度誤差閾値と呼ぶ）と比較することによりその位置における地磁気の磁力密度の変動の有無を判定する。具体的に、変動検出部７５は、磁力密度誤差が磁力密度誤差閾値よりも大きい場合にはその位置における地磁気のその軸方向の磁力密度が変動していると判定し、磁力密度誤差が磁力密度誤差閾値以下の場合にはその位置における地磁気のその軸方向の磁力密度が変動していないと判定する。

ただし、ロボット装置３が移動している間は、かかる磁力密度誤差が大きくなると考えられる。このため変動検出部７５は、機構制御部７４から与えられる動作情報に基づいて、ロボット装置３が移動している移動期間中は、地磁気の磁力密度の変動の有無を判定しない。

そして変動検出部７５は、以上のような変動検出処理の検出結果として、図１０（Ｂ）に示すように、磁力密度誤差が磁力密度誤差閾値を超えていない期間は論理レベルが「０」、磁力密度誤差が磁力密度誤差閾値を超えた期間は論理レベルが「１」に立ち上がり、ロボット装置が移動している期間は論理レベルが「２」に立ち上がる変動情報７７を所定周期（例えば、地磁気センサが地磁気の磁力密度を計測する周期と同じ周期）で生成する。なお、この変動情報７７には、その検出処理を行った場所（地磁気の磁力密度の変動の有無を検出したロボット装置の静止位置）の座標が含まれる。また変動検出部７５は、このようにして生成した変動情報を、メモリ２１を介して通信部２２に与え、当該通信部２２から通信装置５（図１）及びネットワーク６（図１）を経由して運用管理サーバ７に送信する。

一方、図１１は、地磁気定点計測装置４の論理構成を示す。この図１１に示すように、地磁気定点計測装置４は、上述した通信部５２、地磁気センサ５３及びメモリ５１等に加えて変動検出部８０を備えて構成される。変動検出部８０は、地磁気定点計測装置４のＣＰＵ５０（図４）がメモリ５１に格納された変動検出プログラム５４（図４）を実行することにより具現化される機能部である。

また地磁気定点計測装置４では、地磁気センサ５３から所定周期（例えば、ロボット装置３の地磁気センサ２３から地磁気の３軸方向の磁力密度の計測結果が出力される周期と同じ数ms周期）で出力される地磁気の３軸方向の磁力密度の計測結果が、ＣＰＵ５０の制御のもとに、メモリ５１に保持された時系列地磁気情報データベース５５に順次登録される。

そして変動検出部８０は、時系列地磁気情報データベース５５に蓄積された地磁気センサ５３の時系列の計測結果（地磁気情報）に基づいて、ロボット装置３の変動検出部７５（図７）と同様にして、地磁気定点計測装置４の設置位置における地磁気の３軸方向の磁力密度の変動を検出する。

実際上、変動検出部８０は、時系列地磁気情報データベース５５に蓄積された時系列の地磁気情報（地磁気の３軸方向の磁力密度）に基づいて、各軸について、図１２（Ａ）に示すように、それぞれ例えば一定期間の地磁気の磁力密度の計測値の平均値（図１２（Ａ）の特性曲線Ｋ１０）を算出し、算出した平均値と、地磁気定点計測装置４の設置位置における現在の地磁気の３軸方向の磁力密度（最後に時系列地磁気情報データベース５５に登録されたその軸方向の地磁気の磁力密度の値であり、図１２（Ａ）の特性曲線Ｋ１１）との差分を磁力密度誤差として順次算出する。

また変動検出部８０は、算出した磁力密度誤差を、当該磁力密度誤差について予め設定された閾値（以下、これを磁力密度誤差閾値と呼ぶ）と順次比較することによりその位置における地磁気の磁力密度の変動の有無を判定する。

そして変動検出部８０は、かかる変動検出処理の検出結果として、図１２（Ｂ）に示すように、磁力密度誤差が磁力密度誤差閾値を超えていない期間は論理レベルが「０」、磁力密度誤差が磁力密度誤差閾値を超えた期間は論理レベルが「１」に立ち上がる変動情報を所定周期（例えば、地磁気センサ５３が地磁気の磁力密度を計測する周期と同じ周期）で生成する。なお、この変動情報には、その検出を行った場所（地磁気定点計測装置４の設置場所）の座標が含まれる。そして変動検出部８０は、このようにして生成した変動情報８１をメモリ５１を介して通信部５２に与え、当該通信部５２から通信装置５（図１）及びネットワーク６（図１）を介して運用管理サーバ７（図１）に送信する。

図１３は、運用管理サーバ７の論理構成を示す。この図１３に示すように、運用管理サーバ７は、図６について上述した記憶装置６２、通信部６３及び表示装置６５等に加えて、一覧表示及び再学習要否判定部９０を備えて構成される。

一覧表示及び再学習要否判定部９０は、運用管理サーバ７のＣＰＵ６０（図６）がメモリ６１（図６）に格納された一覧表示及び再学習要否判定プログラム６６（図６）を実行することにより具現化される機能部である。

本実施の形態の場合、各サイト２から運用管理サーバ７にそれぞれ送信されてきたそのサイト２のロボット装置からの変動情報７７（図７）と、そのサイト２の地磁気定点計測装置４からの変動情報８１（１１）とが、通信部６３を介して、記憶装置６２に保持された変動情報データベース６７に順次登録される。そして一覧表示及び再学習要否判定部９０は、システム管理者の所定操作に応じて、変動情報データベース６７に蓄積されたサイト２ごとの変動情報７７，８１に基づいて、これらの変動情報７７，８１を集約した例えば図１４に示すような地磁気変動情報一覧９１を表示装置６５に表示させる。

この地磁気変動情報一覧９１は、各サイト２にそれぞれ対応させて設けられたレコード（行）ごとに、それぞれロボット装置座標欄９１Ａ、地磁気定点計測装置座標欄９１Ｂ及び地磁気定点計測装置発報頻度欄９１Ｃが設けられている。

そしてロボット装置座標欄９１Ａには、対応するサイト２に配置されたロボット装置３から出力された変動情報７７に基づき認識される、当該サイト２において直近の一定期間内にロボット装置３が地磁気の変動を検出した（変動情報７７の論理レベルが「１」となった）すべての地点の座標が列記され、これと併せて「変動あり」という文字列が表示される。なお、そのサイト２において、一定期間内にロボット装置３がいずれの場所においても地磁気の変動を検出しなかった場合には、「変動なし」という文字列がロボット装置座標欄９１Ａに表示される。

また地磁気定点計測装置座標欄９１Ｂには、対応するサイト２に設置された地磁気定点計測装置４から出力された変動情報８１に基づき認識される、当該地磁気定点計測装置４が直近の一定期間内に地磁気の変動を検出したか否かの情報が表示される。具体的に、地磁気定点計測装置４が直近の一定期間内に地磁気の変動を検出した場合には、「変動あり」という文字列と、その地磁気定点計測装置４の設置位置の座標とが地磁気定点計測装置座標欄９１Ｂに表示される。また地磁気定点計測装置４が直近の一定期間内に地磁気の変動を検出しなかった場合には、「変動なし」という文字列が地磁気定点計測装置座標欄９１Ｂに表示される。

さらに地磁気定点計測装置発報頻度欄９１Ｃには、その地磁気定点計測装置４が直近の一定期間内に地磁気の変動を検出した回数（以下、これを発報頻度と呼ぶ）が表示される。

そして地磁気変動情報一覧９１では、ロボット装置３からの変動情報７７に基づき認識される地磁気の磁束密度の変動が検出された地点の数が所定の第１の閾値数以上、又は、地磁気定点計測装置４により地磁気の変動が検出された回数が所定の第２の閾値以上のサイト２に対応するレコード（行）が着色されて強調表示される（例えば、図１４の「１」というサイトの行）。

かくして、システム管理者は、地磁気変動情報一覧９１において強調表示されたレコード（行）が存在する場合には、そのレコードに対応するサイト２のサイト管理者に対して、位置計測ユニット１６（図３）を宅配便や郵便等で送付する。そして、この位置計測ユニット１６を受領したそのサイト２のサイト管理者は、ロボット装置３の位置計測ユニット用スロット１７（図３）にその位置計測ユニット１６を装填するようにする。

また一覧表示及び再学習要否判定部９０は、ロボット装置３からの変動情報７７に基づき認識される地磁気の磁束密度の変動が検出された地点の数が第１の閾値数以上、又は、地磁気定点計測装置４により地磁気の変動が検出された回数が第２の閾値以上のサイト２が存在する場合には、ネットワーク６（図１）を介してそのサイト２のロボット装置３に時間を指定した再学習の実行指示（以下、これを再学習実行指示と呼ぶ）を与える。

かくして、かかる再学習実行指示を受信したロボット装置３の事前学習部７０（図７）は、その後、サイト管理者により位置計測ユニット用スロット１７にその位置計測ユニット１６が装填されると、再学習実行指示において指定された時間（基本的には計測の障害となる人がいない夜間の時間）に、上述した事前学習と同様にして、そのサイト２のロボット装置３の移動範囲内の各地点における地磁気の３軸方向の磁力密度を再計測（再学習）する。

そして、事前学習部７０は、このとき再計測した各地点の地磁気の３軸方向の磁力密度を事前学習地磁気情報データベース３６（図７）に上書きする。かくして、この後、ロボット装置３の通常モード時における位置推定部７２によるロボット装置３の位置の推定は、このようにして更新された事前学習地磁気情報データベース３６に格納された情報に基づいて実行される。

なお、サイト管理者は、地磁気の３軸方向の磁力密度の再学習が完了した後、かかる位置計測ユニット１６をシステム管理者に返送する。これにより高価な位置計測ユニット１６を各サイト２間で併用することができる。

（３）本実施の形態の効果
以上のように本実施の形態のロボットシステム１では、各サイト２において、ロボット装置３の移動範囲内における地磁気の変動をロボット装置３や地磁気定点計測装置４により監視し、かかる地磁気の変動を検出した場合に、必要に応じてロボット装置３がその移動範囲内における複数地点の地磁気の磁力密度を再学習する。従って、本ロボットシステム１では、ロボット装置３の移動範囲内において地磁気の磁力密度が変化した場合においてもロボット装置３における測位誤差の増大を抑制することができる。よって、本ロボットシステム１によれば、測位誤差の増大を抑制し、精度良くロボット装置３の位置推定を行うことができる。

また本ロボットシステム１では、事前学習時や再学習時にレーザレンジファインダを利用した位置計測を行うため、例えば、事前学習時や再学習時にサイト管理者が数cmごとにロボット装置３の位置をメジャー等を用いて計測する必要がなく、その分、事前学習や再学習を容易化させることができる。

さらに本ロボットシステム１では、位置計測ユニット１６をロボット装置３に着脱自在とし、事前学習時や再学習時などの必要なときにのみシステム管理者からサイト管理者に位置計測ユニット１６を送付するようしているため、複数のロボット装置３間で位置計測ユニット１６を併用することができ、その分、ロボット装置３の製造コストを抑制することもできる。

（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を移動型のロボット装置に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他、自動運転車両等の種々の移動体に広く適用することができる。

また上述の実施の形態においては、位置計測ユニット１６に実装する位置計測デバイスとしてレーザレンジファインダを適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、ロボット装置３から壁等の障害物までの距離を計測できるデバイスであれば、レーザレンジファインダ以外の位置計測デバイスを広く適用することができる。

さらに上述の実施の形態においては、ロボット装置３が、サイト２内に設置された各通信装置５からの電波の電波強度に基づいて自己が位置する移動範囲内のエリアを推定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、図１５に示すように、ロボット装置３の移動範囲を撮像する監視カメラ等の撮像装置１００を当該移動範囲内の１又は複数個所にそれぞれ設置し、これら撮像装置１００からの映像信号を例えばそのサイト２内に設置されたサーバ装置等のコンピュータ装置からなるエリア推定装置１０１において画像解析することによりロボット装置３の移動範囲内における当該ロボット装置３が位置するエリアを推定し、推定結果をそのエリア推定装置１０１から直接又は通信装置５を介してロボット装置３に通知するようにしても良い。このようにすることにより、かかるエリアの推定に関するロボット装置３の処理負荷を軽減させることができる。

さらに上述の実施の形態においては、さらに上述の実施の形態においては、移動時におけるロボット装置３により計測した地磁気の３軸方向の磁力密度と、各通信装置５からの電波の電波強度とに基づいてロボット装置３の位置を推定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ロボット装置３により計測した地磁気の３軸方向の磁力密度と、各通信装置５からの電波の電波強度以外の例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した位置推定方式とを組み合わせてロボット装置３の位置を推定するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、ロボット装置３から出力された変動情報７７や、地磁気定点計測装置４から出力された変動情報８１に基づいて再学習の要否を判定する再学習要否判定部を運用管理サーバ７に実装（一覧表示及び再学習要否判定部９０として実装）するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、かかる再学習要否判定部をロボット装置３に実装するようにしても良い。この場合、かかる再学習要否判定部は、自己のロボット装置３についてのみ、再学習の要否を判定することになる。

さらに上述の実施の形態においては、本発明をロボット制御サーバ８により指定された目的地に向けて移動するロボット装置３に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、外部からの目的地の指定などがなく、自律的に移動範囲内を移動する自律移動型のロボット装置にも本発明を適用することができる。

本発明は、移動型ロボット装置を備える種々の構成のロボットシステムに広く適用することができる。

１……ロボットシステム、２，２Ａ〜２ｎ……サイト、３……ロボット装置、４……地磁気定点計測装置、５……通信装置、７……運用管理サーバ、１６……位置計測装置、１７……位置計測ユニット、２０，５０，６０……ＣＰＵ、２４……アクチュエータ、３６……事前学習地磁気情報データベース、３７……事前学習ＲＳＳ情報データベース、３８，５５……時系列地磁気情報データベース、３９……目的地情報、４０……地図情報、７０……事前学習部、７１……エリア推定部、７２……位置推定部、７３……移動経路生成部、７４……機構制御部、７５，８０……変動検出部、７６……ＲＳＳ情報、７７，８１……変動情報、９０……一覧表示及び再学習要否判定部、９１……地磁気変動情報一覧、ＡＲ，ＡＲ１〜ＡＲ６……エリア。

Claims (10)

1. 移動体の位置を推定する位置推定システムにおいて、
   前記移動体に搭載され、当該移動体の現在位置における地磁気の磁力密度を計測する地磁気センサと、
   前記移動体に着脱自在に装着され、当該移動体の位置を計測する位置計測ユニットと、
   前記移動体を移動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを駆動制御することにより前記移動体を当該移動体の移動範囲内を移動させながら、前記地磁気センサの計測結果と、前記位置計測ユニットの計測結果とに基づいて、前記移動体の移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を事前に学習する事前学習を実行する学習部と、
   前記移動体が前記移動範囲内を移動する際、前記事前学習の学習結果と、前記移動体の移動時における前記地磁気センサの計測結果とに基づいて、当該移動体の位置を推定する位置推定部と、
   前記移動体の移動範囲内における地磁気の磁力密度の変動を検出する変動検出部と
   を備え、
   前記学習部は、
   前記変動検出部により前記地磁気の磁力密度の変動が検出された場合に、前記移動体の移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を再学習する
   ことを特徴とする位置推定システム。
2. 前記変動検出部の検出結果に基づいて、前記再学習の要否を判定する再学習要否判定部を備え、
   前記再学習要否判定部は、
   前記再学習が必要と判定した場合に、前記再学習の実行を前記事前学習部に指示し、
   前記学習部は、
   前記再学習要否判定部から前記再学習の実行を指示された場合に、当該再学習を実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置推定システム。
3. それぞれ異なる場所に設置され、それぞれ電波を発信する複数の電波発信装置と、
   前移動体に設けられ、各前記電波発信装置からそれぞれ発信された電波を受信し、受信した各電波の電波強度をそれぞれ検出する通信部と
   をさらに備え、
   前記学習部は、
   前記移動体の移動範囲内の前記複数地点において、各前記電波発信装置からそれぞれ発信された電波の電波強度をそれぞれ学習し、
   前記位置推定部は、
   前記学習部による前記事前学習の学習結果と、前記移動体の移動時における前記地磁気センサの計測結果と、前記通信部により検出された各前記電波発信装置からそれぞれ発信された電波の電波強度とに基づいて当該移動体の位置を推定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の位置推定システム。
4. 前記電波発信装置は、
   無線通信のアクセスポイントとして機能する通信装置であり、
   前記移動体の前記通信部は、
   前記通信装置と無線通信を行う通信装置である
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置推定システム。
5. 前記変動検出部は、
   前記移動体に設けられており、当該移動体の静止時における前記地磁気センサにより計測される地磁気の磁力密度と、当該磁力密度の移動平均との差分に基づいて前記移動体の移動範囲内における地磁気の磁力密度の変動を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置推定システム。
6. 移動体の位置を推定する位置推定システムにおいて実行される位置推定方法であって、
   前記移動体は、
   当該移動体の現在位置における地磁気の磁力密度を計測する地磁気センサと、
   当該移動体に着脱自在に装着され、当該移動体の位置を計測する位置計測ユニットと
   を有し、
   前記移動体が、当該移動体の移動範囲内を移動しながら、前記地磁気センサの計測結果と、前記位置計測ユニットの計測結果とに基づいて、前記移動体の移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を事前に学習する事前学習を実行する第１のステップと、
   前記移動体が、前記事前学習の終了後、前記移動範囲内を移動する際に、前記事前学習の学習結果と、自己の移動時における前記地磁気センサの計測結果とに基づいて、自己の位置を推定する第２のステップと、
   前記移動体が、移動範囲内における地磁気の磁力密度の変動を検出する第３のステップと
   を備え、
   前記移動体が、前記地磁気の磁力密度の変動を検出した場合に、当該移動体の移動範囲内の複数地点の地磁気の磁力密度を再学習する
   ことを特徴とする位置推定方法。
7. 前記移動体又は当該移動体とは別個に設けられたコンピュータ装置が、前記地磁気の磁力密度の変動の検出結果に基づいて、前記再学習の要否を判定する第４のステップを備え、
   前記移動体は、前記移動体又は前記コンピュータ装置が、前記再学習が必要と判定した場合に、当該再学習を実行する
   ことを特徴とする請求項６に記載の位置推定方法。
8. 前記位置推定システムは、
   それぞれ異なる場所に設置され、それぞれ電波を発信する複数の電波発信装置と、
   前移動体に設けられ、各前記電波発信装置からそれぞれ発信された電波を受信し、受信した各電波の電波強度をそれぞれ検出する通信部と
   をさらに備え、
   前記第１のステップにおいて、前記移動体は、
   前記移動体の移動範囲内の前記複数地点において、各前記電波発信装置からそれぞれ発信された電波の電波強度をそれぞれ学習し、
   前記第２のステップにおいて、前記移動体は、
   前記事前学習の学習結果と、前記移動体の移動時における前記地磁気センサの計測結果と、各前記電波発信装置からそれぞれ発信された電波の電波強度とに基づいて当該移動体の位置を推定する
   ことを特徴とする請求項７に記載の位置推定方法。
9. 前記電波発信装置は、
   無線通信のアクセスポイントとして機能する通信装置であり、
   前記移動体は、
   前記通信装置と無線通信を行う
   ことを特徴とする請求項８に記載の位置推定方法。
10. 前記移動体は、
    前記移動体の静止時における前記地磁気センサにより計測される地磁気の磁力密度と、当該磁力密度の移動平均との差分に基づいて当該移動体の移動範囲内における地磁気の磁力密度の変動を検出する
    ことを特徴とする請求項６に記載の位置推定方法。

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